KR20140118912A - 히터 및 공기 증폭기를 이용한 rf 챔버에서의 온도 제어 - Google Patents
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Abstract
시스템, 방법, 및 컴퓨터 프로그램이 반도체 제조 챔버에서 윈도우의 온도를 제어하기 위해 제시된다. 하나의 장치는 공기 증폭기, 플레넘, 히터, 온도 센서, 및 제어기를 포함한다. 공기 증폭기는 가압된 가스와 커플링되고 활성화된 경우 공기의 흐름을 발생시킨다. 공기 증폭기는 또한 플레넘 및 히터와 커플링 된다. 플레넘은 공기의 흐름을 수신하고, 플라즈마 챔버의 윈도우 상에 공기의 흐름을 분배한다. 히터가 활성화된 경우, 공기의 흐름은 처리 동안 가열되고 히터가 활성화되지 않은 경우, 공기의 흐름은 윈도우를 냉각시킨다. 온도 센서는 플라즈마 챔버의 창 주변에 위치되고, 제어기는 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 공기 증폭기 및 히터 모두를 활성화하도록 정의된다.
Description
본 실시예는 반도체 제조 디바이스 내에서 온도를 제어하기 위한 시스템, 방법, 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
플라즈마 처리 디바이스는, 예를 들어, 반도체 또는 유리로 형성된 기판으로부터 떨어지게 재료를 식각하도록 활용될 수 있다. 플라즈마 처리 디바이스는 플라즈마로 변환될 수 있고 이온화될 수 있는 플라즈마 처리 가스를 엔클로즈하는 진공 챔버를 포함할 수도 있다. 예를 들어 에너자이징 (energizing) 된 소스 (무선 주파수 (RF), 마이크로파 또는 다른 소스) 는 플라즈마를 발생시키도록 처리 가스에 에너지를 인가할 수 있다. 몇몇의 플라즈마 처리 디바이스에서, 에너지는 진공 챔버를 통해 형성되는 유전체 윈도우를 통해 전송될 수 있다. 따라서, 유전체 윈도우는 전자기 에너지에 의해 유도된 가열을 받을 수 있다. 또한, 가열은 처리 조건에 의해 야기된 전자기 에너지의 변화로 인해 유전체 윈도우의 특정 영역으로 국소화될 수 있다. 유전체 윈도우의 가열의 두 개의 소스가 있을 수 있다. 첫 번째로, 윈도우의 유전체 성질 (탄젠트-δ) 은 무선 주파수 (RF) 또는 마이크로파 전력의 직접 흡수를 초래할 수도 있다. 두 번째로, 에너자이징된 소스에 의해 생성된 플라즈마는 윈도우를 간접적으로 가열할 수 있다. 또한, 가열은 플라즈마 조건 및 소스의 디자인 (안테나 구조, 등) 으로 인해 윈도우의 특정 영역으로 국소화되거나 유전체 윈도우에 걸쳐 고르게 분배될 수 있다.
열 에너지는 수동적으로 (즉, 냉각 디바이스 없이) 또는, 액체 냉각 시스템 또는 팬 (fan) 냉각 시스템과 같은 냉각 디바이스를 이용하여 유전체 윈도우로부터 제거될 수 있다. 액체 냉각 시스템은 효율적일 수 있으나 수동적 냉각 또는 팬 냉각 시스템 보다 더 고가이다. 또한, 액체 냉각 시스템은 전자기 에너지를 받는 환경에서 구현하기 더 어렵다. 예를 들어 액체 냉각은 열구배 (thermal gradient) 및 열균열 (thermal cracking) 을 초래하는 국소적인 냉각을 야기할 수 있다. 액체에 대한 유전체 성질은 RF 전력의 불균일한 전송을 초래하는 주위의 세라믹과 다르다. 예를 들어, 액체는 액체에서 RF 전력의 소실 (dissipation) 을 초래할 전도성이 있을 수도 있다. 액체는 핵 형성하기 쉬울 수도 있고 냉각 시스템 내에 포함되기 어려울 수 있다.
팬 냉각 시스템은, 예를 들어, 대류를 통해서 유전체 윈도우의 냉각을 위해 활용될 수 있다. 그러나, 팬 냉각 시스템은 유전체 윈도우에서 에너자이징된 소스에 의해 유도된 상대적으로 높은 열 부하 (heat load) 의 국소적인 영역에 적용하기 어려울 수 있고 비효율적일 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 처리 디바이스와의 이용에 적합한 팬 냉각 시스템은 높은 배면 압력을 받는 경우 열 제거에 비효율적이다.
따라서, 플라즈마 처리 디바이스의 유전체 윈도우를 냉각하기 위한 대체 디바이스에 대해 요구가 존재한다. 그것은 실시예가 나타나는 이 컨텍스트 (context) 에 있다.
시스템, 방법, 및 컴퓨터 프로그램은 반도체 제조 챔버에서 윈도우의 온도를 관리하기 위해 제시된다. 본 실시예가 컴퓨터 판독가능한 매체 상의 컴퓨터 프로그램, 방법, 장치, 시스템 또는 디바이스와 같은 다수의 방식에서 구현될 수 있다. 몇몇의 실시예는 이하 설명된다.
일 실시예에서, 장치는 공기 증폭기, 플레넘, 히터, 온도 센서, 및 제어기를 포함한다. 공기 증폭기는 가압된 가스 (즉, 압축된 공기) 와 커플링되고, 활성화된 경우 공기의 흐름을 발생시킨다. 공기 증폭기는 또한 플레넘 및 히터와 커플링된다. 플레넘은 공기의 흐름을 수신하고 플라즈마 챔버의 윈도우 상에 공기의 흐름을 분포시킨다. 히터가 활성화되는 경우, 공기의 흐름은 처리 동안 가열된다. 온도 센서는 플라즈마 챔버의 윈도우 주변에 위치되고, 제어기는 온도 센서에 의하여 측정된 온도에 기초하여 공기 증폭기 및/또는 히터를 활성화하도록 정의된다.
다른 실시예에서, 반도체 장비를 처리하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 공기의 흐름을 발생시키도록 정의된 공기 증폭기를 제1 활성화하는 단계를 위한 동작, 공기의 흐름을 가열하도록 공기 증폭기와 커플링된 히터를 제1 활성화하는 단계를 위한 동작을 포함한다. 공기의 흐름은 플라즈마 챔버의 윈도우 상에 분포된다. 나아가, 본 방법은 윈도우의 온도가 제1 미리 결정된 값에 도달한 경우 공기 증폭기 및 히터를 비활성화하는 단계를 위한 다른 동작을 포함한다. 본 방법은 온도가 제2 미리 결정된 값에 도달한 경우 윈도우를 냉각하도록, 히터를 활성화하지 않고, 공기 증폭기를 제2 활성화하는 단계를 위한 다른 동작을 포함한다. 다음으로, 공기 증폭기는 온도가 제3 미리 결정된 값 이하인 경우 활성화된다. 일 실시예에서, 방법의 동작은 프로세서에 의해 실행된다.
또 다른 실시예에서, 반도체 제조 장치는 복수의 공기 증폭기, 플레넘, 복수의 히터, 일 이상의 온도 센서, 및 제어기를 포함한다. 복수의 공기 증폭기는 가압된 가스와 커플링되고, 각각의 공기 증폭기는 활성화되는 경우 공기의 흐름을 발생시킨다. 플레넘은 복수의 섹션을 포함하고, 각각의 섹션은 각각의 섹션이 각각의 공기 증폭기로부터 공기의 흐름을 수신하고 각각의 섹션이 플라즈마 챔버의 윈도우 상에 공기의 흐름을 분배하는 각각의 공기 증폭기와 커플링된다. 각각의 히터는 각각의 히터가 플라즈마 챔버에서 처리 동안 활성화된 경우 공기의 흐름이 가열되도록 각각의 공기 증폭기와 커플링된다. 일 이상의 온도 센서는 플라즈마 챔버의 윈도우 주변에 위치되고, 제어기는 일 이상의 온도 센서에 의해 측정된 일 이상의 온도에 기초하여 각각의 히터를 활성화하도록 그리고 각각의 공기 증폭기를 활성화하도록 정의된다.
다른 양상은 이하의 상세한 설명으로부터 분명히 될 것이고, 첨부 도면과 함께 다뤄진다.
실시예는 첨부된 도면과 함께 취해지는 이하 설명에 참조로써 최선으로 이해될 수도 있다.
도 1은 본 명세서에서 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플라즈마 처리 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 명세서에 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플레넘을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 명세서에서 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플레넘 세그먼트를 개략적으로 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 공기의 흐름을 가열하도록 공기 증폭기와 커플링된 히터 엘리먼트를 도시한다.
