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KR20070112188A - 접합식 다층 ｒｆ 윈도우 - Google Patents

접합식 다층 ｒｆ 윈도우 Download PDF

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KR20070112188A
KR20070112188A KR1020077021097A KR20077021097A KR20070112188A KR 20070112188 A KR20070112188 A KR 20070112188A KR 1020077021097 A KR1020077021097 A KR 1020077021097A KR 20077021097 A KR20077021097 A KR 20077021097A KR 20070112188 A KR20070112188 A KR 20070112188A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction chamber
window
plasma reaction
multilayer
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020077021097A
Other languages
English (en)
Inventor
마오쳉 리
존 피. 홀랜드
패트릭 레헤이
수유 퀴안
마이클 에스. 바네스
존 클린턴
유 왕
니안시 한
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR20070112188A publication Critical patent/KR20070112188A/ko
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Abstract

접합식 다층 RF 윈도우(130)는 바람직한 열 특성을 갖는 유전체로 제조되는 외층(132), 반응 챔버(100) 내측의 플라즈마에 노출되고 유전체로 제조되는 내층(134), 및 상기 외층과 상기 내층 사이의 접합 재료로 제조되는 중간층(136)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 내측의 화학 반응 및 상기 윈도우를 통한 RF 에너지(112)의 전달에 의해 생성되는 열은 내층으로부터 외층으로 전도되며 이 열은 반도체 웨이퍼 제작 공정 중에 냉각될 수 있다. 접합식 다층 RF 윈도우(150)는 내층의 냉각을 촉진시키기 위해 냉각제를 순환시키는 냉각 도관(158)을 포함하거나, 이와는 달리, 가스 분배 도관(178) 및 가스 분사 구멍(180)은 하나 이상의 공정 가스를 반응 챔버의 내측으로 분배하기 위해 포함될 수 있다. 플라즈마 반응 챔버를 포함하는 시스템은 본 발명의 접착식 다층 RF 윈도우를 사용할 수 있다.

Description

접합식 다층 ＲＦ 윈도우 {BONDED MULTI-LAYER RF WINDOW}
본 출원은 2005년 9월 29일자 출원된 미국 가출원 60/721,928호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 일반적으로, 플라즈마 처리 챔버에 관한 것이며, 특히 플라즈마 처리 챔버 내측으로 RF 에너지의 접속을 가능하게 하는 접합식 다층 유전체 윈도우(window)에 관한 것이다.
RF 플라즈마 반응 챔버 내의 플라즈마의 온도 제어는 최근에, 반응 챔버 내에서 처리되는 실리콘 웨이퍼 상에 제조되는 피쳐(features)의 균일도를 달성하고 유지하는데 중요한 요소가 되었다. 이는, 웨이퍼 밀도가 증가하고 미크론 이하의 피쳐 크기가 계속적으로 감소됨에 따라, 각각의 처리 단계 중에 플라즈마와 대향하고 플라즈마와 인접하는 벽들의 온도를 포함한, 예상가능하고 안정한 플라즈마 온도를 설정하기 위해 임계 치수 범위 내로의 제어가 더욱 중요해 지고 있다. 불안정한 온도 조건은 반응 챔버 내의 가스 화학물의 이온화에 영향을 끼쳐, 플라즈마의 밀도와 균일도가 변화되게 된다. 온도 변화는 챔버 내부의 전체 반응에 영향을 끼치며, 하나의 웨이퍼와 그 다음 웨이퍼 또는 심지어 단일 웨이퍼 상에 있는 하나의 다이와 그 다음의 다른 다이가 서로 불일치되는 공정 결과를 초래할 수 있다.
플라즈마 온도의 정밀한 제어가 많은 공정 단계에서 중요하지만, 종래의 RF 반응 챔버 시스템은 본래, 플라즈마의 온도가 최적 온도로부터 표류되는 경향을 갖는 디자인을 채용하고 있다. 제작 중에, 반도체 웨이퍼는 일반적으로 챔버의 내측에 위치되는 척 상에 고정될 수 있다. 통상적인 배열에 있어서, 웨이퍼는 RF 에너지가 챔버의 내측으로 접속될 수 있게 하는 유전체 윈도우에 아주 근접하거나 가깝게, 예를 들어 5 인치(13 mm) 거리에 고정될 수 있다.
종래의 시스템은 종종, 유전체 RF 윈도우 자체에 대한 효율적인 온도 제어가 결핍되어 있으며, 그 결과 윈도우의 온도 변화로 인해 플라즈마의 조성 및 웨이퍼 플라즈마의 상호 작용에 영향을 끼치게 된다. 게다가, 웨이퍼가 통상적으로 윈도우에 가깝게 위치되므로, 윈도우 온도의 영향으로 인한 플라즈마 조성에 있어서의 임의의 변화로 인해 처리 공정의 결과에 영향을 끼치게 된다. 플라즈마 조성에 있어서의 통상적인 변화는 가스 입자의 재결합율에 대한 윈도우 표면의 온도 영향으로 인한 것이다. 또한, 윈도우의 온도는 윈도우 상의 폴리머 증착율에 영향을 끼쳐서 윈도우 표면의 2차 전자 방출 계수의 변경을 통해 플라즈마 거동에 영향을 끼칠 것이다.
단일 공정의 신뢰도 및 효율성 감소 이외에도, RF 윈도우의 부적절한 열 제어는 하나의 공정에서 다음 공정까지 얻어진 결과의 일관성을 감소시키는 경향이 있다. 이러한 열 제어 문제는 연속적인 공정 단계들 중에 RF 윈도우의 유전체 재료가 RF 전기장의 고 에너지에 반복적으로 노출될 때 악화 될 수 있다.
위커 등의 미국 특허 제 6,033,585호에는 RF 플라즈마 반응 챔버에 사용하기 위한 다층 유전체 윈도우가 설명되어 있다. 유전체 윈도우는 RF 소오스로부터의 RF 에너지를 반응 챔버에 연결한다. 주 윈도우 층 아래에 있는 유전체 재료의 다른 층은 가스 샤워헤드로서의 역할을 한다. 냉각제는 최소 온도 제어를 위해 윈도우 아래에 위치된 RF 코일을 통해 순환될 수 있다. 그러나, 위커 등의 다층 RF 윈도우는 윈도우와 샤워헤드 사이에 접합 층을 사용하지 않는다. 대신에, 위커 등의 특허에서는 샤워헤드를 유전체 윈도우에 부착하거나 하나의 유전체 윈도우와 샤워헤드를 형성하도록 소결되는 원래의 형체 내에 샤워헤드 채널을 형성하는 것에 대해 설명하고 있다. 전자에 있어서, 샤워헤드로부터 윈도우로의 열 전달은 한정된 접촉 표면적에 의해 방해된다. 따라서, 상기 특허에 설명된 시스템은 전술한 바와 같은 온도 제어에 문제점을 노출한다. 위커 등은 후자에 대한 구조적 프로파일을 설명하고 있지 않다.
