KR20080077642A - 가스들의 다운스트림 해리용 방법들 및 장치들 - Google Patents

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KR20080077642A
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잭 제이. 슈쓰
윌리엄 엠. 홀버
존 티. 썸머썬
수잔 씨. 트룰리
웨이구오 짱
씽 첸
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엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드
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Abstract

가스들을 활성화하여 해리시키는 방법 및 시스템은 챔버 내에 위치된 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계를 포함한다. 다운스트림 가스 입력부는 챔버의 출력부에 대해 배치되어 활성화된 가스가 상기 가스 입력부에 의해 도입된 다운스트림 가스의 해리를 용이하게 할 수 있도록 하며, 상기 해리된 다운스트림 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다.
플라즈마, 챔버, 원격 플라즈마 소스, 다운스트림 가스 입력부, 출력부 플랜지.

Description

가스들의 다운스트림 해리용 방법들 및 장치들{METHODS AND APPARATUS FOR DOWNSTREAM DISSOCIATION OF GASES}
본 발명은 가스들을 활성화시키는 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 해리된 가스들을 생성하는 방법들과 장치들 및 해리된 가스들로 재료들을 처리하는 방법들과 장치들에 관한 것이다.
플라즈마(plasma)는 종종 가스들을 활성화시켜서 상기 가스들을 여기된 상태가 되도록 하여, 가스들이 강화된 반응성을 갖도록 하는데 사용된다. 가스의 여기는 가스의 에너지 상태를 상승시키는 것을 포함한다. 몇몇 경우들에서, 가스들은 여기되어, 이온들, 자유 라디칼(free radical)들, 원자들 및 분자들을 포함하는 해리된 가스들을 생성한다. 해리된 가스들은 반도체 웨이퍼들, 파우더(powder)들, 및 다른 가스들과 같이 고체 재료들을 처리하는 것을 포함한 다수의 산업 및 과학 애플리케이션(application)에 사용된다. 해리된 가스의 파라미터(parameter)들 및 해리된 가스의 프로세싱되는 재료로의 노출 조건들은 애플리케이션에 따라 광범위하게 가변 된다. 해리가 발생하도록 하기 위하여 플라즈마에서 종종 상당한 량의 전력을 필요로 한다.
플라즈마 소스(plasma source)는 예를 들어, 가스의 적어도 일부를 이온화시 키기 위하여 플라즈마 가스(예를 들어, O2, N2, Ar, NF3, H2 및 He) 또는 가스들의 혼합물에 충분한 크기의 전위를 인가함으로써 플라즈마들을 생성한다. 플라즈마들은 DC 방전, 라디오 주파수(RF) 방전, 및 마이크로파 방전을 포함하는 다양한 방식들로 생성될 수 있다. DC 방전 플라즈마들은 플라즈마 가스 내에서 2개의 전극들 사이에 전위를 인가함으로써 획득된다. RF 방전 플라즈마들은 전원으로부터 플라즈마 내로 에너지를 정전기적으로 또는 유도적으로 결합함으로써 얻어진다. 마이크로파 방전 플라즈마들은 마이크로파 에너지를 마이크로파-통과 윈도우(microwave-passing window)를 통하여 플라즈마 가스를 수용하는 방전 챔버(discharge chamber) 내로 직접 결합함으로써 얻어진다. 플라즈마들은 전형적으로 알루미늄과 같은 금속 재료들 또는 석영과 같은 유전체 재료들로 구성되는 챔버들 내에 수용된다.
활성화된 가스가 플라즈마 소스와 융화(compatible)될 수 없는 애플리케이션들이 존재한다. 예를 들어, 반도체 제조 동안, 원자 산소는 포토레지스트와 반응하여, 포토레지스트를 휘발성 CO2 및 H2O 부산물들로 변환함으로써 반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트를 제거한다. 원자 산소는 전형적으로 플라즈마 소스의 플라즈마 챔버에서 플라즈마로 O2(또는 산소를 포함하는 가스)를 해리시킴으로써 생성된다. 플라즈마 챔버는 전형적으로 원자 산소의 석영과의 낮은 표면 재결합율(surface recombination rate) 때문에 석영으로 이루어진다. 원자 불소는 종종 상기 원자 불소가 포토레지스트 제거 프로세스를 가속시키기 때문에, 원자 산소와 함께 사용된다. 불소는 플라즈마 챔버에서 플라즈마로 예를 들어, NF3 또는 CF4를 해리시킴으로써 생성된다. 그러나, 불소는 부식성이 높고, 석영 챔버와 부정적으로 반응할 수 있다. 유사한 동작 조건들 하에서, 불소 융화성 챔버 재료(fluorine compatible chamber material)(예를 들어, 사파이어 또는 질화 알루미늄)를 사용하는 것은 불소 융화성 재료들이 전형적으로 석영보다 더 고가이기 때문에 프로세싱 비용을 증가시키고 원자 산소 생성의 효율을 감소시킨다.
활성화된 가스가 플라즈마 챔버 재료와 융화 가능하지 않은 또 다른 애플리케이션은 석영 챔버 내에 위치된 수소를 포함하는 플라즈마와 관련된다. 여기된 수소 원자들 및 분자들은 석영(SiO2)과 반응하여, 상기 석영을 실리콘으로 변환시킬 수 있다. 챔버의 재료 조성의 변화들은 또한 프로세싱 파라미터들의 바람직하지 않은 드리프트(drift)를 초래하고, 입자들의 형성을 또한 초래할 수 있다. 또 다른 애플리케이션들에서, 석영은 프로세싱 동안 플라즈마 챔버에 질소가 존재하는 경우에 Si3N4로 변환될 수 있다.
그러므로, 플라즈마 챔버 상에서 해리된 가스의 역효과(adverse effect)들을 최소화하는 방식으로 플라즈마로 가스를 효율적으로 해리시키는 것이 필요하다.
본 발명은 일 양태에서, 가스들을 활성화하여 해리시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 챔버에서 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 플라즈마 챔버의 출력부에 대해 다운스트림 가스 입력부(downstream gas input)를 배치(positioning)하여 활성화된 가스가 다운스트림 가스 입력부에 의해 도입된 다운스트림 가스의 해리를 용이하게 할 수 있도록 하는 단계를 포함하며, 상기 해리된 다운스트림 가스는 플라즈마 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다.
몇몇 실시예들에서, 플라즈마는 원격 플라즈마 소스에 의해 생성될 수 있다. 원격 플라즈마 소스는 예를 들어, RF 플라즈마 생성기, 마이크로파 플라즈마 생성기 또는 DC 플라즈마 생성기일 수 있다. 플라즈마는 예를 들어, 산소, 질소, 헬륨 또는 아르곤으로부터 생성될 수 있다. 다운스트림 가스는 할로겐 또는 할로겐화물을 함유한 가스(예를 들어, NF3, CF4, CHF3, C2F6, C2HF5, C3F8, C4F8, XeF2, Cl2 또는 ClF3)를 포함할 수 있다. 다운스트림 가스는 불소를 포함할 수 있다. 챔버의 내부면은 예를 들어, 석영 재료, 사파이어 재료, 알루미나(alumina), 질화 알루미늄, 산화 이트륨, 탄화 실리콘, 질화 붕소, 또는 알루미늄, 니켈 또는 스테인리스강과 같은 금속을 포함할 수 있다. 챔버의 내부면은 예를 들어, 코팅된 금속(예를 들어, 양극산화된 알루미늄)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 대안적인 가스들, 예를 들어, H2, O2, N2, Ar, H2O, 및 암모니아가 다운스트림 가스로서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다운스트림 가스는 예를 들어, 기판상에 증착될 금속 재료들 또는 반도체 재료들을 포함하는 하나 이상의 가스들을 포함한다. 금속 또는 반도체 재료는 예를 들어, Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Zr, Cu, Sr 또는 Al을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다운스트림 가스는 금속 또는 반도체 재료들을 포함하는 하나 이상의 가스들, 또는 금속 또는 반도체 재료들을 포함하는 산화물 또는 질화물들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 다운스트림 가스는 탄화수소 재료들을 포함한다.
다운스트림 가스는 다수의 위치들에서 챔버 내로 도입될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다운스트림 가스는 해리된 다운스트림 가스 및 챔버의 내부면 사이의 상호작용을 최소화하는 챔버의 출력부와 관련된 위치에서 도입될 수 있다. 다운스트림 가스는 상기 다운스트림 가스가 해리되는 정도를 최대화하는 챔버의 출력부와 관련된 위치에서 도입될 수 있다. 다운스트림 가스는 해리된 다운스트림 가스가 챔버의 내부면과 상호작용하는 정도를 상기 다운스트림 가스가 해리되는 정도와 균형을 맞추는 챔버의 출력부와 관련된 위치에서 도입될 수 있다. 해리된 다운스트림 가스는 기판의 에칭(etching) 또는 클리닝(cleaning) 또는 기판상으로의 증착을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.
플라즈마 챔버의 표면을 보호하는 것을 돕기 위하여, 다운스트림 가스 입력부 및 플라즈마 챔버의 출구 부근에 배리어(barrier)(예를 들어, 실드(shield) 또는 라이너(liner))가 설치될 수 있다. 배리어는 반응성 가스들과 화학적으로 융화 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 배리어는 제거 가능하여, 주기적으로 교체될 수 있다. 배리어는 반응성 가스들에 대해 실질적으로 내성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 배리어는 예를 들어, 플라즈마 챔버의 출구에 위치되는 사파이어 재료이거나, 상기 사파이어 재료를 포함할 수 있다. 배리어는 플라즈마 챔버 내에 부분적으로 위치할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 배리어는 세라믹 및/또는 유리 재료(예를 들어, 사파이어, 석영, 알루미나, 질화 알루미늄, 산화 이트륨, 탄화 실리콘, 또는 질화 붕소)이거나 상기 세라믹 및/또는 유리 재료를 포함할 수 있다. 배리어는 또한 해리된 다운스트림 가스들과의 낮은 표면 재결합률 또는 반응 속도(reaction rate)를 가져서, 해리된 가스들의 기판으로의 이송 효율(transport efficiency)이 개선될 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 낮은 재결합 특성들을 갖는 재료들은 예를 들어, 석영, 다이아몬드, 다이아몬드-형-탄소, 탄화수소-계 재료들, 및 탄화불소-계 재료들을 포함한다. 배리어는 알루미늄, 니켈 또는 스테인리스강과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 금속의 유형은 금속의 희망하는 기계적 및 열적 특성들에 기초하여 선택될 수 있다.
배리어(예를 들어, 실드 또는 라이너)의 표면은 화학적으로 융화 가능하거나 낮은 표면 재결합/반응 재료들의 층으로 코팅될 수 있다. 배리어는 또한 해리된 다운스트림 가스와 반응하는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 애플리케이션에서, 입자들 또는 오염의 증강(bulid up)을 피할 수 있기 때문에, 저속으로 소모되는 배리어가 실제로 바람직하다. 배리어는 부분적으로 플라즈마 챔버 내에 위치될 수 있다. 해리된 다운스트림 가스 및 플라즈마 챔버 사이의 부정적인 상호작용(adverse interaction)을 감소시키기 위하여, 플라즈마 챔버의 출구 및 다운스트림 가스 주입 입력부 사이에 부가적인 정화 가스(purge gas)가 도입될 수 있다.
