KR20010033787A

KR20010033787A - 플라즈마 ａｃ 여기 소스와 플라즈마 사이에 하나의파워공급된 비자성 금속 부재를 포함하는 플라즈마 장치

Info

Publication number: KR20010033787A
Application number: KR1020007007321A
Authority: KR
Inventors: 스콧 케이. 쥬니어 발드윈; 마이클 에스 바네스; 존 피. 홀랜드
Original assignee: 리차드 에이치. 로브그렌; 램 리서치 코포레이션
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2001-04-25
Also published as: KR100630885B1; AU2210299A; JP4709376B2; TW423020B; DE69814687T2; JP2002500413A; EP1044459B1; WO1999034399B1; WO1999034399A1; DE69814687D1; IL137070A0; IL137070A; EP1044459A1; ATE240585T1; US6280563B1

Abstract

가공물용 플라즈마 프로세서는 챔버내의 플라즈마에 윈도우를 통해 r.f.여기 필드를 공급하는 코일을 포함한다. 코일과 플라즈마 사이의 파워공급된 비자성 금속 부재는 상기 필드를 플라즈마에 커플링한다. 제1 및 제2 실시예에서, 금속 부재는 각각 (1) 챔버내에서 윈도우의 한 면을 지지하는 평판과 (2) 윈도우의 내부면 위의 박막이다. 제3실시예에서는 상기 평판과 필름이 모두 이용된다. 상기 실시예 모두 플라즈마를 점화시키는 데 도움이 된다. 제2실시예는 플라즈마 안정성을 증가시키고, 이온화된 플라즈마 입자들에 의해서 윈도우가 흐려짐을 방지한다. 상기 평판으로부터의 금속은 가공물 위에 증착물로서 스퍼터링된다. 제3실시예는 실질적으로 동시에 일어나는 증착 및 세척을 가능케 한다.

Description

플라즈마 ＡＣ 여기 소스와 플라즈마 사이에 하나의 파워공급된 비자성 금속 부재를 포함하는 플라즈마 장치 {PLASMA DEVICE INCLUDING A POWERED NON-MAGNETIC METAL MEMBER BETWEEN A PLASMA AC EXCITATION SOURCE AND THE PLASMA}

플라즈마 장치의 한 형태는 금속 벽과 접지된 즉 기준 전위의 베이스를 가지는 진공실을 포함한다. 플라즈마는 AC 여기에 응답하여 진공실에서 형성되며 일반적으로는 r.f. 또는 마이크로웨이브 소스로부터 형성된다. 일부 장치에서는 r.f. 여기가 원형 또는 사각형 나선의 형태로 같이 방사형 또는 원주형으로 감겨진 코일로부터 만들어진다. 코일로부터의 자기 및 전기 r.f. 장은 진공실 내에서 이온화가능물질(보통 기체)에 커플링되어 플라즈마를 형성한다. 플라즈마는 원형 반도체 웨이퍼나 평판 디스플레이에 사용되는 사각 유리 쉬트와 같은 가공물에 입사된다. 플라즈마는 가공물로부터 물질을 에칭하거나 가공물에 물질을 증착시킨다. 코일의 주위는 가공물의 주위의 크기와 모양에 따라 그 크기와 모양이 정해진다. 일반적으로 코일은 진공실의 외부에 위치하여 진공실의 유전체 윈도우를 통해 진공실 내의 이온화 가능 물질로 커플링되는 r.f. 자기장 및 전기장을 만들어 낸다. 많은 경우 가공물은 r.f. 소스에 의해 바이어스된 금속 척 위에 장착되어 플라즈마의 대전 입자를 가공물로 끌어당긴다.

코일이 진공실에 잠겨 있어서 플라즈마가 최소한 코일의 일부를 둘러싸게 되는 다른 시스템들도 제안되어 있다. 이렇게 잠긴 코일은 플라즈마에 저항력이 있도록 커플링되는데 이는 플라즈마의 주된 임피더스 부분이 저항성이 있고 플라즈마가 코일에 접촉되기 때문이다. 반면에 코일이 챔버 밖에 위치하여 절연 윈도우에 의해 플라즈마에 커플링되게 되면 상기 코일은 전기장과 자기장에 의해서 플라즈마와 반응적으로 커플링되게 된다. 코일을 진공실의 밖에 위치시킴으로써 코일이 잠겼을 때보다 효율적으로 자기장을 플라즈마에 커플링시킬 수 있다. 잠긴 코일은 잠긴 코일과 플라즈마 사이의 전기용량을 갖는 커플링으로 인해 외부 코일보다 큰 전력 손실을 겪게 된다. 이는 잠긴 코일에 의해 여기된 플라즈마가 외부 코일에 의해 만들어진 플라즈마보다 낮은 플럭스 밀도를 갖기 때문이다. 외부 코일에 의해 만들어진 높은 플럭스 밀도때문에 가공물에 대한 플라즈마 물질의 높은 증착률과 에칭률을 얻을 수 있게 된다.

종래에는 물질이 진공 플라즈마 처리실에서 r.f.와 마이크로웨이브로 여기된 플라즈마의 존재하에서 화학 증기 증착(CVD)과정을 통해 가공물에 증착되었다. 가공물에 증착되고 바람직하게는 원자를 포함하는 분자는 진공실로 도입되어 원하는 원자를 남겨진 분자와 분리하기 위해서 플라즈마의 도움으로 화학적으로 반응하게 된다. 원하는 원자는 가공물위에 바람직하게 증착된 원자에서가 아닌, 많은 원자를 포함하는 복잡한 유기 분자들내에 있는 경우가 많다. 바람직하게, 가공물에 증착시키고자 하는 원자가 아닌 분자내의 많은 원자들이 자주 가공물에 증착됨으로써 가공물이 이러한 원자에 의해 오염되는 경우가 있다.

r.f. 코일의 여기에 의해 형성되는 자기장에 의해 여기된 플라즈마는 불안정하기 쉽다. 자기장은 보통 상대적으로 낮은 에너지를 갖는 전자에 작용한다. 상기 저에너지 전자의 비교적 작은 밀도 변화 그리고/또는 전자의 온도는 자기장의 전자로의 커플링에 영향을 주며 이로 인해 상대적으로 큰 양의 플라즈마 임피던스 변화가 나타난다. 이러한 상대적으로 큰 플라즈마 임피던스 변화는 코일과 이 코일을 구동하는 회로 및 코일과 r.f. 소스사이에 연결된 매칭 네트워크에 커플링된다. 플라즈마 임피던스 변화는 플라즈마의 소멸을 초래할 정도로 심할 수 있다. 어느 경우나 자기장 즉 코일로부터 플라즈마로 유도적으로 커플된 자기장에 의해 현저하게 여기된 플라즈마의 불안정성은 코일 여기 r.f. 플라즈마의 동작을 방해할 수 있는 문제이다.

코일로부터 생성된 장에 반응하는 유도적으로 여기된 r.f. 플라즈마는 점화하기 어려운 경우가 많다. 진공실에서 이온화가능 가스를 점화하여 플라즈마 방전을 일으키기 위해서는 코일에서 플라즈마로 커플링되는 충분히 높은 전기장을 생성하기 위해 상대적으로 강한 전압이 가해져야 한다. 플라즈마 방전 이전에 코일에서 본 부하는 본질적으로 전기용량을 가지지만, 플라즈마 점화가 일어날 때는 주로 저항을 가지게 된다. 코일에서 본 임피던스에서의 급격한 변화는 코일과 r.f. 여기 소스 사이에 연결된 매칭 네트워크에서 실질적인 변화를 요구한다. 따라서 플라즈마 점화를 일으키는데 필요한 전압을 낮추기 위한 방안을 마련하는 것이 바람직하다.

