KR20190134811A - 전극 필라멘트들을 갖는 플라즈마 반응기 - Google Patents

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케니스 에스. 콜린스
마이클 알. 라이스
카르티크 라마스와미
제임스 디. 카르두치
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

플라즈마 반응기는, 플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장을 갖는 챔버 몸체, 처리 가스를 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기, 챔버를 배기하기 위해 플라즈마 챔버에 결합된 펌프, 천장을 향하는 작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부, 천장과 작업물 지지부 사이에 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 필라멘트 및 절연 프레임을 포함하는 챔버내 전극 조립체 ― 필라멘트는, 절연 프레임으로부터 연장되는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―, 및 제1 RF 전력을 챔버내 전극 조립체의 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함한다.

Description

전극 필라멘트들을 갖는 플라즈마 반응기
본 개시내용은, 예를 들어, 작업물, 예컨대, 반도체 웨이퍼 상에 막을 증착시키거나, 식각하거나, 처리하기 위한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
플라즈마는 전형적으로, 용량성 결합된 플라즈마(CCP) 공급원 또는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 공급원을 사용하여 생성된다. 기본 CCP 공급원은, 평행판 커패시터와 유사한, 가스 환경에서 작은 거리만큼 분리된 2개의 금속 전극들을 포함한다. 2개의 금속 전극들 중 하나가 무선 주파수(RF) 전력 공급부에 의해 고정 주파수로 구동되는 동안 다른 전극이 RF 접지에 연결되어, 2개의 전극들 사이에 RF 전기장을 생성한다. 생성된 전기장은 가스 원자들을 이온화하여 전자들을 방출한다. 가스의 전자들은 RF 전기장에 의해 가속되고, 충돌에 의해 간접적으로 또는 직접적으로 가스를 이온화하여, 플라즈마를 생성한다.
기본 ICP 공급원은 전형적으로, 나선 또는 코일 형상의 전도체를 포함한다. RF 전류가 전도체를 통해 흐를 때, RF 자기장이 전도체 주위에 형성된다. RF 자기장은, 가스 원자들을 이온화하고 플라즈마를 생성하는 RF 전기장을 동반한다.
다양한 프로세스 가스들의 플라즈마들이 집적 회로들의 제조에 폭넓게 사용된다. 플라즈마들은, 예를 들어, 박막 증착, 식각, 및 표면 처리에 사용될 수 있다.
원자 층 증착(ALD)은 기체상 화학 프로세스의 순차적 사용에 기초한 박막 증착 기법이다. 일부 ALD 프로세스는 화학 반응들을 위해 필요한 활성화 에너지를 제공하는 데에 플라즈마들을 사용한다. 플라즈마 강화 ALD 프로세스들은 비-플라즈마 강화(예를 들어, '열') ALD 프로세스들보다 더 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
일 양상에서, 플라즈마 반응기는, 플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장을 갖는 챔버 몸체, 처리 가스를 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기, 챔버를 배기하기 위해 플라즈마 챔버에 결합된 펌프, 천장을 향하는 작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부, 천장과 작업물 지지부 사이에 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 필라멘트 및 절연 프레임을 포함하는 챔버내 전극 조립체(intra-chamber electrode assembly) ― 필라멘트는, 절연 프레임으로부터 연장되는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―, 및 제1 RF 전력을 챔버내 전극 조립체의 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
절연 쉘은, 플라즈마 챔버 내에서 전도체 전체를 둘러싸고 전도체 전체를 따라 연장되는 원통형 쉘일 수 있다. 절연 쉘은 규소, 또는 산화물, 질화물, 또는 탄화물 물질, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 절연 쉘은 실리카, 사파이어 또는 탄화규소로 형성될 수 있다. 절연 쉘은 전도체 상의 코팅일 수 있다. 원통형 쉘은 채널을 형성할 수 있고 전도체는 채널에 매달리고 채널을 통해 연장될 수 있거나, 전도체는 중공 채널을 가질 수 있다. 유체 공급부는 채널을 통해 유체를 순환시키도록 구성될 수 있다. 유체는 비-산화 가스일 수 있다. 열 교환기는 유체에 열을 공급하거나 유체로부터 열을 제거하도록 구성될 수 있다.
챔버내 전극 조립체는, 천장과 작업물 지지부 사이에 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 복수의 공면(coplanar) 필라멘트들을 가질 수 있다. 복수의 공면 필라멘트들은 균일하게 이격될 수 있다. 공면 필라멘트들과 작업물 지지 표면 사이의 표면 대 표면 간격은 2 mm 내지 25 mm 범위에 있을 수 있다. 복수의 공면 필라멘트들은 선형 필라멘트들을 포함할 수 있다. 복수의 공면 필라멘트들은 플라즈마 챔버를 통해 평행하게 연장될 수 있다. 복수의 공면 필라멘트들은 균일하게 이격될 수 있다.
쉘은 절연 프레임에 융합될 수 있다. 쉘 및 절연 프레임은 동일한 물질 조성일 수 있다. 절연 프레임은 실리카 또는 세라믹 물질로 형성될 수 있다.
다른 양상에서, 플라즈마 반응기는, 플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장 및 최상부 전극을 유지하기 위한 절연 지지부를 갖는 챔버 몸체, 처리 가스를 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기, 챔버를 배기하기 위해 플라즈마 챔버에 결합된 펌프, 최상부 전극을 향하는 작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부, 최상부 전극과 작업물 지지부 사이에 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 필라멘트를 포함하는 챔버내 전극 조립체 ― 필라멘트는, 절연 프레임으로부터 연장되는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―, 및 제1 RF 전력을 챔버내 전극 조립체의 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
최상부 전극은 규소, 탄소, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 절연 프레임은 산화물, 질화물, 또는 이들의 조합일 수 있다. 절연 프레임은 산화규소, 산화알루미늄, 또는 질화규소로 형성될 수 있다.
다른 양상에서, 플라즈마 반응기는, 플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장을 갖는 챔버 몸체, 처리 가스를 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기, 챔버를 배기하기 위해 플라즈마 챔버에 결합된 펌프, 작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부, 절연 프레임 및 필라멘트를 포함하는 챔버내 전극 조립체 ― 필라멘트는 천장으로부터 하방으로 연장되는 제1 부분 및 천장과 작업물 지지부 사이에 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 제2 부분을 포함하고, 필라멘트는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―, 및 제1 RF 전력을 챔버내 전극 조립체의 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함한다.
구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
챔버내 전극 조립체는 복수의 필라멘트들을 포함할 수 있다. 각각의 필라멘트는, 천장으로부터 하방으로 연장되는 제1 부분 및 천장과 작업물 지지부 사이에 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 제2 부분을 포함할 수 있다. 복수의 필라멘트들의 제2 부분들은 동일 평면 상에 있을 수 있다. 복수의 필라멘트들의 제2 부분들은 균일하게 이격될 수 있다. 복수의 필라멘트들의 제2 부분들은 선형일 수 있다.
