KR20100126337A

KR20100126337A - 표면파 런칭 플라즈마 방전 소스들의 사전-이온화를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20100126337A
Application number: KR1020107019239A
Authority: KR
Inventors: 마이클 더블유. 스토웰
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2010-12-01
Also published as: CN101945689A; JP2011514441A; WO2009096951A1; CN101945689B; US20100330300A1

Abstract

기판 표면을 처리하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 일 실시예는 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법을 포함하고, 상기 방법은 제 1 다수의 전력 펄스들을 생성하는 단계―상기 제 1 다수의 전력 펄스들 각각은 제 1 펄스 진폭을 가짐―, 상기 제 1 다수의 전력 펄스들을 제 1 방전 튜브로 제공하는 단계, 제 1 다수의 전력 펄스들을 이용하여 상기 제 1 방전 튜브 주위에서 플라즈마를 생성하는 단계, 각각의 제 1 다수의 전력 펄스들 동안 플라즈마가 재점화되지 않도록 각각의 제 1 다수의 전력 펄스들 사이에서 플라즈마를 지속시키는 단계, 상기 플라즈마를 이용하여 공급원료 가스를 해리하는 단계, 및 기판 상에 상기 해리된 공급원료 가스의 적어도 일부를 증착하는 단계를 포함한다.

Description

표면파 런칭 플라즈마 방전 소스들의 사전-이온화를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRE-IONIZATION OF SURFACE WAVE LAUNCHED PLASMA DISCHARGE SOURCES}

본 발명은 표면 처리 및 막의 화학적 성질, 및 막 구조, 형성 및 변경을 위해 전자들, 이온들 및 라디칼화된 원자들 및 분자들을 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)은 다양한 기판들 상에 박막들을 증착하기 위한 잘-알려진 공정이다. 유리 제조로부터 반도체 제조까지, 플라즈마 디스플레이 패널 제조까지 다양한 여러 산업들은 기판들 상에 박막들을 증착하기 위한 PECVD 시스템들에 의존한다. PECVD 시스템들은, 이들이 증착하는 막들이 화학적 성질 및 품질에 있어서 매우 다양한 것과 마찬가지로, 이들의 응용에 있어서 매우 다양하다.

전형적인 PECVD 공정들은 가스 압력, 전력, 전력 펄싱 주파수, 전력 듀티(duty) 사이클, 펄스 모양, 및 여러 다른 파라미터들과 같은 다양한 공정 파라미터들에 의해 제어될 수 있다. PECVD 공정들에서 이용가능한 이러한 높은 정도의 커스터마이즈에도 불구하고, 산업은 PECVD 공정을 개선하고 공정에 대한 보다 많은 제어를 얻기 위한 새로운 방법들을 계속해서 찾고 있다. 특히, PECVD 산업은 보다 다양한 범위의 공정 파라미터들을 통해 PECVD를 이용하려고 시도한다.

현재, PECVD는 단지 제한된 조건들의 세트에서 이용될 수 있다. 다른 조건들에 대해서는, 대안적인 증착 공정들이 이용되어야 한다. 전자 사이클로트론 공명(ECR) 및 스퍼터링(sputtering)과 같은 이러한 대안적인 증착 공정들은 많은 응용들을 위해 항상 최적인 적은 아니다. 따라서, 산업은 PECVD의 응용을 이러한 대안적인 증착 방법들을 위해 전통적으로 남겨져 있는 영역들로 확장하기 위한 방법들을 탐색하여 왔다.

부가적으로, PECVD 마이크로파 플라즈마 소스들은 일반적으로 이온들 또는 다른 플라즈마 종에 대해 제한적인 또는 부적합한 소스였다. 이온 소스들은 PECVD 공정들과 관련된 많은 유익한 쓰임새들을 가질 수 있다. 예를 들어, 이온 소스들은 때때로 박막들의 증착을 위한 준비로서, 중합체 기판들과 같은 표면들을 사전처리하기 위해 이용된다. 이온 소스들은 또한 플라즈마 증착 공정들 동안 박막들의 화학적 성질 및 구조를 변화시키기 위해 이용된다. 부가적으로, 이온 소스들은 막들로부터 전하 축적을 제거하거나 표면들을 세정하기 위해 이용될 수 있다. 대안적인 이온 소스들은 PECVD에서 마이크로파 플라즈마 소스들과 조합될 수 있지만, PECVD 공정은 그 자신의 이온 소스로서 충분하지 않았다.

이온 소스들은 다양한 벤더들로부터 이용가능하고 기술 분야에서 알려져 있다. 그러나 이러한 이온 소스들은 전형적으로 여러 단점들로 고초를 겪는다. 하나의 단점은 리니어 이온 소스들이 많은 용도들을 위해 지나치게 비용이 높고 복잡하다는 점이다. 사실 이온 소스들로부터 이익을 얻을 수 있는 많은 응용들은 높은 비용 때문에 그들의 이용이 보류된다. 또 다른 단점은 전류 이온 소스들이 너무 큰 에너지를 가진 이온들을 생성하는 경향이 있다는 점이다. 대부분의 이온 소스들은 120eV가 넘는 에너지를 가진 이온들을 생성한다. 많은 응용들에서, 이러한 큰 에너지를 가진 이온들은 처리되는 표면을 손상시키거나 증착되는 막을 손상시킬 수 있다.

현재의 디바이스들 및 방법들이 동작 중이지만, 이들은 충분히 정확하거나 다른 방식으로 만족스러운 것이 아니다. 따라서 현재 기술의 부족한 점들을 다루고 다른 새롭고 혁신적인 피처들을 제공하는 시스템 및 방법이 필요하다.

도면들에 도시되는 본 발명의 예시적인 실시예들이 이하 요약된다. 이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 상세한 설명 부분에서 보다 완전하게 기술된다. 그러나 이러한 발명의 내용 또는 상세한 설명에서 기술되는 형태들로 발명을 제한할 의도는 없음이 이해되어야 한다. 당업자는 청구항들에서 표현되는 발명의 사상 및 범위 내에 드는 수많은 수정들, 균등물들 및 대안적인 구성들이 있음을 인식할 수 있다.

본 발명은 기판 표면을 처리하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 본 발명은 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법을 포함할 수 있고, 상기 방법은 제 1 다수의 전력 펄스들을 생성하는 단계―상기 제 1 다수의 전력 펄스들 각각은 제 1 펄스 진폭을 가짐―, 상기 제 1 다수의 전력 펄스들을 제 1 방전 튜브로 제공하는 단계, 제 1 다수의 전력 펄스들을 이용하여 상기 제 1 방전 튜브 주위에서 플라즈마를 생성하는 단계, 각각의 제 1 다수의 전력 펄스들 동안 플라즈마가 재점화(reignite)되지 않도록 각각의 제 1 다수의 전력 펄스들 사이에서 플라즈마를 지속시키는 단계, 상기 플라즈마를 이용하여 공급원료(feedstock) 가스를 해리하는 단계, 및 기판 상에 상기 해리된 공급원료 가스의 적어도 일부를 증착하는 단계를 포함한다.

이전에 기술된 대로, 상기 실시예들 및 구현들은 단지 예시적인 목적들을 위한 것이다. 수많은 다른 실시예들, 구현들, 및 발명의 세부사항들은 이후의 명세서 및 청구항들로부터 당업자에 의해 쉽게 인식된다.

