KR20180015762A - 무선 주파수 어플리케이터를 갖는 회전가능한 기판 지지체 - Google Patents

무선 주파수 어플리케이터를 갖는 회전가능한 기판 지지체 Download PDF

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KR20180015762A
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사토루 코바야시
커비 에이치. 플로이드
히로지 하나와
수남 파크
드미트리 루보미르스키
제이슨 에이. 케니
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 지지체 어셈블리는 샤프트 어셈블리; 샤프트 어셈블리의 일부에 결합된 페디스털; 및 샤프트 어셈블리에 결합된 제1 로터리 커넥터를 포함하고, 제1 로터리 커넥터는 샤프트 어셈블리에 전기적으로 결합되는 회전가능한 샤프트 부재를 둘러싸는 제1 코일 부재 - 제1 코일 부재는 회전가능한 샤프트와 함께 회전가능함 -; 및 제1 코일 부재를 둘러싸는 제2 코일 부재 - 제2 코일 부재는 제1 코일 부재에 대해 고정되고, 회전 무선 주파수 어플리케이터가 활성화되며 샤프트 어셈블리를 통해 페디스털에 무선 주파수 신호/전력을 제공할 때, 제1 코일 부재는 제2 코일 부재와 전기적으로 결합함 - 를 포함한다.

Description

무선 주파수 어플리케이터를 갖는 회전가능한 기판 지지체{ROTATABLE SUBSTRATE SUPPORT HAVING RADIO FREQUENCY APPLICATOR}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 디바이스들의 제조시 이용되는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 디바이스들의 제조시 이용되는 무선 주파수 전력을 인가하는데 이용되는 회전가능한 기판 지지체를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
서브 하프 미크론(sub-half micron) 및 더 작은 피쳐들을 신뢰가능하게 생성하는 것은 반도체 디바이스들의 차세대 VLSI(very large scale integration) 및 ULSI(ultra large-scale integration)를 위한 핵심적인 기술 과제들 중 하나이다. 그러나, 회로 기술의 한계들이 확장됨에 따라, VLSI 및 ULSI 상호접속 기술의 치수 축소는 처리 능력에 대한 추가의 요구들을 발생시켰다. 기판 상에서의 게이트 구조체들의 신뢰가능한 형성은 VLSI 및 ULSI의 성공을 위해, 그리고 개별 기판들 및 다이의 회로 밀도 및 품질을 증가시키려는 지속적인 노력을 위해 중요하다.
이러한 구조체들을 형성하기 위해 이용되는 하나의 프로세스는 플라즈마 처리를 포함한다. 이러한 플라즈마 프로세스들 중 하나에서, 기판이 챔버 내의 기판 지지체 상에 위치되고, 프로세스 가스들이 활성화되어(energized), 프로세스 가스들의 플라즈마를 형성한다. 플라즈마는 구조체들을 형성하기 위해 재료들의 퇴적 또는 재료들의 에칭에 이용될 수 있다. 플라즈마 형성은 챔버 내에서의 샤워헤드로부터의 가스들에 대한 무선 주파수(RF) 인가, 챔버에 결합된 유도 결합 RF 디바이스, 기판 지지체에 의해 또는 기판 지지체를 통해 인가되는 RF, 및 그들의 조합에 의해 용이해질 수 있다.
RF 인가(즉, RF "핫(hot)" 또는 바이어스 전력)가 가능한 회전가능한 기판 지지체들은 심각한 결점들로부터 어려움을 겪는다. 역사적으로, 임의의 회전 부분들 간의 전기 접속은 예를 들어 롤링(rolling) RF 링들, RF 브러시들, RF 팬터그래프들(pantographs) 및 용량성 구조체들에 의해 달성되어 왔다. 그러나, 이러한 접속들이 RF-정합 사후에(post RF-match) 이루어질 때, 높은 전압/전류로 인해 아크가 생성된다. 이러한 아크는 전형적으로 챔버에 대한 손상을 초래한다. 따라서, 개선된 회전 기판 지지체가 필요하다.
기판 지지체 어셈블리는 샤프트 어셈블리; 샤프트 어셈블리의 일부에 결합된 페디스털; 및 샤프트 어셈블리에 결합된 하나 이상의 로터리 커넥터를 포함하고, 하나 이상의 로터리 커넥터 중 하나는 회전 무선 주파수 어플리케이터를 포함한다. 회전 무선 주파수 어플리케이터는, 샤프트 어셈블리에 전기적으로 결합되는 회전가능한 샤프트를 둘러싸는 제1 코일 부재 - 제1 코일 부재는 회전가능한 샤프트와 함께 회전가능함 -; 및 제1 코일 부재를 둘러싸는 제2 코일 부재 - 제2 코일 부재는 제1 코일 부재에 대해 고정됨 - 를 포함하고, 제1 코일 부재는, 회전 무선 주파수 어플리케이터가 활성화될 때 제2 코일 부재와 전기적으로 결합하며, 샤프트 어셈블리를 통해 페디스털에 무선 주파수 신호를 제공한다.
다른 실시예에서, 기판 지지체 어셈블리는 샤프트 어셈블리; 샤프트 어셈블리의 일부에 결합된 페디스털; 및 샤프트 어셈블리에 결합된 제1 로터리 커넥터를 포함한다. 제1 로터리 커넥터는, 동작 중에 샤프트 어셈블리에 전자기적으로 결합되는 회전가능한 유전체 샤프트를 둘러싸는 회전가능한 코일 부재; 회전가능한 코일 부재를 둘러싸는 고정 코일 부재 - 회전가능한 코일 부재는, 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터가 활성화될 때 고정 코일 부재와 전자기적으로 결합하며, 샤프트 어셈블리를 통해 페디스털에 무선 주파수 전력을 제공함 -; 및 고정 코일 부재 주위에 배치된 전도성 하우징을 포함한다.
다른 실시예에서, 기판 지지체 어셈블리는 샤프트 어셈블리; 샤프트 어셈블리의 일부에 결합된 페디스털; 및 샤프트 어셈블리에 결합된 하나 이상의 로터리 커넥터를 포함하고, 하나 이상의 로터리 커넥터 중 하나는 회전 무선 주파수 어플리케이터를 포함한다. 회전 무선 주파수 어플리케이터는, 동작 중에 샤프트 어셈블리에 전자기적으로 결합되는 회전가능한 샤프트 부재를 둘러싸는 회전 전도성 부재; 회전 전도성 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸는 고정 전도성 부재 - 회전 전도성 부재는, 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터가 활성화될 때 고정 전도성 부재와 전자기적으로 결합하며, 샤프트 어셈블리를 통해 페디스털에 무선 주파수 전력을 제공함 -; 및 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터를 둘러싸는 전도성 하우징을 포함한다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 실시될 수 있는 예시적인 처리 챔버의 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 지지체 어셈블리의 부분 측단면도이다.
도 3은 분리 메커니즘(detachment mechanism)의 일 실시예를 도시하는 샤프트 어셈블리의 일부의 측단면도이다.
도 4는 도 1의 챔버 내에서 이용될 수 있는 기판 지지체 어셈블리의 다른 실시예의 일부의 측단면도이다.
도 5a는 도 1의 챔버 내에서 이용될 수 있는 기판 지지체 어셈블리의 다른 실시예의 일부의 측단면도이다.
도 5b는 도 5a의 기판 지지체 어셈블리의 상부 단면도이다.
도 6은 도 2의 기판 지지체 어셈블리와 함께 이용될 수 있는 하우징의 일 실시예의 상부 단면도이다.
도 7은 도 1의 처리 챔버 내에서 이용될 수 있는 기판 지지체 어셈블리의 다른 실시예의 일부의 개략적 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7의 기판 지지체 어셈블리 내에서 이용될 수 있는 내측 전도성 실드의 실시예들을 도시하는 상부 단면도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에서 유리하게 통합될 수 있을 것으로 고려된다.