지지부는, 천장과 필라멘트의 제2 부분 사이의 체적을 둘러싸는 하방으로 돌출된 측벽을 포함할 수 있다. 측벽은 산화규소 또는 세라믹 물질로 형성될 수 있다. 천장은 절연 프레임을 포함할 수 있고, 필라멘트들은 절연 프레임으로부터 연장될 수 있다. 쉘은 프레임에 융합될 수 있다. 쉘 및 지지부는 동일한 물질 조성을 가질 수 있다. 절연 프레임은 실리카 또는 세라믹 물질로 형성될 수 있다.
다른 양상에서, 플라즈마 반응기는, 플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장을 갖는 챔버 몸체, 처리 가스를 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기, 챔버를 배기하기 위해 플라즈마 챔버에 결합된 펌프, 작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부, 및 챔버내 전극 조립체를 포함한다. 챔버내 전극 조립체는, 절연 프레임, 제1 방향을 따라 천장과 작업물 지지부 사이에 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 제1 복수의 공면 필라멘트들, 및 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 플라즈마 챔버를 통해 평행하게 연장되는 제2 복수의 공면 필라멘트들을 포함한다. 제1 및 제2 복수의 필라멘트들 중 각각의 필라멘트는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함한다. 제1 RF 전원은 제1 RF 전력을 챔버내 전극 조립체의 전도체에 공급한다.
특정 구현들은 이하의 장점들 중 하나 이상을 가질 수 있다. 플라즈마 균일성이 개선될 수 있다. 플라즈마 프로세스 반복성이 개선될 수 있다. 금속 오염이 감소될 수 있다. 입자 생성이 감소될 수 있다. 플라즈마 대전 손상이 감소될 수 있다. 플라즈마의 균일성이, 상이한 프로세스 작동 조건들에 걸쳐 유지될 수 있다. 플라즈마 전력 결합 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 세부사항들이 이하의 설명 및 첨부 도면들에 열거된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 장점들은 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 플라즈마 반응기의 예의 개략적인 측면도이다.
도 2는 플라즈마 반응기의 다른 예의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 2에 따른 챔버내 전극 조립체의 예의 사시도이다.
도 4a-4c는 챔버내 전극 조립체의 필라멘트의 다양한 예들의 개략적인 단면 사시도들이다.
도 5a는 챔버내 전극 조립체의 일부의 개략적인 상면도이다.
도 5b-c는 상이한 플라즈마 영역 상태들을 갖는 챔버내 전극 조립체의 개략적인 측단면도들이다.
도 6a-c는 챔버내 전극 조립체 구성들의 다양한 예들의 개략적인 상면도들이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
종래의 CCP 공급원에서의 플라즈마 균일성은 전형적으로, 전극(들) 크기 및 전극간 거리뿐만 아니라 가스 압력, 가스 조성, 및 인가된 RF 전력에 의해 결정된다. 더 높은 무선 주파수들에서, 정재파들(standing waves) 또는 표피 효과들의 존재로 인해 추가적인 효과들이 중요해지거나 심지어 불균일성들을 지배할 수 있다. 그러한 추가적인 효과들은 더 높은 주파수들 및 플라즈마 밀도들에서 더 확연해진다.
종래의 ICP 공급원에서의 플라즈마 균일성은 전형적으로, ICP 코일(들)의 크기, 기하형상, 작업물까지의 거리, 및 연관된 RF 윈도우 위치를 포함하는 ICP 코일(들)의 구성뿐만 아니라 가스 압력, 가스 조성, 및 전력에 의해 결정된다. 다수의 코일들 또는 코일 세그먼트들의 경우, 전류 또는 전력 분배 및 그들의 상대 위상은, 동일한 주파수로 구동된다면, 또한 중요한 인자일 수 있다. 표피 효과로 인해 ICP 코일들 아래에 또는 ICP 코일들에 인접하여 수 센티미터 내에 전력 퇴적이 발생하는 경향이 있고, 그러한 국소화된 전력 퇴적은 전형적으로, 코일 기하형상들을 반영하는 프로세스 불균일성들로 이어진다. 그러한 플라즈마 불균일성은 작업물에 걸친 전위차를 야기하고, 이는 또한, 플라즈마 대전 손상(예를 들어, 트랜지스터 게이트 유전체 파열)으로 이어질 수 있다.
전형적으로, 큰 확산 거리가 ICP 공급원의 개선된 균일성에 필요하다. 그러나, 두꺼운 RF 윈도우를 갖는 종래의 ICP 공급원은 전형적으로, 낮은 전력 결합으로 인해 높은 가스 압력들에서 비효율적이고, 이는 높은 저항성 전력 손실들을 초래하는 높은 구동 전류로 이어진다. 반대로, 챔버내 전극 조립체는 RF 윈도우를 가질 필요가 없고, 단지 원통형 쉘만을 갖는다. 이는 더 양호한 전력 결합 및 더 양호한 효율을 제공할 수 있다.
이동식 작업물 지지부를 갖는 플라즈마 챔버에서, 이동식 작업물 지지부는, 예를 들어, 회전식 수은 결합기, 브러시들, 또는 슬립 링들을 통해 DC 접지될 수 있다. 그러나, 이동식 작업물 지지부는 무선 주파수들에서 적절하게 접지되지 않을 수 있다. RF 접지 경로는 RF 접지가 적절한 RF 접지가 되기 위해서 플라즈마보다 실질적으로 더 낮은 임피던스를 가져야 한다. 적절한 RF 접지 경로의 결여는 작업물에서의 이온 에너지를 제어하는 것을 어렵게 만들고 프로세스의 반복성을 감소시킬 수 있다.
따라서, 작업물 크기에 걸쳐 원하는 속성들(플라즈마 밀도, 전자 온도, 이온 에너지, 해리 등)을 갖는 균일한 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있고; 작동 윈도우에 걸친 균일성을 위해 조정가능하고(예를 들어, 압력, 전력, 가스 조성); 심지어 이동하는 작업물의 경우에도 안정적이고 반복가능한 전기적 성능을 갖고; 과잉 금속 오염물들 또는 입자들을 생성하지 않는 속성들을 갖는 플라즈마 공급원이 바람직하다. 챔버내 전극 조립체는 이러한 속성들 중 하나 이상을 더 잘 제공할 수 있다.
