KR20140126270A - 플라즈마 프로세싱 챔버의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트 (cold spray barrier coated component) 는 적어도 하나의 금속 표면을 갖는 기판으로서, 상기 금속 표면의 일부는 전기 컨택트 (electric contact) 를 형성하도록 구성되는, 상기 기판을 포함한다. 저온 분사 베리어 코팅이 상기 기판의 전기 컨택트를 형성하도록 구성된 적어도 상기 금속 표면 상에 열적 (thermal) 그리고 전기적 (electrical) 전도성 재료로부터 형성된다. 또한, 저온 분사 베리어 코팅은 컴포넌트의 플라즈마 노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 표면 상에 위치할 수도 있다.
Description
본 발명은 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버들의 컴포넌트들 (components) 에 관한 것이며, 보다 구체적으로 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버들의 컴포넌트들에 대한 베리어 코팅 (barrier coating) 에 관한 것이다.
반도체 재료 프로세싱의 분야에서, 진공 프로세싱 챔버들을 포함하는 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버들은 예를 들어서 기판들 상에 다양한 재료들의 플라즈마 에칭 또는 PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) 와 같은 에칭 및 증착을 위해서 사용된다. 이러한 프로세스들 중 몇몇은 이러한 프로세싱 챔버들 내의 부식성 및 침식성 프로세스 가스들 및 플라즈마를 사용한다. 챔버 컴포넌트 마모, 및 챔버들 내에서 프로세싱된 기판들의 입자 및/또는 금속 오염을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 장치의 컴포넌트들이 이러한 가스 및 플라즈마에 노출된 때에 부식에 대하여 내성을 갖는 것이 바람직하다.
반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트 (cold spray barrier coated component) 가 본 명세서에서 개시된다. 상기 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트는 적어도 하나의 금속 표면을 갖는 기판으로서, 상기 금속 표면의 일부는 전기 컨택트 (electric contact) 를 형성하도록 구성되는, 상기 기판; 및 상기 전기 컨택트를 형성하도록 구성된 적어도 상기 금속 표면 상에 열적 (thermal) 그리고 전기적 (electrical) 전도성 재료로부터 형성된 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다. 또한, 상기 저온 분사 베리어 코팅은 플라즈마 및/또는 프로세스 가스에 노출된 상기 금속 표면의 일부 상에 있을 수도 있다.
또한, 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트의 전기 컨택트를 저온 분사 베리어 코팅하기 위한 프로세스가 본 명세서에서 개시된다. 상기 저온 분사 베리어 코팅하기 위한 프로세스는 기판의 적어도 하나의 금속 표면의 적어도 일부 상에 전기 전도성 저온 분사 베리어를 저온 분사하는 단계를 포함하며, 상기 금속 표면의 상기 일부는 전기 컨택트를 형성하도록 구성된다.
또한, 반도체 플라즈마 프로세싱 장치가 본 명세서에서 개시된다. 상기 반도체 플라즈마 프로세싱 장치는 반도체 기판들이 프로세싱되는 플라즈마 프로세싱 챔버를 포함한다. 이 장치는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체 연통하여서 프로세스 가스를 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 공급하기 위한 프로세스 가스 소스; 및 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 상기 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징 (energize) 하도록 구성된 RF 에너지 소스를 더 포함한다. 상기 반도체 플라즈마 프로세싱 장치는 적어도 하나의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트를 포함한다.
또한, 적어도 하나의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트를 포함하는 반도체 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 플라즈마 프로세싱하는 방법이 본 명세서에서 개시된다. 상기 방법은 상기 프로세스 가스를 상기 프로세스 가스 소스로부터 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 공급하는 단계; 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 생성하도록 상기 RF 에너지 소스를 사용하여서 RF 에너지를 상기 프로세스 가스에 인가하는 단계; 및 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 반도체 기판을 플라즈마 프로세싱하는 단계를 포함한다.
도 1은 플라즈마 프로세싱 챔버의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트의 단면도를 예시한다.
도 2는 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트들의 실시예들이 설치될 수 있는 용량적으로 결합된 플라즈마 에칭 챔버의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 3은 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트들의 실시예를 예시한다.
도 4는 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트들의 실시예를 예시한다.
도 2는 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트들의 실시예들이 설치될 수 있는 용량적으로 결합된 플라즈마 에칭 챔버의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 3은 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트들의 실시예를 예시한다.
도 4는 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트들의 실시예를 예시한다.
전기 전도성 베리어 코팅을 포함하는 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트로서, 상기 베리어 코팅이 저온 분사 베리어 코팅 기술을 사용하여서 형성되며 부식에 내성을 갖는, 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트가 본 명세서에서 개시된다. 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버는 바람직하게는 진공 챔버를 포함하고 반도체 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 에칭 또는 증착 챔버 (본 명세서에서 "플라즈마 챔버"로 지칭됨) 일 수 있다. 다음의 설명에서, 다수의 (numerous) 특정 세부 사항들이 본 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 본 실시예들은 이러한 특정 세부 사항들 전부 또는 일부 없이도 실시될 수 있음은 본 기술 분야의 당업자에게 자명할 것이다. 다른 실례들에서, 잘 알려진 프로세스 동작들은 본 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 세부적으로는 설명되지 않았다.
본 명세서에서 설명된 컴포넌트들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기판과 같은 적어도 하나의 금속 표면을 갖는 기판, 및 기판의 전기 컨택트를 형성하도록 구성된 금속 표면의 일부 상의 전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다. 기판의 전기 컨택트를 형성하도록 구성된 금속 표면의 일부는 인접하는 컴포넌트의 표면과 메이팅 (mating) 하도록 구성된 컴포넌트의 표면 (즉, 메이팅 표면 (mating surface)) 일 수 있다. 전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅은 기판의 플라즈마 노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 금속 표면 상에 형성될 수 있다. 저온 분사 베리어 코팅될 컴포넌트는 그들 간에 전기 컨택트들을 형성하는 가스 분배 플레이트 (226) 와 전극 (224) (도 2 참조) 간의 메이팅 표면들과 같은, 플라즈마 챔버 내의 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 전기 컨택트이다. 저온 분사 베리어 코팅은 니오븀, 탄탈륨, 텅스텐, 텅스텐 카바이드, 몰리브덴, 티타늄, 지르코늄, 니켈, 코발트, 철, 크롬, 알루미늄, 은, 구리, 스테인레스 스틸, WC-Co, 또는 이들의 합금들 또는 혼합물들로부터 형성될 수 있다. 또한, 저온 분사 베리어 코팅은 구멍, 캐비티 (cavity) 또는 개구를 규정하는 내부 표면 또는 외부 표면과 같은 플라즈마 및/또는 프로세스 가스에 노출된 금속 표면 상에 있을 수 있다. 저온 분사 베리어 코팅은 금속 기판의 하나 이상의 표면 상에 또는 모든 표면들, 외부 표면 및/또는 내부 표면 상에 도포될 수 있다.