본 발명의 실시예들은 무선 주파수(RF) 바이어싱이 가능한 회전가능한 기판 지지체를 갖는 처리 챔버에 관한 것이다. 처리 챔버 및/또는 기판 지지체는 전자 디바이스들의 제조시 기판 처리할 때 이용될 수 있다. 기판 처리는 퇴적 프로세스들, 에칭 프로세스들뿐만 아니라, 기판들 상에 전자 디바이스들을 제조하기 위해 이용되는 다른 저압 또는 열 프로세스들을 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 처리 챔버 및/또는 기판 지지체는 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc.에 의해 판매되는 시스템들뿐만 아니라, 다른 제조자들로부터 입수가능한 다른 시스템들에서 이용될 수 있다.
도 1은 에칭 또는 퇴적 프로세스를 수행하기에 적합한 예시적인 처리 챔버(100)의 측단면도이다. 일 실시예에서, 처리 챔버(100)는 기판 표면 상에 배치된 재료 층으로부터 재료들을 제거하도록 구성될 수 있다. 처리 챔버(100)는 플라즈마 보조 건식 에칭 프로세스(plasma assisted dry etch process)를 수행하는 데에 특히 유용할 수 있다. 본 발명으로부터 혜택을 받도록 적응될 수 있는 하나의 처리 챔버는 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials로부터 입수가능한 SiconiTM 챔버이다. 다른 제조자들로부터 입수가능한 다른 진공 처리 챔버들도 또한 본 발명으로부터 혜택을 받도록 적응될 수 있다는 점에 유의한다.
처리 챔버(100)는 진공을 파손시키지 않고서 기판 표면의 가열 및 냉각 둘 다를 제공한다. 일 실시예에서, 처리 챔버(100)는 챔버 바디(102), 리드 어셈블리(104) 및 기판 지지체 어셈블리(106)를 포함한다. 리드 어셈블리(104)는 챔버 바디(102)의 상부 단부에 배치되고, 기판 지지체 어셈블리(106)는 챔버 바디(102) 내에 적어도 부분적으로 배치된다.
챔버 바디(102)는 처리 챔버(100)의 내부로의 접근을 제공하기 위해 챔버 바디의 측벽에 형성된 슬릿 밸브 개구(108)를 포함한다. 슬릿 밸브 개구(108)는 웨이퍼 핸들링 로봇(도시되지 않음)에 의한 챔버 바디(102)의 내부로의 접근을 허용하기 위해 선택적으로 개방 및 폐쇄된다.
하나 이상의 실시예에서, 챔버 바디(102)는 내부에 형성된 채널(110)을 포함하고, 이 채널은 그것을 통해 열 이송 유체를 유동시키기 위한 것이다. 열 이송 유체는 가열 유체 또는 냉각제일 수 있고, 처리 및 기판 이송 동안 챔버 바디(102)의 온도를 제어하기 위해 이용된다. 챔버 바디(102)의 온도의 제어는 챔버 벽들 상에서의 가스 또는 부산물의 원하지 않는 응축을 방지하는 데에 중요하다. 예시적인 열 이송 유체들은 물, 에틸렌 글리콜, 또는 그들의 혼합물을 포함한다. 예시적인 열 이송 유체는 질소 가스를 또한 포함할 수 있다.
챔버 바디(102)는 기판 지지체 어셈블리(106)를 둘러싸는 라이너(112)를 더 포함할 수 있다. 라이너(112)는 정비(servicing) 및 세정을 위해 제거가능하다. 라이너(112)는 알루미늄과 같은 금속, 세라믹 재료, 또는 임의의 다른 프로세스 적합 재료(process compatible material)로 이루어질 수 있다. 라이너(112)는 표면 거칠기(surface roughness) 및/또는 표면적을 증가시키기 위해 비드 블라스팅될(bead blasted) 수 있고, 이는 그 위에 퇴적되는 임의의 재료의 부착을 증가시키며, 그에 의해, 처리 챔버(100)의 오염물질들을 초래하는 재료의 플레이킹(flaking)을 야기한다. 하나 이상의 실시예에서, 라이너(112)는 내부에 형성된 펌핑 채널(116) 및 하나 이상의 애퍼쳐(114)를 포함하고, 이 펌핑 채널은 진공 시스템과 유체 소통한다. 애퍼쳐들(114)은 펌핑 채널(116) 내로 가스들을 위한 유동 경로를 제공하며, 이는 처리 챔버(100) 내의 가스들에 대한 출구를 제공한다.
진공 시스템은 처리 챔버(100)를 통한 가스들의 유동을 조절하기 위해 스로틀 밸브(120) 및 진공 펌프(118)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(118)는 챔버 바디(102) 내에 배치된 진공 포트(122)에 결합되고, 그에 따라 라이너(112) 내에 형성된 펌핑 채널(116)과 유체 소통한다. "가스" 및 "가스들"이라는 용어는 달리 언급되지 않는 한 상호교환가능하게 이용되며, 하나 이상의 프리커서, 반응물질, 촉매, 캐리어, 퍼지, 세정, 그들의 조합뿐만 아니라, 챔버 바디(102) 내로 도입되는 임의의 다른 유체를 지칭한다.
기판 지지체 어셈블리(106)는 샤프트 어셈블리(126)에 결합되는 페디스털(124)을 포함한다. 페디스털(124)은 기판(도시되지 않음)을 지지하도록 적응되는 상부 표면을 갖는다. 페디스털(124)은 기판을 고정하기 위한 정전 척(electrostatic chuck)으로서 구성될 수 있고, RF 전력을 인가하도록 적응된다. 실드 부재(125)가 페디스털(124)의 주변부 주위에 배치될 수 있다. 실드 부재(125)는 알루미늄과 같은 전도성 재료를 포함할 수 있고, 챔버 바디(102) 내에서 플라즈마를 제어하기 위해 이용된다. 실드 부재(125)는 처리 챔버(100)의 동작 동안 RF 전류 운반 부재로서 또한 이용될 수 있다.
샤프트 어셈블리(126)는, 챔버 바디(102) 내에서 회전하고 수직으로 이동하는 적어도 3개의 튜브형 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실드 부재(125)는 챔버 바디(102) 내의 개구에 배치되는 샤프트 부분(127)에 결합될 수 있다. 중앙 샤프트(128)가 샤프트 어셈블리(126) 내에 배치되고, 중공 부분 또는 코어(129)를 포함한다. 중앙 샤프트(128)는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 이루어지고, RF 전류 운반 부재로서 이용된다. 실드 부재(125)의 샤프트 부분(127) 및 중앙 샤프트(128)는 그들 사이에 배치된 절연성 샤프트(130)에 의해 전기적으로 분리된다.
RF 정지 플레이트(stop plate)(131)가 페디스털(124)에 배치될 수 있다. RF 정지 플레이트(131)의 주변부(perimeter)는 중앙 샤프트(128)에 접속된다. RF 정지 플레이트(131)는 샤프트 어셈블리(126)로부터 페디스털(124)에 배치된 컴포넌트들로 라우팅되는 와이어들과 같은 신호 부재들을 위한 홀들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 와이어들의 차폐된 금속들은 홀들에 접속될 수 있다. 일 실시예에서, RF 구조체는 외관상 회전 RF 측 상에 DC 쇼트를 갖는 폴딩된 동축 구조체(folded coaxial structure)의 형태를 갖는다. 절연성 샤프트(130)를 위한 재료는 세라믹, 열 및 프로세스 화학반응(chemistry)에 저항성이 있는 폴리머 재료들뿐만 아니라, 다른 유전체 프로세스 저항성 재료들을 포함할 수 있다. 절연성 샤프트(130)를 위한 재료는 세라믹, 열 및 프로세스 화학반응에 저항성이 있는 폴리머 재료들뿐만 아니라, 다른 유전체 프로세스 저항성 재료들을 포함할 수 있다. 절연성 샤프트(130)를 위한 재료들의 예들은 TEFLON® 재료, ULTEMTM 재료 등을 포함한다. 샤프트 어셈블리(126)는, 실드 부재(125)뿐만 아니라 샤프트 어셈블리(126) 및 페디스털(124)의 회전을 용이하게 하는 액추에이터(132)에 결합된다. 냉각제 소스(136)로부터의 냉각제를 페디스털(124)에 제공하기 위해 제1 로터리 커넥터(134)가 기판 지지체 어셈블리(106)에 결합된다. 제1 로터리 커넥터(134)는 액체 냉각제를 유동시키도록 적응된 로터리 연합체(rotary union)일 수 있다. 기판 지지체 어셈블리(106) 및 제1 로터리 커넥터(134)의 수직 이동은 액추에이터 어셈블리(138)에 의해 제공된다. 액추에이터 어셈블리(138)는 액추에이터(142) 및 챔버 바디(102)에 결합된 지지체 부재(140)를 포함할 수 있다.
