KR100225703B1 - 전면 모서리 증착 배제 및 배면 증착 방지를 위한 cvd 웨이퍼 처리용 비활성 차폐 - Google Patents

전면 모서리 증착 배제 및 배면 증착 방지를 위한 cvd 웨이퍼 처리용 비활성 차폐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CVD 프로세싱을 위한 진공증착 장치에 관한 것으로, 가스 출구 또는 샤우어헤드 하부의 수직으로 이동이 가능한 축열기 상에 장착된 웨이퍼는 상승되어, 통상 챔버내의 링 지지부 상에 놓이는 차폐링과 접촉하게 된다. 상기 차폐링은 웨이퍼의 전면에지와 결합하며, 상기 축열기 및 웨이퍼(10)가 챔버내의 증착위치로 상승될때 상기 차폐링을 그 지지부로 부터 상승시킨다. 상기 차폐링은 웨이퍼의 전면에지를 결합시키므로, 증착시키는 동안 웨이퍼의 단부 에지 및 후면은 물론이고, 웨이퍼의 상부 표면의 에지를 차폐시킨다. 상기 축열기 및 차폐링 상의 매칭하여 뾰족해진 에지는 축열기에 대해 차폐링의 정렬 및, 축열기 및 차폐링에 대해 웨이퍼의 정렬을 허용한다. 정렬수단은 상기 차폐링을 챔버내의 그 지지부에 회전하여 정렬하기 위해서 열린다, 다중-장치 차폐링은 더 넓은 링의 사용을 허용하며 처리중에 웨이퍼 주변의 온도차와 상기 웨이퍼로 부터 발생되는 열응력으로 인한 차폐링의 박리를 방지한다. 이러한 차폐링은 서로에 대해서 링의 정렬을 보장하기 위해서 에지를 뾰족하게 할 수 있다.

Description

전면 모서리 증착 배제 및 배면 증착 방지를 위한 CVD 웨이퍼 처리용 비활성 차폐
제1도는 반도체 웨이퍼의 CVD 공정에서 사용되는 종래기술 장치의 부분 수직 횡단면도.
제2도는 지지 수단위에 놓인 차폐 수단을 갖으며 하부, 비결합 위치에 도시된 반도체 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 지지부를 갖는 본 발명에 따라 구성된 CVD 공정 장치의 수직 횡단면도.
제3도는 웨이퍼 및 웨이퍼 지지대에 의해 차폐 수단의 비결합을 보여주며 차폐 지지 수단 상에 놓인 차폐 수단을 보여주는 제2도에 도시된 장치의 일부에 대한 확대 수직 횡단면도.
제4a도는 회전 정렬 슬롯과 슬롯내의 차폐 지지 수단상의 정렬 핀을 도시한 본 발명에 따른 차폐링의 저면도.
제4b도는 정렬 슬롯 및 그 내부의 핀을 도시한 제4a도의 차폐 수단의 확대 부분도.
제5도는 차폐 지지수단 상에서 상승된 차폐 수단을 갖는 상승된 결합 위치에 도시된 웨이퍼 지지대 및 웨이퍼를 갖는, 제2도의 CVD 공정 장치의 수직 횡단면도.
제6도는 웨이퍼 및 웨이퍼 지지 수단에 의해 상기 차폐 수단의 결합을 보여주며 차폐 지지수단과 접촉되지 않은 차폐 수단을 보여주는, 제5도에 도시된 장치의 일부에 대한 확대 부분 수직 횡 단면도.
제7도는 웨이퍼를 정렬된 위치에 다시 넣기 위해 차폐 수단의 테이퍼진 모서리에 의해 결합되고 옵셋된 또는 비스듬한 위치로 도시된 웨이퍼를 지닌 제2도에 도시된 장치의 일부에 대한 확대 부분 수직 횡단면도.
제8도는 웨이퍼 및 웨이퍼 지지대에 의해 가장 안쪽의 차폐 링의 결합을 보여주며 차폐 지지수단과 접촉하지 않은 가장 바깥의 차폐 링을 보여주는 다중 장치 차폐 링의 일부에 대한 확대 부분 수직 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 챔버 10 : 웨이퍼
40 : 서스셉터 50 : 차폐 링
본 발명은 1990년 12월 5일자 출원된 계류중인 출원번호 제07/622,664호의 일부 연속 출원이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼의 CVD 처리 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 화학 기상 증착(CVD) 처리중에 배면 증착 방지는 물론이고 반도체 웨이퍼 상의 전면 모서리에서의 증착을 배제케하는 차폐에 관한 것이다.
집적회로 구조물을 형성하는 동안에 반도체 웨이퍼상에 물질을 증착할 때, 웨이퍼 전면의 모서리 및 웨이퍼의 단부 모서리로 부터는 물론이고, 웨이퍼의 배면으로부터 증착된 물질을 차단시키는 것이 바람직하다. 이것은 특히 증착된 물질이 보통 상기 표면에 존재하는 천연 산화물에 부착되지 않는 경우에 중요한데, 이것은 부착을 향상시키기 위해서 상기 표면의 전처리를 필요로 하기 때문이다.