호발트 등의 미국 특허 제 6,074,516호에는 에칭 공정의 광학적 모니터링을 필요로 하는 RF 플라즈마 에칭 챔버에 사용하기 위한 실리카 유전체 RF 윈도우의 플러그로서 형성되는 투명한 사파이어 광학 윈도우가 설명되어 있다. 사파이어는 플라즈마에 대한 저항성을 개선하며 광학 윈도우의 투명성을 유지한다. 그러나, 호발트 등의 장치는 샤워헤드와 결합되어 있지 않으며 온도 제어를 제공하지 못한다.
적합한 열 특성 및 열 전달 특성을 갖는 RF 윈도우에 대한 지속적인 개선 필요성이 있다. RF 윈도우의 온도 변화는 반응 챔버 내의 플라즈마에 영향을 끼치지 않도록 최소화되는 것이 바람직하다. RF 윈도우의 온도 변화의 방지는 플라즈마 공정에 의해 윈도의 내측 표면 상에 발생되는 과도한 열을 제거하기 위한 적합한 열 전달 특성을 필요로 한다. 그러한 특성들에는 과도한 열이 두꺼운 유전체 윈도우의 내측 표면으로부터 외측 표면으로 전달될 때 윈도우 표면 온도가 온도 변동을 나타내지 않도록 하는 신속한 열적 반응성도 포함된다. 또한, 추가의 구조 부재 없이도 300mm 웨이퍼를 처리하는데 필요한 대구경 진공 챔버를 위한 내압용 천정부재로서 사용되기에 충분한 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, RF 윈도우는 미립자나 화학 오염물을 반응 챔버 내측으로 유입시키는 것은 바람직하지 않으며 플라즈마 처리 환경에 저항할 수 있는 것이 바람직하다.
윈도우와 같은 플라즈마 챔버 및 부품을 위한 가장 바람직한 유전체 재료는 석영 또는 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)가 포함된다. 이들 재료는 진공에 강하고 상당히 값이 싸지만 플라즈마 환경하에서 용이하게 에칭될 수 있다. 질화 실리콘(Si3N4)은 몇몇 플라즈마 화학물에 훨씬 더 강하지만 높은 유전체 상수와 낮은 강도를 가진다. 이트리엄(yttrium) 및 보다 낮은 등급의 이트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminum garnet: 조성 YxAlyOz를 갖는 YAG)은 우수한 플라즈마 에칭 저항성과 적절한 기계적 특성을 제공하지만, 이들 재료는 매우 고가이다. 즉, 모든 공지된 재료들은 플라즈마 챔버의 유전체 벽을 위한 바람직한 특성을 제공하지 못한다.
예를 들어, 플라즈마 스프레이에 의한 보호 라이닝으로 챔버의 내측을 코팅하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이들 보호 코팅의 기계적 화학적 특성들은 통 상적으로, 소결된, 즉 벌크 세라믹 재료의 특성보다 열악하다. 그 결과, 플라즈마 분사된 부재들은 일반적으로, 플라즈마 처리 챔버의 벌크 세라믹 재료 대용으로 사용되지 않는다.
본 발명은 플라즈마 처리 챔버 내에 접합식 다층 유전체 벽을 제공함으로써 종래 시스템에 대한 전술한 단점들 및 그 이외의 단점들을 극복하고자 하는 것이다. 접합식 다층 유전체 벽은 예를 들어, 챔버 외측의 유전체 코일로부터 챔버의 내측으로 RF 에너지를 접속시키기 위한 RF 에너지를 형성하거나 챔버 내측으로의 접근을 허용하기 위한 일반적으로 평탄한 리드를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 내층 및 외층들은 제 3 층과 자립형 몸체로서 접합되며 상기 층들은 플라즈마 에칭 저항, 강도, 열 전도성, 및 RF 임피던스와 같은 상이한 특성에 대해 선택된 상이한 조성을 가진다.
다른 실시예에서, 내층 및 외층들은 생소지(green body)로서 형성된다. 상기 생소지는 부분 결합된 분말 미립자들을 갖는 소결된 층상 구조를 형성하도록 동시 소결된다. 바람직하게, 중간의 생소지는 내층과 외층의 생소지들 사이에 끼이게 되며 일시적인 접합 층을 형성하도록 내외층 생소지와 함께 동시 소결된다.
또 다른 실시예에서, 자립형 내층 및 외층은 이들 사이의 유리 형성 분말과 조립된다. 그후 조립체는 내층 및 외층을 접합하는 유리 층을 형성하기에 충분한 온도에서 소성(fired)되나, 그 소성 온도는 내층 및 외층의 융점 이하의 온도이다.
본 발명의 다른 일면은 반응 공정 중의 모든 시간 동안에 RF 윈도우의 내측 표면의 적절한 냉각을 보장함으로써 RF 윈도우 내의 온도 변경으로 인한 플라즈마 내의 온도 편차를 제한한다. 즉, 챔버의 내측 공간에 노출된 표면과 플라즈마는 적극적으로 냉각될 수 있다.
본 발명의 다른 일면은 접합식 다층 RF 윈도우가 일반적으로, 바람직한 기계적 또는 열적 특성들을 가지며 RF 에너지에 노출되는 유전체 재료의 외층과, 플라즈마 반응 챔버 내측의 플라즈마에 노출되고 적합한 플라즈마 저항 특성을 갖는 유전체 재료 내층, 및 상기 외층과 내층 사이에 있는 접합 재료의 중간층을 포함한다는 점이다. 상기 중간층은 외층과 내층의 실질적으로 모든 대향 표면적과 접촉함으로써, 내층으로부터 외층으로 폭넓은 표면 접촉에 의해 열 전도가 촉진된다. 챔버 내측의 화학적 반응 및 윈도우를 통한 RF 에너지의 전달과 부분적 흡수에 의해 생성된 열은 내층으로부터 외층으로 전달되어 웨이퍼 제작 공정 중에 냉각되게 된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따라, 실질적으로 전술한 바와 같은 접합식 다층 RF 윈도우는 중간층 또는 층들 사이의 경계면에 냉각 도관을 포함할 수 있다. 냉각제는 작동 중에 내층으로부터 외층으로의 열 전달을 증가시키도록 냉각 도관을 통해 순환된다.
본 발명의 또 다른 일면에 따라서, 접합식 다층 RF 윈도우는 중간층 내에, 또는 다른 두 개의 층들과의 경계면에 가스 분배 도관을 포함할 수 있다. 가스 도관으로부터 플라즈마 반응 챔버로 공정 가스를 분배하기 위해 내층에 가스 분사 구멍이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면에 따라서, 플라즈마 반응 챔버를 포함하는 시스템은 접합식 다층 RF 윈도우를 사용한다.
본 발명의 전술한 장점 및 그 이외의 장점들은 첨부된 도면을 참조한 다음 실시예들의 상세한 설명에 대한 숙고로부터 보다 명확해 질 것이다.
