KR20210144940A - 고주파 안테나용 서멀 브레이크 - Google Patents

고주파 안테나용 서멀 브레이크 Download PDF

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KR20210144940A
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타이 쳉 추아
한 응우옌
필립 앨런 크라우스
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에서 개시되는 실시예들은 고주파 방출 모듈을 포함한다. 실시예에서, 고주파 방출 모듈은 솔리드 스테이트 고주파 전력원, 전력원으로부터 고주파 전자기 방사선을 전파시키기 위한 애플리케이터, 및 전력원과 애플리케이터 사이에 커플링된 서멀 브레이크를 포함한다. 실시예에서, 서멀 브레이크는 기판, 기판 상의 트레이스, 및 접지 평면을 포함한다.

Description

고주파 안테나용 서멀 브레이크
본 출원은, 2019년 4월 24일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/837,922호를 우선권으로 청구하는, 2020년 3월 24일자로 출원된 미국 정규 출원 번호 제16/828,602호를 우선권으로 청구하며, 이로써 그 전체 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
실시예들은 반도체 제조 분야에 관한 것으로, 특히, 고주파 플라즈마 소스들을 위한 열 솔루션들에 관한 것이다.
고주파 플라즈마 시스템의 전기 컴포넌트들은 열에 취약하다. 예컨대, 고주파 플라즈마 소스 및 케이블들(예컨대, 동축 케이블들 등)은 시스템에 의해 생성된 열에 의해 손상되거나 또는 열화될 수 있다. 특히, 플라즈마에 의해 생성된 열 또는 가열된 챔버로부터의 열은 안테나로부터 다시, 플라즈마를 구동하는 전기 컴포넌트들을 향해 전달될 수 있다. 일부 사례들에서, 시스템에 의해 생성되는 열은 고주파 전력의 소스와 안테나 사이의 연결들을 용융시키기에 충분하다.
본원에서 개시되는 실시예들은 고주파 방출 모듈을 포함한다. 실시예에서, 고주파 방출 모듈은 솔리드 스테이트 고주파 전력원, 전력원으로부터 고주파 전자기 방사선을 전파시키기 위한 애플리케이터, 및 전력원과 애플리케이터 사이에 커플링된 서멀 브레이크를 포함한다. 실시예에서, 서멀 브레이크는 기판, 기판 상의 트레이스, 및 접지 평면을 포함한다.
실시예들은 또한, 프로세싱 툴을 포함할 수 있다. 실시예에서, 프로세싱 툴은 프로세싱 챔버 및 모듈러 고주파 방출원을 포함한다. 실시예에서, 모듈러 고주파 방출원은 복수의 고주파 방출 모듈들을 포함한다. 실시예에서, 각각의 고주파 방출 모듈은 오실레이터 모듈, 오실레이터 모듈에 커플링된 증폭 모듈, 증폭 모듈에 커플링된 서멀 브레이크, 및 애플리케이터를 포함한다. 실시예에서, 애플리케이터는 서멀 브레이크에 의해 증폭 모듈에 커플링되고, 애플리케이터는 프로세싱 챔버에서 하나 이상의 기판들이 프로세싱되는 척에 대향하게 포지셔닝된다.
실시예들은 또한, 고주파 플라즈마 소스에 대한 서멀 브레이크를 포함할 수 있다. 실시예에서, 서멀 브레이크는, 제1 표면 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 기판을 포함하며, 기판은 하나 이상의 유전체 층들을 포함한다. 실시예에서, 서멀 브레이크는 기판에 커플링된 커넥터 ―커넥터는 동축 케이블을 수용하도록 구성됨―, 및 커넥터와 인터페이싱하는 전도성 트레이스를 더 포함하며, 전도성 트레이스는 커넥터로부터, 커넥터에 대향하는 기판의 에지를 향해 연장된다. 실시예에서, 서멀 브레이크는 기판에 내장된 접지 평면 ―접지 평면은 전도성 트레이스에 전기적으로 커플링되지 않음―, 및 기판에 열적으로 커플링된 열 솔루션을 더 포함한다.
도 1은 실시예에 따른, 전력원과 애플리케이터 사이에 서멀 브레이크를 갖는 고주파 방출 모듈의 단면도이다.
도 2a는 실시예에 따른, 열 방산을 제공하기 위해 열 블록을 통과하는 유체 채널들을 갖는 서멀 브레이크의 사시도 예시이다.
도 2b는 실시예에 따른, 열 방산을 위한 복수의 핀들을 갖는 서멀 브레이크의 사시도 예시이다.
도 2c는 실시예에 따른, 열 방산을 제공하기 위한 열전 냉각 블록을 갖는 서멀 브레이크의 사시도 예시이다.
도 3a는 실시예에 따른, 서멀 브레이크에 걸쳐 연장되는 균일한 폭을 갖는 전도성 트레이스의 평면도 예시이다.
도 3b는 실시예에 따른, 전도성 트레이스 ―트레이스는 그 트레이스의 메인 길이로부터 멀리 연장되는 복수의 스터브들을 포함함― 를 갖는 서멀 브레이크의 평면도 예시이다.
도 3c는 실시예에 따른, 트레이스 및 하나 이상의 기계적 스위치들에 의해 트레이스에 선택적으로 부착되는 복수의 스터브들을 포함하는 서멀 브레이크의 평면도 예시이다.
