KR20120128581A - 플라즈마 애플리케이션용 대면적 ｉｃｐ 소스 - Google Patents

Abstract

유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 에너지를 커플링하기 위한 어레인지먼트이다. RF 코일 또는 RF 라디에이터는 챔버의 천장에 형성된 홈에 임베딩되고, 절연 필러가 홈 내의 코일을 커버한다. 천장은 2 개의 플레이트들: 도전성 재료로 형성된 상부 플레이트 및 유전체 재료로 형성된 하부 플레이트로 형성될 수도 있다. 2 개의 플레이트들은 물리적으로 접촉하고 있다. 코일로부터의 자기장의 확산을 제어하기 위해 코일 위의 자기 쉴드가 제공될 수도 있다. 열 제어를 제공하기 위해 도전성 플레이트 내에 유체 채널들이 제조될 수도 있다. 또한, 금속 플레이트와 유전체 플레이트 사이의 공간으로 가스를 주입하도록 허용하기 위해 유체 도관이 제공될 수도 있다.

Description

플라즈마 애플리케이션용 대면적 ＩＣＰ 소스{LARGE AREA ICP SOURCE FOR PLASMA APPLICATION}

본 개시물은 유도 결합 플라즈마 (inductively-coupled plasma; ICP) 챔버에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 평판 디스플레이, 태양 전지 등의 제조에 사용된 것과 같은 대면적 천장 (ceiling) 을 갖는 ICP 챔버에 관한 것이다.

관련 기술

본 출원은 2011 년 5 월 17 일자로 출원된 미국 가출원 제 61/487,238 호의 우선권을 주장하며, 이 개시물은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.

유도 결합 플라즈마 챔버는 종래 기술에 잘 알려져 있다. 도 1 은 실리콘 웨이퍼에서의 집적 회로들의 제조를 위해 일반적으로 사용된 ICP 챔버의 종래의 설계를 나타낸다. 진공 챔버 (100) 는 프로세싱된 기판 (110) 을 지지하기 위해 챔버 안에 배치된 받침대 (pedestal, 105) 를 갖는다. RF 제너레이터 (125) 가 코일 (115) 에 커플링되고, 이 코일은 유전체 윈도우 (120) 위에 배치된다. 유전체 윈도우 (120) 는 기본적으로 진공 챔버 (100) 의 천장으로서 역할을 한다.

종래 기술의 어레인지먼트는 반도체 기판들을 프로세싱하기 위해 작동 가능하다. 그러나, 기판이 표준 반도체 웨이퍼, 예를 들어 평판 디스플레이 기판보다 큰 경우, 또는 태양 전지용과 같은 몇몇 기판들이 챔버 안에서 동시에 프로세싱되는 경우, 진공 챔버의 사이즈가 훨씬 크다. 그 결과, 유전체 윈도우 천장이 커질 필요가 있다. 유전체 윈도우가 더 커지는 경우, 또한, 챔버 안에 진공이 유도될 때 대기의 힘을 견디도록 더 두꺼워질 필요가 있다. 그러나, 유전체 윈도우가 더 두꺼운 경우, 코일은 프로세싱 기판으로부터 더 멀어지고, 두꺼운 윈도우는 챔버 안에 플라즈마를 지속시키기 위한 RF 에너지의 비효율적인 커플링을 야기한다.

따라서, ICP 챔버, 심지어는 보다 큰 천장 및 코일을 갖는 챔버들에 대한 개선된 어레인지먼트가 필요하다.

다음의 개요는, 본 개시물의 몇몇 양태들 및 피처들의 기본적인 이해를 제공하기 위해서 포함된다. 이 요약은 본 발명의 포괄적인 개관이 아니며, 본 발명의 핵심적이고 또는 중요한 엘리먼트들을 특별히 식별하거나 또는 본 발명의 범위를 상세히 기술하도록 의도되지 않는다. 그 유일한 목적은, 이하에 제시된 보다 상세한 설명에 대한 전제부로서 본 발명의 일부 개념들을 간단한 형태로 나타내기 위한 것이다.

본 발명의 양태들은 임의의 사이즈 챔버에 대해 구현될 수 있고, 플라즈마를 유지하기 위해 챔버 안으로의 RF 에너지의 효율적인 커플링을 가능하게 하는 ICP 어레인지먼트를 제공한다.