코일로 구동된 r.f. 플라즈마 프로세서의 절연 윈도우는 윈도우 안으로 입사하는 플라즈마로부터의 물질들로 흐려지기 쉬운 경향을 가진다. 이러한 물질은 가공물로부터 에칭된 유기 분자로부터의 폴리머이거나 화학 증기 증착 및 다른 과정에 포함된 금속 입자일 수도 있다. 절연 윈도우에의 폴리머의 형성은 윈도우에의 폴리머의 증착이 가공물을 오염시키는 미립자의 형성으로 이어질 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 윈도우가 금속에 의해 흐려지게 되면 처리실 밖의 코일에서 윈도우를 거쳐 플라즈마로의 커플링에 역효과를 미치게 된다. 일반적으로 종래 기술에서 이 문제에 대처하는 방법은 진공실을 열고 윈도우와 챔버 내부의 다른 부분을 세척하거나 또는 처리 동작이 행해지지 않을 때 진공 상태를 유지한 채로 세척을 하는 방법을 사용했다. 따라서 세척 작용의 결과로 인한 실질적인 프로세서 다운 시간이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 개선된 진공 플라즈마 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 진공 플라즈마 처리실에서 가공물에 비자성 금속을 증착시키기 위한 새롭고 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 실질적으로 증착물에 불순물이 없고 금속만으로 구성된 r.f. 플라즈마 진공 처리기에서 가공물에 비자성 금속을 증착시키기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이온화가능 가스를 a.c. 플라즈마로 점화시키는 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 진공실에서 r.f. 코일 여기 플라즈마를 안정시키기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 r.f. 여기 플라즈마를 갖는 진공처리실의 절연 윈도우를 세척하는 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 윈도우의 세척이 챔버에서 가공물의 처리와 실질적으로 동시에 일어나는 r.f. 여기 플라즈마를 갖는 진공처리실의 절연 윈도우를 세척하는 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 진공 플라즈마 처리실의 절연 윈도우로부터 처리된 가공물로부터 에칭된 폴리머를 제거하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가공물에 대한 금속의 증착과 실질적으로 동시에 프로세서에서 가공물에 증착되는 비자성 금속이 프로세서의 절연 윈도우로부터 제거되는 개선된 진공 플라즈마 프로세서 및 그러한 결과를 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 기준 전위의 금속벽을 갖는 진공실내의 AC 여기 플라즈마 장치에 관한 것이며, 특히 AC 여기의 자기장을 통과할 수 있는 하나의 파워공급된 비자성 금속 부재가 상기 기준 전위와 다른 전위를 가지며 또한 여기 소스와 플라즈마 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 부분적인 외형도 및 부분 블럭도이고,

도 2는 도1에 도시한 장치에 이용되는 한 쌍의 비자성 금속 부재를 도시한 평면도이고,

도 3은 윈도우 외부면위의 금속 필름 및 코일에 대한 전기적 접속의 부분 개략도 및 부분 외형도이며,

도 4는 본 발명의 또다른 일실시예에 따라서, 진공 플라즈마 프로세서 내부의 비자성 금속판과 코일에 대한 전기적 접속을 도시한 부분 개략도 및 부분 외형도이고,

도 5는 본 발명의 부가적 일실시예에 따라 진공 플라즈마 프로세서 내부 및 외부에 각각 위치한 비자성 금속 부재쌍과 코일로의 전기적 접속을 도시한 부분 개략도 및 부분 외형도이고,

도 6은 도 1에 도시한 장치의 일부의 상세도이다.

본 발명에 따르면 상기 목적들은 특히 (1) 기준 전위의 금속벽을 갖는 진공실, (2) 소스로부터의 AC 에너지가 이온화가능 물질과 반응하여 플라즈마를 생성하도록 챔버의 상기 이온화가능 물질에 반응적으로 결합된 AC 여기 소스 및 (3) AC 여기 소스와 플라즈마 사이에 위치한 파워공급된 비자성 금속부재를 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 장치에 의해 달성된다. 비자성 금속 부재는 소스로부터 플라즈마로의 교류 전자기장을 통과하도록 배열된다. 비자성 부재는 기준 전위와 다른 전위에서 전기 소스의 단자에 연결됨으로써 전력이 인가된다. 이 장치는 바람직하게는 가공물 처리기이며 이 경우 챔버는 플라즈마 처리된 가공물을 위한 홀더를 포함한다.

바람직한 실시에 있어서 AC 전원은 챔버 밖에 있으며 RF 소스에 의해 파워공급되는 코일을 포함한다. 코일은 챔버의 절연 윈도우와 비자성 금속부재를 통해 플라즈마에 커플링되는 RF 필드를 유도한다.

일실시예에서, 비자성 금속 부재는 챔버 안에 있으며 챔버 안에 교체할 수 있도록 장착된 소모성 고체로 이루어진다. 이 비자성 금속 부재는 상기 금속 부재와 윈도우 사이에 2차 플라즈마가 생성되지 않도록 윈도우를 지지한다.

또다른 실시예에서, 비자성 금속 부재는 챔버 밖에 위치한다. 바람직하게 비자성 금속 부재는 윈도우를 지지하며 윈도우 위의 필름을 포함한다.

또다른 실시예에서, 제1 비자성 부재는 챔버 안에, 제2 비자성 부재는 챔버 밖에 위치한다.

비자성 부재 또는 부재들은 코일에 의해 유도된 자기장에 반응하여 상기 부재안으로 흐르기 쉬운 와전류를 분열시키기 위한 개방부를 가지고 있다. 제1 및 제2 부재들을 포함하는 경우, 제1 및 제2 부재의 개방부는 코일로부터 플라즈마까지의 전기장과 자기장 커플링을 향상시키기 위하여 바람직하게 서로 정렬되어 있지 않다. 바람직하게, 상기 제1 및 제2비자성 부재는 전기 소스의 단자에 연결되어, 상기 제1 비자성 금속 부재는 기준 전위에 대한 제1 전위를 갖게 하고 제2 비자성 부재는 기준 전위에 대해 제2 전위를 갖도록 하며, 여기에서 상기 제1 전위는 상기 제2 전위보다 실질적으로 더 높은 전위이다.

발명의 또다른 실시예는 기준 전위의 금속벽과 챔버 내의 금속을 포함하는 비자성 부재를 갖는 진공 플라즈마 처리실 내의 가공물에 비자성 금속을 증착하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 부재로부터의 금속 이온을 포함하는 플라즈마를 챔버 내에 생성하기 위해서 부재를 기준 전위와 다른 전위로 유지하면서 AC 전자기장을 부재에(또는 부재를 통해서) 커플링시키고 챔버 내의 이온에 반응적으로 커플링시키는 방법을 포함한다. 금속 부재는 높은 전기 전도성을 갖기 때문에, 전체 부재에 걸리는 전압은 실질적으로 같으므로, 부재 전지역으로부터의 금속 스퍼터링이 거의 일정하게 된다. 바람직하게 가공물 홀더를 바이어스함으로써 플라즈마의 금속 이온이 가공물에 이끌리게 된다. 부재는 가공물에 매우 순수한 증착을 제공하기 위해 본질적으로 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.

바람직하게는 불활성 이온화가능 가스가 챔버로 공급되며 이 때 챔버 밖의 코일로부터 유도된 r.f 필드의 형태인 AC 필드는 챔버에 커플링된다. 이온화가능 가스는 r.f. 필드에 의해 고밀도 플라즈마로 전환된다. 고밀도 플라즈마를 구축하는 r.f. field는 코일에 약 1 KW의 상대적으로 높은 양의 r.f. 파워를 가함으로써 유도된다. 고밀도 플라즈마는 가공물에 대한 금속의 높은 증착율로 직접 관계되며 챔버 밖의 공기 유전체로부터 고절연 윈도우를 통해 코일로부터의 자기장이 효율적으로 커플링됨으로써 얻어진다

챔버로의 불활성 이온화가능 가스의 공급은 플라즈마가 점화한 뒤에 중단된다. 그에 의해서 불활성 이온화가능 가스의 공급이 중단된 후로는 플라즈마는 본질적으로 금속 이온만으로 구성된다. 비활성 가스가 더 이상 챔버로 흐르지 않게 된 후에 플라즈마를 유지하기 위해서는 불활성 가스의 공급이 중단되었기 때문에 부재에 가해지는 전위를 증가시키는 것이 바람직하다.

