KR101930241B1

KR101930241B1 - 플라즈마 소스 디바이스 및 방법들

Info

Publication number: KR101930241B1
Application number: KR1020177016728A
Authority: KR
Inventors: 스코트 폴락; 다니엘 카터; 카렌 피터슨; 랜디 그릴리; 마이크 손튼; 다니엘 제이 호프먼
Original assignee: 어드밴스드 에너지 인더스트리즈 인코포레이티드
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2018-12-18
Also published as: KR20170104997A; US20160268104A1; WO2016149050A1; KR20180134432A; US10224186B2; KR102024503B1

Abstract

본 개시물은 원격 플라즈마 소스, 가스 입력 매니폴드, 및 관련된 제조 및 이용 방법들을 설명한다. 일부 예들에서, 원격 플라즈마 소스에는 플라즈마 챔버, 가스 입력 매니폴드, 및 출력 영역이 제공된다. 원격 플라즈마 소스는 또한 가스를 상기 플라즈마 챔버로 도입하는 수단을 가지며, 상기 도입하는 수단은 상기 원격 플라즈마 소스를 통과하는 종방향 축에 대해, 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된다.

Description

플라즈마 소스 디바이스 및 방법들{PLASMA SOURCE DEVICE AND METHODS}

우선권

본 출원은 "Plasma Source Device and Methods" 란 발명의 명칭으로 2015년 3월 13일에 출원되어 본 양수인에게 양도되고 그리고 본원에 명시적으로 참고로 포함되는, 미국 특허출원 번호 제 62/133,164호의 이익을 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 일반적으로 플라즈마 프로세싱에 관한 것이다. 특히, 그러나 비한정적으로, 본 발명은 플라즈마 소스 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.

플라즈마 소스는 외부로부터 인가된 전기/전자기장에 의해, 공급 가스 또는 가스들을 준-중성, 비-열적 플라즈마로 변환하는 디바이스이다. 가스를 플라즈마로 변환하는 프로세스에서, 가스 입자들은 여기되거나, 이온화되거나, 및/또는 해리될 수 있다. 이들 전술한 변환 프로세스들 모두는, 압력, 밀도, 및 체류 시간 (인가된 전기장에서 소비된 시간) 에 민감하다. 반도체 및 임의의 박막 애플리케이션은 향상된 플라즈마 소스 디바이스들 및 방법들로부터 이점을 취할 수도 있다.

본원에서 개시된 실시형태들은 본원에서 설명되는 예들 또는 실시형태들 중 임의의 것에 따라서 플라즈마 소스 디바이스 또는 방법을 제공함으로써 위에서 언급된 요구들을 해결한다. 그러나, 본 발명을 본 발명의 요약에서 또는 상세한 설명에서 설명된 형태들에 한정하려는 어떤 의도도 없는 것으로 이해되어야 한다. 당업자는 청구항들에서 표현된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 매우 많은 변형예들, 등가물들 및 대안적인 구성들이 존재한다는 것을 알 수 있다.

일 예에서, 원격 플라즈마 소스가 제공된다. 원격 플라즈마 소스는 통과하는 가스를 플라즈마로 변환하도록 구성된다. 원격 플라즈마 소스는 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저를 갖는다. 인클로저는 가스가 플라즈마로 변환될 때 외부 분위기로부터 가스를 분리하도록 구성되며, 플라즈마 챔버로부터 플라즈마의 구성성분들을 전달하도록 구성된 출력 통로를 포함한다. 원격 플라즈마 소스는 인클로저에 커플링되어 플라즈마 챔버로 가스를 도입하도록 구성된 가스 입력 매니폴드를 갖는다. 종방향 축은 가스 입력 매니폴드를 통해서, 그리고 플라즈마 챔버를 통해서 연장한다. 가스 입력 매니폴드는 매니폴드 본체에서의 가스 엔트리 포트, 가스 챔버, 및 복수의 채널들을 포함한다. 가스 엔트리 포트는 가스 공급기구에 커플링되어 가스를 가스 챔버에 도입하도록 구성된다. 복수의 채널들은 가스를 가스 챔버 하향스트림으로부터 플라즈마 챔버로 안내하고, 가스가 복수의 채널들을 통과할 때 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된다.

다른 예에서, 플라즈마 챔버, 가스 입력 매니폴드, 출력 영역, 및 가스를 플라즈마 챔버로 도입하는 수단을 가지는 원격 플라즈마 소스가 제공된다. 가스를 도입하는 수단은 원격 플라즈마 소스를 통과하는 종방향 축에 대해, 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된다.

다른 예에서, 원격 플라즈마 소스가 제공된다. 원격 플라즈마 소스 (RPS) 는 프로세스 가스를 수용하기 위한 가스 입력 섹션, 및 프로세스 가스를 플라즈마로 변환하기 위한, 가스 입력 섹션의 플라즈마 영역 하향스트림을 갖는다. RPS 는 플라즈마 영역에 의해 형성된 플라즈마의 구성성분들을 방출하기 위한 플라즈마 영역의 출력 섹션 하향스트림, 및 인클로저 및 인클로저의 매니폴드 본체 업스트림을 포함하는 하우징을 갖는다. 매니폴드 본체는 프로세스 가스를 수용하기 위한 가스 엔트리 포트를 갖는다. RPS 는 종방향 축을 따르는 길이를 갖고 가스 입력 섹션으로부터 플라즈마 영역 측으로 연장하는 원통형 내측 전극을 갖는다. RPS 는 내측 전극을 수용하기 위한 원통형 리세스 및 원통형 외부 표면의 플랜지된 영역 업스트림을 가지는 외부 프로파일을 가지는 전극 절연체, 및 내측 전극의 외부 표면과 인클로저 절연체의 내측 표면 사이에 플라즈마 챔버를 형성하기 위해 내측 전극의 원통형 외부 표면 둘레에 배치된 인클로저 절연체를 갖는다. 인클로저 절연체는 전극 절연체의 플랜지된 영역에 대해 위치된 플랜지된 영역을 더 갖는다. 전극 절연체의 플랜지된 영역 또는 인클로저 절연체의 플랜지된 영역 중 적어도 하나는 내부에 복수의 그루브들을 포함하며, 이에 의해 복수의 채널들이 전극 절연체의 플랜지된 영역과 인클로저 절연체의 플랜지된 영역 사이에 형성된다. 매니폴드 본체의 부분은 전극 절연체 및 인클로저 절연체의 플랜지된 영역들 둘레에 배치되며, 이에 의해 매니폴드 본체, 전극 절연체, 및 인클로저 절연체 사이에 가스 챔버가 형성된다. 복수의 가스 채널들은 가스 챔버 및 플라즈마 챔버와 유체 연통한다. 복수의 채널들은 종방향 축에 대해 반경방향으로 및 종방향으로 연장한다. 복수의 채널들은 가스가 플라즈마 챔버 측으로 공급될 때, 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된다.

여러 목적들 및 이점들 및 본 발명의 더욱 완전한 이해가 자명하며, 첨부 도면들과 함께 이용될 때 다음 상세한 설명 및 첨부된 청구항들을 참조함으로써, 좀더 용이하게 이해된다.
도 1 은 예시적인 원격 플라즈마 소스의 사시도이다.
도 2 는 도 1 에서의 원격 플라즈마 소스의 분해 사시도이다.
도 3 은 도 1 에서의 원격 플라즈마 소스의 일부 구성요소들의 부분적으로 투명한 사시도이다.
도 3a 는 도 1 에서의 원격 플라즈마 소스의 측면 단면도이다.
도 3b 는 도 3 에 예시된 일부 피쳐들의 상세도이다.
도 4 는 예시적인 플라즈마 소스의 일부 피쳐들의 평면 단면도이다.
도 5 는 예시적인 플라즈마 소스의 일부 피쳐들의 사시 단면도이다.
도 6a 는 예시적인 원격 플라즈마 소스의 일부 유체 특성들을 예시하는 흐름 모델이다.
도 6b 는 예시적인 플라즈마 챔버 엔트리 (entry) 의 상세한 단면도이다.
도 6c 는 다른 예시적인 플라즈마 챔버 엔트리의 상세한 단면도이다.
도 7 은 예시적인 채널 및 플라즈마 챔버 엔트리의 사시 단면도이다.
도 8 은 예시적인 방법의 플로우차트이다.
도 9 는 다른 예시적인 방법의 플로우차트이다.

단어 "예시적인" 은 "일 예, 사례, 또는 예시로서 기능하는 것" 을 의미하도록 본원에서 사용된다. 본원에서 "예시적인" 으로 설명하는 임의의 실시형태는 다른 실시형태들에 보다 바람직하거나 또는 유리한 것으로 반드시 해석되지는 않는다.

본원에서의 여러 실시형태들의 세부 사항들을 설명하기 전에, 먼저, 그 설계를 넘어서 전반적인 문제들 및 목적들을 고려하는 것이 유익하다. 본 개시물의 배경에서 앞에서 설명된 바와 같이, 플라즈마 소스는 외부 인가 전기/전자기장에 의해, 공급 가스 또는 가스들을 준-중성, 비-열적 플라즈마로 변환하는 디바이스이다. 플라즈마 소스는 종종 반도체 제조 또는 다른 박막 애플리케이션들에서 사용된다. 일반적으로, 공급 가스 (또는, 가스들) 는 원통형 챔버와 같은 챔버에 공급되어, 플라즈마로 변환된다. 가스를 플라즈마로 변환하는 것은 가스의 일부 부분을 전자들과 가스 입자들 사이의 비탄성 충돌들을 통해서 이온화함으로써 달성될 수도 있다. 게다가, 플라즈마 내에서, 입자들 사이의 다른 충돌들은 성질에서 분자이면 여기 또는 해리를 초래할 수도 있다.

