KR100313309B1 - 온도제어식프로세스를실시하는방법및반도체웨이퍼의처리장치 - Google Patents

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히가시 데츠로
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Abstract

클러스터 툴을 위한 반도체 웨이퍼 처리장치(10) 또는 모듈은 텅스텐 또는 질화 티타늄의 블랭킷 또는 선택 증착을 위한 CVD 와 탈가스화 및 어닐링 프로세스에서 웨이퍼(44)에서의 재료의 전송을 용이하게 하기 위하여 기체 경계층을 얇게 만드는 단일 웨이퍼 회전 서셉터(40)을 구비한다. 바람직하게도, 하향 샤웨헤드(35)는 냉각 혼합실(30)로부터 나오는 기체 혼합물을 예를 들어 500 내지 1500rpm으로 고속 회전하는 웨이퍼로 보내어서 웨이퍼 중심의 정체점에서 방사상 외부로 흐르는 기체에 대해 경계층을 얇게 만든다. 반응로의 평탄한 형상의 내부면은 난류를 최소로 줄이기 위해 배플(90, 101, 102) 및 플라즈마 세척 전극(89, 90)을 포함한다. 회전 서셉터(40) 내부에서 나오는 불활성 기체는 구조체내의 갭을 채움으로써 난류를 최소로 줄이고, 이동 부품의 오염을 방지하고, 서셉터와 웨이퍼(44)사이에 열을 전도하고, 서셉터(40)에 웨이퍼를 진공 클램핑한다. 서셉터 립(162)은 웨이퍼(44)를 둘러싸고, 세척을 위해 제거가능하고 다른 크기의 웨이퍼를 수용할 수 있고, 선택 CVD 중에 침전을 방지하거나 또는 블랭킷 CVD에서 소비되지 않는 기체를 닦아내는 그러한 종류의 프로세스로 립 재료를 변화시킬 수 있다. 립은 기체 흐름을 원활하게 하고, 웨이퍼 모서리에서 열 구배를 감소시킨다.

Description

[발명의 명칭]
온도 제어식 프로세스를 실시하는 방법 및 반도체 웨이퍼의 처리 장치
[기술분야]
본 발명은 반도체 웨이퍼 처리용 화학 증기 증착(CVD) 반응로에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼 처리 클러스터 툴(cluster too1)을 위한 CVD 반응로 모듈에 관한 것이다. 그 중에서도 특히, 본 발명은 텅스텐, 질화티타늄 및 다른 금속과 같은 재료와, 절연체를 실리콘 반도체 웨이퍼상에 코팅하는 CVD 에 적용할 수 있고 그리고 질량 수송(mass transport)이 나타나지만 프로세스의 특성을 제어하지는 않는 다른 실리콘 프로세스에 적용할 수 있다.
[발명의 배경]
반도체 웨이퍼 및 이와 유사한 다른 제조품의 제조에 있어서, 코팅, 에칭, 열처리 및 패터닝(patterning)을 포함하는 프로세스의 과정은 연속적으로 사용된다. 이러한 프로세스의 대부분은 보통 증기로써 운반되는 재료를 기판의 표면에서 화학적 또는 물리적으로 첨가 또는 제거하는 것을 포함한다.
그러한 과정에서 어떤 코팅 프로세스는 화학 증기 증착(CVD)에 의해 실시된다. CVD는 예로서 절연층 등을 가로질러 접속시키기 위한 목적으로 전도막을 도포 (apply)하는 것과 같이 하부층(underlying layer)을 통과하는 홀(hole)의 여러 가지 대향 면에 막을 도포하기에는 바람직하다.
반도체 웨이퍼에서 홀 또는 바이어(via)를 채워서 층간의 접속부를 형성하기위한 CVD 프로세스의 최종 결과는 주로 막의 선택적 증착 즉, 웨이퍼 표면의 선택부분에만 영구적인 막을 형성하는 것이다. 그러한 코팅의 CVD에 의한 선택적 직접도포는 자주 신뢰성이 떨어지고, 성공하지 못하고, 느리며 따라서 값비싼 기계의 신속한 처리율 및 효과적인 사용이 중요시되는 상업적인 규모로서는 바람직하지 믓하다. 그러므로 선택성 최종 생성막은 자주 블랭킷(blanket) 모양으로 도포된 다음에 영구적인 막이 불필요한 영역에서는 에치백(etch-back)된다.
증착된 물질의 에치백을 동반하는 텅스텐과 같은 재료의 블랭킷 CVD는 블랭킷 막 특히, 재료를 에칭하도록 되어 있는 기판의 영역에서 고도의 균일성을 필요로 한다. 그러한 에치백 영역에서 코팅이 불규칙하게 되면, 에칭 프로세스는 에칭해야 할 블랭킷 막이 얇은 웨이퍼 영역에서는 하부층에 선택적으로 피해를 줄 수 있으며 또는, 잔류막이 남아 있게 되는 영역을 만들 수가 있다. 종래 기술의 CVD 반응로는 제한된 균일성 또는 제한 속도에서 기판을 코팅하였다. 이에 따라, 특히 텅스텐과 같은 재료의 블랭킷 코팅을 도포하기 위해서는 더욱 균일한 막의 도포 및 고속의 CVD 반응로를 필요로 하게 된다.
CVD에 의해 반도체 웨이퍼에 텅스텐과 같은 막을 균일하게 도포하기 위해서는, 웨이퍼 표면을 가로질러 반응기체(reactant gas)를 균일하게 공급하고 또 코팅되어 있는 표면에서 소비한 기체 및 반응 부산물을 균일하게 제거할 필요가 있다. 이런 점에서, 종래 기술의 CVD 반응로는 제한적으로 성공하였다. 이와 유사하게, 물리 및 학학 에칭과 열처리 프로세스와, 그리고 예열 및 어닐링 프로세스를 포함 하는 기타 프로세스에서, 종래 시스템은 증기를 처리중인 표면과 균일하게 접촉시키고 이 표면에서 균일하게 제거하는 일에는 부적당하였다. 이에 따라, 처리되고 있는 웨이퍼 표면 특히, CVD 프로세스에 의해 코팅되는 웨이퍼 표면에서 반응 기체 및 기타 기체를 보다 효과적이고 보다 균일하게 공급 및 제거할 필요가 있다.
반도체 웨이퍼의 효과적인 상업적 생산은 처리 장치가 가능한 연속적으로 작용할 것을 요구한다. CVD 반응로의 처리실(processing chamber)과 같이 처리실의 내장 부품에 증착물이 형성되면, 반응로가 비효율적으로 되고. 세척을 위해 사용이 일시 중단되어야 한다. 종래 기술의 많은 반응로가 불필요한 주기로서 세척을 필요로 하거나, 또는 세척이 매우 어렵고 아주 느리게 진행되며, 따라서 반응로 중단 시간이 지나치게 길어진다. 이에 따라, CVD 반응로의 처리실과 같은 처리실에 대해서, 부품의 세척을 다소 줄이고 부품에의 블필요한 증착을 감소시키고 또한 보다 신속하게, 세척할 수 있는 처리실을 지금까지도 필요로 하고 있다.
종래 기술의 CVD 반응로의 챔버 및 기타 웨이퍼 프로세서에서, 반응 기체의유동시 난류는 코팅 프로세스에서 효율 및 균일성을 방해하고, 반응실내의 오염물의 증착 및 이동을 악화시킨다. 따라서 그러한 반응실내에서 기체 유동의 개선과, 유동 난류의 감소를 필요로 한다.
반도체 웨이퍼에 텅스텐 코팅을 도포하기 위한 프로세스와 같은 CVD 프로세스는 통상적으로 냉각벽 반응로에서 실시되는데, 이 반응로에서 코팅해야 할 웨이펴는 서셉터(susceptor)의 반응 온도까지 가열되며 반면에 반응로의 다른 표면은 이 표면에 막의 증착을 방지하는 비반응 온도(subreaction temperature)로 유지된다. 텅스텐 CVD에 대해서는 예로서 반응로 벽은 가끔 대략 실온으로 냉각된다. 다른 방법으로서, 질화티타늄(TiN) CVD 에 대해서는, 벽은 실온 이상으로 가열될 수 있지만, 처리되는 기판의 온도보다 낮은 온도로 가열될 수 있다. 그런 경우에, 그러한 웨이퍼 처리 장치의 디자인에는 웨이퍼 또는 서셉터와 장치의 다른 부품간에 열의 흐름을 방지하기 위하여 다른 온도로 유지되는 부품을 가질 필요가 있다.
텅스텐 CVD 프로세스에서는, 보통 텅스텐 헥사 플루오라이드 기체(WF6)가 사용되고 있다. 상기 WF6기체는 다른 많은 웨이퍼 처리 프로세스에서 사용되는 기체와 같이 값비싸다. 기체 이용 효율이 종래 기술의 많은 반응로의 경우와 같이 낮을 때, 기체의 원가가 높아질 수 있다. 많은 텅스텐 CVD 반응로에 의하면, WF6의 이용 효율은 20% 이하이고, WF6의 원가는 가끔 텅스텐 막의 도포를 위한 프로세스의 성능의 원가 전체의 30% 를 초과한다. 이에 따라, WF6와 같은 반응 기체의 소비를 더욱 효율적으로 하는 CVD 반응로가 필요하게 된다.
CVD 프로세스는 2 개의 범주로 분류될 수 있는데, 즉 질량 수송 제어식의 것과, 표면 상태 또는 온도 제어식의 것이 있다. 질량 수송 제어식 프로세스는 통상적으로 갈륨-비소 웨이퍼와 같은 기판에 또는 실리콘의 에피택셜 성장을 위해 III-V 족 물질의 CVD를 포함하는 프로세스이다. 이러한 프로세스는 웨이퍼 표면에서의 기체의 수송에 의해 제어되고 있고, 기판을 유동 기체 내에서 축을 중심으로 궤도 이동을 일으키는 회전식 또는 기타 이동식 서셉터상에 통상 다수가 장착된 웨이퍼를 이동시킴으로써 또는 다른 방법으로서 웨이퍼를 가로지르는 기체 유동을 강화 및 제어하는 기술을 이용함으로써 사용되어 왔다. 통상적으로, 질량 수송 제어식 CVD 프로세스는 아레니우스 플롯(Arrhenius plot) 즉, 곡선의 무릎(knee) 위에서, 증착률 대 온도의 역수의 로그의 플롯에서 얻게 될 것이다.
웨이퍼 온도 또는 표면 상태 제어식 프로세스는 통상적으로 아레니우스 플롯곡선의 무릎 아래에서 얻게 된다. 이 프로세스는 저온과 보통 1 내지 100 토르 (Torr)의 저압에서 발생된다. 일반적으로, 그러한 프로세스는 종래 기술에서, 저속 이동에 따라 촉진되는 온도 또는 반응 균일성을 달성하는 것을 제외하면 웨이퍼 이동에 의해 강화될 수 있는 것으로 간주되지 않는다.
[발명의 개요]
본 발명의 주목적은 반도체 웨이퍼와 같은 제품의 박막 처리를 위해 효과적이고 생산성 있는 장치를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 특별한 목적은 예로서 CVD 프로세스에 의해 텅스텐, 질화티타늄 및 이와 유사한 재료를 실리콘 반도체 웨이퍼상에 블랭킷 또는 선택 증착과 같이, 반도체 웨이퍼에 대한 막의 화학 증기 증착에 기본적으로 유용한 그러한 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, CVD 프로세스와 기타 실리콘 프로세스 즉, 플레이너 (planar) 또는 보다 중요하게는 비플레이너이든지 패턴되었든지 웨이퍼 코팅 또는 기타 처리되는 표면의 비율 및 질을 강화하기에 효과적이며 기본적으로 표면 온도 제어식이고 종속적인 프로세스에 의하여 텅스텐, 기타 금속 및 절연체의 블랭킷 막을 도포하기 위한 것과 같이 반도체 웨이퍼에 막을 균일하게 도포하기 위한 CVD 장치와 같은 그러한 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가열된 웨이퍼 또는 서셉터로부터 냉각을 유지해야 할 장치의 기타 부품에 최소의 열흐름을 갖는 냉각벽 CVD 반응로와 같은 밀봉실처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 더욱 다른 목적은 불필요한 증착물이 내부에 형성되는 것을 방지하고 오염물의 전파를 방지하여 세척을 위한 중단 시간을 줄이고 효과적으로 세척 되는 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 특별한 목적은 반응로 내에서 기체의 난류를 축소시킴으로써 CVD 처리 장치 내에 코팅의 도포 균일성을 강화시키고, 깨끗한 내장 표면을 유지하고 또 가열된 웨이퍼 또는 서셉터를 열적으로 차단시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 서셉터에 웨이퍼를 용이하게 유지하도록 하고, 웨이퍼와 서셉터간의 열전도를 강화시키고, 반응로의 내장 부품을 불필요한 증착물 및 오염물로부터 보호하고 그리고 반응로를 통과하는 반응 기체의 비난류성 유동을 보조하기 위하여 반응로 내에 불활성 기체 유동을 제공하는 것을 포함한다.
본 발명의 더욱더 다른 목적은 코팅을 위한 다른 크기의 웨이퍼를 용이하게수용하며 또 다른 코팅 프로세스를 받아들이는 CVD 반응로를 제공하는데 있다.
본 발명의 특별한 목적은, 단일 웨이퍼 회전 서셉터를 이용하는 웨이퍼 처리클러스터 툴(wafer processing cluster tool) 또는 단독형 프로세서(stand-alone processor)를 위해 특히, 텅스텐, 질화티타늄과 같은 재료의 블랭킷 막과 상기 프로세스에 순종하는 그러한 막을 화학 증기 증착을 하기 위해 그리고 선택 사항으로서 그러한 재료의 선택 증착을 위한 프로세서 및 모듈을 제공하는데 있다.