도 4b는 일 실시예에 따른 플레넘에 부착된 덕트와 공기 증폭기 사이에 직렬로 커플링된 히터 엘리먼트를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 플레넘 없이 직접적으로 유전체 윈도우 상에 공기 흐름을 공급하는 것을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 플레넘을 갖는 챔버를 도시한다.
도 7a 내지 7d는 압축된 공기를 활용하는 챔버 윈도우를 냉각하기 위한 상이한 구성들에 대한 몇몇의 실시예를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 처리동안 윈도우의 온도를 관리하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 챔버 윈도우의 온도를 관리하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 10a는 일 실시예에 따른 공기로 윈도우를 냉각하기 위한 상이한 테스트들의 결과를 도시한 차트이다.
도 10b는 시간에 따른 유전체 윈도우의 온도 제어에 대한 실시예를 도시한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 실시예를 구현하기 위한 컴퓨터 시스템의 단순화된 개략도이다.
도 1은 본 명세서에서 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플라즈마 처리 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 명세서에 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플레넘을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 명세서에서 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플레넘 세그먼트를 개략적으로 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 공기의 흐름을 가열하도록 공기 증폭기와 커플링된 히터 엘리먼트를 도시한다.
도 4b는 일 실시예에 따른 플레넘에 부착된 덕트와 공기 증폭기 사이에 직렬로 커플링된 히터 엘리먼트를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 플레넘 없이 직접적으로 유전체 윈도우 상에 공기 흐름을 공급하는 것을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 플레넘을 갖는 챔버를 도시한다.
도 7a 내지 7d는 압축된 공기를 활용하는 챔버 윈도우를 냉각하기 위한 상이한 구성들에 대한 몇몇의 실시예를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 처리동안 윈도우의 온도를 관리하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 챔버 윈도우의 온도를 관리하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 10a는 일 실시예에 따른 공기로 윈도우를 냉각하기 위한 상이한 테스트들의 결과를 도시한 차트이다.
도 10b는 시간에 따른 유전체 윈도우의 온도 제어에 대한 실시예를 도시한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 실시예를 구현하기 위한 컴퓨터 시스템의 단순화된 개략도이다.
이하의 실시예는 반도체 제조 장치에서 온도를 제어하기 위한 방법 및 장치를 설명하고, 보다 구체적으로, RF 챔버에서 유전체 윈도우의 온도를 제어하기 위한 방법 및 장치를 설명한다.
본 실시예는 이 특정한 세부사항의 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 경우에서, 널리 알려진 처리 동작은 본 실시예를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않았다.
도 1은 본 명세서에서 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플라즈마 처리 디바이스를 개략적으로 도시한다. 플라즈마 처리 디바이스는 통상적으로 진공 챔버, 진공 챔버내의 개구 (onening) 를 실링 (sealing) 하는 유전체 윈도우, 에너지 소스, 적어도 하나의 공기 증폭기, 및 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함한다. 플라즈마 처리 디바이스 및 플라즈마 처리 디바이스의 동작의 다양한 실시예는 본 명세서에 더 상세히 설명될 것이다.
플라즈마 처리 디바이스 (100) 는 기판 (24) 의 처리 동안 플라즈마 및 플라즈마 처리 가스를 엔클로징 (enclosing) 하기 위한 진공 챔버 (20) 를 포함한다. 진공 챔버 (20) 는 기준 전위로 설정될 수 있는 금속 재료로 형성될 수 있다. 기판 (24) 은 처리 동안 진공 챔버 (20) 내에 위치될 수 있다. 진공 챔버 (20) 는 플라즈마 처리 가스를 엔클로징할 수 있고, 플라즈마 처리 가스는, 예를 들어, 플루오르 (F), 염소 (Cl), 브롬 (Br), 아이오딘 (I), 및 아스타틴 (At) 과 같은 할로겐 또는 할로겐 원소를 포함할 수도 있다. 또한, 특정한 처리 가스는 CClF3, C4F8, C4F6, CHF3, CH2F3, CF4, HBr, CH3F, C2F4, N2, O2, Ar, Xe, He, H2, NH3, SF6, BCl3, Cl2, 및 다른 이온화 가능한 가스를 포함할 수도 있다.
플라즈마 처리 디바이스 (100) 는 전자기 에너지를 전송할 수 있는 유전체 윈도우 (10) 를 포함한다. 유전체 윈도우 (10) 는 공기 노출된 표면 (14) 및 진공 챔버 (20) 의 내부로 노출되도록 구성된 플라즈마 노출된 표면을 포함한다. 유전체 윈도우 (10) 는 100 kHz 내지 100 MHz의 주파수 범위를 갖는 전자기 에너지와 같은 전자기 에너지를 전송하는 유전체 재료로 형성된다. 적합한 유전체 재료는, 예를 들어, 알루미늄 나이트라이드 (AlN), 알루미늄 옥사이드 (Al2O3), 또는 다른 유사한 전송 성질을 갖는 내화 물질 (refractory material) 을 포함하는 석영 또는 세라믹을 포함한다.
에너지 소스 (30) 는 플라즈마 처리 가스를 이온화하기 충분한 전자기 에너지를 발생시킨다. 에너지 소스 (30) 는 내측 코일 (32) 및 외측 코일 (34) 을 포함할 수 있다. 에너지 소스 (30) 는, 예를 들어, 서로에 대해 각도 전환 (angular turn) 하여 형성되는 패시트된 (faceted) 동심 세그먼트, 솔레노이드 (solenoid) 형상 전도체, 토로이드 (toroid) 형상 전도체 또는 그들의 조합과 같은 전자기 에너지를 발생시키기 적합한 임의의 형상으로 형성된 코일을 포함할 수 있다는 것이 주목된다.
에너지 소스 (30) 는, 예를 들어, 몇몇의 실시예에서 약 50 W 내지 약 20 kW, 일 실시예에서 약 2 kW 보다 큰, 다른 실시예에서 약 3 kW, 또는 또 다른 실시예에서 약 4.5 kW와 같은 넓은 범위의 전력에 걸쳐 전자기 에너지를 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 내측 코일 (32) 및 외측 코일 (34) 은 서로 전도성으로 커플링된다. 다른 실시예에서 복수의 코일은 복수의 RF 발생기에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 에너지 소스 (30) 가 멀티-코일된 RF 소스로서 도시된 반면, 에너지 소스가 원통형 윈도우 주위를 둘러싼 나선형 안테나를 이용하는 헬리콘 소스 (helicon source), 무선 주파수 (RF) 소스, 전자 사이클로트론 공명 (ECR), 마이크로파 혼 (microwave horn) 또는 슬롯 안테나 (slotted antenna) 와 같은, 그러나 제한되지 않는, 유도성 커플링된 플라즈마를 발생시키도록 전자기 에너지를 발생시키는 것이 가능한 임의의 디바이스일 수 있다는 것이 주목된다. 플라즈마 처리 디바이스 (100) 는 유전체 윈도우 (10) 상에 공기의 흐름을 향하게 하기 위한 플레넘 (40) 을 선택적으로 포함할 수도 있다.
플라즈마 처리 디바이스 (100) 의 일 실시예에서, 진공 챔버 (20) 는 유전체 윈도우 (10) 와 커플링될 수 있다. 예를 들어, 진공 챔버 (20) 의 개구는 유전체 윈도우 (10) 에 의해 적어도 부분적으로 실링될 수 있다. 구체적으로, 유전체 윈도우 (10) 의 플라즈마 노출된 표면은 플라즈마 처리 디바이스 (100) 의 동작 동안 플라즈마 및/또는 플라즈마 처리 가스로 노출될 수 있다. 유전체 윈도우 (10) 가 도 1에서 진공 챔버 (20) 의 상단과 커플링된 것으로 도시되지만, 유전체 윈도우 (10) 는 전자기 에너지를 수신하기 적합한 진공 챔버 (20) 의 임의의 부분을 실링할 수도 있다는 것이 주목된다.
몇몇의 실시예에서, 플라즈마 처리 디바이스 (100) 는 유전체 윈도우 (10) 의 부분을 가열하기 위해 그리고 유전체 윈도우 (10) 에 스트레스를 감소시키기 위해 히터 (26) 를 포함할 수도 있다. 다른 실시예는 플라즈마 처리 디바이스 (100) 에 히터 (26) 를 포함하지 않는다. 또한 더 나아가, 다른 실시예는 도 4-6과 관련하여 이하 더 상세히 설명될 바와 같이, 유전체 윈도우 (10) 를 가열하도록 공기 증폭기와 커플링되는 히터 엘리먼트를 포함할 수도 있다.
에너지 소스 (30) 는 유전체 윈도우 (10) 에 인접하여 그리고 진공 챔버 (20) 의 바깥에 배치될 수 있다. 플레넘 (40) 은 플레넘 (40) 이 유전체 윈도우 (10) 의 공기 노출된 표면 (14) 과 유체 연통하도록 유전체 윈도우 (10) 및 에너지 소스 (30) 에 인접하여 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 플레넘 (40) 은 내측 코일 (32) 및 외측 코일 (34) 사이에 위치될 수도 있다.