도 1은 종래의 RF 플라즈마 반응 챔버의 간단한 횡단면도이며,
도 2는 접합식 다층 RF 윈도우의 일 실시예에 따른 간단한 횡단면도이며,
도 3은 접합식 다층 RF 윈도우의 다른 실시예에 따른 간단한 횡단면도이며,
도 4는 냉각 도관을 사용하는 접합식 다층 RF 윈도우의 또 다른 실시예에 따른 간단한 횡단면도이며,
도 5는 가스 분배 도관 및 가스 분사 구멍을 사용하는 접합식 다층 RF 윈도우의 또 다른 실시예에 따른 간단한 횡단면도이며,
도 6은 플라즈마 반응 챔버 내에 접합식 다층 RF 윈도우를 사용하는 시스템의 또 다른 실시예에 따른 간단한 횡단면도이며,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 샤워헤드의 횡단면도이다.
도 1을 참조하면, 도 1은 실리콘 웨이퍼에 집적 회로를 제작하는 통상적인 공정에 현재 사용되는 종래의 RF 플라즈마 반응 챔버의 간단한 횡단면도이다. 반응 챔버(100)는 통상적으로, 하나 이상의 공정 가스(process gas) 입구(102), 진공 펌핑 시스템에 연결되는 배기 포트(104), 및 처리될 웨이퍼(108)를 지지하는 척(106)을 포함한다. 가스 입구(102)는 척(106)과 대향하는 폭넓은 영역 위에 공정 가스를 를 분배하는 샤워헤드 형태일 수 있다. RF 플라즈마 반응 챔버의 한 형태에 있어서, RF 윈도우(110)는 통상 낮은 ㎒ 범위에서 작동하는 RF 동력원(114)에 의해 발생되는 RF 에너지(112)를 반응 챔버(100) 내측의 공정 가스로 전달하도록척(108)과 대향되게 배열된다. 통상적인 배열에 있어서, RF 윈도우(110)은 반응 챔버(100)의 외측으로부터 냉각될 수 있다. 예를 들어, 팬(120)은 RF 윈도우의 후면을 통해 순환된다. RF 소오스(114)는 RF 동력원에 의해 구동되고 RF 윈도우(110)에 인접 위치되는 유도 코일 안테나일 수 있다. 유도 코일 안테나는 어플라이드 머티어리얼스의 IPS 에칭 챔버로 공지된 바와 같은 RF 윈도우(110)의 후면에 있는 중심 축선 주위에 나선형으로 감기는, 램 리서치의 TCP 에칭 챔버로 공지된 바와 같은 RF 윈도우(110)의 후면 상에 있는 평면 나사 형태로 배열되는 팬케이크 코일, 또는 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스의 DPS에칭 반응로로 공지된 바와 같은 돔형 윈도우 주위에 나선형으로 감기거나 어플라이드 머티리얼스의 DPS Ⅱ 에칭 반응로로 공지된 바와 같은 하나 이상의 평탄한 나선 모양의 2차원 코일일 수 있다. 다른 코일 형상도 가능하다. 예를 들어, 유도 코일은 측벽 주위에 감길 수 있다. 다른 RF 소오스도 가능하며 RF 윈도우(110)를 향하는 도파관 출력을 갖는 초단파 소오스를 포함할 수 있다. 통상적인 구성에서, RF 윈도우(110)를 통해 챔버(100) 내측에 접속되는 RF 에너지는 공정 가스를 웨이퍼(108)를 처리하기 위한, 또는 다른 이유로 반응성 플라즈마로 여기시킨다. 그러나, 반응성 플라즈마도 RF 윈도우(110)와 상호반응하여 이들 열화시킨다.
반응 챔버(100), 공정 가스 입구(102), 배기 포트(104), 척(106), RF 에너지 소오스(114), 및 RF 윈도우(110)는 본 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 석영 또는 세라믹과 같은 다양한 유전체 재료들이 RF 윈도우(110)용으로 사용되어 왔으며, 이들 재료 각각은 지금까지 일반적으로 사용되어 왔으며 현재 많은 단점들을 노출시키고 있다. 예를 들어, 임의의 세라믹들은 허용가능한 열적 특성을 나타내고 있지만, 이들 재료들은 종종 챔버(100) 내측에서 발생하는 화학 반응에 의한 손상에 민감하며, 그 결과로 미립자 또는 다른 오염물들을 챔버(100) 내측으로 유입시킬 수 있다. 석영에 대한 다양성에 따르면 챔버(100) 내측의 플라즈마에 대한 노출에 더욱 양호하게 저항하는 것이 공정에서 입증되었지만, 석영은 일반적으로 대형 RF 윈도우에 대해 부족한 기계적 강도를 나타낸다. 필요한 기계적 강도를 제공하기 위해 윈도우의 두께가 증가하면, 윈도우를 통한 열 전도가 감소되어 그 결과로 윈도우의 내측면은 플라즈마 공정에 결정적인 영향을 끼치기에 충분한 고온으로 된다. 전술한 바와 같이, 이트륨 및 YAG는 에칭 저항성이 우수하지만 대형 진공 벽, 특히 평면 벽의 구성에는 실용적이지 못하다. 그 이유는 Al2O3계 세라믹에 비해 낮은 구조적 강도와 높은 제작 비용을 갖기 때문이다.
도 2는 접합식 다층 RF 윈도우(130)의 일 실시예에 따른 단순화한 횡단면도이다. 다층 RF 윈도우가 유리한 하나의 이유는 챔버 내외측의 상이한 재료 특성 간의 경합 필요성에 대한 절충 필요성을 피하면서 챔버 내외측 양측에 적합한 재료특성의 장점을 취할 수 있기 때문이다. 예시적인 실시예에서, RF 윈도우(130)는 일반적으로, 챔버의 외측 또는 주변을 지향하는 유전체 재료의 외층(132), 웨이퍼를 처리하기 위한 플라즈마를 포함하는 챔버의 내측을 지향하는 상이한 유전체 재료의 내층(134), 및 외층(132)과 내층(134) 사이에 배치되는 접합 재료의 중간층(136)을 포함한다. 하나의 방법으로서, 내층(132) 및 외층(134)은 통합될 수 있으며 조립 및 접합 이전에 서로에 대해 독립될 수 있다. 즉, 내층(132) 및 외층(134)은 다른 층에 대한 성장 필름으로서 증착되지 않는다.
외층(132)은 도 1의 RF 동력원(114)과 같은 RF 동력원에 노출될 때, RF 에너지를 전달할 수 있다. 이러한 시스템은 외층(132)을 통해 공기를 순환시킴으로써 외층을 냉각시키는 팬(120)을 포함할 수 있다. 다수의 실시예에서, 외층(132)은 윈도우(130) 두께의 대부분을 차지할 수 있으며 두께로 인한 주요 열적 임피던스를 제공할 뿐만 아니라 윈도우(130)의 구조적 강도의 대부분을 제공한다. 따라서, 필요한 유전체 특성 이외에도, 열적 구조적 특성도 외층(132)으로서의 사용을 위한 재료를 선택하는데 중요한 요소이다.
