KR100268158B1

KR100268158B1 - 유도 결합된hdp-cvd반응기

Info

Publication number: KR100268158B1
Application number: KR1019970034125A
Authority: KR
Inventors: 프레드 씨. 레데커; 모가담 파해드; 히로지 하나와; 데쯔야 이시까와; 단 메이단; 시지안 리; 브라이언 루; 로버트 스티저; 약심 왕; 마누스 웡; 아쇽 신하; 프레드 로무알드 노왁; 카베 니아지; 케네쓰 스미쓰; 파벨 스타윅; 파드마나밤 크리쉬하나라쥐; 락스만 무루게쉬; 켄트 로스만
Original assignee: 조셉 제이. 스위니; 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 2000-12-01
Also published as: KR980011769A; DE69727624D1; DE69727624T2; EP0819780B1; JPH10116826A; US6170428B1; EP0819780A2; JP2008091938A; JP4688983B2; TW363212B; US6182602B1; EP0819780A3

Abstract

본 발명은 웨이퍼상에 간극 충전 및 블랭킷 필름 증착이 가능한 도핑되거나 비도핑된 실리콘 이산화물의 증착 및 스퍼터링을 동시에 수행하는 HDP-CVD 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 장치는 플라즈마 공급원에 유도결합된 이중의 RF 영역, 상기 이중 영역의 가스 분포 시스템, 상기 장치 내의 온도 제어식 표면, 대칭 형상의 터보 분자로 펌핑처리된 챔버 몸체, 이중 냉각 영역의 정전기 척, 모든 세라믹/알루미늄 합금 챔버, 및 원격 플라즈마 챔버 정화 시스템을 포함한다.

Description

유도 결합된 HDP-CVD 반응기 {INDUCTIVELY COUPLED HDP-CVD REACTOR}

본 발명은 반도체 기판의 처리 장치 및 방법에 관한 것으로 특히, 기판상에 αC, αFC, SiN, SiON, 도핑되거나 비도핑된 SiO₂, 및 BiN 필름의 증착을 위한 고밀도 플라즈마 (HDP)화학 증착(CVD) 장치에 관한 것이다.

화학 증착(CVD), 에칭, 반응성 이온 에칭 등과 같은 반도체 공정에 사용되는 플라즈마 장치는 플라즈마를 발생시키고 유지시키기 위해 유도 결합 또는 용량 결합을 사용한다. 용량 결합 플라즈마에 비해 유도 결합 플라즈마의 잇점은 유도 결합 플라즈마가 보다 작은 바이어스 전압에 의해 기판상에 발생되어 기판의 손상 가능성이 감소한다는 점이다. 게다가, 유도 결합 플라즈마는 높은 이온 밀도를 가짐으로써, 높은 증착 속도와 낮은 자유 행로를 제공하나, 용량 결합 플라즈마보다 보다 낮은 압력에서 작동한다. 상기 잇점은 처리 시에 정상적인 스퍼터링 또는 이온 방향성을 허용한다.

보다 최근에, 고밀도 플라즈마(HDP) CVD 공정은 화학 반응과 물리적 스퍼터링을 조합하는데 사용되었다. HDP-CVD 공정은 기판 표면에 근접한 반응 영역에 RF 에너지의 적용에 의해 반응 가스의 해리를 증진시켜, 높은 반응 이온 종의 플라즈마를 발생시킨다. Ar과 같은 비교적 비 반응성의 이온 구성 인자는 스퍼터링 수율 곡선 상에 기초한 필름의 프로파일을 따라 비표면적으로부터 선택적으로 증착된 필름 재료를 이동시키기 위해 사용되는 높은 운동량(e 전기장)이 주어진다. 해제된 이온 종의 높은 반응성은 화학 반응이 발생되기 위해 요구되는 에너지를 감소시키고 따라서, 상기 공정에 요구되는 온도를 하강시킨다.

대부분의 HDP-CVD 공정의 목적은 기판의 표면을 가로질러 균일한 두께의 필름을 증착하는 것이며, 기판상에 형성된 라인 및 다른 특성물 사이의 우수한 간극충전을 또한 제공하는 것이다. 증착 균일성 및 간극 비아 충전은 공급원 배치, 가스 흐름 변화, 공급원 RF 발생기 전력, 바이어스 RF 발생기 전력, 노즐 분포 대칭성, 노즐의 수, 기판 지지물과 상기 기판 지지물에 관련된 노즐의 측면 위치에 위치된 노즐의 높이를 포함한 가스 노즐 설계등에 매우 민감하다. 상기 변수는 상기 장치 변화 내에 시행된 공정 및 공정 가스 변화에 따라 변화한다.

반도체 공정에 있어 직면한 문제점은 기판위의 플라즈마 밀도 균일성의 발생 및 유지이다. 플라즈마 균일성은 장치 내부 또는 외부로 가스 흐름 및 장치 내부에 발생된 자기장 및 전기장에 따라 달라진다. 기판 크기가 300 mm로 증가함에 따라, 대형 면적 위의 균일성은 보다 성취하기 어렵다.

증착 균일성에 또 다른 영향을 주는 문제점은 기판 표면 위로의 불균일한 가스 분포이다. 일반적으로, 가스 충만 영역은 처리 영역의 주변부 둘레에 제공되며, 다수의 노즐은 기판 표면에 가스를 제공하기 위해 방사상으로 내부로 연장한다. 일부 응용에서, 상기 가스들은 기판 표면을 가로질러 불균일하게 분포되는 경향이 있는데, 기판의 엣지를 향해 더 많은 가스가 제공되며 기판의 중심을 향해 가스가 적게 제공된다. 게다가, 반응 가스는 챔버 내부로 유입되기 이전에 가스 주입 시스템 내에서 혼합된다. 상기 경우에 있어서, 재료는 가스 주입 시스템 자체 내에서 증착되는 경향이 있으며, 일부 가스 분사기의 엉김은 가스 분포의 불균일성을 높혀주는 결과를 초래한다.

직면한 또 다른 문제점은 기판 표면을 가로질러 균일한 온도를 유지시키는 것이다. 기판이 처리됨에 따라, 기판 표면에 노출된 플라즈마 방사 및 이온 충돌로 인해 심각한 열 부하가 발생한다. 만일, 온도 증감이 기판 표면을 가로질러 존재한다면, 필름의 증착은 불균일 방식으로 처리될 수 있다. 따라서, 기판의 온도를 정확하게 제어하는 것이 중요하다.

또 다른 문제점은 장치 자체에 있는 재료의 증착에 있다. 처리시에, 증착 재료는 장치 전체인 기판 지지물 부재상 및 가스 분포 성분 상에 증착한다. 시간이 흐름에 따라, 상기 재료 조성은 제조되는 장치의 보전을 손상시킬 수 있는 기판상에서 입자 오염을 초래하는 챔버 내부로 벗겨질 수 있다. 따라서, 상기 장치는 주기적으로 정화되어져야 한다. 바람직한 정화 방법은 챔버로부터 배출될 수 있는 제품을 형성하기 위해 증착된 재료와 반응하는 챔버 내부로 정화 가스를 유입시키는 것이다. 일반적으로, 불소 첨가 가스와 같은 정화 가스는 챔버 내부로 유입되고 플라즈마는 챔버 내에서 발생된다. 최종적으로 여기된 제품은 챔버로부터 배출되는 가스 상태의 부산물을 형성하기 위해 증착 재료와 반응한다. 상기 공정의 문제점은 플라즈마 인접한 영역에서 정화가 제한되어 있다는 것이다. 모두 노출된 챔버 표면의 정화를 증가시키기 위해, 정화 단계에 필요한 시간은 증가되어, 작업 처리량을 감소시키고 또한 정화 공정은 고온에서 시행되며, 챔버 표면 일부를 효과적으로 정화시키고 소모품의 비용 및 유지 간격을 증가시키는 것이다.

그러므로, 이와 같은 문제점들을 감안한 본 발명의 목적은 개선된 정화 특성과 높은 작업 처리량을 제공할 수 있으며, 보다 효율적인 방식으로 얇은 CVD 필름을 기판상에 형성하기 위한 보다 균일한 조건을 제공할 수 있는 반도체 기판의 처리 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 스퍼터링 및 1.2 : 1보다 높은 화상비를 갖는 0.5 마이크론 특성도(feature size)를 갖는 웨이퍼 상에 우수한 간극 충전 및 블랭킷 필름 증착이 가능한 도핑되거나 비도핑된 실리콘 이산화물을 사용하는 HDP-CVD 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 가공 챔버의 횡단면도.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 개선에 사용될 수 있는 3개의 다양한 RF 매칭 배치를 도시하는 전기 배선도.

도 3은 본 발명의 이중 영역의 RF 플라즈마 공급원을 도시한 개략적인 횡단면도.

도 4는 상층 온도 제어 조립체 및 상층 안테나의 분해도.

도 5는 본 발명의 기판 지지물 부재의 횡단면도.

도 6은 본 발명의 기판 지지물 부재의 상층 횡단면도.

도 7은 기판 지지물 부재를 갖는 챔버의 상층 횡단면도.

도 8a는 정전기 척의 일 실시예의 상부도.

도 8b는 정전기 척의 대체 실시예의 상부도.

도 9는 도 8a의 정전기 척의 일 실시예를 도시한 횡단면도.

도 10은 도 8a 및 도 9의 정전기 척의 온도 제어 양태를 도시하는 흐름도.

도 11은 정전기 척과 덮개 링의 횡단면도.

도 12는 공급원 코일에 근접하여 위치된 덮개 링의 횡단면도.

도 13은 본 발명의 가스 제어 시스템을 도시한 부분 단면도.

도 14는 가스 분포 링과 제 1 가스 채널을 도시한 부분 단면도.

도 15는 가스 분포링과 제 2 가스 채널을 도시한 부분 단면도.

도 16은 중심 가스 공급 조립체를 도시한 부분 단면도.

도 17은 가스 분포링과 리드 조립체의 기저판을 도시한 분해도.

도 18은 극초단파 원격 플라즈마 정화 장치 및 그 정화 장치의 챔버 상의 위치를 개략적으로 도시한 부분 단면도.

도 19는 가스 확산기의 상부도.

도 20은 가스 확산기의 측면도.

도 21은 가스 배플러의 사시도.

본 발명의 장치는 플라즈마 공급원로 유도 결합된 이중의 RF 영역, 이중 영역의 가스 분포 시스템, 온도 제어식의 챔버 성분, 대칭 형상의 터보분자로 펌핑된 챔버 몸체, 이중의 냉각 영역의 정전기 척, 모든 세라믹/알루미늄 합금 챔버, 및 원격 플라즈마 정화 시스템을 포함한다.