이들 전술한 변환 프로세스들의 모두는 별개의 가스 입자들의 압력, 밀도, 및 체류 시간 (인가된 전기장에서 소비된 시간) 을 포함한, 다수의 변수들에 민감하다. 더욱이, 주어진 챔버 내에서, 챔버에서의 별개의 지점들에서의 별개의 입자들의 압력, 밀도, 및 속도의 변화들은 플라즈마 자체에서의 변화들을 초래한다. 요컨대, 플라즈마는 유체 거동에 민감하다. 본원에서 개시된 일부 실시형태들은 현재 이용가능한 것보다 더 균일한 플라즈마를 제공하는 플라즈마 소스를 제공한다.

본원에서 개시된 일부 실시형태들은 현재-이용가능한 디바이스들에 비해 입자들 상에 좀더 일관된 체류 시간을 부여하고 진입 가스 밀도 및 모멘텀의 증가된 확산을 증진하는 방법으로 챔버에 공급되는 가스 소스를 가지는 플라즈마 챔버를 제공한다.

일부 실시형태들에서, 가스가 챔버를 통과해서 이동하고 플라즈마로 변화될 때 가스의 스크롤링 (scrolling) 또는 소용돌이 패턴을 생성하는 원격 플라즈마 소스가 제공된다. 일부 실시형태들에서, 가스를 구성하는 입자들의 더 균일한 압력 및/또는 밀도 및/또는 속도를 부여하기 위해, 별개의 오리피스들 또는 채널들을 통해서 가스를 분배하는, 가스 입력 매니폴드가 제공된다.

다음으로 도 1 을 참조하면, 도 1 은 예시적인 원격 플라즈마 소스 (100) 의 일반적인 사시도를 예시한다. 원격 플라즈마 소스 (100) 는 가스 입력 매니폴드 (102), 가스, 가스 입력 섹션 (102) 을 통과하여 플라즈마 영역 (107) 으로 연장하는 전극 (104) 을 가질 수도 있으며, 플라즈마 영역 (107) 은 알루미늄일 수도 있는 인클로저 (108) 또는 접지면 (ground plane) 에 의해 한정된 플라즈마 챔버 (106) 를 가질 수도 있다. 당업자들은 원격 플라즈마 소스 (100) 의 모든 엘리먼트들이 도 1 에 예시되지는 않으며; 예를 들어, 냉각 코일이 예시되지 않으며, 가스 또는 플라즈마 출력 섹션 (110) 이 참조의 용이성을 위해 단순화된다는 것을 용이하게 알 수 있을 것이다. 참조의 용이를 위해, 도 1 에 예시된 실시형태에서, 유체는 도면의 좌측에서의 업스트림 영역으로부터 도면의 우측에서의 하향스트림 영역 측으로 일반적으로 이동하는 것으로 이해되어야 한다.

가스 입력 매니폴드 (102) 는 그 내부에 구성된 가스 엔트리 포트 (112) 를 가질 수도 있다. 가스 엔트리 포트 (112) 는 당업자들에게 알려져 있는 방법들에 따라서 가스를 시스템 (100) 으로 도입하도록 구성될 수도 있다. 가스 입력 매니폴드 (102) 는 또한, 예를 들어, 볼트체결 수단과 같은 패스터 인터페이스 (fastener interface) (118) 및 플랜지 (116) 와 같은, 인클로저 (108) 에의 부착을 위한 수단을 가진 매니폴드 본체 (114) 를 가질 수도 있다.

관련하여, 매니폴드 본체 (114) 는 전극 (104) 및 단부 캡 (120) 을 수용하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 가스 엔트리 포트 (112) 가 매니폴드 본체 (114) 에 제공되지만, 당업자들은 단부 캡 (120) 이 가스 엔트리 포트 (112) 를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 당업자들은 또한 복수의 가스 엔트리 포트들 (112) 이 가스를 시스템 (100) 으로 도입하기 위해 다수의 장소들에, 예컨대, 매니폴드 본체 (114) 의 대향하는 또는 상이한 측면들 (116A, 116B) 과 같은, 여러 측면들 상에, 제공될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

다음으로 원격 플라즈마 소스 (100) 의 분해 사시도를 예시하는 도 2 를 참조하면, 그의 추가적인 세부 사항들이 이하 설명된다. 일부 실시형태들에서, 하우징 (111) 은 인클로저 (108) 의 매니폴드 본체 (114) 업스트림을 포함한다. 인클로저 (108) 는 자신이 전극이거나 또는 전극을 포함할 수 있는 인클로저 (108) 를, 원격 플라즈마 소스 (100) 내부의 플라즈마로부터 절연하도록 형상화되거나 및/또는 구성된 인클로저 절연체 (122) 를 수용할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인클로저 절연체 (122) 는 인클로저 (108) 에 단단하게 수용되고 (seated) 그에 접하며, 그리고 실질적으로 원통형 내측 표면 (137) 또는 리세스를 갖는다. 당업자들은 시일 (124) 또는 다수의 시일들이 원격 플라즈마 소스 (100) 외부의 주변 분위기로부터 플라즈마 환경을 분리하기 위해 제공될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

계속해서 도 1 및 도 2 를 동시에 참조하면, 전극 절연체 (126) 는 전극 절연체 (126) 와 인클로저 절연체 (122) 사이의 공간 또는 플라즈마 챔버를 한정하기 위해 인클로저 절연체 (122) 에 수용되거나 또는 부분적으로 수용되도록 제공되고 구성될 수도 있다. 전극 절연체 (126) 는 또한 내측 전극 (104) 의 부분을 둘러싸도록 형성된 내측 리세스 (129) 를 가질 수도 있으며, 내측 리세스 (129) 는 원통형일 수도 있거나 및/또는 내측 전극 (104) 에 대해 단단히 수용될 수도 있다. 전극 절연체의 일부는 인클로저 절연체 (122) 의 내직경 (136) 미만인 외직경 (138) 및 외부 표면 (139) 을 가지는 원통형일 수도 있다.

일 예에서, 절연체들 (122, 126) 이 실질적으로 원통형이면, 인클로저 절연체 (122) 의 내직경 (136) 은 그들 사이에 간극을 제공하기 위해서 전극 절연체 (126) 의 외직경 (138) 보다 클 수도 있다. 이 간극은 플라즈마 챔버 (140) 를 형성한다 (도 3a 참조). 원격 플라즈마 소스 (100) 의 개관을 완결하기 위해, 단부 캡 (120) 및 시일 (134) 이 매니폴드 본체 (114) 로 연장하여 통과하고 전극 절연체 (126) 로 연장하는 전극 (104) 자체의 조립 및 위치결정을 돕기 위해 제공될 수도 있다. 당업자들은 전극 (104) 의 노출 또는 근위 단 (106A) 이 매치 회로 (미예시) 에의 부착을 위해 구성될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

도 2, 도 3, 3a 및 도 3b 를 동시에 참조하면, 전극 절연체 (126) 는 인클로저 절연체 (122) 에서의 전체적으로 플랜지된 영역 (130) 과 접하거나 또는 그에 대해서 수용하도록 구성된 전체적으로 플랜지된 영역 (128) 을 가질 수도 있다. 절연체들 (122, 126) 과 매니폴드 본체 (114) 가 함께 조립될 때, 이들 구성요소들에서의 개별 표면들은 가스 챔버 (142) 를 형성한다. 이 가스 챔버 (142) 는 플라즈마 챔버 (140) 로의 가스의 방위각으로 균일한 배포를 증진하기 위해, 하나 이상의 가스 엔트리 포트들 (112) 에서 가스 챔버 (142) 에 수용된 가스가 감소된 속도로 감속하여 가스 챔버 (142) 주변에서 균일한, 유체 압력을 달성가능하게 되도록, 전극 (104) 및/또는 플라즈마 챔버 (140) 를 둘러쌀 수도 있다.

특히 도 3a 및 도 3b 를 참조하면, 전극 절연체 (126) 또는 인클로저 절연체 (122) 중 일방 또는 양방은, 전극 절연체 (126) 와 인클로저 절연체 (122) 가 함께 조립될 때 그들 사이에 복수의 채널들 (132) 이 형성되도록, 내부에 형성된 복수의 그루브들 (133) 을 가질 수도 있다. 전극 절연체 (126), 인클로저 절연체 (122), 및 매니폴드 본체 (114) 가 인클로저 (108) 에 조립될 때, 가스가 복수의 채널들 (132) 을 통해서 절연체들 (122, 126) 사이의 플라즈마 챔버 (140) 로 공급될 수 있다.

예를 들어, 그리고 도 3b 에서 가장 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 채널들 (132) 중 하나 이상은 가스 챔버 (142) 와 유체 연통하는 업스트림 영역 (132a) 및 플라즈마 챔버 (140) 와 유체 연통하는 하향스트림 영역 (132b) 을 가질 수도 있다. 채널들 (132) 중 하나 이상은 도 2 에서 가장 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 접선방향 성분 (tangential component) 을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 채널들 (132) 중 하나 이상은 도 3b 에서 가장 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 종방향 성분을 가질 수도 있다. 예를 들어, 채널들 (132) 은 통과하는 가스의 속도에 종방향 성분을 제공하기 위해, 하향스트림 영역 (132b) 보다 더 좁은, 즉, 더 작은 단면적 기하학적 구조인 업스트림 영역 (132a) 을 가질 수도 있다. 이와 유사하게, 채널들 (132) 은 통과하는 가스의 속도에 접선방향 성분을 도입할 수도 있다. 그 결과, 채널들 (132) 은 본 개시물의 후속 섹션들에서 설명되는 방법으로, 통과하는 가스 상에 소용돌이 효과를 도입할 수도 있다.

앞에서 언급한 바와 같이, 원격 플라즈마 소스 (100) 의 근위의 또는 가스 입력 섹션 (102) 은 가스 도입을 제공하며, 그리고 하나 이상의 가스 엔트리 포트들 (112) 을 가질 수도 있다. 가스 챔버 (142) 및 채널들 (132) 은, 함께 고려할 경우, 통과하는 가스 상에 가스 확산 효과를 제공할 수도 있다.