국제 특허출원 W09/08068호는 공작물의 회전 및 병진운동을 허용하는 밀봉 액추에이터 또는 서섭테를 갖춘 CVD 처리장치를 공개하고 있다. 처리 변수나 회전속도가 주어져 있지는 않지만 이 장치는 표면 상태 제어식 프로세스용으로 고안된 것으로 나타났다.
웨이퍼와 정상 흐름 프로세스 기체 사이에 재료를 전달하기 위해 반도체 웨이퍼에서 온도 제어식 프로세스를 실시하는 방법은, 본 발명에 따라, 밀봉 용기의 내부공간에서 서셉터의 원형 웨이퍼 지지면에 원형 반도체 웨이퍼를 동심원상에서 보유하며 진공 압력 수준으로 상기 공간을 진공화시키는 단계와, 프로세스 기체를 축선 주위에 균일하게 분배하도록 서셉터상의 웨이퍼를 향해 축선이 평행하게 지향시키는 단계와, 축선 및 서셉터 주위에서 균일하게 상기 공간으로부터 프로세스 기체를 배출시키는 단계와, 웨이퍼의 중심에 대해 수직인 축선상에서 이 축선을 중심으로 서셉터를 회전시키며 이에 의해 프로세스 기체가 웨이퍼 중심에 있는 정체점 (stagnation point)에서부터 웨이퍼 부근에서의 경계층(boundary layer) 만큼 떨어져서 방사상 외부로 흘러가도록 만드는 회전 단계와, 서셉터상의 웨이퍼의 온도를 이 프로세스를 발생시키기에 효과적인 처리 온도에서 유지하는 단계를 구비하고, 여기서 웨이퍼는 프로세스 기체와 웨이퍼간의 재료의 전달을 용이하게 하기 위하여 웨이퍼에 바로 인접한 경계층을 얇게 만들 정도로 충분히 빠른 회전 속도에서 회전하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법이 화학 증기 증착(CVD) 반응에 사용되는 경우, 경계층을 얇게 하는 것은, 반응기체가 경계층을 지나 웨이퍼의 표면으로 용이하게 흘러가게 하며, 또한 CVD 반응에서 증착하지 않은 부산물이 웨이퍼의 표면으로부터 용이하게 흘러 나올 수 있게 만든다. 상기 방법이 웨이퍼 표면에서 불필요한 물질을 제거하는데 사용되는 경우, 경계층을 얇게 하는 것은, 불필요한 물질이 이동해 가는 프로세스의 공급과, 그 물질의 운동을 용이하게 한다. 따라서, 웨이퍼의 회전속도를 고속으로 함으로써 온도 제어식 프로세스에서 양호한 결과가 달성된다.
본 발명의 원리에 따라, 웨이퍼가 처리 온도에서 유지되는 단일 웨이퍼 회전서셉터와, 다른 온도에서 유지되는 반응로 벽을 갖는 반응로를 갖춘 CVD 처리 장치가 제공된다. 텅스텐과 같은 막의 도포를 위한 반응로에서, 반응로 벽은 대략 실온으로 냉각되고 반면에, 질화티타늄 막의 도포를 위한 반응로에서 반응로 벽은 실온 이상이면서 서셉터의 최적 처리 온도 이하에서 가열된다.
본 발명의 양호한 실시예는, 수직축선에서 회전하며 바람직하게 상향을 바라보며, 샤워헤드(showerhead)로부터 웨이퍼를 향해 수직 아래로 지향하는 반응 기체의 유동을 가지며 동시에 웨이퍼 표면 위에서 얇은 경계층을 형성할 정도로 충분히 빠르게 서셉터가 회전하며 웨이퍼 표면과 반응하는 기체가 그 표면을 가로지르며 확산하는 프로세스를 갖는, 회전 웨이퍼 유지 서셉터를 갖는 웨이퍼 처리 클러스터 툴을 위한 CVD 모듈을 제공한다. CVD 반응로에서, 반응 기체는 회전축선에 있는 웨이퍼 중심의 정체점에서부터 방사상 외부로 향해 흐른다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 기체는 챔버 상단에 있는 하향 샤워헤드로부터 상향 웨이퍼 표면을 향해 아래로 흐르며, 웨이퍼 표면에 걸쳐 방사상 외부로 향하며 웨이퍼를 둘러싸고 있는 링 또는 립을 거쳐 서셉터 측벽을 따라 아래로 흐르고, 배플(baffle)에 의해 형성된 환상 구멍을 통과한 다음 샤워 헤드에 대향한 챔버의 단부 또는 바닥에 있는 단일 진공 배출구에서 빠져나가면서 최소한의 난류로서 흐르게 된다. CVD 적용에서, 플라즈마 세척 전극이 설치되며, 비난류성 기체흐름을 용이하게 하기 위한 형상의 구조체와 조합되어 있다. 서셉터의 벽은 가열된 부품에서 반응로의 냉각된 부품으로 열의 흐름을 억제하는 단면을 가지면서 끝 마무리(finish)되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 불활성 기체는 웨이퍼와, 웨이퍼 지지부 및 서셉터 회전체 주위의 여러 지점에서 도입되어 입자 및 반응 기체에 의한 오염을 방지하고 또 서셉터 부품의 접합부를 가로질러 챔버를 통과하는 기체의 원활한 유동을 용이하게 만든다. 기타 다른 실시예에서, 불활성 기체는 상대 진공에 의해 서셉터에 웨이퍼를 보유하는데 사용되고 또한 서셉터와 웨이퍼간의 열전도를 강화하기 위해 사용된다. 서셉터에 웨이퍼를 진공으로 유지시키기 위해 웨이퍼의 림(rim) 주위에서 불활성 기체가 도입되는 실시예에서, 불활성 기체는 개별 공급원에서 도입되는데, 림 기체는 처리실 압력이나 그 이상에서 도입되고, 진공 클램핑 기체(vacuum clamping gas)는 저압에서 도입된다.
본 발명의 양호하게 예시된 실시예에 따라, CVD 반응로는 서셉터를 둘러싸고있는 반응실과 기체 혼합실을 분리시키며 수평으로 배치되어 반응 기체를 분배하는하향 샤워헤드에서 아래로 이격된 상향 회전 서셉터를 가진다. 반응실의 상단에 위치한 혼합실은 반응실의 벽을 따라 비교적 낮은 비반응 온도에서 유지된다. 텅스텐 증착의 경우에는, 혼합실 및 반응실 벽은 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 물 또는 다른 적절한 유체에 의해 대략 실온으로 냉각되고, 반면 질화티타늄 증착의 경우에는 상기 벽은 실온과 서셉터의 반응 온도 사이의 온도까지 가열된다.
증착 반응 중에, 서셉터는 회전된다. 텅스텐 증착 프로세스에서, 150mm 웨이퍼에 대해 약 50Torr 의 반응 압력에서는, 서셉터는 적어도 200RPM, 바람직하게는 2000RPM 이하, 가장 양호하게는 500 내지 1500RPM 의 범위에서 회전된다. 그러한 회전은 웨이퍼의 중심에서 정체점을 만들고, 웨이퍼 표면 바로 위에서 경계층의 두께를 최소로 만들어서 프로세스 기체가 웨이퍼에 더욱 빨리 도달하게 할 수 있고 프로세스로부터 나온 부산물이 웨이퍼 상부면에서 빠져나가게 할 수 있다. 그와 같이, 이러한 특징은 CVD 와 같은 증착 프로세스뿐만 아니라, 에칭 프로세스와, 기타 프로세스 즉, 기체가 웨이퍼 표면과 효을적으로 접촉해야 하며 또한 그 표면에서 효율적으로 제거되어야 하는 어닐링 및 탈가스 프로세스와 다른 열처리 프로세스에서 장점이 된다.
양호하게 예시된 실시예에서, 서셉터는 대략 400 내지 550℃ 바람직하게는 450℃ 로 가열되고, 가열된 서셉터에서 나오는 열은 회전축을 심하게 가열하지 않도록 방지되고, 서셉터는 회전축에 장착 및 조립됨으로써 지탱된다. 회전 서셉터 내면에 있는 모든 요소의 열반사율이 높은 표면(highly reflective surface)은 서셉터의 가열된 웨이퍼 지지부와 구동 조립체간의 열전달을 최소화 시킨다. 덧붙여, 서셉터로부터 냉각되어 있는 챔버벽을 향해 열 방사를 최대로 하고 또 가열된 챔버벽으로부터 열흡수를 최소로 하기 위하여 회전 서셉터의 외부에 거친 표면 마무리(dull surface finish)가 제공된다. 극히 얇은 서셉터 벽은 가열된 웨이퍼 지지부와 구동 조립체간의 열 전달을 더욱 최소로 줄인다.
또한 챔버벽은 구동 조립체로부터 열적으로 차단된다. 서셉터 장착 디스크는 서셉터 베이스의 환상 플랜지를 서셉터 구동측의 상단에 연결시키고, 가열된 웨이퍼 지지부와 구동 조립체간의 열전달을 더욱 줄이기 위한 열블록(thermal block)으로서 작용을 하기 위하여 최소 접촉면을 나타내는 돌출 지지체를 갖추고 있다.
반응 기체는 최소의 난류로서 샤워헤드로부터 반응실 바닥에 있는 단일 배출구를 향해 아래로 흐르게 된다. 챔버의 바닥 영역에 있는 복수 배플은 서셉터 축을 둘러싸고, 축 주위에 환상 기체 유동 구멍을 제공하여 기체 유동에 대해 점차 감소하는 단면적을 부여하고, 따라서 배출 기체가 챔버내에 난류를 일으키지 않고 챔버 바닥의 단일 포트를 통해 균일하게 배출시키도록 만드는 압력구배(pressure gradient)를 제공한다. 회전 서셉터의 외부 형상 또는 외장(envelope)은 난류를 더욱 최소로 줄이기 위해 평탄한 모양으로 되어 있다(smoothly contoured). 환상립은 가열된 웨이퍼 지지부의 상부면에서 웨이퍼 둘레에 제공되고. 웨이퍼의 원형모서리에 밀접한 간격을 두고 그 상부면과 동일 수준을 유지하며 난류를 더욱 줄이고 또한 웨이퍼 모서리 영역에서 웨이퍼의 방사상 열구배(thermal gradients)를 제거한다. 웨이퍼 포위 립(wafer-encircling lip)은 다른 크기의 웨이퍼를 수용하기 위하여 용이하게 제거되어 내경이 다른 요소로 대체될 수 있는 개별 환상 요소이다. 환상 립 요소의 상부 원형 모서리에 있는 둥근 코너는 난류를 최소로 줄인다. 이러한 립 요소는 사용되지 않은 텅스텐 헥사플루오라이드 기체 또는 기타 반응 기체를 소기하기 위한 스캔빈저(scavenger:불순물 제거제)로서 작용하여 배출구로부터 세척해야 하는 반응 가스량을 최소로 줄이는 상향 환상면을 가진다.
이 양호한 실시예에서, 한 쌍의 환상 전극이 반응로의 플라즈마 세척을 위해챔버의 상단과 하단에 하나씩 제공되어 있다. 각각의 전극은 텅스텐 증착의 경우에 NF3기체나 또는 프로세스에 적합한 다른 세척 기체를 챔버내에 분사하기 위한 구멍을 갖추고 있다. 이 구멍은 챔버의 내장 부품의 플라즈마 세척을 용이하게 하기 위하여 상부 및 하부 전극에서 원형 배열로서 배치된다. 상부 전극은 샤워헤드의 직경에 반응실 벽을 향해 각을 이루는 원추형 내면을 가지며, 또한 이 내면은 난류의 최소화에 기여한다. 하부 전극은 최상부 배플내에 합체되어 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따라, 진공 통로의 위와 아래에 있으며 챔버베이스에서 구동축을 둘러싸고 있는 질소 기체 통로는 베어링과 기타 축 지지 및 이동 구조체의 반응 기체 및 입자 오염을 줄인다. 이러한 특징은 베어링의 사용 수명을 연장시키고 사용에 필요한 시간을 늘일 것을 필요로 하는 경우에 바람직하다.
서셉터에 웨이퍼의 진공 클램핑이 이용되는 실시예에서, 헬륨 누설로는 서셉터 표면에서 웨이퍼 리프팅핀 주위에 제공되고, 이것은 회전 서셉터 내부의 압력이 CVD 챔버의 압력 이하로 유지될 때 웨이퍼의 진공 포착을 용이하게 만든다. 게다가, 웨이퍼의 후면과 가열된 웨이퍼 지지부의 상부면 사이에서 웨이퍼 아래로 지나가는 헬륨 기체는 그 압력이 너무 낮지 않는 한 웨이퍼의 후면과 웨이퍼 지지부 사이에 기상 열전도를 통해 열전달을 제공할 것이다.
본 발명의 양호한 실시예는 1.3 내지 13 kN/m2(1O 내지 10OTorr)의 압력과 425 내지 525℃ 의 웨이퍼 온도에서 수행되는 텅스텐의 블랭킷 CVD에 대해 가장 유리하다. 이 프로세스는 WF6가 실란(silane)에 의해 감소되는 핵형성 단계와 그 다음에 WF6가 수소에 의해 감소되는 증착 단계에 의하여 양호하게 수행된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 반응로는 접점을 코팅하고 바이어를 채우도록 고안된 텅스텐의 선택 증착을 위해 유익하게 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 웨이퍼와 접촉하는 서셉터 표면 특히, 웨이퍼의 가장자리를 둘러싸는 립과, 웨이퍼가 착석하는 상부 지지면 뿐만 아니라, 이들을 체결하는 노출된 나사 및 디바이스와 이들과 접촉하는 고리형 밀봉부(ring seal)는 텅스텐이 핵이 되지 않거나 또는 다만 예기치 않게 긴 핵형성 시간에만 핵이 되는 재료로 형성된다. 그러한 재료는 산화 알루미늄, 질화 붕소, 폴리이미드 및 어떤 석영의 형태들을 포함할 수 있다. 게다가, 서셉터의 립 링 및 상부 지지면은 제거 및 교체 가능하고, 서셉터는 비선택적 적용 중에 개조될 수 있다.