본 발명의 전술한 특성, 잇점 및 목적이 본 발명의 상세한 설명으로부터 보다 자세히 설명되어질 것이다.

상기 장치는 다음의 챔버 몸체, 챔버 리드 조립체, 음극 및 리프트 조립체, 처리 장비, 가스 분포 조립체 및 원격 플라즈마 공급원을 포함한 다음의 서브조립체의 각각을 참조로 하여 하단에 기술되어질 것이다.

챔버 몸체

도 1은 본 발명의 처리 장치(10)의 횡단면도이다. 처리 장치(10)는 챔버 몸체(12), 리드 조립체(14) 및 캔틸레버식의 이동 가능한 기판 지지 부재(16)를 포함한다. 상기 부재들은 조합식으로 물리적이고 전기적으로 대칭이며, 진공의 밀폐물 및 배출 통로(22)를 형성하며, 상기 통로 내에서 기판 처리가 행해진다.

챔버 몸체(12)는 바람직하게 내부의 환형 처리 영역(20)을 한정하고 동심의 배출 통로(22)를 한정하기 위해 하단부를 향해 테이퍼진 측벽(18)을 갖는 일체식의 기계가공된 구조물이다. 챔버 몸체(12)는 슬릿 밸브(44)와 측면 포오트(26)에 의해 밀폐된 적어도 하나의 기판 입구 포오트(24)를 포함하는 다수의 포오트를 한정하며 상기 포오트를 통해 기판 지지 부재(16)에 장착된 캔틸레버가 위치된다. 기판 입구 포오트(24) 및 지지 부재 포오트(26)는 바람직하게 챔버 몸체(12)의 양쪽 측면을 통해 위치된다. 두 개의 부가적인 측면 포오트는 기판 지지 부재(16)의 상부 표면의 높이에서 챔버 벽(18)의 양쪽 측면상에 위치되며 챔버 벽(18)내에 형성된 가스 채널(28)에 연결되어 있다. 해리된 불소 함유 가스와 같은 정화 가스는 멀리 떨어진 플라즈마 공급원(30)로부터 채널(28) 내부로 유입되며, 도 18에 도시되어진 가스 입구 포오트를 통해 챔버 내부로 유입된다. 챔버 내부로 포오트 개구 위치는 증강이 발생하는 반응기 영역을 향해 가스로 향하도록 제공된다. 멀리 떨어진 플라즈마 공급원 및 정화 가스는 하단에 보다 상세히 기술되어질 것이다.

챔버 벽(18)의 상부 표면은 편평한 착수 표면적을 한정하며 상기 표면적위에 리드 조립체(34)의 기저판(33)이 지지된다. 하나 이상의 O-링이 홈(36)은 세라믹 몸체(12)와 기저판(33) 사이의 밀폐식 밀봉을 형성하기 위해 하나 이상의 O-링(38)을 수용하는 벽(18)의 상부 표면내에 형성된다. 리드 조립체는 하단에 상세히 기술되어질 것이다.

기판 지지 부재(16)는 챔버 벽(18) 내에 형성된 측면 입구 포오트(26)를 통해 부분적으로 연장하며, 챔버의 중심내에 표면(200)을 수용하는 환형의 기판을 제공하기 위해 플랜지(46) 상의 챔버 벽(18)에 장착된다. 지지 부재(16)가 챔버 내에 위치되면, 환형의 지지 부재(16)의 외부 벽(50) 및 챔버의 내부 벽(52)은 지지 부재(16)의 전체 주변에 균일한 환형의 유체 통로(22)를 한정한다. 균일한 통로(22) 및 배기 포오트(54)는 지지 부재의 표면을 수용하는 기판과 동심인 것이 바람직하다. 배기 포오트(54)는 균일한 통로(22)를 통해 챔버 외부로 균일하게 가스를 빼내기 위해 지지 부재의 부분을 수용하는 기판 아래에 집중된다. 이는 전체 환경에 대해 기판 표면위로 보다 균일한 가스의 흐름을 가능하게 하고 챔버의 기저에 집중된 배기 포오트(54)를 통해 챔버로부터 방사상으로 내향 또는 외향으로 흐르도록 한다. 균일한 유체 통로(22)는 펌프 포오트와 관련하여 근접성을 달리한 기판 위치와 같은 처리 챔버가 거의 없는, 압력 및 체제 시간 균일의 유지함으로써 필름층의 균일한 증착을 증진시킨다.

펌프 스택은 챔버 내부에 압력 제어를 제공하기 위해 챔버 몸체의 테이퍼진 하부 상에 장착된 두 개의 블레이드 조절판 조립체(56), 게이트 밸브(58) 및 터보 분자 펌프(60)로 이루어진다. 두 개의 블레이드 조절판 조립체(56) 및 게이트 밸브(58)는 두 개의 블레이드 조절판 조립체(56)의 설정에 의해 결정되어진 것처럼 게이트 밸브(58)를 통해 단리시키고 0 내지 100 mTorr의 압력에서 압력 제어를 하기 위해 챔버 몸체(12)와 터보분자 펌프(60) 사이에 장착된다. 1600 L/sec의 터보 펌프는 바람직하나, 챔버내에서 소정의 압력을 이루기 위한 펌프가 사용될 수 있다. 터보 펌프에서 상하 위치에서 배기 포오트(54)에 전선(57)이 연결된다. 이는 역행의 펌프 출력을 제공한다. 상기 전선은 멀리 떨어진 주요 프레임 펌프, 러핑 펌프에 연결된다. 포오트(59)는 전선의 플랜지(61)에 장착되기 위해 펌프 스택내에 형성된다. 챔버 정화시에, 정화 가스는 고속에서 챔버 내부로 흘러 들어가며, 챔버 내의 압력을 증가시킨다. 본 발명의 하나의 실시 양태에서, 터보 펌프는 게이트 밸브(58)에 의해 챔버로부터 단리되고 주요 프레임 펌프는 정화시에 챔버내에 압력을 유지하는데 사용된다.

챔버내에서 기판의 처리하는 동안에, 진공 펌프는 4 내지 6 mTorr의 범위내의 압력에서 챔버를 진공화시키며, 처리 가스의 측정된 흐름은 가스 분포 조립체를 통해 챔버 내부로 공급된다. 챔버 압력은 챔버압을 직접 측정하고 펌프 속도를 조절하기위해 밸브를 개폐하는 조절기에 상기 정보를 공급함으로서 제어된다.

가스 흐름 및 농도는 처리 방법으로 제공된 소프트웨어 설정 위치를 통해 총량 흐름 조절기에 의해 직접적으로 제어된다. 배기 포오트(54)를 통해 챔버의 밖으로 펌핑처리되는 가스의 유량을 측정함으로써, 유입 가스 공급량에 (도시되지 않은) 총괄 흐름 제어기가 챔버내의 소정의 압력과 가스 농도를 유지하기 위해 사용된다.

챔버 리드 조립체

챔버 리드 조립체(34)는 기저판(33)에 장착된 힌지상에 지지된 에너지 전달 돔(32), 에너지 전달 조립체(62) 및 온도 제어 조립체(64)로 이루어진다. 기저판(33)은 위치된 가스 분포 링 내의 내부 환형의 채널을 한정한다. O-링의 그루브는 돔(32)과 가스 분배링의 상층을 밀폐하기 위해 O-링을 수용하도록 가스 분배 링의 상층내에 형성된다. 공동으로, 리드 조립체는 처리를 추진하기 위해 에너지 전달 시스템 뿐 아니라 플라즈마 처리 영역의 물리적인 밀폐를 제공한다. 덮개는 다양한 부품을 수용하기 위해 전체 리드 조립체위로 바람직하게 제공된다.

돔(32)은 평편한 상층(68)에 의해 한 단부에 밀폐된 원형의 측벽(66)으로 이루어진다. 원형의 측벽은 기판 지지 부재(16)의 상부 표면에 수직이며, 편평한 상층(68)은 상기 지지 부재(16)의 상부 표면과 평행하다. 측벽과 상층사이의 접합점(70)은 돔(32)의 굽어진 내부 벽을 제공하기 위해 둥근 형상이다. 돔(32)은 RF 에너지, 바람직하게 알루미늄 산화물(Al₂O₃), 알루미늄 질화물(AIN), 또는 석영(SiO₂)과 같은 세라믹을 전달하는 절연 재료로 제조된다.

두 개의 개별적으로 동력화된 RF 코일, 상층 코일(72), 및 측면 코일(74)은 절연 돔(32)에 외부로 감긴다. 측면 코일(74)은 바람직하게 코일(72,74) 사이의 전기적 혼선을 감소시키기 위해 접지 차폐물에 의해 바람직하게 덮혀진다. RF 코일(72,74)은 두 개의 변이가능한 주파수 RF 공급원(76,78)에 의해 동력을 받는다.

각각의 동력 공급원은 반사된 동력을 최소화하기 위해 1.8 MHZ에서 작동하는 주파수를 일소하기 위해 RF 발생기내에 디지털 방식으로 제어된 합성장치를 조절하는 제어 회로를 포함한다. 플라즈마가 연소할 때, 회로 조건은 플라즈마가 코일과 평행하게 레지스터로서 작동하기 때문에 변화한다. 상기 단계에서, RF 발생기는 최소 반사 전력 위치에 도달할 때까지 연속적으로 주파수를 일소한다. 전력원 회로 설계는 각각의 와인딩 세트가 최소의 전력에 도달한 위치에서 주파수 또는 그 근처에서 울려퍼지도록 설계되어, 와인딩의 전압은 플라즈마를 유지하도록 충분한 전류를 구동하기에 충분히 높다. 따라서, 주파수 파장 조정은 시스템이 회로의 공명 위치가 처리시에 변화하더라도 공명에 근접하게 유지되도록 한다. 이와 같은 방식으로, 주파수 파장 조정은 (응축기 또는 유도자와 같은) 임피던스 매칭 부품의 값을 변화시킴으로서 회로 파장 조정 및 임피던스 메칭의 필요성을 감소시킨다.

각각의 전력원은 소정의 전력이 임의의 임피던스 부정합에도 불구하고 부하에 전달되게 하며, 플라즈마 임피던스내의 변화로 인해 발생할 수 있는 임피던스를 연속적으로 변화시킨다. 접합 전력이 부하에 전달됨을 보장하기 위해, 각각의 RF 발생기는 반사된 전력을 발산하며 전달된 전력이 소정의 수치에 유지되도록 출력 전력을 증가시킨다.