본 발명의 다양한 목적들 및 유리한 점들 및 보다 완전한 이해는 첨부된 도면들과 관련하여 취해질 때 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구항들을 참조하여 명백하고 보다 손쉽게 이해되고, 도면에서:
도 1은 기존 PECVD 시스템의 도시이다.
도 2는 마이크로파 안테나로의 전력 펄스의 파형 및 기존 기술과 부합하는 결과적인 전체 플라즈마 발광에 대한 표현이다.
도 3은 마이크로파 안테나로의 전력 펄스의 파형 및 본 발명과 부합하는 결과적인 전체 플라즈마 발광에 대한 표현이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는, 표면 처리, 박막 증착, 및/또는 막의 화학적 성질 또는 구조 변경을 위해 플라즈마 라디칼들을 생성하기 위한 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 격납 실드(containment shield)의 도시이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는, 표면 처리, 박막 증착, 및/또는 막의 화학적 성질 또는 구조 변경을 위해 플라즈마 라디칼들을 생성하기 위한 시스템을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 격납 실드의 프로파일에 대한 단면을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 PECVD 어레이의 단면을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 PECVD 어레이의 단면을 도시한다.
도 10은 캐스케이딩된(cascaded) 안테나를 가진 마이크로파 도파관의 도시이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 임피던스 전달부(impedance transition)를 가진 마이크로파 도파관을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 안테나를 도시한다.

이제 도면들을 참조하면, 유사한 엘리먼트들이 여러 도면들을 통해 동일한 참조 번호들을 이용하여 지정되고, 특히 도 1을 참조하면, 대규모 증착 및 에칭 공정들을 위한 전형적인 PECVD 시스템(100)의 외부의 일부를 잘라낸 도면이다. 이러한 시스템은 진공 챔버(105)를 포함하고, 이러한 진공 챔버의 단지 2개의 벽들이 도시된다. 진공 챔버는 방전 튜브(110)를 하우징한다. 방전 튜브(110)는 마이크로파 신호 또는 다른 신호들을 진공 챔버(105) 내로 전달하도록 구성되는 안테나(115)로 형성된다. 이러한 마이크로파 전력은 안테나(115)로부터 바깥쪽으로 복사(radiate)되고, 지원(support) 가스 튜브(120)를 통해 유입되는, 주위를 둘러싸는 지원 가스를 점화(ignite)하고 프랙션화(fractionalize)한다. 이러한 점화된 가스는 플라즈마이고 일반적으로 방전 튜브(110)에 인접한다. 플라즈마 및 전자기 복사에 의해 생성된 라디칼 종들은 공급원료 가스 튜브(125)를 통해 유입되는 공급원료 가스(들)(130)를 해리하고 이에 의해 공급원료 가스를 분해(break up)하여 새로운 분자들을 형성한다. 해리 공정 동안 형성된 몇몇 분자들은 기판(135) 상에 증착된다. 프랙션화 및 해리 공정에 의해 형성된 다른 분자들은 폐기물이고 배기 포트(미도시)를 통해 제거된다 ― 이러한 분자들은 기판 상에 때때로 증착되는 경향이 있지만.

플라즈마 강화 화학 기상 소스들을 이용하여 증착된 비전도성 및 전도성 막들은 수많은 유형의 전력 소스들 및 시스템 구성들을 이용하여 성취되었다. 이러한 소스들 대부분은 플라즈마 및 여기된(excited) 플라즈마 종들을 생성하기 위해 마이크로파, HF, VHF 에너지를 이용한다. 생성된, 라디칼화된 플라즈마 종들의 밀도에 대한 주요 기여 요인들은 안테나에 인가되고 안테나로부터 방전된 평균 전력임이 발견되었다.

막 특성 요구조건들은, 증착 동안 소스의 전력 레벨들, 펄싱 주파수 및 듀티 사이클을 포함하는 공정 조건들을 변화시킴으로써 성취된다. 요구되는 막 특성들을 성취하기 위해 증착된 막의 구조 및 구조상 함유량(structural content)이 제어되어야 한다. 막 특성들은 (다른 중요 공정 파라미터들 중에서도) 라디칼 종 함유량을 변화시킴으로써 제어될 수 있고, 위에서 언급된 것처럼 라디칼 밀도는 플라즈마 방전으로의 평균 및 피크 전력 레벨들에 의해 주로 제어된다.

여러 중요 막 특성들을 성취하고 몇몇 유형의 기판들로 접착을 촉진하기 위해, 막들의 유기 함유량은 정교하게 제어되어야 하거나, 가능하다면 함유량들은 전체 막 두께를 통해 구배(gradient)의 형태이어야 한다.

전형적인 PECVD 공정에서, 지원 가스의 단지 작은 부분만이 실제로 프랙션화된다. 예를 들어, 지원가스 중 2%만큼이나 작은 부분이 전형적으로 프랙션화된다. 프랙션화된 가스의 양은 방전 튜브에서 안테나에 인가된 전력의 양 및 지원 가스의 압력에 의해 결정된다. 압력, 전력 및 구성 사이의 관계는 임의의 특정 지원 가스에 대한 파셴(Paschen) 곡선에 의해 규정된다.

지원 가스에 대한 대부분의 프랙션화는 방전 튜브에서 안테나에 인가된 전력에 의해 생성된 전자들에 의해 유발된다. 어떤 프랙션화는 또한 이온들 및 다른 플라즈마 라디칼들에 의해 유발된다. 지원 가스를 프랙션화하는데 있어서 전자들의 효율성은 전자 밀도에 직접 연계된다. 더 높은 전자 밀도의 영역들에서, 동일한 지원 가스 압력들에 대하여 프랙션화 비율들이 더 높다.

전형적인 PECVD 공정에 대해 플라즈마로부터 생성된 라디칼화된 종들의 필수적 밀도는 공급원료 가스의 요구되는 양을 완전히 변환하기 위해 요구되는 것보다 커야 한다. 이것은 플라즈마로부터 라디칼화된 종들 중 몇몇이 막 증착 공정들 및 공급원료 가스의 플라즈마 분해 공정들에서뿐만 아니라, 재조합 메커니즘들 및 펌핑과 같은 증착 공정 중 관계없는 부분들에서도 소모되기 때문이다.

이용되는 전력 유형, 레벨, 및/또는 구성 및 물질들에 따라, 요구되는 전력 레벨은 물리적 한계들을 넘어 기판을 과도하게 가열할 수 있고 가능하게는 막들 및 기판을 쓸모없게 만들 수 있다. 이것은 물질의 낮은 녹는점에 기인하여 중합체 물질 기반 기판들에서 주로 발생한다.

기판의 열 로딩(head loading)의 양을 감소시키기 위해, 펄싱 사이에 오프 타임들을 가진, 플라즈마로의 고 전력 펄싱의 방법이 이용되었다. 이러한 방법은 짧은 고 에너지 펄스들 동안의 플라즈마로 하여금 막 증착 공정을 위해 요구되는 라디칼화된 종들의 포화에 도달하게 하고 손실이 발생하게 하는 한편, 다른 형태의 전자기 복사의 감소를 통해 기판의 순간적인 그리고 연속적인 가열을 감소시킨다.

그러나, 펄스형 마이크로파가 기판 상의 열적 로드를 감소시킴으로써 공정을 이롭게 함이 밝혀졌지만, 일반적으로 증착 속도들이 지속파(CW; continuous wave) 전력 소스들의 그것보다 전형적으로 더 낮다. 이것은 부분적으로 방전의 브레이크다운(breakdown) 공정으로 손실되는 에너지에 기인한다.

도 2에는 마이크로파 안테나로의 전력 펄스(200)의 전형적인 파형 및 결과적인 전체 플라즈마 발광(210)에 대한 표현이 도시된다. 당업자에 의해 인식될 것처럼, 전력 펄스(200) 및 플라즈마 발광(210)에 대한 수직 스케일은 동일하지 않고 단지 예시를 위해 이곳에서 도시된다. 전형적인 PECVD 공정에서, 에너지 손실은 전체 전력의 대략 20%이다. 이러한 에너지 손실의 상당 부분은 플라즈마 방전의 점화를 위해 요구되는 에너지에 기인한다. 도 2는 방전을 점화하고 안정화하는데 소비되는 상당한 전력 손실을 도시한다.

