KR20130044170A - 텍스쳐된 내플라즈마 코팅을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트는 코팅의 플라즈마 노출 표면이 플라즈마 노출 표면에 막 축적 (film buildup) 으로부터 입자 생성을 방지하는 텍스쳐를 가지는 고밀도 내플라즈마 코팅을 가지는 3차원 몸체를 포함한다. 컴포넌트는 창이 텍스쳐된 산화이트륨 코팅을 포함하는 유도적으로 결합된 플라즈마 반응장치의 창일 수 있다. 텍스쳐는 플라즈마 노출 표면을 1 내지 2 마이크로미터의 깊이를 가지는 교차하는 스크래치를 제공하는데 효과적인 그릿 (grit) 크기를 가지는 폴리싱 패드와 접촉시킴으로써 제공될 수 있다.

Description

텍스쳐된 내플라즈마 코팅을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트{COMPONENTS OF PLASMA PROCESSING CHAMBERS HAVING TEXTURED PLASMA RESISTANT COATINGS}
본 출원은, 2011년 10월 21일자로 출원된 미국 가출원 제 61/549,895 호에 대해 35 U.S.C. §119(e) 하에서 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 반도체 기판이 처리되는 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트들에 관한 것이다.
도 1에서 유도적으로 결합된 플라즈마 프로세싱 시스템 컴포넌트들의 단순화된 다이어그램이 보여진다. 일반적으로, 플라즈마 챔버 (202) 는 챔버의 측벽을 형성하는 바닥 챔버 부분 (250), 역시 챔버의 측벽을 형성하는 상부 챔버 부분 (244) 및 덮개 (252) 로 구성되어 있다. 가스의 적절한 조합이 가스 분배 시스템 (222) 으로부터 챔버 (202) 로 흘러 들어간다. 이러한 플라즈마 프로세싱 가스들은 정전 척 (척) (216) 위에 가장자리 링 (215) 과 함께 위치한, 반도체 기판 또는 유리판과 같은 기판 (224) 의 노출된 영역을 처리 (예를 들어, 에칭 또는 증착) 하기 위한 플라즈마 (220) 를 형성하기 위해 계속해서 이온화될 수 있다. 가스 분배 시스템 (222) 은 일반적으로 플라즈마 프로세싱 가스 (예를 들어, C4F8, C4F6, CHF3, CH2F3, CF4, HBr, CH3F, C2F4, N2, O2, Ar, Xe, He, H2, NH3, SF6, BCl3, Cl2, 등) 들을 포함하는 압축된 가스 실린더 (도시하지 않음) 로 구성되어 있다.
유도 코일 (231) 은 챔버의 상부 벽을 형성하는 유전체 창 (204) 에 의해서 플라즈마로부터 분리되며, 일반적으로 플라즈마 프로세싱 가스들 내에 시변 (time-varying) 전류를 유도하여 플라즈마 (202) 를 생성한다. 그 창은 플라즈마 (220) 로부터 유도코일을 보호하고, 발생된 RF 장 (field) (208) 이 플라즈마 프로세싱 챔버내에서 유도 전류 (211) 를 생성하도록 한다. RF 발생기 (234) 에 또한 결합될 수 있는 정합 네트워크 (232) 는 유도 코일 (231) 에 또한 결합된다. 정합 네트워크 (232) 는 일반적으로는 약 13.56 MHz와 약 50 옴에서 동작하는 RF 발생기 (234) 의 임피던스를 플라즈마 (220) 의 임피던스에 정합하려는 시도를 한다. 게다가, 제 2 RF 에너지원 (238) 은 플라즈마에 대한 바이어스를 만들고, 플라즈마를 플라즈마 프로세싱 시스템 내부에 있는 구조들로부터 멀어지고 기판을 향하는 방향으로 하기 위해서 정합 네트워크 (236) 를 통해 기판 (224) 에 결합될 수 있다. 가스와 부산물들은 펌프 (220) 에 의해 챔버로부터 제거된다.
일반적으로, 몇몇 냉각 시스템 (240) 은 일단 플라즈마가 점화되면 열적 평형상태를 이루기위해서 척 (216) 에 결합된다. 냉각 시스템 자체는 보통 척의 내부에 구멍을 통해 냉각제를 주입하는 냉각기, 척과 기판 사이에 주입되는 헬륨 가스로 구성된다. 발생된 열을 제거하는 것에 더하여, 헬륨 가스는 또한 냉각 시스템이 열 소산을 빠르게 제어할 수 있도록 한다. 즉, 헬륨의 압력을 증가시키는 것은 열전달율을 증가시킨다. 대부분의 플라즈마 프로세싱 시스템들은 또한 운영 소프트웨어 프로그램을 포함하는 정교한 컴퓨터들에 의해 제어된다. 전형적인 운영 환경에서, 제조 공정 매개변수들 (예를 들어, 전압, 가스 흐름의 혼합, 가스 흐름 속도, 압력 등) 은 일반적으로 특별한 플라즈마 프로세싱 시스템과 구체적인 방법을 위해 설정된다.