도 2(a), 도 2(b), 및 도 2(c)는 3개의 개별적인 RF 정합 배열을 개략적으로 도시하고 있다. 도 2(a)는 접지되어진 한 단부를 갖는 코일 L을 사용하기 위한 정합 배열을 도시하고 있다. 두 개의 응축기 C1, 및 C2는 RF 전압 분배기를 형성한다. 도 2(b)에서, 접지에 교차된 두 개의 연결된 C2 및 C3을 갖는 조화된 코일 L은 부하(플라즈마) 주파수를 정합시키기 위해 사용된다. 결국, 도 2(c)에서, 두 개의 변이가능한 응축기를 갖는 pi(B) 네트워크 정합은 코일 L을 가로질러 접지시키는데 사용된다. 대부분의 종래 RF 발생기의 출력 임피던스는 50 오옴으로 설계되어, 정합 네트워크 2(a),(b), 및 (c)는 (조화된 부하시에) 5 오옴에서 900 옴에 이르기까지 임피던스로 변화하는 플라즈마에 최대 전력을 전달하는데 사용된다. 상기 이중 코일 시스템은 반응 챔버내에 방사상 이온 밀도 프로파일의 제어를 허용한다.

도 3은 상층 코일(72) 및 측면 코일(74)용으로 코일 기하학 및 RF 공급기를 도시하는 챔버의 개략적인 측면도이다. 도 2(c)에 기술된 pi 네트워크 매칭 시스템은 도 3에 도시되어 있다. 랭뮤어 탐침(Langmuir probe)은 플라즈마를 발생시키기 위해 상층 코일과 측면 코일에서만 사용하는 챔버(13)를 가로지른 다른 위치에서 플라즈마 이온 밀도를 측정하기 위해 챔버(13) 내부로 유입된다. 적절하게 조정된 기판이 처리되어 질 때, 이중의 코일 배열은 상기 표면을 가로질러 균일한 이온 밀도를 발생시킬수 있다. 기판 표면을 가로질르는 균일한 이온은 웨이퍼상에 균일한 증착 및 간극 충전 성능에 기여하며 균일한 이온 밀도로 인해 장치 게이트 산화물의 플라즈마 충전을 경감시키도록 도와준다. 코일의 작용이 부가될 때, 균일한 이온 밀도 결과와 증착 특성은 광범위하게 개선된다.

돔(32)은 증착 및 정화와 같은 다양한 처리 사이클동안 돔의 온도를 조절하기 위해 온도 제어 조립체(64)를 포함한다. 도 4는 온도 제어 조립체(64)와 상층 코일(72) 의 분해도이다. 온도 제어 조립체는 서로 인접하게 위치된 가열판(80) 및 냉각판(82)을 포함하고, 바람직하게 그 사이에 위치된 그래호일(grafoil)과 같은 열 전도 재료의 얇은 층(84)를 갖는다. 바람직하게, 4 mil 내지 8 mil의 그래호일이 위치된다. AlN 판과 같은 열 전도판(86)은 코일(72)을 수용하기 위해 하부 표면내에 형성된 홈이 제공된다. 바람직하게 1 내지 4 mil 의 두께를 갖는 그래호일의 제 2 층(88)은 열 전도판(86)과 가열판(80)사이에 위치된다. 제 3 열 전도 층(90)은 코일(72)과 돔(32) 사이에 위치된다. 제 3 층은 4 내지 8 mil의 두께를 갖는 크로메릭(chromerics) 층을 갖는다. 열 전도 층은 돔(32)으로부터 열 전달을 용이하게 한다. 정화시에, 돔을 가열하는 것이 바람직하며, 처리시에는 돔을 냉각하는 것이 바람직하다. 그 결과, 열 전도 통로는 상기 잇점을 성취하기 위해 제공된다.

냉각판(82)은 흐르는 물과 같은 냉각 유체를 통해 그 내부에 형성된 하나 이상의 유체 통로를 포함한다. 냉각판 내의 수 채널은 챔버 몸체 내에 형성된 냉각 채널(88)과 직렬로 위치한다. 신속하게 연결을 해제하는 피팅을 갖는 푸쉬로크 형상의 러버 호스는 챔버 몸체와 리드내에 냉각 채널에 물을 공급한다. 반송 라인은 연결된 흐름 스위치로 선명한 유량계를 갖는다. 유량계는 약 60 psi의 압력에서 0.8 gpm 유량용 구경을 갖는다. 온도 센서는 온도를 측정하기 위해 돔 상에 장착된다. 가열 판(80)은 바람직하게 전화 상태에서 돔을 가열하기 위해 제공된 그 내부에 위치된 하나 이상의 저항성 가열 부재를 바람직하게 갖는다. 바람직하게, 상기 가열 판은 주물 알루미늄으로 제조되나, 상기 분야에서 공지된 다른 재료가 사용될 수 있다. 제어기는 돔의 온도를 조절하기 위해 온도 제어 조립체에 연결된다.

각각의 성분(80, 82, 84, 86,88)은 두 개의 채널을 한정하며, 두 채널을 통해 상층 코일(72)의 단부가 연장한다. 두 개의 절연 슬리브(94, 96)는 상기 절연 슬리브를 통해 연장하는 코일 리드를 절연시키기 위해 가열판(80), 냉각판(82), 및 그래호일 층내에 형성된 각각의 채널내에 위치된다. 절연 슬리브는 절연판(86)에서 밀봉을 제공하기 위해 상기 슬리브 하단부 상에 위치된 실리콘 흡입 컵을 포함한다.

직접 전도에 의해, 가열판(80) 및 냉각판(82)은 돔의 온도를 제어하기 위해 사용된다. 10 EK 내의 돔 온도의 제어는 웨이퍼 반복성, 증착 부착에 웨이퍼를 개선시키고 챔버내에 플레이크 또는 입자수를 감소시키는 것으로 나타났다. 돔의 온도는 처리 요구량에 따라 약 100 EC에서 200 EC의 범위내에서 유지된다. 기판상에 고도의 챔버 정화 속도(에칭 속도)와 보다 나은 필름 부착은 높은 돔 온도에서 얻어질 수 있다.

음극 및 리프트 조립체

음극 및 리프트 조립체는 도 5내지 도 10을 참조로 하여 기술되어질 것이다.

지지 부재는 챔버 내부에 위치하는 요소 및 챔버 외부에 위치하는 요소를 포함한다. 챔버 내부에 위치하는 지지 부재(16)의 요소는 챔버의 측벽(18) 내에 제공된 입구 포오트(26)를 통해 연장하며 챔버의 외부에 위치하는 요소에 의해 측벽에 지지된다. 도 5는 기판 지지물 부재(16)의 횡단면도이다. 지지물 부재(16)는 측벽에 부착되기 위한 플랜지(46), 상기 플랜지로부터 내향으로 방사상으로 연장하는 칸티레버식의 아암 부분(96), 및 칸티레버식의 아암(96)의 단부에 위치된 기판 수용 부분(98)을 포함한다. 플랜지(46)는 기판 지지물 부재 입구 포오트(26)에 대해 챔버 벽에 지지물 부재의 기저부(94)에 장착된다. 기저부(94)는 내부 곡선 벽 부분(51)을 한정하기 위해 플랜지(46)로부터 내향으로 연장한다. 곡선 벽(51)은 챔버의 총괄 내부 반경(R)과 동일한 반경(r)을 갖는 아크 또는 원의 형상이다. 원주 방향의 곡선 벽(51)의 표면은 챔버의 내부 벽(52) 인접한 곳에 수용된다. 챔버이 내부 벽(52)을 따른 곡선 벽(51)은 지지물 부재(16)가 도 7에 도시되어진 것처럼 처리시에 챔버내에서 위치될 때 대칭의 연속식 내부 챔버 벽을 형성한다.

칸틸레버식의 아암(96)은 상기 아암 상에 기판 수용 표면(96)을 갖는 ESC 수용 부분(98)을 지지하기 위한 기저부(94)의 하부로부터 내부로 연장한다. ESC 수용 부분(98)은 상향으로 연장하는 환형의 파이롯트(100)를 포함한다. 환형의 파이롯트(100)는 상기 파이롯트상에 절연 부재(102)를 지지하기 위해 내부 환형의 단계를 형성하는 대형의 내부 직경 부분 및 소형의 내부 직경 부분을 포함한다. ESC(104)는 기판 수용 표면(99)을 제공하기 위해 절연 판(102) 상에 바람직하게 지지되어 있다. ESC 수용 부분(98)의 외부 벽(50)은 연속적인 환형 표면을 한정한다.

ESC 수용 부분(98)은 위치되어 있는 기판 위치 조립체(110)내에 리세스(108)를 또한 한정한다. 바닥판(112)은 처리 환경으로부터 지지물 부재(16)의 내부 성분을 보호하기 위해 치형의 나사 조립체에 의해 수용 부분의 하부에 고정된다.

도 7은 챔버내에 위치된 지지물 부재(16)를 도시하는 상층 단면도이다. 캔틸레버식의 아암(96)은 챔버내에 ESC 수용 부분(98)을 지지하기 위해 대칭의 유체 통로(22)를 가로질러 연장한다. 컨틸레버식의 아암이 방사상 통로와 같은 유체 통로 또는 다수의 통로(114)를 포함함으로서 유체 통로(22)를 통해 흐르도록 유체의 중단, 제한 및 교란을 최소화하는 것이 바람직하다. 지지 아암(116)이 균일한 유체 통로를 통해 흐르는 유체의 중단, 제한 및 교란을 최소화하기 위해 관통하는 통로 또는 다수의 통로(118)를 포함한다.

유체의 중단, 제한 및 교란에 의해 야기된 기판이 표면 근처 가스상에 효과를 최소화하기 위해 ESC 수용 부분(98)의 바닥을 따라 기판 수용 표면으로부터 떨어진 위치에서 ESC 수용 부분(98)에 부착되는 것이 바람직하다. 더욱이, 유체 통로(22)내의 비균일성은 최소화되어야 하며 위치된 기판상에 유체의 흐름에 영향을 주지 않기 위해 ESC 수용 표면(98)으로부터 충분한 거리에 위치되어 있음이 바람직하다.

기판 리프트 조립체(120)는 ESC 수용 부재(98)와 정열되며 감겨진 장착판(123)상에 수용된 상기 부재의 외주부에 대해 이격된 다수의 방사상으로 연장하는 기판 지지 핀(122)을 포함한다. 장착판(123)은 지지물 부재(16) 내에 형성된 사각형의 리세스(124) 내에 위치되며, 수직으로 이동가능한 승강기 조립체(126)에 의해 작동된다. 도 5에 도시되어진 것처럼, 승강기 장치(126)는 상기 장치의 상단부에 판(130)을 장착한 수직으로 이동가능한 샤프트(128)를 포함한다. 샤프트(128)는 작동기 바람직하게, 바람직하게 챔버의 외부에 위치된 공압식 실린더에 의해 상하로 수직으로 이동된다.