예를들어, CVD 처리에 의해 반도체 웨이퍼 상의 산화 규소 절연층 위에 텅스텐이 증착될 때, 증착되는 텅스텐이 표면에 적절하게 부착되기 전에, 예를들어 산화물 표면에 텅스텐 티타늄(TiW) 또는 질화 티타늄(TiN) 층을 증착시키는 것에 의해 산화물 표면이 전처리 되어야 한다. 텅스텐이 웨이퍼의 전면 표면(이것의 표면은 TiW 또는 TiN으로 전처리되지 않았음) 또는 웨이퍼의 배면에 증착될 때, 증착된 텅스텐은 적절하게 부착되지 않으며, 입자로서 박리된다. 이미 공지된 바와 같이, 입자 생성은 후속되는 웨이퍼 처리에 나쁜 영향을 미친다.
제1도에 도시된 바와같이, 웨이퍼의 CVD 처리를 위한 종래의 증착장치에서, 반도체 웨이퍼(10)의 전면 또는 상부면에 증착되는 텅스텐과 같은 물질을 포함하는 증착 가스 또는 가스들은, 웨이퍼(10)상에 배치되는 가스 주입구 또는 샤워헤드(20)를 통해 CVD 챔버로 들어간다. 펌프 링(24)은 챔버의 지지립 또는 숄더(26)상에 배치되며, 웨이퍼(10)가 놓이는 원형 서스셉터(30)의 외경(OD)에 대해 선택된 내경(ID)를 가져 서스셉터(30) 하부로부터 비반응된 퍼지 가스의 흐름을 조절한다. 상기 퍼지 가스의 목적은 증착 가스가 웨이퍼의 모서리 및/또는 배면으로 흐르는 것을 방지하는 즉, 상기 표면에 바람직하지 않은 증착을 방지하기 위한 것이다.
그러나, 불행하게도, 이러한 종래 기술의 장치를 사용할 때에도, 텅스텐과 같은 물질은 CVD 공정에 의해 증착되는 동안에 반도체 웨이퍼의 전면 모서리, 단부 모서리 및 배면에 증착될 수 있다는 것을 알 수 있다.
스터들리 등의 미합중국 특허 제4,932,358호는, 이러한 문제를 거론하면서, 웨이퍼의 외주에서 연속적으로 CVD 척 상의 웨이퍼를 가압하며 상기 척에 대해 웨이퍼의 배면을 유지할 수 있는 충분한 힘을 지닌 밀폐 링에 대해 개시하고 있다. 상기 밀폐 링은 웨이퍼의 전면과 접하는 제1표면과 상기 척 가까이 까지 연장되는 제2표면을 갖으며, 이 밀폐 링은 웨이퍼 보다 커서, 웨이퍼의 모서리가 CVD 피복으로부터 제외된다. 그러나, 웨이퍼와 밀폐링을 클램핑 결합시키기 위해서, 그리고 밀폐 링과 웨이퍼 사이에 정렬을 유지하기 위해서 복잡한 장착 메카니즘이 요구된다. 또한, 상기 밀폐 링의 크기는 단지 척의 직경 만큼 넓을 수 있다.
그러므로, 웨이퍼의 모서리 및 배면을 웨이퍼의 이러한 표면상의 바람직하지 않은 증착으로부터 보호하기 위해서 반도체 웨이퍼와 결합되는 간단한 밀폐 링 수단을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 차폐 수단의 제공에 관한 것으로서, 상기 차폐 수단 및 웨이퍼의 주변이 서로 접촉할 때, 웨이퍼의 단부 모서리 및 배면 뿐만 아니라 전면 모서리 표면으로 증착 가스가 접촉하지 않도록 반도체 웨이퍼의 전면 모서리와 결합하는 차폐 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 웨이퍼 및 차폐 링이 서로 접촉할 때 차폐 링에 대해 웨이퍼를 중심에 있게 하는 테이퍼진 내부 모서리를 갖는 차폐 링을 포함하는 차폐 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 웨이퍼 및 차례 링이 서로 접촉할 때, 서스셉터에 대해 차폐 링을 중심에 있게 하는 테이퍼진 내부 모서리를 갖는 차폐 링 및 그에 맞추어 테이퍼진 외부 모서리를 갖는 서스셉터를 포함하는 차폐 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 반도체 웨이퍼 CVD 공정동안에 웨이퍼의 배면은 물론 전면 모서리 표면을 바람직하지 않은 증착으로부터 보호하기 위한 반도체 웨이퍼의 전면 모서리와 결합되는 차폐수단과, 웨이퍼 및 차폐 링이 서로 접촉하지 않을 때 차폐 수단을 위한 지지 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 반도체 웨이퍼 CVD 공정 동안에 반도체 웨이퍼의 배면은 물론이고 전면 모서리 표면을 바람직하지 않은 증착으로부터 보호하기 위해서 반도체 웨이퍼의 전면 모서리와 결합되는 차폐수단과, 웨이퍼 및 차례 링이 서로 접촉하지 않을 때 차폐 수단을 위한 지지 수단과, 상기 차폐 수단이 지지 수단상에 놓일 때 상기 지지 수단에 대해 측면 및 회전방향으로 상기 수단을 정렬하기 위한 차폐 및 지지 수단과 결합된 정렬 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 입자 생성을 감소시키는 웨이퍼의 CVD 공정동안에, 웨이퍼의 배면은 물론 웨이퍼의 전면 모서리 표면을 바람직하지 않은 증착으로부터 보호하기 위해 반도체 웨이퍼의 전면 모서리와 결합되는 차폐 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, CVD 공정 동안에 챔버의 여러 부분에서의 온도차이에 의해 발생된 열 응력에 대해 민감하게 변화하는 것을 감소시키는 차폐 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 여러 가지 목적은 다음 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백히 알 수 있다.