동작 동안, 에너지 소스 (30) 는 플라즈마 처리 가스의 적어도 일부를 플라즈마로 변환하도록 유전체 윈도우 (10) 를 통해 그리고 진공 챔버 (20) 로 전자기 에너지를 전송한다. 전자기 에너지의 일부는 유전체 윈도우 (10) 에 의해 흡수될 수 있는 열 에너지로 변환된다. 구체적으로, 몇몇의 전자기 에너지는 유전체 윈도우 (10) 의 유전체 성질에 따라 열로 전환될 수 있고 챔버가 플라즈마 처리 가스를 이온화한 후 전자기 에너지의 더 많은 일부는 유전체 윈도우 (10) 에 의해 흡수될 수 있다 (예컨대, 유전체 윈도우 (10) 는 플라즈마 노출된 표면을 통해 플라즈마에 의해 가열될 수 있다). 따라서, 유전체 윈도우 (10) 의 온도는 전자기 에너지에 의해 증가될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 전자기 에너지는 유전체 윈도우 (10) 의 다른 일부가 전자기 에너지의 양의 변화를 받도록 이방성 (anisotropic) 이다. 유전체 윈도우 (10) 에서 유도되는 열이 유전체 윈도우 (10) 를 통해 전송되는 전자기 에너지의 양과 연관될 수 있고 여겨진다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예에서 전자기 에너지의 약 40% 초과가 유전체 윈도우 (10) 에 의해 열로 흡수될 수 있다. 유전체 윈도우는, 예를 들어, 일 실시예에서 약 1 kW 초과, 다른 실시예에서 약 1.5 kW, 또는 또 다른 실시예에서 약 2.25 kW와 같은 열로 전자기 에너지의 적어도 약 0.4 kW를 흡수할 수 있다. 따라서, 상승된 온도 영역 (열점 (hot spot)) 은 유전체 윈도우 (10) 의 다른 일부에 비하여 전자기 에너지에 의해 유도된 상대적으로 높은 양의 열을 받는 유전체 윈도우 (10) 의 부분에 형성될 수 있다.
플라즈마 처리 디바이스 (100) 는 플레넘 (40) 으로 공기를 제공하기 위해 적어도 하나의 공기 증폭기 (60) 를 포함한다. 일 이상의 덕트 (50) 는 플레넘 (40) 으로 공기 증폭기 (60) 를 커플링한다. 도 1이 4개의 공기 증폭기 (60) 및 4개의 덕트 (50) 를 도시하나, 플라즈마 처리 디바이스 (100) 는 유전체 윈도우 (10) 로 충분한 냉각을 제공하기에 충분한 임의의 수의 공기 증폭기 (60) 및 덕트 (50) 를 가질 수 있다는 것이 주목된다. 몇몇의 실시예는 유전체 윈도우 (10) 위에 다른 위치에 상이한 수의 플레넘을 포함하는 것으로 이하 설명된다. 나아가, 몇몇의 실시예는 플레넘의 이용없이 유전체 윈도우 상에 공기의 흐름을 제공할 수도 있다.
플레넘 (40) 으로 공급된 공기는 수동적으로 퍼지 (purge) 될 수 있다. 예를 들어, 플레넘 (40) 은 압력 제어된 챔버 (22) 내에 하우징 (housing) 될 수 있다. 압력 제어된 챔버 (22) 는 주변 압력 보다 낮은 압력으로 유지될 수 있고 플레넘 (40) 의 유출구 (outlet) (44) 는 압력 제어된 챔버 (22) 로 직접적으로 공기를 퍼지할 수 있다. 퍼지된 공기는 (도 1에 도시되지 않은) 배기관 시스템을 통해 압력 제어된 챔버 (22) 로부터 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 압력 제어된 챔버 (22) 는 주변 압력보다 높은 압력으로 유지될 수 있고 플레넘 (40) 의 유출구 (44) 는 압력 제어된 챔버 (22) 로 직접적으로 공기를 퍼지할 수 있다. 퍼지된 공기는 (도 1에 도시되지 않은) 벤트 (vent) 를 통해 압력 제어된 챔버 (22) 로부터 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 플레넘은 플라즈마 처리 디바이스 (100) 의 바깥으로 공기를 수동적으로 퍼지하도록 (도 1에 도시되지 않은) 배기관 덕팅 (ducting) 과 유체 연통할 수 있다.
추가적으로 또는 대안으로, 공기는 플레넘 (40) 으로부터 능동적으로 퍼지될 수 있다. 예를 들어, 일 이상의 공기 증폭기 (60) 는 플레넘 (40) 과 유체 연통할 수 있고 플레넘 (40) 으로부터 공기를 제거하도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 1은 유입 (input) 전용 배열에 덕트 (50) 를 도시한 반면, 덕트 (50) 는 플레넘 (40) 으로부터 공기를 제거하도록 그리고 또는 공기를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 도 1은 플레넘 (40) 으로 공기를 제공하는 것으로 공기 증폭기 (60) 를 도시하나, 공기 증폭기 (60) 의 유입구 (62) 는 플레넘 (40) 으로부터 공기를 제거하도록 플레넘 (40) 의 유출구 (44) 와 연통할 수 있다.
적어도 하나의 공기 증폭기 (60) 로의 공기 흐름의 주입은 상당한 양의 배면 압력을 발생시킬 수 있고, 상당한 양의 배면 압력은 유전체 윈도우 (10) 를 향하는 공기의 흐름을 억제할 수 있다. 몇몇의 실시예에 따르면, 플레넘 (40) 은 통상적으로, 예를 들어, 일 실시예에서 약 2 in-H2O 초과인 것과 같이 적어도 약 1 in-H2O의 배면 압력으로 가압된다. 또한, 배면 압력은 공기 증폭기 (60) 의 작동을 위해 요구되지 않는다는 것이 주목된다.
도 2는 본 명세서에 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플레넘을 개략적으로 도시한다. 플레넘 (40) 은 부분적인 엔클로저로 형성되고 일 이상의 유입구 (42) 및 일 이상의 유출구 (44) 를 포함한다. 따라서, 공기는 플레넘 (40) 의 유입구 (42) 에 의해 수신될 수 있고 플레넘 (40) 에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 배면 압력을 갖는 압력 영역으로 도입될 수 있다. 플레넘 (40) 은 각 세그먼트가 적어도 하나의 유입구 (42) 및 적어도 하나의 유출구 (44) 를 포함하도록 격벽 (48) 에 의해, 또한 본 명세서에서 섹션으로 언급된, 복수의 세그먼트 (46) 로 분할될 수 있다.
플레넘 (40) 이 실질적으로 링 형상인 것으로 도시되나, 플레넘 (40) 은 유전체 윈도우 (10) 의 영역으로 공기를 제공하기 적합한 임의의 형태로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 플레넘 (40) 은, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene) (PTFE 또는 "테플론"), 폴리에테르 에텔 케톤 (polyether ether ketone) (PEEK), 폴리에테르이미드 (polyetherimide) (PEI 또는 "울템"), 세라믹, 또는 임의의 다른 전자기 에너지 전달 재료와 같은 수동적 재료로부터 형성되고, 다른 재료 또한 가능하다.
도 3은 본 명세서에 도시되고 설명된 일 이상의 실시예에 따른 플레넘 세그먼트를 도시한다. 플레넘 (40) 은 단일편 (single piece) 으로 또는 서로 통합될 수 있는 복수의 세그먼트로 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 플레넘 세그먼트 (140) 는 플레넘 세그먼트 (140) 에 형성된 복수의 유출구 (144) 를 포함할 수도 있다. 플레넘 세그먼트 (140) 는 실질적으로 웨지 (wedge) 형상일 수도 있고 실질적으로 원통 형상의 영역 또는 실질적으로 링 형상의 영역을 엔클로즈하기 위해 추가적인 플레넘 세그먼트 (140) 와 결합하도록 구성될 수도 있다. 본 명세서에 설명된 플레넘은 에너지 소스 (30) 와 협력하기 적합한 임의의 형상으로 제공될 수 있고 유전체 윈도우 (10) 또는 유전체 윈도우 (10) 의 목표된 영역으로 가압된 냉각 흐름을 제공할 수 있다.
