KR100611611B1 - 알 티 피 챔버용 자기 부양 회전자 시스템 - Google Patents

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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 RTP 챔버의 자기 부상 회전자 시스템을 위한 설비에 관한 것이다. 상기 시스템은 자기 투과 회전자, 동심으로 회전자를 둘러싼 원통형 얇은 벽 및 원통형 얇은 벽에 인접한 자기 고정자 어셈블리를 포함한다. 회전자와 자기 고정자 어셈블리 사이의 방사 방향 거리는 고정자 어셈블리에 의해 형성된 자기장이 회전자를 자기 부상시킬 만큼 작지만, 회전자가 열팽창하는 얇은 벽과 물리적인 콘택을 하지 않을 만큼 크다. 상기 시스템은 분해시 순환 프레임의 위치를 결정하는 복수 센서의 상대적 위치가 유지되는 시스템이다. 회전자를 포함하는 영역의 열적 절연은 RTP 챔버의 공정 영역에 있는 반응 가스에 의해 이루어진다. 회전자는 챔버 내에 형성된 다수의 냉각 챔버에 의해 냉각된다.
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Description

알 티 피 챔버용 자기 부양 회전자 시스템{MAGNETICALLY-LEVITATED ROTOR SYSTEM FOR AN RTP CHAMBER}
본 발명은 고속 열 처리(RTP) 챔버에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 자기 부양 회전자 시스템을 사용하는 RTP 챔버의 특징에 관한 것이다.
RTP 시스템 기술은 핸들링을 최소화하면서 웨이퍼 제조 처리량을 증가시키기 위해 개발되어 왔다. 본원과 관련된 웨이퍼의 유형에는 초대형집적(ULSI) 회로를 위한 것들이 포함된다. RTP는 고속 열 어닐링(RTA), 고속 열 세정(RTC), 고속 열 화학 기상 증착(RTCVD), 고속 열 산화(RTO), 및 고속 열 질화(RTN)를 포함하는 여러 상이한 공정에 관한 것이다.
장치의 표준화를 위해 열 처리 동안에 기판의 표면에 대한 공정의 균일성이 중요하다. 예를 들어, RTO 또는 RTN에 의한 상보형 금속-산화물-반도체(CMOS) 게이트 유전체를 형성하는 특정 응용에는, 게이트 유전체의 두께, 성장 온도 및 균일성이 전반적인 장치 성능 및 제조 생산율에 영향을 미치는 중요한 파라미터이다. 최근, CM0S 장치는 두께가 단지 60 내지 80Å(10-10m)인 유전체층으로 이루어지고 있으며, 두께 균일성이 수%내로 유지되어야 한다. 이러한 균일성의 레벨은 고온 프 로세싱 동안에 기판 전체의 온도 변화가 수 ℃를 초과할 수 없다는 요건을 필요로 한다. 따라서, 온도의 불균일성을 최소화시키는 기술이 매우 중요하다.
한 RTP 공정에서, 웨이퍼는 질소 가스 분위기에서 수백 ℃의 온도로 프로세싱 챔버에 로딩된다. 웨이퍼의 온도는 반응조건으로, 일반적으로 약 850℃ 내지 1200℃ 범위의 온도인 반응 조건으로 급변된다. 상기 온도는 웨이퍼를 방사적으로 가열시키는 텅스텐 할로겐 램프와 같은 다수개의 열원을 사용하여 상승된다. 반응 가스는 온도 변동 전, 동안 또는 후에 도입될 수 있다. 예를 들어, 산소는 산화규소(SiO2)의 성장을 위해 도입될 수 있다.
언급된 바와 같이, 프로세싱 동안 기판내 온도 균일성을 달성하는 것이 바람직하다. 온도 균일성은 막 증착, 산화물 성장 및 에칭을 포함하는 다양한 공정 단계에 대해 기판에 대해 균일한 공정 변수(예를 들어, 층 두께, 저항, 및 에칭 깊이)를 제공한다.
또한, 기판내 온도 균일성은 뒤틀림, 결함 발생 및 슬립(slip)과 같은 열적 응력에 의해 초래된 웨이퍼 손상을 방지하기 위해 필요하다. 이러한 형태의 손상은 열적 변화 -온도 균일성에 의해 최소화됨- 에 의한 것이다. 웨이퍼는 종종 고온 열처리 동안에 심지어 작은 온도 차이도 허용하지 않는다. 예를 들어, 온도 차이가 1200℃에서 약 1 내지 2℃/cm 이상으로 상승하도록 허용되면, 이로 인한 응력은 규소 결정에서의 슬립을 초래할 것이다. 얻어진 슬립면은 이를 통과하는 임의의 장치를 파괴할 것이다. 온도 균일성 레벨을 달성하기 위해서는, 폐쇄 루프 온도 측정을 위한 신뢰성 있는 실-시간, 다점 온도 측정이 필요하다.
온도 균일성을 달성시키는 한 방법은 프로세싱 동안에 기판을 회전시키는 것이다. 이는 방위각 자유도에 따른 온도 의존성을 없앤다. 이러한 의존성은, 기판의 축이 회전축과 동일선상에 있게 됨에 따라, 웨이퍼의 임의의 환형을 따르는 모든 점(임의의 반경에서)이 동일량의 조도에 노출되기 때문에, 없어진다. 다수의 고온계 및 피드백 시스템을 제공함으로써, 나머지 방사 온도 의존성이 제거될 수 있으며, 전체 기판에 걸쳐 우수한 온도 균일성이 달성되고 유지될 수 있다.
현재 사용되는 기계식 회전 시스템 유형의 일예가 도 1에 도시된다. 이러한 유형의 시스템은 캘리포니아 산타 클라라에 소재하는 어플라이드 머티리얼스, 인코포레이티드에서 시판되어 사용되는 것과 유사하다. 이러한 시스템의 상세한 설명은, 본 발명의 양수인에게 양도되었고, 본원 발명의 참고문헌으로 인용된 1992년 10월 13일자 공고된 미국 특허 제 5,155,336호(발명의 명칭: "Rapid Thermal Heating Apparatus and Method")에 기재된다. 이러한 유형의 기계식 회전 시스템에서, 기판 지지체는 베어링 어셈블리 상에 회전식으로 배치되며, 상기 어셈블리는 차례로 진공 밀봉된 드라이브 어셈블리에 결합된다. 예를 들어, 도 1은 이러한 시스템을 도시하고 있다. 웨이퍼(12)는 에지 링(14)상에 배치되며, 상기 링은 차례로 실린더(16) 상에 마찰 고정된다. 실린더(16)는 자성을 띤 상부 베어링 레이스(race)(21)의 리지(ledge) 상에 위치된다. 상부 베어링 레이스(21)는 웰(39)내에 배치되고, 하부 베어링 레이스(26)에 대해 다수개의 볼 베어링(22)(하나만 도시됨)에 의해 회전한다. 하부 베어링 레이스(26)는 일반적으로 챔버 바닥부(28)에 배치된다. 수냉식 반사기(24)가 온도측정 시스템의 일부로서 챔버 바닥부(28)상에 배치된다(상세하게는 도시되지 않음). 자석(30)은 상부 자기 베어링 레이스(21)에 마주하는 챔버 바닥부(28)의 일부와 인접하게 배치된다. 자석은 모터 구동 자석 링(32)상에 고정된다.
자석(30)은 챔버 바닥부(28)을 통해 자석 베어링 레이스(21)에 자기적으로 결합된다. 챔버 바닥부(28)의 중심축을 중심으로 자석(30)을 자기적으로 회전시킴으로써, 상부 베어링 레이스(21)가 자석(30)에 자기적으로 결합될 때 상부 베어링 레이스(21)가 회전될 수 있다. 특히, 토크는 모터 구동 자석 링(32)로부터 상부 베어링 레이스로 옮겨진다. 상부 자석 베어링 레이스(21)가 회전하면서 실린더(16) 및 에지링(14)을 통해 웨이퍼(12)가 회전한다.
의도된 기능을 완전하게 달성할 수 있지만, 상기 시스템은 몇몇의 단점을 갖는다. 예를 들어, 볼 베어링과 관련하여 슬라이딩 및 롤링 접촉이 프로세싱 챔버에서 입자 발생을 초래한다는 것을 통상적으로 알 수 있다. 이러한 입자 발생은 볼 베어링과 레이스 사이의 접촉뿐만 아니라, 베어링 시스템에 필요한 윤활제 사용으로부터 일어난다.
또 다른 예로서, 베어링 및 레이스 시스템은 낮은 공차로 다수의 상호접속을 갖는 복잡한 베어링 구조를 필요로 한다. 이들 상호접속은 원하지 않은 가스 및 증기의 흡착에 사용될 수 있는 많은 양의 표면 영역이 생기게 한다.