이러한 텅스텐 선택 증착 분야에서, 프로세스는 13 내지 1.3 ×1O3N/m2( 0.1 내지 10.0Torr)의 압력과 250 내지 400℃ 의 온도에서 양호하게 수행된다. 이러한 낮은 압력에서, 웨이퍼는 그 후방에서의 진공보다는 정전기 클램핑 (electrostatic clamping)에 의해 서셉터에서 유지될 수 있다.
본 발명의 장치는 전술한 목적들을 달성하고, 종래 기술의 단점을 해결한다. 블랭킷 텅스텐 증착 프로세스를 사용하면 WF6소모가 50% 를 초과할 수 있고, 종래 달성했던 것보다 여러 배 빠른 증착 속도를 얻을 수 있다.
본 발명은 특히 웨이퍼 온도 제어식 프로세스에 의해 실리콘 웨이퍼에 막을도포하는 CVD에서 도포 속도, 질 및 균일성을 강화하는데 유익하고 또한 어닐링과 같은 다른 온도 제어식 실리콘 처리 방법에 유익하다. 본 발명의 많은 특징들은 실리콘 반도체 웨이퍼에 블랭킷 텅스텐, 선택적 텅스텐 및 질화 티타늄의 CVD에 유익하고, 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide), 산화 탄탈륨, 알루미늄 및 구리와 같은 재료뿐만 아니라, SiO2와 같은 산화물의 CVD에 유익하다.
본 발명의 많은 특징은 회전 서셉터를 포함하지 않는 처리 장치와 함께 사용될 수 있다. 본 발명의 플라즈마 세척 특징은 여기서 기술된 반도체 웨이퍼 처리 분야와, 증착물 및 오염물이 형성되는 경향이 있는 다른 분야와 함께 사용될 때 장점을 제공한다. 덧붙여, 서셉터에 대해 열을 제한하고 또 반응로 내에서 기체 유동을 원활한 비난류성 방법으로서 흐르게 하는 특징은 반도체 웨이퍼 처리시에 광범위한 실용성을 갖는다.
본 발명의 상기 목적 및 장점들은 도면의 상세한 설명에 따라 용이하게 이해될 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제 1 도는 본 발명의 원리를 이용하는 웨이퍼 처리 클러스터 툴을 위한 CVD모듈의 입면도.
제 2 도는 제 1 도의 모듈의 CVD 반응로의 단면도.
제 3 도는 서셉터 회전 및 웨이퍼 리프팅부를 도시하며 제 2 도의 반응로의 하부 부품의 단면도.
제 3a 도는 제 3 도의 선 3a-3a 을 취한 단면도.
제 4 도는 처리실을 도시하며 제 2 도의 반응로의 상부 부품의 단면도.
제 4a 도는 제 4 도의 선 4a-4a 를 취한 단면도.
제 4b 도는 제 4 도의 선 4b-4b 를 취한 단면도.
제 4c 도는 제 4 도의 선 4c-4c 를 취한 단면도.
제 5 도는 하나의 다른 실시예로서 반응실의 하우징 베이스 부근에서 서셉터 구동축과 관련된 구조를 도시하며 제 4 도의 챔버 일부의 확대 단면도.
제 6 도는 제 4 도의 반응실내에 있는 서셉터의 확대 단면도.
제 6a 도는 제 6 도의 선 6a-6a 를 취한 단면도.
제 6b 도는 제 6 도와 유사하며, 블랭킷 텅스텐 증착 프로세스에 특히 적합한 본 발명의 다른 실시예인 서셉터의 확대 단면도.
제 6c 도는 제 6 도와 유사하며 제 6b 도의 실시예와는 다른 서셉터의 확대단면도.
제 7 도는 웨이퍼를 제거한 상태에서 제 6b 도의 서셉트의 평면도.
제 8 도는 웨이퍼를 제거한 상태에서 제 6c 도의 서셉트의 평면도.
[발명의 상세한 설명]
제 1 도는 본 발명의 특징을 구체화하는 웨이퍼 처리 클러스터 툴을 위한 CVD 모듈(10)을 도시한다. 모듈(10)은 바퀴 달린 베이스(12)를 갖는 프레임(11)을 포함하고, 베이스에는 모듈(10)의 수평을 맞추며 마루바닥에 모듈(10)을 고정하기 위한 한 세트의 조정다리(13)가 매달려 있다. 모듈(10)은 프레임(11)에 부착된 캐비넷(14)을 포함하고, 이 캐비넷은 역시 프레임(11)에 부착된 화학 증기 증착(CVD)반응로(l5)에 반응 기체를 공급하는 유입 라인에 연결되는 접속부를 갖는 유동 제어기를 내장하고 있다. 캐비넷(15)은 도시되지 않은 반응로 보조 시스템의 기타 부품들과 연관되어 있으며, 상기 시스템은 유체 도관, 밸브, 펌프, 제어 장치, 그리고 반응 기체, 불활성 기체, 세척 기체, 반응로용 냉각 유체등의 공급부 및 이 공급부에의 접속부를 포함한 반응로(15)를 작동하기 위한 관련 하드웨어를 포함하고 있다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 반응로(15)에서 실시해야 할 메인 CVD 프로세스를 위한 반응 기체는 실리콘 반도체 웨이퍼에서 블랭킷 텅스텐 증착 프로세스를 위해 사용되는 기체이고, 캐비넷(14)과 반응로(15) 사이에 연결된 라인(16)(4 개가도시됨)을 통해 공급된다. 이러한 기체들은 예로서 텅스텐 헥사플루오라이드(WF6),수소(H2). 및 실란(SiH4)을 포함한다. 그러나, 반응로는 질화티타늄 막과 CVD 프로세스를 통해 도포될 수 있는 다른 많은 막에 유용하다. 또한 라인(16) 중 하나를 통해 아르곤과 같은 불활성 기체가 공급될 수 있다. 덧붙여, 니트로진 트리플루오 라이드(NF3) 기체와 같이, 반응로(15)의 플라즈마 세척용 반응 기체는 캐비넷(14)과 반응로(15) 사이에 연결된 기체 유입 라인(17)을 통해 공급된다. 또한 모듈(10)은 하나이상의 진공 펌프(18)를 포함하는데, 반응로(15)를 진공화시키며 필요한 작동 압력 수준에서 반응로(15)의 내부를 진공으로 유지하며 또 반응로를 통해 흐르는 사용되지 않은 반응 기체, 반응 부산물, 세척 기체 및 불활성 기체를 배출하기 위해 보통 하나의 고용량 저진공 폄프와 하나의 저용량 고진공 펌프를 포함한다. 잔류 기체 분석기 포트(19)가 기체의 구성물을 모니터하기 위해 설치되어 있다.
반응로(15)는 이것의 하단에 매달려 있는 서셉터 회전 및 웨이퍼 승강 기구(20)를 포함한다. 반응로(15)의 주요한 진공화(evacuation)는 반응로(15)와 진공펌프 또는 펌프 조립체(18) 사이에 연결된 진공 배출 라인(21)과, 상기 기구(20)와 펌프 조립체(18) 사이에 연결된 하나이상의 보조 진공 배출 라인(22)을 통하여 달성된다. 또한, 결합된 상부 전극 단자 및 냉각유 매니폴드 커넥터(23)와, 결합된하부 전극 단자 및 세척 기체 커넥터(24)도 반응로(15)와 캐비넷(l4) 부근의 지지시스템과의 사이에 연결되어 있다.
제 2 도에서. CVD 반응로(15)는 하우징(26)으로 둘러싸며 밀봉시킨 반응실(25)을 가지고 있으며, 이 하우징에 의하여 반응로(15)가 진동 흡수 고무 패드(29)를 거쳐 프레임(11)에 장착되고, 하우징의 하단에 기구(20)가 지탱되어 있다. 하우징(26)은 바람직하게 고도의 경면 처리된 내부를 갖는 알루미늄으로 제조되고, 가열된 반응로 벽으로부터 열 방사에 의해 서셉터가 가열되는 오븐형 반응로와 구별되도록, 가끔 포괄적으로 냉각벽 반응로로서 언급되는 반응로를 만들기 위해 반응로 벽을 가열 및 냉각하기 위한 독립 온도 제어 장치를 갖추고 있다. 하우징(26)은 바람직하게도 에틸롄글리콜 또는 물과 같은 적절한 유체에 의해 냉각된다. 추가로, 저항 가열 요소(도시 안됨)가 하우징을 가열할 수 있도록 하우징(26)내에 설치되거나 또는 선택 사항으로서 또는 추가로 봉형 가열 요소가 챔버내의 여러 장소에 설치될 수 있다. 반응로 벽의 가열 및 냉각은 영역 제어식(zone controlled)에 의해 달성될 수 있고, 또한 온도 조절 및 균일성에 능등적으로 반응하는 가열 장치 및 냉각 장치 모두를 가질 수도 있다.
하우징(26)은 그 상단에서, 양호하게 알루미늄으로 제조되어 반응실(25)을 둘러싸는 챔버 커버(27)를 가진다. 이 커버(27)는 하우징(26)의 상단 또는 사용된 다면 스페이서(199)를 공기 압축식으로 밀봉하고, 여기에 나사(28) 또는 클램프에의해 기계식으로 고정되거나 또는 공기 압축식으로 유지될 수 있다. 제 2 도에서, 도시된 나사(28)는 하우징(26)의 상단에 스페이서(199)를 고정시키고 있다. 커버(27)는 환상 혼합실 벽으로 둘러싸인 반응 기체 혼합실(30)을 가지고, 환상 혼합실 벽은 알루미늄의 챔버 커버(27)와 일체로 형성되거나 또는, 기계 가공이 가능한 세라믹이나 별개의 알루미늄 또는 다른 금속핀과 같은 별개의 재료로 형성되어 챔버커버(27)의 저면에 고정될 수 있다. 혼합실 벽(31)은 활성적으로 냉각될 수 있는데 즉, 예로서 텅스텐 증착 프로세스가 필요로 하듯이, 하우징(26)과 챔버 커버 (27)의 온도와는 관계없이 반응 온도보다 낮은 온도를 유지하기 위하여 벽(31)에 형성된 환상 통로(32)를 통해 흐르도록 공급되는 냉각유에 의해 냉각될 수 있다. 하우징(26)과 같이, 또한 혼합실 벽(31)은 질화티타늄 증착을 위한 프로세스가 필요로 하듯이, 벽 및 혼합실(30)을 가열하기 위해 저항 가열 요소(도시 안됨)를 갖추고 있다. 이러한 환상벽(31)은 온도 제어시에 큰 유연성을 제공하기 위하여 커버(27)의 알루미늄 재료와는 열적으로 절연된 열절연체 또는 열전도체로 제조될 수 있다. 혼합실(30)의 상부는 바람직하게 스테인레스강으로 제조된 제거식 커버 또는 상단판(33)으로 폐쇄되고, 상단판은 볼트(34)(제 4 도)에 의해 챔버 커버(27)에 밀봉 연결된다. 챔버 하우징(26), 챔버 커버(27) 및 상단판(33)은 모듈(10)의 작동시 진공압 수준을 유지하는 내부 공간을 둘러싸고 있는 밀봉 용기를 형성한다.
기체 혼합실(30)의 하단은 혼합실벽(31)의 하단에 연결된 원형 샤워헤드 (showerhead)(35)에 의해 페쇄된다. 샤워헤드(35)는 알루미늄 또는 기계가공이 가능한 세라믹 재료로 제조될 수 있고, 반응실(25)내에서 처리되는 웨이퍼의 영역에서부터 고도의 반응 온도에 의한 복사열의 흡수를 방해하기 위하여 고도의 폴리싱된 하부면을 갖는다. 하나의 허용가능한 실시예에서, 샤워헤드(35)는 중심에 대해 다수의 동심원의 배열로서 또는 매트릭스 모양으로 양호하게 배열된 홀(36)(제 4 도)의 균일한 패턴을 가지며, 샤워헤드의 중심은 반응로(15)를 지나가는 수직 축선상에 놓여 있다. 선택 사항으로서, 샤워헤드(35)는 다공성의 금슥 또는 세라믹판으로 형성될 수도 있다.
다수의 기체 유입구(38)(제 4 도)가 기체 라인(16)이 연결되어 있는 상단판 (33)에 제공되어 있다. 회전 웨이퍼 지지 서셉터(40)는 반응실(25) 내부에 설치된다. 서셉터(40)는 샤워 헤드(35) 바로 아래에서 축선(35)상에 놓여서 이 샤워헤드와 축방향 정렬이 되어 있다. 세척 기체 유입구(41)는 챔버 커버(27)에 장착되어 세척 기체 유입 라인(17)에 연결되어 있다. RF 상부 전극 단자 및 냉각수 커넥터(23)도 챔버 커버(27)에 장착된다. RF 하부 전극 단자 및 세척 기체 커넥터(24)는 하우징(26)의 측벽에 장착된다. 단일 진공 배출구(42)는 챔버 하우징(26)의 하단에 제공되어 있고, 이 하단에 있는 진공 배출 라인(21)은 펌프(18)에 연결되어 있고, 이 펌프는 O.13 내지 13kN/m2(1 내지 10OTorr)사이의 웨이퍼 처리 압력과, 1.3 ×1O-2내지 13N/m2(O.1 내지 1OOmTorr)의 반응로 세척 압력과, 1.3 ×1O-2N/m2(10-4Torr)의 웨이퍼 전달 압력을 반응실(25) 내에서 달성하기 위하여 초당 400 내지 500 리터의 펌핑 속도에서 작동한다. 게이트 포트(43)는 클러스터 툴의 수송 모듈 또는 웨이퍼 취급 모듈에 연결하기 위해 하우징(26)의 전방벽에 제공되고, 이 모듈을 통해 처리를 위한 웨이퍼가 반응실(25)에 로딩 및 언로딩된다. 게이트 포트 (43)는 서셉터(40)의 상향 웨이퍼 지지 상단면(top surface)(44)과 대략 수평으로 정렬되고, 이 상단면에서 샤워헤드(35)에 수직으로 정렬된 상태에서 수평으로 평행하게 배치된 웨이퍼의 상향면이 처리되도록 웨이퍼가 지지되어 있게 된다. 다수의 포트(45)가 진단 장치 또는 다른 장치를 삽입하기 위해 반응실(25)의 대향면에 웨이퍼 지지면(44) 또는 하우징(26)과 수평 정렬 상태로 제공되이 있다.
