KR102196208B1 - 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 장치의 절연된 유전체 윈도우 어셈블리 - Google Patents

유도성 결합 플라즈마 프로세싱 장치의 절연된 유전체 윈도우 어셈블리 Download PDF

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Abstract

절연된 유전체 윈도우 어셈블리는 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 장치의 유전체 윈도우, 상부 폴리머 링, 및 하부 폴리머 링을 포함한다. 상부 폴리머 링은 냉각기 주변 대기로부터 유전체 윈도우의 외부 에지를 절연시키고, 하부 폴리머 링은 유전체 윈도우의 하부면을 윈도우를 지지하는 챔버 표면으로부터 절연시킨다.

Description

유도성 결합 플라즈마 프로세싱 장치의 절연된 유전체 윈도우 어셈블리{AN INSULATED DIELECTRIC WINDOW ASSEMBLY OF AN INDUCTIVELY COUPLED PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 반도체 기판 제조 기술들에 관한 것이며, 특히 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 유전체 윈도우 어셈블리에 관한 것이다.
기판, 예컨대 평판 디스플레이 제조시 이용되는 것과 같은 반도체 기판 또는 유리 패널의 프로세싱에서, 플라즈마가 종종 이용된다. 기판의 프로세싱의 일부로서, 예를 들면, 그 기판은 복수의 다이들, 또는 직사각형 영역들로 분할되며, 이들 각각은 그 각각이 집적 회로 또는 MEMs 디바이스가 될 것이다. 그 후에, 기판은 일련의 단계들로 처리되며, 그 단계 내에서 재료들이 그 위에 전기적인 컴포넌트들을 형성하기 위해 선택적으로 제거 (에칭) 되고 퇴적 (성막) 된다.
예시적인 플라즈마 프로세스에서, 기판은 에칭 이전에 경화된 에멀전의 박막 (즉, 예컨대 포토레지스트 마스크) 으로 코팅된다. 그 후에, 경화된 에멀전의 영역이 선택적으로 제거되어 하부층의 컴포넌트들이 노출되게 한다. 그 후에 기판은 척 또는 페데스탈로 불리는, 단극성 또는 양극성 전극을 포함하는 기판 지지 구조 상의 플라즈마 프로세싱 챔버에 배치된다. 그 후에, 에칭 가스는 챔버내로 유입되고, 기판의 노출된 영역들을 에칭하기 위한 플라즈마를 형성하도록 에너자이징된다.
이제 도 1 을 참조하면, 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 장치 (200) 의 간략도는 플라즈마 챔버 (챔버; 202) 를 포함하며, 챔버 (202) 는 챔버의 측벽을 형성하는 하부 챔버 섹션 (250), 챔버의 측벽을 또한 형성하는 상부 챔버 섹션 (244) 및 커버 (252) 를 갖는다. 프로세스 가스는 가스 분배 시스템 (222) 으로부터 챔버 (202) 로 유입된다. 프로세스 가스는 정전 척 (척; 216) 상에서 지지되는, 반도체 기판 또는 유리판과 같은 기판 (224) 의 노출 영역들을 처리 (예컨대, 에칭 또는 성막) 하기 위해, 플라즈마 (260) 를 형성하도록 이온화될 수도 있고, 이러한 척 (216) 은 척 (216) 의 외측 주변부 주위에 에지 링 (215) 을 갖는다. 예시적인 가스 분배 시스템의 세부사항들이 공동 소유의 미국 특허 제 8,088,248 호에서 발견될 수도 있고, 그 개시물은 참조로서 통합된다. 일반적으로 이용되는 플라즈마 프로세싱 가스들은 C4F8, C4F6, CHF3, CH2F3, CF4, HBr, CH3F, C2F4, N2, O2, Ar, Xe, He, H2, NH3, SF6, BCl3, 및 Cl2 를 포함한다.
유도 코일 (231) 은 챔버의 상부 벽을 형성하는 유전체 윈도우 (204) 에 의해 플라즈마 챔버의 내부로부터 분리되며, 일반적으로 플라즈마 (260) 를 생성하기 위해 플라즈마 프로세싱 가스들에 시변 전류를 유도한다. 윈도우는 플라즈마 (260) 로부터 유도 코일을 보호하고, 생성된 RF 필드 (208) 가 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 유도 전류 (211) 를 생성하게 한다. 유도 코일 (231) 은 RF 제너레이터 (234) 에 커플링된 매칭 네트워크 (232) 에 추가로 커플링된다. RF 제너레이터 (234) 는 바람직하게는 대략 100 kHz - 100 MHz 범위로, 더 바람직하게는 13.56 MHz 로 RF 전류를 공급한다. 매칭 네트워크 (232) 는 RF 제너레이터 (234) 의 임피던스를, (통상적으로 대략 13.56 MHz 및 대략 50 ohm 에서 동작하는) 플라즈마 (260) 의 임피던스에 매칭시킬 것을 시도한다. 추가로, 제 2 RF 에너지 소스 (238) 는 또한 RF 바이어스를 기판 (224) (예컨대, 2 MHz) 으로 인가하기 위해, 매칭 네트워크 (236) 를 통해 하부 전극 (216) 으로 커플링될 수도 있다. 가스들 및 부산물들은 진공 펌프 (220) 에 의해 챔버로부터 제거된다.