도 4a는 일 실시예에 따른 유전체 윈도우에 제공된 공기의 흐름을 가열하도록 공기 증폭기와 커플링된 히터 엘리먼트를 도시한다. 도 1에 관하여 위에 설명된 바와 같이, 플라즈마 처리 디바이스 (100) 는 플레넘 (40) 으로 또는 직접적으로 챔버 윈도우 (10) 로 공기를 공급하기 위해 적어도 하나의 공기 증폭기 (60) 를 포함한다. 각각의 공기 증폭기 (60) 는 유입 공기 (72) 를 수신하기 위한 유입구, 공기 (70) 를 유출 (output) 시키기 위한 배기관 (64) 및 가압된 공기 (68) (예컨대, 청정 건조 공기, 압축된 공기) 를 수신하기 위한 제어 입력부 (control input) (66) 을 포함한다. 어떤 특정한 이론에 얽매이지 않고, 제어 입력부 (66) 로 주입된 가압된 공기 (68) 는, 베르누이의 원리 및 코안다 효과에 따라, 가압된 공기 (68) 와 비교할 때 상대적으로 큰 양의 공기 (70) 를 제공한다. 공기 (70) 의 흐름은 히터 (74) 가 활성화되지 않은 경우 (예컨대, 오프 (off)) 냉각 공기로서 이용되고, 히터 (74) 가 활성화된 경우 (예컨데, 온 (on)) 냉각 윈도우를 가열하도록 고온 공기로서 이용된다. 일 실시예에서, 플레넘 (40) 은 링 형상이고 내측 코일 (32) 과 외측 코일 (34) 사이에 위치된다. 오직 하나의 공기 증폭기가 도 4a에 도시되나, 다른 공기 증폭기가 플레넘 (40) 과 커플링된 각각의 덕트 (50) 와 커플링될 수도 있다는 것이 주목된다.
일 실시예에서, 히터 엘리먼트 (74) 는 윈도우를 미리 결정된 온도로 가져가도록 기판의 처리를 시작하기 전에 활성화된다 (예컨대, 턴 온 된다). 윈도우가 미리 결정된 온도에 도달한다면, 히터 엘리먼트 (74) 는 비활성화되고 (예컨대, 턴 오프 된다) RF는 플라즈마 처리를 시작하도록 챔버내에서 전력을 공급받는다. 일 실시예에서 윈도우의 온도는 기판 처리 동작동안 온도 센서를 통해 모니터링되고, 온도가 제2 미리 결정된 온도에 도달하는 경우, 공기 증폭기 (60) 는 TCP 윈도우 (10) 로 냉각 공기 (70) 를 제공하도록 (히터 엘리먼트 (74) 를 활성화하지 않고) 활성화 된다.
윈도우가 제3 미리 결정된 온도로 냉각된 후, 공기 증폭기 (60) 는 비활성화된다. 윈도우 (10) 의 온도는 온도의 범위내에서 유지되고, 이 방식은 파손 또는 다기능을 야기할 수 있는 윈도우 (10) 상의 열적 스트레스를 방지한다. 윈도우에 제공되는 공기의 흐름으로 온도를 제어하는 기능은 디자인 엔지니어에게 챔버 처리의 더 나은 제어를 제공한다. 예를 들어, 처리 단계 동안 목표는 120℃ 이하로 윈도우를 유지하는 것이다. 그러나, 본 실시예를 이용하여 더 효과적으로 윈도우를 냉각하는 경우, 챔버 처리는 60℃, 80℃, 50℃ 와 100℃ 사이 범위 등과 같은 더 낮은 온도에서 동작할 수 있다.
가압된 공기 (68) (예컨대, 압축된 공기) 는 공기 증폭기 (60) 의 바깥의 공기와 비교하여 상대적으로 높은 속도에서 공기 증폭기 (60) 에 들어갈 수도 있다. 가압된 공기 (68) 는 공기 증폭기 (60) 의 배기관 (64) 쪽으로 향할 수도 있다. 코안다 효과에 따라, 가압된 공기 (68) 는 실질적으로 공기 증폭기 (60) 의 환형 (annular) 경계를 따라 이동할 수 있다.
공기 증폭기 (60) 는, 예를 들어, 일 실시예에서 약 20 cfm 내지 약 3000 cfm, 다른 실시예에서 약 25 cfm 내지 약 900 cfm, 또 다른 실시예에서 약 30 cfm 내지 약 230 cfm 또는 추가의 실시예에서 약 125 cfm 내지 약 230 cfm 과 같은 적어도 약 20 cfm 의 속도로 적합한 공기 (70) 의 양을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 공기 증폭기 (60) 는 일 이상의 덕트 (50) 를 통해 플레넘 (40) 과 유체 연통한다. 일 이상의 덕트 (50) 는, 예를 들어, 테플론, PEEK, 울템, 세라믹, 또는 임의의 다른 전자기 에너지 전송 재료와 같은 수동적 재료로 형성될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 비전송 (non-transmissive) 재료가 활용된다. 예를 들어, 마이크로파 소스가 플라즈마를 발생시키도록 이용된다면, 덕트 부품 (work) 은 금속으로 제작될 수도 있다.
각각의 덕트 (50) 는 공기 증폭기 (60) 의 배기관과 유체 연통하는 증폭기 오리피스 (orifice) 및 플레넘 (40) 의 유입구와 유체 연통하는 플레넘 오리피스를 포함할 수도 있다. 따라서, 공기 증폭기 (60) 는 덕트 (50) 및 플레넘 (40) 을 통해 유전체 윈도우 (10) 로 냉각 공기 또는 가열 공기를 공급할 수 있다.
도 4b는 일 실시예에 따른 플레넘에 부착된 덕트 및 공기 증폭기 사이에 직렬로 커플링된 히터 엘리먼트를 도시한다. 히터 엘리먼트는 공기 증폭기 (60) 앞 또는 뒤에 직렬로 커플링될 수도 있다. 도 4a는 히터 엘리먼트가 공기 증폭기 (60) 의 앞에 위치되는, 즉, 유입 공기 (72) 가 공기 증폭기 (60) 에 들어가기 전에 히터 엘리먼트를 통과하는, 실시예를 도시한다.
도 4b의 실시예에서, 히터 엘리먼트 (74) 는 공기 증폭기 (60) 와 덕트 (50) 사이에 직렬로 커플링된다. 이 경우, 유입 공기 (72) 는 공기 증폭기에 들어가고, 다음으로 공기 증폭기에서 나오는 유출 공기는 덕트 (50) 를 향해 통과하기 전에 가열된다.
또한, 플레넘 (40) 은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 윈도우 (10) 와 직접적으로 접촉할 수도 있다. 다른 실시예에서, 플레넘은 플레넘 아래의 공기의 흐름이 윈도우 (10) 상에 확산되도록 허용하기 위해 윈도우 (10) 로부터 이격될 수도 있다. 플레넘 (40) 과 윈도우 (10) 사이의 오프셋 거리는, 예를 들어, 일 실시예에서 약 0.25 mm 초과, 또는 다른 실시예에서 약 2 mm 와 같은, 유전체 윈도우 (10) 의 효과적인 냉각을 촉진하기 적합한 임의의 거리일 수 있다. 도 4b는 플레넘이 윈도우로부터 이격된 실시예를 도시하나, 다른 실시예는 윈도우 (10) 에 접촉한 플레넘 (40) 을 가질 수도 있다.
도 5는 일 실시예에 따른, 플레넘 없이 직접적으로 유전체 윈도우 상에 공기 흐름을 공급하는 것을 도시한다. 일 실시예에서, 공기는 덕트를 통해 인도되고 플레넘 (40) 없이 유전체 윈도우 (10) 상에 공급된다. 예를 들어, 공기의 흐름은 덕트 (50) 의 하단에서 그리고 윈도우 (10) 를 향해 덕트 (50) 를 나오고, 이는 덕트를 떠나간 공기가 윈도우 (10) 와 접촉하는 것을 야기한다.
몇몇의 실시예에서, 덕트로부터 윈도우로 직접적으로 공급된 공기의 혼합물이 있을 수 있고, 플레넘을 통해 윈도우로 공급되는 공기가 있을 수 있다. 일 실시예는 도 7d에 관하여 이하 제공된다.
도 4a, 4b, 및 5에 도시된 실시예는 예시적이라는 것이 주목된다. 다른 실시예는 다른 덕트 및 플레넘을 활용할 수도 있고, 또는 윈도우 상의 다른 위치 등에 플레넘을 배열할 수도 있다. 따라서, 도 4a, 4b, 및 5에서 도시된 실시예는 배타적 또는 제한적이 아니라 예시적 또는 설명적으로 이해되어야 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 플레넘을 갖는 챔버를 도시한다. 일 실시예에서, 기판은 직경이 300 mm 이나, 몇몇의 원리는 450 mm 와 같은 임의의 사이즈의 웨이퍼에 적용된다. 도 6은 2개의 코일, 내측 코일 (32) 및 외측 코일 (34), 및 2개의 플레넘, 내측 플레넘 (40) 및 외측 플레넘 (86), 을 갖는 챔버를 도시한다. 도 6에서 덕트 (50) 는 공기 증폭기 (60) 뒤에 위치되고 챔버의 세부사항을 모호하게 하지 않도록 생략된다는 것이 주목된다.
