KR20010080191A - Water-cooled coil for a plasma chamber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 RF 코일을 챔버의 벽에 배치하고, 전기적으로 절연되며 압착하는 방식으로 챔버를 통과시키는 플라즈마 챔버를 위한 피드스루 장치에 관한 것이다. 피드스루 장치는 전기적으로 그라운드된 부재 및 RF 코일과 전기적으로 연결된 부재 사이의 다크스페이스를 결정하고, 다크스페이스는 플라즈마 및 스퍼터된 물질의 증착으로부터 절연 부재를 보호하기 위하여 챔버의 플라즈마 발생 영역과 피드스루 장치의 절연 부재 사이에 위치한다.The present invention relates to a feed-through device for a plasma chamber that places an RF coil on the wall of the chamber and passes the chamber in an electrically insulated and compressed manner. The feedthrough device determines the darkspace between the electrically grounded member and the member electrically connected to the RF coil, and the darkspace feeds the plasma generating region of the chamber and the feedthrough to protect the insulating member from deposition of plasma and sputtered material. It is located between the insulating members of the device.
Description
증착 공정 동안 웨이퍼 또는 다른 기판에서 높은 가로세로비(aspect ratio) 비아, 채널 그리고 다른 개구부의 버텀 커버리지(bottom coverage)를 향상하기 위하여, 증착 물질은 기판에 증착되기 전에 플라즈마에서 이온화 된다. 이온화된 증착 물질은 보다 많은 물질이 버텀(bottom) 영역에 도달하기 위해 전기장에 의해 다시 유도된다. 증착층에 원하지 않는 공동(cavity)이 형성되는 것을 줄이기 위해서, 스퍼터되는 물질(sputtered material)의 이온화 비율을 높이려고 플라즈마 밀도를 높이는 것이 바람직하다는 것은 알려진 사실이다. 또한 이러한 플라즈마는 예컨대 웨이퍼 에칭과 같은 다른 반도체 공정에서도 유용하다.In order to improve the bottom coverage of high aspect ratio vias, channels and other openings in the wafer or other substrate during the deposition process, the deposition material is ionized in the plasma before being deposited on the substrate. The ionized deposition material is induced again by the electric field to allow more material to reach the bottom region. It is known to increase the plasma density to increase the ionization rate of the sputtered material in order to reduce the formation of unwanted cavities in the deposited layer. Such plasmas are also useful in other semiconductor processes such as, for example, wafer etching.
용량성 결합(capacitive coupling), 유도성 결합(inductive coupling) 그리고 웨이브 가열(wave heating)을 포함하여 RF 영역에서 플라즈마 여기(exciting)를 위한 몇몇 기술이 알려져 있다. 표준 유도성 결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP) 발진기에 있어서, 플라즈마를 둘러싼 코일 형태의 안테나를 통과하는 RF 전류는 플라즈마에서 전자기 전류를 유도한다. 이러한 전류는 정상 상태에서지속되도록 저항 가열(ohmic heating)에 의하여 전도성 플라즈마(conducting plasma)를 가열한다. 예를 들어 미국 특허 제 4,362,632에서 공개된 바와 같이, 코일이 변환기(transformer)의 제 1권선으로 작용하기 위하여, 코일을 흐르는 전류는 임피던스 매칭 네트워크를 통해서 코일과 연결된 RF 발진기(RF generator)에 의해 공급된다. 플라즈마는 변환기의 단일 턴(turn) 제 2권선으로 작용한다.Several techniques are known for plasma excitation in the RF domain, including capacitive coupling, inductive coupling, and wave heating. In a standard inductively coupled plasma (ICP) oscillator, RF current through an antenna in the form of a coil surrounding the plasma induces electromagnetic current in the plasma. This current heats the conducting plasma by ohmic heating such that it continues in steady state. As disclosed, for example, in US Pat. No. 4,362,632, in order for the coil to act as the first winding of the transformer, the current flowing through the coil is supplied by an RF generator connected to the coil through an impedance matching network. do. The plasma acts as a single turn secondary winding of the transducer.
1996년 7월 10일 제출되고 본 출원의 양수인에게 양도된 계류 중 출원, 직렬 번호 제 08/680,335인 "플라즈마 발생 및 스퍼터링을 위한 코일(Coils for Generating a Plasma and for Sputtering)" (Attorney Docket # 1390CIP/PVD/DV)에 설명되어 있는 바와 같이, 코일 자체는 챔버의 제 1 타깃(target)으로부터 스퍼터되는 증착 물질을 보충하기 위하여 스퍼터되는 물질의 소스(source)가 될 수 있다는 것을 알 수 있다."Coils for Generating a Plasma and for Sputtering", filed July 10, 1996 and assigned to the assignee of this application, serial number 08 / 680,335 (Attorney Docket # 1390CIP) As described in / PVD / DV), it can be seen that the coil itself can be a source of the sputtered material to replenish the deposited material sputtered from the first target of the chamber.
챔버내 실드 벽과는 절연되는 코일에 RF 신호를 인가하는 것은 코일에 음(-)의 바이어스를 야기할 수 있으며, 음(-)의 바이어스는 양(+)이온을 끌어당겨서 코일과 충돌시켜 코일로부터 물질이 스퍼터되도록 한다.Applying an RF signal to a coil that is insulated from the shield wall in the chamber can cause a negative bias on the coil that negatively attracts positive ions and collides with the coil Allow the material to sputter from.
플라즈마에 에너지를 공급하기 위해 비교적 큰 전류가 코일을 통과하기 때문에, 코일은 종종 상당한 저항열을 받는다. 게다가, 만약 코일이 스퍼터링 소스(sputtering source)로 사용되면 코일과 충돌하는 이온은 코일을 더욱 가열시킨다. 그 결과 내부 코일은 웨이퍼, 웨이퍼 증착 공정 또는 심지어는 코일 자체에 역효과를 일으킬 수 있는 비교적 높은 온도에 도달하게 된다. 더욱이, 코일은 일단 증착이 완성되고 코일에 흐르는 전류는 제거되면 냉각된다. 코일의 가열 및 냉각은 코일을 연장시키고 접촉되게 한다. 이러한 코일의 열 순환은 코일에 증착되는 타깃 물질이 웨이퍼로 떨어져 이를 오염시키게 한다.Because relatively large currents pass through the coils to energize the plasma, the coils often receive significant heat of resistance. In addition, if the coil is used as a sputtering source, ions colliding with the coil further heat the coil. The result is that the internal coils reach relatively high temperatures that can adversely affect the wafer, wafer deposition process, or even the coils themselves. Moreover, the coil is cooled once the deposition is complete and the current through the coil is removed. Heating and cooling of the coils causes the coils to extend and contact. This thermal cycling of the coil causes the target material deposited on the coil to fall to the wafer and contaminate it.
코일 가열을 줄이기 위하여, 물과 같은 냉각제(coolant)가 통과하는 빈 관에서 코일을 형성하는 몇몇 장치가 제안되었다. 그러나 냉각제의 소스(source)가 챔버의 외부에 위치하는 것이 편리하기 때문에, 코일이 위치한 진공 챔버는 전형적으로 냉각제가 챔버 벽과 코일을 통과하여 다시 챔버의 외부로 순환할 수 있도록 하는 피드스루를 요한다. 게다가, RF 소스는 마찬가지로 챔버의 외부에 위치하기 때문에, 코일에 RF 전력을 위한 피드스루가 또한 챔버 벽에 필요하다. 그러나, 챔버 벽은 안전성 및 다른 이유로 인해 보통 그라운드 전압으로 유지된다. 그러므로 RF 피드스루는 코일을 챔버 벽과 전기적으로 절연시킬 수 있어야 한다. 더 나아가, 냉각제와 피드스루는 통상 대기압인 챔버 외부와 1 mTorr 또는 그 이하인 챔버 내부 사이의 큰 압력차를 견딜 수 있어야 한다. 결론적으로, 기존의 RF 및 유체 피드스루는 설치하기에 비교적 복잡하고 어려운 점이 있다.In order to reduce coil heating, several devices have been proposed to form coils in empty tubes through which coolants such as water pass. However, because it is convenient for the source of coolant to be located outside of the chamber, the vacuum chamber in which the coil is located typically requires a feedthrough that allows the coolant to circulate through the chamber wall and coil and back out of the chamber. . In addition, since the RF source is also located outside of the chamber, a feedthrough for RF power to the coil is also needed on the chamber wall. However, the chamber wall is usually kept at ground voltage for safety and other reasons. Therefore, the RF feedthrough must be able to electrically insulate the coil from the chamber wall. Furthermore, the coolant and feedthroughs must be able to withstand the large pressure differential between the chamber, which is typically atmospheric, and the chamber, which is 1 mTorr or less. In conclusion, conventional RF and fluid feedthroughs are relatively complex and difficult to install.