도 1은 플라즈마 반응기의 예의 개략적인 측면도이다. 플라즈마 반응기(100)는 플라즈마 챔버로서 사용하기 위한 내부 공간(104)을 에워싸는 챔버 몸체(102)를 갖는다. 내부 공간(104)은, 예를 들어, 원형 반도체 웨이퍼들의 처리를 위해 원통형일 수 있다. 챔버 몸체(102)는, 최상부 전극(108)을 지지하는, 플라즈마 반응기(100)의 천장 근처에 위치된 지지부(106)를 갖는다. 최상부 전극은 내부 공간(104) 내에 매달릴 수 있고, 천장으로부터 이격되거나, 천장에 접하거나, 천장의 일부를 형성할 수 있다. 챔버 몸체(102)의 측벽들의 일부 부분들은 최상부 전극(108)과 별개로 접지될 수 있다.
가스 분배기(110)가 플라즈마 반응기(100)의 천장 근처에 위치된다. 일부 구현들에서, 가스 분배기(110)는 단일 구성요소로서 최상부 전극(108)과 통합된다. 가스 분배기(110)는 가스 공급부(112)에 연결된다. 가스 공급부(112)는 하나 이상의 프로세스 가스를 가스 분배기(110)에 전달하며, 프로세스 가스의 조성은 수행될 프로세스, 예를 들어, 증착 또는 식각에 따를 수 있다. 플라즈마 반응기를 배기하기 위해 진공 펌프(113)가 내부 공간(104)에 결합된다. 일부 프로세스들의 경우, 챔버는 Torr 범위에서 작동되고, 가스 분배기(110)는 아르곤, 질소, 산소 및/또는 다른 가스들을 공급한다.
작업물(115)을 지지하기 위한 작업물 지지 페디스털(114)이 플라즈마 반응기(100)에 위치된다. 작업물 지지 페디스털(114)은 최상부 전극(108)을 향하는 작업물 지지 표면(114a)을 갖는다.
일부 구현들에서, 작업물 지지 페디스털(114)은 작업물 지지 페디스털(114) 내부에 작업물 지지 전극(116)을 포함한다. 일부 구현들에서, 작업물 지지 전극(116)은 접지될 수 있거나, 접지된 임피던스 또는 회로에 연결될 수 있다. 일부 구현들에서, RF 바이어스 전력 생성기(142)는 임피던스 정합부(144)를 통해 작업물 지지 전극(116)에 결합된다. 작업물 지지 전극(116)은 정전 척을 추가적으로 포함할 수 있고, 작업물 바이어스 전압 공급부(118)는 작업물 지지 전극(116)에 연결될 수 있다. RF 바이어스 전력 생성기(142)는 플라즈마를 생성하거나, 전극 전압 또는 전극 시스 전압을 제어하거나, 플라즈마의 이온 에너지를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
추가적으로, 페디스털(114)은 작업물(115)을 가열 또는 냉각하기 위한 내부 통로들(119)을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 내장식 저항성 가열기가 페디스털 내부에, 예를 들어, 내부 통로들(119) 내부에 제공될 수 있다.
일부 구현들에서, 작업물 지지 페디스털(114)은 바닥 내부 공간(132) 내에 위치된 가열 요소로부터의 복사 및/또는 대류 가열을 통해, 그리고/또는 페디스털(114) 상의 또는 내부에 내장된 저항성 가열기에 의해 가열된다.
챔버내 전극 조립체(120)는 최상부 전극(108)과 작업물 지지 페디스털(114) 사이의 내부 공간(104)에 위치된다. 이 전극 조립체(120)는, 페디스털(114)의 지지 표면(114a) 위에서 챔버에서 측방향으로 연장되는 하나 이상의 필라멘트(400)를 포함한다. 페디스털(114) 위의 전극 조립체(120)의 필라멘트들의 적어도 일부는 지지 표면(114a)에 평행하게 연장된다. 최상부 갭(130)이 최상부 전극(108)과 챔버내 전극 조립체(120) 사이에 형성된다. 바닥 갭(132)이 작업물 지지 페디스털(114)과 챔버내 전극 조립체(120) 사이에 형성된다.
전극 조립체(120)는 RF 전원(122)에 의해 구동된다. RF 전원(122)은 전력을 1 MHz 내지 300 MHz 초과의 주파수들로 전극 조립체(120)의 하나 이상의 필라멘트에 인가할 수 있다. 일부 프로세스들의 경우, RF 전원(122)은 60 MHz의 주파수의 100 W 내지 2 kW 초과의 총 RF 전력을 제공한다.
일부 구현들에서, 플라즈마 생성 라디칼들, 이온들 또는 전자들로 하여금 작업물 표면과 상호작용하게 하도록 바닥 갭(132)을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 갭의 선택은 응용에 따르고 작동 체제에 따른다. 라디칼 플럭스(그러나 매우 낮은 이온/전자 플럭스)를 작업물 표면에 전달하는 것이 요망되는 일부 응용들의 경우, 더 큰 갭 및/또는 더 높은 압력에서의 작동이 선택될 수 있다. 라디칼 플럭스 및 상당한 플라즈마 이온/전자 플럭스를 작업물 표면에 전달하는 것이 요망되는 다른 응용들의 경우, 더 작은 갭 및/또는 더 낮은 압력에서의 작동이 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 저온 플라즈마 강화 ALD 프로세스들에서, 프로세스 가스들의 자유 라디칼들은 ALD 막의 증착 또는 처리에 필수적이다. 자유 라디칼은 쌍이 아닌 원자가 전자를 갖는 원자 또는 분자이다. 자유 라디칼은 전형적으로, 다른 물질들에 대해 고도로 화학적으로 반응성이다. 자유 라디칼들과 다른 화학 종들의 반응은 종종, 막 증착에서 중요한 역할을 한다. 그러나, 자유 라디칼들은 전형적으로, 자신들의 높은 화학 반응성으로 인해 단수명이고, 그러므로 자신들의 수명 내에서 매우 멀리 운송될 수 없다. 자유 라디칼들의 공급원, 즉, 플라즈마 공급원으로서 작용하는 챔버내 전극 조립체(120)를 작업물(115)의 표면에 근접하여 위치시키는 것은, 표면으로의 자유 라디칼들의 공급을 증가시켜, 증착 프로세스를 개선할 수 있다.
자유 라디칼의 수명은 전형적으로, 주변 환경의 압력에 따른다. 그러므로, 만족스러운 자유 라디칼 농도를 제공하는 바닥 갭(132)의 높이는 작동 동안 예상되는 챔버 압력에 따라 변할 수 있다. 일부 구현들에서, 챔버가 1 ― 10 Torr 범위의 압력으로 작동되는 경우, 바닥 갭(132)은 1 cm 미만이다.
