KR100233210B1 - 용접된 서셉터 조립체 - Google Patents

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조셉 제이. 스위니
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Abstract

반도체 처리챔버내의 서셉터 아암 지지조립체는 서셉터와 지면사이의 고정 접지물을 포함하고 있다. 서셉터 허브내의 홀에 단단하게 삽입되어 있는 날개달린 터미널 러그에 알루미늄 와이어 로우프가 용접되어 있다. 이제 서셉터 허브에 영구적으로 부착되어 있는 와이어 로우프는 세라믹 서셉터 지지 아암의 서셉터 단부내의 구멍을 통해서 인도되고, 서셉터 아암내의 채널을 통해서 서셉터 아암 지지기와 지면으로 통할 수 있다. 서셉터 아암내의 채널은 서셉터 아암의 허브단부의 바닥과 채널을 둘러싸도록 페달형 세라믹 커버를 수용하기 위하여 그 양쪽에 홈을 구비하고 있다. 이러한 덮개는 서셉터 아암의 지지단부 뒤의 서셉터 허브로부터 이르러 있는 접지 와이어와 열전쌍 리드가 서셉터의 뒤쪽으로 향하는 고밀도 복사에너지에 노출되는 것으로부터 단열시키고 고립시키며 보호한다. 원추형 스프링 와셔와 쇼울더 스크류는 금속재 부재(예를들면, 서셉터 허브)를 세라믹 서셉터 허브아암에 부착시켜서 고정된 세라믹재료의 과응력을 초래하지 않고 부재들간의 서로다른 열팽창을 허용한다. 금속재 부재들의 표면처리는 그 부식 저항성을 향상시킨다.

Description

[발명의 명칭]
용접된 서셉터 조립체
[발명의 분야]
본 발명은 반도체 웨이퍼를 처리하기 위해 사용되는 서셉터 조립체에 관한 것이다.
[발명의 배경]
플라즈마 강화 화학 증기증착(PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 및 다른 유사한 방법을 이용하여 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 서셉터판은 서셉터판의 뒤틀림을 방지하기 위해서 전기적 접지와 단단하게 접촉하여야 한다. 서셉터판 접지 접속이 중단될 때, 증가된 플라즈마 에너지는 서셉터판의 불균일 가열 및 뒤틀림을 초래한다. 서셉터가 뒤틀릴 때, 그 가장자리들은 서셉터의 판이 보울(bowl) 형상을 이루도록 상승된다. 이와 같이 뒤틀어진 서셉터 상에 지지된 웨이퍼 위치는 처리 기준을 충족시킬 수 없으며, 서셉터 상에서 처리된 웨이퍼를 받아들일 수 없게 한다.
정상적인 웨이퍼 처리 주기중에 체결된 접지 접속물의 반복적인 가열 및 냉각으로 인해 접지 접속물을 단단하게 유지하기 어려워지는데, 이는 체결된 부품을 느슨하게 하기 때문이다. 반도체 웨이퍼를 처리하는데 사용되는 가스는 종종 부식성을 가지고 구석 및 틈새, 특히 훼스너와 예를 들면 접지 접속물과 같은 고정되는 물품 사이의 공간 내로 유입된다.
부식성 가스와 반복되는 열팽창 및 수축, 불균일 열팽창, 및 처리 중에 발생되는 상승된 온도에서의 금속의 응력이완 크리프(relaxation creep)는 서셉터의 배면에 체결된 알루미늄 튜브를 통과하는 전기적 접지 통로를 저하시키는 경향이 있다. 시간이 경과함에 따라, 이러한 상태는 전기적 접지 접속물이 더 이상 실행될 수 없을 때까지 체결력을 감소시키고 이완시킨다. 이러한 문제점은 기존의 서셉터 조립체에서 요구되는 미세한 부품 및 정밀한 조립체로 확대된다. 근래에는, 반도체 처리의 정밀도에 대한 요구는 반도체 웨이퍼의 피복 및 에칭이 접지 접속물이 체결되지 않을 때 발생하는 서셉터의 뒤틀림 없이, 가능한 정확하고 반복적으로 수행되도록 서셉터의 뒤틀림이 발생되지 않을 것을 요한다.
통상의 반도체 챔버내에 존재하는 기존의 서셉터 조립체가 문제의 핵심이다. 증기증착 처리챔버의 일반적인 형태가 제1도에 도시되어 있다. 처리챔버(20)는 웨이퍼(30)를 지지하는 서셉터 조립체(31)를 포함하고 있다. 처리가스는 전기적으로 바이어스된 가스 확산판(22)을 통해서 서셉터 조립체(31)에 의해서 지지된 웨이퍼(30)의 면을 향하여 유동한다. 가스 확산판(22)은 종종 처리된 가스를 플라즈마로 형성하도록 하는 고주파(PF) 전력을 이용함으로써 활성화된다. 원판형 서셉터(32)는 세라믹 서셉터 아암(36)내의 중공형 통로를 통해서 연장하는 알루미늄 튜브를 통해 접지되어 있다. 이러한 알루미늄 튜브는 주로 접지 스트랩(42)에 의해서 냉각된 처리 챔버벽에 접지되어 있다.
처리중에, 원판형 서셉터(32)는 밀봉된 석영창(26)과 세라믹 지지판(34)을 통해서 빛이나는 가열 램프(24)로부터의 복사열에 의해서 서셉터의 배면, 즉 제1도에 도시된 바닥(28)으로부터 가열된다. 서셉터의 온도는 약 475℃ 내지 500℃에 달한다.