상기 방법은 또한 다운스트림 가스의 해리를 최적화하기 위하여 다운스트림 가스의 특성(예를 들어, 압력, 유동 속도(flow rate) 및 챔버의 출력부로부터 주입된 거리 중 하나 이상)을 지정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 다운스트림 가스의 해리를 최적화하기 위하여 플라즈마 가스의 특성(예를 들어, 압력, 유동 속도, 가스 유형, 가스 조성 및 플라즈마에 대한 전력 중 하나 이상)을 지정하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 챔버에서 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계를 포함하는 가스들을 활성화하여 해리시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 또한 챔버의 출력부에 충분히 가까운 위치에서 챔버 외부의 활성화된 가스 내로 다운스트림 가스를 도입하여, 상기 활성화된 가스가 다운스트림 가스의 여기(예를 들어, 해리)를 용이하게 하는데 충분한 에너지 레벨을 갖도록 하는 단계를 포함한다. 상기 위치는 챔버의 외부로부터 충분히 이격되어, 여기된 다운스트림 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않게 된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 포토레지스트를 에칭하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 챔버에 위치된 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 다운스트림 가스를 활성화된 가스의 적어도 일부와 결합하여, 상기 활성화된 가스가 다운스트림 가스의 여기(예를 들어, 해리)를 용이하게 하는데 충분한 에너지 레벨을 포함하도록 하고 여기된 다운스트림 가스가 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않도록 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 해리된 다운스트림 가스로 기판을 에칭하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 해리된 다운스트림 가스로 기판을 클리닝하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 기판상에 재료들을 증착하는데 사용될 수 있다. 상기 방법은 또한 파우더들을 생성하는데 사용될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 가스들을 활성화하여 해리시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 챔버에서 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 플라즈마에 의해 한정된 영역 외부의 활성화된 가스와 상호작용하도록 다운스트림 가스를 도입하여 활성화된 가스가 다운스트림 가스의 여기(예를 들어, 해리)를 용이하게 할 수 있도록 하는 단계를 포함하며, 상기 여기된 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다.
본 발명은 일 실시예에서, 가스들을 활성화하여 해리시키는 시스템을 특징으로 한다. 상기 시스템은 챔버에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마는 활성화된 가스를 생성한다. 상기 시스템은 또한 활성화된 가스의 적어도 일부를 다운스트림 가스와 결합하여 상기 활성화된 가스가 다운스트림 가스의 여기(예를 들어, 해리)를 용이하게 할 수 있도록 하는 수단을 포함하며, 상기 여기된 다운스트림 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 활성화된 가스 및 다운스트림 가스의 상호작용들은 다운스트림 가스의 이온화를 용이하게 한다. 예를 들어, 활성화된 가스로부터 다운스트림 가스로의 에너지의 전달은 다운스트림 가스의 화학적 반응성을 증가시킨다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 할로겐 가스들의 플라즈마 챔버 벽들과의 실질적인 상호작용(예를 들어, 부식) 없이 플라즈마 챔버 하부의 위치에서 플라즈마 활성화된 가스로 할로겐을 함유하는 가스들(예를 들어, NF3, CHF3 및 CF4)을 해리시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 가스들을 활성화하여 해리시키는 시스템을 특징으로 한다. 상기 시스템은 챔버에서 플라즈마 영역을 생성하는 원격 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마는 활성화된 가스를 생성한다. 상기 시스템은 또한 상기 플라즈마 영역 외부의 활성화된 가스와 상호적용하도록 다운스트림 가스를 도입하는 주입 소스를 포함하며, 상기 활성화된 가스는 다운스트림 가스의 여기(예를 들어, 해리)를 용이하게 하고, 상기 여기된 다운스트림 가스는 해리된 다운스트림 가스이며 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다.
상기 시스템은 챔버의 부식을 감소시키기 위하여 챔버의 출력부에 위치되는 배리어를 포함할 수 있다. 상기 배리어는 예를 들어, 부분적으로 챔버 내에 위치될 수 있다. 상기 배리어는 예를 들어, 부분적으로 챔버의 출력부 통로 내에 위치될 수 있다. 상기 시스템은 챔버의 출력부 통로 내에 위치된 배리어를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 다운스트림 가스 및 활성화된 가스를 혼합하는 믹서(mixer)를 포함할 수 있다. 상기 믹서는 정적 유동 믹서(static flow mixer), 나선형 믹서, 블레이드(blade)들, 또는 적층된 원통형 믹서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 정화 가스 입력부를 포함할 수 있다. 상기 정화 가스 입력부는 챔버의 출구 및 주입 소스의 입력부 사이에 위치될 수 있다.
챔버는 석영 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 챔버는 단편(single piece)의 융합된 석영이다. 몇몇 실시예들에서, 챔버는 토로이드 형상(toroidal-shape)이다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 소스는 토로이드형 플라즈마 소스이다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 기판상에 재료를 증착하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 챔버에서 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 플라즈마 챔버의 출력부에 대하여 다운스트림 가스 입력부를 배치하여 활성화된 가스가 다운스트림 가스 입력부에 의해 도입된 다운스트림 가스의 해리를 용이하게 할 수 있도록 하는 단계를 포함하며, 상기 다운스트림 가스는 증착될 재료를 포함하고, 상기 해리된 다운스트림 가스는 플라즈마 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다.
몇몇 실시예들에서, 플라즈마는 원격 플라즈마 소스에 의해 생성된다. 상기 원격 플라즈마 소스는 예를 들어, RF 플라즈마 생성기, 마이크로파 플라즈마 생성시 또는 DC 플라즈마 생성기일 수 있다. 다운스트림 가스는 다수의 위치들에서 챔버 내로 도입될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다운스트림 가스는 해리된 다운스트림 가스 및 챔버의 내부면 사이의 상호작용을 최소화하는 챔버의 출력부와 관련된 위치에서 도입될 수 있다. 다운스트림 가스는 상기 다운스트림 가스가 해리되는 정도를 최대화하는 챔버의 출력부와 관련된 위치에서 도입될 수 있다. 다운스트림 가스는 해리된 다운스트림 가스가 챔버의 내부면과 상호작용하는 정도를 상기 다운스트림 가스가 해리되는 정도와 균형을 맞추는 챔버의 출력부와 관련된 위치에서 도입될 수 있다. 증착될 재료는 Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Zr, Cu, Sr 또는 Al 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 기판상에 재료를 증착하는 시스템을 특징으로 한다. 상기 시스템은 챔버에서 플라즈마 영역을 생성하는 원격 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마는 활성화된 가스를 생성한다. 상기 시스템은 또한 플라즈마 영역 외부의 활성화된 가스와 상호작용하도록 증착 재료를 포함하는 다운스트림 가스를 도입하는 주입 소스를 포함하며, 상기 활성화된 가스는 다운스트림 가스의 여기(예를 들어, 해리)를 용이하게 하고, 상기 여기된 다운스트림 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다.
증착될 재료는 Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Ta, W, Mo, Ti, Hf, Zr, Cu, Sr 또는 Al 중 하나 이상일 수 있다. 상기 시스템은 다운스트림 가스 및 활성화된 가스를 혼합하는 믹서를 포함할 수 있다. 상기 믹서는 정적 유동 믹서, 나선형 믹서, 블레이드들, 또는 적층된 원통형 믹서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 정화 가스 입력부를 포함할 수 있다. 상기 정화 가스 입력부는 챔버의 출구 및 주입 소스의 입력부 사이에 위치될 수 있다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 가스들을 여기시키는 시스템을 특징으로 한다. 상기 시스템은 챔버에서 플라즈마 영역을 생성하는 원격 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마는 활성화된 가스를 생성한다. 상기 시스템은 플라즈마 영역 외부의 활성화된 가스와 상호작용하도록 다운스트림 가스를 도입하는 주입 소스를 더 포함하며, 상기 활성화된 가스는 다운스트림 가스의 여기를 용이하게 하고, 상기 여기된 다운스트림 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다. 상기 시스템은 또한 챔버의 출력부 플랜지(output flange) 및 주입 소스 사이에 갭(gap)을 제공하는 피처(feature)를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 상기 시스템의 일부 및 챔버의 출력부 플랜지 사이에 위치된 시일(seal)로의 여기된 가스의 이송을 감소시키는 길고 좁은 갭이다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 적어도 2.5 mm(1 인치(inch)의 1/10)의 길이를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 5.08 mm 및 50.8 mm(1 인치의 2/10 및 2 인치) 사이의 길이를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 0.0025 mm 및 1.524 mm(1 밀(mil)의 1/10 및 6 밀) 사이의 폭을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 0.025 mm 및 0.508 mm(1 밀 및 12 밀) 사이의 폭을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 1.66의 길이 대 폭 비를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 3.33의 길이 대 폭 비를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 갭의 길이는 약 2.54 mm 및 약 50.8 mm 사이이며, 갭의 폭은 약 0.0025 mm 및 약 1.524 mm 사이이다.
몇몇 실시예들에서, 상기 피처는 환형 형상이다. 상기 피처는 플랜지일 수 있다. 상기 피처는 스프링 시일(seal)일 수 있다. 상기 피처는 자신의 탄성 변형 범위 내에서 압축 및 신장될 수 있다. 상기 피처는 알루미늄, 사파이어 또는 질화물을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 피처는 주입 소스의 몸체(body)로부터 챔버의 출력부 플랜지를 분리시킨다. 상기 피처는 출력부 플랜지 및 주입 소스의 몸체 사이의 러빙(rubbing)을 제한할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 시스템은 출력부 플랜지 및 주입 소스 사이에 실링 메커니즘(sealing mechanism)을 포함한다. 상기 실링 메커니즘은 오-링(o-ring)을 포함할 수 있다. 상기 실링 메커니즘은 스프링 시일을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 시스템은 정화 가스 입력부를 포함한다. 정화 가스는 정화 가스 입력부를 통해 유동되어 오-링을 더 보호하도록 할 수 있다.
본 발명은 또 다른 양태에서, 가스들을 여기시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 챔버에서 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 챔버의 출력부에 대하여 다운스트림 가스 입력부를 배치하여 활성화된 가스가 가스 입력부에 의해 도입된 다운스트림 가스의 해리를 용이하게 할 수 있도록 하는 단계를 포함하며, 해리된 다운스트림 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다. 상기 방법은 또한 다운스트림 가스 입력부를 포함하는 몸체 및 출력부 플랜지 사이에 갭을 제공하는 피처를 배치하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 상기 시스템의 일부 및 챔버의 출력부 플랜지 사이에 위치된 시일로의 여기된 가스의 이송을 감소시키는 길고 좁은 갭이다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 적어도 2.5 mm(1 인치의 1/10)의 길이를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 5.08 mm 및 50.8 mm(1 인치의 2/10 및 2 인치) 사이의 길이를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 0.0025 mm 및 1.524 mm(1 밀의 1/10 및 6 밀) 사이의 폭을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 0.025 mm 및 0.508 mm(1 밀 및 12 밀) 사이의 폭을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 1.66의 길이 대 폭 비를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 상기 갭은 약 3.33의 길이 대 폭 비를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 갭의 길이는 약 2.54 mm 및 약 50.8 mm 사이이며, 갭의 폭은 약 0.0025 mm 및 약 1.524 mm 사이이다.
