KR102609166B1 - 공간적 플라즈마 강화 원자층 증착(pe-ald) 프로세싱 툴을 위한 마이크로파 플라즈마 소스 - Google Patents

공간적 플라즈마 강화 원자층 증착(pe-ald) 프로세싱 툴을 위한 마이크로파 플라즈마 소스 Download PDF

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Abstract

플라즈마 소스 조립체, 플라즈마 소스 조립체를 포함하는 가스 분배 조립체, 및 플라즈마를 생성하는 방법이 설명된다. 플라즈마 소스 조립체들은, 제1 측면에 인접한 접지 전극 및 제2 측면에 인접한 유전체를 갖는, 전력 공급 전극을 포함한다. 제1 마이크로파 발생기가 제1 피드를 통해서 전력 공급 전극의 제1 단부에 전기적으로 커플링되고, 제2 마이크로파 발생기가 제2 피드를 통해서 전력 공급 전극의 제2 단부에 전기적으로 커플링된다.

Description

공간적 플라즈마 강화 원자층 증착(PE-ALD) 프로세싱 툴을 위한 마이크로파 플라즈마 소스{MICROWAVE PLASMA SOURCE FOR SPATIAL PLASMA ENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION (PE-ALD) PROCESSING TOOL}
본 개시 내용의 실시예들은 일반적으로 플라즈마 강화 기판 프로세싱을 위한 장치에 관한 것이다. 보다 특히, 개시 내용의 실시예들은 공간적 원자층 증착 배치 프로세서들(spatial atomic layer deposition batch processors)과 같은 프로세싱 챔버들과 함께 이용하기 위한 모듈형 마이크로파 플라즈마 소스들에 관한 것이다.
원자층 증착(ALD) 및 플라즈마-강화 ALD(PEALD)는 고종횡비 구조물들에서 필름 두께 및 형상추종성(conformality)의 제어를 제공하는 증착 기술들이다. 반도체 산업에서 소자의 치수들이 계속적으로 감소됨에 따라, ALD/PEALD를 이용하는 것에 대한 관심 및 그 적용들이 증가되고 있다. 일부 경우들에서, PEALD 만이 희망하는 필름 두께 및 형상추종성에 대한 제원들을 충족시킬 수 있다.
반도체 소자 형성은 다수의 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 플랫폼들에서 일반적으로 실시된다. 일부 경우들에서, 다수-챔버 프로세싱 플랫폼 또는 클러스터 툴의 목적은 둘 이상의 프로세스들을 제어된 환경에서 기판 상에서 순차적으로 실시하는 것이다. 그러나, 다른 경우들에서, 다수 챔버 프로세싱 플랫폼이 기판들 상에서 하나의 프로세싱 단계만을 실시할 수 있고; 부가적인 챔버들은 기판들이 플랫폼에 의해서 프로세스되는 레이트(rate)를 최대화하도록 의도된다. 후자의 경우에, 기판들 상에서 실시되는 프로세스는 전형적으로 배치 프로세스(batch process)이고, 비교적 많은 수의 기판들, 예를 들어 25개 또는 50개의 기판들이 주어진 챔버 내에서 동시에 프로세스된다. 배치 프로세싱은, 너무 시간-소모적이어서 경제적으로 실현 가능한 방식으로 개별적인 기판들에서 실시할 수 없는 프로세스들에서, 예를 들어 원자층 증착(ALD) 프로세스들 및 일부 화학적 기상 증착(CVD) 프로세스들에서 특히 유리하다.
전형적으로, PEALD 툴들은 몇십 MHz까지의 RF/VHF 주파수 대역의 용량형 플라즈마 소스들을 이용한다. 이러한 플라즈마들은 중간의 밀도들을 갖고, 비교적 큰 이온 에너지들을 가질 수 있다. 그 대신 GHz 범위의 주파수들의 마이크로파 필드들을 이용할 때, 특정 공진 또는 파동-전파 전자기 모드들에서, 전하 및 라디칼 밀도들이 매우 높고 이온 에너지들이 매우 낮은 플라즈마가 생성될 수 있다. 플라즈마 밀도들은 1012/cm3 이상의 범위일 수 있고, 이온 에너지들은 ~ 5 내지 10 eV 정도로 낮을 수 있다. 그러한 플라즈마 특징들은 현대의 규소 소자들의 무-손상 프로세싱에서 점점 더 중요해지고 있다.
마이크로파 플라즈마들에서의 하나의 해결과제는 방전-안정성 및 균일성 제어이다. 마이크로파 대역에서, 전자기(EM) 필드들의 파장들은 전형적으로 프로세스되는 기판들보다 짧고, 파동-플라즈마 상호 작용이 매우 강할 수 있다. 그에 따라, 마이크로파 플라즈마들은 불안정해지는 경향이 있고 공간적으로 매우 불균일해지는 경향이 있으며, 심지어 전력 입력부(들)에서만 국소화될 수 있고 더 큰 프로세싱 웨이퍼/기판들에 걸쳐 용이하게 확전되지 않을 수 있다.
그에 따라, 마이크로파 플라즈마들을 형성하는 개선된 장치 및 방법들이 당업계에서 요구되고 있다.
개시 내용의 하나 이상의 실시예들은 전력 공급 전극을 포함하는 플라즈마 소스 조립체들에 관한 것이고, 그러한 전력 공급 전극은 길이를 정의하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖고 전력 공급 전극의 길이를 따라서 연장되는 축을 갖는다. 전력 공급 전극은 폭을 갖는다. 접지 전극은 전력 공급 전극의 제1 측면에 위치된다. 접지 전극은 소정 거리만큼 전력 공급 전극으로부터 이격된다. 유전체가 전력 공급 전극의 제2 측면에 위치된다. 유전체 및 접지 전극은 전력 공급 전극을 둘러싼다. 유전체는 전력 공급 전극에 인접한 내부 면 및 내부 면에 대향되는 외부 면을 갖는다. 제1 마이크로파 발생기가 제1 피드를 통해서 전력 공급 전극의 제1 단부에 전기적으로 커플링된다. 제2 마이크로파 발생기가 제2 피드를 통해서 전력 공급 전극의 제2 단부에 전기적으로 연결된다.
개시 내용의 부가적인 실시예들은 편평한 전력 공급 전극을 포함하는 플라즈마 소스 조립체들에 관한 것이고, 그러한 전력 공급 전극은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고 플라즈마 소스 조립체의 길이방향 축을 따라서 연장되는 축을 갖는다. 전력 공급 전극은 폭을 갖는다. 접지 전극은 전력 공급 전극의 제1 측면에 위치된다. 접지 전극은 제2 유전체에 의해서 전력 공급 전극으로부터 이격되고 가스 유입구를 포함한다. 유전체가 전력 공급 전극의 제2 측면에 위치된다. 유전체 및 제2 유전체가 전력 공급 전극을 둘러싸고, 그에 따라 전력 공급 전극과 접지 전극 사이의 전기 접촉을 방지한다. 유전체는 플라즈마 소스 조립체의 길이방향 축을 따라서 연장되는 가스 채널을 갖는다. 가스 유입구는 길이방향 축을 따라서 연장되는 하나 이상의 플리넘과 유체 연통된다. 하나 이상의 플리넘은 하나 이상의 가스 도관들을 통해서 가스 채널과 유체 연통된다. 제1 마이크로파 발생기가 제1 피드를 통해서 전력 공급 전극의 제1 단부에 전기적으로 커플링된다. 제1 마이크로파 발생기는 제1 주파수에서 동작된다. 제2 마이크로파 발생기가 제2 피드를 통해서 전력 공급 전극의 제2 단부에 전기적으로 커플링된다. 제2 마이크로파 발생기는 제2 주파수에서 동작된다. 제1 주파수 및 제2 주파수는 약 900 MHz 내지 약 930 MHz의 범위 또는 약 2.4 내지 약 2.5 GHz의 범위이고, 제1 주파수와 제2 주파수는 상이하다.
개시 내용의 추가적인 실시예들은 플라즈마를 제공하는 방법들에 관한 것이다. 제1 마이크로파 전력이 제1 마이크로파 발생기로부터 전력 공급 전극의 제1 단부로 제공된다. 제2 마이크로파 전력이 제2 마이크로파 발생기로부터 전력 공급 전극의 제2 단부로 제공된다. 제1 마이크로파 전력 및 제2 마이크로파 전력은 약 900 MHz 내지 약 930 MHz의 범위 또는 약 2.4 내지 약 2.5 GHz의 범위의 주파수들에서 동작한다. 전력 공급 전극은 유전체 내에서 둘러싸이고, 접지 전극은 전력 공급 전극의 제1 측면에 위치된다. 플라즈마는, 제1 측면과 상이한, 전력 공급 전극의 제2 측면 상에서 유전체에 인접하여 형성된다.
개시 내용의 부가적인 실시예들은, 길이를 정의하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 전력 공급 전극을 포함하는 플라즈마 소스 조립체들에 관한 것이다. 전력 공급 전극은 전력 공급 전극의 길이를 따라서 연장되는 축을 갖는다. 전력 공급 전극은 폭을 갖는다. 접지 전극은 전력 공급 전극의 제1 측면에 위치된다. 접지 전극은 소정 거리만큼 전력 공급 전극으로부터 이격된다. 유전체가 전력 공급 전극의 제2 측면에 위치된다. 유전체 및 접지 전극은 전력 공급 전극을 둘러싼다. 유전체는 전력 공급 전극에 인접한 내부 면 및 내부 면에 대향되는 외부 면을 갖는다. 제1 피드가 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링되고, 제2 피드가 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된다. 제1 피드는 제1 마이크로파 발생기와 전기적으로 커플링되고, 제2 피드는 더미 부하(dummy load)와 전기적으로 커플링된다.
개시 내용의 실시예들의 전술한 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록 하는 방식으로, 첨부 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 앞서서 간략이 요약한 개시 내용의 실시예들이 보다 특정되어 설명되었을 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 개시 내용의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이고 그에 따라 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않으며, 개시 내용은 다른 마찬가지로 유효한 실시예들을 포함할 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
도 1은 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 2는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 사시도를 도시한다.
도 3은 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 가스 분배 조립체의 전방부의 개략도를 도시한다.
도 5는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 프로세싱 챔버의 개략도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 스트립-라인 전력 공급 전극 플라즈마 소스들에서의 전자적 커플링의 개략도를 도시한다.
도 6d 및 도 6e는, 전력 공급 전극과 접지 전극 사이의 분리에 따라 달라지는, 스트립-라인 전력 공급 전극 플라즈마 소스들에서의 전자적 커플링의 개략도를 도시한다.
도 6f 및 도 6g는, 전력 공급 전극의 횡단면 폭에 따라 달라지는, 스트립-라인 전력 공급 전극 플라즈마 소스들에서의 전자적 커플링의 개략도를 도시한다.
도 7은 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 8은 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 등각도를 도시한다.
도 9는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 10은, 라인 10-10'를 따른, 도 8의 플라즈마 소스 조립체의 횡단면도를 도시한다.
도 10a는 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 하단부 개략도를 도시한다.
도 11은 도 10의 영역(11)의 상세도를 도시한다.
도 12는 도 10의 영역(12)의 상세도를 도시한다.
도 13은 도 10의 영역(13)의 상세도를 도시한다.
도 14는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 가스 유입 플레이트 및 리세스(recess)의 부분 사시도를 도시한다.
도 15는, 라인 15-15'를 따라서 취한, 도 8의 플라즈마 소스 조립체의 횡단면도를 도시한다.
도 16은, 라인 16-16'를 따라서 취한, 도 8의 플라즈마 소스 조립체의 횡단면도를 도시한다.
도 16a는 하나 이상의 실시예에 따른, 라인 16-16'를 따라서 취한, 도 8의 플라즈마 소스 조립체의 횡단면도를 도시한다.
도 17은, 라인 17-17'를 따라서 취한, 도 8의 플라즈마 소스 조립체의 횡단면도를 도시한다.
도 18은 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 플라즈마 소스 조립체를 통한 가스 유동 경로의 개략도를 도시한다.
도 19는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 20은 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 21은 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 22a는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 22b는, 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 피드가 전력 공급 전극의 길이의 중심을 향해서 이동된, 도 22a의 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 23a는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 23b는, 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 피드가 전력 공급 전극의 길이의 중심을 향해서 이동된, 도 23a의 플라즈마 소스 조립체의 횡단면적인 개략도를 도시한다.
도 24는 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 플라즈마 소스 조립체의 단면도를 도시한다.
도 25a는 일 단부로부터 전력이 공급되는 전력 공급 전극에 대한, 축방향 위치에 따라 달라지는 전력의 그래프를 도시한다.
도 25b는 양 단부들로부터 전력이 공급되는 전력 공급 전극에 대한, 축방향 위치에 따라 달라지는 전력의 그래프를 도시한다.
도 26a 내지 도 26c는 전력 공급 전극의 양 단부들에 인가되는 전력에 따라 달라지는, 생성되는 플라즈마의 개략도를 도시한다.
도 27a 내지 도 27d는 개시 내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 상이한 플라즈마 커플링을 갖는 플라즈마 소스 조립체의 개략적인 횡단면적 측면도를 도시한다.
도 27e는 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 가변적인 폭의 전력 공급 전극을 갖는 플라즈마 소스 조립체의 개략적인 정면도를 도시한다.
도 28은 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 하나의 피드가 더미 부하와 전기적으로 연결된, 플라즈마 소스 조립체의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
도 29는 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 2개 초과의 피드들을 갖는 플라즈마 소스 조립체의 개략적인 횡단면도를 도시한다.