페디스털(124)은 가열기, 하나 이상의 척킹 전극(chucking electrodes), 하나 이상의 온도 센서 및 냉각제 통로들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 기판(도시되지 않음)은 정전 척을 이용하여 페디스털(124)에 고정될 수 있다. 전형적으로, 정전 척은 페디스털(124) 내에 매립된 전극(도시되지 않음)을 둘러싸는 유전체 재료를 적어도 포함한다. 척의 유전체 부분은 기판으로부터 그리고 기판 지지체 어셈블리(106)의 나머지 부분으로부터 척 전극을 전기적으로 절연한다.
냉각제는 제1 로터리 커넥터(134)에 의해 냉각제 통로들에 제공될 수 있다. 페디스털(124)은 페디스털(124) 상에 탑재된 기판의 후면에 가스를 제공하기 위해 내부에 형성된 통로들을 또한 포함할 수 있다. 페디스털(124)은 제4 로터리 커넥터(150)에 의해 RF 전원(148)에 또한 접속될 수 있다. 제4 로터리 커넥터(150)는 동작 동안 하나 이상의 고정 전도성 부재와 전자기적으로 결합되는 하나 이상의 회전가능한 전도성 부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, RF 전원(148)이 일체형 정합 회로를 포함하지 않을 때, 제4 로터리 커넥터(150)와 RF 전원(148) 사이에 정합 회로(152)가 결합될 수 있다. RF 전원(148)은 일반적으로 약 50kHz 내지 약 200MHz의 주파수 및 약 0와트 내지 약 5000와트의 전력을 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, RF 전원(148)은 페디스털(124)에서의 전도성 플레이트에 결합된다. 챔버 바디(102)의 처리 영역에 배치된 가스들로부터 형성되는 플라즈마 방전을 여기시키고 유지하기 위해 RF 전원(148)으로부터의 RF 바이어스 전력이 또한 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 페디스털(124) 내의 전극들을 척킹하기 위한 전력은 전원(143)으로부터 제2 로터리 커넥터(144)를 통해 제공될 수 있다. 전원(143)은 직류(DC) 전력 공급부일 수 있고, 제2 로터리 커넥터(144)는 슬립 링(slip ring) 또는 롤 링(roll ring) 커넥터일 수 있다. 이러한 구성에서, RF 전원(148)으로부터의 RF 바이어스는 챔버 바디(102) 내의 처리 가스들의 플라즈마를 여기시키고 유지하기 위해 이용된다. 제3 로터리 커넥터(146)에 의해 가스 소스(145)로부터 페디스털(124)로 가스들이 제공될 수 있다. 제3 로터리 커넥터(146)는 로터리 가스 연합체일 수 있다.
페디스털(124)은 퍽(puck)에 배치된 전극들을 갖는 양극성 척(bi-polar chuck)을 포함할 수 있다. 페디스털(124)은 세라믹 재료에 의해 퍽으로부터 분리될 수 있는 전도성 재료로 이루어진 캐소드로서 구성된 RF 전극을 또한 포함할 수 있다. 캐소드는 퍽 아래에 배치되는 알루미늄 플레이트를 포함할 수 있다. 알루미늄 플레이트는 제4 로터리 커넥터(150)로부터 캐소드로 RF 에너지를 제공하는 중앙 샤프트(128)에 직접 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 리드 어셈블리(104)는 적어도 2개의 적층된 컴포넌트를 포함하고, 이러한 컴포넌트들은 그들 사이에 플라즈마 용적 또는 공동을 형성하도록 구성된다. 리드 어셈블리(104)는 제2 전극(156)("하부 전극") 위에 수직으로 배치된 제1 전극(154)("상부 전극")을 포함하며, 그들 사이에 플라즈마 용적 또는 공동(160)이 한정된다. 제1 전극(154)은 RF 전력 공급부와 같은 전원(158)에 접속되고, 제2 전극(156)은 접지에 접속되어, 2개의 전극(154, 156) 사이에 커패시턴스를 형성한다.
일부 실시예들에서, 리드 어셈블리(104)는 제1 전극(154) 내에 적어도 부분적으로 형성되는 하나 이상의 가스 유입구(162)(단 하나만이 도시됨)를 포함한다. 프로세스 가스 소스로부터의 하나 이상의 프로세스 가스는 하나 이상의 가스 유입구(162)를 통해 리드 어셈블리(104)에 진입한다. 하나 이상의 가스 유입구(162)는 그것의 제1 단부에서는 플라즈마 공동(160)과 유체 소통하고, 그것의 제2 단부에서는 하나 이상의 업스트림 가스 소스 및/또는 다른 가스 전달 컴포넌트들, 예컨대 가스 혼합기들에 결합된다.
일부 실시예들에서, 제1 전극(154)은 플라즈마 공동(160)을 하우징하는 확장 섹션(164)을 갖는다. 하나 이상의 실시예에서, 확장 섹션(164)은 그것의 상부 부분으로부터 그것의 하부 부분으로 가면서 점진적으로 증가하는 내측 표면 또는 직경을 갖는 고리형 부재이다. 확장 섹션(164)은 위에서 설명된 바와 같이 가스 유입구(162)와 유체 소통한다. 하나 이상의 가스 유입구(162)의 제1 단부는 확장 섹션(164)의 내측 직경의 최상부 지점에서 플라즈마 공동(160) 내로 개방될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 가스 유입구(162)의 제1 단부는 확장 섹션(164)의 내측 직경을 따라 임의의 높이 간격에서 플라즈마 공동(160) 내로 개방될 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 플라즈마 공동(160) 내에서의 가스들의 혼합을 돕는 선회 유동 패턴(swirling flow pattern) 또는 "와동(vortex)" 유동을 확장 섹션(164) 내로 생성하기 위해 확장 섹션(164)의 양 측에 2개의 가스 유입구(162)가 배치될 수 있다.
리드 어셈블리(104)는 제2 전극(156)으로부터 제1 전극(154)을 전기적으로 격리하는 격리체 링(isolator ring)(166)을 더 포함할 수 있다. 격리체 링(166)은 알루미늄 산화물, 또는 임의의 다른 절연성 프로세스 적합 재료로 이루어질 수 있다. 격리체 링(166)은 적어도 확장 섹션(164)을 둘러싸거나 실질적으로 둘러싼다.
리드 어셈블리(104)는 제2 전극(156)에 인접한 블로커 플레이트(blocker plate: 170) 및 분배 플레이트(168)를 더 포함할 수 있다. 제2 전극(156), 분배 플레이트(168) 및 블로커 플레이트(170)는 챔버 바디(102)에 접속되는 리드 지지체 플레이트(172) 상에 적층되고 배치될 수 있다. 리드 지지체 플레이트(172)를 챔버 바디(102)에 결합하기 위해 힌지 어셈블리(도시되지 않음)가 이용될 수 있다. 리드 지지체 플레이트(172)는 열 이송 매체를 하우징하기 위한 매립된 채널 또는 통로(174)를 포함할 수 있다. 열 이송 매체는, 프로세스 요건들에 종속하여, 가열, 냉각 또는 둘 다를 위해 이용될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 제2 전극(156)은 플라즈마 공동(160)으로부터의 가스가 유동하는 것을 허용하기 위해 플라즈마 공동(160) 아래에 형성된 복수의 가스 통로 또는 애퍼쳐(176)를 포함할 수 있다. 분배 플레이트(168)는 실질적으로 디스크 형상일 수 있고, 가스들의 유동을 분배하기 위한 복수의 애퍼쳐(178) 또는 통로를 또한 포함한다. 애퍼쳐들(178)은 처리될 기판이 위치되는 챔버 바디(102)에 대해 제어되고 고른 유동 분포를 제공하도록 크기가 정해지며 분배 플레이트(168) 주위에 위치될 수 있다. 또한, 애퍼쳐들(178)은, 유동 가스들의 속도 프로파일을 늦추고 재지향시킬 뿐만 아니라 기판의 표면에 걸쳐 가스의 고른 분포를 제공하기 위해 가스의 유동을 고르게 분배함으로써, 가스(들)가 기판 표면 상에 직접 충돌하는 것을 방지한다.