또 다른 단점은 복잡한 회전 메카니즘이 다른 용도로 사용될 때 발생한다. 더 부드럽고 더 고속의 회전 대상이 복잡한 회전 메카니즘을 사용하여 수행될 때, 복잡한 메카니즘은 챔버의 다른 부분에서 반응 공정 가스에 의해 종종 손상을 입는다. 그 이유는 이들 메카니즘이 종종 예를 들어 많은 낮은 공차의 상호접속에 특히 민감하며, 고온의 공정 가스에 의해 야기된 부식 및 그 밖의 손상을 견뎌낼 수 없기 때문이다.
웨이퍼상에서의 화학반응에 의한 가스 생성물이 펌핑 시스템에 의해 완전하게 배기되지 않을 때 관련된 단점이 발생한다. 일정 양의 이러한 가스가 바람직하지 않게 펌핑시스템으로부터 새어나와 웨이퍼 평면 아래의 영역으로 흐를 수 있다. 예를 들어, 전형적인 실리콘 증착이 웨이퍼 위의 프로세싱 영역 내에서 트리클로로실란(TCS)과 수소 분자(H2)의 반응에 의해 일어날 수 있다. 이들 반응성 가스는 프로세싱 챔버의 특정 부분에 악영향을 미칠 수 있다.
이렇게 영향을 받을 수 있는 영역은 베어링/레이스 시스템을 가지는 웰을 형성하는 영역을 포함한다. 회전과 관련된 다수의 민감한 요소는 이 웰내에 위치될 수 있다. 특히, 이들 영역 내 고온 가스의 존재에 의해 실린더의 외부 및 베어링에 손상 및 부식이 발생할 수 있다.
본 발명의 회전 시스템과 관련된 또 다른 문제점은 회전시에 편심(eccentricity)의 발생에 있다. 예를 들어, 도 1에서와 같이, 에지링(14)을 통해 웨이퍼(12)를 지지하는 중간 실린더(16)를 지지하는 레이스(21)와 같은 회전 구동 어셈블리를 갖는 것이 통상적이다. 본 발명의 시스템에서, 중간 실린더(16)가 구동 어셈블리(21)에 적합하게 고정되지 않는 경우, 특히 회전 구동 어셈블리(21)에 대한 접속이 비원형 대칭인 경우에 중간 실린더(16)는 편심적으로 회전할수 있다. 즉, 중간 실린더(16)가 비원형 대칭 프레임 내에 유지되는 경우, 특히 높은 회전 속도에서 편심 회전을 하게 될 것이다.
또 다른 단점은 세정 및 보수에 관한 것이다. 복잡한 베어링 및 레이스 회전 시스템은 분해하여 세정하기가 어렵다. 예를 들어, 이러한 시스템내의 다수의 볼 베어링을 분해하고 개별적으로 세정하는 것이 어렵다.
따라서, 보수하기에 용이하고 분해하기에 쉬우며, 고속이고 안정하며 부드러운 회전을 제공하는 비교적 복잡하지 않은 구조를 갖는 자기 부양 구동을 제공하는 것이 필요하다.
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도 1은 RTP 챔버에 사용되는 종래의 베어링 및 회전 시스템의 단면도이다.
도 2는 자기적으로 부양된 회전자 시스템을 갖는 본 발명에 따른 RTP 챔버의 단면도이다.
도 3은 회전자 시스템의 특정 컴포넌트에서 도시하는 본 발명에 따른 회전자 시스템의 일부 확대 사시도이다.
도 4A는 본 발명의 실시예에 따른 회전자 시스템, 고정자, 및 중앙 어셈블리의 확대사시도이다.
도 4B는 본 발명의 실시예에 따른 센서 하우징의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 평면도이다.
도 6은 자기 부양 시스템을 상세하게 도시한, 도 5의 라인 6-6을 따라 취한본 발명의 회전자 시스템의 단면도이다.
도 7은 도 6의 일부 확대도이다.
도 8A 및 8B는 회전자 확장시에 로케이터 핀 위치를 도시한 도면이다.
도 9는 로케이터 핀의 다른 실시예의 단면도이다.
도10은 가스 흐름 방향을 도시한, 도 7의 다른 일부 확대도이다.
RTP장치의 한 종류는 1994년 12월 19일 피유즈등에 의하여 출원된 미국출원08/359,302,"기판 온도 측정 장치 및 방법" 및 1996년 5월 1일 피유즈등에 의하여 출원된 미국출원 08/641,477,"기판 온도 측정 장치 및 방법"에 개시되어 있으며, 이들 출원은 본 발명의 양수인에게 양도되어있으며 본 발명에 참고로 인용된다.
본 발명은 자기적으로 부양된 기판 회전 드라이브와 함께 이용하기 위해 필요한 RTP 챔버에 대한 특징 및 적용에 관한 것이다. 상기 드라이브는 챔버 설계에 결합되는 3개의 메인 구성요소; 고정자, 회전자 어셈블리 및 센서를 포함한다. 원격 전자 패키지 역시 포함된다. 회전자는 고정자에 의하여 생성된 정류 자계에 의해 밀봉 챔버내에 회전 가능하게 장착, 부유되고 회전된다. 센서는 회전자의 회전 속도뿐만 아니라, 회전자의 수직 및 수평 위치를 측정한다.
특히, 도 2는 디스크형상의 12인치(300mm) 직경의 실리콘(Si) 기판(117)을 프로세싱할 수 있는 RTP 프로세싱 챔버(100)를 도시한다. 기판(117)은 회전자 시스템(111)상의 내부 챔버(100)에 장착되며 기판(117) 바로 위에 위치된 가열 엘리먼트(110)에 의하여 가열된다.
보다 구체적으로 설명하면, 기판(117)은 지지 실린더(115)위에 장착된 에지링(119)위에 배치되는 것이 도시된다. 지지 실린더(115)는 회전자(113)위에 배치된다. 공동-회전 에지 링 연장부(121)는 또한 에지 링(119)으로부터 연장한다. 에지링(119), 지지 실린더(115), 공동-회전 에지 링 연장부(113) 및 회전자(113)는 회전자 시스템(111)의 일차 구성요소이다.
가열 엘리먼트(110)는 수냉식 석영 윈도우 어셈블리(114)를 통하여 프로세싱 챔버(100)에 진입하는 방사선(112)을 발생시킨다. 윈도우 어셈블리는 기판에서 약 25mm 위에 배치될 수 있다. 하부 기판(117)은 실린더형 베이스를 가지는 중심 어셈블리(151)위에 장착되는 반사기(153)이다. 반사기(153)는 고반사 표면 코팅(120)을 가지며 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 반사기 커버(155)(도 6-7 및 10에 도시됨)는 반사기를 보호하기 위하여 사용될 수 있다. 반사기 커버에 대한 상세한 설명은 미국출원 "수정 반사기 커버"에 기재되어 있으며 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었고 여기에 참고로 인용된다. 기판(117)의 하부측(165) 및 반사기(153)의 상부는 기판의 유효 방사율을 향상시키는 반사 캐비티(118)를 형성한다.
기판(117) 및 반사기(153) 사이의 분리는 가변적이다. 12인치 실리콘 웨이퍼를 위하여 설계된 프로세싱 시스템에서, 기판(117) 및 반사기(153) 사이의 거리는 약 3내지 20mm이고, 바람직하게는 약 5 내지 8mm이다. 캐비티(118)의 폭대 높이 비는 약 20:1 이상이다.
기판(117)의 국부 영역(102)에서의 온도는 다수의 온도 프로브(이들 중 3개만이 도2에 도시되어 있음)에 의하여 측정된다. 각각의 온도 프로브는 반사기(153)의 상부를 통하여 중심 어셈블리(151)의 후면으로부터 통과하는 도관(124)으로 삽입되는 사파이어 광 파이프(126)를 포함한다. 사파이어 광 파이프(126)는 직경이 약 0.080인치일 수 있으며, 도관(124)은 광 파이프가 도관으로 용이하게 삽입되도록 하기 위해 약간 크다. 광 파이프(126)는 측정된 온도를 나타내는 신호를 발생시키는 광섬유(125)를 통하여 고온계(128)로 연결된다. 이러한 온도 측정을 달성하는 한 방법은 본원에 참조된 상기 "기판 온도 측정용 방법 및 장치"라는 출원에 개시되어 있다.
프로세싱 영역(163)은 일반적으로 기판(117) 위에 배치된다. 프로세싱 영역(163)에서, 그리고 챔버의 다른 영역내에서의 소정 범위내에서, 공정 가스는 기판(117)상의 화학 반응을 수행하기 위하여 램프(110)를 통하여 기판(117)의 온도 제어와 관련하여 이용된다. 이들 반응은 산화, 질화, 막 성장 등인데, 이들에 한정되는 것은 아니다. 공정 가스는 일반적으로 프로세싱 영역(163) 위에 또는 옆에 배치되는 가스 플레넘 또는 샤워헤드를 통하여 프로세싱 영역(163) 내로 배출된다. 도 2에서, 이러한 가스는 가스 입구(177)로부터 들어온다. 공정 가스는 챔버로부터 펌프 배출되거나 또는 공지된 설계의 펌핑 시스템(179)에 의하여 배출된다.