챔버 (100) 는 TCP 챔버로 RF 전력을 제공하는 매칭 네트워크 (matching network) (110) 와 커플링되는 RF 발생기 (108) 를 포함한다. 나아가, 챔버는 챔버에서 하단 전극으로 RF 전력을 공급하는 매칭 네트워크 (124) 와 커플링되는 제2 RF 발생기 (122) 를 포함한다.
시스템 제어기 (104) 는 챔버의 동작을 관리하도록 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 기판을 처리하도록 챔버에서 각각의 단계를 수행하기 위한 설정을 결정하는 (예컨대, 컴퓨터 판독가능 매체 내의) 플라즈마 레시피 설정 (106) 을 수신한다. 시스템 제어기 (104) 는 챔버의 다른 엘리먼트와 커플링되고 다른 엘리먼트가 동작하는, 예컨대, RF 전력을 턴 온 또는 턴 오프, 공기 증폭기 또는 히터를 활성화 또는 비활성화, 챔버에 플라즈마 가스를 도입, 등의 방법을 제어할 수 있다. 시스템 제어기 (104) 로부터의 몇몇의 연결은 도 6에 도시되고, 반면에 시스템 제어기 (104) 로부터의 다른 연결은 도 6에서 세부사항을 모호하게 하지 않도록 생략되었다.
일 실시예에서, 레귤레이터 (82) 는 압축된 공기의 소스와 공기 증폭기 또는 히터 사이에 위치된다. 시스템 제어기는 공기 증폭기로 이송되는 압력 공기의 양을 제어하기 위해 레귤레이터 (82) 를 제어하도록 동작가능하다. 일 실시예에서, 레귤레이터 (82) 는 2개의 상태: 온 그리고 오프를 갖는다. 온 상태에서, 레귤레이터 (82) 는 공기의 흐름에 어떠한 저항도 제공하지 않고 가압된 공기 (80) 가 공기 증폭기 또는 히터에 들어가도록 한다. 오프 상태에서, 공기의 흐름은 공기 증폭기 또는 히터로 제공되지 않는다. 다른 실시예에서, 레귤레이터 (82) 는 다수의 상태를 가질 수도 있고, 각각의 상태는 공기 증폭기 (60) 로 가압된 가스 (82) 의 상이한 양을 제공한다. 이 방식, 시스템 제어기 (104) 는 유전체 윈도우의 온도에 기초하여 상이한 양의 공기가 제공되도록 함으로써 유전체 윈도우에 온도를 더 우수하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 유전체 윈도우가 매우 높은 온도에 도달한 경우, 시스템 제어기는 공기를 가능한 많이 제공하도록 레귤레이터 (82) 를 활성화할 수 있고, 반면에 더 낮은 온도에서 시스템 제어기는 공기의 더 적은 양을 공급하도록 레귤레이터 (82) 를 활성화할 수도 있다.
일 이상의 온도 센서 (84) 는 요구되는 온도-관리 프로그램을 구현하도록 시스템 제어기로 열적 판독을 제공한다. 일 실시예에서, 각각의 레귤레이터는 챔버에서 다른 레귤레이터로부터 독립적으로 활성화될 수도 있고, 따라서 시스템 제어기에 윈도우의 상이한 영역들에서의 더 우수한 온도의 조정을 제공한다. 예를 들어, 윈도우의 중앙 영역이 윈도우의 바깥 영역이 목표된 온도에서 동작되는 동안 목표된 것보다 더 고온이 된다면, 시스템 제어기 (104) 는 내측 플레넘 (40) 상에서 공기 증폭기를 제어하는 레귤레이터를 활성화할 수도 있고 외측 플레넘 (86) 과 커플링되는 공기 증폭기를 활성화시키지 않을 수도 있다. 유사하게, 윈도우의 중앙영역의 섹션만이 목표된 것보다 고온이 된다면, 시스템 제어기 (104) 는 플레넘과 커플링된 모든 공기 증폭기에 대한 레귤레이터를 활성화하는 대신에, 단일의 섹션과 커플링된 공기 증폭기를 활성화할 수도 있다.
도 7a 내지 7d는 압축된 공기를 활용하는 챔버 윈도우를 냉각하기 위한 상이한 구성들에 대한 몇몇의 실시예를 도시한다. 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 동작을 위해 활용되는 플라즈마 처리 시스템의 상면도이다. 위에 설명된 바와 같이, TCP 코일은 내측 코일 (IC) (32) 및 외측 코일 (OC) (120) 을 포함하도록 도시된다. 도 7a의 도시는 본 발명의 일 실시예에 따라 챔버 (10) 에서 활용되는 TCP 코일의 내측 및 외측 코일 각각과 관련된 원형 권선 (winding) 을 도시하도록, 그리고 유전체 윈도우를 냉각 또는 가열하기 위해 이용되는 엘리먼트의 상대적 위치를 도시하도록 제공되었다. 코일 구성의 다른 타입이 가능하다는 것은 이해되어야 한다.
코일 말단들 사이의 연결은 유전체 윈도우를 냉각 또는 가열하기 위해 제공되는 엘리먼트와 관련하여 도시된다: 공기 증폭기 (68), 히팅 (heating) (66) 및 플레넘 (40). 돔 (dome) 타입 구조, 및 평평한 코일 분포가 아닌 다른 코일 타입 구조를 제공하는 차원의 코일을 갖는 것이 가능하다. TCP 코일의 기하적 구조와 관련된 구성에 따라, 플레넘 및 플레넘과 커플링된 덕트의 위치 및 형상이 조절될 수도 있다.
도 7a에 도시된 실시예에서, 4개의 공기 증폭기가 있다: 챔버의 일 측부에 위치된 2개, 그리고 챔버의 반대 측부에 위치된 다른 2개. 이 방식, 4개의 덕트는 플레넘 (40) 의 각각의 섹션으로 공기를 제공한다. 다른 실시예에서, 공기 증폭기의 위치는, 챔버의 각각의 측부에 하나의 공기 증폭기를 갖거나, 챔버의 같은 측부에 위치된 모든 공기 증폭기를 갖는 것과 같이 변화할 수도 있다. 따라서, 일 실시예에서, 각각의 덕트 및 플레넘 사이의 연결 지점은 기하적 구조를 수용하도록 조절될 수도 있고, 따라서 모든 덕트는 챔버 밖에 위치된 공기 증폭기와 커플링될 수 있다.
도 7b는 일 실시예에 따른 3개의 코일을 갖는 450 mm 챔버를 도시한다. 도 7b를 모호하게 하지 않도록, 몇몇의 연결부 및 엘리먼트는 설명의 단순화를 위해 생략되었다. 일 실시예에서, 도시된 각각의 덕트는 차가운 또는 따뜻한 공기를 공급할 수 있는 공기 증폭기와 커플링된다. 냉각 및 가열 구조체 (702) 는 공기 증폭기, 공기 증폭기 레귤레이터, 히터, 온도 제어 등을 포함한다. 시스템 제어기 (104) 는 유전체 윈도우에 고온 또는 저온의 공기의 흐름을 활성화 또는 비활성화하도록 챔버내에서 다른 엘리먼트와 커플링된다.
도 7b의 챔버는 3개의 코일을 포함한다: 내측 코일, 중간 코일, 및 외측 코일. 또한, 챔버는 내측 플레넘 및 외측 플레넘을 포함한다. 내측 플레넘은 내측 코일 및 중간 코일 사이에 위치되고, 반면에 외측 플레넘은 중간 코일 및 외측 코일 사이에 위치된다. 상이한 영역에서 2개의 상이한 플레넘을 가짐으로써, 시스템 제어기 (104) 는 유전체 윈도우 상에 더 우수한 온도 제어를 제공할 수 있다. 일 이상의 온도 센서는 다른 영역의 온도 관리를 제공하도록 실질적으로 유전체 윈도우 주변에 분포된다. 일 실시예에서, 하나의 온도 센서만이 이용되고, 다른 실시예에서 플레넘의 각각의 섹션 또는 세그먼트는 그것과 관련된 각각의 온도 센서를 갖지만, 온도 센서의 다른 구성이 또한 가능하다.
일 실시예에서, 내측 플레넘은 4개의 상이한 섹션을 포함하고 반면에 외측 플레넘은 8개의 상이한 섹션을 포함하고, 이는 더 큰 직경이 주어진 외측 플레넘으로 공기 흐름의 제어를 더 우수하게 허용한다. 다른 실시예는 각각의 플레넘에 대한, 1, 2, 3, 6 등과 같은 다른 수의 섹션이 활용될 수도 있다.