제2도 내지 6도에, 특히 제2도 내지 제5도에, CVD 공정을 위한 진공증착 챔버(2)가 도시되어 있다. 상기 챔버(2)는 처리 가스가 챔버(2)로 들어가는 가스 주입구 도는 샤워헤드(20) 아래에 있는, 수직으로 이동가능한 웨이퍼 지지대 또는 서스셉터(40)상에 장착된 웨이퍼(10)를 포함한다. 일반적으로 챔버(2)내의 차폐 지지수단(70)상에 놓이는 차폐 링(50)은 제5 및 6도에 도시된 바와같이, 상기 서스셉터 (40) 및 웨이퍼(10)가 챔버(2)내 증착 위치로 상승할 때 웨이퍼(10)의 전면 모서리와 결합된다. 상기 차폐 링(50)은, 웨이퍼(10)의 전면 모서리와 결합하므로, 후에 더 상세히 설명되듯이, 웨이퍼(10)의 배면 및 단부 모서리는 물론 웨이퍼(10)의 상부 면의 모서리를 증착 가스로부터 차폐시킨다.
챔버(2)는, 다수의 상호 접속된 진공 처리 챔버내의 반도체 웨이퍼상에서 다수의 공정 단계를 수행하는, 다중 챔버 집적 처리 시스템으로된 하나의 챔버를 포함할 수 있다. 이러한 다중 챔버 집적 처리 시스템은 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 본 명세서에 참조된 메이단 등의 미합중국 특허 제4,951,601호에 설명 및 청구되어 있다.
챔버(2)는 측벽(4), 상부 벽(6) 및 하부 벽(8)을 구비한다. 상부 벽(6)의 주입 관(12)로 들어가는 처리 가스는, 웨이퍼(10)상에 배치된 샤워헤드(20)를 통해서 진공 챔버(2)로 배출된다. 퍼지 가스는 주입구 또는 주입관(16)으로부터 하부 벽(8)을 통해서 챔버(2)로 주입된다. 진공 펌프로 연결되는 진공 포트(14)는 하부 벽(8)에 배치된다. 차폐 링(50)을 위한 지지 수단(70)은 챔버(2)의 하부 벽(8) 또는 측벽(4)에 연결된다.
슬리브 또는 스커트 부재(76)는 지지 수단(70)으로부터 하부 벽(8)으로 하향으로 이동하여 챔버(2)의 하부 부분을 진공 포트(14)와 통하는 챔버(2)의 외부 부분(15)과, 주입구(16)로부터 퍼지 가스가 흐르는 내부 부분(17)로 나눈다. 상기 지지 수단(70)의 펑핑 구멍 또는 개구(74)는 챔버(2)로부터 진공 포트(14)를 통해서 펌프되는 처리 가스 및 퍼지가스를 외부 부분(15)로 들어가게 한다.
챔버(2)내에서 웨이퍼(10)을 지지하는 서스셉터(40)는 디스크 모양의 부재를 포함하는데, 이 부재는 증착 온도(예를들면 약 200℃ 내지 약 700℃의 온도)에서 웨이퍼(10)의 직경과 거의 동일한 직경으로 설계된 좁은 상부면(42)과 이에 연결되는 테이퍼진 측벽(44)과 넓은 베이스 또는 하부면(41)을 갖는다.
서스셉터(40)는, 도시된 바와같이, 리프트 수단을 통해서 챔버(2)내에서 수직으로 이동되며, 상기 리프트 수단은 예를들면 수압 또는 공압이 유체 파우어 수단(46)에 의해서 리프트 관 수단(48)로 펌프될 때 팽창성 관 수단(48)이 수직 팽창하도록 벨로우즈를 갖는 팽창성 리프트 관 수단(48)과 유체 파우어 수단(46)을 포함한다. 제2도는 수축된 위치에 있는 리프트 관 수단(48)을 도시한 것으로, 그 위에 있는 서스셉터(40) 및 웨이퍼(10)는 낮아진 위치에 놓여 있다(제2도 및 제3도에 도시된 바와같다). 반면에, 제5도는 팽창된 위치에 있는 리프트 관 수단(48)을 도시하는 것으로, 웨이퍼 상에 소정의 물질을 증착시키기 위한 CVD 공정에서 서스셉터(40) 및 웨이퍼(10)는 샤워헤드(20) 하부 위치로 올라간다.