서셉터 구동 지지 프레임(47)은 반응로 축선(37)과 정렬되어 하우징(26)의 하단에 부착되어 있다. 중공의 서셉터 구동축(50)은 구동 지지 프레임(47)내에 회전 가능하게 장착된다. 구동축(50)은 반응로 축선(37)상에 있는 자신의 축선에서 회전 가능하게 장착되어서 반응로 하우징(26)의 하단에 있는 구멍(51)을 통해 연장하며, 서셉터(40)의 하단에 단단히 연결된다. 상기 구멍(51)에서 구동축(50)은 메인 베어링(52)에서 회전 가능하게 지탱되고, 이 베어링은 그 내부 레이스가 구동축(50)과 밀접하게 둘러싸고, 그 외부 레이스가 하우징(26)의 하단에 위치한 프레임(47)에 고정된다. 프레임(47)의 하단부(47)에 연결된 보조 베어링(53)은 구동축(50)의 하단부를 밀접하게 둘러싸면서 지탱한다. 베어링(52)의 바로 아래에서 구동축(50)을 밀접하게 둘러싸는 페로플루이딕 실(ferrofluidic seal)(54)이 지지 프레임(47)에 고정되어 있다. 페로플루이딕 실(54)은 내부의 페로플루이드(ferrofluid: 강자성 입자가 분산되어 있기 때문에 자속내에서 자화되는 콜로이드상 현탁액)가 구동축(50)의 열로 인하여 분해되어 자성을 잃지 않도록 하기 위하여 70℃ 이하의 온도에서는 실 내부를 통해 순환하는 유체를 가진다. 지지 프레임(47)내에서 보조 베어링(53) 위에는 전기 슬립링 커넥터(55)가 구동축(50)을 둘러싸고 있다. 슬립링(55)은 회전 구동축(50)과 전기 접속되어서 회전 서셉터에 전기에너지를 공급하고, 이 서셉터에서 감지한 온도 신호를 수신한다. 실(54)과 슬립링(55) 사이에서 구동축(50)에 고정된 구동 풀리(56)는 구동 벨트(57)를 거쳐 서셉터 회전 구동 모터(58)의 출력부와 구동 가능하게 연결되어 있다.
프레임(47)의 하단에 고정된 회전 및 승강 기구(20)의 하단부에는 웨이퍼 리프트기구(60)가 위치하고, 이는 제 3 도에 상세히 도시되어 있다. 리프트 기구(60)는 중공의 수직 리프트 튜브(62)의 하단부를 둘러싸는 중공 내부를 갖는 외측 밀폐 셀(outer fluid-tight shell)(61)을 포함한다. 튜브(62)는 리프트 기구(60)에서 수직 상방으로 프레임(47)과, 구동축(50)의 중공 내부를 통과하며 반응로의 축선(37)을 따라 반응실(25)내로 연장하여 서셉터(40)의 내부에서 종료한다. 튜브(62)는 구동축(50)과 함께 회전하며 축방향에서 대략 9mm 의 거리를 미끄럼 이동하면서 반응실(25)내의 서셉터(40)의 웨이퍼 지지면(44)에서 웨이퍼를 상승 및 하강시킨다. 튜브(62)의 하단부는 페로플루이딕 실(64)내에서 회전 가능하게 지탱된 허브 부재(62)에 고정되고, 실의 외면은 셀(61)내에서 수직으로 미끄럼 이동 가능한 슬리브(65)내에 고정된다. 슬리브(65)의 하단부는 일직선 운동형 압축 공기 리프트 (66a)가 있는 셀(61)의 하단내의 구멍(67)을 통해 연장하는 수직 액추에이터(66)에 결합된다. 또 하나의 페로플루이딕 실(68)이 셀(61) 내부의 상부 가까이에 설치되어 회전 및 승강 기구(20)의 프레임(47)의 하단 부근의 축선(37)에서 튜브(62)를 둘러싸고 있다. 페로플루이딕 실(54)의 경우와 같이, 실(64, 68)에는 70℃ 이하의 온도에서 유지되는 유체가 공급된다.
헬륨 기체 공급원(도시안됨)은 리프트 기구(60)의 셀(61)의 하단에 있는 헬륨 기체 유입구(70)와 연결된다. 이 유입구(70)는 허브 부재(63)의 베이스에 있는 헬륨 유입 통로(71)와 교통하고, 이 통로는 채널(176)과 연통하기 위하여 허브 부재의 중공 내부를 통과하여 튜브 길이를 따라 연장하는 튜브(62)의 축방향 보어(72)와 교통한다.
진공 배출구(74)는 셀(61)내에 설치되어 기다란 중공관(73)과 연결되어서, 제 3a 도에 도시한 바와 같이 튜브(62)를 둘러싸는 중공관 상단부에 있는 구동축 (50) 내부의 공간(75)에 진공을 적용시킨다. 이 공간(75)은 구동축(50)의 길이를 따라 연장하며 또한 반응실(25) 내에서 서셉터(40)의 내부와 연통한다. 제 6b 도와 관련하여 아래에 상세히 설명된 하나의 실시예에서, 배출구(74)의 진공 압력은 처리 중에 웨이퍼를 서셉터 표면(44)에 부착시키는 진공척으로서 작용을 하도록 서셉터 (4○)내의 진공을 발전시키기 위하여 반응실(25)의 압력보다 충분히 낮은 압력에서 유지된다. 이러한 진공 클램핑 압력은 중공관(73)내에 위치하여 튜브(62)를 둘러싸고 있는 환상칼럼(79)을 거쳐 구동축(50) 상단의 공간(75)과 진공 배출구(74) 사이를 교통하고 있다. 진공 클램핑을 사용하지 않는 다른 실시예에서, 배출구(74)의 진공은 반응실(25) 내의 압력과 동일하거나 또는 그보다 약간 높은 서셉터(40)내의 진공을 발전시키는 압력에서 유지된다. 이러한 방법에서, 제 6 도의 실시예와 같이 보호받는 서셉터 내로 반응 기체의 유입에 대해 이하에 상세히 설명하기로 한다.
CVD 반응로의 반응실 부분의 세부가 제 4 도에 도시되어 있다. 기체 혼합실 (30)은 제 4 도 및 제 4a 도에 도시한 바와 같이, 각각의 유입구(38)와 연결된 4개의 동심의 중공관 모양의 링(77)을 갖추고 있다. 각각의 링(77)은 유입구(38)에서 나오는 각각의 기체를 기체 혼합실(30) 내로 균일하게 분배되도록 하기 위하여 축선(37) 둘레에서 링을 따라 이격된 다수의 구멍(76)을 가지며, 그 혼합실에서 기체들이 보통 비반응 온도에서 균일하게 혼합된다. 여러 개의 유입구(38)에서 균일하게 혼합된 기체는 기체 혼합실(30)로부터 샤워헤드(35)의 다수의 구멍(36)을 통과하여 축선(37)에 평행하게 아래로 흘러서 화살표(78)로 도시한 바와 같이 서셉터(40)의 웨이퍼 지지면(44)에 대해 수직으로 흐른다.
샤워헤드(35)를 둘러싸고 있는 환상 플라즈마 세척 전극(80)은 알루미늄 챔버 커버(27)에 고정된, 테플론 또는 다른 적절한 절연체로 제조된 인슐레이터 (insulator)(81)상에 장착된다. 이 전극은 챔버의 플라즈마 세척을 하기 위해 플라즈마를 발생시키는 에너지를 받는다. 이 전극(80)은 아래로 흐르는 반응 기체에서 난류를 방지하기 위하여 샤워헤드(35)의 직경에서 챔버 하우징(26)의 더 큰 직경으로 매끄러운 전이부(smooth transition)를 제공하는 형상과 각도를 갖는 절두원추형 내면(82)을 가진다. 다수의 기체 유입 오리피스(83)가 내면(82) 주위에 설치되어, 전극(80) 내부의 환형인 세척 기체 통로(84)와 연통하고 있다. 상기 통로(84)는 유입구(41)와 연결된 공급관(85)과 서로 통하며, 그 유입구는 세척 기체 유입 라인(17)에 연결되어 있다.
환상 냉각 통로(87)는 튜브(88)를 통해 냉각액용 상부 전극 커넥터(23)와 연통하고, 이 커넥터는 냉각액을 위한 공급 및 복귀 라인(도시안됨)을 포함한다. 무선 주파수 에너지(RF)는 커넥터(23)로부터 튜브(88)를 거쳐 전극(80)으로 공급된다. 에릴렌 글리콜 또는 물과 같은 냉각액은 냉각액 유입 및 복귀 포트(89)를 통해 혼합실벽(31)의 냉각 통로(32)에 개별적으로 제공된다.
하부 플라즈마 세척 전극(90)은 챔버 하우징(26)에 장착된 반응실(25)의 베이스에서 적절한 절연체로 제조된 전기 인슐레이터(91)상에 설치된다. 이 전극(90)은 제 4 도, 4b 도 및 4c 도에 도시한 바와 같이, 반응실(25)의 처리부와 진공배출구(42) 사이에서 기체 유동 배플(baffle)로서 사용되는 환상 링의 모양이다. 전극(90)은 서셉터 구동축(50)을 둘러싸면서 하우징(26)의 베이스에 고정된 슬리브 (93)와 전극(90) 사이에서 환상 기체 유동로(92)를 형성하고, 이 유동로를 통해 세척 기체 및 세척 부산물이 아래로 지나가며 반응실(25)에서 배출된다. 전극(90)의 상단 둘레에 제공된 구멍(94)은 전극(90) 내의 환상 통로(95)와 연통하고, 이 환상통로는 또한 다른 세척 기체 공급관(96)과 서로 통하며 다음에 상기 공급관은 하부 전극 단자 및 세척 기체 커넥터(24)의 세척 기체 유입구(97)와 연통한다. 전극(90)은 하부 전극 단자 및 커넥터(24)로부터 튜브(96)를 통해 하브 전극(90)에 RF 에너지를 공급하는 전원(도시되지 않음)과 전기적으로 연결되어 있다. 반응실(25)의 내장 부품의 내부를 플라즈마 세척하기 위해 NF3기체와 같은 세척 기체는 각각의 전극(80, 90)에 있는 구멍(83, 94)을 통해 유입하고, 배출구(42)를 통해 배출된다.
2 개의 보조 알루미늄 배플(101, 102)은 전극(90)과 하우징(26)의 베이스 사이에 설치된다. 이 배플(101, 102)은 하우징(26)의 베이스에 위치한 스페이서 (spacer)(104)상에 수직으로 적층되어서 다수의 볼트(105)로서 스페이서에 고정된다. 상부 배플(101)은 디스크 모양이며 슬리브(93)에서 외부로 연장하여 하우징 (26)의 측벽 둘레에서 환상으로 공간(106)을 형성한다. 또한 하부 배플(102)도 디스크 모양이며, 하우징(26)의 측벽에서 내부로 연장하여 슬리브(93) 둘레에서 환상으로 공간(107)을 형성한다.
서셉터(40)는 반응실(25)내에서 반응 기체의 난류를 최소로 줄이기 위해 코너 또는 모서리가 없는 매끄러운 모양으로 된(smoothly contoured) 외측면(11O)을 가진다. 외측면(1l0)은 그의 가장 넓은 부분에서, 서셉터(40)와 챔버 하우징(26)의 측벽과의 사이에서 공간 또는 구멍을 형성한다. 구멍(111)의 수평 단면적은 전극(90)에 의해 형성된 유동로(92)의 단면적보다 크고, 다음에 상기 유동로는 배플(101)에 의해 형성된 공간(106)의 수평 면적보다 크고, 또한 이 공간(106)은 배플(102)에 의해 형성된 공간(107)의 수평 단면적 보다 크다. 이러한 면적들의 비율은 반응 기체가 반응실(25)을 통해 흐를 때 압력 구배를 만들어서, 반응실(25)을통해 단일 진공 배출구(42)로 흐르는 기체 유동에 난류를 최소로 줄이며 동시에 서셉터(40) 주위에 균일성을 제공한다. 이 흐름은 화살표(112, 113, 114, 115)로 도시되어 있다.
