KR20130048182A - 실리콘 코팅된 가스 공급 도관들을 포함하는 시스템들 및 코팅들을 실시하기 위한 방법 - Google Patents

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KR20130048182A
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얀 팡
앨런 론
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

일 실시형태에서, 플라즈마 에칭 시스템은 프로세스 가스 소스, 플라즈마 프로세싱 챔버, 및 가스 공급 도관을 포함할 수도 있다. 플라즈마는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 프로세스 가스 레시피로부터 형성될 수 있다. 가스 공급 도관은 내부 레시피 접촉 표면 및 외부 환경 접촉 표면을 형성하는 내식층을 갖는 구조를 포함할 수도 있다. 내식층을 갖는 구조는 보호 실리콘 층, 패시베이션된 결합 층, 및 스테인리스 강 층을 포함할 수도 있다. 내부 레시피 접촉 표면은 보호 실리콘 층에 의해 형성될 수 있다. 패시베이션된 결합 층은 보호 실리콘 층과 스테인리스 강 층 사이에 배치될 수 있다. 패시베이션된 결합 층은 산화 크롬 및 산화철을 포함할 수 있다. 산화 크롬은 산화철보다 패시베이션된 결합 층에서 풍부할 수 있다.

Description

실리콘 코팅된 가스 공급 도관들을 포함하는 시스템들 및 코팅들을 실시하기 위한 방법{SYSTEMS COMPRISING SILICON COATED GAS SUPPLY CONDUITS AND METHODS FOR APPLYING COATINGS}
본 개시물은 일반적으로는 보호 실리콘 층을 포함하는 가스 공급 도관들에 관련된 것이고, 더욱 상세하게는 보호 실리콘 층을 포함하는 가스 공급 도관들을 포함하는 플라즈마 에칭 시스템들 및 가스 공급 도관들에 보호 실리콘 층을 공급하기 위한 방법들에 관한 것이다.
본 개시물의 문맥 (context) 은 반도체 디바이스들의 생산을 위한 플라즈마 시스템들의 특정 타입들에 한정되는 것은 아니지만, 예시를 목적으로, 플라즈마 에칭 시스템들은 통상적으로 상대적으로 고주파수 전기장 (예를 들어, 약 13.56 MHz) 하에 프로세스 가스들을 둠으로써 플라즈마를 생성한다. 플라즈마는 통상적으로, 진공에서 실질적으로 유지되는 공간의 체적 (volume) 을 둘러싸는 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 포함되며, 즉, 공기는 대기압 훨씬 미만의 압력을 유지하기 위해 진공 펌핑 시스템으로 플라즈마 프로세싱 챔버로부터 배기될 수도 있다. 예를 들어, 실리콘을 포함하는 웨이퍼와 같은 반도체 또는 유리 기판은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 배치될 수 있으며 그 기판을 원하는 디바이스로 변환하도록 플라즈마를 받을 수 있다.
도 1은 가스 공급 도관 (106) 을 통해 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 와 유체 소통하는 프로세스 가스 소스 (102) 를 포함하는 플라즈마 에칭 시스템 (100) 을 도시한다. 예를 들어, 프로세스 가스 소스 (102) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 에 프로세스 가스를 제공할 수도 있다. 도 1에 도시된 것과 유사한 플라즈마 에칭 시스템 (100) 의 구조에 관한 추가적인 교시들은 여기서 참조로서 병합되는 미국 공개 번호 2011/0056626의 관련 부분들에서 발견될 수 있다.
프로세스 가스는 할로겐 가스를 포함할 수도 있고 가스 공급 도관 (106) 을 침식시킬 수도 있다. 여기서 설명된 본 실시형태들을 실행하는 사람들은, 각종 타입들의 플라즈마 에칭 시스템들용 각종 타입들의 가스 공급 도관들 상에서 프로세스 가스들의 유해한 영향을 감소시키는데 유리한 유틸리티 (utility) 를 발견할 수도 있다.
