KR20040018366A

KR20040018366A - 텍스처링된 내부 표면을 구비한 공정 챔버 구성품 및 이의제조 방법

Info

Publication number: KR20040018366A
Application number: KR10-2003-7014321A
Authority: KR
Inventors: 샤이-눙 린; 마크 디. 멘지; 조 에프. 솜머즈; 대니엘 오웬 클라우손; 글렌 티. 모리; 로리타 엘. 샤프
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-03-03
Also published as: WO2003003404A2; US6777045B2; JP2005311357A; US20030026917A1; WO2003003404A3; JP4354424B2; MY133323A; CN1522457A; JP3720826B2; JP2004522281A; US6933025B2; KR100607790B1; CN1293596C; EP1405330A2; EP1405330B1; TW548726B; US20040180158A1

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽은 약 150 내지 약 450 마이크로인치의 거칠기 평균을 가진 거친 표면을 구비한 유전체 재료로부터 만들어진다. 플라즈마 분무된 세라믹 코팅이 유전체 재료의 거친 표면 상에 적용된다. 플라즈마 분무된 코팅은 음의 값인 평균 왜도를 가진 거칠기를 갖는 텍스처링된 표면을 포함한다. 용기 벽이 플라즈마 처리 챔버에 사용될 때, 플라즈마 처리 챔버에서 형성된 플라즈마에 의해 생성된 스퍼터링된 재료는 텍스처링된 표면에 양호한 부착성을 가진다.

Description

텍스처링된 내부 표면을 구비한 공정 챔버 구성품 및 이의 제조 방법{PROCESS CHAMBER COMPONENTS HAVING TEXTURED INTERNAL SURFACES AND METHOD OF MANUFACTURE}

공정 챔버는 활성화된 공정 가스에서 기판을 처리할 수 있다. 공정 챔버는 공정 가스가 도입될 공정 구역(process zone)을 둘러싸는 용기 벽(enclosure wall), 공정 가스를 활성화하기 위한 가스 활성제(gas energizer) 및 공정 가스를 배출하기 위한 배출장치(exhaust)를 포함한다. 통상적으로, 용기 벽은 용기 벽의 공정 후의 클리닝(post-process cleaning)을 용이하게 하기 위해서 완만하다. 예를 들어, 공정 챔버는 기판 상에 재료를 증착시키기 위해서 또는 후순위의 증착 공정이 기판상에 행해지기 전에, 예를 들어, 기판 표면을 스퍼터 에칭(sputter etching)하여 기판으로부터 재료를 에칭하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 스퍼터 에칭 공정은 증착된 금속이 기판 하부의 금속층과 양호한 전기 접촉을 만들 수 있도록 금속 증착 단계 전에 금속층의 표면으로부터 본래의 산화물층을 제거할 수 있다.

기판의 상기 스퍼터 클리닝 동안에, 기판으로부터 에칭되는 재료는 종종 챔버내의 다른 표면 상에 증착되는 대신 기판 상에 재증착될 수 있다. 또한 용기 벽 상에 증착하는, 기판으로부터 에칭된 재료는, 예를 들어, 용기 벽의 온도 상승이 벽으로부터 증착물이 박리되도록 하는 열팽창 불일치 스트레스(thermal expansion mismatch stress)를 유발하기 때문에, 공정 구역 내로 박리되고(flake off) 낙하하여(fall upon) 기판을 오염시킬 수 있다. 덧붙여, 용기 벽에 갇힌(trapped) 휘발성 재료의 기체 유출(outgassing)은 용기가 낮은 진공 압력에서 펌핑될 때 발생할 수 있다. 이러한 재료들은 더 낮은 기판 수율의 추가적인 원인이 된다.

따라서, 기판을, 예를 들어, 스퍼터 에칭하여 기판의 오염물이나 재증착을 감소시키면서 기판을 처리할 수 있는 공정 챔버를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 공정 챔버의 용기 벽으로부터 가스 유출을 최소화하는 것이 바람직하다.

본 발명은 기판을 처리하기 위한 공정 챔버에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 챔버이고;

도 2는 음의 왜도(negative skewness) 표면 거칠기(surface roughness)를 가진 텍스처링된 노출 표면을 구비하고, 상기 텍스처링된 노출 표면에 스퍼터링된 입자가 부착된 구성품(component)의 단면도이고;

도 3a는 거칠어진 구성품 표면의 단면도이고;

도 3b는 표면이 거칠어지고 나서 플라즈마가 분무된 코팅(plasma sprayed coating)이 적용되고 있는 도 3a의 구성품의 단면도이고;

도 3c는 도 3b의 구성품의 최종 텍스처링된 노출 표면의 단면도이고;

도 4는 공정 챔버의 제어기를 구현하는 개략도이고;

도 5는 컴퓨터 프로그램 코드를 구현하는 개략도이고;

도 6은 구성품의 거친 표면 상에 코팅 재료를 증착하는 플라즈마 토치(plasma torch)의 단면도이고;

도 7은 종래의 표면 및, 본 발명에 따른 텍스처링된 표면에 대해 다른 입자 크기 범위로 기판 당 재증착된 입자의 정규화된 개수를 비교하는 막대 그래프이며;

도 8은 종래의 표면 및, 본 발명에 따른 텍스처링된 표면에 대해 공정 챔버의 기판 당 재증착된 입자의 정규화된 개수를 비교하는 막대 그래프이다.

본 발명은 플라즈마 처리 챔버(plasma processing chamber)를 위한 돔형 용기 벽(domed enclosure wall)으로서, 약 150 내지 약 450 마이크로인치의 거칠기 평균(roughness average)을 가진 거친 표면(roughened surface)을 포함하는 유전체 재료; 및, 상기 유전체 재료의 거친 표면 상에 증착되고, 음의 값(negative value)인 평균 왜도(average skewness)를 가진 거칠기를 갖는 텍스처링된 노출면(textured exposed surface)을 포함하는 플라즈마 분무된 세라믹 코팅(plasma sprayed ceramic coating)을 포함하고, 플라즈마 처리 챔버 내의 플라즈마에 의해 생성된 스퍼터링된(sputtered) 재료가 상기 텍스처링된 노출면에 부착할 수 있는 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽을 제공한다.

본 발명은 또한 약 150 내지 약 450 마이크로인치의 거칠기 평균을 가진 거친 표면을 구비한 유전체 재료 및, 상기 유전체 재료의 거친 표면 상에 증착되고, 음의 값인 평균 왜도를 가진 거칠기를 갖는 텍스처링된 노출면을 포함하는 플라즈마 분무된 세라믹 코팅을 포함하는 돔형 용기 벽을 포함하는 챔버; 상기 챔버 내의 기판 지지대(substrate support); 상기 챔버 내로 공정 가스를 제공하기 위한 가스 공급원(gas supply); 상기 기판을 처리하기 위해서 상기 챔버 내의 공정 가스 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 생성기(plasma generator); 및 상기 공정 가스를 배출하기 위한 배출 콘듀트(exhaust conduit)를 포함하고, 상기 챔버 내의 플라즈마에 의해 생성된 스퍼터링된 재료가 상기 텍스처링된 노출면에 부착할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 또한 플라즈마를 처리하는 챔버의 돔형 용기 벽을 제조하는 방법으로서, 돔 모양 유전체 예비 성형물(preform)를 제공하는 단계; 약 150 내지 약 450 마이크로인치의 거칠기 평균을 갖는 거친 표면을 형성하기 위해서 상기 유전체 예비 성형물의 표면을 거칠게 하는 단계; 및 상기 플라즈마 분무된 세라믹 코팅이 음의 값인 평균 왜도를 가진 거칠기를 갖는 텍스처링된 노출면을 포함하도록 상기 유전체 예비 성형물의 거친 표면 상의 플라즈마 분무된 세라믹 코팅을 증착시키는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 챔버의 돔형 용기 벽 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 이러한 특징, 태양 및 장점은 다음의 설명, 첨부된 청구범위 및 본 발명의 실시예를 도시하는 첨부 도면에 따라 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 특징은 단지 특정 도면의 문맥에서 뿐만 아니라 본 발명에 일반적으로 사용될수 있고, 본 발명은 이러한 특징들 중 임의의 조합을 포함할 수 있다고 이해되어야 한다.