예를 들어, 기존의 어떤 피드스루의 경우 RF 에너지 및 냉각제 소스가 연결되는 외부 단자와 코일이 용접되거나 연결되는 내부 단자를 갖는 회로를 포함한다. 그러나 상기 피드스루에 있어서는, 코일과 피드스루 사이의 내부 연결점(joint)은 챔버내에서 수행되는 반도체 공정을 상당히 붕괴시키고 챔버 자체에 잠재적 손상을 주는 잠재적인 누출점(leakage point)이 된다. Peter Satitpunwaycha에 의해 출원되고 본 출원의 양수인에게 양도된 계류 중 출원 "향상된 코일 및 코일 피드스루(Improved coil and coil feedthrough)"에 RF 코일이 설명되어 있고, 이는제 1 및 제 2 단부를 갖는 연속된 일체(one-piece)의 전도성 물질의 콘딧, 챔버 내부에 위치한 코일부, 그리고 챔버 벽 애퍼처에 위치한 피드스루를 포함한다. 상기 설계에 따르면 콘딧에서 피드스루와 코일부 사이에 어떤 연결점도 없으므로 냉각제 소스의 누출 가능성을 방지한다.For example, some existing feedthroughs include circuits having external terminals to which RF energy and coolant sources are connected and internal terminals to which coils are welded or connected. However, in the feedthrough, the internal joint between the coil and the feedthrough is a potential leak point that significantly disrupts the semiconductor process performed in the chamber and potentially damages the chamber itself. An RF coil is described in the pending application “Improved coil and coil feedthrough”, filed by Peter Satitpunwaycha and assigned to the assignee of the present application, which is a continuous with first and second ends. A conduit of one-piece conductive material, a coil portion located inside the chamber, and a feedthrough located in the chamber wall aperture. According to the design, there is no connection point between the feedthrough and the coil part in the conduit, thus preventing the possibility of leakage of the coolant source.
계류 중인 상기 참조 출원에서 설명된 바와 같이 코일 피드스루에 있어서, 절연 부재는 RF 소스("RF 열")에 의해 전원이 공급되는 RF 코일을 전형적으로 그라운드되는 챔버 벽으로부터 전기적으로 절연시키는데 사용된다. 또한 보통 그라운드 전위에 있는 실드 벽은 RF 코일이 통과하는 일정 공간을 지닌 애퍼처를 갖는다. 챔버의 플라즈마 발생 영역에서 생성되는 플라즈마로부터 피드스루 절연 부재의 표면을 보호하는 것과 마찬가지로, 스퍼터된 물질의 증착으로부터 이를 보호하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 증착 물질이 금속과 같은 전도성 물질일 때, 절연 부재의 보호되지 않은 표면은 증착물질로 코팅되고 도통되게 된다.In coil feedthroughs as described in the pending reference application, an insulating member is used to electrically insulate an RF coil powered by an RF source (“RF heat”) from a chamber wall that is typically grounded. Also, the shield wall, usually at ground potential, has an aperture with a certain space through which the RF coil passes. As well as protecting the surface of the feedthrough insulating member from plasma generated in the plasma generating region of the chamber, it is also desirable to protect it from the deposition of sputtered material. For example, when the deposition material is a conductive material such as a metal, the unprotected surface of the insulating member is coated with the deposition material and becomes conductive.
본 발명은 이온 증착, 에칭 공정 및 장치에 관한 것으로, 더 상세히는 반도체 디바이스 제작을 위하여 코일을 챔버에 배치하는 방법 및 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to ion deposition, etching processes and apparatus, and more particularly, to a method and apparatus for placing a coil in a chamber for semiconductor device fabrication.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 생성 코일이 전기적으로 상호 접속된 것을 도시한 것이다.1 shows that the plasma generating coils according to the invention are electrically interconnected.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 코일 및 피드스루(feedthrough) 부품 일부의 단면도를 도시한 것이다.2 shows a cross-sectional view of a portion of a coil and feedthrough component according to a first embodiment of the invention.
도 2a는 도 2의 피드스루의 측면도를 도시한 것이다.2A illustrates a side view of the feedthrough of FIG. 2.
도 3은 도 2의 피드스루의 정면도를 도시한 것이다.3 illustrates a front view of the feedthrough of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 코일 및 피드스루 부품 일부의 단면도를 도시한 것이다.4 illustrates a cross-sectional view of a portion of a coil and feedthrough component according to a second embodiment of the present invention.
도 5는도 4의 피드스루의 정면도를 도시한 것이다.5 illustrates a front view of the feedthrough of FIG. 4.
본 발명의 목적은 코일을 배치하는 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이고, 이는 특히 비교적 덜 복잡한 설비를 요구하는 방법으로 상기 언급된 제한을 제거한다. 본 발명의 일 측면에 따라서, 챔버 벽으로부터 코일을 전기적으로 절연시키는 절연 부재 및 스퍼터되는 물질로부터 절연체를 보호하기 위한 다크스페이스 갭(darkspace gap)을 결정하고 챔버내에 플라즈마를 한정하는 블로킹 부재를 갖는 RF 코일 피드스루 부품에 의하여 상기 목적 및 다른 목적과 장점이 성취될 수 있다. 다크스페이스 갭은 챔버 벽과 전기적으로 연결된 블로킹 부재와 RF 코일과 전기적으로 연결된 부재 사이에 형성되고, 내부의 플라즈마 영역과 절연체 사이에 코일을 따라서 위치한다. 일 실시예에 있어서, 코일은 챔버 벽과 전기전으로 연결된 블록내의 애퍼처를 통해 지나가고, 다크스페이스 갭은 코일의 바깥 표면과 애퍼처의 안쪽 표면 사이에 형성된다. 또 다른 실시예에 있어서, 슬리브 및 코일은 챔버 벽과 전기적으로 연결된 챔버 실드의 애퍼처를 통과하고, 슬리브는 RF 코일 주위에서 RF 코일과 전기적으로 연결된다. 상기 실시예에 있어서, 다크스페이스 갭은 슬리브와 실드의 애퍼처의 내부 표면 사이에 형성된다. 슬리브는 전형적으로 코일보다 더 단단한 구조이고 그것이 통과하는 애퍼처 내부에서 움직이기가 더 어려우므로, 다크스페이스 갭은 더 쉽게 유지되는 애퍼처와 슬리브 사이에 형성된다.It is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for arranging coils, which eliminates the above mentioned limitations in particular in a way that requires a relatively less complex installation. In accordance with one aspect of the invention, an RF having an insulating member electrically insulating the coil from the chamber wall and a blocking member defining a darkspace gap for protecting the insulator from the sputtered material and defining a plasma within the chamber. The above and other objects and advantages can be achieved by a coil feedthrough component. The dark space gap is formed between the blocking member electrically connected to the chamber wall and the member electrically connected to the RF coil, and is located along the coil between the plasma region and the insulator therein. In one embodiment, the coil passes through an aperture in a block electrically connected with the chamber wall, and a darkspace gap is formed between the outer surface of the coil and the inner surface of the aperture. In yet another embodiment, the sleeve and coil pass through an aperture of the chamber shield that is electrically connected with the chamber wall, and the sleeve is electrically connected with the RF coil around the RF coil. In this embodiment, a dark space gap is formed between the sleeve and the inner surface of the aperture of the shield. Since the sleeve is typically a harder structure than the coil and more difficult to move inside the aperture it passes through, a darkspace gap is formed between the sleeve and the aperture that is more easily maintained.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전체 RF 피드스루 장치는 RF 코일에 의해 지지될 수 있다. 피드스루 장치는 강한 압력에 의해 챔버 벽의 외부 표면에 고정될 수 있다. 피드스루 장치는 외부로부터 챔버에 고정되기 때문에 RF 코일의 설치가 상당히 용이하다. 