예를 들어, 몇몇 세라믹은 RF 윈도우에 일반적으로 사용되는 다른 유전체 재료들에 비해서 우수한 열 전도 특성 및 기계적 강도를 가진다. 세라믹은 고온 공정에 의해 형성되는 금속 및 금속 합금 이외의 무기 재료를 의미한다. 세라믹은 소결 재료나 유리일 수 있다. 세라믹은 얇은 필름보다는 벌크 부재로서 형성되는 알루미나, 석영, 이트리아, YAG 및 질화 실리콘을 포함한다. 많은 모든 세라믹이 금속 산화물로서 특징지워지는 것은 아니며 금속 질화물로서 특징지워질 수 있다.
외측 유전체 재료는 외층(132)이 허용가능한 양의 RF 에너지를 상당히 적은 흡수 또는 감쇄율로 효율적으로 전달할 수 있고, (이후에 설명되는 바와 같이)중간층(134)을 냉각하기에 충분한 열 전도율을 제공하며, 반응 챔버 내측의 진공에 의해 발생된 힘에 저항하기에 충분한 기계적 강도를 제공하도록 선택될 수 있다. 다양한 세라믹은 일반적으로, 열전달 특성과 기계적 강도를 가진다. 따라서, 세라믹은 다른 유전체 재료보다도 특히, 대형, 예를 들어 대구경을 갖는 RF 윈도우용 외층(132)으로 양호하고 커다란 신뢰성을 부여한다. 질화 알루미늄이 외층(132)용으로 사용될 수 있다.
내층(134)의 내부 유전체 재료는 RF 에너지의 전달과 열의 확산을 가능하게 할 필요가 있다. 또한, 내층(134)은 플라즈마 반응 챔버(100) 내측의 플라즈마에 노출된다. 내층(134)이 외층(132)에 비해 상당히 얇게 유지되면, 내층의 유전체 상수, RF 흡수율, 및 열 확산율은 플라즈마 에칭에 대한 저항성 및 처리용 화학물에 대한 영향보다 덜 중요하다. 따라서, 내층(134)용으로 선택되는 유전체 재료는 통상적으로 외층(132)용으로 선택되는 유전체 재료와 상이하다. 반도체 처리용으로 양호하게 입증된 종류인 석영 또는 세라믹 유전체가 사용될 수 있다. 상이한 종류의 석영이 외층(134) 및 내층(132)용으로 사용될 수 있다. 중요한 것은, 내층(132)이 챔버에서 발생되는 화학 반응들에 저항할 수 있어야 한다는 점이다. 본 기술 분야의 당업자는 내층(134)을 위한 재료의 선택은 반응 챔버에 사용되는 특정한 처리 화학물에 의존한다는 것을 이해할 것이다.
예로서, 다수의 석영이 플라즈마 반응 챔버의 환경에 양호하게 저항하며 오염물을 작동중에 챔버 내측으로 거의 유입시키지 않는다. 다른 예로서, 다양한 특 성의 알루미늄 산화물과 이트륨 산화물의 혼합물로 형성될 수 있는 세라믹 재료인 이트륨 알루미늄 가닛(YAG)은 처리용 플라즈마와 대향되도록 사용될 수 있다. YAG 및 다른 관련 재료들은 미립자를 생성하거나 일부 공정에서 화학물을 오염시킨다. 유사하게 실리콘 질화물은 챔버 내측의 플라즈마에 노출될 때 열화에 적절히 저항할 수 있다. 알루미나도 플라즈마와 대향하는 부품용으로 사용될 수 있으나 외층용으로서 더 일반적으로 사용된다.
그러나, 내층(134) 재료는 세라믹으로 한정되지 않는다. 충분한 에칭 저항성을 갖는 플라스틱과 폴리머가 외층(132)의 내측에 접합될 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같은 많은 공정에서 입증된 재료들은 RF 에너지의 전달 및 부분적인 흡수로 인해 온도 증가를 겪으며, 그에 따라 특정 공정 중에 충분히 높은 온도가 되어 플라즈마 처리 영역 내의 온도에 영향을 끼치게 된다. 플라즈마가 처리용 화학물에 바람직한 온도보다 높은 온도로 윈도우를 가열하는 것도 가능하다. 많은 플라즈마 공정은 플라즈마 챔버 벽의 온도가 바람직한 범위 내에서 제어될 필요성이 있다. 그러므로, 도 2의 예시적인 실시예에서, 윈도우(130)의 내측면이 반응 챔버 내측에서의 공정에 영향을 끼치지 않도록 내층(134)으로부터 열을 전도하는 것이 바람직하다.
그러나, (예시적인 조합으로서 세라믹과 석영과 같은)두 개의 경질 재료의 표면이 서로 결합될 때 각각의 표면적의 2% 이하만이 실질적으로 접촉하고 있다. 분자 크기의 레벨에 있어서, 그러한 작은 영역의 표면적 접촉은 표면들 사이에 상이한 열 전도를 초래한다. 그러나, 동일한 두 개의 표면이 본 기술 분야의 공지된 기술을 사용하여 서로 접합되면, 유효 접촉 면적은 각각의 표면적의 95% 이상이 접촉될 수 있도록 상당히 증가될 수 있다. 두 개의 표면을 접합시킨 결과로, 접합 재료에 의해 형성된 증가된 표면 접촉에 의해 하나의 표면으로부터 다른 표면으로의 열 전도가 용이해진다.
세라믹의 예
알루미나 또는 석영은 외층(132)으로 바람직한 재료이며, 이트리아 또는 보다 낮은 범위의 YAG는 내층(134)으로 바람직한 재료이다. 그러나, 본 발명은 이들 재료에 한정되는 것은 아니다. 적합한 강도의 알루미나 및 석영는 상당한 두께에 대해서도 합리적인 비용으로 사용가능하다. 높은 에칭 저항성을 갖는 이트리아 및 YAG가 사용가능하나 이들의 두께는 비용을 감소시키도록 최소화되어야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 접합식 다층 RF 윈도우(130)는 외층(132)과 내층(134) 사이에 배치되는 접합 재료의 중간 층(136)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 접합 재료는 외층(132)과 내층(134)의 실질적으로 모든 표면적 위에 접촉 지점을 제공한다. 중간층(136)에 의해 형성된 넓은 표면적의 접촉 지점은 내층(132)으로부터 외층(132)으로의 열 전도를 용이하게 한다. 챔버 내측에서의 화학 반응 및 윈도우(130)를 통한 RF 에너지의 전달과 그 에너지의 부분적인 흡수에 의해 생성된 열은 내층(132)으로부터 외층(134)으로 전달될 것이며, 외층(132)은 웨이퍼 제작 공정 중에 팬(120)에 의해 냉각될 것이다.
중간 층(136)에 사용된 접합 재료도 RF 에너지의 전달을 가능하게 한다. 여러 다른 형태의 접합 재료가 사용될 수 있다. 예로는 접착제 및 용융 유리 층이 포함된다.