도 1에 도시된 실시예인, 공정 챔버(100)가, 예를 들어 증착 및 에칭 공정을 포함하는, 많은 다른 타입의 기판 처리를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 챔버(100)에서는, 가스가 이온 및 중성 입자로써 기판을 충돌하여 기판(110)으로부터 에칭 재료를 스퍼터링하고, 후순위 공정을 위해 기판(110) 표면을 클리닝하고 준비하기 위해서 활성화될 수 있다. 가스 입자들이 기판(110)에 충돌할 때, 기판 재료는 원하는 기판 표면을 제공하기 위해서 기판(110)에서 스퍼터 에칭(sputter eching)된다. 기판(110)은 반도체, 유전체 또는 도전체층을 포함하는 웨이퍼를 포함할 수 있다. 반도체층은 실리콘이나 실리콘 화합물과 같은 실리콘-함유 물질을 포함할 수 있다. 유전체층은 실리콘 이산화물, 미도핑 실리케이트 유리, 포스포실리케이트 유리(phosphosilicate glass, PSG), 보로포스포실리케이트 유리(borophosphosilicate glass, BPSG), Si₃N₄또는 TEOS 증착 유리를 포함할 수 있다. 도전체층은 알루미늄, 구리 텅스텐 규화물 및 코발트 규화물을 포함할 수 있다. 기판(110)은 금속 증착 단계와 같은 증착 단계를 거치기 전에 스퍼터 에칭 클리닝 단계를 거칠 수 있다. 일실시예에서는, 공정 챔버(100)는 아래 놓인 금속층(도시되지 않음) 상의 산화를 통해 성장된 본래의 산화물층(도시되지 않음)을 클리닝하여, 후순위 금속 증착 단계가 아래 놓인 금속층과의 양호한 전기 접촉을 만드는 금속층을 증착시킬 수 있도록 한다.

공정 챔버(100)의 일부 또는 전부는 금속 또는 세라믹 물질로부터 제조될 수 있다. 공정 챔버(100)를 제조하기 위해서 사용될 수 있는 금속은 알루미늄, 양극처리된 알루미늄(anodized aluminum), "HAYNES 242", "AL-6061", "SS 304", "SS 316" 및 INCONEL을 포함할 수 있는데, 이들 중에서 양극처리된 알루미늄이 종종 바람직하다. 적당한 세라믹 재료는 수정이나 알루미나(alumina)를 포함한다. 예를 들어, 일례에서는, 공정 챔버(100)는 수정과 같이, RF 파장에 실질적으로 투과성이 있는 세라믹 물질로부터 제조되는 용기 벽(120)을 포함한다. 용기 벽(120)은 챔버(100)의 측벽(130), 바닥벽(135) 또는 천장(140)으로 역할을 할 수 있거나, 또는 측벽(130)이나 천장(140) 근처에 위치되는 라이너(liner)(도시되지 않음)와 같은 내부 벽일 수 있다. 용기 벽(120)은 챔버(100)의 측벽(130) 및 바닥벽(135)으로부터 분리된 구조인 벨-쟈(bell-jar) 타입 용기로서 역할을 하도록 돔(dome) 모양일 수 있다. 돔 모양 용기 벽(120)은 원통형 돔, 반구상(hemispherical) 돔, 또는 다른 단일 또는 다수의 반경 아치형 모양 돔일 수 있으며, 바람직하게는 단일 구조로서 제조된다.

공정 챔버(100)는 공정 챔버(100)에 기판(110)을 지지하기 위한 기판 지지대(160)를 포함한다. 지지대(160)는 기판 수용면(180)을 가진 유전체층(170)에 의해 커버되는 전극(200)을 포함할 수 있다. 전극 전력 공급원(240)은 가스를 활성화하기 위해서 전극(200)에, 예를 들어 RF 바이어스 전압과 같은, DC 또는 AC 바이어스 전압을 제공한다. 전극(200) 아래에는 전극(200)을 챔버(100)의 다른 벽(120)으로부터 전기적으로 차단하기 위해서, 수정판(quartz plate)과 같은 유전체판(190)이 있는데, 그들 중 일부는 전기적으로 그라운딩되거나 플로팅될 수 있는데, 그렇지 않으면 전극(200)에 대해 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 전기적으로바이어싱된 전극(200)은 스퍼터 이온을 기판(110) 쪽으로 활성화하고 가속시킴으로써 기판(110)의 에칭을 허용한다. 바람직하게는 전기적으로 전도성이 있는 벽(120)의 적어도 일부는 그라운딩되어서, 음의 전압이 그라운딩되거나 플로팅된 용기 벽(120)에 대해 기판(110) 상에서 유지될 수 있도록 한다. 선택적으로, 지지대(160)는 또한 기판(110)을 지지대(160)에 정전기적으로 유지할 수 있는 정전기 척(electrostatic chuck)을 포함할 수 있고, 또는 DC 전압이 정전기적 인력을 생성하기 위해서 전극(200)에 인가될 수 있다.

전극(200)은 또한 열 전달 가스를 열 전달 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 표면(180)으로 공급하기 위해서 제공된, 예를 들어 가스 콘듀트(conduit)(도시되지 않음)와 같은, 그를 통해서 연장하는 하나 이상의 콘듀트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 통상적으로 헬륨인, 열전달 가스는 기판(110)과 지지대(160) 사이의 열 전달을 촉진한다. 다른 콘듀트(도시되지 않음)는 리프트 핀(lift pin)(도시되지 않음)이 리프트 메커니즘(lift mechanism)(도시되지 않음)에 의해 기판(110)을 로딩하거나 언로딩하도록 전극(200)을 통해 연장하게 한다. 공정 챔버(100)는 또한 기판(110)의 처리를 향상시키기 위해서, 또는 기판의 성질을 바꾸기 위해서, 공정 챔버(100)에 지지대(160)을 상승시키거나 하강시키기 위한 지지대 리프팅 메커니즘(support lifting mechanism)(162)을 포함할 수 있다.

공정 챔버(100)의 벽(120)은 또한 활성화된 공정 가스로부터 챔버(100)의 부품을 차폐(shield)하기 위해서 가스 차폐(gas shield)(150)로서 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 가스 차폐부(150)는 공정 가스로부터 하부 챔버 벽(155)을 실질적으로 차폐할 수 있다. 가스 차폐부(150)는 또한 기판(110)으로부터 스퍼터링된 재료를 수용하고 집합시킨다. 가스 차폐부(150)는 챔버(100) 내에 매달릴(suspended) 수 있고, 지지대(160)가 공정 챔버(100) 내에서 아래쪽으로 접혀넣어질 때, 클램프 링(clamp ring)(도시되지 않음) 또는 시준기(collimator)(도시되지 않음)가 지지대(160) 위에서 매달릴 수 있는 환형 링(390)을 포함한다. 일실시예에서, 가스 차폐부(150)는 알루미늄으로 만들어지고 알루미늄 산화막의 얇은 층으로 코팅된다. 공정 챔버(100)는 공정 챔버(100) 외부의 전계 또는 자계가 챔버(100)의 동작을 간섭하는 것을 방지하기 위해서 전기-자기 차폐(152)를 추가로 포함할 수 있다. 전기-자기적 차폐(152)는 도전성 또는 자기적 합금과 같은, 전기적 또는 자기적 차폐를 제공하기에 적당한 물질을 포함한다.