개시 내용의 실시예들은, 처리량(throughput)을 최대화하고 프로세싱 효율을 개선하기 위한, 연속적인 기판 증착을 위한 기판 프로세싱 시스템을 제공한다. 개시 내용의 하나 이상의 실시예들이 공간적 원자층 증착 챔버와 관련하여 설명되나; 당업자는, 이러한 것이 단지 하나의 가능한 구성이고 다른 프로세싱 챔버들 및 플라즈마 소스 모듈들이 이용될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "기판" 및 "웨이퍼"라는 용어는 상호 교환 가능하게 사용되고, 그둘 모두는, 프로세스가 작용하는, 표면, 또는 표면의 일부를 지칭한다. 또한, 당업자는, 문맥상 달리 명백하게 표시되지 않는 한, 기판에 대한 언급이 또한 기판의 일부만을 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 기판 상의 증착에 대한 언급은, 원상태의 기판(bare substrate), 및 하나 이상의 필름들 또는 피쳐들이 위에 증착되거나 형성된 기판 모두를 의미할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "반응성 가스", "전구체", "반응물" 및 기타와 같은 용어들은, 기판 표면과 반응할 수 있는 종들(species)을 포함하는 가스를 의미하기 위해서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 "반응성 가스"는 기판의 표면 상으로 단순히 흡착될 수 있고, 제2 반응성 가스와의 추가적인 화학적 반응을 위해서 이용될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "파이-형상의" 및 "쐐기-형상의"라는 용어들은, 원의 섹터인 본체를 설명하기 위해서, 상호 교환 가능하게 사용된다. 예를 들어, 쐐기-형상의 세그먼트가 원 또는 디스크-형상의 구조물의 일부일 수 있고, 다수의 쐐기-형상의 세그먼트들이 연결되어 원형 본체를 형성할 수 있다. 그러한 섹터는, 원의 2개의 반경들 및 교차되는 원호에 의해서 둘러싸인, 원의 일부로서 정의될 수 있다. 파이-형상의 세그먼트의 내부 에지는 지점이 될 수 있거나, 편평한 에지로 절두형이 될 수 있거나 둥근형이 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 섹터는 링 또는 환형체의 일부로서 정의될 수 있다.
기판들의 경로는 가스 포트들에 대해서 수직일 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 주입기 조립체들의 각각이, 기판이 횡단하는 경로에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 복수의 세장형 가스 포트를 포함하고, 가스 분배 조립체의 전방 면이 플래튼에 실질적으로 평행하다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "실질적으로 수직인" 이라는 용어는, 기판들의 일반적인 이동 방향이 가스 포트들의 축에 대략적으로 수직(예를 들어, 약 45° 내지 90°)인 평면을 따른다는 것을 의미한다. 쐐기-형상의 가스 포트에서, 가스 포트의 축은 그러한 포트의 길이를 따라서 연장되는 포트의 폭의 중간-지점으로서 정의되는 라인으로 간주될 수 있다.
도 1은, 주입기들 또는 주입기 조립체로도 지칭되는 가스 분배 조립체(120), 및 서셉터 조립체(140)를 포함하는, 프로세싱 챔버(100)의 횡단면을 도시한다. 가스 분배 조립체(120)는 프로세싱 챔버 내에서 사용되는 임의의 유형의 가스 전달 디바이스이다. 가스 분배 조립체(120)는 서셉터 조립체(140)에 대면되는 전방 표면(121)을 포함한다. 전방 표면(121)은 가스들의 유동을 서셉터 조립체(140)를 향해서 전달하기 위한 임의의 수의 또는 다양한 개구부들을 가질 수 있다. 가스 분배 조립체(120)는 또한, 도시된 실시예들에서 실질적으로 둥근, 외부 주변 에지(124)를 포함한다.
사용되는 가스 분배 조립체(120)의 특정 유형은 사용되는 특정 프로세스에 따라 달라질 수 있다. 개시 내용의 실시예들은, 서셉터와 가스 분배 조립체 사이의 간극이 제어되는 임의의 유형의 프로세싱 시스템과 함께 사용될 수 있다. 다양한 유형들의 가스 분배 조립체들(예를 들어, 샤워헤드들)이 이용될 수 있지만, 개시 내용의 실시예들은, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들을 갖는 공간적 ALD 가스 분배 조립체들을 가질 때 특히 유용할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 가스 채널들의 길이방향 축이 동일한 전반적인 방향으로 연장된다는 것을 의미한다. 가스 채널들의 평행 관계에서 약간의 불완전함들이 있을 수 있다. 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들은 적어도 하나의 제1 반응성 가스(A) 채널, 적어도 하나의 제2 반응성 가스(B) 채널, 적어도 하나의 퍼지 가스(P) 채널 및/또는 적어도 하나의 진공(V) 채널을 포함할 수 있다. 제1 반응성 가스(A) 채널(들), 제2 반응성 가스(B) 채널(들) 및 퍼지 가스(P) 채널(들)로부터 유동하는 가스들은 웨이퍼의 상단 표면을 향해서 지향된다. 가스 유동의 일부가 웨이퍼의 표면을 가로질러 수평으로 그리고 퍼지 가스(P) 채널(들)을 통해서 프로세싱 영역의 외부로 이동한다. 가스 분배 조립체의 일 단부로부터 타 단부로 이동하는 기판은 프로세스 가스들의 각각에 차례로 노출될 것이고, 그에 따라 기판 표면 상에 층을 형성할 것이다.
일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체(120)는 단일 주입기 유닛으로 제조된 강성 정지 본체이다. 하나 이상의 실시예들에서, 가스 분배 조립체(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 개별적인 섹터들(예를 들어, 주입기 유닛들(122))로 구성된다. 단일 단편 본체 또는 다수-섹터 본체 모두가 설명된 개시 내용의 다양한 실시예들과 함께 이용될 수 있다.
서셉터 조립체(140)는 가스 분배 조립체(120)의 아래에 배치된다. 서셉터 조립체(140)는 상단 표면(141) 및 상단 표면(141) 내의 적어도 하나의 리세스(142)를 포함한다. 서셉터 조립체(140)는 또한 하단부 표면(143) 및 에지(144)를 갖는다. 리세스(142)는 프로세스되는 기판들(60)의 형상 및 크기에 따라 달라지는 임의의 적합한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 리세스(142)는 웨이퍼의 하단부를 지지하기 위한 편평한 하단부를 갖지만; 리세스의 하단부는 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 리세스는, 웨이퍼의 외부 주변 에지를 지지하기 위한 크기의, 리세스의 외부 주변 에지 주위의 단차 영역들을 갖는다. 단차부들에 의해서 지지되는 웨이퍼의 외부 주변 에지의 양은, 예를 들어, 웨이퍼의 두께 및 웨이퍼의 후방 측면(back side)에 이미 존재하는 피쳐들의 존재에 따라서 달라질 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 리세스(142) 내에서 지지되는 기판(60)이 서셉터(140)의 상단 표면(141)과 실질적으로 공통 평면적인 상단 표면(61)을 갖도록, 서셉터 조립체(140)의 상단 표면(141) 내의 리세스(142)의 크기가 결정된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "실질적으로 공통 평면적인" 이라는 용어는, 웨이퍼의 상단 표면과 서셉터 조립체의 상단 표면이 ±0.2 mm 이내에서 공통 평면적이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 상단 표면들은 ± 0.15 mm, ± 0.10 mm 또는 ± 0.05 mm 이내에서 공통 평면적이다. 일부 실시예들의 리세스(142)는, 웨이퍼의 내경(ID)이 서셉터의 중심(회전 축)으로부터 약 170 mm 내지 약 185 mm의 범위 내에 위치되도록, 웨이퍼를 지지한다. 일부 실시예들의 리세스(142)는, 웨이퍼의 외경(OD)이 서셉터의 중심(회전 축)으로부터 약 470 mm 내지 약 485 mm의 범위 내에 위치되도록, 웨이퍼를 지지한다.
도 1의 서셉터 조립체(140)는 서셉터 조립체(140)를 상승, 하강 및 회전시킬 수 있는 지지 기둥(160)을 포함한다. 서셉터 조립체는 지지 기둥(160)의 중심부 내에서 가열기, 또는 가스 라인들, 또는 전기 구성요소들을 포함할 수 있다. 지지 기둥(160)은 서셉터 조립체(140)와 가스 분배 조립체(120) 사이의 간극을 증가 또는 감소시켜 서셉터 조립체(140)를 적절한 위치로 이동시키는 일차적인 수단일 수 있다. 서셉터 조립체(140)는 또한 미세 튜닝 작동기들(162)을 포함할 수 있고, 그러한 미세 튜닝 작동기들은 서셉터 조립체(140)에 대한 마이크로-조정들을 하여, 서셉터 조립체(140)와 가스 분배 조립체(120) 사이에서 미리 결정된 간극(170)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 간극(170) 거리는 약 0.1 mm 내지 약 5.0 mm의 범위, 또는 약 0.1 mm 내지 약 3.0 mm의 범위, 또는 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm의 범위, 또는 약 0.2 mm 내지 약 1.8 mm의 범위, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1.7 mm의 범위, 또는 약 0.4 mm 내지 약 1.6 mm의 범위, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 범위, 또는 약 0.6 mm 내지 약 1.4 mm의 범위, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1.3 mm의 범위, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm의 범위, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1.1 mm의 범위, 또는 약 1 mm이다.
도면들에 도시된 프로세싱 챔버(100)는 서셉터 조립체(140)가 복수의 기판들(60)을 유지할 수 있는 캐러셀-유형의 챔버이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 분배 조립체(120)는 복수의 분리된 주입기 유닛들(122)을 포함할 수 있고, 각각의 주입기 유닛(122)은, 웨이퍼가 주입기 유닛 아래에서 이동할 때, 웨이퍼 상에 필름을 증착할 수 있다. 2개의 파이-형상의 주입기 유닛들(122)이 서셉터 조립체(140)의 대략적으로 대향되는 측면들 상에 그리고 서셉터 조립체의 위에 배치되어 도시되어 있다. 이러한 수의 주입기 유닛들(122)은 단지 예시적인 목적을 위해서 도시된 것이다. 더 많거나 적은 주입기 유닛들(122)이 포함될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 서셉터 조립체(140)의 형상에 일치되는 형상을 형성하기 위한 충분한 수의 파이-형상의 주입기 유닛들(122)이 존재한다. 일부 실시예들에서, 개별적인 파이-형상의 주입기 유닛들(122)의 각각이, 다른 주입기 유닛들(122) 중 임의의 것에 영향을 미치지 않으면서, 개별적으로 이동, 제거 및/또는 교체될 수 있다. 예를 들어, 로봇이 기판들(60)을 적재/하역하기 위해서 서셉터 조립체(140)와 가스 분배 조립체(120) 사이의 영역에 접근할 수 있게 하기 위해서, 하나의 세그먼트가 상승될 수 있다.
웨이퍼들이 동일한 프로세스 흐름을 체험하도록, 다수의 가스 주입기들을 갖는 프로세싱 챔버들을 이용하여 다수의 웨이퍼들을 동시에 프로세스할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(100)는 4개의 가스 주입기 조립체들 및 4개의 기판들(60)을 갖는다. 프로세싱의 시작 시에, 기판들(60)이 주입기 조립체들(30) 사이에 배치될 수 있다. 서셉터 조립체(140)를 45°만큼 회전시키는 것(17)은, 가스 분배 조립체들(120) 아래의 점선 원에 의해서 도시된 바와 같이, 가스 분배 조립체들(120) 사이에 위치되는 각각의 기판(60)이 필름 증착을 위해서 가스 분배 조립체(120)로 이동되는 결과를 초래할 것이다. 부가적인 45° 회전은 기판들(60)을 주입기 조립체들(30)로부터 멀리 이동시킬 것이다. 공간적 ALD 주입기들을 이용함으로써, 주입기 조립체에 대한 웨이퍼의 이동 중에, 필름이 웨이퍼 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 서셉터 조립체(140)는 기판들(60)이 가스 분배 조립체들(120) 아래에서 멈추는 것을 방지하는 증분들로(in increments) 회전된다. 기판들(60) 및 가스 분배 조립체들(120)의 수가 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체들의 수와 동일한 수의 웨이퍼들이 프로세스된다. 하나 이상의 실시예들에서, 프로세스되는 웨이퍼들의 수는 가스 분배 조립체들의 수의 분수이거나 그 정수 배수이다. 예를 들어, 4개의 가스 분배 조립체들이 있는 경우에, 4x 웨이퍼들이 프로세스되고, 여기에서 x는 1 이상의 정수 값이다.
도 3에 도시된 프로세싱 챔버(100)는 하나의 가능한 구성의 단순한 대표예이고, 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 여기에서, 프로세싱 챔버(100)는 복수의 가스 분배 조립체들(120)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)를 중심으로 균일하게 이격된 4개의 (주입기 조립체들(30)로도 지칭되는) 가스 분배 조립체들이 있다. 도시된 프로세싱 챔버(100)는 8각형이나, 당업자는 이것이 하나의 가능한 형상이고 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 도시된 가스 분배 조립체들(120)은 사다리꼴이나, 단일 원형 구성요소일 수 있거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 파이-형상의 세그먼트들로 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예는 로드 록 챔버(load lock chamber)(180), 또는 버퍼 스테이션과 같은 보조 챔버를 포함한다. 이러한 챔버(180)가 프로세싱 챔버(100)의 측면에 연결되어, 예를 들어, (기판들(60)로도 지칭되는) 기판들이 프로세싱 챔버(100)에 대해서 적재/하역될 수 있게 한다. 웨이퍼 로봇이 챔버(180) 내에 배치되어, 기판을 서셉터 상으로 이동시킬 수 있다.
캐러셀(예를 들어, 서셉터 조립체(140))의 회전은 연속적 또는 불연속적일 수 있다. 연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은 일정하게 회전되고, 그에 따라 웨이퍼들은 주입기들의 각각에 차례로 노출된다. 불연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은 주입기 영역으로 이동되고 정지될 수 있고, 이어서 주입기들 사이의 영역(84)으로 이동되고 정지될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼들이 주입기-간 영역(inter-injector region)으로부터, 주입기(또는 주입기에 인접한 정지부)를 가로질러, 그리고 캐러셀이 다시 멈출 수 있는 다음 주입기-간 영역 상으로 이동되도록, 캐러셀이 회전될 수 있다. 주입기들 사이의 멈춤은, 각각의 층 증착 사이의 부가적인 프로세싱 단계들(예를 들어, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
도 4는, 주입기 유닛(122)으로 지칭될 수 있는, 가스 분배 조립체(220)의 섹터 또는 부분을 도시한다. 주입기 유닛들(122)은 개별적으로 또는 다른 주입기 유닛들과 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 4개의 주입기 유닛들(122)이 조합되어 단일 가스 분배 조립체(220)를 형성한다. (간결함을 위해서, 4개의 주입기 유닛들을 분리하는 라인들은 도시하지 않았다.) 도 4의 주입기 유닛(122)이, 퍼지 가스 포트들(155) 및 진공 포트들(145)에 더하여 제1 반응성 가스 포트(125) 및 제2 반응성 가스 포트(135) 모두를 갖지만, 주입기 유닛(122)이 이러한 구성요소들 모두를 필요로 하는 것은 아니다.