일부 실시예들에서, 분배 플레이트(168)는 리드 어셈블리(104)의 온도 제어를 제공하기 위해 가열기 또는 가열 유체를 하우징하기 위한 하나 이상의 매립된 채널 또는 통로(180)를 포함한다. 분배 플레이트(168)를 가열하기 위해 통로(180) 내에 저항성 가열 요소(도시되지 않음)가 삽입될 수 있다. 열전대(thermocouple)가 분배 플레이트(168)에 접속되어 그것의 온도를 조절할 수 있다. 열전대는 위에서 설명된 바와 같이 가열 요소에 인가되는 전기 전류를 제어하기 위해 피드백 루프에서 이용될 수 있다.
대안적으로, 열 이송 매체가 통로(180)를 통해 통과될 수 있다. 하나 이상의 통로(180)는, 필요한 경우, 챔버 바디(102) 내의 프로세스 요건들에 종속하여 분배 플레이트(168)의 온도를 더 잘 제어하기 위해 냉각 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 질소, 물, 에틸렌 글리콜, 또는 그들의 혼합물과 같은 임의의 열 적합 이송 매체가 이용될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 리드 어셈블리(104)는 하나 이상의 가열 램프(도시되지 않음)를 이용하여 가열될 수 있다. 전형적으로, 분배 플레이트(168)를 포함하는 리드 어셈블리(104)의 컴포넌트들을 복사에 의해 가열하기 위해 가열 램프들이 분배 플레이트(168)의 상부 표면 주위에 배열된다.
블로커 플레이트(170)는 존재하는 경우에 분배 플레이트(168)와 제2 전극(156) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 블로커 플레이트(170)는 제2 전극(156)의 하부 표면에 제거가능하게 탑재된다. 블로커 플레이트(170)는 제2 전극(156)과 양호한 열 및 전기 접촉을 이룰 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 블로커 플레이트(170)는 볼트 또는 유사한 체결구를 이용하여 제2 전극(156)에 결합될 수 있다. 블로커 플레이트(170)는 또한 제2 전극(156)의 외측 직경 상으로 스레드 고정 또는 나사 고정될 수 있다.
블로커 플레이트(170)는 제2 전극(156)으로부터 분배 플레이트(168)로 복수의 가스 통로를 제공하기 위해 복수의 애퍼쳐(182)를 포함한다. 애퍼쳐들(182)은 가스들의 제어되고 고른 유동 분포를 분배 플레이트(168)에 제공하도록 크기가 정해지며 블로커 플레이트(170) 주위에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 정합 회로(152)를 통해 페디스털(124)에 배치된 전도성 플레이트에 RF 전원(148)이 결합된다. RF 전원(148)에 의해 발생된 신호는 정합 회로(152)를 통해 제4 로터리 커넥터(150)를 경유하여 페디스털(124)에 전달되어, 처리 챔버(100) 내에 제공되는 가스 혼합물을 이온화하고, 그에 의해 퇴적, 에칭 또는 다른 플라즈마 강화 프로세스를 수행하는 데에 필요한 이온 에너지를 제공한다. 필요에 따라 처리 챔버(100) 내의 플라즈마의 특성들을 제어하기 위해 추가의 바이어스 전원들이 제4 로터리 커넥터(150)에 결합될 수 있다.
일 실시예에서, RF 전원(148)은 페디스털(124)에 바이어스 전력을 제공하고, 그에 의해 처리 챔버(100)에 형성된 플라즈마 내의 이온들에 충격을 가한다. 예를 들어, 플라즈마 시스(plasma sheath)가 처리 챔버(100) 내에 형성될 수 있고, 플라즈마 시스 내의 양이온들은 RF 및 플라즈마 자가 DC 바이어스(plasma self DC bias)에 의해 가속화될 수 있는 한편, 음이온들은 프리-시스 영역(pre-sheath region)에서 일반적으로 정지된다. 따라서, 바이어스 전력은 고지향성 에칭(highly directional etching)을 가능하게 함으로써 강화된 에칭을 제공한다. 예를 들어, 플라즈마 바디로부터의 양으로 대전된 이온들은 기판 상에 트렌치들 및 비아들과 같은 미세 구조체들을 형성하기 위해 직선 하향(straight down)(즉, 수직) 에칭을 가능하게 한다. 페디스털(124)은 또한 처리 동안 회전되고, 이는 처리 챔버(100) 내에서의 처리 조건들에서의 불균일들을 완화할 수 있다. 예를 들어, 처리 챔버(100) 내의 온도 불균일, 압력 불균일, 플라즈마 밀도 및 다른 조건들과 같은 프로세스 조건들에서의 불균일은 페디스털(124)을 회전시킴으로써 사실상 평균화될 수 있다. 따라서, 페디스털 상에 지지되는 기판은 회전될 때 실질적으로 균일한 처리 조건들을 경험할 것이다.
도 2는 제1 로터리 커넥터(134), 제2 로터리 커넥터(144), 제3 로터리 커넥터(146) 및 제4 로터리 커넥터(150)의 실시예들을 더 상세하게 도시하는 도 1의 기판 지지체 어셈블리(106)의 부분 측단면도이다. 추가로, 기판 지지체 어셈블리(106)의 회전가능한 부분과 고정 부분이 명확성을 위해 식별될 것이다.
기판 지지체 어셈블리(106)의 회전가능한 부분들은 샤프트 어셈블리(126), 특히 (도 1에 도시된) 실드 부재(125)의 샤프트 부분(127), 중앙 샤프트(128) 및 절연성 샤프트(130)를 포함한다. 중앙 샤프트(128)는 제4 로터리 커넥터(150)의 부분인 유전체 샤프트(200)에 결합된다. 제4 로터리 커넥터(150)는 양호한 전도체(예를 들어, 알루미늄, 구리)인 재료로 이루어진 하우징(240) 내에 배치될 수 있다. 유전체 샤프트(200)는 제3 로터리 커넥터(146)의 부분인 베이스 샤프트(205)에 결합된다. 일 실시예에서, 베이스 샤프트(205)는 스테인리스 스틸 재료로 제조되고, 유전체 샤프트(200)는 세라믹 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 유전체 샤프트(200)는 중공형이다.
제4 로터리 커넥터(150)는 회전가능한 코일(215)(활성화될 때 고정 코일(220)과 전자기적으로 결합됨)을 포함한다. 양호한 전도체(예를 들어, Al, Cu)인 재료로 제조된 로터리 플레이트(210)가 유전체 샤프트(200)와 베이스 샤프트(205) 사이에 배치될 수 있다. 추가로, 샤프트 어셈블리(126)는 양호한 전도체(예를 들어, Al, Cu)인 재료로 이루어진 금속 플레이트(244)를 포함할 수 있다. 하우징(240), 로터리 플레이트(210) 및 금속 플레이트(244) 각각은 제4 로터리 커넥터(150) 외부에서의 RF 자기장의 형성을 방지함으로써 RF 누설을 최소화하기 위해 이용된다.