종래 기술의 서셉터 조립체가 제2도, 제3도 및 제4도에 도시되어 있다. 이 서셉터 조립체는 서셉터 허브(68)를 구비한 알루미늄 원판형 서셉터(32)를 포함하고 있다. 서셉터(32)는 가열 램프(24)로부터의 복사열에 대해서 서셉터 판의 노출을 선택적으로 조절하기 위한 스위스 치즈형 구멍(swiss cheese type hole)(제5도 참조)을 구비한 세라믹 단열 디스크 배면판(34)에 의해 지지되어 있다. 서셉터 허브(68)는 정렬 및 접지 블레이드(69)와, 열전쌍 수용홀(59), 및 고정 스터드(73)을 수용하기 위한 다수의 구멍을 포함하고 있다.
서셉터 허브(68)는 세라믹 서셉터 아암(50)에 의해서 지지되어 있다. 서셉터 아암(50)은 알루미늄 접지튜브(80)를 보호하고 가이드하기 위한 관형 통로를 포함하고 있다. 접지 튜브(80)는 관형 통로를 통해서 연장되어 있지만, 단 하나의 부분 튜브 연장부(81)만이 허브의 단부(51)내로 연장되어서 서셉터 허브 블레이드(69)의 단부의 바닥과 접촉한다. 열전쌍 리드(40)는 튜브(80)를 통해서 열전쌍 수용 홀(59)쪽으로 향하고 있다.
서셉터 허브 블레이드(69)는 블레이드 수용 홈(110)에 대해서 정렬되어있고, 미리 설정된 토오크로 조심스럽게 죄여져 있는 스터드(73)상의 일체식 중간 플렌지 너트(76)(제4도 참조)에 의해서 아암(50)의 허브 단부(51)내에 있는 웨브(52)에 체결되어 있다. 허브 블레이드(68)의 단부는 튜브 연장부(81)의 외부와 조화되도록 형성되어 있다. 튜브 연장부(81)의 압출 및 열전쌍 리드(40)의 꽉조임을 방지하기 위해서, 반원통형의 중공형 맨드릴(mandrel)(71)이 튜브 연장부(81) 내부에 설치되어 있다. 체결 블록(72)은 스터드 너트(74)가 블록(72)의 바닥의 카운터보어 구멍(75)에서 특정 토오크로 죄여짐에 따라 스터드(73) 단부 상으로 이끄러져, 맨드릴(71)과 서셉터 허브 블레이드(69) 단부 사이의 튜브 연장부(81)를 체결시킨다. 블록(72)의 상부에는 스터드(73)의 중심 너트 플랜지(76)에 틈새를 제공하는 카운터보어가 제공되어 있어서, 블록(72)이 웨브(52)의 편평한 바닥에 대해 고정된다. 제4도에는 체결 블록(72)을 절단하여 도시하고 있는데 튜브 연장부(81)의 체결 배열과, (절단되어 있는) 우측 스터드(73)의 중간 너트 플랜지(76)와, 카운터 보어(75)의 좌측 스터드 단부 및 너트(74)를 도시하고 있다.
허브의 단부(51)는 복사가열에 대한 직접 노출로부터 허브의 내용물을 보호하기 위하여 세라믹 디스크 형상의 커버(56)(제3도)를 수용하기 위한 바닥이 개방된 리세스(55)를 포함하고 있다. 원형 커버(56)는 리세스(55)를 가로질러서 정렬된 2개의 핀수용 홀(57)(제4도)내에 설치된 세라믹 핀(58)에 의해서 리세스(55)내에 놓여져 있다.
세라믹 칼라(48)는 처리 챔버 환경으로부터 열전쌍과 허브의 보호를 돕기 위하여 상부에서 서셉터 허브(68)를 둘러싸고 있다. 세라믹 핀(58)은 종종 복사가열에 대한 직접 노출로부터 발생하는 극한 온도에 허브 부재가 노출되게 한다.
알루미늄 서셉터 아암 단부 지지체(84)는 리프트 기구(38)(제2도)로부터 아암을 지지하기 위해 아암(50)의 지지 단부에 체결되어 있다. 접지 로우프(42)가 알루미늄 튜브(80)의 지지단부에 용접되어 있고, 처리챔버(20)의 벽상의 접지 접속물을 향해 단부 지지체(84)와 접하여 나아간다.
열전쌍 리드(40)는 맨드릴(71)과 고정블록(72)사이의 서셉터(32)의 배면에 있는 나사선 열전쌍 수용홀(59)로부터 튜브(80)를 통해, 그리고 서셉터 리프트 기구(38)의 중심 코어의 진공 밀폐구를 통해 연장된다.
정확하게 작동되도록 하기 위해, 전술한 부재들은 조심스럽게 조립되어야 한다. 상세한 조립 과정에 따른 다수의 부재의 조립 또는 해체는 조립체의 형태를 불필요하게 복잡하게 하며, 초기에 형성된 접지 접속물이 수회의 처리 주기 후에 신뢰할 수 없게 된다. 서셉터가 접지되어 있지 않을 때, 서셉터의 온도는 불규칙성으로 증가하고 서셉터의 뒤틀림이 발생하기 시작한다.
잠정적으로 수천개의 웨이퍼가 단일 서셉터 조립체를 구비한 하나의 처리챔버를 통해서 처리될 때, 서셉터의 뒤틀림으로 인해서 발생하는 처리상태에서의 미소한 변형 조차도 작동상의 문제점을 유발할 수 있다. 서셉터의 위틀림이 처리되어질 웨이퍼에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 추가의 검사(품질보증 검사)가 필요하다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은 서셉터에 용접된 전도성 접지 와이어를 사용함으로써 연속적으로 중단됨이 없는 고주파(RF) 접지 접속물을 제공하려는 것이다. 전도성 접지 와이어는 서셉터를 처리챔버의 접지(벽)에 연결한다. 이러한 접지 접속물은 서셉터 아암의 채널내에서 통하게 함으로써 극한 온도로부터 보호되며, 또한 이 채널은 제거가능한 커버를 갖추고 있다. 서셉터를 지지하는 서셉터 아암은 낮은 팽창계수와 양호한 단열성을 가진 일체형의 세라믹 재료(알루미나)이다.