일 실시형태에서, 플라즈마 에칭 시스템은 프로세스 가스 소스, 플라즈마 프로세싱 챔버, 및 가스 공급 도관을 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 소스는 가스 공급 도관과 유체 소통할 수 있다. 가스 공급 도관은 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체 소통할 수 있다. 프로세스 가스 레시피는 가스 공급 도관을 통해 전달되어, 프로세스 가스 레시피는 프로세스 가스 소스로부터 플라즈마 프로세싱 챔버까지 전달될 수 있다. 디바이스를 에칭하기 위한 플라즈마는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 프로세스 가스 레시피로부터 형성될 수 있다. 가스 공급 도관은 내부 레시피 접촉 표면 및 외부 환경 접촉 표면을 형성하는 내식층을 갖는 구조를 포함할 수도 있다. 내식층을 갖는 구조는 보호 실리콘 층, 패시베이션된 결합 층, 및 스테인리스 강 층을 포함할 수도 있다. 내부 레시피 접촉 표면은 보호 실리콘 층에 의해 형성될 수 있다. 패시베이션된 결합 층은 보호 실리콘 층과 스테인리스 강 층 사이에 배치된다. 패시베이션된 결합 층은 산화 크롬 및 산화철을 포함할 수 있다. 산화 크롬은 산화철보다 패시베이션된 결합 층에서 풍부할 수 있다.
다른 실시형태에서, 코팅을 실시하기 위한 방법은 스테인리스 강으로 이루어진 가스 공급 도관을 제공하는 단계를 포함할 수도 있다. 가스 공급도관은 전해연마된 가스 공급 도관을 산출하기 위해 전해연마될 수 있다. 패시베이션된 가스 공급 도관을 산출하기 위해 전해연마된 가스 공급 도관에 패시베이션 용액이 공급될 수 있다. 패시베이션된 가스 공급 도관은 패시베이션된 결합 층을 포함할 수도 있다. 패시베이션 용액은 질산을 포함할 수도 있다. 패시베이션된 가스 공급 도관의 패시베이션된 결합 층에 보호 실리콘 층이 공급될 수 있다. 패시베이션된 결합 층은 산화 크롬 및 산화철을 포함할 수도 있다. 산화 크롬은 산화철보다 패시베이션된 결합 층에서 풍부할 수 있다.
여기서 설명되는 본 실시형태들에 의해 제공되는 이들 도면들 및 추가적인 도면들은, 그 도면들과 함께 다음의 상세한 설명의 관점에서 더욱 완전히 이해될 것이다.
도면들에서 제시되는 실시형태들은 사실상 예시적이며 전형적이고, 청구항들에 의해 정의된 청구 대상을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 예시적인 실시형태들의 하기의 상세한 설명은 다음의 도면들과 함께 읽을 때 이해될 수 있고, 여기서 동일한 구조는 동일한 참조 부호들로 나타낸다.
도 1은, 여기서 나타내고 설명된 하나 이상의 실시형태들에 따른 플라즈마 에칭 시스템을 개략적으로 묘사한다.
도 2는 여기서 나타내고 설명된 하나 이상의 실시형태들에 따른 가스 공급 도관을 개략적으로 묘사한다.
도 3은 여기서 나타내고 설명된 하나 이상의 실시형태들에 따른 가스 공급 도관의 횡단면도를 개략적으로 묘사한다.
도 4는 여기서 나타내고 설명된 하나 이상의 실시형태들에 따른 인젝터 블록 (injector block) 의 절단도를 개략적으로 묘사한다.
위에서 언급된 바와 같이, 본 개시물은 보호 실리콘 층을 포함하는 가스 공급 도관들에 관련된다. 가스 공급 도관들은, 예를 들어, 플라즈마 에칭 또는 증착 (deposition) 공정들 동안에, 프로세스 가스들을 수송하기 위해 플라즈마 에칭 시스템에서 활용될 수도 있다. 본 개시물의 개념들은 플라즈마 에칭 시스템들에 한정돼서는 안된다. 따라서, 여기서 설명된 가스 공급 도관들은 각종 반도체 제조 시스템들 또는 여기서 설명된 프로세스 가스 레시피 (recipe) 들과 유사한 가스들의 수송을 위한 다른 가스 배달 시스템들에서 활용될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 에칭 시스템 (100) 은, 프로세스 가스 소스 (102), 플라즈마 프로세싱 챔버 (104), 및 가스 공급 도관 (106) 을 포함한다. 프로세스 가스 소스 (102) 는 가스 공급 도관 (106) 과 유체 소통한다. 가스 공급 도관 (106) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 와 유체 소통한다. 따라서, 프로세스 가스 레시피는 가스 공급 도관 (106) 을 통해 전달될 수 있으며, 즉, 프로세스 가스 레시피는 프로세스 가스 소스 (102) 로부터 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 로 전달될 수 있다. 본 개시물을 정의하고 설명하기 위한 목적으로, 여기서 사용되는 "유체 소통" 이라는 문구는 일 객체로부터 다른 객체로의 유체의 교환을 의미하며, 이것은 예를 들어 압축성 유체 및 비압축성 유체의 흐름을 포함할 수도 있는 것으로 유의된다. 프로세스 가스 소스 (102) 는 플라즈마 에칭 시스템 (100) 에게 프로세스 가스들을 제공한다. 구체적으로, 프로세스 가스 레시피는 복수의 프로세스 가스들을 필요로 할 수도 있다. 