도 4는 실시예에 따른, 서멀 브레이크를 각각 포함하는 복수의 고주파 방출 모듈들을 갖는 모듈러 고주파 방출원을 포함하는 프로세싱 툴의 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 모듈러 고주파 방출 모듈의 블록 다이어그램이다.
도 6a는 실시예에 따른, 고주파 방사선을 프로세싱 챔버에 커플링하기 위해 사용될 수 있는 애플리케이터들의 어레이의 평면도이다.
도 6b는 추가적인 실시예에 따른, 고주파 방사선을 프로세싱 챔버에 커플링하기 위해 사용될 수 있는 애플리케이터들의 어레이의 평면도이다.
도 6c는 실시예에 따른, 방사 필드 및/또는 플라즈마의 조건들을 검출하기 위한 복수의 센서들 및 애플리케이터들의 어레이의 평면도이다.
도 6d는 실시예에 따른, 다중-구역 프로세싱 툴의 2개의 구역들에 형성된 애플리케이터들의 어레이의 평면도이다.
도 7은 실시예에 따른, 고주파 플라즈마 툴과 함께 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록 다이어그램을 예시한다.
본원에서 설명되는 시스템들 및 방법들은 고주파 플라즈마 소스들을 위한 열 솔루션들을 포함한다. 다음의 설명에서는, 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해서 많은 특정 세부사항들이 제시된다. 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 사례들에서, 잘 알려진 양상들은 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해서 상세히 설명되지 않는다. 더욱이, 첨부된 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며, 반드시 실척대로 그려진 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.
위에서 언급된 바와 같이, 고주파 플라즈마 소스들을 활용하는 플라즈마 프로세싱 툴들은 플라즈마 및/또는 챔버로부터 전력원 그리고 전력원과 안테나 사이의 케이블링으로의 열 전달로 인한 열화 또는 손상에 취약하다. 일부 사례들에서, 심지어, 열 부하가 케이블링이 용융되게 한다는 것이 관찰되었다. 이에 따라서, 본원에서 개시되는 실시예들은 플라즈마 및/또는 챔버에 의해 공급되는 열 부하로부터 전력원의 솔리드 스테이트 전자장치 및 케이블링을 열적으로 격리시키는 서멀 브레이크를 포함한다.
일부 실시예들에서, 서멀 브레이크는 프로세싱 툴의 솔리드 스테이트 전자장치와 애플리케이터(예컨대, 안테나) 사이에 위치된다. 예컨대, 솔리드 스테이트 전자장치는 동축 케이블에 의해 서멀 브레이크에 전기적으로 커플링될 수 있고, 서멀 브레이크는 안테나에 직접 커플링될 수 있다. 프로세싱 툴의 컴포넌트들 사이의 열 격리를 제공하는 것 외에도, 서멀 브레이크는 또한, 동축 케이블로부터 안테나로의 전기 커플링을 제공한다. 일부 실시예들에서, 서멀 브레이크는 또한, 플라즈마로의 전력의 효율적인 전달을 가능하게 하기 위해서 임피던스 정합 엘리먼트로서 기능할 수 있다. 이에 따라서, 임피던스 정합 및 열 레귤레이션(thermal regulation)은 단일 컴포넌트(즉, 서멀 브레이크)로 구현될 수 있다. 이는 복잡성을 감소시키고, 컴팩트한 구성을 제공한다.
이제 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 고주파 방출 모듈(103)의 단면도가 도시된다. 실시예에서, 고주파 방출 모듈(103)은 솔리드 스테이트 전력원(105), 서멀 브레이크(150), 및 애플리케이터(142)를 포함할 수 있다.
솔리드 스테이트 전력원(105)은 복수의 서브컴포넌트들, 이를테면, 오실레이터, 증폭기들 및 다른 회로 블록들을 포함할 수 있다. 솔리드 스테이트 전력원(105)의 더 상세한 설명은 도 5와 관련하여 아래에서 제공된다. 실시예에서, 전력원(105)은 고주파 전자기 방사선을 애플리케이터(142)에 제공한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "고주파" 전자기 방사선은 라디오 주파수 방사선, 초단파 방사선, 극초단파 방사선 및 마이크로파 방사선을 포함한다. "고주파"는 0.1 MHz 내지 300 GHz의 주파수들을 지칭할 수 있다.
실시예에서, 애플리케이터(142)는 캐비티 ―캐비티 내로 안테나(143)가 배치됨― 를 갖는 유전체 바디(144)를 포함할 수 있다. 예컨대, 안테나(143)는 유전체 바디(144) 내로 연장되는 전도성 라인(예컨대, 모노폴)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나(143)는 유전체 바디(144)와 직접 접촉한다. 다른 실시예들에서, 캐비티는 안테나(143)보다 더 크고, 안테나(143)는 유전체 바디(144)의 표면들로부터 멀리 이격된다.
실시예에서, 애플리케이터(142)는 서멀 브레이크(150)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 서멀 브레이크(150)는 기판(152) 및 전도성 트레이스(151)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 기판(152)은 PCB(printed circuit board) 등일 수 있다. 즉, 기판(152)은 하나 이상의 유전체 층들을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 트레이스(151)는 기판(152) 위에 있는 것으로 도시된다. 특정 실시예에서, 전도성 트레이스(151)는 마이크로스트립일 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 트레이스(151)가 기판(152) 내에 내장될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 특정 실시예에서, 전도성 트레이스(151)는 스트립라인일 수 있다. 즉, 접지 평면(도 1에 도시되지 않음)은 전도성 트레이스(151) 위에, 전도성 트레이스(151) 아래에, 또는 전도성 트레이스 위 및 아래에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 접지 평면은 기판(152)에 내장된다. 다른 실시예들에서, 접지 평면은 기판(152) 아래에 또는 위에 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판(152)은 함께 본딩되는 2개의 별개의 기판들(즉, 제1 기판 및 제2 기판)을 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 전도성 트레이스(151)는 제1 기판과 제2 기판 사이에 있을 수 있다.