예를 들어, 하우징(240), 로터리 플레이트(210) 및 금속 플레이트(244) 각각은, 로터리 플레이트(210) 상에 나타나는 카운터 RF 자기장에 의해 와전류로서 형성되는, 제4 로터리 커넥터(150) 외부에서의 RF 자기장의 형성을 방지한다. 다시 말하면, RF 자기장은 하우징(240) 내부로 한정된다. 결국, 와전류에 의해 야기되는 하우징(240)의 벽 상에서의 RF 자기장의 소산(dissipation)은 제4 로터리 커넥터(150)에 인접한 표면들에 대해 구리 및 알루미늄과 같은 고전도성 금속들을 이용함으로써 감소된다. 효율을 더 증가시키기 위해, 하우징(240)의 내측 표면 상에서의 원형 와전류의 형성을 방지하거나 최소화하도록, (도 6에 유전체 슬릿(610)으로서 도시된) 유전체 파손부(dielectric break)가 하우징(240)의 외측 벽에 배치될 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 로터리 플레이트(210) 및 금속 플레이트(244)는 그것의 표면들 상에서의 와전류의 형성을 방지하거나 최소화하기 위해 그 위에 또는 그 내에 형성된 하나 이상의 유전체 파손부를 포함할 수 있다.
다른 회전가능한 부분들은 실드 부재(125)의 샤프트 부분(127)의 단부(230)에 전기적으로 결합되는 제2 로터리 커넥터(144)의 회전가능한 제1 부분(225)을 포함한다. 단부(230)는 도 1에 도시된 페디스털(124)의 말단(distal)이다. 단부(230)와 회전가능한 제1 부분(225) 사이에 전도성 스페이서(235)가 배치될 수 있다. 제1 로터리 커넥터(134)로부터 페디스털(124)(도 1에 도시됨)로 냉각제를 제공하기 위해, 베이스 샤프트(205), 로터리 플레이트(210), 유전체 샤프트(200) 및 중앙 샤프트(128)와 같은 샤프트 어셈블리(126)의 회전가능한 부분들 각각을 통해 도관(207)이 형성될 수 있다.
RF 에너지가 (도 1에 도시된) 정합 회로(152) 및/또는 RF 전원들(148)로부터 고정 코일(220)에 제공된다. 회전가능한 코일(215) 및 고정 코일(220) 중 하나 또는 둘 다는 전도성 코어를 둘러싸는 절연성 부재를 포함할 수 있다. RF 에너지는 회전가능한 코일(215)과 자기 결합하고, RF 에너지는 커넥터(242)를 경유하여 중앙 샤프트(128) 상에서 또는 중앙 샤프트를 통하여 페디스털(124)(도 1에 도시됨)에 효율적으로 제공된다. (도 1에 도시된) 실드 부재(125)의 샤프트 부분(127)뿐만 아니라 중앙 샤프트(128)도 알루미늄 재료로 제조될 수 있고, 2개의 요소는 절연성 샤프트(130)에 의해 서로로부터 절연된다. 회전가능한 코일(215) 및 고정 코일(220)을 위한 접지 커넥터들이 각각 스트립들(243A 및 243B)로서 도시되어 있다. 금속 플레이트(244) 및 커넥터(242)뿐만 아니라 스트립들(243A 및 243B)은 구리나 알루미늄과 같은 고전도성 재료일 수 있다. 스트립들(243A 및 243B)뿐만 아니라 커넥터(242)는 고정 코일(220)과 회전가능한 코일(215) 사이에 배치되어서는 안 되는데, 왜냐하면 고정 코일(220)이 회전가능한 코일(215)과의 사이에 누설 자기장을 발생시키고, 이는 그 영역들에 근접한 표면들 상에서 강한 와전류를 형성하기 때문이다. 본 실시예에서, 스트립(243B)은 회전가능한 코일(215) 내부에(즉, 유전체 샤프트(200)와 회전가능한 코일(215) 사이에) 있고, 거기서 1차 및 2차 부하 전류로부터 발생하는 자기장들이 실질적으로 서로 상쇄한다.
회전 부분 상에서의 RF 복귀는 회전가능한 코일(215)의 스트립(243B)에서 시작하여, 제2 로터리 커넥터(144)의 제1 부분(225)의 내측 부분으로 가고, 전도성 스페이서(235)로 가서, 마지막으로는 실드 부재(125)의 샤프트 부분(127)으로 간다. 고정 부분 상에서의 RF 복귀는 스트립(243A)에서 시작하여, 하우징(240)의 벽으로, 그리고 정합 회로(152)(도 1에 도시됨)의 접지로 간다. 동작 시에, 2개의 분리된 RF 복귀 경로는 정전 척킹 시스템에 대해 문제를 야기할 수 있는데, 왜냐하면 RF 복귀 경로들이 인가된 DC 전압의 접지-기준으로서 동작해야 하기 때문이다. 이러한 목적으로, 2개의 DC 접지가 통합되게 하기 위해, 제2 로터리 커넥터(144)의 고정 하우징(256)과 제1 부분(225) 사이에서 전도성 롤-링들/브러시들/슬립 링들이 이용된다. 롤-링들/브러시들/슬립 링들은 RF 전류들이 작은 지점들에 배치된다는 점에 더 유의한다. RF 전류들이 큰 위치들에 배치되는 경우에는 아크가 발생할 수 있다.
제3 로터리 커넥터(146)에 의해 가스 소스(145)로부터 페디스털(124)(도 1에 도시됨)로 가스들이 제공될 수 있다. 제3 로터리 커넥터(146)는 복수의 고리형 가스 통로(246)와 복수의 고리형 밀봉부(248)를 교대로 포함하는 로터리 연합체일 수 있다. 고리형 밀봉부들(248) 각각은 동적 진공 밀봉부일 수 있다. 가스는 가스 소스(145)로부터 고정 하우징(252)에 형성된 도관(250)에 의해 고리형 가스 통로들(246) 중 적어도 하나로 제공된다. 가스 소스(145)는 헬륨과 같이 후면 냉각을 위한 가스들 또는 퍼지 가스들을 포함할 수 있다. 가스는 고리형 밀봉부들(248)에 의해 베이스 샤프트(205)의 외측 표면과 고정 하우징(252)의 내측 표면 사이에서 고리형 가스 통로들(246) 내에 포함된다. 다음으로, 가스는 베이스 샤프트(205)에 형성된 유입 도관(254)에 제공된다. 유입 도관(254)은 로터리 플레이트(210), 유전체 샤프트(200) 및 중앙 샤프트(128)를 통해 페디스털(124)까지 연장된다. 유입 도관(254)으로서의 유입 도관(254)이 페디스털(124)까지 연장되는 경우, 유입 도관(254)과 로터리 플레이트(210), 유전체 샤프트(200) 및 중앙 샤프트(128)의 각각의 교차점에서 O-링들(도시되지 않음)이 이용될 수 있다. 유전체 샤프트(200)를 위한 세라믹 재료의 이용은 그것을 통과하는 유체들(예를 들어, 제1 로터리 커넥터(134)로부터의 물 또는 다른 냉각제들, 및/또는 제3 로터리 커넥터(146)로부터의 가스들)이 누설 자기장들에 의해 야기되는 와전류들에 의해 가열되는 것을 감소시킨다. 추가로, 와전류들 및/또는 가열은 유전체 샤프트(200)를 위해 금속 재료들이 이용될 때 더 악화될 수 있다.