공정 챔버(100)는 또한 챔버(100) 내로 공정 가스를 분배하기 위한 가스 공급원(260) 및 공정 가스를 챔버(100)로부터 배출하기 위한 가스 배출장치(270)를 포함한다. 스퍼터 에칭에서, 공정 가스는 아르곤 또는 크세논(xenon)과 같은 불활성 가스를 포함하는데, 이는 기판 재료와 화학적으로 상호작용하지 않는다. 가스 공급원(260)은 공정 가스를 제공하기 위한 공정 가스 공급원(280) 및 가스 유입구(inlet)(263)를 통해서 챔버(100) 내로 공정 가스를 도입시키기 위한 하나 이상의 가스 콘듀트(262)를 포함할 수 있는데, 일실시예에서 상기 가스 유입구는 기판(110) 근처에서 공정 가스를 도입하기 위해 기판(110)의 원주(periphery) 근처에 위치된다. 예를 들어, 가스 공급원(260)은 약 1 내지 약 10개의 가스 유입구를 포함할 수 있다. 선택적으로, 가스 공급원(260)은 공정 가스의 흐름을 챔버(100)내로 균일하게 분배하기 위해서 가스 트렌치 커버(gas trench cover)(264)를 추가로 포함할 수 있다. 가스 트렌치 커버(264)는 보호 코팅으로 코팅될 수 있다. 가스 유입구(263)는 챔버(100)에 공정 가스의 균일한 분포를 제공하기 위해서 가스 트렌치 커버(264)에 위치된다.

공정 챔버(100)는 공정 가스의 흐름을 챔버(100) 내로 제어하기 위해서 하나 이상의 질량 유량 제어기(mass flow controller)(도시되지 않음)를 추가로 포함한다. 가스 배출장치(270)는 사용된 공정 가스를 수용하는 펌핑 채널(도시되지 않음), 챔버(100) 내의 공정 가스의 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브(throttle valve)(도시되지 않음) 및 하나 이상의 배출 펌프(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배출 펌프는 350 l/s Leybold 터보 펌프와 같은 기계적 펌프 또는 터보 펌프를 포함할 수 있다. 가스 배출 장치(270)는 또한 공정 가스로부터 원치않는 가스를 감소시키기 위한 시스템을 포함할 수 있다.

통상적으로 챔버(100)내의 가스 구성 및 압력은 챔버(100)를 수 밀리토르의 압력까지 아르곤으로써 백필링(back-filling)하기 전에 적어도 약 10^-7토르 이하로 챔버(100)를 소개시킴(evacuating)으로써 달성된다. 이러한 가스 압력에서, 지지대(160)는 챔버(100) 내에서 위로 상승될 수 있다. 일실시예에서, 공정 챔버(100)는 공정 챔버(100)에서 기판(110)의 높이를 조정하기 위해서 조작자(operator)에 의해서 회전될 수 있는 손잡이(knob)(도시되지 않음)를 포함한다.

공정 챔버(100)는 공정 가스를 플라즈마로 활성화시키기 위해서 플라즈마 생성기(plasma generator)(330)를 추가로 포함한다. 플라즈마 생성기(330)는 공정 챔버(100)(도시됨)의 공정 구역(340)에서 또는 공정 챔버(100)(도시되지 않음)로부터 위쪽으로 멀리있는 구역에서 공정 가스에 에너지를 결합시킨다. 일례에서, 플라즈마 발생기(330)는 하나 이상의 인덕터 코일(inductor coil)(360)을 포함하는 안테나(antena)(350)를 포함한다. 인덕터 코일(360)은 공정 챔버(100)의 중심에 대해 원형 대칭일 수 있다. 통상적으로, 안테나(350)가 강한 유도성 플럭스(flux)를 공정에 제공하기 위해서 위치되고 모양지어진 하나 이상의 솔레노이드(solenoid)를 포함한다. 안테나(350)가 공정 챔버(100)의 천장(140) 근처에 위치될 때, 천장(140)의 인접부(adjacent portion)는 실리콘 이산화물 같은, 유전체 물질로부터 만들어질 수 있는데, 상기 실리콘 이산화물은 RF 전력과 같은, 안테나(350)에 의해 방출된 전자기 복사(electromagnetic radiation)에 대해 투과성이 있다. 예를 들어, 안테나 전력 공급원(370)은 통상적으로 약 50kHz 내지 약 60MHz, 대표적으로는 약 400kH의 주파수; 및 약 100 내지 5000와트의 전력 레벨로 안테나(350)에 RF 전력을 제공한다. RF 정합 네트워크(도시되지 않음)가 또한 공정 가스의 임피던스에 RF 전력을 정합시키기 위해서 제공될 수 있다. 다른 예에서, 플라즈마 생성기(330)는 공정 가스를 활성화하기 위해서 공정 구역(340)에 전계를 생성하는 전극(200)을 포함한다. 이러한 예에서는, 전극 전력 공급원(도시되지 않음)은 약 50kHz 내지 약 60MHz의 주파수 및 대표적으로는 약 13.56MHz의 주파수로 전극(200)에 전력을 제공한다. 택일적으로 또는 부가적으로, 플라즈마 생성기(330)는 마이크로파(microwave) 가스 활성기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

챔버(100)의 하나 이상의 구성품(410)은 챔버(100) 내측 환경에 노출되고, 챔버(100)에 의해 제공된 기판 처리 특성을 향상시키도록 텍스처링된 텍스처링된 노출면(422)을 구비한다. 텍스처링된 노출면(422)은 챔버(100)에 형성된, 플라즈마와 같은 활성화된 가스에 적어도 부분적으로 노출된 구성품(410)의 표면일 수 있다. 만일 텍스처링된 노출면(422)이 플라즈마 내의 활성화 이온 및 중성 화학물 종에 의해 증착 또는 충돌되기 쉽다면, 그 위에 텍스처링된 노출면(422)을 구비한 구성품(410)은 종종 대체될 필요가 있을 것이다. 일례에서, 상기 텍스처링된 표면(422)을 구비한 구성품(410)은 챔버(100)의 천장(140)으로 역할을 하는 돔 모양 용기 벽(120)을 포함한다.

일례에서, 텍스처링된 노출면(422)은 도 2에 도시된 바와 같이 텍스처링된 노출면(422) 상으로 스퍼터링된 재료의 접착 및 유지를 상당히 그리고 예상외로 개선시키는, 왜도(skewness)를 가진 거칠기(roughness)를 가진다. 스퍼터링된 입자의 접착 및 유지는 기판 상으로 입자의 재증착을 감소시키기에, 그리고 텍스처링된 노출면 상에 형성된 축적된 증착물의 박리(flaking off)를 감소시키기에 바람직하다. 상기 왜도(R_sk)는 다음 공식:

을 사용하여 결정되는데,

여기서는 표면(422) 거칠기의 평균 제곱근(root mean square, RMS)이고, N은 각각의 왜도 측정을 하기 위해 사용되는 표면(422)의 샘플포인트(sample point)의 개수이고, Z₁, Z₂, ... Z_Z,는 샘플 포인트에서 측정된 평균선(mean line)에서의 높이 편차(height deviation)이다. 왜도는 평균선에 대한 표면 모양의 비대칭성의 척도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 음의 왜도(422)를 가진 표면은 피트(pit)와 같은, 표면(422) 내로 연장하는 함몰부(424)를 가지고, 또한 주로 함몰부들(424) 사이에 분포된 실질적으로 평탄한 영역(428)을 가질 수 있다. 왜도는 텍스처링된 노출면(422)에 접촉하고 접착되기 위해서 스퍼터링된 재료, 또는 챔버내에 형성되는 다른 재료를 허용하기에 충분한 음의 값이어야 한다. 적당한 왜도 값은 약 -0.7 내지 약 0.1, 나아가 약 -0.5 내지 0의 범위일 수 있다.