실시예에서, 서멀 브레이크(150)는 또한, 열 솔루션을 포함할 수 있다. 열 솔루션은 고주파 방출 모듈(103)에 대한 열 레귤레이션을 제공할 수 있다. 서멀 브레이크(150)가 애플리케이터(142)와 솔리드 스테이트 전력원(105) 사이에 위치되기 때문에,(예컨대, 플라즈마 또는 가열된 챔버로부터의) 열 에너지는 솔리드 스테이트 전력원(105)에 도달하기 전에 방산된다.
더욱이, 서멀 브레이크(150)와 솔리드 스테이트 전력원(105) 사이의 케이블링 및 커넥터들(예컨대, 동축 케이블(155) 및 커넥터들(153))은 시스템에 의해 방산되는 열 에너지로부터 보호된다. 실시예에서, 동축 케이블(155)은 기술분야에 알려진 바와 같이 커넥터들(153)을 이용하여 솔리드 스테이트 전력원(105)과 서멀 브레이크(150) 사이에 전기적으로 커플링될 수 있다. 예컨대, 커넥터(153)는 동축 케이블(155)을 전도성 트레이스(151)에 전기적으로 커플링할 수 있다.
이제 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 상이한 실시예들에 따른, 다양한 열 솔루션들을 갖는 서멀 브레이크(250)의 일련의 사시도 예시들이 도시된다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 열 솔루션들은 본질적으로 예시적이며, 실시예에 따라, 임의의 적절한 열 솔루션이 서멀 브레이크와 함께 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 더욱이, 다양한 열 솔루션들이 격리된 상태로 도시되지만, 열 에너지의 훨씬 더 효율적인 방산을 제공하기 위해서 열 솔루션들은 조합될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
이제 도 2a를 참조하면, 실시예에 따른, 유체 냉각 열 솔루션을 갖는 서멀 브레이크(250)의 사시도 예시가 도시된다. 실시예에서, 트레이스(251)는 기판(252)의 최상부 표면 위에 도시되고, 접지 평면(254)은 기판(252) 아래에 있다. 실시예에서, 열 블록(256)이 접지 평면(254)에 부착될 수 있다. 열 블록(256)은 높은 열 전도도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 열 블록(256)은 금속성 재료를 포함할 수 있다.
실시예에서, 하나 이상의 채널들(257)이 열 블록(256)에 내장될 수 있다. 채널들(256)은 시스템으로부터 열을 제거하기 위해서 열 블록(256)을 통해 냉각제를 유동시키기에 적절할 수 있다. 도시된 바와 같이, 단일 입구(IN) 및 단일 출구(OUT)가 도시된다. 그러나, 열 블록(256)은 임의의 수의 입구들 및 출구들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
실시예에서, 냉각제는 임의의 적절한 냉각제 유체를 포함할 수 있다. 예컨대, 냉각제 유체는 액체(예컨대, 물-글리콜 혼합물) 또는 가스(예컨대, 공기, 헬륨 등)를 포함할 수 있다. 냉각제 유체는 저장소에 저장될 수 있다. 저장소는 서멀 브레이크(250)로부터의 열 추출을 개선하기 위해서 능동적으로 냉각될 수 있다.
이제 도 2b를 참조하면, 실시예에 따른, 공기 냉각 열 솔루션을 갖는 서멀 브레이크(250)의 사시도 예시가 도시된다. 도시된 바와 같이, 열 블록(256)은 또한, 서멀 브레이크(250)로부터 멀리 연장되는 복수의 핀들(258)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 핀들(258)은 대류에 의한 열의 제거를 돕기 위해서 열 블록(256)의 표면적을 증가시킨다. 예컨대,(화살표들에 의해 표시된 바와 같은) 공기가 서멀 브레이크(250)의 열 방산을 증가시키기 위해 핀들(258)을 지나서 유동될 수 있다. 실시예에서, 기류는 팬 등에 의해 생성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 어떠한 능동 냉각도 없을 수 있으며, 핀들(258)은 주변 공기로 열 에너지를 방산시킬 수 있다.
이제 도 2c를 참조하면, 실시예에 따른, 열전 냉각 열 솔루션을 갖는 서멀 브레이크(250)의 사시도 예시가 도시된다. 그러한 실시예에서, 열 블록은 능동 냉각 디바이스, 이를테면, 열전 냉각기(TEC; thermoelectric cooler)(259)로 대체될 수 있다. 그러한 실시예에서, TEC(259)에 인가되는 전압은 서멀 브레이크(250)로부터의 열의 제거를 구동할 수 있다.
시스템으로부터의 열 방산을 제공하는 것 외에도, 실시예들은 또한, 이중 기능성을 갖는 서멀 브레이크를 포함할 수 있다. 특히, 서멀 브레이크는 또한, 시스템에 대한 임피던스 정합을 제공할 수 있다. 전도성 트레이스의 형상을 제어함으로써, 시스템의 임피던스 정합이 변조될 수 있다. 임피던스 정합을 제공하기 위해 사용될 수 있는 다양한 형상화된 트레이스들(351)의 예들이 도 3a 내지 도 3c에 도시된다.