에칭 프로세스들과 같은 플라즈마 프로세싱 동안에, 프로세스 가스들은 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면에 대해서 부식성을 갖는 예컨대 CxFy, CxHyFz, HBr, NF3, HCl, SiCl4, Cl2, 및 BCl3 (여기서, x ≥ 1, y ≥ 1, 및 z ≥ 0) 와 같은 할로겐-함유 종들일 수 있다. 따라서, 저온 분사 베리어 코팅이 바람직하게는 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면에 도포될 수도 있다. 이러한 도포 (application) 는 대체가능한 조밀한 알루미늄 저온 분사 베리어 코팅, 또는 보다 바람직하게는 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면 상의 탄탈륨과 같은 재료로부터 형성된 부식 내성 저온 분사 베리어 코팅의 형태로 될 수 있다. 탄탈륨은 할로겐 부식에 대한 그의 내성 및 그의 열적 특성 및 전기적 특성으로 인해서 바람직할 수도 있다.
전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅을 포함하는 컴포넌트들은 예컨대 반도체 웨이퍼들, 플랫 패널 디스플레이 기판들 등을 포함하는 다양한 기판들을 제조하는데 사용되는 반도체 기판들의 플라즈마 에칭 및 재료들의 증착 (예컨대, ALD, PECVD, 등) 을 포함하는 다양한 프로세스들을 수행하기 위한 장치들 내에서 사용될 수 있다. 장치의 타입 및 구성에 따라서, 금속 표면의 일부가 전기 컨택트를 형성하도록 구성되며 저온 분사 코팅될 적어도 하나의 금속 표면을 갖는 컴포넌트(들)는 예컨대 챔버 벽들, 챔버 벽 라이너들, 베플들, 가스 분배 플레이트들, 가스 분배 링들, 기판 지지부들, 에지 링들, 가스 노즐들, 패스너들, 쓰라우드들, 한정 링들, 가스킷들, RF 스트랩들, 전기 전도성 접속 부재들 등일 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트들은 표면이 가스 및/또는 플라즈마에 노출되고 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면의 일부가 전류 (RF 또는 DC) 가 반도체 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱 동안에 양 컴포넌트들을 통해서 흐를 수 있도록 다른 컴포넌트와 전기 컨택트를 형성하도록 구성되는 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면을 포함할 수도 있다. 저온 분사 베리어 코팅은, 표면이 전기적 및 열적 전도성을 유지하면서 베리어 코팅 (예컨대, 알루미늄 저온 분사 베리어 코팅) 또는 부식 내성 베리어 코팅 (예컨대, 탄탈륨 저온 분사 베리어 코팅) 을 나타낼 수 있도록, 컴포넌트의 노출된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면 및 상기 컴포넌트의 전기 컨택트 부분에 도포될 수 있다. 컴포넌트들은 바람직하게는 부식에 내성을 갖는 전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅으로 코팅되는 하나 이상의 외부 및/또는 내부 표면들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컴포넌트의 전체 외부 표면은 저온 분사 베리어 코팅을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 저온 분사 코팅된 컴포넌트 (100) 가 도 1에 도시된다. 도시된 바와 같이, 컴포넌트 (100) 는 표면 (112) 및 컴포넌트 (100) 의 외측 표면 (124) 을 형성하도록 표면 (112) 상에 형성된 전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅 (120) 을 포함하는 기판 (110) 이다. 기판 (110) 은 전체가 알루미늄 또는 알루미늄 합금 (예컨대, AL6061) 으로 형성되거나 이와 달리 기판 (110) 이 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속으로부터 형성된 전기 컨택트를 형성하는 적어도 하나의 표면 (112) 을 갖는 전도성 재료, 유전체 재료 또는 절연체의 복합재로부터 형성될 수 있다. 기판 (110) 전체가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되면, 기판 (110) 은 가공된 (wrought), 압출된 (extruded) 또는 캐스트된 (casted) 알루미늄일 수 있다. 바람직하게는, 저온 분사 베리어 코팅될 기판 (110) 의 표면 (112) 은 순수 (아노다이징되지 않은 (non-anodized)) 알루미늄이다. 다른 실시예들에서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면은 아노다이징 또는 조면화 (roughened) 될 수 있다. 다른 바람직한 실시예들에서, 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면은 폴리싱 또는 머시닝 (machine) 될 수 있다.
저온 분사 베리어 코팅 (120) 은 바람직하게는 금속, 세라믹, 또는 금속 세라믹 화합물을 기판 (110) 의 전기 컨택트를 형성하는 적어도 하나의 금속 표면 (112) 상에 저온 분사함으로써 형성된다. 저온 분사는 거의 상온의 분말 입자들 (여기에서는, 바람직하게는 고순도 알루미늄 또는 이와 달리 탄탈륨) 을 고속으로 가속시켜서 약 450 내지 1,500 m/sec 속도로 이동하는 입자들이 기판 (여기에서는, 금속 컴포넌트 또는 저온 분사 베리어 코팅될 다른 물품) 상으로 충돌하여서 코팅을 형성하게 하는 압축된 가스의 초음속 제트들 (supersonic jets) 을 사용하는 동역학적 분사 프로세스이다. 일 실시예에서, 입자들은 충돌 시에 기판 상에 열가소성으로 변형되고 일체화된다 (consolidate). 저온 분사는 또한 가스 동적 분사, 초음속 분사 및/또는 동역학적 분사로서 지칭될 수도 있다. 저온 분사 프로세스의 기본은 (고순도 금속 분말로 된) 입자들을 초음속 (450 내지 1500 m/sec) 으로 가스 동적 가속시켜서 높은 동력학적 에너지에 이르게 하고 이로써 고체상 소성 변형 및 융착 (fusion) 이 충격 시에 발생하여 피드스톡 (feedstock) 재료가 크게 가열되지 않고서 정제된 (refined) 미세구조를 갖는 조밀한 코팅들을 생성하는 것이다. 예를 들어서, 가공된 (작업이 마쳐진:fully worked) 순수한 알루미늄은 약 40 내지 45 의 브리넬 경도 스케일 값을 갖는 반면에, 저온 분사된 순수한 알루미늄은 약 55 내지 60 의 브리넬 경도 스케일 값을 갖는다. 일 실시예에서, 이는 수렴형-확산형 (convergent-divergent) de Laval 노즐들 및 높은 압력 (500 psi 또는 3.5 MPa에 달하는 압력) 및 플로우 레이트 (90 m3/hr) 를 갖는 헬륨, 아르곤, 또는 질소와 같은 압축된 가스를 사용하여서 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 코팅 재료의 입자들의 속도를 증가시키도록 가스들이 (알루미늄의 녹는점보다 낮은 온도로, 바람직하게는 120 ℃ 아래로) 사전 가열될 수 있다. 일 실시예에서, 금속성 본딩 재료 (본 명세서에서는, 고순도 알루미늄) 입자들이 약 1 내지 약 50 마이크론에 달하는 입자 직경 및 약 2.5 g/cm3 내지 약 20 g/cm3 에 달하는 입자 밀도를 가질 수 있다.