일실시예에서, 표면(422)을 가로질러 측정된 많은 왜도 값들의 평균을 나타내는, 텍스처링된 노출면(422)의 평균 왜도는 약 -0.1이하와 같은 음의 값(0보다 적음)이다. 텍스처링된 표면(422)의 음의 평균 왜도는 챔버에 형성된 다른 입자들 및 스퍼터 에칭된 입자의 접착 및 유지를 예상외로 개선시키는 것이 발전된 표면 형태(surface morphology)를 제공하여, 챔버 성능 및 기판 수율을 개선시킨다. 평균 왜도 값이 음의 값인 것이 바람직하지만, 개별적으로 측정된 왜도 값은, 많은 개별적인 값들의 평균이 음의 값인 한, 음일 수도 있고 양일 수도 있다고 이해되어야 한다. 음의 평균 왜도를 가진 텍스처링된 노출면(422)은 입자를 더 잘 포획하기 위해 상기 표면(422)에 홈(trough)과 골(valley)이 존재하도록 함으로써, 스퍼터 에칭된 입자와 같은, 챔버(100)에 형성된 미립자(particulate matter)의 접착을 촉진시킨다고 믿어진다.

표면(422)을 특성화하기(characterize) 위해 사용될 수 있는 텍스처링된 노출면(422)의 다른 특성은 텍스처링된 노출면(422)을 따라 거칠기 모양(roughness feature)의 첨두(peak)와 골(valley)의 평균선으로부터의 변위의 절대값의 평균인, 표면의 거칠기 평균(roughness average)이다. 거칠기 평균, 왜도 또는 다른 특성들은 표면(422) 위로 니들(needle)을 통과시키고 표면(422) 상의 요철(asperity)의 높이 변동의 기록(trace)을 생성하는 프로파일로미터(profilometer)에 의해 또는 표면(422)의 이미지를 생성하기 위해서 표면(422)으로부터 반사되는 전자빔을 사용하는 스캐닝 전자 마이크로스코프(scanning electron microscope)에 의해 결정될 수 있다. 일례에서, 구성품(410)은 쿠폰(coupon)(도시되지 않음) 내로 커팅되고, 하나 이상의 측정이 각 쿠폰의 왜도를 결정하기 위해서 각 쿠폰에서 행해진다. 그리고 나서 이러한 왜도 측정값들은 표면(422)의 평균 왜도를 결정하기 위해서 평균내어진다. 일실시예에서, 세 개의 쿠폰이 사용되고 거칠기 첨두와 골의 높이에서의 변화의 네 개의 기록이 각 코폰에서 행해진다. 예를 들어, 천장(140)의 표면(422)을 측정할 때, 제 1 쿠폰은 최상부에, 실질적으로 천장(140)의 평탄부(flat portion)에 있고,제 2 쿠폰은 측면에, 실질적으로 천장(140)의 펀탄부에 있고, 제 3 쿠폰은 천장(140)의 곡면부(curving portion)에 있다. 음의 값인 텍스처링된 표면(422)의 평균 왜도는 스퍼터링된 재료의 접착 및 유지를 상당히 개선시키는 것으로 알려져 있다. 적당한 거칠기 평균 값은 약 150 마이크로인치(약 3마이크로미터) 내지 약 450 마이크로인치(약 18 마이크로미터), 또는 약 360 마이크로인치(약 9마이크로미터) 내지 약 400마이크로인치(약 10마이크로미터)이다.

표면(422)을 특성화하기 위해 사용될 수 있는 텍스처링된 노출면(422)의 또 다른 성질은 표면 거칠기의 평균 첨두 경사값(sope value)이다. 일실시예에서, 텍스처링된 표면(422)의 평균 첨두 경사값은 약 20 내지 약 25가 되도록 선택될 수 있다. 또 다른 성질은 거칠기 첨두와 골을 통한 평균 높이선(mean height line)의 높이를 초과하는 표면 첨두의 개수의 측정값일 수 있다. 예를 들어, 텍스처링된 표면(422)에 대한 평균선 이상의 첨두값은 약 175 내지 약 225가 되도록 선택될 수 있다.

거칠기 평균, 왜도 또는 다른 특성과 같은 표면(422)의 성질을 측정할 때, 적당한 컷-오프(cut-off) 길이와 평가 길이를 규준하는 국제표준 ANSI/ASME B.46.1-1995가 사용될 수 있다. 다음의 테이블 I은 상기 표준에 의해 한정되는 바와 같은, 거칠기 평균값들 사이의 대응, 적당한 컷-오프 길이, 및 최소와 통상적인 평가 길이를 보여준다.

테이블 I

거칠기 평균	컷-오프 길이	최소 평가 길이	통상적인 평가 길이
0내지0.8마이크로인치	0.003인치	0.016인치	0.016인치
0.8내지4마이크로인치	0.010인치	0.050인치	0.050인치
4내지80마이크로인치	0.030인치	0.160인치	0.160인치
80내지400마이크로인치	0.100인치	0.300인치	0.500인치
400마이크로인치 이상	0.300인치	0.900인치	1.600인치

텍스처링된 노출면(422)은 원하는 텍스처를 가지도록 처리되는, 코팅(420)의 또는 벌크 구성품(410)의 표면일 수 있다. 일실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 텍스처링된 노출면(422)은, 예를 들어 도 2에 도시된 구성품(410)의 거칠어진하부 표면(underlying roughened surface)(436) 상의 코팅(420) 표면이다. 이러한 예에서, 구성품(410)은 유전체 물질로부터 원하는 모양으로 형성되고, 거칠어지고 , 그 후에 플라즈마 분무(plasma spraying)와 같은 코팅 공정에 의해 코팅될 수 있다. 예를 들어, 유전체는 원하는 모양을 가진 유전체 예비 성형물(preform)으로서 형성될 수 있다. 일실시예에서, 유전체는 플라즈마 생성기(330)으로부터의 RF 에너지에 실질적으로 투과성이 있는 것과 같이, RF 에너지에 투과성이 있는 물질로 만들어진다. 예를 들어, 유전체는 수정 또는 알루미늄 산화물과 같은, 세라믹 물질일 수 있다. 예시적인 구성품(410)은 천장(140)으로 역할을 하고, 수정과 같은 유전체 물질로부터 만들어지는 돔 모양 용기 벽(120)이다.

구성품(410)은 노출면(422)의 최종 텍스처의 적어도 일부를 제공하는 특정 레벨로 거친 표면이다. 거친 표면(436)은 추가적인 텍스처 특성을 부여하면서도, 표면(436)에 적어도 부분적으로 합치하는 플라즈마 분무된 코팅(420)으로 코팅되어서, 구성품(410) 상으로 스퍼터 에칭된 재료의 접착을 상당히 향상시키는 텍스처링된 노출면(422)을 제공한다. 코팅(420)은, 예를 들어 Al₂O₃, TiO₂또는 그들의 혼합물과 같은 세라믹 물질과 같은 물질(425)로 만들어질 수 있다.

코팅(420)은 또한 바람직하게도 노출된 챔버 표면(422)으로부터 유출되는 양을 감소시킬 수 있다. 도 2에 도시된, 코팅(420)은 잉여의 유출을 방지하기에 적당한 두께를 가질 수 있다. 일실시예에서, 코팅(420)은 약 10밀리인치(약 254마이크로미터) 이하, 예를 들어 약 1 밀리인치(약 25마이크로미터) 내지 약 8밀리인치(약 203마이크로미터)의 두께, 또는 약 3 밀리인치(약 76마이크로미터) 내지 약 5 밀리인치(약 127마이크로미터)의 두께를 가진다.

코팅재료(425)는 또한 표면(422) 위로 챔버에서 생성된 미립자의 부착을 촉진하기에 충분히 높은 다공률(porosity)을 가지도록 테일러링(tailoring)될 수 있다. 코팅 재료(425)의 다공률은 전체 부피에 대한 구멍(pore) 틈새(interstice) 부피의 비율이다. 예를 들어, 코팅 재료(425)는, 약 7%와 같은, 약 5% 내지 약 10%의 다공률을 가질 수 있다.