프로세스 가스들은 할로겐들 또는 할로겐 원소들 예컨대 불소 (F), 염소 (Cl), 브롬 (Br), 요오드 (I), 및 아스타틴 (At) 으로 이루어질 수도 있다. 또한, 특정 프로세스 가스들은 CClF3, C4F8, C4F6, CHF3, CH2F3, CF4, HBr, CH3F, C2F4, N2, O2, Ar, Xe, He, H2, NH3, SF6, BCl3, Cl2 및 다른 동등한 플라즈마 프로세싱 가스들을 포함할 수도 있다. 따라서, 프로세스 가스 소스 (102) 는 예를 들어 압축된 가스 실리더들과 같은 압력 용기들에 저장된 복수의 프로세스 가스들을 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 소스는, 예를 들어 질량 유량 제어기 (mass flow controller) 들, 압력 트랜스듀서들, 압력 레귤레이터들, 히터들, 필터들, 정화기들, 매니폴드들 및 차단 밸브들과 같은 분배 및 제어 컴포넌트를 추가로 포함할 수도 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 프로세스 가스들은 유해 가스들을 포함할 수도 있다. 따라서, 프로세스 가스 소스 (102) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸일 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 프로세스 가스 소스 (102) 는 밀폐 인클로저 (containment enclosure; 118) 내에서 둘러싸일 수도 있으며, 이 밀폐 인클로저 (118) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 의 외부에 결합될 수도 있다.
플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 는 플라즈마로 원하는 기판을 프로세싱하기 위한 환경적으로 제어되는 인클로저이다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 는 가스 공급 도관 (106) 과 유체 소통하는 플라즈마 발생 어셈블리 (120) 를 포함할 수도 있으며 그 플라즈마 발생 어셈블리 (120) 를 둘러쌀 수도 있다. 플라즈마 발생 어셈블리 (120) 는 유전 윈도우 (dielectric window) 에 의해 플라즈마로부터 분리되는 전자기장을 발생시키기 위한 RF 소스를 포함할 수도 있다. 플라즈마 발생 어셈블리 (120) 는 전자기장에 의해 발생된 플라즈마 및 프로세스 가스 레시피를 기판 재료로 향하게 하기 위한 상부 전극 및 하부 전극을 추가로 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상부 전극에게는 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 전체에 걸친 프로세스 가스들의 분산을 위한 복수의 홀 (hole) 들이 제공될 수도 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 전기장을 지향하게 하고 플라즈마를 기판에 향하게 하기 위한 양극 및 음극으로서 (각각 또는 반대로) 동작할 수 있다. 따라서, 플라즈마는 프로세스 가스 레시피에 따라 기판을 에칭하는데 활용될 수도 있다.
플라즈마 에칭 시스템 (100) 은 프로세스 가스 소스 (102) 및 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 에 소통가능하게 (communicably) 결합된 프로세스 제어기 (116) 를 추가로 포함할 수도 있다. 프로세스 제어기 (116) 는 메모리에 소통가능하게 결합된 전자 프로세서를 포함한다. 프로세스 제어기는 기판의 플라즈마 프로세싱을 제어하기 위해 메모리 상에 저장된 머신 판독가능 명령들을 실행하도록 구성된다. 따라서, 프로세스 제어기 (116) 는 프로세스 가스 레시피 (가스 흐름 혼합, 가스 유량 (flow rate), 압력, 등) 및 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 파라미터들 (전압, 온도, 압력, 가스 혼합, 등) 과 같은 파라미터들을 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2를 총괄적으로 참조하여, 프로세스 가스 소스 (102) 로부터 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 로 프로세스 가스들을 전달하기 위한 가스 공급 도관 (106) 이 개략적으로 묘사된다. 가스 공급 도관 (106) 은, 프로세스 가스들에게 유체 경로를 제공하도록 구성되고 함께 접합되는 주름형 벨로우즈 (corrugated bellows; 108), 인젝터 블록들 (110), 튜브 부분들 (112), 및 마이크로피트들 (microfits; 114) 을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 가스 공급 도관 (106) 의 일부분은 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 의 외부 디멘션들에 따르도록 형상화될 수도 있다.
