KR101099892B1 - 질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨 세라믹 덮개 웨이퍼 - Google Patents

질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨 세라믹 덮개 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 챔버 내부로 세척제를 투입하기 전에 서셉터 상에 산화 베릴륨 또는 질화 알루미늄을 포함하는 세라믹 덮개 기판을 로딩함으로써 세척 작업중에 서셉터를 보호하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 160 W/m-K보다 높은 열전도성을 갖는 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼, 약 11인치 내지 약 13인치 범위 이내의 직경을 갖는 원형 기하학적 구조, 약 0.030인치 내지 약 0.060인치 범위 이내의 두께, 및 약 0.010인치 또는 그 미만의 평탄도를 포함하는, 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판이 제공된다. 상기 열전도성은 약 180 W/m-K, 약 190 W/m-K, 또는 그보다 높을 수 있다. 상기 두께는 약 0.035인치 내지 약 0.050인치 범위 이내일 수 있고, 상기 평탄도는 약 0.008인치, 약 0.006인치, 또는 그 미만일 수 있다.

Description

질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨 세라믹 덮개 웨이퍼{CERAMIC COVER WAFERS OF ALUMINUM NITRIDE OR BERYLLIUM OXIDE}
본 명세서에서 설명되는 실시예는 처리 챔버를 세척하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
화학기상증착(CVD) 프로세스 중에, 반응 가스는 챔버의 내측 표면상에 증착되는 조성물을 생성시킬 수 있다. 이들 증착물이 쌓일수록, 잔류물이 벗겨지고 이후 처리 단계를 오염시킬 수 있다. 또한, 이러한 잔류물은 증착 균일성, 증착률, 막의 강도 등과 같은 다른 처리 조건에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 통상적으로 처리 챔버는 잔류 재료를 제거하기 위해 주기적으로 세척된다. 통상적으로, 각각의 프로세스 이후 또는 몇몇 프로세스가 챔버를 거친 이후에 챔버를 세척하는데 식각 가스가 사용된다. 장시간, 통상적으로 약 1,000 내지 2,000개의 웨이퍼가 처리된 후, 챔버는 개방되어 세정수 및 세척 와이프(clean wipes)를 사용하여 수공으로 세척된다. 명백하게, 처리 챔버를 통과하는 웨이퍼의 수율을 향상시키기 위해, 요구되는 총 세척 시간을 최소화하는 것이 바람직하다.
통상적으로 세척 가스를 사용하는 세척은 플라즈마 강화 건식 세척 기술을 필요로 한다. 이들 기술은 챔버 내부로 세척 가스를 도입하는 단계, 세척 가스로 부터 플라즈마를 가하는 단계, 및 오염 잔류물을 제거하기 위해 플라즈마를 사용하는 단계를 요구하는 분리된 프로세스 단계를 필요로 한다. 통상적으로, 세척 가스종으로서 플루오르가 사용된다. 이러한 세척 프로세스에 대한 설명은, 예를 들면 본 명세서에 전체로서 참조되며 일반적으로 양도된 U.S.특허번호 제4,960,488호 및 제5,124,958호에서 볼 수 있다.
건식 세척 작용의 단점은 통상적으로 알루미늄으로 제조되는 서셉터의 퇴화에 기여한다는 점이다. 서셉터는 통상적으로 그 표면상에 양극 산화층(anodized layer)을 가지며, 이는 약간의 보호를 형성한다. 그러나 플라즈마 세척 프로세스 중에, 프로세스의 플루오르 화학작용이 양극 산화층에 침투하여 불화 알루미늄을 형성시킨다. 이는 일반적으로 서셉터 상에서 양극 산화층의 점결함 위치에서 발생한다. 불화 알루미늄의 형성은 결절, 균열 및 층간 분리(delamination)를 형성시키며, 이는 또한 서셉터 상에 후속 배치되는 웨이퍼 상에 균일성 및 미립자 문제를 야기한다.
서셉터의 전술한 퇴화를 다루기 위한 한가지 방법은 본 명세서에 참조되며 일반적으로 양도된 U.S.특허번호 제5,158,644호에서 설명된 바와 같은 2단계 세척 프로세스를 사용하는 것이다. 이러한 2단계 프로세스에서, 챔버는 확장 상태에서 먼저 세척되며, 이러한 확장 상태일 때, 서셉터는 가스 유출 매니폴드로부터 적절히 이격되도록 낮춰져서, 서셉터와 가스 유출 헤드 사이의 거리로 인해 플라즈마를 감소시킴으로써 서셉터에 도달하는 플라즈마의 양을 제한한다. 이러한 구성으로 인해, 플라즈마는 세척을 실행하도록 챔버의 접지된 벽을 향해 어느 정도 다시 지 향될 것이다. 제 2단계에서, 서셉터는 서셉터 자체의 세척을 위해 가스 유출 헤드에 인접하여 뒤로 이동된다. 2단계 프로세스는 서셉터가 고강도 플라즈마에 노출되는 전체 시간을 감소시킨다.
본 발명의 실시예는 챔버 내부로 세척제를 투입하기 전에 서셉터 상에 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼 또는 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼를 포함하는 세라믹 덮개 기판을 로딩시킴으로써 세척 작업중에 서셉터를 보호하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
일 실시예에서, 160 W/m-K보다 높은 열전도성을 갖는 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼, 약 11인치 내지 약 13인치 범위 이내의 직경을 포함하는 원형 기하학적 구조, 약 0.030인치 내지 약 0.060인치 범위 이내의 두께, 및 약 0.010인치 또는 그 미만의 평탄도(flatness)를 포함하는, 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판이 제공된다. 상기 열전도성은 약 180 W/m-K 또는 그보다 높고, 일부 예시에서 상기 열전도성은 약 190 W/m-K 또는 그보다 높을 수 있다. 상기 두께는 약 0.035인치 내지 약 0.050인치 범위 이내일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 두께는 약 0.040인치일 수 있다. 상기 평탄도는, 예를 들면 0.006인치 또는 그 미만과 같이 약 0.008인치 또는 그 미만일 수 있다. 다른 예시에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼의 직경은 약 11.2인치 내지 약 12.8인치, 바람직하게는 약 11.8인치와 같이 약 11.5인치 내지 약 12.5인치 범위 이내일 수 있다.
다른 실시예에서, 약 160 W/m-K 또는 그보다 높은 열전도성을 갖는 질화 알 루미늄 세라믹 웨이퍼, 원형 기하학적 구조, 약 0.030인치 내지 약 0.060인치 범위 이내의 두께, 및 약 0.010인치 또는 그 미만의 평탄도를 포함하는, 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판이 제공된다. 상기 열전도성은 약 160 W/m-K 내지 약 200 W/m-K, 바람직하게는 약 187 W/m-K와 같이 약 180 W/m-K 또는 그보다 높은 범위 이내일 수 있다. 두께가 약 0.035인치 내지 약 0.050인치 범위 이내일 수 있는 예시가 제공된다. 또한, 상기 평탄도는 약 0.006인치 또는 그 미만과 같이 약 0.008인치 또는 그 미만일 수 있다.
일례에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 약 11인치 내지 약 13인치, 바람직하게는 약 11.2인치 내지 약 12.8인치, 보다 바람직하게는 11.8인치와 같이 약 11.5인치 내지 약 12.5인치 범위 이내의 직경 및 원형 기하학적 구조를 가질 수 있다. 다른 예시에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 약 7인치 내지 약 9인치, 바람직하게는 약 7.2인치 내지 약 8.8인치, 보다 바람직하게는 7.8인치와 같이 약 7.5인치 내지 약 8.5인치 범위 이내의 직경 및 원형 기하학적 구조를 가질 수 있다.
다른 예시에서, 약 180 W/m-K 또는 그보다 높은 열전도성을 갖는 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼, 약 11.5인치 또는 그보다 높은 직경을 갖는 원형 기하학적 구조, 및 약 0.030인치 내지 약 0.060인치 범위 이내의 두께 및 약 0.008인치 또는 그 미만의 평탄도를 포함하는, 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판이 제공된다.
질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼가 약 120마이크로인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 100마이크로인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 80마이크로인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 50마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 10마이크로인치 또는 그 미만의 평활도(smoothness)를 갖는 상부 표면을 구비하는 예시가 제공된다. 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판의 상부 표면이 경면 다듬질(mirror finish)되는 일부 예시가 제공된다.
질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 적어도 알루미늄 및 질소를 포함하지만, 산소, 이트륨(yttrium), 스칸듐(scandium), 에르븀(erbium), 베릴륨(beryllium), 티타늄(titanium), 지르코늄(zirconium), 하프늄(hafnium), 바나듐(vanadium), 니오브(niobium), 탄탈(tantalum), 크로뮴(chromium), 몰리브덴(molybdenum), 텅스텐(tungsten), 이들의 합금, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합과 같은, 다른 재료 또는 원소를 또한 포함할 수 있다. 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼의 조성물은 질화 알루미늄을 포함하며, 산화 알루미늄(aluminum oxide) 또는 알루미나(alumina), 산화 이트륨(yttrium oxide) 또는 이트리아(yttria), 산화 스칸듐(scandium oxide), 산화 에르븀(erbium oxide), 산화 베릴륨(beryllium oxide), 산화 티타늄(titanium oxide), 산화 지르코늄(zirconium oxide), 산화 하프늄(hafnium oxide), 산화 바나듐(vanadium oxide), 산화 니오브(niobium oxide), 산화 탄탈(tantalum oxide), 산화 크로뮴(chromium oxide), 산화 몰리브덴(molybdenum oxide), 산화 텅스텐(tungsten oxide), 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 더 포함함으로써 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 약 90 wt%(중량%) 또는 그보다 많은 질화 알루미늄, 바람직하게는 95 중량% 또는 그보다 많은, 보다 바람직하게는 약 98 중량% 또는 그보다 많은 질화 알루미늄을 포함한다. 대안적인 실시 예에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 약 90 중량% 미만의 질화 알루미늄을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 약 200 W/m-K 보다 높은 열전도성을 갖는 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼, 약 11인치 내지 약 13인치 범위 이내의 직경을 포함하는 원형 기하학적 구조, 약 0.030인치 내지 약 0.030인치 범위 이내의 두께, 및 약 0.010인치 또는 그 미만의 평탄도를 포함하는, 산화 베릴륨 세라믹 덮개 기판이 제공된다. 상기 열전도성은 약 250 W/m-K 보다 높을 수 있으며, 일부 예시에서 열전도성은 약 300 W/m-K 또는 350 W/m-K와 같이 약 300 W/m-K보다 높을 수 있다. 기 두께는 약 0.035인치 내지 약 0.050인치 범위 이내일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 두께는 약 0.040인치일 수 있다. 상기 평탄도는 약 0.006인치 또는 그 미만과 같이 약 0.008인치 또는 그 미만일 수 있다. 다른 예시에서, 산화 베릴륨 웨이퍼의 직경은 약 11.8인치와 같이 약 11.5인치 내지 약 12.5인치 범위 이내일 수 있다.
다른 실시예에서, 약 200 W/m-K 또는 그보다 높은 열전도성을 갖는 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼, 원형 기하학적 구조, 약 0.030인치 내지 약 0.060인치 범위 이내의 두께, 및 약 0.010인치 또는 그 미만의 평탄도를 포함하는, 산화 베릴륨 세라믹 덮개 기판이 제공된다. 상기 열전도성은 약 200 W/m-K 내지 약 350 W/m-K 범위, 바람직하게는 약 250 W/m-K 보다 높은 범위, 보다 바람직하게는 약 330 W/m-K 와 같이 약 300 W/m-K보다 높은 범위 이내일 수 있다. 상기 두께가 약 0.035인치 내지 약 0.050인치 범위 이내일 수 있는 예시가 제공된다. 또한, 상기 평탄도가 약 0.006인치 또는 그 미만과 같이 약 0.008인치 또는 그 미만일 수 있는 예시가 제공된다.
일 예시에서, 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 11인치 내지 약 13인치, 바람직하게는 약 11.2인치 내지 약 12.8인치, 보다 바람직하게는 11.8인치와 같이 약 11.5인치 내지 약 12.5인치 범위 이내의 직경 및 원형 기하학적 구조를 가질 수 있다. 다른 예시에서, 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 약 7인치 내지 약 9인치, 바람직하게는 약 7.2인치 내지 약 8.8인치, 보다 바람직하게는 7.8인치와 같이 약 7.5인치 내지 약 8.5인치 범위 이내의 직경 및 원형 기하학적 구조를 가질 수 있다. 다른 예시에서 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 약 5인치 내지 약 7인치, 바람직하게는 약 5.2인치 내지 약 6.8인치, 보다 바람직하게는 약 5.8인치와 같이 약 5.5인치 내지 약 6.5인치 범위 이내의 직경 및 원형 기하학적 구조를 가질 수 있다.
다른 예시에서, 약 250 W/m-K 또는 그보다 높은 열전도성을 갖는 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼, 약 11.5인치 또는 그보다 높은 직경을 갖는 원형 기하학적 구조, 약 0.030인치 내지 약 0.060인치 범위 이내의 두께, 및 약 0.008인치 또는 그 미만의 평탄도를 포함하는, 산화 베릴륨 세라믹 덮개 기판이 제공된다.
상기 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼가 약 120마이크로인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 100마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 80마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 50마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 10마이크로인치 또는 그 미만의 평활도를 갖는 상부 표면을 가질 수 있는 예시가 제공된다. 상기 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼의 상부 표면이 경면 다듬질 되는 일부 예시가 제공된다.
산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 적어도 베릴륨 및 산소를 포함하지만, 질소, 이트륨, 스칸듐, 에르븀, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크로뮴, 몰리브덴, 텅스텐, 이들의 합금, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합과 같은 다른 원소를 포함할 수도 있다. 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼의 조성물은 산화 베릴륨(BeO)을 포함하며, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄 또는 알루미나, 산화 이트륨 또는 이트리아, 산화 스칸듐, 산화 에르븀, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화 탄탈, 산화 크로뮴, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 더 포함함으로써 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 약 95 wt%(중량%) 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 바람직하게는 약 98 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 바람직하게는 약 99 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 바람직하게는 약 99.5 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 보다 바람직하게는 약 99.9 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 약 90 중량% 미만의 산화 베릴륨을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼 또는 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 세척 작업중에 서셉터로부터 멀리 플라즈마를 퍼뜨려 챔버의 벽을 향하여 더 많은 플라즈마를 지향시키기 위해, 전자기장을 변화시키기에 충분한 유전체 값(dielectric value)을 갖도록 선택된다. 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼 또는 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼를 챔버 내부로 도입시키는 것은 세라믹 웨이퍼를 로딩시킨 후 세척 프로세스 후에 언로딩시키는데 요구되는 시간을 증가시킴으로써 웨이퍼 수율에 악영향을 미친다. 그러나 세라믹 웨이퍼와 플라즈마를 다시 지향시키는 것은 세라믹 웨이퍼의 처리에 요구되는 총 시간을 보상할 뿐 아니라 세척 시간 자체를 감소시킨다. 본 명세서에서 설명되는 방법은 서셉터의 수명을 증가시키고 서셉터가 배치되어야 할 횟수 감소시키는데 사용되어, 챔버의 비가동 시간을 감소시키고 웨이퍼 수율을 증가시킨다.
도 1은 실시예에서 설명되는 방법을 실행하는데 적합한 처리 챔버를 도시한다. 도 1은 간략화된 처리 챔버(10), 진공 챔버(15)를 갖는 평행 플레이트 화학기상증착(CVD) 반응기의 수직 횡단면도이다. 처리 챔버(10)는 서셉터(12) 상에 놓이는 웨이퍼 또는 기판에 증착 가스를 퍼뜨리기 위한 가스 유입 매니폴드(11)를 포함한다. 서셉터(12)는 열감응이 매우 높으며, 서셉터(12)(및 서셉터(12)의 상부 표면상에 지지되는 웨이퍼)가 하부 로딩/언로딩 위치와 가스 유입 매니폴드(11)와 근접해 있는 상부 처리 위치(14) 사이에서 제어가능하게 이동될 수 있도록 지지 핑거(13) 상에 장착된다.
서셉터(12) 및 웨이퍼가 처리 위치(14)에 있을 때, 이들은 복수의 이격된 홀(23)을 갖는 배플 플레이트(17)에 의해 둘러싸이며, 이격된 홀(23)은 환형의 진공 매니폴드(24) 내부로 배출된다. 처리중에 가스는 가스 유입 매니폴드(11)의 관통공(30)을 통해 유동하며, 화살표(21 및 22)로 지시된 바와 같이 웨이퍼 또는 표면에 걸쳐서 방사상으로 균일하게 분배된다. 그 후, 가스는 이격된 홀(23)을 거쳐서, 진공 펌프 시스템(미도시)에 의해 원형 진공 매니폴드(24) 내부로 배출된다. 가스 유입 매니폴드(11)에 도달하기 전에, 증착 및 캐리어 가스는 이들이 결합되어 가스 유입 매니폴드(11)로 보내지는 가스 혼합 시스템(19) 내부로 가스 라인(18)을 통해 투입된다.
처리 챔버(10) 내에서 실행되는 증착 프로세스는 열 프로세스 또는 플라즈마 강화 프로세스일 수 있다. 플라즈마 프로세스에서, 제어된 플라즈마는 RF 전원 공급기(25)로부터 가스 유입 매니폴드(11)로 인가되는 RF 에너지에 의해 웨이퍼에 인접하여 형성된다. 또한, 가스 유입 매니폴드(11)는 서셉터(12)가 접지되는 동안 RF 전극이 된다. RF 전원 공급기(25)는 진공 챔버(15) 내부로 도입되는 반응종의 분해를 촉진시키도록 가스 유입 매니폴드(11)로 단일 또는 이중 주파수 RF 전원을 공급할 수 있다.
외부 램프 모듈(26)은 서셉터(12)의 환형 외부 주변부 상에 석영 윈도우(28)를 통해 조준된 환형 패턴의 빛(27)을 제공한다. 이러한 열 분포는 서셉터의 자연 열손실 패턴을 보상하고, 증착을 실행하기 위한 신속하고 열적이며 균일한 서셉터 및 웨이퍼 가열을 제공한다.
통상적으로, 챔버 라이닝, 가스 유입 매니폴드 면판, 지지 핑거(13), 및 여러 가지 다른 종의 반응기 하드웨어 중 일부 또는 전부는 양극 산화된 알루미늄과 같은 재료로 제조될 수 있다. 이러한 CVD 장치의 예시는 본 명세서에 전체로서 참조되며 일반적으로 양도된 U.S.특허번호 제5,000,113호에서 설명된다.
세라믹 웨이퍼(40)는 서셉터(12) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있으며, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼, 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼, 또는 이들의 조합을 포함 할 수 있다. 세라믹 웨이퍼(40)는 세척 작업중에 가스 유입 매니폴드(11)를 통해 챔버 내부로 분사되는 플루오르 가스로부터 서셉터(12)를 보호한다. 질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨으로 된 세라믹 웨이퍼(40)는 유전체로 작용하여 가스 유입 매니폴드(11)와 서셉터(12) 사이에 RF 장을 제한하여 플라즈마를 퍼뜨리고 이 플라즈마를 챔버의 벽 및 세척될 필요가 있는 다른 양태의 챔버를 향하여 다시 지향시킨다. 실험 결과에서 이러한 퍼짐 효과(spreading effect)는 세척 시간을 50%까지 감소시킴이 관찰되었다.
프로세서(43)는 메모리(45)에 저장된 프로그램의 제어하에서 사용되어, RF 전원 공급기(25), 가스 유입 매니폴드(11), 가스 혼합 시스템(19), 및 서셉터(12)의 상승 및 하강을 포함하는 도 1의 챔버를 작동시킬 수 있다. 또한, 프로세서는 도 2에 도시된 장치를 통해서 산화 베릴륨 또는 질화 알루미늄의 세라믹 웨이퍼(40)의 삽입 및 제거를 제어할 수 있다.
도 2는 질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨으로 된 세라믹 웨이퍼(40)를 로딩시키고, 사용 사이에 세라믹 웨이퍼를 저장하기 위한 장치의 도식을 도시한다. 도 2는 도 1에 도시된 것과 같은 처리 챔버(52)를 포함하는 처리 시스템(50)을 도시한다. 세라믹 웨이퍼(40)를 저장 엘리베이터(56)로부터 로딩하는데 로봇 아암(54)이 사용된다. 저장 엘리베이터(56)는 프로세스 단계 중간에 다수의 웨이퍼를 지지하며, 본 명세서의 실시예에 설명되는 바와 같은 질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨으로 된 세라믹 웨이퍼(40)를 지지하는데 사용될 수도 있다. 세라믹 웨이퍼(40)는 처리 챔버(52)와 저장 엘리베이터(56) 사이의 로봇 아암(54)에 의해 이송될 수 있 다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 세척 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 세척 단계는 메모리(45) 내의 프로그램에 따라 프로세서(43)에 의해 제어될 수 있다. 처리될 웨이퍼 상에서 최종 처리 단계가 완료되고, 프로세서(43)로부터의 명령에 의해 RF 전원 공급기(25)로의 RF 전원이 꺼진 후(단계 A), 챔버는 프로세서(43)로부터의 명령에 응답하여 가스 혼합 시스템(19) 내의 적합한 밸브를 제어함으로써, 질소와 같은 비활성 가스로 퍼지된다(단계 B). 진공 펌프에 의해 퍼지 가스의 지속이 제거된 후, 프로세서(43)를 이용하여 진공 밸브를 제어함으로써 진공이 꺼지고(단계 C), 웨이퍼는 프로세서로부터의 명령에 응답하여 로봇 아암(54)에 의해 챔버로부터 제거되어(단계 D) 저장 엘리베이터(56) 내에 배치된다.
그 후 세라믹 웨이퍼(40)가 로봇 아암(54)에 의해 저장 엘리베이터(56)로부터 회수되어 챔버(52) 내부로 배치된다(단계 E). 웨이퍼는 도 1의 챔버 측면의 슬롯(42)을 통해 삽입된다. 그 후 서셉터는 프로세서에 의해 제어된 포터에 의하여 세척 플라즈마에 대한 희망 높이까지 상승되며(단계 F), 통상적으로 플루오르를 포함하는 세척제는 프로세서로부터의 명령에 의해 가스 혼합 시스템(19), 진공 스로틀 밸브 및 서셉터 히터로 지향되는 바와 같이, 적합한 압력 및 온도 조건하에서 챔버 내부로 도입된다(단계 G).
플루오르 가스로부터의 광방출을 검출하기 위한 종료점이 세척 작업의 종료를 결정하는데 사용된다(단계 H). 대안적으로, 지정된 시간 후에 작동하도록 된 세척(timed clean)이 사용될 수 있다. 세척이 완료되고 RF 전원이 꺼지면, 다시 질소와 같은 비활성 가스가 챔버를 퍼지하는데 사용된다(단계 I). 진공이 꺼지면(단계 J), 질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨으로 된 세라믹 웨이퍼가 챔버로부터 제거된다(단계 K).
세척 프로세스는 본 발명의 개념을 여전히 사용하는 다수의 방법에서 변화될 수 있다. 예를 들면 2단계 프로세스는 본 명세서에 전체로서 참조되며 일반적으로 양도된 U.S.특허번호 제5,158,644호에 설명된 바와 같이 사용될 수 있다. 이러한 2단계 프로세스에서, 서셉터는 세라믹 웨이퍼와 하부 위치에 있으며 세척 작업을 받기 쉽다. 그 후, 세라믹 웨이퍼는 제 2의 국부적인 세척 작업을 위해 가스 유출 헤드에 인접하여 상승되는 서셉터에서 제거된다. 일 실시예에서 2단계 세척 프로세스는 대부분의 세척 프로세스에 사용되는 단일한 단계의 프로세스와 같이 주기적인 세척을 위해서만 활용될 수도 있으며, 그 역도 또한 같다.
질화 알루미늄 또는 산화 베릴륨으로 된 세라믹 웨이퍼의 두께 및 유전 상수는 세척될 챔버에 따라 변화될 수 있다. 특히, 챔버 벽이 본 명세서에 전체로서 참조되며 일반적으로 양도된 U.S.특허번호 제5,366,585호에 설명된 바와 같은 세라믹 라이너로 덮인 경우, 세라믹은 더 두꺼워야 하거나 라이닝되지 않은 챔버에 사용되는 세라믹 웨이퍼보다 낮은 유전 상수를 가져야 한다. 이는 이러한 라이닝된 챔버에서는 세라믹 라이너가 벽으로부터 멀리 플라즈마를 지향시키며, 따라서, 벽으로 다시 플라즈마를 지향시키기 위해 세라믹 웨이퍼가 더 두껍거나 더 낮은 유전 상수를 가져서 세라믹 라이너의 절연 특성을 극복할 필요가 있기 때문이다.
일 실시예에서, 세라믹 웨이퍼는 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판을 포함한 다. 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판은 160 W/m-K보다 높은 열전도성을 갖는 웨이퍼를 제공한다. 본 명세서에 설명되거나 그렇지 않은 경우 지시되는 바와 같은 열전도성은 세라믹 기판이 실온(예를 들면 약 20℃)에 있는 동안 지시되거나 측정된다. 일례에서, 열전도성은 약 160 W/m-K 내지 약 200 W/m-K, 바람직하게는 약 187W/m-K와 같이 약 180 W/m-K 또는 그보다 높거나, 약 190 W/m-K 또는 그보다 높은 범위 이내일 수 있다.
질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판은 적어도 알루미늄 및 질소를 포함하지만, 산소, 이트륨, 스칸듐, 에르븀, 베릴륨, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크로뮴, 몰리브덴, 텅스텐, 이들의 합금, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합과 같은 다른 재료 또는 원소를 포함할 수도 있다. 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼의 조성물은 변화할 수 있으며, 산화 알루미늄 또는 알루미나, 산화 이트륨 또는 이트리아, 산화 스칸듐, 산화 에르븀, 산화 베릴륨, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화 탄탈, 산화 크로뮴, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 많은 실시예에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 약 90 wt%(중량%) 또는 그보다 많은 질화 알루미늄, 바람직하게는 약 95 중량% 또는 그보다 많은 질화 알루미늄, 보다 바람직하게는 약 98중량% 또는 그보다 많은 질화 알루미늄을 포함한다. 예를 들면 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는, 각각 캘리포니아 코스타 메사에 소재한 Ceradyne, Inc.에서 시판되는 재료인 AIN CERALLOY® 1370-CS 또는 AIN CERALLOY® 1370-DP를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 약 90 중량% 미만의 질화 알루미늄을 포함할 수 있다.