일반적으로, 일부 타입의 냉각 시스템 (240) 은 기판 (224) 을 원하는 온도로 유지하기 위해 척 (216) 에 커플링된다. 냉각 시스템 자체는 통상적으로 척 내의 공동들을 통해 냉각재를 펌핑하는 냉각장치 (chiller) 로 구성되고, 기판과 척 사이의 열 컨덕턴스를 조절하기 위해 척과 기판 사이에 헬륨 가스가 펌핑된다. 헬륨 압력을 증가시키는 것은 열 전달률을 증가시키고, 헬륨 압력을 감소시키는 것은 열 전달을 감소시킨다. 대부분의 플라즈마 프로세싱 시스템들은 또한 동작중인 소프트웨어 프로그램들을 포함하는 복잡한 컴퓨터들에 의해 조절된다. 통상적인 동작 환경에서, 제조 프로세스 파라미터들 (에컨대, 전압, 가스 흐름 혼합, 가스 유량, 압력, 등) 은 일반적으로 특정 플라즈마 프로세싱 시스템 및 특정 프로세싱 레시피를 위해 구성된다.
또한, 가열 장치 (246) 는 플라즈마 프로세싱 장치 (200) 의 상부 챔버 섹션 (244) 의 온도를 조절하도록 동작하여, 동작 동안 플라즈마에 노출되는 상부 챔버 섹션 (244) 의 내부면이 조절된 온도에서 유지되게 한다.
상부 챔버 섹션 (244) 은 그 세정 또는 교체를 위해 제거될 수 있는 알루미늄 또는 경질 알루마이트 (hard anodized aluminum) 의 머시닝된 피스일 수 있다. 상부 챔버 섹션의 내부면은 바람직하게 양극 산화 알루미늄 또는 플라즈마 내성 재료, 예컨대 열 분사된 산화이트륨 코팅이다.
상부 챔버 섹션에서 재료의 체적은 플라즈마 프로세싱 시스템에 상당한 열 질량을 부가하는 경향이 있다. 열 질량은 연장된 주기들 동안 열 에너지를 저장하는 능력을 갖는 재료들을 지칭한다. 일반적으로, 플라즈마 프로세스들은 온도 변화에 매우 민감한 경향이 있다. 예를 들면, 확립된 프로세스 레시피 이외의 온도 변화는 에칭률에 직접 영향을 미칠 수 있다. 기판들 간에 온도 반복성이 종종 요구되는데, 이는 복수의 플라즈마 프로세싱 레시피들이 단호한 허용 오차들 내에서 유지되어야만 하는 상이한 온도들에서 다중 단계 프로세스들로서 수행되어야 하기 때문이다. 이로 인해, 상부 챔버 섹션은 타겟 온도 세팅들을 달성하기 위해 종종 온도 조절된다.
상부 챔버 섹션 설계는 또한 플라즈마 프로세싱 시스템에서 온도 변화를 완화시킨다. 열 초크를 채용하고, 열 전달 및 열 질량을 최소화하며, 방위각 온도 균일성을 제공하여 온도 변화를 감소시키기 위한 교체가능한 상부 챔버는 공동 소유의 미국 특허 공개 공보 제 2011/0056626 호에 개시되며, 그 개시는 본 명세서에서 참조로서 통합된다.
상부 챔버 섹션의 유전체 윈도우에서 온도 변화 조절는 바람직할 것이다. 유전체 윈도우들은 프로세싱 동안 불균일한 온도 구배들을 발생시킬 수 있다. 유전체 윈도우의 상부면 대 하부면 온도 구배는 강제 공기 또는 액체에 의해 유전체 윈도우의 외부면을 냉각시키는 것과, 챔버 내의 프로세스 조건들로 인한 내부면의 가열로 인해 발생한다. 추가로, 중심 대 에지 온도 구배는 유전체 윈도우의 에지에서 대기의 열 손실 및 챔버와의 열 접촉 영역으로 인해 발생한다.
본 명세서에서, 반도체 기판들이 처리될 수 있는 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 벽으로서 이용하기 위한 절연된 유전체 윈도우 어셈블리가 개시된다. 절연된 유전체 윈도우 어셈블리는 유전체 윈도우 및 상부 폴리머 링을 포함한다. 유전체 윈도우는 상부 가스 주입기를 수용하도록 구성된, 상부면과 하부면 사이에서 연장하는 중앙 보어, 및 온도 모니터링 센서를 수용하도록 구성된, 상부면에서의 적어도 하나의 블라인드 보어를 포함한다. 상부 폴리머 링은 유전체 윈도우의 측면 및 상부면의 외부 부분을 실질적으로 커버하고 그에 따라 주위의 주변 분위기로부터 열 장벽을 제공하기 위해, 단열 재료로 형성되고 유전체 윈도우의 외부 노출 섹션에 위치된다.