챔버 내의 비자성 금속 부재로부터 유도된, 플라즈마 내에 있는 금속 이온은 윈도우에 증착되려는 경향을 가진다. 윈도우에 퇴적된 금속 이온은 상기 이온이 증착됨과 실질적으로 동시에 윈도우로부터 제거되는 것이 바람직하다. 금속 이온은 챔버 내의 비자성 금속 부재와 코일 사이에 있는 제2 비자성 금속 부재에 기준 전위와 다른 전압을 가함으로써 제거된다. 챔버 내의 비자성 금속 부재 또는 제2 비자성 금속 부재에 가해지는 전압은 금속 이온이 윈도우로부터 스퍼터링되도록 한다. 보통 증발한 포토레지스트로부터의 폴리머인, 가공물에 있는 물질로부터의 이온은 윈도우에 증착되려는 경향을 가진다. 이 이온들은 플라즈마 내에 있으며 금속 이온에 사용되는 것과 근본적으로 동일한 스퍼터링 과정에 의해 제거된다.

윈도우를 흐리게 하는 경향이 있는 금속 및 다른 물질은 윈도우 내면에 부딪히는 플라즈마 내의 등방성 이온과 반응하여 윈도우로부터 스퍼터링된다. 등방성 이온은 금속 부재에 의해 생긴 전기장에 의해 이끌린다. 금속 부재가 챔버 안에 있을 때에, 등방성 이온은 내부 금속 부재의 개방부를 오버랩하는 윈도우 밖의 금속 부재 부분에 의해 생긴 전기장의 결과로 생기는 와전류를 분열시키는 금속 부재에 있는 상기 개방부를 통과한다.

발명의 또다른 실시예는 기준 전위의 금속벽을 가지는 진공 플라즈마 챔버 내의 플라즈마로 이온화가능 가스를 점화하는 방법에 관한 것이다. 이온화가능 가스는 챔버로 공급되며 이때 (a) 코일은 RF 필드를 상기 가스에 공급하고 (b) 코일로부터 상기 가스로 RF 전자기장을 통과시키도록 배열되어 있으면서 상기 코일과 챔버 내의 이온화가능 가스 사이에 위치한 비자성 금속 부재는 가해진 기준 전위와 다른 전위를 가진다. 부재에 가해진 전압과 RF 필드의 크기는 기체가 플라즈마로 점화되기에 충분한 크기의 전기장을 가스 내에 형성한다. 부재는 챔버의 안 또는 밖에 있을 수 있다. 부재가 챔버의 밖에 있을 때는 코일도 챔버의 밖에 위치한다. RF 필드는 챔버 밖의 코일로부터 챔버 내의 윈도우를 거쳐서 챔버 내의 가스까지로 커플링되며 챔버 밖의 부재는 전기장을 상기 가스에 공급한다. 챔버 밖의 금속 부재는 또한 윈도우를 깨끗하게 유지하기 위하여 윈도우로부터 물질을 스퍼터링하는데 이용될 수 있다.

챔버 내의 비자성 금속 부재는 플라즈마 및 RF 필드의 여기에 응답하여 금속을 플라즈마로 스퍼터링하여, 가공물에 금속이 증착될 수 있다. 이러한 경우에는 챔버로의 비활성 이온화가능 가스의 공급은 플라즈마로의 금속 스퍼터링이 일어나는 동안에 중단될 수 있다.

발명의 또다른 실시예는 기준 전위의 금속벽을 갖는 진공실 내의 RF 코일로 여기된 플라즈마를 안정화 시키는 방법에 관한 것이며, 여기에서 상기 RF 코일로 여기된 플라즈마는 불안정하기 쉬운 경향을 가진다. 이 방법은 플라즈마를 여기시키는 코일로부터 유도된 RF 자기장을 플라즈마까지 통과하도록 구성된 비자성 금속 부재에 기준 전위와 다른 RF 전압을 공급하는 것을 포함한다. 부재는 여기 코일과 플라즈마 사이에 위치한다. 전압과 부재는 챔버 내의 고체 절연면에 대체로 균일한 RF 전위를 구축되게 한다. 이러한 대체적으로 균일한 RF 전위는 RF 코일로 여기된 플라즈마의 불안정성을 최소한 부분적으로나마 극복하기 위해 대체로 일정한 용량으로 RF 안정화 전류를 플라즈마에 커플링한다.

바람직하게, 코일과 비자성 금속 부재는 챔버의 밖에 있다. 코일은 챔버 내의 절연 윈도우 및 비자성 금속 부재를 경유하여 플라즈마에 커플링되는 RF 자기장을 유도한다. 절연면은 챔버내에서 윈도우의 면이다.

발명의 또다른 실시예는 기준 전위의 금속벽을 가지는 진공 플라즈마 챔버의 절연 윈도우를 세척하는 방법에 관련된다. 챔버 내의 플라즈마는 챔버 밖의 코일에 의해 유도되어 절연 윈도우를 통해 플라즈마에 전달되는 RF 전자기장에 의해 여기된다. 플라즈마로 인해 윈도우에 물질이 증착하게 된다. 증착된 물질은 코일과 플라즈마 사이의 챔버의 밖에 있는 비자성 금속 부재에 기준 전위와 다른 전압을 가함으로써 윈도우로부터 스퍼터링된다. 비자성 금속 부재는 코일로부터 플라즈마로 유도된 RF 필드에 커플링되도록 구성된다. 챔버 밖의 금속 부재에 가해진 전압은 교류 또는 직류 전압일 수 있으며 고정값 또는 가변 RMS(root mean square) 값을 가질 수 있다.

일실시예에서 윈도우의 스퍼터링은 챔버 내에서 가공물의 처리와 실질적으로 동시에 일어난다. 가공물은 가공물 처리 중 윈도우에 증착된 폴리머를 포함하는 경우가 자주 있다. 가공물 처리 중 윈도우에 증착된 폴리머는 윈도우로부터 스퍼터링된다. 또한, 플라즈마는 가공물 처리 중에 가공물과 윈도우에 증착된 금속을 포함할 수 있으며 이 경우 금속은 윈도우로부터 스퍼터링된다.

쌍듀(Sandhu, US Patent 5,523,261)는 진공 플라즈마 프로세서(플라즈마 여기를 위한 유도 코일을 포함)가 플라즈마 처리실에 전기장을 일으킴으로써 세척되는 장치를 개시한다. 전기장은 챔버 내의 첫 번째 고체 전극과 한 쌍의 비금속 구조사이의 공간에 위치한 액체 금속을 포함하는 두 번째 전극사이에 형성된다. 전기장은 코일이 플라즈마로부터 분리된 동안만 형성된다. 두 번째 전극은 열이나 빛, 초음파와 같은 외부 에너지원에 대응하여 어느 정도의 양만큼 전도도가 변화할 수 있는 물질인 수은과 같은 전도성 액체나 폴리머와 같은 물질로 만들어진다. 그러나 상기 두 번째 전극은 챔버의 외벽인 코일로부터 유도된 자기장을 통과할 수 없다. 따라서 챔버는 가공물의 처리 중 세척될 수 없다. 또한 상기 쌍듀특허는 그 구성이 상대적으로 복잡하고 전도성 액체의 선택적인 삽입이나 제거 또는 공간내 물질에 대한 외부 소스로부터의 에너지를 가할 필요가 있다.

존슨(Johnson, US Patent 5,234,529)과 드노후(Donohoe, US Patent 5,449,433)는 절연 윈도우와 정전 쉴드를 통해 진공실 내의 플라즈마에 커플되는 r.f. 필드를 유도하기 위한 코일을 포함하는 플라즈마 발생기를 개시한다. 상기 쉴드는 접지된 프로세서의 금속벽과 같은 기준 전위를 갖는다. 따라서 존슨과 드노후에 의해 개시된 상기 장치는 본 발명이 성취한 플라즈마 안정화, 플라즈마 점화, 절연 윈도우 세척 또는 금속 플라즈마 형성과 같은 장점을 제공하지 않는다.