금속 분말과 함께 가스-분말 혼합물을 형성하는 가스로서, 일반적으로 불활성 가스가 사용된다. 본 명세서의 실시예들에 따른 불활성 가스는 다음으로 한정되지 않지만 아르곤, 헬륨, 상대적으로 비반응성의 질소 또는 이들 중 2 개 이상의 혼합물을 포함한다. 특정한 경우에, 공기가 또한 사용될 수 있다. 안전 규정이 만족된다면, 수소 가스 사용 또는 수소 가스와 다른 가스와 혼합 가스 사용이 고려될 수 있으며 수소의 매우 높은 음속으로 인해서 유리하게 사용될 수 있다. 실제로, 수소의 음속은 헬륨의 음속보다 30 퍼센트만큼 더 높으며 따라서 질소의 음속보다 대략 3 배이다. 공기의 음속이 20 ℃ 및 1 기압 (atm) 에서 344 m/s인 반면에, 보다 낮은 분자량을 갖는 수소 (28.96의 공기의 분자량에 비해서 약 2.016의 분자량을 가짐) 는 1308 m/s의 음속을 갖는다. 예를 들어, 헬륨과 4 % 수소의 가스 혼합물이 사용될 수도 있다.
전기 전도성 코팅을 형성하는 저온 분사 베리어 코팅은 바람직하게는 금속성 재료부터 형성되며, 상기 금속성 재료는 바람직하게는 할로겐 함유 가스 종들에 대하여 부식 내성을 갖는다. 이 코팅은 니오븀, 탄탈륨, 텅스텐, 텅스텐 카바이드, 몰리브덴, 티타늄, 지르코늄, 니켈, 코발트, 철, 크롬, 알루미늄, 은, 구리, 스테인레스 스틸, WC-Co, 또는 이들의 합금들 또는 혼합물들로부터 형성될 수 있다. 바람직하게는, 저온 분사 베리어 코팅은 알루미늄으로부터 형성되며 플라즈마 챔버 내의 전기 컨택트로서 기능하는 알루미늄 표면을 코팅하도록 형성된다. 프로세싱 동안에 전기 컨택트로서 기능하는 알루미늄 표면 상에 형성된 이전에 도포된 알루미늄 저온 분사 베리어 코팅은 침식될 수도 있으며 이러한 경우에 새로운 알루미늄 저온 분사 베리어 코팅이 플라즈마 챔버 내의 전기 컨택트의 수명이 연장될 수도 있도록 전기 컨택트 상에 도포될 수도 있다.
일 실시예에서, 저온 분사 증착은 분사될 예를 들어 알루미늄 기판과 같은 기판의 산화를 방지하기 위해서, 아르곤을 포함하는 진공 챔버와 같은 불활성 챔버 분위기 내에서 수행될 수 있다. 한편, 다른 실시예에서, 저온 분사 증착은 공기 내에서 (예컨대, 룸 분위기 (room atmosphere) 내에서) 수행될 수도 있으며, 이로써 분사 프로세스가 연속적인 라인-내 방식으로 (continuous in-line faasion) (기판이 제조 라인을 이탈하지 않으면서) 발생할 수 있게 한다. 라인-내 분사 프로세스는 본 개시의 일 실시예의 교시 사항들에 따라서 고순도 분사 코팅된 기판들의 제조와 관련된 시간 및 비용의 총량을 절감시킬수도 있다.
전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅 (120) 을 형성하는 저온 분사 베리어 코팅은 약 2 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터와 같은 약 1 마이크로미터 내지 약 10,000 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 저온 분사 베리어 코팅의 두께는 기판 (110) 의 표면 (112) 에 걸쳐서 실질적으로 균일하다. 일반적으로, 저온 분사 베리어 코팅은 금속성 불순물에 기초하여서 99.5% 99.7%, 99.9%와 같은 적어도 99%의 순도를 갖거나 유리하게는 적어도 99.95%의 순도를 갖거나 특히 적어도 99.995% 또는 적어도 99.999% 순도, 특히 바람직하게는 적어도 99.9995%의 순도를 갖는다.
저온 분사 베리어 코팅은 바람직하게는 체적 기공율 (volume porosity) 이 5%보다 작으며 매우 조밀하다. 보다 바람직한 실시예들에서, 저온 분사 베리어 코팅은 체적 기공율이 약 2%보다 작거나 체적 기공율이 약 0.5%, 0.1%, 0.01%, 0.001%, 및 0.0001% 보다 작은 바와 같이 체적 기공율이 약 1%보다 작은데, 즉 코팅 재료의 이론적 밀도에 근접한 밀도를 갖는다. 저온 분사 베리어 코팅은 바람직하게는 디펙트 (defect) 를 포함하지 않는다. 저 기공율 레벨은 공격성 플라즈마 에칭 (예컨대, 플루오로카본, 플루오로하이드로카본, 브로민 (bromine) 및 클로린 (chlorine) 함유 에칭 가스들) 분위기와 그 아래에 놓인 기판 간의 접촉을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 저온 분사 베리어 코팅은 이러한 공격적인 분위기들에 의한 기판의 물리적 및/또는 화학적 공격으로부터 보호한다.
일반적으로, 저온 분사 베리어 코팅용으로 순수 금속 대신에 합금이 사용되면, 대응하는 고순도 코팅이 생성될 수 있도록 합금은 바람직하게는 전체적으로 높은 순도를 갖는다. 본 명세서에서 개시된 실시예들 중 하나에서, 산소, 탄소, 질소 또는 수소와 같은 분말 내의 비금속성 불순물들의 총 함량은 유리하게는 1,000 ppm보다 적으며 바람직하게는 500 ppm보다 적으며 보다 바람직하게는 150 ppm보다 적어야 한다. 본 명세서에서 개시된 실시예들 중 하나에서, 산소 함량은 50 ppm 이하이고 질소 함량은 25 ppm 이하이며 탄소 함량은 25 ppm 이하이다. 금속성 불순물의 함량은 유리하게는 500 ppm 이하이고, 바람직하게는 100 ppm 이하이며 가장 바람직하게는 50 ppm 이하이며 특히 10 ppm 이하이다. 저온 분사 베리어 코팅의 산소 함량은 저온 분사 프로세스와 반대되는 바와 같이 저온 프로세스를 수행하는데 사용되는 최초의 분말의 산소 함량에 크게 의존한다.