몇몇 실시예들에서, 상기 피처는 환형 형상이다. 상기 피처는 플랜지일 수 있다. 상기 피처는 스프링 시일일 수 있다. 상기 피처는 자신의 탄성 변형 범위 내에서 압축 및 신장될 수 있다. 상기 피처는 알루미늄, 사파이어 또는 질화물을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 피처는 주입 소스의 몸체로부터 챔버의 출력부 플랜지를 분리시킨다. 상기 피처는 출력부 플랜지 및 주입 소스의 몸체 사이의 러빙을 제한할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 방법은 또한 출력부 플랜지 및 주입 소스 사이에 진공 시일을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 진공 시일은 실링 메커니즘을 사용하여 생성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 진공 시일은 오-링 또는 스프링 시일을 사용하여 생성된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 가스들을 여기시키는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 챔버에서 플라즈마 영역을 생성하는 원격 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마는 활성화된 가스를 생성한다. 상기 시스템은 플라즈마 영역 외부의 활성화된 가스와 상호작용하도록 다운스트림 가스를 도입하는 주입 소스를 더 포함하며, 상기 활성화된 가스는 다운스트림 가스의 여기를 용이하게 하며, 상기 여기된 다운스트림 가스는 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는다.
몇몇 실시예들에서, 다운스트림 가스의 여기는 다운스트림 가스를 해리시키는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 시스템은 또한 챔버의 부식 또는 챔버 상으로의 증착을 감소시키기 위하여 챔버의 출력부에 위치되는 배리어를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 배리어는 적어도 부분적으로 챔버 내에 위치된다. 몇몇 실시예들에서, 상기 배리어는 적어도 부분적으로 챔버의 출력부 통로 내에 위치된다. 몇몇 실시예들에서, 상기 시스템은 또한 챔버의 출력부 통로 내에 위치된 배리어를 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 챔버는 석영을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 챔버는 토로이드 형상의 챔버이다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 소스는 토로이드형 플라즈마 소스이다. 몇몇 실시예들에서, 상기 시스템은 또한 다운스트림 가스 및 활성화된 가스를 혼합하는 믹서를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 믹서는 정적 유동 믹서, 나선형 믹서, 블레이드들 또는 적층된 원통형 믹서를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 시스템은 정화 가스 입력부를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 정화 가스 입력부는 챔버의 출구 및 주입 소스의 입력부 사이에 위치된다.
본 발명의 상술된 목적들, 양태들, 특징들과 장점들 및 다른 목적들, 양상들, 특징들과 장점들이 다음의 설명 및 청구항들로부터 더 명백해질 것이다.
본 발명의 상술된 목적들, 특징과 장점들 및 다른 목적들, 특징과 장점들, 뿐만 아니라, 본 발명 자체는 반드시 크기대로 도시되지는 않은 첨부 도면들과 함께 판독될 때, 다음의 예시적인 설명으로부터 더 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명을 구현하는, 해리된 가스를 생성하는 플라즈마 소스의 부분적인 개략도.
도 2A는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 가스 주입 소스의 단면도.
도 2B는 도 2A의 가스 주입 소스의 단부도(end view).
도 3A는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 가스 주입 소스의 단면도.
도 3B는 도 3A의 가스 주입 소스의 단부도.
도 4는 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, NF3가 플라즈마 소스 내로 주입되는 석영 플라즈마 챔버의 출력부로부터의 거리의 함수로서의 NF3의 퍼센트 해리(percent dissociation)의 도식적 표현.
도 5는 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, CF4가 플라즈마 소스 내로 주입되는 석영 플라즈마 챔버의 출력부로부터의 거리의 함수로서의 CF4의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 6은 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, 플라즈마 가스 유동 속도의 함수로서의 NF3의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 7은 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, 플라즈마 가스 압력의 함수로서의 NF3의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 8은 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, 다운스트림 NF3 유동 속도의 함수로서의 NF3의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 9는 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, 플라즈마 가스 유동 속도의 함수로서의 CF4의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 10은 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, 플라즈마 가스 압력의 함수로서의 CF4의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 11A는 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, 플라즈마 가스 유동 속도의 함수로서의 CHF3의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 11B는 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, 다운스트림 CHF3 유동 속도의 함수로서의 CHF3의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 12는 본 발명을 구현하는, 해리된 가스들을 생성하는 플라즈마 소스의 부분적인 개략도.
도 13은 본 발명에 따른 가스 해리 시스템을 사용한, NF3가 플라즈마 소스 내로 주입되는 석영 플라즈마 챔버의 출력부로부터의 거리의 함수로서의 NF3의 퍼센트 해리의 도식적 표현.
도 14는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 가스 주입 소스의 일부의 단면도.
도 15A는 본 발명을 구현하는 플라즈마 소스의 일부의 단면도.
도 15B는 도 15A의 일부의 확대도.
도 16은 본 발명의 원리들을 통합한, 가스 해리 시스템의 일부의 단면 입체도(cross-sectional isometric view).
도 17은 본 발명의 원리들을 통합한, 가스 해리 소스의 일부의 개략도.
도 18A는 본 발명을 구현하는 플라즈마 소스의 일부의 단면도.
도 18B는 도 18A의 일부의 확대도.
도 18C는 도 18A의 일부의 확대도.
도 19는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 주입 소스의 일부의 개략도.
도 20A는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 토로이드 형상의 플라즈마 챔버의 개략도.
도 20B는 도 20A의 토로이드 형상의 플라즈마 챔버의 일부의 확대도.
도 1은 본 발명을 구현하는, 해리된 가스를 생성하는 가스 해리 시스템(100)의 부분적인 개략적 표현이다. 플라즈마들은 종종 가스들을 활성화시켜서 상기 가스들을 여기된 상태가 되도록 하여, 가스들이 강화된 반응성을 갖도록 하는데 사용된다. 가스의 여기는 가스의 에너지 상태를 상승시키는 것을 포함한다. 몇몇 경우들에서, 가스들은 여기되어, 이온들, 자유 라디칼들, 원자들 및 분자들을 포함하는 해리된 가스들을 생성한다. 상기 시스템(100)은 가스 라인(gas line)(116)을 통하여 플라즈마 챔버(108)에 연결되는 플라즈마 가스 소스(112)를 포함한다. 밸브(120)는 플라즈마 가스 소스(112)로부터 가스 라인(116)을 통하여, 그리고 플라즈마 챔버(108) 내로의 플라즈마 가스(예를 들어, O2, N2, Ar, NF3, H2 및 He)의 유동을 제어한다. 밸브(120)는 예를 들어, 솔레노이드 밸브(solenoid valve), 비례형 솔리노이드 밸브, 또는 질량 유량 제어기(mass flow controller)일 수 있다. 플라즈마 생성기(184)는 플라즈마 챔버(108) 내에서 플라즈마(132)의 영역을 생성한다. 플라즈마(132)는 플라즈마 활성화된 가스(134)를 포함하며, 상기 플라즈마 활성화된 가스의 일부가 챔버 외부로 유동한다. 플라즈마 활성화된 가스(134)는 플라즈마(132)가 플라즈마 가스를 가열하여 활성화시킨 결과로서 생성된다. 이 실시예에서, 플라즈마 생성기(184)는 부분적으로 플라즈마 챔버(108) 주위에 위치된다. 상기 시스템(100)은 또한 연결부(128)를 통해 플라즈마 생성기(184)로 전력을 제공하여 플라즈마 챔버(108)에서 (활성화된 가스(134)를 포함하는) 플라즈마(132)를 생성하는 전원(124)을 포함한다. 플라즈마 챔버(108)는 예를 들어, 알루미늄 또는 내화성 금속과 같은 금속 재료로 형성되거나, 석영 또는 사파이어와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 활성화된 가스를 생성하기 위하여 플라즈마 가스 이외의 가스가 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 가스는 플라즈마를 생성하고 활성화된 가스를 생성하는 둘 모두에 사용된다.
플라즈마 챔버(108)는 통로(168)를 통하여 프로세스 챔버(156)의 입력부(176)에 연결되는 출력부(172)를 갖는다. 활성화된 가스(134)의 적어도 일부는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172) 외부로, 그리고 통로(168)를 통하여 유동한다. 활성화된 가스(134)가 지니는 에너지의 량은 통로(168)의 길이를 따른 거리에 따라 감소된다. 주입 소스(104)(예를 들어, 가스 주입 소스)가 통로(168)의 길이를 따른 거리(148)에 위치된다. 주입 소스(104)는 또한 플라즈마 챔버(108)의 하부에 위치될 수 있다. 가스 주입 소스(104)는 통로(168)의 영역(164) 내로 가스(예를 들어, 활성화된 가스(134)에 의해 해리될 다운스트림 가스)를 도입하는 적어도 하나의 가스 입구(180)를 갖는다. 다운스트림 가스 소스(136)는 다운스트림 가스(예를 들어, NF3, CF4, CHF3, C2F6, C2HF5, C3F8, C4F8, XeF2, Cl2, ClF3, H2 또는 NH3)를 가스 라인(140)을 통하여, 그리고 가스 입구(180)를 통하여 통로(168)의 영역(164) 내로 도입한다. 밸브(144)는 가스 라인(140)을 통한 다운스트림 가스의 유동을 제어한다. 다운스트림 가스는 예를 들어, Si, Ge, Ga, In, As, Sb, Al, Cu, Ta, Ti, Mo, W, Hf, Sr 또는 Zr을 포함한 증착 전구체들을 포함할 수 있다. 밸브(144)는 예를 들어, 솔레노이드 밸브, 비례형 솔레노이드 밸브, 또는 질량 유량 제어기일 수 있다.
거리(148)에서 통로(168)의 영역(164) 내로 도입된 다운스트림 가스는 활성화된 가스(134)의 적어도 일부와 상호작용하여 해리된 다운스트림 가스(152)의 유동을 야기한다. 본원에 사용된 용어 "다운스트림 가스"는 가스 입구(180)를 통하여 통로(168) 내로 도입된 가스를 칭한다. 본원에 사용된 용어 "해리된 다운스트림 가스"는 활성화된 가스(134)가 다운스트림 가스와 상호작용한 결과로서 생성되는 가스를 칭한다. 해리된 다운스트림 가스(152)는 예를 들어, 활성화된 가스(134), 다운스트림 가스, 상기 활성화된 가스(134)에 의하여 여기되었던(예를 들어, 해리되었던) 다운스트림 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 해리된 다운스트림 가스(152)는 실질적으로 활성화된 가스(134)에 의해 해리되었던 가스를 포함한다. 다른 실시예들에서, 해리된 다운스트림 가스(152)는 예를 들어, 실질적으로 활성화된 가스(134)를 포함한다.