주름형 벨로우즈 (108) 는 가스 공급 도관 (106) 이 (예를 들어, 프로세싱, 어셈블리, 어셈블리 해제 (disassembly) 동안에) 구부러질 수 있게 하도록 골 (furrow) 들과 산 (ridge) 들로 형성된다. 주름형 벨로우즈 (108) 는 그 주름형 벨로우즈 (108) 의 외부로부터 내부 체적을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수도 이 있는 중공 (hollow) 부재이다. 주름형 벨로우즈 (108) 는 그 내부 체적이 그 주름형 벨로우즈 (108) 의 골들과 산들에 의해 구획되도록 실질적으로 원통형으로 형상화되어 있다. 몇몇 실시형태들에서, 주름형 벨로우즈 (108) 는 주름형 벨로우즈의 가요성을 반드시 제한하도록 할 수도 있다. 주름형 벨로우즈 (108) 의 모션은 주름형 벨로우즈 (108) 가 예를 들어 약 ±3°또는 약 ±1.5°와 같은 약 ±10°미만으로 구부러지도록 제한될 수도 있다.
인젝터 블록들 (110) 은, 프로세스 가스들이 가스 공급 도관 (106) 으로부터 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 로 흐를 수 있도록 가스 공급 도관 (106) 을 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 와 결합하도록 구성된다. 인젝터 블록들 (110) 은 실질적으로 박스 (box) 형상일 수도 있으며 체결구 (fastener) (예를 들어, 볼트) 로 플라즈마 프로세싱 챔버에 고정될 수도 있다.
튜브 부분들 (112) 은 폐쇄된 공동 (cavity) 내에서 프로세스 가스들을 수송하도록 구성된, 실질적으로 원통형으로 형상화된 중공 부재들이다. 튜브 부분들 (112) 은 실질적으로 직선일 수도 있거나 임의의 원하는 형상의 외형을 그릴 수도 있다. 마이크로피트들 (114) 은 가스 공급 도관 (106) 의 방향을 변경하도록 구성되는 다수의 유입부 (inlet) 들을 갖는 중공 부품들이다. 예를 들어, 마이크로피트들 (114) 은 약 90°로 가스 공급 도관 (106) 의 방향을 갑자기 바꾸기 위한 실질적으로 L자형 몸체, 약 45°로 가스 공급 도관 (106) 의 방향을 갑자기 바꾸기 위한 실질적으로 V자형 몸체, 또는 약 90°로 가스 공급 도관 (106) 의 방향을 갑자기 바꾸고 다른 유입부와 실질적으로 직선을 이루는 유입부를 제공하기 위한 실질적으로 T자형 몸체일 수도 있다. 도 2는 마이크로피트들 (114) 을 L자형 또는 T자형으로서 묘사하고 있지만, 마이크로피트들 (114) 은, 가스 공급 도관 (106) 이 프로세스 가스 레시피에 따라 프로세스 가스들을 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 로 전달할 수 있도록 서로에 대해 임의의 각도로 지향되는 임의의 수의 유입부들을 가질 수도 있다는 것이 유의된다.
따라서, 가스 공급 도관 (106) 은, 원하는 가스 흐름 경로를 형성하기 위해 임의의 수의 주름형 벨로우즈 (108), 인젝터 블록들 (110), 튜브 부분들 (112), 및 마이크로피트들 (114) 를 융합 (fuse) 함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 가스 소스 (102) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배치될 수도 있다. 따라서, 가스 공급 도관 (106) 은, 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 의 내부에 프로세스 가스를 공급하기 위해 프로세스 가스 소스 (102) 로부터 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 의 외부로 이동할 수도 있다. 예를 들어, 가스 공급 도관 (106) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (104) 의 내부와 유체 소통하는 인젝터 블록들 (110) 을 포함할 수도 있다.