더 나아가, 코일에 대한 다른 연결이나 보조장치가 챔버 내부에 제공될 필요가 없도록, 피드스루는 코일을 완전히 지지할 수 있다.According to another aspect of the invention, the entire RF feedthrough device may be supported by an RF coil. The feedthrough device can be secured to the outer surface of the chamber wall by strong pressure. Since the feedthrough device is fixed to the chamber from the outside, the installation of the RF coil is quite easy. Furthermore, the feedthrough may fully support the coil so that no other connection or auxiliary to the coil need be provided inside the chamber.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 RF 코일을 이용하는 플라즈마 발진기는 (도 1에 도시된) 진공 챔버(102)에서 수신되는 원통형 플라즈마 챔버(100)를 실질적으로 포함한다. 상기 실시예의 플라즈마 챔버(100)는 1회 또는 수회 턴(turn)된 유체냉각된(fluid-cooled) 관 형상 코일을 갖는데, 상기 코일은 일반적으로 원통형 실드(106)내 그리고 실드(106)내에 내부 플라즈마 발생 영역내에 위치하는 부분(104a)을 포함한다. 실드(106)는 전형적으로 그라운드되는 챔버(102)의 외부벽(114)과 전기적으로 연결되어 있다. 코일(104)의 외부 코일부(104b)에 연결된 RF 발진기로부터의 RF 에너지(Radio frequency energy)는 챔버(102)의 외부 벽(114)에 장착된 피드스루 장치(112)를 지나 RF 코일(104)의 내부 코일부(104a)와 나머지 부분으로 전달된다. RF 에너지는 증착 시스템(100)내의 플라즈마에 에너지를 공급하는 증작 시스템(100)의 내부 영역(108)과 유도성 결합되어 있다. 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 도시된 실시예의 RF 코일(104)은, 코일 안을 흐르는 유체 냉각제의 누수를 일으킬 수 있는 어떤 접합부분이 없이, 챔버의 외부로부터(코일부 104b) 피드스루 장치(112)를 지나(코일부 104d) 챔버의 내부를 돌고(코일부 104a) 다시 피드스루 장치(112)를 지나(코일부 104e) 챔버의 외부로 연결되는(코일부 104f) 하나의 연속된 콘딧 관(tubular conduit)을 포함한다. 게다가 피드스루 장치(112)는 챔버내로 코일의 설치를 용이하게 하기 위한 챔버(102)의 외부벽(114)에 고정될 수 있는 블록 부재(block member; 202)를 포함한다(도 2).1 and 2, a plasma oscillator using an RF coil according to a first embodiment of the present invention substantially includes a cylindrical plasma chamber 100 received in a vacuum chamber 102 (shown in FIG. 1). do. The plasma chamber 100 of this embodiment has a fluid-cooled tubular coil that is turned once or several times, the coil being generally internal in the cylindrical shield 106 and within the shield 106. And a portion 104a located within the plasma generating region. Shield 106 is electrically connected to the outer wall 114 of chamber 102, which is typically grounded. Radio frequency energy from the RF oscillator connected to the outer coil portion 104b of the coil 104 passes through the feedthrough device 112 mounted to the outer wall 114 of the chamber 102 and the RF coil 104. Is transmitted to the inner coil part 104a and the remaining part. RF energy is inductively coupled with the interior region 108 of the deposition system 100 that energizes the plasma in the deposition system 100. As will be described in detail below, the RF coil 104 of the illustrated embodiment feeds device 112 from the outside of the chamber (coil 104b) without any joints that can cause leakage of fluid coolant flowing through the coil. One continuous conduit tubular through the interior of the chamber (coil section 104d) (coil section 104a) and back through the feedthrough device 112 (coil section 104e) to the outside of the chamber (coil section 104f) conduit). In addition, the feedthrough device 112 includes a block member 202 that can be secured to the outer wall 114 of the chamber 102 to facilitate installation of the coil into the chamber (FIG. 2).
스퍼터 증착 공정 동안, 이온 플럭스(ion flux)는 챔버(102)의 상부에 위치한 음(-)으로 바이어스된 타킷(120)을 때린다. 타킷(120)은 DC 전력원(122)에 의해 음(-)으로 바이어스된다. 코일(104)은 이온을 끌어 당기기 위하여 음(-)으로 바이어스될 수 있다. 플라즈마 이온은 타깃(120) 또는 코일(104)로 부터 증착 시스템(100)의 버텀의 패데스탈(126)에 의해 지지되는 웨이퍼 또는 다른 소재인 기판(124)상으로 물질을 배출한다. 회전 자기 장치(128)는 타깃(120) 위에 배치되는데, 이는 타깃 표면 위에 원하는 부식 패턴을 진행하기 위해 타깃(120)의 표면 위에서 스윕(sweep)하는 자기장을 형성한다.During the sputter deposition process, the ion flux hits the negatively biased target 120 located above the chamber 102. Target 120 is negatively biased by DC power source 122. Coil 104 may be negatively biased to attract ions. Plasma ions discharge material from the target 120 or coil 104 onto the substrate 124, which is a wafer or other material supported by the bottom pedestal 126 of the deposition system 100. The rotating magnetic device 128 is disposed above the target 120, which forms a magnetic field that sweeps over the surface of the target 120 to develop a desired corrosion pattern over the target surface.
물질의 원자가 타깃(120)으로부터 배출되고, 코일(104)은 플라즈마와 유도성 결합된 코일(104)에 의해 에너지가 공급되는 플라즈마에 의해 차례로 이온화된다. RF 발진기(110)는 증폭기와 임피던스 매칭 네트워크(130)를 통해서 코일의 외부 단자(104b)와 연결된다. RF 코일(104)의 다른 외부 단자(104f)는, 만약 코일의 스퍼터링이 요구되면 가변 커패시터일 수 있는 블로킹 커패시터(132)를 통해서, 그라운드와 연결되어 있다. 이온화된 증착 물질은 기판(124)으로 끌려지고 그위에 증착층을 형성한다. 패데스탈(126)은 외부적으로 기판(124)을 바이어스하기 위해 RF(또는 DC 또는 AC) 소스(136)에 의해 음(-)으로 바이어스된다. 또한 기판(124)은선택적으로 기판의 외부 바이어싱이 제거되도록 몇몇 적용에 있어서는 자체로 바이어스 될 수 있다.The atoms of material are discharged from the target 120, and the coils 104 are ionized in turn by the plasma energized by the coils 104 inductively coupled with the plasma. The RF oscillator 110 is connected to the external terminal 104b of the coil through an amplifier and impedance matching network 130. The other external terminal 104f of the RF coil 104 is connected to ground through a blocking capacitor 132, which can be a variable capacitor if sputtering of the coil is required. The ionized deposition material is attracted to the substrate 124 and forms a deposition layer thereon. Pedestal 126 is negatively biased by RF (or DC or AC) source 136 to externally bias substrate 124. In addition, substrate 124 may optionally be biased by itself in some applications such that external biasing of the substrate is removed.
도 2, 도 2a, 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수냉 코일을 위한 RF 피드스루 장치를 도시한 것이다. 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 피드스루(112)는 전도성 증착 물질이 절연 기판 위에 증착되는 것을 방지하는 방식으로 설계되었는데, 이는 코일과 인접 그라운드된 표면 사이에 단락을 일으키고 동작 동안 끊어짐이 없이 코일의 굽는 정도을 수용한다. 게다가 다크스페이스는 코일 및 인접 그라운드된 표면 사이에 아크(arc)를 방지하는 플라즈마 이온의 흐름을 지연시키기 위하여 코일 및 인접 그라운드된 표면 사이에 형성된다.2, 2A, and 3 illustrate an RF feedthrough apparatus for a water cooling coil according to a first embodiment of the present invention. As described in detail below, the feedthrough 112 is designed in a manner that prevents the conductive deposition material from depositing on the insulating substrate, which causes a short between the coil and the adjacent grounded surface and prevents the coil from breaking during operation. Accept the degree of baking. In addition, dark spaces are formed between the coils and adjacent grounded surfaces to retard the flow of plasma ions that prevents arcs between the coils and adjacent grounded surfaces.