본 발명에 따라서, 상기 서스셉터(40) 및 그 위의 웨이퍼(10)가 제5도 및 제6도에 도시된 바와같이, 작동 또는 증착 위치로 상승될 때 웨이퍼(10)의 전면 모서리(상부 면의 모서리)는 차폐 링(50)의 내부 립(56)의 하부 표면에 결합되며, 상기 차폐 링 (50)이 웨이퍼(10)에 의해 결합되지 않을 때 일반적으로 놓이는 지지 수단(70)으로부터 차폐링(50)을 상승시킨다.
제4a도의 상면도에 도시된 바와같이, 차폐 링(50)은 일반적으로 원형 또는 도우넛 형태로서, 반도체 웨이퍼에서 볼 수 있는 종래의 방향 설정 판에 대응하는 중앙 개구의 한 측면상에 판 모서리(51)를 갖는 원형 중앙 개구를 갖는다.
상기 차폐 링(50)은, 상용적으로 모두 알루미늄 또는 스테인레스 강철로 만들어진 증착 장치의 구성물(즉 벽, 서스셉터, 샤워헤드등)에 사용되는 물질과 부합될 수 있는 알루미늄, 스테인레스 강철, 니켈, 모넬 또는 기타 금속과 같은 금속으로 형성된다. 그러나, 상기 차폐 링(50)은 비 금속 물질로 구성되는 것이 바람직한데, 이 물질은 (1) 공정중에 사용되는 작동 온도에 부합될 것이며, (2) 챔버내의 진공 조건에 부합, 즉, 탈가스화되지 않을 것이며, (3) 화학적으로 불활성, 즉, 증착 공정에서 사용된 물질과 반응하지 않을 것이다.
증착 공정에서 사용된 물질이 상기 차폐 링에도 증착될 수 있으므로, 양호한 구체예에서 세정이 필요한 링, 즉 차폐 링(50)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 질화 실리콘, 질화 붕소, 산화 지르코늄, 불화 마그네슘 또는 수정과 같은 세라믹 물질로 구성되어야 한다. 상기 차폐 링(50)은 비(base)금속 물질, 예를들면 알루미늄으로 구성되고, 그후 상기 기준에 부합하는 비금속(non-metal)물질, 예를들면 전술된 세라믹 물질과 같은 비금속(non-metal)물질의 차폐물 또는 알루미늄 차폐링상에서 양극처리에 의해 형성된 산화 알루미늄 피복과 같은 비(base)금속의 양극 처리피복으로 피복될 수 있다.
차폐 링(50)의 중앙 개구에는, 서스셉터(40)의 테이퍼진 외부 모서리(44)와 동일한 테이퍼 각을 갖는 즉, 매칭 테이퍼를 갖는 테이퍼진 내부 모서리(54)가 상기 링의 하부 표면에 제공된다. 상기 테이퍼진 내부 모서리(54)는, 내부 립(56)의 그 상부 단부에서 끝나게 된다. 상기 내부 립(56)은, 테이퍼진 내부 모서리(54)로부터 선정된 거리만큼 내향 원주방향으로 연장되도록 치수화되어 웨이퍼(10)의 전면 모서리로 연장된다. 상기 내부 립(56)은 웨이퍼(10)의 표면에 평평하며 평행한 하부표면(57)을 구비하여서 그 사이에 평평한 접촉을 야기시키고 그 사이에 처리 가스의 유동을 밀폐시킨다.
차폐 링(50)의 내부 립(56)에 의해 웨이퍼(10)의 전면 또는 상부 면의 차폐의 최소량 또는 정도는, 처리 가스가 웨이퍼(10)의 단부 모서리 및 배면에 이르지 않도록 적어도 밀폐를 제공하기에 충분한 양이다. 차폐(50)의 내부 립(56)에 의해 웨이퍼 (10)의 전면 모서리를 덮는 실제의 양은, 적어도 어느 증착 공정에서, 전처리 단계에 의해 웨이퍼(10)의 상부 표면을 덮는 정도에 의해서 결정될 것이다. 예를들면, 웨이퍼 (10)의 산화 실리콘 표면에 텅스텐을 증착시킬 때, 즉 기판 자체의 산화물이 피복된 표면 또는 미리 형성된 에피텍셜 실리콘 또는 폴리실리콘 표면상의 산화물 피복 위에 텅스텐을 증착시킬 때, 상기 산화 실리콘은, 텅스텐 층에 적당한 부착성을 제공하고, 텅스텐 입자의 박리를 방지하기 위해서 TiW 또는 TiN과 같은 또다른 물질로 전처리 되어야 한다. 이러한 처리 단계가 웨이퍼의 단부 모서리로 확장되지 않았다면, 그렇게 전처리되지 않은 영역은 이러한 보호되지 않은 표면상에 증착 및 그에 따른 입자 형성을 방지하기 위해서 차폐 링(50)의 내부 립(56)에 의해서 덮여야 한다. 그러므로, 상기 내부 립은, 바람직한 밀폐와 전면 모서리 차폐를 위해서, 웨이퍼의 전면 모서리상에서 내부로 약 1.5 내지 6 밀리미터(mm), 전형적으로 약 5mm의 거리로 연장되도록 규격화된다.