본 발명에 따른 형태는 알루미늄 접지 로우프가 로우프의 한 단부에서 러그(또는 터미널)에 용접된다. 일단부의 러그는 적어도 하나의 측면 플랜지 또는 로우프로부터 측방향으로 연장된 날개부를 포함하고 있다. 러그의 단부는 플랜지 너머로 연장된다. 플랜지 너머로 연장된 러그의 단부는 서셉터 배면의 허브 내에 있는 러그 수용 홀에 끼워 맞춤되도록 배치되어 있다. 측면 플랜지는 서셉터 허브의 배면에 용접되어 있다. 이러한 용접점은 용접물의 국소 구역 내에서 허브의 뒤틀림이 발생하더라도 웨이퍼를 지지하는 부재의 크기를 변화시키지 않는 곳에 위치된다. 접지 와이어 로우프의 타단부의 러그는 서셉터 허브를 지지하는 서셉터 아암내의 구멍을 통과하도록 형성된 횡단면을 갖는다. 따라서, 접지 와이어 로우프는 아암의 개방 채널 내에 놓여지며, 그리고 접지로 나아감에 따라, 덮혀진다. 확실한 접지 접속물을 달성하기 위해, 당해분야 기술자는 하나의 접속물만의 형성을 필요로 한다. 즉, 처리챔버의 냉각된 벽 상에 접지 터미널에 와이어의 단부를 고정시킬 필요성을 인지한다.
열전쌍 수용 홀은 온도의 정보를 제공하기 위하여 서셉터의 배면에 설치되어 있다. 열전쌍 배선은 서셉터 배면의 나사홀로부터 서셉터 아암의 허브 단부 내의 웨브의 구멍, 밀봉성 채널, 그리고 서셉터 조립체의 상하운동을 수행하는 벨로우즈의 중심에서 밀봉구를 통해 연장된다.
밀봉성 채널은 채널을 밀봉하고 가열램프로부터의 직접복사를 차단하는 채널 커버로 덮혀져 있다. 채널 커버는 서셉터 아암의 형태와 일치되게 패들(paddle) 형상으로 이루어져 있으며, 채널의 내용물을 커버하고 밀봉하기 위해 채널 측면 내의 홈 내부로 측방향으로 미끄러진다.
한 형태에서, 세라믹 서셉터 아암의 허브 단부는 서셉터 허브 정렬 블레이드를 수용하는 열쇠 구멍 모양의 슬롯을 포함하고 있다. 이 블레이드는 서셉터를 아암에 정렬시킨다. 열쇠구멍 형상의 슬롯의 원형 단부는 열쇠 구멍 형상의 단부 러그를 갖는 접지 로우프(서셉터의 허브에 일체형으로 연결됨)가 조립중에 홈이 형성된 구멍을 통과하도록 한다.
금속성 서셉터, 벨로우즈, 및 서셉터 아암의 벨로우즈의 가장자리에 있는 밀봉 슬리브는 모두 분할된 원추형 스프링 와셔에 장착된 쇼울더 볼트에 의해서 세라믹 서셉터 아암에 고정되어 있다. 원추형 스프링 와셔는 특별한 토오크를 필요로 하지 않고 부재들을 함께 고정하고 비교적 큰 크기 변형을 수용함과 동시에 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
처리챔버의 부식 환경에 대해 내식성을 증가시키기 위해서, 쇼울더 볼트는 전자 광택처리(electropolished)되어야 한다. (전기전도성이 요구되는 곳을 제외한)알루미늄 부재의 표면은 유해작용을 최소화하도록 양극처리(anodized)되어야 한다. 스테인레스 강 및 인코넬(lnconel)부재는 니켈 설퍼메이트 도금(nickel sulfumate plating)으로 마무리되어야 한다.
본 발명에 다른 형태는 항상 서셉터가 접지되는 것을 보장하는 서셉터의 조립체의 형태를 제공한다. 이것은 또한 각 요소들의 조립시에 기술자의 조립기술의 의존도를 최소화함으로써 종래기술의 문제점을 제거한다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 서셉터 조립체의 구성을 도시한 처리챔버의 단면도이다.
제2도는 종래기술의 서셉터 조립체를 도시한 단면도이다.
제3도는 제2도의 서셉터 조립체의 허브의 단부에 대한 확대도이다.
제4도는 제2도의 서셉터 조립체의 허브의 단부의 절단된 사시도이다.
제5도는 본 발명에 따른 서셉터의 조립체의 전개도이다.
제6도는 본 발명에 따른 서셉터 아암 및 채널 커버 부재의 사시도이다.
제7도는 본 발명에 따른 서셉터 아암과 관련된 접지 와이어 조립체의 조립도이다.
제8도는 제7도의 선 8-8선을 따라서 절단한 허브의 서셉터의 중심을 통해서 도시한 단면도이다.
제9도는 제8도의 선 9-9으로부터 본 허브의 평면도이다.
제10도는 본 발명에 따른 서셉터 아암의 평면도이다.
제11도는 제10도 및 제12도의 선 11-11을 따라서 절단한 단면도이다.
제12도는 본 발명에 따른 서셉터 아암의 배면도이다.
제13도는 제11도의 선 13-13을 따라서 절단한 단면도이다.
제14도는 본 발명에 따른 서셉터 조립체의 확대도의 부분 단면도이다.
제15도는 제14도의 선 15-15을 따라서 절단한 단면도이다.
제16도는 쇼울더 볼트의 정면도이다.