지지핀(122)은 ESC 수용 부재(98)를 통해 수직으로 위치된 보어(134) 내에 위치된 슬리브(132) 내에 수용되며, 상기 밀페물 내에 지지물 부재(16)를 독립적으로 이동시킨다. 지지핀(122)은 로봇 블레이드가 상기 밀폐물로부터 기판을 이동하게 하기 위해 지지물 부재(16)로부터 연장하나, ESC(104)의 상부 표면상에 기판을 위치시키도록 지지물 부재(16) 내부로 가라앉아야 한다. 각각의 핀은 하부 구형 부분과 상부 구형 부분내에서 종결하는 원형의 샤프트를 포함한다.

작동중에, (처리되어질 기판을 갖는) 외부 블레이드(138)는 지지물 부재(16) 위로 기판을 위치시키도록 챔버 내부로 슬릿 밸브(24)를 통해 삽입된다. 적합한 블레이드(138)와 연관된 로봇식 기판 핸들링 시스템의 한 실시예는 단 메이단(Dan Maydan), 새선 소멕(Sasson Somekh), 데이비드 엔. 케이. 왕(David N.K.Wang), 데이비드 쳉(David Cheng), 마사토 토시마(Masato Toshima), 이삭 하라리(Isak Harari), 및 피터 호프(Peter Hoppe)의 이름으로 출원된 다중 챔버 집적화 가공 시스템으로 제목붙은 미국 특허 출원 제 944,803호에 기술되어 있다. 승강기 장치(126)는 기판을 집기 위해 블레이드 위로 기판 지지핀(122)을 상승시킨다. 블레이드는 챔버로부터 회수되며 공압식 실린더는 챔버를 밀폐하기 위해 블레이드 입구 슬롯 위로 도어를 밀폐한다. 승강기 장치(126)는 기판이 처리용으로 위치된 지지물 부재(16)이 상부 표면(98) 상에 수용될 때 까지 하부 지지핀(122)에 작동된다.

처리된 후에, 승강기 장치는 기판을 기판지지 부재(16) 위로 상승시키기 위해 지지핀(122)을 상승시킨다. 이 때 도어는 개방되고 블레이드는 챔버 내부로 다시 삽입된다. 다음에, 승강기 장치(126)는 블레이드상에 기판을 증착시키기 위해 기판 지지핀(122)을 하강시킨다. 하향으로 이동하는 핀(122)이 블레이드를 제거한 이후에, 블레이드는 물러난다.

처리시에, CVD 공정 환경의 플라즈마는 많은 양의 열을 발산하며, 플라즈마에 의해 발생된 총괄 열은 적어도 부분적으로 플라즈마의 전력 밀도에 따라 달라진다. 상기 열 부분이 기판 내부로 전달되며, 기판의 온도를 유지하기 위해 기판으로부터 제거되어야 한다. 상기 열을 제거하기 위해서는, 열 전달 시스템은 지지물 부재의 온도를 제어하기 위해 기판 지지물 부재(16)내에 제공되며 기판은 처리된다. 도 6은 지지물 부재(16)의 열 전달 시스템을 도시하는 상층 단면도이다. 수문(140) 및 급수 출구(142)는 통로(144,146)에 의해 연결된다. 물 분기관(148)은지지 부재로부터 냉각 유체에까지 열 전달을 용이하게 하기 위해 지지물 부재(16) 내에 위치된다. 지지물 부재(16)의 온도는 챔버의 처리 영역으로부터 상류로 가스 흐름 내부에 조급한 증착을 제거하기 위하여 선택된다. 기판 지지물 부재(16)의 전체를 통해 수용된 냉각제 채널(144,146)은 관통하는 냉각제 통로를 위해 제공된다. 게다가, (하단에 기술되어질)ESC 104의 표면내의 홈은 기판으로부터 지지물 부재(16) 내부로 열을 전달하고 연속적으로 냉각제 유체에 전달한다.

도 8a는 본 발명에 따른 정전기 척(104)의 하나의 실시예의 상부도를 도시하고 있다. 도 8b는 대칭 형상이며 웨이퍼 평면을 제거한 대안의 실시예이다. 편평한 상층 표면 대신에, 많은 돌출부(166)를 형성하기 위해 표면 내에 많은 그루브가 제공된다. 상기 돌출부의 중심 지대(168)는 밀봉부(172)에 의해 주변부(170)로부터 분리된다. 밀봉부(172)는 돌출부를 제공하기 위해 밀봉부 내부에 형성된 그루브를 갖지 않는 영역을 의미하며, 분리 지대 사이의 흐름을 최소화하도록 경질의 표면을 형성한다.

헬륨 가스는 도 1의 헬륨 라인(47)으로부터 상기 영역 내부로 고압의 헬륨을 수용하는 일련의 구멍을 갖는 그루브인 링(176)을 통해 주변부(170) 내부로 삽입된다. 내부 링(178)은 저압의 가스가 압력 헬륨 라인(147)으로부터 중심 영역(168)에까지 이르도록 한다. 작동중에, 중심 영역(168) 내에 초기 저압의 헬륨을 설정한 후에, 헤륨 링(178)은 소정의 저압 헬륨을 유지시키기 위해 밀봉부 영역(172)을 통해 새어나오는 헬륨 가스를 제거시킨다. 선택적인 실시예에서, 리프트 핀 구멍인 진공 구멍(180)은 중심 영역내의 압력을 하강시키기 위해서 도 1의 진공 라인(135)을 사용한 중심 영역내의 가스를 펌프로 배출하기 위해 사용된다. 선택적으로, 부가의 진공 구멍이 부가될 수 있다.

헬륨 그루브(178)는 바람직하게 밀봉부 영역(172)근처에 위치된다. 가능한 근접하여 위치되어짐으로 인해, 소정의 열 전달 단계에 근접할 수 있다. 고압 가스는 주변부에 의해 좁은 영역 내에 함유될 수 있다. 고압 가스가 웨이퍼의 중심을 향해 멀리 연장하다면, 냉각기 중심은 더욱 냉각되며, 부분적으로 고압 가스에 의해 제공된 열 차등 내의 감소를 상쇄한다.

작동중에, 웨이퍼를 가열하기 위한 저압 헬륨(1-15 torr)은 중심 영역(168) 내부로 제공되며, 고압 헬륨(1-20 torr)은 주변부 영역(170) 내에 제공된다. 주변부 영역 내의 고압의 헬륨은 웨이퍼의 주변부에서 보다 나은 열 전달을 제공한다.

하나의 실시예에서, 상기 밀봉부(172)는 정전기 척(164)의 상층의 나머지로서 동일한 세라믹 피복물로 제조된다. 상기 세라믹 피복물은 소형의 간극을 가지며, 밀봉 영역은 완벽한 밀봉을 제공하지 못한다. 게다가, 기판 또는 웨이퍼는 일부 이면이 거칠며 기판 지지물보다 더 거친 표면을 갖는다. 따라서, 밀봉 영역은 한 영역에서 다른 영역으로 헬륨의 누수를 방지하는 충분한 폭을 가져야 한다. 압력 변화를 갖는 세라믹으로 덮혀진 정전기 척이 1/10 인치, 또는 100 mils 의 밀봉 너비를 가짐이 바람직하다. 바람직하게, 밀봉 너비는 50 내지 300 mils이다. 외부 밀봉부(174)용으로, 상기 밀봉부 위로 웨이퍼 면적이 고압의 헬륨으로부터 열 전도의 잇점을 갖지 않음으로 인해 너비를 최소화하는 것이 바람직하다. 동시에, 상기 밀봉부는 고압의 흐름 수치로 인해 유지된 헬륨의 압력을 열 전달 가능성에 도달시킴으로서 결정될 수 있도록 챔버 내부로 헬륨의 누수를 방지하기에 충분히 넓어야 한다. 동일한 100 mil의 너비는 최적의 밀봉 너비인 50 내지 300 mils로, 효과적인 것으로 나타났다. 대안의 너비는 다른 재료 및 기판 비비물 및 기판에 적합하다. 예를 들어, 많이 공지된 공급기로부터 이용가능한 카프톤 제이(KaptonJ)와 같은 중합체 필름이 사용되면, 좁은 너비는 이루어질 수 있다.

바람직한 열 전달 가스는 불활성이며 비교적 경제적인 이유로 헬륨이 사용된다. 또한, 아르곤, 산소, CF₄, 또는 다른 가스가 사용될 수 있으며, 또는 가스 혼합물이 사용된다. 예를 들어, 부가적인 압력 제어 능력을 부가하기 위해 혼합물이 사용된다. 임의의 누출 가스가 화학 반응에 최소의 영향을 미치도록 특정 가스는 챔버 내에서 화학 공정과 양립하도록 선택되어야 한다. 예를 들어, 에칭 종으로 불소를 사용하는 에칭 반응에 있어서, 이면 열 전달 가스로서 CF₄를 사용하는 것이 바람직하다.

열 도전이 주로 헬륨 가스를 통해 발생함으로 인해, 상기 목적을 위해 돌출부 수와 크기, 및 밀봉 면적을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 기판 면적위로 비 접촉 면적보다 더 적게 접촉해야 한다. 반면에, 상기 밀봉부는 가스 누수를 방지하기 위해 요구되며, 상기 돌출부는 웨이퍼를 기계적으로 지지하기 위해 충분한 크기와 공간을 가져야 한다. 게다가, 최적화되어지는 다른 요소가 있다. 기판과 돌출부 사이의 기판 지지물 사이의 간극을 결정하는 돌출부의 높이는 상기 가스가 작동 개시 시간에 영향을 주지 않고 상기 영역을 통해 신속하게 분포되도록 한다. 일반적으로, 이는 몇 초 바람직하게는 10초 정도 내에서 가스가 분포되어야 한다.

최적의 열 전달을 위해서, 상기 간극은 열 교환이 주로 다른 가스 분자와 충돌없이 기판에서 기판 지지물에 이르기까지 직접적으로 이동하는 분자에 의해 발생하도록 충분히 적어야 한다. 따라서, 가스의 평균 자유 행로(또는 가스 혼합물이 사용된다면 평균 자유 행로)보다 적어야 한다. 평균 자유 행로는 가스의 압력 및 분자 충돌 횡단면의 함수이다. 다양한 압력이 사용되면, 평균 자유 행로는 변화한다. 바람직한 실시예에서, 적용되어질 최대 압력의 평균 자유 통로는 간극 치수를 결정하는데 사용된다.