다른 (더)저온의 플라즈마 강화 ALD 프로세스들에서, 플라즈마 이온 플럭스(및 동반 전자 플럭스)뿐만 아니라 라디칼 플럭스에 대한 노출은 ALD 막의 증착 및 처리에 필수적일 수 있다. 일부 구현들에서, 챔버가 1 ― 10 Torr 범위의 압력으로 작동되는 경우, 바닥 갭(132)은 5 cm 미만 ― 예를 들어, 2-25 mm, 예를 들어, 5 mm이다. 더 낮은 작동 압력들은 거리에 대한 더 낮은 체적 재조합 비율로 인한 더 큰 갭들에서 작동할 수 있다. 다른 응용들, 예컨대, 식각에서, 더 낮은 작동 압력(100 mTorr 미만)이 전형적으로 사용되고 갭이 증가될 수 있다.
바닥 갭(132)이 작은 그러한 응용들에서, 전극 조립체(120)에 의해 생성되는 플라즈마는 필라멘트들 사이에 상당한 불균일성들을 가질 수 있고, 이는 작업물의 처리 균일성에 유해할 수 있다. 공간적 불균일성들을 갖는 플라즈마를 통해 작업물을 이동시킴으로써, 프로세스에 대한 플라즈마 공간적 불균일성들의 효과가, 시간 평균 효과에 의해 완화될 수 있는데, 즉, 플라즈마를 1회 통과한 후 작업물의 임의의 주어진 영역에 의해 수용되는 누적 플라즈마 용량은 실질적으로 유사하다.
최상부 갭은 플라즈마가 챔버내 전극 조립체와 최상부 전극(또는 챔버의 최상부) 사이에 발생하기에 충분히 크게 선택될 수 있다. 일부 구현들에서, 챔버가 1 ― 10 Torr 범위의 압력으로 작동되는 경우, 최상부 갭(130)은 0.5 ― 2 cm, 예를 들어, 1.25 cm일 수 있다.
최상부 전극(108)은 다양한 방식들로 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 최상부 전극은 RF 접지(140)에 연결된다. 일부 구현들에서, 최상부 전극은 전기적으로 격리('플로팅')된다. 일부 구현들에서, 최상부 전극(108)은 바이어스 전압으로 바이어싱된다. 바이어스 전압은, 이온 에너지를 포함한, 생성된 플라즈마의 특성들을 제어하는 데에 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 최상부 전극(108)은 RF 신호로 구동된다. 예를 들어, 접지된 작업물 지지 전극(116)에 대하여 최상부 전극(108)을 구동하는 것은 작업물(115)에서의 플라즈마 전위를 증가시킬 수 있다. 증가된 플라즈마 전위는, 원하는 값으로의 이온 에너지의 증가를 야기할 수 있다.
최상부 전극(108)은 상이한 프로세스 양립가능(process-compatible) 물질들로 형성될 수 있다. 프로세스 계산가능성(process-computability)에 대한 다양한 기준들은, 프로세스 가스들에 의한 식각에 대한 물질의 저항 및 이온 충격으로부터의 스퍼터링에 대한 저항을 포함한다. 게다가, 물질들이 식각된 경우들에서, 프로세스 양립가능 물질은 바람직하게, 진공 펌프(113)에 의해 배기될 수 있고, 작업물(115)을 오염시킬 수 있는 입자들을 형성하지 않는 휘발성 또는 가스성 화합물을 형성한다. 이에 따라, 일부 구현들에서, 최상부 전극은 규소로 만들어진다. 일부 구현들에서, 최상부 전극은 탄화규소로 만들어진다. 일부 구현들에서, 최상부 전극은 탄소 기재의 물질로 만들어진다.
일부 구현들에서, 최상부 전극(108)은 생략될 수 있다. 그러한 구현들에서, RF 접지 경로들은 작업물 지지 전극에 의해 또는 전극 조립체(120)의 공면 필라멘트들의 하위세트에 의해 또는 플라즈마와 연통하는 챔버 벽 또는 다른 접지 기준 표면에 의해 제공될 수 있다.
일부 구현들에서, 유체 공급부(146)는 챔버내 전극 조립체(120)를 통해 유체를 순환시킨다. 일부 구현들에서, 열 교환기(148)는 유체에 열을 공급하거나 제거하기 위해 유체 공급부(146)에 결합된다.
챔버 구성 및 공급된 처리 가스들에 따라, 플라즈마 반응기(100)는 ALD 장치, 식각 장치, 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치, 플라즈마 도핑 장치, 또는 플라즈마 표면 세정 장치를 제공할 수 있다.
도 2는 플라즈마 반응기(200)의 다른 예의 개략도이다. 설명되는 것을 제외하고 도 1과 동일한 이 예에서, 챔버내 전극 조립체(120)는 지지부(106)에 의해 지지되도록 만곡되고, 유체 공급부(146)가 지지부(106)를 통해 챔버내 전극 조립체(120)에 결합될 수 있다. 반대로, 도 1의 예에서, 전극 조립체의 필라멘트들은 챔버 몸체(102)의 측벽들로부터 나오고 챔버 몸체(102)의 측벽들에 의해 지지될 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 챔버내 전극 조립체의 예의 사시도이다. 이는 지지부(106), 최상부 전극(108), 최상부 갭(130), 및 챔버내 전극 조립체(120)를 도시한다. 챔버내 전극 조립체(120)는, 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 하나 이상의 필라멘트(400)를 포함한다. 필라멘트들은, 페디스털(114) 위에 연장되는 중앙 부분(312)(도 2 참고) 및 지지부(106)로부터 지지되도록 상방으로 만곡된 단부 부분들(314)을 포함한다. 이 구성은 플라즈마 반응기(100)의 최상부로부터의 필라멘트들의 접근성 및 소형밀집 설치를 제공할 수 있다.
도 4a-c는 챔버내 전극 조립체의 필라멘트의 다양한 예들의 개략도들이다. 도 4a를 참조하면, 챔버내 전극 조립체(120)의 필라멘트(400)가 도시된다. 필라멘트(400)는 전도체(410), 및 전도체(410)를 둘러싸고 전도체(410)를 따라 연장되는 원통형 쉘(420)을 포함한다. 채널(430)이 전도체(410)와 원통형 쉘(420) 사이의 갭에 의해 형성된다. 원통형 쉘(420)은 프로세스와 양립가능한 비금속성 물질로 형성된다. 일부 구현들에서, 원통형 쉘은 반도체이다. 일부 구현들에서, 원통형 쉘은 절연성이다.