제17도는 제18도의 선 17-17을 따라서 절단한 홈이 형성된 원추형 스프링 와셔의 단면도이다.
제18도는 원추형 스프링 와셔의 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 처리 챔버 24 : 복사 가열 램프
30 : 웨이퍼 31 : 서셉터 조립체
32 : (원판형) 서셉터
34 : 천공식 세라믹 단열 디스크 배면판
36, 50, 131 : 서셉터 아암 94 : 서셉터 허브
121 : 접지 와이어 조립체 123 : 전도성 접지 와이어
125 : 2중 날개식 터미널 129 : 러그
149, 151, 205, 208 : 카운트보어 155 : 채널
166 : 채널 커버 176 : 열전쌍 결합부
178 : 열전쌍 리드 186 : 스프링 와셔
188 : 쇼울더 볼트
[발명의 상세한 설명]
제1도에 도시된 것과 같이, 서셉터 조립체(31)는 반대편의 가스 확산판(22)에 마주하는 웨이퍼(30)를 지지하기 위해서 일반적으로 처리챔버(20)내에서 사용된다. 이러한 서셉터 조립체(31)는 웨이퍼(30)를 처리 챔버의 안팎으로 전달하는 (도시되지 않은) 로봇 블레이드로부터 웨이퍼(30)를 상승시키는 (도시되지 않은) 리프트 핑거의 전후로 웨이퍼(30)를 수용하여 나타내기 위해 상하로 움직인다. 서셉터 조립체(31)의 상하운동은 코어 부분이 경질의 중공형 튜브(파이프)(198)를 갖는 벨로우즈 조립체(38)에 의해서 제어되며, 벨로우즈 조립체(38)의 바닥이 처리의 요구도에 따라서 처리 챔버 내에서 서셉터 조립체(31)를 상승 및 하강시키는 (도시되지 않은) 서셉터 리프트 기구와 연결되어 있다.
제1, 5도에 도시된 서셉터(32)는 스위스 치즈형으로 만들어진 천공식 세라믹 단열 디스크 배면판(34)으로 덮혀있는 바닥을 가지고 있다. 서셉터(32) 및 단열 디스크 배면판(34)은 서셉터 아암(36, 131)에 의해서 석영창(26) 위로 외팔보식으로(cantilevered) 형성되어 있다. 반사기 및 차폐물(28)로 밀봉되어 있는 복사 가열 램프(24)는 서셉터(32)의 바닥과 단열 디스크 배면판(34)을 가열시킨다. 서셉터의 온도가 상승하여 웨이퍼 처리온도에 근접하게 유지됨으로써 온도변화와 관련된 불균일 응력 및 변형을 방지하거나 최소화 시킨다.
서셉터(32) 및 단열 디스크 배면판(34)은 일체형의 서셉터 아암(131)에 의하여 지지되어 있다. 서셉터 아암은 세라믹 재료(바람직하게는, 알루미나)로 제조되어 있고, 접지 전도체(접지 와이어(123)) 및 열전쌍 리드(178)를 수용하기 위해서 그 길이를 따라서 형성된 채널(155)을 포함하고 있다.
채널(155)의 바닥면에 있는 한세트의 홈(163)은 채널커버(166)를 슬라이딩식으로 수용하여 복사 가열램프(24)로부터의 복사열을 열전쌍 및 접지 와이어(제6도 참조)에 직접 비춰지는 것을 차단할 수 있다.
제5도 및 제7도에 도시된 바와 같이, 서셉터 조립체(31)는 서셉터 부착홀(106, 108)을 구비한 서셉터 허브(94), 및 서셉터 리프트 핀 홀(90)을 구비한, 바람직하게는 알루미늄으로 구성된 서셉터 디스크(32)를 포함한다. 서셉터 부착홀(106, 108)은 우수한 부식저항을 위해서 0.0003 내지 0.0005인치 (0.00076 내지 0.0013cm)의 두께로 니켈 설퍼메이트 도금처리된 나선형 코일과 일렬로 정렬된 나사선을 가지고 있다.
제7도에 도시된 바와 같은 접지 와이어 조립체(121)는 바람직하게 알루미늄으로 제조된 케이블 또는 접지 와이어(123)를 포함한다. 이러한 잡지 와이어(123)는 와이어의 서셉터 단부쪽에 위치한 2중 날개식 터미널(125)과, 접지 와이어(123)의 처리 챔버 단부쪽에 위치한 열쇠형 러그(129)에 부착되어 있다. 접지 와이어(123)가 2중 날개식 터미널(125) 및 열쇠구멍 형상의 러그(129)와 단단하게 전기적 결합을 보장하기 위해서, 각각의 2중 날개식 터미널(125) 및 러그(129)는 와이어와 터미널 및 러그간의 연결부의 말단부에서 와이어에 용접되어 있다. 2중 날개 터미널(125)에 대한 접지 와이어(123)의 용접 연결이 터미널의 외단부에 제공되어 있고, 이는 참조부호(126)으로 명시되어 있다. 유사하게, 러그(129) 외단부의 용접은 참조번호(130)으로 명시되어 있다. 이러한 2개의 용접은 원통형 부재의 터미널 또는 러그의 외주부를 알루미늄 와이어의 외주부에 연결시킨다. 이러한 용접 방법은 부재들간에 발생되는 뒤틀림의 양 또는 차별 열응력을 최소화시킨다. 전자비임 기술을 이용한 용접 작업시에, 열 유입량 및 뒤틀림은 무시할 수 있다. 2중 날개식 터미널(125) 및 러그(129)가 우선 접지 와이어(123)에 용접되고, 그 다음 2중 날개식 터미널(125)은 하기에 설명되어질 다른 모든 조립체에 앞서서 서셉터에 용접된다. 서셉터의 접지 접속을 보장하기 위한 방법의 단계는 기술된 부재들의 조립으로 보다 명백해질 것이다.