게다가, 가열 및 냉각 장치 (246) 들은 플라즈마 프로세싱 장치들 (202) 의 상부 챔버 부분 (244) 의 온도를 제어하기 위해 작동하여, 작동 중에 플라즈마에 노출되어 있는 상부 챔버 부분 (244) 의 안쪽 표면은 제어된 온도로 유지된다. 가열 및 냉각 장치들 (246) 은 가열 및 냉각 작동을 모두 제공하는 몇몇 상이한 층들의 물질에 의해 형성된다.
상부 챔버 부분 자체는 보통 접지되거나 플라즈마 프로세싱 시스템 내부에서 발생되는 RF 장 (field) 이 투과하는 내플라즈마 물질 (예를 들어, 코팅되거나 코팅되지 않은 알루미늄, 세라믹 등) 들로 구성되었다.
예를 들어, 상부 챔버 부분은 그것의 클리닝 또는 대체를 위해 제거될 수 있는 가공된 알루미늄 조각일 수 있다. 상부 챔버 부분의 안쪽 표면은 바람직하게는 열적으로 뿌려진 산화이트륨 코팅과 같은 내플라즈마 물질로 코팅되어 있다. 이러한 형태의 세라믹 코팅들은 쉽게 손상되는 점과 몇몇 플라즈마 프로세스의 민감한 공정으로 인해 클리닝이 문제가 되어, 클리닝을 위해 제거하는 것보다 상부 챔버 부분을 교체하는 것이 때때로 선호된다.
게다가, 상부 챔버 부분이 바닥 챔버 부분과 제대로 정렬되어야 일련의 개스킷들이 상부 챔버 부분을 제대로 밀폐하기 때문에, 유지보수 후에 상부 챔버 부분을 정확하게 다시 자리잡는 것이 종종 어렵다. 약간의 오정렬은 적절한 설치를 불가능하게 한다.
상부 챔버 부분에서의 물질의 부피는 또한 플라즈마 프로세싱 시스템에 상당한 열 질량을 더하는 경향이 있다. 열 질량은 확장 기간 동안 물질이 열 에너지를 저장할 수 있는 수용력을 나타낸다. 일반적으로, 플라즈마 프로세스는 온도 변화에 매우 민감한 경향이 있다. 예를 들어, 설치된 프로세스 창 밖에서의 온도 변화는 기판 표면에서 폴리플루오로카본 (poly-fluorocarbon) 과 같은 고분자막의 에칭율 또는 증착율에 직접적으로 영향을 미친다. 많은 플라즈마 프로세싱 방법들이 대략 수십 도씨 (℃) 의 온도 변화를 요구하기 때문에, 기판 사이의 온도 반복성이 종종 요구된다. 이러한 점 때문에, 상부 챔버 부분은 실질적으로 기존의 매개변수들 안에서 플라즈마 공정을 유지하기 위해서 종종 가열되거나 냉각된다.
플라즈마가 점화되면서, 기판은 계속해서 측정되고 냉각 시스템을 통해서 제거되는 열 에너지를 흡수한다. 마찬가지로, 상부 챔버 부분은 열적으로 제어될 수 있다. 그러나, 이전의 상부 챔버 부분은 훨씬 낮은 온도인 약 60 ℃에서 동작했던 반면에, 플라즈마 프로세싱은 다단계의 프로세싱 동안에 온도 변화를 요구할 수 있고, 상부 챔버 부분을 100 ℃ 이상, 예를 들어, 120, 130, 140, 150 또는 160 ℃, 또는 그들 사이의 어떤 온도로 가열하는 것이 필요할 수 있다. 더 높은 온도는 바닥 챔버 부분과 같은 인접한 컴포넌트들의 온도를 원치 않게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상부 챔버 부분과 덮여있는 유전체 창을 약 130 부터 150 ℃ 의 온도, 그리고 바닥 챔버 부분을 약 30 ℃ 주위의 온도에서 동작시키고자 한다면, 훨씬 더 뜨거운 상부 챔버 부분의 열이 바닥 챔버 부분으로 흐르게 되고 반도체 기판에서 보면 플라즈마 프로세싱 조건에 충분히 영향을 미칠만큼 온도를 올린다. 그래서, 상부 챔버 부분으로부터 발생된 열 흐름의 변화는 기판 온도가 좁은 레시피 매개변수의 밖에서 변화하는 것을 야기할 수도 있다.