도 4 및 도 5 모두를 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 조립체(220)는 복수의 섹터들(또는 주입기 유닛들(122))을 포함할 수 있고, 각각의 섹터는 동일하거나 상이하다. 가스 분배 조립체(220)는 프로세싱 챔버 내에 배치되고, 가스 분배 조립체(220)의 전방 표면(121) 내에서 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145)을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145) 및 진공 포트들(155)은 내부 주변 에지(123)에 인접한 지역으로부터, 가스 분배 조립체(220)의 외부 주변 에지(124)에 인접한 지역을 향해서 연장된다. 도시된 복수의 가스 포트들은 제1 반응성 가스 포트(125), 제2 반응성 가스 포트(135), 제1 반응성 가스 포트들 및 제2 반응성 가스 포트들의 각각을 둘러싸는 진공 포트(145), 및 퍼지 가스 포트(155)를 포함한다.
도 4 또는 도 5에 도시된 실시예들을 참조하면, 포트들이 적어도 내부 주변 영역 주위로부터 적어도 외부 주변 영역 주위로 연장된다고 할 수 있으나, 포트들은 내부 영역으로부터 외부 영역으로 단순한 반경방향을 벗어나 연장될 수 있다. 진공 포트(145)가 반응성 가스 포트(125) 및 반응성 가스 포트(135)를 둘러쌈에 따라, 포트들이 접선방향으로 연장될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, 쐐기 형상의 반응성 가스 포트들(125, 135)은, 진공 포트(145)에 의해서, 인접한 내부 주변 영역 및 외부 주변 영역을 포함하는 모든 에지들 상에서 둘러싸인다.
도 4를 참조하면, 기판이 경로(127)를 따라 이동함에 따라, 기판 표면의 각각의 부분이 다양한 반응성 가스들에 노출된다. 경로(127)를 따를 때, 기판은 퍼지 가스 포트(155), 진공 포트(145), 제1 반응성 가스 포트(125), 진공 포트(145), 퍼지 가스 포트(155), 진공 포트(145), 제2 반응성 가스 포트(135) 및 진공 포트(145)에 노출되거나 "만날(see)" 것이다. 따라서, 도 4에 도시된 경로(127)의 단부에서, 기판은 제1 반응성 가스 포트(125) 및 제2 반응성 가스 포트(135)로부터의 가스 스트림들에 노출되어 층을 형성하였다. 도시된 주입기 유닛(122)은 1/4의 원을 구성하나, 그보다 크거나 작을 수 있다. 도 5에 도시된 가스 분배 조립체(220)는 직렬로 연결된 도 4의 4개의 주입기 유닛들(122)의 조합으로 간주될 수 있다.
도 4의 주입기 유닛(122)은 반응성 가스들을 분리하는 가스 커튼(150)을 도시한다. "가스 커튼"이라는 용어는, 반응성 가스들이 혼합되지 않게 분리하는 가스 유동들 또는 진공의 임의의 조합을 설명하기 위해서 사용된다. 도 4에 도시된 가스 커튼(150)은 제1 반응성 가스 포트(125) 다음의 진공 포트(145)의 부분, 중간부 내의 퍼지 가스 포트(155), 및 제2 반응성 가스 포트(135) 다음의 진공 포트(145)의 부분을 포함한다. 가스 유동 및 진공의 이러한 조합은, 제1 반응성 가스 및 제2 반응성 가스의 가스 상 반응들을 방지하거나 최소화하기 위해서 이용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 가스 분배 조립체(220)로부터의 가스 유동들 및 진공의 조합은 복수의 프로세싱 영역들(250)로의 분리를 형성한다. 프로세싱 영역들은, 가스 커튼(150)이 프로세싱 영역들(250) 사이에 있는 상태로 대략적으로 개별적인 반응성 가스 포트들(125, 135) 주위에 형성된다. 도 5에 도시된 실시예는 8개의 분리된 프로세싱 영역들(250)을 구성하고, 프로세싱 영역들 사이에 8개의 분리된 가스 커튼들(150)이 위치된다. 프로세싱 챔버는 적어도 2개의 프로세싱 영역을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 또는 12개의 프로세싱 영역들이 있다.
프로세싱 중에, 기판은 임의의 주어진 시간에 하나 초과의 프로세싱 영역(250)에 노출될 수 있다. 그러나, 상이한 프로세싱 영역들에 노출되는 부분들은 2개의 부분들을 분리하는 가스 커튼을 가질 것이다. 예를 들어, 기판의 선행 에지가, 제2 반응성 가스 포트(135)를 포함하는 프로세싱 영역에 진입하는 경우에, 기판의 중간 부분은 가스 커튼(150) 아래에 위치될 것이고 기판의 후행 에지는 제1 반응성 가스 포트(125)를 포함하는 프로세싱 영역 내에 위치될 것이다.
예를 들어, 로드 록 챔버일 수 있는 팩토리 인터페이스(280)가 프로세싱 챔버(100)에 연결되어 도시되어 있다. 기판(60)이 가스 분배 조립체(220) 위에 중첩되게 도시되어, 기준 프레임(frame of reference)을 제공한다. 기판(60)은 (가스 분배 플레이트로도 지칭되는) 가스 분배 조립체(120)의 전방 표면(121) 부근에서 유지되도록 서셉터 조립체 상에 주로 안착될 수 있다. 기판(60)은 팩토리 인터페이스(280)를 통해서 프로세싱 챔버(100) 내로, 기판 지지부 또는 서셉터 조립체 상으로 적재된다(도 3 참조). 기판(60)이 프로세싱 영역 내에 배치된 것으로 보일 수 있는데, 이는 기판이 제1 반응성 가스 포트(125)에 인접하여 그리고 2개의 가스 커튼들(150a, 150b) 사이에 위치되기 때문이다. 경로(127)를 따라서 기판(60)을 회전시키는 것은, 기판을 프로세싱 챔버(100) 주위에서 반-시계방향으로 이동시킬 것이다. 따라서, 기판(60)은, 사이의 모든 프로세싱 영역들을 포함하여, 제1 프로세싱 영역(250a)으로부터 제8 프로세싱 영역(250h)까지 노출될 것이다. 프로세싱 챔버 주위의 각각의 사이클을 위해서, 도시된 가스 분배 조립체를 이용하여, 기판(60)은 제1 반응성 가스 및 제2 반응성 가스의 4개의 ALD 사이클들에 노출될 것이다.
도 5에 도시된 것과 같은, 배치 프로세서에서의 통상적인 ALD 시퀀스는, 펌프/퍼지 섹션을 사이에 갖는, 공간적으로 분리된 주입기들로부터의 화학물질 A 및 B의 유동을 각각 유지한다. 통상적인 ALD 시퀀스는, 증착된 필름의 불균일성을 초래할 수 있는, 시작 및 종료 패턴을 갖는다. 본 발명자들은, 놀랍게도, 공간적 ALD 배치 프로세싱 챔버 내에서 실시되는 시간 기반의 ALD 프로세스가 필름에 더 큰 균일성을 제공한다는 것을 발견하였다. 가스 A에 대한 노출, 반응성 가스 없음, 가스 B에 대한 노출, 반응성 가스 없음과 관련된 기본적인 프로세스가 실시되어 주입기들 아래의 기판을 스윕(sweep)할 것이고, 그에 따라 표면을 화학물질 A 및 B로 각각 포화시켜 필름 내에 시작 및 종료 패턴이 형성되는 것을 방지할 것이다. 본 발명자들은, 놀랍게도, 시작 및 종료 패턴이 웨이퍼 균일성 성능에 상당한 영향을 미치는 얇은 목표 필름 두께(예를 들어, 20번 미만의 ALD 사이클들)의 경우에, 시간 기반의 접근방식이 특히 유리하다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 또한, 본원에서 설명된 바와 같은, SiCN, SiCO 및 SiCON 필름들을 생성하기 위한 반응 프로세스가 시간-도메인 프로세스(time-domain process)로 달성되지 못할 수 있다는 것을 발견하였다. 프로세싱 챔버를 퍼지하기 위해서 사용되는 시간의 양은 기판 표면으로부터의 재료의 박피를 초래한다. 그러한 박피는 설명된 공간적 ALD 프로세스에서는 발생되지 않는데, 이는 가스 커튼 하의 시간이 짧기 때문이다.
따라서, 개시 내용의 실시예들은 복수의 프로세싱 영역들(250a 내지 250h)을 갖는 프로세싱 챔버(100)를 포함하는 프로세싱 방법들에 관한 것이고, 각각의 프로세싱 영역은 가스 커튼(150)에 의해서 인접 영역으로부터 분리된다. 예를 들어, 프로세싱 챔버가 도 5에 도시되어 있다. 프로세싱 챔버 내의 가스 커튼들 및 프로세싱 영역들의 수는, 가스 유동들의 배열에 따라, 임의의 적합한 수일 수 있다. 도 5에 도시된 실시예는 8개의 가스 커튼들(150) 및 8개의 프로세싱 영역들(250a 내지 250h)을 갖는다. 가스 커튼들의 수는 일반적으로 프로세싱 영역들의 수와 같거나 그보다 많다. 예를 들어, 영역(250a)이 반응성 가스 유동을 갖지 않고, 단순히 적재 지역으로서의 역할을 하는 경우에, 프로세싱 챔버는 7개의 프로세싱 영역들 및 8개의 가스 커튼들을 가질 것이다.
복수의 기판들(60)이 기판 지지부, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 서셉터 조립체(140) 상에 배치된다. 복수의 기판들(60)이 프로세싱을 위해서 프로세싱 영역들 주위에서 회전된다. 일반적으로, 가스 커튼들(150)은 반응성 가스가 챔버 내로 유동하지 않는 기간들을 포함하는 프로세싱 전체를 통해서 관여된다(가스 유동 및 진공 인가).
제1 반응성 가스(A)가 프로세싱 영역들(250) 중 하나 이상 내로 유동하는 한편, 불활성 가스는, 제1 반응성 가스(A)가 내부로 유동되지 않는 임의의 프로세싱 영역(250) 내로 유동된다. 예를 들어, 제1 반응성 가스가 프로세싱 영역들(250b) 내지 프로세싱 영역(250h) 내로 유동하는 경우에, 불활성 가스는 프로세싱 영역(250a) 내로 유동할 것이다. 불활성 가스는 제1 반응성 가스 포트(125) 또는 제2 반응성 가스 포트(135)를 통해서 유동될 수 있다.
프로세싱 영역들 내의 불활성 가스 유동은 일정하거나 변동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반응성 가스는 불활성 가스와 함께-유동된다. 불활성 가스는 캐리어 및 희석제로서 작용할 것이다. 캐리어 가스에 비해서 반응성 가스의 양이 적기 때문에, 함께-유동하는 것은, 인접 영역들 사이의 압력 차이들을 감소시키는 것에 의해서, 프로세싱 영역들 사이의 가스 압력들의 균형을 보다 쉽게 달성하게 할 수 있다.
개시 내용의 일부 실시예들은 마이크로파 플라즈마 소스들에 관한 것이다. 마이크로파 플라즈마 소스들이 공간적인 ALD 프로세싱 챔버와 관련하여 설명되지만, 당업자는, 그러한 모듈들이 공간적 ALD 챔버들로 제한되지 않는다는 것 그리고 마이크로파 플라즈마가 사용될 수 있는 임의의 주입기 상황에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
개시 내용의 일부 실시예들은 유리하게 모듈형 플라즈마 소스 조립체들, 즉 프로세싱 시스템 내로 용이하게 삽입될 수 있고 그로부터 용이하게 제거될 수 있는 소스를 제공한다. 예를 들어, 하나의 쐐기-형상의 가스 포트를 제거하도록 그리고 그러한 가스 포트를 모듈형 플라즈마 소스 조립체로 교체하도록, 도 5에 도시된 것과 같은 다수-부분 가스 분배 조립체를 수정할 수 있다.
개시 내용의 일부 실시예들은 유리하게, 플라즈마를 "전력 흡수 매체"만으로 이용하는 것이 아니라 "파동 안내 매체"의 일부로서 또한 이용하는 이동-파동(traveling-wave) 유형의 플라즈마 인가장치를 제공한다. 개시 내용의 일부 실시예들은 유리하게, 공간적으로 확장된 마이크로파 플라즈마들을 가능하게 하는 플라즈마 전력 공급 전극을 제공한다. 플라즈마 전력 공급 전극 개념은 "표면-파동 플라즈마 기술"로도 지칭된다. 개시 내용의 일부 실시예들은, 불균일성을 유발하는 정상파를 최소화 또는 제거하기 위해서, 플라즈마 인가장치(또는 스트립-라인 전력 공급 전극) 내에서 반사 전력을 최소화하거나 제거한다.
개시 내용의 일부 실시예들은 "스트립-라인 전력 공급 전극"을 포함하고, 플라즈마는 스트립-라인 전력 공급 전극의 2개의 "접지 전극들" 중 하나로서 작용한다. 예를 들어, 도 6a는 접지 전극(310)으로부터 이격된 스트립-라인 전력 공급 전극(350)을 도시한다. 단일 접지 전극이 존재할 때 전력 공급 전극(350)과 접지 전극(310) 사이의 전자적 커플링을 설명하기 위해서, 전기장 라인들(352)이 도시되어 있다. 도 6b는, 접지 전극(310)과 접지 전극(310a) 사이의 그리고 그들로부터 이격된 스트립-라인 전력 공급 전극(350)을 도시한다. 전기장 라인들(352)은 전력 공급 전극(350)과 접지 전극(310) 사이의 전자적 커플링을 나타내고, 전기장 라인들(352a)은 전력 공급 전극(350)과 접지 전극(310a) 사이의 전자적 커플링을 나타낸다. 도 6c는, 플라즈마(353)에 대향된 접지 전극(310)으로부터 이격된 전력 공급 전극(350)을 도시한다. 플라즈마(353)는 접지 전극(310)을 대체하는 것으로 작용할 수 있다. 전력 공급 전극(350)의 치수들, 전력 공급 전극(350)과 접지 전극(310) 사이의 간격, 전력 공급 전극(350)과 플라즈마(353) 사이의 간격, 및 유전체 재료(354)의 조성 및 치수들이 전송-라인 전파 상수(transmission-line propagation constant)에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극의 폭은 전극의 길이보다 좁다. 도시된 필드 라인들은 설명을 위한 것이고, 사용 시에 임의의 특정 전기장들을 나타내지 않을 수 있고, 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
전력 공급 전극을 따른 파동 전파(및 감쇠)는 스트립-라인의 기하형태 및 플라즈마에 따라 달라진다. 도 6d 및 도 6e는 전력 공급 전극(350)과 접지 전극(310) 사이의 거리의 영향을 도시한다. 도 6d에서, 전력 공급 전극(전력 공급 전극(350))은, 도 6e에 비해서, 플라즈마(353)에 비교적 근접한다. 플라즈마에 대한 전력 커플링(전력 손실)은, 도 6e에서보다, 도 6d에서 더 강력하다(즉, 파동이 더 빨리 붕괴되고 축방향으로 멀리 전파되지 않는다). (비 손실 전극(not lossy electrode)을 위해서) 스트립이 금속 접지에 더 근접하는 경우에, 스트립-라인 상의 전압이 더 낮고 플라즈마에 대한 커플링이 더 약하며, 다시 말해서 축방향 전력 손실(파동 감쇠)이 더 약하고 파동은 더 멀리 전파된다.