상기 차폐 링(50)상의 테이퍼진 내부 모서리(54)의 상부 내부직경(ID)은 서셉터(40)의 상부 면(42)의 외부직경(OD)보다 약간 더 큰데, 거의 같은 크기만큼 더 크다. 이 허용 오차는 적어도 두가지 이유 때문이다. 첫째, 상기 허용오차는, 여러 상이한 물질이 서스셉터(40) 및 차폐 링(5)을 구성하는데 각각 사용될 때 생길 수 있는 열팽창 차이를 보상하기 위해서이다. 또한, 상기 허용 오차는, 서스셉터(40) 및 그 위의 웨이퍼(10)가 들려서 차폐 링(50)과 접할 때, 차폐 링(50)이 차폐링(50)의 테이퍼진 내부 모서리(54)와 서스셉터(40)의 테이퍼진 외부 모서리(44) 사이의 접촉에 의해서 지지되는 것이 아니라, 그 사이의 밀폐를 향상시키기 위해서 내부 립(56)의 하부와 웨이퍼(10)의 상부 면과의 접촉에 의해서 지지되도록 하기 위해서이다.
차폐 링(50)의 내부 모서리(54) 및 서스셉터(40)의 외부 모서리(44)를 동일각 (일반적으로 약 30°이지만, 약 15°내지 약 60°까지 다양한 각)으로 테이퍼지게 함으로써, 즉 매칭 테이퍼를 제공함으로써, 서스셉터(40)( 및 그 위의 웨이퍼(10))에 대해 차폐 링(50)의 가능한 오정렬이 각각의 테어퍼진 표면들 사이의 접촉에 의해서 보정되어 차폐 링(50)이 서스셉터(40)에 대해 정렬되도록 미끄러져 들어가거나 측면으로 이동한다.
상기 차폐 링(50)의 테이퍼진 모서리(54)는 웨이퍼(10)의 가능한 측면 정렬에 부가적인 작용을 수행하여 웨이퍼(10)이 서스셉터(40)상에 동축 정렬로 배치되지 않도록 한다. 제7도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10)가 상기 서스셉터(40)에 대해서 오정렬될 때, 상기 서스셉터(40)의 상부 표면(42) 너머까지 연장되는 웨이퍼(10)의 모서리(11), 서스셉터(40) 및 웨이퍼(10)가 상승 위치로 위치할 때 차폐 링(50)의 테이퍼진 모서리(54)와 접촉하게 된다. 차폐 링(50)에 비해서 비교적 가벼운 웨이퍼(10)의 중량 때문에 서스셉터(40) 및 그위에 웨이퍼(10)가 처리 위치로 계속 상승할 때 서스셉터(40)와 함께 웨이퍼(10)를 재정렬하도록 웨이퍼(10)가 측면으로 이동한다.
상기 차폐 링(50)은, 상기 서스셉터(40) 및 웨이퍼(10)가 결합되지 않을 때, 챔버(2)의 측벽(4)에 고정되는 원형 숄더 또는 지지 브래킷을 포함하는지지 수단(70)상에 놓이므로 챔버(2)내에서 지지된다. 또한,지지 수단(70)은 링을 구비하여 챔버(2)의 측면(4)에 고정된 강성 지지대에 의해서 지지된다.
양호한 구체예에서, 차폐 링(50)은, 서스셉터(40)와 웨이퍼(10)가 차폐 링 (50)과의 결합으로부터 하부로 내려갈 때(그 위치가 제2 및 3도에 도시됨) 상호 작용하는 지지 수단(70)의 상부 표면과 차폐 링(50)의 하부 표면에서 이동되는 정렬 수단에 의해 지지 수단(70)과 회전 정렬하여 유지된다. 상기 도면(제4a, 4b, 5 및 6도는 물론이고)에 도시된 바와 같이 상기 정렬 수단은 지지 수단(70)의 상부 표면상에 빗각을 이룬 또는 테이퍼진 핀(72)을 포함하며 상기 핀은 차폐 링(50)의 하부 표면에 형성되며 반경방향으로 외부로 연장된 유사하게 빗각을 이루거나 테이퍼진 슬롯 개구(52)에 수용된다. 상기 차폐 링(50)이 지지수단(70)상으로 낮아질 때, 상기 차폐 링(50)이 상기 지지수단(70)에 대해 회전하여 오정렬되면, 핀(72) 및 개구(52)의 각각 빗각을 이룬 측면 모서리는 서로 접촉하며 차폐 링(50)을 회전 정렬료 다시 이동시켜서 상기 평평한 부분(51)은 동일 방향으로 유지한다.
