KR20220142509A - 반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들을 컨디셔닝하기 위한 방법 - Google Patents

반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들을 컨디셔닝하기 위한 방법 Download PDF

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KR20220142509A
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존 도허티
홍 쉬
사티시 스리니바산
유안핑 송
조니 팜
이웨이 송
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Abstract

반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트를 제조하는 방법이 제공된다. 컴포넌트 바디는 10.0x10-6/K 미만의 열 팽창 계수를 갖는 전도성 재료로 형성된다. 이어서 금속 옥사이드 층이 컴포넌트 바디의 표면 위에 배치된다.

Description

반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들을 컨디셔닝하기 위한 방법
본 개시는 일반적으로 반도체 디바이스들의 제작에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 기판 또는 웨이퍼의 프로세싱에 사용하기 위한, 반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들, 및 이의 제작/컨디셔닝 방법들에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 프로세싱 동안, 플라즈마 프로세싱 챔버들은 반도체 디바이스들을 프로세싱하도록 사용된다. 플라즈마 프로세싱 챔버들은 플라즈마들, 할로겐 및/또는 산소를 겪고 (subject), 이는 플라즈마 프로세싱 챔버들의 컴포넌트들을 열화시킬 수도 있다. 일부 플라즈마 프로세싱 챔버들은 전극들, 샤워헤드들, 및 에지 링들과 같은 실리콘 부품을 갖는다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제시하기 위한 목적이다. 본 배경 기술 섹션에 기술된 범위까지, 현재 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 선행 기술로서 명시적으로 또는 묵시적으로 인정되지 (admit) 않는다.
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 모든 목적을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된 2020년 2월 19일 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 62/978,610 호에 대한 우선권, 및 이의 이익을 주장한다.
전술한 바를 달성하기 위해 그리고 본 개시의 목적에 따라, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트를 제조하는 방법이 제공된다. 컴포넌트 바디는 낮은 열 팽창 계수 (coefficient of thermal expansion) 예를 들어 10.0x10-6/K) 미만의 열 팽창 계수를 갖는 전도성 재료로 형성된다. 이어서 금속 옥사이드 층이 컴포넌트 바디의 표면 위에 배치된다.
또 다른 현상에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트가 제공된다. 컴포넌트는 컴포넌트 바디를 갖는다. 컴포넌트 바디는 낮은 열 팽창 계수 (예를 들어 10.0x10-6/K 미만의 열 팽창 계수) 를 갖는 전도성 재료를 포함한다. 금속 옥사이드 층이 컴포넌트 바디의 표면 위에 배치된다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 이하의 도면들과 함께 본 개시의 상세한 기술에서 아래에서 보다 상세히 기술될 것이다.
본 개시는 첨부된 도면들 (drawings) 의 도면들 (figures) 에서 제한이 아니라 예로서 예시되고, 그리고 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조한다.
도 1은 일 실시 예의 고 레벨 플로우 차트이다.
도 2a 내지 도 2c는 일 실시 예에 따라 프로세싱된 에지 링의 개략적인 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따라 프로세싱된 에지 링의 개략적인 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시 예의 고 레벨 플로우 차트이다.
도 6a 내지 도 6e는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 에지 링 컴포넌트를 제조하기 위한 방법의 또 다른 실시 예를 도시한다. 도 6a는 에지 링 형태의 컴포넌트 기판의 평면도이다. 도 6b는 도 6a의 컴포넌트 기판의 단면도이다. 도 6c는 도 6a의 기판의 표면의 단면 상세도이다. 도 6d는 도 6a의 기판에 전기 도금된 고순도 알루미늄 층의 단면 상세도이다. 도 6e는 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 컴포넌트를 형성하기 위한 양극 산화 (anodization) 후 도 6d의 전기 도금된 구조체의 단면 상세도이다.
도 7은 플라즈마 프로세싱 챔버의 일부의 단면도이다.
도 8은 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 또 다른 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
본 개시는 이제 첨부된 도면들에 예시된 바와 같이 몇몇 바람직한 실시 예들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술 (description) 에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하도록 다수의 특정한 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 특정한 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시 예들은 플라즈마 에칭과 같은 프로세스들에 의한 아크 (arcing) 및/또는 부식 (erosion) 에 의한 손상에 내성이 있고 따라서 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 반도체 프로세싱 시스템들의 고유의 (inherent) 플라즈마 프로세스 및 에칭 프로세스로부터 발생할 수도 있는 컴포넌트의 소모 (consumption) 를 억제하거나 최소화하는 반도체 프로세싱 챔버 컴포넌트들을 제공한다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 1은 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 반도체 프로세싱 챔버를 위한 컴포넌트를 제조하고 사용하는 제 1 실시 예의 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다. 컴포넌트 바디가 제공된다 (단계 (104)). 컴포넌트 바디는 낮은 선형 열 팽창 계수 (coefficient of thermal expansion; CTE) 를 갖는 전기 전도성 (electrically conductive) 재료를 포함한다. 일 실시 예에서, "저-CTE" 재료는 10.0x10-6/K 미만의 CTE를 갖는 재료로서 규정된다. 다른 실시 예에서, "저-CTE" 재료는 5.0x10-6/K) 미만의 CTE를 갖는 재료로서 규정된다. 이하에 더 상세히 설명될 바와 같이, 컴포넌트 바디의 전기 전도도 및 저-CTE는 플라즈마 프로세싱 챔버들과 같은 반도체 프로세싱 챔버들의 컴포넌트들에서 사용하기 위해 특히 유리한 속성들 (attributes) 이다. 일 실시 예에서, 컴포넌트 바디는 특정한 컴포넌트 형상을 형성하도록 전도성 반도체 또는 저-CTE 금속을 캐스팅함으로써 (casting), 예를 들어, 용융된 반도체 또는 금속을 몰드 내로 부음으로써 (pouring) 또는 주입함으로써 (injecting) 형성된다. 전기 전도성 반도체 재료가 캐스트되는 (cast) 일 실시 예에서, 용융된 반도체는 큰 입자 (grain) 사이즈를 갖는 다결정 (multi-crystalline) 구조를 형성하도록 몰드 내에서 냉각되고 경화된다. 또 다른 실시 예에서, 컴포넌트 바디는 전도성 세라믹 컴포넌트를 형성하도록 전도성 반도체 파우더를 소결함으로써 (sintering) 형성된다. 도 2a는 컴포넌트 바디 (204) 의 개략적인 단면도이다. 이 예에서, 컴포넌트 바디 (204) 는 에지 링을 형성한다. 이 실시 예에서, 컴포넌트 바디 (204) 는 실리콘, 실리콘 카바이드 (silicon carbide) 또는 그래파이트 (graphite) 의 전도성 반도체로 형성된다. 전도성 실리콘 또는 실리콘 카바이드는 실리콘 또는 실리콘 카바이드를 도핑함으로써 제공된다. 또 다른 실시 예에서, 컴포넌트 바디 (204) 는 티타늄 (titanium), 몰리브덴 (molybdenum), 등과 같은 전기 전도성, 저-CTE 금속으로 형성된다.