전기 전도성 및 바람직하게는 부식 내성 코팅 (120) 을 형성하는 저온 분사 베리어 코팅은 바람직하게는 기판 (110) 의 표면 (112) 에 강한 부착 강도 (adhesion strength) 를 갖는다. 저온 분사 베리어 코팅은 기판 표면 (112) 을 이전에 조면화시키지 않으면서 기판 (110) 상에 직접적으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판 표면 (112) 은 저온 분사 베리어 코팅이 도포되기 이전에 조면화될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 저온 분사 베리어 코팅은 기판 표면 (112) 의 선행 조면화 없이 적합한 부착력을 제공하며 이는 추가적인 프로세스 단계들을 제거한다. 바람직하게는, 저온 분사 베리어 코팅은 인장 본딩 강도 테스트가 컴포넌트 (100) 에 대해서 수행될 때에, 저온 분사 베리어 코팅이 응집성 면에서는 (cohesively) (즉, 컴포넌트의 기판 벌크 내에서) 통과하지 못하지만 부착성 면에서는 (adhesively) (즉, 기판/코팅 계면에서) 그렇지 않도록 코팅이 형성되는 기판 (110) 의 표면(들) (112) 에 대한 충분하게 높은 부착 강도를 갖는다.
기판 (110) 으로의 저온 분사 베리어 코팅의 양호한 부착을 보장하기 위해서, 기판 표면 (112) 은 저온 분사 이전에 산화물 스케일 (scale) 및/또는 그리스 (grease) 이 철저하게 세정되어야 한다. 이러한 세정은 희석된 하이드로클로릭 산 용액 또는 황산 용액 또는 디그리싱 용매 (degreasing solvent) 내에서 기판 (110) 을 요동시킴으로써 이루어질 수 있다.
저온 분사 코팅된 컴포넌트의 실시예들은 예를 들어 유전체 에칭 챔버, 용량 결합형 플라즈마 에칭 챔버, 유도 결합형 플라즈마 에칭 챔버, PECVD 챔버, ALD (atomic layer deposition) 챔버와 같은 반도체 플라즈마 프로세싱 장치의 에칭 챔버 또는 증착 챔버 내에서 사용될 수 있다. 이러한 챔버 내에서, 기판 표면들은 플라즈마 및/또는 프로세스 가스들에 노출될 수 있다. 특정 에칭 프로세스에서, 이러한 프로세스 가스들은 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면과 같은 특정 재료들에 대해서 침식성을 갖는, 예를 들어서 CxFy, CxHyFz, HBr, NF3, HCl, SiCl4, Cl2, 및 BCl3와 같은 할로겐 함유 종들일 수 있다. 그러나, 저온 분사 베리어 코팅은 플라즈마 및 프로세스 가스들에 대하여 부식 내성을 제공하도록 플라즈마-노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면을 코팅하는데 사용될 수 있다. 저온 스프레이 베리어 코팅은 예를 들어서 조밀한 알루미늄 코팅을 제공하는데 사용될 수 있으며, 상기 코팅은 사전결정된 지점에서 침식 및/또는 부식된 후에 주기적으로 교체될 수도 있다. 이와 달리, 저온 분사 베리어 코팅은 조밀한 탄탈륨 코팅을 제공하는데 사용될 수도 있다. 탄탈륨은 높은 온도 및 압력에서 부식성 가스 공격에 대한 그의 내성 및 목표 전기적 그리고 열적 전도도 특성으로 인해서 바람직하다. 바람직하게는, 플라즈마 프로세싱 장치 내의 플라즈마-노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면은 코팅된 표면들의 일부가 전기적 그리고 열적 컨택트 표면들을 형성하고 전류 및 열적 에너지가 그를 통해서 전달될 수도 있는, 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다. 저온 분사 베리어 코팅은 반도체 플라즈마 프로세싱 장치 내의 컴포넌트에 의해서 제공된 RF 복귀 경로를 간섭하기 않거나 전기 전도를 방해하지 않으면서 노출된 표면에 대해 부식 내성을 제공할 수도 있다.
저온 분사 베리어 코팅은 예시의 용이성을 위해서 전기 컨택트를 형성하는 금속 표면을 갖는 임의의 타입의 컴포넌트에 도포될 수 있지만, 이 코팅은 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용되는 공동 양도된 미국 특허 공개 번호 2009/0200269에 설명된 장치에 대하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 2는 플라즈마 프로세싱 장치의 조절 가능한 갭 용량 결합형 플라즈마 (CCP) 에칭 챔버 (200) ("챔버") 의 예시적인 실시예를 나타낸다. 이 챔버 (200) 는 챔버 하우징 (202); 챔버 하우징 (202) 의 천장부 (228) 에 탑재된 상부 전극 어셈블리 (225); 챔버 하우징 (202) 의 바닥부 (205) 에 탑재되고 상부 전극 어셈블리 (225) 의 하부 표면에 대해서 실질적으로 평행하도록 이격된 하부 전극 어셈블리 (215) (즉, 기판 지지부); 상기 상부 전극 어셈블리 (225) 와 하부 전극 어셈블리 (215) 간의 갭 (232) 을 둘러싸는 한정 링 어셈블리 (206); 상부 챔버 벽 (204); 및 상부 전극 어셈블리 (225) 의 상단부를 둘러싸는 챔버 상단 (230) 을 포함한다. 다른 실시예에서, 환형 쓰라우드 (annular shroud) (401) (도 4 참조) 가 상기 상부 전극 어셈블리 (225) 와 하부 전극 어셈블리 (215) 간의 갭 (232) 을 둘러싸도록 환형 쓰라우드 (401) 가 한정 링 어셈블리 (206) 를 대신할 수 있다.