플라즈마 이온화의 백그라운드 최소 레벨을 지속시키고, 플라즈마가 소화(extinguish)되는 것을 방지함으로써, 플라즈마 방전의 최초 점화 및 안정화를 위해 요구되는 플라즈마로의 전력 손실이 상당히 감소된다. 예를 들어, 플라즈마 이온화의 백그라운드 최소 레벨은 마이크로파 전력 소스의 변조, 펄스형 소스들의 페이징(phasing)을 통해, 또는 AC 또는 RF 글로우 방전과 같은 외부 소스들의 추가에 의해 지속될 수 있다. 이러한 방법들은 단지 예시적이고 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 마이크로파 전력 소스의 변조는 최초 전력 진폭으로부터 완전한 펄스 진폭으로 전력 소스를 펄싱업(pulsing up)하고 그 후 최초 전력 진폭으로 복귀시키는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 최초 전력 진폭은 플라즈마 이온화의 백그라운드 최소 레벨을 지속하기에 충분한 낮은 전력 레벨일 것이다. 당업자는 본 발명에 부합하는 대안적인 방법들 및 시스템들을 인식할 것이다.

도 3은 본 발명에 부합하는 전력 펄스(200) 및 플라즈마 발광(310)을 도시한다. 당업자에 의해 인식될 것처럼, 전력 펄스(200) 및 플라즈마 발광(310)에 대한 수직 스케일은 동일하지 않고 단지 예시를 위해 이곳에서 도시된다. 그러나 백그라운드 에너지를 이용하는 플라즈마 발광(310)의 피크 레벨들은 백그라운드 에너지가 이용되지 않을 때 플라즈마 발광(210)의 피크 레벨들의 약 4배로 테스트 되었음이 또한 인식되어야 한다. 적은 양의 백그라운드 에너지를 이용하는 것은, 전력 펄스(200)가 인가될 때 플라즈마 방전으로의 에너지가 보다 큰 양을 갖도록 하기 위해, 플라즈마가 지속되도록 유지한다. 더 작은 에너지가 플라즈마를 여기하기 위해 이용되므로, 보다 큰 에너지가 라디칼 종들을 여기하도록 허용된다.

플라즈마 이온화의 백그라운드 최소 레벨을 유지함으로써 플라즈마로의 전력은 전형적으로, 방전을 점화하기 위한 에너지를 필요로 하지 않음으로써 획득되는 이온화 효율성 증가에 기인하여, 75%의 레벨로부터 95%로 증가되었다. 도 1을 다시 참조하면, 플라즈마 이온화의 이러한 백그라운드 최소 레벨은 지원 가스 튜브(120) 또는 공급원료 가스 튜브(125)에 전력을 인가함으로써 지속될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 각 튜브에 인가된 전력은 RF 또는 AC 글로우 방전일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 사전-이온화의 목적으로 바이어스가 기판(135)에 인가될 수 있다. 다른 실시예들이 본원에서 개시되지만, 당업자가 본 발명에 부합하는 수정들을 인식할 것처럼, 단지 예시적인 것이다.

프랙션화 효율은 또한 방전 튜브 근처에서 격납 실드를 이용함으로써 크게 강화될 수 있다. 격납 실드 이용의 이점들은 공동 소유되고 변호사 명부 번호(APPL-012/00US)가 할당된 발명의 명칭 "SYSTEM AND METHOD FOR CONTAINMENT SHIELDING DURING PECVD DEPOSITION PROCESSES"에서 논의되고, 이것은 참조에 의해 본원에 통합된다. PECVD 공정에서 이용될 수 있는 격납 실드(400)의 예시적인 설계의 단면이 도 4에 도시된다. 격납 실드(400)는 일반적으로 수정과 같은 유전체 물질로 형성되고, 그 안으로 지원 가스가 펌핑될 수 있는 방전 튜브(110) 주변에 부피(volume)를 제공한다. 격납 실드(400)의 정확한 부피 및 격납 실드(400)의 안쪽 표면과 방전 튜브(110) 사이의 거리는 요구되는 막의 화학적 성질, PECVD 시스템의 전체 구성 및 요구되는 가스 압력들에 기초하여 변화될 수 있다.

격납 실드(400)는 그렇지 않으면 탈출하게 될 전자들 및 다른 라디칼화된 플라즈마 종들을 격납(contain)하도록 작용한다. 전자들을 격납함으로써, 방전 튜브(110) 주변의 전자 밀도는 방전 튜브(110)로부터 더 떨어진 거리들에서 증가될 수 있다. 전자 밀도를 증가시킴으로써, 플라즈마는 동일한 공정 파라미터들을 가지고 더 연장(extend)될 수 있다 ― 프랙션화 비율이 다른 공정 파라미터들을 변화시키지 않고 증가될 수 있음을 의미함.

격납 실드(400)는 또한 라디칼들 및 이온들이 탈출하는 것을 방지하는데 도움이 된다. 이것은 프랙션화 효율에 도움이 될 수 있고 생성된 라디칼들 및 이온들이 낭비되는 것을 방지한다. 이러한 입자들을 보존함으로써, PECVD 시스템은 보다 다양한 범위의 동작 파라미터들을 통해 작동될 수 있고 보다 효율적으로 작동될 수 있다.

이러한 실시예들은 PECVD 시스템에 제한되지 않음이 주목되어야 한다. 당업자는 본 발명의 개념들이 임의의 유형의 플라즈마 시스템을 포함하도록 확장시킬 수 있다.

격납 실드들은 또한 방전 튜브(110) 주변의 지원 가스 압력들에 대해 보다 양호한 제어를 유리하게 제공한다. 첫째로, 격납 실드들은 격납 실드 없이 가능했던 것보다 더 균일한 지원 가스 압력을 제공하는데 도움이 된다. 이러한 보다 균일한 압력은 프랙션화 비율이 보다 양호하게 통제되고 따라서 증가되도록 한다.

둘째로, 격납 실드들은 프로세스 챔버의 나머지 부분들에서와는 상이한 압력을 격납 실드 내에서 가질 수 있는 능력을 제공한다. 이것은 보다 높은 압력이 격납 실드 내에서 유지될 수 있고 보다 낮은 압력이 프로세스 챔버의 나머지 부분들에서 유지될 수 있기 때문에 유리하다. 이러한 가변 압력의 결과는 보다 많은 라디칼들이 전체적으로 더 낮은 프로세스 챔버 압력에서 생성되도록 한다. 이러한 유형의 제어는 이전에 가능했던 것보다 상당히 낮은 프로세스 챔버 압력들에서 PECVD 공정들이 작동되도록 한다.

도 4에서는 프로세스 챔버(105), 기판(135), 기판 지지체(410), 방전 튜브(110), 안테나(115), 격납 실드(400), 마이크로파 리플렉터(reflector)(430), 및 지원 가스 튜브(120)가 추가로 도시된다. 지원 가스 튜브(120)는 이 도시에서 격납 실드(400) 내에 위치한다.