알루미늄 배리어 층이 컴포넌트 바디 (204) 상에 증착된다 (단계 (108)). 이 실시 예에서, 전기 도금은 99.9 질량％ 순수 알루미늄 층을 제공하도록 사용된다. 전기 도금 프로세스는 도금될 부품이 캐소드이고 애노드들이 초 고순도 알루미늄이고 두 컴포넌트들이 전해질에 침지되는 (immerse) 표준 전기 화학적 셀을 수반한다. 충분히 고순도를 갖는 알루미늄 배리어 층을 제공하기 위해, 물-기반 용액 대신 전도성 유기 (organic)-기반 용액이 목표된다. 도 2b는 알루미늄 배리어 층 (208) 이 증착된 후 컴포넌트 바디 (204) 의 개략적인 단면도이다. 이 예에서, 알루미늄 배리어 층 (208) 은 컴포넌트 바디 (204) 를 캡슐화한다 (encapsulate). 다른 실시 예들에서, 알루미늄 배리어 층 (208) 은 컴포넌트 바디 (204) 의 일 표면 상에 있을 수도 있다.
금속 옥사이드 층이 양극 산화 (anodization) 에 의해 형성된다 (단계 (112)). 이 실시 예에서, 알루미늄 배리어 층 (208) 의 표면은 금속 옥사이드 층이 알루미늄 옥사이드 (Al2O3) 이도록 경질 (hard) 양극 산화된다 (또한 경질 코팅 또는 타입 Ⅲ 양극 산화로 지칭됨). 경질 양극 산화 프로세스는 고 Al 순도인 알루미늄 배리어 층 (208) 의 표면 상에 매우 경질인 내마모성 다공성 옥사이드를 형성한다. 양극 산화 셋업은 또한 순수 Al 코팅된 부품이 산 욕 (bath) (통상적으로 황산) 의 양극인 통상적인 전기 화학적 셀이다. 전류가 전기 화학적 셀을 통과할 때, 수소는 캐소드에서 방출되고 산소는 알루미늄 애노드의 표면에서 방출되어, 알루미늄 옥사이드의 축적 (buildup) 을 생성한다. 도 2c는 알루미늄 배리어 층 (208) 의 표면이 금속 옥사이드 층 (212) 을 형성하도록 경질 양극 산화된 후의 컴포넌트 바디의 단면도이다. 알루미늄 배리어 층 (208) 이 고순도를 갖기 때문에, 양극 산화 프로세스는 또한 고순도를 갖는 금속 옥사이드 층 (212) 을 제공하는 것을 발생시킨다.
컴포넌트 바디는 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 반도체 프로세싱 챔버에 장착된다 (단계 (116)). 이 예에서, 컴포넌트 바디는 에지 링으로 사용된다. 도 3은 일 실시 예에서 컴포넌트가 설치될 수도 있는 기판들을 플라즈마 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버 (300) 의 개략도이다. 몇몇의 실시 예들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (300) 는 챔버 벽 (350) 에 의해 인클로징된 (enclose) 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 내에 가스 유입구를 제공하는 가스 분배 플레이트 (306) 및 정전 척 (ESC) (316) 을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 내에서, 기판 (307) 은 ESC (316) 상단부에 포지셔닝된다. ESC (316) 는 ESC 전력 소스 (348) 로부터 바이어스를 제공할 수도 있다. 가스 소스 (310) 는 가스 분배 플레이트 (306) 를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 에 연결된다. ESC 온도 제어기 (351) 는 ESC (316) 에 연결되고 ESC (316) 의 온도 제어를 제공한다. RF (radio frequency) 전력 소스 (330) 는 ESC (316) 및 상부 전극에 RF 전력을 제공한다. 이 실시 예에서, 상부 전극은 가스 분배 플레이트 (306) 이다. 바람직한 실시 예에서, 13.56 ㎒, 2 ㎒, 60 ㎒, 및/또는 선택 가능하게 (optionally), 27 ㎒ 전력 소스들이 RF 전력 소스 (330) 및 ESC 전력 소스 (348) 를 구성한다. 제어기 (335)는 RF 전력 소스 (330), ESC 전력 소스 (348), 배기 펌프 (320), 및 가스 소스 (310) 에 제어 가능하게 연결된다. 고 플로우 라이너 (360) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 내의 라이너이다. 고 플로우 라이너는 가스 소스로부터 가스를 한정하고 (confine) 슬롯들 (362) 을 갖는다. 슬롯들 (362) 은 가스 소스 (310) 로부터 배기 펌프 (320) 로 통과하도록 가스의 제어된 플로우를 유지한다. 에지 링 (364) 은 기판 (307) 을 둘러싸고 대부분 석영 링 (368) 에 의해 플라즈마로부터 차폐된다 (shield). 이러한 플라즈마 프로세싱 챔버의 예는 CA, Fremont 소재의 Lam Research Corporation에 의해 제작된 FlexTM 에칭 시스템이다. 프로세스 챔버는 CCP (capacitively coupled plasma) 반응기 또는 ICP (inductively coupled plasma) 반응기일 수 있다.
플라즈마 프로세싱 챔버 (304) 는 기판 (307) 을 플라즈마 프로세싱하기 위해 에지 링 (364) 을 사용한다 (단계 (120)). 플라즈마 프로세싱은 에칭, 증착, 패시베이팅 (passivating), 또는 또 다른 플라즈마 프로세스 중 하나 이상의 프로세스들일 수도 있다. 플라즈마 프로세싱은 또한 비-플라즈마 프로세싱과 조합하여 수행될 수도 있다. 이러한 프로세스들은 에지 링 (364) 을 할로겐 및/또는 산소를 함유하는 플라즈마들에 노출시킬 수도 있다.
에지 링들은 일반적으로 반도체 프로세싱 챔버들에서의 에지 링들의 위치 및 기능의 결과로서 소모성 (consumable) 아이템들이다. 에지 링의 상단 표면은 기판의 상단 표면과 수평 (level) 을 이루는 것이 바람직하다. 따라서, 기판의 상단 표면과 함께 에지 링의 상단 표면을 평행하게 (even) 유지하기 위해 에지 링이 소모됨에 따라 에칭 링을 이동시키도록 다양한 메커니즘들이 제공될 수도 있다. 이에 더하여, 에지 링이 충분히 소모되면, 에지 링은 교체되어야 하고, 플라즈마 프로세싱 챔버에 대한 다운타임 (downtime) 을 유발한다. 다른 실시 예들에서, 이러한 컴포넌트들은 플라즈마로부터 차폐된 위치들에 배치될 수도 있다. 에지 링들은 이상적으로 낮은 열 팽창 계수 및 우수한 전기적 및 열적 전도도를 갖는다.