어떤 상황에서는, 예로서 밀봉부의 수명이 계획된 반응로 유지시간을 줄이는경우 메인 베어링(52)의 신뢰성을 높이고 수명을 연장시키기 위하여 구조를 변경시킬 필요가 있을 수 있다. 구동축(50)이 하우징(26)의 베이스를 통과하는 지점에서 구조를 변경한 예가 제 5 도에 도시되어 있다. 이러한 변경에서, 하우징(26)의 베이스는 질소 기체 유입구(117)와 질소 기체 진공 배출구(118)(점선)를 갖추고 있고, 이를 통해 질소 기체는 제 5 도에 도시한 바와 같이 서셉터 구동축(50)과 슬리브(93) 사이의 공간(120) 내부를 유동하게 된다. 유입구(117)를 통해 흐르는 질소기체는 슬리브(93)의 베이스에 위치한 구동축(50)을 둘러싸는 환상 통로(12l) 내로 분사되고, 화살표(122) 방향을 따라 슬리브(93)내의 통로(121) 위의 환상 통로(123)로 흘러 들어간 다음 배출구(118)로 빠져나간다. 유사하게도, 질소 기체는 유입구(117)로부터 통로(123) 위의 제 3 환상 공간(124)으로 흘러 들어간다. 환상 공간(124)에서 나온 기체의 일부는 화살표(125) 방향을 따라 통로(123)로 흘러가 배출구(118)에서 빠져나가고, 그 동안 환상 공간(124)에서 나온 기체의 다른 부분은 화살표(126) 방향을 따라 공간(120)내로 흘러간 다음, 화살표(127) 방향을 따라 하부 세척 전극(90)의 외부 모서리 둘레에 있는 공간 또는 구멍(92) 부근에서 반응실내로 흐른다. 화살표(127) 부근에서 질소 기체의 외향 유동은 반응 프로세스 중에 반응 기체가 공간(120) 내로 유입하는 것을 방지하고 또한 공간(120)내로 입자 및 다른 오염물이 흘러가지 않도록 방지한다.
서셉터(40)는 제 6 도 및 6b 도의 2 실시예에 도시되어 있다. 각 실시예는 적용에 따라 필요로 하는 변경된 몇 가지 모양을 포함한다. 제 6a 도는 제 6 도 또는 6b 도의 실시예 둘 다 또는 어느 하나에 나타나는 모양의 배치를 도시하는 단면도이다. 제 6 도의 실시예의 서셉터(40)는 정전기 웨이퍼 부착, 전기 절연된 웨이퍼 지지면, 이 웨이퍼 지지면의 외부 모서리 주위의 절연링, 웨이퍼 지지시에 온도 감지를 위한 RTD, 웨이퍼의 가장자리 주위의 불활성 세척 기체 및 반응실(25) 내의 압력이나 또는 그보다 약간 큰 압력에서 유지되는 서셉터 내의 불활성 기체를 이용한다. 제 6 도의 실시예의 많은 특징들은 아래에 설명한 바와 같이 텅스텐과 같은 어떤 재료의 선택 증착에 더욱 적합하다.
제 6b 도의 실시예의 서셉터(40)는 웨이퍼 진공 클램핑, 금속 웨이퍼 지지체및 이 웨이퍼 지지체의 외면 주위의 금속 스캐빈저 링, 이 웨이퍼 지지체에서 온도를 감지하는 열전대 및 반응실(25)의 압력보다 낮은 압력에서 유지되는 서셉터내의 불활성 기체를 이용한다. 제 6b 도의 실시예의 많은 특징들은 역시 아래에 설명한 바와 같이 질화 티타늄 및 텅스텐과 같은 재료의 블랭킷 증착에 적합하다.
제 6 도, 6a 도 및 6b 도의 서셉터(40)는 구동축(50)의 상단에 볼트(131)로써 장착되어 있는 얇은 외부 금속벽(130)을 갖추고 있으며, 이는 한 실시예의 서셉터 구조를 도시하고 있는 제 6 도에 더욱 잘 도시되어 있다. 벽(130)은 예로서 알루미늄과 같은 높은 열전도체로 제조되고, 서셉터의 상부에서 구동축(50)으로의 열유동을 최소화하기 위하여 얇은 단면적을 갖는다. 벽의 외면으로서 서셉터(40)의 표면 (110)을 갖는 벽(130)은, 서셉터(40)의 가열된 상부의 하향 표면(129)에서 나와 서셉터(40)의 중공 내부 공간(135)을 통해 흐르는 열을 반사시켜 열흡수를 최소로 줄이기 위하여 경면가공된 열반사율이 높은 내면(132)을 가진다. 외측면(110)은 벽(130)으로부터 열 방사를 최대로 하기 위하여 열반사율이 낮게 표면가공이 된다.
서셉터 벽(130)의 베이스에서, 이와 일체로 형성된 하향 연장 칼라(136)는 구동축(50)을 둘러싸고, 벽(130)에서부터 구동축(50)으로의 직접적인 열 전도를 감소시키기 위하여 칼라(136)와 구동축(50)과의 사이에 작은 원통형 갭(137)을 남기도록 구동축에서 이격되어 있다. 서셉터 장착 플랜지(138)는 벽(13○)과 일체로 형성되어 칼라(136)에서 내부로 돌출하여 있다. 구동축(50)의 상단부에 위치한 환상의 상향 돌출 숄더(shoulder)(140)에는 플랜지(138) 및 벽(130)이 지지되고 이에 의해 서셉터(40)를 구동축(50)으로써 회전 가능하게 지탱한다. 숄더(140)는 플랜지(138)와 함께 작은 접촉 면적을 부여하므로 그들간의 열접촉을 최소로 줄이며 또한 서셉터 벽(130)에서부터 구동축(50)으로의 열전달을 최소로 줄인다. 상향 연장 숄더(140)는 구동축(50)의 상단과 플랜지(138) 사이에 작은 갭(141)을 만들어 플랜지 (138)의 내부와 구동축(50)의 상단 사이에 직접적인 열전도를 더욱 감소시킨다.
디스크(142)를 통과하여 연장하는 볼트(131)는 구동축(50)의 상단으로 나사결합된다. 제 6 도의 실시예에서, 플랜지(138)에는 상향 연장 숄더(143)가 형성되어 있어서 플랜지(138)에서 디스크(142)를 이격시키고, 디스크와 플랜지간에 최소의 접촉 면적을 부여하여 열전도를 감소시키고 또한 플랜지(138)와 벽(13O)과 디스크 (142) 사이에 또 하나의 갭(144)을 형성하게 된다. 이러한 숄더(143)는 제 6b 도의 변경예에서는 생략되어 있다. 서셉터(40)와 구동축(50) 사이의 추가의 열절연은 필요하면, 플랜지(138)와 구동축(50) 사이에 절연 와셔 또는 스페이서와 같은 절연체층을 제공함으로써 달성될 수도 있다. 밀봉부(145)(제 6 도에서 0 링으로, 제 6a 도에서 연성 금속 밀봉부로서 도시됨)는 구동축(50)과 칼라(136)와 서셉터 벽(130)의 플랜지(138)와의 사이에서 구동축(50) 상단부의 외측면 주위에 형성된 환상 공간(146)내에 제공된다. 디스크(142)를 통해 제공되어 있는 다수의 홀(147)은 구동축(50) 내부의 공간(75)과 서셉터(40) 내부의 공간(135)을 연통시키며, 공간(135)내의 진공을 대략 130ON/m2(1OTorr)에서 유지하도록 한다.
축선(37)에서 디스크(142)의 상단으로부터 위로 돌출하는 수직 허브부(49)는중공의 리프트 로드(hol1ow lift rod)(62)의 상단부가 관통하여 연장하는 내부 홀을 갖는다.
서셉터(40)의 상부는 상부 디스크(15l) 및 하부 디스크(152)로 구성된 한 쌍의 디스크로서 형성된 웨이퍼 지지체(150)를 포함한다.
제 6 도의 실시예에서, 하부 디스크(152)는 그 외측 모서리에서 서셉터 벽 (130)과 일체로 형성된 내향 연장 지지 플랜지(153)상에서 지탱되고, 이 플랜지의 상부면에서는 환상 채널(154)을 가지며, 이 채널은 디스크(152)의 외부림과 벽 (130)과의 사이에 형성된 환상 공간(156)과 공간(135)을 격리시키기 위해 밀봉부 (155)를 수용한다. 이 실시예에서 공간(156)은 원주상으로 이격된 한 세트의 도관 (157)을 통해 헬륨 공급관(158)과 연통하는 헬륨 분배 채널이며, 상기 헬륨 공급관은 방사상으로 연장하여 허브(149)의 상단면 위에서 튜브(62)의 상단부와 기계적으로 연결된다. 이러한 배치에 따라, 헬륨 기체는 튜브(62)를 통해 위로 흐르며 공급관(158)을 통과하여 도관(157)을 지나 채널(156)로 흘러 들어간다. 공급관(158)은 외측 단부가 플랜지(153)에 관하여 고정되어 있는 동안에 벽(130)에 관하여 리프트 튜브(62)의 수직 운동을 허용하도록 가요성 중간부(159)를 가진다. 이 헬륨 기체는 갭(166) 바로 위에서 흐르는 반응 기체의 압력과 동일하거나 또는 그보다 약간 큰 압력을 만들기 위하여 독립적으로 조절되는 압력에서 유지된다.
또한 제 6 도의 실시예에서, 상부 디스크(151)는 하부 디스크(152)의 상단에서 지지되고, 그 위에 상부 웨이퍼 지지면(160)을 가지며, 이 웨이퍼 지지면은 서셉터 상부면(44)의 일부를 형성하고, 그 나머지 부분은 환상 서셉터 립부재(162)의 상부면(161)으로 형성되어 있다. 제 4b 도 및 6 도에 도시한 바와 같이, 립부재(162)는 서셉터 벽(130)의 상단에 볼트(163)로써 조여진다. 립부재(162)는, 웨이퍼(165)가 지지면(160)에 지지되어 있을 때 립부재의 상부면(161)이 웨이퍼(165)의 상부면(164)과 동일한 수평면상에 놓이게 되는 그러한 형상을 갖는다. 웨이퍼(165)의 주변에 있는 작은 환상 갭(166)은 웨이퍼의 열팽창 및 웨이퍼 직경의 허용오차를 허용하기 위하여 립부재(162)와 웨이퍼(165) 사이에 충분한 틈을 제공한다. 따라서 웨이퍼(165)에 대한 립부재(162)의 관계는 웨이퍼(165)의 표면과 서셉터(40)의 상부면(44)을 가로지르는 기체 유동에서 난류를 회피하게 만든다.
제 6 도의 실시예에서, 디스크(151)는 하부 디스크(152)의 상단에 있는 채널 (172)내의 밀봉부(171)상에 착석하고, 다른 밀봉부(173)는 립부재(162)와 서셉터 벽(130) 사이에서 서셉터 벽(130)의 상단부에 위치한 채널(174)내에 제공된다.
제 6 도의 실시예의 서셉터에서, 서셉터 벽(130)과 립부재(162)를 관통하는 원형 배치된 도관(175)은 립부재(162) 아래의 상부 디스크(151)를 둘러싸는 주변 채널(176)과 헬륨 채널(156) 사이를 연통시킨다. 이 실시예는 환상 공간(156)에서부터 도관(175) 및 채널(176)을 통과하여 웨이퍼(165)의 주번에 있는 갭(166)을 통해 외부로 흐르는 헬륨 기체의 경로를 제공하여 반응 기체가 웨이퍼(165)의 주변에 있는 갭(166)으로 흐르지 않도록 방지하고 또한 반응 기체가 웨이퍼(165)의 상부면 및 립부재(162)의 상부면(161)을 가로지르며 외부로 원활하게 유동하도록 만든다. 립부재 (162)의 외측 모서리(178)는 등글게 되어 있어서 기체가 서셉터(40)의 모서리 주위로 흐를 때 난류를 더욱 회피하도록 되어 있다.
텅스텐의 블랭킷 증착과 같은 사용에 대해서, 지지체(150) 및 립부재(162)는바람직하게도 NF3로 플라즈마 세척하는 동안 다른 금속보다는 스퍼터링에 더욱 잘견디는 모넬(Monel)로 제조되어 있다. 그러한 프로세스에서, 립부재(162)는 사용되지 않은 반응 기체를 위한 스캐빈저로서 사용된다. 선택 증착 프로세스에 대해, 디스크(151) 및 립부재(162)는 증착해야 할 텅스텐이 핵을 형성하지 않는 재료로 제조되는데, 왜냐하면 웨이퍼에 인접한 서셉터 표면에서의 그 재료의 핵형성이 그 표면 부근에서 막을 블랭킷 형태로 웨이퍼에 증착시키는 원인이 되기 때문이다.
제 6 도의 실시예의 서셉터는 선택 텅스텐 증착 프로세스에 적합한 모양을 포함한다. 이 실시예의 디스크(151, 152)는 지지체상에서의 핵형성을 방지하기 위해 또한 서셉터에 웨이퍼의 정전기 부착을 위한 전하를 원조하기 위하여 그래파이트 (graphite)와 같은 절연체로 제조된다. 선택 증착에 대해서, 이 증착은 13N/m2(1Torr) 이하의 압력에서 프로세스를 작동시키는 것을 자주 필요로 하기 때문에, 진공 클램핑이 효과적이지 못할 것이다. 또한 진공 클램핑을 하지 않기 때문에 캐버티 (176)내로 헬륨을 더욱 효과적으로 분사시킴으로써 제공되는 가장자리 세척 특징을 만들게 되고, 따라서 정교한 밀봉 기술이 없어도 이러한 특징은 헬륨 기체를 웨이퍼 아래로 흐르게 하여 웨이퍼의 진공 클램핑에 필요한 차압을 중화시킬 수도 있으며 또는 웨이퍼 아래와 서셉터 내부의 공간(135)내로 반응 기체의 유동을 용이하게 하는 역효과를 가질 수도 있다.
제 6 도의 실시예에서, 다수의, 바람직하게는 3 개의 리프트 핀(184)이 제공되어 있는데, 각각의 핀은 서셉터(40)의 디스크(151, 152)를 통과하는 홀(181)에서미끄럼 이동이 가능하다. 홀(181)은 핀(184)을 미끄럼 이동시키는데 필요한 것보다 크지 않고, 그렇지 않으면 웨이퍼의 후면과 서셉터 내부의 공간(135) 사이에서 이 홀(181)을 통해 흐르는 기체의 흐름을 최소로 줄이는데 필요로 하는 것보다 더 크지 않다.