기판(117)은 일반적으로 큰 직경의 실리콘 웨이퍼이다. 다른 재료의 웨이퍼가 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이 여기에 설명된 실시예는 300mm 웨이퍼에 대한 것이지만, 본 발명은 200mm, 450mm를 포함하는 임의의 크기의 웨이퍼뿐만 아니라, 작거나 큰 웨이퍼에 대한 회전 드라이브를 고려한다.
중심 어셈블리(151)는 냉각 가스 또는 액체와 같은 냉각제가 순환하는 냉매 입구(185)에 의하여 유입되는 챔버(146)를 갖는 순환 회로를 포함하여 반사기(153)를 냉각시킨다. 일반적으로 약 23℃인 물은 중심 어셈블리(151)를 통하여 순환되어 반사기(153)의 온도가 가열된 기판(117)(약 150℃ 정도)의 온도보다 낮게 유지되도록 한다.
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도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회전자 시스템(111)의 투시도를 도시한다. 특히, 자기적으로 부양된 회전자 시스템(111)과 같은 회전 프레임의 분해 사시도가 도시되어 있다. 사용되고 있는 회전자 시스템(111)은 회전자웰(116)(도 6, 7, 및 10에 도시)에 부분적으로 위치되어 있다. 회전자 시스템(111)은 에지링(119)에 의해 기판(117)을 지지하고, 가열 램프(110)(도 2에 도시)하에서 기판을 회전시켜, 온도를 균일하게 유지한다.
에지링(119)의 내부 영역 상에는, 기판(117)을 지지하는 선반(134)이 존재한다. 선반(134)은 에지링(119)의 나머지 부분보다 낮은 에지링(119)의 내부 경계주위의 영역이다. 이 선반 위에서, 에지링(119)은 기판의 외주를 따라 기판과 접촉함으로써, 외주 주위의 작은 환형 영역을 제외한 기판(117)의 하부 모두를 노출시킨다. 에지링(119)은 300mm 기판에 대해 대략 0.75인치의 방사상 폭을 갖는다. 프로세싱 동안 기판(117)의 에지에서 발생할 수 있는 열적 불연속을 최소화하기 위하여, 에지링(119)은 기판과 동일하거나 유사한 물질, 예를 들어 실리콘, 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 만들어진다.
부분적으로 기판(117)과 인접하여 위치한 에지링(119)은 반응가스가 물질을 기판(117)에 증착하는 프로세싱 영역(163)과 인접하여 침식되기 쉽다. 에지링(119)은 그러한 침식에 저항성을 갖는다.
에지링(119)은 지지 실린더(115)로 광이 통하지 않는 시일(seal)을 생성하도록 설계된다. 에지링(119)의 하부면으로부터의 연장부는 실린더 형상의 립 또는 스커트(skirt)(109)이며, 이는 지지 실린더(115)의 외부 직경보다 다소 큰 내부 직경을 가져서 지지 실린더(115)위로 맞춰져서 광 차단 시일을 형성한다. 물론, 스커트(109)는 다수의 다른 방법으로 지지 실린더(115)와 연결된다.
에지링(119)은 지지 실린더(115)의 반경보다 큰 외부 반경을 가지기 때문에, 지지 실린더(115) 이상으로 방사상 연장된다. 지지 실린더(115) 이상의 이러한 에지링(119)의 환형 연장은 미광(stray light)이 반사 공동(118)으로 들어가는 것을 부분적으로 방지하는 배플(baffle)로서 기능을 한다. 반사 공동(118)으로 들어가는 미광의 가능성을 더욱더 감소시키기 위하여, 에지링(119)은 가열 엘리먼트(110)(예를 들어 실리콘)에 의해 생성된 방사선을 흡수하는 물질로 코팅될 수 있다. 흡수는 적어도 고온계의 파장 범위, 예를 들어 0.8 내지 1.1 미크론에서 발생하도록 선택될 수 있다. 공동(118)으로 들어가는 미광의 양을 더욱더 감소시키기 위하여, 공동 회전하는 에지링 연장부(121)가 아래에 서술되는 바와 같이 사용될 수 있다.
지지 실린더(115)는 예를 들어 석영으로 만들어질 수 있으며, 고온계(128)의 주파수 범위, 특히 0.8 내지 1.1 미크론에서 상기 실린더를 불투명하게 하기 위해 실리콘(Si)으로 코팅될 수 있다. 지지 실린더(115) 위의 실리콘 코팅은 고온계 온도 측정을 저해하는 외부 소스로부터의 방사선을 차단하는 배플로서 기능을 한다. 지지 실린더(115)의 바람직한 특징은 다음을 포함한다. 그것은 낮은 열전도를 갖는 물질로 만들어져야 한다. 전도도 값의 한 범위는 1.5 내지 2.5(J-kg-m)/(m2-sec-℃)이 적절하다. 다른 요구사항은 지지 실린더(115)가 프로세싱시에 사용되는 화학물질의 형태에 대해 열적으로 안전하고 불활성인 물질로 만들어져야 한다는 것이다. 예를 들어, 염소 화합물에 저항성을 갖는 물질로 이루어지는 지지 실린더(115)가 바람직하다. 다른 요구사항은 지지 실린더(115)의 벽이 얇아야만 한다는 것이다. 예를 들어, 지지 실린더(115)의 디멘션(x)은 50내지 150밀이며, 특히 약 100밀일 수 있다. 이러한 두께는 지지 실린더(115)가 비교적 적은 무게를 갖게 하며, 따라서 회전 관성을 낮추고, 적당한 열 전도도를 갖게 한다. 지지 실린더(115)는 회전자(113)에 의해 지지된다. 또한, 지지 실린더(115)는 프로세싱 영역(163)으로부터 회전자(113)를 포함하는 회전 컴포넌트에 도달하는 열과 광의 양을 감쇠시키기 위해 길게 만들어질 수 있다(디멘션(y)). 즉, 지지 실린더(115)는 길게 만들어져서, 열과 광이 회전 컴포넌트의 영역에 도달하기 위하여는 긴 길이를 횡단하게 하여야 한다. y에 대한 값의 적절한 범위는 2.2 내지 2.9 인치이다.
회전자(113)는 회전자 시스템(111)을 부양시키기 위하여 자력이 작용하는 컴포넌트이다. 특히, 자계는 영구자석(리프트용)과 전기자석(제어용)을 갖는 고정자 어셈블리(127)에 의해 생성된다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 그들은 함께 작용하여 회전자 시스템(111)을 부양시킨다. 대안적으로, 영구자석이 중앙 어셈블리(151) 내에 위치될 수 있다. 이러한 자기적으로 부양되는 시스템은 고속 회전뿐만 아니라, 보다 안전하고 부드러운 회전을 달성한다. 이러한 형태의 고정자와 자석 어셈블리는 "집적된 자기 부양 및 회전 시스템"으로 명칭된 미국특허출원08/548,692에 개시된 형태이며, 이 출원은 Stephen Nichols 등에 의한 것이며, SatCon, Inc에 양도되었으며, 본원에 참조된다.
회전자(113)는 C 형태의 횡단면도 형상을 가지며, 냉각 롤링된 강철, 예를 들어 17-4 PHSS, 또는 400 시리즈 스테인레스강과 같은 자기적으로 투과성 물질로 만들어진다. 그 물질이 영구자석일 필요는 없다. 회전자(113)는 높은 회전 속도에서 왜곡을 견디기 위해 유용하게 챔버링되지 않고(non-chambered) 견고하다. 회전자(113)는 원형일 수 있고, 그 상부면이 원형외주를 가진다.
회전자(113)의 상부면에 탄탈륨(Ta) 코팅과 같은 코팅이 도포될 수 있다. 이 유형의 코팅은 회전자(113)를 위한 부식 보호정도를 제공한다. 통상적인 Ta 코팅은 예로서 0.015 인치의 두께이고, 플라즈마 스프레이 코팅 공정에 의해 도포될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 지지 실린더(115)는 제 1 플랜지(104), 제 2 플랜지(143) 및 제 3 플랜지(106)를 가진다. 엄격히 요구되진 않지만, 제 1 플랜지(104)및 제 1 플랜지(143)는 지지 실린더(115)가 좁은 국부적 단면을 유지하도록 수직방향에서 오프셋될 수 있다. 각각의 플랜지가 아래에서 상세히 설명되지만, 제 1플랜지(143)는 공동-회전 에지링 확장부(121)를 지지하고; 제 2 플랜지(143)는 둘사이에 최소 유극(clearance)를 허용하기 위해 반사기 측벽(122)(예로서 도 7 및 도 10에 도시된)을 향해 연장하고; 제 3 플랜지(106)는 회전자(113)에 지지 실린더(115)에 밀착식-장착하기 위해 사용된다.