가스 공급 도관 (106) 으로부터 프로세스 가스들의 누설이 실질적으로 최소화되도록, 임의의 수의 주름형 벨로우즈 (108), 인젝터 블록들 (110), 튜브 부분들 (112), 및 마이크로피트들 (114) 이 서로와 융합될 수 있다. 적합한 융합 방법은 용접, 납땜, 또는 가스 공급 도관 (106) 내에 프로세스 가스들을 실질적으로 실링 (sealing) 하고 플라즈마 에칭 시스템 (100) 의 공정 동안에 안정성을 위한 충분한 기계적 접합을 제공할 수 있는 다른 방법을 포함한다. 예를 들어, 가스 공급 도관 (106) 이 유사한 조성물들 및 녹는점들의 재료들로 이루어지는 경우, 가스 공급 도관 (106) 은 그 가스 공급 도관 (106) 의 구성요소들을 합체하도록 용접된 융합 (fusion) 일 수도 있다. 융합 용접은, 상대적으로 높은 프로세싱 온도들에 기인하여, 용접된 조인트 (joint) 에서의 그리고 그에 인접한 재료에서의 열 영향 구역 (heat-affected zone) 을 발생시킬 수도 있다. 적합한 용접 프로세스들은 아크 용접, 산소 연료 용접, 전기 저항 용접, 레이저 빔 용접, 전자 빔 용접, 테르밋 (thermite) 용접, 또는 가스 공급 도관 (106) 내에 프로세스 가스들을 실질적으로 실링할 수 있는 임의의 다른 용접 프로세스를 포함한다.
가스 공급 도관 (106) 의 임의의 부분은 내식성 층을 갖는 구조를 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4를 총괄적으로 참조하면, 내식성 층을 갖는 구조는 프로세스 가스들을 둘러싸기 위한 내부 레시피 접촉 표면 (12) 및 가스 공급 도관 (106) (도 1 및 도 2) 을 에워싸는 환경과 상호작용하기 위한 외부 환경 접촉 표면 (14) 을 형성한다. 튜브 부분 (112) (도 3) 및 인젝터 블록 (110) (도 4) 은 명료함을 위해 묘사되어 있고 가스 공급 도관 (106) (도 1 및 도 2) 의 어느 특정 부분으로 여기서 설명된 본 실시형태들을 제한하는 것은 아니라는 것이 유의된다.
내식층을 갖는 구조는 보호 실리콘 층 (20), 패시베이션된 결합 층 (22), 및 스테인리스 강 층 (24) 을 포함한다. 내부 레시피 접촉 표면 (12) 은 보호 실리콘 층 (20) 에 의해 형성되며 패시베이션된 결합 층 (22) 은 보호 실리콘 층 (20) 과 스테인리스 강 층 (24) 사이에 배치된다. 내식성 층을 갖는 구조는 제 2 보호 실리콘 층 (20) 및 제 2 패시베이션된 결합 층 (22) 을 선택적으로 포함할 수도 있다. 구체적으로, 스테인리스 강 층 (24) 은 2 개의 패시베이션된 결합 층들 (22) 사이에 배치될 수도 있다. 보호 실리콘 층 (20) 은, 보호 실리콘 층 (20) 이 내부 레시피 접촉 표면 (12) 을 형성하고 보호 실리콘 층 (20) 이 외부 환경 접촉 표면 (14) 을 형성하도록 각각의 패시베이션된 결합 층 (22) 에 결합될 수도 있다. 보호 실리콘 층 (20) 은 예를 들어 약 0.85 마이크로미터 미만, 약 0.02 마이크로미터 내지 약 0.8 마이크로미터, 또는 약 0.04 마이크로미터 내지 약 0.77 마이크로미터와 같은 약 1 마이크로미터 미만일 수도 있다.
스테인리스 강 층 (24) 은, 예를 들어 ASTM A-967 하에 커버되는 스테인리스 강 타입들과 같은 여기서 설명된 프로세스 가스들에 대한 노출을 견디는데 적합한 스테인리스 강의 임의의 합금 타입, 등급 또는 표면 피니시 (finish) 로부터 형성된다. 적합한 스테인리스 강 합금들은 몰리브덴, 티타늄, 오스테나이트 크롬-니켈-망간 합금들, 오스테나이트 크롬-니켈-망간 합금들, 오스테나이트 크롬-니켈 합금들, 페라이트 크롬 합금들, 마텐자이트 크롬 합금들, 내열 크롬 합금들, 또는 마텐자이트 석출 경화 합금들을 포함할 수도 있다. 스테인리스 강은, 후속적인 재용해를 위한 상대적으로 밀한 조성 제한들 및 상대적으로 낮은 가스 내용물을 제공하도록 진공 유도 용해 (vacuum induction melting; VIM) 에 따를 수도 있다. 스테인리스 강은, 낮은 레벨의 휘발성 트램프 엘리먼트 (tramp element) 들 및 감소된 가스 레벨들을 갖는 상대적 고품질 잉곳을 생산하기 위해 진공 아크 재용해 (vacuum arc remelting; VAR) 에 따를 수도 있다. 스테인리스 강 층 (24) 에서의 사용을 위한 몇몇 바람직한 스테인리스 강들은 316 스테인리스 강, 316L 스테인리스 강, 316L VIM/VAR 스테인리스 강을 포함한다.