접착제 조성 예는 폴리이미드 또는 테프론(등록상표: 소수성 플루오르탄소 폴리머), 다양한 방진(vacuum-proof) 에폭시, 압력 감응 접착제(PSA)가 포함된다. 실온 황화 (RTV) 실리콘도 접합 재료로서 이용가능하다. 다양한 접착제 접합 방법이 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 가장 효과적인 접합 기술은 선택된 재료뿐만 아니라 접합될 재료의 형태에 크게 의존한다.
이해될 수 있는 바와 같이, 접합 재료의 1차 목적은 내층과 외층 사이의 접촉 면적을 증가시키는 것이다. 내층 및 외층용 재료가 적합한 접촉 특성뿐만 아니라 다른 필요한 특성을 가지는 경우에, 폭넓은 접합 층에 대한 필요성이 경감되거나 제거될 수 있다.
용융 유리 접합법에는 예를 들어, 이미 소결된 알루미나 및 이트리아의 미리 형성되고 독립적인 내외 세라믹 부재들 사이에 일반적으로 분말화된 유리 전구체를 개재시키는 것이다. 그 분말은 가소성 또는 셀룰로스 결합제 내에 부유될 수 있으며 유동가능한 혼합물이 세라믹 부재의 한쪽 또는 양쪽에 솔질(brushed)될 수 있다. 그 후 두 개의 부재가 조립체에 인가되는 작은 압력에 의해 조립된다. 조립체는 노로 이송되고 분말 전구체가 용융된 유동가능한 유리를 형성하도록 용융되나 두 개의 세라믹 부재의 융점 이하인 유리 융점으로 가열된다. 상기 온도는 용융 유리가 실온뿐만 아니라 플라즈마 반응로의 통상적인 작동 온도에서 유리질 형태로 유지되기에 충분히 신속하고 제어된 온도로 감소된다. 유리는 일반적으로 세라믹을 양호하게 습윤시키므로 내층 전체로 연장하는 두 개의 세라믹 층들 사이에 용이 한 용융 접합을 형성한다.
용융 유리의 예
비교의 목적으로, 알루미나, 석영 및 이트리아에 대한 융점은 각각, 약 2040℃, 1720℃, 및 1940℃이다. 용융 유리는 인접한 세라믹 재료의 대체로 융점 이하로 유리 형성 온도를 가져야 한다. 열 팽창 계수는 상이한 재료 사이에 가능한한 동일하게 유지되어야 한다. 용융 유리는 통상적으로, 바람직한 조성비로 상이한 금속 산화물 분말을 서로 혼합하고 두 개의 이미 형성된 내층과 외층 사이에 분말 혼합물을 위치시킴으로써 형성된다. 필요하다면, 휘발성 결합제가 분말들을 함께 유지할 수 있다. 조립체는 열이 유리 용융물 조립체에 가해지는 동안에 함께 압착될 수 있다. 용융 접합은 전체 경계면에 걸친 친밀한 접합을 제공한다.
본 발명은 이에 제한되지 않지만, 3 개의 용융 유리 분말 혼합물이 특히, 알루미나와 이트리아의 유리 용융 접합에 유용함을 제공하며, 이들 혼합물은 (1) Al2O3-SiO2-CaO; (2) Al2O3-Y2O3-SiO2; (3) Al2O3-SiO2-CaO-B2O2이다. 일반적으로, 납과 망간은 반도체 분야에서 피해야한다.
열전쌍이나 다른 온도 측정 장치가 윈도우(130) 내의 하나 이상의 위치에서 온도를 측정하는데 사용될 수 있다. 도 2의 실시예에서, 열전쌍(138)이 외층(132) 내에 매설되어서 연속적으로 또는 간헐적으로 온도를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 적합한 피이드백 루프와 전자 장치를 통해서, 팬(120)을 사용하는 냉각 시스템 또는 다른 냉각 장치는 윈도우(130)에 대한 동적 열 제어를 제공할 수 있다. 윈도우의 모든 층들에 대해 충분히 높은 열 전도율을 갖는 재료의 사용은 열전쌍(138)을 통해 냉각이 제어될 때 온도의 결정적인 진폭 없이 내측 윈도우 표면의 온도가 제어될 수 있다.
열전쌍(138)의 위치는 단지 예로서 도시된 것이며 범주를 한정하기 위한 것이 아니라고 이해해야 한다. 예를 들어, 하나 이상의 열전쌍을 사용하는 것이나 온도 모니터의 반경 위치를 변경하는 것도 본 발명의 범주 내에 있는 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서 하나 이상의 온도 측정 장치가 도 2에 도시된 바와 같이 내층(134) 및 중간층(136)뿐만 아니라 외층(132)의 온도를 직접 모니터링 할 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자들은 도 2에 도시된 각각의 층의 상대적인 두께가 단지 예시적인 것이며 한정하기 위한 것이 아니라는 것도 이해할 것이다. 간단히 전술한 바와 같이, 외층(132)은 윈도우(130)의 대부분의 구조적 강도를 제공하며 내층(134)에 비해 상당히 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 외층(132)은 대략 3/4 인치(19mm)의 두께를 갖는 세라믹 재료인 반면에, 내층(134)은 대략 1/4인치(6.4mm)의 두께를 갖는 플라즈마 저항성을 갖는 다양한 석영일 수 있다. 그러한 실시예에서, 접합 재료의 중간층(136)은 예를 들어, 접합 방법과 사용된 접합 재료의 형태에 따라서 대략 2 내지 10mm의 두께를 가질 수 있다.
도 3은 돔 형상의 예를 들어, 주위가 유도 RF 안테나 코일로 감긴 중심 축선에 대해 대칭인 2차원 돔 형상의 접합식 다층 RF 윈도우(140)의 다른 실시예를 도시하는 간단화된 횡단면도이다. 도 3의 실시예에서, RF 윈도우(140)는 일반적으 로, 유전체 재료의 외층(142), 유전체 재료의 내층(144), 및 외층(142)과 내층(144) 사이에 배치된 접합 재료의 중간층(146)을 포함할 수 있다. 층(142,144,146)들은 모두 동일한 곡면을 갖는 돔 형상일 수 있다.
도 2를 참조하여 설명한 실시예와 유사하게, RF 동력에 노출될 때 외층(142)은 외층을 통해 RF 에너지(112)를 전달할 수 있다. 팬(120)은 외층(142)의 노출부와 나머지 윈도우(140)를 냉각시키도록 외층 노출부를 가로지도록 공기를 순환시킨다. 전술한 바와 같이, 외층(142)은 대부분의 열 분산을 제공할 뿐만 아니라 윈도우(140)의 구조적 일체성을 제공하기에 충분한 두께일 수 있다.
따라서, 외층(142)은 전술한 바와 같이, 적합한 수치의 열 전도율과 기계적 강도를 제공하고 특정 적용분야에 허용가능한 비율의 RF 에너지를 전송하는 세라믹 재료로 구성될 수 있다.
(RF 에너지의 전달을 가능하게 하는)내층(144)이 플라즈마 반응 챔버(100) 내측의 플라즈마에 노출된다. 그 결과, 내층(144)용으로 선택된 유전체 재료가 적합하다는 것이 공정에 의해 증명되었다. 즉, 내층(144)은 플라즈마 및 챔버 내부에서 발생하는 화학 반응에 저항성을 가져야 한다. 전술한 바와 같이, (예를 들어, YAG 재료 또는 실리콘 질화물과 같은)세라믹 재료나 석영이 사용될 수 있다.