본 발명의 상기 목적 및 또다른 목적과 특성 및 장점은 본 발명의 여러 가지 특정 실시예에 대한 상세한 설명에 의해, 특히 첨부된 도면과 함께, 명확해질 것이다.

도1의 플라즈마 장치는 물질을 에칭하여 평판 디스플레이용으로 이용되는 원형 반도체 웨이퍼 또는 사각형 유리인 가공물(11)내로 물질을 증착시키는 진공 플라즈마 프로세서(10)로 이루어진다. 프로세서(10)는 전자기장에 투명한 유전체(통상 석영) 윈도우(18)로 형성된 루프(roof)뿐만 아니라 금속 측벽(14)과 금속 베이스(16)를 구비하는 진공챔버(12)를 포함한다. 금속벽(14) 및 금속 베이스(16)는 접지되어 있다. 즉 기준전위에 있다. 가공물(11)은 윈도우(18)에 대향하는, 베이스(16)에 가까운 챔버(12)내에서 금속 가공물 홀더(20)위에 장착되어 있다. 냉각 소스, 도관 배열 및 홀더(20)내의 공간(비도시)은 통상적으로 기판(11)의 후면 즉 챔버(12)내에 플라즈마에 노출되지 않은 기판의 표면을 냉각시킨다. 척 배열(비도시)은 가공물(11)을 홀더(20)에 클램핑한다. 바람직하게 13.56 MHz 주파수를 가지는 R.F. 바이어스 소스(22)는 매칭 네트워크(24)를 통해 r.f.바이어스 전압을 홀더(20)에 인가하며, 이에 의해 가공물은 소스(22)의 전압에 효과적으로 바이어스되므로, 진공챔버(12)내의 전하 입자들은 가공물쪽으로 끌어 당겨진다. 라인(28)에 의해 내부 챔버(12)에 연결된 진공 펌프(26)는 진공 챔버의 내부를 밀리토르 범위에서 적절한 저압까지 되도록 배기한다. 가스 소스(30)는 라인(32)내에서 밸브(34)를 거쳐 챔버(12)의 내부에 이온화된 가스를 선택적으로 공급한다. 가공물(11)의 어떤 타입의 처리에 대해서는, 소스(30)의 가스는 헬륨, 네온 및 기타 불활성 이온화가능한 가스들이 이용될 수도 있으나, 불활성의 이온화가능한 가스, 바람직하게 아르곤이 이용된다.소스(30)의 이온화가능한 가스는 반응성일수도 있으며, 설퍼 헥소 플로라이드(SF6)일 수 있으며, 이는 가공물(11)로부터 폴리머 레지스트를 에칭하는 데에 이용된다.

상단의 윈도우(18)의 외부면으로부터 떨어져 그 위에 장착된 코일(36)은 챔버(12)의 내부의 물질을 플라즈마로 여기시킨다. 코일(36)은 가공물(11)의 외형 및 치수에 일반적으로 일치하는 외형 및 치수를 가진다. 플라스틱 스페이서(41) 윈도우(18)의 상단면으로부터 약 1인치만큼 코일(36)의 하부면을 분리시킨다.

바람직하게 13.56 MHz의 주파수를 가지는 R.f.소스(40)는 매칭 네트워크(42)를 거쳐 코일(36)에 파워를 공급한다.

네트워크(42)는 자동적으로 조절되는 값을 가지는 가변 리액터를 포함하므로, 챔버(12)내에서 플라즈마의 가변 임피던스와 코일(36)을 포함하는 부하와 여기 소스(40)의 출력단자간에 임피던스 매칭을 얻는다. 코일(36)은 소스(40)로부터의 r.f.파워에 응답하여 윈도우(18)를 거쳐 챔버(12)의 내부로 전기장 및 자기장을 공급하며, 챔버(12)내의 이온화가능한 입자들을 플라즈마로 여기시킨다. 이온화가능한 입자들은 종종 이온화가능한 가스 소스(36)로부터의 분자들이다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따르면, 입자들은 타겟으로부터 챔버(12)내로 금속을 스퍼터링하여 얻은 비자성 금속 이온들이다.

코일(36)은 원형으로 감긴 바람직하게 나선이거나 또는 방사상으로 그리고 원주방향으로 연장되어 서로에 대해 직각인 인접 세그먼트에 의해 한정된 권선을 가진 '사각' 나선으로 구성되어 있다. 어느 쪽의 경우에도, 코일(36)은 매칭 네트워크(42)의 출력 단자에 연결된 중심 단자(37)와, 커패시터(39)를 거쳐 접지에 연결된 외부 단자(38)를 가진다. 코일(36)은 단자(37,38)사이에서 전송 라인 효과를 가지도록 소스(40)의 주파수에 대해 충분한 길이를 가지므로, 코일의 길이를 따라 적어도 하나의 전압 최대 및 하나의 전압 최소가 있다. 통상적으로, 전압 최대는 중심단자(37)에 있고, 전압 최소는 단자(37,38)사이의 중간점에 있다. 이상의 구조들은 당 분야의 기술자에게 일반적으로 알려져 있으므로, 추가의 설명은 생략한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 비자성, 높은 전기 전도율의 금속 부재는 윈도우(18)의 상단면 또는 저면의 적어도 하나에 인접하며, 금속벽(14) 및 베이스(16)의 접지 전위와 다른 전위에서 전압 단자로의 연결을 거쳐 전력공급된다. 윈도우 저면을 지지하는 챔버 내에 또는 상단의 윈도우 면위의 금속 부재는 높은 전도성의 다른 비자성 물질이 이용될 수도 있기는 하나, 필수적으로 구리와 같은 높은 전도율의 비자성 금속으로 이루어진다. 상단 윈도우 면위의 금속 부재는 보통 구리 또는 알루미늄이다. 비자성 부재들은 코일(36)로부터 유도된 전기 및 자기장을 챔버(12)의 내부로 전달하도록 구성되어 있다.

윈도우(18)의 상부, 외부면위의 비자성 금속 부재는 소스(48)의 비-접지된 출력단자(46)에 연결된 구리 또는 알루미늄 박막(44)이다. 몇몇 적용을 위해서는 소스(48)가 DC소스이며, 다른 적용에 대해서는 r.f.소스이다. 몇몇 적용에 대해서는 소스(48)로부터 유도된 실효값(RMS) 전압이 고정되며, 다른 목적에 대해서는 전압 소스(48)가 그 출력단자(46)에 가변, 제어된 RMS값을 공급된다. 어떤 윈도우 세척 적용을 위해서는 소스(40,48)가 상호 분리회수로 코일(36) 및 금속 박막(44)에 연결되어, 소스(40,48)의 출력단자를 각각 스위치(50,52)를 거쳐 매칭 네트워크(42) 및 필름(44)에 연결함으로써 하나의 결과가 얻어진다. 스위치(50,52)는 클럭 소스(54)의 위상이 다른 출력에 응답하여 상호 분리 회수로 연결 및 분리될 수 있다.

유전성 윈도우(18)의 하부 내면 위의 비자성 금속 부재는 필수적으로 금속판(56)으로 이루어진다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 금속판(56)은 가공물(11)의 노출된 상부면위에 스프터링된 비자성 금속으로 되어 있다. 금속판(56)으로부터 물질이 스퍼터링되기 때문에 상기 판은 초기에 가공되지 않은 두께를 가지는 소모 타겟으로 여겨진다. DC 또는 r.f.소스일 수 있는 소스(57)는 판(56)에 파워를 공급하기 위한 접지되지 않은 출력단자(58)를 가지므로, 플레이트는 챔버(12)의 접지된 금속벽(14)과 베이스(16)와는 실제로 다른 전위에 있다. 필수적인 경우는 아니지만 박막(44) 및 플레이트(56)가 둘다 프로세서(10)에 포함되어 있으면, 소스(48,57)로부터의 전압은 필름 및 판에 동시에 가해질 필요는 없다.