상부 전극 어셈블리 (225) 는 바람직하게는 상부 샤워헤드 전극 (224) 및 가스 분배 플레이트 (226) 를 포함한다. 상부 전극 어셈블리 (225) 는 상부 샤워헤드 전극 (224) 을 둘러싸는 외측 전극 (224a) 및 가스 분배 플레이트 (226) 를 둘러싸는 선택적 가스 분배 링 (226a) 을 선택적으로 포함할 수 있다. 상부 샤워헤드 전극 (224) 및 가스 분배 플레이트 (226) 는 상부 샤워헤드 전극 (224) 과 하부 전극 어셈블리 (215) 간에 규정된 갭 (232) 으로 공정 가스를 분배하기 위한 가스 통로들을 포함한다. 상부 전극 어셈블리 (225) 는 상부 샤워헤드 전극 (224) 과 하부 전극 어셈블리 (215) 간에 규정된 갭 (232) 으로 공정 가스를 분배하기 위한 가스 통로들을 포함하는 하나 이상의 배플들 (미도시) 과 같은 가스 분배 시스템을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 배플들을 포함하는 상부 전극 어셈블리의 예시적 실시예가 본 명세서에서 그 전체 내용이 참조로서 인용되고 본 출원인에게 공동으로 양도된 미국 특허 8,313,665에서 찾을 수 있다. 상부 전극 어셈블리 (225) 는 RF 가스킷 (320), 가열 요소 (121), 가스 노즐 (122) 및 다른 부품들과 같은 추가 컴포넌트들을 더 포함할 수 있다. 챔버 하우징 (202) 은 기판 (214) 이 챔버 (200) 내로/로부터 로딩/언로딩되도록 하는 게이트 (미도시) 를 갖는다. 예를 들어서, 기판 (214) 은 본 명세서에서 그 전체 내용이 참조로서 인용되고 본 출원인에게 공동으로 양도된 미국 특허 6,899,109에 개시된 바와 같은 부하 록 (load lock) 을 통해서 챔버에 진입할 수 있다.
상부 샤워헤드 전극 (224) 은 바람직하게는 단결정 실리콘 또는 폴리실리콘과 같은 반도체 호환 가능한 재료로부터 형성된다. 가스 분배 플레이트는 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 형성된다. 바람직하게는, 가스 분배 플레이트 (226) 및 샤워헤드 전극 (224) 은 그들을 통해서 열 및 RF 직류를 전달할 수 있도록 구성된다. 실리콘 상부 샤워헤드 전극 (224) 과 대면하는 가스 분배 플레이트 (226) 상의 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면은 그들 간에 전기적 컨택트를 형성한다. 가스 분배 플레이트 (226) 의 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면의 일부분들은 바람직하게는 양호한 전기적 그리고 열적 전도성을 나타내는 금속 코팅된 컴포넌트를 제공하도록 저온 분사 베리어 코팅으로 코팅된다. 일 실시예에서, RF 가스킷 (320) 과 같은 전기 전도성 부재는 가스 분배 플레이트 (226) 및 샤워헤드 전극 (224) 과 직접 접촉한다. RF 가스킷 (320) 은 RF 전도를 개선하도록 가스 분배 플레이트 (226) 및 샤워헤드 전극 (224) 의 주변 에지 근처에 탑재된다. 또한, RF 가스킷 (320) 은 가스 분배 플레이트 (226) 와 샤워헤드 전극 (224) 간의 DC 전도를 개선하여, 이 2 개의 컴포넌트들 간의 아크 현상을 방지한다. 바람직하게는, RF 가스킷 (320) 은 상부 전극 어셈블리 (225) 의 열적 사이클링 (thermal cycling) 으로 인한 수축 및 확장을 수용할 수 있도록, RF 가스킷 (320) 은 유연성이 있다. RF 가스킷 (320) 은 바람직하게는 나선형 금속성 가스킷 (spiral metallic gasket) 이며 바람직하게는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 이루어진다. RF 가스킷 (320) 은 바람직하게는 역시 열을 전달할 수도 있는 부식 내성 및 전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트를 형성하도록 저온 분사 베리어 코팅을 갖도록 저온 분사된다.
몇몇 예시적인 실시예들에서, 상부 전극 어셈블리 (225) 는 상부 전극 어셈블리 (225) 와 하부 전극 어셈블리 (215) 간의 갭 (232) 을 조절하도록 상부 방향 및 하부 방향으로 (도 2에서 화살표 A 및 A'로 표시됨) 조절 가능하다. 상부 어셈블리 리프트 액추에이터 (lift actuator) (256) 는 상부 전극 어셈블리 (225) 를 상승 또는 하강시킨다. 이 도면에서, 챔버 천장 (228) 으로부터 수직으로 연장된 환형 확장부 (229) 는 상부 챔버 벽 (204) 의 원통형 보어 (bore) (203) 를 따라서 조절가능하게 위치된다. 실링 구성부 (sealing arrangement) (미도시) 가 상부 전극 어셈블리 (225) 가 상부 챔버 벽 (204) 및 하부 전극 어셈블리 (215) 에 대해서 이동가능하도록 하면서, 구성 요소들 (229/203) 간에 진공 시일 (seal) 을 제공하도록 사용될 수도 있다. RF 복귀 스트랩 (248) 은 직류가 그를 통해서 전달될 수 있도록 상부 전극 어셈블리 (225) 와 상부 챔버 벽 (204) 을 전기적으로 접속시킨다.
RF 복귀 스트랩 (248) 은 전극 어셈블리 (225) 가 챔버 (200) 내에서 수직으로 이동하게 하도록 상부 전극 어셈블리 (225) 와 상부 챔버 벽 (204) 간의 전도성 RF 복귀 경로를 제공한다. 이 스트랩은 만곡된 부분에 의해서 연결된 2 개의 평면형 단부들을 포함한다. 이 만곡된 부분은 상부 챔버 벽 (204) 에 대한 상부 전극 어셈블리 (225) 의 이동을 수용한다. 챔버 크기와 같은 요소들에 따라서, 복수의 (2, 4, 6, 8 또는 10 개 이상의) RF 복귀 스트랩들 (248) 이 상부 전극 어셈블리 (225) 를 둘러서 원주 방향으로 이격되게 배열될 수 있다. 또한, 복수의 (2, 4, 6, 8 또는 10 개 이상의) RF 복귀 스트랩들 (246) 이 하부 전극 어셈블리 (215) 를 둘러서 원주 방향으로 이격되게 배열될 수 있다.