일 실시형태에서, 절연된 유전체 윈도우는 측벽으로부터 내부로 방사형으로 연장하는 원통형 측벽 및 하부 환형 벽을 갖는 하부 폴리머 링을 포함한다. 하부 폴리머 링은 유전체 윈도우의 하부면과 챔버의 상부면의 상부 진공 실링면 사이에 위치되도록 구성된다. 하부 폴리머 링은 지지면으로부터 유전체 윈도우의 하부면을 절연한다.
일 실시형태에서, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리는 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리 상에서 지지된다. 상부 챔버 어셈블리는 플라즈마 프로세싱 챔버의 일 섹션에 대해 실링하도록 구성된 하부 진공 실링면 및 절연된 유전체 윈도우와의 진공 실 (seal) 을 형성하도록 구성된 상부 환형 진공 실링면을 포함하는 상부 챔버 인터페이스를 포함한다. 상부 환형 진공 실링면은 O-링 및 하부 폴리머 링을 수용하도록 디멘션된 그루브를 포함한다. O-링은 유전체 윈도우와 상부 챔버 인터페이스 사이에 진공 실을 제공한다. 하부 폴리머 링은 O-링을 둘러싸고, 유전체 윈도우와 상부 챔버 인터페이스 사이에 열 장벽을 제공한다.
다른 실시형태에서, 반도체 기판들이 처리될 수 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리는 상부 챔버 인터페이스, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리, 및 하부 폴리머 링을 포함한다. 상부 챔버 인터페이스는 플라즈마 챔버의 하부 섹션에 대해 실링하도록 구성된 하부 환형 진공 실링면 및 O-링과 하부 폴리머 링을 포함하는 그루브를 포함하는 상부 환형 진공 실링면을 포함하며, O-링은 유전체 윈도우와 상부 챔버 인터페이스 사이에 진공 실을 제공하고, O-링을 둘러싸는 하부 폴리머 링은 유전체 윈도우와 상부 챔버 인터페이스 사이에 열 장벽을 제공한다. 유전체 윈도우는 균일한 두께를 갖는 디스크를 포함하고, 하부 폴리머 링은 측벽의 하단부로부터 내부로 방사상으로 연장하는 원통형 측벽 및 편평한 하부 환형 벽을 포함한다.
도 1 은 종래의 플라즈마 프로세싱 시스템의 간략도를 도시한다.
도 2 는 절연된 유전체 윈도우 어셈블리를 통합하는 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 일 실시형태를 도시한다.
도 3 은 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 절연된 유전체 윈도우 어셈블리의 개략도를 도시하며, 여기서 그 어셈블리는 유전체 윈도우, 상부 폴리머 링 및 옵션의 하부 폴리머 링을 포함한다.
도 4a 내지 도 4d 는 유전체 윈도우의 일 실시형태를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c 는 유전체 윈도우 상의 단열 재료로서 이용하기 위한 상부 폴리머 링의 일 실시형태를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c 는 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버에서 유전체 윈도우와 상부 챔버 인터페이스 사이에 이용하기 위한 하부 폴리머 링의 일 실시형태를 도시한다.
본 명세서에는 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 절연된 유전체 윈도우 어셈블리가 개시되며, 이제, 첨부된 도면들에 도시된 것과 같은 일부 바람직한 실시형태들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 이하 설명에서, 복수의 특정한 세부사항들은 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부사항들 중 일부 또는 전부 없이도 실행될 수도 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 널리 알려진 프로세스 단계들 및/또는 구조들이 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않는다. 본 명세서에서 이용된 것과 같이, 용어 "대략 (about)" 은 언급된 값들의 10% 위 또는 아래까지의 값들을 포함하도록 간주되어야 한다.
도 2 에 도시된 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버는 하부 챔버 (12) 및 상부 챔버 (14) 를 포함하는 챔버 (10) 를 포함한다. 상부 챔버 (14) 는 유전체 윈도우 (16) 를 지지하는 상부 챔버 인터페이스 (15) 를 포함한다. RF 코일 (18) 은 윈도우 위에 놓이고, 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징하기 위한 RF 전력을 챔버 (10) 내로 공급한다. 상부 가스 주입기 (20a; 도 3 에 도시) 는 가스 공급 라인 (20) 으로부터 프로세스 가스를 전달하기 위해 윈도우의 중심에 장착된다. 상부 챔버 인터페이스는 수직 내부면 또는 임의의 다른 원하는 구성을 가질 수 있다.