일례에서, 코팅(420)은 후술되는 단계의 구성품(410)의 표면(436)에 적용되는데, 이의 구현물(embodiment)은 도 3a 내지 도 3c에 도시된다. 코팅(420)의 적용 이전에, 구성품(410)의 하부 표면(436)은 전형적으로 도 3a에 도시된 바와 같이 완만하다. 도 3a를 참조하면, 그 후에 하부 표면(436)은 하부 코팅(420)의 표면 형태의 특성을 위한 기초를 제공하기 위해 거칠어지게 된다. 표면(436)은 표면(436)을 비드 블라스팅(bead blasting)함으로써 거칠어질 수 있다. 비드 블라스팅에서, 고체 비드(442)는 표면(436)을 적절히 거칠게 하기에 충분히 높은 압력, 예를 들어 약 40 내지 약 50 평방인치 당 파운드(psi)의 압력으로 공기에 의해 표면(436) 쪽으로 추진된다. 또한, 표면(436)에 대한 비드(442)의 입사각은 최종 코팅(420)으로 스퍼터링된 재료의 부착을 촉진시키도록 표면(436)을 거칠게 하기 위해서, 예를 들어 약 30 도 내지 약 60 도로 선택된다. 예를 들어, 표면(436)에 대한 비드(442)의 입사각은 약 45도일 수 있다.

일실시예에서, 둘러싸인 하우징 내의 비드 블라스터(bead blaster)(도시되지않음)는 구성품(410)의 표면을 거칠게 하기 위해 사용된다. 비드는 거친 표면(436)을 형성하기 위해 비드가 구성품(410)의 표면을 침식시키고 거칠어 지도록 구성품(410)의 것보다 더 높은 경도(hardness)를 가진 재료를 포함할 수 있다. 적당한 비드 물질은, 예를 들어 알루미나 산화물, 유리, 실리카 또는 경화 플라스틱을 포함한다. 일실시예에서, 비드는, 예를 들어 36의 망 크기(mesh size)를 가진 알루미늄 산화입자의 그리트(grit)와 같은, 표면(436)을 적절히 그리트 블라스트하기 위해 선택된 망 크기를 가진 알루미늄 산화물의 그리트를 포함한다. 표면(436)은, 예를 들어 약 150마이크로인치(약 3마이크로미터) 내지 약 450마이크로인치(약 18마이크로미터), 또는 약 360마이크로인치(약 9마이크로미터) 내지 약 400마이크로인치(약 10 마이크로미터)의 거칠기 평균을 가지도록 거칠어진다. 부가적으로, 비드 블라스터로부터 구성품까지 비드가 이동하는 이격 거리(standoff distance)는 또한 표면(436)의 원하는 거칠기를 제공하기 위해 설정된다.

예를 들어, 이격 거리는 비드 블라스팅 소스로부터 구성품 표면(436)까지 약 4인치 내지 약 6인치일 수 있다.

비드 블라스팅 후에, 표면(436)은 코팅 재료(420)의 후속 접착 및 유지를 향상시키기 위해 클리닝된다. 예를 들어, 표면(436)은 표면(436)에 걸쳐 정화 건조 공기(clean dry air) 또는 질소 가스를 불어넣어서 클리닝될 수 있다. 연속하여, 일례에서, 표면(436)은 증류수를 사용하여 또는 초음파 린스(ultrasonic rinse)에서 추가로 클리닝된다. 부가적으로, 구성품(410)은 클리닝 공정에서와 같은 임의의 잔류물(residue)을 베이킹 아웃하기(bake out) 위해 오븐(oven)에서 베이킹된다. 예를 들어, 구성품 표면(436)은 표면(436)으로의 코팅 재료(420)의 후속 증착을 향상시키기 위해 적어도 약 100℃의 온도에서 베이킹될 수 있다.

구성품 표면(436)의 클리닝 후에, 코팅(420)은, 예를 들어 도 3b에 도시된 바와 같이, 표면(436) 상으로 분무된 플라즈마이다. 플라즈마를 분무할 때, 플라즈마는 플라즈마를 통해 주입된 미세 코팅 재료(425)의 분무를 원자화하고 적어도 부분적으로 액화시키도록 형성된다. 예를 들어, 플라즈마는 수천도의 온도까지 코팅 재료(425)를 가열시킴으로써 코팅 재료(425)를 액화시킬 수 있다. 코팅 재료(425)의 액화된 방울(droplet)은 거칠어진 하부 표면(436)에 고속으로 충돌하여, 도 3c에 도시된 바와 같이 컨포멀(conformal) 코팅(420)을 형성하도록 급히 응고된다.

일례에서, 플라즈마 분무 토치(705)는 도 6에 도시된 바와 같이, 표면(436) 상으로 코팅 재료(425)를 플라즈마 분무하도록 사용된다. 플라즈마 토치(705)는 표면(436)으로부터 플라즈마 토치(705)의 거리와 각을 조정하기 위해 제어가능한 로봇 아암(robotic arm)(도시되지 않음)에 실장될 수 있다. 또한, 플라즈마 토치(705)는 플라즈마 토치(705)가 잠기는 가스 환경을 제어하기 위해 챔버(도시되지 않음) 내부에 있을 수 있다.

플라즈마 토치(705)에서, 캐리어 가스(carrier gas)는 캐소드(242)와 애노드(244)와 같은, 두 개의 전극 사이에 유입된다. 캐리어 가스는 아르곤, 질소, 수소 또는 헬륨과 같은, 고압 플라즈마를 형성하기에 적당하다. 아르곤은 화학적으로 불활성이기 때문에, 그리고 이온화 특성 때문에 사용될 수 있다. 수소또는 질소와 같은 2원자 가스의 부가는 가스의 엔탈피(enthalpy)를 증가시킬 수 있다. 캐소드(242)와 애노드(244)는 텅스텐이나 구리와 같은, 플라즈마를 통해 전기 방전 아크를 생성하기에 적당한 물질을 포함한다. 일실시예에서, 캐소드(242)는 텅스텐으로 만들어지고 애노드(244)는 구리로 만들어진다. 부가적으로, 일례에서는, 애노드는 과열을 방지하기 위해, 예를 들어 수냉으로, 냉각된다. 캐소드(242)와 애노드(244)는 그들 사이의 전기 아크를 적절히 생성하기 위해 대응하여 모양을 이룰 수 있다. 예를 들어, 캐소드(242)는 원뿔 모양(cone-shaped)이고 애노드(244)는 원통형일 수 있다.

AC 고주파 방전은 캐소드(242)와 애노드(244) 사이의 전기 아크를 일으키고 DC 전력을 사용하여 유지된다. 전기 아크는 캐리어 가스를 이온화하고, 고압 플라즈마를 생성한다. 가스온도에서의 증가는 가스의 부피를 증가시켜서, 노즐(nozzle)(710)을 빠져나갈때 가스의 압력과 속도를 증가시킨다. 코팅 재료(425)는 파우더(powder)의 형태로 가스 흐름(gas stream)으로 도입된다. 파우더링된 코팅 재료(425)는 플라즈마 토치(705)의 바로 외부로 또는 노즐(710)의 발산 출구 영역(diverging exit region)에 도입될 수 있다. 코팅 재료(425)는 고온, 고속 플라즈마 흐름(stream)으로 가열되고 가속된다.