이제 도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 서멀 브레이크(350)의 평면도 예시가 도시된다. 실시예에서, 서멀 브레이크(350)는 기판(352) 및 기판(352) 전면에 걸친(over) 트레이스(351)를 포함할 수 있다. 트레이스(351)는 기판(352)의 제1 에지(361)로부터 기판(352)의 제2 에지(362)까지 연장될 수 있다. 기판(352)의 에지들(361/362)까지 완전히 연장되는 것으로 도시되지만, 커넥터들(도 3a에 도시되지 않음)의 포함은 트레이스(351)가 기판(352)의 에지까지 완전히 연장되지 않게 할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
실시예에서, 트레이스(351)는 실질적으로 균일한 폭(W)을 가질 수 있고, 기판(352)에 걸쳐 선형으로 연장될 수 있다. 즉, 트레이스(351)는 실질적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 트레이스(351)는 기판(352)에 걸쳐 비선형 경로를 가질 수 있다. 예컨대, 트레이스(351)의 길이를 증가시키기 위해서, 트레이스(351)는 사문석(serpentine) 패턴을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 트레이스(351)는 제1 에지(361)에서 제1 폭을 갖고 제2 에지(362)에서 제2 폭을 가질 수 있다. 실시예에서, 트레이스(351)의 폭(W)은 실질적으로 균일할 수 있거나(예컨대, 제1 폭과 제2 폭은 실질적으로 동일함), 또는 트레이스(351)의 폭은 트레이스의 길이에 걸쳐 실질적으로 불균일한 폭(W)일 수 있다(예컨대, 제1 에지(361)에 근접한 트레이스(351)의 폭은 제2 에지(362)에 근접한 트레이스(351)의 폭과 상이할 수 있음). 실시예에서, 트레이스(351)는 직사각형 단면을 가질 수 있다(즉, X-Z 평면에서의 단면이 직사각형일 수 있음). 다른 실시예들에서, 트레이스(351)는 X-Z 평면에서 비-직사각형 단면을 가질 수 있다. 예컨대, X-Z 평면에서의 트레이스(351)의 단면은 사다리꼴일 수 있다. 다른 실시예들에서, 트레이스(351)는 제1 트레이스 및 제1 트레이스 바로 위에 있는 제2 트레이스를 포함할 수 있다. 제1 트레이스와 제2 트레이스는 상이한 폭들을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 트레이스가 제2 트레이스의 폭보다 더 큰 폭을 가질 수 있거나, 또는 제1 트레이스가 제2 트레이스의 폭보다 더 작은 폭을 가질 수 있다.
이제 도 3b를 참조하면, 실시예에 따른, 하나 이상의 스터브들(363)을 포함하는 트레이스(351)를 갖는 서멀 브레이크(350)의 평면도 예시가 도시된다. 실시예에서, 스터브들(363)은 트레이스(351)의 메인 바디로부터 밖으로 연장되는 전도성 연장부들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 스터브들(363)은 트레이스(351)와 모놀리식일 수 있다. 즉, 트레이스(351)와 스터브들(363)은 동시에 제작될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 스터브들(363)은 트레이스(351)와 실질적으로 동일한 재료를 포함할 수 있고, 트레이스(351)의 두께와 실질적으로 동일한 두께(도 3b의 평면을 벗어나는 Z-방향으로의 두께임)를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 스터브들(363)은 트레이스(351)가 형성된 후에 트레이스(351)에 부착될 수 있다. 예컨대, 서멀 브레이크(350)의 임피던스를 수정하기 위해서, 땜납이 트레이스(351)의 에지에 적용될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 스터브들(363)은 트레이스(351)와 상이한 재료들을 포함할 수 있고, 트레이스(351)와 상이한 두께(Z-방향으로의 두께임)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 스터브들(363) 중 하나 이상은 개방 스터브들(즉, 접지 평면에 커플링되지 않음)일 수 있다. 추가적인 실시예에서, 스터브들(363) 중 하나 이상은 단락 스터브들일 수 있다(즉, 스터브들(363)은 접지 평면에 대해 단락될 수 있음).
이제 도 3c를 참조하면, 추가적인 실시예에 따른 서멀 브레이크(350)의 평면도 예시가 도시된다. 실시예에서, 서멀 브레이크(350)는 스위치들(368)에 의해 트레이스(351)에 선택적으로 부착가능한 복수의 스터브들(367)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 스위치(예컨대, 스위치(368C))가 폐쇄될 때, 스터브(367)는 트레이스(351)에 전기적으로 커플링되고, 스위치(예컨대, 스위치(368O))가 개방될 때, 스터브(367)는 트레이스(351)에 전기적으로 커플링되지 않는다. 실시예에서, 스위치들(368)은 수동으로 동작될 수 있다. 다른 실시예들에서, 스위치들(368)은 컴퓨터 시스템에 의해 제어될 수 있고, 프로세싱 조건들이 변화함에 따라 임피던스를 동적으로 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 실시예에서, 스위치들(368)은 기계적 스위치들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 스위치들(368)은 솔리드 스테이트 스위치들일 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 실시예에 따른, 모듈러 고주파 방출원(404)을 갖는 프로세싱 시스템(400)의 개략적인 단면도가 도시된다. 실시예에서, 모듈러 고주파 방출원(404)은 복수의 고주파 방출 모듈들(403)을 포함할 수 있다. 고주파 방출 모듈들(403)은 위에서 설명된 고주파 방출 모듈들(103)과 실질적으로 유사할 수 있다. 예컨대, 고주파 방출 모듈들(403)은 각각, 솔리드 스테이트 전력원(405), 서멀 브레이크(450) 및 애플리케이터(442)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 고주파 전자기 방사선은 솔리드 스테이트 전력원(405)에 의해 생성될 수 있고, 케이블(455) 및 서멀 브레이크(450) 상의 트레이스(451)를 따라 애플리케이터의 안테나(443)에 송신될 수 있다. 실시예에서, 서멀 브레이크(450)는 위에서 설명된 것들과 같은 하나 이상의 냉각 솔루션들을 포함할 수 있다.