개시된 양태들에 따르면, RF 코일은 유전체 윈도우 안에 임베딩된다. 각종 실시형태들에 따르면, RF 코일은 진공 챔버 안에 배치되지만, 플라즈마에는 노출되지 않는다.

일 실시형태에 따르면, 유전체 윈도우는 실질적으로 유전체 재료로 제조된 평판으로서 형성된다. 유전체 윈도우 내에 홈이 형성되고, 이 홈에 RF 코일이 삽입된다. RF 코일과 홈을 실링하기 위해서 절연 필러 (insulating filler) 가 제공된다. 홈은 유전체 윈도우의 상부 측에 형성될 수도 있고, 이 경우 코일은 대기 중에 있으며, 또는 홈은 플레이트의 하부 측에 형성될 수 있고, 이 경우 코일은 진공 환경에 있다.

추가의 실시형태들에 따르면, 유전체 윈도우는 실질적으로 금속으로 형성된 평판으로서 형성된다. 금속 플레이트 내에 홈이 형성되고, 이 홈에 RF 코일이 삽입된다. 도전성 커버가 코일 위에 배치되어, 이것은 코일 위에 자기 차폐를 제공하지만, 코일 아래에서는 자기장이 발할 수 있고 플라즈마를 챔버 내에 유지시킨다. RF 코일을 갖는 홈과 커버를 실링하기 위해 절연 필러가 제공된다. 필러는 코일과 실드 사이, 실드와 유전체 플레이트 사이, 또는 양자 모두에 제공될 수 있다. 유전체 플레이트는, 코일을 진공으로부터 절연시키지만 챔버 안으로의 자기장을 허용하도록 도전성 플레이트의 하면에 제공된다.

추가의 실시형태들에 따르면, 열적 제어를 제공하도록, 도전성 플레이트 내에 유체 채널들이 제공될 수도 있다. 또한, 가스, 예컨대 아르곤 또는 질소를 금속 플레이트와 유전체 플레이트 사이의 공간으로 펌핑하는 것을 허용하여, 그들 사이에 포지티브 압력을 생성하도록 가스 도관이 제공될 수도 있다.

본 발명의 다른 양태들 및 피처들은 다음의 도면들을 참조하여 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 도면들은, 첨부된 청구항들에 의해 정의되는, 본 발명의 각종 실시형태들의 각종 비 제한적인 예들을 제공한다.

본 상세한 설명에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 각종 실시형태들을 예시하며, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 예시하는 기능을 한다. 도면들은 예시적인 실시형태들의 주요 피처 (feature) 들을 개략적 방식으로 나타내도록 의도된다. 도면들은 실제 실시형태들의 모든 피처를 도시하거나 도시된 엘리먼트들의 상대적인 치수를 도시하도록 의도되지 않고, 따라서 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.
도 1 은 실리콘 웨이퍼 내에서 집적 회로의 제조에 일반적으로 사용된 ICP 챔버의 종래의 설계.
도 2a 내지 도 2d 는 개시된 실시형태들에 따른 ICP 챔버와 유전체 천장 및 코일 어레인지먼트의 개략적인 예시들.
도 3 은 일 실시형태에 따른 다른 천장 및 코일 어레인지먼트.
도 4는 일 실시형태에 따른 또 다른 천장 및 코일 어레인지먼트.
도 5 는, 도 3 또는 도 4 의 실시형태들에 대해 이루어질 수도 있는 2 개의 변형들.
도 6 은 개시된 다른 실시형태들의 다소의 조합인 다른 실시형태.

이제, 임베딩된 코일을 사용하여 RF 에너지의 효율적인 커플링을 가능하게 하는 각종 실시형태들의 설명이 제공된다. 몇몇 실시형태에서, RF 코일은 대기 환경에 있는 한편, 다른 실시형태들에서 코일은 프로세싱 챔버의 진공 환경 내에 있다.