도 7b에서 도시된 실시예에서, 플레넘의 각각의 섹션은 관련된 온도 센서, 공기 증폭기, 및 히터를 갖는다. 시스템 제어기 (104) 내의 온도 제어 프로그램은 다른 온도 센서로부터 획득된 측정을 모니터링하고 목표된 온도에서 각각의 섹션과 관련된 각각의 영역을 유지하도록 공기 증폭기 및 히터를 활성화 또는 비활성화한다. 그러나, 같은 시간에 공기 증폭기의 턴온 또는 오프, 또는 하나의 플레넘과 관련된 모든 공기 증폭기를 동시에 턴온 또는 턴 오프하는 것과 같은 다른 온도-제어 방법이 또한 가능하다.
도 7c는 3개의 코일 및 3개의 플레넘을 갖는 챔버의 상면도를 제시한다. 냉각 또는 가열 구조체 (702) 와의 몇몇의 연결부는 아키텍처의 세부사항을 모호하게 하지 않도록 생략되었다. 3개의 플레넘 및 코일은 링 형상이고 처리 챔버 상에 윈도우의 주변을 향해 중앙으로부터 멀어지면서 교차된다 (alternated).
일 실시예에서, 플레넘당 다른 수의 섹션이 또한 가능하지만, 내측 플레넘은 4개의 섹션을 가지고, 중간 플레넘은 6개의 섹션을 가지고, 외측 플레넘은 8개의 섹션을 가진다. 3개의 다른 플레넘의 사용은 윈도우에서 온도 제어의 미세 조정 (fine-tuning) 을 허용한다. 위에 설명된 바와 같이, 다른 섹션과 커플링된 공기 증폭기는 실질적으로 유전체 윈도우 주위에 위치된 온도 센서로부터 획득된 온도 판독에 기초하여, 동시에 모두 활성화될 수도 있고 또는 개별적으로 활성화될 수도 있다.
도 7c에 도시되지 않은 다른 실시예에서, 상이한 플레넘으로 유도하는 덕트는 일 이상의 공기 증폭기로부터 공기를 공유할 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 2 개의 덕트는 하나의 공기 증폭기에 의해 생산되는 흐름을 공유하고 다른 실시예에서 2 이상의 덕트가 같은 공기 증폭기와 커플링될 수도 있다. 두 개의 섹션이 하나의 공기 증폭기를 공유하는 경우에서, 동일한 덕트가 2개의 다른 섹션과 공기 증폭기를 커플링 하도록 활용되고, 덕트는 각각의 섹션에 대한 하나의 유출구 대신 2개의 출구 유출구를 가진다.
도 7d는 플레넘 없이 윈도우 상에 직접적으로 공기의 흐름을 제공하는, 2개의 코일, 2개의 공기 증폭기 및 복수의 덕트를 갖는 챔버를 도시한다. 몇몇의 실시예에서, 적어도 하나의 공기 증폭기는 플레넘 없이 이용될 수도 있다. 도 7d에 도시된 실시예는 3개의 코일 및 2개의 플레넘을 포함한다. 제1 플레넘은 내측 코일과 중간 코일 사이에 위치되고, 제2 플레넘은 외측 코일 밖에 위치된다. 또한, 다수의 덕트는 플레넘의 이용 없이 중간 코일과 외측 코일 사이에, 윈도우의 센터로 공기의 흐름을 제공한다.
일 실시예에서, 윈도우로 공기를 공급하는 덕트의 유출은 유전체 윈도우 (10) 의 공기 노출된 표면 (14) 에 대하여 수직으로 지향된다. 따라서, 적어도 하나의 공기 증폭기 (60) 의 배기관 (64) 은 냉각 공기 (70) 가 유전체 윈도우 (10) 의 공기 노출된 표면 (14) 으로 실질적으로 수직인 경로를 따라 흐르도록 유전체 윈도우 (10) 에 대하여 지향될 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 적어도 하나의 공기 증폭기 (60) 는 유전체 윈도우 (10) 의 공기 노출된 표면 (14) 에 대하여 사각 (oblique angle) α에 지향된다. 따라서, 적어도 하나의 공기 증폭기 (60) 의 배기관 (64) 은 냉각 공기 (70) 가 사각 α로 유전체 윈도우 (10) 의 공기 노출된 표면 (14) 에 정렬되는 경로를 따라 흐르도록 유전체 윈도우 (10) 에 대하여 지향될 수 있다. 사각 α는 유전체 윈도우 (10) 의 온도를 제어하기 적합한 임의의 각일 수도 있다는 것이 주목된다.
도 7a 내지 7d에 도시된 실시예는 예시적이라는 것이 주목된다. 상이한 실시예는 상이한 수의 코일, 플레넘, 덕트, 섹션 등을 활용할 수도 있다. 따라서, 도 7a 내지 7d에서 도시된 실시예는 배타적 또는 제한적이 아니라 예시적 또는 설명적으로 이해되어야 한다.
도 8은 처리 동안 윈도우의 온도를 관리하기 위한 방법의 흐름도이다. 동작 (802) 에서, 히터는 동작 (804) 에서 공기 증폭기를 턴 온하기 전에 턴 온된다. 따라서, 공기 증폭기를 나가는 공기는 가열된 공기일 것이다. 동작 (804) 으로부터, 방법은 검사가 유전체 윈도우의 온도 t가 요구되는 가열 온도 ts 에 도달한지 결정하도록 하는 동작 (806) 으로 흐른다. 방법은 온도 t가 요구되는 가열 온도 ts 에 도달할 때까지 동작 (806) 에서 윈도우의 온도를 체크하는 것이 반복되고, 다음으로 방법은 히터 및 공기 증폭기가 턴 오프되는 동작 (808) 로 계속된다.
동작 (808) 으로 부터, 방법은 기판의 처리가 챔버에서 시작되는, 즉, RF 전력이 턴 온되고 플라즈마가 챔버에서 점화되는 동작 (810) 으로 흐른다. 동작 (810) 로부터, 방법은 검사가 유전체 윈도우의 온도 t 가 높은 임계 (threshold) 온도 th 이상인지 결정하도록 하는 동작 (812) 으로 흐른다. 온도 t 가 온도 th 이상이라면 방법은 동작 (814) 으로 흐르고, 그렇지 않으면 방법은 동작 (860) 으로 흐른다.
동작 (814) 에서, 공기 증폭기가 이미 온이 아니라면, 공기 증폭기는 턴 온된다. 동작 (814) 으로부터, 방법은 검사가 온도 t 가 낮은 임계 온도 tl 이하인지 결정하도록 하는 동작 (816) 으로 흐른다. 온도 t 가 온도 tl 이하라면, 방법은 동작 (818) 으로 흐르고, 온도 t 가 온도 tl 이하가 아니라면, 방법은 동작 (820) 으로 흐른다.
동작 (818) 에서, 공기 증폭기가 이미 오프가 아니라면, 공기 증폭기는 턴 오프된다. 동작 (818) 으로부터 방법은 검사가 기판의 처리가 완료되었는지 결정하도록 하는 동작 (820) 으로 흐른다. 처리가 완료되었다면, 방법은 기판의 처리를 종료하도록 동작 (822) 으로 흐르고, 처리가 완료되지 않았다면, 방법은 위에 설명된 온도 체크를 반복하도록 동작 (812) 로 돌아간다.
도 9는 일 실시예에 따른 챔버 윈도우의 온도를 관리하기 위한 방법의 흐름도이다. 동작 (902) 에서 공기 증폭기는 활성화되고, 공기 증폭기는 플라즈마 제조 챔버의 유전체 윈도우 상에 공기의 흐름을 발생시키도록 작동될 수 있다.
동작 (902) 으로부터, 방법은 공기 증폭기와 커플링된 히터가 활성화되는 동작 (904) 으로 흐른다. 히터가 활성화된다면, 예컨대, 턴온 된다면, 플라즈마 챔버 상의 윈도우로 제공되는 공기의 흐름은 가열된 공기를 포함할 것이다.
동작 (904) 으로부터, 방법은 공기 증폭기 및 히터가 윈도우 내의 온도가 제1 미리 결정된 온도 값에 도달한 후 비활성화되는 동작 (906) 으로 흐른다. 동작 (906) 으로부터, 방법은 공기 증폭기가 윈도우 내의 온도가 제2 미리 결정된 값에 도달한 후 히터를 활성화하지 않고 윈도우를 냉각하도록 활성화되는 동작 (908) 으로 흐른다.
동작 (908) 으로부터, 방법은 공기 증폭기가 윈도우 내의 온도가 제3 미리 결정된 값 이하가 된 이후 비활성화되는 동작 (910) 으로 흐른다.
도 10a는 일 실시예에 따른 공기로 윈도우를 냉각하기 위한 상이한 테스트들의 결과를 도시하는 차트이다. 윈도우 상의 온도는 윈도우의 반경을 따라 상이한 지점들에서 측정되었다. 다음으로 몇몇의 실험들은 상이한 전력 레벨에서 그리고 상이한 공기 증폭기 압력으로 챔버를 동작시킴으로써 수행되었다. 테스트는 도 1에서 설명된 챔버와 유사한 테스트 처리 챔버에서 수행되었다.