단자(58)는 스위치(60)를 거쳐 판(56)에 연결되어 있다. 스위치(60)는 스위치(52)가 닫혀있는 동안 폐쇄되어 있을 수 있으며, 이 경우 필름(44) 및 플레이트(56)는 동시에 파워공급된다. 다르게는, 스위치(52,60)는 동시에 개폐된다. 개방시 스위치(52)는 판(56)이 파워공급되는 동안 필름(44)을 접지상태로 연결한다. 유사하지만 반대의 방식으로, 스위치(52)가 닫혀있는 때에는 스위치(60)는 판(56)을 접지에 연결한다.

도2는 필름(44) 및 판(56)의 바람직한 구성을 도시한 평면도이다. 필름(44) 및 판(56)은 각각 이러한 비자성 금속 부재에서 흐를 수도 있는 와전류를 분열시키는 구성을 가진다. 와전류가 필름(44) 또는 판(56)에서 흐르게 된다면, 이는 챔버(12)에서 코일(36)로부터 플라즈마로의 자기장의 유도 커플링을 실질적으로 방지하게 될 것이다.

필름(44) 및 판(56) 각각은 실제로 도2에 도시한 바와 같이 동일한 평면도 형상을 가진다. 필름(44)은 벽(14)의 내부측사이의 공간과 거의 같은 직경을 가지는 대체로 원형인 원주를 가진다. 판(56)은 필름(44)의 직경보다는 다소 작은 직경을 가지므로, 판(56)의 원주는 충분한 거리만큼 벽(14)들로부터 떨어져 있으므로 이들간의 아크 방전을 방지한다. 필름(44) 및 판(56)은 같은 모양을 가지므로, 필름(44)의 설명은 판(56)에 대해서도 충분한 설명이 된다.

필름(44)은 원형의 중심 내부 개방부(62)뿐만 아니라 방사상 연장 슬롯(64)을 가진다. 방사상 연장 슬롯은 4개의 다리부를 가지며, 슬롯(64)은 내부 개방부(62)로부터 필름의 외주까지 연장되어 있다. 필름(44)의 15개의 슬롯(66)은 필름의 외주로부터 거의 중심 개방부(62)의 외부 직경까지 연장되어 있다. 슬롯(64,66)은 약 22.5°만큼 서로에 대해 떨어져 있도록 필름(44)의 중심에 대해 서로에 대해 활모양으로 균일하게 간격을 두고 있다.

슬롯(68)은 각각의 인접한 슬롯(66)쌍사이에서 똑같이 간격을 두고 있으며, 각각은 슬롯(66)의 방사상 연장길이보다 다소 작은 필름(44)의 외주로부터의 방사상 연장 길이를 가진다. 상대적으로 짧은 방사상 연장 슬롯(70)은 인접한 슬롯(66,68)쌍사이에 위치되거나 또는 인접한 슬롯쌍(64,68)사이에 위치된다.

판(56)은 필름(44)과 동축이지만, 필름(44)의 인접 슬롯간의 방사상 연장 핑거들이 판(56)의 슬롯의 각각을 오버랩하도록 향해 있다. 또한 슬롯(64)에 대응하는 판(56)의 슬롯은 필름(44)의 슬롯(64)으로부터 약 185.625°만큼 옮겨져 있다. 판(56) 및 필름(44)의 일정한 배열은 상기 판이 실질적인 기계적 강도를 갖도록 하는 배열이며, 챔버(12)내에서 코일(36)로부터 플라즈마로의 자기장의 효과적인 커플링과 판(56)의 슬롯을 통한 필름(44)으로부터 챔버(12)내의 플라즈마로의 전기장의 커플링을 제공한다. 필름(44) 및 판(56)은 챔버(12)내에서 코일(36)로부터 플라즈마로 전자기장을 전달할 수 있도록 하는 다른 적절한 구성을 가질 수도 있다.

코일(36)의 전송 라인 효과때문에, 금속 필름(44)이 구비되어 있지 않으면 고압, 저압, 영전압 영역까지도 원도우(18)의 내부면위에 존재하는 경향이 있다. 필름(44)에 가해진 상대적으로 높은 전압은 필름이 높은 전기 전도성을 가지고 있기 때문에 도3에 도시한 바와 같이 AC 전압이든지 또는 도1에 도시한 바와 같이 DC전압이든지간에, 전체 필름을 거의 동일한 고압에서 유지한다. 금속 필름(44) 모두가 상대적으로 높은 전압에 있기 때문에, 윈도우(18)의 어느 내부 영역에 영전압 또는 낮은 전압을 생성하려는 코일(36)의 경향은 극복된다. 실제로,필름(44)은 AC파워공급된 패러디 쉴드(Faraday shield)로 작용하여 윈도우(18)가 영전압 또는 낮은 전압 영역을 가지려는 경향을 극복한다. 윈도우(18)위에는 낮은 전압 영역이 전혀 없기 때문에 다른 경우에는 윈도우로 당겨지는 경향을 가지고 있을 어떤 물질도 윈도우 내부로부터 반발되거나 스퍼터링된다. 이에 의해, 가공물(11)로부터 폴리머 포토 레지스트를 에칭하는 데에 챔버(12) 사용시 윈도우(18)의 하부면이 판(56)에 의해 커버되지 않으면 포토레지스트는 (1) 윈도우(18)의 내부 표면에 부착되지 않으며, 또는 (2) 금속판이 윈도우 내부면에 인접하거나 접하면 금속판(56)에 부착되지 않는다. 또한, 가공물(11)위로 금속을 증착하는 데에 챔버(12)가 사용되면, 윈도우(18)의 저압 영역으로 끌어 당겨질 수도 있는 금속들이, 금속필름(44)에 의해 윈도우에 인가된 비교적 고압의 결과로 윈도우 내부면으로부터 반발되거나 스퍼터링된다.

또한 금속필름(44)은 챔버(12)에서 플라즈마를 안정시키는 데에 도움이 된다. 금속판(56)이 포함되어 있지 않은 도3의 구성에서, 윈도우(18)의 외부면위의 금속 필름(44)은 전기 용량적으로 결합된 작은 양의 r.f.파워를 챔버(12)내의 플라즈마 방전에 부가한다. 금속 필름(44)은 파워공급된 패러디 쉴드로서 효과적으로 작용하기 때문에, 필름은 윈도우(18)를 통해 챔버내(12)의 플라즈마로 균일한 전위를 공급한다. 윈도우(18)의 내부면위에 필름(44)에 의해 형성된 전위는 벽(14) 및 베이스(16)의 접지 전위와 실질적으로 다르기 때문에 금속 필름하에서 내부 윈도우면의 모든 부분에 직접 작은 양의 r.f.전류의 균일한 결합을 제공한다. 소스(40)에서 발원하여 네트워크(42)를 통해 흐르는 이러한 전기용량적으로 결합된 비교적 작은 전류는 챔버(12)에서 코일(36)로부터 플라즈마로의, 주로 유도적으로 결합되는 방전을 안정시킨다. 이러한 전류는 플라즈마 안정성을 개선시키고 플라즈마에서 비교적 낮은 에너지 전자들을 여기시키는 코일(36)로부터의 자기장에서 기인하는 플라즈마의 비교적 큰 임피던스 변동을 극복한다. 윈도우(18)의 내부위에 설치된 전기장 금속 필름(44)은 비교적 높은 에너지의 전자에 대해 작동하여 일정한 안정성을 제공한다.

통상, 도3 구성에서 윈도우(18)의 내부면위에 형성되는 전압은 정점간 약 100볼트 r.f.이며, 이는 필름(44)에 약 2kV 정점간 전압을 인가함으로써 얻어진 결과이다. 윈도우를 통해 필름(44)으로부터 윈도우 내부면까지의 전기 용량적 결합의 결과로서, 윈도우(18)의 내부면 위에 형성된 균일한 전위는 가공물(11)의 처리동안에 노출된 윈도우 내부면위에 증착될 수 있는 임의 물질의 균일한 스퍼터링을 야기한다.