함께 고려할 경우, 채널들 (132) 을 형성하는, 매니폴드 본체 (114), 전극 절연체 (126) 의 플랜지된 부분 (128), 및 인클로저 절연체 (122) 의 플랜지된 부분 (130) 은, 가스 혼합 및 플라즈마 챔버 (140) 로의 공급 가스의 도입을 제공할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 전극 절연체 (126) 는 매니폴드 본체 (114) 및/또는 인클로저 절연체 (122) 의 적어도 일부분과 통합될 수도 있으며, 세라믹 또는 임의의 적합한 재료일 수도 있다.

즉, 일반적으로, 원격 플라즈마 소스 (100) 의 근위의 영역은 가스 확산기 (144) 로서 참조 표시될 수도 있으며, 당업자들은 그 안의 구성요소들이 본원에서 설명되는 것과는 다른 방법들로 분리되거나 또는 통합될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

일부 실시형태들에서, 가스 확산기 (144) 및/또는 가스 매니폴드는 챔버 또는 인클로저 절연체 (122) 와 통합될 수도 있으며, 세라믹이거나 또는 임의의 적합한 재료로 이루어질 수도 있다. 예시된 바와 같이, 가스는 가스 엔트리 포트(들) (112) 로부터 매니폴드 본체 (114) 로, 채널들 (132) 을 통과해서, 그리고 플라즈마 챔버 (140) 로 흐른다. 플라즈마에 노출된 모든 표면들은 고밀도, 고순도 알루미나 세라믹 또는 다른 적합한 재료일 수도 있다.

계속해서 도 1 내지 도 3b 를 참조하면, 균일한 가스 도입 및 혼합이 챔버 라이너 (liner) 또는 인클로저 절연체 (122) 상으로 통합될 수도 있으며 또한 고밀도, 고순도 알루미나 세라믹 또는 다른 적합한 재료로 제조될 수도 있는 가스 확산기 (144) 에 의해 달성된다. 가스 확산기 (144) 는 가스 확산기 (144) 를 통과하여 챔버 (140) 로의 공급 가스(들) 의 밸런싱된 도입을 증진하기 위해서, 매니폴드 설계에 따라서, 하나 이상의 가스 엔트리 포트들 (112) 을 가질 수도 있다.

플라즈마의 밀도 및 균일성을 최대화하기 위해서는, 특히 전기장 내에서, 균질한 공급 가스 특성들을 갖는 것이 유익하다. 일부 실시형태들에서, 플라즈마 소스의 유전성 절연 벽들에 통합되는 신규한 공급 가스 배포 매니폴드가 제공된다. 가스 확산기 (144) 에서의 가스 챔버 (142) 는 선행 기술에서 알려져 있는 것보다 더 큰 저장 체적을 가질 수도 있으며, 업스트림 가스 챔버 (142) 로부터 플라즈마 소스 챔버 (140) 를 연결하는 작은 채널들 (132) 의 어레이를 추가로 가질 수도 있다. 이들 채널들 (132) 은 압력-강하 (drop) 조정된 질량 흐름 밸런싱을 통해서 플라즈마 챔버 (140) 내 가스의 방위각 대칭을 증진할 수도 있다.

계속해서 도 1 내지 도 3b 를 참조하면, 공급 채널들 (132) 은 속도의 반경방향, 접선방향, 및 축방향 성분을 규정하여 챔버에 진입하는 가스의 흐름 필드 (flow field) 를 적응시키기 위해서, 종방향 축 A 에 대해 가변 각도들로 설계될 수도 있다. 공급 가스 케미스트리 및 유량, 및 유체 압력에 의존하여, 일부 실시형태들은 가스의 증가된 또는 최대화된 접선방향 속도 및 감소된 또는 최소화된 축방향 및/또는 반경방향 속도를 제공할 수도 있다 즉, 접선방향 성분 대 축방향 성분 및/또는 반경방향 성분의 비가 증가되거나 또는 최대화될 수도 있다. 접선방향 속도 성분 대 축방향 속도 성분의 비를 증가시키는 것은 하향스트림 전기장을 통한 더 균일한 체류 시간 및 속도를 증진시키기 위해, 가스 모멘텀이 추가적인 업스트림으로, 즉, 확산기 (144) 또는 입력 섹션 (102) 에 더 가깝게, 확산가능하게 한다. 접선방향 속도 성분 대 반경방향 속도 성분의 비를 증가시키는 것은 내측 전극 절연체 (126) 에 도달하기 전에 가스 모멘텀의 추가적인 확산을 가능하게 함으로써, 절연체의 표면들 상에의 가스의 충돌 압력을 감소시킨다.

간략히 말하면, 확산기 (144), 매니폴드 본체 (114), 채널들 (132), 및/또는 입력 섹션 (102) 은 일반적으로 통과하는 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성될 수도 있다. 이 소용돌이 효과는 가스를 구성하는 입자들의 평균 체류 시간으로부터의 가스를 구성하는 각각의 입자의 체류 시간의 편차를 최소화하고, 그것은 또한 벌크 유체 밀도 및 전기장 내 가스 구성성분들의 부분 압력들 양쪽에서의 방위각 변화들을 감소시킨다. 당업자들은 플라즈마 챔버 내 압력 및 밀도의 변화들을 최소화하는 것이 플라즈마 챔버 (140) 내 핫 스팟들을 감소시키고, 결국, 절연체들 (122, 126) 및 원격 플라즈마 소스 (100) 에서의 다른 구성요소들의 보다 균일한 마모를 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그것은 또한, 가스 입자들에 대한 체류 시간에서의 변화를 감소시키는 것이 보다 일관되고, 최적화되고, 그리고 반복가능한 플라즈마를 초래하는 것으로 이해된다.

도 4 는 일부 실시형태들에 따른 원격 플라즈마 소스 (100) 의 평면 단면도를 예시하며, 일부 구성요소들이 제거된다. 좀더 구체적으로, 도 4 는 가스가 플라즈마 챔버 (440) 의 중심 측으로 그리고 전극 (404) 에 접하여 안내되도록 가스 채널들 (432) 이 각을 이룰 수 있는 방법을 예시한다. 예시된 바와 같이, 채널들 (432) 은 가스 챔버 (442) 및 플라즈마 챔버 (440) 와 유체 연통하며, 매니폴드 본체 (414) 에서의 2개의 가스 엔트리 포트들 (416) 은 프로세스 가스를 제공한다.

도 5 는 원격 플라즈마 소스의 일부 구성요소들, 좀더 구체적으로는, 매니폴드 본체 (514), 가스 엔트리 포트들 (512), 및 인클로저 절연체 (522) 의 사시 단면도이다. 도 5 는 연관된 전극 또는 전극 절연체를 예시하지 않는다; 그러나, 명료성을 위해, 경계 라인들 (590) 은 가스 흐름 (580) 이 시스템에서 안내되는 방법을 예시하기 위해 예시된다. 예를 들어, 가스 채널들 (532) 은 일반적으로 시스템의 종방향 축 A 에 대해 접선방향 성분 및 종방향 성분을 가질 수도 있다. 따라서, 가스 채널들 (532) 의 입구 각도는 소용돌이 효과를 증진하지만 인클로저 절연체 (522) 및 전극 절연체 (미예시됨, 경계들 (590) 참조) 의 벽들과의 강한 (hard) 각도 충돌들을 억제할 수도 있다. 결국, 입자 벽 충돌들이 감소되지만 여전히 가스 혼합물을 증진시키고 균일한 가스 흐름을 가능하게 한다.

도 6a 내지 도 6c 는 일부 실시형태들에 따른 원격 플라즈마 소스의 가스 흐름 동력학을 예시한다. 도 6a 에서, 예를 들어, (예컨대, 도 1 내지 도 3b 에 예시된 바와 같은 것들과 같은 2개의 가스 엔트리 포트들 (112) 에 의해 도입되는 것과 같은) 2개의 엔트리 영역들 (602) 로부터 시스템 또는 원격 플라즈마 소스 (100) 에서의 방출 존 (604) 을 통과하는 가스 흐름 속도 및 압력을 평가하기 위해 유체 모델링이 이용된다. 당업자들은, 가스 챔버 (442) 및 가스 채널들 (432) 이 가스 공급원료를 플라즈마 챔버 (440) 로 균일하게 도입하도록 적절히 치수화되면, 본원에서 앞에서 설명된 가스 엔트리 포트들 (112) 과 같은 단일 또는 복수의 포트들로부터 효과적인 가스 도입이 달성될 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 예시된 바와 같이, 일부 실시형태들은 진입 가스를 반경방향 흐름 통로로부터 축방향 흐름 통로로 의도적으로 안내하고 (예컨대, 종방향 속도를 부여하고), 혼합을 위해 방위각 스핀을 부여하고 (예컨대, 접선방향 속도를 부여하고), 더 균일한 챔버 체류 시간을 증진하는 가스 시스템을 가지며 그리고 점화 및 플라즈마 유지를 위한 향상된 압력 윈도우를 갖는, 원격 플라즈마 소스 (100) 와 같은, 향상된 동축 플라즈마 시스템을 제공할 수도 있다.

도 6a 에 예시된 바와 같이, 엔트리 영역들 (602) 에, 예컨대, 가스 엔트리 포트들 (112) 를 통해서 진입하는 가스는, 제 1 속도 (V1) 을 가지며, 상대적으로 높은 속도를 가질 수도 있다. 가스가 가스 챔버 (142) 에 진입할 때, 가스는 제 1 속도 (V1) 미만인 제 2 속도 (V2) 로 감속된다. 일부 실시형태들에서, 제 2 속도는 입구 속도 (V1) 에 비해 수 십배 이상 만큼 감소된다. 가스가 채널들 (132) (도 2 참조) 을 통과할 때, 가스는 제 2 속도 (V2) 보다 높은, 일부 실시형태들에서, 제 1 속도 (V1) 보다 높은, 제 3 속도 (V3) 로 가속된다. 일부 실시형태들에서, 이 제 3 속도 (V3) 는 플라즈마 챔버 압력이 대략 해수면 대기압에 있고 공급원료 가스가 공기이면, 소리의 속도, 또는 대략 초당 340 미터에 근접하지만 초과하지 않도록 설계된다. 가스가 플라즈마 챔버에 진입할 때, 가스는 팽창되어 제 3 속도 (V3) 미만인 제 4 속도 (V4) 로 감속하도록 허용된다.