라인 (952) 은 4.5 kW 의 RF 전력을 이용하고 30 cfm 에서 동작하는 공기 증폭기를 이용한 경우의 데이터를 도시하고, 라인 (954) 은 4.5 kW 및 120 cfm 에 대한 데이터를 도시하고, 라인 (956) 은 2 kW 를 이용하고 30 cfm 에서 공기 증폭기를 이용한 경우의 데이터를 도시한다. 결과는 윈도우 상의 온도가 플레넘이 위치된 2개의 RF 코일 사이의 영역인 중앙으로부터 5 inch 주위에서 가장 높다는 것을 도시한다.
일 실시예에 따른 결과는, 낮은 전력 (예컨대, 2 kW) 에서 동작하는 동안, 30 chm 은 윈도우를 냉각하기 충분하다는 것을 도시한다. 그러나, 4.5 kW에서 동작하는 경우, 30 cfm 은 윈도우의 최고 온도 지점에서 약 200℃ 이하로 온도를 낮출 수 없다. 120 cfm 공기 증폭기는 약 180℃로 윈도우 상의 최대 온도를 낮추도록 충분한 냉각을 제공한다.
도 10에 도시된 실시예는 예시적이라는 것이 주목된다. 결과는 윈도우 온도를 테스팅하기 위한 특정 파라미터를 갖는 테스트 챔버에서 획득되었다. 다른 실시예는 상이한 결과를 생산할 수도 있고, 결과는 제시된 실시예에 대하여 어떠한 성능 주장과 관련된 것으로서 고려되지 않아야 한다. 따라서, 도 10에 도시된 실시예는 배타적 또는 제한적이 아니라 예시적 또는 설명적으로 이해되어야 한다.
도 10b는 시간에 따른 유전체 윈도우의 온도 제어를 위한 실시예를 도시한다. 처음에 t0 에서, 공기 증폭기 (AA) 및 히터는 목표된 온도 ts 로 유전체 윈도우의 온도를 가져가도록 RF 전력이 오프인 동안 턴 온된다. 일 실시예에서, 공기의 흐름의 최대한의 전력이 윈도우를 가열하도록 요구되지 않으므로 공기 증폭기는 용량의 50% 에서 동작되도록 조절된다. 물론, 다른 실시예에서 공기 증폭기는 최대한의 용량 (100%) 에서 동작할 수도 있다.
t1 에서, 온도는 ts 에 도달하고 공기 증폭기와 히터는 턴 오프되고, 반면에 RF 전력은 플라즈마 챔버에서 처리의 준비로 턴 온된다. RF 전력이 챔버로 제공됨에 따라, 온도는 온도가 th 에 도달할 때까지 점진적으로 증가한다. t2 에서, 공기 증폭기는 윈도우를 냉각하기 시작하도록 최대한의 용량 (예컨대, 100%) 에서 턴 온된다.
윈도우 상의 온도는 공기 흐름으로부터 냉각의 결과로서 냉각된다. t3 에서, 온도는 냉각을 턴 오프하도록 낮은 임계점 t1 에 도달한다. 결과적으로, 공기 증폭기는 t3 에서 턴 오프된다. 온도는 다시 증가하기 시작한다. 일 실시예에서, 레시피는 공기 증폭기에 대해 상이한 정도의 성능으로 온도를 조절하기 위해 호출된다. t4 에서, 공기 증폭기는 온도가 최대 온도 th 에 도달하기 전에 윈도우를 냉각하기 시작하도록 최대한의 용량보다 작은 용량 (예컨대, 60%) 에서 턴 온된다.
냉각의 결과로서, 윈도우 상의 온도는 그것이 다시 상승하기 시작할 때까지 (예컨대, 공기 증폭기의 이 성능 수준에서 냉각이 주어진 RF 전력에 대해 일정한 온도를 유지하기 충분하지 않을 때가지) 의 기간 동안 실질적으로 일정하게 머무른다. t5 에서, 레귤레이터는 윈도우에 더 냉각을 제공하기 위해 80% 에서 동작하도록 변화되고, 이는 윈도우 상의 온도의 점진적인 하강을 초래한다. t6 에서, 온도는 낮은 온도 t1 에 도달하고 공기 증폭기는 턴 오프된다.
도 10b 에서 도시된 실시예는 예시적이라는 것이 주목된다. 다른 실시예는 상이한 전력 수준을 활용할 수도 있고, 또는 상이한 온도에서 공기 증폭기를 활성화할 수도 있다. 따라서, 도 10b에 도시된 실시예는 배타적 또는 제한적이 아니라 예시적 또는 설명적으로 이해되어야 한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 실시예를 구현하기 위한 컴퓨터 시스템의 단순화된 개략도이다. 본 명세서에 설명된 방법은 통상의, 범용 컴퓨터 시스템과 같은 디지털 처리 시스템으로 수행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 하나의 기능만을 수행하도록 디자인되거나 프로그램된 특수 목적 컴퓨터가 대안에서 이용될 수도 있다. 컴퓨터 시스템은 버스 (bus) (810) 를 통해 임의 접근 메모리 (RAM) (806) 와 커플링된 중앙 처리 장치 (CPU) (804), 읽기 전용 메모리 (ROM) (812), 및 대량 저장 디바이스 (814) 를 포함한다. 시스템 제어기 프로그램 (808) 은 임의 접근 메모리 (RAM) (806) 에 상주하나, 또한 대량 저장 디바이스 (814) 에 상주할 수 있다.
대량 저장 디바이스 (814) 는 플로피 디스크 드라이브 또는 고정된 디스크 드라이브와 같은, 로컬 (local) 일 수도 또는 원격 (remote) 일 수도 있는 지속성 데이터 저장 디바이스를 나타낸다. 네트워크 인터페이스 (830) 는 다른 디바이스와 커뮤니케이션을 허용하는 네트워크 (832) 를 통해 연결을 제공한다. CPU (804) 가 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 특수하게 프로그램된 논리 디바이스에 포함될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 입력/출력 (I/O) 인터페이스는 다른 주변장치 (peripheral) 와 연결을 제공하고 버스 (810) 를 통해 CPU (804), RAM (806), ROM (812), 및 대량 저장 디바이스 (814) 와 연결된다. 샘플 주변장치는 디스플레이 (818), 키보드 (822), 커서 제어 (824), 분리가능한 매체 디바이스 (834) 등을 포함한다.
디스플레이 (818) 는 본 명세서에 설명된 사용자 인터페이스를 표시하도록 구성된다. 키보드 (822), 커서 제어 (824), 분리가능한 매체 디바이스 (834) 및 다른 주변장치는 CPU (804) 로 명령 선택 (command selection) 에서 정보를 전달하도록 I/O 인터페이스 (820) 와 커플링된다. 외부 디바이스로 그리고 외부 디바이스로부터의 데이터는 I/O 인터페이스 (820) 를 통해 전달될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시예는 태스크 (task) 가 유선 기반 또는 무선 네트워크를 통해 연결된 원격 처리 디바이스에 의해 수행되는 분산 컴퓨팅 환경 (distributed computing environment) 에서 실시될 수 있다.
상술된 실시예는 용량성 커플링된 플라즈마 (CCP) 챔버에 관혀어 설명되었으나, 그 원리는, 예컨대, 유도성 커플링된 플라즈마 (ICP) 반응기를 포함한 플라즈마 챔버, 전자-사이클로트론 공명 (ECR) 반응기를 포함한 플라즈마 챔버 등, 다른 타입의 플라즈마 챔버에 또한 적용될 수 있다는 것이 주목된다.
공기 증폭기가 유전체 윈도우의 온도를 제어하도록 다양한 공기 채널링 플레넘 디자인에 활용될 수 있다는 것이 지금 이해되어야 한다. 또한, 모델 데이터는 팬 냉각 시스템을 멈추기 충분한 배면 압력을 받는 경우라도 공기 증폭기가 플레넘의 보조로 유전체 윈도우에 냉각 공기의 상대적으로 높은 속도를 제공할 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예는, 예를 들어 식각 처리를 경유한 실리콘을 통해, 3 kW 를 초과하는 전자기 에너지를 받는 유전체 윈도우를 효과적으로 냉각하도록 활용될 수도 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예는, 예를 들어 식각 처리, 화학적 증기 증착, 산화물 식각 등 동안, 다른 타입의 전자기 에너지를 받는 유전체 윈도우를 효과적으로 냉각하도록 활용될 수도 있다.
실시예는 핸드-헬드 (hand-held) 디바이스, 마이크로프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반의 또는 프로그램가능한 가전, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 등을 포함하는 다양한 컴퓨터 시스템 구성으로 실시될 수도 있다. 또한, 실시예는 태스크가 네트워크를 통해 연결된 원격 처리 디바이스에 의해 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있다.