도 2a 는 프로세싱 챔버의 일 실시형태를 나타내고, 이 챔버에서 RF 코일은 유전체 윈도우 내에 임베딩되는 한편, 도 2b 및 도 2c 는 유전체 윈도우를 형성하는 천장 내에 임베딩된 코일의 어레인지먼트를 나타낸다. 도 1 의 대응하는 엘리먼트들에 관련된 도 2a 내지 도 2d 의 참조 부호들은 이 부호들이 2xx 시리즈들인 것을 제외하고 동일하다. 구체적으로 도시되지 않았지만, 도 2 의 실시형태의 챔버 (200) 는 도 1 의 챔버 보다 매우 클 수도 있고, 하나의 대형 기판 (210) 또는 여러 개의 보다 작은 기판들 (210) 을 프로세싱할 수도 있다. 따라서, 천장 (220) 은 천장 (120) 보다 더 크고, 또한 더 두꺼울 수도 있다. 그러나, 코일 (215) 을 플라즈마에 더 가까이 위치시키기 위해, 코일 (215) 은 유전체 윈도우 내에 임베딩된다.

도 2b 는 천장 (220) 의 (도 2c 의 실시형태 또는 도 2d 의 실시형태가 사용되는지 여부에 따라) 상면도 또는 하면도를 나타낸다. 도 2c 및 도 2d 의 단면 (A-A) 에서 볼 수 있는 바와 같이, 실질적으로 유전체 플레이트인 유전체 천장 안으로 홈 (230) 이 커팅된다. 이 홈에 코일 (215) 이 삽입되고, 홈은 실리콘 또는 에폭시 필링 (filling) (235) 과 같은 절연 재료로 채워진다. 도 2c 에 도시된 실시형태에 따르면, 홈은 상면, 즉 천장의 외부 표면에 형성되므로, 코일은 진공 챔버 밖에 배치된다. 역으로, 도 2d 의 실시형태에 따르면, 홈은 하면, 즉 천장의 내부 표면에 형성되므로, 코일은 챔버의 진공 환경 내에 있다. 두 실시형태들에서, 천장의 하면은 평평하게 유지되므로, 플라즈마는 여전히 평평한 천장을 "본다".

도 3 은 대형 프로세싱 챔버들에 특히 이로운 다른 천장 및 코일 어레인지먼트를 나타낸다. 도 3 의 실시형태를 이용하면, 유전체 윈도우는 천장의 사이즈에 관계없이 얇게 형성될 수 있다. 도 3 의 실시형태에 따르면, 천장은, 예를 들어 알루미늄, 스테인리스 스틸 등과 같은 금속 백플레이트 (322) 와 유전체 윈도우 (324) 의 샌드위치로 형성된다. 유전체 윈도우 (324) 는 백플레이트 (322) 에 부착될 수도 있고, 또는 브라켓 (350) 을 사용하여 고정될 수도 있고, 또는 양자 모두일 수도 있다. 그렇지 않으면, 백플레이트 (322) 및 유전체 윈도우 (324) 를 고정시키는 임의의 방법이 이용될 수 있다.

홈 (330) 은 금속 백플레이트의 하면부에 형성된다. 코일 (315) 은 이 홈에 상주하고, 유전체 윈도우 (324) 에 의해 커버된다. 금속 백플레이트 (322) 가 대기의 힘을 극복하기에 충분히 튼튼하기 때문에, 유전체 윈도우 (324) 는 얇게 형성될 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 코일은 홈 (330) 내에서 부유되고, 홈 내부에서는 진공이 유지될 수 있다. 그러나, 이러한 어레인지먼트를 이용하는 것은 코일 (315) 에 의해 발생된 자기장에 대한 불충분한 제어를 제공한다. 따라서, 다른 실시형태에 따라서, 코일 (315) 과 금속 백플레이트 (322) 사이에 자기장 성형 커버 (345) 가 제공된다. 커버 (345) 는, 페라이트 재료로 형성되고, 자기장을 적절하게 한정시키거나 또는 성형하기 위해 요구된 것과 같은 말굽 단면 또는 다른 형상을 가질 수도 있어서, RF 에너지는 플라즈마에 효율적으로 커플링된다.

이러한 어레인지먼트를 이용하여, 코일 (315) 이 너무 뜨거워지지 않도록, RF 에너지는 플라즈마에 효율적으로 커플링될 수 있다. 그러나, 코일 및/또는 커버의 열 제어가 필요한 경우, 코일 (315) 과 커버 (345) 사이의 공간 및/또는 커버 (345) 와 백플레이트 (322) 사이의 공간은 절연 재료 (340 및 335) 로 충진될 수도 있고, 그 중 하나는 열 전도성 실란트일 수도 있다.