일부 실시형태들에서, 제 1 속도 (V1) 은 대략 초당 60 미터 이하이다. 일부 실시형태들에서, 제 2 속도 (V2) 는 대략 초당 20 미터 이하이다. 일부 실시형태들에서, 제 3 속도 (V3) 은 대략 초당 230 미터 내지 대략 초당 340 미터이다. 일부 실시형태들에서, 제 4 속도 (V4) 는 대략 초당 35 미터 이하이다.

당업자들은, 최고 속도 (V3) 가 입구에서의 가스의 팽창으로 인해 채널들 (132) 과 플라즈마 챔버 (140) 사이의 입구에서 달성될 수도 있으며 따라서 정확히 제 3 속도 (V3) 가 일어날 수도 있는 장소에 관해서 일부 중첩이 있을 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 제 3 속도 (V3) 는 높은 가스 유량들에서, 채널들 (132) 을 통한 초크된-흐름 조건을 제공하고 따라서 챔버 (140) 로의 방위각 대칭 질량 흐름을 증진하기에, 충분하도록 설계되거나 또는 선택된다. 구체적으로 설명하면, 채널들 (132) 을 통한 초크된 흐름을 달성하도록 요구된 조건들보다, 가스 유량이 낮거나 및/또는 챔버 압력이 더 높을 때, 가스 챔버 (142) 의 단면 영역은 채널들 (132) 과 플라즈마 챔버 (140) 사이에 가스의 압력-조정된, 방위각-대칭 연통을 제공하기 위해, 채널들 (132) 의 전체 결합된 단면 영역에 대해, 적합하게 치수화된다. 간략히 말하면, 본원에서 개시된 장치들 또는 방법들의 일부 실시형태들은 업스트림 영역 또는 가스 입구 영역으로부터 플라즈마 챔버 (140) 로의 가스의 압력-조정된, 및/또는 방위각-대칭 도입을 제공하는 것을 포함할 수도 있으며; 일부 실시형태들에서, 압력-조정된, 및/또는 방위각-대칭 도입은 플라즈마 챔버 (140) 의 단면보다 몇 배 작은 단면적을 갖는 복수의 채널들 (132) 에 의해 가스의 흐름을 초크함으로써 달성될 수도 있다.

다음으로 도 6b 내지 도 6c 를 참조하면, 가스가 플라즈마 챔버 (140) 에 진입할 때 가스의 팽창, 따라서, 속도, 압력, 및 밀도를 제어하기 위해 여러 기하학적 구조들이 채용될 수도 있다. 도 6b 는 일반적으로 본원에서 설명되는 바와 같은 채널 (452) (예컨대, 채널들 (132), 매니폴드 본체 (114), 절연체들 (122, 126) 참조) 을 포함할 수도 있는, 고체 재료 (630) 에 의해 속박된 가스 또는 유체 (620) 를 예시한다. 일부 실시형태들에서, 고체 재료 (630) 는 플라즈마 챔버 (650) 에서 가스의 팽창을 안내하기 위해 둥근, 모따기된, 또는 경사진 (shelved) 계면 또는 플라즈마 챔버 엔트리 지점 (632) 을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 엔트리 지점 (632) 은 저압 애플리케이션들에서 매끄러운 팽창을 제공할 수도 있지만, 당업자들은 가스의 케미스트리 및 유량이 또한 팽창, 잠재적으로는, 플라즈마 챔버 엔트리 지점 (632) 의 특정의 형태에 영향을 미칠 것음을 알 수 있을 것이다.

유체 (620) 를 속박하는 고체 재료 (640) 를 또한 예시하는 도 6c 에 예시된 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 채널들 (662) (예컨대, 채널들 (132), 절연체들 (122, 126), 매니폴드 본체 (114)) 은 플라즈마 챔버 (670) 로의 더 가파른 엔트리 지점 (642) 을 제공하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 고체 재료 (640) 가 더 높은 압력 애플리케이션들을 갖는 시스템들에서 사용되면, 플라즈마 챔버 (140) 로의 상대적으로 가파른 엔트리 지점 (642) 이 가스의 팽창 및 혼합을 일으키는데 적합할 수도 있지만, 선택되는 특정의 기하학적 구조에 가스의 케미스트리 및 유량이 영향을 미칠 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 플라즈마 챔버 (140, 650, 670) 를 통과하는 입자들의 평균 체류 시간은 유량들, 챔버 체적, 및 가스 압력에 의해 결정되며, 약 60 밀리초, 즉, 유의한 라디칼들을 전자기장 및 1차 플라즈마 챔버 (140, 650, 670) 를 넘어서 다른 챔버 (미예시) 로 빠르게 이류하기에 충분히 짧지만, 예컨대, 플라즈마 챔버 (140) 의 전기장 내에서의 비탄성 전자 산란 충돌들을 통한, 이온화를 가능하게 하기에 충분히 긴 시간 기간일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 원격 플라즈마 소스는 용량성으로 커플링된 동축 설계이며, 동심의, 원통형 전극들은 플라즈마 챔버를 포함하는 반경방향 간극에 의해 분리되어 있다. 동축 시스템의 일부 실시형태들에서의 전기장은 지배적으로 반경방향이며, 500 V/cm 에 이를 수도 있다. 아킹 (arcing) 을 피하기 위해, 가까운-반경방향 공급 채널들의 치수들은 (증가된 속도, 또는 동적 압력을 통해서) 공급 채널들에서 충분히 높은 압력을 증진하도록, 공급 가스 및 전기장 특성들에 의존하여, 수정될 수도 있다. 고압은 튜브들 내 브레이크다운을 파센 (paschen) 곡선 위로 제한한다. 따라서, 플라즈마 브레이크다운 (breakdown) 이 챔버 엔트리 지점으로 제한된다. 출구 지점에서, 가스는 음속에 가까운, 아주 높은 속도이며, 뉴트럴들 (neutrals) 이 손상 또는 브레이크다운을 일으킬 임계 위치에 머무를 수 있는 시간을 제한한다. 높은 속도 지점에서, 심지어 플라즈마들은 전자 뉴트럴 충돌성 (대략 1 torr 압력에서 >MHz) 으로 인해 뉴트럴들과 함께 흐르는 경향이 있을 것이며- 이에 의해 멀티팩터 (multipactor) 와 같은 2차 브레이크다운 방법들이 확립되도록 허용하지 않는다. 따라서, 좁은 채널 플러스 2차 브레이크다운 없는 팽창 존의 조합은 세라믹에서의 비-브레이크다운이 광범위한 압력 범위를 가질 수 있게 한다.

이 배열에서의 제 2 병행 구속조건 (parallel constraint) 은 그것이 작은 컨덕턴스 튜브들을 빠져 나온 후에 가스를 혼합하는 것일 수도 있다. 물론, 저압 존으로의 직선 팽창은 약간의 혼합을 수행할 것이다. 그를 보충하기 위해, 방위각 스핀이 그 흐름에 부여되며, 챔버에서의 결과적인 방위각 스핀이 챔버 내에서 혼합을 일으킨다.

제 3 병행 구속조건은 흐름에 대해 방위각 균일성을 갖는 것일 수도 있다. 이것은 균일한 흐름을 위한 매니폴드 요건들에 대한 표준 오리피스에 의해 달성될 수도 있다.

본원에서 설명하는 실시형태들은 전통적인 플라즈마 소스들에서 이용가능한 것보다 더 넓은 범위의 가스 케미스트리 및 플라즈마 점화 및 동작 윈도우들을 제공할 수도 있다. 본원에서 설명하는 실시형태들은 또한 직접 프로세싱 (예컨대, 에칭, 퇴적) 과 같은, 기존 원격 플라즈마 소스 설계들에 비해 더 넓은 범위의 가능한 애플리케이션들을 제공할 수도 있다.

도 7 은 플라즈마 챔버 (740) 로의 예시적인 입구를 예시한다. 예를 들어, 전극 절연체 (726) 및 인클로저 절연체 (522) 로 형성된 채널 (732) 은 가스 챔버 (742) 및 플라즈마 챔버 (740) 와 유체 연통하고 있다. 일부 실시형태들에서, 채널 (732) 로의 입구 (744) 에 각도, 챔퍼, 곡률, 또는 오프셋 표면들 (746A, 746B) 이 제공될 수도 있으며, 따라서 유체 압력 손실들을 감소시키는, 채널 (732) 로의 확장되거나 또는 릴리브된 (relieved) 엔트리 포트 (746) 를 제공한다. 채널 (732) 자체의 영역 및 기하학적 구조는 또한 흐름을 증진하도록 치수화될 수도 있다. 예를 들어, 수축된 (constricted) 섹션 (750) 에서와 같은 삼각형 형태 (미예시) 가 채널 (732) 을 통한 입자들의 안내를 가능하게 할 수도 있으며, 영역 또는 수축된 섹션 (750) 이 시스템의 가스 흐름에 동조될 수도 있다. 당업자들은 삼각형 수축된 섹션 (750) 이 인클로저 절연체 (522) 또는 전극 절연체 (726) 에, 예컨대, 사전- 또는 사후-소성, 또는 당업자들에게 알려진 다른 수단 및 방법들에 의해 기계가공되거나 또는 형성될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

도 7 을 계속해서 참조하면, 일부 실시형태들에서, 재료가 가스 링 또는 가스 챔버 (742) 로부터 제거될 수도 있으며, 따라서 높은 열 팽창 및/또는 마찰의 영역을 제거할 수도 있다. 채널 (732) 의 일부 실시형태들은 절연체들 (522, 726) 을 구성하는 2개의 세라믹 부분들 사이에 감소된 콘택 패드 (748) 를 가질 수도 있으며, 따라서, 조인트들 (joints) 에서 오염 입자들을 감소시킬 수도 있다. 즉, 서로 접하는 절연체들 (522, 726) 의 부분들이 일부 실시형태들에서 최소화될 수 있다. 또, 콘택 패드 (748) 에 대한 가스 채널(들) (732, 132) 의 길이가 채널(들) (732, 132) 의 각진 로케이션 (angular location) 에 의해 향상될 수도 있다. 더 긴 채널 (732, 132) 은 플라즈마 아킹에 대한 향상된 지향성 흐름 및 저항을 가능하게 할 수도 있다. 전기장에 수직한 채널(들) (732, 132) 은 플라즈마 아킹에 저항하는 것을 도울 수도 있다. 종방향 발사 (longitudinal launch) 와 함께 소용돌이 효과를 도입하기 위해, 선호되는 흐름 존에 대해 소정 각도로 채널(들) (732, 132) 이 제공될 수도 있다.