또한, 스트립(전력 공급 전극(350))의 폭은 파동-전파 (감쇠) 상수에 영향을 미칠 수 있고, 다시 말해서 축방향 플라즈마 프로파일에 영향을 미칠 수 있다. 도 6f는, 도 6g의 전력 공급 전극(350)보다 좁은 폭을 갖는 전력 공급 전극(350)을 도시한다. 다른 고려 사항들이 동일하다면, 도 6f의 플라즈마(353)는 도 6g의 플라즈마보다 좁은 폭으로 한정될 것이다.
도 7 내지 도 29를 참조하면, 개시 내용의 하나 이상의 실시예들은 모듈형 마이크로파 플라즈마 소스들(300)에 관한 것이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "모듈형"이라는 용어는, 플라즈마 소스(300)가 프로세싱 챔버에 부착될 수 있거나 그로부터 제거될 수 있다는 것을 의미한다. 모듈형 소스는 일반적으로 한 사람에 의해서 이동, 제거, 또는 부착될 수 있다.
일부 실시예들의 (스트립-라인 전력 공급 전극(350), 스트립-라인 전극 또는 핫 전극(hot electrode)으로도 지칭되는) 플라즈마 인가장치는 2개의 마이크로파(MW) 발생기들에 의해서 전력 공급되는 선형 플라즈마 소스이고; 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 MW 발생기가 플라즈마 인가장치의 각각의 단부에 전기적으로 커플링된다. 제1 MW 발생기(361) 및 제2 MW 발생기(362)가 약간 상이한 주파수들로 튜닝되어 정상파 문제들을 최소화할 수 있다. 동작에 관한 임의의 특정 이론에 의해서 구속되지 않고, 2개의 발생기들을 이용하는 것이 또한 2개의 플라즈마-인가장치 단부들 사이의 전력 균형 및 단부-대-단부 플라즈마 불일치(end-to-end plasma skew)의 제어를 가능하게 하는 것으로 생각된다. 스트립-라인 전력 공급 전극(350)은 플라즈마 프로파일을 제어하기 위해서 가변적인 기하형태(예를 들어, 스트립-전극 폭/형상 및/또는 플라즈마(353)/접지 전극(310)까지의 거리)를 가질 수 있다. 도 7에 도시된 스트립-라인 전력 공급 전극(350)은 유전체(320)에 의해서 접지 전극(310) 및 플라즈마로부터 분리된다.
도 8을 참조하면, 개시 내용의 하나 이상의 실시예들은, 접지 전극(310) 및 유전체(320)를 포함하는 플라즈마 소스 조립체들(300)에 관한 것이다. 도시된 플라즈마 소스 조립체(300)는, 도 5에 도시된 것과 같은, 가스 분배 조립체와 함께 사용될 수 있는 쐐기-형상의 구성요소이다. 도시된 플라즈마 소스 조립체(300)는 길이방향 축의 경계들을 형성하는 내부 주변 에지(301) 및 외부 주변 에지(302)를 갖는다.
접지 전극(310) 및 유전체(320)는 하우징(미도시) 내에서 둘러싸일 수 있거나, 조립체(300)의 외부 표면을 형성할 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 유전체(320)는 계층형 외부 표면을 형성하기 위해서 상부 부분(322)으로부터 삽입된 하부 부분(321)을 갖는다. 계층형 외부 표면은, 가스 분배 조립체 내에 배치될 때 조립체(300)를 지지할 수 있는 (상부 부분(322)의 노출된 하단부 상의) 지지 표면을 제공할 수 있다. 이는, 조립체(300)가 그 자체의 중량을 지지할 수 있게 하는 하나의 가능한 구성을 나타내고, 다른 구성들도 개시 내용의 범위에 포함된다.
도 9는, 접지 전극(310) 및 하우징(307)이 계층화된, 플라즈마 소스 조립체(300)의 하나 이상의 실시예의 횡단면도를 도시한다. 접지 전극(310)은 o-링들(313)을 갖는 분리된 구성요소들인 하부 부분(311) 및 상부 부분(312)으로 도시되어 있다. 하부 부분(311) 및 상부 부분(312)은, 비제한적으로, 제거 가능한 하드웨어(예를 들어, 볼트들) 또는 영구적인 결합들(예를 들어, 납땜 결합)을 포함하는 임의의 적합한 구성요소들에 의해서 연결될 수 있다. 도시된 실시예는, 조립체(300)가 가스 분배 조립체(120) 내에서 지지될 수 있는 2개의 영역들을 제공한다. 도시된 계층적 하우징(307)은 가스 분배 조립체(120) 내에 형성된 턱부(ledge)(128) 상에 놓이고, 접지 전극(310)의 상부 부분(312)은 가스 분배 조립체(120)의 상단 표면(126) 상에 놓인다. 도시된 실시예에서, 조립체(300)는 상부 부분(312)을 통해서 가스 분배 조립체(120) 내로 이어지는 볼트들(317)에 의해서 제 위치에서 유지된다.
도 9에 도시된 유전체(320)는 스트립-라인 전력 공급 전극(350)을 포함하는 내부 부분에 접근할 수 있도록 유전체(320)가 개방될 수 있게 하기 위한 다수의 부품들을 갖는다. 접지 전극(310) 및 유전체(320)가 O-링(323)으로 연결되어, 이하에서 설명되는 바와 같은, 가스 경로(330)를 위한 기밀 밀봉부를 형성할 수 있다. 용이한 설명을 위해서, 다양한 O-링들을 다른 도면들 및 도시된 실시예들에서 도시하지 않았지만; 당업자는, O-링의 일반적인 유용성 및 그러한 O-링이 사용될 수 있는 적절한 위치들을 인지할 것이다.
도 10은, 라인 10-10'를 따라서 취한, 도 8의 플라즈마 소스 조립체(300)의 횡단면도를 도시한다. 플라즈마 소스 조립체(300)는 제1 단부(355) 및 제2 단부(357)를 갖춘 전력 공급 전극(350)을 갖는다. 제1 단부(355)가 내부 주변 에지(301)에 인접하도록 그리고 제2 단부(357)가 외부 주변 에지(302)에 인접하도록, 전력 공급 전극(350)은 플라즈마 소스 조립체(300)의 길이방향 축을 따라서 연장된다. 이러한 방식으로 사용될 때, "인접한"이라는 용어는, 제1 구성요소가 제2 구성요소 부근에 또는 그 다음에 배치된다는 것을 의미한다.
도 10a는 내부 주변 에지(301) 및 외부 주변 에지(302)를 갖춘 쐐기-형상의 플라즈마 조립체(300)의 개략도를 도시한다. 조립체(300)의 길이방향 축(303)은 내부 주변 에지(301) 및 외부 주변 에지(302)를 통해서 연장되고 제1 에지(304)와 제2 에지(305) 사이의 중심에 위치되는 점선으로서 표시되어 있다. 전력 공급 전극(350)은 길이(L) 및 폭(W)을 갖는다. 길이(L)는 제1 단부(355)로부터 제2 단부(357)까지 측정된다. 폭(W)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 조립체(300)의 전방 면(324)에 의해서 형성된 평면과 유사한 평면 내에서 길이방향 축(303)에 수직으로 측정된다. 전력 공급 전극(350)은 전력 공급 전극의 길이를 따라서 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 축을 갖는다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 실질적으로 평행한 측면들을 갖는다. 도 10a를 참조하면, 측면들은 전력 공급 전극의 단부들(355, 357) 사이에서 연장된다. "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 일 측면에 의해서 형성된 주 평면이 다른 측면에 의해서 형성된 주 평면의 ±10° 이내라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)의 폭(W)은 전극(350)의 길이(L)에 걸쳐 실질적으로 동일하게 (예를 들어, 평균의 10% 이내에서) 유지된다. 일부 실시예들에서, 전극(350)의 측면들이 전극의 상단부에서 또는 하단부에서 내측으로 경사져서 사다리꼴 횡단면을 형성한다.
전력 공급 전극(350)은 동작 온도들을 견딜 수 있는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈륨(Ta) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 텅스텐을 포함하거나, 텅스텐으로 본질적으로 이루어지거나, 텅스텐으로 이루어진다. 이러한 방식으로 사용될 때, "본질적으로 ~로 이루어진"이라는 용어는, 전력 공급 전극(350)이, 원자 기반으로, 기술된 재료의 약 95%, 98%, 또는 99% 이상이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 몰리브덴을 포함하거나, 몰리브덴으로 본질적으로 이루어지거나, 몰리브덴으로 이루어진다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 탄탈륨을 포함하거나, 탄탈륨으로 본질적으로 이루어지거나, 탄탈륨으로 이루어진다.
전력 공급 전극(350)의 폭(W)은 임의의 적합한 폭일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 약 2 mm 내지 약 50 mm의 범위, 또는 약 4 mm 내지 약 40 mm의 범위, 또는 약 5 mm 내지 약 30 mm의 범위, 또는 약 7 mm 내지 약 20 mm의 범위, 또는 약 8 mm 내지 약 15 mm의 범위 내의 폭(W)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)의 폭(W)은 약 10 mm이다.
일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)의 폭(W)은 제1 단부(355)로부터 제2 단부(357)까지 변화된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)의 폭(W)의 형상은 조립체(300)의 형상에 일치된다. 예를 들어, 쐐기-형상의 조립체(300)가, 외부 에지에서의 폭들과 내부 에지에서의 폭들의 비율들이 유사한 쐐기-형상의 전력 공급 전극(350)을 가질 수 있다.
접지 전극(310)은 전력 공급 전극(350)의 제1 측면에 배치된다. 접지 전극(310)의 위치는 전력 공급 전극(350)의 위로서 지칭될 수 있다. 그러나, "위", "아래" 및 기타와 같은 상대적인 용어들의 이용들은 특정의 물리적 관계를 나타내는 것으로 의도되는 것이 아니고, 상대적인 관계를 나타내도록 의도된 것이다. 예를 들어, 도 10의 좌표 축은, 접지 전극(310)이 전력 공급 전극(350)보다 Z-축에서 더 높이 배치된다는 것을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)의 제1 측면은, Z-축에서, 전력 공급 전극(350)의 제2 측면과 상이한, 전력 공급 전극(350)의 측면이다.
접지 전극(310)은, 비제한적으로, 알루미늄, 스테인리스 강 및 구리를 포함하는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 접지 전극(310)은 임의의 적합한 전기적 특성들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 접지 전극은 전기 접지와 전기 접촉되는 전도성 재료이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 접지 전극(310)은 거리(D1)만큼 전력 공급 전극(350)으로부터 이격될 수 있다. 거리(D1)는 접지 전극과 전력 공급 전극 사이의 직접적인 전기 접촉을 방지하기 위해서 접지 전극(310)을 전력 공급 전극(350)으로부터 분리하기 위한 임의의 적합한 거리일 수 있다. 일부 실시예들에서, 접지 전극(310)은 제2 유전체(325)에 의해서 전력 공급 전극(350)으로부터 이격된다. 제2 유전체(325)는 유전체(320)와 동일할 수 있거나 상이한 재료일 수 있다. 유전체(320) 및/또는 제2 유전체(325)는 비제한적으로, 알루미늄 산화물, 규소 산화물, 규소 질화물, 세라믹, 석영, 공기를 포함하는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체(320) 및/또는 제2 유전체(325)는 유전체 재료 및 공기 간극의 조합을 포함한다. 전력 공급 전극(350)의 제2 측면 상의 유전체(320)는 전력 공급 전극(350)에 인접한 또는 그에 대면되는 내부 면(326) 및 내부 면(326)에 대향되는 외부 면(327)을 갖는다.
도 10에 도시된 실시예에서, 유전체(320)는 하우징(307) 내에서 지지되고 및/또는 위치된다. 유전체(320) 및 제2 유전체(325)가 전력 공급 전극(350)을 둘러싸서, 전력 공급 전극이 접지 전극(310) 또는 접지 전극(310)에 대향되는 전력 공급 전극(350)의 측면 상의 가스 또는 구성요소와 직접적으로 전기 접촉하는 것을 방지한다. 도시된 실시예에서, 유전체(320)는 전력 공급 전극(350)을 가스 채널(370) 내의 가스로부터 분리한다.
제1 마이크로파 발생기(361)(도 7 참조)가 제1 피드(381)를 통해서 전력 공급 전극(350)의 제1 단부(355)에 전기적으로 커플링된다. 제1 피드(381)는 전력을 제1 마이크로파 발생기(361)로부터 전력 공급 전극(350)에 전달할 수 있는 임의의 적합한 전도성 재료로 제조된다. 도 10 및 도 11의 상세도에 도시된 실시예에서, 제1 피드(381)는 접지 전극(310)과의 전기 접촉없이, 개구부(314)를 통해서 접지 전극(310)을 통과한다.
제2 마이크로파 발생기(362)(도 7 참조)가 제2 피드(382)를 통해서 전력 공급 전극의 제2 단부(357)에 전기적으로 커플링된다. 제2 피드(382)는 전력을 제2 마이크로파 발생기(362)로부터 전력 공급 전극에 전달할 수 있는 임의의 적합한 전도성 재료로 제조된다. 도 10 및 도 12의 상세도에 도시된 실시예에서, 제2 피드(382)는 접지 전극(310)과의 전기 접촉없이, 개구부(315)를 통해서 접지 전극(310)을 통과한다.
제1 피드(381) 및 제2 피드(382)는 임의의 적합한 기술에 의해서 접지 전극(310)과의 전기 접촉으로부터 격리될 수 있다. 도 9를 다시 참조하면, 제1 피드(381)는 동축적인 피드 라인(383)으로서 도시되어 있다. 동축적인 피드 라인(383)은, 동축적인 구성으로 배열된, 절연체(384)를 갖는 내부 전도체(제1 피드(381)) 및 외부 전도체(385)를 포함한다. 외부 전도체(385)는 접지 전극(310)과 전기 접촉되어, 완전한 전기 회로를 형성한다. 도시된 실시예에서, 절연체(384)는 제2 유전체(325)에서 종료된다. 그러나, 절연체(384)는 비제한적으로, 전력 공급 전극(350)을 포함하는 임의의 적합한 지점에서 종료될 수 있다. 일부 실시예들의 제2 피드(382)는 제1 피드(381)와 동일한 구성요소들을 포함한다.