도 2의 실시예에서와 같이, (예를 들어, 폴리이미드, 테프론 폴리머, PSA, RTV 실리콘, 또는 방진 에폭시일 수 있는)접합 재료의 중간 층(146)이 외층(142)과 내층(144) 사이에 배치된다. 접합 재료는 외층(142)과 내층(144)의 실질적으로 전체 표면적에 대한 접촉을 제공하여 내층(144)으로부터 외층(142)으로의 열 전도를 촉진한다.
도 3에 도시되지는 않았지만, 하나 이상의 열전쌍 또는 다른 온도 측정 장치가 윈도우(140)내의 하나 이상의 위치에서 온도를 모니터링하는데 사용됨으로써, 냉각 시스템이 윈도우(140)의 정확한 열적 제어를 제공한다.
도 2의 윈도우(130)가 실질적으로 평탄한데 비해서, 도 3에 도시된 윈도우(140)는 대체로 예정된 곡률을 가진다. 윈도우(140)의 곡률은 바람직한 위치에 RF 에너지를 집중시키는데 사용될 수 있으며, 또한 윈도우(140)의 접합식 구성이 내층(144)의 효율적인 냉각을 촉진하기 위한 더욱 균일한 플라즈마 소오스 영역을 제공한다.
본 발명의 숙련자들은 윈도우(140)의 두께 및 곡률은 단지 예시적인 것이며 한정하기 위한 것이 아님을 이해할 것이다. 상이한 곡률 반경과 상대적인 두께의 층(142,144,146)들이 적용 분야에 따라 사용될 수 있다.
도 4는 냉각 도관을 사용하는 접합식 다층 RF 윈도우(150)의 일 실시예를 도시하는 간단화된 횡단면도이다. 외층(152), 내층(154), 및 중간층(156)은 일반적으로, 전술한 층(132,134,136)에 대응한다. 도 2와 도 4의 실시예들 사이의 하나의 차이점은 도 4의 실시예에서 냉각 도관(158)이 추가되었다는 점이다. 물과 같은 냉각제가 냉각 도관(158)을 통해 순환될 수 있어서 내층(154)으로부터의 효율적인 열 전달과 열전달 비율을 증가시킨다.
도 4에 도시한 바와 같이, 냉각 도관(158)은 접합 재료 내에 대응하는 공동(158)을 제공함으로써 중간 층(156) 내에 형성될 수 있다. 그러한 공동(158)이 외층(152)과 내층(154) 사이의 접촉 표면적의 비율을 감소시킬 수 있지만, 냉각 도관(158)을 통한 냉각제의 순환은 윈도우(150), 특히 내층(154)의 전체 냉각 비율을 증가시킬 수 있다. 냉각 도관(158)을 제작하는 하나의 방법에 있어서, 수평 열로 배열되는 내층(156) 재료의 타일이 수평으로 연장하는 공동(158)이나 타일을 분리하는 측면 갭을 갖는 외층(152)에 접합된다. 내층(152)은 공동(158)을 연결하는 중간 층(156)의 타일에 접합된다. 길다란 타일은 한 방향으로 주로 연장하는 채널을 갖는 선형 열로 배열되거나 다소 길거나 정방형인 타일이 양 방향으로 연장하는 연결된 채널을 갖는 2차원 열로 배열될 수 있다. 추가의 또는 대체 예로서, 냉각 도관(158)이 층(152,154,156)의 조립 이전에, 외층(152) 내에 채널이나 홈(160)을 형성하거나 내층(154) 내에 홈(162)을 형성하거나, 또는 중간 층(156)과의 각각의 경계면에 홈(160,162) 세트를 형성함으로써 형성될 수 있다. 상기 홈(160,162)들은 중간층(156) 내의 공동(158)과 정렬되거나 정렬되지 않을 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같은 접합 재료 내의 공동(158)과 같은 채널, 홈, 또는 다른 특징이 냉각 도관으로서 사용되는 경우에, 액체 냉각제가 예정된 압력 또는 동력학적으로 조절된 유동율로 순환될 수 있다. 이러한 실시예에서, 열전쌍(138)과 같은 하나 이상의 온도 모니터가 윈도우(150) 내의 바람직한 위치로부터 온도를 측정할 수 있다. 그러한 온도 측정에 반응하는 제어 회로가 윈도우(150)의 측정된 온도에 따라 냉각제 유동율을 조절할 수 있다. 냉각 도관(158)을 통해 흐르는 냉각제 이외에도, RF 윈도우 냉각 시스템에는 전술한 바와 같이 외층(152)의 노출 표면에 걸쳐 공기를 순환시키는 팬(120)이 사용될 수 있다.
본 기술 분야의 당업자들은 냉각 도관(158)의 숫자와 배열이 냉각 공정에 영향을 끼칠 수 있다는 것을 이해할 것이다. 최적 냉각을 제공하는 냉각 도관(158)의 특별한 구성은 층(152,154,156)을 위해 선택된 재료에 의존하며, 또한 챔버가 사용되는 적용 분야에 크게 의존한다.
도 5는 샤워헤드를 형성하는 가스 분사 구멍 및 가스 분배 도관을 사용하는 접합식 다층 RF 윈도우의 일 실시예에 따른 간단화된 횡단면도이다. 외층(172), 내층(174), 및 중간층(176)은 일반적으로, 전술한 층(132,134,136)에 대응하나, 도 2와 도 5의 실시예들 사이의 차이점 중에 하나는 중간 층(176)에 형성된 가스 분배 도관(178)과 내층(174)에 형성된 가스 분사 구멍(180)이 도 5의 실시예에 추가되었다는 점이며, 상기 가스 분사 구멍은 가스 분배 도관(178) 중의 적어도 일부를 처리 챔버(100)의 내측에 연결시킨다. 가스 분배 도관(178)은 가스 분배 도관(178)을 처리 챔버(100)의 내측에 연결하기 위해 주로 수직으로 연장하는 가스 분사 구멍(180)에 가스를 공급하기 위해 주로 수평으로 연장한다. 외층(172)을 통해 형성된 하나 이상의 포트는 상호 연결된 가스 분배 도관(178)으로 공정 가스를 공급하는데 사용될 수 있다. 가스 분배 도관(178)은 도 4를 참조하여 전술한 액체 냉각 도관(158)의 구성과 유사할 수 있다. 공정 가스는 가스 분배 도관(178)과 정렬된 내층(174)의 가스 분사 구멍(180)을 통해 플라즈마 반응 챔버의 내측으로 분사시키기 위한 가스 분배 도관을 통해 순환될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가스 분배 도관(178)은 중간층(176)의 접합 재료 내에 공동을 형성함으로써 중간 층(176) 내에 형성될 수 있다. 추가 또는 대체 예 로서, 가스 분배 도관(178)은 홈(182)과 정렬되게 중간 층(176)과의 경계면에 있는 내층(174)에 채널 또는 홈(182)을 형성함으로써 형성될 수 있다. 가스 분사 구멍(180)은 반응 챔버의 처리 영역 내부의 바람직한 가스 분배를 달성하기 위해 내층(174) 내에 바람직한 패턴으로 가스 분배 도관(174)과 조합되게 정렬될 수 있다.