제 6b 도의 실시예의 서셉터 모양은 블랭킷 텅스텐의 증착에 더욱 적합하고, 이에 따라 서셉터(40)의 나머지 구조는 이 모양의 실시예와 관련하여 설명될 것이다.
제 6b 도에서 디스크(151, 152)는 모넬과 같은 재료로 제조될 수 있다. 선택 사항으로서, 디스크(151) 내에는 필요하면 디스크(151)와 웨이퍼(165)간에 기체의 열전도를 위해 웨이퍼(165)의 후면을 가로지르는 헬륨 기체를 분배하기 위하여 덕트(180)(일점 쇄선으로 도시됨)를 설치할 수 있다. 이러한 덕트(180)는 웨이퍼(165)의 테 주위에서 가장자리 공간(166)으로부터 멀리 떨어져 있으므로 웨이퍼 후방의 공간 안으로 향하는 반응 기체의 흐름이 이에 의해 강화되지는 않는다.
덕트(180)는 제 7 도에 도시한 바와 같이 디스크(151)의 상부면에서 홈(groove)의 형태로 되어 있다. 이 덕트는 120°로 이격된 3 세트의 방사상 홈에 의해 서로 연결되는 3 개의 동심의 원형 홈(180a, 180b, 180c)을 포함하고, 또한 서셉터의 축선(37) 상에서 연결되며 가장 안쪽의 원형 홈(180a)까지 연장하는 홈(181a)과, 상기 원형 홈(180a)과 원형 홈(180b) 중에서의 중간 홈과 각각의 홀(182)을 연결시키는 방사상 홈(181b)과, 상기 원형 홈(180b)을 가장 바깥쪽의 원형 홈(180c)과 연결시키는 방사상 홈(181c)을 포함한다.
웨이퍼(165)의 후면에 있는 기체는 과대한 크기의 수직 홀(182)을 거쳐 반응실(25) 내의 압력보다 낮은 압력에서 유지되고, 상기 홀은 제 6 도의 실시예와는 달리, 리프트 핀(184)을 느슨하게 끼우며 따라서 웨이퍼(165)의 후면과 서셉터(40)내의 공간(135)을 연통시켜서 웨이퍼(165)를 지지면(160)에 진공 클램핑시킨다. 공간(135)을 채우는 헬륨 기체는, 이 공간(135)과 구동축(50) 상단의 공간(75)과를연통시키는 디스크(142)내의 홀(147)을 통해 개별적으로 조절되는 압력에서 유지되는 헬륨이다. 헬륨은 짧은 튜브(158a)를 통해 제 6b 도의 실시예와 같이 공간(135)내로 공급된다. 진공 클램핑 압력은 약 130ON/m2(1OTorr)에서 공간(135)내에 유지될 수 있으며, 블랭킷 텅스텐 CVD 프로세스에 대해서는 웨이퍼(165) 위에서 반응실 (25)의 반응 공간내의 반응 압력은 대략 6500 내지 680ON/m2(50 내지 60Torr)이다.
13 내지 650N/m2(0.1 내지 5.0Torr)에서 수행될 수 있는 선택 텅스텐 CVD와같은 프로세스에서, 웨이퍼의 진공 클램핑 이외에 제 6 도의 실시예에 도시한 바와 같이 정전기 부착과 같은 다른 부착 수단이 바람직하지만, 웨이퍼와 디스그(151)간의 열전달을 강화하기 위하여 약간의 헬륨이 웨이퍼 뒤에서 반응실 압력이나 또는 그보다 약간 높은 압력으로서 여전히 제공되어야 한다.
제 6b 도의 실시예에서, 상부 디스크(151)는 서셉터 벽(130)의 상단을 거쳐연장하여 홈에 들어간 볼트(168)에 의해 직접 벽에 결합되며, 디스크(151)와 서셉터 벽(130) 사이에서 연성 금속의 평평한 밀봉부(169)를 압착한다. 립부재(162)의 변경된 형태의 립(170)은 디스크(151)의 상단에 있는 구멍에 나사머리를 넣고 볼트 (168)를 덮어씌우며, 웨이퍼(44)의 상부면(164)과 서셉터 벽(130)의 외측면(110)이연속면을 형성하도록 평평하게 장착시킴으로써 부착된다. 이러한 형태의 립(170)은 모넬과 같은 금속 재료로 제조될 때 가장 적절하다.
제 6 도 및 6b 도의 양 실시예의 서셉터에서, 공급관(158) 위에서와 디스크 (142)의 허브 또는 부싱(149) 바로 위에 있는 리프트 튜브(62)의 상단에 장착되어 있는 수평 테이블(183)은 리프트 튜브(62)와 함께 상하 이동한다. 테이블 (183)의 주변에서부터 홀(181(제 6 도) 또는 182(제 6b 도))을 통과하여 위로 연장하는 다수의 바람직하게는 3 개의 리프트 핀(184)은 상승하였을 때 웨이퍼(165)의 저면과 접촉하여 지지면(160)에서 웨이퍼를 들어올리며 또는 홀(181 또는 182)(제 6 도 및 6b 도에 도시된 위치)내에서 하강하여 웨이퍼(165)를 지지면 (160)상에 내려놓는 다. 테이블(183)의 상향 위치에서, 웨이퍼(165)는 게이트 포트(43)(제 4 도)를 통해 반응실의 내부 및 외부로 전달 가능한 위치에 있을 것이며, 테이블(183)의 하향위치에서 웨이퍼(165)는 지지면(160)상에 내려가서 처리되기 위한 위치에 있게 된다.
또한 제 6 도 및 6b 도의 양 실시예의 서셉터에서, 디스크(151, 152) 사이에장착되어 있는 저항 가열기(185)는 내부 원형 요소(186), 중간 환상 요소(187) 및 외부 환상 요소(188)를 포함하고, 상기 각 요소는 웨이퍼 지지체(150)에 있는 여러반경 지점에서 개별적으로 제어 가능한 다수의 가열기 영역을 제공한다. 제 6 도의 실시예에서, 각각의 영역에는 요소(186, 187, 188)에 의해 가열되는 영역에 각각 해당하는 RTD 또는 열전대 형식의 온도 감지기(191, 192, 193)를 제공한다. 각각의 요소는 스프링 장전식 전기 접점 조립체(195)(제 6 도에는 중간 요소(187)에 관하여 하나만 도시됨)를 갖추고 있다. 2 개의 접점이 가열 요소(186, 187, 188)의 각각에 대해 제공된다. 상기 요소들과 감지기(191, 192, 193)를 위한 전기 전도체(198)는 구동축(50)을 통해 아래로 연장하여 슬립링(55)(제 2 도)을 거쳐 전원 및 제어 회로부와 전기적으로 접속하게 된다.
제 6b 도의 실시예에서, 열전대 방식의 3 개의 온도 감지기(189)(제 6b 도에서는 하나만 도시됨)는 가열기(186, 187, 188)의 홀을 통과하여 디스크(151)의 후면에 있는 홈까지 연장하며 가열기 영역의 각각을 직접 덮어씌운다. 이러한 열전대에서 감지한 것은 가열기 제어기(도시안됨)로 복귀하여 디스크(151)에서 균일한 온도를 유지한다. 각각의 감지기(189)는 공간(135) 내에서 벽(130)에 있는 브래킷에 장착된 커넥터(190)에서 구동축(150)의 도선을 통해 제어기와 연결된다. 가열기 단자의 전기 커넥터(196)는 제 6b 도의 실시예에서 양호한 형태로서 하부 디스크(152)의 하부면(129)내에 오목하게 들어가며, 세라믹 나사(194)에 의해 리드(198)와 연결된다.
제 6 도 및 6b 도에 도시된 조립체 전체는 슬리브(93)를 제외하고는 500 내지 150ORPM 으로 회전하여 상부면(164) 위에서 경계층의 두께를 최소로 줄이며, 프로세스 기체가 웨이퍼에 더욱 빨리 도달할 수 있게 하고 CVD 프로세스에서 나온 부산물을 웨이퍼 상부면(164)에 더욱 쉽게 빠져나갈 수 있게 한다. 이러한 흐름은 제 4 도에서 화살표(78, 197)로 도시되어 있다. 그러한 흐름은 웨이퍼(165)의 상부면(164)을 횡단할 때 축선(37)의 중심(198)에서 정체점을 형성한다. 립부재 (162)는 텅스텐이 핵형성하는 재료로 제조되어 블랭킷 증착 프로세스에서 텅스텐 헥사플루오라이드와 같은 사용되지 않은 반응 기체를 위해 스캐빈저로서의 역할을 하며, 이에 의해 반응실(25)로부터 배출되는 텅스텐 헥사플루오라이드의 양을 최소로 줄이는 실제로 상향 영역의 상부면(161)을 갖추고 있다. 상기 립부재(162)는 제거 가능하며, 또한 크기가 다른 웨이퍼(165)를 수용하기 위해 내경이 다른 내향 연장부(167)를 갖는 립으로 대체될 수 있다.
제 6c 도는 제 6 도 및 6b 도의 서셉터와는 다른 변경예를 도시한다. 제 6c
도의 실시예는 약간 변경함에도 불구하고 여러 가지 면에서 제 6b 도와 유사하고, 또한 제 6 도의 실시예의 웨이퍼 모서리 세척 특징을 변경한 형태를 포함한다. 제 8 도에 도시한 바와 같이, 제 6c 도의 실시예는 제 6b 도의 홈(180a, 18Ob, 181a, 181b)을 포함한다. 그러나 홈(181c)은 제거되어 있고, 홈(180c)은 웨이퍼(165)의 모서리 또는 테의 안쪽 위치에서만 제 6 도의 환상 홈 또는 채널(176)을 기능상 대신하고 있다. 제 6c 도의 실시예에서 상기 홈(181c)은 공급관 (158)에 의하여 튜브 (62)의 보어(72)로부터 개별적으로 조절된 기체원과 연결되고, 이 공급관은 각각 한쌍의 단단한 튜브(158a)를 거쳐 구멍이 뚫린 플러그가 갖는 각 쌍의 포트(158b) 및 방사상으로 위치한 각쌍의 포트(158c)와 연통한다. 상기 가치는 예로서 홈(180a, 180b, 181a, 181b)내의 압력 통상 1300N/m2(10Torr) 보다 낮은 대략 65 내지 130N/m2(0.5 내지 1.0Torr) 이상인 반응실(25)내의 압력보다 약간 높은 압력에서 공급된다. 이 기체는 헬륨과 같은 불활성 기체이거나 또는, CVD 프로세스에서 텅스텐이 도포되어 있는 경우 NF3와 같이 웨이퍼(165)와 립(162 또는 170) 사이의 공간 (166)에서 형성할 수도 있는 침전물을 세척하게 될 반응 기체일 수도 있다.
추가로, 웨이퍼 표면에서 반응 기체의 최적 흐름은 기체 샤워헤드(35)와 서셉터(40)간의 틈을 변경시킴으로써 달성된다. 이를 위한 장치는 반응로 하우징(26)의 상단 모서리와 챔버 커버(27)(제 2 도)와의 사이에 스페이서 링(199)과 같은 스페이서 링을 하나이상 부가함으로써 만들어진다.
반도체 실리콘 웨이퍼에의 텅스텐의 블랭킷 및 선택 증착에 대해 위에서 설명한 모듈(10)의 작동은 본원과 동일자로 출원되고 참조로 합체되어 있는, 발명의 명칭이, "패턴된 웨이퍼 기판에의 막의 화학 증기 증착(CVD) 방뱝"으로서 로버트 에프. 포스터(Robert F. Foster) 및 헬렌 이. 레벤(Helen E. Rebenne)씨의 계류중인 특허출원에 상세히 기술되어 있다.
본 발명의 상기 실시예들은 CVD 방식의 프로세서에 관한 것이지만, 본 회전디스크 서셉터, 기체 유동, 온도 유지 및 본 발명의 기타 특징들은 다른 형식의 프로세스 특히, 웨이퍼 표면에서 증기 물질의 신속하고 균일한 수송을 필요로 하는 프로세스와 관련하여 유용하게 사용될 수 있다. 예로서, 질화 티타늄막의 증착과 관련하여 탈가스화 프로세스(degassing process)는 TiN 증착전에 별개의 모듈에서 수행되는 것이 바람직하다. 그러한 프로세스에서, 예를 들어 TiN 프로세스전에 웨이퍼상에 증착된 포스포실리케이트 유리(PSG: phosphosilicate glass) 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG: borophosphosilicate glass) 막내에 흡수되듯이 웨이퍼 내에 흡수된 물은 웨이퍼를 가열시킴으로써 제거된다. 또한 TiN 막 증착에 이어서 염소 (chlorine)는 개별 모듈에서 어닐링 프로세스에 의해 제거될 수 있다. 그러한 프로세스에서, 전술한 바와 같이 독립적으로 제공된 처리 모듈은 예로서 예열 또는 탈가스화 프로세스의 실행시에 아르곤 또는 질소 기체와 함께 사용될 수 있고, 반면에 한번 더 제공된 유사 모듈은 예로서 450℃와 800℃ 사이의 웨이퍼 온도로서 어닐링 프로세스를 실행할 때 암모니아와 함께 사용될 수 있다. 양쪽 적용에서, 그러한 모듈은 CVD 프로세스에서 하던 것과 같이 기판에 재료가 첨가되는 대신에 기판에서 재료를 제거하는 것을 제외하면, 전술한 CVD 모듈과 동일한 기능을 할 것이다. 그럼에도 불구하고 본 발명의 회전 디스크 및 기타 특징의 이점은 그러한 프로세스에 적용된다. 이러한 이점은 서셉터의 회전에 의해 얇아지는 균일한 경계층을 포함하고, 다음에 물 또는 염소 제거 속도를 더 빠르게 하고 웨이퍼 표면을 가로지르는 더욱 균일한 제거 속도를 만든다. 게다가, 기체의 방사상 외향 흐름은 웨이퍼의 표면에서 물, 염소 또는 기타 물질의 세척에 기여하고, 제거 효율을 강화시킨다. 이것은 제거된 물질이 웨이퍼 표면에 재증착되지 않도록 방지한다.