패시베이션된 결합 층 (22) 은 산화 크롬 및 산화철을 포함하는 경화된 비반응성 막이어서, 산화 크롬은 산화철보다 패시베이션된 결합 층 (22) 에서 더욱 풍부하다. 몇몇 실시형태들에서, 산화철에 대한 산화 크롬의 비는 패시베이션된 결합 층 (22) 에서 약 2 보다 더 클 것이다. 예상 밖으로, 패시베이션된 결합 층 (22) 은, 특히 열 영향 구역들 및 주름형 벨로우즈 (108) (도 2 및 도 3) 에서 보호 실리콘 층 (20) 의 스테인리스 강 층 (24) 으로의 접착을 향상시킬 수도 있다. 또한, 패시베이션된 결합 층 (22) 은, 특히 열 영향 구역들 및 주름형 벨로우즈 (108) (도 2 및 도 3) 에서 스테인리스 강 층 (24) 에 대한 프로세스 가스들의 유해한 영향들에 대한 저항을 향상시킨다는 것이 발견되었다. 패시베이션된 결합 층 (22) 은 예를 들어, 약 0.5 마이크로미터 미만, 약 10 나노미터 미만, 또는 약 5 나노미터 미만과 같은 약 1 마이크로미터 미만의 두께 일 수도 있다. 여기서 사용되는 "층" 이라는 용어는 재료의 실질적으로 계속적인 두께를 의미하며, 그것은 다른 재료상에 배치된 층 결함들을 포함할 수도 있다는 것으로 유의된다. 층 결함들은 균열들, 보이드 (void) 들, 필링 (peeling), 불순물 또는 과도한 층 재료의 포함들, 피팅 (pitting), 흠집들 (mars nicks), 또는 다른 제조상의 표면 또는 재료 결함들을 포함할 수도 있다. 따라서, 도 3 및 도 4는 이상적은 층들을 묘사하지만, 여기서 설명된 층들의 어느 것은 층 결함들 또는 본 개시물의 범위를 벗어남 없이 임의의 다른 결함을 포함할 수도 있다. 또한, 층 두께는 X-선 광전자 분광법 (XPS) 또는 측정되는 층 두께들을 위한 임의의 실질적인 동등물로 결정될 수도 있다는 것이 유의된다.
도 2 및 도 3을 총괄적으로 참조하면, 여기서 설명된 내식층을 갖는 구조들은, 추가적인 재료 층들로 스테인리스 강 층 (24) 을 코팅하기 전에 스테인리스 강 층 (24) 을 전해연마 (electropolishing) 함으로써 형성될 수도 있다. 예를 들어, 가스 공급 도관 (106) 은 처음에는 각종 스테인리스 강 컴포넌트들 (주름형 벨로우즈 (108), 인젝터 블록 (110), 튜브 부분 (112), 마이크로피트 (114)) 을 용접함으로써 형성될 수도 있다. 가스 공급 도관 (106) 은, 제거 재료를 제거하고 상대적으로 평탄한 표면 피니시를 형성하기 위해 가스 공급 도관 (106) 을 전기화학적 프로세스에 둠으로써 전해연마될 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 전해연마된 가스 공급 도관은 약 10 마이크로-인치 미만과 같은 약 20 마이크로-인치 미만의 표면 조도 (Ra) (산술 평균) 를 가질 수도 있다. 스테인리스 강 층 (24) 은 전해연마 후에 패시베이션될 수도 있으며, 또는 몇몇 실시형태들에서 스테인리스 강 층은 이전의 전해연마 없이 패시베이션될 수도 있다. 구체적으로, 전해연마된 가스 공급 도관은 패시베이션된 결합 층 (22) 을 포함하는 패시베이션된 가스 공급 도관을 산출하기 위해 패시베이션 용액에 둘 수도 있다. 패시베이션 용액은 질산으로 이루어진다. 패시베이션 용액은, 예를 들어 질산의 약 30 체적 퍼센트 내지 약 40 체적 퍼센트와 같은 질산의 약 50 체적 퍼센트 미만을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태들에서, 패시베이션 용액은 예를 들어 약 117 분 내지 약 123 분, 또는 약 120 분과 같은 약 60 분 이상 동안 공급될 수도 있다.