필름(44)에 공급된 전압은 이러한 목적을 위해 도1의 소스(48)에 의해 표시된 바와 같이 고정되거나 또는 변동될 수 있다. 필름(44)에 가해진 전압을 조정함으로써, 윈도우(18)는 공정동안에 청결히 유지될 수 있다. 필름(44)에 가해진 전압은 조절되므로, 챔버(12)내의 아크 방전을 방지하고 윈도우(18)의 부식을 방지할 수 있는 충분히 낮은 값이다. 그런데, 필름(44)에 인가된 전압은 충분히 크게 조절되어야 하므로, 윈도우 내부면으로부터의 물질의 스퍼터링 비율을 윈도우 내부면위의 물질의 증착 비율과 거의 똑같게 만든다. 코일(36) 및 필름(44)은 동시에 파워 공급될 수 있다. 다르게는 코일(36) 및 필름(44)은 스위치(40,52)를 가동시켜 다른 순차적 회수에서 에너지 공급될 수 있으므로, 가공물(11)의 처리 작동이 한번의 비교적 짧은 시간 간격동안에 챔버(12)내에서 일어나며, 비교적 짧은 세척 동작이 뒤따르며, 그후로는 또다른 처리 동작이 이어진다. 다르게는 필름(44)은 챔버(12)의 내부에 대한 전체 세척공정동안에 윈도우(18)로부터 물질을 스퍼터링하도록 파워공급받을 수 있다.

도4의 구성에서, 챔버(12)의 내부에서 윈도우(18)의 내부면을 지지하는 금속판(56)은 r.f.소스(40) 및 매칭 네트워크(42)에 의해 코일(36)의 중심단자(37)에 인가된 전압보다 낮은 전압을 가진다. 따라서, 코일(36)은 단자(37,38)사이에, 코일(36)을 따라 저전압 포인트에서,중간탭(80)을 포함한다. 탭(80)은 구리띠(82)를 거쳐 판(56)에 비교적 낮은 r.f.전압을 공급한다. 판(56)에 인가된 r.f.전압은 모든 영역의 높은 전기 전도성 판을 실질적으로 동일한 r.f.전위로 유지한다.

바람직하게, 판(56)에 가해진 균일한 r.f.전위는 챔버(12)에서 플라즈마 점화를 얻는 것을 돕는 데에 이용된다. 같은 이유로, 금속 필름(44)에 r.f.전압을 인가하는 것은 챔버(12)에서 플라즈마의 점화를 확립하는 것을 돕는다. 플라즈마를 점화하기 위해, 소스(30)로부터의 이온화가능 가스는 라인(32) 및 밸브(34)를 경유하여 챔버내로 공급된다. 어떤 응용에 대해서는 특히 가공물(11)이 그 위에 증착된 물질을 가지고 있는 때에, 이온화가능 가스는 플라즈마 점화가 일어날 때까지만 내부 챔버(12)내로 흐르는 불활성 가스이다. 다음에, 밸브(34)는 폐쇄되고, 챔버(12)내로 흐르는 불활성 이온화가능 가스는 정지된다.

도4의 구성은 판(56)의 비자성 금속을 기판(11)위에 증착시키는 데에 이용될 수 있다. 이러한 적용에서, 소스(30)로부터의 비활성 가스가 이온화된 후에 금속이 판(56)으로부터 스퍼터링된다. 판(56)으로부터 스퍼터링된 금속은 윈도우(18)를 통해 코일(36)로부터 결합된 전기장 및 자기장에 의해 이온화된다. 판(56)의 상부면이 윈도우(18)를 지지하는 것은 판(56)으로부터 스퍼터링된 금속에 의해, 윈도우가 흐려지는 것을 방지하는 데에 중요하다. 윈도우(18)를 흐려지게 하는 판(56)으로부터의 금속의 임의의 경향을 극복하기 위해, 윈도우는 파워공급된 금속 필름(44)에 의해 스퍼터링될 수 있다. 판(56)은 가공물(11)위에 증착하고자 하는 금속으로만 주로 이루어지고, 또 금속이 기판위에 증착되는 동안 그 위에 다른 물질을 증착시키는 것은 바람직하지 않기 때문에, 금속증착공정중에 챔버(12)내의 플라즈마가 점화된 후에 통상 밸브(34)는 폐쇄된다. 불활성 이온화가능 가스가 챔버내에 있는 동안 플라즈마 방전을 확립하기 위해, 초기에 정점간 약 200V의 r.f.전압이 판(56)에 인가된다. 플라즈마 방전이 확립된 후, 금속이 타겟판(56)으로부터 스퍼터링된 다음, 약 500V까지 증가하는 판에 인가되는 정점간 r.f.전압과 동시에 불활성 가스 흐름이 차단된다. 챔버내에 불활성 가스가 있지 않으며, 판으로부터 스퍼터링된 이온에 의해서만 플라즈마가 유지되어야 하기 때문에 판(56)위의 상기 증가된 r.f.전압은 필수적이다.

증착 목적을 위해, 판(56)은 바람직하게 구리로 형성되지만, 기판(11)에 증착하고자 하는 필름에 따라서 금,은,알루미늄,팔라듐, 탄탈 또는 텅스텐 등의 다른 높은 전기전도성의 비자성 금속이 이용될 수 있음을 알 수 있다.

도5는 금속필름(44)에 더 높은 전압을 공급하고 금속판(56)에 비교적 낮은 r.f.전위를 공급하는 또다른 배열의 회로도이다. 도5의 회로에서, r.f.소스(40)는 코일(36)의 중심단자(37) 및 필른(44)에 상대적으로 높은 전압을 공급하고, 커패시터(84)를 거쳐 매칭 네트워크(42)의 출력단자를 판에 연결함으로써 판(56)에는 더 낮은 전압이 공급된다. 챔버(12)에서 플라즈마의 점화이전에, 판(56)과 금속벽(14)의 용량성 임피던스 및 커패시터(84)는 판(56)에 탭을 가지는 용량성 전압 분할기를 확립한다. 챔버(12)에서 플라즈마 방전이 확립된 후, 판(56)에 대한 전압 분할기는 챔버(12)내에서 플라즈마의 주된 저항성 및 임피던스 및 커패시터(84)로 이루어진다. 그러므로, 플라즈마 점화이전에, 비교적 높은 퍼센트의 상기 인가된 r.f.전압이 판(56)에 연결되지만, 일단 챔버(12)에서 플라즈마 점화가 일어나면 상당히 더 작은 퍼센트의 상기 인가된 r.f.전압이 판에 결합된다. 불활성 가스 흐름이 중단된 후에 금속의 스퍼터링을 유지하는 데 필요한 전압을 얻기 위해서는 소스(30)로부터 불활성 이온화가능 가스의 챔버(12)내로의 흐름이 멈추기 때문에 소스(40)의 r.f.전압은 다소 증가되어야 한다.

도4에 도시한 구성의 일부분의 상세한 단면도인 도6에는 석영 윈도우(18), 비자성 금속판(56) 및 코일(36)의 저압단자(80)에 연결된 구리띠(82)가 포함되어 있다. 윈도우(18)는 세라믹 블록(92)의 관상체(90)를 수용하는, 디스크 형상의 상부 플랜지(94)를 구비한 중심 구멍을 가진다. 플랜지(92)의 저면 및 관상체(90)의 외부벽은 석영 윈도우(80)의 중심 구멍의 상부면 및 측벽을 각각 지지한다. 블록(92)와 윈도우(18)사이에는 가스켓(96,98)에 의해 관상체(90)의 측벽 ㅣㅁㅊ 플랜지(94)의 저면에서 홈(100,102)에는 진공 시일(seal)이 형성된다.