페디스털(124)(도 1에 도시됨) 내의 가열기 및/또는 전극들을 척킹하기 위한 전력이 제2 로터리 커넥터(144)에 의해 전원(143)으로부터 제공될 수 있다. 와이어들이 제2 로터리 커넥터(144)의 고정 하우징(256)을 통해 전원(143)으로부터 제공될 수 있다. 와이어들(258)은 페디스털(124) 내의 가열기들을 위한 전력(3 또는 1 상 AC, 또는 DC)뿐만 아니라 정전 척킹을 위한 전력(DC)을 공급하고, 페디스털(124)에 설치된 저항 온도 검출기들(resistance temperature detectors)(RTD들), 써모 커플러들(thermo couplers) 또는 써미스터들로부터의 신호들을 전송한다. 와이어들(258)은 샤프트 어셈블리(126) 내에 배치된다. 와이어들(258)은 중공 코어(129) 내에 그리고/또는 중앙 샤프트(128) 내에 형성되는 개구들 또는 공간들(도시되지 않음)에 배치될 수 있다. 와이어들(258)만이 도시되어 있지만, 하나 이상의 와이어, 케이블, 광섬유, 또는 전기 신호 및 전력을 전송할 수 있는 다른 도관일 수 있는 다른 신호 부재들이 와이어(258)와 유사하게 페디스털(124)에 결합될 수 있다. 와이어들(258)은 절연성 커버링 또는 코팅에 의해 샤프트 어셈블리(126)로부터 절연되어야 한다. 더욱이, 와이어들(258)은 금속 시스에 의해 차폐되어야 한다. 와이어들(258)이 차폐되지 않는다면, 와이어들(258)이 배치된 개구들 또는 공간들에 존재하는 RF 전력이 와이어들(258)의 표면들 상에서 전송될 수 있다. 구체적으로, 이러한 경우, 와이어들(258)의 표면들은 RF의 내측 전도체들로서 작동하는 한편, 중공 코어(129)의 내측 벽은 RF의 외측 전도체로서 작동한다. 이것은 결국에는 원하지 않는 RF 전력을 횡방향 전자기파(transverse electromagnetic waves)로서 효율적인 방식으로 페디스털(124)에 운반하고, 이는 에칭 프로세스 동안 불균일을 생성할 원하지 않는 RF 스폿들을 생성한다. 그러나, 와이어들(258)을 커버하기 위해 금속 시스들이 이용되더라도, RF 전력은 금속 시스들의 표면 상에서 여전히 전송된다. 그러나, RF 정지 플레이트(131)(도 1에 도시됨)의 이용은 원하지 않는 RF 전력이 페디스털(124)에 영향을 주는 것을 방지한다. RF 정지 플레이트(131)의 주변부는 RF 핫 중앙 샤프트(128)에 접속되고, (와이어들(258)을 스레드 고정하기 위한) RF 정지 플레이트(131) 내의 홀들은 와이어들(258)의 차폐된 금속들에 접속된다. 이러한 방식으로, RF 구조체는 RF 회전 측 상에 DC 쇼트를 갖는 폴딩된 동축 구조체의 형태를 갖는다. 결과적으로, 플라즈마 자가 DC 바이어스는 페디스털(124) 내의 정전 척의 세라믹 부분들에 의해 수취된다.
도 2에서 설명된 기판 지지체 어셈블리(106)의 실시예가 테스트되어, 테스트 벤치가 RF 전력의 많은 누설을 가진 경우에도 75% 효율의 RF 투과율을 나타내었고, 따라서 실제 효율은 더 높을 것으로 예상된다. 본 발명자들은 테스트 벤치 설계에 비해 최대 80%의 효율 증가가 실제로 실현될 수 있다고 생각한다.
도 3은 샤프트 어셈블리(126)를 위한 분리 메커니즘(300)의 일 실시예를 도시하는 샤프트 어셈블리(126)의 일부의 측단면도이다. 분리 메커니즘(300)은 2-피스 샤프트 어셈블리(126)를 제공하고, 그에 의해 샤프트 어셈블리(126)의 제1 부분(305A)은 제2 부분(305B)으로부터 쉽게 부착 또는 분리될 수 있다. 제1 부분(305A)은 페디스털(124)(도 1에 도시됨)뿐만 아니라, 실드 부재(125)의 샤프트 부분(127), 절연성 샤프트(130) 및 중앙 샤프트(128)를 포함할 수 있다. 처리 챔버(100)(도 1에 도시됨) 내의 설치 및/또는 정비를 위해 샤프트 어셈블리(126)를 양분(bifurcate)하는데 분리 메커니즘(300)이 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 분리 메커니즘(300)은 하나 이상의 전기 커넥터(315)가 내부에 배치되어 있는 플러그 어셈블리(310), 제1 중앙 샤프트(325A)와 제2 중앙 샤프트(325B) 사이의 계면에서의 밀봉 표면들(320) 및 가요성 전도성 접속부(330)를 포함한다. 밀봉 표면들(320)은 O-링들(도시되지 않음)과 같은 밀봉부들을 포함할 수 있다. 플러그 어셈블리(310)는 페디스털(124)(도 1에 도시됨) 내의 컴포넌트들을 위한 전기 커넥터들을 포함한다. 처리 챔버(100) 내에서의 RF 복귀 경로 또는 DC의 접지를 용이하게 하기 위해 가요성 전도성 접속부(330)가 이용될 수 있다. 가요성 전도성 접속부(330)는 실드 부재(125)의 샤프트 부분(127)의 단부(338)와 전도성 중간 샤프트 부재(336) 사이에 배치된 전도성 스프링(335)일 수 있다. 절연성 슬리브(340)가 전도성 스프링(335)을 중앙 샤프트(128)로부터 전기적으로 분리한다. 추가로, 절연성 커버(342)가 전도성 스프링(335)을 하우징(344)으로부터 전기적으로 절연시킨다. 분리 메커니즘(300)은 동적 밀봉부들(348)에 의해 밀봉되는 펌핑 채널(346)을 또한 포함할 수 있다. 펌핑 채널(346)은 2차 펌핑을 위해 진공 펌프에 결합될 수 있다. 세라믹 재료를 포함할 수 있는 베어링(350)이 샤프트 어셈블리(126)에 결합된 것으로 또한 도시되어 있다.
도 4는 도 1의 처리 챔버(100) 내에서 이용될 수 있는 기판 지지체 어셈블리(400)의 다른 실시예의 일부의 측단면도이다. 기판 지지체 어셈블리(400)는 도 2에 도시된 기판 지지체 어셈블리(106)와 유사하지만, 제3 로터리 커넥터(146)와 제4 로터리 커넥터(150)에서 다음의 차이들을 갖는다. 기판 지지체 어셈블리(400)의 제3 로터리 커넥터(146)는 진공 펌프에 결합된 하나 이상의 펌핑 채널(405)을 포함한다. 하나 이상의 펌핑 채널(405) 각각은 각각의 펌핑 채널(405)을 둘러싸는 2개의 고리형 밀봉부(248)를 포함한다. 추가로, 제3 로터리 커넥터(146)는 퍼지 가스 또는 후면 냉각 가스를 페디스털(124)(도 1에 도시됨)에 제공하기 위한 추가의 가스 도관(410)을 포함한다. 가스는 도 2에서 설명된 바와 같이 가스 소스(145)로부터 도관(250)에 의해 고리형 가스 통로들(246)로 제공된다. 추가의 가스가 고정 하우징(252)에 형성된 유입 도관(410)에 의해 제공될 수 있다. 유입 도관(410)은 고리형 가스 통로(415) 및 유입 도관(420)에 가스를 제공한다. 유입 도관들(254 및 420)은 로터리 플레이트(210), 유전체 샤프트(200) 및 중앙 샤프트(128)를 통해 페디스털(124)까지 연장된다. 유입 도관들(254 및 420)로서의 유입 도관(254)이 페디스털(124)까지 연장되는 경우, 유입 도관들(254 및 420)과 로터리 플레이트(210), 유전체 샤프트(200) 및 중앙 샤프트(128)의 각각의 교차점에서 O-링들(도시되지 않음)이 이용될 수 있다. 기판 지지체 어셈블리(400) 내에서 이용될 수 있는 제3 로터리 커넥터의 설명은 2002년 10월 3일자로 공개된 미국 특허 공개 공보 제2002/0139307호에서 찾아볼 수 있다.
제4 로터리 커넥터(150)는, 고정 페라이트 쉘(430)이 고정 코일(220)을 둘러쌀 뿐만 아니라, 회전 페라이트 쉘(425)이 유전체 샤프트(200) 내에 또는 상에 배치된다는 점을 제외하고는, 도 2에서 설명된 제4 로터리 커넥터(150)와 유사하다. 회전 페라이트 쉘(425) 및/또는 고정 페라이트 쉘(430)은 자속 누설(magnetic flux leakage)을 최소화하는 실질적으로 폐쇄된 자기 회로를 제공한다. 페라이트 재료는 제4 로터리 커넥터(150)에 인접한 컴포넌트들의 표면들 상에서의 와전류의 발생을 또한 감소시킨다. 와전류의 발생을 감소시키는 데에 있어서, 페라이트들에서의 자기 히스테리시스(magnetic hysteresis)의 소산이 발생할 수 있다. 자속 밀도 B는 1-200MHz의 높은 주파수에서 낮게 유지될 수 있으므로, 선택된 페라이트에서 자기 포화에 도달할 우려는 거의 없다. 따라서, 회전 페라이트 쉘(425) 및 고정 페라이트 쉘(430)을 위한 페라이트는 처리 챔버(100) 내에서 이용되는 RF 전력의 범위에서 낮은 히스테리시스를 갖는 페라이트 재료여야 한다. 일반적으로, 도 4에 도시된 페라이트 구조체들은 낮은 RF 주파수들(예를 들어,
Figure pat00001
1MHz)에서 바람직하다.