보호 실리콘 층 (20) 은 패시베이션된 결합 층 (22) 상으로 공급되거나 증착될 수도 있다. 보호 실리콘 층 (20) 을 공급하기 위한 적합한 방법들은 미국 특허 번호 6,444,326, 미국 특허 번호 6,511,760 및 미국 특허 번호 7,070,833에서 설명되며, 그것들의 관련 부분들은 여기서 참조에 의해 병합되며, 그것들은 미국, PA, Bellefonte의 Silcotek 회사에 양도된다.
본 개시물을 설명하고 정의하는 목적으로, "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 임의의 양적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수도 있는 불확실성의 내재된 정도를 표현하기 위해 여기서 활용된다는 것이 유의된다. "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 논쟁 중인 대상의 기본 기능에서의 변화로 되는 것 없이 양적인 표현이 언급된 기준으로부터 변할 수도 있는 정도를 표현하기 위해 여기서 활용된다.
"통상적으로"라는 용어는, 여기서 사용되는 경우, 청구항들의 범위를 제한하는데 또는 어떤 특징들이 청구항들의 구조 또는 기능에 결정적이거나, 필수적이거나, 심지어 중요하다는 것을 함축하는데 활용되지 않는다고 유의된다. 오히려, 이들 용어들은 단지 본 개시물의 실시형태의 특정 양태들을 식별하는 것 또는 본 개시물의 특정 실시형태에서 활용되거나 활용되지 않을 수도 있는 대안적이거나 부가적인 특징을 강조하는 것으로 의도된다. 유사하게, 본 개시물의 몇몇 양태들은 바람직하거나 특히 유리한 것으로서 여기서 식별되지만, 본 개시물은 반드시 본 개시물의 이들 바람직한 양태들에 한정되는 것은 아니라고 의도된다.
본 발명을 상세히 그리고 그 특정 실시형태들을 참조하여 설명하면, 첨부된 청구항들에서 정의된 본 발명의 범위에서 벗어남 없이 변경들 및 변형들이 가능하다는 것은 명백할 것이다.
다음의 청구항들 중의 하나 이상은 전이 문구로서 "여기서 (wherein) "라는 용어를 활용한다는 것이 유의된다. 본 발명을 정의하기 위해, 이 용어는, 구조의 일련의 특정들의 언급을 도입하는데 사용되는 오픈엔드형 (open-ended) 전이 문구로서 청구항에서 도입되며 더욱 통상적으로 사용되는 오픈엔드형 전제 용어인 "포함하는 (comprising)" 과 유사한 방식으로 해석되어야 한다는 것이 유의된다.