도 4a는 회전자 웰(116) 및 중앙 어셈블리(151)를 포함하는 RTP 시스템의 다른 구성요소를 도시한 것이다. 회전자 웰(116)을 부분적으로 한정하는 하우징(181)이 도시되어 있다. 회전자 웰(116)은 또한 챔버(100)의 베이스에 의해 일반적으로 한정된다. 회전자 웰(116) 내부에는 리플렉터(153) 및 리플렉터 커버(155)를 포함하는 중앙 어셈블리(151)가 있다(도 6, 7 및 10에 도시됨).
중앙 어셈블리(151)는 또한 고정자 어셈블리(127)에 대한 회전자(113)의 위치를 탐지하기 위해 그 위에 장착된 센서 시스템을 갖는다. 상세히 설명되는 바와 같이, 피드백 시스템은 회전자(113)를 회전자 웰(116)의 중앙에서 그리고 회전하는 것을 유지하기 위해 고정자 어셈블리(127)의 전자석 코일에 전력에서의 약간의 변화를 제공하는데 사용된다.
특히, 중앙 어셈블리(151)는 하나 이상의 x-위치 센서(101,101''등), 하나 이상의 y-위치 센서(157, 157''등), 및 하나 이상의 z-위치 센서(103, 103', 103'', 103 등)를 포함한다. 이들 센서는 도 4b에 도시된 바와 같은 센서 하우징을 포함한다.
도 4b는 x-센서 하우징(128)의 측면도이지만, y-센서 및 z-센서와 센서 하우징을 설명하는 데도 적용될 수 있다. 센서 하우징(128)은 프로세스 및 세정 가스가 센서내부에 역영향을 미치지 않고 접촉하지 않도록 기밀된다. 센서 하우징(128)은 일반적으로 중앙 어셈블리(151)의 내부에 배치되고, 그 내부의 센서가 측정되어야 할 물체(회전자)와 대면하도록 구성되어 배열된다. 이 도면에서, 두 개의 x-위치센서 및 두 개의 y-위치 센서는 회전자(113)의 레벨에서 중앙 어셈블리(151)의 원주 둘레에 위치된 것으로 도시되어 있다. 4개의 z-위치 센서는 중앙 어셈블리(151)의 베이스를 따라 위치되고, 이들 센서는 회전자(113)의 수직위치를 측정하기 위해 상향으로 대면한다. 이 센서는 챔버를 관통하지 않고 챔버내에서 와이어링의 라우팅을 필요로 하지 않고 회전자의 수평 및 수직 위치를 측정한다.
센서(101)는 일반적으로 센서 하우징(128)의 중앙에 도시되어 있고 회전자(113)와 대면하도록 방향을 이룬다. 센서(101)는 o-링(201)에 의해 적절하게 유지되는 센서 커버(188)를 통해 동일함을 감지함으로써 회전자 위치를 측정하기 위해 용량성 유형으로 이루어질 수 있다. 특히, 용량성 센서는 센서 내부의 금속 전극과 금속 회전자 사이의 커패시턴스를 감지한다. 이 커패시턴스의 변화를 측정함으로써, 센서로부터 회전자의 거리의 변화는 결정될 수 있다. 센서 및 수반하는 전극의 상세사항은 이들이 당업자에겐 자명하므로 도시되지 않았다. 커버(188)는 약 10 밀 내지 30 밀의 두께를 가지며 특히 약 20밀일 수 있다. 일반적으로, 센서(101)는 회전자의 위치를 효율적으로 감지하기 위해 회전자(113)의 60밀 범위내에 있어야 한다. 센서(101)는 케이블(189)을 통해 회전자의 위치 측정치를 전달한다. 케이블(189)은 그 구조가 이하에서 더욱 상세히 설명되는 플러그(211)에 연결된다.
커버(188)는 프로세스 호환성, 비도전성 물질로 이루어 질 수 있다(예로서, Torlon 또는 Vespel과 같은 폴리이미드-이미드). 이러한 물질로 커버(188)를 제조함으로써, 커버(188)는 터치다운 시트로서의 역할을 한다. 즉, 회전자(113)가 멈춘 상태에 있을 때, 고정자(127) 내부의 영구자석으로 인해 중앙 어셈블리(151)의 한 벽에 붙게 된다. 회전자(113)가 커버(188)에 존재하게 되는 경우에, 회전자(113)는 중앙 어셈블리(151)와 직접 접촉하지 않는다. 이것은 성분이 금속이고, 직접 접촉이 흔히 금속 미립자 및 먼지를 방출하기 때문에, 중요할 수 있다.
쓰레딩 방법이 센서(101)의 위치를 조절하도록 하기 위해 사용된다. 이중 세트의 쓰레드가 사용되어 자신의 긴 축에 대해 케이블을 불편하게 회전시켜서 바람직하지 않은 혼란을 초래함이 없이 위치 조절을 행하게 한다. 센서 쓰레드(191)의 세트는 센서(101)를 센서 조절기(197)에 쓰레딩시킨다. 제 1 플러그(211)는 센서 마운트(199) 내부로의 조절기(197)의 과도한 회전을 방지한다. 센서 쓰레드(191)는 인치 당 약 20내지 32 쓰레드 범위의 정밀한 피치를 가질 수 있다. 쓰레드(193)의 세트는 센서 조절기(197)가 센서 마운트(199) 내부로 쓰레딩시킨다. 제 2 플러그(209)는 중앙 어셈블리(151) 내부로의 센서 마운트(199)의 과도한 회전을 방지한다. 조절기 쓰레드(193)는 인치 당 12 내지 18 쓰레드 범위에서와 같은 정밀하지 않은 피치를 갖는다. 센서 마운트(199)는 센서 마운트 쓰레드(195)를 거쳐 중심 어셈블리(151)의 벽(231) 내로 쓰레딩된다. 전술한 이중 쓰레드 시스템은 센서가 센서 자체를 초과 회전시키지 않고 종축을 따라 전달되도록 하며, 이러한 초과 회전은 비틀어진 센서 코드(sensor cord)와 관련되어 있다.
수용가능한 결과를 제공하기 위해 발견된 하나의 센서 레이아웃은 두 개의 정반대의 X-위치 센서, 정반대의 Y-위치 센서, 및 회전자 웰(116)의 기저부 둘레로 90°떨어져 위치된 4개의 Z-위치 센서를 갖는다. 이러한 시스템의 평면도가 도 5에 도시되어 있다. 도면에서, 두 개의 X-위치 센서(101,101')는 두 개의 Y-위치 센서(157,157')에 직각으로 도시되어 있다. 4개의 Z-위치 센서(103,103',103", 103"')는 회전자(113)의 베이스 둘레의 주변부로 위치되어 있다. 회전자 벽(116)의 중심으로부터 Z-위치 센서(103)의 방사상 거리는 회전자(113)의 내부 반경보다 더 크다. 그러나, 도 3에 도시된 것과 같이, 회전자(113)는 회전자(113)의 중량을 감소시키는 로브(lobes:186)를 갖는다. 회전자 벽(116)의 중심으로부터 Z-위치 센서(103)의 방사상 거리는 센서(103)가 로브들 사이의 절단 영역을 볼 수 없기 때문에 바람직하다. 그렇지 않으면, 센서(103)는 의사 판독을 하게 된다.
전술한 총괄적인 시스템은 도 6에 도시되어 있다.
도 7의 확장된 횡단면도를 참조하면, 그 베이스 부근에서 중심 어셈블리(151)는 비교적 두꺼운 장착 섹션인 어셈블리 인접부(167)를 갖는다. 유사하게, 원통형 얇은 벽(129)은 비교적 두꺼운 장착 섹션인 공동 인접부(169)를 갖는다. 공동 인접부(169)는 챔버(100)에 대한 밀봉된 진공 베이스를 제공하기 위해 어셈블리 인접부(167)에 장착된다. 이러한 장착 어셈블리는 당업자들에게 공지된 고정 또는 다른 장착 기술이 사용된다 하더라도, 일련의 볼트(203)에 의해 달성된다.
중심 어셈블리(151)가 유지보수를 위해 회전자 벽(116)으로부터 제거될 때, 어셈블리 인접부(167)는 공동 인접부(169)로부터 장착되지 않는다. 그리고 나서, 중앙 어셈블리(151)가 제거될 수 있다. 모든 센서가 중심 어셈블리(151)에 장착될 때, 센서의 상대적인 위치는 회전자 벽(116)으로부터 중심 어셈블리(151)의 제거로 인해 방해받지 않는다. 따라서, 상대적인 센서 위치가 중심 어셈블리의 제거시 변경되는지에 따라 센서를 보정할 필요가 없다. 종래의 시스템에서, 센서중의 일부는 공동 인접부와 일체식인 챔버의 섹션 상에 장착되며, 다른 센서는 어셈블리 인접부와 일체식인 챔버의 섹션 상에 장착된다. 중심 어셈블리가 챔버로부터 제거될 때, 센서는 보정을 필요로 한다. 보정에 대한 필요성을 없애는 장점은 본 발명의 장점 중의 하나이다.