이 실시 예에서, 경질 양극 산화된 금속 옥사이드 층 (212) 은 플라즈마 부식에 대해 충분히 에칭-내성이어서, 에지 링은 더 이상 소모성이 아니거나, 최소한으로 소모성이어서 자주 변경될 필요가 없다. 고순도 알루미늄 배리어 층 (208) 을 형성하기 위한 알루미늄의 전기 도금은 경질 양극 산화될 알루미늄으로부터 임의의 합금들 또는 다른 불순물들을 제거한다. 고순도 알루미늄 배리어 층 (208) 은, 산화될 때, 보다 에칭 내성이 있는 알루미늄 옥사이드 층을 제공하고 플라즈마 프로세싱 동안 불순물들의 생성을 방지한다. 이에 더하여, 알루미늄 배리어 층 (208) 의 전기 도금은 알루미늄의 박형의 (thin) 균일하고 컨포멀한 (conformal) 층을 형성한다. 경질 양극 산화는 발생되는 경질 양극 산화된 층의 두께를 약간만 증가시킬 수도 있다. 그 결과, 에지 링이 플라즈마 프로세싱 챔버 (300) 에 피팅되도록 (fit) 경질 양극 산화된 층을 평활화 (smooth) 및/또는 박형화하기 위해 머시닝 (machining) 이 필요하지 않을 것이다. 이에 더하여, 경질 양극 산화된 층의 박형 보호 층은 열 팽창 문제들을 덜 겪는다 (subject). 알루미늄 배리어 층 (208) 을 전기 도금하고 알루미늄 배리어 층 (208) 을 경질 양극 산화하는 것은 금속 옥사이드 층 (212) 을 제공할 수 있는 상대적으로 저렴한 프로세스들이다. 이 실시 예에서, 전기 도금에 의해 증착된 알루미늄 배리어 층 (208) 은 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 경질 양극 산화에 의해 형성된 금속 옥사이드 층 (212) 은 고순도를 갖고 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다. 고순도 금속 옥사이드 층 (212) 은 보다 낮은 순도의 금속 옥사이드 층들보다 보다 에칭 내성이 있다.
다양한 플라즈마 프로세싱 챔버들 (300) 은 알루미늄 또는 금속 옥사이드 층 또는 코팅을 갖는 다른 컴포넌트들을 사용할 수도 있다. 이러한 컴포넌트들은 특히 ESC'들 (316), 피나클들 (pinnacles), 고 플로우 라이너들 (360), 가스 분배 플레이트들 (306) 을 포함한다. 알루미늄 또는 금속 옥사이드 코팅은 소모성 플라즈마 프로세싱 챔버 컴포넌트들에 가장 유용하다.
유전체 코팅들의 무결성은 전기적 스탠드오프 (standoff) 와 내화학성 모두를 유지하는데 중요하다. 보다 두꺼운 유전체 코팅들은 크랙킹 (cracking) 에 보다 민감하다. 보다 박형인 유전체 코팅들은 플라즈마 프로세싱 챔버 (300) 에 의해 사용된 전압에 의해 유발된 손상을 방지하기 충분하도록 절연 (insulation) 을 제공하지 않는다.
다양한 실시 예들에서, PEO (plasma electrolytic oxidation) 또는 타입 I, 타입 Ⅱ, 또는 타입 Ⅲ의 양극 산화는 금속 옥사이드 층 (212) 을 생성하기 위해 알루미늄 배리어 층 (208) 의 표면을 양극 산화하도록 사용될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 금속 옥사이드 층 (212) 은 알루미늄 배리어 층 (208) 상에 스프레이 코팅된다. 스프레이 코팅은 열 스프레이 코팅 또는 플라즈마 스프레이 코팅일 수도 있다. 열 스프레이/플라즈마 스프레이는 두꺼운 코팅을 구축하는 가장 좋은 방법이다. 일부 실시 예들에서, 에어로졸 증착은 치밀한 코팅을 제공하도록 사용될 수도 있다. 그러나, 에어로졸 증착은 3D 기하 구조들에 대해 보다 어려울 수도 있다. 스프레이 코팅들은 보다 두껍고 불균일한 코팅들을 형성할 수도 있다. 그 결과, 스프레이 코팅이 사용된다면 금속 옥사이드 층 (212) 을 평활화하기 위해 머시닝이 요구될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 보다 두꺼운 금속 옥사이드 층 (212) 이 개선된 피팅을 제공하도록 목표될 수도 있다. 보다 박형인 금속 옥사이드 층 (212) 이 목표된다면, 금속 옥사이드 층 (212) 을 박형화하기 위해 머시닝이 사용될 것이다. 다양한 실시 예들에서, 화학적 기상 증착 또는 다양한 스프레이 프로세스들 또는 다른 증착 프로세스들이 알루미늄 배리어 층 (208) 을 증착하도록 사용될 수도 있다. 열 스프레이 금속 옥사이드 코팅 프로세스는 (분말 형태의) 원재료를 작은 액적들로 용융시키고 고속 (high velocity) 으로 기판들 상에 작은 액적들을 스프레이하는 열 소스 (불꽃 또는 플라즈마) 를 포함한다. 이러한 프로세스는 다른 코팅 기술들과 비교하여 높은 증착 레이트들로 복잡한 기하 구조들 상에 두꺼운 코팅들을 증착할 수 있다.
다른 실시 예들에서, 다른 금속 옥사이드들이 열 스프레이에 의해 알루미늄 배리어 층 (208) 상에 증착될 수도 있다. 이러한 다른 금속 옥사이드들은 이트리아 (Y2O3), 삼원 이트리아-알루미나 옥사이드들, 예컨대 이트륨 알루미늄 가넷 (yttrium aluminum garnet) (Y3Al5O12 (YAG)), 이트륨 알루미늄 모노클리닉 (yttrium aluminum monoclinic) (Y4Al2O9 (YAM)), 또는 이트륨 알루미늄 페로브스카이트 (yttrium aluminum perovskite) (YAlO3 (YAP)), 또는 이트리아 안정화 지르코니아 (yttria stabilized zirconia) (YSZ) 일 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 알루미늄 배리어 층 (208) 을 증착하는 (단계 (108)) 대신, 금속 옥사이드 층이 컴포넌트 바디 (204) 의 표면 상에 직접 열 스프레이된다. 도 4는 금속 옥사이드 층 (412) 이 컴포넌트 바디 (404) 상에 직접 스프레이되는 컴포넌트의 단면 개략도이다. 열적 스프레이에 의해 증착된 금속 옥사이드 층 (412) 은 0.5 내지 2 ㎜ 범위의 두께를 가질 수도 있다.
도 5는 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 반도체 프로세싱 챔버를 위한 컴포넌트를 제조하고 사용하는 방법의 제 2 실시 예의 고 레벨 플로우 차트를 도시한다. 기판 바디가 제공된다 (단계 (504)). 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 제공된 기판 바디 (604) 는, 적어도 부분적으로 정전 척 (ESC) 을 둘러싸는 중심 보어 (bore) (608) 를 갖는 에지 링과 같은, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트의 형상으로 형성될 수도 있다. 도 6a는 기판 바디의 평면도이고, 도 6b는 기판 바디의 단면도이다. 도 6c는 기판 바디 표면 (612) 의 섹션 A-A의 확대도를 도시한다. 도 6a 내지 도 8에 도시된 이미지들은 단지 예시적인 목적들을 위한 것이고 스케일, 형태 및 피처들에 대해 가변할 수도 있다는 것이 인식된다. 기판 바디 (604) 는 다수의 다양한 제조 프로세스들, 예를 들어, 머시닝 (machining), 몰딩 (molding), 소결 (sintering), 폴리싱 (polishing), 화학적 에칭, 등을 통해 형성될 수도 있다.