앞서 말한 것을 고려하여, 플라즈마 프로세싱 시스템에서 플라즈마 프로세싱을 최적화하는데 협력하는 요구되어지는 특징들을 가지는 대체할 수 있는 상부 챔버 부분들은 관심대상이다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트는 코팅의 플라즈마 노출 표면이 플라즈마 노출 표면에 막 축적 (film buildup) 으로부터 입자 생성을 방지하는 텍스쳐를 가지는 고밀도 내플라즈마 코팅을 가지는 3차원 몸체를 포함한다. 코팅은 바람직하게는 에어로졸 증착법에 의해 증착되어 10 내지 60 마이크로미터의 두께를 가진다. 코팅은 바람직하게는 1 체적 % 이하의 다공성과 적어도 99.9 중량 % Y2O3의 산화이트륨 함유량을 가지는 산화이트륨 코팅이다. 텍스쳐는 바람직하게는 교차하는 스크래치들 사이에 위치한 0.01 마이크로미터 이하의 거칠기 (Ra) 를 가지는 평활한 영역이 있는 1 내지 2 마이크로미터의 깊이를 가지는 교차하는 스크래치를 포함한다. 교차하는 스크래치들의 거칠기 (Ra) 는 바람직하게는 0.3 내지 0.5 마이크로미터이고, 더 바람직하게는 약 0.4 마이크로미터이다.
도 1은 플라즈마 프로세싱 시스템의 간단한 다이어그램이다.
도 2는 이 문서에 기술된 창을 포함할 수 있는 예시적인 플라즈마 챔버의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3i는 하나의 실시예에 따른 세라믹 창의 세부사항이다.
본 발명은 이제 첨부된 도면에 도시된 몇몇의 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 다음 설명에서는, 수많은 특정 세부사항들은 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시되었다. 그러나, 본 발명이 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람들에게는 이러한 구체적 상세설명이 없이도 실시될 수도 있다는 것은 명백하다. 다른 예에서, 잘 알려진 프로세스 단계 및/또는 구조는 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해서 기술되지 않았다. 문서에서 사용된 "약"이라는 용어는 열거된 값이 최대 10 % 이상 또는 이하의 값을 포함하는 것으로 이해된다.
도 2에서 도시된 것과 같은 플라즈마 챔버의 컴포넌트들이 이 문서에서 기술된다. 그 컴포넌트들은 세라믹 창과 창의 개구부에 장치된 가스 인젝터를 포함한다.
도 2에 보여진 플라즈마 시스템은 하부 챔버 (12) 및 상부 챔버 (14) 를 포함하는 챔버 (10) 를 포함한다. 상부 챔버 (14) 는 유전체 창 (16) 을 지지하는 최상부 챔버 인터페이스 (15) 를 포함한다. RF 코일 (18) 은 창 위에 가로놓여 있으며, 챔버 내에서 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너지화하기 위한 RF 전력을 공급한다. 최상부 가스 인젝터는 가스 공급 라인 (20) 으로부터 프로세스 가스를 배달하기 위해 창의 중앙에 장치되어 있다.
도 3a는 가스 인젝터를 수용할 중앙 개구부 (16a), 온도 센서의 수용을 위한 상부 표면 (16c) 의 블라인드 홀 (blind hole) (16b), 바깥쪽 표면 (16f) 의 바닥 플랜지 (16e) 의 클러킹 피쳐 (16d) 를 포함하는 창 (16) 의 세부사항을 보여준다. 도 3b는 이트륨 산화물과 같은 텍스쳐링된 세라믹 코팅 (16h) 을 포함하는 플라즈마 노출된 표면의 바깥쪽인 진공 씰링 (sealing) 표면 (16g) 를 도시하는 도 3a에 도시된 창의 저부 도면이다. 도 3c는 창의 단면이고, 도 3d는 둥근 요홈부 (16i) 가 측벽 (16f) 으로 확장된 창의 외측 둘레의 단면도이다. 도 3e는 도 3c에 상세 E에 있는 블라인드 보어 (blind bore) (16b) 들 중 하나의 더 상세한 것들과 치수를 보여준다. 도 3f는 단일 위치에서 창의 측면으로 0.625 인치의 반지름을 가지고 요홈부인 클러킹 피쳐 (16d) 의 더 상세한 것들과 치수를 보여주며 요홈부의 가장자리는 반지름의 중앙과 90°를 이룬다. 도 3g는 창의 세부사항과 크기를 보여준다. 도 3h는 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 의 확대도의 평면도를 도시하고, 도 3i는 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 의 단면을 보여준다.