도 3 은 도 2 에 도시된 챔버 (10) 에서 이용될 수 있는 절연된 유전체 윈도우 어셈블리 (30) 의 단면을 나타낸다. 유전체 윈도우 (16) 는 상부 챔버 인터페이스 (15) 와 같은, 챔버 (10) 의 지지면 상에 장착된다. 절연된 유전체 윈도우 어셈블리 (30) 는 유전체 윈도우 (16), 윈도우의 외부 노출 섹션 상에 단열 재료의 상부 폴리머 링 (17), 및 윈도우의 외부 비노출 섹션 상에 옵션의 하부 폴리머 링 (19) 을 포함한다. 유전체 윈도우 (16) 는 상부 가스 주입기 (20a) 의 수용을 위한 보어 (16a) 를 포함하며, 유전체 윈도우 (16) 의 RF 코일 (18) 은 가스 주입기 (20a) 를 둘러싼다. 상부 챔버 인터페이스 (15) 는 상부 진공 실링면 (15c) 및 하부 진공 실링면 (15d) 을 포함한다. 상부 진공 실링면 (15c) 은 O-링 (22) 및 하부 폴리머 링 (19) 의 수용을 위한 그루브 (15g) 를 포함한다. O-링 (22) 은 유전체 윈도우 (16) 및 상부 챔버 인터페이스 (15) 사이에 진공 실을 제공한다. 하부 폴리머 링 (19) 은 O-링 (22) 을 둘러싸고, 유전체 윈도우 (16) 및 상부 챔버 인터페이스 (15) 사이에 열 장벽을 제공한다. 하부 폴리머 링 (19) 에 의해 제공된 열 장벽은 유전체 윈도우 (16) 의 외부 부분으로부터 상부 챔버 인터페이스 (15) 로의 열의 전달을 감소시킨다.
상부 폴리머 링 (17) 은 실질적으로 유전체 윈도우 (16) 의 측면 (16f) 및 상부면 (16c) 의 외부 부분을 커버한다. 상부 폴리머 링 (17) 은 상부면 (16c) 및 측면 (16f) 의 외부 부분으로부터 주위의 주변 분위기로의 열의 전달을 절연시키고 감소시킨다. 윈도우 온도를 모니터링하는 하나 이상의 온도 센서들을 포함하는 온도 조절 시스템 및 강제 공기 냉각 장치는 유전체 윈도우 (16) 위에 장착되어, 유전체 윈도우 (16) 를 원하는 온도로 유지하기 위해 강제 공기를 유전체 윈도우 (16) 의 중앙 섹션의 상부면 (16c) 을 가로질러 보낸다.
도 4a 는 상부 가스 주입기 (20a) 의 수용을 위한 중앙 보어 (16a), 온도 센서들의 수용을 위한 상부면 (16c) 에서의 블라인드 홀들 (16b), 및 옵션으로 측면 (16f) 의 하부 플랜지 (16e) 에서의 클로킹 피처 (16d) 를 포함하는 유전체 윈도우 (16) 의 세부사항들을 도시한다. 도 4b 는 도 4a 에 도시된 유전체 윈도우 (16) 의 측면도이다. 도 4c 는 플라즈마 분사 산화이트륨과 같은 세라믹 코팅으로 코팅된, 리세스면 (16h) 외부의 진공 실링면 (16g) 의 세부사항들을 도시한다. 도 4d 는 유전체 윈도우 (16) 의 외부 경계의 단면도이고, 여기서 둥근 환형 리세스 (16i) 는 측면 (16f) 내로 및 완전히 그 주위로 연장한다.
유전체 윈도우 (16) 는 알루미나 또는 알루미늄 질화물과 같은 세라믹 재료 또는 석영으로 구성될 수도 있다. 바람직하게, 유전체 윈도우 (16) 는 알루미나로 구성된다. 300 mm 웨이퍼들을 프로세싱하기 위한 일 실시형태에서, 유전체 윈도우 (16) 는 대략 1 인치 두께일 수 있고, 대략 14.5 인치의 직경을 가질 수 있다. 그러나, 유전체 윈도우 (16) 는 더 작거나 더 클 수 있으며, 예컨대 대략 13.5 인치, 22 인치, 또는 심지어 그 이상의 직경을 가질 수 있다.
도 5a 는 단열 재료의 상부 폴리머 링 (17) 의 일 실시형태의 평면 투시도이다. 상부 폴리머 링 (17) 은 원통형 측벽 (17b) 및 그 측벽 (17b) 으로부터 내부로 방사상으로 연장하는 환형 상부 벽 (17c) 을 포함한다. 원통형 측벽 (17b) 은 원통형 측벽 (17b) 의 하단부 (17e) 내로 연장하는 4 개의 원주상으로 연장하는 하부 컷아웃들 (17d) 을 포함한다. 하부 컷아웃들 (17d) 은 챔버 컴포넌트들 (비도시) 을 위한 간격을 제공하도록 디멘셔닝된다. 환형 상부 벽 (17c) 은 환형 상부 벽 (17c) 의 내부 에지 (17g) 로부터 외부 에지 (17h) 로 방사상으로 연장하고, 원통형 측벽 (17b) 의 상단부 (17n) 내로 연장하는, 원주상으로 연장하는 상부 컷아웃들 (17f) 을 포함한다. 4 개의 상부 컷아웃들 (17f) 은 RF 코일 (18) 및/또는 연관된 장착 블래킷들을 위한 간격을 제공하도록 디멘셔닝된다. 4 개의 하부 컷아웃들 (17d) 및 4 개의 상부 컷아웃들 (17f) 은 둥근 모서리를 갖는다.