작동시, 윈도우(170)는 가스 분배 샤워 헤드로서 역할을 할 수 있다. 공정 가스는 가스 분사 구멍(180)을 통해 반응 챔버 내측으로 유입시키기 위해 가스 분배 도관(178)을 통해 예정된 또는 동적 조절된 유동률로 압력 하에서 분배될 수 있다.
전술한 실시예들에서와 같이, 열전쌍(138)과 같은 온도 모니터는 윈도우(170) 내의 바람직한 위치로부터 냉각 시스템 온도 측정 장비로 제공될 수 있다. 그러한 온도 측정 장비에 반응하는 제어 회로(도시 않음)는 전술한 바와 같이, 외층(172) 전반에 걸쳐서 공기를 순환시키기 위해 팬(120)의 작동을 조절할 수 있다.
도 6은 플라즈마 반응 챔버(100) 내에 접합식 다층 RF 윈도우(190)를 사용하는 시스템의 단순화한 횡단면도이다. 반응 챔버(100)는 일반적으로, 공정 가스 입구(102), 공정 가스 출구(104), 및 처리될 웨이퍼(108)를 지지하고 유지하는 정전기 척을 갖는 받침대(106)를 포함할 수 있다. RF 윈도우(190)는 챔버(100)에 대해 밀봉되며 RF 동력원(114)으로부터의 RF 에너지는 윈도우(190)를 통해 반응 챔버(100) 내측의 공정 가스로 전달될 수 있다.
윈도우(190)는 일반적으로, 상세히 전술한 바와 같은 본 발명의 접합식 다층 RF 윈도우에 대응한다. 예를 들어 도 6의 실시예에서, 윈도우(190)는 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예들과 유사할 수 있다. 윈도우(190)가 도 5에 도시한 바와 같은 가스 분배 도관과 가스 분사 구멍을 사용하면, 공정 가스 입구(102)는 불필요할 수 있다. 이와는 달리, 공정 가스 입구(102)는 도 5의 실시예에서 윈도우(190)가 사용되었지만, 윈도우(190)를 통해 반응 챔버의 내측으로 공정 가스를 유입을 보조하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 샤워 헤드(200)가 도 7에 횡단면도로 도시되어 있다. 예를 들어, 알루미나의 세라믹 배면 판(202)이 뒷쪽에 가스 입구 포트(204)를 형성하도록 기계 가공된다. 예를 들어, 3 개의 다중 환형 방위 분배 채널(206)이 샤워 헤드 중심 축선(208)에 대해 대칭이 되도록 배면 판(202)의 정면으로 기계 가공된다. 다중 반경 방향 분배 채널(210)이 방위 분배 채널(206)과 가스 입구 포트(204)를 연결하도록 각각의 직경 또는 반경을 가로지르도록 기계 가공된다. 후면 판(202)의 정면의 나머지 부분에는 최외측 방위 분배 채널(206)의 외측에 림(212)을 포함하며 윈도우(200) 내부의 공정 가스를 밀봉하는 평면이 남겨져 있다.
유리 전구체와 결합제의 얇은 접합 층(214)이 예를 들어 이트리아인 세라믹 정면 판(216)의 표면 상에 도포되며, 배면 판(202)이 정면 판(216)을 덮고 있는 접합 층(214) 상에 하강되어 있다. 도면에는 배면 판(202)의 주요 바닥이 접합 층(214)과 접촉하고 있는 것을 명확하게 도시하고 있지 않다. 그 조립체는 노로 이동되며 유리 전구체를 접합 층(214)을 형성하는 용융 유리로 전환시키도록 노에서 가열된다. 가열 이전에 접합 층(214)은 바닥 에지에 일부 라운딩 부분이 있지 만 용융 상태의 접합 층이라도 분배 채널(206,210)을 채울 수 없는 분배 채널(206,210)의 깊이에 비해서 1 mm 미만으로 충분히 얇다.
용융된 조립체는 표준 유리 처리법에 따라 냉각된다. 그 후, 가스 구멍(218)은 반경 방향의 분배 채널(210) 또는 이와는 달리 방위 분배 채널(206)과 연결되도록 정면 판(216) 및 유리질 접합 층(214)을 통해 천공된다.
그 결과적인 세라믹 샤워 헤드(200)는 유전체 재료로 완전히 구성되어서 샤워 헤드(200)가 또한 배면 판(202)의 후방에 놓인 RF 코일용 RF 윈도우로서 작용할 수도 있다. 그러나, 세라믹 샤워 헤드(700)는 예를 들어, 아마도 여기 상태의 공정 가스가 금속 표면과 접촉되지 않을 때 RF 코일과 독립적으로 사용될 수 있다. 또한, 양 세라믹 층(202,216)은 특히, 내층(216)의 에칭 저항이 중요한 요건이 아닌 경우에 동일한 세라믹 재료로 구성될 수 있다.
동일한 조립 및 어닐링 절차가 샤워 헤드를 형성하기 위해 전술한 기계 가공 단계를 생략함으로써 비 패턴화된 RF 윈도우에 사용될 수 있다.
액체 냉각식 RF 윈도우는 냉각 액체의 공급 및 배수를 위한 두 개의 포트(204)를 형성하고 그 공급 및 배수 포트를 연결하는 하나 이상의 컨벌루트 채널로서의 분배 채널을 형성함으로써 유사하게 제작될 수 있다. 액체 냉각식 RF 윈도우에는 가스 구멍(218)이 포함되지 않을 수 있다.
이와는 달리, 세라믹 배면 판(202)은 가스 분배를 위한 분배 채널과 두 개의 상이한 형태의 채널을 위한 공급 및 배수 포트를 분리하도록 연결되는 액체 냉각제용 분리 채널을 포함하도록 구성될 수 있다. 가스 분배 채널 및 냉각 채널은 세라 믹 배면 판(202)의 바닥부에 채널로서 구성될 수 있으며 접합 층(214)과 샤워 헤드 판(216)의 조합을 이용하여 서로 격리될 수 있다.
기본 배면 판(202)과 접합 층(214) 사이에 제 3 세라믹 판의 추가에 의해 기본 세라믹 배면 판(202)에 상기 채널들을 제작하는데 추가의 적용성이 달성될 수 있다. 제 3 세라믹 판은 냉각제 채널의 바닥을 밀봉하는 제 2 접합 층을 갖는 기본 배면 판(202)에 부착된다. 제 3 세라믹 판은 가스 구멍(218)에 연결되는 가스 분배 채널과 공정 가스 분배용 통로를 포함할 수 있다.