일 실시 예에 따라, 기판 바디 (604) 는 낮은 열 팽창 계수 (예를 들어, 10.0x10-6/K 미만) 를 갖는 전기 전도성 재료를 포함한다. 다른 실시 예에서, 기판 바디 (604) 는 전기 전도성 반도체, 및 특히 전기 전도성 다결정 (multi-crystalline) 도핑된 실리콘 또는 실리콘 카바이드 반도체 재료를 포함한다. 대안적인 실시 예들에서, 기판 바디는 다른 전기 전도성 반도체들 (예를 들어, 게르마늄, 그래파이트, 등), 또는 티타늄, 몰리브덴, 등과 같은 다른 저-CTE 금속들을 포함할 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 반도체는 다결정일 수도 있다. 다결정 (multi-crystalline) 실리콘은 하나의 평균 폴리결정 (poly-crystalline) 실리콘의 입자들보다 보다 큰 입자들을 갖는다. 다결정 실리콘은 1 ㎜ 이상의 평균 입자 사이즈를 갖는다. 낮은 열 팽창 계수는 일반적으로 보다 적은 응력 (stress), 마모 (abrasion), 및 컴포넌트들 사이에 보다 우수한 피팅을 제공한다. 특히 챔버 프로세싱 동안, 에지 링 및 다른 인접한 부품 (특히 ESC 베이스플레이트) 은 상이한 온도들에 있을 것이다. 플라즈마에 의해 유발된 가열로 인해, 에지 링은 일반적으로 온도가 (-40 ℃ 내지 50 ℃의 범위로) 능동적으로 제어되는 ESC 베이스플레이트보다 (150 ℃ 내지 250 ℃의 범위로) 훨씬 보다 뜨겁다. 작은 열 팽창 계수를 갖는 에지 링 재료를 선택할 때, 2 개의 도체들 사이에서 보다 일관된 커패시턴스 (capacitance) 가 달성될 수 있도록 에지 링과 인접 부품 (ESC) 사이의 갭 사이즈의 변동을 효과적으로 감소킨다. 그 결과 전기적으로 보다 일관된 성능을 갖게 된다.
도 5 및 도 6d를 참조하면, 기판 바디 (604) 가 제공된 후, 고순도 알루미늄 층 (616) (도 6d) 은 기판 바디 (604) 의 표면들 (612) 위에 형성된다 (단계 (508)). 일부 실시 예들에 따라, 알루미늄 층 (616) 은 고순도 알루미늄의 실질적으로 균일하고 결함이 없는 알루미늄 층 (616) 을 제공하는 전기 도금 증착 방법을 사용하여 증착되고 아래에 놓인 기판 바디 (604) 와 고 결합 강도를 갖는다. 대안적인 실시 예들에서, ALD (atomic layer deposition) 또는 PEO (plasma electrolytic oxidation) 과 같은 증착 방법들이 채용될 수도 있다. 일 실시 예에서, 실리콘 기판은 알루미늄 증착 전에 표면으로부터 제조 프로세스에 의해 발생된 임의의 옥사이드들 (예를 들어, 실리콘 옥사이드) 및 표면 손상을 제거하거나 실질적으로 제거하도록 프로세싱된다. 이는 또한 알루미늄 층 (616) 과 기판 (604) 사이에 산화물들, 산화, 또는 느슨한 입자들이 존재하지 않거나 거의 없다는 것을 보장하도록 전기 도금 프로세스에서 수행될 수도 있다.
알루미늄 층 (616) 은 (Al 6061과 같은) 알루미늄 합금들의 양극 산화와 비교하여 보다 균일하고, 최소 다공성을 갖고, 보다 낮은 트레이스 오염물들을 갖는 양극 산화된 층 (624) (이하에 기술됨) 의 형성을 돕는다. 결합된 양극 산화된 알루미늄 층 (616/624) 은 공격적인 플라즈마 환경들에 대한 내부식성 배리어를 제공하고 또한 고전압 플라즈마 환경으로부터 전압 스탠드오프 보호를 제공한다. 일 실시 예에 따라, 알루미늄 층 (616) 은 적어도 99 질량％ 순수 알루미늄이다. 또 다른 실시 예에 따라, 알루미늄 층 (616) 은 적어도 99.5 질량％ 순수 알루미늄이다. 또 다른 실시 예에 따라, 알루미늄 층 (616) 은 적어도 99.9 질량％ 순수 알루미늄이다. 일 실시 예에서, 전기 도금 단계 (508) 는 AlumiPlate 프로세스 (AlumiPlate, Inc., Coon Rapids, MN) 를 통해 수행되고, 전기 도금된 알루미늄 층 (616) 의 순도는 99.99 질량％ 초과의 순수 알루미늄을 포함한다.
알루미늄 층 (616) 의 두께는 컴포넌트의 타입, 컴포넌트의 위치, 컴포넌트의 기하학적 구조, 기판 재료 특성들, 비용, 등을 포함하는 하나 이상의 인자들에 따라 가변할 수도 있다. 일 실시 예에 따라, 알루미늄 층 (616) 의 두께는 약 20 ㎛ 내지 150 ㎛이다. 또 다른 실시 예에서, 알루미늄 층 (616) 의 두께는 약 25 ㎛ 내지 125 ㎛이다. 또 다른 실시 예에 따라, 알루미늄 층 (616) 의 두께는 약 25 ㎛ 내지 50 ㎛이다. 다른 실시 예에서, 알루미늄 층 (616) 의 두께는 약 25 ㎛ 내지 35 ㎛이다.
도 5 및 도 6e를 참조하면, 알루미늄 층 (616) 이 형성된 후, 알루미늄 층 (616) 의 표면 (620) 은 양극 산화되고 (단계 (512)), 양극 산화된 층 (624) 을 갖는 플라즈마 프로세싱 컴포넌트 (600) 를 형성한다. 도 6e는 양극 산화 후 실리콘 기판 (604) 의 일부의 실시 예의 단면도를 도시한다. 도 6e에 도시된 바와 같이, 알루미늄 층 (616) 의 일부는 양극 산화된 층 (624) 을 생성하도록 침투되지만 (penetrate), 여전히 양극 산화된 층 (624) 과 기판 (604) 사이에 알루미늄 층 (616) 의 적어도 일부를 남긴다. 양극 산화된 층 (624) 의 부가적인 층 깊이는 알루미늄 층 (616) 의 원래 표면 (620) 위에 부가되고 (additive), 따라서 부품의 전체 두께를 증가시킨다. 일 실시 예에서, 양극 산화된 층 (624) 의 깊이는 표면 (620) 아래로 대략 50 ％ 침투, 그리고 표면 (620) 위로 50 ％ 부가적인 증착이다. 양극 산화된 층 (624) 과 기판 (604) 계면들 사이의 결합에 상당한 이점을 제공하기 때문에, 알루미늄 층 (616) 의 적어도 일부가 온전한 (즉, 양극 산화되지 않은) 것이 바람직하다. 양극 산화된 층 (624) 및 실리콘 기판 바디 (604) 가 상대적으로 경질인 표면들이기 때문에, 연성 (soft), 가단성 (malleable) 알루미늄 층은 챔버 내 플라즈마 에칭 프로세스 동안 층들에 부과된 (impose) 열적 응력들을 완화시키기 (mitigate) 위한 버퍼로서 작용한다. 열적 응력이 완화되지 않으면, 양극 산화된 층은 온도 변화들을 겪을 때 실리콘 기판 바디 (604) 로부터 분리될 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 양극 산화된 층 (624) 및 실리콘 기판 바디 (604) 가 몇몇 극단적인 열적 사이클들을 겪을 때, 알루미늄 층 (616) 은 분리를 방지한다. 이에 더하여, 실리콘 옥사이드의 형성은 실리콘 기판 바디 (604) 와 양극 산화된 층 (624) 사이의 계면에서 열적 크랙킹을 유발할 것이다. 열적 크랙킹은 실리콘 기판 바디 (604) 의 노출된 부품을 생성한다. 실리콘 기판 바디 (604) 의 노출된 부품은 부식될 (erode) 것이다.