Claims (20)

  1. 프로세스 가스 소스, 플라즈마 프로세싱 챔버, 및 가스 공급 도관을 포함하는 플라즈마 에칭 시스템으로서,
    상기 프로세스 가스 소스는 상기 가스 공급 도관과 유체 소통하고;
    상기 가스 공급 도관은 상기 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체 소통하고;
    프로세스 가스 레시피 (recipe) 는 상기 가스 공급 도관을 통해 전달되어, 상기 프로세스 가스 레시피는 상기 프로세스 가스 소스로부터 상기 플라즈마 프로세싱 챔버까지 전달되고;
    디바이스를 에칭하기 위한 플라즈마는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에서 상기 프로세스 가스 레시피로부터 형성되고;
    상기 가스 공급 도관은 내부 레시피 접촉 표면 및 외부 환경 접촉 표면을 형성하는 내식층을 갖는 구조를 포함하고;
    상기 내식층을 갖는 구조는 보호 실리콘 층, 패시베이션된 결합 층, 및 스테인리스 강 층을 포함하고;
    상기 내부 레시피 접촉 표면은 상기 보호 실리콘 층에 의해 형성되고;
    상기 패시베이션된 결합 층은 상기 보호 실리콘 층과 상기 스테인리스 강 층 사이에 배치되고;
    상기 패시베이션된 결합 층은 산화 크롬 및 산화철로 이루어져, 상기 산화 크롬은 상기 산화철보다 상기 패시베이션된 결합 층에서 풍부한, 플라즈마 에칭 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 실리콘 층은 약 1 마이크로미터 두께 미만인, 플라즈마 에칭 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호 실리콘 층은 약 0.85 마이크로미터 미만인, 플라즈마 에칭 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화철에 대한 상기 산화 크롬의 비는 상기 패시베이션된 결합 층에서 약 2 보다 큰, 플라즈마 에칭 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 패시베이션된 결합 층은 약 1 마이크로미터 두께 미만인, 플라즈마 에칭 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테인리스 강 층은 316L 스테인리스 강으로 이루어지는, 플라즈마 에칭 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테인리스 강 층은 316L VIM/VAR 스테인리스 강으로 이루어지는, 플라즈마 에칭 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 도관은 주름형 벨로우즈 (corrugated bellows) 를 포함하고, 상기 주름형 벨로우즈는 내식층을 갖는 구조를 포함하는, 플라즈마 에칭 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주름형 벨로우즈의 굽힘은 약 ±10°미만으로 제한되는, 플라즈마 에칭 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 도관은 열 영향 구역을 포함하고, 상기 열 영향 구역은 상기 내식층을 갖는 구조를 포함하는, 플라즈마 에칭 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 도관은 인젝터 블록을 포함하고, 상기 인젝터 블록은 상기 내식층을 갖는 구조를 포함하는, 플라즈마 에칭 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급 도관은 마이크로피트 (microfit) 를 포함하고, 상기 마이크로피트는 상기 내식층을 갖는 구조를 포함하는, 플라즈마 에칭 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 내식층을 갖는 구조는 제 2 보호 실리콘 층 및 제 2 패시베이션된 결합 층 및 스테인리스 강 층을 포함하고;
    상기 외부 환경 접촉 표면은 상기 제 2 보호 실리콘 층에 의해 형성되고;
    상기 제 2 패시베이션된 결합 층은 상기 제 2 보호 실리콘 층과 상기 스테인리스 강 층 사이에 배치되는, 플라즈마 에칭 시스템.
  14. 코팅을 실시하기 위한 방법으로서,
    스테인리스 강으로 이루어진 가스 공급 도관을 제공하는 단계;
    전해연마된 가스 공급 도관을 산출하기 위해 상기 가스 공급 도관을 전해연마하는 단계;
    패시베이션된 결합 층을 포함하는 패시베이션된 가스 공급 도관을 산출하기 위해 상기 전해연마된 가스 공급 도관에 패시베이션 용액을 공급하는 단계로서, 상기 패시베이션 용액은 질산으로 이루어진, 상기 패시베이션 용액을 공급하는 단계; 및
    상기 패시베이션된 가스 공급 도관의 상기 패시베이션된 결합 층에 보호 실리콘 층을 공급하는 단계로서, 상기 패시베이션된 결합 층은 산화 크롬 및 산화철로 이루어져서, 상기 산화 크롬은 상기 산화철보다 상기 패시베이션된 결합 층에서 풍부한, 상기 보호 실리콘 층을 공급하는 단계를 포함하는, 코팅을 실시하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스 공급 도관을 용접하는 단계로서, 상기 가스 공급 도관은 마이크로피트 (microfit), 주름형 벨로우즈 (corrugated bellows) 및 인젝터 블록을 포함하는, 상기 용접하는 단계를 더 포함하는, 코팅을 실시하기 위한 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스 공급 도관은 316L 스테인리스 강, 316L VIM/VAR 스테인리스 강, 또는 양자 모두를 포함하는, 코팅을 실시하기 위한 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 전해연마된 가스 공급 도관은 약 20 마이크로-인치 미만의 표면 조도 Ra 를 갖는, 코팅을 실시하기 위한 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 패시베이션 용액은 상기 질산의 약 50 체적 퍼센트 미만으로 이루어진, 코팅을 실시하기 위한 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 패시베이션 용액은 약 60 분보다 장시간 동안 공급되는, 코팅을 실시하기 위한 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 산화철에 대한 상기 산화 크롬의 비는 상기 패시베이션된 결합 층에서 약 2 보다 크고, 상기 보호 실리콘 층은 약 1 마이크로미터 두께 미만인, 코팅을 실시하기 위한 방법.
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