제7도에 도시된 바와 같이, 상기 차폐 링(50)에는 적어도 차폐 링(50)의 외부 모서리의 하부를 따라 테이퍼진 외부 표면 또는 모서리(58)가 제공될 수 있으며 상기 모서리는 지지수단(70)상에 제공된 테이퍼진 내부 모서리(78)에 맞추어진다. 제5도에 도시된 바와 같이, 상기 차폐 링(50)이 서스셉터(40)에 의해서 지지수단(70)에서 떨어져 상승되면, 테이퍼진 모서리들(58, 78)은 상호 작용하여 퍼지 가스 또는 가스들(예: 아르곤, 헬륨 등의 불활성가스)을 챔버(2)내 웨이퍼(10) 하부로부터 통과시킬 수 있는 통로를 제공한다. 상기 퍼지 가스압력은 반응 또는 증착 가스압력보다 어느 정도 높게 유지되어, 웨이퍼 주변에 퍼지 가스 스크린을 형성한다. 이러한 퍼지 가스는 챔버(2)내 처리 또는 증착 가스를 웨이퍼(10)상의 부피로 제한하는 작용을 하여 웨이퍼상에서 증착이 용이하도록 그리고 증착 가스분자가 웨이퍼의 후면 주변 영역 또는 바람직하지 않은 챔버(2)내 다른 영역으로 들어가지 않도록 한다.
이점에 있어서, 상기 퍼지 가스가 본 발명의 구성상 웨이퍼(10)의 단부 모서리와 차폐 링(50)의 내부 모서리 사이를 통과하지 않을 동안 상기 웨이퍼와 차폐 링 사이에는 통로 또는 개구가 있어야 한다. 즉 웨이퍼(10)의 전면 모서리와 차폐 링(50)의 립(56)의 하부 표면(57) 사이에 불완전한 밀폐가 형성되어 상기 퍼지 가스가 상기 개구를 통해서 전달되며, 따라서 처리 가스가 상기 개구를 통해 상기 웨이퍼(10)의 차폐된 부분으로, 즉 웨이퍼(10)의 전면 모서리, 단부 모서리 및 후면으로 바람직하지 않게 통과되는 것을 방지한다.
상기 설명은 본 발명의 단일 장치 링 차폐수단을 나타내는 것으로 설명되었다. 처리되는 웨이퍼의 하부 영역으로부터 가능한 멀리 반응물 가스를 이동시키는 것이 바람직하므로, 가능한 넓은 즉, 서스셉상의 웨이퍼와 CVD 챔버의 측벽 사이의 대부분의 영역을 덮는 링 차폐를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 차폐 수단이 더 넓어지므로, 상기 수단은 챔버의 나머지 부분보다 일반적으로 온도가 더 높은 웨이퍼 및 서스셉터 부근의 온도와, 웨이퍼의 측벽보다 일반적으로 온도가 낮은 챔버 측벽 부근의 온도 사이의 온도차이로 인해 열 응력을 받게 된다. 이러한 열응력은 금속 및 세라믹 부의 박리를 야기시킨다. 상기 차폐수단이 박리가 일어날 때, 처리 가스는 웨이퍼의 상부, 측면 모서리 및 바닥부에 이르게 된다. 또한, 링 차폐가 다른 온도에 노출되므로, 상기 차폐는 그 크기상에 변화가 일어나며, 링 차폐가 웨이퍼에 대해서 그리고 링 차폐 지지부에 대해서 마찰된다. 이러한 마찰로 인해 입자가 생기게 되는데, 특히 링 차폐가 알루미늄과 같은 물질로 만들어질 때 생기게 된다. 잘 알 수 있듯이, CVD 챔버내 입자의 생성은 방지되어야 한다. 하기에 더욱 상세히 설명되듯이 본 발명의 다중 장치 링 차폐는 예컨대 알루미늄보다 훨씬 단단한 물질인 세라믹으로 형성되므로 입자를 훨씬 덜 발생시키게 된다. 다중 장치 링 차폐의 각 장치 폭이 챔버내의 여러 장소의 온도차이에 대해 최적화될 수 있으므로 박리가 방지될 수 있다.
제8도는 다중 장치 링 차폐(100)의 바람직한 구체예를 도시한다. 제8도에 도시된 바와 같은 링 차폐(100)는 내부 링(102), 인접 링(104) 및 최외곽 링(105)를 구비한다. 웨이퍼로부터 떨어진 내부 링(102)의 측면(106)과 내부 링에 인접한 외부 링 (104)의 측면(108)은 상보 방식으로 테이퍼진 형상을 지니어 서로 접촉할 때 내부 링(102)은 인접한 외부링(104)과 매치되어 인접 외부 링(104)과 밀폐를 형성한다. 마찬가지로, 인접 외부 링(104)과 최외곽 링(105)의 측면들이 또한 테이퍼져서 서로 접촉할 때 인접 링(104)은 최외곽 링(105)과 매치되어 상기 링(105)과 밀폐를 형성한다. 상기 다중-장치 링 차폐(100)는, 단일 장치 링 차폐(50)에서 보다 박리가 없이 훨씬 넓게 형성될 수 있다는 장점을 갖는다.