격납 실드(400)는 기판(135)에 가장 근접한 개구(420)를 포함한다. 라디칼들이 탈출하고 공급원료 가스와 충돌하는 것은 이러한 개구(420)를 통해서이다. 이러한 개구(420)의 크기는 격납 실드(400)로부터 탈출하는 라디칼들의 수를 제어하기 위해 수동으로 또는 전자적으로 변화될 수 있다. 그것은 또한 고정-크기 개구일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 격납 실드(400) 내의 압력은 격납 실드(400) 외부의 압력보다 더 높을 수 있다. 따라서 일반적인 PECVD 공정이 보다 낮은 압력에서 작동될 수 있는 한편, 플라즈마 강화 공정 및 라디칼 생성 공정은 훨씬 더 높은 압력에서 작동될 수 있다. 이전에 논의된 것처럼, 압력이 지원 가스의 프랙션화 효율에서의 주요 요인이다. 어떤 점까지, 보다 높은 압력은 보다 높은 프랙션화 효율들을 가능하게 한다. 따라서 격납 실드 내부에서 허용되는 보다 높은 압력은 프랙션화 효율들을 강화한다.

격납 실드들의 효율은 적어도 부분적으로, 전자들, 이온들 및 라디칼들의 탈출을 적절하게 채널링하고 예방하는데 있어서 실드들의 효율성에 의존한다. 이러한 이유로, 격납 실드는 수정과 같은 유전체 물질로부터 일반적으로 형성된다. 그러나 수정과 같은 유전체 물질들의 기계가공성(machinability)에 대한 제한들, 깨지기 쉬움(fragility), 및 비용은 격납 실드들에 대한 몇몇 제한들을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 격납 실드(500)를 도시한다. 도 5는 튜브(510) 내의 가스의 부피가 보다 큰 프랙션화를 성취하기 위해 보다 완전히 이온화될 수 있도록 유전체 코팅(520)으로 사전-코팅되고 방전 튜브(110) 주변에 위치된 튜브(510)를 도시한다. 이러한 실시예에서, 방전 튜브(110)는 단일 안테나(115)를 가진 선형 방전 튜브이다. 또 다른 실시예에서, 격납 실드(500)는 도체(미도시)로 랩핑(wrap)되는 수정 튜브로 이루어져 있다. 유전체 코팅으로 사전-코팅되는 도체 대신에, 이제 전도 층으로 코팅 또는 랩핑된 유전체 기저 물질(base material)이 이용된다. 기저 물질(510) 상의 유전체 코팅(520)에 대한 본원의 모든 참조들은 단지 예시를 위한 것이고 전도 층으로 코팅된 유전체 물질을 이용하는 격납 실드의 구성 또한 본 응용에서 이해된다. 당업자는 본 발명에 부합되는 비-선형 방전 튜브들 및 스플릿 안테나(split antenna)를 포함하는, 수많은 수정들을 인식할 것이다.

본 발명의 일 실시예에서, 튜브(510)는 유전체 코팅(520)을 형성하기 위해 산화 알루미늄으로 코팅될 수 있다. 다른 유전체 물질들은 시스템의 요구사항들에 따라 유전체 코팅(520)을 형성하는데 이용될 수 있다. 당업자는 본 발명에 부합하는 변경들을 인식할 것이다.

도 5의 실시예는 또한 가변 슬롯 개구들(540)을 가진 슬롯들(530)을 도시한다. 슬롯들(530)의 가변성은 UV 복사의 밀도, 내부 및 외부 압력 차이, 및 튜브 내로 또는 튜브 외부로의 흐름과 같은 공정 파라미터들을 제어하는데 이용될 수 있다. 슬롯들(530)은 또한 고정 크기를 가질 수 있다. 실딩(shielding)의 구성은 많은 방법들로 변화될 수 있고, 이는: 실드들의 크기, 모양, 물질, 수, 슬롯들의 수, 플라즈마 파이프 볼륨 내로 상실된 전자기 복사를 다시 반사시키기 위한 외부 금속 실드의 추가, 등을 포함한다. 예를 들어, 튜브(510)는 금속으로 구성될 수 있다. 금속 그 자체로는 요구되는 격납 효과들을 생성하지 않을 것이지만, 유전체 물질로 금속을 사전-코팅함으로써 효율적인 격납 실드(500)가 생성될 수 있다. 나아가 금속은 또한 증가된 이온화 효율을 위해 방전 튜브(110)를 향해 전자기 복사를 다시 반사시킬 수 있을 것이다. 또 다른 실시예에서 수정 튜브와 같은 유전체는, 전자기 복사의 요구되는 격납 효과들 및 반사 양자 모두를 획득하기 위해, 금속과 같은 전도 층으로 랩핑된다.

격납 실드들을 이용함으로써, 그리고 격납 실드가 PECVD 공정에서 사용되기 전에 유전체 코팅을 이용하여 기저 물질을 사전-코팅함으로써, 시스템들이 세정을 위해 오프라인(offline) 되어야 할 시간에 있어서 상당한 감소가 있을 것이다. 이것은 유전체 물질들이 PECVD 공정 동안 높은 온도를 지속할 수 있기 때문이다. 대부분의 공정들에 대해 섭씨 약 200-300 도에서, 유전체 코팅은 방전 튜브를 둘러싸고 있는 표면들 상으로의 증착 및 종국적으로 플레이킹(flaking)에 저항할 것이다. 부가적으로 격납 실드들을 이용하고 유전체 코팅을 이용하여 임의의 기저 물질들을 사전-코팅하는 것은 PECVD 시스템에 대한 사전-시작(pre-start) 시간을 크게 감소시킬 것이다. 전형적으로 PECVD 시스템은 증착 층이 방전 튜브를 둘러싸고 있는 표면들 상에 형성되도록 하기 위해 사전-시작되어야 한다. 이것은 증착 공정을 시작하기 전에 플라즈마 밀도가 안정화되도록 한다. 본 발명은 플라즈마 밀도들이 즉시 안정화되도록 하고 따라서 사전-시작 시간을 줄이도록 한다.

도 5로부터의 예시적인 격납 실드(500)는 또한 이온화의 최소 백그라운드 레벨을 지속시키기 위한 전력 소스로서 이용될 수 있다. 튜브(510), 전기적 도체로 이루어진 이러한 튜브(510)를 유전체 코팅(520)으로 사전-코팅함으로써, 격납 실드의 모든 이점들은 격납 실드(500)가 플라즈마의 사전-이온화를 위한 전력 소스로서 작동할 수 있다는 부가된 이점과 함께 보유된다. 일 실시예에서, 플라즈마 이온화의 최소 백그라운드 레벨을 지속시키고 이온화 효율을 증가시키기 위해 전력 소스는 격납 실드(500)의 전도성 부분에 인가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전도성 물질(미도시)은 튜브(510)에 부가될 수 있고 그 후 튜브(510) 및 전도성 물질(미도시) 양자 모두가 유전체 코팅(520)으로 사전-코팅될 수 있다. 당업자는 본 발명에 부합하는 대안적인 시스템들 및 방법들을 인식할 것이다.

도 6은 본 발명에 부합하는 격납 실드(600)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 6에서 PECVD 공정에서 이용될 수 있는 격납 실드(600)의 단면도가 도시된다. 이러한 실시예에서, 방전 튜브(110) 및 지원 가스 튜브(120)가 격납 실드(600)에 의해 부분적으로 둘러싸인 것으로 도시된다. 이러한 격납 실드(600)는 금속과 같은 기저 물질(610) 상에 유전체 코팅(520)을 이용하여 형성된다. 이곳에서 격납 실드(600)는 원형 프로파일을 가진 것으로 도시되고, 여기서 격납 실드 내의 개구(420)는 기판(135)에 가장 근접한다. 임의의 프로파일이 이용될 수 있고 이곳에서 도시된 원형 프로파일은 단지 예시적인 것임을 당업자는 인식할 것이다. 대안적인 프로파일들은 몇몇 공정 파라미터들을 제어하는데 이용될 수 있다. 예를 들어 지원 가스의 공명 시간을 증가시키는 프로파일은 이온화 효율을 더 증가시키는데 이용될 수 있다.