전술한 내용으로부터, 본 발명은 반응 챔버 내부의 플라즈마에 노출된 RF 윈도우의 내측으로부터 효과적이고 일정하게 열을 분산시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명은 RF 윈도우에 한정되지 않으며 플라즈마 처리 챔버의 진공 벽에도 유리하게 적용될 수 있다.
본 발명에서 설명된 실시예들은 단지 예로서 설명되고 도시된 것이며, 본 기술 분야의 당업자들에게는 다수의 변경예들이 본 발명의 사상과 범주를 이탈함이 없이 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (32)

  1. 플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우로서,
    제 1 유전체 재료의 외층과,
    제 2 유전체 재료의 내층, 및
    상기 외층과 내층 사이에 배치되는 접합 재료의 중간층을 포함하며,
    상기 내층이 중간층에 의해 외층에 접합되는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외층은 상기 내층 보다 높은 기계적 강도를 가지는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 유전체 재료는 각각 세라믹을 포함하는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 재료는 석영을 포함하는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 재료는 제 1 세라믹이고 상기 제 2 유전체 재료는 상기 제 1 세라믹과는 상이한 제 2 세라믹인,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 재료는 알루미나이고 상기 제 2 세라믹 재료는 이트리아와 이트륨 알루미늄 가닛 중의 하나인,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 층에 이웃하는 층들 사이의 경계면에 형성되는 냉각 도관을 더 포함하는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 RF 윈도우의 온도 측정에 반응하는 상기 냉각 도관을 통해 냉각제의 흐름을 제어하는 냉각 시스템을 더 포함하는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 도관은 상기 외층과 상기 중간층 사이의 경계면에 위치되는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 도관은 상기 내층과 상기 중간층 사이의 경계면에 위치되는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 내층에 가스 분사 구멍을 그리고 상기 중간층에 가스 분배 도관을 더 포함하며, 상기 가스 분배 도관과 상기 가스 분사 구멍은 하나 이상의 공정 가스를 상기 플라즈마 반응 챔버의 내측으로 분배하도록 협력하는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합 재료는 폴리이미드, 테프론 폴리머, 에폭시, 압력 감응 접착제, 및 RTV 실리콘으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합 재료는 산화 유리인,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  14. RF 에너지를 플라즈마 반응 챔버의 내측에 접속하는 RF 윈도우의 제작 방법으로서,
    제 1 유전체 재료의 독립형 제 1 층을 제공하는 단계와,
    상기 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전체 재료의 독립형 제 2 층을 제공 하는 단계, 및
    상기 제 1 층을 상기 제 2 층에 접합 재료로 접합하는 단계를 포함하는,
    RF 에너지를 플라즈마 반응 챔버의 내측에 접속하는 RF 윈도우의 제작 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 접합 재료는 접착제인,
    RF 에너지를 플라즈마 반응 챔버의 내측에 접속하는 RF 윈도우의 제작 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 접합 재료는 세라믹 재료인,
    RF 에너지를 플라즈마 반응 챔버의 내측에 접속하는 RF 윈도우의 제작 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 유전체 재료는 산화 세라믹이며 상기 접합 재료는 상기 제 1 및 제 2 유전체 재료의 용융 온도 미만의 유리 형성 온도를 갖는 산화 유리이며,
    상기 접합 단계는 상기 제 1 및 제 2 층을 상기 제 1 층과 제 2 층의 사이에 배치되는 접합 재료에 의해 하나의 조립체로 조립하는 단계, 및 상기 유리 형성 온도보다 높고 상기 제 1 및 제 2 유전체 재료의 용융 온도 미만의 온도로 상기 조립체를 가열하는 단계를 포함하는,
    RF 에너지를 플라즈마 반응 챔버의 내측에 접속하는 RF 윈도우의 제작 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 재료는 알루미나를 포함하고 상기 제 2 세라믹 재료는 이트리아와 이트륨 알루미늄 가닛 중에서 선택된 하나를 포함하며, 상기 접합 재료는 상기 이트리아와 이트륨 알루미늄 가닛 중에서 선택된 하나 및 상기 알루미나의 용융 온도보다 낮은 유리 형성 온도를 갖는 산화 유리를 포함하는,
    RF 에너지를 플라즈마 반응 챔버의 내측에 접속하는 RF 윈도우의 제작 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 산화 알루미늄은 (1) Al2O3-SiO2-CaO; (2) Al2O3-Y2O3-SiO2; (3) Al2O3-SiO2-CaO-B2O2; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 성분 분말들로 형성되는,
    RF 에너지를 플라즈마 반응 챔버의 내측에 접속하는 RF 윈도우의 제작 방법.
  20. 플라즈마 처리 시스템으로서;
    플라즈마 반응 챔버; 및
    상기 플라즈마 반응 챔버의 다층 유전체 벽을 포함하며;
    상기 다층 유전체 벽이
    제 1 유전체 재료인 외층과,
    상기 플라즈마 반응 챔버의 내측으로 지향되는 제 2 유전체 재료인 내층, 및
    상기 외층을 상기 내층에 접합하는 접합 재료인 중간층을 포함하는;
    플라즈마 처리 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 외층은 상기 내층보다 높은 기계적 강도를 가지는,
    플라즈마 처리 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 내층은 상기 플라즈마 반응 챔버 내의 플라즈마 처리 조건에 대해 상기 외층보다 더 큰 저항성을 가지는,
    플라즈마 처리 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 유전체 재료는 각각 세라믹인,
    플라즈마 처리 시스템.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 유전체 벽은 상기 유전체 벽에 인접한 플라즈마 반응 챔버의 외측에 배열되는 RF 소오스용 RF 윈도우를 형성하는,
    플라즈마 처리 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 RF 윈도우는 냉각 도관을 포함하는,
    플라즈마 처리 시스템.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 유전체 벽은,
    상기 외층과 중간층 사이의 경계면에 형성되는 가스 분배 채널, 및
    상기 내층에 형성되는 가스 분사 구멍을 포함하며, 상기 시스템은
    상기 가스 분배 채널과 상기 가스 분사 구멍을 통해 상기 플라즈마 반응 챔버 내측으로 하나 이상의 공정 가스를 분배하는,
    플라즈마 처리 시스템.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 접합 재료는 폴리이미드, 테프론(등록 상표), 에폭시, 압력 감응 접착제, 및 RTV 실리콘으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    플라즈마 처리 시스템.
  28. 플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우로서,
    제 1 유전체 재료인 외층, 및
    제 2 유전체 재료인 내층을 포함하며,
    상기 내층은 상기 외층과 내층의 대략 전체 표면적 위에서 상기 외층과 접촉하는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 외층과 상기 내층 사이에 배치되는 접합 재료의 중간층을 더 포함하며,
    상기 내층은 상기 중간층에 의해 상기 외층에 접합되는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 재료는 세라믹이고 상기 제 2 유전체 재료는 석영인,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 재료는 세라믹이고 상기 제 2 유전체 재료는 세라믹인,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
  32. 제 28 항에 있어서,
    내부에 형성된 냉각 도관을 더 포함하는,
    플라즈마 반응 챔버 내에 사용되는 다층 RF 윈도우.
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