볼트(104)에 의해 구리띠(82)와 판(56)사이에는 구리 또는 알루미늄 등의 높은 전도성 금속으로 형성된 전기적 접속이 확립된다. 볼트(104)는 진공 시일을 형성하는 가스켓(110)을 내포하는 홈(108)을 포함하는 플랜지(94)의 상부면을 지지하는 하부면을 가지는 헤드(106)를 포함한다. 헤드(106)는 구리띠(82)에 납땜된 상부면을 포함한다. 볼트(104)는 블록(92)에서 길이방향으로 연장된 구멍을 통해 끼워진 나사선의 샤프트(112)를 포함하며, 샤프트는 관상체(90)의 저면을 지나 판(56)의 중심의 원형 개방부를 통해 연장되어 있다. 금속 스프링 워셔(114)는 관상체(90)의 저면과 판(56)의 상부면 사이의 갭에서 샤프트(112)를 에워싼다. 워셔(114)와 갭사이에는 관상체(90)의 하부면에서 홈(118)내에 끼워 맞추어진 가스켓(116)에 의해 진공 시일링이 형성된다. 너트(120)는 샤프트(112)위로 관통되어 있으므로, 상기 너트는 판(56)의 하부면을 지지하고, 워셔(114)와 석영 윈도우(18)의 하부면에 맞대어 판(56)의 상부면에 힘을 가한다. 볼트(104), 워셔(114) 및 너트(118)은 모두 바람직하게 같은 비자성 금속으로 제조되어 있으므로, 서로 다른 금속이 접촉하는 데에서 일어날 수 있는 좋지 못한 영향을 제거한다. 가능하면, 이들 부품은 판(56)의 금속과 동일한 금속이다.

상술한 구성은 새로운 판(56)이 윈도우(18)의 하부면 위에 선택적으로 배치될 수 있게 한다. 판으로부터 가공물(11)의 노출면으로의 금속 증착을 포함한 스퍼터링 작동중에 판(56)이 소모되기 때문에, 스프링 워셔(114) 및 너트(118)의 배열은 금속 증착 소스를 새로 교체하고, 윈도우(18) 하부면에 지지하여 판의 상부면을 유지시키는 데에 편리하다. 윈도우(18)의 하부면에 맞대어 판(56)의 상단면을 지지하는 것은 윈도우에 입사되어 이를 오염시키는 진공 챔버(12)내의 전하 입자들의 가능성을 실제로 감소시킨다.

이상, 본 발명의 몇몇 특별한 실시예들을 설명하였으나, 첨부한 청구범위에서 기재한 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 한, 구체적으로 상술한 이들 실시예의 세부사항에 대한 변형이 행해질 수 있음은 물론이다. 예를 들면, 어떤 적용예에서는 챔버(12)내의 플라즈마에 대한 마이크로웨이브 여기 소스에 의해서 코일(36)이 교체될 수도 있다. 둘다의 경우, 에너지는 진공 챔버에서 AC소스로부터 이온화가능 물질까지 반응적으로 결합되어, 플라즈마를 형성한다.

Claims

기준 전위의 금속벽을 갖는 진공실, 소스로부터의 AC 에너지가 이온화가능 물질과 반응하여 플라즈마를 생성하도록 챔버의 상기 이온화가능 물질에 반응적으로 결합된 AC 여기 소스 및 AC 여기 소스와 플라즈마 사이에 위치한 비자성 금속부재를 포함하는 플라즈마 장치로서,

상기 비자성 금속 부재는 소스로부터 플라즈마로의 교류 전자기장을 통과하도록 배열되며 비자성 부재는 기준 전위와 다른 전위에서 전기 소스의 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 1항에 있어서, 상기 장치는 가공물 처리기이며, 상기 챔버는 가공물을 위한 홀더를 포함함으로써, 상기 홀더위의 가공물은 플라즈마에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 1항에 있어서, AC 전원은 RF 소스에 의해 파워공급되는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 3항에 있어서, 상기 코일은 챔버의 밖에 있으며, 챔버의 절연 윈도우와 비자성 금속부재를 통해 플라즈마에 커플링되는 RF 필드를 유도하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 4항에 있어서, 상기 비자성 금속 부재는 챔버 안에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 5항에 있어서, 상기 비자성 금속 부재는 챔버 안에 교체할 수 있도록 장착된 소모성 고체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 5항에 있어서, 상기 비자성 금속 부재는 윈도우와 접하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 7항에 있어서, 상기 비자성 금속 부재가 챔버내에서 교체될 수 있도록 장착된 소모성 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 5항에 있어서, 전원은 AC 전원이며 이에 의해 단자의 전위가 기준 전위에 대해 변화하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 4항에 있어서, 상기 비자성 금속 부재가 챔버의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 10항에 있어서, 전원은 AC 전원이며 이에 의해 단자의 전위가 기준 전위에 대해 변화하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 10항에 있어서, 상기 비자성 금속 부재가 윈도우와 접하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 12항에 있어서, 상기 비자성 금속 부재가 윈도우의 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 10항에 있어서, 단자가 변화하는 RMS 전위를 가지도록 해주는 전원을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 10항에 있어서, 단자가 기준 전위에 대해 DC 전위에 있도록 하는 전원을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 10항에 있어서, 단자가 기준 전위에 대해 AC 전위에 있도록 하는 전원을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 비자성 금속 부재가 포함되며 제1 부재는 챔버의 내부에 있고 제2 부재는 챔버의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 비자성 금속 부재는 코일에 의해 유도된 자기장에 반응하여 상기 부재안으로 흐르기 쉬운 와전류를 분열시키기 위한 개방부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 18항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부재위의 개방부는 서로 정렬되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 17항에 있어서, 상기 제1 및 제2비자성 부재는 전기 소스의 단자에 연결되어, 상기 제1 비자성 금속 부재는 기준 전위에 대한 제1 전위를 갖게 하고 제2 비자성 부재는 기준 전위에 대해 제2 전위를 갖도록 하며, 상기 제1 전위는 상기 제2 전위보다 실질적으로 더 높은 전위인 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 20항에 있어서, 제1 비자성 금속 부재는 코일의 높은 전압점과 실질적으로 같은 AC 전위에 있고 제2 비자성 금속 부재는 코일의 낮은 전압점과 실질적으로 같은 AC 전위로 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 21항에 있어서, (a) 제1 금속 부재와 코일의 높은 전압점과 (b) 제2 금속 부재와 코일의 낮은 전압점 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 금속 버스 바아(bar)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 20항에 있어서, 제1 및 제2 전위가 제1 및 제2 비자성 금속 부재에 상호 배타적 회수로 가해지도록 하는 스위칭 배열을 더 포함하는 것을 부가적인 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 20항에 있어서, 상기 전원은 제2 금속 부재에 연결되는 제2 전극을 가지는 커패시터의 제1 전극에 직렬로 제1 금속 부재에 연결된 출력 단자를 가지는 AC 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
제 17항에 있어서, 제1 및 제2 비자성 금속 부재가 전원 단자에 연결되어 제1 비자성 부재는 기준 전위에 대해 제1 전위로, 제2 비자성 부재는 기준 전위에 대해 제2 전위로 되며, 여기에서 상기 제1 전위는 가변 RMS 진폭을 가질 수 있는 제2 전위보다 실질적으로 크게 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치.
기준 전위의 금속벽과 챔버 내의 금속을 포함하는 비자성 부재를 갖는 진공 플라즈마 처리실 내의 가공물에 비자성 금속을 증착하는 방법으로서,

부재로부터의 금속 이온을 포함하는 플라즈마를 챔버 내에 생성하기 위해서 부재를 기준 전위와 다른 전위로 유지하면서 AC 전자기장을 부재에(또는 부재를 통해서) 커플링시키고 챔버 내의 이온에 반응적으로 커플링시키는 방법을 포함하며,