일 실시 예에서, 양극 산화 단계 (512) 는 경질 코팅 또는 타입 Ⅲ 양극 산화 프로세스 (또한 경질 양극 산화 또는 경질 코팅 양극 산화로 지칭됨) 를 포함하고, 알루미늄-도금된 실리콘 기판 (604) 은 옥사이드 또는 "양극 산화" 층을 생성하도록 0 ℃ 내지 3 ℃의 온도 및 고 전압 (25 V DC로 시작하고 프로세스가 계속됨에 따라 60 내지 100 V까지 상승함) 에서 황산 욕을 겪는다. 타입 Ⅲ 양극 산화 프로세스는 약 50 ㎛ 까지 또는 약 50 ㎛ 초과의 두께를 갖는 양극 산화된 층 (624) 을 생성한다. 이 실시 예에서, 양극 산화 후에 워터 시일 (seal) 또는 다른 열수 (hydrothermal) 또는 침전 (precipitation) 수단들이 수행되지 않고; 이러한 시일은 플라즈마 프로세스로부터 크랙킹 또는 열화될 보다 높은 가능성을 갖는다. 양극 산화 프로세스는 공간들 (spaces) 이 있는 컬럼들 (columns) 을 생성한다. 공간들은 크랙킹 없이 컬럼들의 팽창 여지를 제공한다. 시일링 (sealing) 은 열적 가열로 인해 컬럼들이 팽창할 때 양극 산화 층이 보다 크랙하기 쉽도록 공간들을 제거하거나 감소시킨다. 크랙들은 층에 의해 제공된 보호를 감소시킨다. 이에 더하여, 시일링은 베마이트 (Boehmite) 의 형성을 유발할 수도 있고, 따라서 표면 내마모성을 감소시킨다. 이에 더하여, 타입 Ⅱ 또는 혼합-산 또는 옥살산과 같은 다른 양극 산화 프로세스들이 도금 Al을 양극 산화 보호 층으로 변환하도록 사용될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 양극 산화된 옥사이드 층 (614) 은 적어도 10 ㎛ 두께이고 50 ㎛ 이상만큼 두꺼울 수 있다. 다른 실시 예들에서, 양극 산화된 옥사이드 층 (614) 은 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 다른 실시 예들에서, 양극 산화된 옥사이드 층 (614) 은 12 ㎛ 내지 38 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 다른 실시 예에서, 양극 산화된 옥사이드 층 (614) 은 25 ㎛ 내지 35 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 다양한 실시 예들에서, 양극 산화되지 않은 알루미늄 층 (616) 의 부분은 7 ㎛ 내지 113 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 다양한 실시 예들에서, 양극 산화되지 않은 알루미늄 층 (616) 의 부분은 12 ㎛ 내지 32 ㎛ 범위의 두께를 갖는다.
일 실시 예에 따라, 양극 산화된 층 (624) 은 적어도 99 질량％ 알루미늄 옥사이드의 순도를 갖는 알루미늄 옥사이드 층이다. 또 다른 실시 예에 따라, 양극 산화된 옥사이드 층 (614) 은 적어도 99.5 질량％의 알루미늄 옥사이드의 순도를 갖는 알루미늄 옥사이드 층이다. 또 다른 실시 예에 따라, 양극 산화된 층 (624) 은 적어도 99.9 질량％의 알루미늄 옥사이드의 순도를 갖는 알루미늄 옥사이드 층이다.
상기 상세히 기술된 바와 같이, 도 5의 프로세스의 단계 (504 내지 512) 에 따라 제조된 결과적인 알루미늄/옥사이드 층 (216/224) 은 최소화된 오염 물질들 (예를 들어, 6061 알루미늄 합금에서 발견되는 통상적인 180 ppm과 비교하여 5 ppm의 아연 함량), 및 증가된 내부식성 (corrosion resistance) (염산 (HCl) 기포 테스트는 혼합된 산 또는 옥살산으로 양극 산화된 6061 알루미늄의 5 내지 13 시간과 비교하여 140 시간만큼 높은 테스트된 저항을 발생시킴) 을 갖는다. 게다가, 알루미늄/옥사이드 층 (616/624) 은 0.001" 당 2500 V만큼 높게 측정된 유전체 강도를 갖는다.
컴포넌트 (600) 가 도 5의 단계들 (504 내지 512) 을 통해 적절히 프로세싱된 후, 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 반도체 프로세싱 챔버 내에 설치된다 (단계 (516), 도 5). 도 5에 예시된 제조 프로세스는 소모성 유전체 플라즈마 프로세싱 챔버 컴포넌트들을 제조하는데 특히 유용하다. 보다 구체적으로, 도 5, 및 도 6a 내지 도 6e에 예시된 프로세스들로부터 형성된 컴포넌트 (600) 는 플라즈마, 반응성 할로겐 종, 또는 다른 에너제틱 (energetic) 이온들 및 플라즈마 프로세싱 챔버 고유의 에칭 프로세스들을 통한 컴포넌트의 소모를 억제하거나 최소화하도록 플라즈마 프로세싱 챔버의 하나 이상의 컴포넌트들을 형성 및/또는 컨디셔닝하는데 특히 적합하다.
다음의 실시 예들에서, 도 5, 및 도 6a 내지 도 6e에 예시된 프로세스들로부터 형성된 컴포넌트 (600) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (예를 들어, 도 8에 도시된 플라즈마 프로세싱 챔버 (804)) 에서 사용하기 위한 정전 척 (ESC) 어셈블리 또는 시스템 (예를 들어, 도 7의 ESC 어셈블리 (700)) 내 에지 링 또는 유사한 컴포넌트로서 특정한 적용 예에 관한 것이다. 그러나, 도 5, 및 도 6a 내지 도 6e에 예시된 프로세스들로부터 형성된 컴포넌트 (600) 는, 다른 부품 중에서, 고 플로우 라이너들, 가스 분배 플레이트들, 등에 더하여, 높은 내부식성, 우수한 전기 전도도, 및 낮은 열 팽창 계수의 특성들이 목표되는 정도까지 ESC 어셈블리 (700) 또는 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 내의 임의의 수의 컴포넌트들, 예컨대 피나클들 및 정전 척들 (ESC's) 로서 구현될 수도 있다는 것이 인식된다.