도 11의 상세도를 참조하면, 전력 공급 전극(350)은 거리(D1)만큼 접지 전극(310)으로부터 분리될 수 있고 거리(D2)만큼 가스 채널(370)로부터 분리될 수 있다. 거리(D1) 및 거리(D2)가 동일하거나 상이한 치수들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리(D1) 및 거리(D2)가 약 4 mm 내지 약 15 mm의 범위, 약 5 mm 내지 약 14 mm의 범위, 약 7 mm 내지 약 13 mm의 범위, 또는 약 9 mm 내지 약 12 mm의 범위, 또는 약 11 mm이다.
일부 실시예들에서, 거리(D1)는 제1 단부(355)와 제2 단부(357) 사이에서 실질적으로 동일하게 유지된다. 이러한 방식으로 사용될 때, "실질적으로 동일한"이라는 용어는, 두께가 제1 단부(355)로부터 제2 단부(357)까지 평균 두께에 대해서 10%, 5%, 2% 또는 1% 초과로 변경되지 않는다는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 거리(D1)가 제1 단부(355)와 제2 단부(357) 사이에서 변화된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제2 유전체(325)는 제1 단부(355)에서보다 제2 단부(357) 부근에서 더 두껍고, 그에 따라 거리(D1)는 제1 단부(355)에서보다 제2 단부(357)에서 더 멀다. 일부 실시예들에서, 제2 유전체(325)는, 제1 단부(355)보다, 제2 단부(357) 부근에서 더 얇다.
일부 실시예들에서, 거리(D2)는 제1 단부(355)와 제2 단부(357) 사이에서 실질적으로 동일하게 유지된다. 일부 실시예들에서, 거리(D2)가 제1 단부(355)와 제2 단부(357) 사이에서 변화된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제2 유전체(325)는 제1 단부(355)에서보다 제2 단부(357) 부근에서 더 두껍고, 그에 따라 거리(D2)는 제1 단부(355)에서보다 제2 단부(357)에서 더 멀다. 일부 실시예들에서, 제2 유전체(325)는, 제1 단부(355)보다, 제2 단부(357) 부근에서 더 얇다.
도 10 및 도 13의 상세도를 참조하면, 플라즈마 소스 조립체(300)의 일부 실시예들은 접지 전극(310)의 상단부 내에서 가스 유입구(410)를 포함한다. 이러한 방식으로 사용될 때, 접지 전극(310)의 "상단부"는 전력 공급 전극(350)으로부터 가장 먼 접지 전극(310)의 표면을 지칭하고, 물리적 배향을 암시하지는 않는다. 일부 실시예들의 가스 유입구(410)는 접지 전극(310)의 상단부에 대향되어 위치된 조립체(300)의 하단부의 가스 채널(370)과 유체 연통되고, 그에 따라 가스가 조립체(300)의 상단부로부터, 조립체의 본체를 통해서, 그리고 조립체(300) 아래에 위치된 프로세싱 챔버의 프로세스 영역 내로 유동할 수 있다.
도 13 내지 도 17을 참조하면, 일부 실시예들의 가스 유동 경로(405)가 도시되어 있다. 도 15는 도 8의 라인 15-15'를 따라서 취한 횡단면도이고, 전력 공급 전극(350)의 제1 단부(355)에서 조립체(300)의 단부의 일부를 도시한다. 도 16은 전력 공급 전극(350)의 제1 단부(355)와 중심에 위치된 가스 유입구(410) 사이의, 도 8의 라인 16-16'을 따라서 취한 횡단면도이다. 도 17은 중심에 위치된 가스 유입구(410)에서의 도 8의 라인 17-17'을 따라서 취한 횡단면도이다. 도시된 실시예들이 전력 공급 전극(350)의 길이의 중심에서 가스 유입구(410)를 갖지만, 이러한 것이 단지 하나의 가능한 구성의 대표예라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들은, 접지 전극(310) 내의 또는, 접지 전극(310)으로부터 분리되는 경우에, 하우징 내의 리세스(319) 내로 끼워질 수 있는 가스 유입 플레이트(440)를 포함한다. 가스 삽입 플레이트(440)는 임의의 적합한 형상 또는 크기일 수 있다. 도시된 실시예에서, 가스 삽입 플레이트(440)는 중심 스파(center spar)(441) 및 2개의 단부 스파들(442)을 갖는 I-빔과 유사한 형상을 갖는다. 가스 유입구(410)를 통해서 유동하는 가스의 전도도(conductance)가 단부 스파들(442)의 각각에서 대략적으로 동일하도록, 가스 유입구(410)가 중심 스파(441)의 중앙부 내에 위치된다.
가스 삽입 플레이트(440)는 접지 전극(310)의 상단부 아래의 턱부(421) 상에 안착된다. 턱부(421)의 폭은, 가스 삽입 플레이트(440)의 에지들을 지지하기 위한 임의의 적합한 폭일 수 있다. 가스 유입구(410)를 통해서 유동하는 가스가, 리세스(319)의 하단부(423) 및 가스 삽입 플레이트(440)에 의해서 형성된 가스 체적부(420) 내로, 그리고 단부 스파들(442)의 단부들 아래의 홀들(424)을 통해서 전달된다.
가스 유동 경로(405)가 도 18의 개략도에 도시되어 있다. 가스 유동 홀들(424)은 관들(426)을 통해서, 길이방향 축을 따라서 연장되는 하나 이상의 플리넘(428) 내로 전달된다. 접지 전극(310) 및 유전체(320)를 통해서, 플라즈마 소스 조립체(300)의 길이방향 축을 따라서 연장되는 가스 채널(370)까지 유동하도록, 가스 유입 플레이트(440)로부터의 가스의 유동을 제공하기 위해서, 하나 이상의 플리넘(428)이 하나 이상의 가스 도관들(430)과 유체 연통된다. 가스 채널(370)은, 하우징(307)의 전방 면(324) 또는 유전체(320)로부터 측정되는, 임의의 적합한 깊이일 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 채널(370)은 약 5 mm 내지 약 30 mm의 범위, 또는 약 10 mm 내지 약 25 mm의 범위, 또는 약 15 mm 내지 약 20 mm의 범위의 깊이를 갖는다.
가스 체적부(420) 및 가스 삽입 플레이트(440)를 도 17의 횡단면도에서 확인할 수 있다. 2개의 플리넘들(428) 및 도관들(430)이 도 16의 횡단면도에서 확인된다. 도관들(430)은 가스 채널(370)과 유체 연통된다. 도 15 내지 도 17의 횡단면도들에서, 하우징(307) 및 유전체(320)는 도관들(430)에 대한 경계들을 형성한다. 일부 실시예들에서, 도관들(430)은 전체가 유전체(320) 내에 형성된다. 일부 실시예들에서, 도 16a에 도시된 바와 같이, 도관들(430) 및 선택적으로 플리넘들(428)의 전체가 금속 하우징(307) 내에 형성된다. 당업자는, 개시된 구성들 중 임의의 구성이, 금속 하우징(307) 내에 전체가 위치되는 도관들(430)을 가질 수 있다는 것을 인지할 것이다.
도 17을 참조하면, 전력 공급 전극의 횡단면 형상이 직사각형으로 도시되어 있다. 전력 공급 전극(350)의 횡단면 형상은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 전극(350)은 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 원통형일 수 있고, 횡단면 형상이 둥글거나 타원형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극은 편평한 전도체이다. 이러한 방식으로 사용될 때, "편평한 전도체"라는 용어는, 도 17에서와 같이, 횡단면이 직사각형인 직사각형 프리즘 형상을 갖는 전도성 재료를 의미한다. 편평한 전도체는 높이 또는 두께(T)를 갖는다. 두께(T)는, 예를 들어, 전력 공급 전극(350) 재료에 따라서 달라지는 임의의 적합한 두께일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 약 5 ㎛ 내지 약 5 mm, 0.1 mm 내지 약 5 mm의 범위, 또는 약 0.2 mm 내지 약 4 mm의 범위, 또는 약 0.3 mm 내지 약 3 mm의 범위, 또는 약 0.5 mm 내지 약 2.5 mm의 범위, 또는 약 1 mm 내지 약 2 mm의 범위의 두께를 갖는다.
일부 실시예들에서, 유전체(320) 및/또는 제2 유전체(325)의 폭(Wd)이 전극의 길이를 따라서 동일하게 유지되거나 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, (선택적으로 제2 유전체(325)를 포함하는) 유전체(320)가 전력 공급 전극(350)의 제1 단부(355)로부터 제2 단부(357)까지 균일한 폭(Wd)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 유전체(320)는 (도 9에 도시된 것과 같이) 실질적으로 평행한 측면들을 갖는다. 이러한 측면들은 전력 공급 전극의 단부들(355, 357) 사이에서 연장된다. "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 일 측면에 의해서 형성된 주 평면이 다른 측면에 의해서 형성된 주 평면의 ±10° 이내라는 것을 의미한다. 주 평면은, 도 15에 도시된 바와 같이, 곡선형인 측면의 부분들은 포함하지 않는다. 일부 실시예들에서, 유전체(320)의 폭(Wd)은 전극(350)의 길이(L)에 걸쳐 실질적으로 동일하게 (예를 들어, 평균의 10% 이내에서) 유지된다. 일부 실시예들에서, 유전체(320)의 폭(Wd)은 하우징(307)의 폭과 함께 변경되고, 그에 따라 유전체(320)의 폭 대 하우징(307)의 폭의 비율은 하우징의 내부 단부로부터 외부 단부까지 대략적으로 동일하게 유지된다. 일부 실시예들에서, 유전체(320)의 폭(Wd)은 λ/2를 초과하지 않고, 여기에서 람다(λ)는 마이크로파 파장이다.
도 7을 참조하면, 제1 마이크로파 발생기(361)가 제1 피드(381)를 통해서 전력 공급 전극(350)의 제1 단부(355)에 전기적으로 커플링되고, 제2 마이크로파 발생기(362)가 제2 피드(382)를 통해서 전력 공급 전극(350)의 제2 단부(357)에 전기적으로 커플링된다. 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)는 도 9와 관련하여 전술되어 있다. 제1 마이크로파 발생기(361)는 제1 주파수(f1)로 동작되고, 제2 마이크로파 발생기(362)는 제2 주파수(f2)로 동작된다. 일부 실시예들에서, 제1 주파수(f1) 및 제2 주파수(f2)는 약 300 MHz 내지 약 300 GHz의 범위, 또는 약 900 MHz 내지 약 930 MHz의 범위, 또는 약 1 GHz 내지 약 10 GHz의 범위, 또는 약 1.5 GHz 내지 약 5 GHz의 범위, 또는 약 2 GHz 내지 약 3 GHz의 범위, 또는 약 2.4 GHz 내지 약 2.5 GHz의 범위, 또는 약 2.44 GHz 내지 약 2.47 GHz의 범위, 또는 약 2.45 GHz 내지 약 2.46 GHz의 범위이다. 일부 실시예들에서, 주파수(f1) 및 주파수(f2)는 각각 약 915 MHz ± 15 %, 또는 915 MHz ± 10%이다. 일부 실시예들에서, 주파수(f1)는 주파수(f2)의 0.05 GHz 이내이다. 일부 실시예들에서, 주파수(f1)는 주파수(f2)와 상이하다(즉, 900 내지 930 MHz 범위의 주파수들에서 5 MHz보다 큰 차이 또는 1 GHz 내지 10 GHz 범위의 주파수들에서 0.05 GHz보다 큰 차이). 일부 실시예들에서, 주파수(f1)는 주파수(f2)와 상이하고, 그 각각은 약 900 MHz 내지 약 930 MHz의 범위, 또는 약 2.4 GHz 내지 약 2.5 GHz의 범위, 또는 2.45 GHz ± 10%, 또는 2.45 GHz ± 5%, 또는 915 MHz ± 15 %, 또는 915 MHz ± 10%이다.
제1 마이크로파 발생기(361) 및 제2 마이크로파 발생기(362)가 임의의 적합한 전력에서 동작할 수 있다. 마이크로파 발생기들의 전력을 독립적으로 제어하여 플라즈마 매개변수들을 튜닝할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로파 발생기들의 전력은 약 100 W 내지 약 5 kW의 범위, 또는 약 500 W 내지 약 2 kW의 범위, 또는 약 1 kW이다.
사용 시에, 제1 마이크로파 발생기(361) 및 제2 마이크로파 발생기(362)를 이용하여, 마이크로파 전력이 전력 공급 전극(350)의 양 단부들에 인가될 수 있다. 전력이 플라즈마(353)에 의해서 흡수되지 않을 때, 전력은 마이크로파 발생기들의 출력부들에 위치되는 서큘레이터들을 통해서 ("매칭된 말단 부하"로도 지칭되는) 더미-부하들로 전달될 수 있다. 이는 내장형 또는 외부 서큘레이터를 통해서 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 마이크로파 발생기(362)는 제1 마이크로파 발생기(361)의 매칭된 말단 부하이고, 그에 따라 하나의 발생기가 제1 피드(381) 및 제2 피드(382) 모두에 전력을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 마이크로파 발생기(362)가 더미-부하이다.
도 19는, 제1 슬라이딩 쇼트(sliding short)(461)가 제1 피드(381)에 인접하여 배치되고 제2 슬라이딩 쇼트(462)가 제2 피드(382)에 인접하여 배치되는 개시 내용의 하나 이상의 실시예의 개략도를 도시한다. 일부 실시예들의 슬라이딩 쇼트들(461, 462)은 동축적 피드들 주위에 배치된 동축적 슬라이딩 쇼트 유형의 튜너들이다. 일부 실시예들에서, 제1 이동 가능 쇼트(463) 및 제2 이동 가능 쇼트(464)가 제1 슬라이딩 쇼트(461) 및 제2 슬라이딩 쇼트(462)와 함께 이용되어, 전력 입력부에서 "L-유형" 매칭 네트워크를 형성한다. (슬리브들 및 쇼트들이 배치되는) 튜닝 섹션들이 전력 연결부의 대기 측(atmospheric side)에 배치될 수 있다.