실시예에서, 모듈러 고주파 방출원(404)은 유전체 윈도우(475)를 통해 챔버(478) 내로 고주파 전자기 방사선을 주입할 수 있다. 고주파 전자기 방사선은 챔버(478)에서 플라즈마(490)를 유도할 수 있다. 플라즈마(490)는 지지부(476)(예컨대, 정전 척(ESC; electrostatic chuck) 등) 상에 포지셔닝된 기판(474)을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 솔리드 스테이트 전력원(505)의 개략도가 도시된다. 실시예에서, 솔리드 스테이트 전력원(505)은 오실레이터 모듈(506)을 포함한다. 오실레이터 모듈(506)은 원하는 주파수로 고주파 전자기 방사선을 생성하기 위해서 전압 제어식 오실레이터(520)에 입력 전압을 제공하기 위한 전압 제어 회로(510)를 포함할 수 있다. 실시예들은 대략 1 V 내지 10 V DC의 입력 전압을 포함할 수 있다. 전압 제어식 오실레이터(520)는 입력 전압에 의해 오실레이션 주파수가 제어되는 전자 오실레이터이다. 실시예에 따르면, 전압 제어 회로(510)로부터의 입력 전압은 전압 제어식 오실레이터(520)가 원하는 주파수로 오실레이팅하게 한다. 실시예에서, 고주파 전자기 방사선은 대략 0.1 MHz 내지 30 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 실시예에서, 고주파 전자기 방사선은 대략 30 MHz 내지 300 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 실시예에서, 고주파 전자기 방사선은 대략 300 MHz 내지 1 GHz의 주파수를 가질 수 있다. 실시예에서, 고주파 전자기 방사선은 대략 1 GHz 내지 300 GHz의 주파수를 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 전자기 방사선은 전압 제어식 오실레이터(520)로부터 증폭 모듈(530)로 송신된다. 증폭 모듈(530)은 전력 공급부(539)에 각각 커플링된 구동기/전치증폭기(534) 및 메인 전력 증폭기(536)를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 증폭 모듈(530)은 펄스 모드로 동작할 수 있다. 예컨대, 증폭 모듈(530)은 1% 내지 99%의 듀티 사이클을 가질 수 있다. 더 특정한 실시예에서, 증폭 모듈(530)은 대략 15% 내지 50%의 듀티 사이클을 가질 수 있다.
실시예에서, 전자기 방사선은 증폭 모듈(530)에 의해 프로세싱된 후에 서멀 브레이크(550) 및 애플리케이터(542)에 송신될 수 있다. 그러나, 서멀 브레이크(550)에 송신된 전력의 일부는 출력 임피던스의 부정합으로 인해 다시 반사될 수 있다. 이에 따라서, 일부 실시예들은, 순방향 전력(583) 및 반사 전력(582)의 레벨이 감지되어 제어 회로 모듈(521)에 피드백되는 것을 가능하게 하는 검출기 모듈(581)을 포함한다. 검출기 모듈(581)이 시스템에서 하나 이상의 상이한 위치들에 위치될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 실시예에서, 제어 회로 모듈(521)은 순방향 전력(583) 및 반사 전력(582)을 해석하며, 오실레이터 모듈(506)에 통신가능하게 커플링되는 제어 신호(585)에 대한 레벨 및 증폭기 모듈(530)에 통신가능하게 커플링되는 제어 신호(586)에 대한 레벨을 결정한다. 실시예에서, 제어 신호(585)는 증폭 모듈(530)에 커플링되는 고주파 방사선을 최적화하도록 오실레이터 모듈(506)을 조정한다. 실시예에서, 제어 신호(586)는 서멀 브레이크(550)를 통해 애플리케이터(542)에 커플링되는 출력 전력을 최적화하도록 증폭기 모듈(530)을 조정한다. 실시예에서, 서멀 브레이크(550)에서의 임피던스 정합의 맞춤화 외에도, 오실레이터 모듈(506) 및 증폭 모듈(530)의 피드백 제어는 반사 전력의 레벨이 순방향 전력의 대략 5% 미만이 되도록 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 오실레이터 모듈(506) 및 증폭 모듈(530)의 피드백 제어는 반사 전력의 레벨이 순방향 전력의 대략 2% 미만이 되도록 허용할 수 있다.
이에 따라서, 실시예들은 순방향 전력의 증가된 퍼센티지가 프로세싱 챔버(578)에 커플링될 수 있게 하고, 플라즈마에 커플링된 이용가능한 전력을 증가시킨다. 더욱이, 피드백 제어를 사용한 임피던스 튜닝은 통상적인 슬롯-플레이트 안테나들에서의 임피던스 튜닝보다 우수하다. 슬롯-플레이트 안테나들에서, 임피던스 튜닝은 애플리케이터에 형성된 2개의 유전체 슬러그들을 이동시키는 것을 수반한다. 이는 애플리케이터 내의 2개의 별개의 컴포넌트들의 기계적 모션을 수반하며, 이는 애플리케이터의 복잡성을 증가시킨다. 더욱이, 기계적 모션은 전압 제어식 오실레이터(520)에 의해 제공될 수 있는 주파수의 변화만큼 정밀하지 않을 수 있다.