전도체(410)는 다양한 물질들로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 전도체(410)는 중실 와이어, 예를 들어, 0.063"의 직경을 갖는 단일 중실 와이어이다. 대안적으로, 전도체(410)는 다수의 연선들에 의해 제공될 수 있다. 일부 구현들에서, 전도체는 3개의 평행한 0.032" 연선들을 포함한다. 다수의 연선들은 표피 효과를 통해 RF 전력 손실들을 감소시킬 수 있다. 리츠 와이어는 표피 효과를 더 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 107 지멘스/m 이상의 높은 전기 전도율을 갖는 물질이 사용되고, 이는 저항성 전력 손실들을 감소시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 전도체(410)는 구리 또는 구리의 합금으로 만들어진다. 일부 구현들에서, 전도체는 알루미늄으로 만들어진다.
원하지 않는 물질 스퍼터링 또는 식각은 프로세스 오염 또는 입자 형성으로 이어질 수 있다. 챔버내 전극 조립체(120)가 CCP 공급원으로 사용되든 ICP 공급원으로 사용되든, 원하지 않는 스퍼터링 또는 식각이 일어날 수 있다. 원하지 않는 스퍼터링 또는 식각은 전극 표면에서의 과잉 이온 에너지에 의해 야기될 수 있다. CCP 공급원으로서 작동할 때, 플라즈마 방전을 구동하기 위해 원통형 쉘 주위의 진동 전기장이 필요하다. 이러한 진동은 물질들의 스퍼터링 또는 식각으로 이어지는데, 이는 모든 알려진 물질들이, CCP 공급원의 대응하는 최소 작동 전압보다 더 낮은 스퍼터링 에너지 임계치를 갖기 때문이다. ICP 공급원으로서 작동될 때, 플라즈마에 대한 필라멘트(400)의 용량성 결합은 인근 표면들에서 진동 전기장를 생성하고, 이는 또한 이 물질들의 스퍼터링을 야기한다. 내부 공간(104)에 노출된 필라멘트(400)의 외부 표면(예를 들어, 원통형 쉘(420))에 프로세스 양립가능 물질을 사용함으로써, 원하지 않는 물질 스퍼터링 또는 식각으로부터 초래되는 문제들이 완화될 수 있다.
일부 구현들에서, 원통형 쉘(420)은 프로세스 양립가능 물질, 예컨대, 규소, 예를 들어, 고 비저항 규소, 산화물 물질, 질화물 물질, 탄화물 물질, 세라믹 물질, 또는 이들의 조합으로 형성된다. 산화물 물질들의 예들은 이산화규소(예를 들어, 실리카, 석영) 및 산화알루미늄(예를 들어, 사파이어)을 포함한다. 탄화물 물질들의 예들은 탄화규소를 포함한다. 질화물 물질들의 예들은 질화규소를 포함한다. 세라믹 물질들 또는 사파이어는, 플루오린 함유 환경들 또는 플루오로카본 함유 환경들을 포함하는 일부 화학적 환경들에 바람직할 수 있다. 암모니아, 디클로로실란, 질소, 및 산소를 함유하는 화학적 환경들에서, 규소, 탄화규소, 또는 석영의 사용이 바람직할 수 있다.
일부 구현들에서, 원통형 쉘(420)은 0.1 mm 내지 3 mm, 예를 들어, 1 mm의 두께를 갖는다. 쉘(420)은 2-4 mm, 예를 들어, 2 mm의 내경을 가질 수 있다.
일부 구현들에서, 유체가 채널(430)에 제공된다. 일부 구현들에서, 유체는 전도체(410)의 산화를 완화시키기 위해 산소를 퍼징하기 위한 비-산화 가스이다. 비-산화 가스들의 예들은 질소 및 아르곤이다. 일부 구현들에서, 비-산화 가스는 잔류 산소 또는 수증기를 제거하기 위해, 예를 들어, 유체 공급부(146)에 의해 채널(430)을 통해 연속적으로 유동된다.
전도체(410)의 가열은 전도체를 산화에 더 민감하게 할 수 있다. 유체는, 공급된 RF 전력으로부터 가열될 수 있는 전도체(410)에 냉각을 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 유체는 강제 대류 온도 제어, 예를 들어, 냉각 또는 가열을 제공하기 위해, 예를 들어, 유체 공급부(146)에 의해 채널(430)을 통해 순환된다.
일부 구현들에서, 유체는 유체의 파괴를 방지하기 위해 대기압 이상일 수 있다. 이는 튜브에서의 원치 않는 플라즈마 형성을 방지할 수 있다. 채널(430)의 압력은 적어도 100 Torr일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 필라멘트(400)의 일부 구현들에서, 전도체(410)는 코팅(420)을 갖는다. 일부 구현들에서, 코팅(420)은 전도체를 형성하는 물질의 산화물(예를 들어, 알루미늄 전도체 상의 산화알루미늄)이다. 일부 구현들에서, 코팅(420)은 이산화규소이다. 일부 구현들에서, 코팅(420)은 예를 들어, 이산화규소 코팅을 형성하기 위한, 실란, 수소 및 산소의 반응에 의해 플라즈마 반응기(100)에서 인-시튜로 형성된다. 인-시튜 코팅은 식각되거나 스퍼터링될 때 보충될 수 있으므로 유리할 수 있다. 코팅은 0.1-10 미크론 두께일 수 있다.
도 4c를 참조하면, 필라멘트(400)의 일부 구현들에서, 전도체(410)는 중공이고, 중공 채널(440)이 전도체(410) 내부에 형성된다. 일부 구현들에서, 중공 채널(440)은 도 4a에서 설명된 바와 같이 유체를 운반할 수 있다. 전도체는 약 1-4 mm, 예를 들어, 2 mm의 외경 및 0.25-1 mm, 예를 들어, 0.5 mm의 벽 두께를 갖는 중공 튜브일 수 있다. 프로세스 양립가능 물질의 코팅은 원통형 쉘(420)을 제공하기 위해 전도체(410)를 덮을 수 있다. 일부 구현들에서, 코팅(420)은 전도체를 형성하는 물질의 산화물(예를 들어, 알루미늄 전도체 상의 산화알루미늄)이다. 일부 구현들에서, 중공 전도체(410)는 2 mm의 외경을 갖고, 벽 두께는 0.5 mm이다.
도 1 및 2로 돌아가면, 필라멘트들(400)은 프레임에 의해 지지되고 프레임으로부터 연장된다. 프레임은 프로세스 양립가능 물질, 예컨대, 산화물 물질, 질화물 물질, 탄화물 물질, 세라믹 물질, 또는 이들의 조합으로 형성된다. 산화물 물질들의 예들은 이산화규소(예를 들어, 실리카, 석영) 및 산화알루미늄(예를 들어, 사파이어)을 포함한다. 탄화물 물질들의 예들은 탄화규소를 포함한다. 일부 구현들에서, 필라멘트(400)의 쉘 및 프레임은 동일한 물질, 예를 들어, 석영으로 형성된다.