도 20은, 동축적 슬라이딩-쇼트 유형의 튜너(471, 472)가 제1 단부(355)에서 제1 피드(381)에 인접한 제1 다리부(391) 상에 그리고 제2 단부(357)에서 제2 피드(382)에 인접한 제2 다리부(392) 상에 배치되는, 개시 내용의 하나 이상의 실시예의 개략도를 도시한다. 제1 다리부(391) 및 제2 다리부(392)는 조정 가능한 길이들의 쇼트형 동축 라인들일 수 있다. 슬라이딩 금속 쇼트들이 가변적인 전송-라인 튜닝 요소를 형성할 수 있다. 마이크로파 발생기들이 전력 공급 전극(350)과 대략적으로 동축적으로 배치되어 도시되어 있고, 다리부들(391, 392)은 전력 공급 전극(350)의 축에 대해서 각도를 형성한다.
도 21은, 제1 스터브 튜너(first stub tuner)(481)가 전력 공급 전극(350)의 제1 단부(355)에서 제1 피드(381)에 인접하여 배치되고 제2 스터브 튜너(482)가 전력 공급 전극(350)의 제2 단부(357)에서 제2 피드(382)에 인접하여 배치되는, 개시 내용의 하나 이상의 실시예의 개략도를 도시한다. 스터브 튜너들(481, 482)은 전력 공급 전극(350)의 길이를 따라서 임의의 지점에 배치될 수 있고, 전력 공급 전극(350)에 더 가까이 또는 그로부터 더 멀리 이동될 수 있다. 예를 들어, 제2 스터브 튜너(482)는, 제1 스터브 튜너(481)보다, 전력 공급 전극(350)에 더 가까운 것으로 도시되어 있다. 제1 마이크로파 발생기(361) 및 제2 마이크로파 발생기(362)가 대략적으로 동축적인 배열로 전력 공급 전극(350)에 전기적으로 커플링된다. 일부 실시예들에서, 전력 반사를 최소화하기 위해서, 스터브 튜너들 중 하나 이상이 약 20 오옴 내지 약 80 오옴의 범위, 또는 약 40 오옴 내지 약 60 오옴의 범위, 또는 약 50 오옴의 저항을 갖는다.
도 22a는 도 20의 구성과 유사한 구성을 갖는 개시 내용의 하나 이상의 실시예의 개략도를 도시한다. 여기에서, 다리부들(391, 392)은 전력 공급 전극(350)과 대략적으로 동축적으로 도시되어 있고, 동축적인 슬라이딩-쇼트 유형의 튜너(471, 472)는 동축적으로 배향된다. 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)는 전력 공급 전극(350)의 축에 대해서 각도를 형성한다. 도 22b는, 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)가 전력 공급 전극(350)의 길이의 중심을 향해서 이동된, 도 22a의 실시예의 개략도를 도시한다. 피드들을 전극의 길이의 중심으로 이동시키는 것은 플라즈마를 생성하기 위해서 이용할 수 있는 전력을 증가시킬 수 있는 한편, 튜너들은 전력 공급 전극의 단부들에서의 플라즈마 프로파일을 제어할 수 있다.
도 23a는 도 21의 구성과 유사한 구성을 갖는 개시 내용의 하나 이상의 실시예의 개략도를 도시한다. 여기에서, 다리부들(391, 392)은 전력 공급 전극(350)과 대략적으로 동축적으로 도시되어 있고, 스터브 튜너들(481, 482)은 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)의 외측에서 다리부들(391, 392)에 인접하여 위치된다. 도 23b는, 도 22a 및 도 22b의 차이들과 유사하게, 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)가 전력 공급 전극(350)의 길이의 중심을 향해서 이동된, 도 23a의 실시예의 개략도를 도시한다. 도 23a 및 도 23b에 도시된 튜너들은 도시된 수직 배향뿐만 아니라 수평 배향으로 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스터브 튜너들(481, 482)이 없는 도 23a에 유사하게, 전력 공급 전극(350)은 약 1/16 λ, 1/8 λ 또는 1/4 λ의 양만큼 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)의 각각을 넘어서 연장된다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)은 약 1/16 λ, 1/8 λ 또는 1/4 λ 이하의 양만큼 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)의 각각을 넘어서 연장된다. 예를 들어, 도 23a에 도시된 실시예는 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)의 외측에서 다리부들(391, 392)을 각각 갖는다. 피드들 사이에 위치되지 않은 전력 공급 전극(350)의 이러한 부분들은 다리부들, 연장부들 또는 스터브들로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)의 단부로부터 가장 가까운 피드까지의 거리는 약 0.1 mm 내지 약 10 mm의 범위, 또는 약 0.5 mm 내지 약 8 mm의 범위, 또는 약 1 mm 내지 약 7.5 mm의 범위, 또는 약 2 mm 내지 약 6 mm의 범위, 또는 약 3 mm 내지 약 4.5 mm의 범위이다. 일부 실시예들에서, 다리부들(391, 392)의 길이가, 플라즈마 균일성을 증가시키기 위한 튜닝 요소로서 사용될 수 있다.
도 24는 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 플라즈마 조립체(300)의 횡단면적인 개략도를 도시한다. 여기에서, 하우징(307)은 유전체(320) 및 접지 전극(310) 모두의 주위에 위치된다. 하우징(307)은 전도적 또는 비-전도적일 수 있다. 도시된 실시예는, 유전체(320)의 길이(DL), 가스 채널(370) 내에 형성된 플라즈마(353)의 길이(PL), 전력 공급 전극(350)의 길이(WL), 및 전력 입력부들 사이의 거리(DI)에 대한 측정들을 보여준다. 일부 실시예들에서, 길이(DL)는 약 150 mm 내지 약 500 mm의 범위, 또는 약 200 mm 내지 약 450 mm의 범위, 또는 약 250 mm 내지 약 400 mm의 범위, 또는 약 300 mm 내지 약 350 mm의 범위이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마의 길이(PL)는 길이(DL) 이하이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마의 길이(PL)는 길이(DL)보다 약 10 mm 짧다. 전력 공급 전극(350)의 길이(WL)는 대략적으로 플라즈마의 길이(PL)이다. 일부 실시예들에서, 전력 공급 전극(350)의 길이(WL)는 유전체의 길이(DL)보다 짧거나 그와 대략적으로 동일하다. 입력부들 사이의 길이(DI)는 전력 공급 전극(350)의 길이(WL) 이하이다.
개시 내용의 부가적인 실시예들은 플라즈마를 생성 또는 제공하는 방법들에 관한 것이다. 제1 마이크로파 전력이 제1 마이크로파 발생기로부터 전력 공급 전극의 제1 단부에 제공되고, 제2 마이크로파 전력이 제2 마이크로파 발생기로부터 전력 공급 전극의 제2 단부에 제공된다. 제1 마이크로파 전력 및 제2 마이크로파 전력은 약 2.4 내지 약 2.5 GHz 범위의 주파수들에서 동작된다. 전력 공급 전극은 유전체 내에서 둘러싸이고, 접지 전극은 전력 공급 전극의 제1 측면에 위치된다. 플라즈마는, 제1 측면과 상이한, 전력 공급 전극의 제2 측면 상에서 유전체에 인접하여 형성된다.
플라즈마 생성 중에, 프로세스 챔버 또는 채널(370) 내의 압력이 임의의 적합한 온도일 수 있다. 일부 실시예들에서, 채널(370) 내의 압력이 약 1 mTorr 내지 약 100 Torr의 범위, 또는 약 10 mTorr 내지 약 10 Torr의 범위, 또는 약 50 mT이다.
예
이중 마이크로파 피드 및 스트립-라인 전력 공급 전극을 갖춘 플라즈마 소스 조립체를 구축하였고 2.4 내지 2.5 GHz에서 동작하는 2개의 1kW 발생기들에 의해서 전력을 공급하였다. 스트립-라인은 알루미늄 본체, 구리 스트립, 및 유전체로서의 석영을 가졌다. 전력 반사들을 최소화하기 위해서 회로 내에서 약 50 오옴의 특징적인 임피던스를 유지하도록, 기하형태가 구성되었다. 인가장치들은 각 단부에서 2개의 스터브 튜너들을 구비하였다. 플라즈마는 torr 범위의 가스 압력에서 340 x 75 mm의 플라즈마 면적에 걸쳐 N2 및 Ar/N2를 이용하여 생성되었다.
쐐기-형상의 플라즈마 소스 조립체를 쐐기 형상의 유전체와 함께 구축하였다. 마이크로파 피드들은 조립체의 상단부에 대해서 직선적(straight)이었고, 쇼트-단부형 튜닝 가능 동축 케이블 라인들이 스터브 튜너들 대신 사용되었고, 스트립 재료는 몰리브덴이었다. 파이를 덮는 플라즈마들이 몇 Torr까지 N2 및 Ar/N2 가스-혼합물들에서 생산되었다.
도 25a는 상이한 전력 프로파일들에 대한 (전력 공급 전극 길이에 대해서 정규화된(normalized)) 축방향 위치에 따라 달라지는 (입력 전력에 대해서 정규화된) 전력의 그래프를 도시한다. 전력은 약 800 W에서 전력 공급 전극의 일 측면에 인가되었다. 도 25b는 이중 전력의 전력 공급 전극에 대한 (전력 공급 전극 길이에 대해서 정규화된) 축방향 위치에 따라 달라지는 (입력 전력에 대해서 정규화된) 전력의 그래프를 도시하며, 여기에서 약 800 W가 전력 공급 전극의 일 단부에 인가되었고, 약 600 W가 전력 공급 전극의 타 단부에 인가되었다. 파동에 수반된 에너지가 플라즈마 내에서 소산됨에 따라, 안테나에서의 전력은 파동 발진 지점으로부터 반대쪽 안테나-단부(또는 플라즈마 단부)를 향해서 감소되었다.
도 26a 내지 도 26c는 이중 전력 공급 전극을 이용한 파동 전파를 도시한다. 도 26a에서, 전력 공급 전극(350)의 단부들에 공급되는 전력은, 전력 공급 전극의 전체 길이에 걸쳐 플라즈마를 형성할 수 있을 정도로 충분치 않다. 도 26b에서, 전력 공급 전극에 인가된 전력은 도 26a에서보다 크나, 전체 길이에 걸쳐 플라즈마를 형성하기에는 여전히 충분치 않다. 도 26c는 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 완전한 플라즈마를 형성하기에 충분한 전력이 양 단부들에 인가된 전력 공급 전극을 도시한다. 일부 실시예들에서, 형성된 플라즈마는 과다하게 조밀하다(전자 밀도(ρe)가 임계 플라즈마 밀도(ρc)보다 높다). 또한, 형성된 플라즈마는 정상파 컷오프 밀도보다 높은 전자 밀도(ρe)를 가질 수 있다. 예를 들어, 2.45 GHz에서, 임계 플라즈마 밀도(ρc) = 7 x 1010 cm-3이고, 예를 들어 4(석영)의, 상대적인 유전율을 갖는, 유전체를 따른 정상파 전파에 대한 컷오프 밀도는 ~3 x 1011 cm-3이다.
당업자는, 도 26c의 플라즈마가 전력 공급 전극의 전체 길이에 걸쳐 생성되지만, 플라즈마가 균일하지 않을 수 있다는 것을 인지할 것이다. 전력 공급 전극의 단부들에 인가되는 전력은, 플라즈마에 대한 전력 공급 전극의 전자적 커플링의 완전성 및 균일성에 그리고 결과적인 플라즈마 밀도(전자 밀도)에 영향을 미칠 수 있는 하나의 인자이다.
이용되는 전도성 매체(즉, 플라즈마가 내부에서 점화되는 가스 소스)가 플라즈마 균일성 및 전자 밀도에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마의 전자 밀도는 아르곤을 플라즈마 가스에 첨가하는 것에 의해서 조정될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마가 질소 플라즈마를 이용하여 점화되는 경우에, 챔버 벽들에 대한 전력 손실들, 이온화 손실을 초래하는(즉, 이온이 아닌 여기된 원자를 생성하는) 원자 충돌들, 원자들의 진동 또는 회전 상태들로의 변화들을 제공하는 에너지로부터의 손실들 등은 전자 밀도의 불균일성을 유발할 수 있다. 아르곤 유동을 질소에 첨가하는 것은 균일성을 증가시킬 수 있는데, 이는 아르곤이 질소만큼 큰 손실을 일으키지 않기 때문이다.
상이한 인자들을 수정하여, 플라즈마의 전자 밀도 및/또는 균일성을 변화시킬 수 있다. 도 27a는 접지 전극(310)과 유전체(320)의 외부 면(327) 사이에서 균일한 거리를 갖는 직선적인 전력 공급 전극(350)을 도시한다. 플라즈마(353)는 전력 공급 전극(350)의 길이에 걸쳐 불완전한 것으로 도시되어 있다. 도면 아래에 도시된 곡선은, 전극의 중간부 부근의 플라즈마 밀도의 감소를 나타내는, 도 27a의 실시예의 축방향 전력-밀도(플라즈마) 프로파일을 보여준다.
도 27b는, 전력 공급 전극(350)이 전력 공급 전극(350)의 길이의 중간부 부근에서 플라즈마(353)에 더 근접하도록 전력 공급 전극이 유전체(320)의 외부 면(327) 사이의 거리를 변화시키는 실시예를 도시한다. 유전체(320)의 외부 면(327)에 대한 전력 공급 전극(350)의 거리의 감소는 플라즈마(353)에 대한 전자적 커플링을 증가시킨다. 전력 공급 전극(350)의 폭 또는 두께가 전극의 길이에 걸쳐 대략적으로 동일하게 유지된다. 도면 아래에 도시된 곡선은, 도 27a의 경우보다 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 더 균일한, 도 27b의 실시예의 축방향 전력-밀도(플라즈마) 프로파일을 보여준다.
도시된 실시예는 또한 전극의 길이에 걸쳐 접지 전극(310)에 대한 전력 공급 전극의 거리를 변화시키는 것으로 간주될 수 있다. 접지 전극(310)에 대한 거리의 감소는, 접지에 대한 전자적 커플링을 증가시키는 것에 의해서, 플라즈마(353)에 대한 전자적 커플링을 감소시킬 수 있다. 이러한 실시예는 도 6d 및 도 6e에 대해서 설명한 것과 유사하다.
도 27c는, 외부 면(327)이 전극의 길이의 중간부 부근에서 전력 공급 전극(350)에 더 근접하도록 유전체(320)의 형상이 변화되는 실시예를 도시한다. 이러한 실시예의 전력 공급 전극(350)은 편평한 전극이고, 플라즈마(353)에 대한 전자적 커플링은 유전체(320)의 두께에 의해서 조절된다.