도 3a에서와 같이, 창 (16) 은 120° 떨어져서 위치한 세 개의 방사형 레이져로 새겨진 마크 (16j) 와 더 긴 마크 (16j) 중 하나로부터 약 32° 떨어진 하나의 짧은 마크 (16k) 를 포함한다. 이러한 마크들은 시각적인 정렬 및 가스 인젝터가 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 에 설치될 때 견고함을 측정하기 위해 사용된다.
도 3b는 고리 모양의 진공 씰링 (sealing) 표면 (16g) 이 텍스쳐된 코팅 (16h) 을 둘러싸고 있는 창 (16) 의 저부 도면을 보여준다. 창은 바람직하게는 직경이 약 22 인치이고 진공 씰 (seal) (16k) 은 폭이 약 0.5 내지 1 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치의 고리모양의 영역이다. 창은 바람직하게는 창의 바닥을 가로질러 평평하며 진공 씰링 (sealing) 표면은 산화이트륨 코팅에 직접적으로 형성된다. 진공 씰링 (sealing) 표면은 코팅의 부드러운 부분상에 있으며, 코팅은 진공 씰 (seal) 의 안쪽으로 텍스쳐된다.
도 3c는 둥근 요홈부 (16i) 가 측면 (16f) 까지 계속되고 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 는 작은 직경 구멍 (16l) 과 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 를 형성하는 세 개의 플랜지 (16n) 와 세개의 슬롯 (16o) 이 있는 더 넓은 요홈부 (16m) 을 포함하는 창 (16) 의 단면이다. 요홈부 (16m) 의 바닥은 가스 인젝터의 일부에 진공 씰 (seal) 을 결합한 진공 씰링 (sealing) 표면 (16p) 이다.
도 3d는 측벽 (16f) 까지 약 0.4 인치를 연장하는 환형 홈 (16i) 을 세부사항을 도시하며 홈 (16i) 의 둥근 바닥은 창 (16) 의 상부 표면으로부터 약 0.6 인치에 위치한 홈 (16i) 의 중앙을 가지고 약 0.25 인치의 반지름을 갖는다. 홈 (16i) 은 둥근 바닥부터 측면 (16f) 까지 연장되는 평행한 벽 (wall) 을 가지며 홈 (16i) 의 가장자리와 창의 바깥쪽 가장자리는 약 0.05 인치의 반지름을 가지도록 둥글게 되어 있다. 창 (16) 은 바람직하게는 약 1 인치의 균일한 두께를 가지며, 바람직하게는 고순도의 알루미나로 만들어진다.
도 3e는 블라인드 홀 (16b) 의 하부는 약 0.13 인치의 직경을 가지고 블라인드 홀 (16b) 의 상부는 블라인드 홀 (16b) 의 입구에서 직경이 약 0.4 인치가 되도록 테이퍼지는 블라인드 홀 (blind hole) (16b) 들 중 하나의 세부사항을 보여준다.
도 3f는 홈 (16i) 의 일부분을 형성하는 바닥 플랜지 (16e) 를 관통하여 창 (16) 의 하부 표면으로 연장되는 클러킹 피쳐 (16d) 의 세부사항을 보여준다. 클러킹 피쳐는 약 0.6 인치의 반지름을 가지고 클러킹 피쳐 (16d) 의 곡률의 중심은 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 의 중심에서 약 11.4 인치 떨어져서 위치한다.
도 3g는 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 에 관하여 블라인드 홀 (16b) 의 위치를 보여주는 창의 단면도이다. 블라인드 홀 (blind hole) (16b) 들은 180° 떨어져 있고 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 의 중앙으로부터 약 5.6 인치 떨어져서 위치하고 있다. 두 개의 블라인드 홀 (blind hole) 들이 도시된 반면, 창은 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 로부터 약 5.6 인치 떨어져서 위치하는 하나의 블라인드 홀 (blind hole) 을 가질 수도 있다.