해리된 다운스트림 가스(152)는 통로(168)를 통하여, 그리고 프로세스 챔버(156)의 입력부(176) 내로 유동한다. 프로세스 챔버(156) 내에 배치된 샘플 홀더(sample holder)(160)는 해리된 다운스트림 가스(152)에 의해 프로세싱되는 재료 를 지지한다. 선택적 가스 분배기 또는 샤워헤드(showerhead)(도시되지 않음)가 예를 들어, 홀더(160) 상에 위치된 기판의 표면에 해리된 가스를 균일하게 분배하기 위하여 챔버(156) 입력부(176)에 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 해리된 다운스트림 가스(152)는 프로세스 챔버(156) 내의 샘플 홀더(160) 상에 위치된 반도체 웨이퍼 또는 기판의 에칭을 용이하게 한다. 또 다른 실시예에서, 해리된 다운스트림 가스(152)는 프로세스 챔버(156) 내의 샘플 홀더(160) 상에 위치된 기판상으로의 박막의 증착을 용이하게 한다. 활성화된 가스(134)는 다운스트림 가스와 상호작용하여 해리된 다운스트림 가스(152)를 생성하도록 하는데 충분한 에너지를 갖는다.
몇몇 실시예들에서, 통로(168)의 영역(164) 내로 도입된 다운스트림 가스의 일부(percentage)는 활성화된 가스(134)에 의해 해리된다. 다운스트림 가스가 해리되는 정도(예를 들어, 퍼센티지)는 에너지 레벨뿐만 아니라, 활성화된 가스(134)가 지니는 에너지의 량의 함수이다. 활성화된 가스(134)는 다운스트림 가스의 원자들 간의 결합들을 파괴하여 해리를 달성하도록 하기 위하여 다운스트림 가스의 결합 에너지 레벨보다 더 큰 에너지 레벨을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 활성화된 가스(134)는 또한 다수의 충돌 프로세스들을 통하여 다운스트림 가스를 열적으로 여기시켜서 해리시키는데 충분한 에너지를 지닐 수 있다. 예로서, CF4는 약 5.7 eV의 결합 에너지 레벨을 가지며, NF3는 약 3.6 eV의 결합 에너지 레벨을 갖는다. 따라서, 유사한 해리 시스템(100) 동작 조건들 하에서, NF3를 해리시키는데 필 요로 되는 것보다 CF4를 해리시키는데 더 높은 활성화된 가스(134) 에너지들이 필요로 된다.
또 다른 실시예에서, 활성화된 가스(134)에 포함된 에너지의 량이 통로(168)를 따른 챔버(108)의 출력부(172)로부터의 거리에 따라 감소하기 때문에, 상기 거리(148)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대하여 가스 입구(180)를 배치해서 활성화된 가스(134)가 다운스트림 가스 소스(136)에 의해 통로(168) 내로 도입된 다운스트림 가스의 여기(예를 들어, 해리)를 효율적으로 용이하게 하도록 할 만큼 충분히 작아야 한다. 거리(148)는 해리된 다운스트림 가스(152)가 플라즈마 챔버(108)의 내부 표면과 실질적으로 상호작용하지 않도록 플라즈마 챔버(108)의 출구(172)에 대해 가스 입구(180)를 배치시킬 만큼 충분히 커야 한다. 몇몇 실시예들에서, 주입 소스(104)는 예를 들어, 플라즈마 밀도가 플라즈마 챔버(108)의 상부에서 집중될 때 플라즈마 챔버의 하부에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템(100)은 챔버(108)의 출력부(172)에서 통로(168) 내에 위치되는 배리어(예를 들어, 실드 또는 라이너, 도시되지 않음)를 포함한다. 상기 배리어는 상기 시스템(100)에서 통로(168)의 반응성 가스들로의 노출을 감소시킴으로써 통로(168)를 보호한다. 몇몇 실시예들에서, 실드 또는 라이너는 부분적으로 챔버(108) 내에 위치된다. 실드 또는 라이너는 반응성 가스들(예를 들어, 활성화된 가스(134) 및 해리된 다운스트림 가스(152))에 실질적으로 내성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 이 방식으로, 실드 또는 라이너가 반응성 가스들에 노 출되기 때문에, 상기 실드 또는 라이너는 챔버(108)의 부식을 감소시키는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 라이너는 챔버(108)의 출력부(172)에서 통로(168) 내에 위치되는 튜브형 재료(tubular material)이다. 라이너는 반응성 가스들과 화학적으로 융화 가능한 재료로 이루어질 수 있다. 라이너는 완전히 또는 부분적으로 사파이어 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 실드 또는 라이너는 제거 가능하여, 주기적으로 교체될 수 있다. 그러므로, 실드 또는 라이너는 화학적 일관성(chemical consistency)을 위해 플라즈마 챔버와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 실드 또는 라이너는 챔버(108) 내의 구성요소들 상의 열적 스트레스(thermal stress)를 감소시킨다. 실드 또는 라이너는 활성화된 가스(134) 및 해리된 다운스트림 가스(152)에서 반응성 종(reactive species)의 손실을 감소시킴으로써, 반응성 종의 출력을 최대화시키는 재료로 이루어질 수 있다. 낮은 재결합 특성들을 갖는 재료들은 예를 들어, 석영, 다이아몬드, 다이아몬드-형-탄소, 사파이어, 탄화수소 및 탄화불소를 포함한다. 실드 또는 라이너는 또한 더 양호한 기계적 및 열적 특성들을 위한 금속(예를 들어, 알루미늄, 니켈 또는 스테인리스강)으로 이루어질 수 있다. 금속 실드 또는 라이너의 표면은 전체 성능을 개선하기 위하여 화학적으로 융화 가능하거나 낮은 표면 재결합/반응 재료의 층으로 코팅될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템(100)은 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172) 및 가스 입구(180) 사이에 부가적인 정화 가스 입력부(도시되지 않음)를 포함한다. 정화 가스는 가스 입구(180)를 통해 흘러서 다운스트림 가스가 플라즈마 챔버(108) 내로 역류(back stream)하는 것을 방지(또는 최소화)하도록 할 수 있다. 역류는 플라즈마 가스의 유동 속도(flow rate)가 작을 때 발생할 수 있다. 정화 가스는 희가스(noble gas)(예를 들어, Ar 또는 He), 또는 프로세스 가스(예를 들어, O2 또는 H2)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템(100)은 통로(168)에서 다운스트림 가스의 퍼센트 해리를 측정하는 센서(sensor)(도시되지 않음)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 동일한 센서가 해리된 다운스트림 가스(152)가 플라즈마 챔버(108)의 내부면과 부정적으로 상호작용하는 정도를 결정하기 위하여 사용된다. 퍼센트 해리 및 해리된 다운스트림 가스가 챔버(108)의 내부면과 상호작용하는 정도 둘 모두를 측정하기 위한 바람직한 센서는 위스콘신주에 소재한 Madison의 Thermo Electron Corporation에 의해 시판되는 Nicolet 510P Metrology Tool이다. 센서는 예를 들어, SiF4의 존재를 측정한다. SiF4는 석영 플라즈마 챔버와 반응하는 불소(해리된 다운스트림 가스)의 부산물이다. 센서를 필요로 되지 않는다; 그러나, 상기 센서는 상기 시스템(100)에서 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 고 레벨들의 SiF4의 존재를 나타내는 센서 측정치들은 해리된 다운스트림 가스(152)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 내부면과 부정적으로 상호작용하고 있다는 표시이다. 다운스트림 가스의 퍼센트 해리는 다수의 요소(factor)들에 의존한다. 하나의 요소는 다운스트 림 가스가 통로(168)의 영역(164) 내로 도입되는 거리(148)이다. 또 다른 요소는 다운스트림 가스가 통로(168)의 영역(164) 내로 도입되는 거리(148)에서의 활성화된 가스(134) 내의 에너지의 량이다.
일 실시예에서, 다운스트림 가스는 해리된 가스(152) 및 플라즈마 챔버(108)의 내부면 사이의 상호작용을 최소화하는 플라즈마 챔버(108)의 출력부에 대한 거리(148)에서 도입된다. 또 다른 실시예에서, 다운스트림 가스는 상기 다운스트림 가스가 해리되는 정도를 최대화하는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대한 거리(148)에서 도입된다. 또 다른 실시예에서, 다운스트림 가스는 해리된 다운스트림 가스(152)가 플라즈마 챔버(108)의 내부면과 상호작용하는 정도를 다운스트림 가스가 해리되는 정도와 균형을 맞추는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대한 거리(148)에서 도입될 수 있다.
플라즈마 소스(184)는 예를 들어, DC 플라즈마 생성기, 무선 주파수(RF) 플라즈마 생성기 또는 마이크로파 플라즈마 생성기일 수 있다. 플라즈마 소스(184)는 원격 플라즈마 소스일 수 있다. 예로서, 플라즈마 소스(184)는 메사추세츠주의 윌밍튼에 소재한 MKS Instruments, Inc에 의해 제조된 ASTRON® 또는 R*evolution® 원격 플라즈마 소스일 수 있다. DC 플라스마 생성기들은 플라즈마 가스(예를 들어, O2) 내에서 2개의 전극들 사이에 전위를 인가함으로써 DC 방전들을 발생시킨다. RF 플라즈마 생성기들은 전원으로부터 플라즈마 내로 에너지를 정전기적으로 또는 유도적으로 결합함으로써 RF 방전들을 발생시킨다. 마이크로파 플라즈마 생 성기들은 마이크로파 에너지를 마이크로파-통과 윈도우를 통하여 플라즈마 가스를 수용하는 플라즈마 챔버 내로 직접 결합함으로써 마이크로파 방전들을 발생시킨다.
일 실시예에서, 플라즈마 소스는 토로이드형 플라즈마 소스이며, 챔버(108)는 석영 챔버이다. 석영 챔버는 예를 들어, 단편의 융합된 석영이다. 다른 실시예들에서, 대안적인 유형들의 플라즈마 소스들 및 챔버 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 사파이어, 알루미나, 질화 알루미늄, 산화 이트륨, 탄화 실리콘, 질화 붕소, 또는 알루미늄, 니켈 또는 스테인리스강과 같은 금속, 또는 양극산화된 알루미늄과 같은 코팅된 금속이 사용될 수 있다.
전원(124)은 예를 들어, RF 전원 또는 마이크로파 전원일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 챔버(108)는 상기 플라즈마 챔버(108)에서 플라즈마(132)를 점화시키는 초기 이온화 이벤트(initial ionization event)를 제공하는 자유 전하들을 발생시키는 수단을 포함한다. 초기 이온화 이벤트는 플라즈마 챔버(108)에 인가되는 짧고 높은 전압 펄스일 수 있다. 상기 펄스는 대략 500 내지 10,000 볼트의 전압을 가질 수 있고, 대략 0.1 마이크로초 내지 100 밀리초의 길이일 수 있다. 플라즈마(132)를 점화시키는데 필요로 되는 전압을 감소시키기 위하여 아르곤과 같은 희가스가 플라즈마 챔버(108) 내로 삽입될 수 있다. 플라즈마 챔버(108)에서 플라즈마(132)를 점화시키는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전자들을 플라즈마 챔버(108)에서 발생시키기 위하여 자외선 방사가 또한 사용될 수 있다.