도 7 을 계속해서 참조하면, 채널의 압착된 엔트리 또는 수축된 영역 (750) 은 채널 (732) 과 플라즈마 또는 플라즈마 챔버 (740) 사이에 높은 속도 (팬 (fan) 형태로 된) 경계를 생성하여, 아킹을 감소시킬 수도 있다. 폭을 언젠가 증가시키는 것은 제어된 팽창을 증진할 수도 있을 뿐만 아니라, 팽창을 유도할 수도 있다. 전기장에 대해 각진 기하학적 구조를 언젠가 변경하는 것은 아킹이 일어나는 데드 존들 (dead zones) 을 감소시킬 수도 있다. 릴리브 플라즈마 챔버 입구 (752) 일 수도 있는 입구 (752) 를, 엔트리 기하학적 구조에서의 도체들로부터 멀리 떨어진 플라즈마 챔버 (740) 에 배치하는 것은 또한 입자들이 반대 방향으로부터 진입할 기회를 감소시킬 (예컨대, 역류를 감소시킬) 수도 있다. 예시된 바와 같이, 플라즈마 챔버 (740) 로의 입구 (752) 는, 가파르지만 여전히 제어될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 원격 플라즈마 소스 (200) 는 도 8 내지 도 8c 에 도시된 바와 같이, 유도 커플링된 원통형 설계이다. 즉, 원격 플라즈마 소스 (200) 는 챔버 인클로저 (204) 또는 인클로저 절연체 (214) 로 이루어지는 가스 입력 매니폴드 (202); 및 주변 분위기로부터 플라즈마 챔버 (210) 를 밀봉하며 가스 입력 매니폴드 (202) 의 일부를 포함하는 플라즈마 챔버 (210) 상에 뚜껑 또는 캡 (208) 을 제공하는 업스트림 가스 입구 섹션 (206) 을 가질 수도 있다. 유도 커플링된 원격 플라즈마 소스 (200) 에서, 시변 전기 전류가 플라즈마 챔버 (210) 의 둘레에 또는 외부에 있는 코일 (212) 을 통해서 흐른다. 코일 (212) 에서의 전기 전류는 플라즈마 챔버 (210) 내부에 시변 자기장들을 유도하고, 이에 의해 전자들을 여기하여 공급원료 가스를 이온화한다. 일부 실시형태들에서, 외부 전기 코일 (212) 은 원통형이며, 원통형 챔버 인클로저 (204) 또는 인클로저 절연체 (214) 둘레를 감싼다. 일부 실시형태들에서, 전기 코일 (212) 은 평면이며, 챔버 인클로저 (204) 또는 가스 입력 섹션 (202) 의 편평한 페이스 상에 장착된다.

도 8b 에서 가장 명확하게 예시된 바와 같이, 유도 커플링된 원격 플라즈마 소스 (200) 는 실질적으로 도 1 내지 도 7 를 참조하여 본원에서 앞에서 설명된 바와 같이 복수의 채널들 (232) 및 가스 챔버 (234) 를 가질 수도 있다. 즉, 심지어 가스 챔버 (234) 가 중앙 전극 절연체와 인클로저 절연체 사이에 형성되지 않는 경우에도, 실질적으로 본원에서 앞에서 설명된 바와 같이 가스 (236) 에 소용돌이 효과가 부여될 수도 있다.

다음으로 도 9 를 참조하면, 가스를 원격 플라즈마 소스에 공급하는 방법 (900) 이 이하 자세히 설명된다. 방법 (900) 은 프로세스 가스를 매니폴드로 상대적으로 높은 속도와 같은 제 1 속도에서 도입하는 단계 (902); 제 1 속도 미만인 제 2 속도로 프로세스를 감속하는 단계 (904); 가스를 복수의 확산 채널들로 공급하여 가스의 속도를 제 3 속도로 증가시키는 단계 (906); 및 가스를 플라즈마 챔버로 도입하는 단계 (908) 를 포함한다.

가스를 제 1 속도에서 도입하는 단계 (902) 는 대략 초당 60 미터 이하의 속도를 갖는 가스를 도입하는 단계를 포함할 수도 있다. 가스를 제 2 속도까지 감소시키는 단계 (904) 는 가스를 초당 20 미터 이하, 또는 초당 10 미터 이하의 속도로 감속하는 단계를 포함할 수도 있다. 가스의 속도를 증가시키는 단계 (906) 는 가스의 속도를 제 3 속도로 증가시키는 단계를 포함할 수도 있다.

가스를 플라즈마 챔버로 도입하는 단계 (908) 는 약 초당 340 미터 이하의 속도에서 가스를 도입하여, 가스를 팽창가능하게 하고, 그리고 가스를 약 초당 35 미터 이하의 속도로 감속가능하게 하는 단계를 포함할 수도 있다. 본 방법은 도 1 내지 도 8c 를 참조하여 본원에서 앞에서 설명된 실시형태들 중 임의의 실시형태를 이용하여 달성될 수도 있다.

다음으로 도 10 을 참조하면, 원격 플라즈마 소스에 대한 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법 (1000) 이 이하 설명된다. 방법 (1000) 은 매니폴드 본체를 제공하는 단계 (1002), 전극 절연체 및 인클로저 또는 챔버 절연체를 제공하는 단계 (1004), 및 절연체들과 매니폴드 본체를 조립하는 단계 (1006) 를 포함한다.

매니폴드 본체를 제공하는 단계 (1002) 는 가스 공급기구에 커플링하도록 구성된 가스 엔트리 포트가 형성된 매니폴드 본체를 제공하는 단계를 포함하며, 매니폴드 본체는 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저에 커플링하도록 구성된다.

전극 절연체 및 챔버 절연체를 제공하는 단계 (1004) 는 전극을 둘러싸도록 형성된 전극 절연체를 제공하는 단계 및 전극 절연체의 부분을 둘러싸도록 형성된 챔버 절연체를 제공하는 단계를 포함하며, 전극 절연체 또는 챔버 절연체 중 적어도 하나는 내부에 복수의 리세스들을 갖는다.

조립하는 단계 (1006) 는 가스 챔버와 복수의 채널들 사이를 한정하기 위해 전극 절연체, 챔버 절연체, 및 매니폴드 본체를 조립하는 단계를 포함하며, 복수의 채널들은 가스를 가스 챔버의 하향스트림으로부터 안내하고 가스가 복수의 채널들을 통과할 때 가스 상에 종방향 속도 및 접선방향 속도를 부여하도록 형상화 및 위치되며, 이에 의해 가스 입력 매니폴드는 가스가 하향스트림으로 이동할 때 복수의 채널들을 나가는 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성된다.

방법 (1000) 은 도 1 내지 도 8c 를 참조하여 본원에서 앞에서 설명된 바와 같은 원격 플라즈마 소스 (100, 200) 또는 가스 입력 매니폴드 (102) 를 제조, 생산, 및 조립함으로써 달성될 수도 있다.

아래에 열거되는 바와 같이, 여러 본 발명의 실시형태들이 본원에서 개시된다.