게다가, 총괄적인 절연체 두께의 간극의 비는 기판상에 국부적인 예외를 방지하기 위해 작게 유지되어야 한다. 상기 비가 상당히 크다면, 기판에 다른 전기장을 적용함으로써, 상기 공간과 돌출부 사이에 평형 정전 용량은 변화할 것이다. 상기 다른 전기장은 증착되고 에칭되고 도핑된 필름내에 비균일성을 초래하고, 또 다른 특성 변형을 통해 화학 공정에 영향을 줄 수 있다. 일부 다른점은 반드시 존재하나, 이를 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 비는 절연체 재료, 특히 재료의 절연 상수와 열 전달 가스의 차이에 따라 변화한다. 두 개의 절연 상수가 밀접하면 할수록, 대형의 간극과의 관계는 감소된다.

간극 크기를 설정하는 또 다른 중요점은 기판 지지물과 웨이퍼 이면 사이의 열 전달 가스로 발생된 플라즈마를 가짐을 방지하는 것이다. 이는 간극 크기가 열 전달 가스의 평균 자유 통로의 몇배가 된다면 중요하리라고 믿는다.

정전기 척의 하나의 실시예로, 세라믹 피복의 두께는 7 - 10 mils이다. 캅톤 제이가 사용된다면, 1 - 2 mils의 두께가 사용된다. 이상적으로, 척으로 고정시키기 위한 목적으로, 상기 절연체는 제조 일관성을 유지하고 절연체 파손을 방지하는 한계 내에서 가능한 한 얇아야 한다. 전술한 두 개의 영역의 압력에서 헬륨의 평균 자유 행로는 약 1-5 mils 이다(고압에서, 평균 자유 행로는 상기 수치보다 적다). 따라서, 돌출부 높이 0.7 - 1.2 mils가 선택되며, 시험되며, 효과적인 것으로 나타났다. 이는 소정의 압력에서 헬륨의 평균 자유 행로보다 적은 간극을 제공한다. 바람직하게, 상기 간극은 관련 압력에서 열 전달의 평균 자유 행로의 2배보다 적으며, 보다 바람직하게는 평균 자유 행로보다 적다.

돌출부 사이의 간극은 굽어짐없이 기판을 지지하는 동안 가능한 한 크다. 하나의 실시예에서, 기판이 평면으로 유지되며, 또 다른 실시예에서 굽어진 기판을 적절하게 지지하기 위해 돌출부 높이, 또는 (동일한 높이의 돌출부를 갖는) 기판 지지물의 상층 표면을 변화시키는 것이 바람직하다. 또 다른 요소는 전기장에서 국부적인 예외를 초래하는 뽀족한 점을 방지하는 것이다. 너무 넓은 공간은 손상을 초래하는 척으로부터 분리되는 동안 전하 이동에 영향을 줄 수 있다.

돌출부의 최적의 중심 대 중심 간격은 100 내지 300 mil, 바람직하게는 대략 300 mil로 결정된다. 돌출부 자체의 크기는 바람직하게 직경 10 내지 150 mil, 보다 바람직하게는 130 mil 이다. 사각 돌출부는 제조시에 쉽게 제조되므로 간단하게 도시되며, 또 다른 형상도 또한 사용된다. 예를 들어 환형의 형상이 사용된다.

도시된 실시예에서, 대안의 실시예에서 제공되어 있기는 하지만 가스를 이동시키기 위한 개구가 외주부에 도시되어 있지 않다. 헬륨 압력의 제어는 높거나 낮은 헬륨 압력을 제공하거나 또는 진공 펌프를 통해 더 펌핑 처리함으로서 이루어질 수 있다. 유사하게, 중심 영역에서 압력은 상기 두가지 방식 또는 두가지 방식을 조합한 방법으로 제어된다. 지지물의 중심 부근에 진공 결합한 엣지 부근에 링 형상의 헬륨 공급원의 배치는 중심을 향해 감소한다. 본 발명의 대안의 실시예는 두가지 압력 영역을 통한 열 전달의 조잡한 조정을 제공하며, 미세한 조정은 중심 부분의 헬륨 입구 및 진공 출구의 배치를 통해 발생한다. 대안의 실시예에서, 하나 이상의 영역이 더 미세한 조정을 위해 사용되며, 더 나은 하드웨어의 필요로 교체된다.

도 9는 절연체(186)의 절연 두께의 변화를 도시하는 ESC(104)의 하나의 실시예를 도시하는 측면도이다. 웨이퍼(182)는 척상에 장착되어 도시되어 있다. 상기 척은 절연체(186)에 의해 덮혀진 전극 부분(184)을 포함한다. 상기 절연체는 정전기 척의 상층을 가로지르며 측면(190)을 따라 연장한다. 도시된 바와 같이, 절연체는 중심 부분(192)에서 더 두껍고, 주변부(194)에서 더 얇다. 상기 측면도는 다수의 돌출부(170)를 도시하며 또한 내부 밀봉부(172) 및 외부 밀봉부(174)를 도시하고 있다.

주변부(194)에서 얇은 절연체는 상기 부분에서 보다 강한 정전기력을 제공한다. 이는 여러 가지 이유로 잇점을 갖는다. 첫째, 웨이퍼를 보다 단단하게 고정하여 정전기 척의 상층과 보다 단단하게 접하여 더 나은 열 전달을 제공한다. 둘째, 보다 단단한 힘이 주변부 부근의 밀봉부(172, 174)사이의 고압의 헬륨 내에서 고정되도록 도와준다. 게다가, 웨이퍼의 주변부가 중심부와 다른 온도를 가지면, 중심부와 대해 굽어지도록 유도하며, 부풀거나 배출되어 열 차등 문제점을 더욱 악화시킨다. 이는 주변부에서 보다 높은 정전기력에 의해 극복될 수 있다.

대안의 실시예에서, 변화하는 절연체 두께는 두 개의 압력 영역없이 또는 돌출부없이 사용될 수 있다. 절연체 피복물에서 변화는 연속적으로 또는 단계적으로 발생할 수 있다. 단계별 차잇점은 제조를 더 단순하고 보다 경제적으로 하게 한다.

웨이퍼 엣지에서 밀봉부 영역(174)과 더 강한 정전기력의 또 다른 잇점은 정전기 척의 표면 부근에 노출된 금속에 플라즈마의 휘어짐을 방지할 수 있는 점이다. 상기 노출된 금속은 헬륨 입구 포오트에 놓여지며, 알루미늄 전극을 통해 오르며, 전극에 통로 구멍을 통해 노출된다. 휘어짐은 보다 단단한 밀봉부의 제공이나, 정전기 척의 엣지로부터 충분히 멀리 떨어진 헬륨 입구 포오트를 위치시키거나, 또는 상기 휘어짐을 방지하기 위해 그루브를 위치시킴으로써 방지된다.

도 9에 도시되어진 것처럼, 온도 센서(196)는 정전기 척과 웨이퍼의 상층 표면 사이의 공간에서 위치될 수 있다. 웨이퍼의 온도는 센서로부터 추론될 수 있다.

도 10은 온도 제어를 도시하는 피드백 제어 시스템의 신호 흐름도이다. 도 10은 헬륨 압력을 제어하기 위한 밀폐된 루프 온도 제어 시스템을 도시하고 있다. 선택적으로, 개방된 루프 시스템은 온도 센서없이 이용될 수 있다. 이전의 실험법은 소정의 가공 변수로 적합한 헬륨 압력을 나타내고 있으며, 대안의 실시예에서 온도 센서가 제거될 수 있다. 도 9는 처리기 내에서 시행된 두가지 작용과 물리적인 효과를 포함하고 있다.

온도 설정점은 메모리(245)내에서 제어 프로그램에서 제어기에 이르기까지 사용자 프로그램 정보가 제공되어 있다. 온도 설정 위치 값은 제어기에 의해 상수(198)를 곱하며, 부가 기능(202)에 의해 나타난 바와 같이 피드백 신호(213)의 값을 부가한다. 부가 기능의 결과는 흐름 제한기 또는 헬륨 공급기 내의 밸브를 제어함으로써 헬륨 압력을 제어하는 제어기에 의해 사용된다. 이는 헬륨 가스의 열 전달의 정도를 변화시킨다. 바람직한 실시예에서, 헬륨 압력은 수학적인 모델에 따라 제어된다. 그러나, 실헙적인 결과치가 압력 제어의 기초로 사용된다. 수학적인 모델은 하단에 기술된다. 헬륨 압력은 블록(202)에 의해 나타난 것과 같은 ESC에 열전달을 제어한다(선택적으로, 임의의 기판 지지물이 사용될 수 있다). ESC는 헬륨 압력에 의해 제어된 웨이퍼에 열 전달 양으로 열 교환기(233)에 의해 냉각되거나 가열기(243)에 의해 가열된다. 상기 열 전달은 (블록(204)에 의해 나타난) 플라즈마로부터 전달된 에너지에 의해 발생된 열에 의해 차단될 수 있으며, ESC에 열 전달을 (블록(206)에 의해 나타난) 결합한다. (블록(208)에 나타난 바와 같은) 웨이퍼 열 총량에 적용된 총괄 열 전달은 웨이퍼의 온도(210)를 발생한다. 반도체 기판보다 대안의 기판이 사용됨을 인지하라. 웨이퍼의 최종 온도(210)는 피드백 라인(211)에 나타난 것처럼 정전기 척에 열 전달 양에 충격을 가한다. ESC 와 블록(202)에 나타난 웨이퍼 사이의 열 전달 함수는 ESC의 온도 및 웨이퍼 온도의 함수이다. 도시된 바와 같이, ESC에 열 전달은 웨이퍼로부터 열을 전달하며 플라즈마로부터 발생한 열은 웨이퍼에 열을 부가한다. 그러나, 상기는 정전기 척이 웨이퍼를 가열하는데 사용될 때 역전될 수 있어, 낮은 온도에서 플라즈마로 인해 열이 이동되는 동안 열 투입 또는 플라즈마의 부재하에 챔버에 의해 간단하게 제공된다.

블록(212)은 온도 센서에 의해 온도를 전기 신호로 변형하는 예를 도시하고 있다. 블록(214)은 피드백으로서 온도 설정점을 갖는 온도 신호를 결합하기 이전에 처리기 내에서 적용된 전달 함수를 도시하고 있다. 상기 전달 함수는 단일된 상수에 의해 곱해지는 가장 간단한 형상이며 아날로그 신호에서 디지털 신호로의 간단한 변형이다.

제어기에 의해 시행된 기능은 메모리(245) 내의 프로그램의 제어하에 행해진다. 상기 프로그램은 온도 센서로부터 온도 지시를 판독하기 위한 지시, 및 소정의 입력 설정 온도와 비교하기 위한 지시, 및 특정 압력 영역내에서 가스의 압력을 변화시키기 위해 압력 밸브( 또는 흐름 제어기)를 제어하기 위한 지시와 같은 다양한 단계를 시행하기 위한 지시들을 포함한다. 또 다른 지시는 과실과 같은 경우 가스를 차단하기 위해 제공된다.