이제 도 6a를 참조하면, 실시예에 따른, 원형 기판(674)과 매칭하는 패턴으로 배열된 애플리케이터들(642)의 어레이(640)의 평면도 예시가 도시된다. 기판(674)의 형상과 대략 매칭하는 패턴으로 복수의 애플리케이터들(642)을 형성함으로써, 방사 필드 및/또는 플라즈마는 기판(674)의 전체 표면에 걸쳐 튜닝가능해진다. 예컨대, 애플리케이터들(642) 각각은, 기판(674)의 전체 표면에 걸쳐 균일한 플라즈마 밀도를 갖는 플라즈마가 형성되고 그리고/또는 기판(674)의 전체 표면에 걸쳐 균일한 방사 필드가 형성되도록 제어될 수 있다. 대안적으로, 애플리케이터들(642) 중 하나 이상은 기판(674)의 표면에 걸쳐 가변적인 플라즈마 밀도들을 제공하도록 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 기판 상에 존재하는 인입 불균일성이 보정될 수 있다. 예컨대, 기판(674)의 외부 둘레에 근접한 애플리케이터들(642)은 기판(674)의 중심에 근접한 애플리케이터들과 상이한 전력 밀도를 갖도록 제어될 수 있다. 더욱이, 상이한 주파수들에 있으며 순서대로 제어된 위상 관계를 갖지 않는 전자기 방사선의 방출을 가능하게 하는 고주파 방출 모듈들(505)의 사용은 정상파들 및/또는 원하지 않는 간섭 패턴들의 존재를 없앤다는 것이 인식되어야 한다.
도 6a에서, 어레이(640) 내의 애플리케이터들(642)은 기판(674)의 중심으로부터 밖으로 연장되는 일련의 동심 링들로 함께 패킹된다. 그러나, 실시예들은 그러한 구성들로 제한되지 않으며, 프로세싱 툴의 필요들에 따라 임의의 적절한 간격 및/또는 패턴이 사용될 수 있다. 더욱이, 실시예들은 임의의 대칭적 단면을 갖는 애플리케이터들(642)을 가능하게 한다. 이에 따라서, 애플리케이터에 대해 선정된 단면 형상은 향상된 패킹 효율을 제공하도록 선정될 수 있다.
이제 도 6b를 참조하면, 실시예에 따른, 비-원형 단면을 갖는 애플리케이터들(642)의 어레이(640)의 평면도가 도시된다. 예시된 실시예는 육각형 단면들을 갖는 애플리케이터들(642)을 포함한다. 그러한 애플리케이터의 사용은 개선된 패킹 효율을 가능하게 할 수 있는데, 그 이유는 각각의 애플리케이터(642)의 둘레가 이웃 애플리케이터들(642)과 거의 완벽하게 메이팅(mate)될 수 있기 때문이다. 이에 따라서, 애플리케이터들(642) 각각 사이의 간격이 최소화될 수 있기 때문에, 플라즈마의 균일성이 훨씬 더 향상될 수 있다. 도 6b가 측벽 표면들을 공유하는 이웃 애플리케이터들(642)을 예시하지만, 실시예들은 또한, 이웃 애플리케이터들(642) 사이의 간격을 포함하는 비-원형의 대칭적으로 형상화된 애플리케이터들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
이제 도 6c를 참조하면, 실시예에 따른, 애플리케이터들(642)의 어레이(640)의 추가적인 평면도 예시가 도시된다. 도 6c의 어레이(640)는, 복수의 센서들(690)이 또한 포함된다는 점을 제외하고는, 도 6a와 관련하여 위에서 설명된 어레이(640)와 실질적으로 유사하다. 복수의 센서들은 모듈러 고주파 전력원들(505) 각각의 추가적인 피드백 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있는 개선된 프로세스 모니터링 능력들을 제공한다. 실시예에서, 센서들(690)은 하나 이상의 상이한 센서 타입들(690), 이를테면, 플라즈마 밀도 센서들, 플라즈마 방출 센서들, 방사선장 밀도 센서들, 방사선 방출 센서들 등을 포함할 수 있다. 기판(674)의 표면에 걸쳐 센서들을 포지셔닝하는 것은 프로세싱 챔버의 주어진 위치들에서의 방사선장 및/또는 플라즈마 특성들이 모니터링될 수 있게 한다.
실시예에 따르면, 모든 각각의 애플리케이터(642)는 상이한 센서(690)와 페어링될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 각각의 센서(690)로부터의 출력은, 센서(690)가 페어링된 개개의 애플리케이터(642)에 대한 피드백 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 추가적인 실시예들은 각각의 센서(690)를 복수의 애플리케이터들(642)과 페어링하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 각각의 센서(690)는 센서(690)가 근접하게 위치된 다수의 애플리케이터들(642)에 대한 피드백 제어를 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 센서들(690)로부터의 피드백은 MIMO(multi-input multi-output) 제어 시스템의 일부로서 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 각각의 애플리케이터(642)는 다수의 센서들(690)로부터의 피드백에 기반하여 조정될 수 있다. 예컨대, 제1 애플리케이터(642)에 바로 이웃하는 제1 센서(690)는, 제1 센서(690)보다 제1 애플리케이터(642)로부터 더 멀리 위치된 제2 센서(690)에 의해 제1 애플리케이터(642)에 가해지는 제어 노력보다 더 큰 제어 노력을 제1 애플리케이터(642)에 제공하도록 가중될 수 있다.