도 3h는 세 개의 슬롯 (16o) 들이 세 개의 플랜지 (16n) 들 사이에 위치하는 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 의 세부사항을 보여준다. 각각의 플랜지들 (16n) 은 약 58°로 연장되고 각각의 플랜지 (16n) 의 안쪽 가장자리는 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 의 중심으로부터 약 1 인치 떨어져 있다. 슬롯들 (16o) 은 베이어넷 (bayonet) 개구부 (16a) 의 중심으로부터 약 1.15 인치의 반지름을 가지는 원통형 요홈부 (16m) 의 부분들에 의해 형성된다. 도 3i에서 보여지듯이, 원통형의 요홈부 (16m) 는 플랜지 (16n) 아래로 연장되고, 진공 씰링 (sealin) 표면 (16p) 과 플랜지 (16n) 의 밑면 사이의 공간은 가스 인젝터를 구멍 (16l) 에 축의 방향으로 삽입하여, 가스 인젝터의 장착을 가능하게 하고, 가스 인젝터를 위한 비틈 잠금 (twist-and-lock) 지지대를 회전시킴으로써 비틈 잠금 (twist-and-lock) 지지대 상의 외향 돌기들 (outward projections) 을 플랜지 (16n) 아래에 맞물리게 하여 창 (16) 에 가스 인젝터를 제거 가능하게 장착한다.
바람직한 실시예에 따라, 창은 세라믹 가스 인젝터와 인터페이싱 하는 중앙의 구멍을 갖는 세라믹 디스크이다. 창의 전체 바닥은 바람직하게는 코팅의 가장바깥쪽 부분에 형성된 진공 씰 (seal) 의 안쪽으로 텍스쳐된 고밀도의 세라믹 코팅을 갖는다. O-링 씰 (seal) 은 창과 최상단 챔버 인터페이스 사이의 인터페이스에서 제공될 수 있다. 세라믹 디스크는 약 1 인치 두께이고 알루미나와 같은 낮은 손실 탄젠트 (loss tangent) 의 고순도 세라믹 물질로 만들어지며, 플라즈마 내성을 위해 산화이트륨으로 바닥의 홈이 있는 표면에 코팅되어 있다. 디스크는 써멀 커플 (Thermal Couple, TC) 과 저항측온기 (Resistance Thermal Detector, RTD) 를 수용하는, 상부 표면상의 두 개의 블라인드 보어 (blind bore) 를 가진다. TC와 RTD의 위치와 깊이는 원하는 프로세스 온도 모니터링과 창에 대한 손상을 피하기 위해 선택된다. TC와 RTD 구멍의 바닥은 구멍의 응력 집중을 줄이기 위해 구형의 반지름을 가진다. 그러나, 창은 온도 센서의 수용을 위한 하나의 블라인드 보어 (blind bore) 를 갖는다.
최상단 챔버의 인터페이스와 창 사이의 접촉 면적은 이 두 컴포넌트들간에 전달되는 열의 양을 결정한다. 플라즈마 프로세싱 동안에, 창의 중앙이 뜨거우며, 접촉 면적이 OD의 온도를 중앙의 온도와 가깝게 만드는 것을 돕기 위해서 열을 창의 가장자리로 전도하는 것이 바람직하다. 아이들 (idle) 시에 (플라즈마가 챔버내에서 발생되지 않았을 때), 창의 중앙은 차갑고, 접촉 면적이 창으로 어떠한 열도 전도하지 않고 창의 중앙의 온도를 정합하는 것이 바람직하다.
입자들은 디바이스에서 층의 증착 또는 제거 (에칭) 의 예방을 통해 디바이스 공정의 문제를 야기하는 반도체 산업에서 일반적인 문제이다. 디바이스들이 점차 작아짐에 따라, 이러한 디바이스들의 제작은 점점 더 작은 입자에 더 민감해진다.
추가적인 문제는 디바이스가 점차 작아짐에 따라, 시간에 따른 챔버 화학물질 변화에 대한 민감도가 증가한다는 것이다. 이것은 챔버 화학물질을 "리셋"하도록 처리되는 각각의 웨이퍼 사이에 챔버의 안쪽을 코팅하는 것에 의해 관리될 수 있다. 이것을 흔히 실리콘, 산소 및 수소와 같은 다른 원소들의 코팅일 수 있는 "프리-코트(pre-coat)" 라 부른다.