도 5a는 도 1의 처리 챔버(100) 내에서 이용될 수 있는 기판 지지체 어셈블리(500)의 다른 실시예의 일부의 측단면도이다. 도 5b는 도 5a의 기판 지지체 어셈블리(500)의 상부 단면도이다. 본 실시예에서, 제4 로터리 커넥터(150)는 용량 결합된 RF 어플리케이터로서 도시되어 있다. 제4 로터리 커넥터(150)는 하나 이상의 회전 커패시터(515)와 인터페이싱하는 하나 이상의 고정 커패시터(510)를 갖는 고정 내측 전도체(505)를 포함한다. 고정 내측 전도체(505)는 RF 소스(148)(및 필요하다면 정합 회로(152)(둘 다 도 1에 도시되어 있음))에 결합될 수 있다. 회전 커패시터들(515)은 중앙 샤프트(128)에 직접 결합될 수 있고, 거기에서 RF 에너지가 페디스털(124)(도 1에 도시됨)에 제공될 수 있다.
도 6은 도 2에서 설명된 하우징(240)으로서 이용될 수 있는 하우징(600)의 일 실시예의 상부 단면도이다. 하우징(600)은 구리나 알루미늄과 같은 전도성 재료를 포함하는 원형 바디(605)를 포함한다. 기판 지지체 어셈블리(106)(도 1에 도시됨)의 동작 동안, 원형 바디(605)의 내측 표면(607) 상에서 와전류가 형성될 수 있다. 와전류의 형성을 최소화하거나 방지하기 위해, 원형 바디(605)는 유전체 슬릿(610)을 포함한다. 유전체 슬릿(610)은 원형 바디(605)의 세로 축 내에 그리고 이러한 세로 축을 따라 형성되는 슬롯형 부분(615)을 포함하고, 이 슬롯형 부분은 유전체 재료(620)로 채워진다. 유전체 재료(620)는 세라믹 재료 또는 폴리머 재료일 수 있다. 유전체 재료(620)는 원형 바디(605)의 외측 표면(625)으로부터 방사상 외측으로 돌출할 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 재료(620)의 돌출 표면은 전도성 캡(630)을 포함할 수 있다. 전도성 캡(630)은 원형 바디(605)의 외부로의 RF 전류의 누설을 감소시키기 위해 이용된다. 유전체 재료(620)는 원형 바디(605)의 내측 표면(607)과 동일 평면에 있거나 동일 높이를 이루도록 슬롯형 부분(615) 내로 또한 연장될 수 있다. 예를 들어, 슬롯형 부분(615)은 원형 바디(605)를 완전히 관통하여 형성될 수 있고, 유전체 재료(620)로 채워진다. 이와 같이, 유전체 재료(620)는 원형 바디(605)를 파손하고, 원형 바디(605)의 내측 표면(607)을 따라 흐르는 임의의 RF 전류는 최소화되거나 제거될 수 있다.
도 7은 도 1의 처리 챔버(100) 내에서 이용될 수 있는 기판 지지체 어셈블리(700)의 다른 실시예의 일부의 개략적 측단면도이다. 도 7에 도시된 실시예에서, 제4 로터리 커넥터(150) 및 제2 로터리 커넥터(144)의 위치는 도 2 및 도 4에 도시된 위치로부터 엇바뀐다. 결과적으로, 제2 로터리 커넥터(144) 및 제3 로터리 커넥터(146)는 비용을 절감하기 위해 통합 가스 및 전기 유닛(703)으로 결합될 수 있다. 와이어들(258)에 대한 RF 에너지의 노출을 최소화하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 내측 전도성 실드(1000)가 위치된다.
추가로, 하우징(600)은 고정 부분(705A) 및 회전가능한 부분(705B)으로 양분될 수 있다. 하우징(600)의 분할은 활성화될 때에 회전가능한 부분(705B)(회전가능한 코일(215)이 내부에 배치되어 있음)이 고정 코일(220)(고정 부분(705A)에 배치됨)에 대해 회전하는 것을 허용한다. 고정 부분(705A)은 샤프트 부분(127)의 외부에 배치되는 고정 실드(710)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 베어링과 같은 회전 디바이스(715)가 샤프트 부분(127)과 고정 실드(710) 사이에 배치될 수 있다. 추가로, 로터리 플레이트(210)는 로터리 플레이트(210)의 일부가 하우징(600)의 회전가능한 부분(705B)과 함께 회전하는 것을 허용하는 갭(720)을 포함할 수 있다. 양호한 전도체(예를 들어, Al, Cu)인 재료로 제조된 로터리 플레이트(210)는 제4 로터리 커넥터(150) 내에서 RF 전력을 격리한다. 따라서, 하우징(600) 아래의 부분들(예를 들어, 통합 가스 및 전기 유닛(703)을 포함하는 제4 로터리 커넥터(150) 및 제2 로터리 커넥터(144))에 대한 RF 누설이 최소화된다. 일 실시예에서, 회전가능한 코일(215)과 고정 코일(220) 사이의 접촉을 회피하기 위해, 회전가능한 코일(215)과 고정 코일(220) 사이에 벽(712)이 배치될 수 있다. 벽(712)은 석영 재료와 같이 RF 에너지에 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 도 2에 도시된 실시예와 유사하게, 1차 RF 전류는 RF 발생기(148)로부터 RF 커넥터(725)를 통해 진입하여, 고정 코일(220)로 유동된 다음, 스트립(243A)으로 유동된다. 다음으로, RF 에너지는 스트립(243A)으로부터 제4 로터리 커넥터(150)의 내부로 유동되고, 최종적으로는 RF 커넥터(725)를 통해 RF 발생기(148)로 복귀한다. 2차 전류가 회전가능한 코일(215) 내에서 유도되고, 커넥터(242) 밖으로 유동되어 중앙 샤프트(128) 내로 전파되고, 페디스털(124)(도 1) 내의 전도성 플레이트로 이동하여, 도 1의 처리 챔버(100) 내에 플라즈마를 형성한다. RF 에너지가 플라즈마에서 소산된 후, 복귀하는 RF 에너지는 전도성 샤프트 부분(127)의 표면 상에서 유동할 수 있다. RF 에너지는 최종적으로 스트립(243B)을 통해 복귀하여, 루프를 만든다.
도 8a 및 도 8b는 도 7의 기판 지지체 어셈블리(700) 내에서 이용될 수 있는 내측 전도성 실드(1000)의 실시예들을 도시하는 상부 단면도들이다. 도시된 단면도들은 도 7에 도시된 내측 전도성 실드(1000)의 대략 중심에 있는 라인을 따라 절취된 것이다. 그러나, 도 7의 내측 전도성 실드(1000) 내에 도시된 유입 도관들(254 및 420)뿐만 아니라 와이어들(258)은 명확성을 위해 도 8a 및 도 8b에서 생략된다.