회전자 웰(116)은 회전자 시스템(111)의 제거시 핸드 클리닝이 가능하도록 충분히 넓게 제조된다. 즉, 원통형 얇은 벽(129)과 지지 실린더(115) 사이의 유극이 존재하여 클리닝 기구가 미립자 및 잔류물을 제거하기 위해 삽입되도록 한다.
순환 회로 및 챔버(146)는 원통형 얇은 벽(129), 고정자 어셈블리(127), 및 회전자(113)로부터 열을 추출한다. 특히, 열은 챔버(146)로의 복사에 의해 이러한 요소로부터 제거된다. 이는 회전자(113)에 대해 특히 중요한데, 이는 회전자(113)가 부양될 때, 종래의 방법으로는 냉각되기 어렵기 때문이다. 회전자(113)로부터 챔버(146)까지 열 전도를 강화시키기 위해 하기에 기술될 세정 가스가 제공된다.
도 7, 및 도 8A-8B에 도시된 바와 같이, 지지 실린더(115)의 제 3 플랜지(106)는 회전자(113)의 상부 외주면(113a)내의 다수의 구멍(204) 내에 밀착식으로 장착된 다수의 가요성 로케이터 핀(123)과 결합한다(도 5 참조). 로케이터 핀(123)은 예를 들어 테프론(PTEE) 또는 베스펠(Vespel)로 제조된다. 허용되는 한 설계는 4개의 로케이터 핀(123)을 사용한다. 각각의 로케이터 핀(123)은 가장 좁은 부분에 핀을 둘러싼 로케이터 핀 0-링(105)을 갖는다. 0-링(105)은 매우 큰 편향(deflection)에 대해 로케이터 핀(123)을 강화시키고 견고하게 한다. 각각의 로케이터 핀(123)은 핀 플러그(159)에 의해 고정되며, 이것의 동일한 수가 회전자(113)의 상부 표면(113a) 둘레에 등거리로 위치되어 있다. 핀 플러그(159)는 회전자(113)의 상부 표면내의 대응 구멍 내부로 쓰레딩되지 않은 방식으로 밀착식으로 삽입된다.
제 3 플랜지(106)를 로케이터 핀(123)과 맞물림으로써, 지지 실린더(115)는 견고하지만 가요성 방식으로 회전자(113)상에 지지된다. 표면(113a) 내의 다수의 구멍(204)인 지지 실린더(115)의 반경보다 더 큰 반경을 갖는 원을 형성한다. 회전자(113)의 회전은 지지 실린더(115)의 대응 회전을 발생시킨다. 로케이터 핀(123)에 의한 제 3 플랜지(106)의 마찰부는 회전자(113)가 작동 속도에 도달할 때, 로케이터 핀(123) 상에 슬립하거나 스킵하지 않도록 충분하게 죄여있다.
로케이터 핀(123)의 사용은 지지 실린더(115)가 프로세싱 중에 편심 방식으로 회전하지 않도록 한다. 전술한 바와 같이, 회전자(113)는 프로세싱 중에 가열된다. 따라서, 회전자는 팽창하고 그 직경은 증가된다. 가요성을 갖는 로케이터 핀(123)은 이러한 팽창을 허용한다.
도 8a에는 회전자(113)가 차가울 때 로케이터 핀 0-링(105)상에 있는 지지 실린더(115)가 도시되어 있디. 로케이터 핀(123)은 제 3 플랜지(106)의 대향이 거의 수직이도록 각도면에서 굽혀질 수도 있다. 프로세싱중에 회전자(113)의 직경이 증가될 때, 로케이터 핀(123)이 굽혀지는 각도는 로케이터 핀(123)이 거의 수직으로 될 때까지 감소된다. 이것은 도 8a에 도시된 상태이다. 상기 감소된 각도에도 불구하고, 로케이터 핀(123)은 제 3 플랜지(106)와 여전히 접촉될 수도 있고, 지지 실린더(115)를 회전자(113)에 단단한 방식으로 유지시킨다. 회전자(113)가 가열될 때 로케이터 핀(123)이 이동될 수 있는 거리는 약 20 내지 30밀 정도일 수도 있다.
핀 플러그(159)를 통한 로케이터 핀(123)의 밀착부가 매우 기밀하게 이루어지므로, 심지어 고속 회전중이고 로케이터 핀이 쓰레딩없이 설치된다는 사실에도 불구하고, 로케이터 핀(123)은 회전자(113) 내의 구멍(204)으로부터 부주의하게 분리되지 않게 된다는 것이 부가적으로 인식된다. 이러한 쓰레딩을 방지하기 위해, 구멍(204)은 가스가 흡수되어 챔버를 오염시키는 대형의 표면영역에 기여하지 않는다. 또한, 회전자(113)가 코팅부를 구비하는 경우에, 코팅부는 쓰레딩된 구멍보다 쓰레딩되지 않은 구멍에 보다 용이하게 코팅된다. 최종적으로, 로케이터 핀(123)은 지지 실린더(115) 및 회전자(113) 사이의 마찰 및 상대 이동으로 인하여 금속 미립자들의 재생을 감소시키는 경향이 있다.
다른 실시예에서, 지지 실린더(115')는 도 9에 도시된 바와 같이, 다른 방식으로 회전자(113)에 결합된다. 여기서, 지지 실린더(115')는 하부 주변 둘레에 원형 홈(187)을 구비한다. 복수의 로케이터 핀(123')은 회전자 상부면(113a')에서의 밀착형 장착부로부터 나타나서, 다수의 다른 위치에서 그루브(187)와 맞물린다. 로케이터 핀(123')은 로케이터 핀(123)과 유사한 배트(bats)형상을 갖는다. 이 실시예는 캐비티(118) 및 회전자 시스템(111, 도 10에서 화살표 175로 도시되고 하기에 기술됨)사이의 더 좁은 가스 유동 통로의 장점을 구비한다. 더욱이, 지지실린더(115)의 대형 표면이 본 실시예에서의 물 챔버(146)에 가까워지기 때문에, 상당한 량의 열이 지지 실린더(115)로부터 추출될 수 있다.
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도 7을 다시 참조하면, 제 1 플랜지(104)는 공동-회전 에지링 연장부(121)를 위한 지지부로서 사용된다. 공동-회전 에지링 연장부(121)는 통상 프러스탈 (frustal)형상으로 구성되며, 챔버(100)의 측면을 항해 제 1 플랜지(104)로부터 반경 외측으로 연장된다. 제 1 플랜지(104)상의 공동-회전 에지링 연장부(121)의 밀착부는 스킵핑 또는 슬리핑 없이 지지 실린더(115)로 공동-회전 에지링 연장부 (121)를 회전하게 한다.
공동-회전 에지링 연장부(121) 및 아래의 베어링 커버(161)사이의 유극은 작고, 약 30 내지 90mm의 범위 내에 존재할 수 있다. 이러한 작은 유극에 의해서, 프로세싱 영역(163)으로부터 회전자 시스템(111) 및 이에 수반하는 구성요소로 유동할 수 있는 공정 가스 양은 최소화된다. 동일한 방식으로, 공동-회전 에지링 연장부(121)는 프로세싱 영역(163)에서 발생된 열로부터 회전자 벽(116)내의 요소를 열적으로 절연시키는 기능을 한다.
공동-회전 에지링 연장부(121)는 흑연, 실리콘, 카바이드, 세라믹 등과 같은 물질 또는 석영으로 제조될 수도 있다. 상기와 같은 물질로 공동-회전 에지링 연장부(121)를 제조함으로서, 이것은 램프의 반경 에너지의 대 용량을 흡수할 수 없다. 이것은 이러한 흡수가 자신의 표면 뒤로부터 프로세싱 영역(163) 내로 고온 반응 종족(species)의 증발을 증가시키는 공동-회전 에지링 연장부(121)를 가열시키기 때문에 중요하다. 물론, 상기 공정의 필요에 따라, 공동-회전 에지링 연장부(121)를 가열시키는 램프를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 공동-회전 에지링 연장부(121)는 예를 들어 흑연으로 제조될 수도 있다. 공동-회전 에지링 연장부(121)의 보다 상세한 것은 본 발명의 양도인에게 양도되며 동일 날짜에 출원된 "반도체 공정 프로세싱 챔버에서 사용되는 공동-회전 에지링 연장부"의 미국 특허출원에 기술되어 있다.