헬륨 압력은 단일의 하나의 압력 정전기 척이 사용되는 경우 압력을 증가시키거나 감소시킴으로써 제어될 수 있다. 또한, 두 개의 압력 영역은 본 발명의 바람직한 실시예로 사용되며, 외부 및 내부 헬륨 압력은 각각 제어될 수 있다. 각각의 영역의 온도는 두 개의 영역의 교차 지점 부근에 위치된 단일의 압력 센서로부터 추론될 수 있다. 또한, 두 개의 다른 온도 센서가 사용될 수 있다. 또 다른 대안의 실시예에서, 온도 센서는 정전기 척의 상층 표면에 부착될 수 있거나, 또는 웨이퍼 자체와 직접적으로 접하여 놓인다. 온도 센서는 압력 변동을 초래하는 영역 사이의 누수가 있는 곳과 같은 압력을 추론하는데 사용된다. 압력 조절기는 출력시에 압력만을 탐지할 수 있으며, 웨이퍼로부터 일정 거리만큼 떨어져 있으며, 조절기 하에서 다른 압력을 가질 수 있다. 온도 센서는 웨이퍼 하에서 실제 압력을 추론하는데 사용될 수 있다. 웨이퍼 표면 거칠음 정도에 따라, 누수는 변화하며, 제공된 압력은 변화될 필요가 있다.

제어 시스템은 시스템위에 소정의 압박을 갖는다. 에를 들어, 헬륨 압력은 웨이퍼가 정전기 척을 올리지 못하도록 제한되거나, 또는 많은 압력 차등이 열 응력으로 인해 웨이퍼에 손상을 가하는 열 증감을 초래하는데 제공된다. 상기 압박이 초과하거나, 또는 일부 다른 한정된 과실이 발생하는 경우에, 가스 흐름이 중단된다.

처리 키트

처리 키트는 칼라 및 덮개로 이루어진다. 부가적으로, 스커트가 사용되기도 한다. 세라믹 칼라는 웨이퍼 크기 및 형상 특성이며, 정전기 척 및 석영 덮개 사이에 위치된다. 칼라의 주요 목적은 플라즈마의 영향으로부터 정전기 척 플랜지를 방호하는 것이다. 덮개는 칼라로부터 음극 조립체의 외주부까지 연장하며, 상기 주요 목적은 음극 조립체가 플라즈마의 영향으로부터 보호하기 위함이다. 플라즈마의 영향으로부터 상부 및 하부 챔버를 밀봉하는 스페이서 및 O-링을 보호하기 위해 하부 챔버 상에 스커트가 위치된다.

하나의 실시 양태에서, 본 발명은 가스상 제품의 증착을 방지하는 반도체 처리 챔버 내에 정전기 척의 개선된 처리 키트 또는 차폐물을 제공하는 것이다. 게다가, 차폐물은 웨이퍼 제조 공정의 전체의 증가를 초래하는 산화물 증착의 보다 신속한 이동을 제공한다.

하나의 실시예에서, 칼라 및 덮개는 하나 이상의 표면 또는 그 내부에 표면 정화를 증가시키기 위해 위치된 도전 재료를 포함한다. 일반적으로, 절연체 돔(32) 부근에 위치한 도전성 코일은 칼라 또는 덮개 내부 위에 도전성 재료를 가열하는데 사용되며 칼라 또는 덮개 표면의 가열을 초래한다. 불소 함유 화학 제품 또는 다른 반응 가스를 사용하여 시행되는 정화 공정은 상승된 온도에서 증가된다. 처리 키트 성분 내부 또는 위에 위치된 유도 코일 및 도전체의 사용은 정화 속도를 증가시키기 위해 상기 성분들의 표면 온도를 상승시킨다.

하나의 예로서, 전류가 유도될 수 있는 도전체를 제공하기 위해 칼라 또는 덮개와 같은 처리 키트 성분의 표면위에 금속이 증착될 수 있다. 가열 공정의 작동은 코일이 외부로 감겨져 있고 금속 층이 내부로 감겨있는 트랜스내에 도시되어 있는 것과 유사하다.

도 11은 정전기 척 및 처리 키트의 횡단면도를 도시하고 있다. 기판 지지물 조립체(230)는 상기 조립체 상부 표면 위로 냉각된 웨이퍼로부터 열 흡수를 용이하게 하기 위해 높은 열 총량과 우수한 열 도전율을 갖는 전기적 도전 재료로부터 일체식 차단으로 바람직하게 제조되는 지지물 몸체(232)로 이루어진다. 알루미늄 또는 양극 처리된 알루미늄은 대략 2.37 와트/cm-EC 의 높은 열 전도율과 반도체 웨이퍼와 양립하는 공정으로 인해 지지물 몸체(232)이 바람직한 재료이다. 지지물 몸체(232)는 스테인레스 스틸 또는 니켈과 같은 또 다른 금속으로 이루어지며, 지지물 몸체(232)는 부가적인 비 도전성 재료로 이루어지거나 또는 전체 지지물 몸체(232)는 비 도전성 및 반도체 재료로 이루어진다. 대안의 실시예에서, 지지물 몸체(232)는 세라믹의 단일체(monolithic) 판으로 이루어진다. 상기 배치에서, 세라믹 판은 그 내부에 박혀진 도전 요소를 통합시킨다. 도전 요소는 금속 요소, 그린으로 프린트된 금속화(green printed metalization), 메쉬 스크린(mesh screen) 등을 포함한다. 지지물 몸체(232)는 지지물 몸체(232)의 외부 표면으로부터 외향으로 연장하는 환형의 장착 플랜지(234)를 한정한다. 약 700 볼트의 전압이 지지물 몸체(232)의 상부 표면에 근접하여 웨이퍼 W를 고정하는 정전기 인력을 발생시키기 위해 (도시되지 않은) DC 전압원에 의해 기판 지지물 조립체(230)에 적용된다.

도 11을 참조하면, 기판 지지물 조립체(230)는 웨이퍼 W 의 하부 표면을 지지하기 위한 지지물 몸체(232)의 상부 표면(238)을 덮는 절연체 재료(236) 층을 포함한다. 절연체 층(236)은 4개의 리프트 핀 구멍(240) 위의 영역을 제외하고 지지물 몸체(232)의 전체 상부 표면(238)을 덮는다. 절연체 층(236)은 바람직하게 알루미나의 (바람직하게 0.10 내지 0.30 인치의) 얇은 세라믹 절연체 층, 플라즈마가 지지물 몸체(232)의 상부 표면(238) 위로 분사된 알루미늄 산화물 또는 알루미늄/질화물 혼합물을 포함한다.

하나의 실시예에서, 차폐물(242)은 칼라(246) 아래에 증착된 얇은 환형의 도전체 재료(244)로 구성된다. 칼라(246)는 환형의 플랜지(234)에 의해 지지되며 덮개(248)에 의해 고정된다. 덮개(248)는 바람직하게 챔버를 정화하기 위해 요구되는 기판을 감소시키기 위해 지지물 몸체(232)의 측면 표면을 덮고 보호하기 위한 세라믹 외부 자켓이다. 칼라(246)는 소형의 간질성의 간극(250)에 의해 환형의 플랜지(234)로부터 바람직하게 분리된다. 간극(250)은 환형 플랜지(234)의 상부 표면 및 도전체 재료(244) 또는 칼라(246)의 하부 표면의 자연적인 표면 거칠음에 의해 발생된다. 간극(250)은 바람직하게 0.5 내지 5 mil이다. (약 5 mTorr의) 비교적 낮은 환경의 처리 챔버내에서, 간극(250)은 칼라(246) 및 지지물 몸체(232) 사이의 열 도전을 방지하는 열 방벽을 이룬다.

도 11에 도시되어진 것과 같이, 칼라(246)는 그 사이의 제 2 간극(252)을 한정하기 위해 지지물 몸체(232)이 직경보다 큰 내부 직경을 갖는다. 간극(252)은 처리 챔버 내에서 가열되고 차폐물이 기판 지지물(230) 또는 칼라(246)이 손상없이 설치되고 이동될 수 있음을 보장할 때, 지지물 몸체(232)의 팽창의 여지를 제공한다. 칼라(246)는 웨이퍼위의 처리 챔버내에 플라즈마를 접합을 방지하기 위해 제공된 바람직하게 세라믹 절연 재료로 이루어지며, 정전기 척 부분이 침식된다. 그러나, 칼라(246)는 절연 재료로 반드시 제한되는 것은 아니며, 사실상 출원인은 처리 챔버내의 플라즈마로부터 정전기 척을 효과적으로 보호하기 위한 반도체 재료로 제조됨을 인지하게 되었다.

칼라(246)는 처리 챔버내의 가스로부터 증착에 노출된 굽어진 상부 표면(256)을 갖는 얇은 링(254)이다. 노출된 상부 표면(256)의 표면적 대 칼라(246)의 열 총량의 비는 바람직하게 높으며, 보통 0.1 내지 5 cm²K/J이며, 바람직하게는 1 내지 1.6 cm²K/J 이다. 노출된 표면적 대 칼라(246)의 열 총량의 높은 비는 챔버 내에서 RF 에너지로부터 고온의 온도에 가열되도록 초래한다. 산화물 증착 속도가 가공 챔버내의 표면의 온도와 반비례하므로, 칼라(246)에 의해 수용된 열은 노출된 상부 표면상에 산화물 증착을 방지한다. 따라서, 칼라(246)의 기하학(즉, 노출된 표면 대 열 총량의 높은 비)은 상부 표면(256) 상에 증착 속도를 최소화한다.

증착 가공시에, 가공 가스로부터 산화물은 웨이퍼 W와 밀폐물의 내부 벽 및 칼라(246)의 상부 표면(256)과 같은, 챔버 노출 표면의 부분 위로 증착된다. 칼라(246)의 열 총량이 표면(256)의 표면적과 상대적으로 적게 비교됨으로 인해, 칼라(246)는 RF 전력 공급원으로부터 비교적 다량의 열을 수용할 것이다. 칼라(246)는 RF 전력을 통해 열을 발생하는 얇은 환형의 도전 재료(244)에 의해 또한 가열된다. 이는 상부 표면(72)위로 산화물 증착 속도를 감소시킨다.