간략성을 위해서, 가스 소스 (234) 에 연결된 오직 하나의 가스 라인 (236) 이 도 2에 도시된다. 추가 가스 라인들이 상부 전극 어셈블리 (225) 에 연결될 수 있으며 가스가 상부 챔버 벽 (204) 및/또는 챔버 상단 (230) 의 다른 부분들을 통해서 공급될 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 하부 전극 어셈블리 (215) 가 갭 (232) 을 조절하도록 상부 및 하부 방향으로 (도 2에서 화살표 B 및 B'로 표시됨) 이동하는 반면에, 상부 전극 어셈블리 (225) 는 정지하거나 이동할 수도 있다. 도 2는 챔버 하우징 (202) 의 바닥부 (하단 벽) (205) 를 통해서 하부 전극 어셈블리 (215) 를 지지하는 하부 전도성 부재 (264) 로 연장하는 샤프트 (260) 에 연결된 하부 어셈블리 리프트 액추에이터 (258) 를 예시한다. 벨로우즈 (bellows) (262) 가 샤프트 (260) 가 하부 어셈블리 리프트 액추에이터 (258) 에 의해서 상승 및 하강된 때에 하부 전극 어셈블리 (215) 가 상부 챔버 벽 (204) 및 상부 전극 어셈블리 (225) 에 대해서 이동가능하게 하면서, 챔버 하우징 (202) 의 바닥부 (205) 와 샤프트 (260) 간에 진공 시일을 제공하는 실링 구성부의 일부를 형성한다. 필요하다면, 하부 전극 어셈블리 (215) 는 다른 구성부들에 의해서 상승 및 하강될 수 있다. 예를 들면, 캔틸레버 빔 (cantilever beam) 에 의해서 하부 전극 어셈블리 (215) 를 상승 및 하강시키는 조절가능한 갭 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 챔버의 다른 실시예가 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 인용되는 공동 양도된 미국 특허 7,732,728에 개시된다.
필요하다면, 이동가능한 하부 전극 어셈블리 (215) 는 챔버 벽 라이너 (252) 와 같은 전기 도전성 부분에 외측 에지 링 (접지 링) (222) 을 전기적으로 접속시키는 적어도 하나의 하부 RF 스트랩 (246) 에 의해서 챔버의 벽에 접지되며, 하부 전극 어셈블리 (215) 가 예를 들어서 갭이 상이한 높이들로 설정되는 다중스텝 플라즈마 프로세싱 동안에 챔버 (200) 내에서 수직으로 이동가능하게 하면서, 플라즈마를 위한 짧은 RF 복귀 경로를 제공할 수 있다.
도 3은 조절가능한 갭 용량-결합형 플라즈마 에칭 챔버 (200) 내의 전기 전도성 챔버 측벽 라이너 (252) 에 외측 에지 링 (222) 을 전기적으로 접속시키는 유연성이 있는 전도성 RF 스트랩 (246) 의 실시예를 예시한다. 전기 전도성 접속 부재들 (270) 은 알루미늄 금속 블록 또는 알루미늄 합금 금속 블록 또는 알루미늄 도금된 금속 블록 또는 알루미늄 합금 도금된 금속 블록으로부터 형성될 수도 있으며, 열 및 전기가 그들을 통해서 전달될 수도 있도록, 제 1 전기 전도성 접속 부재 (270) 는 RF 스트랩 (246) 의 제 1 단부를 전기 전도성 챔버 측벽 라이너 (252) 에 접속시키고 제 2 전기 전도성 접속 부재 (270) 는 RF 스트랩 (246) 의 제 2 단부를 외측 에지 링 (222) 에 접속시킨다. 전기 전도성 접속 부재들 (270), RF 스트랩 (246), 외측 에지 링 (222) 및 전기 전도성 챔버 측벽 라이너 (252) 각각은 그들의 금속 표면들 상에 저온 분사 베리어 코팅을 가질 수도 있으며, 금속 표면 각각의 일부는 전기적 컨택트를 형성하도록 구성된다. 또한, 전기 전도성 접속 부재들 (270), RF 스트랩 (246), 외측 에지 링 (222) 및 전기 전도성 챔버 측벽 라이너 (252) 의 플라즈마-노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면은 저온 분사 베리어 코팅을 포함할수도 있다. 바람직하게는, 플라즈마-노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 알루미늄 표면 구역 또는 알루미늄 합금 표면 구역은 전기 전도성 접속 부재들 (270) 과/또는 유연성 RF 스트랩 (246) 간에 전기 컨택트들을 형성하는 금속 표면들의 일부분들 및 상기 전기 컨택트에 인접한 플라즈마-노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 알루미늄 표면 구역 또는 알루미늄 합금 표면 구역이 전류가 그들을 통해서 전달될 수도 있게 높은 열적 그리고 전기적 전도도를 유지하면서 저온 분사 베리어 코팅에 의해서 라디칼로부터 보호되도록 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다. 패스너 구멍들 (272) 이 접속 부재들 (270) 과 RF 스트랩 (246) 간의 접속을 완성하는 스크루, 리벳, 핀, 등과 같은 패스너들을 수용하도록 구성된 접속 부재들 (270) 내에 제공될 수도 있다. 패스너들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 형성되거나 이와 달리 알루미늄 도금된 패스너 또는 알루미늄 합금 도금된 패스너일 수도 있다. 패스너들이 산소 및/또는 불소 라디칼에 노출되는 것을 막기 위해서, 저온 분사 베리어 코팅이 또한 알루미늄 패스너들의 플라즈마-노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 표면에 제공될 수도 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 하부 전도성 부재 (264) 는 하부 전극 어셈블리 (215) 로부터 외측 에지 링 (222) 을 전기적으로 절연시키는 유전체 커플링 에지 링 (dielectric coupling edge ring) (220) 을 둘러싸는 외측 에지 링 (접지 링) (222) 에 전기적으로 접속된다. 하부 전극 어셈블리 (215) 는 척 (212), 에지 링 어셈블리 (216) 및 하부 전극 (210) 을 포함한다. 그러나, 하부 전극 어셈블리 (215) 는 기판을 리프팅하기 위한 리프트 핀 메카니즘, 광학 센서들, 및 하부 전극 어셈블리 (215) 에 부착되거나 이의 일부를 형성하면서 하부 전극 어셈블리 (215) 를 냉각시키기 위한 냉각 메카니즘과 같은 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 척 (212) 은 동작 동안에 하부 전극 어셈블리 (215) 의 상단 표면 상에서 기판 (214) 을 제자리에서 고정시킨다. 척 (212) 은 정전 척, 진공 척, 또는 기계적 척일 수 있다. 하부 전극 어셈블리 (215) 내에 포함된 알루미늄 컨택트 표면 또는 알루미늄 합금 컨택트 표면은 바람직하게는 직류 또는 RF 전류가 그를 통해서 전달될 수 있도록 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다.