플라즈마 토치(705)의 동작 변수는 코팅 재료가 플라즈마 토치(705)로부터 구성품 표면(436)까지의 경로를 이동할 때 코팅 재료(425)의 온도와 속도와 같은, 코팅 재료 적용의 특성을 조정하기에 적당하도록 선택된다. 예를 들어, 가스 유량, 전력 레벨, 파우더(powder) 공급 속도, 캐리어 가스 유량, 플라즈마 토치(705)로부터 기판(110)까지의 이격 거리 및 구성품 표면(436)에 대한 코팅 재료(425)의 증착 각도(angle of deposition)가 코팅 재료(425)의 도포 및 스퍼터링된 재료로의 코팅(420)의 후속 부착을 향상시키도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 캐소드(242)와 애노드(244) 사이의 전압은 약 45 볼트와 같은, 약 30 볼트 내지 약 60 볼트가 되도록 선택될 수 있다. 부가적으로, 캐소드(242)와 애노드(244) 사이로 흐르는 전류는 약 600 암페어와 같은, 약 500 암페어 내지 약 700 암페어가 되도록 선택될 수 있다. 플라즈마 토치(705)의 전력 레벨은 통상 약 80 킬로와트와 같은, 약 12 내지 120 킬로와트의 범위이다.

이격 거리 및 증착 각도는 표면(436)에 코팅 재료(425)의 증착 특성을 조정하기 위해서 선택될 수 있다. 예를 들어, 이격 거리 및 증착 각도는 용융된 코팅 재료(425)가 표면(436)에 충돌할 때 튀는 패턴을 수정하여, 예를 들어 "팬케이크(pancake)" 및 라멜라(lamella)" 패턴을 형성하기 위해 조정될 수 있다. 이격 거리 및 증착 각도는 또한 표면(436)에 충돌할 때 코팅 재료(425)의 위상, 속도 또는 방울 크기를 수정하기 위해 조정될 수 있다. 일실시예에서, 플라즈마 토치(705)와 기판(110) 사이의 이격 거리는 약 3 인치와 같은, 약 2 인치 내지 약 4 인치이다. 표면(436) 상으로의 코팅 재료의 증착 각도는 약 90 도와 같은, 표면(436)에 대해 약 75 도 내지 약 105도일 수 있다.

파우더링된 코팅 재료(425)의 속도는 표면(436)에 코팅 재료(425)를 적당히 증착시키기 위해 조정될 수 있다. 일실시예에서, 파우더링된 코팅 재료(425)의 속도는 약 300 내지 약 550 미터/초이다. 또한, 플라즈마 토치(705)는 파우더링된코팅 재료(425)가 구성품 표면(436)에 충돌할 때 파우더링된 코팅 재료(425)의 온도가 적어도 약 코팅 재료(425)의 용융 온도가 되도록 적응될 수 있다. 융용점 이상의 온도는 높은 밀도 및 높은 결합 강도를 가진 코팅을 만들 수 있다. 예를 들어, 플라즈마의 온도는 30,000℃를 초과할 수 있다. 일실시예에서, 결합 강도는 약 29MPa 내지 약 75MPa이다. 그러나, 전기 방전 주위의 플라즈마 온도는 또한 코팅 재료(425)가 구성품 표면(436)과 충돌할 때 한 주기의 시간 동안 용융 상태를 유지하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 적당한 주기의 시간은 적어도 약 0.02 초 또는 적어도 약 0.1 초일 수 있다.

도 3c에 도시된 구현물인, 본 발명에 따른 텍스처링된 표면(422)을 가진 구성품을 구비한 공정 챔버(100)는 상기 텍스처링된 표면(422)이 없는 종래의 공정 챔버(도시되지 않음) 이상의 상당한 장점을 가진다. 예를 들어, 공정 챔버(100)는 5배 비율만큼 기판(110) 상으로 스퍼터링된 재료의 재증착을 감소시킬 수 있다. 도 7의 막대 그래프는 챔버가 종래의 구성품(왼쪽 막대(830))인지 본 발명에 따른 텍스처링된 표면(422)을 가진 구성품(410)(오른쪽 막대(835))인지에 따른 함수로서, 그리고 또한 마이크로미터 단위의 입자 크기의 재증착의 함수로서 기판(110) 당 재증착된 입자의 정규화된 개수를 도시한다. 데이터 포인트는 두 개 세트의 종래 구성품을 사용하는 11 개의 기판의 측정값 및, 본 발명에 따른 텍스처링된 표면(422)을 구비한 네 개 세트의 구성품(410)을 사용하는 50 개의 기판의 측정값에 기초한다. 각각의 막대 쌍인 왼쪽 및 오른쪽 막대(830, 835)는 종래의 내부 표면을 가진 종래의 공정 챔버 내의 기판(도시되지 않음) 상으로의 재증착의 양 및,본 발명에 따른 텍스처링된 표면(422)을 가진 구성품(410)을 구비한 공정 채버(100) 내의 기판(110) 상으로의 재증착의 양에 각각 해당한다. 입자 크기의 범위에 걸쳐 왼쪽 및 오른쪽 막대(830, 835)를 비교함으로써, 기판(110) 상으로의 재료의 재증착은 텍스처링된 표면 구성품(410)을 사용하여 통상적으로 약 5 배 감소된다는 것을 알 수 있다.

부가적으로, 텍스처링된 노출면(422)을 구비한 구성품(410)은 통상적으로 다른 종래의 구성품(도시되지 않음) 보다 더 긴 동작 수명을 가진다. 일실시예에서, 이러한 구성품의 수명은 도 8의 막대 그래프에 도시된 바와 같이, 종래의 구성품에 대해 적어도 약 4배까지 연장된다. 동작당 0.5 마이크로미터 보다 큰 크기의 재증착 입자의 정규화된 개수가 도시되는데, 여기서 각 막대는 하나의 동작을 나타낸다. 막대들은 왼쪽으로부터 오른쪽까지 연대순으로 배열되고, 참조 번호(820)는 구성품(410)이 대체될 때를 표시한다. 왼쪽(820) 상의 막대들은 종래의 구성품을 사용하는 공정 챔버 내의 동작을 나타내는 반면, 오른쪽(825) 상의 막대들은 본 발명에 따라 텍스처링된 표면(422)을 가진 구성품(410)을 구비한 공정 챔버(100)내의 동작을 나타낸다. 데이터 포인트는 두 개 세트의 종래 구성품들을 가진 챔버를 사용하는 11 개의 기판들의 측정값 및, 네 개 세트의 텍스처링된 표면 구성품(410)을 가진 챔버를 사용하는 50 개의 기판들의 측정값에 기초한다. 막대(815)는 대응하는 유사한 동작에서 사용된 종래의 구성품은 또한 불량 데이터(bad data)를 제공했기 때문에 무시되어야 하는 불량 데이터 포인트이다. 왼쪽 및 오른쪽 상의 막대 높이의 메디안(median)은 왼쪽에서 수직선(805) 및 오른쪽에서 다른 수직선(810)으로 도시된다. 왼쪽 및 오른쪽(820, 825) 상의 메디안 입자 재증착값을 각각 비교함으로써, 입자 재증착량은 본 발명에 따른 구성품(410)을 사용함으로써 통상적으로 적어도 약 4 배까지 감소된다는 것을 알 수 있다. 따라서 입자의 재증착률에 대략적으로 비례하는, 구성품 수명은 또한 통상적으로 적어도 약 4 배까지 감소된다.

공정 챔버(100)는 또한, 공정 챔버(100)의 동작 동안에 연속적으로 공정 조건을 탐지하거나 모니터링하기 위해, 또는 기판(110) 사에 행해지는 공정을 모니터링하기 위해 사용되는 하나 이상의 탐지기(도시되지 않음)를 포함하는 공정 모니터링 시스템(도시되지 않음)과 같은, 부가적인 시스템을 포함할 수 있다. 탐지기는, 제한되지는 않고 단지 예로서, 광전자 배증관(photomultiplier) 또는 광 탐지 시스템; 예를 들어 압력계와 같은, 압력 게이지와 같은 가스 압력 감지 디바이스(도시되지 않음); 열전쌍(thermocouple) 또는 RTD와 같은 온도 감지 디바이스(도시되지 않음); 챔버 구성품(415)에 적용되는 전류와 전압을 측정하기 위한 전류계 및 전압계(도시되지 않음); 또는 공정 챔버(100)의 공정 조건을 측정할 수 있고, 측정가능한 공정 조건에 대해 변화하는, 전기 신호와 같은 출력 신호를 제공하는 임의의 다른 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 공정 모니터링 시스템은 기판 상의 처리될 층의 두께를 결정하기 위해서 사용될 수 있다.