실시형태 1: 통과하는 가스를 플라즈마로 변환하도록 구성된 원격 플라즈마 소스에 있어서, 원격 플라즈마 소스는, 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저로서, 인클로저는 가스가 플라즈마로 변환될 때 외부 분위기로부터 가스를 분리하도록 구성되며 플라즈마 챔버로부터의 플라즈마의 구성성분들을 전달하도록 구성된 출력 통로를 포함하는, 상기 인클로저; 및 인클로저에 커플링되며 가스를 플라즈마 챔버로 도입하도록 구성된 가스 입력 매니폴드를 포함하며; 종방향 축은 가스 입력 매니폴드를 통해서 그리고 플라즈마 챔버를 통해서 연장하며; 가스 입력 매니폴드는 매니폴드 본체에서의 가스 엔트리 포트, 가스 챔버, 및 복수의 채널들을 포함하며, 가스 엔트리 포트는 가스 공급기구에 커플링되며 가스를 가스 챔버로 도입하도록 구성되며, 복수의 채널들은 가스를 가스 챔버의 하향스트림으로부터 플라즈마 챔버로 안내하고 가스가 복수의 채널들을 통과할 때 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 2: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 복수의 채널들은 가스를 가스 챔버의 하향스트림으로부터 플라즈마 챔버로 안내하고 가스가 복수의 채널들을 통과할 때 가스 상에 접선방향 속도를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 3: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 가스 입력 매니폴드는 가스가 출력 영역 측으로 하향스트림으로 이동할 때 복수의 채널들을 나가는 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 4: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 플라즈마 챔버로 연장하며 매치 회로에 커플링하도록 구성된 전극을 더 포함하며; 가스 입력 매니폴드는 플라즈마 챔버로부터 전극을 절연하도록 구성된 전극 절연체 본체 및 플라즈마 챔버로부터 인클로저를 절연하도록 구성된 인클로저 절연체 본체를 포함하며, 인클로저 절연체 본체는 전극 절연체 본체에 접하도록 더 구성되며; 복수의 채널들은 전극 절연체 본체 또는 인클로저 절연체 본체 중 일방 또는 양방에 위치된 리세스들에 의해 한정된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 5: 실시형태 4 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 가스 챔버는 전극 절연체 본체, 인클로저 절연체 본체, 및 매니폴드 본체 상의 개별 표면들에 의해 한정된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 6: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 가스 엔트리 포트는 제 1 속도를 가스에 부여하도록 구성되며; 가스 챔버는 가스를 제 1 속도 미만인 제 2 속도로 감속하도록 구성되며; 및 복수의 채널들은 제 3 속도를 가스에 부여하도록 구성되며, 제 3 속도는 제 2 속도보다 큰, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 7: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 복수의 채널들은 복수의 입자들을 포함하는 가스를 도입하도록 구성되며, 복수의 입자들의 각각은 플라즈마 챔버에서의 챔버 체류 시간을 가지며; 원격 플라즈마 소스는 복수의 입자들의 평균 체류 시간으로부터의 복수의 입자들 각각의 챔버 체류 시간의 편차를 억제하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 8: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나는 플라즈마 챔버 또는 Paschen 브레이크다운 압력 중 적어도 하나에 대해 양의 압력을 유지하도록 길이 및 단면적을 가지며; 이에 의해 복수의 채널들 중 적어도 하나는 가스의 하향스트림 흐름을 유지하는 것, 또는 가스 입력 매니폴드 내 가스의 방출을 방지하는 것 중 적어도 하나인, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 9: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나는 가스 채널들 내에서 아킹 및 플라즈마 성장을 억제하도록 선택된 길이 및 단면 기하학적 구조를 가지며; 복수의 채널들 중 적어도 하나의 단면 영역은 복수의 채널들 중 적어도 하나에서의 가스 상에 제 1 압력을 부여하도록 구성되며; 플라즈마 챔버는 플라즈마 챔버에서의 가스 상에 제 2 압력을 부여하도록 구성되며; 제 1 압력은 플라즈마 챔버에 대해 제 2 압력보다 큰, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 10: 실시형태 9 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널의 단면 기하학적 구조는 제 1 단면적을 가지는 업스트림 영역으로부터 제 1 단면적보다 큰 제 2 단면적을 가지는 하향스트림 영역까지 변하는, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 11: 실시형태 9 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 길이 및 단면 기하학적 구조가 복수의 채널들 중 적어도 하나에서의 플라즈마 형성에 대한 감소된 경향을 부여하도록 선택되는 것; 또는 복수의 채널들 중 적어도 하나가 릴리브 엔트리 포트 및 릴리브 플라즈마 챔버 입구를 포함하고, 이에 의해 복수의 채널들 중 적어도 하나가 로컬 전기장 집중을 완화하도록 구성되는 것 중 적어도 하나인, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 12: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 플라즈마 챔버에서 전기장을 부여하도록 구성된 복수의 전극들을 더 포함하며; 복수의 채널들 중 적어도 하나는 플라즈마가 플라즈마 챔버에 존재할 때 가스가 전기장에 실직적으로 수직한 방향으로 이동하도록 가스를 플라즈마 챔버로 도입하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 13: 실시형태 1 의 원격 플라즈마 소스에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나는 제 1 단면적을 가지는 제 1 영역, 및 제 1 단면적으로부터 제 2 단면적으로 연속적으로 증가하는 단면적을 가지는 제 2 영역을 포함하며, 제 2 영역은 종방향 축에 대해 연속적으로 변하는 각도를 더 갖는, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 14: 원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드에 있어서, 가스 입력 매니폴드는 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저에 커플링되며 가스를 플라즈마 챔버로 도입하도록 구성되며; 종방향 축은 가스 입력 매니폴드를 통하여 연장하며; 가스 입력 매니폴드는 매니폴드 본체에서의 가스 엔트리 포트, 가스 챔버, 및 복수의 채널들을 포함하며; 가스 엔트리 포트는 가스 공급기구에 커플링되며 가스를 가스 챔버로 도입하도록 구성되며; 복수의 채널들은 가스 챔버의 하향스트림으로부터 가스를 안내하고 가스가 복수의 채널들을 통과할 때 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 15: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 복수의 채널들은 가스가 복수의 채널들을 통과할 때 가스 상에 접선방향 속도를 부여하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 16: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 가스 입력 매니폴드는 가스가 하향스트림으로 이동할 때 복수의 채널들을 나가는 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 17: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 가스 입력 매니폴드는 전극을 둘러싸도록 구성된 전극 절연체 본체, 및 인클로저에 커플링하도록 구성된 인클로저 절연체 본체를 포함하며; 인클로저 절연체 본체는 전극 절연체 본체에 접하도록 더 구성되며; 복수의 채널들은 전극 절연체 본체 또는 인클로저 절연체 본체 중 적어도 하나에 위치된 리세스들에 의해 한정된, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 18: 실시형태 17 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 가스 챔버는 전극 절연체 본체, 인클로저 절연체 본체, 및 매니폴드 본체 상의 개별 표면들에 의해 한정된, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 19: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 가스 챔버는 전극 본체, 인클로저, 및 매니폴드 본체 상의 개별 표면들에 의해 한정되는 것; 또는 전극 본체, 인클로저, 전극 절연체 본체, 또는 매니폴드 본체 중 하나에 형성되는 것 중 하나인, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 20: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 가스 엔트리 포트는 제 1 속도를 가스에 부여하도록 구성되며; 가스 챔버는 가스를 제 1 속도 미만인 제 2 속도로 감속하도록 구성되며; 복수의 채널들은 제 3 속도를 가스로 부여하도록 구성되며, 제 3 속도는 제 2 속도보다 큰, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 21: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 복수의 채널들은 복수의 입자들을 포함하는 가스를 도입하도록 구성되며; 소용돌이 효과는 복수의 입자들의 평균 체류 시간으로부터의 복수의 입자들 각각의 플라즈마 챔버 체류 시간의 편차를 억제하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 22: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나는 플라즈마 챔버 또는 Paschen 브레이크다운 압력 중 적어도 하나에 대해 양의 압력을 유지하도록 선택된 길이 및 단면적을 가지며; 이에 의해 복수의 채널들 중 적어도 하나가 가스의 하향스트림 흐름을 유지하는 것, 또는 가스 입력 매니폴드 내 가스의 방출을 방지하는 것 중 적어도 하나인, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 23: 실시형태 22 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나는 가스 채널들 내에서 아킹 및 플라즈마 성장을 억제하도록 선택된 길이 및 단면 기하학적 구조를 가지며; 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널의 단면 영역은 복수의 채널들 중 적어도 하나에서의 가스 상에 제 1 압력을 부여하도록 구성되며; 플라즈마 챔버는 플라즈마 챔버에서의 가스 상에 제 2 압력을 부여하도록 구성되며; 제 1 압력은 플라즈마 챔버에 대해 제 2 압력보다 큰, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 24: 실시형태 22 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 길이 및 단면 기하학적 구조는 복수의 채널들 중 적어도 하나에서의 플라즈마 형성에 대한 감소된 경향을 부여하도록 선택되거나; 또는 복수의 채널들 중 적어도 하나는 릴리브 엔트리 포트 및 릴리브 플라즈마 챔버 입구를 포함하며, 이에 의해 복수의 채널들 중 적어도 하나가 로컬 전기장 집중을 경감하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 25: 실시형태 14 의 가스 입력 매니폴드에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나는 제 1 단면적을 가지는 제 1 영역, 및 제 1 단면적으로부터 제 2 단면적으로 연속적으로 증가하는 단면적을 가지는 제 2 영역을 포함하는, 가스 입력 매니폴드.

실시형태 26: 원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법에 있어서, 가스 공급기구에 커플링하도록 구성된 가스 엔트리 포트가 형성된 매니폴드 본체를 제공하는 단계로서, 매니폴드 본체는 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저에 커플링하도록 구성된, 상기 매니폴드 본체를 제공하는 단계; 전극을 둘러싸도록 형성된 전극 절연체 및 전극 절연체의 부분을 둘러싸도록 형성된 챔버 절연체를 제공하는 단계로서, 전극 절연체 또는 챔버 절연체 중 적어도 하나는 내부에 복수의 리세스들을 가지는, 상기 전극 절연체 및 챔버 절연체를 제공하는 단계; 및 가스 챔버와 복수의 채널들 사이를 한정하기 위해 전극 절연체, 챔버 절연체, 및 매니폴드 본체를 조립하는 단계로서, 복수의 채널들은 가스 챔버의 하향스트림으로부터 가스를 안내하고 가스가 복수의 채널들을 통과할 때 가스 상에 종방향 속도 및 접선방향 속도를 부여하도록 형상화 및 위치되며, 이에 의해 가스 입력 매니폴드는 가스가 하향스트림으로 이동할 때 복수의 채널들을 나가는 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성된, 상기 조립하는 단계를 포함하는, 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.

실시형태 27: 실시형태 25 의 방법에 있어서, 제 1 속도를 가스에 부여하도록 가스 엔트리 포트를 구성하는 단계; 가스를 제 1 속도 미만인 제 2 속도로 감속하도록 가스 챔버를 구성하는 단계; 및 제 3 속도를 가스에 부여하도록 복수의 채널들을 구성하는 단계를 더 포함하며, 제 3 속도는 제 2 속도보다 큰, 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.

실시형태 28: 실시형태 25 의 방법에 있어서, 길이 및 단면 기하학적 구조를 갖도록 복수의 채널들 중 적어도 하나를 형성하는 단계로서, 길이 및 단면 기하학적 구조는 복수의 채널들 중 적어도 하나에서의 플라즈마 형성에 대한 감소된 경향을 부여하도록 선택된, 상기 형성하는 단계; 또는 복수의 채널들 중 적어도 하나에 릴리브 엔트리 포트 및 릴리브 플라즈마 챔버 입구를 제공하고, 이에 의해 복수의 채널들 중 적어도 하나가 로컬 전기장 집중을 완화하도록 구성되는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.

실시형태 29: 실시형태 28 의 방법에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널의 단면 기하학적 구조를 제공하는 단계는, 제 1 단면적을 가지는 업스트림 영역으로부터 제 1 단면적보다 큰 제 2 단면적을 가지는 하향스트림 영역까지 변하는 단면 기하학적 구조를 제공하는 단계를 포함하는, 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.