도 7은 플라즈마 프로세싱 시스템에서 사용하기 위한 이동식 에지 링 구성을 갖는 ESC 어셈블리 (700) 의 부분 (도 8에 도시된 섹션 B-B에 의해 규정됨) 의 단면도를 예시한다. ESC 어셈블리 (700) 는 ESC (electrostatic chuck) (704) 를 둘러싸도록 구성된 상단 에지 링 (724) 을 포함한다. ESC (704) 는 또한 프로세싱 동안 프로세스 웨이퍼 (866) 에 대한 지지부로서 작용하는 기판 지지부로서 지칭될 수도 있다. 상단 에지 링 (724) 은 이동식 에지 링 (708) 에 의해 지지되는 환형 하부 리세스 (726) 를 갖는다. 이동식 에지 링 (708) 은 ESC (704), 히팅 플레이트 (752), 및 중간 내측 에지 링 (728) 을 포함하는 내측 방사상 측면, 및 정적 에지 링 (716), 외측 에지 링 (712) 및 커버 에지 링 (720) 을 포함하는 외측 방사상 측면에 의해 규정된 캐비티 내에서 수직으로 관절 연결되도록 (articulate) 배치된다. 커버 에지 링 (720) 은 상단 에지 링 (724) 을 부분적으로 커버하는 방사상 내측 돌출부 (protrusion) (722) 를 갖는다.
상단 에지 링 (724) 이 프로세스 웨이퍼 (866) 의 프로세싱에서 부식성 플라즈마 및 에천트들 (etchants) 에 노출되기 때문에, 이는 항상 (invariably) 마모되고 따라서 두께는 노출이 증가함에 따라 높이가 감소된다. 따라서, 이동식 에지 링 (708) 은 상단 에지 링 (724) 의 상단 표면과 프로세스 웨이퍼/기판 (866) 사이의 높이 관계를 복원하기 위해 상단 에지 링 (724) 을 상승시키도록 사용된다. 이러한 높이 조정에 영향을 주기 위해, 하나 이상의 리프트 핀들 (740) 은 (ESC (704) 의 어퍼처 (aperture) (748) 및 정적 에지 링 (716) 의 어퍼처 (718) 를 통해) 이동식 에지 링 (708) 을 위로 밀어 올리도록 수직으로 작동되고, 이는 결국 상단 에지 링 (724) 의 수직 배향 (orientation) 을 조정한다. 슬리브 (744) 는 ESC (704) 의 어퍼처 (748) 를 시일링 오프하도록 (seal off) 리프트 핀 (740) 의 원주 둘레에 배치된다.
일 실시 예에 따라, 컴포넌트 (600) 는 ESC 어셈블리 (700) 내에 장착하기 위한 이동식 에지 링 (708) 을 형성하도록 도 5, 및 도 6a 내지 도 6e의 프로세스들에 따라 제조된다. 챔버 내 위치 및 프로세스 웨이퍼 (866) 의 프로세싱에서 플라즈마에 대한 근접/노출 (즉, 하나 이상의 "플라즈마-대면 표면들"을 가짐) 로 인해, 이동식 에지 링 (708) 은 컴포넌트 (600) 의 경질 양극 산화된 알루미늄 도금 (616/624) 의 부식 방지 특성들로부터 상당한 이점을 갖는다. 일 예에서, 플라즈마는 상단 에지 링 (724) 과 외측 에지 링 (712) 및 커버 에지 링 (720) 사이를 이동식 에지 링 (708) 의 외측 표면 및 정적 에지 링 (716) 의 내측 표면으로 통과할 수도 있다. 통과되는 플라즈마의 양은 상단 에지 링 (724) 의 위치에 종속된다. 이에 더하여, 도 8에 도시된 위치에서, 상단 에지 링 (724) 은 플라즈마가 이동식 에지 링 (708) 의 내측 표면으로 상단 에지 링 (724) 과 중간 내측 에지 링 (728) 사이를 통과하는 것을 방지할 수도 있다. 이동식 에지 링 (708) 이 상단 에지 링 (724) 을 상승시킬 때, 플라즈마로 하여금 이동식 에지 링 (708) 의 내측 표면에 도달하게 하는 갭이 상단 에지 링 (724) 과 중간 내측 에지 링 (728) 사이에 만들어진다.
일 실시 예에서, 이동식 에지 링 (708) 의 전체 외측 표면이 컴포넌트 (600) 에 제공될 때 양극 산화된 알루미늄 도금 (616/624) 을 포함하도록 프로세싱될 수도 있다. 그러나, 컴포넌트의 외부 표면의 일부만이 프로세싱될 필요가 있다는 것이 인식된다. 예를 들어, 이동식 에지 링 (708) 의 외측 또는 외부 방사상 표면은 플라즈마 대면 표면 (예를 들어, 내측 방사상 표면 (608)-도 6b 참조) 만이 양극 산화된 알루미늄 도금 (616/624) 을 포함하도록, (예를 들어, 마스크 또는 유사한 프로세스를 사용하여) 알루미늄 도금 및/또는 양극 산화로부터 제외될 수도 있다. 이러한 부분 코팅 프로세스는 코팅되지 않은 부분들을 마스킹할 것을 필요로 할 수도 있다. 플라즈마 대면 표면은 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마에 노출되거나 고온 및 저압에서 반응성 할로겐 종에 노출되는 표면이다. 반응성 할로겐 종은 리모트 플라즈마 또는 열적으로 반응성인 불소로부터 형성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이동식 에지 링 (708) 상의 지점들은 전기 도금 프로세스 동안 전극들과 연결하도록 사용될 수도 있기 때문에 코팅되지 않는다.
게다가, 이동식 에지 링 (708) 은 정적 에지 링 (716) 과 함께, 에지 근방 웨이퍼 프로세싱 균일도를 개선하기 위해 챔버 프로세스 동안 보다 균일한 플라즈마를 달성하도록 ESC (704) 에 RF 전도 (교류 (alternating current)) 경로를 제공하고, 따라서 컴포넌트 (600) 기판 바디 (604) 의 전기 전도성 특성의 이익을 얻는다. 이에 따라, ESC 어셈블리 (700) 및 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (800) 의 다른 컴포넌트들 중에서, 정적 에지 링 (716) 및 상단 에지 링 (724) 은 도 5, 및 도 6a 내지 도 6e에 예시된 프로세스들을 사용하여 컴포넌트 (600) 의 알루미늄 전기 도금 및 양극 산화 층들 (616/624) 로 형성될 수도 있다.