금속 오염은 산업상 상당한 문제가 되는데, 도핑 효과가 디바이스 전기 성능과 신뢰성에서의 변화를 초래하는 게이트에 근접한 층을 제작하는 동안에 특히 그러하다. 이것은 많은 플라즈마 내성 물질 또는 코팅의 개발로 이어진다. 하나의 일반적인 코팅은 플라즈마 분사 산화이트륨이다. 기술이 수년간 상당히 발전한 반면, 플라즈마 분사 산화이트륨은 근본적으로 높은 거칠기과 높은 다공성 (~5%) 을 갖는다. 플라즈마 분사 프로세스는 프로세싱 동안에 기판에 충돌하는 다수의 용해된 입자들의 가공물인, 기판의 표면상의 산화이트륨 입자들의 느슨하게 묶인 집합체를 생산한다. 이러한 느슨하게 묶인 입자들은 웨이퍼의 프로세싱 동안에 떨어질 어느 정도의 확률을 가지고 있어 제조 공정 동안에 문제를 일으킨다. 그것들이 많이 완화되었음에도 불구하고 이러한 느슨한 입자들을 완화하기 위해 클리닝 프로세스뿐만 아니라 더 밀도 높고 부드러운 코팅을 생산하기 위한 대체의 분사 코팅 기술과 표면 조절에 대한 많은 연구가 있었다. 이러한 활동들과 병행하여, 입자의 근원을 모두 제거하여 같은 다공성과 입자 발생 문제를 일으키지 않는 박막 제조에 대한 많은 연구가 수행되어 왔다. 이것은 CVD, PVD 및 에어로졸 증착과 같은 프로세스에 의해 행해진다.
위에서 논의된 바와 같이, 플라즈마 분사 코팅은 본질적으로 거친 표면을 생성하며, 200 내지 300 마이크로인치의 거칠기 값 (Ra) 은 드문 것이 아니다. 연마 및 폴리싱과 같은 프로세스에 의해서 이것을 줄이는 것이 가능한 반면, 이러한 프로세스들은 1) 프로세스로부터 표면에 유도된 손상 및 2) 고유의 공극률 및 벌크 재료에서 관련된 약한 결합에 기인하여 입자를 생성하지 않는 표면을 제공할 수 없다. 거칠어진 표면은 웨이퍼 프로세스로부터 축적된 막(film)에서의 표면 응력을 분배할 수 있다는 장점을 가진다. 이것은 막에서의 내부적 응력에 기인한 것이며, 막의 평면에서 발생하는 압축 또는 장력이다. 이러한 응력은 막의 두께 및 총 면적 모두에 비례한다. 거친 표면에서, 이러한 막들은 증착이 플라즈마 코팅에의 그의 부착을 느슨하게 하고 프로세스 챔버로 벗겨지는 정도까지의 상당 수준의 응력을 구축하지 못한다. 이것은 표면 위에서 마이크로 수준에서 방향에 있어서의 갑작스러운 변화에 기인한다. 이것은 거친 표면에 대한 중요한 장점을 제공하는 반면, 그것은 또한 몇몇 원치 않는 부작용도 가지고 있다.
높은 표면적에 기인하여, 시간에 따른 에칭율을 변화시키면서, 플라즈마로부터 더 많은 프로세스 가스들이 흡수됨에 따라서, 표면은 시간에 따라 화학적으로 느리게 변화한다. 이에 대한 해결책은 다른 메커니즘에 의해 입자 생성을 야기하지 않고, 앞서 논의된 바와 같은 현재의 플라즈마 코팅 기술로는 이룰 수 없는 부드러운 표면이다.
에어로졸 증착은 여전히 비용 효과를 유지하면서, 완벽하게 캡슐화하기에 적절한 두께의 세라믹 코팅을 제조하기 위한 제조 방법을 제공하는 막 증착 기술을 제공하기 위해 지난 15년간 개발되었다. 이 프로세스는 일반적으로 매우 고밀도의 코팅에 노출된 표면에 느슨하게 결합된 입자를 제거하기 위한 폴리싱 단계를 필요로 한다. 이 코팅은 비록 표면 화학물질이 변화하고 접착력이 떨어지거나 축적물이 너무 두껍고 막 응력이 박리에 이르게 되면, 짧은 기간 후에 "프리-코트" 의 입자들을 퍼트리는 것이 발견되었지만, 최근 스프레이 코팅에 비해 상당한 입자 개선을 제공하는 것으로 입증되었다.