이제 도 6d를 참조하면, 실시예에 따른, 다중-구역 프로세싱 툴(600)에 포지셔닝된 애플리케이터들(642)의 어레이(640)의 추가적인 평면도 예시가 도시된다. 실시예에서, 다중-구역 프로세싱 툴(600)은 임의의 수의 구역들을 포함할 수 있다. 예컨대, 예시된 실시예는 구역들(6751-675n)을 포함한다. 각각의 구역(675)은 상이한 구역들(675)을 통해 회전되는 기판들(674)에 대해 상이한 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 제1 어레이(6402)는 구역(6752)에 포지셔닝되고, 제2 어레이(640n)는 구역(675n)에 포지셔닝된다. 그러나, 실시예들은, 디바이스의 필요들에 따라 상이한 구역들(675) 중 하나 이상에 애플리케이터들(642)의 어레이(640)를 갖는 다중-구역 프로세싱 툴들(600)을 포함할 수 있다. 실시예들에 의해 제공되는 플라즈마 및/또는 방사선장의 공간적으로 튜닝가능한 밀도는, 회전 기판들(674)이 상이한 구역들(675)을 통과할 때 이들의 불균일한 반경방향 속도의 조절(accommodation)을 가능하게 한다.
이제 도 7을 참조하면, 프로세싱 툴의 예시적인 컴퓨터 시스템(760)의 블록 다이어그램이 실시예에 따라 예시된다. 실시예에서, 컴퓨터 시스템(760)은 프로세싱 툴에 커플링되고 프로세싱 툴에서의 프로세싱을 제어한다. 컴퓨터 시스템(760)은 LAN(Local Area Network), 인트라넷, 엑스트라넷 또는 인터넷에서 다른 머신들에 연결(예컨대, 네트워킹)될 수 있다. 컴퓨터 시스템(760)은 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 머신의 자격으로, 또는 피어-투-피어(또는 분산) 네트워크 환경에서 피어 머신으로서 동작할 수 있다. 컴퓨터 시스템(760)은 PC(personal computer), 태블릿 PC, STB(set-top box), PDA(Personal Digital Assistant), 셀룰러 전화, 웹 기기, 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 자신이 행할 액션들을 특정하는 한 세트의 명령들을 (순차적으로 또는 다른 방식으로) 실행할 수 있는 임의의 머신일 수 있다. 추가로, 컴퓨터 시스템(760)에 대해 단일 머신만이 예시되지만, "머신"이라는 용어는 또한, 본원에서 설명된 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하기 위해 한 세트(또는 다수의 세트들)의 명령들을 개별적으로 또는 공동으로 실행하는 머신들(예컨대, 컴퓨터들)의 임의의 집합을 포함하는 것으로 여겨질 것이다.
컴퓨터 시스템(760)은, 실시예들에 따라 프로세스를 수행하도록 컴퓨터 시스템(760)(또는 다른 전자 디바이스들)을 프로그램하기 위해 사용될 수 있는 명령들이 저장되어 있는 비-일시적 머신-판독가능 매체를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어(722)를 포함할 수 있다. 머신-판독가능 매체는 머신(예컨대, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 또는 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예컨대, 머신-판독가능(예컨대, 컴퓨터-판독가능) 매체는 머신(예컨대, 컴퓨터) 판독가능 저장 매체(예컨대, "ROM(read only memory)", "RAM(random access memory)", 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 디바이스들 등), 머신(예컨대, 컴퓨터) 판독가능 송신 매체(전기, 광학, 음향 또는 다른 형태의 전파 신호들(예컨대, 적외선 신호들, 디지털 신호들 등)) 등을 포함한다.
실시예에서, 컴퓨터 시스템(760)은 시스템 프로세서(702), 메인 메모리(704)(예컨대, ROM(read-only memory), 플래시 메모리, DRAM(dynamic random access memory), 이를테면, SDRAM(synchronous DRAM) 또는 RDRAM(Rambus DRAM) 등), 정적 메모리(706)(예컨대, 플래시 메모리, SRAM(static random access memory) 등) 및 2차 메모리(718)(예컨대, 데이터 저장 디바이스)를 포함하며, 이들은 버스(730)를 통해 서로 통신한다.
시스템 프로세서(702)는 마이크로시스템 프로세서, 중앙 프로세싱 유닛 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들을 나타낸다. 더 구체적으로, 시스템 프로세서는 CISC(complex instruction set computing) 마이크로시스템 프로세서, RISC(reduced instruction set computing) 마이크로시스템 프로세서, VLIW(very long instruction word) 마이크로시스템 프로세서, 다른 명령 세트들을 구현하는 시스템 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 시스템 프로세서들일 수 있다. 시스템 프로세서(702)는 또한, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), DSP(digital signal system processor), 네트워크 시스템 프로세서 등과 같은 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스들일 수 있다. 시스템 프로세서(702)는 본원에서 설명된 동작들을 수행하기 위한 프로세싱 로직(726)을 실행하도록 구성된다.