탈가스화 및 어닐링 모듈에 본 발명의 원리를 적용할 때, 상술한 실시예에서 CVD 적용에 필요로 하는 구조 모두를 필요로 하는 것은 아니다. 예를 들면, RF 세척 전극(80, 90)은 전원 접속부 및 전원과 마찬가지로 제거될 수도 있다. 게다가, 반응실(25)의 하단에는 보통 하나의 배플이면 충분하다. 기체 공급원 및 관련 장비의 개수도 적용에 필요로 하는 대로 제한될 수도 있다. 또한 그러한 프로세스가 기본적으로 열처리 프로세스이기 때문에 챔버 하우징(26)은 외부로부터 절연되는것이 바람직하다.
상기 실시예에서 설명한 회전 서셉터로서 최적의 처리 균일성을 달성하기 위하여, 프로세스는 회전 속도가 지시한 상태하에서 작동되어야 한다. CVD 적용시에 이러한 최적화는 막의 균일성 또는 성질을 희생시키지 않고 최고의 증착률 및 반응제 변환을 달성할 것이다. 이러한 상태를 만들기 위하여, 서셉터 표면에서 방사상 외부로 흐르는 기체의 총질량 유량은 샤워헤드로부터 서셉터 표면을 향해 축선을 따라 흐르며 부딪치는 기체의 동일한 질량 유량에 의해 조화를 이루게 된다. 하향유량은 유입 기체의 분사 속도에 의해 공급 및 제어된다. 유입 기체 유량이 너무 작으면, 서셉터는 유체를 더 많이 원하게 되고, 반면에 유입 기체 유량이 너무 많으면 서셉터 표면 부근에서 유체가 역류하게 된다. 어느 경우에서도 속도 프로필은 서셉터 표면 부근에 균일한 경계층 두께를 부여하는 적절한 형상이 되지 않을것이며 따라서 회전 이득이 완전하게 실현되지 않을 것이다. 주어진 온도, 압력, 유입 기체 구성 및 서셉터 회전 속도에서, 하나의 유입 기체 유량 또는 유입 기체 유량의 좁은 범위가 최적의 작동을 부여한다. 이러한 유량은 보통 상태들의 주어진 세트에 대해 "조화 유량(matched flow rate)"으로서 언급된다. 상태들은 각 프로세스와 각 반응로에 대해 이론적으로 또는 실험에 의해 결정될 수 있으며, 바람직하게는 먼저 이론을 세운 다음에 실험으로 검증하거나 양호하게 조절시키는 것이다. 블랭킷 및 선택 텅스텐 증착에 대해 유입 기체 유량은 대체로 전술한 온도, 압력, 기체 구성 및 회전 속도에 관하여 0.5slpm 내지 5.0slpm 의 범위 내에 들어갈 것이다. 예를 들면, 블랭킷 텅스텐 증착을 위해서는, 425℃, 80Torr 및 750RPm 에 대해서 총유량 2.1slpm 에서 WF60.1slpm 과 H22.0slpm 이 바람직한 것으로 알려졌다. 선택 텅스텐 CVD를 위해서는, 280℃, 5Torr 및 250RPm 에 대해서 총유량 3.0slpm 에서 SiH4는 0.1slpm, WF6는 0.15slpm, H2는 2.75slpm 이 바람직한 것으로 알려졌다. 일반적으로 온도, 회전 속도 또는 점성이 증가될 때 유량은 증가되어야 하고, 또는 압력이 감소되고 다른 변수가 일정하게 유지될 때 유량이 증가되어야 한다.
본 발명의 양호한 실시예에 대해 상세히 설명하였는데, 기술에 숙련된 자는본 발명의 원리를 벗어나지 않고 변경 및 수정이 가능함을 이해할 것이다. 본 발명의 원리는 CVD에 가장 유용하고 다른 웨이퍼 처리 분야 특히, 기체에서 웨이퍼에 전달되거나 또는 웨이퍼에서 기체에 전달되어야 하는 재료의 적용 분야에 유용한 여러 가지 개념을 포함한다. 전술한 실시예의 반응로의 다양한 세부 사항은 설계시 변경될 수 있고 동일 구조에 조합될 수도 있다. 예로서 하부 플라즈마 전극은 배플을 구성하는 구조체와 결합된 것으로 기술되었다. 유사한 방식으로, 양호한 실시예에서 별개의 구조체로서 제공된 상부 플라즈마 전극은 샤워헤드와 결합하거나 또는 합체시킬 수도 있다. 따라서 본 발명의 요지는 청구 범위에 의해서만 제한을 받게 된다.

Claims (50)

  1. 웨이퍼와 정상 흐름 프로세스 기체 사이에 재료를 전달하기 위해 반도체 웨이퍼에서 온도 제어식 프로세스를 실시하는 방법에 있어서,
    밀봉 용기의 내부공간에서 서셉터의 원형 웨이퍼 지지면에 원형 반도체 웨이퍼를 동심원상에서 보유하며 13N/m2내지 13kN/m2(O.1 내지 1OOTorr) 사이로 공간을진공화시키는 단계와, 축선 주위에 균일하게 분배하도록 서셉터상의 웨이퍼를 향해축선에 평행하게 프로세스 기체를 지향시키는 단계와, 축선 및 서셉터 주위에서 균일하게 공간으로부터 배출 오리피스 수단에 의해 기체를 배출시키는 단계와, 웨이퍼의 중심에 대해 수직인 축선상에서 이 축선을 중심으로 서셉터를 회전시키며 이에 의해 프로세스 기체가 웨이퍼 중심에 있는 정체점에서부터 웨이퍼 부근에서의 경계층 만큼 떨어져서 방사상 외부로 흘러가도록 만드는 회전 단계와, 서셉터상의 웨이퍼를 가열함으로써 이 프로세스를 발생시키기에 효과적인 처리 온도를 250 내지 550℃ 로 유지하는 단계를 구비하고, 여기서 웨이퍼는 프로세스 기체와 웨이퍼간의 재료의 전달을 용이하게 하기 위하여 웨이퍼에 바로 인접한 경계층을 얇게 만들 정도로 충분히 빠른 200 내지 2000RPM 범위의 회전 속도에서 회전하는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 기체 지향 단계는 프로세스 기체를 기체 분배실내로 주입하는단계와, 상기 프로세스 기체를 축선에 대하여 평행하게 균일한 샤워 형태로 또한 축선 주위에 균일한 분포로 상기 기체 분배실로부터 서셉터상의 웨이퍼로 향하게 하는 지향 단계를 포함하며,
    상기 배출 단계는 혼합실로부터 서셉터에 대향하여 축선 주위에 균일하게 분포된 배출 오리피스 수단으로부터 프로세스 기체를 배출시키는 단계를 포함하고,
    따라서, 프로세스 기체는 혼합실로부터 축선에 평행하게 흐르고, 다음에는 축선에 대하여 수직하게 웨이퍼로부터 경계층에 대향하여 축선으로부터 방사상 외부로 흐르고, 다음에는 서셉터 주위에서 균일하게 오리피스 수단을 향하여 축선에 대하여 평행하게 흐르는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    온도 제어식 CVD 프로세스에 의해 웨이퍼의 표면에 코팅을 적용하기 위한 반도체 웨이퍼상에서 온도 제어식 프로세스를 실시하는 방법으로서,
    상기 프로세스 기체는 250 내지 550℃ 범위의 반응 온도에서 웨이퍼와 밀접한 접촉 상태로 유지될 때 웨이퍼상에 반응하여 증착될 적어도 하나의 물질을 함유하는 적어도 하나의 반응기체를 포함하고, 그리고 상기 반응온도 이하의 비반응 온도에서 웨이퍼로 향하며;
    상기 처리 온도 유지 단계는 서셉터상의 웨이퍼를 250 내지 550℃ 범위의 반응 온도로 유지하는 단계를 포함하고;
    상기 웨이퍼는 재료를 반응 기체로부터 웨이퍼로 이송시키고 또한 반응 부산물을 웨이퍼로부터 외향으로 흐르는 프로세스 기체로 이송시키기 위해 웨이퍼에 바로 인접한 경계층을 얇게 하기에 충분히 높은 200 내지 200ORPM 범위의 회전 속도로 회전하는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세스 기체 지향 단계는 다수의 기체중 하나는 반응기체인 다수의 기체를 분배실내에서 비반응 온도로 유지하는 동안에 분배실내에서 상기 다수의 기체를 혼합시키는 단계와, 상기 혼합된 기체를 축선에 대하여 평행한 균일한 샤워형태로 또한 축선 주위에 균일한 분포로 서셉터상의 웨이퍼로 향하게 하는 지향 단계를 포함하며,
    상기 배출 단계는 혼합실로부터 서셉터에 대향하여 축선 주위에 균일하게 분포된 배출 오리피스 수단으로부터 기체를 배출시키는 배출 단계를 포함하고,
    따라서, 프로세스 기체는 혼합실로부터 축선에 평행하게 흐르고, 다음에는 축선에 대하여 수직하게 웨이퍼로부터 경계층에 대향하여 축선으로부터 방사상 외부로 흐르고, 다음에는 서셉터 주위에서 균일하게 오리피스 수단을 향하여 축선에 대하여 평행하게 흐르며,
    상기 용기의 벽은 비반응 온도로 유지되는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 세척 기체의 흐름을 축선에 평행하게 서셉터로 향하도륵 지향시키는 단계와, 세척 기체의 플라즈마를 발생시키기 위해 세척 기체에 전기 에너지를 공급하는 단계와, 플라즈마가 발생되는 동안에 서셉터를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼로부터 수증기를 제거하기 위해 반도체 웨이퍼상에서 온도 제어식 프로세스를 실시하는 방법에서,
    상기 프로세스 기체는 비반응 기체이고, 웨이퍼의 온도는 악 450℃와 800℃사이에서 유지되고, 상기 웨이퍼는 수증기를 웨이퍼로부터 외향으로 흐르는 프로세스 기체로 이송시키기 위해 웨이퍼에 바로 인접한 경계층을 얇게 하기에 충분히 높은 200 내지 2000RPM 범위의 회전 속도로 회전하는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼상의 질화티타늄 막으로부터 염소를 제거하기 위해 반도체 웨이퍼상에서 온도 제어식 프로세스를 실시하는 방법에서,
    상기 프로세스 기체는 화학반응에 의해 염소를 끌어당기는 경향이 있는 암모니아이고, 웨이퍼의 온도는 약 450℃와 800℃ 사이에서 유지되고, 상기 웨이퍼의 회전속도는 염소를 웨이퍼로부터 외향으로 흐르는 프로세스 기체로 이송시키기 위해 웨이퍼에 바로 인접한 경계층을 얇게 하기에 충분히 높은 200 내지 200ORPM 범위에서 회전하는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지체는 그 상부에 웨이퍼를 지지한 상태로 위를 바라보고, 상기 프로세스 기체는 아래로 웨이퍼로 향하며, 정체점으로부터 외향으로 수평으로 흐르고, 상기 공간으로부터 서셉터 주위로 균일하게 흐르는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전속도는 500과 1500RPM 사이에 있는 온도 제어식 프로세스 실시 방법.