위에 기술된 입자 문제가 코팅의 표면을 거칠게 하여 해결될 수 있다는 가설이 있었다. 성공적이라고 입증된 것이 표면에 연속되는 미세한 다이아몬드 패드를 사용하여 스크래치를 상호연결되게 하는 패턴으로 형성된 텍스쳐된 표면을 생성하는 것에 의한 것임에도 불구하고, 몇몇 프로세스들은 비교되었다. 샌드 블라스팅을 사용한 초기의 시도들은 표면에 입자의 충돌이 표면에 느슨하게 결합된 입자를 생성하는 표면 밑의 손상을 야기함에 따라 성공하지 못했다. 그러나, 무작위의 스크래치 패턴을 만들어 냄에 따라, 코팅과 생성된 입자로부터 갈라진 임계 수준까지 구축되는 증착된 막 응력을 방지하는 작은 로컬 영역 또는 평평한 면이 마이크로 토폴로지 레벨로 생성되었다.
일반적인 조면화 기술은 거친 표면을 취하며 원하는 목표 거칠기가 이뤄질 때까지 보다 부드럽고 부드러운 표면을 계속적으로 개발한다. 이러한 유형의 프로세스의 단점은 반복적인 표면 마무리를 만들어내는 것이 매우 도전적이라는 것이다. 특히 부서지기 쉬운 재료에 대해서, 또 다른 문제는 표면에 대한 손상의 제거이다. 이 손상은 표면으로 전파하는 균열을 생성하는 물질의 연마 제거에 의해 생성된다. 이것은 프로세스 챔버에서 입자를 초래할 수 있는 표면에서 느슨하게 결합된 입자를 생성한다. 만약 프로세스가 부드럽고 다듬어진 표면에서 시작된다면, 시작되는 표면에 손상은 없다. 느린 조면화 (roughening) 프로세스는 물질에서 흠을 생성하는데, 물질을 제거하는 것은 충분한 반면, 표면에서 손상을 유도하기에는 충분하지 않아 손상을 통한 입자 생성의 위험을 제거한다.
스크래치 패턴을 생성하는 바람직한 표면 처리는 180 다이아몬드 그릿 폴리싱 패드로 4분 동안 코팅의 플라즈마 노출 표면을 핸드 폴리싱하는 것, 220 다이아몬드 그릿 폴리싱 패드로 그 표면을 4분 동안 핸드 폴리싱하는 것, 및 그 후 280 다이아몬드 그릿 폴리싱 패드로 핸드 폴리싱하는 것을 포함한다. 회전하는 동작으로 표면을 폴리싱함에 의해서, 교차하는 스크래치들의 스크래치 패턴이 얻어질 수 있다. 이 텍스쳐는 텍스쳐된 코팅을 가진 컴포넌트를 가지는 챔버에서 처리되는 웨이퍼의 입자 오염에서의 감소를 제공하는 것으로 발견되었다.
텍스쳐된 코팅은 창의 플라즈마 노출 표면 또는 가스 인젝터와 같은 다른 컴포넌트들에 제공될 수 있다. 가스 인젝터는 그것의 말단부가 창의 바닥 표면 아래 또는 동일 평면에 있는 상태로 장착되어 챔버 안으로 프로세스 가스를 전달한다. 창 위의 유도 코일 (보이지 않음) 은 기판을 프로세싱하기 위해 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너지화한다. 예를 들어, 에칭 가스가 기판을 플라즈마 에칭하기 위해 인젝터에 의해 공급될 수 있다.
가스 인젝터는 하나 또는 그 이상의 가스 배출구들을 포함하고, 원통형의 요홈부의 바닥 벽에 있는 고리 모양의 플랜지는 고리모양의 플랜지의 바닥의 홈에 끼워맞춰지는 O-링으로 창에 대해 진공 밀봉된다. RF 차폐는 가스 인젝터를 둘러싸고 있고, 면판은 RF 차폐를 둘러싸고 있다. 면판은 RF 차폐 주위에서 볼트로 함께 결합된 투 피스 (two piece) 부품이며, 면판은 창의 베이어넷 (bayonet) 개구부와 맞물리는 돌출부들 (러그(lugs)) 을 포함한다.
예시적인 실시예와 최상의 모드를 개시했지만, 다음의 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 발명의 주제와 정신내에 유지하면서 개시된 실시예에 수정과 변경이 행해질 수도 있다.