제8도는 처리동안에 웨이퍼(10)와 접촉되는 내부 링 차폐(102)를 도시한 것이다. 내부 링(102)과 인접 링(104) 사이의 개구(110)와 인접 링(104)과 최외곽 링(105) 사이의 개구(112)를 통해 퍼지 가스가 유동한다.
따라서 본 발명은, CVD 처리 동안에 반도체 웨이퍼의 전면 모서리, 단부 모서리 및 후면에 바람직하지 않은 물질이 증착되는 것을 방지 또는 금지하기 위한 수단을 제공하는 것으로, 증착중에 웨이퍼의 상부 표면에 결합되는 증착 챔버내의 차폐 링을 포함한다. 상기 서스셉터 및 차폐 링상에 각각 매치되는 테이퍼진 표면은, 차폐 링에 웨이퍼를 정렬시키는 것은 물론, 상기 서스셉터에 대해 차폐 링을 정렬시킨다. 웨이퍼에 의해 결합되지 않을 때 차폐링을 지지하는데 사용되는 지지수단 및 상기 차폐 링상의 선택적인 정렬 수단은 차폐링을 상기 지지수단에 대해 정렬시킨다. 차폐 링 및 지지수단상의 매치되는 테이퍼진 표면은, 차폐 링이 상기 지지수단과 접촉되지 않을 때, 예를들면 웨이퍼의 처리동안 퍼지가스통로를 제공한다. 다중-장치 차폐링의 사용으로 인해 웨이퍼의 하측으로부터 처리 가스를 부가적으로 제거하고 처리 가스와 웨이퍼의 배면이 접촉될 가능성을 줄일 수 있는 넓은 영역의 차폐 링의 사용을 가능케한다. 다중 장치 차폐 링은, CVD 처리중에 챔버 내에서의 온도 차이로 인한 박리에 영향받지 않는 넓은 차폐 링의 구성시 세라믹과 같은 단단하고 입자 발생이 없는 물질을 사용할 수 있게 한다. 웨이퍼 영역내의 양(positive)의 흐름을 허용하도록 퍼지 가스는 링 차폐 장치들 사이를 통과할 수 있으며, 또한 반응물 가스가 웨이퍼의 하부에 도달하지 못하게 한다.
상기 도면들은 작업물로서 반도체 웨이퍼를 처리한다는 면에서 설명되었지만, 본 발명은 그에 제한되지 않고 다른 작업물이, 작업물 지지대 또는 서스셉터 및 차폐 수단의 구성에서 부수되는 그리고 적당한 변화를 가하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 서스셉터는 예시된 바와 같이 처리 챔버내에서 수직으로 움직일 수 있지만, 서스셉터 및 웨이퍼의 수평 이동과 같은 다른 구성도 또한 사용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 진공증착챔버; 처리될 작업물과 거의 같은 크기 또는 이보다 약간 작은 크기를 갖는 상기 챔버내의 작업물 지지수단; 상기 챔버의 벽내의 가스 주입 수단; 상기 챔버의 증착 위치의 안과 밖으로 지지수단을 움직이게 하는 이동수단; 및 진공 처리 동안 작업물의 외주부 너머까지 연장되어 작업물의 상부 및 측면 모서리상의 물질의 증착을 방지하고, 작업물의 상부 및 측면 모서리에 결합되도록 움직일 수 있는 상기 작업물의 차폐수단을 포함함을 특징으로 하는 작업물의 진공 처리를 위한 진공 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 수단은 더 큰 하부 표면으로부터 상부 표면까지 내향으로 테이퍼진 외부 모서리를 구비하며; 상기 차폐 수단은 처리될 작업물의 전면 모서리를 결합시키는 내향으로 연장되는 립(lip)과 내부 모서리상에 유사한 테이퍼를 갖는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 차폐 수단은 웨이퍼 지지수단의 벽의 테이퍼 각과 거의 동일한 테이퍼 각을 지니는 테이퍼진 내부 모서리를 갖는 링을 포함하며, 웨이퍼 및 웨이퍼 지지 수단이 가스 주입 수단을 향하여 움직일 때 상기 테이퍼진 내부 모서리는 상기 링의 하부 표면으로부터 상기 웨이퍼의 전면 모서리와 결합되도록 내향으로 뻗어 있는 립의 하부 표면까지 내향으로 연장되어 상기 처리 가스로부터 상기 웨이퍼의 전면 모서리를 차폐하고 증착을 방지하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 링 차폐는 내부 링과 하나이상의 외부 링을 포함하며, 상기 링들의 모서리들은 서로 매치되며, 상기 내부 링의 내부 모서리는 상기 웨이퍼 지지 수단의 벽의 테이퍼에 대응하는 테이퍼를 지니는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 링 차폐는 내부 링과 외부 링을 포함하며, 내부 링은 웨이퍼 처리중 상기 웨이퍼 상에 내향으로, 그리고 상기 외부 링상에 외향으로 연장되는 립을 지니는 장치.