도 4 는, 코일이 챔버의 진공측에 위치되는 일 실시형태에 따른 또 다른 천장 및 코일 어레인지먼트를 나타낸다. 이 어레인지먼트는 플라즈마로의 RF 에너지의 효율적인 커플링을 가능하게 하지만, 챔버의 사이즈에 상관없이 크고 두꺼운 유전체 윈도우를 요구하지 않는다. 이 실시형태에 따르면, 도 3 의 것과 마찬가지로, 천장 (422) 은 금속성 재료로 형성되고, 홈 (430) 내에 코일 및 커버 어레인지먼트를 포함한다. 그러나, 천장의 하면에 부착되는 큰 유전체 윈도우를 갖기보다는, 홈 (430) 만을 커버하기 위해 작은 유전체 플레이트들 (424) 이 제공된다.

도 5 는, 2 개의 변형을 나타내는데, 이 2 개의 변형들 중 하나의 변형은 도 3 의 실시형태에 따라서 제조될 수도 있지만, 둘 중 하나의 변형 또는 둘 다의 변형들은 도 4 에 도시된 실시형태에 따라서 제조될 수 있다. 도 5 의 실시형태에서, 백플레이트 (522) 는 능동적으로 냉각된다. 구체적으로, 유체 인렛 (570) 및 아웃렛 (575) 이 이용되어 백플레이트 (522) 내부에 형성된 채널들에서 냉각 유체를 순환시킨다. 냉각 유체는 온도 제어된 물일 수도 있다.

추가적으로, 씰 (555), 예를 들어, o-링이 유전체 윈도우 (524) 와 백플레이트 (522) 사이에 제공될 수 있다. 인렛 (560) 이, 유전체 윈도우와 백플레이트 사이의 공간으로 아르곤과 같은 가스를 펌핑하는 것을 가능하게 하여 프로세싱 챔버 내의 진공에 대해 포지티브 압력을 생성한다. 이는, 백플레이트 (522) 와 윈도우 (524) 사이의 공간으로 프로세싱 가스가 도달하는 것을 방지한다. 또한, 이 가스는 코일 (515) 및 커버 (545) 로부터 백플레이트 (522) 로의 열 전도를 돕는다. 가스를 홈에 주입하기 위해 가스 도관이 형성될 수도 있다.

도 6 은, 개시된 다른 실시형태들의 조합인 다른 실시형태를 나타낸다. 도 6 의 실시형태는 강도를 제공하는 상부 금속 플레이트 (622) 및 RF 커플링에 대한 투명성을 제공하는 저부 유전체 플레이트 (624) 로 이루어진 챔버 천장을 나타낸다. 유전체 플레이트 (624) 의 상부에 홈 (630) 이 형성된다. 코일 (615) 은 홈에 상주하고, 유전체 윈도우 (624) 에 의해 커버된다. 금속 백플레이트 (622) 가 대기의 힘을 극복하기에 충분히 강하기 때문에, 유전체 윈도우 (624) 는 얇게 형성될 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 코일은 홈 (630) 내에서 부유되고, 홈 내부에는 진공이 유지될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 절연 수지 (635) 가 코일 위의 홈에 공급된다. 둘 중 하나의 실시형태에서, 금속 백플레이트 내에 형성된 유체 도관을 이용하여 아르곤 또는 질소와 같은 가스를 주입함으로써 상부 및 하부 플레이트 사이의 공간에 포지티브 압력이 생성될 수 있다. 또한, 열 제어를 위해 금속성 플레이트 내에 유체 채널들이 형성될 수도 있다. 코일 위의 홈에 자기 쉴드가 위치될 수 있다.

본 발명이 그 특정 실시형태들을 참조하여 설명되지만, 이들 실시형태들에만 제한되지 않는다. 구체적으로, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 다양한 변화 및 변형들이 구현될 수도 있다. 예를 들어, 실시형태는 "천장" 으로 설명되지만, RF 에너지가 유전체 윈도우를 통해서 플라즈마 챔버에 커플링되는 임의의 상황에 이러한 실시형태들이 이용될 수도 있다는 것을 이해해야만 한다.