Claims (20)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트로서,
    고밀도 내플라즈마 코팅을 가지는 3차원 몸체를 포함하고,
    상기 코팅의 플라즈마 노출 표면은 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에서 반도체 기판의 프로세싱 동안에 상기 플라즈마 노출 표면상의 막 축적 (film buildup) 으로부터 입자 생성을 방지하는 상호연결된 스크래치의 텍스쳐를 가지는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅은 1 체적% 이하의 다공성과 적어도 99.9 중량% Y2O3의 산화이트륨 함유량을 가지는 산화이트륨 코팅인, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅은 에어로졸 증착에 의해 생성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 텍스쳐는 1 내지 2 마이크로미터의 깊이를 가지는 교차하는 스크래치들을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅은 10 내지 60 마이크로미터의 두께를 가지는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅의 상기 플라즈마 노출 표면은 0.3 내지 0.5 마이크로미터의 거칠기 (Ra) 를 가지는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 텍스쳐는 0.01 마이크로미터 이하의 거칠기 (Ra) 를 가지는 평활한 영역 및 1 내지 2 마이크로미터 깊이의 교차하는 스크래치들을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 적어도 300 mm의 직경과 그 중앙에 베이어넷 (bayonet) 개구부를 가진 유전체 창이며, 상기 베이어넷 개구부 내에 가스 인젝터가 장착될 수 있는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 상기 플라즈마 노출 표면에 가스 배출구를 가지는 원통형의 유전체 가스 인젝터인, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 창은 그것의 외측 벽에 연속된 홈을 가지며, 상기 홈은 약 0.4 인치 깊이와 약 0.5 인치 폭을 가지며, 상기 홈은 약 0.25 인치의 반지름을 갖는 둥근 바닥과 평행한 측면 벽들을 가지고,
    상기 베이어넷은 원통형 요홈부의 상부 말단으로부터 내부로 방사상으로 향하는 세 개의 플랜지들이 있는 약 2.4 인치의 직경을 가지는 원통형의 요홈부를 포함하며,
    상기 세 개의 플랜지들은 약 62°로 연장되는 세 개의 슬롯에 의해 분리되고 상기 플랜지들의 내부 표면은 약 2 인치의 직경을 가지며,
    상기 베이어넷 개구부는 원통형의 요홈부의 하부 가장자리로부터 안쪽으로 연장되는 진공 씰링 (sealing) 표면 및 상기 진공 씰링 표면을 통해 상기 창의 플라즈마 노출 표면에 연장되는 약 1인치의 직경을 갖는 보어 (bore) 를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 창은 약 20 인치의 외측 직경을 가지고, 상기 창의 중앙으로부터 약 5 인치 떨어져 위치한, 상부 표면의 블라인드 보어 (blind bore) 를 가지고 있거나, 또는 상기 창은 약 22 인치의 직경을 가지고 상기 창의 중앙으로부터 약 5 인치 떨어져 위치한 180° 떨어진 두 개의 블라인드 보어를 가지는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트.
  12. 제 1항에 기재된 컴포넌트를 제조하는 방법으로서,
    상기 코팅의 바깥쪽 표면이 0.01 마이크로미터 이하의 표면 거칠기 (Ra) 를 가지도록 상기 코팅을 상기 몸체에 증착하는 단계, 및
    상기 바깥쪽 표면에 교차하는 스크래치들을 형성하는 단계를 포함하는, 컴포넌트의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 증착하는 단계는 에어로졸 증착을 포함하는, 컴포넌트의 제조 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 형성하는 단계는 폴리싱 패드와 상기 바깥쪽 표면을 접촉시키는 단계를 포함하는, 컴포넌트의 제조 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 180 그릿 (grit) 다이아몬드 폴리싱 패드인, 컴포넌트의 제조 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 220 그릿 다이아몬드 폴리싱 패드인, 컴포넌트의 제조 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 폴리싱 패드는 280 그릿 다이아몬드 폴리싱 패드인, 컴포넌트의 제조 방법.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 형성하는 단계는 180 그릿 다이아몬드 폴리싱 패드로 1 내지 10분 동안 상기 바깥쪽 표면을 핸드 러빙하는 단계, 그 후 220 그릿 다이아몬드 폴리싱 패드로 1 내지 10분 동안 상기 바깥쪽 표면을 핸드 러빙하는 단계, 그 후 280 그릿 다이아몬드 폴리싱 패드로 1 내지 10분 동안 상기 바깥쪽 표면을 핸드 러빙하는 단계를 포함하는, 컴포넌트의 제조 방법.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 코팅은 99.99 중량% 순수 Y2O3인, 컴포넌트의 생산 방법.
  20. 유도성으로 결합된 플라즈마 챔버의 유전체 창인 컴포넌트를 포함하는 플라즈마 챔버에서 반도체 기판을 플라즈마 에칭하는 방법으로서,
    상기 챔버에 에칭 가스를 공급하는 단계, 상기 창을 통해 RF 에너지를 전달하여 상기 에칭 가스를 플라즈마 상태로 에너지화하는 단계, 및 상기 반도체 기판을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
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