다른 특징으로는, 플랜지(104, 106 및 143)의 두께는 라운드를 벗어난 비틀림(out-of-round distortion) 방지하기 위해 지지 실린더(115)에 강성을 제공한다. 특히, 상술된 바와 같이, 지지실린더(115)는 주로 얇은 석영 물질로 구성될 수 있으며, 유해한 공정 조건 및 고속 회전을 겪을 수 있다. 지지 실린더(115)의 비틀림을 방지하기 위해, 향상된 강도 및 강성의 영역을 동일하게 제공하는 것이 바람직하다. 플랜지 섹션(104,143,106)의 두께는 중요한 강도를 제공하는데 도움이 된다.
상술되고 도 7에 특히 도시된 바와 같이, 제 2 플랜지(143)는 중앙 어셈블리(151)의 반가 측벽(122)을 항해 지지 실린더(115)로부터 돌출된다. 이와 같이 하면, 제 2 플랜지(143)가 다수의 목적물을 완성된다. 처음으로, 이것은 회전자(113) 및 이것의 부속 부품에 대해 아래로부터 유동하는 기판(117)의 하부면(165)에 존재하는 가스를 제한한다. 두 번째로, 플랜지(143)는 고속 회전 중에 특히 중요한 강도를 제공하기 위해 지지 실린더(115)를 강화시킨다. 세 번째로, 플랜지(143)는 센서(101,101',103 - 103''', 157 및 157')에 대해 아래로 방사되는 프로세싱 영역(163)으로부터 바람직하지 않는 광선을 차단한다. 네 번째로, 반사측벽(122) 및 제 2 플랜지(143)사이의 작은 유극은 지지 실린더(115)로부터 일부의 열을 반사기 측벽(22)에 멀리까지 유도시킨다. 이러한 열은 중앙 어셈블리(151)에서 순환 회로에 의해 제거된다.
전술한 바와 같이, 회전자 벽(116)의 하나의 원통형 부분은 원통형 얇은 벽(129)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 원통형 얇은 벽(129)의 두께는 밀리미터보다 작을 수 있다. 상기 벽(129)의 상부 주변부는 얇은 벽 플랜지(171)에 연결된다. 원통형 얇은 벽(129)의 바닥부에는 공동 접합부(169)가 제공되어 있다. 얇은 벽플랜지(171), 원통형 얇은 벽(129) 및 공동 접합부(169)는 하우징(181)으로 언급된 스테인레스의 단일 부품으로 제조되는 것이 유리하다. 원통형 얇은 벽(129)은 수직벽으로서 도시되었지만, 그 이외의 각도로 구성할 수도 있다. 그러나, 수직으로 구성하는 것이 원통형 얇은 벽(129)의 파괴 또는 붕괴를 방지하기에 적합하다. 또한, 수직 설계는 제조가 보다 간단해질 수 있다.
원통형 얇은 벽(129)은 회전자(113)와 고정자 어셈블리(127) 사이에 경계를 제공한다. 특히, 고정자 어셈블리(127)에 의해 자기적으로 부상될 회전자(113)를 위해서, 회전자(113)는 (전자기장의 역-제곱 성질로 인해)효율적인 자기 전달이 발생되도록 고정자 어셈블리(127)를 물리적으로 폐쇄해야 한다. 자장이 발생하는 고정자어셈블리(127)와 회전자(113) 사이의 층 거리는 자장의 세기에 의해 약 2.5mm 보다 작게 제한될 수 있다. 원통형 얇은 벽(129)의 사용에 의해 고정자 어셈블리(127)에 의해 발생된 자장에 의해 효과적으로 부상될 고정자 어셈블리(127)에 회전자(113)가 충분히 가깝게 위치될 수 있게 한다.
회전자(113)가 고정자 어셈블리(127)에 가까워져야 하지만, 유극은 회전자(113)의 열팽창을 허용할 수 있어야 하며 제어 시스템의 위치선정 에러를 고려해야 한다. 기판(117)이 램프(110)에 의해 가열될 때, 중앙 어셈블리(151)와 회전자 시스템(111)도 전도 및 방사로 인한 열을 수용한다. 이러한 열은 회전자(113)의 미세한 열팽창의 원인이 된다. 회전자(113)가 원통형 얇은 벽(129)에 너무 가깝게 위치하면, 열팽창으로 인해 회전자(113)가 회전중에 원통형 얇은 벽(129)과 부딪혀서 기판(117), 회전자 시스템(111) 및 원통형 얇은 벽(129)을 손상시키는 잠재적인 원인이 된다. 회전자 시스템(111)과 원통형 얇은 벽(129)이 너무 민감하고 정밀하게 기계가공된 부품이므로(전술한 바와 같이, 원통형 얇은 벽(129)이 밀리미터 두께보다 작을 수 있으므로), 그러한 충돌은 매우 고가의 보수를 필요로 하게 한다. 게다가, 그러한 충돌은 상당한 양의 금속 먼지가 챔버를 오염시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 원통형 얇은 벽(129)과 회전자(113) 사이의 유극은 본 발명의 또다른 중요한 특징이다. 300mm기판을 갖는 시스템에서 만족할 만한 결과를 제공하는한 유극은 약 0.040 내지 0.060인치, 더 바람직하게 약 0.045인치이다. 이러한 치수는 회전자의 직경이 약 13.5인치 경우를 근거로 한 것이지만 다른 치수의 회전자도 사용될 수 있다. 따라서, 사용된 회전자의 틈새가 0.045인치라면, 원통형 얇은 벽(129)의 내경은 약 13.590인치이다. 그러한 유극은 회전자의 온도가 공정 과정에 걸쳐 20 내지 120℃로 상승하는 시스템에서 발생할 수 있는 것과 같이, 100℃의 회전자 온도상승을 수용할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 세정 가스는 세정 가스 입구 또는 인젝터(147)를 통해 공동 내측으로 도입될 수 있다. 세정 가스 입구(147)는 가스 공급원(도시않음)에 연결된다. 세정 가스 시스템(도시않음)에 관한 추가의 세부사항은 1996년 7월 24일자로 출원된 발명의 명칭이 "화학증착 공정중 기판의 후면을 정화시키기 위한 방법 및 장치"인 미국 출원번호 08/687,166호 및 이와 동일한 날짜에 출원된 발명의 명칭이 "화학증착 공정중 기판의 후면을 정화시키기 위한 방법 및 장치"에 설명되어 있으며, 이들은 본 출원의 양수인에게 양도되어 본 발명에 참조되었다.
상기 세정 가스는 공동(118) 내측으로 흐른다. 도 10을 참조하면, 세정 가스통로는 제 1 가스통로 화살표(175)에 의해 표시되어 있다. 이러한 세정 가스는 반사기 측벽(122)과 지지 실린더(115) 사이에서 아래로 흐른다. 그리고 나서, 상기 세정 가스는 회전자(113) 주위 및 인접 원통형 벽(129)의 상부로 흐른다. 그리고 나서, 상기 가스는 베어링 커버(161)와 공동 회전하는 에지링 연장부(121) 사이로 흐른다. 이렇게 함으로써, 세정 가스는 공동회전하는 에지링 연장부(121)를 따라 점착성으로 당겨진다. 상기 에지링 연장부(121)의 고속 회전속도는 이러한 효과를 돕는다. 그리고 나서, 상기 세정 가스는 가스 배출포트(183)로 진입하여 펌핑 시스템(179)에 의해 제거된다. 예를 들어, 에지링(119)의 불완전함으로 인해 세정 가스의 일부가 공동(118)으로부터 프로세싱 영역(163)으로 누설되는 경우에, 이러한 가스들은 공동회전 에지링 연장부(121)를 따라 흡인되어 제거된다.
이러한 세정 가스는 기판(117)의 후면측(165)에 증착이 발생되지 않게 하기 위해 연속적인 배면압력이 유지되도록 한다. 이러한 압력은 공정에 따라 변화하지만, 적합한 배면압력은 약 100밀리토르일 수 있다.
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본 발명은 양호한 실시예로서 설명되었다. 그러나, 본 발명은 도시되고 설명된 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해 단지 한정되어 있을 뿐이다.
일 실시예로서, 본 발명은 자기 부양 회전 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 자기적으로 투과 가능한 회전자; 회전자와 중심이 같으며 이를 둘러싸고 있는 원통형의 얇은 벽; 및, 상기 원통형의 얇은 벽에 근접한 자기 고정자 어셈블리를 포함한다. 회전자와 자기 고정자 어셈블리 사이의 방사 거리는 고정자 어셈블리에 의해 생성된 자기장이 회전자를 자기적으로 부양시킬 정도로 충분히 작지만, 회전자가 열팽창시에 얇은 벽과 물리적으로 접촉되지 않을 정도로 충분히 크다.