바람직한 실시형태에서, 4 개의 하부 컷아웃들 (17d) 및 4 개의 상부 컷아웃들 (17f) 은 상이한 길이를 가지며, 4 개의 하부 및 상부 컷아웃들 (17d, 17f) 은 수직으로 정렬된 중간점들을 갖는다. 4 개의 하부 및 상부 컷아웃들 (17d, 17f) 의 수직으로 정렬된 중간점들은 바람직하게 원주상으로 90°떨어져서 배치된다. 4 개의 상부 컷아웃들 (17f) 은 각각 환형 상부 벽 (17c) 의 원주를 따라 대략 10° 내지 20° 연장한다. 바람직하게, 4 개의 상부 컷아웃들 (17f) 은 각각 환형 상부 벽 (17c) 의 원주를 따라 대략 15° 연장한다.
도 5b 는 폴리머 링 (17) 의 일 실시형태의 측면도를 도시한다. 바람직한 실시형태에서, 폴리머 링 (17) 의 원통형 측벽 (17b) 은 대략 1.3 인치의 전체 높이를 가지고, 환형 상부 벽 (17c) 은 대략 0.25 인치의 두께를 갖는다. 4 개의 상부 컷아웃들 (17f) 은 각각 대략 0.25 인치의 높이를 가지고, 원통형 측벽 (17b) 의 상단부 (17n) 내로 연장한다. 4 개의 하부 컷아웃들 (17d) 은 각각 원통형 측벽 (17b) 의 원주를 따라 대략 30° 내지 45°연장한다. 바람직하게, 4 개의 하부 컷아웃들 (17d) 은 각각 원통형 측벽 (17b) 의 원주를 따라 대략 38 ° 연장하고, 원통형 측벽 (17b) 의 하단부 (17e) 내로 연장한다. 바람직한 실시형태에서, 4 개의 하부 컷아웃들 (17d) 중 3 개는 대략 0.53 인치의 높이를 가지고, 나머지 컷아웃 (17d) 은 대략 0.13 인치의 높이를 갖는다.
도 5c 는 상부 폴리머 링 (17) 의 일 실시형태의 평면도를 도시한다. 바람직한 실시형태에서, 원통형 측벽 (17b) 은 대략 15.25 인치들의 직경을 갖는 외부면 (17i) 과 대략 14.75 인치의 직경을 갖는 내부면 (17j) 을 갖는다. 환형 상부 벽 (17c) 의 외부 에지 (17h) 은 대략 15.25 인치의 외부 직경을 가지고, 내부 에지 (17g) 는 대략 12.5 인치의 내부 직경을 갖는다.
대안적인 실시형태들에서, 상부 폴리머 링 (17) 은 더 크거나 더 작은 유전체 윈도우 (예컨대, 대략 13.5 인치, 14.5 인치, 22 인치 또는 그 이상의 직경 및 1 인치 미만 또는 그 이상의 두께) 를 지지하고 및/또는 윈도우에 인접한 하드웨어 둘레에 맞도록 상이한 구성들 및 치수들을 가질 수도 있다.
상부 폴리머 링 (17) 은 폴리머 재료, 바람직하게는 실리콘 폼 러버와 같은 가황 (vulcanized) 실리콘-베이스 폴리머 재료로 구성될 수 있다. 그 재료는 대략 10-50 경도계 Shore A 값의 경도를 가질 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 상부 폴리머 링 (17) 은 추가의 폴리머 재료의 대략 0.05 인치의 코팅 (17m) 을 가질 수도 있다. 바람직하게, 코팅 (17m) 은 대략 65 - 75 경도계의 Shore A 경도 값을 갖는 가황 실리콘-베이스 폴리머 재료이다. 바람직한 실시형태에서, 코팅 (17m) 은 환형 상부 벽 (17c) 의 상부면 (17k) 과 원통형 측벽 (17b) 의 외부면 (17l) 에 적용된다. 더 바람직한 실시형태에서, 코팅 (17m) 은 유전체 윈도우 (16) 와 직접 접촉하지 않는 모드 표면들에 적용된다.
도 6a 는 하부 폴리머 링 (19) 의 일 실시형태의 평면도를 도시한다. 하부 폴리머 링 (19) 은 원통형 측벽 (19a) 및 원통형 측벽 (19a) 으로부터 내부로 방사상으로 연장하는 하부 환형 벽 (19b) 을 갖는다. 도 6b 는 하부 폴리머 링 (19) 의 실시형태의 측면도를 도시한다. 바람직한 실시형태에서, 원통형 측벽 (19a) 은 대략 14.95 인치의 직경을 갖는 외부면 (19c), 대략 14.75 인치의 직경을 갖는 내부면 (19d) 을 포함하고, 하부 환형 벽 (19b) 은 대략 14.45 인치의 직경을 갖는 내부면 (19e) 을 포함한다. 대안적인 실시형태들에서, 하부 폴리머 링 (19) 은 다양한 사이즈의 유전체 윈도우들 (16) 을 지지하기 위해 대안적인 치수들을 가질 수도 있다.
도 6c 는 하부 폴리머 링 (19) 의 단면도를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 하부 환형 벽 (19b) 은 유전체 윈도우 (16) 의 밑면에 접촉하는 평평한 상부면 (19f) 을 가지고, 원통형 측벽 (19a) 은 대략 0.2 인치의 높이를 가지고, 하부 환형 벽 (19b) 은 대략 0.1 인치의 두께를 갖는다. 하부 폴리머 링 (19) 은 둥근 에지들을 갖는다.