필라멘트(400)의 쉘은 프레임에 융합될 수 있다. 이는 프로세스 가스가 전도체에 도달하는 것을 방지하기 위해 유밀 밀봉을 생성할 수 있고, 따라서, 반응기의 수명을 개선하고 오염의 가능성을 감소시킬 수 있다.
일부 구현들에서, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 필라멘트들(400)은 프레임으로부터 수평으로 연장된다. 일부 구현들에서, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임은 천장의 일부를 제공하고 필라멘트들(400)은 프레임으로부터 하방으로 연장된다.
일부 구현들에서, 예를 들어, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 지지부(106)에 의해 프레임이 제공될 수 있다. 다른 구현들에서, 프레임은 분리된 몸체, 예를 들어, 천장 또는 측벽들(102)에 장착된 몸체이다. 일부 구현들에서, 챔버의 측벽들에 의해 프레임이 제공된다. 챔버 벽들은 전도성일 수 있지만, 절연 쉘이 전도체를 챔버 벽으로부터 격리시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 필라멘트들(400)이 프레임으로부터 수평으로 돌출되면, 프레임은 최상부 갭(130)을 둘러싸기 위해 하방으로 연장되는 몸체(105)일 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 필라멘트들이 천장으로부터 하방으로 연장되면, 지지부(106)는 최상부 갭(130)을 둘러싸는 하방으로 돌출된 벽(107)을 포함할 수 있다. 몸체(105) 또는 벽(107)은 유밀 밀봉을 제공하기 위해 일체형으로 형성되거나 지지부(106)에 융합될 수 있다.
도 5a는 챔버내 전극 조립체의 일부의 개략도이다. 챔버내 전극 조립체(500)는 지지부(502)에 부착된 다수의 필라멘트들(400)을 포함한다. 전극 조립체(500)는 전극 조립체(120)를 제공할 수 있고, 필라멘트들(400)은 전극 조립체(120)의 필라멘트들을 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 필라멘트들은 서로 평행하게 연장된다.
필라멘트들(400)은 필라멘트 간격(510)에 의해 서로 분리된다. 필라멘트 간격(510)은 표면 대 표면 거리일 수 있고; 평행한 필라멘트들의 경우, 간격은 필라멘트들의 종축에 수직으로 측정될 수 있다. 간격(510)은 플라즈마 균일성에 영향을 줄 수 있다. 간격이 너무 크면, 필라멘트들은 섀도잉 및 불균일성을 생성할 수 있다. 다른 한편으로, 간격이 너무 작으면, 플라즈마가 최상부 갭(130)과 바닥 갭(132) 사이에서 이동할 수 없고, 불균일성이 증가되거나 이온 밀도 또는 자유 라디칼 밀도가 감소될 것이다. 일부 구현들에서, 필라멘트 간격(510)은 조립체(500)에 걸쳐 균일하다.
필라멘트 간격(510)은 3 내지 20 mm, 예를 들어, 8 mm일 수 있다. 예를 들어, N2가 2-10 torr인 고압에서, 필라멘트 간격은 20 mm 내지 3 mm일 수 있다. 압력 범위에 대한 절충은 5-10 mm일 수 있다. 더 낮은 압력 및 작업물까지의 더 큰 거리에서, 더 큰 간격이 효과적으로 사용될 수 있다.
도 5b-c는 상이한 플라즈마 영역 상태들을 갖는 챔버내 전극 조립체의 개략적인 단면도들이다. 도 5b를 참조하면, 플라즈마 영역(512)은 필라멘트들(400)을 둘러싼다. 플라즈마 영역(512)은 상부 플라즈마 영역(514) 및 하부 플라즈마 영역(516)을 갖는다. 상부 플라즈마 영역(514)은 최상부 갭(130)에 위치되고 하부 플라즈마 영역(516)은 바닥 갭(132)에 위치된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 상부 플라즈마 영역(514) 및 하부 플라즈마 영역(516)은 필라멘트들(400) 사이의 갭들을 통해 연결되어, 연속적인 플라즈마 영역(512)을 형성한다. 플라즈마 영역들(512)의 이러한 연속성이 바람직한데, 이는 영역들(514 및 516)이 플라즈마의 교환을 통해 서로 '연통'하기 때문이다. 특히, 주 접지 경로로서, 접지된 최상부 전극 및 단극 구동(모든 필라멘트들이, 동일한 전원에 연결됨)의 경우, 플라즈마의 교환은 2개의 영역들이 전기적으로 평형인 것을 유지하는 것을 돕고, 플라즈마 안정성 및 반복성을 보조한다.
최상부 접지의 부재 상태에서(예컨대, 접지된 작업물로) 그리고 필라멘트들이 일부 다른 접지에 대해 구동되는 단극 구동의 경우에, 플라즈마는 필라멘트들 위에 생성될 필요가 없다. 또한, 차동 구동(예를 들어, 전력 공급부 출력의 각각의 측에 연결된 교번하는 필라멘트들)의 경우에, 플라즈마는 필라멘트들 사이에 생성될 수 있고, 이로써 필라멘트들 위의 플라즈마는 필수적이지 않다. 그러나, 이러한 경우들에서, 접지된 최상부 전극은 유해하지 않아야 한다.
도 5c를 참조하면, 이 상태에서, 상부 플라즈마 영역(514) 및 하부 플라즈마 영역(516)은 서로 연결되지 않는다. 플라즈마 영역(512)의 이러한 '핀칭'은 플라즈마 안정성을 위해 바람직하지 않다. 플라즈마 영역(512)의 형상은 플라즈마 영역 불연속성을 제거하거나 플라즈마 균일성을 개선하기 위해 다양한 인자들에 의해 수정될 수 있다.
일반적으로, 영역들(512, 514, 및 516)은 광범위한 플라즈마 밀도들을 가질 수 있고, 반드시 균일한 것은 아니다. 게다가, 도 5c에 도시된 상부 플라즈마 영역(514)과 하부 플라즈마 영역(516) 사이의 불연속성들은 2개의 영역들에 대해 실질적으로 낮은 플라즈마 밀도를 나타내고, 반드시 갭들에 플라즈마가 완전히 결여된 것은 아니다.
최상부 갭(130)은 플라즈마 영역의 형상에 영향을 미치는 인자이다. 압력에 따라서, 최상부 전극(108)이 접지될 때, 최상부 갭(130)을 감소시키는 것은 전형적으로, 상부 플라즈마 영역(514)에서의 플라즈마 밀도의 감소로 이어진다. 최상부 갭(130)에 대한 특정 값들은 플라즈마 챔버의 컴퓨터 모델링에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 최상부 갭(130)은 3 mm 내지 8 mm, 예를 들어, 4.5 mm일 수 있다.