도 27d는, 전력 공급 전극(350)의 형상이 전극의 길이를 따라서 변화되는 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 전력 공급 전극(350)은, 중간부 부근보다, 전극의 단부들 부근에서 더 두껍다. 전극의 두께를 변화시키는 것은 접지 전극(310) 및/또는 유전체(320) 중 하나 이상에 대한 전자적 커플링을 변화시킬 수 있다.
도 27e는, 전력 공급 전극(350)의 폭이 전극의 길이를 따라서 변화되는 실시예의 상면도를 도시한다. 여기에서, 전력 공급 전극의 폭은 전극의 중간 부분에서 가장 넓다. 예시를 위해서, 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)가 점선으로 도시되어 있다. 전력 공급 전극의 길이를 따른 피드들의 위치가 변경될 수 있다.
도 28은, 전력 공급 전극(350)과의 2개의 연결 포트들이 있는 플라즈마 소스 조립체의 실시예를 도시하고; 그 중 하나의 연결 포트는 마이크로파 소스 피드를 갖고, 다른 하나는 더미 및/또는 반응성 부하로 종료된다. 제1 피드(381) 및 제2 피드(382)는 전력 공급 전극(350)에 전기적으로 커플링된다. 마이크로파 발생기(361)는 제1 피드(381)에 전기적으로 연결되고, 제2 피드(382)는 더미 부하(397)와 전기적으로 커플링된다. 마이크로파 발생기는 하나의 포트를 통해서 전극에 전력을 공급하는 고정 또는 가변 주파수 발생기일 수 있고, 다른 포트는 "종료될" 수 있다. 하나의 단부 또는 양 단부들에서 전력 제어 및 선택적인 튜너들이 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 튜너들은 전력 공급 전극의 2개의 단부들 사이에 분배되고, 변화 가능한 단부-대-단부 전력/플라즈마 축방향 분배 프로파일 제어를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 도 27a 내지 도 27e에 도시된 바와 같이, 축방향으로 변경되는 인가장치의 기하형태(스트립-라인 폭/형상/위치 및/또는 유전체 치수들 또는 유전체 재료의 유전율)를 이용하는 부가적인 고정형 축방향 플라즈마/필름 프로파일 제어가 포함된다.
더미 부하(397)는 매칭된 말단 부하 또는 반응성 부하(고정된 또는 이동 가능한 쇼트), 또는 더미 부하 및 반응성 부하의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 더미 부하는 제1 마이크로파 발생기로부터의 매칭된 말단 부하이다.
도 29는, 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 적어도 하나의 부가적인 피드(398)가 있는 플라즈마 소스 조립체의 다른 실시예를 도시한다. 적어도 하나의 부가적인 피드(398)의 위치 및 수가 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 또는 10개의 부가적인 피드들, 또는 1 내지 10개 범위의 부가적인 피드들이 있다. 부가적인 피드들(398)의 각각이 다른 피드들 중 임의의 피드와 독립적으로 배치될 수 있다.
마이크로파 발생기들의 수는 피드들의 수와 함께 변경될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예는 3개의 피드들을 갖고, 전력 공급 전극에 전력을 제공하기 위한 3개의 마이크로파 발생기들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드들보다 적은 마이크로파 발생기들이 존재한다. 예를 들어, 제1 피드(381)가 마이크로파 발생기에 연결될 수 있고, 다른 피드들(제2 피드(382) 및 부가적인 피드(398))가 더미 부하 및/또는 반응성 부하에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 더미 부하들 중 적어도 하나는 제1 마이크로파 발생기의 매칭된 말단 부하이다. 적어도 하나의 마이크로파 발생기가 피드들에 연결된다. 전력 제어 및 선택적인 튜너들이 각각의 포트에 위치될 수 있거나, 포트들 사이에서 분배되어 변화 가능한 단부-대-단부 전력/플라즈마 축방향 분배 프로파일을 제공할 수 있다. 부가적인 (고정형) 축방향 플라즈마/필름 프로파일 제어는, 인가장치의 기하형태(전력 공급 전극의 폭/형상/위치 및/또는 유전체 치수들 또는 유전체 재료의 유전율)를 축방향으로 변경하는 것에 의해서 가능해진다.
개시 내용의 제1 실시예는 플라즈마 소스 조립체에 관한 것이고, 플라즈마 소스 조립체는: 전력 공급 전극으로서, 상기 전력 공급 전극은 길이를 정의하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖고 상기 전력 공급 전극의 길이를 따라서 연장되는 길이방향 축을 가지며, 상기 전력 공급 전극은 두께 및 폭을 갖는, 전력 공급 전극; 상기 전력 공급 전극의 제1 측면 상의 접지 전극으로서, 상기 접지 전극은 소정 거리만큼 상기 전력 공급 전극으로부터 이격되는, 접지 전극; 상기 전력 공급 전극의 제2 측면 상의 유전체로서, 상기 유전체 및 접지 전극은 상기 전력 공급 전극을 둘러싸고, 상기 유전체는 상기 전력 공급 전극에 인접한 내부 면 및 상기 내부 면에 대향되는 외부 면을 갖는, 유전체; 제1 피드를 통해서 상기 전력 공급 전극의 제1 단부에 전기적으로 커플링된 제1 마이크로파 발생기; 및 제2 피드를 통해서 상기 전력 공급 전극의 제2 단부에 전기적으로 커플링된 제2 마이크로파 발생기를 포함한다.
제2 실시예에서, 상기 제1 실시예가 수정되고, 상기 접지 전극은 제2 유전체에 의해서 상기 전력 공급 전극으로부터 이격된다.
제3 실시예에서, 제1 실시예 또는 제2 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극이 편평한 전도체이다.
제4 실시예에서, 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지의 상기 전력 공급 전극의 폭의 변화, 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지의, 상기 전력 공급 전극으로부터 접지 전극까지의 거리의 변화; 또는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지의, 상기 전력 공급 전극으로부터 상기 유전체의 외부 면까지의 거리의 변화 중 하나 이상이 이루어진다.
제5 실시예에서, 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극이 상기 유전체의 내부 면으로부터 소정 거리로 이동되어 공기 간극을 생성한다.
제6 실시예에서, 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극의 길이를 따라 하나 이상의 위치들에 위치되는 하나 이상의 스터브 튜너를 더 포함한다.
제7 실시예에서, 제1 실시예 내지 제6 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 스터브 튜너는 상기 제1 피드 및 상기 제2 피드에 인접하여 배치되는 슬라이딩 쇼트를 포함한다.
제8 실시예에서, 제1 실시예 내지 제7 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 스터브 튜너들이 상기 제1 피드 및 상기 제2 피드에 인접하여 배치된다.
제9 실시예에서, 제1 실시예 내지 제8 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극은 상기 제1 단부에서 제1 다리부를 그리고 상기 제2 단부에서 제2 다리부를 더 포함한다.
제10 실시예에서, 제1 실시예 내지 제9 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 제1 피드 및 상기 제2 피드가 상기 전력 공급 전극과 동축적이고, 상기 제1 다리부 및 제2 다리부가 상기 전력 공급 전극의 축에 대해서 각도를 이루어 연장된다.
제11 실시예에서, 제1 실시예 내지 제10 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극의 길이를 따라 배치된 하나 이상의 스터브 튜너들을 더 포함한다.
제12 실시예에서, 제1 실시예 내지 제11 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 스터브 튜너는 상기 제1 다리부의 단부에 배치된 슬라이딩 쇼트 및 상기 제2 다리부의 단부에 배치된 슬라이딩 쇼트를 포함한다.
제13 실시예에서, 제1 실시예 내지 제12 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 스터브 튜너가 상기 제1 다리부에 인접하여 배치되고, 스터브 튜너가 상기 제2 다리부에 인접하여 배치된다.
제14 실시예에서, 제1 실시예 내지 제13 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 제1 피드 및 상기 제2 피드가 상기 전력 공급 전극의 축에 대해서 각도를 이루어 연장되고, 상기 제1 다리부 및 상기 제2 다리부가 상기 전력 공급 전극과 동축적이다.
제15 실시예에서, 제1 실시예 내지 제14 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 제1 다리부의 단부에 그리고 상기 제2 다리부의 단부에 배치된 하나 이상의 스터브 튜너를 더 포함한다.
제16 실시예에서, 제1 실시예 내지 제15 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 스터브 튜너는 상기 제1 다리부에 인접하여 배치된 슬라이딩 쇼트 및 상기 제2 다리부에 인접하여 배치된 슬라이딩 쇼트를 포함한다.
제17 실시예에서, 제1 실시예 내지 제16 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 제1 마이크로파 발생기 및 상기 제2 마이크로파 발생기가 약 900 내지 약 930 MHz 범위 또는 약 2.4 내지 약 2.5 GHz 범위의 주파수에서 동작한다.
제18 실시예에서, 제1 실시예 내지 제17 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 제1 마이크로파 발생기 및 상기 제2 마이크로파 발생기가 상이한 주파수들에서 동작한다.
제19 실시예에서, 제1 실시예 내지 제18 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 접지 전극 내의 가스 유입구를 더 포함하고, 상기 가스 유입구는 상기 길이방향 축을 따라서 연장되는 하나 이상의 플리넘과 유체 연통되고, 상기 하나 이상의 플리넘은 하나 이상의 가스 도관들과 유체 연통되어, 상기 접지 전극 및 상기 유전체를 통해서 상기 플라즈마 소스 조립체의 길이방향 축을 따라서 연장되는 가스 채널까지 유동하도록, 상기 가스 유입구로부터의 가스의 유동을 제공한다.
제20 실시예에서, 제1 실시예 내지 제19 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 유전체의 외부 면에 대한 상기 전력 공급 전극의 거리가 상기 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 변화된다.
제21 실시예에서, 제1 실시예 내지 제20 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 접지 전극에 대한 상기 전력 공급 전극의 거리가 상기 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 변화된다.
제22 실시예에서, 제1 실시예 내지 제21 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극의 두께 또는 폭 중 하나 이상이 상기 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 변화된다.
제23 실시예에서, 제1 실시예 내지 제22 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 제3 피드를 통해서 상기 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 제3 마이크로파 발생기를 더 포함하고, 상기 제3 피드는 상기 제1 피드와 상기 제2 피드 사이에서 상기 전력 공급 전극의 길이를 따라서 위치된다.
제24 실시예에서, 제1 실시예 내지 제23 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 제4 피드를 통해서 상기 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 제4 마이크로파 발생기를 더 포함하고, 상기 제4 피드는 상기 제1 피드와 상기 제2 피드 사이에서 상기 전력 공급 전극의 길이를 따라서 위치된다.
제25 실시예에서, 제1 실시예 내지 제24 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 제5 피드를 통해서 상기 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 제5 마이크로파 발생기를 더 포함하고, 상기 제5 피드는 상기 제1 피드와 상기 제2 피드 사이에서 상기 전력 공급 전극의 길이를 따라서 위치된다.
제26 실시예는 제1 실시예 내지 제25 실시예 중 임의의 실시예의 플라즈마 소스 조립체를 포함하는 가스 분배 조립체에 관한 것이다.
제27 실시예는 플라즈마 소스 조립체에 관한 것으로서, 상기 플라즈마 소스 조립체는: 제1 단부 및 제2 단부를 갖고 상기 플라즈마 소스 조립체의 길이방향 축을 따라서 연장되는 축을 갖는 편평한 전력 공급 전극으로서, 상기 전력 공급 전극이 폭을 갖는, 편평한 전력 공급 전극; 상기 전력 공급 전극의 제1 측면 상의 접지 전극으로서, 상기 접지 전극은 제2 유전체에 의해서 상기 전력 공급 전극으로부터 이격되고, 상기 접지 전극은 가스 유입구를 포함하는 접지 전극; 상기 전력 공급 전극의 제2 측면 상의 유전체로서, 상기 유전체 및 제2 유전체가 상기 전력 공급 전극을 둘러싸고, 그에 따라 상기 전력 공급 전극과 상기 접지 전극 사이의 전기 접촉을 방지하고, 상기 유전체는 상기 플라즈마 소스 조립체의 길이방향 축을 따라서 연장되는 가스 채널을 갖고, 상기 가스 유입구는 길이방향 축을 따라서 연장되는 하나 이상의 플리넘과 유체 연통되고, 상기 하나 이상의 플리넘은 하나 이상의 가스 도관들을 통해서 상기 가스 채널과 유체 연통되는, 유전체; 제1 피드를 통해서 상기 전력 공급 전극의 제1 단부에 전기적으로 커플링되는 제1 마이크로파 발생기로서, 상기 제1 마이크로파 발생기는 제1 주파수에서 동작되는, 제1 마이크로파 발생기; 및 제2 피드를 통해서 상기 전력 공급 전극의 제2 단부에 전기적으로 커플링된 제2 마이크로파 발생기로서, 상기 제2 마이크로파 발생기는 제2 주파수에서 동작되고, 상기 제1 주파수 및 제2 주파수는 약 900 MHz 내지 약 930 MHz의 범위 또는 약 2.4 내지 약 2.5 GHz의 범위이고, 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수는 상이한, 제2 마이크로파 발생기를 포함한다.
제28 실시예는 플라즈마를 제공하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은: 제1 마이크로파 전력을 제1 마이크로파 발생기로부터 전력 공급 전극의 제1 단부에 제공하고 제2 마이크로파 전력을 제2 마이크로파 발생기로부터 상기 전력 공급 전극의 제2 단부에 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제1 마이크로파 전력 및 상기 제2 마이크로파 전력은 약 900 MHz 내지 약 930 MHz의 범위 또는 약 2.4 내지 약 2.5 GHz의 범위의 주파수들에서 동작하고, 상기 전력 공급 전극은 유전체 내에서 둘러싸이고, 접지 전극이 상기 전력 공급 전극의 제1 측면에 위치되며, 플라즈마가, 상기 제1 측면과 상이한, 상기 전력 공급 전극의 제2 측면 상에서 상기 유전체에 인접하여 형성되고, 상기 플라즈마 소스 조립체는: 길이를 정의하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖고 전력 공급 전극의 길이를 따라서 연장되는 축을 갖는 전력 공급 전극으로서, 상기 전력 공급 전극이 폭을 갖는, 전력 공급 전극; 상기 전력 공급 전극의 제1 측면에 위치되는 접지 전극으로서, 상기 접지 전극은 소정 거리만큼 상기 전력 공급 전극으로부터 이격되는 접지 전극; 상기 전력 공급 전극의 제2 측면 상의 유전체로서, 상기 유전체 및 접지 전극은 상기 전력 공급 전극을 둘러싸고, 상기 유전체는 상기 전력 공급 전극에 인접한 내부 면 및 상기 내부 면에 대향되는 외부 면을 갖는, 유전체; 및 상기 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 제1 피드 및 상기 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 제2 피드로서, 상기 제1 피드는 제1 마이크로파 발생기와 전기적으로 커플링되고, 상기 제2 피드는 더미 부하와 전기적으로 커플링되는, 제1 피드 및 제2 피드를 포함한다.