하부 폴리머 링 (19) 은 폴리머 재료 또는 바람직하게 플루오로카본 폴리머 재료, 예컨대, ("TEFLON" 라는 상표로 판매되는) 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리비닐리덴 디플루오라이드 (PVDF) 재료로 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 하부 폴리머 링 (19) 은 유리 강화 실리콘으로 구성된다. 이용될 수 있는 예시적인 유리 강화 실리콘은 "GAROLITE G7" 라는 상표로 판매된다. 하부 폴리머 링 (19) 은 상부 챔버 인터페이스 (15) 의 그루브 (15g) 에서 O-링 (22) 을 둘러싼다. 바람직한 실시형태에서, 유전체 윈도우 (16) 의 바닥은 하부 폴리머 링 (19) 의 상부면 (19f) 으로 받쳐진다. 하부 폴리머 링 (19) 의 하부 환형 벽 (19b) 은 유전체 윈도우 (16) 의 하부면 (16j) 의 외부 부분으로부터 상부 챔버 인터페이스 (15) 로의 열 손실을 감소시킨다. 하부 폴리머 링 (19) 의 원통형 측벽 (19a) 은 유전체 윈도우 (16) 의 측면 (16f) 의 하부 부분으로부터 상부 챔버 인터페이스 (15) 로의 열 손실을 감소시킨다.
일 실시형태에서, 상부 챔버 인터페이스 (15) 는 히터 (비도시) 를 포함할 수도 있다. 히터는 일반적으로 대략 50℃ 내지 대략 70℃ 의 범위 내에 상부 챔버 인터페이스 (15) 온도를 유지하는데 이용된다. 그러나, 에칭 프로세스 동안, 상부 챔버 인터페이스 (15) 온도는 히터 동작 범위를 초과할 수도 있고, 히터를 동작시키기 위한 필요성을 없애버릴 수도 있다. 예시적인 상부 챔버 인터페이스 (15) 의 세부사항들이 공동 소유의 U.S. 특허 출원 제 2007/0181257 호에서 발견되며, 이 출원의 개시물은 본 명세서에 참조로서 통합된다.
큰 온도 구배들은 플라즈마 프로세싱 챔버의 동작 동안 유전체 윈도우 (16) 에서 회피되어야만 한다. 유전체 윈도우 (16) 의 상부면 대 하부면 온도 구배는 강제 공기 또는 액체에 의해 윈도우의 외부면을 냉각시키는 것과, 챔버 내의 프로세스 조건들로 인한 내부면의 가열로 인해 발생한다. 센터 대 에지 온도 구배는 또한, 유전체 윈도우 (16) 의 에지에서 대기로의 열 손실 및 상부 챔버 인터페이스 (15) 의 열 전달로 인해 발생될 수 있다. 높은 온도 구배들은 유전체 윈도우 (16) 의 고장을 초래할 수도 있는, 유전체 윈도우 (16) 내에 내부 응력들을 발생하고, 그 결과 유전체 윈도우 (16) 의 크랙킹 (cracking) 이 발생할 수도 있다. 또한, 유전체 윈도우 (16) 와 상부 챔버 인터페이스 (15) 사이의 열 경로로 인한 상부 챔버 인터페이스 (15) 온도의 변화들은 웨이퍼의 배치들을 플라즈마 프로세싱하는 동안 웨이퍼 대 웨이퍼 프로세스 드리프트를 발생할 수 있다. 본 명세서에 설명된 절연된 유전체 윈도우 어셈블리는 대기 및 챔버 인터페이스로의 열 전달을 최로로 한다.
이용시, 유전체 윈도우 (16) 는 냉각될 수 있고, 여기서 최고 열 부하들을 가지며, 상부 및 하부 폴리머 링들은 유전체 윈도우 (16) 의 단열을 제공하며, 여기서 유전체 윈도우 (16) 는 최저 열 부하들을 가지고 따라서 유전체 윈도우 (16) 에 의해 보여지는 열 구배들을 감소시키고 유전체 윈도우 (16) 의 평균 온도를 낮춘다. 열 구배들의 감소는 유전체 윈도우 (16) 내의 내부 응력들을 감소시키고 플라즈마 프로세싱 동안 웨이퍼 대 웨이퍼 프로세스 쉬프트들을 감소시킨다.
개시된 예시적인 실시형태들 및 최적 모드를 가지고, 하기의 청구항들에 의해 정의되는 것과 같은 본 발명의 주제와 사상을 유지하면서 개시된 실시형태들에 변경들 및 변형들이 수행될 수도 있다.