도 2는 코일부 (104d) 및 (104e)의 축 그리고 실질적으로는 챔버의 원통형 축에 대한 수직선을 통과하는 평면으로 절단한 피드스루(112)의 단면도를 도시한 것이다. 도 2a는 도 2의 화살표 A에 의해 지시되는 방향에서 도 2 피드스루의 측면도를 도시한 것이다. 도 3은 도 2의 화살표 B에 의해 지시되는 방향에서 도 2 피드스루를 도시한 것이다. 도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이, RF 코일(104)의 도시된 실시예의 부분 (104b),(104d),(104e), 그리고 (104f)는 실질적으로 원통형이다. 부분 (104d) 및 (104e)는 실질적으로 서로 평행으로 위치하고, 각각 블록 부재(202)의 두 애퍼처(202a)(202b)를 통과한다(도 2). 애퍼처의 내경은 이를 통과하는 코일부(104d)(104e)의 외경보다 크므로, 그 결과 전도성 물질의 흐름을 방지하고 아래에 설명되는 다크스페이스를 형성하도록 고리 모양의 스페이스가 코일부의 외부 표면과 관련된 애퍼처의 내부 표면 사이에 형성된다. 비록 코일의 두단부(104b)(104f)는 가령 위에서 설명되었고 도 1에 도시된 바와 같이 다른 전기 회로와 연결될 수 있지만, 피드스로의 구조적 부재는 전형적으로 두 부분(104d)(104e)에 관해서 동일하다.FIG. 2 shows a cross-sectional view of the feedthrough 112 cut in the plane passing through the axes of the coil portions 104d and 104e and substantially perpendicular to the cylindrical axis of the chamber. FIG. 2A shows a side view of the FIG. 2 feedthrough in the direction indicated by arrow A of FIG. 2. 3 shows the feedthrough of FIG. 2 in the direction indicated by arrow B of FIG. 2. As shown in FIGS. 2 and 3, portions 104b, 104d, 104e, and 104f of the illustrated embodiment of RF coil 104 are substantially cylindrical. The portions 104d and 104e are positioned substantially parallel to each other, respectively passing through two apertures 202a and 202b of the block member 202 (FIG. 2). Since the inner diameter of the aperture is larger than the outer diameter of the coil portions 104d and 104e passing through it, the outer surface of the coil portion has an annular space so as to prevent the flow of conductive material and form the dark space described below. And is formed between the inner surface of the aperture associated with it. Although the two ends 104b and 104f of the coil may be connected with other electrical circuits as described above and illustrated in FIG. 1, the structural members of the feedthrough are typically the same with respect to the two parts 104d and 104e. Do.
도 2에 도시된 바와 같이, 절연관(insulator tube; 204)은 블록 부재(202)와 코일의 단부 사이에 있는 외부 코일부(104b)의 일부분 근처에 위치한다. 절연관(204)은 세라믹 또는 다른 안정한 절연 물질로 구성될 수 있다. 링 형상 부재(206)는 절연관(204)과 코일의 단부 사이의 코일부의 외부 표면 일부분에 용접되거나 또는 결합된다. 링 부재(206)는 티타늄이나 다른 안정한 전도성 물질로 구성된다. 절연관(204)의 일 단부(204a)는 절연관(204)과 링 부재(206) 사이의 코일부 주위에 위치한 제 1 슬리브(208)에 의해 링 부재(206)에 결합되고, 다른 단부(204b)는 절연관(204)과 블록 부재(202) 사이의 코일부 주위에 위치한 제 2 슬리브(210)에 의해 블록 부재(202)에 결합된다. 제 1 및 제 2 슬리브(208)(210)는 코바(kovar) 또는 다른 안정한 물질로 구성된다. 제 1 슬리브의 일 단부(208a)는 링 부재(206)에 결합되며, 다른 단부(208b)는 절연관(204)의 일 단부(204a)에 결합된다. 제 2 슬리브의 일 단부(210a)는 절연관(204)의 일 단부(204b)에 결합된다. 제 1 슬리브(208)와 제 2 슬리브(210)가 전기적으로 절연되도록, 제 1 슬리브의 일 단부(208b)와 제 2 슬리브의 일 단부(210a)는 절연관(204)에 의해 분리되어 있다. 제 2 슬리브(210)의 다른 단부(210b)는 블록 부재(202)의 애퍼처(202a)로 뻗어 있으며, 애퍼처의 내부 표면과 접해 있다. 제 2 슬리브(210)가 코일부(104d)의 외부 표면과 접촉하지 않기 위하여, 제 2 슬리브(210)의 내경은 이를 통과하는 코일부외경 보다 충분히 크다. 더 나아가 고리 형상의 공간이 애퍼처(202a)의 내부 표면과 코일부(104d)의 외부 표면 사이에 형성되기 위하여, 애퍼처(202a)의 내부 표면 직경은 이를 통과하는 코일부(104d)의 외부 직경 보다 일정 길이만큼 크다. 블록 부재(202)가 절연관(204)을 통해서 기계적으로 연결되어 있기 때문에, 코일(104)과 블록 부재(202)는 전기적으로 서로 절연된다. 이러한 방식으로 코일(104)은 블록 부재(202)에 의해 절연되면서 지지된다.As shown in FIG. 2, an insulator tube 204 is located near a portion of the outer coil portion 104b between the block member 202 and the end of the coil. Insulation tube 204 may be composed of ceramic or other stable insulating material. The ring shaped member 206 is welded or joined to a portion of the outer surface of the coil portion between the insulation tube 204 and the end of the coil. The ring member 206 is made of titanium or other stable conductive material. One end 204a of the insulator tube 204 is coupled to the ring member 206 by a first sleeve 208 located around the coil portion between the insulator tube 204 and the ring member 206, and the other end ( 204b is coupled to the block member 202 by a second sleeve 210 located around the coil portion between the insulator tube 204 and the block member 202. The first and second sleeves 208, 210 are made of kovar or other stable material. One end 208a of the first sleeve is coupled to the ring member 206, and the other end 208b is coupled to one end 204a of the insulator tube 204. One end 210a of the second sleeve is coupled to one end 204b of the insulator tube 204. One end 208b of the first sleeve and one end 210a of the second sleeve are separated by an insulator tube 204 so that the first sleeve 208 and the second sleeve 210 are electrically insulated. The other end 210b of the second sleeve 210 extends into the aperture 202a of the block member 202 and abuts the inner surface of the aperture. In order for the second sleeve 210 not to contact the outer surface of the coil portion 104d, the inner diameter of the second sleeve 210 is sufficiently larger than the outer diameter of the coil portion passing therethrough. Furthermore, in order for the annular space to be formed between the inner surface of the aperture 202a and the outer surface of the coil portion 104d, the inner surface diameter of the aperture 202a is outside of the coil portion 104d passing therethrough. It is a certain length larger than the diameter. Since the block member 202 is mechanically connected through the insulator tube 204, the coil 104 and the block member 202 are electrically insulated from each other. In this way, the coil 104 is supported while being insulated by the block member 202.