바닥 갭(132)은 플라즈마 영역의 형상에 영향을 미치는 인자이다. 압력에 따라서, 작업물 지지 전극(116)이 접지될 때, 바닥 갭(132)을 감소시키는 것은 전형적으로, 하부 플라즈마 영역(516)에서의 플라즈마 밀도의 감소로 이어진다. 바닥 갭(132)에 대한 특정 값들은 플라즈마 챔버의 컴퓨터 모델링에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 바닥 갭(132)은 3 mm 내지 9 mm, 예를 들어, 4.5 mm일 수 있다.
인접한 필라멘트들(400)을 구동하는 RF 신호의 위상은 플라즈마 영역의 형상에 영향을 미치는 인자이다. 인접한 필라멘트들을 구동하는 2개의 RF 신호들의 위상차가 0 도('단극', 또는 '단일 종단')로 설정될 때, 플라즈마 영역은 필라멘트들(400) 사이의 갭들로부터 밀려나고, 불연속성 또는 불균일성으로 이어진다. 인접한 필라멘트들을 구동하는 RF 신호들의 위상차가 180 도('차동')로 설정될 때, 플라즈마 영역은 필라멘트들(400) 사이에 더 강하게 한정된다. 0 도와 360 도 사이의 임의의 위상차가 플라즈마 영역(512)의 형상에 영향을 미치는 데에 사용될 수 있다.
작업물 지지 전극(116)의 접지는 플라즈마 영역의 형상에 영향을 미치는 인자이다. 인접한 필라멘트들을 구동하는 RF 신호들 사이의 0 도의 위상차와 조합된, 전극(116)의 불완전한 RF 접지는 플라즈마 영역을 최상부 갭 쪽으로 밀어낸다. 그러나, 인접한 필라멘트들, 예를 들어, 필라멘트들(402 및 404)이, 180 도의 위상차를 갖는 RF 신호들로 구동되면, 결과적인 플라즈마 분포는 전극(116)의 불완전한 RF 접지에 훨씬 덜 민감하다. 임의의 특정 이론에 제한되지 않고, 이는 구동 신호들의 차동 특성으로 인해 RF 전류가, 인접한 전극들을 통해 복귀되기 때문일 수 있다.
일부 구현들에서, 챔버내 전극 조립체(500)는 필라멘트들(400)의 제1 군 및 제2 군을 포함할 수 있다. 제1 군 및 제2 군은, 필라멘트들이 제1 군과 제2 군 사이에서 교번하도록 공간적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 군은 필라멘트(402)를 포함할 수 있고, 제2 군은 필라멘트들(400 및 404)을 포함할 수 있다. 제1 군은 RF 전력 공급부(522)의 제1 단자(522a)에 의해 구동될 수 있고, 제2 군은 RF 전력 공급부(522)의 제2 단자(522b)에 의해 구동될 수 있다. RF 전력 공급부(522)는 단자(522a)에서 제1 RF 신호 및 단자(522b)에서 제2 RF 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 RF 신호들은 동일한 주파수 및 서로에 대한 안정된 위상 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 위상 관계는 0 도 및 180 도를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, RF 전력 공급부(522)에 의해 제공되는 제1 RF 신호와 제2 RF 신호 사이의 위상 관계는 0과 360 사이에서 조정가능할 수 있다. 일부 구현들에서, RF 공급부(522)는 서로에 대해 위상 고정된 2개의 개별 RF 전력 공급부들을 포함할 수 있다.
도 6a-c는 챔버내 전극 조립체 구성들의 다양한 예들의 개략도들이다. 도 6a를 참조하면, 챔버내 전극 조립체(600)는 제1 교호맞물림된 전극 하위조립체(620) 및 제2 교호맞물림된 전극 하위조립체(630)를 포함한다. 하위조립체(620 및 630) 각각은, 일 단부에서 버스(650)에 의해 연결되는 다수의 평행한 필라멘트들(400)을 갖는다. 일부 구현들에서, 필라멘트들(400)을 연결하는 버스(650)는 내부 공간(104)의 외부에 위치된다. 일부 구현들에서, 필라멘트들(400)을 연결하는 버스(650)는 내부 공간(104)에 위치된다. 제1 교호맞물림된 전극 하위조립체(620) 및 제2 교호맞물림된 전극 하위조립체(630)는 하위조립체들(620 및 630)의 필라멘트들이 서로 평행하도록 서로 평행하게 배향된다.
도 6b를 참조하면, 챔버내 전극 조립체(602)는 제1 전극 하위조립체(622) 및 제2 전극 하위조립체(632)를 포함하고, 하위조립체들(622 및 632)은 하위조립체들(622 및 632)의 필라멘트들이 서로에 대해 0이 아닌 각도로, 예를 들어, 수직으로 연장되도록 구성된다.
챔버내 전극 조립체(602)는 다양한 방식들로 RF 신호들에 의해 구동될 수 있다. 일부 구현들에서, 하위조립체(622) 및 하위조립체(632)는 RF 접지에 대해 동일한 RF 신호로 구동된다. 일부 구현들에서, 하위조립체(622) 및 하위조립체(632)는 차동 RF 신호로 구동된다. 일부 구현들에서, 하위조립체(622)는 RF 신호로 구동되고, 하위조립체(632)는 RF 접지에 연결된다.
도 6c를 참조하면, 챔버내 전극 조립체(604)는 겹쳐진 제1 전극 하위조립체(624) 및 제2 전극 하위조립체(634)를 포함한다. 제1 전극 하위조립체(624) 및 제2 전극 하위조립체(634) 각각은, 양쪽 모두의 단부들에서, 버스들(660 및 662)에 의해 연결되는 다수의 평행한 필라멘트들(400)을 갖는다. 제1 전극 하위조립체(624) 및 제2 전극 하위조립체(634)는, 하위조립체들(624 및 634)의 필라멘트들이 서로 평행하고 하위조립체들(624, 634)의 필라멘트들이 교번하는 패턴으로 배열되도록 구성된다.
챔버내 전극 조립체(604)는 다양한 방식들로 RF 신호들에 의해 구동될 수 있다. 일부 구현들에서, 하위조립체(624) 및 하위조립체(634)는 RF 접지에 대해 동일한 RF 신호로 구동된다. 일부 구현들에서, 하위조립체(624) 및 하위조립체(634)는 차동 RF 신호로 구동된다. 일부 구현들에서, 하위조립체(624)는 RF 신호로 구동되고, 하위조립체(634)는 RF 접지에 연결된다.
일부 구현들에서, 챔버내 전극 조립체(604)는 중앙 공급부(640)를 사용하여 RF 신호에 의해 단일 종단 방식으로 구동된다. 중앙 공급부(640)는 중앙에서 X 형상 전류 스플리터(642)에 연결된다. 하위조립체들(624 및 634)의 4개의 코너들은 수직 공급 구조들을 사용하여 X 형상 전류 스플리터(642)에 연결된다.