  6. 제4항에 있어서, 최외곽 링은 상기 챔버 벽에 부착된 차폐 지지 수단에 의해 지지되는 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지 수단이 상기 차폐 수단상의 상기 립의 하부 표면과 결합하도록 수직, 상향으로 움직일 때 상기 차폐 수단의 상향 움직임을 허용하는 상기 챔버에 부착된 링 지지 수단에 의해 상기 차폐 수단이 상기 챔버내에 지지되는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 챔버의 벽내의 상기 가스 주입 수단은 처리 가스 주입구 및 분리된 퍼지 가스 주입구를 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 차폐 수단이 상기 링 지지수단으로부터 이탈되어 상기 퍼지 가스가 상기 차폐 수단상의 챔버내 부분으로 이동될 때 상기 링 지지 수단 및 상기 차폐 수단 사이에 개구가 형성되는 장치.
  10. 제8항에 있어서, 내부 링이 상기 웨이퍼에 의해 결합되어 퍼지 가스가 상기 차폐 수단상의 챔버 부분으로 이동될 때 내부링과 그 다음의 인접 외부 링 사이에 개구가 형성되는 장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 차폐 수단은 두 개 또는 그 이상의 단위 장치를 포함하며, 외향 및 내향으로 연장되는 립을 가지며 상기 지지 수단에 밀접하게 위치한 내부 단위 장치 및 외부 부분은 상기 단위 장치의 외부 모서리와 결합하는 내부 모서리를 지니는 장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 지지 수단의 테이퍼진 외부 모서리는 상기 차폐수단의 상기 테이퍼진 내부 모서리보다 더 작은 크기 및 유사한 각을 지니어, 상기 지지 수단과 상기 작업물이 상기 챔버내의 증착 위치로 움직일 때 상기 각각의 테이퍼진 모서리들 사이에서의 접촉에 의해 상기 차폐수단이 상기 지지수단과 배열되게 움직이는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 지지 수단은 원형으로서 상기 작업물의 직경과 거의 동일한 상부 표면을 지니어, 상기 서스셉터와 상기 작업물이 상기 챔버내의 증착 위치로 움직일 대 상기 차폐수단의 테이퍼진 내부 모서리가 상기 작업물의 말단 모서리 부분과 결합하여 상기 작업물이 상기 지지 수단에 대해 축방향으로 오정렬되면 상기 차폐수단의 테이퍼진 내부 모서리가 지지수단에 대해 정렬된 위치로 다시 상기 작업물을 움직이게 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 지지 수단의 테이퍼진 외부 모서리와 상기 차폐수단의 테이퍼진 내부 모서리는 각각 수직에 대해 약 15-60°의 각을 형성하는 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 차폐수단의 상기 립의 하부 표면은 상기 작업물의 표면과 평행하고, 상기 립은 상기 작업물의 전면 모서리 상에서 약 1.5-6mm의 거리로 내향으로 연장되는 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 차폐 수단은 상기 챔버의 벽에 부착된 차폐 지지 수단에 의해 상기 챔버내에 지지되어 상기 차폐 수단이 상기 작업물과 결합되지 않을 때 상기 차폐수단이 그 위에 지지되는 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 차폐 수단의 하부표면과 상기 차폐 지지수단의 상부 표면상에 각각 위치한 정렬수단 및 매치수단을 포함하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 매치수단은 테이퍼진 헤드를 지닌 핀과, 이 테이퍼진 핀을 수용하도록 대응되게 테이퍼진 측벽을 지닌 상기 차폐 수단의 하부 표면상에 방사상으로 뻗힌 슬롯을 포함하는 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 챔버의 벽내의 상기 가스 주입 수단은 처리 가스 주입구와 분리된 퍼지 가스 주입구를 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 차폐 수단이 상기 차폐 지지 수단상의 테이퍼진 표면에 대응하는 외부 테이퍼진 모서리를 지니어, 차폐 수단이 상기 작업물의 처리동안 상기 지지 수단으로부터 이탈될 때 처리가스가 상기 작업물의 하부면과 접촉하는 것을 방지하도록 퍼지가스로부터 상기 챔버로 도입되는 퍼지 가스를 위한 통로가 구비되는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 분할자가, 상기 퍼지 가스 주입구와 접속하는 상기 챔버내의 부분을 진공배출구와 접속하는 또다른 부분으로부터 분리하는 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 차폐 장치는 대부분의 챔버를 작업물로부터 차폐하며 상기 챔버의 벽으로 외향으로 연장되는 장치.
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