블럭 부재(202)는 티타늄, 알루미늄, 스테인레스 강 또는 다른 적절한 구조적 물질(structural meterial)로 구성될 수 있다. 슬리브(208)(210)는 가령 약 800℃의 용융 온도인 고온 납땜(brazing)에 의해 링 부재(206), 절연관(204) 그리고 블록 부재(202) 내부 표면과 각각 (208a), (208b), (210a), 그리고 (210b)에서 연결된다. 이러한 용접은 피드스루의 동작 온도가 800℃ 이하이므로 대부분의 장치에 대해 안전한 접합을 형성한다. 예컨대 용접과 같은 다른 적절한 수단이 상기 구성요소의 접합에 또한 사용될 수 있다. 코일, 링 부재(206), 제 1 슬리브(208), 절연관(204), 제 2 슬리브(208) 그리고 블록 부재(202) 사이의 연결은 단단히 압착되어 있다. 게다가, 가스나 물과 같은 냉각 유체(coolant fluid)를 위한 냉각제 소스(coolant source)와 연결하기 위하여 니플(nipple; 214)이 코일부(104d)의 단부에 설치된다. 니플(214)은 티타늄이나 다른 적절한 물질로 구성될 수 있다.The block member 202 may be made of titanium, aluminum, stainless steel or other suitable structural meterial. The sleeves 208, 210 are respectively 208a, 208b with the inner surfaces of the ring member 206, the insulation tube 204 and the block member 202 by high temperature brazing, for example, a melting temperature of about 800 ° C. ), 210a, and 210b. This welding creates a safe bond for most devices because the feedthrough operating temperature is below 800 ° C. Other suitable means, for example welding, may also be used for joining the components. The connection between the coil, the ring member 206, the first sleeve 208, the insulation tube 204, the second sleeve 208 and the block member 202 is tightly compressed. In addition, a nipple 214 is provided at the end of the coil portion 104d to connect with a coolant source for a coolant fluid such as gas or water. Nipple 214 may be made of titanium or other suitable material.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 코일부(104e)은 블록 부재(202)의 매칭 애퍼처(202b)를 통과한다. 코일부(104e)이 블록 부재(202)로 연결된 구조는 앞에 설명된 코일부(104d)에 대한 구조와 동일하다. 상기 구조를 통해서, 블록부재(202)는 압력에 강하고 절연된 방식으로 코일을 지탱한다. 피드스루 장치(112)는 실드 벽(106) 내의 애퍼처(106a)나 챔버 벽(114) 내의 애퍼처를 통해서 피드스루 장치를 통과시키고 가령 도 3에 도시된 볼트(216) 등을 사용하여 벽에 블록 부재(202)를 고정시키므로써 챔버(100) 내에 설치된다. 볼트(216)는 챔버의 메인 벽에 직접 체결되거나 또는 별도 실시예와 관련하여 아래에 설명되는 바와 같이 분리 어댑터 플레이트에 체결된다. 강한 압착을을 위하여 블록 부재(202)와 벽(114) 사이에 진공 밀봉이 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the coil portion 104e passes through the matching aperture 202b of the block member 202. The structure in which the coil portion 104e is connected to the block member 202 is the same as the structure for the coil portion 104d described above. Through the above structure, the block member 202 supports the coil in a pressure-resistant and insulated manner. The feedthrough device 112 passes the feedthrough device through an aperture 106a in the shield wall 106 or through an aperture in the chamber wall 114 and uses a wall 216 as shown in FIG. The block member 202 is fixed in the chamber 100. Bolts 216 are fastened directly to the main wall of the chamber or to the detachable adapter plate as described below in connection with a separate embodiment. A vacuum seal may be formed between the block member 202 and the wall 114 for strong compression.
피드스루(112)가 코일을 충분히 지지할 수 있기 때문에 다른 연결 장치나 지지 장치는 챔버 내부에 설치될 필요가 없다. 그러나 상기 실시예에서, 실드 벽(106)의 애퍼처(106a)는 블록 부재(202)와 실드 벽 사이에서 증착 물질과 플라즈마 이온이 누출되는 것을 방지하기 위하여 피드스루의 블록 부재(202)를 잘 수용하도록 크기가 형성된다. 그러므로 블록 부재(202)는 피드스루(112)와 코일(104)을 보조 지지하도록 실드 벽에 의해 지지되고 고정된다.Since the feedthrough 112 can sufficiently support the coil, no other connecting or supporting device need be installed inside the chamber. However, in the above embodiment, the aperture 106a of the shield wall 106 is better at blocking the block member 202 of the feedthrough to prevent leakage of deposition material and plasma ions between the block member 202 and the shield wall. Sized to accommodate. The block member 202 is therefore supported and fixed by the shield wall to assist the feedthrough 112 and the coil 104.
피드스루(112)가 설치될 때, 블록 부재(202)는 통상 그라운드되어 있는 챔버와 전기적으로 연결된다. 절연관(204)에 의해 블록 부재(202)와 전기적으로 절연되어 있는 코일(104)은 애퍼처가 열릴 때 ("RF 열(RF-hot)"로 언급되는) RF 소스(RF source)에 의해 비교적 높은 전압이 공급된다. 상기에 에 설명한 바와 같이, 코일(104)과 블록 부재(202)는 일정 크기를 갖는 코일부(104d)과 블록 부재(202) 사이에 서로로부터 고리 모양 공간을 형성하도록 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 사실상 고리 모양 공간(212)은 스퍼터된 증착 물질이 이온화되는플라즈마 발생 영역(108)과 절연부재(204) 사이의 제한된 통로를 형성한다. 비교적 좁은 폭과 긴 길이의 공간(212)은 스퍼터된 증착 물질이 절연 부재(204)로 흐르는 것을 방지한다. 그러므로, 코일(104)을 블록 부재(202)와 단락시키는 절연 부재(204)를 가로지르는 전도성 스퍼터된 증착 물질의 전도성 통로(conductive path)를 형성하는 것은 실질적으로 코일 피드스루의 유효 수명을 지연시키거나 또는 완전히 정지시킬 수 있다. 동시에, 공간(212)의 폭은 코일이 피드스루 블록 부재(202)와 접촉하거나 전기적으로 단락되는 일 없이 코일의 굴곡 정도를 허용하도록 충분히 넓다. 도시된 실시예에 있어서, 코일(104)의 전도성 외부 표면과 블록 애퍼처(202a)(202b)의 그라운드된 내부 표면 사이의 공간(212)은 약 1:12의 폭대 길이 비율(width to length ratio)을 위하여 약 0.04∼0.08 inch (1∼2 mm)의 폭과 약 1/2∼1 inch (12∼25 mm)의 길이를 갖는다. 상기 비율은 최소 1:2 이상이 것이 바람직하다. 상기 크기는 개별 적용례에 따라서 다르다. 물론 개별 적용례에 따라서 다른 크기도 가능하다. 도시된 실시예에 있어서, 블록 부재(202)는 잘 결정된 공간(212)의 길이로 연장된다. 고리 형상 공간(212)은 또한 "다크스페이스" 갭(darkspace gap)을 형성하도록 크기가 된다.When the feedthrough 112 is installed, the block member 202 is electrically connected to a chamber that is typically grounded. The coil 104, electrically insulated from the block member 202 by the insulator tube 204, is relatively by the RF source (referred to as " RF-hot ") when the aperture is opened. High voltage is supplied. As described above, the coil 104 and the block member 202 are arranged to form an annular space from each other between the coil portion 104d and the block member 202 having a predetermined size. As shown in FIG. 2, the substantially annular space 212 forms a restricted passage between the plasma generating region 108 and the insulating member 204 where the sputtered deposition material is ionized. A relatively narrow width and long length of space 212 prevents the sputtered deposition material from flowing into the insulating member 204. Therefore, forming a conductive path of conductive sputtered deposition material across the insulating member 204 that shortens the coil 104 with the block member 202 substantially delays the useful life of the coil feedthrough. Or stop completely. At the same time, the width of the space 212 is wide enough to allow a degree of bending of the coil without the coil contacting or electrically shorting the feedthrough block member 202. In the illustrated embodiment, the space 212 between the conductive outer surface of the coil 104 and the grounded inner surface of the block apertures 202a and 202b has a width to length ratio of about 1:12. It has a width of about 0.04 to 0.08 inch (1 to 2 mm) and a length of about 1/2 to 1 inch (12 to 25 mm). The ratio is preferably at least 1: 2. The size depends on the individual application. Of course, other sizes are possible depending on the individual application. In the illustrated embodiment, the block member 202 extends the length of the well-defined space 212. The annular space 212 is also sized to form a "darkspace" gap.