도 11에 도시되어진 것처럼, 칼라(246)는 웨이퍼가 절연층(236)의 상부 표면 위에 놓이거나 상기 표면 부근에 있을 때 칼라의 상부 표면이 웨이퍼의 상부 표면 아래에 위치되도록 바람직한 크기를 갖는다. 웨이퍼의 상부 표면 아래에 칼라(246)의 위치선정은 상부 표면(256) 상에 산화물 증착 속도를 하강시키고 웨이퍼 엣지에 개선된 시계 라인을 제공한다. 따라서, 웨이퍼의 엣지는 차폐물(242)이 웨이퍼 위로 연장하는 것보다 높은 증착 속도를 수용할 것이다. 일부 가공에서, 처리시에 일반적으로 발생하는 웨이퍼 중심에서 높은 증착 속도를 보정하기에 잇점을 갖는다.

도 12를 참조하면, 처리 챔버내의 처리 키트의 횡단면도를 도시하고 있으며 유도 HDP 공급원내의 상기 공급원 RF 코일(260)은 세라믹 처리 키트를 가열하는데 사용된다. 세라믹 처리 키트 내에 또는 하나 이상의 표면에 위치될 수 있는 얇은 환형의 도전성 재료(244)의 얇은 환형은 트랜스의 보조 코일로 작동하며 처리 키트용 열을 발생하는 공급원 RF 코일(260)내에 RF 전류에 의해 유도된 전류를 전도한다. 상기 보조 코일의 저항은 너무 낮거나 너무 높은 저항이 불충분한 전력 전달로 인해 중요하며, 처리 키트의 비효과적인 가열을 초래한다.

도 12에 나타난 원형 기하학용으로, 저항 R은 대략 2BrD/w@d 이며, 여기서 r은 도전성 재료의 얇은 환형의 외부 반경의 방사상 치수의 측정이며, w는 도전성 재료의 너비이며, d는 도전성 재료의 두께이며, D는 도전성 재료의 저항성이다. 저항 R은 w@d, 도전성 재료(244)의 횡단면적의 변화에 의해 제어된다. 칼라(246)와 최적의 접촉을 이루기 위해, w는 칼라(246)의 폭보다 더 좁으나 가능한 큰 것이 바람직하다. d의 최적의 수치를 얻기 위한 하나의 바람직한 방법은 도전 재료의 다른 두께 d를 갖는 다양한 샘플의 가열 속도를 실험적으로 측정하는 것이다. 하나의 바람직한 실시예에서, 10 cm의 내부 직경과 12cm의 외부 직경 및 0.13 mm 의 두께를 갖는 환형의 도전 재료로 흑연을 갖는 처리 키트는 약 288 EC의 온도에서 유도되어 가열된다.

본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 처리 키트의 정화 속도 또는 제거 속도는 온도의 함수이다(즉, 처리시에 차폐물이 고온이 될 수록, 더 신속하게 정화된다). 정화시에, 도전성 재료(244)는 처리 키트용 열을 발생하는 공급원 RF 코일(260)내에서 RF 전류에 의해 유도된 전류를 전도하는 트랜스의 보조 코일로 작동한다. 따라서, 증가된 온도로 칼라(246)의 정화 속도는 증가되며, 장치(2)의 중단 시간을 감소시키고 그 결과 공정 작업 처리량을 증가시킨다.

가스 분포 조립체

가스 분포 조립체(300)는 도 13 내지 도 16을 참조로 하여 하단에 기술되어질 것이다. 도 13은 가스 분포 조립체(300)를 도시하는 본 발명의 챔버를 통한 횡단면도이다. 일반적으로, 가스 분포 시스템은 돔의 하부 부분과 챔버 몸체의 상부 표면 사이에 위치된 환형의 가스 링(310)과 돔의 상층을 통해 위치된 중심에 위치된 중심 가스 공급기(312)를 포함하고 있다. 가스는 돔(32)의 바닥 부근에 위치된 원주에 장착된 가스 노즐(302, 304)과 돔의 상층 판 내에 위치된 중심 위치된 가스 노즐(306)을 통해 챔버 내부로 유입된다. 상기 배치의 잇점은 다수의 다른 가스가 노즐(302,304,306)을 경유하여 챔버 내부의 선택 위치에서 챔버 내부로 유입된다는 것이다. 게다가, 산소 또는 가스의 조합과 같은 또 다른 가스는 노즐(306) 둘레에 위치된 가스 통로(308)를 통해 측면 노즐(306)을 따라 유입되고 챔버 내부로 유입된 다른 가스와 혼합될 수 있다.

가스 분포 링 및 중심에 위치된 가스 분기관은 하단에 각각 기술될 것이다.

일반적으로, 가스 분포 링(310)은 하나 이상의 가스 채널(316, 318)과 연통하고 내부에 노즐을 수용하기 위해 그 내부에 형성된 다수의 포오트를 갖는 알루미늄으로 제조된 환형의 링 또는 또 다른 적합한 재료(314)로 이루어진다. 바람직하게, 챔버 내부로 적어도 두 개의 분리된 가슬를 공급하기 위해 가스 링 내에 형성된 적어도 두 개의 개별 채널을 갖는다. 노즐을 수용하기 위한 각각의 포오트는 링 내에 형성된 가스 분포 채널(316, 318)의 적어도 하나와 연결된다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 대안의 포오트가 채널의 하나에 연결되어 있으며, 다른 포오트가 다른 채널에 연결되어 있다. 상기 배열은 예시된 것처럼 챔버 내부로 각각 SiH₄, O₂와 같은 각각의 가스의 유입을 허용한다.

도 14는 채널 내부에 위치된 노즐(302)를 갖는 하나의 포오트(314)에 연결된 제 1 가스 채널을 도시하는 횡단면이다. 도시된 바와 같이, 가스 채널(316)은 챔버 몸체 벽의 상부 표면 내에 형성되며 바람직하게 챔버 벽의 전체 외주부를 둘러싼 환형이다. 환형의 가스 링은 상기 채널내에 가스의 분포를 위해 제공된 상기 포오트(314) 각각에 연결된 링 내에 종방향으로 위치된 제 1 채널(320) 세트를 갖는다. 가스 링이 가스 채널 위로 위치될 때,통로는 채널과 연통하고 있다. 상기 가스 분포 링은 챔버의 내부에서 가스 누출을 방지하기 위해 채널로부터 외향으로 위치된 두 개의 개별 위치된 O-링(322,324)를 경유하여 챔버 벽의 상층 표면 내에 밀폐된다. 테프론 밀봉부(326) 등은 챔버 내부로 가스 누출을 방지하기 위해 리세스(328) 내에 채널의 내부로 위치된다.

상기 포오트(314)내에 위치된 노즐(302, 304)은 바람직하게 치형 결합하고 있으며 그 사이에 밀봉과 신속하고 용이한 대체를 제공하기 위해 포오트 내에 나사와 맞물려 있다. 제한된 오리피스(330)는 각 노즐의 단부내에 위치되며 상기 챔버내에 가스의 소정의 분포를 제공하기 위해 선택될 수 있다.

도 15는 제 2 가스 채널(318)을 도시하는 횡단면도이다. 제 2 가스 채널(318)은 환형의 가스 분배 링의 상부 부분 내에 형성되며 가스 분배 링의 주변부를 둘러산 환형의 배치 내에 유사하게 위치된다. 수평으로 위치된 통로(332)는 가스 링내에 형성된 하나 이상의 포오트에 제 2 가스 채널을 연결하며 상기 가스 링 내부에 부가적인 가스 노즐이 위치된다. 상기 제 2 가스 채널의 상부 함유 표면은 돔(32)의 지지물인 덮개 부분에 의해 형성되며, 기저 판(33)에 의해 상층에 밀봉된다. 가스 링(310)은 챔버 몸체에 힌지 형상으로 장착된 기저 판(33)에 죄여진다.

본 발명의 하나의 잇점은 가스 분포 패턴이 조절될 수 있도록 가스 분포 링이 다양한 각도에서 노즐의 팁을 수용하고 위치시키기 위해 형성된 포오트를 갖는 링으로 쉽게 이동되거나 대체될 수 있다. 즉, 임의의 적용에서 가스 노즐의 일부를 챔버 내부로 상향으로 경사지거나, 가스 노즐의 일부를 챔버 내부로 하향으로 역으로 경사지는 것이 바람직하다. 가스 분포 링에 형성된 포오트는 소정의 각도가 소정의 공정 결과를 제공하기 위해 선택될 수 있도록 밀링될 수 있다. 게다가, 적어도 두 개의 가스를 챔버 내부로 각각 분리하여 전달할 수 있는 적어도 두 개의 가스를 가짐은 다양한 가스 사이에서 발생하는 반응의 보다 큰 제어를 허용한다. 더욱이, 가스 분포 조립체 내에 가스의 반응은 챔버 내부로 각각 가스를 전달함으로서 방지될 수 있다.

도 16은 돔(32)을 통해 위치된 중심 가스 공급기(312)를 도시하는 횡단면도이다. 상층 가스 공급기(312)는 바람직하게 상기 돔의 상층 위에 위치된 기저부(334)를 갖는 테이퍼진 구조물과 상기 돔내에 형성된 리세스내에 위치된 테이퍼진 몸체(336)이다. 두 개의 분리된 O-링(336,338)이 하단부를 향해 테이퍼진 몸체(336)의 하부 표면과 테이퍼진 몸체(338)의 측면 표면위에, 가스 공급기(312)와 챔버의 돔 사이에 밀봉가능한 접촉을 제공한다. 포오트(340)는 챔버 내부로 가스를 전달하기 위한 노즐(306)을 수용하기 위해 상층 가스 공급기(312) 몸체의 하부 부분내에 형성된다. 적어도 하나의 가스 통로(342)는 노즐의 후면에 가스를 전달하기 위해 포오트에 연결된 가스 공급기(310)를 통해 위치된다. 게다가, 노즐(306)은 테이퍼지며 포오트(340)는 노즐(306)의 측면을 따라 챔버 내부로 가스를 전달하는 제 2 가스(308) 통로를 한정한다. 제 2 가스 채널(304)은 통로(308) 내부로 가스를 전달하기 위해 가스 공급기(312)를 통해 위치된다. 산소와 같은 가스는 SiH₄와 같은 가스 측면을 따라 전달될 수 있다.

도 17은 리드 조립체의 기저판(33)과 가스 분포 조립체(310)를 도시하는 분해도이다. 가스 분포 링(310)을 수용하기 위해 기저판(33)의 하부 부분내에 채널(350)이 형성된다. 상기 가스 링(310)은 죄여지고, 그렇지 않으면 기저판(33)에 장착된다. 상기 기저판은 챔버 몸체에 힌지 형상으로 장착되어 있다.