본 발명의 구현은 하나 이상의 다음 내용을 포함한다. 회전자와 원통형의 얇은 벽 사이의 방사 거리는 0.04 및 0.06 인치 사이일 수 있다. 원통형의 얇은 벽의 두께는 약 50 내지 150밀(mil)일 수 있다. 원통형 얇은 벽은 반도체 프로세싱 챔버의 벽일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 프로세싱 챔버내 회전 프레임의 위치를 결정하는 다수의 센서의 상대적인 위치를 유지시키는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 프로세싱 챔버의 베이스에 제거 가능하게 장착된 중앙 어셈블리를 포함한다. 어셈블리 접합부(assembly abutment)는 중앙 어셈블리에 고정된다. 다수의 센서는 중앙 어셈블리에 관련된 회전프레임의 수직 및 수평 위치를 결정한다. 공동 접합부(cavity abutment)는 공정 챔버의 벽상에 형성되며, 여기서 공동 접합부 및 어셈블리 접합부는 공동 접합부가 어셈블리 접합부에 제거 가능하게 장착되도록 구성되어 배치된다. 센서들의 관련 위치를 변경시키지 않으면서, 회전 프레임 및 중앙 어셈블리가 프로세싱 챔버로부터 제거되도록 다수의 센서가 중앙 어셈블리에 장착된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 프로세싱 챔버에서 회전 프레임의 상태를 결정하는 다수 센서의 상대적인 위치를 유지시키는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 제거 가능하게 프로세싱 챔버의 베이스에 장착된 중앙 어셈블리; 중앙 어셈블리를 베이스에 제거 가능하게 장착하기 위한 수단; 및, 중앙 어셈블리에 장착되어 중앙 어셈블리에 관련된 회전 프레임의 수직 및 수평 위치를 감지하기 위한 다수의 센서를 포함한다. 상기 센서는 회전 프레임 및 중앙 어셈블리가 센서의 상대적인 위치를 변경시키기 않으면서, 프로세싱 챔버로부터 제거될 수 있도록 구성되어 배치된다.
본 발명의 구현은 하나 이상의 다음 내용을 포함할 수 있다. 제거 가능한 장착 수단은 다수의 볼트 또는 하나 이상의 클램프일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 기판 프로세싱 챔버 내의 프로세싱 영역으로부터 회전프레임을 실질적으로 열적으로 격리하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 회전 프레임에 회전 가능하게 결합된 지지 실린더를 포함하며, 상기 지지 실린더는 낮은 열전도성을 가지며 프로세싱 영역으로부터의 열이 실질적으로 회전 프레임에 근처에서는 감쇠되도록 충분히 길다. 상기 장치는 또한, 회전 프레임에 결합되는 지지 실린더의 대향 단부에 결합된 에지 링을 포함하며, 상기 에지 링은 기판을 지지하도록 구성되어 배치된다.
본 발명의 구현은 하나 이상의 다음 내용을 포함할 수 있다. 지지 실린더는 석영으로 제조된다. 지지 실린더의 길이는 약 2.2 내지 2.9 인치이다. 실리콘 코팅이 지지 실린더상에 위치하여 지지 실린더에 높은 불투명성을 제공함으로써 프로세싱 영역으로부터의 광이 실질적으로 회전 프레임 근처에서 감쇠되도록 한다. 지지 실린더는 약 0.8 내지 1.1 마이크론의 파장에서 불투명해질 수 있다. 지지 실린더의 열전도성은 약 1.5 내지 2.5 J-kg-m/m2-초-℃이다. 지지 실린더는 약 50 내지 150 밀(mil) 사이의 벽 두께를 갖는다. 플랜지는 지지 실린더의 주위를 둘러싸면서 장착되어, 회전 프레임 근처의 열을 추가로 감쇠시킬 수 있다. 회전 프레임 및 지지 실린더에 의해 형성된 영역내에 부분적으로 배치될 수 있어서, 중앙 어셈블리는 프로세싱 챔버의 베이스상에 장착될 수 있고, 상기 중앙 어셈블리는 프로세싱 영역으로부터의 광이 중앙 어셈블리 및 회전 프레임에 의해 형성된 공간에서 실질적으로 감쇠되게 한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 프로세싱 챔버용 회전 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 다수의 홀이 형성된 상부면을 갖는 회전자; 다수의 홀에 장착된 다수의 가요성 로케이터 핀; 및 회전자와 동심이며, 로케이터 핀에 맞물려 회전자에 장착된 지지 실린더를 포함한다.
본 발명의 구현은 하나 이상의 다음 내용을 포함할 수 있다. 로케이터 핀은 다수의 홀에 쓰레딩되지 않은 방식으로(non-threaded) 밀착형(friction fit)으로 장착될 수 있다. 홀은 지지 실린더의 반지름보다 더 큰 반지름을 갖는 원 내에 배치될 수 있다. 로케이터 핀은 다수의 로케이터 핀 플러그를 포함할 수 있으며, 로케이터 핀 플러그는 다수의 홀 내에 밀착형으로 장착된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 프로세싱 챔버용 회전 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 다수의 홀이 형성되는 상부면을 갖는 회전 가능하게 장착된 회전자; 다수의 로케이터 핀 플러그를 포함하는 다수의 로케이터 핀을 포함하며, 상기 로케이터 핀 플러그는 다수의 홀에 밀착형으로 장착되며; 회전자와 동심인 지지 실린더를 포함하며, 싱기 지지 실린더는 그루브를 가지며, 로케이터 핀이 그루브와 맞물림으로써 회전자에 밀착형으로 장착된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 프로세싱 챔버에서의 회전 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 중앙 어셈블리 근접하게 중앙 어셈블리를 둘러싸는 회전자; 회전자를 부양시키는 수단; 및 중앙 어셈블리내에 형성된 냉각 챔버를 포함하며, 상기 냉각 챔버는 냉각 유체를 포함하도록 적용된다. 냉각 챔버는 냉각 유체가 회전자를 냉각시킬 정도로 회전자에 충분히 근접하여 위치한다.
본 발명의 구현은 하나 이상의 다음 내용을 포함한다. 냉각 유체는 액체 또는 가스일 수 있다. 상기 시스템은 가스를 회전자와 중앙 어셈블리 사이의 영역에 공급하기 위한 가스 공급원을 더 포함하며, 열전도를 통해 회전자를 냉각시킨다. 부양 수단은 자기 부양 시스템일 수 있다.
또다른 실시예에서, 본 발명은 프로세싱 챔버내의 회전 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 중앙 어셈블리에 근접하여 이를 둘러싸는 자기적으로 투과 가능한 회전자를 포함한다. 자기 고정자 어셈블리는 회전자와 자기 고정자 어셈블리 사이의 방사상 거리가 고정자 어셈블리에 의해 생성된 자계가 회전자를 부양시키기 위해 회전자 수단을 자기적으로 부양시키는데 충분히 작게 되도록 회전자를 에워싼다. 냉각챔버는 중앙 어셈블리내에 형성되며, 냉각액이나 가스를 포함하도록 적용되어 냉각 챔버가 냉각액이나 가스가 회전자를 냉각시킬 정도로 로터에 충분히 근접하게 된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 중앙 어셈블리를 에워싸는 부양된 회전자를 갖는 프로세싱 챔버용 센서 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 회전자의 수평 및 수직 위치를 측정하기 위하여 중앙 어셈블리내에 쓰레딩된 방식으로 장착된 다수의 센서; 및 센서 및 회전자 사이에 배치된 커버를 포함하며, 상기 커버는 약 10 내지 30 밀 사이의 두께를 가지는 중합체이다.
본 발명의 구현은 하나 이상의 다음 내용을 포함한다. 커버는 회전자용 터치다운 패드로서 기능을 한다. 상기 시스템은 다수의 조절기를 더 포함하며, 센서들은 각각의 조절기에 쓰레딩된 방식으로 장착되며 조절기는 중앙 어셈블리에 장착된다. 이 시스템은 다수의 센서 마운트(sensor mount)를 더 포함하며, 조절기는 조절기 쓰레드(thread)에 의해 각각의 센서 마운트에 쓰레딩된 방식으로 장착되고 센서 마운트는 센서 마운트 쓰레드에 의해 중앙 어셈블리에 장착된다. 조절기 쓰레드와 센서 쓰레드중 하나는 정밀한 피치로 이루어지고 다른 하나는 정밀하지 않은 피치로 이루어진다.
본 발명의 이점은 회전자의 실질적인 절연이 RTP 챔버의 프로세싱 영역에서 반응 가스로부터 열적으로 그리고 기계적으로 달성될 수 있다는 것이다. RTP 챔버에서 회전자의 안정하고 부드러우며 고속의 회전이 마찬가지로 달성된다. 본 발명은 아주 용이하게 분해하고 보수하고 세정하는 것을 허용한다.