다크스페이스 갭은 플라즈마 발생 환경에서 서로 다른 전압을 유지하는 두 도체 사이에 형성되는 공간인데, 여기서 두 도체 사이의 거리는 두 도체 사이의 프라즈마 형성을 지연하도록 충분히 작아서 두 도체 사이의 아크(arc)를 방지하기에 충분하다. 그러므로 플라즈마는 인접 플라즈마 영역(108)으로부터 다크스페이스로 통과하는 것이 금지된다. 상기 다크스페이스를 형성할 수 있는 두 도체 사이의 최대 거리는, 예컨대 플라즈마 발생 영역내의 플라즈마 밀도, 동작 압력, 그리고 두 도체의 상대 전압 등의 요인에 의존한다. 도 2에 도시된 실시에에 있어서, 다크스페이스 갭(212)은 블록 부재(202)의 애퍼처(202a) 내부 표면과 코일부(104d) 사이의 이러한 다크스페이스를 형성하도록 충분히 작다. 그러므로 다크스페이스 갭(212)은 코일과 블록 부재 애퍼처(202a)(202b)의 인접 표면 사이에 아크를 방지하기 위하여 공간(212)에서 플라즈마의 형성을 지연시키는 기능을 한다. 수 밀리토르(milliTorr)에서 약 30 밀리토르 범위의 챔버 압력에 대하여, 0.06 inch (1.5 mm)의 다크스페리스 갭이 바람직하다.Darkspace gaps are spaces formed between two conductors that maintain different voltages in a plasma generating environment, where the distance between the two conductors is small enough to delay plasma formation between the two conductors to prevent arcs between the two conductors. Enough to do Therefore, the plasma is prohibited from passing from the adjacent plasma region 108 into the dark space. The maximum distance between two conductors that can form the darkspace depends on factors such as, for example, the plasma density in the plasma generating region, the operating pressure, and the relative voltages of the two conductors. In the embodiment shown in FIG. 2, the dark space gap 212 is small enough to form such dark space between the inner surface of the aperture 202a of the block member 202 and the coil portion 104d. Darkspace gap 212 therefore functions to delay the formation of plasma in space 212 to prevent arcing between the coil and adjacent surfaces of block member apertures 202a and 202b. For chamber pressures ranging from a few millitorr to about 30 millitorr, a 0.06 inch (1.5 mm) dark spherical gap is preferred.
도시된 실시예에서, 블록 부재(202)는 코일(104)과 개구부(220)에 인접한 블록 부재 사이에 갭을 제공하는 개구부(220)를 갖는데, 상기 개구부(220)는 실질적으로 다크스페이스 갭 보다 크지만 코일과 개구부(220) 사이에 아크나 우연적 접촉이 일어나지 않도록 충분히 크다. 개구부(220)는 애퍼처(202a)(202b)의 바라직한 길이를 결정하도록 블록 부재(202)에 형성된다.In the illustrated embodiment, the block member 202 has an opening 220 that provides a gap between the coil 104 and the block member adjacent to the opening 220, the opening 220 being substantially larger than the dark space gap. While large, it is large enough to prevent arcing or accidental contact between the coil and the opening 220. Opening 220 is formed in block member 202 to determine the desired length of apertures 202a and 202b.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수냉 코일(water-cooled coil)을 위한 RF 피드스루 장치를 도시한 것이다. 도 4는 코일부(104d)의 축을 포함하며 실질적으로 챔버의 원통 축과 평행한 평면에서 피드스루의 단면도를 도시한 것이다. (도 1 및 도 5의) 코일부(104e)은 코일부(104d)과 평행하며 도 4에서는 도시되지 않았다. 도 5는 도 4의 화살표 C에 의해서 지시되는 방향에서 바라본 도 4 피드스루의 정면도이다. 도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이, 실질적으로 원통형인 RF 코일의 부분 (104d) 및 (104e)은 서로 평행하며 어댑터 플레이트(adaptorplate; 302)의 두 애퍼처(301)을 통과한다. 또한 도 4는 챔버 내의 플라즈마 발생 영역(108)을 도시한다.4 and 5 illustrate an RF feedthrough device for a water-cooled coil according to another embodiment of the present invention. 4 shows a cross-sectional view of the feedthrough in a plane that includes the axis of the coil portion 104d and is substantially parallel to the cylindrical axis of the chamber. The coil portion 104e (of FIGS. 1 and 5) is parallel to the coil portion 104d and is not shown in FIG. 4. 5 is a front view of the feedthrough of FIG. 4 viewed from the direction indicated by arrow C of FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, portions 104d and 104e of the substantially cylindrical RF coil are parallel to each other and pass through two apertures 301 of adapter plate 302. 4 also shows a plasma generating region 108 in the chamber.
도 4에 도시된 바와 같이, 관 부재(304)는 코일부(104d)을 둘러싸며 결합되고, 실질적으로 어댑터 플레이트(302)의 애퍼처(301)를 통과하는 코일 전체 부분을 따라서 연장된다. 관 부재(304)는 관(304)의 "내측" 단부(즉, 챔버의 압력 용기내 안쪽의 관 단부)에 또는 근처에 고리 형상 플렌지(flange; 304a)를 가지며, 관(304)의 외측 단부에 있는 외주면 일부(304b)(즉, 챔버의 압력 용기 바깥쪽의 관 단부)에 나사선이 형성된다. 원통형 슬리브(306)가 코일부(104d) 주위에 구비되고, 관 부재(304)의 플렌지(304a)에서 관 부재(304)로부터 연장된다. 슬리브(306)는 코일과 일정 간격을 유지하기 위해 코일부(104d) 외경보다 큰 내경을 갖는다. 슬리브(306) 및 관 부재(304)는 코일부(104d)와 전기적으로 접촉되어 있다. 아래에 설명하는 바와 같이, 슬리브(306)는 실드(106)내의 애퍼처(316)를 통과한다(도 1 및 도 4). 관 부재(304)는 용접이나 다른 적절한 수단에 의해 코일과 결합되고, 슬리브(306)도 비슷한 방식으로 관 부재(304)와 결합된다. 대안적으로, 슬리브(306), 관 부재(304), 그리고 두 코일은 전체로서 하나의 부재로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the tubular member 304 is joined to surround the coil portion 104d and extends substantially along the entire portion of the coil passing through the aperture 301 of the adapter plate 302. The tube member 304 has an annular flange 304a at or near the "inner" end of the tube 304 (ie, the inner tube end in the pressure vessel of the chamber) and the outer end of the tube 304. A thread is formed on a portion of the outer circumferential surface 304b (ie, the tube end outside the pressure vessel of the chamber). A cylindrical sleeve 306 is provided around the coil portion 104d and extends from the tubular member 304 at the flange 304a of the tubular member 304. The sleeve 306 has an inner diameter larger than the outer diameter of the coil portion 104d to maintain a constant distance from the coil. The sleeve 306 and the tubular member 304 are in electrical contact with the coil portion 104d. As described below, the sleeve 306 passes through the aperture 316 in the shield 106 (FIGS. 1 and 4). The tubular member 304 is joined with the coil by welding or other suitable means, and the sleeve 306 is joined with the tubular member 304 in a similar manner. Alternatively, the sleeve 306, the tubular member 304, and the two coils may be composed of one member as a whole.
관 부재(304)의 플렌지(304a), 플렌지(304a)와 어댑터 플레이트(302) 사이에 위치한 절연 링(308), 관 부재(304)와 어댑터 플레이트(302) 사이에 위치한 절연 슬리브(310), 그리고 관 부재(304)의 나사부(304b)에 나사끼움된 너트(312)를 포함하는 고정 및 절연 장치에 의해 코일(104)은 플레이트(302)에 절연적으로 고정된다. 절연 슬리브(310)는 블록(302)의 애퍼처(301)를 통과하는 비교적 작은 외경을 갖는 부분(310a)과 어댑터 블록(302)의 숄더(shoulder; 302a)에 의해 수용되는 비교적 큰 외경을 갖는 플렌지부(310b)를 가진다. 너트(312)는 플렌지(310b)의 숄더(310c)에 의해 나사끼움된다. 절연 링(308)과 절연 슬리브(310)는 베스펠(vespel)이나 다른 적절한 물질로 구성될 수 있다.The flange 304a of the tubular member 304, the insulating ring 308 located between the flange 304a and the adapter plate 302, the insulating sleeve 310 located between the tubular member 304 and the adapter plate 302, The coil 104 is insulated from the plate 302 by a fixing and insulating device including a nut 312 screwed to the threaded portion 304b of the tubular member 304. The insulating sleeve 310 has a relatively large outer diameter received by the portion 310a having a relatively small outer diameter passing through the aperture 301 of the block 302 and the shoulder 302a of the adapter block 302. It has a flange portion 310b. The nut 312 is screwed by the shoulder 310c of the flange 310b. The insulating ring 308 and the insulating sleeve 310 may be made of a vespel or other suitable material.