10: 챔버 12: 상부 챔버
14: 하부 챔버 15: 상부 챔버 인터페이스
15c: 상부 진공 실링면 15d: 하부 진공 실링면
15g: 그루브 16: 유전체 윈도우
16a: 보어 17: 상부 폴리머 링
18: RF 코일 19: 하부 폴리머 링
20: 가스 공급 라인 20a: 상부 가스 주입기
22: O-링 30: 절연된 유전체 윈도우 어셈블리

Claims (28)

  1. 반도체 기판들이 처리될 수 있는 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 벽으로서 이용하기 위한 절연된 유전체 윈도우 어셈블리로서,
    상부 가스 주입기를 수용하도록 구성된, 상부면과 하부면 사이에서 연장하는 중앙 보어, 및 온도 모니터링 센서를 수용하도록 구성된, 상기 상부면에서의 적어도 하나의 블라인드 보어를 포함하는 유전체 윈도우;
    상기 유전체 윈도우의 측면 및 상부면의 외부 부분을 실질적으로 커버하고 그에 따라 주위의 주변 분위기로부터 열 장벽을 제공하도록, 상기 유전체 윈도우의 외부 노출 섹션 상의 단열 재료의 상부 폴리머 링; 및
    하부 폴리머 링을 포함하며,
    상기 유전체 윈도우의 하부면은, 상기 유전체 윈도우와 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 지지면과의 사이에 열 장벽을 제공하도록, 상기 하부 폴리머 링의 상부면 상에 위치되고,
    상기 상부 폴리머 링은 원통형 측벽 및 상기 원통형 측벽의 상단부로부터 내부로 방사상으로 연장하는 환형 상부 벽을 포함하고, 상기 원통형 측벽은 상기 유전체 윈도우의 측면을 실질적으로 커버하고, 상기 환형 상부 벽은 상기 유전체 윈도우의 상부면의 외부 부분을 실질적으로 커버하는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 측벽은, 원주상으로 이격되고 그 하단부로 연장하는 4 개의 하부 컷아웃들을 포함하고,
    상기 환형 상부 벽은, 원주상으로 이격되고 상기 환형 상부 벽의 내부 에지로부터 외부 에지로 방사상으로 연장하는 4 개의 상부 컷아웃들을 포함하는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 컷아웃들은 상기 상부 폴리머 링의 원주 주위로 27° 내지 49.5°연장하고, 상기 상부 컷아웃들은 상기 상부 폴리머 링의 원주 주위로 9° 내지 22°연장하며, 상기 4 개의 하부 컷아웃들 및 상기 4 개의 상부 컷아웃들은 수직으로 정렬된 중간점들을 가지는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 4 개의 상부 및 하부 컷아웃들의 상기 수직으로 정렬된 중간점들은 90°이격되는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 재료는 10 내지 50 사이의 경도계 Shore A 경도 값을 갖는 실리콘 폼 러버인, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 폴리머 링은 65 내지 75 사이의 경도계 Shore A 경도 값을 갖는 실리콘 러버의 0.045 내지 0.055 인치의 코팅을 갖는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코팅은 오직 상기 유전체 윈도우와 접촉하지 않는 상기 상부 폴리머 링의 표면들에만 적용되는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 폴리머 링은 원통형 측벽 및 상기 원통형 측벽의 하단부로부터 내부로 방사상으로 연장하는 하부 환형 벽을 포함하는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 폴리머 링은 유리 강화 실리콘으로 제작되는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 폴리머 링은 플루오로카본 폴리머 재료로 제작되는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우는 석영, 알루미늄 질화물, 또는 알루미나로 제작되는, 절연된 유전체 윈도우 어셈블리.
  13. 반도체 기판들이 처리될 수 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리로서,
    상부 챔버 인터페이스, 제 1 항의 절연된 유전체 윈도우 어셈블리, 및 하부 폴리머 링을 포함하고,
    상기 상부 챔버 인터페이스는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 하부 섹션에 대해 실링하도록 구성된 하부 환형 진공 실링면, 및 O-링과 상기 하부 폴리머 링을 포함하는 그루브를 포함하는 상부 환형 진공 실링면을 포함하며, 상기 O-링은 상기 유전체 윈도우와 상기 상부 챔버 인터페이스 사이에 진공 실 (seal) 을 제공하고, 상기 O-링을 둘러싸는 상기 하부 폴리머 링은 상기 유전체 윈도우와 상기 상부 챔버 인터페이스 사이에 열 장벽을 제공하며;
    상기 유전체 윈도우는 균일한 두께를 갖는 디스크를 포함하고; 그리고
    상기 하부 폴리머 링은 원통형 측벽 및 상기 원통형 측벽의 하단부로부터 내부로 방사상으로 연장하는 하부 환형 벽을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상부 폴리머 링의 상기 원통형 측벽은, 원주상으로 이격되고 그 하단부로 연장하는 4 개의 하부 컷아웃들을 포함하고,
    상기 상부 폴리머 링의 상기 환형 상부 벽은, 원주상으로 이격되고 상기 환형 상부 벽의 내부 에지로부터 외부 에지로 방사상으로 연장하는 4 개의 상부 컷아웃들을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하부 컷아웃들은 상기 상부 폴리머 링의 원주 주위로 27° 내지 49.5°연장하고, 상기 상부 컷아웃들은 상기 상부 폴리머 링의 원주 주위로 9° 내지 22°연장하며, 상기 4 개의 하부 컷아웃들 및 상기 4 개의 상부 컷아웃들은 수직으로 정렬된 중간점들을 가지는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 4 개의 상부 및 하부 컷아웃들의 상기 수직으로 정렬된 중간점들은 90°이격되는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 단열 재료는 10 내지 50 사이의 경도계 Shore A 경도 값을 갖는 실리콘 폼 러버인, 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 상부 폴리머 링은 65 내지 75 사이의 경도계 Shore A 경도 값을 갖는 실리콘 러버의 0.045 내지 0.055 인치의 코팅을 갖는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우는 알루미나, 석영, 또는 알루미늄 질화물로 제작되는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 챔버 어셈블리.