상기 플라즈마 내의 금속이온들은 상기 가공물에 이끌려지는 것을 특징으로 하는 증착방법.
제 26항에 있어서, 상기 부재는 본질적으로 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 26항에 있어서, 가공물에 RF 바이어스를 적용함으로써 금속이온들을 상기 가공물쪽으로 이끌리도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 26항에 있어서, 상기 AC 필드는 챔버 밖의 코일로부터 유도된 r.f 필드이며, 챔버의 유전체 윈도우를 통해 상기 부재 및 상기 플라즈마에 반응적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 29항에 있어서, RF 장이 코일로부터 유도되어 챔버로 커플링되는 동안 비활성 이온화 가능 기체를 챔버에 공급함으로써 상기 이온화 가능 기체가 RF 장에 의해 플라즈마로 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 30항에 있어서, 플라즈마가 점화한 뒤에 챔버로의 불활성 이온화가능 가스의 공급을 중단시키는 과정을 더 포함하며,

상기 플라즈마는 불활성 이온화가능 가스의 공급이 중단된 후 그리고 상기 R.F.필드가 코일로부터 유도되어지며 상기 챔버에 결합되는 동안 본질적으로 금속 이온으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 31항에 있어서, 불활성 가스의 공급이 중단되는 때에 상기 부재에 가해지는 전위를 증가시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 29항에 있어서, 플라즈마로부터의 금속 이온은 윈도우에 증착되려는 경향을 가지며, 상기 이온이 증착됨과 실질적으로 동시에 윈도우에 퇴적된 금속 이온을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 33항에 있어서, 상기 금속 이온은 챔버 내의 비자성 금속 부재와 코일 사이에 있는 제2 비자성 금속 부재에 AC 전압을 가함으로써 제거되며,

상기 제2 비자성 금속 부재에 가해지는 AC 전압은 금속 이온이 윈도우로부터 스퍼터링되도록 하며,

상기 챔버 내의 비자성 금속 부재와 제2 비자성 금속 부재는 코일로부터 유도된 RF 자기장이 제2 비자성 금속 부재를 관통하여 윈도우 및 이 윈도우로부터 챔버 내의 비자성 금속 부재를 거쳐 플라즈마로 커플링되도록 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
제 26항에 있어서, 가공물의 물질로부터의 이온이 윈도우에 증착되고, 윈도우에 증착된 이온을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 35항에 있어서, 챔버내의 비자성 금속 부재와 코일사이의 제2 비자성 금속 부재에 전압을 가함으로써 이온을 제거하며, 제2 비자성 금속 부재에 가해진 전압으로 인해 이온이 윈도우로부터 스퍼터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
기준 전위의 금속벽을 가지는 진공 플라즈마 챔버 내의 플라즈마로 이온화가능 가스를 점화하는 방법으로서,

(a) 코일은 RF 필드를 상기 가스에 공급하고 (b) 코일로부터 상기 가스로 RF 전자기장을 통과시키도록 배열되어 있으면서 상기 코일과 챔버 내의 이온화가능 가스 사이에 위치한 비자성 금속 부재는 가해진 기준 전위와 다른 전위를 가지는 때에, 상기 챔버로 상기 이온화가능 가스를 공급하는 과정을 포함하며,

부재에 가해진 전압과 RF 필드의 크기는 기체가 플라즈마로 점화되기에 충분한 크기의 전기장을 가스 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 이온화가능 가스 점화방법.
제 37항에 있어서, 상기 코일은 챔버의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38항에 있어서, 상기 코일은 챔버의 외부에 위치하며, 상기 RF 필드는 챔버 밖의 코일로부터 챔버 내의 윈도우를 거쳐서 챔버 내의 가스까지로 커플링되며 상기 부재는 전기장을 상기 가스에 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 37항에 있어서, 상기 코일과 부재가 챔버의 외부에 위치하며, 챔버가 절연 윈도우를 가지며, 부재와 코일은 윈도우를 통해 챔버로 커플링되는 전기장과 RF 장을 각각 유도하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 37항에 있어서, 상기 코일로부터 상기 플라즈마로 RF 자기장을 공급하도록 구성된 챔버 내의 비자성 금속 부재는 플라즈마 및 RF 필드의 여기에 응답하여 금속을 플라즈마내로 스퍼터링하여, 플라즈마로의 금속 스퍼터링이 일어나는 동안에 챔버로의 비활성 이온화가능 가스의 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 방법.
기준 전위의 금속벽을 갖는 진공실 내의 불안정하기 쉬운 경향을 가지는 RF 코일로 여기된 플라즈마를 안정화시키는 방법으로서,

플라즈마를 여기시키는 코일로부터 유도된 RF 자기장을 플라즈마까지 통과하도록 구성된 비자성 금속 부재에 기준 전위와 다른 RF 전압을 공급하는 과정을 포함하며, 상기 부재는 여기 코일과 플라즈마 사이에 위치하고, 상기 전압과 부재는 챔버 내의 고체 절연면에 대체로 균일한 RF 전위를 형성되게 하며, 상기 대체적으로 균일한 RF 전위는 RF 코일로 여기된 플라즈마의 불안정성을 최소한 부분적으로나마 극복하기 위해 대체로 일정한 용량으로 RF 안정화 전류를 플라즈마에 커플링하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 안정방법.
제 42항에 있어서, 상기 코일과 비자성 금속 부재는 챔버의 밖에 있으며, 상기 코일은 챔버 내의 절연 윈도우 및 비자성 금속 부재를 경유하여 플라즈마에 커플링되는 RF 자기장을 유도하고, 상기 절연면은 챔버내에서 윈도우의 면인 것을 특징으로 하는 방법.
제 43항에 있어서, 금속 부재를 기준 전위와 다른 RF 전위와 다른 RF 전위의 코일 단자에 연결하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 안정 방법.
기준 전위의 금속벽을 가지는 진공 플라즈마 챔버의 절연 윈도우를 세척하는 방법으로서, 상기 챔버 내의 플라즈마는 챔버 밖의 코일에 의해 유도되어 절연 윈도우를 통해 플라즈마에 결합되는 RF 필드에 의해 여기되며, 상기 플라즈마는 윈도우에 물질이 증착되도록 하고, 코일과 플라즈마 사이의 챔버의 밖에 있는 비자성 금속 부재에 기준 전위와 다른 전압을 가함으로써 윈도우로부터 상기 증착된 물질을 스퍼터링하는 과정을 포함하며, 상기 비자성 금속 부재는 코일로부터 유도된 RF 필드를 상기 플라즈마에 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 절연 윈도우 세척 방법.
제 45항에 있어서, AC 전압이 상기 챔버 외부의 상기 금속 부재에 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 45항에 있어서, DC 전압이 상기 챔버 외부의 상기 금속 부재에 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 45항에 있어서, 상기 챔버 외부의 상기 금속 부재에 가해지는 전압의 RMS 값을 변화시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 45항에 있어서, 상기 윈도우의 스퍼터링은 챔버 내에서 가공물의 처리와 실질적으로 동시에 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
제 49항에 있어서, 상기 가공물은 가공물 처리 중 윈도우에 증착된 폴리머를 포함하며, 가공물 처리 중 윈도우에 증착된 상기 폴리머는 윈도우로부터 스퍼터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 49항에 있어서, 상기 플라즈마는 가공물 처리 중에 가공물과 윈도우에 증착된 금속을 포함하며, 상기 금속은 윈도우로부터 스퍼터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 51항에 있어서, 플라즈마 안의 상기 금속은 플라즈마와 코일에 의해 유도된 RF 필드에 의해서 챔버내 비자성 금속 부재의 여기에 반응하여 챔버 내의 비자성 금속 부재로부터 유래되며, 상기 챔버내의 비자성 금속 부재는 코일로부터 유도된 RF필드를 플라즈마에 결합시키도록 배열된 것을 특징으로 하는 방법.
제 45항에 있어서, 상기 윈도우의 스퍼터링은 플라즈마에 의한 챔버 내의 가공물의 처리와 실질적으로 동시에 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
제 53항에 있어서, 상기 윈도우의 스퍼터링은 챔버 내의 윈도우 위의 물질의 증착과 실질적으로 같은 비율로 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.