제어 시스템(도시되지 않음)은 예를 들어, 밸브(116)(예를 들어, 질량 유량 제어기)의 동작을 제어하여 플라즈마 가스 소스(112)로부터 플라즈마 챔버(108) 내 로의 플라즈마 가스의 유동을 조절하도록 하는데 사용될 수 있다. 상기 제어 시스템은 또한 밸브(144)(예를 들어, 질량 유량 제어기)의 동작을 제어하여 다운스트림 가스 소스(136)로부터 영역(164) 내로의 다운스트림 가스의 유동을 조절하도록 하는데 사용될 수 있다. 제어 시스템은 또한 플라즈마 생성기(184)의 동작 파라미터들(예를 들어, 플라즈마(132) 및 그 후에 활성화된 가스(134)에 인가된 전력, 또는 가스 유동 속도들 또는 압력)을 변경시키는데 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 플라즈마 챔버(156) 내의 샘플 홀더(160) 상에 위치된 반도체 웨이퍼 상에 재료를 증착시키는 시스템(100)이 고려된다. 예로서, 다운스트림 가스는 증착 재료(예를 들어, SiH4, TEOS, 또는 WF6)를 포함할 수 있다. 다운스트림 가스는 또한 예를 들어, Si, Ge, Ga, In, Sn, As, Sb, Al, Cu, Ta, Ti, Mo, W, Hf, Sr, 및 Zr을 포함한 다른 증착 전구체들을 포함할 수 있다. 활성화된 가스(134)는 다운스트림 가스 내의 증착 재료와 상호작용하여 샘플 홀더(160) 상에 위치되는 웨이퍼 상에 증착될 수 있는 증착 종(deposition species)을 생성한다. 플라즈마로의 증착 전구체들의 노출에 의하여 전구체 분자들이 가스 면에서 분해될 수 있게 된다. 따라서, 여기된 가스들에 의한 전구체들의 여기는 증착 표면상의 전구체들의 분해가 바람직한 애플리케이션들에서 유용할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다운스트림 가스는 금속 또는 반도체 재료들, 또는 금속 또는 반도체 재료들을 포함하는 산화물들 또는 질화물들을 포함하는 하나 이상의 가스들을 포함한다.
상기 시스템(100)은 미러(mirror), 필터(filter), 또는 렌즈(lens)와 같은 기판상의 광학 코팅들을 증착하는데 사용될 수 있다. 상기 시스템(100)은 기판의 표면 특성들을 변경시키는데 사용될 수 있다. 상기 시스템(100)은 표면을 쌍융화적(bicompatible)이도록 하거나 이의 흡수특성(water absorption property)을 변화시키는데 사용될 수 있다. 상기 시스템(100)은 미시적 또는 나노 크기의 입자들 또는 파우더들을 발생시키는데 사용될 수 있다.
도 2A 및 도 2B는 본 발명의 원리들을 통합한 주입 소스(104)의 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 주입 소스(104)는 중앙 영역(164)을 한정하는 디스크-형상의 몸체(200)를 갖는다. 상기 영역(164)은 몸체(200)의 제1 단부(208)로부터 몸체(200)의 제2 단부(212)까지 신장된다. 소스(104)는 자신(104)의 몸체(200)를 통하여 신장되는 6개의 입구들(180a, 180b, 180c, 180d, 180e 및 180f(일반적으로 180))을 갖는다. 입구들(180) 각각은 몸체(200)의 외부면(204)에서의 개구들로부터 몸체(200)의 영역(164)의 내부면(214)을 따른 개구들까지 반경방향으로 신장된다.
일 실시예에서, 입구들(180)은 다운스트림 가스 소스, 예를 들어, 도 1의 다운스트림 가스 소스(136)에 연결된다. 다운스트림 가스 소스(136)는 입구들(180)을 통해 영역(164)으로 다운스트림 가스의 유동을 제공한다. 활성화된 가스(134)는 소스(104)의 제1 단부(204)에서 소스(104)에 진입한다. 활성화된 가스(134)의 적어도 일부는 다운스트림 가스의 적어도 일부와 상호작용하여, 해리된 다운스트림 가스(152)를 생성한다. 해리된 다운스트림 가스(152)는 소스(104)의 몸체(200)의 제2 단부(212) 외부로, 그리고 예를 들어, 해리 시스템(100)의 통로(168)를 따라 유동한다. 대안적인 수들, 기하구조들 및 각도 방향들의 입구들(180)이 고려된다. 예로서, 입구들(180)은 도 2B의 단부면 방향에서 볼 때, 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164)의 중앙에 대해 각도를 이루면서 방향이 맞춰질 수 있다.
도 3A 및 도 3B에 도시된 또 다른 실시예에서, 주입 소스(104)는 영역(164)을 한정하는 디스크-형상의 몸체(200)를 갖는다. 상기 몸체(200)는 제1 단부(208) 및 제2 단부(212)를 갖는다. 소스(104)는 자신(104)의 몸체(200)를 통하여 신장되는 6개의 입구들(180a, 180b, 180c, 180d, 180e 및 180f(일반적으로 180))을 갖는다. 대안적인 수의 입구들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 입구들(180) 각각은 몸체(200)의 외부면(204)에서의 개구들로부터 몸체(200)의 영역(164)의 내부면(214)을 따른 개구들까지 각도(304)를 이루면서 신장된다. 일 실시예에서, 입구들(180)은 다운스트림 가스 소스, 예를 들어, 도 1의 다운스트림 가스 소스(136)에 연결된다. 다운스트림 가스 소스(136)는 입구들(180)을 통하여 영역(164)으로 다운스트림 가스의 유동을 제공한다. 다운스트림 가스는 적어도 부분적으로 몸체(200)의 제1 단부(208)를 통하여 영역(164)에 진입하는 활성화된 가스(134)에 의해 해리된다. 해리된 다운스트림 가스(152)는 몸체(200)의 제2 단부(212)에서 영역(164)을 빠져나간다.
실례로서, NF3를 해리시키는 실험이 행해졌다. 도 2A 및 도 2B의 주입 소스(104)는 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 NF3를 도입하는데 사용되었다. 입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 도 4는 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 NF3 해리 결과들의 도표(plot)(400)를 도시한다. 도표(400)의 Y-축(412)은 NF3의 퍼센트 해리이다. 도표(400)의 X-축(416)은 NF3(다운스트림 가스)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 영역(164) 내로 주입되는 거리(148)이다.
도 4는 고정된 유동 속도들의 플라즈마 가스(O2/N2) 및 다운스트림 가스(NF3)에서, NF3의 퍼센트 해리가 가스 압력에 따라 증가하고 플라즈마 챔버의 출구로부터의 거리에 따라 감소한다는 것을 나타낸다. 거리(148)가 증가함에 따라, NF3의 퍼센트 해리는 지정된 플라즈마 가스 압력 레벨(2 Torr; 3 Torr; 4 Torr; 5 Torr(곡선 408); 6 Torr(곡선 404); 7 Torr)에 대해 감소한다. 일례로서, 곡선(404)은 6 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 플라즈마 챔버(108) 내로의 4/0.4 slm(standard liters per minute)의 O2/N2 플라즈마 가스 유동 속도에 대하여, NF3의 퍼센트 해리가 약 1.0 cm와 동일한 거리(148)에서 NF3의 약 92% 해리로부터 약 12.2 cm와 동일한 거리(148)에서 NF3의 약 8% 해리로 감소한다는 것을 나타낸다. 곡선(408)은 5 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 플라즈마 챔버(108) 내로의 4/0.4 slm의 O2/N2 플라즈마 가스 유동 속도에 대하여, NF3의 퍼센트 해리가 약 1.0 cm와 동일한 거리(148)에서 NF3의 약 77% 해리로부터 약 12.2 cm와 동일한 거리(148)에서의 NF3의 약 3% 해리로 감소한다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. Nicolet 510P 센서는 SiF4의 1 sccm(standard cubic centimeters per minute)의 검출 감도(detection sensitivity)를 갖는다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 압력들 및 NF3(다운스트림 가스)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 영역(164) 내로 주입되는 거리들(148)에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
일례로서, CF4를 해리시키는 실험이 행해졌다. 도 3A 및 도 3B의 주입 소스(104)가 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 CF4를 주입시키는데 사용되었다. 주입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 주입구들(180) 각각에 대한 각도(304)로 30°의 각도가 선택되었다. 도 5는 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 CF4 해리 결과들의 도표(500)를 도시한다. 도표(500)의 Y-축(512)은 CF4의 퍼센트 해리이다. 도표(500)의 X-축은 CF4(다운스트림 가스)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력(172)에 대해 통로(168)의 영역(164) 내로 주입되는 거리(148)이다.
도 5는 거리(148)가 증가함에 따라, CF4의 퍼센트 해리가 다양한 플라즈마 가스 유형들, 유동 속도들 및 압력들(4 Torr에서의 0.4 slm의 N2와 혼합된 4 slm의 O2; 4 Torr에서의 4 slm의 O2(곡선 504); 2 Torr에서의 3 slm의 N2; 6 Torr에서의 6 slm의 Ar(곡선 508))에 대해 감소한다는 것을 나타낸다. 일례로서, 곡선(504)은 플라즈마 챔버(108)에서의 4 Torr의 압력에서 4 slm의 레이트(rate)의 플라즈마 가스 소스(112)로부터의 O2 가스 유동에 대하여, 100 sccm의 CF4의 퍼센트 해리가 약 0.53 cm와 동일한 거리(148)에서 CF4의 약 33% 해리로부터 약 1.05 cm와 동일한 거리(148)에서 CF4의 약 2% 해리로 감소한다는 것을 나타낸다. 곡선(508)은 6 Torr의 압력에서 플라즈마 챔버(108) 내로의 6 slm의 Ar 플라즈마 가스 유동 속도에 대하여, CF4의 퍼센트 해리가 약 0.53 cm와 동일한 거리(148)에서 CF4의 약 24% 해리로부터 약 1.05 cm와 동일한 거리(148)에서 CF4의 약 1% 해리로 감소한다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 유형들, 유동 속도들, 압력들 및 CF4(다운스트림 가스)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 영역(164) 내로 주입되는 거리들(148)에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
NF3를 해리시키는 다른 실험이 행해졌다. 도 2A 및 도 2B의 주입 소스(104) 가 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 100 sccm의 NF3를 도입하는데 사용되었다. 입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 다운스트림 가스(NF3)는 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 약 1 cm(즉, 거리(148))에서 통로(168)의 영역(164) 내로 도입된다. 도 6은 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 NF3 해리 결과들의 도표(600)를 도시한다. 도표(600)의 Y-축(612)은 NF3의 퍼센트 해리이다. 도표(600)의 X-축(616)은 플라즈마 가스 소스(112)에 의해 챔버(108) 내로 도입되는 플라즈마 가스(N2(곡선 604); 10/1의 가스 유동 비에서의 O2/N2(곡선 608); Ar(곡선 610); H2; 및 He)의 slm 단위의 가스 유동 속도이다.