실시형태 30: 실시형태 29 의 방법에 있어서, 복수의 채널들 중 적어도 하나를 형성하는 단계는, 제 1 단면적을 가지는 제 1 영역, 및 제 1 단면적으로부터 제 2 단면적으로 연속적으로 증가하는 단면적을 가지는 제 2 영역을 가지는 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널의 단면 기하학적 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.

실시형태 31: 원격 플라즈마 소스로서, 플라즈마 챔버; 가스 입력 매니폴드; 출력 영역; 가스를 플라즈마 챔버로 도입하는 수단을 포함하며, 상기 도입하는 수단은 원격 플라즈마 소스를 통과하는 종방향 축에 대해, 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 32: 프로세스 가스를 수용하기 위한 가스 입력 섹션; 프로세스 가스를 플라즈마로 변환하기 위한, 가스 입력 섹션의 플라즈마 영역 하향스트림; 플라즈마 영역에 의해 형성된 플라즈마의 구성성분들을 방출하기 위한, 플라즈마 영역의 출력 섹션 하향스트림; 인클로저 및 인클로저의 매니폴드 본체 업스트림을 포함하는 하우징으로서, 매니폴드 본체가 프로세스 가스를 수용하기 위한 가스 엔트리 포트를 가지는, 상기 하우징; 종방향 축을 따르는 길이를 가지며 가스 입력 섹션으로부터 플라즈마 영역 측으로 연장하는 원통형 내측 전극; 내측 전극을 수용하기 위한 원통형 리세스 및 원통형 외부 표면의 플랜지된 영역 업스트림을 가지는 외부 프로파일을 가지는 전극 절연체; 및 내측 전극의 외부 표면과 인클로저 절연체의 내측 표면 사이에 플라즈마 챔버를 형성하도록 내측 전극의 원통형 외부 표면 둘레에 배치된 인클로저 절연체로서, 인클로저 절연체가, 전극 절연체의 플랜지된 영역에 대해 위치된 플랜지된 영역을 더 가지는, 상기 인클로저 절연체를 포함하며; 전극 절연체의 플랜지된 영역 또는 인클로저 절연체의 플랜지된 영역 중 적어도 하나는 내부에 복수의 그루브들을 포함하며, 이에 의해 복수의 채널들은 전극 절연체의 플랜지된 영역과 인클로저 절연체의 플랜지된 영역 사이에 형성되며; 매니폴드 본체의 부분은 전극 절연체 및 인클로저 절연체의 플랜지된 영역들 둘레에 배치되며, 이에 의해 가스 챔버는 매니폴드 본체, 전극 절연체, 및 인클로저 절연체 사이에 형성되며; 복수의 가스 채널들은 가스 챔버 및 플라즈마 챔버와 유체 연통하며; 복수의 채널들은 종방향 축에 대해 반경방향으로, 종방향으로 및 접선방향으로 연장하며, 이에 의해 복수의 채널들은 가스가 플라즈마 챔버 측으로 공급됨에 따라서 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

실시형태 33: 프로세스 가스를 수용하기 위한 가스 입력 섹션; 프로세스 가스를 플라즈마로 변환하기 위한, 가스 입력 섹션의 플라즈마 영역 하향스트림; 플라즈마 영역에 의해 형성된 플라즈마의 구성성분들을 방출하기 위한, 플라즈마 영역의 출력 섹션 하향스트림; 인클로저 및 인클로저의 매니폴드 본체 업스트림을 포함하는 하우징으로서, 매니폴드 본체가 프로세스 가스를 수용하기 위한 가스 엔트리 포트를 가지는, 상기 하우징; 및 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저 절연체 또는 절연된 인클로저로서, 인클로저 절연체 또는 절연된 인클로저는 가스 입력 섹션에 대해 위치된 플랜지된 영역을 더 가지는, 상기 인클로저 절연체 또는 절연된 인클로저를 포함하며; 플랜지된 영역 또는 가스 입력 섹션 중 적어도 하나는 내부에 복수의 그루브들을 포함하며, 이에 의해 복수의 채널들은 가스 입력 섹션의 메이팅 (mating) 페이스들과 플랜지된 영역 사이에 형성되며; 매니폴드 본체의 적어도 일부분은 가스 입력 섹션 및 인클로저 절연체 또는 절연된 인클로저 둘레에 배치되며, 이에 의해 가스 챔버는 매니폴드 본체, 가스 입력 섹션, 및 인클로저 절연체 또는 절연된 인클로저 사이에 형성되며; 복수의 가스 채널들은 가스 챔버 및 플라즈마 챔버와 유체 연통하며; 복수의 채널들은 종방향 축에 대해 반경방향으로, 종방향으로 및 접선방향으로 연장하며, 이에 의해 복수의 채널들은 가스가 플라즈마 챔버 측으로 공급됨에 따라서 가스 상에 반경방향 속도, 종방향 속도, 또는 접선방향 속도 중 적어도 하나를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.

개시된 실시형태들의 상기 설명은 임의의 당업자가 본 발명을 제조하고 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시형태들에 대한 여러 변경들은 당업자들에게 명백할 것이며, 본원에서 정의한 일반적인 원리들은 본 발명의 정신 또는 범위로부터 일탈함이 없이 다른 실시형태들에도 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본원에서 나타낸 실시형태들에 한정시키려는 것이 아니라, 본원에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들에 부합하는 최광의의 범위를 부여받게 하려는 것이다.

본원에서 채용되는 용어들 및 어구들은 설명의 용어들 및 어구들로서 사용되며 한정이 아니며, 이러한 용어들 및 어구들의 사용에서, 도시되고 설명된 특징들 또는 그의 부분들의 임의의 균등물들을 배제하려는 어떤 의도도 없다. 게다가, 본 발명의 어떤 실시형태들을 설명하였지만, 본원에서 개시된 컨셉들을 포함하는 다른 실시형태들이 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈함이 없이 사용될 수도 있다는 것은 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서, 설명된 실시형태들은 모든 면에서 단지 예시적이고 비제한적인 것으로 간주되어야 한다.

본원에서 개시된 여러 엘리먼트들의 각각은 다양한 방법들로 달성될 수도 있다. 본 개시물은 임의의 장치 실시형태, 방법 또는 프로세스 실시형태의 일 실시형태의 변형예, 또는 심지어 단지 이들의 임의의 엘리먼트의 변형예일 수도 있는 각각의 이러한 변형예를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 단지 기능 또는 결과가 동일하더라도, 각각의 엘리먼트에 대한 단어들이 등가의 장치 용어들 또는 방법 용어들로 표현될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 동등하거나, 더 넓거나, 또는 더욱 더 일반적인 용어들은 각각의 엘리먼트 또는 액션의 설명에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 이러한 용어들은 본 발명에 부여되는 암시적으로 넓은 커버리지를 명시적으로 표시하기 위해 원할 경우에 대체될 수도 있다.

일 예로서, 모든 액션이 그 액션을 취하는 수단으로서 또는 그 액션을 발생시키는 엘리먼트로서 표현될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 개시된 각각의 물리적인 엘리먼트는 그 물리적인 엘리먼트가 촉진하는 액션의 개시를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 이 마지막 양태와 관련하여, 단지 일 예로서, 가스 엔트리 포트의 개시는 - 명시적으로 설명되든 아니든 - 가스를 입력 또는 도입하는 행위의 개시를 포괄하는 것으로 이해되어야 하며, 역으로, 단지 수축하는 행위의 개시가 있다면, 이러한 개시는 "수축 메커니즘" 의 개시를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 변화들 및 대안적인 용어들은 설명에 명시적으로 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

개시된 실시형태들 및 예들의 이전 설명은 임의의 당업자가 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명을 실시하거나 또는 이용가능하도록 하기 위해서 제공된다. 따라서, 본 발명은 본원에서 개시된 예들에 한정하도록 의도된 것이 아니다. 이들 실시형태들에 대한 여러 변경들은 당업자들에게 명백할 것이며, 본원에서 정의한 일반적인 원리들은 청구된 바와 같은 본 발명의 정신 또는 범위로부터 일탈함이 없이 다른 실시형태들에도 적용될 수도 있다.