서셉터 허브(94)의 확대도가 제7도에 도시되어 있다. 서셉터 허브(94)는 서셉터(32)의 바닥면으로부터 하강하는 원통형 서셉터 허브체(100)를 포함하고 있다. 서셉터 허브체(100)는 앞서 설명한 바와 같이 나선 형상의 삽입물이 구비된 부착홀(106, 108)을 포함하고 있다. 서셉터 허브체(100)는 또한 원통형 터미널의 수용홀(98)내에 끼워맞춤되도록 2중 날개식 터미널(125)의 용접단부(126)를 수용하기 위한 홀(98)을 구비한 선반(104)을 포함하고 있다. 터미널 수용 홀(98) 형태의 단면도 및 평면도가 제8도 및 제9도에 각각 도시되어 있다. 원통형 2중 날개의 터미널(125)과 접지 와이어 수용홀(98)간의 끼워 맞춤이 매우 단단하게 이루어지는 경우에는, 2중 날개식 터미널(125)이 밀고 들어오는 동안 해제 채널(99)(블레이드(110)의 축에 대해서 45°의 각도로 위치된 홀(98)의 측면에 있는 반원통형 홈)이 공기를 빠져나가게 한다. 2중 날개식 터미널(125) 및 홀(98)의 형태는 터미널(125)의 단부가 홀(98)의 바닥과 접촉하지 않도록, 그리고 홀(98)안쪽으로의 터미널(125)의 이동이 터미널(125)로부터 외부로 연장되어 있는 날개부에 의해서 정지되도록 이루어져 있다. 따라서, 날개부가 허브체(100)의 날개 선반(104)위에 놓여진다. 터미널(125)이 정위치에 놓여지면, 각각의 날개의 홀(127)에서 전자 비임 용접이 수행된다. 이러한 용접 작업은 2중 날개식 터미널을 서셉터에 연결하기 위해서 홀(127)내에서 수행된다. 이러한 전자비임 용접을 이용할 때, 열 유입량은 매우 작고, 허브체(100)는 결합하는 부재들의 뒤틀림 또는 변형 없이 열을 용이하게 분산시킨다. 터미널(125), 러그(129), 서셉터 및 접지 와이어(123)는 모두 각각 바람직한 방식의 알루미늄 유형 1100, 1100, 1100 및 1350으로 제조된다.
서셉터 허브 정렬 블레이드(110)는 서셉터 아암(131)을 정렬시키기 위해 허브체(100)로부터 연장된다.
조립중에 열쇠구멍 형상의 러그(129)와 부착된 와이어는 웨브(147)가 서셉터 허브의 지지면(101)에서 서셉터 허브를 지지하도록 천공된 디스크 배면판(34), 그리고 서셉터 아암(131)의 허브 단부(133)에 위치한 웨브(147)내의 러그와 끼워 맞춤되는 열쇠구멍 형상의 슬롯(143)을 통과한다. 열쇠구멍 형상의 슬롯(143)(제10, 11, 12도)은 러그(129)를 아암(131)의 채널(155) 아래로 자유롭게 이동하게 하여 처리챔버의 벽에 접지되게 한다.
서셉터(32)는 관련된 분할된 원추형 스프링 와셔(186)와 함께 2개의 쇼울더 볼트(188)에 의해서 서셉터 아암(131)에 고정된다. 쇼울더 볼트(188) 및 원추형 스프링 와셔(186)는 제16, 17, 18도에 도시되어 있다. 홈이 형성된 원추형 스프링 와셔는 포도(Fodor at al)등에 의한 미국 특허 08/094, 674호(1993년 7월 20일)에 개시되어 있다. 원추형 스프링 와셔의 내경(I.D)은 쇼울더 볼트(188)의 헤드(214)가 내경(220)을 통과하지 않도록 효울더 볼트(188)의 자루부(213)와 거의 일치한다. 외경(O.D)(221)은 웨브(147)의 카운트보어(149, 151)의 직경과 거의 같거나 이보다 조금 작다. 쇼울더 볼트는 볼트가 자루부(213)와 나사선(211) 사이의 어깨부(212)에 대해 죄여질 때 까지 서셉터 부착홀(108, 106)내로 완전하게 나사 결합된다. 따라서, 볼트 헤드(214)의 바닥은 원추형 스프링 와셔(186)의 두께(216)의 상부에 놓여지며, 와셔가 거의 편평하게 될 때까지(재료의 두께(217)보다 조금 두꺼운 정도까지), 와셔(186)를 압축시킨다. 와셔(186)가 압축될 때, 와셔의 틈새(219)는 압력을 경감하기 위해서 벌어지려는 경향을 보인다. 그러나, 와셔가 카운트 보어 내에 위치하기 때문에, 와셔의 틈새는 벌어질 수 없으며 와셔링을 탄력적으로 굽히기 위해서 단단하게 체결된다. 스프링 와셔에서 이러한 형태의 슬롯의 사용은 종래의 스프링 와셔의 사용과 비교할 때 유효탄성 범위 및 이용가능한 수명을 증가시킨다. 부식저항과 고강도를 위해서, 쇼울더 볼트(188) 및 원추형 스프링 와셔(186)는 인코넬 X-750으로 제조되어 있다. 쇼울더 볼트는 제거된 재료에 0.0002 내지 0.0003인치(0.005mm)두께로 전자 광택처리된 반면, 원추형 스프링 와셔는 0.0003 내지 0.0005인치(0.010mm) 두께로 니켈 설퍼메이트 전자도금처리되어 있다.