  20. 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 벽으로서 이용되는 유전체 윈도우에서 열 구배를 감소시키는 방법으로서,
    상기 유전체 윈도우의 외부 에지에서 주위의 주변 분위기로의 열 손실을 감소시키도록, 상기 유전체 윈도우의 측면 및 상부면의 외부 부분을 상부 폴리머 링으로 절연하는 (insulating) 단계로서, 상기 상부 폴리머 링은 원통형 측벽 및 상기 원통형 측벽의 상단부로부터 내부로 방사상으로 연장하는 환형 상부 벽을 포함하고, 상기 상부 폴리머 링의 원통형 측벽은 상기 유전체 윈도우의 측면을 실질적으로 커버하고, 상기 상부 폴리머 링의 환형 상부 벽은 상기 유전체 윈도우의 상부면의 외부 부분을 실질적으로 커버하는, 상기 유전체 윈도우의 측면 및 상부면의 외부 부분을 상부 폴리머 링으로 절연하는 (insulating) 단계; 및
    상기 유전체 윈도우의 상기 외부 에지에서 상기 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 지지면으로의 열 손실을 감소시키도록, 상기 유전체 윈도우의 측면 및 하부면의 외부 부분을 하부 폴리머 링으로 절연하는 단계를 포함하고,
    상기 원통형 측벽은, 원주상으로 이격되고 그 하단부로 연장하는 4 개의 하부 컷아웃들을 포함하고,
    상기 환형 상부 벽은, 원주상으로 이격되고 상기 환형 상부 벽의 내부 에지로부터 외부 에지로 방사상으로 연장하는 4 개의 상부 컷아웃들을 포함하는, 유전체 윈도우에서 열 구배를 감소시키는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우의 온도를 모니터링하고, 상기 유전체 윈도우의 센터 부분을 원하는 온도로 유지하도록 상기 유전체 윈도우의 상부면의 센터 부분에 걸쳐 공기를 분출하는 단계를 더 포함하는, 유전체 윈도우에서 열 구배를 감소시키는 방법.
  22. 반도체 기판들이 처리될 수 있는 유도성 결합 플라즈마 프로세싱 챔버의 절연된 유전체 윈도우 어셈블리에서 이용하기 위한 상부 폴리머 링으로서,
    상기 유전체 윈도우의 측면 및 상부면의 외부 부분을 실질적으로 커버하고 그에 따라 주위의 주변 분위기로부터 열 장벽을 제공하도록, 상기 유전체 윈도우의 외부 노출 섹션에 피팅하도록 구성된 단열 재료를 포함하며,
    상기 상부 폴리머 링은 원통형 측벽 및 상기 원통형 측벽의 상단부로부터 내부로 방사상으로 연장하는 환형 상부 벽을 포함하고, 상기 원통형 측벽은 상기 유전체 윈도우의 측면을 실질적으로 커버하고, 상기 환형 상부 벽은 상기 유전체 윈도우의 상부면의 외부 부분을 실질적으로 커버하고,
    상기 원통형 측벽은, 원주상으로 이격되고 그 하단부로 연장하는 4 개의 하부 컷아웃들을 포함하고,
    상기 환형 상부 벽은, 원주상으로 이격되고 상기 환형 상부 벽의 내부 에지로부터 외부 에지로 방사상으로 연장하는 4 개의 상부 컷아웃들을 포함하는, 상부 폴리머 링.
  23. 삭제
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 하부 컷아웃들은 상기 상부 폴리머 링의 원주 주위로 27° 내지 49.5°연장하고, 상기 상부 컷아웃들은 상기 상부 폴리머 링의 원주 주위로 9° 내지 22°연장하며, 상기 4 개의 하부 컷아웃들 및 상기 4 개의 상부 컷아웃들은 수직으로 정렬된 중간점들을 가지는, 상부 폴리머 링.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 4 개의 상부 및 하부 컷아웃들의 상기 수직으로 정렬된 중간점들은 90°이격되는, 상부 폴리머 링.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 단열 재료는 10 내지 50 사이의 경도계 Shore A 경도 값을 갖는 실리콘 폼 러버인, 상부 폴리머 링.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 상부 폴리머 링은 65 내지 75 사이의 경도계 Shore A 경도 값을 갖는 실리콘 러버의 0.045 내지 0.055 인치의 코팅을 갖는, 상부 폴리머 링.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 코팅은 오직 상기 유전체 윈도우와 접촉하지 않는 상기 상부 폴리머 링의 표면들에만 적용되는, 상부 폴리머 링.
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