Claims (20)

1. 내부에 형성된 홈 (groove) 을 갖는 유전체 플레이트;
   상기 홈 내부에 위치된 RF 코일; 및
   상기 RF 코일 위의 상기 홈에 제공된 절연 수지를 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 홈은 상기 유전체 플레이트의 상부에 제공되어, 상기 RF 코일이 대기 환경에 위치되게 하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 홈은 상기 유전체 플레이트의 저부에 제공되어, 상기 RF 코일이 진공 환경에 위치되게 하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유전체 플레이트의 상부 표면에 부착되는 금속성 백플레이트를 더 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 RF 코일 위의 상기 홈에 위치되는 자기 쉴드를 더 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 유전체 플레이트와 상기 금속성 백플레이트 사이의 공간에 연결되어, 상기 유전체 플레이트와 상기 금속성 백플레이트 사이에 포지티브 압력을 발생시키도록 상기 공간으로의 가스 주입을 가능하게 하는 유체 도관을 더 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 금속성 백플레이트의 온도를 제어하기 위해 상기 금속성 백플레이트 내부로의 열 제어 유체 주입을 가능하게 하는, 상기 금속성 백플레이트 내에 유체 도관을 더 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
8. 내부에 형성된 홈 (groove) 을 갖는 금속성 백플레이트;
   상기 홈 내부에 위치된 RF 코일;
   상기 금속성 백플레이트에 부착되고 상기 홈을 커버하는 유전체 플레이트; 및
   상기 홈에 제공된 절연 수지를 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 홈은 상기 금속성 백플레이트의 저부에 제공되어, 상기 RF 코일이 진공 환경에 위치되게 하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 RF 코일 위의 상기 홈에 위치되는 자기 쉴드를 더 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유전체 플레이트와 상기 금속성 백플레이트 사이의 공간에 연결되어, 상기 유전체 플레이트와 상기 금속성 백플레이트 사이에 포지티브 압력을 발생시키도록 상기 공간으로의 가스 주입을 가능하게 하는 유체 도관을 더 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속성 백플레이트의 온도를 제어하기 위해 상기 금속성 백플레이트 내부로의 열 제어 유체 주입을 가능하게 하는, 상기 금속성 백플레이트 내에 유체 도관을 더 포함하는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연 수지는 상기 RF 코일과 상기 자기 쉴드 사이, 상기 자기 쉴드와 상기 백플레이트 사이 또는 상기 RF 코일과 상기 자기 쉴드 사이 및 상기 자기 쉴드와 상기 백플레이트 사이 모두에 제공되는, 유도 결합 플라즈마 챔버용 RF 어플리케이터.
14. 금속성 백플레이트를 제조하는 단계;
    상기 금속성 백플레이트의 저부 표면에 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈에 RF 라디에이터를 삽입하는 단계;
    유전체 플레이트를 제조하는 단계; 및
    상기 홈을 커버하기 위해 상기 금속성 백플레이트의 상기 저부 표면에 상기 유전체 플레이트를 부착하는 단계를 포함하는, 플라즈마 챔버용 RF 전력 어플리케이터를 제조하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 홈에 절연 수지를 공급 (pouring) 하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 챔버용 RF 전력 어플리케이터를 제조하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    자기 쉴드를 제조하여, 상기 RF 라디에이터 위의 상기 홈에 상기 자기 쉴드를 삽입하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 챔버용 RF 전력 어플리케이터를 제조하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속성 백플레이트의 상기 저부 표면과 상기 유전체 플레이트의 상부 표면 사이의 공간내에서 상기 금속성 백플레이트의 상기 저부 표면으로의 가스 주입을 가능하게 하기 위해 상기 금속성 백플레이트 내에 가스 도관을 드릴링 (drilling) 하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 챔버용 RF 전력 어플리케이터를 제조하는 방법.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 홈으로의 가스 주입을 가능하게 하기 위해 상기 금속성 백플레이트 내에 가스 도관을 드릴링하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 챔버용 RF 전력 어플리케이터를 제조하는 방법.
19. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속성 백플레이트 내의 온도 제어 유체의 순환을 가능하게 하기 위해 상기 금속성 백플레이트 내에 유체 도관을 드릴링하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 챔버용 RF 전력 어플리케이터를 제조하는 방법.
20. 제 14 항에 있어서,
    상기 유전체 플레이트는 복수의 유전체 윈도우들을 포함하는, 플라즈마 챔버용 RF 전력 어플리케이터를 제조하는 방법.
    
    

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