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본 발명의 다른 이점 및 특징들은 도면 및 청구범위를 포함하는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

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  5. 프로세싱 챔버 내의 회전 프레임의 위치를 결정하는 다수의 센서들의 상대적 위치를 유지하는 장치로서,
    상기 프로세싱 챔버의 베이스에 제거 가능하게 설치되는 중앙 어셈블리와,
    상기 중앙 어셈블리에 설치되는 어셈블리 접합부;
    상기 중앙 어셈블리에 대한 상기 회전 프레임의 수직 및 수평적 위치를 결정하는 다수의 센서; 및
    상기 프로세싱 챔버의 벽 상에 형성되는 공동 접합부를 포함하며,
    상기 공동 접합부 및 상기 어셈블리 접합부는 상기 공동 접합부가 상기 어셈블리 접합부에 제거 가능하게 장착되도록 구성되고 배열되며, 상기 다수의 센서는 상기 회전 프레임 및 상기 중앙 어셈블리가 상기 센서들의 상대적인 위치를 변경시키지 않고서 상기 프로세싱 챔버로부터 제거될 수 있도록 상기 중앙 어셈블리에 장착되는, 센서들의 상대적 위치를 유지하는 장치.
  6. 프로세싱 챔버 내의 회전 프레임의 위치를 결정하는 다수의 센서들의 상대적 위치를 유지하는 장치로서,
    상기 프로세싱 챔버의 베이스에 제거 가능하게 장착되는 중앙 어셈블리;
    상기 베이스에 상기 중앙 어셈블리를 제거 가능하게 장착하기 위한 수단; 및
    상기 중앙 어셈블리에 대한 상기 회전 프레임의 수직 및 수평적 위치를 감지하기 위하여 상기 중앙 어셈블리에 장착되는 다수의 센서를 포함하며,
    상기 센서들은 상기 회전 프레임 및 상기 중앙 어셈블리가 상기 센서들의 상대적인 위치를 변경시키지 않고서 상기 프로세싱 챔버로부터 제거될 수 있도록 구성되고 배열되는, 센서들의 상대적 위치를 유지하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제거 가능하게 장착하기 위한 수단은 다수의 볼트인 것을 특징으로 하는 센서들의 상대적 위치를 유지하는 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 제거 가능하게 장착하기 위한 수단은 적어도 하나의 클램프인 것을 특징으로 하는 센서들의 상대적 위치를 유지하는 장치.
  9. 기판 프로세싱 챔버 내의 프로세싱 영역으로부터 실질적으로 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치로서,
    상기 회전 프레임에 회전 가능하게 연결되며, 상기 프로세싱 영역으로부터의 열이 상기 회전 프레임 근처에서 실질적으로 감쇠되도록 열 전도성이 낮고 충분하게 긴 지지 실린더; 및
    상기 회전 프레임에 결합된 상기 지지 실린더 반대편의 단부에 결합되고, 기판을 지지하기 위하여 구성되고 배열되는 에지링을 포함하는, 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 지지 실린더는 석영으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 지지 실린더는 약 2.2 내지 2.9 인치의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 프로세싱 영역으로부터의 광이 상기 회전 프레임 근처에서 실질적으로 감쇠되도록 상기 지지 실린더에 높은 불투명도를 제공하기 위하여 상기 지지 실린더 상의 실리콘 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 프로세싱 챔버의 베이스에 장착되는 중앙 어셈블리를 더 포함하며, 상기 중앙 어셈블리는 상기 회전 프레임 및 상기 지지 실린더에 의해 형성되는 영역 내부에 부분적으로 배치되어 상기 프로세싱 영역으로부터의 광이 상기 중앙 어셈블리 및 상기 회전 프레임에 의해 형성되는 공간에서 실질적으로 감쇠되는 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 지지 실린더는 약 0.8 내지 1.1 미크론(micron)의 파장 범위에서 불투명한 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 회전 프레임 근처의 열을 더욱 감쇠시키기 위하여 상기 지지 실린더 주위에 원주상으로 장착 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 지지 실린더의 열 전도성은 약 1.5 내지 2.5 J-kg-m/m2-sec-℃인 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  17. 제 9항에 있어서, 상기 지지 실린더는 약 50 내지 150 밀의 벽 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 회전 프레임을 열적으로 격리시키는 장치.
  18. 프로세싱 챔버용 회전 시스템으로서,
    다수의 구멍이 형성된 상부면을 갖추고 있는 회전자;
    상기 다수의 구멍 내에 장착된 다수의 가요성 로케이터 핀; 및
    상기 회전자와 동심을 이루며 상기 로케이터 핀들과의 맞물림에 의해서 상기 회전자에 장착되어 있는 지지 실린더를 포함하는, 프로세싱 챔버용 회전 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 로케이터 핀은 쓰레딩되지 않는 방식으로 상기 다수의 구멍 내에 밀착식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버용 회전 시스템.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 구멍들은 상기 지지 실린더의 반경보다 큰 반경의 원내에 배열되는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버용 회전 시스템.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 로케이터 핀들은 다수의 로케이터 핀 플러그들을 포함하며, 상기 로케이터 핀 플러그들은 밀착형으로 상기 다수의 구멍 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버용 회전 시스템.
  22. 프로세싱 챔버용 회전 시스템으로서,
    다수의 구멍이 형성된 상부면을 갖는 회전 가능하게 장착된 회전자;
    상기 다수의 구멍 내에 밀착식으로 장착된 다수의 로케이터 핀 플러그를 포함하는 다수의 로케이터 핀; 및
    상기 회전자와 동심이고 그루브를 가지며 상기 로케이터 핀들과 상기 그루브의 맞물림에 의해서 상기 회전자에 밀착식으로 장착되어 있는 지지 실린더를 포함하는 프로세싱 챔버용 회전 시스템.
  23. 프로세싱 챔버 내의 회전 시스템으로서,
    중앙 어셈블리의 부근에서 상기 중앙 어셈블리를 둘러싸고 있는 회전자;
    상기 회전자를 부양시키기 위한 부양 수단; 및
    상기 중앙 어셈블리 내에 형성되는 냉각 챔버를 포함하며,
    상기 냉각 챔버는 냉각 유체를 포함하도록 적용되고, 상기 냉각 챔버는 상기 냉각 유체가 상기 회전자를 냉각시킬 만큼 상기 회전자에 충분히 근접하는 프로세싱 챔버 내의 회전 시스템.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 냉각 유체는 액체 또는 가스인 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버 내의 회전 시스템.
  25. 제 23항에 있어서, 상기 회전자와 상기 중앙 어셈블리 사이의 영역으로 가스를 공급하여 열전달에 의해 상기 회전자를 냉각시키도록 하는 가스 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버 내의 회전 시스템.
  26. 제 23항에 있어서, 상기 부양 수단이 자기 부양 시스템인 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버 내의 회전 시스템.
  27. 프로세싱 챔버 내의 회전 시스템으로서,
    중앙 어셈블리 부근에서 상기 중앙 어셈블리를 둘러싸는 자기적으로 투과 가능한 회전자;
    자기 고정자 어셈블리로서, 상기 회전자와 상기 자기 고정자 사이의 방사 거리는 상기 자기 고정자 어셈블리에 의해 형성되는 자장이 상기 회전자를 부양시키는 상기 회전 수단을 자기적으로 부양시키도록 충분히 작게 되도록 상기 회전자를 둘러싸는 자기 고정자 어셈블리; 및
    상기 중앙 어셈블리 내에 형성된 냉각 챔버를 포함하며, 상기 냉각 챔버는 냉각 액체 또는 가스를 포함하도록 적용되고, 상기 냉각 챔버는 상기 냉각 액체 또는 가스가 상기 회전자를 냉각시킬 만큼 상기 회전자에 충분히 근접하는, 프로세싱 챔버 내의 회전 시스템.
  28. 중앙 어셈블리를 둘러싸는 부양된 회전자를 갖는 프로세싱 챔버용 센서 시스템으로서,
    상기 회전자의 수직 및 수평 위치를 측정하도록 상기 중앙 어셈블리내에 쓰레딩된 방식으로 장착되는 다수의 센서; 및
    상기 센서와 상기 회전자 사이에 배열된 커버를 포함하며, 상기 커버는 약 10 내지 30 밀 사이의 두께를 갖는 중합체인 프로세싱 챔버용 센서 시스템.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 커버는 상기 회전자에 대해 터치다운 패드로서 작용하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버용 센서 시스템.
  30. 제 28항에 있으며, 다수의 조절기를 더 포함하며, 상기 센서는 상기 조절기들 중 각각의 조절기 내에 쓰레딩된 방식으로 장착되며, 상기 조절기는 상기 중앙 어셈블리 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버용 센서 시스템.
  31. 제 30항에 있어서, 다수의 센서 마운트를 더 포함하고 있으며, 상기 조절기가 조절 쓰레드에 의해서 상기 센서 마운트들 중 각각의 마운트에 쓰레딩된 방식으로 장착되고, 상기 센서 마운트는 센서 마운트 쓰레드에 의해서 상기 중앙 어셈블리에 장착되는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버용 센서 시스템.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 조절 쓰레드와 상기 센서 쓰레드 중 하나는 정밀한 피치로 이루어지며 다른 하나는 정밀하지 않은 피치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버용 센서 시스템.
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