예를 들면, 도 4에 예시된 바와 같이, 환형 쓰라우드 (401) 가 그들 간의 전기 컨택트 (430) 에서 외측 에지 링 (422a) 에 전기적으로 접속된다. 외측 에지 링 (422a) 은 유연성이 있는 전도성 RF 스트랩 (402) 에 전기적으로 접속되며 유연성이 있는 전도성 RF 스트랩 (402) 은 외측 에지 링 (422b) 에 전기적으로 접속된다. 전기 전도성 접속 부재들 (470) 은 알루미늄 금속 블록 또는 알루미늄 합금 금속 블록 또는 알루미늄 도금된 금속 블록 또는 알루미늄 합금 도금된 금속 블록으로부터 형성될 수도 있으며, 전류가 그들을 통해서 전달될 수도 있도록, 제 1 전기 전도성 접속 부재 (470) 는 RF 스트랩 (402) 의 제 1 단부를 외측 에지 링 (422a) 에 접속시키고 제 2 전기 전도성 접속 부재 (470) 는 RF 스트랩 (402) 의 제 2 단부를 외측 에지 링 (422b) 에 접속시킨다. 외측 에지 링 (422b) 은 그들 간의 전기 컨택트 (431) 에서 하부 전도성 부재 (464) 에 전기적으로 접속된다. 환형 쓰라우드 (401), 외측 에지 링들 (422a, 422b), 유연성 있는 전도성 RF 스트랩 (402), 및 알루미늄 금속 블록 또는 알루미늄 합금 금속 블록 (470) 각각은 자신의 메이팅하는 표면들 상에 저온 분사 베리어 코팅을 포함할 수도 있으며, 메이팅하는 표면들은 그들 간에 전기 컨택트를 형성한다. 예를 들면, 전기 컨택트들 (430, 431) 은 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다. 또한, 저온 분사 베리어 코팅은 전기 컨택트를 형성하는 메이팅하는 표면들에 인접하는 플라즈마-노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면 상에도 포함될 수 있다.
도 2로 돌아가면, 하부 전극 (210) 에는 통상적으로 RF 전력이 하부 전극 (210) 에 접속된 하나 이상의 RF 전원들 (240) 로부터 임피던스 매칭 네트워크 (238) 를 통해서 공급된다. RF 전력은 에를 들어서 400 kHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27 MHz 및 60 MHz 중 하나 이상의 주파수에서 공급될 수 있다. RF 전력은 갭 (232) 내에서 플라즈마를 생성하도록 프로세스 가스를 여기시킨다. 몇몇 실시예들에서, 상부 샤워헤드 전극 (224) 및 챔버 하우징 (202) 은 전기적으로 접지된다. 다른 실시예에서, 상부 샤워헤드 전극 (224) 이 챔버 하우징 (202) 으로부터 절연되고 RF 전력이 RF 전원으로부터 임피던스 매칭 네트워크를 통해서 전극 (224) 에 공급된다.
상부 챔버 벽 (204) 의 바닥은 챔버 (200) 로부터의 가스를 배출하기 위한 진공 펌프 유닛 (244) 에 연결된다. 바람직하게는, 한정 링 어셈블리 (206) 은 갭 (232) 내에 형성된 전계들을 실질적으로 가로막으며 (terminate) 전계들이 외측 챔버 공간 (268) 으로 침투하는 것을 방지한다. 한정 링 어셈블리 (206) 는 상부 챔버 벽 (204) 과 같은 전기 전도성 부분에 한정 링 어셈블리 (206) 를 전기적으로 접속시키는 적어도 하나의 유연성 RF 스트랩 (250) 에 의해서 챔버의 벽으로 접지될 수 있다. 도 2는 수평 연장부 (254) 를 통해서 지지되는 전도성 챔버 벽 라이너 (252) 를 도시한다. 바람직하게는, 수평 연장부 (253) 는 전기적으로 도전성이다. RF 스트랩(들) (250) 은 바람직하게는 한정 링 어셈블리 (206) 를 수평 연장부 (254) 또는 이와 달리 상부 챔버 벽 (204) 에 전기적으로 접속시킴으로써 짧은 RF 복귀 경로를 제공한다. RF 스트랩(들) (250) 은 챔버 (200) 내의 한정 링 어셈블리 (206) 의 다양한 수직 위치들에서 한정 링 어셈블리 (206) 와 상부 챔버 벽 (204) 간의 전도성 경로들을 제공할 수 있다. 그들 간에 (즉, 메이팅하는 표면들 간에) 전기 컨택트를 형성하는 RF 스트랩(들) (250), 한정 링 어셈블리 (206) 및 상부 챔버 벽 (204) 의 금속 부분들은 바람직하게는 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다. 또한, RF 스트랩(들) (250), 한정 링 어셈블리 (206) 및 상부 챔버 벽 (204) 의 플라즈마 노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 부분들은 저온 분사 베리어 코팅을 포함한다.
갭 (232) 내로 주입된 프로세스 가스는 기판 (214) 을 프로세싱하는 플라즈마를 생성하도록 에너자이징되며 한정 링 어셈블리 (206) 를 통과하여 외측 챔버 공간 (268) 내로 들어간 후에 진공 펌프 유닛 (244) 에 의해서 배기된다. 외측 챔버 공간 (268) 내의 플라즈마 챔버 부분들이 동작 동안에 플라즈마 및 반응성 프로세스 가스 (라디칼, 활성 종들) 에 노출될 수 있기 때문에, 상기 챔버 부분의 표면을 형성하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 바람직하게는 플라즈마 및 반응성 프로세스 가스를 견딜 수 있는 전기 전도성 저온 분사 베리어 코팅을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 저온 분사 베리어 코팅은 탄탈륨과 같은 부식 내성 금속으로부터 형성된다. 이와 달리, 저온 분사 베리어 코팅은 조밀한 고순도 알루미늄으로부터 형성될 수도 있다.
RF 전원 (240) 이 RF 전력을 동작 동안에 하부 전극 어셈블리 (215) 에 공급하는 실시예에서, RF 전원 (240) 은 RF 전력을 샤프트 (260) 를 통해서 하부 전극 (210) 으로 전달한다. 갭 (232) 내의 프로세스 가스는 하부 전극 (210) 에 의해서 전달된 RF 전력에 의해서 플라즈마를 생성하도록 전기적으로 여기된다.
가스 분배 플레이트 (226), 가스 분배 링 (226a), 하나 이상의 선택적 베플들, 하부 전극 어셈블리 (215), 에지 링들, 환형 쓰라우드 (401), 챔버 라이너 (252), 상부 챔버 벽 (204), 상부 하우징 (202), RF 가스킷 (320), 전기 전도성 접속 부재들 (270), 및 패스너들을 위한 전기 컨택트 표면을 형성하는 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면의 일부와 같은, 금속 표면의 일부가 전기 컨택트를 형성하도록 구성된, 적어도 하나의 금속 표면을 갖는 플라즈마 챔버 기판들은 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트들일 수도 있다. 금속 표면의 일부가 전기 컨택트를 형성하도록 구성된, 알루미늄 표면 또는 알루미늄 합금 표면과 같은 금속 표면을 갖는 반도체 플라즈마 프로세싱 장치 내의 임의의 다른 기판이 또한 저온 분사 베리어 코팅을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 저온 분사 베리어 코팅은 알루미늄 컴포넌트들의 순수 (아노다이징되지 않은) 알루미늄 표면들에 도포된다. 저온 분사 베리어 코팅은 컴포넌트들의 플라즈마 노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 표면들의 일부 또는 전부 상에 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 저온 분사 베리어 코팅된 알루미늄 컴포넌트들은 그 상에 형성된 외측 산화물 코팅을 가질 수도 있다.