제어기(480)는 전기 신호를 다양한 챔버 구성품 및 시스템으로 전송하고, 다양한 챔버 구성품 및 시스템으로부터 수신함으로써 챔버(100)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 공정 챔버(100) 내의 공정 모니터링 시스템에 의해 측정된 공정 조건들은 제어기(480)으로 전기 신호로서 전송될 수 있는데, 그리고 나서 상기 제어기는 신호가 임계치에 도달할 때 공정 조건들을 바꾼다. 제어기(480)가 본 발명의 설명을 단순화시키기 위해서 도 4에서 예시적인 단일 제어기 디바이스의 방식으로 도시되었지만, 제어기(480)는 제어기(480)는 서로 연걸된 다수의 제어기 디바이스 또는공정 챔버(100)의 별개의 구성품(415)에 연결된 다수의 제어기 디바이스일 수 있다고 이해되어야 하며; 따라서 본 발명은 본 명세서에 기술된 예시적이고 대표적인 실시예에 제한되어서는 안된다고 이해되어야 한다.

일실시예에서, 제어기(480)는 공정 챔버(100)를 동작시키기에 적당한 집적 회로를 포함하는 전기 회로를 포함하는 전자 하드웨어를 포함한다. 일반적으로, 제어기(480)는 데이터 입력을 받아들이고, 알고리즘을 수행하고, 유용한 출력 신호를 생성하기 위해서 적응되고, 또한 탐지기 및 다른 챔버 구성품(415)으로부터의 데이터 신호를 탐지하기 위해서, 그리고 공정 챔버(100) 내의 공정 조건들을 모니터링하거나 제어하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어기(480)는 (i) 중앙 처리 유니트(CPU)(500)를 포함하고, 주변 제어 구성품을 가진 메모리 시스템에 상호 연결되는 컴퓨터, (ⅱ) 공정 챔버(100)의 특정 구성품(415)을 동작시키는 주문형 집적 회로(ASIC)(도시되지 않음) 및 (ⅲ) 적당한 지지 회로에 따른 하나 이상의 제어기 인터페이스 보드(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 통상적인 중앙 CPU(500)은 상표명 PowerPC, 상표명 Pentium 및 다른 유사한 프로세서들을 포함한다. ASIC은 공정 챔버(100)으로부터의 데이터와 다른 정보의 탐색 또는 특정 챔버 구성품(415)의 동작과 같은, 특정한 임무를 위해 설계되고 미리 프로그래밍된다.제어기 인터페이스 보드는, 예를 들어 공정 모니터링 시스템으로부터의 신호를 처리하고 중앙 처리 유니트(CPU)(500)으로 데이터신호를 제공하기 위해서와 같은, 특정한 신호 처리 임무에서 사용된다. 통상적인 지지 회로는, 예를 들어 보조-프로세서(co-processor), 클럭 회로(clock circuit), 캐쉬(cache), 전력 공급원 및 CPU(500)와 통신하는 다른 공지의 구성품을 포함한다. 예를 들어, CPU(500)는 종종 RAM(510), ROM(도시되지 않음) 및 당업계에 공지된 다른 저장 디바이스와 함께 동작한다. RAM(510)은 공정 실행 중인 현재의 시스템에서 사용되는 소프트웨어 실행을 저장하기 위해서 사용될 수 있다. 제어기(480)는 제어기(480)를 다른 챔버 구성품(415)에 연결하기 위해서 제어기 인터페이스(506)를 포함한다.

CPU(500)의 출력은 디스플레이(530) 또는 다른 통신 디바이스로 전송된다. 입력 디바이스(540)는 동작을 제어하거나 제어기(480) 내의 소프트웨어를 바꾸기 위해서 조작자가 제어기(480) 내로 데이터를 입력하도록 한다. 예를 들어, 조작자와 컴퓨터 시스템 사이의 인터페이스는 CRT 모니터(도시되지 않음) 및 라이트 펜(light pen)(도시되지 않음)일 수 있다. 라이트 펜은 펜의 팁(tip) 내에 광 센서를 가진 CRT 모니터에 의해 방출된 빛을 탐지한다. 특정한 스크린이나 기능을 선택하기 위해서, 조작자는 CRT 모니터의 지정된 영역을 터치하고 펜 상의 버튼을 누른다. 터치된 영역은 라이트 펜과 CRT 모니터 사이의 통신을 확인하기 위해서 색깔을 바꾸거나 재로운 메뉴 또는 스크린이 디스플레이된다. 키보드, 마우스, 또는 포인팅 통신 디바이스와 같은 다른 디바이스가 또한 제어기(480)와 통신하기 위해서 사용될 수 있다. 일실시예에서, 두 개의 모니터(도시되지 않음)가 사용되는데, 하나는 조작자를 위해 클린 룸 벽에 실장되고 다른 하나는 서비스 기술자를 위해 벽 뒤에 실장된다. 두 개의 모니터(도시되지 않음) 모두가 동시에 같은 정보를 디스플레이하지만, 단지 하나의 라이트 펜 만이 인이에블링된다.

제어기(480)의 컴퓨터 프로그램 코드(600)가 플로피 디스크(491) 또는 하드 드라이브(492)와 같은 메모리 디바이스에 저정되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(480)에 의한 실행동안에 RAM(510) 내로 호출(call)될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는, 예를 들어 어셈블리어(assembly language), C, C⁺⁺또는 파스칼과 같은 종래의 컴퓨터 판독가능한 프로그래밍 언어로 기록될 수 있다. 적당한 프로그램 코드가 종래의 텍스트 에디터(text editor)를 사용하여 단일 파일(file) 또는 다중 파일 내로 기록되고, 컴퓨터 시스템의 메모리(503)와 같은, 컴퓨터 사용가능한 매체에서 저장되거나 구현된다. 만일 기록된 코드 텍스트가 높은 레벨의 언어로 기록된다면, 코드는 컴파일러(compiler) 코드로 컴파일링되는데, 상기 컴파일러 코드는 미리 컴파일링된 라이브러리 경로(library routine)의 객체 코드(object code)와 링크된다. 링크되고 컴파일링된 객체 코드를 실행하기 위해서, 시스템 조작자는 컴퓨터 프로그램에 식별된 임무를 수행하기 위해서 객체 코드를 호출하여, 컴퓨터 시스템이 메모리(503)에 상기 코드를 로딩하도록 한다.

통상적으로, 컴퓨터 프로그램 코드(600)는, 예를 들어 공정 모니터링 소프트웨어(605), 종점(endpoint) 탐지 소프트웨어(610) 및, 시간, 공정 가스 구성, 챔버 압력과 온도, 공정 챔버(100) 내부의 RF 전력 레벨, 전극 위치와 공정 챔버(100)의다른 공정 변수들을 포함하는 하나 이상 세트의 컴퓨터 명령들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램 코드(600)는 또한 플라즈마 생성기(330)에 결합된 에너지의 전력 레벨, 공정 챔버(100) 내로 도입되는 가스의 유량 레벨 및 구성 및 디스플레이(530)에 대한 설정을 제어한다. 컴퓨터 프로그램 코드(600)의 바람직한 예는, 조작자가 공정 방법(recipe)을 입력하고 선택하도록 하고, 선택된 공정 챔버(100)의 공정 방법의 동작 및 공정 챔버(100)의 챔버 공정의 순위를 동작하고 관리하기 위한 챔버 관리자 프로그램 코드(630)을 실행하는 공정 시퀀서(sequencer) 프로그램 코드(625)와 같은, 다중 프로그램 코드 세트(680)를 포함한다. 한 세트의 임무를 수행하는 별개의 프로그램 코드 세트(680)로 예시되고 있지만, 이러한 프로그램 코드 세트(680)는 통합될 수 있다고, 또는 하나의 프로그램 코드의 임무가 원하는 세트의 임무를 제공하기 위해서 다른 프로그램의 임무와 통합될 수 있다고 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기술된 제어기(480)와 컴퓨터 프로그램 코드(600)는 본 명세서에 기술된 프로그램 코드의 특정 구현물에 제한되거나 한정되어서는 안되고, 동등한 기능을 수행하는 다른 세트의 프로그램 코드 또는 컴퓨터 명령은 본 발명의 범위 내에 있다고 이해되어야 한다.