Claims

통과하는 가스를 플라즈마로 변환하도록 구성된 원격 플라즈마 소스로서,
상기 원격 플라즈마 소스는,
플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저로서, 상기 가스가 상기 플라즈마로 변환될 때 외부 분위기로부터 상기 가스를 분리하도록 구성되며 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 플라즈마의 구성성분들을 전달하도록 구성된 출력 통로를 포함하는, 상기 인클로저; 및
상기 인클로저에 커플링하며 상기 가스를 상기 플라즈마 챔버로 도입하도록 구성된 가스 입력 매니폴드를 포함하며;
종방향 축은 상기 가스 입력 매니폴드를 통과하여 그리고 상기 플라즈마 챔버를 통과하여 연장하며;
상기 가스 입력 매니폴드는 매니폴드 본체에서의 가스 엔트리 포트, 가스 챔버, 및 복수의 채널들을 포함하며, 상기 가스 엔트리 포트는 가스 공급기구에 커플링하여 상기 가스를 상기 가스 챔버로 도입하도록 구성되며, 상기 복수의 채널들은 상기 가스를 상기 가스 챔버의 하향스트림으로부터 상기 플라즈마 챔버로 안내하고 상기 가스가 상기 복수의 채널들을 통과할 때 상기 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널들은,
상기 가스를 상기 가스 챔버의 하향스트림으로부터 상기 플라즈마 챔버로 안내하고 상기 가스가 상기 복수의 채널들을 통과할 때 상기 가스 상에 접선방향 속도를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 입력 매니폴드는,
상기 가스가 상기 출력 영역 측으로 하향스트림으로 이동할 때 상기 복수의 채널들을 나가는 상기 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버로 연장하며, 매치 회로에 커플링하도록 구성된 전극을 더 포함하며;
상기 가스 입력 매니폴드는 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 전극을 절연하도록 구성된 전극 절연체 본체 및 상기 플라즈마 챔버로부터 상기 인클로저를 절연하도록 구성된 인클로저 절연체 본체를 포함하며, 상기 인클로저 절연체 본체는 또한 상기 전극 절연체 본체에 접하도록 구성되며;
상기 복수의 채널들은 상기 전극 절연체 본체 또는 상기 인클로저 절연체 본체 중 일방 또는 양방에 배치되는 리세스들에 의해 한정된, 원격 플라즈마 소스.
제 4 항에 있어서,
상기 가스 챔버는,
상기 전극 절연체 본체, 상기 인클로저 절연체 본체, 및 상기 매니폴드 본체 상의 개별 표면들에 의해 한정된, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 엔트리 포트는 제 1 속도를 상기 가스에 부여하도록 구성되며;
상기 가스 챔버는 상기 가스를 상기 제 1 속도 미만인 제 2 속도로 감속하도록 구성되며;
상기 복수의 채널들은 제 3 속도를 상기 가스에 부여하도록 구성되며,
상기 제 3 속도는 상기 제 2 속도보다 큰, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널들은 복수의 입자들을 포함하는 가스를 도입하도록 구성되며, 상기 복수의 입자들 각각은 상기 플라즈마 챔버에서의 챔버 체류 시간을 가지며;
상기 원격 플라즈마 소스는 상기 복수의 입자들의 평균 체류 시간으로부터의 상기 복수의 입자들 각각의 상기 챔버 체류 시간의 편차를 억제하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은 상기 가스 채널들 내에서 아킹 및 플라즈마 성장을 억제하도록 선택된 길이 및 단면 기하학적 구조를 가지며;
상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널의 상기 단면 기하학적 구조는 상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널에서 가스 상에 제 1 압력을 부여하도록 구성되며;
상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 챔버에서 가스 상에 제 2 압력을 부여하도록 구성되며;
상기 제 1 압력은 상기 플라즈마 챔버에 대해 상기 제 2 압력보다 크며; 상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널의 상기 단면 기하학적 구조는 제 1 단면적을 가지는 업스트림 영역으로부터 상기 제 1 단면적보다 큰 제 2 단면적을 가지는 하향스트림 영역까지 변하는, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버에서 전기장을 부여하도록 구성된 복수의 전극들을 더 포함하며;
상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은, 플라즈마가 상기 플라즈마 챔버에 존재할 때 상기 전기장에 실질적으로 수직한 방향으로 상기 가스가 이동하도록 가스를 상기 플라즈마 챔버로 도입하도록 구성된, 원격 플라즈마 소스.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은,
제 1 단면적을 가지는 제 1 영역, 및 상기 제 1 단면적으로부터 제 2 단면적으로 연속적으로 증가하는 단면적을 가지는 제 2 영역을 포함하며,
상기 제 2 영역은 상기 종방향 축에 대해 연속적으로 변하는 각도를 더 가지는, 원격 플라즈마 소스.
원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법으로서,
가스 공급기구에 커플링하도록 구성된 가스 엔트리 포트가 형상화된 매니폴드 본체를 제공하는 단계로서, 상기 매니폴드 본체는 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저에 커플링하도록 구성된, 상기 매니폴드 본체를 제공하는 단계;
전극을 둘러싸도록 형상화된 전극 절연체 및 상기 전극 절연체의 부분을 둘러싸도록 형상화된 챔버 절연체를 제공하는 단계로서, 상기 전극 절연체 또는 상기 챔버 절연체 중 적어도 하나는 내부에 복수의 리세스들을 갖는, 상기 전극 절연체 및 상기 챔버 절연체를 제공하는 단계; 및
가스 챔버과 복수의 채널들 사이를 한정하기 위해 상기 전극 절연체, 상기 챔버 절연체, 및 상기 매니폴드 본체를 조립하는 단계로서, 상기 복수의 채널들은 상기 가스 챔버의 하향스트림으로부터 가스를 안내하고 상기 가스가 상기 복수의 채널들을 통과할 때 상기 가스 상에 종방향 속도 및 접선방향 속도를 부여하도록 형상화 및 위치되며, 이에 의해 상기 가스 입력 매니폴드는 상기 가스가 하향스트림으로 이동할 때 상기 복수의 채널들을 나가는 상기 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성된, 상기 매니폴드 본체를 조립하는 단계를 포함하는, 원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.
제 11 항에 있어서,
제 1 속도를 상기 가스에 부여하도록 상기 가스 엔트리 포트를 구성하는 단계;
상기 가스를 상기 제 1 속도 미만인 제 2 속도로 감속하도록 상기 가스 챔버를 구성하는 단계; 및
제 3 속도를 상기 가스에 부여하도록 상기 복수의 채널들을 구성하는 단계를 더 포함하며,
상기 제 3 속도는 상기 제 2 속도보다 큰, 원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.
제 11 항에 있어서,
길이 및 단면 기하학적 구조를 갖도록 상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널을 형성하는 단계로서, 상기 길이 및 상기 단면 기하학적 구조는 상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널에서 플라즈마 형성에 대한 감소된 경향을 부여하도록 선택되는, 상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널을 형성하는 단계; 또는
상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널에 릴리브 (relieved) 엔트리 포트 및 릴리브 플라즈마 챔버 입구를 제공하고, 이에 의해 상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널이 로컬 전기장 집중을 완화하도록 구성되는 단계
중 적어도 하나를 포함하는, 원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널의 상기 단면 기하학적 구조를 제공하는 것은,
제 1 단면적을 가지는 업스트림 영역으로부터 상기 제 1 단면적보다 큰 제 2 단면적을 가지는 하향스트림 영역까지 변하는 단면 기하학적 구조를 제공하는 것을 포함하는, 원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널을 형성하는 단계는,
제 1 단면적을 가지는 제 1 영역, 및 상기 제 1 단면적으로부터 제 2 단면적으로 연속적으로 증가하는 단면적을 가지는 제 2 영역을 가지는 상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널의 상기 단면 기하학적 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드를 제조하는 방법.
원격 플라즈마 소스용 가스 입력 매니폴드에 있어서,
상기 가스 입력 매니폴드는 플라즈마 챔버를 한정하는 인클로저에 커플링하며 가스를 상기 플라즈마 챔버로 도입하도록 구성되며;
종방향 축은 상기 가스 입력 매니폴드를 통과하여 연장하며;
상기 가스 입력 매니폴드는 매니폴드 본체에서의 가스 엔트리 포트, 가스 챔버, 및 복수의 채널들을 포함하며;
상기 가스 엔트리 포트는 가스 공급기구에 커플링하며 상기 가스를 상기 가스 챔버로 도입하도록 구성되며;
상기 복수의 채널들은 상기 가스 챔버의 하향스트림으로부터 상기 가스를 안내하고 상기 가스가 상기 복수의 채널들을 통과할 때 상기 가스 상에 반경방향 속도 및 종방향 속도를 부여하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.
제 16 항에 있어서,
상기 복수의 채널들은, 상기 가스가 상기 복수의 채널들을 통과할 때 상기 가스 상에 접선방향 속도를 부여하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.
제 16 항에 있어서,
상기 가스 입력 매니폴드는, 상기 가스가 하향스트림으로 이동할 때 상기 복수의 채널들을 나가는 상기 가스 상에 소용돌이 효과를 부여하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.
제 16 항에 있어서,
상기 가스 입력 매니폴드는 전극을 둘러싸도록 구성된 전극 절연체 본체, 및 상기 인클로저에 커플링하도록 구성된 인클로저 절연체 본체를 포함하며;
상기 인클로저 절연체 본체는 또한 상기 전극 절연체 본체에 접하도록 구성되며;
상기 복수의 채널들은 상기 전극 절연체 본체 또는 상기 인클로저 절연체 본체 중 적어도 하나에 위치된 리세스들에 의해 한정된, 가스 입력 매니폴드.
제 19 항에 있어서,
상기 가스 챔버는, 상기 전극 절연체 본체, 상기 인클로저 절연체 본체, 및 상기 매니폴드 본체 상의 개별 표면들에 의해 한정된, 가스 입력 매니폴드.
제 16 항에 있어서,
상기 가스 챔버는,
전극 본체, 상기 인클로저, 및 상기 매니폴드 본체 상의 개별 표면들에 의해 한정되는 것; 또는
상기 전극 본체, 상기 인클로저, 전극 절연체 본체, 또는 상기 매니폴드 본체 중 하나에 형성되는 것 중 하나인, 가스 입력 매니폴드.
제 16 항에 있어서,
상기 가스 엔트리 포트는 제 1 속도를 상기 가스에 부여하도록 구성되며;
상기 가스 챔버는 상기 가스를 상기 제 1 속도 미만인 제 2 속도로 감속하도록 구성되며;
상기 복수의 채널들은 제 3 속도를 상기 가스에 부여하도록 구성되며,
상기 제 3 속도는 상기 제 2 속도보다 큰, 가스 입력 매니폴드.
제 18 항에 있어서,
상기 복수의 채널들은 복수의 입자들을 포함하는 가스를 도입하도록 구성되며;
상기 소용돌이 효과는 상기 복수의 입자들의 평균 체류 시간으로부터의 상기 복수의 입자들 각각의 플라즈마 챔버 체류 시간의 편차를 억제하도록 구성된, 가스 입력 매니폴드.
제 23 항에 있어서,
상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은 상기 가스 채널들 내에서 아킹 및 플라즈마 성장을 억제하도록 선택된 길이 및 단면 기하학적 구조를 가지며;
상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널의 상기 단면 기하학적 구조는 상기 복수의 채널들 중 상기 적어도 하나의 채널에서의 가스 상에 제 1 압력을 부여하도록 구성되며;
상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 챔버에서의 가스 상에 제 2 압력을 부여하도록 구성되며;
상기 제 1 압력은 상기 플라즈마 챔버에 대해 상기 제 2 압력보다 큰, 가스 입력 매니폴드.
제 16 항에 있어서,
상기 복수의 채널들 중 적어도 하나의 채널은, 제 1 단면적을 가지는 제 1 영역, 및 상기 제 1 단면적으로부터 제 2 단면적으로 연속적으로 증가하는 단면적을 가지는 제 2 영역을 포함하는, 가스 입력 매니폴드.