이전에 논의된 것처럼, 기저 물질(610) 상에 사전-코팅되는 유전체 코팅(520)은 마이크로파 펄싱 동안 가열될 것이다. 유전체 코팅(520)이 가열되도록 하는 것의 이점은 이전에 논의되었다. 그러나 가열은 잠재적으로 유전체 코팅(520)으로 하여금 기저 물질(610)에 부착(affix)되도록 유지시키는 문제점들을 유발할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 온도 제어 시스템(미도시)은 기저 물질(610)의 온도를 제어하는데 도움이 되도록 이용될 수 있다. 기저 물질(610)은 유전체 코팅(520) 근처에서 가열될 수 있고 추가로 냉각될 수 있다. 냉각은 기저 물질(610)이 시스템의 외부 부분들에 영향을 주지 못하도록 막고 왜곡(warping)을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 유전체 코팅(520)을 통한, 그리고 기저 물질(610)을 통한 열 구배를 제어함으로써 고온 유전체 코팅(520)의 이점들은 유전체 코팅(520)의 접착성을 잃지 않고 보유될 수 있다.

격납 실드(600) 내의 개구(420)를 통해 위치된 플라즈마 종 추출 그리드(620)가 도 6에 더 도시된다. 이러한 플라즈마 종 추출 그리드(620)는 이온들, 전자들, 또는 다른 플라즈마 종들을 방전 튜브(110) 주변에서 생성된 플라즈마로부터 활성화(energize)하고 추출하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, DC, RF, 또는 AC 전위(potential)가 격납 실드(600)로부터 이온들 또는 다른 플라즈마 종들의 지향을 가속 및 제어하기 위해 플라즈마 종 추출 그리드(620)에 인가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이러한 플라즈마 종 추출 그리드(620)에 인가된 전위는 또한 전력 펄스들 사이의 플라즈마 이온화의 백그라운드 최소 레벨을 지속시키기 위해 이용될 수 있다.

본 발명에 부합하는 실시예에서, 지원 가스는 도 6의 지원 가스 튜브(120)를 통해 유입된다. 지원 가스의 여기는 가스로 하여금 안테나(115)로부터의 마이크로파 전력을 받게 함으로써 성취된다. 자유 전자들은 부과된(imposed) 마이크로파 필드로부터 에너지를 획득하고 중성 가스 원자들과 충돌하며, 따라서 이러한 원자들을 이온화하는 것은 플라즈마를 형성하기 위해 지원 가스를 프랙션화 하는 것을 포함한다. 이러한 플라즈마는 큰 농도의 여기된 원자, 분자, 이온, 및 자유 라디칼 종들로 이루어진 부분적으로 이온화된 가스를 포함한다. 이러한 입자들은 기판(135)에 충격을 주고, 이용되는 공정에 따라 기판(135)을 세정하고, 표면을 수정하거나, 또는 여분의 전기적 전하를 제거한다. 물질 표면의 화학적 그리고 물리적 수정을 유발하는 것은 플라즈마 내에 또는 플라즈마 근처에 위치된 고체 표면들과 이러한 여기된 종들의 상호작용이다.

그러나 대부분의 마이크로파 기반 공정들에서, 이온들은 결코 기판(135)에 도달하기에 충분한 에너지를 획득하지 못한다. 개구(420) 위에 플라즈마 종 추출 그리드(620)를 위치시키고 전위를 인가함으로써, 이온들 또는 다른 플라즈마 종들은 그것들이 기판(135)에 충격을 주도록 가속되고 지향될 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로파 전력 플라즈마 소스는 이온 소스로서 이용될 수 있다. 이러한 이온 소스는, 플라즈마 종 추출 그리드(620)에 인가된 전위에 따라, 다양한 전자 전압들을 가진 고 이온 밀도들을 생성할 수 있다.

플라즈마 종 추출 그리드(620)가 본 발명에 부합하는 많은 물질들로부터 구성될 수 있지만, 텅스텐과 같은 에칭 저항성 물질들을 이용하는 것은 플라즈마 종 추출 그리드(620)로부터의 임의의 스퍼터링(sputtering) 효과들을 방지하는데 도움이 될 것이다. 또한 플라즈마 종 추출 그리드(620)가 가열되도록 함으로써, 플라즈마 종 추출 그리드(620) 상의 증착 및 임의의 이후 플레이킹 또한 방지될 수 있다.

플라즈마 종 추출 그리드(620)는 본 발명에 따라 많은 마이크로파 전력 소스 시스템들에 부가될 수 있다. 현재의 실시예를 이용하는 플라즈마 종 추출 그리드(620)는 예시적인 것이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 또 다른 실시예에서 플라즈마 종 추출 그리드(620)는 도 5로부터의 개구(540) 위에 부가될 수 있다. 당업자는 본 발명에 부합하는 많은 시스템들 및 방법들을 인식할 것이다.

이제 도 4를 다시 참조하면, 플라즈마 종 추출 그리드(620)는 격납 실드(400)의 개구(420) 위에 위치되는 것으로 도시된다. 예시적인 시스템의 동작 동안, 플라즈마(630)는 방전 튜브(110) 주변에서 형성된다. 이러한 실시예에서 격납 실드(400)의 모양 및 개구(420)의 크기는 임의의 탈출하는 이온들 또는 다른 플라즈마 종들을 기판을 향해 아래쪽으로 지향시키는데 도움이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 부합하여, 플라즈마 종 추출 그리드(620)는 또한 이온들 또는 다른 플라즈마 종들을 추가로 제어, 가속 및 활성화시키는데 이용될 수 있다. 이러한 추출된 플라즈마 종들(640)은 기판(135)을 향해 지향된 것으로 도시된다.

도 7은 본 발명에 부합하는 대안적인 프로파일을 가진 격납 실드(700)를 도시한다. 격납 실드(700)의 모양은 표면 처리 특성을 제어하기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어 격납 실드의 모양은, 특정 증착된 또는 에칭된 물질 특성들을 성취하기 위해, 특정 에너지(energetic) 종들 및 라디칼/준안정성 조건들에 대해 응용마다 최적화될 수 있다. 이러한 실시예에서, 격납 실드(700)는 오히려 삼각형 프로파일로 구성된다. 예시적인 프로파일은 지원 가스 튜브(120)로부터 공급되는 지원 가스에 대해 증가된 배플(baffle)을 생성한다. 증가된 배플은 지원 가스에 대한 공명 시간을 늘어나게 한다. 가스 중 적어도 일부가 지원 가스 튜브(120)로부터 격납 실드(700) 내의 개구(420)를 통해 밖으로 그리고 기판(135)을 향해 아래로 통과하는데 소요되는 증가된 시간 때문에 공명 시간은 더 크다. 증가된 공명 시간은 지원 가스의 증가된 이온화 효율 및 보다 큰 프랙션화를 허용한다. 당업자는 본 발명에 부합하는 추가적인 프로파일들을 인식할 것이다.

다양한 프로파일들이 특정 응용에 따라 구성될 수 있다. 본 발명은 이러한 프로파일들을 구성하는데 보다 큰 유연성을 허용한다. 유전체 물질들보다 더 큰 기계가공성 및 더 낮은 비용을 가진 기저 물질들이 임의의 모양의 프로파일들을 형성하는 데 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 부합하여, 이러한 프로파일들은 그 후 격납 실드를 형성하기 위해 유전체 코팅을 이용하여 사전-코팅될 수 있다. 당업자는 본 발명의 일 실시예에 부합하는 많은 프로파일들을 구성할 수 있을 것이다.