제13도는 서셉터 아암의 벨로우즈 단부(135)와 마주한 서셉터 아암(131)의 허브 단부(133)의 중심에 대한 단면을 도시하고 있다. 스크류 홀(148, 150)의 바닥에 있는 카운트보어(149, 151)는 적절한 크기의 불할된 원추형 스프링 와셔(186)를 수용하는 크기로 형성되어 있고, 이 스프링 와셔(186)를 통해서 쇼울더 볼트(188)가 서셉터 부착홀(108, 106)의 나선형 코일에 죄어져 서셉터 아암(131)의 허브 단부(133)에 서셉터 디스크(32)가 체결된다. 카운트보어(149, 151)의 가장자리는 열쇠구멍 형상의 슬롯(143) 상에서 개방되어 있다. 플랜지(145)가 서셉터의 허브(94)를 둘러싸는 커버(cowling)로 작용하도록 웨브(147)로부터 연장된다.
서셉터(32)가 서셉터 아암(131)의 허브 단부(133)에 부착될 때, 제13도에 도시된 단면은 제15도에 도시된 단면으로 변형된다. 허브체(100)의 지지면(101)은 허브 단부의 웨브(147)의 상부에 접촉하고 서셉터 허브 정열 블레이드(110)는 열쇠구멍 형상의 슬롯(143)내에 끼워진다. 쇼울더 볼트(188)는 홈이 형성된 원추형 와셔(186)를 서셉터를 아암(131)에 단단하게 고정시킨다.
열전쌍 리드(178)는 서셉터(32) 배면의 서셉터 열전쌍 홀(92)(제8도 및 제14도 참조)내에 위치한 열전쌍 결합부(176)에 결합된다. 이러한 서셉터 열전쌍 홀(92)은 바람직하게 나사산이 형성되어 있어서 열전쌍 리드(178)의 나사 단부를 수용한다. 제14도는 접지 와이어 조립체(121), 및 서셉터 허브 정열 블레이드(110)의 타단부에서 슬롯(143)의 좁은 단부를 통해 통과하는 열전쌍 리드(178)의 배열예를 도시하고 있다. 열전쌍 리드(178)는 이 리드가 날카롭게 휘어지는 것을 방지하기 위해서 허브 단부(133)내에 감겨져 있어서, 채널(155)을 통해서 나아갈 때 상승된 온도에서 그 신뢰성이 향상된다.
서셉터 아암(131)은 접지 와이어(123) 및 열전쌍 리드(178)가 채널(155)을 통해서 나아가게 형성되어 있다. 제11도에 도시된 채널(155)의 양단에 있는 경사면(157, 159)은 케이블을 손상시키는 날카로운 모서리를 최소화시키며, 채널(155)에 유입 및 유출을 위한 배선의 유연한 변형을 가능케한다.
제1, 10, 및 11도에는 아암(131)의 스로트 침하부(172)가 도시되어 있다. 이 침하부(172)는 유도가능한 도전성 효과 및 스파크를 감소시키기 위해 서셉터(32)의 가장자리와 아암사이에 큰 틈새를 제공한다.
제6, 11, 및 14도에 도시된 바와 같이, 서셉터 지지 아암 채널(155) 내부의 커버 수용 홈(163)은 서셉터 아암(131)의 통로와 평행하게 연장하고 있으며, 그리고 아암의 허브 단부(133)의 주변부 둘레로 허브 단부(133)의 바닥면 상의 보다 큰 반원형 플랜지(153)의 단부까지 연장되어 있다. 제11도에 도시된 이러한 플랜지(153)는 채널 커버(166)의 통로(170)가 홈(163)내에 도입될 때, 커버(166)의 원형 단부(168)의 가장자리가 플랜지(153)의 홈(163)내에 체결될 때, 플랜지(153)는 서셉터 아암(131)의 허브 단부(133) 바닥의 단부 플랜지(154)에 대해 채널 커버의 원형 단부(168)를 고정시킨다. 채널커버(166)는 지지 아암의 채널(155)을 완전히 덮는 크기로 형성되지만, 제14도에 도시된 바와 같이 지지 아암의 벨로우즈 단부(135)의 공동(137)은 개방된 채 유지된다. 접지 와이어(123)는 채널의 바닥에 있는 개방된 공간을 통과하여, 가열된 서셉터로부터 멀리 떨어진 위치에 챔버에 러그(129)를 스크류로 고정시킨다.
제14도에 도시된 바와 같이, 가열 램프의 빔의 외부에서, 서셉터(32)의 배면에 연결된 접지 와이어 조립체(121)는 단단하게 고정된 스크류에 의해서 러그(129)에 의하여 처리챔버(20)의 벽에 연결되어 있다. 처리 챔버의 벽은 처리조건에 비해 비교적 냉각되어 있기 때문에, 열순환 효과가 심하지 않으며 따라서 연결을 느슨하게 하지 않는다. 열전쌍 리드(178)는 서셉터 아암(131)의 벨로우즈 단부(135)에서 공동(137)의 바닥 내에 있는 안내홈(161)을 거쳐 벨로우즈(181)의 중심으로 나아간다.
열정쌍 리드(178)는 진공 밀봉부에 의해 둘러싸여 있는 열전쌍 포팅(potting) 플러그 및 어댑터(180)를 통해 그 내부를 통과한다. 진공 밀봉부는 벨로우즈(181) 내부의 파이프(198) 안에 설치된 플랜지형 슬리브(182)를 포함하고 있다. 제5도의 전개도 및 제14도의 단면도에 도시된 바와 같이, 플랜지 슬리브(182)는 평면에 편평한 와셔(190), O링(192), 편평한 와셔(194)의 샌드위치형 구조를 편평면으로 나타내기 위해 튜브의 하단부 둘레에 증가된 링을 가지고 있다. 열전쌍 포팅 플러그 및 어댑터(180)가 정위치에 놓여지고 처리 챔버에 진공이 가해질 때, O링(192)에 열전쌍 포팅 플러그 및 어댑터(180)와 강체 파이프(198)의 내부 사이를 밀봉하기 위해서 외부의 주위온도에 의하여 압력이 가해진다. 스프링(196)은 밀봉작용을 돕는다. 파이프(198) 내부 둘레의 선반은 스프링(196)의 바닥 단부를 지지한다.