일례로서, 곡선(604)은 N2 플라즈마 가스에 대하여, 100 sccm의 NF3의 퍼센트 해리가 약 1.0 slm의 N2 플라즈마 가스 유동 속도에서 NF3의 약 16% 해리로부터 약 2.3 slm의 N2 플라즈마 가스 유동 속도에서 NF3의 약 82% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다. 곡선(608)은 O2/N2 플라즈마 가스에 대하여, 100 sccm의 NF3의 퍼센트 해리가 약 2/0.2 slm의 O2/N2 가스 유동 속도에서 NF3의 약 16% 해리로부터 약 5.5/0.55 slm의 O2/N2 가스 유동 속도에서 NF3의 약 79% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다. 곡선(610)은 Ar 플라즈마 가스에 대하여, 100 sccm의 NF3의 유동의 퍼센트 해리가 약 2.0 slm의 Ar 플라즈마 가스 유동 속도에서 NF3의 약 14% 해리로부터 약 10 slm의 Ar 플라즈마 가스 유동 속도에서 NF3의 약 29% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 유형들 및 유동 속도들에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
NF3를 해리시키는 또 다른 실험이 행해졌다. 도 2A 및 도 2B의 주입 소스(104)가 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 100 sccm의 NF3를 도입하는데 사용되었다. 입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 다운스트림 가스(NF3)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 약 1 cm(즉, 거리(148))에서 도입된다. 도 7은 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 NF3 해리 결과들의 도표(700)를 도시한다. 도표(700)의 Y-축(712)은 NF3의 퍼센트 해리이다. 도표(700)의 X-축(716)은 플라즈마 챔버(108) 내로 도입된 플라즈마 가스의 Torr 단위의 가스 압력이다. 실험의 동작 조건들 하에서, (곡선 710으로서 도시된) Ar 플라즈마 가스를 사용한 NF3의 퍼센트 해리는 Ar 가스 압력에 상대적으로 민감하지 않다.
일례로서, 곡선(704)은 1 slm의 N2 플라즈마 가스 유동에 대하여, 100 sccm의 NF3의 퍼센트 해리가 1 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 NF3의 약 15% 해리로부터 3 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 NF3의 약 42% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다. 곡선(708)은 4/0.4 slm의 O2/N2 플라즈마 가스 유동에 대하여, 100 sccm의 NF3의 퍼센트 해리가 1 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 NF3의 약 10% 해리로부터 6 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 NF3의 약 90% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다. 곡선(710)은 6 slm의 Ar 플라즈마 가스 유동에 대하여, 100 sccm의 NF3의 퍼센트 해리가 2 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 약 19%이고, 6 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 22%이며, 10 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 약 21%라는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 유형들, 유동 속도들 및 압력들에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
NF3를 해리시키는 또 다른 실험이 행해졌다. 도 2A 및 도 2B의 주입 소스(104)가 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 NF3를 도입하는데 사용되었다. 입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 다운스트림 가스(NF3)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 약 1 cm(즉, 거리(148))에서 도입된다. 도 8은 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 NF3 해리 결과들의 도표(800)를 도시한다. 도표(800)의 Y-축(812)은 NF3의 퍼센트 해리이다. 도표(800)의 X-축(816)은 sccm 단위의 다운스트림 NF3 유동 속도이다.
도 8의 도표(800)의 곡선(804)은 4/0.4 slm의 유동 속도 및 5 Torr의 압력에서의 O2/N2 플라즈마 가스에 대하여, NF3의 퍼센트 해리가 약 25 sccm의 NF3의 유동 속도로부터 약 200 sccm의 NF3의 유동 속도까지 약 75%로 유지된다는 것을 나타낸다. 이것은 이러한 동작 조건들 하에서, NF3의 퍼센트 해리가 NF3의 비교적 일정한 퍼센트 해리(곡선 804)에 의해 입증된 바와 같이 NF3의 유동 속도에 상대적으로 민감하지 않다는 것을 나타낸다. 도 8의 도표(800)의 곡선(806)은 약 6 slm의 유동 속도 및 6 Torr의 압력에서의 Ar 플라즈마 가스에 대하여, NF3의 퍼센트 해리가 약 50 sccm의 NF3의 유동 속도에서 약 40%로부터 약 200 sccm의 NF3의 유동 속도에서 약 15%로 감소한다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 가스 해리 시스템(100) 동작 조건들에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
일례로서, CF4를 해리시키는 또 다른 실험이 행해졌다. 도 3A 및 도 3B의 주입 소스(104)가 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 100 sccm의 CF4를 도입하는데 사용되었다. 입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 입구들(180) 각각에 대한 각도(304)로 30°의 각도가 선택되었다. 다운스트림 가스(CF4)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 약 0.5 cm(즉, 거리(148))에서 도입된다. 도 9는 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 CF4 해리 결과들의 도표(900)를 도시한다. 도표(900)의 Y-축(912)은 CF4의 퍼센트 해리이다. 도표(900)의 X-축(916)은 플라즈마 가스 소스(112)에 의해 챔버(108) 내로 도입되는 플라즈마 가스(N2(곡선 904); O2/N2(곡선 908); O2; 및 Ar)의 slm 단위의 가스 유동 속도이다.
도 9는 100 sccm의 다운스트림 CF4 유동에서, CF4의 퍼센트 해리가 플라즈마 가스 유동 속도가 증가함에 따라 증가한다는 것을 나타낸다. 일례로서, 곡선(904)은 N2 플라즈마 가스에 대하여, 100 sccm의 CF4의 유동의 퍼센트 해리가 약 1.0 slm의 N2 플라즈마 가스 유동에서 CF4의 약 10% 해리로부터 약 3 slm의 N2 플라즈마 가스 유동 속도에서 CF4의 약 32% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다. 곡선(908)은 O2/N2 플라즈마 가스에 대하여, 100 sccm의 CF4의 유동의 퍼센트 해리가 약 2.0/0.2 slm의 O2/N2 플라즈마 가스 유동 속도에서 CF4의 약 5% 해리로부터 약 5.0/0.5 slm의 O2/N2 플라즈마 가스 유동 속도에서 CF4의 약 46% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 유형들 및 유동 속도들에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
일례로서, CF4를 해리시키는 또 다른 실험이 행해졌다. 도 3A 및 도 3B의 주입 소스(104)가 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 100 sccm의 CF4를 도입하는데 사용되었다. 입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 입구들(180) 각각에 대한 각도(304)로 30°의 각도가 선택되었다. 다운스트림 가스(CF4)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 약 0.5 cm(즉, 거리(148))에서 도입된다. 도 10는 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 CF4 해리 결과들의 도표(1000)를 도시한다. 도표(1000)의 Y-축(1012)은 CF4의 퍼센트 해리이다. 도표(1000)의 X-축(1016)은 플라즈마 가스(1 slm의 N2; 4/0.4 slm의 O2/N2(곡선 1004); 4 slm의 O2; 및 6 slm의 Ar(곡선 1008))의 Torr 단위의 가스 압력이다.
곡선(1004)은 4/0/4 slm의 O2/N2 플라즈마 가스 유동에 대하여, 100 sccm의 CF4의 유동의 퍼센트 해리가 1.0 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 CF4의 약 5% 해리로부터 6 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 CF4의 약 39% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다. 곡선(1008)은 6 slm의 Ar 플라즈마 가스에 대하여, 100 sccm의 CF4의 유동의 퍼센트 해리가 2.0 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 CF4의 약 20% 해리로부터 10 Torr의 플라즈마 가스 압력에서 CF4의 약 25% 해리로 증가한다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 유형들, 유동 속도들 및 압력들에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
일례로서, CHF3를 해리시키는 또 다른 실험이 행해졌다. 도 3A 및 도 3B의 주입 소스(104)가 상기 주입 소스(104)의 몸체(200)의 영역(164) 내로 CHF3를 도입하는데 사용되었다. 입구들(180) 각각에 대해 약 0.5 mm의 내경이 선택되었다. 입구들(180) 각각에 대한 각도(304)로 30°의 각도가 선택되었다. 다운스트림 가스(CHF3)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 약 0.5 cm(즉, 거리(148))에서 도입된다.
도 11A는 도 1의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획 득된 CHF3 해리 결과들의 도표(1100)를 도시한다. 플라즈마 가스는 10:1의 O2 대 N2 비의 O2/N2 혼합물이다. 도표(1100)의 Y-축(1112)은 CHF3의 퍼센트 해리이다. 도표(1100)의 X-축(1116)은 플라즈마 가스 소스(112)에 의해 챔버(108) 내로 도입되는 플라즈마 가스에서의 O2의 slm 단위의 가스 유동 속도이다. 도 11A의 곡선(1104)은 1.5 Torr의 플라즈마 가스 압력 및 100 sccm의 다운스트림 CHF3 유동에 대하여, 1 slm으로부터 4 slm까지의 범위의 플라즈마 가스에서의 O2의 유동 속도로 CHF3의 거의 100% 해리가 달성된다는 것을 나타낸다.
도 11B는 도 1의 가스 해리 시스템과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 CHF3 해리 결과들의 도표(1102)를 도시한다. 도표(1102)의 Y-축(1114)은 CHF3의 퍼센트 해리이다. 도표(1102)의 X-축(1118)은 sccm 단위의 다운스트림 CHF3의 유동 속도이다. 도 11B의 곡선(1108)은 1.5 Torr의 압력에서 4 slm의 O2 및 0.4 slm의 N2의 플라즈마 가스 유동 속도에 대하여, 100 sccm으로부터 200 sccm까지의 범위의 다운스트림 CHF3 유동 속도로 CHF3의 거의 100% 해리가 달성된다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 압력들 및 CHF3(다운스트림 가스)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 영역(164) 내로 주입되는 거리들(148)에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
도 12에 도시된 또 다른 실시예에서, 시스템(100)은 가스 라인(116)을 통하여 플라즈마 챔버(108)에 연결되는 플라즈마 가스 소스(112)를 포함한다. 플라즈마 생성기(184)는 플라즈마 챔버(108) 내에서 플라즈마 영역(132)을 생성한다. 플라즈마(132)는 플라즈마 활성화된 가스(134)를 포함하며, 상기 플라즈마 활성화된 가스의 일부가 플라즈마 영역(132) 외부로 유동한다. 상기 시스템(100)은 주입 소스(104)를 포함한다. 이 실시예에서, 주입 소스(104)는 상기 주입 소스(104)의 가스 입구에 결합되는 L-형상의 파이프(190)를 포함한다. 상기 파이프(190)는 시스템(100)의 영역(192) 내로 가스(예를 들어, 활성화된 가스(134)에 의해 해리될 다운스트림 가스)를 도입한다. 영역(192)(즉, 활성화된 가스(134)가 다운스트림 가스와 상호작용하는 위치)은 파이프(190)의 출력부(196)가 위치되는 장소에 따른다. 파이프(190)의 출력부(196)는 예를 들어, 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172) 내에서의 거리(194)에 위치될 수 있다. 대안적으로, 파이프(190)의 출력부(196)는 예를 들어, 주입 소스(104)가 그 대신에 출력부(172)로부터 떨어지고 프로세스 챔버(156)를 향하는 방향으로 이동되는 경우에, 챔버(108)의 출력부(172) 외부에서의 거리에 위치될 수 있다. 이 방식으로, 다운스트림 가스는 플라즈마 챔버(108)의 내부 및 외부에서 시스템(100) 내로 도입될 수 있다.