도 8은 방전 튜브들(110)의 정적 어레이에 대한 격납 실드(800)의 예시적인 실시예에 대한 도시이다. 도 8은 본 발명에 부합하는 PECVD 공정에서 이용될 수 있는 격납 실드(800)의 단면도를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 방전 튜브들(110) 및 지원 가스 튜브들(120)의 정적 어레이는 격납 실드(800)에 의해 부분적으로 둘러싸여 있는 것으로 도시된다. 금속과 같은 기저 물질(610) 상에 유전체 코팅(520)을 이용하여 형성된 격납 실드(800)는, 개구들(420)이 지원 가스 튜브들(120)로부터 개구들(420)을 통해 밖으로 기판(135)을 향해 아래쪽으로 가스를 안내하도록 위치된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 격납 실드(800)는 약간 타원형 프로파일들을 가진다. 이전에 논의된 것처럼, 본 발명에 부합되는 다른 프로파일들이 이용될 수 있다. 본 실시예는 또한 방전 튜브들(110)의 정적 어레이를 따라 일관된 프로파일을 사용한다. 이것은 예시적인 것에 불과하다. 당업자는 본 발명에 부합하는 많은 변형들 및 수정들을 인식할 것이다. 나아가 당업자는, 본원에서 개시되는 플라즈마 종 지향화(directionalization) 및 가속화의 이점들을 획득하기 위해 플라즈마 종 추출 그리드(620)가 개구들(420) 위에 배치될 수 있음을 인식할 것이다.

도 8에서 기저 물질에 의존하여, 격납 실드(800)는 또한 안테나(115) 사이의 에너지 전달을 블록킹(block)하거나 안테나(115) 사이의 에너지 전달을 허용하도록 작용할 수 있다. 에너지 블록킹 기저 물질(610)의 이점들은 도 5와 관련하여 논의되었고 안테나 사이의 에너지 전달을 허용하는 것의 이점들은 도 9와 관련하여 논의된다. 본 발명 내의 어느 것도 기저 물질(610)로 이용될 수 있는 물질의 유형을 제한하는 것으로 판독되어서는 안 된다.

이제 도 9를 참조하면 본 발명에 부합하는 또 다른 실시예에 대한 도시가 있다. 이러한 실시예에서, 방전 튜브들(110) 및 지원 가스 튜브들(120)의 정적 어레이는 격납 실드(900)에 의해 부분적으로 둘러싸여 있는 것으로 도시된다. 격납 실드(900)는 방전 튜브들(110) 사이에 위치된 유전체 분할기들(divider; 910)을 이용하여 형성된다. 방전 튜브들(110) 사이에 위치된 유전체 분할기들(910)을 이용함으로써, 안테나(115) 사이에서 에너지 전달이 허용된다. 이러한 에너지 전달은, 안테나(115)가 전력 사이클의 오프 페이즈(off phase)인 동안, 각각의 방전 튜브(110) 근처에서 플라즈마를 지속시키기 위해 요구되는 사전-이온화 효과들을 생성하는데 이용될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예에서, 인접한 안테나(110)는 펄스형 소스들을 페이징하는 타이밍 제어에 의해 제어될 수 있다. 이러한 페이징은, 플라즈마 이온화의 최소 백그라운드 레벨이 인접한 안테나(115)로부터 전달된 에너지에 기인하여 지속되도록, 구현될 수 있다.

유전체 분할기들(910)은 그 후 금속과 같은 기저 물질(610)에 연결될 수 있다. 기저 물질(610)은 적어도 방전 튜브(110)에 노출되고, 이를 부분적으로 둘러싸는 임의의 표면들 상에서 유전체 코팅(520)을 이용하여 사전-코팅된다. 도 9는 또한 금속과 같은 배플 물질(920) 상에 사전-코팅되는 유전체 코팅(520)을 이용하여 형성된 배플들을 도시한다. 배플은 지원 가스 튜브(120)로부터의 가스의 공명 시간을 증가시키는데 도움이 되도록 추가되었다. 다른 모양들 및 설계들이 다른 공정 파라미터들을 제어하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 배플 물질(920)은 금속과 같은 마이크로파 반사 물질로부터 구성될 수 있어, 안테나(115)에 의해 방출되는 에너지의 일부가 방전 튜브(110) 주위에서 플라즈마를 향해 다시 반사될 것이다. 당업자는 본 발명에 부합하여 이루어질 수 있는 크기, 모양, 물질 조성 등에 대한 많은 수정들을 인식할 것이다. 예를 들어 이러한 실시예에서 배플은 제거될 수 있다. 대안적으로 유전체 분할기(910)의 모양 및/또는 방향은 배플을 생성하도록 변경될 수 있다.

도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 각각은 방전 튜브들(110)의 정적 어레이를 포함한다. 각각의 방전 튜브 내에 안테나(115)가 있다. 이러한 안테나(115)는 선형 안테나, 스플릿 안테나, 비-선형 안테나 등일 수 있다. 격납 실드를 생성하기 위한 유전체 코팅(520)의 사용은 격납 실드의 크기를 감소시켜 정적 어레이에서 안테나(115) 사이에 요구되는 간격을 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 안테나(115) 사이의 간격이 감소된 상태에서, 보다 균일한 막 특성들이 성취될 수 있다. 작은 시스템들에서, 안테나(115)는 도 10에 도시된 것처럼 여러 번 캐스케이딩될 수 있고 각각의 캐스케이딩된 안테나(1060) 사이에서 전력 스플릿(split)될 수 있다. 그러나 현재 사용되는 생성기(generator)들에 대한 전력 제한들이 주어진다면, 이러한 구성은 보다 큰 시스템들에 대해 효율적인 전력 밀도들을 생성하지 않을 것이다.

나아가 동축 마이크로파의 전형적인 응용에서, 마이크로파 생성기(1010)는 전력 손실을 최소화하기 위해 안테나 스터브(stub)(1040) 및 안테나(1050)에 최대한 근접하게 위치된다. 도 10은 기존 기술에 부합하는 마이크로파 도파관(1020), 임피던스 전달부(1030), 엘보우(elbow; 1070), 및 이동가능한 플런저(movable plunger; 1080)를 도시한다. 도 10에서 알 수 있는 것처럼, 도파관(1020) 및 임피던스 전달부(1030)의 길이는 마이크로파 생성기(1010)가 안테나 스터브(1040) 및 안테나(1050)로부터 떨어지도록 한다. 마이크로파 생성기(1010) 및 안테나 스터브(1040) 사이의 보다 큰 거리에 기인하는 증가된 전력 손실들 이외에, 도파관(1020) 및 임피던스 전달부(1030)의 크기는 그것이 PECVD 시스템을 구성하고 하우징하기에 다루기 힘들고 어렵게 만들었다. 기존 기술을 이용한 PECVD 시스템들의 제조는 개별적인 도파관 부분들의 이용가능성에 의해 제한되었다. 도파관(1020) 및 임피던스 전달부(1030)를 통합하는 것은 유용성 및 전력 효율성 양자 모두를 위해 도파관의 크기를 감소시킬 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 발명에 부합하는 임피던스 전달부(1100)를 가진 통합된 마이크로파 도파관을 도시한다. 도 11에서 알 수 있는 것처럼, 도파관 블록(1120) 내로 도파관 및 임피던스 전달부(1110)를 통합함으로써 마이크로파 생성기(1010)는 전력 밀도를 증가시키도록 안테나 스터브(1040) 및 안테나(1050)에 보다 가까이 위치될 수 있다. 도 11 및 도 12에서 도파관 블록(1120)이 임피던스 전달부(1110)를 가진 통합된 도파관이 내부에 있는, 물질의 한 단편(piece)으로 도시되었지만, 이러한 도시는 결코 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 도파관 블록(1120)은 임피던스 전달부(1110)를 가진 통합된 도파관이 안테나 스터브(1040)에서 연결되는 물질의 두 단편들을 포함할 수 있다. 당업자는 본 발명에 부합하여 이루어질 수 있는 많은 수정들이 있음을 인식할 것이다.