본 발명이 본 발명의 특정 실시예들을 참조하여서 세부적으로 설명되었지만, 다양한 수정 및 변경이 첨부된 청구 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있으며 균등 사항들도 채용될 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (20)
- 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트 (cold spray barrier coated component) 로서,
적어도 하나의 금속 표면을 갖는 기판으로서, 상기 금속 표면의 일부는 전기 컨택트 (electric contact) 를 형성하도록 구성되는, 상기 기판; 및
상기 전기 컨택트를 형성하도록 구성된 적어도 상기 금속 표면 상에 열적 (thermal) 그리고 전기적 (electrical) 전도성 재료로부터 형성된 저온 분사 베리어 코팅을 포함하는,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 저온 분사 베리어 코팅은 플라즈마 및/또는 프로세스 가스에 노출된 상기 금속 표면의 일부 상에 있는,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 저온 분사 베리어 코팅은 니오븀, 탄탈륨, 텅스텐, 텅스텐 카바이드, 몰리브덴, 티타늄, 지르코늄, 니켈, 코발트, 철, 크롬, 알루미늄, 은, 구리, 스테인레스 스틸, WC-Co, 이들의 합금들 및 혼합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 1 항에 있어서,
(a) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 1 마이크로미터 내지 약 10,000 마이크로미터의 두께를 가지거나;
(b) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 2 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터의 두께를 갖는,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 저온 분사 베리어 코팅 중 산소 함량은 50 ppm 이하이고,
상기 저온 분사 베리어 코팅 중 질소 함량은 25 ppm 이하이며,
상기 저온 분사 베리어 코팅 중 탄소 함량은 25 ppm 이하인,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 3 항에 있어서,
상기 저온 분사 베리어 코팅은 중량에 있어서 적어도 약 99.9 % 순도를 가지며 약 0.1 %에 달하는 자연적 불순불 (incidental impurites) 을 갖는,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 가스 분배 플레이트, 챔버 벽, 챔버 벽 라이너, 베플, 가스 분배 링, 기판 지지부, 에지 링, 패스너 (fastener), 쓰라우드 (shround), 한정 링, 가스킷, RF 스트랩, 또는 전기 전도성 접속 부재인,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 저온 분사 베리어 코팅은 (a) 약 5 %보다 작은 기공율 (porosity); (b) 약 2 %보다 작은 기공율; (c) 약 1 %보다 작은 기공율; 또는 (d) 약 0.5 %보다 작은 기공율을 갖는,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판의 상기 금속 표면은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로부터 형성된,
저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트.
- 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트의 전기 컨택트를 저온 분사 베리어 코팅하기 위한 프로세스로서,
기판의 적어도 하나의 금속 표면의 적어도 일부 상에 전기 전도성 저온 분사 베리어를 저온 분사하는 단계를 포함하며,
상기 금속 표면의 상기 일부는 전기 컨택트를 형성하도록 구성되는,
저온 분사 베리어 코팅 프로세스.
- 제 10 항에 있어서,
상기 전기 전도성 저온 분사 베리어는 상기 컴포넌트의 플라즈마 노출된 그리고/또는 프로세스 가스 노출된 일부 상에 저온 분사되는,
저온 분사 베리어 코팅 프로세스.
- 제 10 항에 있어서,
상기 컴포넌트는 가스 분배 플레이트, 챔버 벽, 챔버 벽 라이너, 베플, 가스 분배 링, 기판 지지부, 에지 링, 패스너, 쓰라우드, 한정 링, 가스킷, RF 스트랩, 또는 전기 전도성 접속 부재인,
저온 분사 베리어 코팅 프로세스.
- 제 10 항에 있어서,
상기 컴포넌트는 상기 반도체 플라즈마 프로세싱 챔버의 전에 (previously) 사용된 컴포넌트이며,
상기 저온 분사는 상기 사용된 컴포넌트를 재생 (refurbish) 하는 프로세스의 일부인,
저온 분사 베리어 코팅 프로세스.
- 제 10 항에 있어서,
(a) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 중량에 있어서 적어도 약 99.9 % 순도를 가지며 약 0.1 %에 달하는 자연적 불순불 (incidental impurites) 을 갖거나/가지며;
(b) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 5 %보다 작은 기공율 (porosity) 을 갖거나/가지며;
(c) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 2 %보다 작은 기공율을 갖거나/가지며;
(d) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 1 %보다 작은 기공율을 갖거나/가지며;
(e) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 0.5 %보다 작은 기공율을 갖거나/가지며;
(f) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 1 마이크로미터 내지 약 10,000 마이크로미터의 두께를 갖거나/가지며;
(g) 상기 저온 분사 베리어 코팅은 약 2 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터의 두께를 갖는,
저온 분사 베리어 코팅 프로세스.
- 반도체 플라즈마 프로세싱 장치로서,
반도체 기판들이 프로세싱되는 플라즈마 프로세싱 챔버;
상기 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체 연통하여서 프로세스 가스를 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 공급하기 위한 프로세스 가스 소스;
상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 상기 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징 (energize) 하도록 구성된 RF 에너지 소스; 및
상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 제 1 항에 따른 적어도 하나의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트를 포함하는,
반도체 플라즈마 프로세싱 장치.
- 제 15 항에 있어서,
상기 플라즈마 프로세싱 챔버는 플라즈마 에칭 챔버인,
반도체 플라즈마 프로세싱 장치.
- 제 15 항에 있어서,
상기 플라즈마 프로세싱 챔버는 증착 챔버인,
반도체 플라즈마 프로세싱 장치.
- 제 15 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 저온 분사 베리어 코팅된 컴포넌트는 샤워헤드 전극 어셈블리의 일부인,
반도체 플라즈마 프로세싱 장치.
- 제 15 항에 따른 장치 내에서 반도체 기판을 플라즈마 프로세싱하는 방법으로서,
상기 프로세스 가스를 상기 프로세스 가스 소스로부터 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 공급하는 단계;
상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 생성하도록 상기 RF 에너지 소스를 사용하여서 RF 에너지를 상기 프로세스 가스에 인가하는 단계; 및
상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 반도체 기판을 플라즈마 프로세싱하는 단계를 포함하는,
반도체 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 프로세싱은 상기 반도체 기판에 대한 플라즈마 에칭 또는 증착 프로세스 수행을 포함하는,
반도체 기판 플라즈마 프로세싱 방법.
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