제5도에 도시된 바와 같이, 플랜지 슬리브(182)는 서셉터 아암(131)의 체널단부(135)에 부착하기 위한 2개의 테이퍼진 홀(184)을 포함하고 있다. 제14도에 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 파이프(198)의 상부의 플랜지는 간섭이없이 슬리브(182)의 플랜지를 수용하고 둘러싸기 위하여 리세스를 포함하고 있다. 플랜지 슬리브(182)는 바람직하게 304L 스테인레스 강으로 제조되고 0.0003 내지 0.0005(0.01mm)두께의 니켈 설퍼메이트 도금처리되어 있다. 이러한 도금 처리는 부식을 방지하며 조립체의 수명을 연장시킨다. 벨로우즈는 또한 유사한 내식성을 제공하기 위해 저항 환경을 유지하며, 장치의 사용 기한을 연장하기 위해서 니켈 설퍼메이트 도금처리 되어 있다.
제5, 6, 10 및 12도에 도시된 바와 같이, 홈이 파인 원추형 스프링 와셔(186)를 구비한 2개의 쇼울더 볼트(188)는 서셉터 아암(131)의 벨로우즈단부(135)의 중심에 있는 슬리브 연결 홀 패턴(139)의 홀(207)을 통해서 미끄러지고 이것을 서셉터 아암(131)에 부착시키기 위해서 슬리브(182)의 플랜지에 있는 탭홀(207)내에 끼워진다. 이 홀(207)은 그 상부에 카운터 보어(208)를 가지고 있다. 유사하게, 벨로우즈 연결 홀패턴(141)의 4개의 홀(204)은 제10도의 서셉터 아암의 상부로부터 볼 수 있는 바와 같이 홀주변의 카운터보어(205)를 포함하고 있다.
홈이 파인 원추형 스프링 와셔(186)는 카운터 보어(205, 208)내에 위치해있다. (관련된 쇼울더 볼트(188)를 구비한 각각의 원추형 스프링 와셔(186)는 그 기능에 따른 크기로 되어 있다.)
각 부재들은 다음의 순서로 조립된다. 서셉터에 미리 용접되어 있는 접지 와이어 조립체가 서셉터 아암 열쇠구멍 형상의 슬롯(143)의 허브 단부(133)를 통해서 나아간다. 열전쌍 접합부(176)가 열전쌍 홀(92)내에 끼워진다. 열전쌍 리드(178)는 열쇠구멍 형상의 슬롯(143)의 다른 단부를 통해 통과한다. 서셉터 허브(94)는 쇼울더 볼트(188)에 의해서 정위치에 고정된 분할된 원추형 스프링 와셔(186)를 이용하여 체결된다. 접지 와이어(123) 및 열전쌍 와이어를 아암 채널(155)을 통해 나아간다. 열전쌍은 분리된 원추형 스프링 와셔(186) 및 쇼울더 볼트에 의해서 아암(131)에 부착되어 있는 벨로우즈 리프트(38)의 중심으로 나아가며 밀봉된다. 접지 와이어(123)의 단부러그(129)를 접지 터미널에 단단하게 부착시킨다. 최종적으로 채널 커버(166)를 슬라이딩시켜 정위치에 놓이게 한다.
지금까지 본 발명은 특정 실시예에 대해서 설명했지만 당업자는 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (15)

  1. 서셉터 조립체에 있어서, 처리되어질 웨이퍼를 고정시키기 위한 서셉터, 상기 서셉터를 지지하는 서셉터 아암, 상기 서셉터 아암을 지지하는 서셉터 아암 지지 장치로서, 상기 서셉터 아암이 상기 서셉터와 상기 서셉터 아암 지지 장치 사이에 배선을 운반하기 위한 개방된 채널을 갖춘 세라믹 재료로 구성되어 있는 서셉터 아암 지지 장치, 및 상기 서셉터에 용접되어 있고, 상기 서셉터 아암 내의 상기 채널을 통해서 전기 접지 접속물에 이르는 전도성 접지 와이어를 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서셉터에 연결되어 있는 열전쌍, 및 상기 열전쌍에 연결되고 상기 채널내의 상기 전도성 접지 와이어에 인접하여 상기 지지 장치로 나아가는 열전쌍 리드를 더 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 채널 내의 상기 전도성 접지 와이어의 일부분을 밀폐하기 위해 상기 서셉터 아암에 부착된 제거가능한 채널 커버를 더 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 채널 커버는 패들 형상을 취하고 있으며 상기 서셉터 아암의 허브 단부의 바닥에서 개구를 덮고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  5. 제2항에 있어서, 상기 서셉터 아암은 상기 열전쌍 리드를 상기 서셉터 아암 지지 장치의 중심 통로로 안내하기 위한 접지 와이어 안내 홈을 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 서셉터는 웨이퍼를 지지하기 위한 편평면을 가지며, 상기 서셉터 아암은 상기 서셉터에 인접한 상기 서셉터 아암의 허브 단부로부터 상기 서셉터로부터 말단에 위치된 상기 서셉터 아암의 지지 단부까지 상기 배선을 안내하기 위한 상기 개방된 채널을 포함하고, 그리고 상기 채널은 상기 채널 내의 상기 전도성 접지 와이어의 일부분을 밀폐하기 위해 상기 지지 아암에 부착된 제거가능한 채널 커버를 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 서셉터는 상기 서셉터의 배면으로부터 연장하는 허브를 포함하며, 상기 전도성 접지 와이어는 상기 접지 와이어 단부에 부착된 터미널 러그, 및 상기 전도성 접지 와이어의 축으로부터 측면으로 연장하는 하기 허브의 용접된 날개부를 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 서셉터를 지지하는 상기 서셉터 아암은 상기 서셉터에 횡단하여 연장하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  9. 