  10. 반도체 웨이퍼의 처리 장치에 있어서,
    내부 공간을 둘러싸고, 상기 공간을 진공압력 수준으로 유지하기 위한 배출수단을 갖는 밀봉된 용기와;
    축선에 대해서 회전하기 위해 용기의 내부 공간내의 처리 공간내에서 지지되며 축선에 대해 수직인 웨이퍼 지지면을 갖는 서셉터와;
    상기 내부 공간내에 배치된 기체 분배실과;
    상기 분배실로 적어도 하나의 프로세스 기체를 공급하는 수단과;
    비처리 온도에서 분배실로부터 축선에 평행하게 처리 공간내로 서섭터의 웨이퍼 지지면으로 향하여 수직으로 프로세스 기체의 흐름을 지향시키기 위해, 웨이퍼 지지면에 평행하게 배치되고 축선상에 중심이 있으며 웨이퍼 지지면으로부터 이격된 샤워 헤드 수단과;
    상기 서셉터에 의해 운반되며, 웨이퍼의 표면이 샤워 헤드 수단에 면한 상태에서 처리를 위해 축선상에 중심이 있는 지지면에 웨이퍼를 보유하는 수단과;
    상기 지지면에 유지된 웨이퍼의 온도를 처리 온도로 제어하는 수단과;
    웨이퍼의 표면에 인접하게 경계층을 발생시키며 상기 프로세스 기체가 웨이퍼의 중심에서 축선상의 정체점으로부터 방사상 외향으로 흐르도록 하는 회전 속도로 축선상의 서셉터를 회전시키고 따라서 서셉터의 중심에서 서셉터에 유지된 웨이퍼를 회전시키는 구동 수단을 포함하고,
    상기 구동 수단은 프로세스 기체가 경계층을 통하여 웨이퍼의 표면으로 흐르 게 하고 또한 프로세스 생성물이 웨이퍼의 표면에서부터 떨어지도록 하기 위해 웨이퍼 표면에 바로 인접한 경계층을 충분히 얇게 하기에 충분히 높은 회전 속도로 서셉터를 회전시키도록 배치된 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    온도 제어식 CVD 반응에서 증착된 막으로 반도체 웨이퍼를 코팅하기 위해 CVD 반응 공정을 수행하기 위한 반도체 웨이퍼의 처리장치에서,
    상기 기체 공급 수단은 코팅물질을 함유하는 적어도 하나의 반응 기체를 기체 분배실로 공급하고,
    상기 기체 분배실은 그 안의 기체를 비반응 온도로 유지하기 위한 온도 유지수단을 가지며,
    상기 온도 제어 수단은 코팅 물질을 기판상에 막으로서 증착시키는 온도 제어식 CVD 반응을 발생시키는 반응 온도로 지지면상에 유지된 웨이퍼를 가열하며,
    상기 프로세스 생성물은 CVD 반응에서 증착되지 않은 부산물(byproducts)인반도체 웨이퍼의 처리장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공급 수단은 텅스텐 헥사플루오라이드 반응 기체의 공급원(source)과 환원 반응기체의 공급원과, 상기 텅스텐 헥사플루오라이드 반응기체를 분배실로 공급하는 수단과, 상기 환원 반응기체를 반응실로 공급하는 수단을 포함하며,
    상기 반응온도는 효율적으로 반응기체를 반응시켜서 텅스텐막을 웨어퍼상에증착하도록 만들며,
    상기 생성물은 가열된 웨이퍼에 의해 발생된 텅스텐 헥사플루오라이드 환원반응으로부터 나오는 생성물인 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 온도 제어 수단은 지지면에 유지된 웨이퍼를 250℃와 550℃ 사이의 제어된 반응 온도로 가열하는 수단을 포함하고,
    상기 구동 수단의 회전 속도는 500RPM과 1150RPM 사이에 있으며,
    상기 공급 수단은 반응기체를 0.5 내지 5.0slpm의 유량으로 공급하며,
    상기 배출 수단은 반응기체가 온도 제어식 CVD 반응중에 공급되는 동안에 상기 공간을 l3N/m2와 13kN/m2(O.1Torr와 1OOTorr) 사이의 진공압력 수준으로 효율적으로 유지하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면으로부터 바람직하지 않은 재료를 제거하기 위한 반도체웨이퍼의 처리 장치에서,
    상기 프로세스 기체 공급 수단은 처리 온도와 진공 압력 수준에서 바람직하지 않은 재료가 이동해 들어가는 선택된 형태의 프로세스 기체 공급원을 포함하고,
    처리 온도는 처리전에 웨이퍼의 표면에 존재하는 바람직하지 않은 재료가 선택된 프로세스 기체에 인접할 때에 웨이퍼 표면으로부터 선택된 프로세스 기체내로이동하는 온도이며,
    온도 제어 수단은 지지면상에 유지된 웨이퍼를 처리 온도로 가열하는 수단을포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 축선상에 놓이고 서셉터를 구동 수단상에 지지하는 회전 서셉터축과, 서셉터의 웨이퍼 지지면으로부터 떨어진 거리보다 샤워헤드 수단으로부터 더 멀리 떨어진 축방향으로 이격된 용기내의 기체 배출구와, 처리 공간내에서 난류를 발생시키지 않고 배출구를 통해 배출시키기 위해 배출구와 서셉터의 웨이퍼 지지면 사이에 축방향으로 배치되고 상기 서셉터축을 둘러싸는 배플 수단을 추가로 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배플수단은 서셉터축의 주위에 환상 통로를 각각 한정하는 다수의 축방향으로 이격된 배플을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리장치.
  17. 제 16 항 있어서,
    상기 통로는 배출구에 접근할수록 감소하는 단면적을 갖는 반도체 웨이퍼의 처리장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 서셉터는 처리 공간내의 기체 흐름의 난류를 최소화하기 위해 코너 또는 모서리가 없는 매끄러운 형상의(smoothly contoured) 외부벽을 갖는 반도체 웨이퍼의 처리장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 처리공간은 용기 하우징으로 둘러싸이고, 서셉터의 벽 수단은 배플에 의해 한정된 통로의 단면적보다 큰 단면적을 갖는 통로를 벽수단과 하우징 사이에 형성하기 위해 하우징으로부터 이격된 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  20. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 공간내에 한 쌍의 플라즈마 발생 전극을 추가로 포함하며, 적어도 한 전극은 샤웨헤드 수단과 배출 수단 사이에 위치하고 또한 처리 공간내에서 아래 로 흐르는 반응 기체에서 난류를 일으키지 않도록 매끄러운 전이부(transition)를 나타내는 곡선을 이루며 절두 원추형 표면을 갖는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    적어도 하나의 전극은 용기의 내부 부품의 플라즈마 세척을 수행하기 위하여 전극 내부에서 전극 주위에 이격된 세척 기체 출구의 원형 배열을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리장치.
  22. 제 10 항에 있어서,
    세척 기체 출구를 갖는 처리 공간내의 한 쌍의 플라즈마 발생 전극과, NF3기체 공급원과, 상기 NF3기체 공급원으로부터 상기 출구로 NF3기체를 공급하는 수단을 추가로 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 전극중의 하나는 샤워헤드 수단을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    처리 공간은 용기 하우징으로 둘러싸이고, 상기 한 쌍의 전극은 축선을 둘러 싸는 제 1 환상 전극과 샤웨헤드 수단을 포함하며, 상기 제 1 전극은 처리 공간내의 난류를 최소화하기 위해 샤워헤드 수단으로부터 하우징으로 방사상 외향하는 곡선을 이루는 원추형 표면 수단을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배플 수단은 적어도 하나의 환상 배플을 포함하고, 상기 한 쌍의 전극은 배플상에 형성된 환상 전극을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  26. 제 10 항에 있어서,
    상기 서셉터는 웨이퍼 지지면상에 지지된 웨이퍼의 원형 외부 모서리에 인접한 내부 구멍을 가지면서 웨이퍼 지지면을 둘러싸는 환상 립을 가지고,
    상기 립은 웨이퍼의 모서리 부근에서 난류와 방사상 열 구배를 감소시키기 위해 웨이퍼의 표면과 동일 평면에 위치된 외부 표면을 갖는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 립은 처리공간내의 난류를 감소시키기 위한 원형 외부 립 수단을 갖는 반도체 웨이퍼의 처리장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 립은 서셉터에 착탈가능하게 부착된 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 립의 표면 수단은 사용되지 않은 반응기체를 위한 스캐빈저로서 작용하기에 충분한 면적을 가지며, 재료 위에 코팅을 증착하기 위해 재료상에서 반응기체가 핵을 형성하는 재료로 되어 있으며, 따라서 립을 지나서 반응 공간내로 흐르는 반응물의 양을 감소시키는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  30. 제 26 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 립과 웨이퍼 지지면은 웨이퍼상의 코팅의 선택 증착을 위해서 핵형성 저항 재료로 형성되는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  31. 제 26 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 립과 웨이퍼의 모서리 사이의 웨이퍼로부터 반응 기체가 흘러나오지 않도록 함으로써 웨이퍼의 모서리와 하단 가장자리상의 증착을 감소시키기 위해서, 립과 웨이퍼의 모서리 사이에 비반응 기체를 주입하는 수단을 추가로 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 비반응 기체 주입 수단을 헬륨 기체 공급원을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  33. 제 26 항에 있어서,
    서셉터가 여러 가지 규격의 웨이퍼를 수용하도록, 제 1 규격과 다른 제 2 규격의 웨이퍼의 원형 외부 모서리에 인접한 내부 구멍을 갖는 선택적인 제 2 립을 추가로 포함하고, 상기 립들은 서셉터에 착탈 가능하고 교환 가능하게 부착될 수 있는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  34. 제 10 항에 있어서,
    상기 서셉터는 서셉터 벽으로 둘러싸인 내부를 갖는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 서셉터 벽의 내부는 서셉터의 웨이퍼 지지면과 구동 수단으로의 열전달 을 감소시키기 위하여 열반사율이 높게 표면가공(highly reflective finish)이 되어 있는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    서셉터 벽의 외부는 서셉터로부터 나오는 열 방사를 증가시켜 웨이퍼 지지면과 구동 수단 사이의 열 전달을 감소시키기 위하여 열반사율이 낮게 표면가공(low reflectivity finish)이 되어 있는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 서셉터 벽은 웨이퍼 지지면과 구동 수단 사이의 열전달을 감소시키도록 얇은 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  38. 제 10 항에 있어서,
    상기 서셉터를 구동 수단에 고정하고 또한 웨이퍼 지지면과 구동 수단 사이의 열전달을 감소시키는 열 블록을 제공하기 위해 서셉터와 구동 수단 사이에 낮은 열전도성 장착 수단을 추가로 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 장착 수단은 서셉터 벽상의 제 1 장착 구조물과, 구동 수단에 고정된 제 2 장착 구조물을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 장착 구조물은 상호 접촉되며, 제 2 장착 구조물은 제 1 및 제 2 장착 구조물의 경계면에서 작은 열 접촉 표면을 제공하는 감소된 단면적을 갖는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  40. 제 13 항에 있어서,
    비반응 기체 공급원을 추가로 포함하고,
    웨이퍼 보유 수단은 비반응 기체가 비반응 기체 공급원으로부터 웨이퍼와 웨이퍼 지지면 사이에서 흐르게 하고, 웨이퍼를 서셉터에 유지시키기 위해서 웨이퍼 지지면과 웨이퍼 사이에서 반응 공간내의 압력보다 낮은 진공 압력을 유지하기 위한 수단을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  41. 제 10 항에 있어서,
    상기 보유 수단은 웨이퍼를 웨이퍼 지지면에 정전기적으로 유지하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  42. 제 10 항에 있어서,
    웨이퍼와 웨이퍼 지지면 사이의 기체 전도에 의해 열전달을 하기에 충분한 압력으로 웨이퍼와 웨이퍼 지지면 사이에 비반응 기체를 제공하는 수단을 추가로 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  43. 제 40 항 또는 제 42 항에 있어서,
    상기 웨이퍼와 웨이퍼 지지면 사이의 비반응 기체는 적어도 130N/m2(1 Torr)로부터 시작하여, 기체 전도에 의해 웨이퍼와 웨이퍼 지지면 사이에서 열을 전달하기에 효과적인 것보다는 크지 않은 압력으로 유지되는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  44. 제 10 항에 있어서,
    상기 용기는 처리 공간을 둘러싸며, 축선상에서 샤워헤드로부터 서셉터에 대향하여 처리 공간내에 구멍을 갖는 고정 하우징을 포함하고,
    상기 구동 수단은 하우징내의 구멍을 통하여 연장되며, 하우징과 구동축 사이에 구동축 포위 공간을 형성하는 구동축을 포함하며,
    상기 구동축은 용기내에서 상기 구동축의 한 단부가 서셉터에 연결되고,
    상기 장치는 하우징의 구멍에서 하우징상에 구동축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 수단과, 상기 베어링 수단의 오염을 감소시키기 위해 베어링 수단과 처리 공간 사이의 틈새 공간내에 비반응 기체를 순환시키는 수단을 추가로 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 순환 수단은 베어링 수단과 처리 공간 사이의 틈새 공간과 연통하는 진공 출구 통로와, 베어링 수단과 처리 공간 사이의 틈새 공간과 연통하며 진공 출구 통로의 한쪽에 하나씩 있는 2개의 비반응 기체 입구 통로와, 상기 입구 통로에 연결된 비반응 기체 공급원을 포함하는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  46. 제 10 항에 있어서,
    상기 샤워 헤드 수단은 방사상으로 흐르는 프로세스 기체 분배를 웨이퍼의 표면에 걸쳐서 균일하게 유지하기 위해서, 회전속도로 회전될 때, 서셉터 표면상의 방사상 외향으로 흐르는 프로세스 기체의 질량 유량이, 웨이퍼 표면의 여러 가지 반경에서 샤워 헤드로부터 축선에 평행하게 서셉터 표면을 향하여 또한 서셉터 표면에 대항하여 흐르는 프로세스 기체의 질량 유량과 만나서 연합하도록 샤워 헤드 수단 위에 분포된 기체 통로 수단을 가진 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  47. 제 10 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지체는 위를 바라보고, 샤워 헤드 수단은 반응 기체의 흐름을 분배실로부터 아래로 처리 공간내로 향하게 하기 위해 아래를 바라보고, 웨이퍼 지지면은 위를 바라보는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  48. 제 10 항에 있어서,
    상기 축선은 수직 축선이며, 웨이퍼 지지면은 수평이고, 샤워 헤드 수단은 수평으로 배치된 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  49. 제 10 항에 있어서,
    반도체 웨이퍼 처리 클러스터 툴의 운반 모듈의 웨이퍼 전달 포트에 밀봉식으로 연결 가능한 용기의 내부 공간과 연통하는 밀봉 가능한 웨이퍼 전달 포트와, 축선상에서 샤워 헤드 수단과 서셉터의 지지면 사이에 있으며 서셉터의 지지면으로 부터 이격된 전달 위치와 전달 포트 사이에서 웨이퍼를 이동시키는 전달 요소로부터 또는 전달 요소로 향하여 웨이퍼를 수령하고 전달하는 웨이퍼 전달 수단을 추가로 포함하며,
    상기 전달 수단은 상기 전달 위치와 웨이퍼 지지면 사이에서 웨이퍼를 이동 시키는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
  50. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 서셉터를 500 내지 1500RPM 범위의 속도로 회전시키는 반도체 웨이퍼의 처리 장치.
KR1019940704609A 1992-06-15 1993-06-11 온도제어식프로세스를실시하는방법및반도체웨이퍼의처리장치 KR100313309B1 (ko)

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US898826 1992-06-15
PCT/US1993/005615 WO1993025723A1 (en) 1992-06-15 1993-06-11 Rotating susceptor semiconductor wafer processing cluster tool module useful for tungsten cvd

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