도 8a에 도시된 예는 도 6에 도시된 하우징(600)의 예와 유사하며, 내측 전도성 실드(1000)의 외측 표면(800) 상에서 유도되는 RF 와전류를 지체시키기 위해 이용된다. 그러나, 도 8a에 도시된 실시예에서는, 하우징(600)과 달리, 소정의 RF 에너지가 내측 전도성 실드(1000) 내부에 쉽게 누설된다. RF 누설은 주로 임의의 코일의 내부가 강한 자기장을 갖는다는 사실에 기인한다. 누설된 RF 에너지는 와이어들(258)과 결합되어, 강한 오염된 RF 신호를 초래한다. 예를 들어, RF 전류가 누설되는 경우, 중앙 샤프트(128)의 내부 및 와이어(258)는 동축 구조체를 구성할 수 있다. 구체적으로, 와이어(258) 및 중앙 샤프트(128)의 내측 벽은 동축 구조체의 외측 및 내측 전도체로 각각 될 수 있다. 이러한 상황에서, RF 전파는 매우 효율적이다. 결과적으로, 큰 RF 필터가 필요한데, 이는 기판 지지체 어셈블리(700)에 추가의 벌크를 더하고, 기판 지지체 어셈블리(700)에 추가의 비용을 더한다.
도 8a의 내측 전도성 실드(1000)는 전도성 재료로 이루어진 원형 바디(805), 및 유전체 채널 또는 유전체 슬릿(810)을 포함한다. 원형 바디(805)의 세로 축 내에 그리고 이러한 세로 축을 따라 형성된 슬롯형 부분(815)이 유전체 재료(820)로 채워진다. 유전체 재료(820)는 세라믹 재료 또는 폴리머 재료일 수 있다. 유전체 재료(820)는 원형 바디(805)의 외측 표면(800)으로부터 방사상 내측으로 돌출할 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 재료(820)의 내측 돌출 부분은 전도성 캡(830)을 포함할 수 있다. 전도성 캡(830)은 원형 바디(805)의 내부에서 RF 전류의 누설을 감소시키기 위해 이용된다. 유전체 재료(820)는 원형 바디(805)의 외측 표면(800)과 동일 평면에 있거나 동일 높이를 이루도록 슬롯형 부분(815) 내로 또한 연장될 수 있다. 예를 들어, 슬롯형 부분(815)은 원형 바디(805)를 완전히 관통하여 형성될 수 있고, 유전체 재료(820)로 채워진다. 유전체 재료(820)는, 원형 바디(805)의 내측 표면(807)을 따라 흐르는 RF 전류가 최소화되거나 제거될 수 있도록 원형 바디(805)를 파손한다.
도 8b는 외측 표면(830) 상에서 대량의 RF 와전류를 경험할 것으로 예상되는 전도성 실린더(825)이다. 그러나, 예상외로, 전자기 시뮬레이션들은, 회전가능한 코일(215) 및 고정 코일(220)이 서로에 근접할 때, 전도성 실린더(825)의 외측 표면(830) 상에서 유도되는 와전류가 매우 작다는 것을 나타낸다. 회전가능한 코일(215) 및 고정 코일(220)이 이와 같이 근접할 때, 회전가능한 코일(215) 및 고정 코일(220)의 유도 결합은 실질적으로 이상적이다(즉, 결합은 약 90%보다 크다).
전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (16)

  1. 플라즈마 처리 시스템으로서,
    처리 챔버
    를 포함하고, 상기 처리 챔버는:
    상기 처리 챔버의 제1 전극 - 상기 제1 전극은 적어도 부분적으로 상기 처리 챔버 내의 플라즈마 공동을 정의함 -,
    상기 처리 챔버의 제2 전극 - 상기 제2 전극은 상기 제2 전극을 통해 복수의 개구를 정의하고, 상기 제2 전극은 적어도 부분적으로 상기 처리 챔버 내의 상기 플라즈마 공동을 정의함 -, 및
    기판 지지체 어셈블리
    를 포함하고, 상기 기판 지지체 어셈블리는:
    샤프트 어셈블리,
    상기 샤프트 어셈블리의 일부에 결합된 페디스털, 및
    상기 샤프트 어셈블리에 결합된 제1 로터리 커넥터 - 상기 제1 로터리 커넥터는 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터를 포함함 -
    를 포함하고, 상기 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터는:
    동작 중에 상기 샤프트 어셈블리에 전자기적으로 결합되는 회전가능한 샤프트를 둘러싸는 제1 코일 부재 - 상기 제1 코일 부재는 동작 중에 상기 회전가능한 샤프트와 함께 회전가능함 -,
    상기 제1 코일 부재를 둘러싸는 제2 코일 부재 - 상기 제2 코일 부재는 상기 제1 코일 부재에 대해 고정되고, 상기 제1 코일 부재는, 상기 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터가 활성화될 때 상기 제2 코일 부재와 전자기적으로 결합하며, 상기 샤프트 어셈블리를 통해 상기 페디스털에 무선 주파수 전력을 제공함 -,
    상기 제1 코일 부재를 상기 샤프트 어셈블리의 회전가능한 부분과 결합시키는 제1 접지 부재, 및
    상기 제2 코일 부재를 상기 샤프트 어셈블리의 고정 부분에 결합시키는 제2 접지 부재
    를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    동작 중에, 상기 제1 접지 부재와 상기 제2 접지 부재는 통합된 DC 접지 기준(unified DC ground reference)을 만들기 위해 2개의 분리된 RF 복귀 경로를 제공하는, 플라즈마 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 부재는, 상기 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터가 활성화될 때에 상기 제2 코일 부재와 유도 결합하는, 플라즈마 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전가능한 샤프트는 유전체 재료를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전가능한 샤프트는 페라이트 구조체를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 페디스털에 냉각제를 제공하기 위한 제2 로터리 커넥터를 더 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 페디스털로 그리고 상기 페디스털로부터 전기 신호/전력을 전송하기 위한 제3 로터리 커넥터를 더 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 페디스털에 가스를 제공하기 위한 제4 로터리 커넥터를 더 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트 어셈블리는 상기 제1 코일 부재에 전자기적으로 결합된 전도성 중앙 샤프트를 더 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 중앙 샤프트는 상기 페디스털에 배치되는 상기 전도성 중앙 샤프트의 단부에 배치된 원형 전도성 플레이트를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 회전가능한 무선 주파수 어플리케이터 주위에 배치된 전도성 하우징을 더 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전도성 하우징은 유전체 재료를 포함하는 슬릿을 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 전도성 하우징을 관통하여 형성되는, 플라즈마 처리 시스템.
  14. 처리 시스템으로서,
    처리 챔버
    를 포함하고, 상기 처리 챔버는:
    프리커서 유입구(precursor inlet) 어셈블리,
    상기 처리 챔버의 처리 영역으로의 유체 접근(fluid access)을 제공하는 복수의 개구를 정의하는 제1 분배 플레이트 디바이스,
    복수의 개구를 정의하는 제2 분배 플레이트 - 상기 제2 분배 플레이트는 상기 제1 분배 플레이트 디바이스와 상기 프리커서 유입구 어셈블리 사이에 배치됨 -, 및
    기판 지지체 어셈블리
    를 포함하고, 상기 기판 지지체 어셈블리는:
    샤프트 어셈블리;
    상기 샤프트 어셈블리의 중심 부분에 결합되고 상기 처리 챔버의 상기 처리 영역 내에 배치된 페디스털, 및
    상기 샤프트 어셈블리에 결합된 제1 로터리 커넥터
    를 포함하고, 상기 제1 로터리 커넥터는:
    동작 중에 상기 샤프트 어셈블리에 전자기적으로 결합되는 회전가능한 유전체 샤프트를 둘러싸는 회전가능한 코일 부재,
    상기 회전가능한 코일 부재를 둘러싸는 고정 코일 부재 - 상기 회전가능한 코일 부재는, 상기 회전가능한 코일 부재가 활성화될 때 상기 고정 코일 부재와 전자기적으로 결합하며, 상기 샤프트 어셈블리의 중심 부분에 결합된 커넥터를 통해 상기 페디스털에 무선 주파수 전력을 제공함 -, 및
    상기 고정 코일 부재 주위에 배치된 전도성 하우징
    을 포함하는, 처리 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전도성 하우징은 상기 회전가능한 유전체 샤프트를 둘러싸는 하나 이상의 전도성 플레이트, 및 상기 고정 코일 부재를 둘러싸는 원형 하우징을 포함하는, 처리 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    동작 중에, 통합된 DC 접지 기준을 만들기 위해 2개의 분리된 RF 복귀 경로가 형성되는, 처리 시스템.
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