제7항에 있어서, 상기 날개부는 상기 용접이 수행되는 지점에 용접부 홀을 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  10. 나사선을 갖춘 홀을 구비한 서셉터를 포함하는 서셉터 조립체에 있어서, 상기 서셉터는 서셉터 아암 웨브의 카운트 보어를 갖는 구멍 내에 위치된 분할된 원추형상의 스프링 와셔 및 쇼울더 볼트를 포함하는 스프링 체결 장치를 이용하여 서셉터 지지 아암에 고정되어, 상기 쇼울더 볼트의 상기 어깨부가 상기 서셉터에 대해 죄여질 때 상기 분할된 원추 형상의 스프링 와셔는 상기 쇼울더 볼트의 헤드 플랜지와 상기 카운트보어의 바닥 사이에서 축선으로 한정되며, 상기 분할된 원추 형상의 스프링 와셔의 축선 압축은 상기 와셔의 자유단이 상기 카운트보어의 내경과 접하여 반경방향으로 팽창되도록 하여, 상기 스프링 와셔가 더 이상의 방사상 팽창을 하지 못하도록 하며, 상기 쇼울더 볼트의 어깨부에 상기 볼트의 죄여짐은 상기 서셉터와 상기 서셉터 지지 아암의 상기 웨브 사이에서 고정 스프링 하중을 발생하여 상기 서셉터 허브가 상기 서셉터 아암과 접하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 나사선을 갖춘 홀은 니켈 설퍼메이트 도금된 나선형 코일과 정열되어 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  12. 제10항에 있어서, 상기 쇼울더 볼트는 전자광택처리되고 상기 스프링 와셔는 니켈 설퍼메이트 도금되어 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  13. 반도체 처리 챔버 내의 서셉터 조립체에 있어서, 서셉터 단부 및 러그 터미널을 갖는 원거리의 접속 단부를 포함하는 가요성 전기 도전체와, 상기 처리 챔버 내에서 처리되어질 웨이퍼를 지지하기 위한 전기 도전성 서셉터와, 그리고 서셉터 지지 아암을 포함하고 있으며, 상기 러그 터미널은 원거리 접속 터미널에 상기 원격의 접속 단부를 체결하기 위해 사용되며, 상기 서셉터는 상기 도전체와 상기 서셉터 사이에 전기 통로를 형성하는 한 세트의 도전성 부재 사이에 전기 연속성을 형성하는 용접된 접속물을 통해 상기 가요성 전기 도전체의 상기 서셉터 단부에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 서셉터 지지 아암은 서셉터 아암 지지 장치에 의해 상기 서셉터 아암의 지지 단부에 지지되어 있으며 상기 서셉터 아암의 서셉터 단부에서 상기 서셉터를 지지하고 있으며, 상기 서셉터 지지 아암은 상기 도전체가 상기 원거리 터미널 접속물로 나아감에 따라 상기 채널 내의 상기 도전체를 수용하기 위해 상기 지지 아암의 상기 서셉터 단부로부터 상기 지지 아암의 상기 지지 단부에 이르기 까지 통과하는 개방된 채널을 포함하도록 수용 홀이 구성되어 있으며, 상기 서셉터의 제거는 상기 도전체 및 러그 터미널이 상기 수용 홀을 통해 통과할 때, 상기 원거리 접속 터미널로부터 상기 터미널 러그를 제거시키고, 상기 채널로부터 상기 도전체를 제거시키고, 그리고 상기 지지 아암의 서셉터 단부로부터 상기 서셉터를 분리시킴으로써 수행되며, 상기 서셉터의 교체는 상기 서셉터가 상기 서셉터 지지 아암의 상기 서셉터 단부에 결합될 때 상기 수용홀을 통해 상기 도전체 및 러그 터미널을 통과시키고, 상기 도전체가 상기 서셉터 지지 아암의 상기 지지 단부를 향해 나아가도록 상기 채널 내에 상기 도전체를 위치시키고, 그리고 상기 원격의 접속 터미널에 상기 터미널 러그를 부착시킴으로써 수행되며, 상기 서셉터 지지 아암은 상기 서셉터의 제거 및 교체를 통해 상기 서셉터 아암 지지 장치에 고정되어 부착되어 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 채널 내의 상기 도전체의 일부분을 밀폐하기 위해 상기 서셉터 아암에 부착된 제거가능한 채널 덮개를 더 포함하고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
  15. 제12항에 있어서, 상기 지지 아암의 상기 서셉터 단부는 상기 서셉터를 지지하는 웨브를 갖는 허브를 포함하며, 상기 웨브는 상기 러그 터미널과 상기 도전체가 통과하는 상기 수용 홀을 포함하며, 상기 서셉터에 반대하는 상기 웨브의 측면 상에서 상기 허브의 일부분은 상기 서셉터 아암 내의 상기 채널 부분을 형성하며, 상기 채널의 덮개는 상기 덮개가 상기 가열 램프로부터 발생되는 복사열을 상기 채널 덮개에 의해 덮혀있고 상기 채널 내의 함유된 상기 도전체 상에 직접 비추어지는 것을 방지하기 위해 상기 허브를 덮고 있음을 특징으로 하는 서셉터 조립체.
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