컴퓨터 시스템(760)은 다른 디바이스들 또는 머신들과 통신하기 위한 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(708)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(760)은 또한, 비디오 디스플레이 유닛(710)(예컨대, LCD(liquid crystal display), LED(light emitting diode display) 또는 CRT(cathode ray tube)), 영숫자 입력 디바이스(712)(예컨대, 키보드), 커서 제어 디바이스(714)(예컨대, 마우스) 및 신호 생성 디바이스(716)(예컨대, 스피커)를 포함할 수 있다.
2차 메모리(718)는 본원에서 설명된 방법론들 또는 기능들 중 임의의 하나 이상을 구현하는 하나 이상의 세트들의 명령들(예컨대, 소프트웨어(722))이 저장되는 머신-액세스가능 저장 매체(731)(또는 더 구체적으로는 컴퓨터-판독가능 저장 매체)를 포함할 수 있다. 소프트웨어(722)는 또한, 머신-판독가능 저장 매체를 또한 구성하는 시스템 프로세서(702), 메인 메모리(704) 및 컴퓨터 시스템(760)에 의한 소프트웨어(722)의 실행 동안 메인 메모리(704) 내에 그리고/또는 시스템 프로세서(702) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있다. 소프트웨어(722)는 추가로, 시스템 네트워크 인터페이스 디바이스(708)를 통하여 네트워크(720)를 통해 송신되거나 또는 수신될 수 있다. 실시예에서, 네트워크 인터페이스 디바이스(708)는 RF 커플링, 광 커플링, 음향 커플링 또는 유도성 커플링을 사용하여 동작할 수 있다.
머신-액세스가능 저장 매체(731)가 예시적인 실시예에서 단일 매체인 것으로 도시되지만, "머신-판독가능 저장 매체"라는 용어는 하나 이상의 세트들의 명령들을 저장하는 단일 매체 또는 다수의 매체들(예컨대, 중앙집중 또는 분산 데이터베이스, 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들)을 포함하는 것으로 여겨져야 한다. "머신-판독가능 저장 매체"라는 용어는 또한, 머신에 의한 실행을 위한 한 세트의 명령들을 저장하거나 또는 인코딩할 수 있고 머신으로 하여금 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 여겨질 것이다. 이에 따라서, "머신-판독가능 저장 매체"라는 용어는 솔리드 스테이트 메모리들, 그리고 광학 및 자기 매체를 포함하는 것으로 여겨질 것이다(그러나, 이에 제한되지 않음).
전술한 명세서에서, 특정 예시적인 실시예들이 설명되었다. 다음의 청구항들의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정들이 이러한 특정 예시적인 실시예들에 행해질 수 있다는 것이 자명할 것이다. 이에 따라서, 본 명세서 및 도면들은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (15)

  1. 고주파 방출 모듈로서,
    솔리드 스테이트 고주파 전력원;
    상기 전력원으로부터 고주파 전자기 방사선을 전파시키기 위한 애플리케이터; 및
    상기 전력원과 상기 애플리케이터 사이에 커플링된 서멀 브레이크(thermal break)
    를 포함하며,
    상기 서멀 브레이크는,
    기판;
    상기 기판 상의 트레이스; 및
    접지 평면
    을 포함하는,
    고주파 방출 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 서멀 브레이크는 열 솔루션을 더 포함하는,
    고주파 방출 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 액체 또는 가스 냉각제를 유동시키기 위한 채널들을 포함하는 열 블록을 포함하는,
    고주파 방출 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 하나 이상의 핀들을 포함하는,
    고주파 방출 모듈.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 열전 냉각기를 포함하는,
    고주파 방출 모듈.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 상기 접지 평면에 직접 부착되는,
    고주파 방출 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 트레이스는 상기 기판의 제1 단부로부터 상기 기판의 제2 단부까지 연장되는,
    고주파 방출 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 기판의 제1 단부 위의, 상기 트레이스의 부분은 동축 케이블에 의해 상기 전력원에 커플링되는,
    고주파 방출 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 트레이스는 상기 트레이스의 메인 길이로부터 연장되는 하나 이상의 스터브들을 포함하는,
    고주파 방출 모듈.
  10. 프로세싱 툴로서,
    프로세싱 챔버; 및
    모듈러 고주파 방출원
    을 포함하고,
    상기 모듈러 고주파 방출원은 복수의 고주파 방출 모듈들을 포함하며,
    각각의 고주파 방출 모듈은,
    오실레이터 모듈;
    상기 오실레이터 모듈에 커플링된 증폭 모듈;
    상기 증폭 모듈에 커플링된 서멀 브레이크; 및
    애플리케이터
    를 포함하며,
    상기 애플리케이터는 상기 서멀 브레이크에 의해 상기 증폭 모듈에 커플링되고, 상기 애플리케이터는 상기 프로세싱 챔버에서 하나 이상의 기판들이 프로세싱되는 척에 대향하게 포지셔닝되는,
    프로세싱 툴.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 서멀 브레이크는,
    기판;
    상기 기판에 걸친 트레이스;
    접지 평면; 및
    열 솔루션
    을 포함하는,
    프로세싱 툴.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 액체 또는 가스 냉각제를 유동시키기 위한 채널들을 포함하는 열 블록을 포함하는,
    프로세싱 툴.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 하나 이상의 핀들을 포함하는,
    프로세싱 툴.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 열전 냉각기를 포함하는,
    프로세싱 툴.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 열 솔루션은 상기 접지 평면에 직접 부착되는,
    프로세싱 툴.
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