일례로서, NF3를 해리시키는 실험이 행해졌다. 도 12의 주입 소스(104)는 시스템(100)의 영역(192) 내로 NF3를 도입하는데 사용되었다. 도 13은 도 12의 가스 해리 시스템(100)과 같은 가스 해리 시스템에 의해 획득된 NF3 해리 결과들의 도표(1300)를 도시한다. 도표(1300)의 Y-축(1312)은 NF3의 퍼센트 해리이다. 도표(1300)의 X-축(1316)은 NF3(다운스트림 가스)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 영역(192) 내로 주입되는 거리이다. 이 실험에서, 하나의 테스트 동안, NF3는 챔버(108)의 출력부(172) 내에서의 약 0.5 cm의 거리(194)에서 주입되었다. NF3는 또한 부가적인 테스트 동안, 챔버(108)의 출력부(172) 외부에서의 거리(148)(약 1.0 cm, 3,8 cm, 6.6 cm, 9.4 cm, 및 12.2 cm)에서 주입되었다.
도 13은 상이한 플라즈마 가스 유형들, 유동 속도들, 및 압력들(4 Torr에서의 4 slm의 O2(곡선 1304); 2 Torr에서의 3 slm의 N2;9 Torr에서의 10 slm의 Ar; 6 Torr에서의 6 slm의 Ar; 및 4 Torr에서의 0.4 slm의 N2와 혼합된 4 slm의 O2(곡선 1308))에 대하여 NF3의 퍼센트 해리가 증가한다는 것을 나타낸다. 일례로서, 곡선(1304)은 플라즈마 챔버(108) 내에서 4 Torr의 압력과 4 slm의 레이트에서 플라즈마 가스 소스(112)로부터의 O2 플라즈마 가스 유동에 대하여, 100 sccm의 NF3의 퍼센트 해리가 약 0.5 cm와 동일한 거리(194)에서 NF3의 약 90% 해리로부터 약 12.2 cm와 동일한 거리(148)에서 NF3의 약 2% 해리로 감소한다는 것을 나타낸다. 곡 선(1308)은 4 Torr의 압력에서 플라즈마 챔버(108) 내로의 4/0/4 slm의 O2/N2 플라즈마 가스 유동 속도에 대하여, NF3의 퍼센트 해리가 약 0.5 cm와 동일한 거리(194)에서 NF3의 약 81% 해리로부터 약 12.2 cm와 동일한 거리(148)에서 NF3의 약 0% 해리로 감소한다는 것을 나타낸다.
실험에서, 석영 챔버(108)에 대한 해리된 다운스트림 가스(152)의 최소 역효과들이 본원에 상술된 Nicolet 510P 센서를 사용하여 측정되었다. 실험에서, 다양한 플라즈마 가스 압력들 및 NF3(다운스트림 가스)가 석영 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 대해 영역(192) 내로 주입되는 거리들(194 및 148)에 대하여 SiF4는 Nicolet 센서를 사용하여 측정되지 않았다.
도 14는 본 발명을 구현하는, 해리된 가스들을 생성하는데 사용되는 주입 소스(104)를 포함한 가스 해리 시스템(예를 들어, 도 1의 시스템(100))의 일부의 개략적인 단면도이다. 주입 소스(104)의 몸체(200)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 연결된다(도면을 명확하게 하기 위하여 상기 챔버(108)의 일부만이 도시되어 있다). 상기 소스(104)는 자신(104)의 몸체(200)를 통하여 신장되는 6개의 입구들(180a, 180b, 180c, 180d, 180e 및 180f(일반적으로 180))을 갖는다. 입구들(180b, 180c, 180e 및 180f는 도면을 명확하게 하기 위하여 도시되어 있지 않다. 입구들(180) 각각은 몸체(200)의 외부면에서의 개구들로부터 몸체(200)의 영역(164)의 내부면(214)을 따른 개구들까지 신장된다. 입구들(180)은 상기 입구 들(180)을 통해 영역(164)으로 다운스트림 가스의 유동을 제공하기 위하여 다운스트림 가스 소스(예를 들어, 도 1의 가스 소스(136))와 연결된다.
플라즈마 활성화된 가스(134)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)를 통하여 영역(164)에 진입한다. 다운스트림 가스 및 플라즈마 활성화된 가스(134) 사이의 반응들은 2개의 가스 스트림들이 혼합될 때, 발생한다. 가스들의 혼합을 강화하면 다운스트림 가스의 해리가 개선되다. 몇몇 실시예들에서, 가스 혼합이 플라즈마 챔버 출력부(172) 부근에서 발생하는 것이 유용하다. 이 방식으로, 상기 혼합은 해리된 가스가 예를 들어, 프로세스 챔버에 진입할 때 해리된 가스에 최소로 영향을 미칠 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 시스템은 가스 혼합 장치를 포함한다. 다운스트림 가스 및 플라즈마 활성화된 가스(134)를 혼합하기 위해 나선형 믹서들, 블레이드들, 및 적층된 원통형 믹서들과 같은 다양한 정적 유동 믹서들이 사용될 수 있다. 도 14를 참조하면, 이 실시예에서, 영역(164)의 직경(1404)은 플라즈마 챔버 출력부(172)의 직경(1408)보다 더 크다. 출구의 직경(1408)이 영역(164)의 직경(1404)으로 변화되어 유동 통로의 직경이 급작스럽게 확장됨으로써, 활성화된 가스 유동(134)의 반류(wake)에서 영역(164) 내에 난류(turbulence) 및 가스 재순환이 발생된다. 난류 및 재순환으로부터 혼합이 강화되어 다운스트림 가스의 해리가 개선된다.
도 15A 및 도 15B는 본 발명을 구현하는, 해리된 가스들을 생성하는데 사용되는 주입 소스(104)를 포함하는 가스 해리 소스(예를 들어, 도 1의 소스 또는 가 스를 해리시키는데 다운스트림 프로세스들을 사용하지 않는 또 다른 소스)의 단면도들이다. 주입 소스(104)의 몸체(200)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 연결된다(도면을 명확하게 하기 위하여 챔버(108)의 일부만이 도시되어 있다). 플라즈마 챔버(108)는 플랜지(1516)를 갖는다. 오-링(1504)(또는 다른 적절한 실링 메커니즘)이 플랜지(1516) 및 가스 해리 소스의 부분(1500) 사이에 시일(예를 들어, 진공 시일)을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 플랜지(1516)는 몸체(200)에 접한다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 플랜지(1516)는 몸체(200)에 접하지 않는다. 도 15B는 도 15A에 도시된 가스 해리 소스의 일부의 확대도이다.
이 실시예에서, 상기 시스템은 플랜지(1516) 및 주입 소스(104)의 몸체(200) 사이에 갭(1508)을 생성하는 피처(1512)를 포함한다. 갭(1508)은 주입 소스(104)의 몸체(200) 내에 위치된 여기된 가스들의 오-링(1504)으로의 이송을 감소시킨다(예를 들어, 최소화하거나 억제한다). 이 실시예에서, 갭(1508)은 길고 좁은 갭(1508)이다. 이 실시예에서, 플랜지(1516)는 석영 재료를 포함하며, 피처(1512)는 알루미늄 피처(1512)이다. 알루미늄 피처(1512)는 주입 소스(104)의 몸체(200) 내에 위치된 불소 함유 가스들로부터 석영 플랜지(1516)를 보호한다. 이 실시예에서, 피처(1512)는 또한 플랜지(1516) 및 몸체(200) 사이의 러빙을 제한한다. 이 방식으로, 플랜지(1516)가 몸체(200)에 대해 직접적으로 러빙되지 않기 때문에, 입자 발생이 감소된다. 게다가, 시스템(예를 들어, 오-링(1504) 및 플랜지(1516))의 수명이 연장된다.
상술된 바와 같이, 갭(1508)은 길고 좁은 갭이다. 몇몇 실시예들에서, 갭의 길이는 적어도 1 인치의 1/10(2.54 mm)이다. 다른 실시예들에서, 갭의 길이는 약 1 인치의 2/10(5.08 mm) 및 2 인치(50.8 mm) 사이이다. 게다가, 갭의 폭은 오염을 제한하기 위하여 좁다(Y-축에 따른 거리). 몇몇 실시예들에서, 갭은 약 1 밀의 1/10(0.0025 mm) 및 60 밀(1.524 mm) 사이의 폭을 갖는다. 다른 실시예들에서, 갭은 약 1 밀(0.025 mm) 및 20 밀(0.508 mm) 사이의 폭을 갖는다.
피처(1512)로서 스프링 시일을 사용하는 것을 포함하는 본 발명의 대안적인 실시예들이 고려된다. 일 실시예에서, 피처(1512)는 비-오염 재료(예를 들어, 알루미늄과 같이, 주입 소스(104)의 몸체(200) 내의 반응성 가스들과 실질적으로 반응하지 않은 재료)를 포함하는 스프링 시일이다. 스프링 시일은 자신의 탄성 변형 범위 내에서 압축되며, 플랜지(1516)(예를 들어, 석영 플랜지)의 스크래칭(scratching)을 최소화하기 위하여 약한 압축 및 매끄러운 인터페이스들을 가질 것이다.
플랜지(1516) 및 피처(1512)를 제조하는데 있어서 대안적인 재료들(예를 들어, 사파이어, 질화물들)을 사용하는 것을 포함하는 본 발명의 대안적인 실시예들이 고려된다. 몇몇 실시예들에서, 가스 해리 소스의 부분(1500) 및 플랜지(1516) 사이에 시일을 제공하기 위하여 대안적인 실링 메커니즘들 또는 구성요소들이 사용될 수 있다. 가스 주입 소스의 부분(1500) 및 플랜지(1516) 사이에 스프링 시일이 대신 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 시일은 시스템의 대안적인 부품들 사이(예를 들어, 챔버(108)의 상이한 부분 및 가스 해리 시스템의 대응하는 위치 사이)에서 제공된다.
몇몇 실시예들에서, 가스 해리 소스는 오-링(1504) 및 갭(1508) 또는 피처(1512) 사이에 정화 가스 입력부(도시되지 않음)를 포함한다. 정화 가스는 상기 정화 가스 입력부를 통해 흘러서 오-링을 더 보호하도록 할 수 있다.
도 16은 도 15A 및 도 15B에 도시된 가스 해리 소스와 같은 가스 해리 소스의 일부의 단면 입체도이다. 이 실시예에서, 피처(1512)는 플랜지(1516) 및 주입 소스(104)의 몸체(200) 사이에 배치된 환형-형상의 구조이다.
도 17은 본 발명의 원리들을 통합한 가스 해리 소스(100)의 일부의 개략도이다. 상기 소스(100)는 챔버(108)를 포함한다. 이 실시예에서, 챔버(108)는 토로이드-형상의 챔버이다. 상기 소스(100)는 또한 주입 소스(104)를 포함한다. 주입 소스(104)의 몸체(200)는 길고 좁은 갭(도면을 명확하게 하기 위하여 도시되지 않음)에 의해 챔버(108)의 플랜지(1516)로부터 분리된다. 상기 갭은 본원에 상술된 것과 마찬가지로, 플랜지(1516) 및 주입 소스의 몸체(200) 사이에 피처(1512)를 배치함으로써 생성된다.
몇몇 실시예들에서, 도 15 내지 도 17과 관련하여 설명된 개념들은 가스들의 다운스트림 해리를 달성하는 플라즈마 시스템들에서 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 이러한 개념들은 다운스트림 기술들을 사용함이 없이 가스들의 해리를 수행하는 플라즈마 시스템들에서 사용될 수 있다.