제29 실시예에서, 제28 실시예가 수정되고, 상기 더미 부하는 상기 제1 마이크로파 발생기의 매칭된 말단 부하이다.
제30 실시예에서, 제28 실시예 또는 제29 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 적어도 하나의 부가적인 피드를 더 포함한다.
제31 실시예에서, 제28 실시예 내지 제30 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 전력 공급 전극의 길이를 따른 지점들에서 상기 전력 공급 전극에 전기적으로 커플링된 1개 내지 10개 범위의 부가적인 피드들이 있다.
제32 실시예에서, 제28 실시예 내지 제31 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 적어도 하나의 부가적인 피드들에 전기적으로 커플링된 적어도 하나의 부가적인 마이크로파 발생기를 더 포함한다.
제33 실시예에서, 제28 실시예 내지 제32 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 제1 마이크로파 발생기가 상기 제1 피드에 전기적으로 커플링되고, 더미 부하가 상기 다른 피드들에 전기적으로 커플링된다.
제34 실시예에서, 제28 실시예 내지 제32 실시예 중 임의의 실시예가 수정되고, 상기 더미 부하들 중 적어도 하나가 상기 제1 마이크로파 발생기의 매칭된 말단 부하이다.
하나 이상의 실시예들에 따라, 층을 형성하기 이전에 및/또는 이후에, 기판이 프로세싱된다. 이러한 프로세싱은 동일 챔버 내에서 또는 하나 이상의 분리된 프로세싱 챔버들 내에서 실시될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은, 추가적인 프로세싱을 위해서, 제1 챔버로부터 분리된 제2 챔버로 이동된다. 기판은 제1 챔버로부터 분리된 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 기판은 제1 챔버로부터 하나 이상의 전달 챔버들로 이동될 수 있고, 이어서 분리된 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 전달 스테이션과 연통되는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터화된 시스템" 등으로 지칭될 수 있다.
일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심-찾기 및 배향, 탈가스, 어닐링, 증착 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 실시하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈형 시스템이다. 하나 이상의 실시예들에 따라, 클러스터 툴은 적어도 제1 챔버 및 중앙 전달 챔버를 포함한다. 중앙 전달 챔버는, 프로세싱 챔버들 및 로드 록 챔버들 사이에서 기판들을 왕복시킬 수 있는 로봇을 수용할 수 있다. 전달 챔버는 전형적으로 진공 조건에서 유지되고, 기판들을 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 및/또는 클러스터 툴의 전방 단부에 배치된 로드 록 챔버로 왕복시키기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 그러나, 챔버들의 정확한 배열 및 조합은, 본원에서 설명된 바와 같은 프로세스의 특정 단계들을 실시하기 위해서 변경될 수 있다. 이용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, 비제한적으로, 주기적 층 증착(CLD), 원자층 증착(ALD), 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 에칭, 예비-세정, 화학적 세정, RTP와 같은 열 처리, 플라즈마 질화, 탈가스, 배향, 수산화, 및 다른 기판 프로세스들을 포함한다. 클러스터 툴 상의 챔버 내에서 프로세스들을 실행함으로써, 기판의 표면이 대기 불순물들로 오염되는 것이 방지될 수 있고, 후속 필름의 증착 전에 산화가 발생되지 않는다.
하나 이상의 실시예들에 따라, 기판은 연속적으로 진공 또는 "로드 록" 조건들 하에 있고 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 이동될 때 주변 공기에 노출되지 않는다. 그에 따라, 전달 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력으로 "감압 펌핑"된다. 불활성 가스들이 프로세싱 챔버들 또는 전달 챔버들 내에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는, 기판의 표면 상에 층을 형성한 후에, 반응물들의 일부 또는 전부를 제거하기 위한 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 이상의 실시예들에 따라, 퍼지 가스가 증착 챔버의 출구에서 주입되어, 반응물들이 증착 챔버로부터 전달 챔버로 및/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지한다. 따라서, 불활성 가스의 유동은 챔버의 출구에서 커튼을 형성한다.
프로세싱 중에, 기판이 가열되거나 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 비제한적으로, 기판 지지부(예를 들어, 서셉터)의 온도를 변화시키는 것 그리고 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면으로 유동시키는 것을 포함하는, 임의의 적합한 매개변수들을 변경하는 것에 의해서 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는, 기판 온도를 전도적으로 변화시키도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 이용되는 가스들(반응성 가스들 또는 불활성 가스들)이 가열 또는 냉각되어 기판 온도를 국소적으로 변화시킨다. 일부 실시예들에서, 가열기/냉각기가 기판 표면에 인접하도록 챔버 내에 배치되어 기판 온도를 전도적으로 변화시킨다.
기판은 또한 프로세싱 중에 정지적일 수 있거나 회전될 수 있다. 회전되는 기판은 연속적으로 또는 구분된 단계들로 회전될 수 있다. 예를 들어, 기판이 전체 프로세스를 통해서 회전될 수 있거나, 기판이 상이한 반응성 가스들 또는 퍼지 가스들에 대한 노출들 사이에서 적은 양만큼 회전될 수 있다. 프로세싱 중에 (연속적으로 또는 단계들로) 기판을 회전시키는 것은, 예를 들어 가스 유동 기하형태들의 국소적인 가변성의 영향을 최소화하는 것에 의해서, 더 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는데 도움을 줄 수 있다.
전술한 내용이 본 개시 내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시 내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고도, 본 개시 내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 도출될 수 있을 것이고, 본 개시 내용의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (18)

  1. 플라즈마 소스 조립체로서,
    길이를 정의하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 전력 공급 전극(powered electrode) - 상기 전력 공급 전극은, 상기 전력 공급 전극의 길이를 따라 연장되는 길이방향 축을 갖고 두께 및 폭을 갖고, 상기 전력 공급 전극은, 상기 제1 단부에서 제1 레그(leg)를, 그리고 상기 제2 단부에서 제2 레그를 더 포함함 -;
    제1 피드를 통해 상기 전력 공급 전극의 제1 단부에 전기적으로 커플링되는 제1 마이크로파 발생기;
    제2 피드를 통해 상기 전력 공급 전극의 제2 단부에 전기적으로 커플링되는 제2 마이크로파 발생기; 및
    상기 제1 레그의 단부 및 상기 제2 레그의 단부에 배치된 하나 이상의 스터브 튜너(stub tuner)를 포함하는, 플라즈마 소스 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극의 제1 측면 상의 접지 전극 - 상기 접지 전극은 상기 전력 공급 전극으로부터 소정거리만큼 이격됨 -; 및
    상기 전력 공급 전극의 제2 측면 상의 유전체
    를 더 포함하고,
    상기 유전체 및 접지 전극은 상기 전력 공급 전극을 둘러싸고, 상기 유전체는 상기 전력 공급 전극에 인접한 내부 면 및 상기 내부 면에 대향되는 외부 면을 갖는, 플라즈마 소스 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접지 전극이 제2 유전체에 의해서 상기 전력 공급 전극으로부터 이격되는, 플라즈마 소스 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극이 평면 도체(flat conductor)인, 플라즈마 소스 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극의 폭은 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 변화되는, 플라즈마 소스 조립체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극으로부터 상기 접지 전극까지의 거리는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 변화되는, 플라즈마 소스 조립체.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극으로부터 상기 유전체의 외부 면까지의 거리는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 변화되는, 플라즈마 소스 조립체.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극은 공극을 생성하기 위해 상기 유전체의 상기 내부 면으로부터 소정 거리만큼 이동되는, 플라즈마 소스 조립체.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피드 및 상기 제2 피드는 상기 전력 공급 전극의 축에 대해서 일정 각도로 연장되고, 상기 제1 레그 및 상기 제2 레그는 상기 전력 공급 전극과 동축인, 플라즈마 소스 조립체.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스터브 튜너는 상기 제1 레그에 인접하여 배치된 슬라이딩 쇼트 및 상기 제2 레그에 인접하여 배치된 슬라이딩 쇼트를 포함하는, 플라즈마 소스 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크로파 발생기 및 상기 제2 마이크로파 발생기는 900 내지 930 MHz의 범위 또는 2.4 내지 2.5 GHz의 범위의 주파수에서 동작하는, 플라즈마 소스 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 마이크로파 발생기 및 상기 제2 마이크로파 발생기는 상이한 주파수들에서 동작하는, 플라즈마 소스 조립체.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극에서 상기 유전체의 상기 외부 면까지의 거리는 상기 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 변화되는, 플라즈마 소스 조립체.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극에서 상기 접지 전극까지의 거리는 상기 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 변화되는, 플라즈마 소스 조립체.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극의 두께 또는 폭 중 하나 이상이 상기 전력 공급 전극의 길이에 걸쳐 변화되는, 플라즈마 소스 조립체.
  18. 제1항의 플라즈마 소스 조립체를 포함하는 가스 분배 조립체.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210327686A1 (en) * 2018-03-01 2021-10-21 Applied Materials, Inc. Microwave Plasma Source For Spatial Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PE-ALD) Processing Tool
TWI758589B (zh) * 2018-03-01 2022-03-21 美商應用材料股份有限公司 電漿源組件和提供電漿的方法
TW202247711A (zh) * 2021-04-29 2022-12-01 美商應用材料股份有限公司 用於空間電漿增強原子層沉積（pe-ald）處理工具的微波電漿源

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040056602A1 (en) 2002-07-09 2004-03-25 Applied Materials, Inc. Capacitively coupled plasma reactor with uniform radial distribution of plasma
US20110192349A1 (en) * 2010-01-12 2011-08-11 Hammond Iv Edward P Phase-Modulated RF Power for Plasma Chamber Electrode

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2625072B2 (ja) * 1992-09-08 1997-06-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 電磁ｒｆ結合を用いたプラズマ反応装置及びその方法
JPH0878190A (ja) * 1994-09-01 1996-03-22 Kokusai Electric Co Ltd マイクロ波放電装置及び放電方法
DE19503205C1 (de) 1995-02-02 1996-07-11 Muegge Electronic Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma
JPH10134996A (ja) * 1996-10-31 1998-05-22 Nec Corp プラズマ処理装置
DE19801366B4 (de) 1998-01-16 2008-07-03 Applied Materials Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma
JP4631046B2 (ja) 2004-10-01 2011-02-16 国立大学法人 東京大学 マイクロ波励起プラズマ装置及びシステム
JP4862375B2 (ja) 2005-12-06 2012-01-25 株式会社エーイーティー 進行波形マイクロ波プラズマ発生装置
US20080277064A1 (en) * 2006-12-08 2008-11-13 Tes Co., Ltd. Plasma processing apparatus
JP2008235611A (ja) * 2007-03-21 2008-10-02 Tohoku Univ プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US20090238998A1 (en) 2008-03-18 2009-09-24 Applied Materials, Inc. Coaxial microwave assisted deposition and etch systems
EP2122657B8 (en) * 2008-03-20 2011-06-22 Ruhr-Universität Bochum Method for controlling ion energy in radio frequency plasmas
CN103597119B (zh) 2009-07-08 2017-03-08 艾克斯特朗欧洲公司 用于等离子体处理的装置和方法
TWI559425B (zh) 2009-10-28 2016-11-21 應用材料股份有限公司 垂直的整合製程腔室
KR101932578B1 (ko) 2010-04-30 2018-12-28 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 수직 인라인 화학기상증착 시스템
JP2012089334A (ja) 2010-10-19 2012-05-10 Tokyo Electron Ltd マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
CN103250470A (zh) * 2010-12-09 2013-08-14 韩国科学技术院 等离子体发生器
KR101563541B1 (ko) 2010-12-30 2015-10-27 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 마이크로파 플라즈마를 이용한 박막 증착
KR101180373B1 (ko) 2011-03-30 2012-09-10 주성엔지니어링(주) 플라즈마 발생 장치 및 기판 처리 장치
US9315900B2 (en) 2012-01-27 2016-04-19 Applied Materials, Inc. Isolation of microwave sources through bellows
FR2995493B1 (fr) 2012-09-11 2014-08-22 Hydromecanique & Frottement Dispositif pour generer un plasma presentant une etendue importante le long d'un axe par resonnance cyclotronique electronique rce a partir d'un milieu gazeux
JP6120527B2 (ja) * 2012-11-05 2017-04-26 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
US20160024653A1 (en) * 2013-03-15 2016-01-28 Applied Materials, Inc. Plasma Source For Rotating Platen ALD Chambers
KR102171725B1 (ko) * 2013-06-17 2020-10-29 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 플라즈마 반응기를 위한 강화된 플라즈마 소스
TWI769494B (zh) 2013-08-16 2022-07-01 美商應用材料股份有限公司 用於高溫低壓環境中的延長的電容性耦合的電漿源
JP2015050433A (ja) * 2013-09-04 2015-03-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
US9336997B2 (en) * 2014-03-17 2016-05-10 Applied Materials, Inc. RF multi-feed structure to improve plasma uniformity
US20150380221A1 (en) * 2014-06-30 2015-12-31 Applied Materials, Inc. Hole Pattern For Uniform Illumination Of Workpiece Below A Capacitively Coupled Plasma Source
KR102293196B1 (ko) * 2014-07-31 2021-08-25 주식회사티티엘 기판처리장치
KR20160049628A (ko) * 2014-10-28 2016-05-10 최도현 듀얼 플라즈마 발생기, 플라즈마 처리 시스템 및 방법
EP3309815B1 (de) * 2016-10-12 2019-03-20 Meyer Burger (Germany) AG Plasmabehandlungsvorrichtung mit zwei, miteinander gekoppelten mikrowellenplasmaquellen sowie verfahren zum betreiben einer solchen plasmabehandlungsvorrichtung
TWI788390B (zh) 2017-08-10 2023-01-01 美商應用材料股份有限公司 用於電漿處理的分佈式電極陣列
TWI758589B (zh) * 2018-03-01 2022-03-21 美商應用材料股份有限公司 電漿源組件和提供電漿的方法
WO2019199648A1 (en) 2018-04-10 2019-10-17 Applied Materials, Inc. Microwave plasma source with split window

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040056602A1 (en) 2002-07-09 2004-03-25 Applied Materials, Inc. Capacitively coupled plasma reactor with uniform radial distribution of plasma
US20110192349A1 (en) * 2010-01-12 2011-08-11 Hammond Iv Edward P Phase-Modulated RF Power for Plasma Chamber Electrode

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