도 4에 도시된 바와 같이, 어댑터 플레이트(302)는 절연 링(308)과 절연 슬리브(310)의 플렌지부(310b) 사이에 수용된다. 너트(312)가 잠길 때, 너트(312)는 절연 슬리브(310)의 플렌지부(310b)에 압력을 가하고, 그것에 의하여 관 부재(304)의 플렌지(304a)가 절연 링(308)에 압력을 가한다. 절연 링(308)과 절연 관의 플렌지부(310b)는 차례로 어댑터 플레이트(302)에 압력을 가하고, 그것에 의하여 코일(104)을 어댑터 플레이트(302)에 절연적으로 고정한다. 진공 씰(314)은 플렌지(304a)와 절연 링(308) 사이, 그리고 절연 링(308)과 블록(302) 사이에 구비될 수 있다.As shown in FIG. 4, the adapter plate 302 is received between the insulating ring 308 and the flange portion 310b of the insulating sleeve 310. When the nut 312 is locked, the nut 312 pressurizes the flange portion 310b of the insulating sleeve 310, whereby the flange 304a of the tubular member 304 pressurizes the insulating ring 308. Add. The insulating ring 308 and the flange portion 310b of the insulating tube in turn apply pressure to the adapter plate 302, thereby insulating the coil 104 to the adapter plate 302. The vacuum seal 314 may be provided between the flange 304a and the insulating ring 308 and between the insulating ring 308 and the block 302.
도 5에 도시된 바와 같이, 코일부(104e)는 블록(302)의 다른 애퍼처(302b)를 통과한다. 도시된 실시예에 있어서, 코일부(104e)를 블록(302)에 연결하는 구조는 상기에 설명된 코일부(104d)에 대한 구조와 실질적으로 동일하다. 도 4에 도시된 피드스루가 증착 장치(100)에 설치될 때, 어댑터 플레이트(302)는 볼트(318)와 같은 적절한 고정구(fastener)에 의해 챔버 벽(114)에 고정될 수 있다. 진공 씰(314)은 플레이트(302)와 챔버 벽(114) 사이에 제공된다. 플레이트(302)는 통상 그라운드되는 챔버 벽(114)처럼 동일한 전압으로 존재한다.As shown in FIG. 5, coil portion 104e passes through another aperture 302b of block 302. In the illustrated embodiment, the structure connecting the coil portion 104e to the block 302 is substantially the same as the structure for the coil portion 104d described above. When the feedthrough shown in FIG. 4 is installed in the deposition apparatus 100, the adapter plate 302 may be secured to the chamber wall 114 by a suitable fastener, such as a bolt 318. Vacuum seal 314 is provided between plate 302 and chamber wall 114. The plate 302 is at the same voltage as the chamber wall 114 that is typically grounded.
다시 도 4를 살펴보면, 피드스루 장치가 증착 장치(100)에 설치될 때, 코일부(104)를 따라서 연장되는 원형 슬리브(306) 실드(106)의 애퍼처(106a)를 통과한다(도 1). 실드의 애퍼처(106a)는 원형 슬리브(306)의 외경보다 일정 크기가 큰 내경을 갖는다. 앞에서 설명한 바와 같이, 실드(106)는 전형적으로 그라운드된 챔버 벽(114)과 전기적으로 연결되어 있다; 한편, 플렌지(306)는 동작 동안 RF 가열되는 RF 코일과 전기적으로 연결되어 있다. 그러므로 다크스페이스 갭(316)은 플렌지(306)와 실드(106)의 애퍼처(106a) 내주면 사이에 제공될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 다크스페이스 갭(316)은 절연 링(308)이 플라즈마 영역(108)에 노출되지 않도록 내부 플라즈마 발생 영역(108)과 절연 링(308) 사이에 위치한다. 그러므로 다크스페이스 갭은 플라즈마 발생 영역(108)에 존재하는 플라즈마 이온과 스퍼터된 증착 물질로부터 절연 링(308)을 보호한다.Referring again to FIG. 4, when the feedthrough device is installed in the deposition apparatus 100, it passes through the aperture 106a of the circular sleeve 306 shield 106 extending along the coil portion 104 (FIG. 1). ). The aperture 106a of the shield has an inner diameter that is greater than a certain diameter than the outer diameter of the circular sleeve 306. As described above, the shield 106 is typically electrically connected to the grounded chamber wall 114; On the other hand, the flange 306 is electrically connected to an RF coil that is RF heated during operation. Therefore, the dark space gap 316 may be provided between the flange 306 and the inner circumferential surface of the aperture 106a of the shield 106. As shown in FIG. 4, the dark space gap 316 is positioned between the inner plasma generating region 108 and the insulating ring 308 such that the insulating ring 308 is not exposed to the plasma region 108. Therefore, the dark space gap protects the insulating ring 308 from the deposition materials sputtered with plasma ions present in the plasma generating region 108.
피드스루 장치(112)는 챔버 벽(114)의 애퍼처를 통해서 피드스루 장치를 통과시키고, 도 4 및 도 5에 도시된 볼트(318) 등을 사용하여 플레이트(302)를 벽에 고정시키므로써 챔버(100)에 설치될 수 있다. 플레이트(302)와 벽(114) 사이는 진공 밀봉된다. 실드(106)는 애퍼처(106a)의 하부를 포함하는 하부 부분(lower section)이 코일(104)보다 먼저 설치되는 하나 또는 그 이상의 부분(section)에서 형성된다. 코일이 설치된 후에, 슬리브(306)에 대하여 실드 애퍼처(106a)를 완성하도록 실드(106)의 나머지 부분(106c)이 설치된다. 피드스루(112)는 챔버 내부에 다른 연결(connection)이나 보조가 필요하지 않도록 코일을 완전히 지지할 수 있다.Feedthrough device 112 passes the feedthrough device through the aperture of chamber wall 114 and secures plate 302 to the wall using bolts 318 and the like shown in FIGS. 4 and 5. It may be installed in the chamber 100. Between the plate 302 and the wall 114 is vacuum sealed. Shield 106 is formed in one or more sections in which a lower section, including a lower portion of aperture 106a, is installed before coil 104. After the coil is installed, the remaining portion 106c of the shield 106 is installed to complete the shield aperture 106a with respect to the sleeve 306. The feedthrough 112 may fully support the coil so that no other connection or assistance is required inside the chamber.
도 4에 도시된 제 2 실시예의 피드스루 장치에 있어서, 다크스페이스 갭은 그라운드된 부재(실드 106)와 코일(104) 주위에 위치한 RF-열(RF-hot) 슬리브(306) 사이에 결정된다. 도 2의 실시예와 비교하면, 도 2에서 다크스페이스 갭은 그라운드된 부재(블록 부재)와 코일 사이에 형성된다. 결론적으로, 애퍼처(202a)를 통과하는 코일부가 그 사이에 다크스페이스 갭(212)을 형성하는 애퍼처와 관련하여 정확하게 위치될 수 있도록 코일 제작에 있어 정밀도가 요구된다. 게다가, 코일의 크기와 무게로 인하여 코일이 애퍼처 내에서 흔들리는 경향이 있는데, 그 결과 애퍼처(106a)와 코일 사이에 형성되는 고리 형상 다크스페이스의 크기가 애퍼처 표면(periphery)에 따라서 변화될 수 있다. 반면에 도 4의 제 2 실시예에 있어서, 슬리브(306)는 코일부보다 더 단단해지는 경향이 있다. 결과적으로, 슬리브(306)와 실드(106)의 애퍼처(106a) 내주면 사이에 형성되는 다크스페이스 갭(316)은 더 확고히 결정된다.In the feedthrough apparatus of the second embodiment shown in FIG. 4, the dark space gap is determined between the grounded member (shield 106) and the RF-hot sleeve 306 located around the coil 104. . In comparison with the embodiment of FIG. 2, in FIG. 2 a dark space gap is formed between the grounded member (block member) and the coil. In conclusion, precision is required in coil fabrication so that the coil portion passing through the aperture 202a can be accurately positioned with respect to the aperture forming the dark space gap 212 therebetween. In addition, due to the size and weight of the coil, the coil tends to swing within the aperture, so that the size of the annular darkspace formed between the aperture 106a and the coil may vary depending on the aperture surface. Can be. On the other hand, in the second embodiment of Fig. 4, the sleeve 306 tends to be harder than the coil portion. As a result, the dark space gap 316 formed between the sleeve 306 and the inner circumferential surface of the aperture 106a of the shield 106 is more firmly determined.