본 발명의 일 실시예에서, 임피던스 전달부(1110)를 가진 통합된 도파관 블록(1120)이 알루미늄, 구리, 황동, 또는 은으로 이루어진 도파관 블록(1120)으로 기계화(machine)될 수 있다. 이것은, 테이퍼형(tapered) 도관들이 도파관 블록의 표면에서 시작되고 안테나 스터브(1040)에서 종단되도록 2개의 테이퍼형 도관들을 도파관 블록(1120) 내로 적절히 기계화함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에서, 마이크로파 신호는 도파관(1020) 및 임피던스 전달부(1030)를 완전히 통합하는, 도파관 부분을 통해 전달될 수 있다. 이러한 실시예에서, 임피던스 전달부(1110)를 가진 통합된 도파관은 본질적으로 임의의 분리된 도파관 부분을 제거한다. 이것은 통합된 마이크로파 도파관을 가진 도파관 블록이, 분리된 도파관 부분들(1020), 엘보우들(1070) 및 임피던스 전달부 부분들(1030)을 이용해야 하는 도파관들보다, 훨씬 작게 만들어 질 수 있도록 한다.

또 다른 실시예에서, 2개의 도관들은 도파관 부분들을 형성하기 위해 도파관 블록(1120) 내로 기계화될 수 있다. 이러한 도관들은 도파관 블록(1120)의 표면으로부터, 그리고 도파관 블록(1120) 내로 채널들을 형성할 것이다. 이러한 채널들은 그 후 임피던스 전달부(1110)를 가진 통합된 도파관을 형성하기 위해 임피던스 전달부 부분들과 연결될 수 있다. 이러한 실시예에서, 도파관 부분 및 전달부 부분은 임피던스 전달부(1110)를 가진 통합된 도파관을 형성하기 위해 부분적으로 통합된다. 당업자는 본 발명에 부합하는 다양한 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.

또한 본 발명에 부합하는 마이크로파 생성기(1010)에 대향하는, 통합된 도파관(1100)의 측면에 배치된 이동가능한 플런저(1080)가 도 11 및 도 12에 도시된다. 이동가능한 플런저(1080)는 도파관을 조정(tune)하기 위해 이동될 수 있다. 도 11 및 도 12에서, 이동가능한 플런저(1080)는 마이크로파 노드를 안테나 스터브(1040)로 이동시키도록 위 또는 아래로 옮겨질 수 있다.

컴포넌트들에 대한 공간을 최소화하는 것 외에도, 통합된 마이크로파 도파관(1100)을 도 12에 도시된 것처럼 안테나(1050)에 비하여 90도 회전시킴으로써 전력 밀도가 더 증가된다는 점 또한 발견되었다. 일 실시예에서, 단일 캐스케이드 전력 스플릿 안테나(1210)는 본 발명과 함께 이용될 수 있다. 도 11 및 도 12에 도시된 것처럼, 본 발명의 안테나 스터브들(1040)은 도 10의 안테나 스터브들(1040)보다 훨씬 가깝게 위치될 수 있다. 안테나 스터브들(1040)이 함께 더 가까이 위치하고 있으므로, 안테나(1050)는 요구되는 간격에 다다르기 위해 가능한 여러번 전력 스플릿 되어야 할 필요가 없다. 보다 큰 시스템들에 대해, 본 발명은 이전에 가능하지 않던 효과 전력 밀도들을 성취하는 것을 가능하게 한다. 당업자는 본 발명에 부합하여 이루어질 수 있는 많은 수정들이 있음을 인식할 것이다.

결론적으로 본 발명은 표면 처리 및 막의 화학적 성질, 및 막 구조, 형성 및 변경을 위해 전자들, 이온들 및 라디칼화된 원자들 및 분자들을 생성하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 당업자는 본 발명, 본원에서 기술되는 실시예들에 의해 성취되는 것과 실질적으로 동일한 결과들을 성취하기 위한 그들의 이용 및 그들의 구성에서 수많은 변형들 및 대체들이 이루어질 수 있음을 손쉽게 인식할 것이다. 따라서 본 발명을 개시된 예시적인 형태들로 제한하고자 하는 어떠한 의도도 없다. 많은 변형들, 수정들 및 대안적인 구성들이 청구항들에서 표현되는 대로, 개시되는 발명의 사상 및 범위에 속한다.

Claims

기판 상에 막을 증착하기 위한 방법으로서,
제 1 펄스 진폭을 각각 가지는 제 1 다수의 전력 펄스들을 생성하는 단계;
제 1 방전 튜브로 상기 제 1 다수의 전력 펄스들을 제공하는 단계;
상기 제 1 다수의 전력 펄스들을 이용하여 상기 제 1 방전 튜브 주위에서 플라즈마를 생성하는 단계;
상기 플라즈마가 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 동안 재점화(reignite)되지 않도록 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 사이에 상기 플라즈마를 지속시키는 단계;
상기 플라즈마를 이용하여 공급원료(feedstock) 가스를 해리(disassociate)하는 단계; 및
기판 상에 상기 해리된 공급원료 가스 중 적어도 일부를 증착하는 단계
를 포함하는, 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 다수의 전력 펄스들을 생성하는 단계는 제 1 다수의 마이크로파 전력 펄스들을 생성하는 단계를 포함하는,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마가 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 사이에 상기 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 제 1 다수의 전력 펄스들을 변조하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 다수의 전력 펄스들을 변조하는 단계는:
최초 전력 진폭으로부터 상기 제 1 펄스 진폭으로 각각의 상기 다수의 전력 펄스들을 펄싱 업(pulsing up)하고 그 후 상기 최초 전력 진폭으로 복귀시키는 단계를 포함하고,
상기 최초 전력 진폭은, 상기 플라즈마가 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 사이에 상기 플라즈마를 지속시키기에 충분한,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
제 2 펄스 진폭을 각각 가지는 제 2 다수의 전력 펄스들을 생성하는 단계;
제 2 방전 튜브로 상기 제 2 다수의 전력 펄스들을 제공하는 단계;
상기 제 2 다수의 전력 펄스들을 이용하여 상기 제 2 방전 튜브 주위에서 제 2 플라즈마를 생성하는 단계; 및
상기 제 2 플라즈마가 각각의 상기 제 2 다수의 전력 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 제 2 다수의 전력 펄스들 사이에 상기 제 2 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 및 상기 제 2 다수의 전력 펄스들을 페이징(phasing)하는 단계
를 더 포함하는, 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 펄스 진폭은 상기 제 1 펄스 진폭과 동일한,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 방전 튜브로부터 방출된 에너지가 상기 제 2 플라즈마로 전달(transfer)될 수 있도록 상기 제 1 방전 튜브 및 상기 제 2 방전 튜브를 배열하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마가 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 사이에 상기 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 플라즈마에 추가적인 에너지를 제공하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 플라즈마에 추가적인 에너지를 제공하는 단계는 AC 또는 RF 글로우 방전 소스를 추가하는 단계를 포함하는,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마가 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 제 1 다수의 전력 펄스들 사이에 상기 플라즈마를 지속시키기 위해 PECVD 시스템의 컴포넌트에 에너지를 가하는 단계를 더 포함하는,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
제 10 항에 있어서,
PECVD의 컴포넌트에 에너지를 가하는 단계는 지원 가스 튜브(support gas tube), 공급원료 가스 튜브, 기판, 격납 실드(containment shiled), 및 플라즈마 종 추출 그리드(plasma species extraction grid) 중 적어도 하나의 적어도 일부에 에너지를 가하는 단계를 포함하는,
기판 상에 막을 증착하기 위한 방법.
플라즈마를 생성하기 위한 방법으로서,
펄스 진폭 및 최초 전력 진폭을 포함하는 전력 신호를 생성하는 단계 ― 상기 최초 전력 진폭은 상기 펄스 진폭보다 작음 ―;
제 1 안테나로 상기 전력 신호를 제공하는 단계;
상기 전력 신호를 이용하여 상기 제 1 안테나 주위에 플라즈마를 생성하는 단계;
상기 전력 신호가 상기 펄스 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마가 재점화되지 않도록 상기 전력 신호가 상기 최초 전력 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마를 지속시키는 단계
를 포함하는, 플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 전력 신호를 생성하는 단계는 마이크로파 전력 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 전력 신호를 생성하는 단계는 펄스형 DC 전력 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 전력 신호가 상기 펄스 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마가 재점화되지 않도록 상기 전력 신호가 상기 최초 전력 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 전력 신호를 변조하는 단계를 더 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 전력 신호를 변조하는 단계는, 상기 전력 신호가 상기 펄스 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마가 재점화되지 않도록 상기 전력 신호가 상기 최초 전력 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 최초 전력 진폭이 충분하도록 상기 최초 전력 진폭을 변조하는 단계를 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
제 2 펄스 진폭 및 제 2 최초 전력 진폭을 포함하는 제 2 전력 신호를 생성하는 단계 ― 상기 제 2 최초 전력 진폭은 상기 제 2 펄스 진폭보다 작음 ―;
제 2 안테나로 상기 제 2 전력 신호를 제공하는 단계;
상기 제 2 전력 신호를 이용하여 상기 제 2 안테나 주위에 제 2 플라즈마를 생성하는 단계; 및
상기 전력 신호가 상기 제 2 펄스 진폭에 있을 때 상기 제 2 플라즈마가 재점화되지 않도록 상기 제 2 전력 신호가 상기 제 2 최초 전력 진폭에 있는 동안 상기 제 2 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 전력 신호 및 상기 제 2 전력 신호를 페이징하는 단계
를 더 포함하는, 플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 제 2 펄스 진폭은 상기 펄스 진폭과 동일한,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 전력 신호가 상기 펄스 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마가 재점화되지 않도록 상기 전력 신호가 상기 최초 전력 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 플라즈마에 추가적인 에너지를 제공하는 단계를 더 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 플라즈마에 추가적인 에너지를 제공하는 단계는 AC 또는 RF 글로우 방전 소스를 추가하는 단계를 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 전력 신호가 상기 펄스 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마가 재점화되지 않도록 상기 전력 신호가 상기 최초 전력 진폭에 있는 동안 상기 플라즈마를 지속시키기 위해 PECVD 시스템의 컴포넌트에 에너지를 가하는 단계를 더 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 21 항에 있어서,
PECVD 시스템의 컴포넌트에 전력을 인가하는 단계는 지원 가스 튜브, 공급원료 가스 튜브, 기판, 격납 실드, 및 플라즈마 종 추출 그리드 중 적어도 하나의 적어도 일부에 에너지를 가하는 단계를 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 플라즈마를 이용하여 적어도 하나의 플라즈마 종을 생성하는 단계; 및
표면 변경, 막 형성, 막의 화학적 성질 변경 및 막 구조 변경 중 적어도 하나를 포함하여, 기판 표면을 처리하기 위해 상기 적어도 하나의 플라즈마 종을 이용하는 단계
를 더 포함하는, 플라즈마를 생성하기 위한 방법.
플라즈마를 생성하기 위한 시스템으로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내부에 하우징되는 방전 튜브;
상기 방전 튜브에 인가될 수 있는 마이크로파 전력 신호를 생성하도록 구성되는 마그네트론(magnetron) ― 상기 마이크로파 전력 신호는 상기 방전 튜브 주위에 플라즈마를 생성함 ―;
상기 마그네트론으로 다수의 펄스들을 포함하는 전력 신호를 제공하도록 구성되는 전력 공급기 ― 각각의 상기 다수의 펄스들은 제 1 펄스 진폭을 가짐 ―; 및
상기 플라즈마가 각각의 상기 다수의 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 다수의 펄스들 사이에 플라즈마를 지속시킬 수 있는 전력 소스
를 포함하는, 플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 24 항에 있어서,
상기 전력 소스는 상기 제 1 방전 튜브인,
플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 25 항에 있어서,
상기 전력 공급기는, 상기 플라즈마가 각각의 상기 다수의 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 다수의 펄스들 사이에 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 마그네트론으로의 상기 전력 신호를 변조하도록 구성되는,
플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 25 항에 있어서,
상기 전력 공급기는, 최초 펄스 진폭으로부터 상기 제 1 펄스 진폭으로 각각의 상기 다수의 펄스들을 펄싱 업하고 그 후 상기 최초 펄스 진폭으로 복귀시키기 위해 상기 전력 신호를 변조하도록 구성되고, 상기 최초 펄스 진폭은 상기 플라즈마가 각각의 상기 다수의 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 다수의 펄스들 사이에 상기 플라즈마를 지속시키기에 충분한,
플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 24 항에 있어서,
상기 전력 소스는 상기 진공 챔버 내부에 하우징되는 제 2 방전 튜브를 포함하는,
플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 28 항에 있어서,
상기 전력 공급기는 제 1 전력 공급기이고, 상기 시스템은:
상기 제 2 방전 튜브에 인가될 수 있는 제 2 마이크로파 전력 신호를 생성하도록 구성되는 제 2 마그네트론 ― 상기 제 2 마이크로파 전력 신호는 상기 제 2 방전 튜브 주위에 제 2 플라즈마를 생성함 ―;
상기 제 2 마그네트론으로 제 2 다수의 펄스들을 포함하는 제 2 전력 신호를 제공하도록 구성되는 제 2 전력 공급기 ― 각각의 상기 제 2 다수의 펄스들은 제 2 펄스 진폭을 가짐 ―; 및
상기 제 2 플라즈마가 각각의 상기 제 2 다수의 펄스들 동안 재점화되지 않도록 각각의 상기 제 2 다수의 펄스들 사이에 상기 제 2 플라즈마를 지속시키기 위해 상기 다수의 펄스들 및 상기 제 2 다수의 펄스들을 페이징하도록 상기 제 1 전력 공급기 및 상기 제 2 전력 공급기에 연결되는 제어 시스템
을 더 포함하는, 플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 29 항에 있어서,
상기 제 1 전력 공급기 및 상기 제 2 전력 공급기는 통합되는,
플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 24 항에 있어서,
상기 전력 소스는 지원 가스 튜브, 공급원료 가스 튜브, 기판, 격납 실드, 및 플라즈마 종 추출 그리드 중 적어도 하나인,
플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 24 항에 있어서,
상기 전력 소스는 AC 또는 RF 글로우 방전 소스인,
플라즈마를 생성하기 위한 시스템.
제 24 항에 있어서,
기판; 및
표면 변경, 막 형성, 막의 화학적 성질 변경 및 막 구조 변경 중 적어도 하나를 포함하여, 상기 기판의 표면을 처리하기 위해 상기 플라즈마에 의해 생성되는 적어도 하나의 플라즈마 종
을 더 포함하는, 플라즈마를 생성하기 위한 시스템.