다시 도 5에 개시된 프로세스를 참조하면, 컴포넌트 (600) 는 프로세스 웨이퍼 (866) 상의 반도체 제조를 용이하게 하도록 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용된다 (단계 (520)). 플라즈마 프로세싱은 에칭, 증착, 패시베이팅 (passivating), 또는 또 다른 플라즈마 프로세스 중 하나 이상의 프로세스들일 수도 있다. 플라즈마 프로세싱은 또한 비플라즈마 프로세싱과 조합하여 수행될 수도 있다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 8은 일 실시 예에서 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (800) 의 예를 개략적으로 예시한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (800) 은 내부에 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 를 갖는 플라즈마 반응기 (802) 를 포함한다. 전력 매칭 네트워크 (808) 에 의해 튜닝된 플라즈마 전력 공급부 (806) 는 유도 결합 (inductively coupled) 전력을 제공함으로써 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 내에 플라즈마 (814) 를 생성하도록 유전체 유도 전력 윈도우 (dielectric inductive power window) (812) 근방에 위치된 TCP (transformer coupled plasma) 코일 (810) 에 전력을 공급한다. 피나클 (872) 이 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 의 챔버 벽 (876) 으로부터 유전체 유도 전력 윈도우 (812) 로 연장하여, 피나클 링을 형성한다. 피나클 (872) 은 챔버 벽 (876) 및 유전체 유도 전력 윈도우 (812) 에 대해 기울어진다 (angle). 예를 들어, 피나클 (872) 과 챔버 벽 (876) 사이의 내부 각도 및 피나클 (872) 과 유전체 유도 전력 윈도우 (812) 사이의 내부 각도는 각각 90 °보다 보다 크고 180 °보다 보다 작을 수도 있다. 피나클 (872) 은 도시된 바와 같이 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 의 상단 근방에 기울어진 링을 제공한다. TCP 코일 (상부 전력 소스) (810) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 내에서 균일한 확산 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, TCP 코일 (810) 은 플라즈마 (814) 에서 토로이달 (toroidal) 전력 분포를 생성하도록 구성될 수도 있다. 유전체 유도 전력 윈도우 (812) 는 에너지로 하여금 TCP 코일 (810) 로부터 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 로 통과하게 하면서 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 로부터 TCP 코일 (810) 을 분리하도록 제공된다. 바이어스 매칭 네트워크 (818) 에 의해 튜닝된 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (816) 는 프로세스 웨이퍼 (866) 가 ESC 어셈블리 (700) 상에 배치될 때 바이어스 전압을 설정하도록 ESC 어셈블리 (700) 에 전력을 제공한다. 제어기 (824) 는 플라즈마 전력 공급부 (806) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (816) 를 제어한다.
플라즈마 전력 공급부 (806) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (816) 는, 예를 들어, 13.56 ㎒, 27 ㎒, 2 ㎒, 60 ㎒, 400 ㎑, 2.54 ㎓, 또는 이들의 조합과 같은 특정한 무선 주파수들로 동작하도록 구성될 수도 있다. 플라즈마 전력 공급부 (806) 및 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (816) 는 목표된 프로세스 성능을 달성하기 위한 전력들의 범위를 공급하도록 적절하게 사이징될 수도 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 플라즈마 전력 공급부 (806) 는 50 내지 5000 W의 범위의 전력을 공급할 수도 있고, 웨이퍼 바이어스 전압 전력 공급부 (816) 는 20 내지 3000 V의 범위의 바이어스 전압을 공급할 수도 있다. 이에 더하여, TCP 코일 (810) 및/또는 ESC 어셈블리 (700) 는 2 개 이상의 서브-코일들 또는 서브-전극들로 구성될 수도 있다. 서브-코일들 또는 서브-전극들은 단일 전력 공급부에 의해 전력 공급되거나 복수의 전력 공급부들에 의해 전력 공급될 수도 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (800) 은 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (830) 을 더 포함한다. 가스 소스 (830) 는 가스 주입기 (840) 와 같은 가스 유입구를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 와 유체로 연결된다 (fluid connection). 가스 주입기 (840) 는 가스로 하여금 가스 주입기 (840) 를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 내로 통과하게 하는 적어도 하나의 보어 홀 (borehole) (841) 을 갖는다. 가스 주입기 (840) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 내의 임의의 유리한 위치에 위치될 수도 있고 가스를 주입하기 위한 임의의 형태를 취할 수도 있다. 그러나, 바람직하게, 가스 유입구는 "튜닝 가능한" 가스 주입 프로파일을 생성하도록 구성될 수도 있다. 튜닝 가능한 가스 주입 프로파일은 플라즈마 프로세스 챔버 (804) 내의 복수의 존들로 가스들의 각각의 플로우의 독립적인 조정을 허용한다. 보다 바람직하게, 가스 주입기는 유전체 유도 전력 윈도우 (812) 에 장착된다. 가스 주입기는 전력 윈도우 상에 장착되거나, 전력 윈도우 내에 장착되거나, 전력 윈도우의 부분을 형성할 수도 있다. 프로세스 가스들 및 부산물들은 압력 제어 밸브 (842) 및 펌프 (844) 를 통해 플라즈마 프로세스 챔버 (804) 로부터 제거된다. 압력 제어 밸브 (842) 및 펌프 (844) 는 또한 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 내에서 특정한 압력을 유지하도록 기능한다. 압력 제어 밸브 (842) 는 프로세싱 동안 1 Torr 미만의 압력을 유지할 수 있다. 하나 이상의 에지 링들이 ESC 어셈블리 (700) 의 상단 부분 둘레에 배치될 수도 있다. 가스 소스/가스 공급 메커니즘 (830) 은 제어기 (424) 에 의해 제어된다. CA, Fremont 소재의 Lam Research Corp.®의 Kiyo®, Strata®, 또는 Vector®가 실시 예를 실시하도록 사용될 수도 있다.
프로세스 웨이퍼 (866) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (404) 내에, 특히 도 3에 도시된 바와 같이, ESC 어셈블리 (700) 상에 또는 ESC 어셈블리 (700) 내에 배치된다. 플라즈마 프로세스가 프로세스 웨이퍼 (866) 에 적용된다 (예를 들어, 도 1의 단계 (120)). 이 예에서, 프로세스 웨이퍼 (866) 의 플라즈마 프로세싱은, 예컨대 스택에 텅스텐 함유 층을 에칭하기 위해, 프로세스 웨이퍼 (866) 상의 스택의 일부의 에칭을 제공하도록 사용된다. 이 실시 예에서, 플라즈마 프로세스는 550 ℃ 이상의 온도까지 가열된다. 이에 더하여, 플라즈마 프로세스는 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 의 내부 상에 잔류물을 증착한다. 프로세스 웨이퍼 (866) 의 플라즈마 프로세싱 후, 프로세스 웨이퍼 (866) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 로부터 제거된다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 는 증착된 잔류물을 제거하기 위해 세정된다. 이 실시 예에서, 리모트 (remote) 불소 (fluorine) 플라즈마로부터의 반응성 불소가 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 의 내부를 세정하도록 사용된다. 1 milliTorr (mTorr) 내지 10 Torr 범위의 압력이 제공된다. ESC 어셈블리 (700) 는 충분히 냉각되지 않고 500 ℃ 이상의 온도로 남아 있다. 세정이 완료된 후, 새로운 프로세스 웨이퍼 (866) 가 새로운 사이클을 시작하도록 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 내에 배치될 수도 있다. 또 다른 예에서, 플라즈마 프로세싱은 탄소 층, 폴리실리콘 층, 또는 옥사이드/나이트라이드 (nitride) 층을 포함하는 에칭을 제공하도록 사용된다. 이러한 예에서, 웨이퍼 온도는 0 ℃ 내지 150 ℃ 범위로 제어되고 챔버는 웨이퍼 프로세싱 후에 인-시츄 (in-situ) O2 및 NF3 플라즈마에 의해 세정된다.
다양한 실시 예들에서, 컴포넌트 (600) 의 알루미늄 전기 도금 및 양극 산화 층들 (616/624) 및 피처들은 한정 (confinement) 링들, 에지 링들, 정전 척, 접지 링들, 챔버 라이너들, 도어 라이너들, 피나클, 샤워헤드, 유전체 전력 윈도우, 가스 주입기들, 에지 링들, 세라믹 이송 암들 (arms), 또는 다른 컴포넌트들과 같은 플라즈마 프로세싱 챔버 (804) 의 다양한 부품에서 구현될 수도 있다. 예를 들어, 알루미늄 전기 도금 및 양극 산화 층은 상단 에지 링 (724) 상에 형성될 수도 있다. 컴포넌트 (600) 및 ESC 어셈블리 (700) 가 플라즈마 프로세싱 챔버 시스템 (800) 을 위한 ICP (inductively coupled plasma) 반응기에서 사용하는 것을 참조하여 도 8의 실시 예에 도시되지만, 다른 컴포넌트들 및/또는 타입들의 플라즈마 프로세싱 챔버들이 사용될 수도 있다는 것이 인식된다. 컴포넌트 (600) 가 사용될 수도 있는 다른 타입들의 플라즈마 프로세싱 챔버들의 예들은 CCP (capacitively coupled plasma) 프로세싱 챔버들, 베벨 플라즈마 프로세싱 챔버들, 및 유사한 프로세싱 챔버들일 수도 있다. 또 다른 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버는 유전체 프로세싱 챔버 또는 도체 프로세싱 챔버일 수도 있다. 이러한 플라즈마 프로세싱 챔버의 예는 CA, Fremont 소재의 Lam Research Corporation®에 의해 제작된 Exelan Flex® 에칭 시스템이다.
금속 합금들과 달리, 양극 산화된 실질적으로 순수 알루미늄 (적어도 99 질량％ 순수 알루미늄) 은 오염의 본질적인 (inherent) 위험을 감소시킨다. 실질적으로 순수 알루미늄은 알루미늄 옥사이드 층 (614) 의 후속하는 양극 산화로 하여금 결함들 및 보이드들 (voids) 이 없게 (free) 한다. 고순도 알루미늄 재료는 또한 기판들로부터 또는 양극 산화된 층에서 상당히 감소된 플라즈마 에칭 챔버 오염의 부가된 이점을 제공한다. 이 우수한 구조는 금속 매트릭스 합성물들 상의 독립형 (standalone) 표준 산 (standard acid) 양극 산화와 비교하여 부식 성능, 유전체 성능, 및 마모 성능의 개선들을 가져온다.
본 개시가 몇몇 바람직한 실시 예들의 관점에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는, 변경들 (alterations), 치환들 (permutations), 수정들 (modifications), 및 다양한 대용 등가물들이 있다. 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 또한 주의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 목적 및 범위 내에 속하는 모든 이러한 변경들, 치환들, 및 다양한 대용 등가물들을 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (24)

  1. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    10.0x10-6/K 미만의 열 팽창 계수 (coefficient of thermal expansion) 를 갖는 전도성 재료로 컴포넌트 바디를 형성하는 단계; 및
    상기 컴포넌트 바디 상에 금속 옥사이드 코팅을 증착하는 단계를 포함하는, 컴포넌트 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 옥사이드 코팅을 증착하는 단계는 상기 금속 옥사이드 코팅으로 상기 컴포넌트 바디를 캡슐화하는 (encapsulating) 단계를 포함하는, 컴포넌트 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 옥사이드 코팅을 증착하는 단계는,
    알루미늄 배리어 층을 증착하는 단계; 및
    알루미늄 옥사이드 코팅을 형성하도록 상기 알루미늄 배리어 층을 양극 산화하는 (anodizing) 단계를 포함하는, 컴포넌트 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배리어 층을 증착하는 단계는 전기 도금에 의한 것인, 컴포넌트 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디는 전기 전도성 (electrically conductive) 반도체, 몰리브덴 또는 티타늄 바디를 포함하고, 그리고 상기 금속 옥사이드 코팅을 증착하는 단계는,
    상기 컴포넌트 바디의 표면 위에 알루미늄 층을 도금하는 단계로서, 상기 알루미늄 층은 두께를 갖는, 상기 알루미늄 층을 도금하는 단계; 및
    양극 산화된 층을 형성하도록 알루미늄 층의 두께의 일부를 양극 산화하는 단계를 포함하고;
    상기 알루미늄 층의 상기 두께의 일부는 상기 양극 산화된 층과 상기 컴포넌트 바디 사이에 배리어를 형성하도록 양극 산화되지 않는, 컴포넌트 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 층을 도금하는 단계는 약 20 ㎛ 내지 150 ㎛ 두께인 알루미늄 층을 형성하는, 컴포넌트 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 층을 도금하는 단계는 약 25 ㎛ 내지 50 ㎛ 두께인 알루미늄 층을 형성하는, 컴포넌트 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 양극 산화된 층은 약 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖고, 양극 산화되지 않은 상기 알루미늄 층의 일부는 약 7 ㎛ 내지 113 ㎛의 두께를 갖는 알루미늄 층을 형성하는, 컴포넌트 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 층의 상기 두께의 일부를 양극 산화하는 단계는 상기 양극 산화된 층을 워터 시일링 (sealing) 없이 형성하도록 상기 알루미늄 층을 0 ℃ 내지 3 ℃의 온도 및 60V 이상의 전압에서 황산 욕을 겪게 하는 것 (subjecting) 을 포함하는, 컴포넌트 제조 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 층은 어떠한 옥사이드 층도 개재하지 (intervening) 않고 상기 컴포넌트 바디에 바로 인접하게 배치되는, 컴포넌트 제조 방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배리어 층은 적어도 99 질량％ 순수 알루미늄인, 컴포넌트 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 재료는 실리콘, 실리콘 카바이드, 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는, 컴포넌트 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 재료는 5.0x10-6/K 미만의 열 팽창 계수를 갖는, 컴포넌트 제조 방법.
  14. 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트에 있어서,
    10.0x10-6/K 미만의 열 팽창 계수를 갖는 전도성 재료로 이루어진 컴포넌트 바디; 및
    상기 컴포넌트 바디의 표면 위에 배치된 금속 옥사이드 층을 포함하는, 컴포넌트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전도성 재료는 전기 전도성 반도체, 몰리브덴 또는 티타늄을 포함하는, 컴포넌트.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 전도성 재료는 실리콘, 실리콘 카바이드, 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는, 컴포넌트.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 전도성 재료는 5.0x10-6/K 미만의 열 팽창 계수를 갖는, 컴포넌트.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디와 상기 금속 옥사이드 층을 형성하는 알루미늄 옥사이드 층 사이에 알루미늄 배리어 층을 더 포함하는, 컴포넌트.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배리어 층은 약 20 ㎛ 내지 150 ㎛의 두께를 갖는, 컴포넌트.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 알루미늄 옥사이드 층은 약 5 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는, 컴포넌트.
  21. 제 20 항에 있어서,
    양극 산화되지 않은 상기 알루미늄 층의 일부는 약 7 ㎛ 내지 113 ㎛의 두께를 갖는 알루미늄 층을 형성하는, 컴포넌트.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배리어 층은 적어도 99.9 질량％ 순수인, 컴포넌트.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 전극, 샤워헤드, 에지 링, 또는 고 플로우 라이너 중 적어도 하나인, 컴포넌트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 정전 척 둘레에 에지 링을 형성하고, 상기 정전 척은 프로세싱을 위해 웨이퍼를 지지하는, 컴포넌트.
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