도 4의 또 다른 장점은 슬리브를 제외한 전체 피드스루 장치가 실드(106)와 다크스페이스 갭(316)에 의해 보호된다는 것이다. 대안으로, 가령 플레이트(302)의 일부나 챔버 벽의 일부 등과 같이 실드(106) 이외의 그라운드된 부재도 슬리브(306)와 함께 다크 스페이스 갭을 형성하는데 사용될 수 있다.Another advantage of FIG. 4 is that the entire feedthrough device except the sleeve is protected by shield 106 and darkspace gap 316. Alternatively, grounded members other than shield 106, such as part of plate 302 or part of chamber wall, etc., may also be used with sleeve 306 to form a dark space gap.
본 발명의 두 가지 실시예가 상세히 설명되었다. 그러나 설명된 실시예의 세부 구조는 발명의 정신을 벗어나지 않고 다양하게 변하될 수 있을 것이다.Two embodiments of the invention have been described in detail. However, the detailed structure of the described embodiment may be variously changed without departing from the spirit of the invention.
여기에 논의된 바람직한 코일의 재료로는 가령 Al, Ti, Ta, Cu 등, 그리고 TiN, TaN 등의 질산합금과 같은 다른 다양한 형태의 금속이 사용될 수 있다. 만약하나 또는 그 이상의 코일이 관 형상 코일과 함께 사용되면, 관 형상 코일과 부가적 코일은 동일한 재료나 대안적인 다른 재료로 구성될 수 있다. 더 나아가, 스퍼터링 코일 뿐만 아니라 관 형상 냉각 코일도 여기에 논의된 실시예에 부가될 수 있다.As the material of the preferred coils discussed herein, other various types of metals can be used, such as, for example, Al, Ti, Ta, Cu, and the like, nitrate alloys such as TiN, TaN. If one or more coils are used with the tubular coils, the tubular coils and the additional coils may be composed of the same material or alternatively different materials. Furthermore, sputtering coils as well as tubular cooling coils can be added to the embodiments discussed herein.
여기에 도시된 원형(circular shape) 외에도, 챔버 내 코일의 중앙부는 다양한 형상을 가질 수 있다는 것을 예상할 수 있다. 예를 들어, 1997년 5월 16일 제출된 계류 중 출원, 직렬 번호 제 08/857,719의 "이온화된 메탈 플라즈마 증착을 위한 중앙 코일 설계(Central Coil Design for Ionized Metal Plasma Deposition)"(Attorney Docket 1752/PVD/DV)에 설명된 것과 마차가지로 코일은 플렛 스피럴(flat spiral) 또는 프루스토-코니컬(frusto-conical) 멀티 턴(multi-turn) 된 형상을 가질 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따른 일체(one-piece)의 관 형상 코일은 1997년 5월 16일 제출된 계류 중 출원, 직렬 번호 제 08/857,944의 "이온 증착을 위한 하이브리드 코일 설계(Hybrid Coil Design for Ionized Deposition)" (Attorney Docket 1871/PVD/DV)에 설명된 바와 같이 관 형상 코일의 외부에 접착되거나 형성되는 스퍼터링 표면 또는 증착 차단 표면을 가질 수 있다.In addition to the circular shape shown here, it can be expected that the central portion of the coil in the chamber can have various shapes. For example, the pending application, filed May 16, 1997, Serial Number 08 / 857,719, "Central Coil Design for Ionized Metal Plasma Deposition" (Attorney Docket 1752 / As described in PVD / DV), the coil may have a flat spiral or frusto-conical multi-turned shape. Furthermore, the one-piece tubular coil according to the present invention is described in the pending application, filed May 16, 1997, serial number 08 / 857,944, "Hybrid Coil Design for Ion Deposition. Ionized Deposition) ”(Attorney Docket 1871 / PVD / DV) may have a sputtering surface or deposition barrier surface that is bonded or formed to the outside of the tubular coil.
적절한 RF 발진기와 매칭 회로는 당해 기술분야에 있어서 당업자에게는 잘 알려진 구성요소이다. 예를 들어, 매칭 회로와 안테나로 우수한 주파수 매치(frequency match)를 위하여 "주파수 추적(frequency hunt)"을 할 수 있는 ENI 제너시스 계열(ENI Genesis series)과 같은 RF 발진기는 적절하다. RF 전력을 코일에 발생시키기 위한 발진기의 주파수는 약 2MHz 가 바람직하며, 그 범위는 변화될 수 있다. 예를 들어, 1∼28 MHz 까지는 만족스럽다. RF 전력은 약 1.5kW 정도로 하는 것이 바람직하며, 1.5∼5 kW 까지는 만족스럽다. 게다가, 타깃(128)을 바이어싱 하기 위해 DC 전력은 약 8∼12 kW 정도가 바람직하며 2∼24 kW 까지는 만족스럽고, 페데스탈(126) 바이어스 전압은 약 DC 30 V 정도가 바람직하다. 상기 파라미터는 개별 적용례에 따라서 변화될 수 있다.Suitable RF oscillators and matching circuits are components well known to those skilled in the art. For example, an RF oscillator, such as the ENI Genesis series, capable of "frequency hunt" for a good frequency match with a matching circuit and antenna, is suitable. The frequency of the oscillator for generating RF power to the coil is preferably about 2 MHz, the range of which may vary. For example, from 1 to 28 MHz is satisfactory. RF power is preferably about 1.5 kW, satisfactory up to 1.5 to 5 kW. In addition, the DC power is preferably about 8-12 kW, satisfactory up to 2-24 kW, and the pedestal 126 bias voltage is preferably about DC 30V for biasing the target 128. The parameter can be changed depending on the individual application.
다양한 스퍼터링 가스가 Ar을 포함한 플라즈마 발생에 이용될 수 있고, NF3, CF4, H2, O2와 같은 다양한 반응 가스와 많은 다른 종류의 가스가 사용될 수 있다. 다양한 스퍼터링 압력은 약 0.1∼50 mTorr 범위내면 안정하다. 이온화된 PVD에 대해서, 예컨대 30 mTorr와 같은 10∼100 mTorr의 압력은 종종 스퍼터된 물질을 잘 이온화 시킨다.Various sputtering gases can be used for plasma generation including Ar, and various reactive gases such as NF 3 , CF 4 , H 2 , O 2 and many other kinds of gases can be used. Various sputtering pressures are stable in the range of about 0.1 to 50 mTorr. For ionized PVD, pressures of 10-100 mTorr, for example 30 mTorr, often ionize the sputtered material well.
물론, 본 발명이 다양한 측면에서 수정될 수 있다는 것은 당해 기술분야의 당업자에게 명백하며, 어떤 것은 연구 후에 명백해지고 어떤 것은 진부한 기계적 전기적 설계의 문제이다.Of course, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be modified in various aspects, some become apparent after study and some are a matter of conventional mechanical and electrical design.
다른 실시예 또한 가능하며, 이들의 특성은 개별 적용례에 따른다. 마찬가지로, 본 발명의 범위는 여기에 설명된 개별 실시예에 의해 제한되지 않으며, 단지 여기에 부가된 특허 청구항과 균등물에 의해 규정된다.Other embodiments are also possible, the nature of which depends on the individual application. Likewise, the scope of the invention is not limited by the individual embodiments described herein, but only by the patent claims and equivalents appended thereto.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20091012 Year of fee payment: 4 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |