KR100794507B1

KR100794507B1 - 처리챔버용 히터

Info

Publication number: KR100794507B1
Application number: KR1020010009057A
Authority: KR
Inventors: 샘욘 쉐스틴스키; 앨리슨 길리암; 폴에프. 스미쓰; 레오널에이. 쥬니가; 테드 요시도메; 니틴 쿠라나; 로더릭크레이그 모슬리; 우메쉬 켈커; 요셉 유도프스키; 앨런 포피올카우스키
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2008-01-16
Also published as: US6350320B1; EP1137042A2; JP4772974B2; JP2001297991A; KR20010083246A

Abstract

기판의 방사상 방향에 대해 소정 각도로 기판의 엣지에 가스를 유동시켜 안내하는 가스공급 장치와 방법이 제공된다. 상기 장치는 가스 개구부로부터 가스공급 장치의 중심을 기점으로 하는 레이디얼 라인에 대하여 각을 이루는 다수의 홈 위로 가스를 안내한다. 그 후, 가스가 기판의 일부 위로 흐름으로써, 반응 가스가 기판의 선택적 부분에 증착되는 것이 방지된다.

Description

처리챔버용 히터{HEATER FOR PROCESSING CHAMBER}

도 1은 처리챔버의 개략도.

도 2는 컴퓨터 시스템의 개략도.

도 3은 가스 공급장치를 갖는 지지부재의 측단면도.

도 4는 가스 공급장치를 갖는 지지부재의 측단면도.

도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 취한 측단면도.

도 6은 각진 홈을 갖는 편향부재의 평면도.

도 7은 편향부재의 홈을 도시한 도 6의 선 7-7을 따라 취한 부분 평면도.

도 8은 가스 공급장치의 선택적 실시예에 대한 측단면도.

본 발명은 반도체 기판 처리 장비 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기판을 처리하는 중에 기판을 지지하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.

집적회로의 제조에서, 진공환경으로부터 기판을 제거하지 않은 채 몇가지 처리단계를 연속적으로 수행함으로써 기판 처리를 자동화한 장비들이 개발되었고, 그에 의하여 기판 이송시간과 기판의 오염이 감소되었다. 이런 시스템은, 예를 들어, Maydan 등의 미국특허 제 4,951,601 호에 개시되어 있고, 다수의 처리챔버가 이송챔버에 연결된다. 중앙 이송챔버내의 로봇은 기판을 슬릿밸브를 통하여 다양하게 연결된 처리챔버로 전달하며, 처리가 완료된 후 챔버로부터 기판을 회수한다.

진공챔버내에서 수행되는 처리단계들은 통상적으로 기판의 표면상에 다중 금속층, 유전체층 및 반도체층의 증착 또는 에칭을 요구한다. 이러한 처리의 예는 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD) 및 에칭처리를 포함한다.

진공챔버는 반도체 기판상에 박막을 증착하기 위해 CVD에 사용된다. 통상적으로, 선구체 가스는 기판위에 배치된 가스 매니폴드 플레이트를 통하여 진공챔버 내로 장입된다. 가열 처리에서, 상기 기판은 통상적으로 소정 처리온도로 가열된다. 챔버내로 장입된 선구체 가스는 가열된 기판 표면상에서 반응하여 기판 위에 얇은 층을 증착한다.

CVD에서 발생하는 문제점은 기판의 엣지와 배면 그리고 지지부재 상에 물질이 증착된다는 것이다. 기판의 엣지와 배면 상에서의 증착은, 잠재적으로, 예컨대, 화학적 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing)같은 후속 처리에 대해 부적합한 기판을 만들 수 있다. 기판의 엣지 상에 증착된 물질은 CMP 후에도 엣지상에 남아 있을 수 있고, 잠재적으로 입자 공급원을 생성하거나 또는 처리에 의해 형성되는 소자의 완전성을 저해할 수 있다. 또한, 기판의 엣지와 배면 상의 물질은 박리될 수 있고, 입자 공급원이 될 수도 있다. 더욱이, 기판과 지지부재 상에 증착된 물질은 기판이 지지부재에 고착되도록 할 수 있고, 기판 위에 형성되는 소자의 완전성을 손상시킬 수 있다.

기판과 지지부재 상에 바람직하지 않은 증착 문제를 해소하기 위하여, 새도우 링(shadow ring)과 퍼지 가스(purge gas)가 사용되어 왔다. 새도우 링은 증착동안 기판의 주위를 덮어서 기판의 엣지를 차폐하여 증착 가스가 기판의 엣지와 배면에 접촉하는 것을 차단한다. 그러나, 예를 들어, WF₆같은 일부 선구체 가스의 휘발성 때문에, 새도우 링 단독으로는 기판상에서의 엣지와 배면 증착을 방지하지 못한다.

기판의 엣지와 배면으로 안내되는 퍼지 가스는 엣지와 배면 증착을 방지하는데 사용되었다. 상기 퍼지 가스는 기판의 주변부 근처에 양압(positive pressure)을 가하여 기판을 유지하는 지지부재 뿐만 아니라 기판의 엣지와 배면에 처리가스가 도달할 가능성을 감소시킨다. 퍼지 가스가 사용되는 시스템에서, 지지부재에 형성된 다수의 이격된 퍼지 가스 오리피스가 퍼지 가스를 기판의 엣지로 유도한다. 그러나, 종래의 퍼지 가스 시스템은 코팅하고자 하는 기판의 표면 위로 물질의 불균일한 증착을 초래할 수 있다.

반도체 소자 제조에서 높은 수율과 효율에 대한 요구가 증대됨에 따라, 기판의 엣지에서 증착되는 박막의 두께와 균일성을 통제하는 집적회로 제조업자의 요건은 더욱 엄격해졌다. 현재 산업 표준은, 기판의 경사진 엣지 상에 필름 증착이 전혀 없고, 기판의 엣지로부터 3 ㎜지점에서의 박막 두께가, 기판 엣지로부터 3㎜ 이내의 구역(이른바 "제외 구역")을 제외하고, ±5 퍼센트 이상의 두께 균일도를 가진 기판 중심에서의 박막 두께의 90퍼센트 또는 그 이상일 것을 요구한다.

따라서, 기판 표면에서의 증착 균일도에 영향을 끼치지 않으면서, 산업 표준의 엣지 제외 요구를 만족시키며 배면 증착을 방지하는 방법과 시스템이 필요하다.

일반적으로, 본 발명의 실시예들은 기판 지지부재상에 배치된 기판의 엣지로 가스를 공급하기 위한 장치와 방법을 포함한다. 특히, 본 발명은 기판 부근에 배치된 편향 부재의 중심을 기점으로 하는 레이디얼 라인에 대하여 소정 각도로 기판의 엣지에 퍼지 가스를 유동시켜 안내하는 가스공급 장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태에서, 가스 유동 각도는 가스를 가스 공급장치에 형성된 홈 또는 다른 가스 편향 구조물을 통해 유동시킴으로써 조절된다. 상기 가스는 유체 통로를 제공하는 환형 개구부로 흘러 들어가고, 상기 유체 통로에 의해 가스가 유동하여 기판과 접촉하게 된다.

본 발명의 다른 양태에서, 기판 처리 시스템에서 사용하기 위한 가스 공급장치가 제공된다. 상기 가스 공급장치는 그 표면상에 기판을 지지하도록 된 지지부재의 주변부에 배치된다. 퍼지 가스 통로가 지지부재에 형성되어 가스 공급부를 환형 홈에 연결한다. 편향부재의 적어도 일부가 상기 환형 홈 위에 배치되고, 환형 홈으로부터 제공되는 퍼지 가스의 유동에 영향을 주도록 된 다수의 홈 또는 다른 가스 편향 구조물을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에서, 처리 시스템에서 가스 유동을 지향시키기 위한 퍼지 가스 조립체는, 편향 부재의 중심축을 기점으로 하는 레이디얼 라인에 대해서 소정 각도로 가스의 유동을 지향시키도록 된 편향면을 형성하는 하부면을 가진 편향 부재; 및 상기 편향부재의 상부면의 적어도 일부 위에 배치될 수 있으며 내부 환형 립(lip)을 포함하는 엣지 링;을 포함하며, 상기 편향 부재와 엣지 링은 퍼지 가스 통로의 일부를 형성한다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 기판 처리 장치는 기판 수용면과, 상기 기판 수용면의 외측에 배치되며 그 내부에 가스 공급 홈을 가진 어깨부(shoulder portion)를 구비한 지지 부재를 포함한다. 편향부재는 상기 어깨부 위에 위치되며, 엣지 링은 적어도 일부가 편향 부재 위에 배치된다. 상기 편향 부재는 편향 부재의 표면과 어깨부의 표면 사이에 경계면을 형성한다. 상기 경계면에 배치된 편향면은 편향 부재와 어깨부 중 적어도 하나에 형성되고, 상기 편향면 위로 유동하는 가스의 접선 유동을 유발한다. 일 실시예에서, 상기 엣지 링에 형성된 배출포트는 상기 엣지 링에 의해 적어도 부분적으로 형성된 공간을 배기시킨다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 처리 챔버에서 지지 부재의 상부면상에 지지된 기판에 가스를 공급하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 상기 방법은 편향 부재와 상기 편향 부재상에 적어도 일부가 배치되는 엣지 링을 포함하는 가스 공급 조립체를 지지 부재의 어깨부상에 배치되도록 제공하는 단계; 상기 지지 부재에 형성된 가스 공급 채널로 가스를 유동시키는 단계; 상기 편향 부재와 어깨부 중 하나 또는 그 이상에 배치된 편향면 위로 가스를 유동시켜 가스 유동 방향에 대해 접선 성분을 제공하는 단계; 및 상기 가스 공급 조립체와 엣지 링 사이에 형성된 환형 개구부로 적어도 일부의 가스를 유동시키는 단계;를 포함한다.

간략하게 요약하여 상술한 본 발명의 특징, 장점과 목적의 이해를 돕기 위하여, 첨부도면에 도시된 실시예를 참조하여, 본 발명을 보다 더 상세하게 설명한다.

그러나, 첨부도면은 본 발명의 범주를 제한하지 않는 전형적 실시예를 도시한 것으로, 본 발명에 관한 동등한 효과를 갖는 실시예로 인정하기를 주지시키는 바이다.

가스 공급 장치는 CVD 처리 챔버에 특히 유용하며, 이하의 설명은 용이한 설명과 이해를 위해 주로 CVD 처리를 참조한다. 그러나, 가스 공급 장치는 다른 처리, 처리 챔버 및 PVD 및 에칭 장치와 같은 장치에 적용될 수 있으며, 따라서, 본원에 개시된 특정 형태에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 처리 챔버(10)의 개략도로서, 화학 기상 증착 챔버의 일례이다. 처리 챔버(10)는 몸체(11) 및 몸체(11)의 상단부에 배치된 덮개(12)를 포함한다. 샤워헤드(shower head;13)가 덮개(12)와 몸체(11)사이에 배치되며, 가스가 흘러 통과하는 다수의 포트(14)를 포함한다. 상기 가스는 처리 유체 공급 모듈(15)에 의해 공급되며, 이 모듈은 처리 챔버(10) 내에서 수행되는 특정 처리에 따라 다양한 불활성 및 반응성 가스를 포함한다. 일부 응용예에서는 플라즈마가 처리 챔버(10) 내에 유지될 필요가 있다. 따라서, 샤워헤드(13)는 제너레이터, 트랜스포머, 정합회로, 그리고 당업계에 알려진 다른 장치의 임의의 조합을 포함할 수 있는 전원 조립체(16)에 연결된다.

기판 지지 부재(30)가 처리 챔버(10) 내에 배치되며, 스템(stem;32) 및 스템(32)의 상단부에 부착된 지지판(34)을 포함한다. 지지 부재(30)는 스템(32)의 하단부에 연결된 액츄에이터(17)의 작동 하에 처리 챔버(10)내에서 수직으로 이동가능하다. 상기 지지판(34)은 상부면(38) 상에 기판(36)을 지지하게 된다. 수직으로 이동가능한 리프트 핑거(lift finger;33)가 지지판(34)에 배치되어 상부면(38)에 대한 기판의 위치선정을 돕는다. 바람직하게, 기판(36)을 승강시키기 위하여, 등간격으로 이격된 3개의 리프트 핑거(33)가 기판(36)의 배면에 접촉하도록 배치된다. 리프트 핑거(33)의 작동은, 예컨대 모터(19)와 승강판(20)에 의하여 달성될 수 있다.

다른 공정을 위해 필요할 수 있는 다수의 주변장치들이 지지 부재(30)에 연결된다. 전원(18), 펌프(46) 및 퍼지 가스 공급기(52)가 지지 부재(30)에 연결된 것으로 도시되어 있으며, 이들에 대해서는 이하 상세히 설명한다.

바람직하게, 챔버(10) 및 이와 관련된 다양한 요소들의 작동은 컴퓨터 시스템(21)에 의해 제어된다. 컴퓨터 시스템(21)이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 컴퓨터 시스템(21)은 중앙처리장치(23;CPU), 메모리(24) 및 CPU(23)용 서포트 회로(25)를 연결하는 버스 라인(22)을 포함한다. CPU(23)는 다양한 챔버 및 서브 프로세서를 제어하기 위한 산업적 세팅에 사용될 수 있는 임의의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 서포트 회로(25)는 통상적인 방법으로 프로세서를 지원하기 위하여 CPU(23)에 연결된다. 이러한 회로는 캐시, 전원, 클록 회로, 입출력 회로 및 서브시스템 등을 포함한다. 메모리(24) 또는 컴퓨터-판독가능 매체(computer-readable medium)가 CPU(23)에 연결되고, 램(Random Access Memory), 롬(Read Only Memory), 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장기와 같은 하나 또는 그 이상의 쉽게 이용가능한 메모리일 수 있다. 상기 메모리(24)는 단일체로서 도시되었지만, 메모리(24)는 실제로 다수의 모듈을 포함할 수 있으며, 메모리는 고속의 레지스터와 캐치로부터 저속이지만 대용량 DRAM 칩까지의 다중 레벨로 존재할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 일반적으로, 증착 공정은 전형적으로 소프트웨어 루틴(26)으로서 메모리(24)에 저장된다. 소프트웨어 루틴(26)은, 컴퓨터 시스템(21)이 요구할 때, 프로그램 제품(즉, 시그널 베어링 미디어)으로부터 메모리(24)에 로딩될 수 있다. 예시적 프로그램 제품은 (i) 쓰기 불가능한 저장매체(예를 들면, CD-롬 드라이브에 의해 읽기가능한 CD-롬 디스크와 같은 컴퓨터 내의 읽기 전용 메모리 장치)상에 영구적으로 저장된 정보; (ii) 쓰기 가능한 저장매체(예를 들면, 하드 디스크 드라이브 또는 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크)상에 변경가능하게 저장된 정보; 또는 (iii) 무선 통신을 포함하여, 컴퓨터 또는 전화 네트워크와 같은 통신 매체에 의해 컴퓨터로 전송되는 정보를 포함한다. 상기 소프트웨어 루틴(26)은 CPU(23)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격 위치된 제 2 CPU(미도시)에 의해서도 저장 및/또는 실행될 수 있다. 소프트웨어 루틴(26)은 다중 서브루틴(27)을 포함하며, 이들은 각각 하기된 다양한 작동을 실행하도록 되어 있다.

도 3은 보다 상세하게 도시된 지지 부재(30)의 측단면도이다. 다중-루프 히팅 요소(35)가 지지판(34)에 매설되어 기판(36)이 소정 처리 온도로 유지될 수 있도록 한다. 히팅 요소(35)는 금속 외장(metal sheath) 내에서 산화마그네슘(MgO) 절연체로 둘러싸인 니크롬선과 같은 통상의 재료로 구성된 하나 또는 그 이상의 코일일 수 있다. 상기 금속 외장은 Incoloy^TM, Inconel^TM, 스테인레스 스틸 또는 주조/용접 작업중 도달하게 되는 고온에서 견딜 수 있는 다른 금속으로 제조될 수 있다. 히팅 요소(35)의 각 단부에 있는 전극(37)은 전원(18; 도 1에 도시됨)에 연결될 수 있으며, 상기 전원은 처리중에 히팅 요소(35)를 활성화시킨다. 히팅 요소(35)는, 지지판(34)을 균일하게 가열하고 그에 따라 지지판 위에 장착된 기판(36)의 균일한 가열을 위하여, 모든 면이 지지판(34)과 접촉되는 것이 바람직하다.

상기 특수한 히팅 요소와 그 구성은 지지 부재(30), 특히, 지지판(34)의 재료에 따라 부분적으로 좌우된다. 일 실시예에서, 지지판(34)이 스테인레스 스틸로 제조되어 신뢰성과 제조성을 향상시킨다. 그러나, 지지판(34)은 세라믹 또는 알루미늄과 같은 다른 재질로 만들어질 수 있다.

지지판(34)은 기판(36)을 지지판(34)에 척킹할 수 있는 진공 시스템을 갖추고 있어, 처리중에 지지판(34)과 기판(36) 사이의 양호한 열접촉을 유지하도록 한다. 다수의 진공 채널(40)이 지지판 내에 분산 배치되며 다수의 진공 포트(42)에 연결된다. 진공 채널(40)은 지지판(34)의 중앙부로부터 주변부까지 측방향으로 연장되어 상호연결된 다수의 채널 세그먼트로 구성된다. 진공 포트(42)는 진공 채널(40)에 연결되며 수직 상방향으로 상부면(38)까지 연장된다. 비록 도시되지 않았지만, 상부면(38)은 홈(grooves) 또는 요부(recesses)를 포함하며, 상부면(38)과 기판(36) 사이에서 배면 진공이 유지된다. 일부가 스템(32)을 통하여 연장되는 진공 튜브(48)에 의해 진공 채널(40)과 연결된 펌프(46)에 의해 진공이 발생된다.

또한, 스템(32)은 원격 위치된 퍼지 가스 공급기(52)에 연결된 퍼지 가스 튜브(50)를 수용한다. 퍼지 가스 공급기(52)는 아르곤과 같은 퍼지 가스를 상기 튜브(50)에 공급한다. 상기 튜브(50)는 지지판(34)에 형성된 퍼지 가스 유입구(56)에 상단부가 연결된다. 유입구(56)는 지지판(34)을 통해 연장되는 가스 유동 경로의 세그먼트를 형성하고, 지지판(34)의 주변부에 위치한 가스 공급 조립체(60)에 퍼지 가스를 공급한다.

도 4는 도 3의 4-4선을 따라 취한 지지판(34)과 가스 공급 조립체(60)의 부분 단면도이다. 퍼지 가스 유입구(56)를 가스 공급 조립체(60)에 유체 연결시키기 위하여, 가스 통로(62)가 지지판(34)의 하부면 근처에 형성되며, 일반적으로 퍼지 가스 유입구(56)로부터 외측으로 지지판(34)의 주변부까지 방사상으로 연장된다. 특히, 가스 통로(62)는 오리피스(63)에 연결되는데, 이 오리피스(63)는 가스 공급 조립체(60) 아래에 배치된 환형 홈(65)에 다시 연결된다. 오리피스(63)는 지지판(34)에 등간격으로 형성된 개구부인 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 12개의 오리피스가 가스 통로(62)를 환형 홈(65)과 연결시키기 위하여 제공된다.

선택적으로, 환형 홈(65)은 그 내측에 배치된 코일(67)을 갖는다. 일 실시예에서, 코일(67)은 퍼지 가스가 기판(36)의 엣지로 균일하게 공급될 수 있도록 돕는 나선형 코일이다. 또한, 코일(67)은 가스 공급 조립체(60)가 지지판(34)에 적절하게 접지되도록 보장하기 위해 금속으로 제조된다. 가스 공급 조립체(60)의 접지가 실패하면, 아킹(arcing)을 초래하는 전하 충진(Charge build-up)을 유발할 수 있다. 아킹은 기판 손상 및 챔버 오염 가능성 때문에 바람직하지 않다. 유리하게 사용될 수 있는 코일(67)의 일예는 캘리포니아 노스 할리우드(California North Hollywood)에 소재한 Spira Maufacturing Corporation에서 제조한 Spira^TM 가스켓이다.

도 5는 도 4의 5-5선을 따라 취한 지지판(34) 및 가스 공급 조립체(60)의 부분 단면도이다. 일반적으로, 가스 공급 조립체(60)는 지지판(34)의 어깨부(80)위에 배치되는 엣지 링(70)과 편향 부재(76)를 포함한다. 엣지 링(70)과 편향부재(76)는 일반적으로 지지판(34)의 형태에 따라 성형된 환형 요소이다. 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예에서, 엣지 링(70)과 편향 부재(76)는 링 형상이다. 그러나, 이들은 직사각형, 정사각형 또는 임의의 다른 형태일 수 있다.

상기 편향 부재(76)는 지지판(34)의 어깨부(80)에 형성된 요부(84)에 안착된다. 편향 부재(76)는 편향면(90)을 포함하며, 그 일부분은 요부(84)의 플로어(floor;92)상에 배치되고 다른 부분은 홈(65) 위의 덮개를 형성한다. 편향 부재(76)는 도 3에 도시된 바와 같이 나사(94)에 의해 지지판(34)에 고정된다. 보다 일반적으로, 지지판(34)으로부터의 편향 부재(76)의 제거를 용이하게 하는 임의의 체결구가 사용될 수 있다.

도 6은 편향 부재(76)의 평면도이다. 편향 부재(76)는 링 형태이며, 중앙 개구부(98), 외측 장착부(99) 및 내측 홈부(101)를 형성한다. 상기 외측 장착부(99)에는 도 3에 도시된 나사(94)와 같은 체결구를 수용하도록 된 홀(102)이 형성되어 있다. 또한, 장착부(99)는 하기된 바와 같이 엣지 링(70;도 5 참조)을 어깨부(80;도 5)상에 정렬하는 것을 돕기 위하여 노치(110; 도 5 참조)를 포함한다. 편향면(90)은 편향 부재(76)의 직경방향으로 내측부(101)에 형성되며, 그 위에 형성된 다수의 홈(100)을 포함한다. 홈(100)이 도 7에 상세하게 도시되어 있으며, 도 7은 편향 부재(76)의 부분 평면도이다. 홈(100)은 편향 부재(76)의 전체 원주 주위에서 서로로부터 긴밀하게 이격되어 있다. 일 실시예에서, 홈(100)은 약 120개 내지 약 180개 형성된다. 일반적으로, 홈(100)의 갯수는 편향 부재(76)의 직경에 따라 증가한다. 바람직하게, 홈(100)은 가스를 균일하게 공급하기 위해 서로로부터 등간격으로 이격되어 있다. 홈(100)은 편향 부재(76)의 중심을 기점으로 하는 레이디얼 라인(104)에 대해 소정 각도(θ)로 배향된다. 홈(100)의 각도는 홈(100)을 통해 흐르는 퍼지 가스가 레이디얼 라인에 대한 접선속도로 흐르게 한다. 정확한 각도(θ)와 그에 따른 유동 각도는, 정확한 응용예 및 그 변수, 예를 들면 가스의 유속에 따라 변할 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 레이디얼 라인(104)에 대한 홈(100)의 각도(θ)는 약 60° 내지 75°이다. 특수한 응용예에서, 기판의 직경이 300㎜인 경우, 기판(36)의 레이디얼 방향에 대한 유동 각도는 약 75°이다.

다른 실시예에서, 홈(100)은 핀, 벽 같은 가이드, 또는 다른 구조물을 상기 링 상에 배치함으로써 형성될 수 있다. 상기 핀 또는 가이드는 일부 각성분 또는 접선성분을 퍼지 가스 유동으로 변형시키는 홈을 형성할 수 있다. 홈(100)은 소정의 각진 유동을 생성하는 한 선형, 포물선형 또는 기타 다른 형태일 수 있다.

도 5를 다시 참조하면, 엣지 링(70)은 편향 부재(76)를 실질적으로 덮으며 어깨부(80) 상에 위치된 것으로 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 엣지 링(70)은 상부 엣지 링(72)과 하부 엣지 링(74)을 포함한다. 상부 엣지 링(72)과 하부 엣지 링(74)은 다수의 나사(106)에 의해 서로 연결되거나, 링(72,74)이 용이하게 체결 및 해제될 수 있도록 하는 체결구에 의해 서로 연결될 수 있다. 상부 엣지 링(72)과 하부 엣지 링(74)을 연결할 뿐만 아니라, 상기 나사(106)는 엣지 링(70)의 정렬도 용이하게 한다. 따라서, 상기 나사(106)의 헤드(108)는 편향 부재(76)의 노치(110) 내에 배치되어 엣지 링(70)과 편향 부재(76)가 서로 일치되도록 한다.

일 실시예에서, 엣지 링(70)은 지지판(34)이나 편향 부재(76)의 어떤 부분에도 고정되지 아니하므로 그 제거가 용이하다. 엣지 링(70)은 그 자중에 의한 압력과 여러 지점에서의 마찰 접촉에 의해 어깨부(80) 위에서 안정된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 엣지 링(74)은 편향 부재(76)를 관통하여 설치된 핀(131)의 상단부에 지지된다. 또한, 어깨부(80)의 주변에 배치된 가스켓(130)은 상부 엣지 링(72)의 환형 스커트(112)와의 다른 접촉점을 제공한다. 바람직하게, 가스켓(130)은 전하가 상부 엣지 링(72)으로부터 드레인될 수 있도록 상부 엣지 링(72)과 지지판(34) 사이에 전기적 접촉을 제공하는 금속 부재이다. 일 실시예에서, 상기 가스켓(130)은 캘리포니아 노스 할리우드(California North Hollywood)에 소재한 Spira Manufacturing에서 제조한 Spira^TM 가스켓이다.

상부 엣지 링(72)은 환형 스커트(112)와 상부(114)를 포함한다. 스커트(112)는 지지판(34)의 어깨부(80)를 따라 수직으로 배치되며, 지지판(34)의 표면상에 가스가 증착되는 것을 방지하는 차폐물로서의 작용을 한다. 상부(114)는 스커트(112)에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 방사상 내측으로 연장된다. 상부(114)는 상부면(116)을 포함하며, 상부면(116)은 지지판(34)의 상부면(38) 및 그 위에 지지된 기판(36) 위에 일정거리를 두고 위치된다. 경사면(118)이 상부면(116)의 반경방향 내측으로 제공되어 립(120)에서 종료된다. 립(120)의 상부면은 지지 부재(30)의 상부면(38) 약간 아래의 평면상에 위치한다. 또한, 립(120)은 기판(36)의 외측 엣지로부터 방사상 내측으로 연장된다. 작동에 있어서, 기판(36)의 외측 엣지는 립(120)의 적어도 일부 위에 위치되어 그들 사이에 공간부(128)가 형성된다. 공간부(128)를 통해 흐르는 퍼지 가스의 속도에 영향을 미치도록 공간부(128)의 높이는 조절가능하다. 일반적으로, 공간부(128)가 감소됨에 따라, 가스의 속도는 증가되는 반면 공간부(128) 내의 압력은 감소한다.

상부 엣지 링(72), 하부 엣지 링(74) 및 편향 부재(76)는 함께 외측면(122)을 형성하며, 상기 외측부 표면(122)은 지지판(34)의 벽부(124)에 이격되어 대면하도록 위치한다. 따라서, 환형 퍼지 가스 개구부(126)가 벽부(124)와 외측면(122)사이에 형성된다. 환형 퍼지 가스 개구부(126)는 립(120)과, 기판(36) 약간 아래의 지점에서 종료된다. 일 실시예에서, 환형 퍼지 가스 개구부(126)는 약 360°연속될 수 있다. 따라서, 환형 퍼지 가스 개구부(126)로부터의 가스 유동은 환형 퍼지 가스 개구부(126) 내에 배치된 구조물이나 형성물에 의해 영향을 받지 않는다.

바람직하게, 엣지 링(70)은 지지판(34) 및 다른 요소와 최소로 접촉된다. 퍼지 가스 공급 조립체(60)의 온도를 제어하기 위하여, 상부 엣지 링(72), 하부 엣지 링(74), 편향 부재(76) 및 지지판(34) 사이에 다수의 열 초크(thermal chokes)가 제공된다. 예를 들어, 하부 엣지 링(74)은 핀(131)에 의해 편향 부재(76) 위에 지지되어 그 사이에 공극(136)을 형성한다. 또한, 상부 엣지 링은 하부 엣지 링 상에 배치되며, 그 엣지가 하부 엣지 링과 접촉한다. 상부 엣지 링(72)의 상부(114)의 하부면에 요부(132)가 형성된다. 요부(132)는 상부 엣지 링(72)과 하부 엣지 링(74) 사이에 환형 공극(134)을 형성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 공극(136,138)은 하부 엣지 링(74)과 편향 부재(76), 그리고 스커트(112)와 어깨부(80)의 외측면 사이에 각각 제공된다. 또한, 편향 부재(76)와 어깨부(80) 사이에 공극(140)이 제공된다. 공극(134,136,138,140)은 다양한 요소 사이의 열전도를 최소화한다.

지지판(34)과의 근접 및 접촉으로 인하여, 통상적으로 편향 부재(76)는 상부 엣지 링(72)과 하부 엣지 링(74)보다 상대적으로 고온으로 유지될 것이다. 역으로, 상부 엣지 링(72)은 하부 엣지 링(74)과 편향 부재(76)보다 상대적으로 저온으로 유지될 것이다. 그 결과, 편향 부재(76)로부터 상부 엣지 링(72)까지 감소하는 온도 구배가 유지된다. 예를 들어, 통상의 질화티타늄(TiN) 증착처리에서, 상부 엣지 링(72)은 지지판(34)보다 낮은 약 100°내지 약 120°의 온도로 유지됨이 바람직하다. 그에 따른 온도 구배는 증착이 바람직하지 않은 영역에서 증착량을 감소시킨다. 일반적으로, 증착은 증착되는 표면의 온도와 관계되는데, 통상적으로 온도가 높으면 더 많은 증착이 발생한다. 따라서, 상대적으로 더 저온인 지지 부재(30)의 영역에서 증착이 상대적으로 덜 발생할 것으로 예상된다.

작동에 있어서, 지지 부재(30)의 상부면(38) 상에 처리용 기판이 위치된다. 기판의 위치결정은 통상의 로봇(미도시)을 사용하여 이루어질 수 있다. 기판을 이송하는 동안, 로봇은 상부면(38) 위의 위치로 움직인다. 그 후, 리프트 핑거(33)가 상승하여 로봇으로부터 기판을 들어올린다. 로봇이 후퇴한 후, 지지 부재(30)에 연결된 모션 액츄에이터가 리프트 핑거(33)의 상단을 지나 지지 부재(30)를 수직 상방향으로 움직여서 리프트 핑커(33)로부터 기판(36)을 들어올리고, 이에 따라 기판(36)은 상부면(38) 상에 남겨지게 된다. 이러한 단계를 역으로 실행하면, 지지 부재(30)로부터 로봇으로 기판(36) 이송이 완료된다.

위치 결정 과정에서, 기판(36)이 지지 부재(30)에 대하여 오정렬되는 경우가 종종 있다. 오정렬을 수정하고 적절한 증착을 보장하는데 도움을 주기 위하여, 기판(36)을 지지 부재(30) 상에 정렬시키는 정렬 장치가 사용될 수 있다. 정렬을 위해 사용되는 특수한 방법 또는 장치가 본 발명을 제한하지는 않으며, 공지의 기술과 공지되지 않은 기술의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 경사면(118)이 기판의 정렬을 돕는다. 경사면(118)은 상단부가 상대적으로 큰 직경을 갖고 하단부가 상대적으로 작은 직경을 갖는 환형면이며, 그에 따라 내측으로 테이퍼진 표면이다. 따라서, 기판이 지지판(34)의 상부면(38)으로 하강하면, 경사면(118)과의 접촉이 기판을 지지판(34)에 대하여 중앙 위치로 강제하게 된다.

기판(36)이 지지판(30) 상에 위치되어 정렬되면, 지지 부재는 처리 위치로 상승되며, 증착 시퀀스가 개시된다. 증착 시퀀스는 기판(36)의 상부면 근처의 영역으로 가스를 유동시키는 단계를 포함한다. 가스는 기판(36)에 접촉될 수 있으며, 기판 위에서 반응하여 박막을 형성한다.

기판의 엣지와 배면에서의 바람직하지 않은 증착을 방지하기 위하여, 아르곤과 같은 퍼지 가스가 기판(36)의 엣지에 제공된다. 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급기(52)에 의해 제공되며, 튜브(50), 유입구(56) 및 가스 통로(62)를 경유하여 오리피스(63)로 유동하게 된다. 오리피스(63)로부터 퍼지 가스가 환형 홈(65)에 공급된다. 환형 홈(65)은 퍼지 가스가 환형 가스 개구부(126)로 흐르기 전에 편향 부재(76) 아래에서 퍼지 가스의 균일한 분배가 어느 정도 이루어지게 한다. 선택적으로, 균일한 가스 공급을 더 보장하기 위해 코일(67)이 제공된다. 코일(67)은 코일(67)의 중앙 환형 공동부로 가스가 흐를 수 있도록 하는 공간을 포함할 수 있다. 가스의 일부는 코일(67)의 공동부 내로 환형으로 흐르게 되고, 상기 공동부에서 균일하게 분배되어 코일(67) 외부로 흐르게 된다.

환형 홈(65)으로부터, 퍼지 가스는 편향 부재(76)의 편향면(90) 위로 흐른다. 편향면(90)에 형성된 홈(100)의 각진 배향은 편향 부재(76)의 레이디얼 라인(104; 도 6 및 도 7에 도시됨)에 대하여 소정 각도로 흐르도록 유입 가스를 전환시킨다. 따라서, 가스 유동에 접선성분이 주어지게 된다. 그 후, 가스는 벽부(124)와 외측면(122) 사이, 즉 환형 개구부(126)를 통해 상방향으로 흐른다. 환형 개구부(126)가 약 360°연속되어 있으므로, 기판(36)의 주변부 전체로 가스 유동이 공급될 수 있으며, 그에 따라 처리 가스가 기판(36)의 배면과 엣지에 접촉하여 그 위에 물질이 증착되는 것이 억제된다. 기판(36)의 하부면에 도달하면, 가스는 공간부(128)를 통해 경사면(118) 위로 흐른다. 경사면(118)은 기판(36)의 엣지에 대하여 방사상 외측과 상방향으로 퍼지 가스를 흐르게 하며, 이에 따라 유동하는 물질이 기판(36)으로부터 멀어지는 유동 스트림 내에 포집된다.

홈(100)으로 인하여, 퍼지 가스가 기판(36)의 엣지 주위에 가스 회오리 보호벽을 형성하는 것으로 간주된다. 편향 부재(76)의 원주 주변에 이격된 모든 홈(100)으로부터 유동의 조합 측면에서 본다면, 홈(100)은 기판(36)의 원주 주변에 퍼지 가스 벽을 형성한다. 따라서, 본 발명은 기판의 원주에 대해 보다 균일한 퍼지 가스 유동을 보장하고, 압력차 효과를 감소시키며, 따라서 기판상에서의 고도의 증착 균일성을 달성한다.

가스 공급 조립체(200)의 또 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 단순화를 위하여, 동일한 요소에 대하여 동일한 번호를 부여하였다. 일반적으로, 가스 공급 조립체(200)는 지지판(34) 상에 배치된 편향 부재(76)와 엣지 링 조립체(202)를 포함한다. 엣지 링 조립체(202)는 하부 엣지 링(204)과 상부 엣지 링(206)을 포함하며, 바람직하게, 이들은 볼트 또는 그와 유사한 체결구에 의해 연결된 별개의 요소들이다.

하부 엣지 링(204)은 편향 부재(76) 위에 배치되며, 핀(131)에 의해 지지된다. 하부 엣지 링(204)과 편향 부재(76)는 함께 외측면(208)을 형성한다. 외측면(208)은 지지판(34)의 벽부(124)로부터 이격되어 환형 퍼지 가스 개구부(126)를 형성한다. 외측면(208)의 일부는 하부 엣지 링(204)의 내경에 배치된 립(210)에 의해 형성되어 기판(36)의 주변부 아래에 위치될 수 있다. 립(210)의 상단부와 기판(36)의 하부면은 공극(212)을 형성하고, 이 공극을 통하여 처리중에 가스가 흐른다. 일 실시예에서, 공극(212)은 약 0.010인치 내지 약 0.025인치이다.

상부 엣지 링(206)은 L자 형상이며, 하부 엣지 링(204) 위에서 방사상 외측으로 연장하는 상부(214)와, 지지판(34)을 둘러싼 상부 엣지 링(206)의 환형 스커트(216)를 갖는다. 상부(214)는 하부 엣지 링(204) 위에 이격되어 걸림으로써 환형 공극(218)을 형성한다. 상부 엣지 링(206)에 포트(220)가 형성되며, 상기 포트는 공극(218)과 유체 소통한다. 포트(220)는 상부 엣지 링(206) 주위에 등간격으로 이격되어 공극(212)을 통기시킨다. 포트(220)가 차지하는 면적은 공극(218)에 노출되는 환형 스커트(216)의 전체 면적과 연관된다. 일 실시예에서, 포트(220)의 면적은 전체 면적의 약 50% 내지 약 80% 이며, 여기서 환형 스커트(216)의 원주가 C이고, 공극(218)의 높이가 D이며, 총 노출면적은 C ×D = A_CD이다. 기판(36)의 엣지(221)와 상부(214)의 직경방향 내측면(217)에 의해 다른 공극(219)이 형성된다. 일 실시예에서, 공극(219)의 폭은 약 0.010인치 내지 약 0.030인치 이다.

작동에 있어서, 도 3 내지 도 7을 참조하여 전술한 바와 같이, 가스는 가스 통로(62), 오리피스(63), 환형 홈(65), 홈(100) 및 환형 퍼지 가스 개구부(126)로 흐르게 된다. 환형 퍼지 가스 개구부(126)로부터의 가스 유동 패턴이 화살표로 도시되어 있다. 먼저, 가스는 공극(212)를 통해 흐른다. 그 후, 가스의 일부가 기판(36)의 엣지(221)와 상부 엣지 링(206)의 직경방향 내측면(217) 사이의 공극(219)을 통해 흐른다. 가스의 다른 일부는 환형 공극(218) 그리고 포트(220)를 통해 흐른다. 따라서, 가스 공급 조립체(200)는, 가스가 공극(212)을 통과하면, 적어도 2개의 분리된 유동 경로를 따라 가스를 안내한다.

본 실시예는 기판(36)의 상부면, 즉 처리되는 표면 근처 영역으로 유동하는 가스의 체적을 감소시킨다. 따라서, 기판(36)의 상부면에 대한 증착 물질의 경계면이 감소되면서도, 공극(212)을 통해 충분한 체적의 가스가 유동하여 기판(36)의 배면과 엣지에 대한 증착이 방지될 수 있다.

전술한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 것이며, 본 발명의 다른 실시예들은 그 기본 범주로부터 벗어나지 않으며 변형될 수 있으며, 본 발명의 범주는 청구범위에 의해 결정되어진다.

Claims

처리 시스템 내에서 가스의 유동을 지향시키는 퍼지 가스 조립체로서,

편향면을 형성하는 하부면을 가진 편향부재로서, 상기 가스의 유동이 상기 편향 부재의 중심축으로부터 상기 편향면을 지나는 레이디얼 라인에 대하여 접선 성분을 가지도록 상기 가스의 유동을 지향시키는, 편향 부재; 및

상기 편향 부재의 상부면의 일부 또는 전체에 걸쳐 배치될 수 있으며, 내측 환형 립을 포함하는 엣지 링;을 포함하고,

상기 편향 부재와 상기 엣지 링이 퍼지 가스 통로의 일부를 형성하는,

퍼지 가스 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 환형 립의 직경방향 내측부가 지지 부재의 기판 수용면 상에 배치된 기판의 주변부 아래에 배치될 수 있으며, 상기 퍼지 가스 통로의 다른 일부를 형성하는,

퍼지 가스 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 엣지 링은 서로 연결되는 제 1 부분과 제 2 부분의 두 부분으로 구성되고, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분의 하부면에 연결되고 상기 편향 부재의 상부면 위쪽에 배치되는,

퍼지 가스 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 엣지 링이 엣지 링의 중심축에 대하여 방사상 외측으로 연장된 다수의 퍼지 가스 배출 포트를 형성하는,

퍼지 가스 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 엣지 링이:

상부면, 내측 환형립, 및 상기 상부면과 내측 환형 립 사이에 배치되는 경사면을 구비하는 제 1 부분; 및

상기 제 1 부분의 하부면에 연결되며 상기 편향 부재에 대면하여 배치되는 제 2 부분;을 포함하는,

퍼지 가스 조립체.
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 부분의 하부면과 상기 제 2 부분의 상부면이 그들 사이에 하나 또는 그 이상의 공극을 형성하는,

퍼지 가스 조립체.
제 5 항에 있어서,

상기 엣지 링의 제 1 부분과 제 2 부분이 체결구에 의해 연결된,

퍼지 가스 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 편향면이 그 내부에 부분적으로 또는 전체적으로 형성되는 하나 또는 그 이상의 유체 홈을 포함하는,

퍼지 가스 조립체.
제 8 항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 홈이 상기 편향 부재의 중심축을 기점으로 하는 레이디얼 라인에 대해 각도를 이루어 상기 편향 부재의 내경으로부터 외측으로 연장되는,

퍼지 가스 조립체.
제 9 항에 있어서,

상기 각도가 약 60°내지 75°인,

퍼지 가스 조립체.
제 1 항에 있어서,

상기 엣지 링이 퍼지 가스 배출 통로의 일부를 형성하는 환형 상측부를 포함하며, 상기 엣지 링이 상기 퍼지 가스 배출 통로를 통기시키는 포트를 더 포함하는,

퍼지 가스 조립체.
제 11 항에 있어서,

상기 환형 립의 직경방향 내측부가 상기 기판의 엣지와 동일한 높이에 배치될 수 있는,

퍼지 가스 조립체.
기판 수용면을 가진 지지 부재;

상기 기판 수용면의 외측에 배치되며, 그 내부에 가스 공급 홈을 가진 상기 지지 부재의 어깨부;

상기 어깨부 상에 위치되는 편향 부재로서, 상기 편향 부재의 표면과 상기 어깨부의 표면사이에 경계면을 형성하는, 편향 부재;

상기 경계면에 배치되며, 상기 편향 부재와 상기 어깨부 중 하나 이상에 형성되고, 그 위에 가스의 접선 유동을 유발하는, 편향면; 및

상기 편향 부재 위에 일부 또는 전체가 배치되는 엣지 링;을 포함하는,

기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 엣지 링은 서로 연결되는 제 1 부분과 제 2 부분의 두 부분으로 구성되고, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분의 하부면에 연결되고 상기 편향면의 위쪽에 배치되는,

기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 가스 홈에 유체식으로 연결되는 퍼지 가스 공급기를 더 포함하는,

기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 편향 부재가, 편향 부재의 중심축으로부터 연장하는 레이디얼 라인에 대해 각도를 이루어 상기 편향 부재의 내경 표면으로부터 외측으로 연장하는 하나 이상의 홈을 상기 편향면내에 형성하는 ,

기판 처리 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 각도가 약 60°내지 75°인,

기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 엣지링이 상기 기판 수용면에 대하여 방사상 외측으로 연장되는 다수의 퍼지 가스 배출 포트를 형성하는,

기판 처리 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 엣지 링이 퍼지 가스 통로를 사이에 형성하는 상측부와 하측부를 포함하고, 상기 상측부와 하측부 중 하나 이상이 상기 퍼지 가스 통로를 통기시키는 배출 포트를 형성하는,

기판 처리 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 상측부와 하측부가 체결구에 의해 서로 연결된,

기판 처리 장치.
처리 챔버 내에서 지지 부재의 상면에 지지된 기판에 가스를 공급하는 방법으로서,

a) 상기 지지 부재의 어깨부 상에 배치된 가스 공급 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 가스 공급 조립체가 편향 부재 및 상기 편향 부재 위에 일부 또는 전체가 배치된 엣지 링을 포함하는, 가스 공급 조립체 제공 단계;

b) 상기 지지 부재에 형성된 가스 공급 채널로 가스를 유동시키는 단계;

c) 상기 편향 부재와 어깨부 중 하나 또는 그 이상에 배치된 편향면 위로 가스를 유동시켜 가스 유동 방향에 대해 접선 성분을 제공하는 단계; 및

d) 상기 가스 공급 조립체와 엣지 링 사이에 형성된 환형 개구부로 가스의 일부 또는 전체를 유동시키는 단계;를 포함하는,

가스 공급 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 엣지 링에 형성된 하나 또는 그 이상의 포트를 통해 가스의 일부를 유동시키는 단계를 더 포함하는,

가스 공급 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 엣지 링에 형성된 하나 또는 그 이상의 포트를 통해 가스의 제 1 부분을 유동시키는 단계 및 상기 엣지 링의 립과 상기 기판의 외측 엣지 사이에 형성된 공극 내로 가스의 제 2 부분을 유동시키는 단계를 더 포함하는,

가스 공급 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 가스가 상기 편향 부재의 반경에 대하여 약 60°내지 약 75°의 각도로 지향되는,

가스 공급 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 c) 단계가 상기 편향면에 의해 형성된 하나 또는 그 이상의 홈을 통해 가스를 유동시키는 단계를 포함하는,

가스 공급 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 c) 단계가 상기 편향면에 의해 형성된 하나 또는 그 이상의 홈을 통해 가스를 유동시키는 단계를 포함하며, 상기 편향면이 상기 어깨부의 표면에 대면하는 상기 편향 부재의 표면상에 배치되는,

가스 공급 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 c) 단계가 상기 편향면에 의해 형성된 하나 또는 그 이상의 홈을 통해 가스를 유동시키는 단계를 포함하며, 상기 편향면이 상기 편향 부재의 표면에 대면하는 상기 어깨부의 표면상에 배치되는,

가스 공급 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 기판의 주변부로 가스를 유동시키는 단계를 더 포함하는,

가스 공급 방법.