도 18A 및 도 18B는 본 발명을 구현하는, 가스 해리 소스의 단면도들이다. 상기 소스는 해리된 가스들을 생성하는데 사용되는 주입 소스(104)를 포함한다. 주입 소스(104)의 몸체(200)는 플라즈마 챔버(108)의 출력부(172)에 연결된다(도면 을 명확하게 하기 위하여 챔버(108)의 일부만이 도시되어 있다). 플라즈마 챔버(108)는 플랜지(1816)를 포함한다. 오-링(1804)(또는 다른 적절한 실링 메커니즘)이 플랜지(1816) 및 가스 해리 소스의 하나 이상의 부분들 사이에 시일을 제공한다.
이 실시예에서, 오-링(1804)은 주입 소스(104)의 링(1800), 플랜지(1816)의 링(1818), 및 주입 소스(104)의 부분 사이에 시일을 제공한다. 이 실시예에서, 플랜지(1816)는 링(1818) 및 슬롯(slot)(1820)을 갖는다. 주입 소스(104)는 링(1800), 실딩 벽(shielding wall)(1822), 및 그루브(groove)(1824)를 갖는다. 그루브(1824)는 (X-축을 따라) 링(1800) 및 실딩 벽(1822) 사이에 위치된다. 도 18B는 도 18A에 도시된 가스 해리 소스의 일부의 확대도이다. 도 18B에 도시된 바와 같이, 플랜지(1816)의 링(1818)은 주입 소스(104)의 그루브(1824) 내에 위치된다. 주입 소스(104)의 실딩 벽(1822)은 플랜지(1816)의 슬롯(1820) 내에 위치된다.
이 실시예에서, 시스템은 플랜지(1816) 및 주입 소스(104)의 몸체(200) 사이에 피처(1812)를 포함한다. 실딩 벽(1822), 슬롯(1820), 링(1818), 그루브(1824), 및 링(1800)은 함께 갭(1808)을 한정하는데, 이 갭은 챔버(108)의 출력부(172)의 위치 및 오-링(1804) 사이에 일반적으로 우회 경로(circuitous path)를 한정한다. 갭(1808) 및 우회 경로의 존재로 인하여, 주입 소스(104)의 몸체(200) 내에 위치되는 여기된 가스들의 오-링(1804)으로의 이송이 감소된다(예를 들어, 최소화되거나 억제된다).
도 18C는 본 발명의 일 실시예에 대한 바람직한 치수들을 도시한, 도 18A에 도시된 가스 해리 소스의 일부의 확대도이다. 이 실시예에서, 출력부(172)의 위치로부터 오-링(1804)으로의 우회 경로를 따른 경로 길이는 약 22.86 mm(0.9 인치)이다. 이 실시예에서, 거리들(a, b, 및 c) 각각은 대략 0.381 mm(0.015 인치)이다. 거리(d)는 대략 4.98 mm(0.9 인치)이다. 거리(e)는 대략 4.32 mm(0.17 인치)이다. 거리(f)는 3.76 mm(0.148 인치)이다. 거리(g)는 대략 8.20 mm(0.323 인치)이다. 거리(h)는 대략 2.72 mm(0.107 인치)이다. 거리들(i, j 및 k)은 각각 대략 0.508 mm(0.02 인치)이다. 본 발명의 대안적인 실시예들은 대안적인 기하구조들, 형상들, 모양들 및 치수들을 가질 수 있고, 예를 들어, 주입 소스(104)의 몸체(200) 내에 위치된 가스들의 오-링으로의 이송을 여전히 최소화하거나 억제할 수 있으며, 시스템의 조립 프로세스를 간소화할 수 있다.
도 19는 도 18A, 도 18B 및 도 18C의 주입 소스(104)의 몸체(200)의 일부의 3차원 사시도를 도시한다. 주입 소스(104)는 외부 링(1800), 실딩 벽(1822) 및 그루브(1824)를 갖는다. 그루브(1824)는 링(1800) 및 실딩 벽(1822) 사이에 위치된다. 도 20A 및 도 20B는 토로이드-형상의 플라즈마 챔버, 예를 들어, 도 18A, 도 18B 및 도 18C의 플라즈마 챔버(108)의 개략도들이다. 플라즈마 챔버(108)는 링(1818), 플랜지(1816) 및 슬롯(1820)을 갖는다.
본원에 설명된 것에 대한 변형들, 변경들, 및 다른 구현예들이 청구된 바와 같은 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 당업자들에 의해 행해질 것이다. 따라서, 본 발명은 상술된 예시적인 설명에 의해서가 아니라, 다음의 청구항들의 정 신과 범위에 의해서 한정되어야 한다.

Claims (42)

  1. 가스들을 여기시키는 시스템에 있어서:
    챔버 내에서 플라즈마 영역을 생성하는 원격 플라즈마 소스로서, 상기 플라즈마는 활성화된 가스를 생성하는, 원격 플라즈마 소스;
    상기 플라즈마 영역 외부의 상기 활성화된 가스와 상호작용하도록 다운스트림 가스를 도입하는 주입 소스로서, 상기 활성화된 가스는 상기 다운스트림 가스의 여기를 용이하게 하고, 상기 여기된 다운스트림 가스는 상기 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는, 주입 소스; 및
    상기 챔버의 출력부 플랜지 및 상기 주입 소스 사이에 갭을 제공하는 피처(feature)를 포함하는 가스 여기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 상기 챔버의 상기 출력부 플랜지 및 상기 시스템의 일부 사이에 위치된 시일(seal)로의 여기된 가스들의 이송을 감소시키는 길고 좁은 갭인 가스 여기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 적어도 2.54 mm의 길이를 갖는 가스 여기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 약 5.08 mm 및 50.8 mm 사이의 길이를 갖는 가스 여기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 약 0.0025 mm 및 1.524 mm 사이의 폭을 갖는 가스 여기 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 약 0.025 mm 및 0.508 mm 사이의 폭을 갖는 가스 여기 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 약 1.66의 길이 대 폭 비를 갖는 가스 여기 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭은 약 3.33의 길이 대 폭 비를 갖는 가스 여기 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭의 길이는 약 2.54 mm 및 약 50.8 mm 사이이며, 상기 갭의 폭은 약 0.0025 mm 및 약 1.524 mm 사이인 가스 여기 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처는 환형 형상인 가스 여기 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처는 플랜지인 가스 여기 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처는 스프링 시일인 가스 여기 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처는 자신의 탄성 변형 범위 내에서 수축 및 신장될 수 있는 가스 여기 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처는 알루미늄, 사파이어 또는 질화물을 포함하는 가스 여기 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처는 상기 주입 소스의 몸체로부터 상기 챔버의 상기 출력부 플랜지를 분리하는 가스 여기 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 피처는 상기 출력부 플랜지 및 상기 주입 소스의 몸체 사이의 러빙(rubbing)을 제한하는 가스 여기 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력부 플랜지 및 상기 주입 소스 사이에 실링 메커니즘을 포함하는 가스 여기 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링 메커니즘은 오-링을 포함하는 가스 여기 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링 메커니즘은 스프링 시일을 포함하는 가스 여기 시스템.
  20. 가스들을 여기시키는 방법에 있어서:
    챔버에서 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계;
    상기 챔버의 출력부에 대해 다운스트림 가스 입력부를 배치하여 상기 활성화된 가스가 상기 가스 입력부에 의해 도입된 다운스트림 가스의 해리를 용이하게 할 수 있도록 하는 단계를 포함하되, 상기 해리된 다운스트림 가스는 상기 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는 단계; 및
    상기 챔버의 출력부 플랜지 및 상기 다운스트림 가스 입력부를 포함하는 몸 체 사이에 갭을 제공하는 피처를 배치하는 단계를 포함하는 가스 여기 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 갭은 상기 챔버의 상기 출력부 플랜지 및 상기 시스템의 일부 사이에 위치된 시일로의 여기된 가스들의 이송을 감소시키는 길고 좁은 갭인 가스 여기 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 피처는 환형 형상인 가스 여기 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 피처는 플랜지인 가스 여기 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 피처는 스프링 시일인 가스 여기 방법.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 피처는 자신의 탄성 변형 범위 내에서 압축 및 신장될 수 있는 가스 여기 방법.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 피처는 상기 주입 소스의 몸체로부터 상기 챔버의 상기 출력부 플랜지를 분리하는 가스 여기 방법.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 피처는 상기 출력부 플랜지 및 상기 주입 소스의 상기 몸체 사이의 러빙을 제한하는 가스 여기 방법.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 출력부 플랜지 및 상기 주입 소스 사이에 진공 시일을 생성하는 단계를 포함하는 가스 여기 방법.
  29. 가스들을 해리시키는 방법에 있어서:
    챔버에서 플라즈마로 활성화된 가스를 생성하는 단계;
    상기 챔버의 출력부에 대해 다운스트림 가스 입력부를 배치하여 상기 활성화된 가스가 상기 가스 입력부에 의해 도입된 다운스트림 가스의 해리를 용이하게 할 수 있도록 하는 단계를 포함하되, 상기 해리된 다운스트림 가스는 상기 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는 단계; 및
    상기 챔버의 출력부 플랜지 및 상기 다운스트림 가스 입력부를 포함하는 몸체 사이에 갭을 제공하는 피처를 배치(positioning)하는 단계를 포함하는 가스 해 리 방법.
  30. 가스들을 여기시키는 시스템에 있어서:
    챔버에서 플라즈마 영역을 생성하는 원격 플라즈마 소스로서, 상기 플라즈마는 활성화된 가스를 생성하는, 원격 플라즈마 소스; 및
    상기 플라즈마 영역 외부의 상기 활성화된 가스와 상호작용하도록 다운스트림 가스를 도입하는 주입 소스를 포함하며, 상기 활성화된 가스는 상기 다운스트림 가스의 여기를 용이하게 하고, 상기 여기된 다운스트림 가스는 상기 챔버의 내부면과 실질적으로 상호작용하지 않는, 가스 여기 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 다운스트림 가스의 여기는 상기 다운스트림 가스를 해리시키는 것을 포함하는 가스 여기 시스템.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 챔버의 부식 및 상기 챔버 상으로의 증착을 감소시키기 위하여 상기 챔버의 출력부에 위치되는 배리어를 포함하는 가스 여기 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 배리어는 적어도 부분적으로 상기 챔버 내에 위치되는 가스 여기 시스 템.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 배리어는 적어도 부분적으로 상기 챔버의 출력부 통로 내에 위치되는 가스 여기 시스템.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 챔버의 출력부 통로 내에 위치되는 배리어를 포함하는 가스 여기 시스템.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 챔버는 석영을 포함하는 가스 여기 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 챔버는 토로이드-형상의 챔버인 가스 여기 시스템.
  38. 제 30 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 토로이드형 플라즈마 소스인 가스 여기 시스템.
  39. 제 30 항에 있어서,
    다운스트림 가스 및 활성화된 가스를 혼합하는 믹서를 포함하는 가스 여기 시스템.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 믹서는 정적 유동 믹서, 나선형 믹서, 블레이드들, 또는 적층된 원통형 믹서들을 포함하는 가스 여기 시스템.
  41. 제 30 항에 있어서,
    정화 가스 입력부를 포함하는 가스 여기 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 정화 가스 입력부는 상기 챔버의 출구 및 상기 주입 소스의 입력부 사이에 위치되는 가스 여기 시스템.
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