제 1 가스 공급원(352) 및 제 1 가스 제어기(354)는 챔버 벽내에 형성된 제 1 가스 채널 내부(316)로 라인(356)을 경유하여 제 1 가스의 유입을 제어한다. 간단히, 제 2 가스 공급원(358) 및 제 2 가스 제어기(360)는 가스 분포 링에 형성된 제 2 가스 채널(318) 내부로 라인(362)을 경유하여 제 2 소정의 가스를 공급한다.

제 3 가스 공급원(364) 및 제 3 가스 제어기(366)는 챔버의 상층에 위치된 가스 채널에 라인(368)을 경유하여 제 3 가스를 공급한다. 제 4 가스 공급원(370) 및 제 4 가스 제어기(372)는 가스 통로(308)에 라인(374)을 경유하여 제 4 가스를 공급한다. 제 3 가스 노즐 및 제 4 가스 노즐(64)을 통해 유입된 가스와 O₂는 두 가스가 챔버에 유입되는 것과 같이 챔버의 상부 부분내에서 혼합된다.

원격 플라즈마 정화 시스템

원격 플라즈마 공급원은 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 원격 챔버와, 도파관(waveguide)에 의해 챔버에 결합된 전력 공급원, 챔버를 통해 가스 입구 및 가스 출구 사이에 위치된 적용기 튜브를 포함한다. 도 18은 챔버에 연결된 원격 플라즈마 공급원(500)를 개략적으로 도시하고 있다. 챔버(502)는 원형의 챔버이며, 바람직하게 알루미늄으로 제조되고 챔버의 양단부위에 위치된 가스 입구(504) 및 가스 출구(506)를 갖는다. 챔버는 바람직하게 챔버 벽을 통해 위치된 팬을 사용하거나 또는 관통하여 흐르는 물과 같은 열 전달 유체를 갖는 일련의 코일과 같은 유체 냉각 시스템을 사용함으로써 냉각된다. 사파이어 튜브와 같은 적용기 튜브(508) 또는 다른 에너지 전달 튜브는 챔버(502) 내부에 가스 입구와 가스 출구 사이에 위치된다. 물 냉각식의 전달 도관(510)은 처리 챔버(10)의 하부 부분내에 형성된 가스 채널(28)에 가스 출구를 연결한다. 전력 공급원은 도파관(512)에 의해 챔버에 결합된다. 본 발명의 잇점에 사용될 수 있는 하나의 원격 플라즈마 공급원은 참고로 구체화된 1994년 7원 21일 출원된 미국 출원 번호 제 08/278,605호에 기술되어 있다.

바람직하게, 2000 W 내지 5000 W 의 범위내의 전력은 챔버(502) 내부로 전달된다. 가스를 분리시키기 위해 요구되는 최적의 전력이 사용된다. 최적의 전력보다 낮은 전력은 전화 가스의 불충분한 분리와 정화 속도의 감소 및 효율의 감소를 초래한다. 하나의 실시예에서, 단일 전력 공급원은 공급원 안테나와 원격 플라즈마 챔버를 구동하는데 사용된다.

상기 챔버에서, 보다 신속하게 처리하는 정화 속도는 기상을 진공 펌프에 의해 챔버(13)로부터 이동되는 가스상 제품으로 제조하는 형태이다.

4F^* _(Gas)+ SiO₃6 SiF_4(Gas)+ O_2(Gas), 및

2F^* _(Gas)+ SiO_2(Gas)6 SiF_2(Gas)+ O_2(Gas)

중화된 불소족 F^*로 여기되어 장기간 남아있는 고농도에서 가장 효과적인 반응액 가스는 NF₃, F₂, SF₆, CIF₃, CF_4,및C₂F₆이다. 그러나, 극초단파에 의해 여기되고 챔버 내에서 증착 재료와 반응하는 다른 정화 가스가 사용된다. 본 발명에서 도 9의 원격 극초단파 정화 시스템에서 10 내지 50%의 불활성 아르곤 가스의 10 내지 50%의 농도를 희석한 NF₃, F₂를 사용하는 것이 바람직하다. 원격 플라즈마 공급원의 사용에 의해 생산된 소정의 정화 반응은 챔버 또는 기판 지지물 구조물의 임의의 이온 충격없이 처리되며, ESC 104위에 웨이퍼를 덮기 위한 필요성 또는 임계의 챔버 조립체의 주기적인 교체는 방지된다. 따라서, 시스템의 보다 효율적인 사용과 작업 처리량이 제공된다.

도 18은 챔버 벽내에 형성된 정화 가스 전달 채널을 도시한다. 가스는 챔버의 후면 벽(520)내에 수평으로 위치된 원격 공급원(500)에서 제 1 가스 채널(28)에까지 전달된다. 제 1 가스 채널(28)은 챔버의 양쪽 면에 가스를 전달하기 위해 후면 벽의 길이를 연장한다. 중심부 가스(522) 연결부는 챔버의 하부 부분내에 형성되며 전달 콘딧(510)에 제 1 가스 채널(28)을 연결한다. 제 2 가스 채널(524)은 챔버의 각각의 측벽에 형성되며 챔버 내부의 슬릿 개구(526)내에서 종결된다. 코너 덮개는 측벽내에 형성된 측면 가스 채널(524)의 각각으로 제 1 가스 채널(28)의 단부를 연결하는데 형성된 채널로 제조된다. 코너 덮개는 챔버 몸체상에 정위치에 바람직하게 용접되며 챔버 내에서 챔버 몸체를 통해 슬릿 개구(526)에 가스 전달을 용이하게 한다.

제 1 가스 확산 부재(528)는 챔버 내부로 정화 가스를 안내하기 위해 제 2 가스 채널(524)의 슬릿 개구(526)내에 바람직하게 위치된다. 도 19는 챔버의 양면에 정화 가스를 전달하는 굽어진 측면 표면(530,532)을 도시하는 가스 확산 부재(528)의 상층도이다. 굽어진 표면(530, 532)은 챔버 내부로 가스를 외향으로 안내하기 위해 제 2 가스 채널(524)을 가로질러 위치된다.

도 20은 가스 확산 부재(528)의 측면도이다. 가스 확산기의 후면 부분(534)은 가스가 챔버의 양 측면 내부로 안내되도록 채널(524)내에 위치된 가스 확산기 아래에 통과하도록 한다. 리세스(536)는 가스 채널 내부에 정위치에 확산기의 쐐기형 결합을 제공하기 위해 가스 확산기의 한 단부 내에 형성된다. 쐐기(538)는 리세스와 결합하도록 제공되며 나사는 리세스 내의 위치 내부로 쐐기를 가하고 확산기에 쐐기를 연결하고 챔버 몸체에 확산기를 연결한다.

대안의 실시예에서, 가스 배플러는 정화 가스를 상향으로 향하게 하도록 챔버 내부에 각각의 슬릿 개구(526)에 인접한 챔버내부와 공정 키트위와 ESC 104에 위치될 수 있다. 도 21은 플랜지(542)에 의해 가스 확산기(528)에 장착된 배플러(540)의 사시도이다. 배플러 몸체(544)는 챔버 내부와 ESC 104 및 공정 키트위로 정화 가스를 상향으로 몰아내는 챔버 내에 위치될 때 상향으로 근소하게 굽은 굽어진 표면(546)을 제공한다.

정화 공정은 정화 가스가 ESC 및 공정 키트위로부터 챔버에 유입될 때 가장 효율적인 것으로 나타났다. 게다가, 챔버 내부로 ESC 및 공정 키트로부터 떨어져 상향으로 흐르는 가스는 정화 가스를 ESC 상에 정화 공정시에 입자 또는 풀려진 잔류물로부터 방지하는 것이 바람직하다. 입자가 ESC 상에 남아있게 되면, 힐륨이 누수되는 가능성이 척이 증가하는 동안 발생할 것이다. 배플은 정화를 증진시키기 위해 상향으로 흐르는 가스 흐름을 전환하며 ESC 상에 입자의 증착을 방지한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 본 발명에 따른 반도체 기판의 처리 장치에 의해 개선된 정화 특성과 높은 생산성을 제공할 수 있으며 얇은 CVD 필름을 기판상에 형성하기 위한 보다 균일한 조건을 제공할 수 있다.

Claims

반도체 기판 처리 장치에 있어서,

측벽과, 기판 표면 위로 공정 가스를 제공하기 위해 내부에 위치된 하나 이상의 가스 확산 출구가 설치된 리드를 갖는 챔버,

상기 챔버의 측벽내에 제공된 기판 입구 포오트와 상기 밀폐물의 측벽 상에 장착된 칸틸레버를 통해 부부적으로 연장하며 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 부재,

상기 측벽에 설치되고 상기 챔버 내부의 주변부에 위치된 제 2 가스 확산 출구,

원격의 플라즈마 정화 챔버로부터 공급된 여기된 정화 가스 원자를 상기 챔버의 내부로 유도하기 위해 상기 챔버의 상기 측벽에 의해 설치된 제 2 가스 채널, 및

상기 밀폐물의 바닥에 제공된 배기 포오트를 포함하고,

상기 측벽은 기판 지지 입구 포오트를 한정하고 상기 리드는 상기 밀폐물의 한 단부 상에 위치되어 있는 반도체 기판 처리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 리드의 외부면에 감겨진 제 1 및 제 2 RF 여기 코일을 더 포함하는 장치.
제 2항에 있어서, 상기 제 1 RF 여기 코일에 RF 전력 공급원의 임피던스를 정합시키기 위한 제 1 RF 정합 네트워크와, 상기 제 2 RF 여기 코일에 RF 전력 공급원의 임피던스를 정합시키기 위한 제 2 RF 정합 네트워크를 포함하는 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 RF 정합 네트워크는 pi 임피던스 정합 네트워크를 포함하는 장치.
제 3항에 있어서, 상기 RF 정합 네트워크는 평형 안테나 임피던스 정합 네트워크를 포함하는 장치.
제 3항에 있어서, 상기 RF 정합 네트워크는 지표 안테나 정합 네트워크를 포함하는 장치.
제 1항에 있어서, 상기 기판 지지 표면은 RF 바이어스 용량을 갖는 정전기 척을 포함하는 장치.
제 7항에 있어서, 상기 RF 바이어스 용량은 RF 전력 공급원, 제 3 RF 정합 네트워크, 및 상기 제 3 RF 정합 네트워크를 통해 상기 기판 지지 부재에 RF 전력을 결합하기 위한 수단을 포함하며, 상기 기판 지지 부재 표면에 부 RF 바이어스를 제공하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 원격 정화 챔버는 마이크로파 플라즈마 정화 챔버를 포함하는 장치.
제 9항에 있어서, 상기 마이크로파 플라즈마 정화 챔버는 정화 가스로서 여기된 불소 가스 원자를 공급하는 장치.