동작 중에, 조작자는 입력 디바이스(540)를 통해 공정 시퀀서 프로그램 코드(625) 내로 공정 세트와 공정 챔버 수를 기록한다. 공정 세트는 챔버(100)에서 특정 공정을 수행하기 위해 필요한 공정 변수로 구성되고, 예정된 세트 수에 의해 식별된다. 공정 시퀀서 프로그램 코드(625)는 특정 공정을 수행하기 위한 공정 챔버(100)를 동작시키기 위해 필요한 원하는 세트의 공정 변수를 식별한다. 공정변수는, 예를 들어 공정 가스 구성과 유속, 챔버 온도와 압력, 마이크로파 또는 RF 바이어스 전력 레벨과 자계 전력 레벨과 같은 가스 활성화 변수, 냉각 가스 압력 및 챔버 벽 온도와 같은, 공정 조건들을 포함한다.

공정 시퀀서 프로그램 코드(625)는 특정한 공정 세트 변수를 공정 세트에 따른 공정 챔버(100)에서 처리할 임무를 제어하는 챔버 관리자 프로그램 코드(630)로 전송함으로써 공정 세트를 실행한다. 예를 들어, 챔버 관리자 프로그램 코드(630)는 기판(110)을 에칭하거나 기판(110) 상에 재료를 증착하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 챔버 관리자 프로그램 코드(630)는 챔버 구성품(415)의 동작을 제어하는 다양한 챔버 구성품 프로그램 코드 세트(680)의 실행을 제어한다. 챔버 구성품 제어 프로그램 코드의 예들은 지지대(160) 상으로 기판(110)을 로딩하고 제거하는 로봇 구성품을 제어하는 기판 포지셔닝 프로그램 코드(640), 가스 공급원(260)에 의해 챔버(100) 내로 공급된 공정 가스의 구성과 유속을 제어하는 공정 가스 제어 프로그램 코드(650), 스로틀 밸브와 같은 하나 이상의 가스 밸브의 개구 크기를 설정하는 가스 압력 제어 프로그램 코드(660) 및 플라즈마 생성기(330)의 전력 레벨을 제어하는 플라즈마 생성기 프로그램 코드(670)을 포함한다. 동작 중에, 챔버 관리자 프로그램 코드(630)는 처리될 특정한 공정 세트에 따른 챔버 구성품 프로그램 코드 세트(680)를 선택적으로 호출하고, 챔버 구성품 프로그램 코드 세트(680)을 스케줄링하고, 구성품(415)이 실행될 공정 세트에 대한 공정 변수에 기초하여 동작될 필요가 있는 지를 결정하고, 모니터링 단계에 응답하여 챔버 구성품 프로그램 코드 세트(680)를 실행시킨다. 이러한 것들은 단지 챔버 구성품 프로그램 코드세트(680)의 예들일 뿐이다.

본 발명이 소정의 바람직한 예에 대해 상당히 자세히 기술되었지만, 다른 예들도 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 화학 기상 증착(CVD) 공정 챔버 또는 에칭 챔버와 같은, 다른 공정 챔버로써 사용될 수 있다. 공정 챔버(100)는 또한 당업자에 자명한 것과 같은 다른 동등한 구성물을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 공정 챔버(100)의 하나 이상의 구성품(410)은 다수의 다른 코팅(420)을 포함할 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 명세서에 포함된 바람직한 예의 설명으로 제한되어서는 안된다.

Claims

플라즈마 처리 챔버(plasma processing chamber)용 돔형 용기 벽(domed enclosure wall)으로서,

약 150 내지 약 450 마이크로인치의 거칠기 평균(roughness average)을 가진 거친 표면(roughened surface)을 포함하는 유전체 재료; 및,

상기 유전체 재료의 거친 표면 상에 증착되고, 음의 값인 평균 왜도(average skewness)를 가진 거칠기를 갖는 텍스처링된 노출면(textured exposed surface)을 포함하는 플라즈마 분무된 세라믹 코팅(plasma sprayed ceramic coating)을 포함하고,

이에 의하여 플라즈마 처리 챔버의 플라즈마에 의해 생성된 스퍼터링된(sputtered) 재료가 상기 텍스처링된 노출면에 부착할 수 있는 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽.
제 1항에 있어서,

상기 텍스처링된 노출면은 약 -0.1 이하인 평균 왜도를 가진 거칠기를 갖는 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽.
제 2항에 있어서,

상기 평균 왜도는 약 -0.7 내지 약 0.1의 범위에 있는 다수의 측정된 왜도값들의 평균인 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽.
제 1항에 있어서,

상기 플라즈마 분무된 세라믹 코팅은 약 5% 내지 약 10%의 다공률(porosity)을 포함하는 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽.
제 1항에 있어서,

상기 플라즈마 분무된 세라믹 코팅은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽.
제 1항에 있어서,

상기 유전체 재료는 세라믹 재료를 포함하는 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽.
제 6항에 있어서,

상기 세라믹 재료는 수정 또는 알루미늄 산화물을 포함하는 플라즈마 처리 챔버용 돔형 용기 벽.
기판 처리 장치로서,

약 150 내지 약 450 마이크로인치의 거칠기 평균을 가진 거친 표면을 구비한유전체 재료 및, 상기 유전체 재료의 거친 표면 상에 증착되고 음의 값인 평균 왜도를 가진 거칠기를 갖는 텍스처링된 노출면을 포함하는 플라즈마 분무된 세라믹 코팅을 포함하는 돔형 용기 벽을 포함하는 챔버;

상기 챔버 내의 기판 지지대(substrate support);

상기 챔버 내로 공정 가스를 제공하기 위한 가스 공급원(gas supply);

상기 기판을 처리하기 위해서 상기 챔버 내의 공정 가스 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 생성기(plasma generator); 및

상기 공정 가스를 배출하기 위한 배출 콘듀트(exhaust conduit)를 포함하고,

이에 의하여, 상기 챔버 내의 플라즈마에 의해 생성된 스퍼터링된 재료가 상기 텍스처링된 노출면에 부착할 수 있는 기판 처리 장치.
제 8항에 있어서,

상기 텍스처링된 표면은 약 -0.1 이하의 평균 왜도를 가진 거칠기를 갖는 기판 처리 장치.
제 9항에 있어서,

상기 평균 왜도는 약 -0.7 내지 약 0.1의 범위에 있는 다수의 측정된 왜도 값들의 평균인 기판 처리 장치.
제 8항에 있어서,

상기 플라즈마 분무된 세라믹 코팅은 약 5% 내지 약 10%의 다공률을 갖는 기판 처리 장치.
제 8항에 있어서,

상기 플라즈마 분무된 세라믹 코팅은 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 기판 처리 장치.
제 8항에 있어서,

상기 유전체 재료는 세라믹 재료를 포함하는 기판 처리 장치.
제 13항에 있어서,

상기 세라믹 재료는 알루미늄 산화물 또는 수정을 포함하는 기판 처리 장치.