일 이상의 실시예는 컴퓨터 판독가능 매체 상의 컴푸터 판독가능 코드로 또한 제작될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이고, 데이터는 그 후에 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예시는 하드 드라이브, 네트워크 부착 저장장치 (NAS), 익기-전용 메모리, 임의-접근 메모리, CD-ROM, CD-R, CD-RW, 마그네틱 테이프 및 다른 광학적 또는 비광학적 데이터 저장 디바이스를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 코드가 분산 방식 (distributed fashion) 으로 실행되고 저장되도록 네트워크-커플링된 컴퓨터 시스템 상에 분산된 컴퓨터 판독가능 유형 매체를 포함할 수 있다.
방법 동작이 특정한 순서로 설명되었으나, 오버레이 (overlay) 동작의 처리가 목표된 방식으로 수행되는 한, 다른 보조관리 (housekeeping) 동작이 동작들 사이에 수행될 수도 있고, 또는 동작들이 그것들이 약간 다른 시간에 발생하도록 조절될 수도 있고, 또는 동작들이 처리와 관련된 다양한 간격에서 처리동작의 발생을 허용하는 시스템에서 분산될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
전술한 실시예가 이해의 명확성의 목적을 위해 몇몇의 세부사항에서 설명되었으나, 어떠한 변화 및 수정이 첨부된 청구항의 범위내에서 실시될 수 있다는 것이 분명해질 것이다. 따라서, 본 실시예는 설명적인 것이고 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 하고, 실시예는 본 명세서에서 주어진 세부사항으로 제한되지 않아야 하나, 첨부된 청구항의 범위 및 균등물 내에서 수정될 수도 있다.
Claims (20)
- 반도체 제조 장치에 있어서,
가압된 가스와 커플링 (coupling) 된 공기 증폭기로서, 상기 공기 증폭기는 활성화된 경우 공기의 흐름을 발생시키는, 상기 공기 증폭기;
상기 공기 증폭기와 커플링된 플레넘 (plenum) 으로서, 상기 플레넘은 상기 공기의 흐름을 수신하고 플라즈마 챔버의 윈도우 (window) 상에 상기 공기의 흐름을 분배하는, 상기 플레넘;
상기 공기 증폭기와 커플링된 히터 (heater) 로서, 상기 공기의 흐름은 상기 히터가 상기 플라즈마 챔버에서 처리동안 활성화된 경우 가열되는, 상기 히터;
상기 플라즈마 챔버의 상기 윈도우 주변에 위치된 온도 센서; 및
상기 온도 센서에 의하여 측정된 온도에 기초하여 상기 히터를 활성화하도록 그리고 상기 공기 증폭기를 활성화하도록 정의된 제어기를 포함하는, 반도체 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 플레넘은 복수의 섹션들 (sections) 을 포함하고,
제1 섹션은 상기 공기 증폭기와 커플링되고,
다른 섹션들은 각각의 공기 증폭기 및 히터와 커플링되는, 반도체 제조 장치 - 제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 컴퓨터 판독 가능한 매체에서 레시피 (recipe) 에 대한 인스트럭션 (instruction) 을 판독하도록 정의되고,
상기 인스트럭션은 상기 공기 증폭기 및 상기 히터를 활성화하기 위한 파라미터를 정의하는, 반도체 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 공기 증폭기 및 상기 제어기와 커플링된 레귤레이터를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 공기의 흐름의 강도를 조절하도록 복수의 값으로부터 선택되는 성능 값으로 상기 레귤레이터를 설정하도록 정의되는, 반도체 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버의 상기 윈도우 위의 내측 코일; 및
상기 플라즈마 챔버의 상기 윈도우 위의 외측 코일을 더 포함하는, 반도체 제조 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 플레넘은 링 형상이고 상기 내측 코일과 상기 외측 코일 사이에 배치되는, 반도체 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
제1 코일;
제2 코일;
제3 코일로서, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제3 코일은 동심 (concentric) 이고, 상기 플레넘은 링 형상이고 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 배치되는, 상기 제3 코일; 및
상기 제2 코일과 상기 제3 코일 사이에 배치되는 외측 플레넘을 더 포함하는, 반도체 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 공기 증폭기와 상기 플레넘 사이의 덕트 도관 (duct conduit) 을 더 포함하는, 반도체 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 히터 및 상기 제어기와 커플링된 히터 레귤레이터를 더 포함하는, 반도체 제조 장치. - 반도체 장비를 처리하기 위한 방법으로서,
공기의 흐름을 발생시키도록 정의된 공기 증폭기를 제1 활성화하는 단계;
상기 공기의 흐름을 가열하도록 상기 공기 증폭기에 커플링된 히터를 제1 활성화하는 단계로서, 상기 공기의 흐름은 플라즈마 챔버의 윈도우 위에 분산되는, 상기 히터를 제1 활성화하는 단계;
상기 윈도우의 온도가 제1 미리 결정된 값에 도달한 경우 상기 공기 증폭기 및 상기 히터를 비활성화하는 단계;
상기 온도가 제2 미리 결정된 값에 도달한 경우 상기 윈도우를 냉각하도록 상기 히터를 활성화하지 않고 상기 공기 증폭기를 제2 활성화하는 단계; 및
상기 온도가 제3 미리 결정된 값 이하인 경우 상기 공기 증폭기를 비활성화하는 단계를 포함하고,
상기 방법의 동작들은 프로세서에 의해 실행되는, 반도체 장비를 처리하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
기판을 처리하기 위해 인스트럭션과 함께 레시피를 수신하는 단계를 더 포함하고,
상기 레시피는 상기 제1, 제2 및 제3 미리 결정된 값을 포함하는, 반도체 장비를 처리하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 공기 증폭기를 제1 활성화하는 단계는, 가압된 공기로 하여금 상기 공기 증폭기를 통과하도록 하는 레귤레이터를 가동하는 단계를 더 포함하고,
상기 공기 증폭기는 상기 레귤레이터가 비활성화된 경우 비활성화되는, 반도체 장비를 처리하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 레귤레이터를 가동하는 단계는,
상기 레귤레이터에 대한 성능 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
상기 성능 값은 상기 공기의 흐름의 강도를 결정하는, 반도체 장비를 처리하기 위한 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 방법의 동작들은 일 이상의 프로세서에 의해 실행되는 경우 컴퓨터 프로그램에 의해 수행되고, 상기 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 임베디드되는 (embedded), 반도체 장비를 처리하기 위한 방법. - 반도체 제조 장치로서,
가압된 가스와 커플링된 복수의 공기 증폭기로서, 각각의 공기 증폭기는 활성화된 경우 공기의 흐름을 발생시키는, 상기 복수의 공기 증폭기;
복수의 섹션을 포함하는 플레넘으로서, 각각의 섹션은 각각의 공기 증폭기와 커플링되고, 각각의 섹션은 상기 각각의 공기 증폭기로부터 상기 공기의 흐름을 수신하고 각각의 섹션은 플라즈마 챔버의 윈도우상에 상기 공기의 흐름을 분산시키는, 상기 플레넘;
복수의 히터로서, 각각의 히터는 상기 각각의 공기 증폭기와 커플링되고, 상기 공기의 흐름은 각각의 히터가 상기 플라즈마 챔버에서 처리동안 활성화되는 경우 가열되는, 상기 복수의 히터;
상기 플라즈마 챔버의 상기 윈도우 주변에 위치된 일 이상의 온도 센서; 및
상기 일 이상의 온도 센서에 의해 측정된 일 이상의 온도에 기초하여 각각의 히터를 활성화하도록 그리고 각각의 공기 증폭기를 활성화하도록 정의된 제어기를 포함하는, 반도체 제조 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버의 상기 윈도우 위의 내측 코일; 및
상기 플라즈마 챔버의 상기 윈도우 위의 외측 코일을 더 포함하고,
상기 플레넘은 링 형상이고 상기 내측 코일과 상기 외측 코일 사이에 배치되는, 반도체 제조 장치. - 제 15 항에 있어서,
제1 코일;
제2 코일; 및
제3 코일로서, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제3 코일은 동심인, 상기 제3 코일을 더 포함하고,
상기 플레넘은 링 형상이고 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 배치되는, 반도체 제조 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제2 코일과 상기 제3 코일 사이에 배치된 복수의 외측 섹션을 포함하는 외측 플레넘을 더 포함하는, 반도체 제조 장치. - 제 18 항에 있어서,
제3 코일 바깥에 배치된 외부 플레넘을 더 포함하는, 반도체 제조 장치. - 제 15 항에 있어서,
복수의 덕트 도관을 더 포함하고,
각각의 덕트 도관은 상기 플레넘의 각각의 섹션과 하나의 공기 증폭기를 커플링하는, 반도체 제조 장치.
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