일반적으로, 하위조립체들(620, 622, 624) 및 각각의 하위조립체들(630, 632, 634)의 차동 구동은, 적절한 RF 접지(예를 들어, 회전식 수은 결합기, 브러시들, 또는 슬립 링들을 통한 RF 접지)가 제공될 수 없을 때 플라즈마 균일성 또는 프로세스 반복성을 개선할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 설명되었다. 그러나, 다른 실시예들이 가능하다. 예를 들어:
● 작업물은 플라즈마 챔버 내에서 고정적으로 유지될 수 있다.
● 플랫폼은, 작업물이 플라즈마 챔버에서 이동하도록, 선형으로 이동될 수 있거나 회전될 수 있다.
다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (25)

  1. 플라즈마 반응기로서,
    플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장을 갖는 챔버 몸체;
    처리 가스를 상기 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기;
    상기 챔버를 배기하기 위해 상기 플라즈마 챔버에 결합된 펌프;
    상기 천장을 향하는 작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부;
    상기 천장과 상기 작업물 지지부 사이에 상기 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 필라멘트 및 절연 프레임을 포함하는 챔버내 전극 조립체 ― 상기 필라멘트는, 상기 절연 프레임으로부터 연장되는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―; 및
    제1 RF 전력을 상기 챔버내 전극 조립체의 상기 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 쉘은, 상기 플라즈마 챔버 내에서 상기 전도체 전체를 둘러싸고 상기 전도체 전체를 따라 연장되는 원통형 쉘을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연 쉘은 규소, 또는 산화물, 질화물, 또는 탄화물 물질, 또는 이들의 조합으로 형성되는, 플라즈마 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연 쉘은 실리카, 사파이어 또는 탄화규소로 형성되는, 플라즈마 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 쉘은 채널을 형성하고 상기 전도체는 상기 채널에 매달리고 상기 채널을 통해 연장되거나 상기 전도체는 중공 채널을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 채널을 통해 유체를 순환시키도록 구성된 유체 공급부를 더 포함하는, 플라즈마 반응기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유체는 비-산화 가스를 포함하는, 플라즈마 반응기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유체에 열을 공급하거나 상기 유체로부터 열을 제거하도록 구성된 열 교환기를 포함하는, 플라즈마 반응기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 챔버내 전극 조립체는, 상기 천장과 상기 작업물 지지부 사이에 상기 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 복수의 공면 필라멘트들을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 공면 필라멘트들은 균일하게 이격되는, 플라즈마 반응기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 공면 필라멘트들은 선형 필라멘트들을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 공면 필라멘트들은 상기 플라즈마 챔버를 통해 평행하게 연장되는, 플라즈마 반응기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 쉘은 상기 절연 프레임에 융합되는, 플라즈마 반응기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 쉘 및 상기 절연 프레임은 동일한 물질 조성인, 플라즈마 반응기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 절연 프레임은 실리카, 또는 세라믹 물질로 형성되는, 플라즈마 반응기.
  16. 플라즈마 반응기로서,
    플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장을 갖는 챔버 몸체;
    처리 가스를 상기 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기;
    상기 챔버를 배기하기 위해 상기 플라즈마 챔버에 결합된 펌프;
    작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부;
    절연 프레임 및 필라멘트를 포함하는 챔버내 전극 조립체 ― 상기 필라멘트는 상기 천장으로부터 하방으로 연장되는 제1 부분 및 상기 천장과 상기 작업물 지지부 사이에 상기 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 제2 부분을 포함하고, 상기 필라멘트는 상기 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―; 및
    제1 RF 전력을 상기 챔버내 전극 조립체의 상기 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 챔버내 전극 조립체는 복수의 필라멘트들을 포함하고, 각각의 필라멘트는, 상기 천장으로부터 하방으로 연장되는 제1 부분 및 상기 천장과 상기 작업물 지지부 사이에 상기 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 제2 부분을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 필라멘트들의 상기 제2 부분들은 동일 평면 상에 있는, 플라즈마 반응기.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 천장과 상기 필라멘트의 상기 제2 부분 사이의 체적을 둘러싸는 하방으로 돌출된 측벽을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 측벽은 산화규소 또는 세라믹 물질로 형성되는, 플라즈마 반응기.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 천장은 절연 프레임을 포함하고, 상기 필라멘트들은 상기 절연 프레임으로부터 연장되는, 플라즈마 반응기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 쉘은 상기 프레임에 융합되는, 플라즈마 반응기.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 쉘 및 상기 지지부는 동일한 물질 조성인, 플라즈마 반응기.
  24. 플라즈마 반응기로서,
    플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장 및 최상부 전극을 유지하기 위한 절연 지지부를 갖는 챔버 몸체;
    처리 가스를 상기 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기;
    상기 챔버를 배기하기 위해 상기 플라즈마 챔버에 결합된 펌프;
    상기 최상부 전극을 향하는 작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부;
    상기 최상부 전극과 상기 작업물 지지부 사이에 상기 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 필라멘트를 포함하는 챔버내 전극 조립체 ― 상기 필라멘트는, 상기 절연 프레임으로부터 연장되는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―; 및
    제1 RF 전력을 상기 챔버내 전극 조립체의 상기 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함하는, 플라즈마 반응기.
  25. 플라즈마 반응기로서,
    플라즈마 챔버를 제공하는 내부 공간을 갖고 천장을 갖는 챔버 몸체;
    처리 가스를 상기 플라즈마 챔버에 전달하기 위한 가스 분배기;
    상기 챔버를 배기하기 위해 상기 플라즈마 챔버에 결합된 펌프;
    작업물을 유지하기 위한 작업물 지지부;
    절연 프레임, 제1 방향을 따라 상기 천장과 상기 작업물 지지부 사이에 상기 플라즈마 챔버를 통해 측방향으로 연장되는 제1 복수의 공면 필라멘트들, 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 상기 플라즈마 챔버를 통해 평행하게 연장되는 제2 복수의 공면 필라멘트들을 포함하는 챔버내 전극 조립체 ― 상기 제1 및 제2 복수의 필라멘트들의 각각의 필라멘트는 절연 쉘에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 전도체를 포함함 ―; 및
    제1 RF 전력을 상기 챔버내 전극 조립체의 상기 전도체에 공급하기 위한 제1 RF 전원을 포함하는, 플라즈마 반응기.
KR1020197034563A 2017-04-24 2018-04-23 전극 필라멘트들을 갖는 플라즈마 반응기 KR102505096B1 (ko)

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US201762489344P 2017-04-24 2017-04-24
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