일례에서, 기판 또는 웨이퍼는 원형 기하학적 구조를 가질 수 있으며, 약 11인치 내지 약 13인치, 바람직하게는 약 11.2인치 내지 약 12.8인치, 보다 바람직하게는 약 11.8인치와 같이 약 11.5인치 내지 약 12.5인치 범위 이내의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면 12인치 직경의 웨이퍼가 처리되는 경우, 12인치 직경의 세라믹 웨이퍼가 사용될 수 있다. 다른 예시에서, 기판 또는 웨이퍼는 약 7인치 내지 약 9인치, 바람직하게는 약 7.2인치 내지 약 8.8인치, 보다 바람직하게는 약 7.8인치와 같이 약 7.5인치 내지 약 8.5인치 범위 이내의 직경을 가질 수 있다. 다른 예시에서, 기판 또는 웨이퍼는 약 5 내지 약 7인치, 바람직하게는 약 5.2인치 내지 약 6.8인치, 보다 바람직하게는 약 5.8인치와 같이 약 5.5인치 내지 약 6.5인치 범위 이내의 직경을 가질 수 있다. 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼의 두께는 약 0.030인치 내지 약 0.060인치, 바람직하게는 예를 들면 약 0.040인치와 같이 약 0.035인치 내지 약 0.050인치 범위 이내일 수 있다.
질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 웨이퍼의 열적 균열(thermal cracking)을 방지하는 것을 돕기 위해, 작은 평탄도 값을 가질 수 있다. 페디스털 상의 척이 편평한 것으로 생각되기 때문에, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 가능한 많은 척과 접촉하기 위해 동등하게 편평하여야 한다. 프로세스 중에, 웨이퍼가 가열되는 동안 척은 냉각된다. 웨이퍼는 척과 접촉하지 않는 지점보다 척과 접촉하는 지점에서 더 고온이 될 것이다. 따라서, 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼는 질화 알루미늄 재료에 걸쳐서 고르지 않은 열구배로 인해 응력을 받기가 더 쉬우며, 이는 결국 세라믹 기판의 균열(cracking)을 초래할 수 있다. 평탄도는 약 0.010인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 0.006인치 또는 그 미만과 같이 약 0.008인치 또는 그 미만일 수 있다.
질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼가 약 120마이크로인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 100마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 80마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 50마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 10마이크로인치 또는 그 미만의 평활도를 갖는 상부 표면을 가질 수 있는 예시가 제공된다.
다른 실시예에서 약 200 W/m-K 또는 그보다 높은 열전도성을 갖는 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼, 원형 기하학적 구조, 약 0.030인치 내지 약 0.060인치 범위 이내의 두께, 및 약 0.010인치 또는 그 미만의 평탄도를 포함하는, 산화 베릴륨 세라믹 덮개 기판이 제공된다. 열전도성은 약 200 W/m-K 내지 약 350 W/m-K의 범위, 바람직하게는 약 250 W/m-K보다 높은 범위, 보다 바람직하게는 약 330 W/m-K와 같이 약 300 W/m-K보다 높은 범위 이내일 수 있다.
산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 적어도 베릴륨 및 산소를 포함하지만, 질소, 이트륨, 스칸듐, 에르븀, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크로뮴, 몰리브덴, 텅스텐, 이들의 합금, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합과 같은 다른 재료 또는 원소를 포함할 수도 있다. 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼의 조성물은 산화 베릴륨(BeO)을 포함하며, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄 또는 알루 미나, 산화 이트륨 또는 이트리아, 산화 스칸듐, 산화 에르븀, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화 탄탈, 산화 크로뮴, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 더 포함함으로써 변화할 수 있다. 일 실시예에서 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 약 95 wt%(중량%) 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 바람직하게는 약 98 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 바람직하게는 약 99 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 바람직하게는 약 99.5 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨, 보다 바람직하게는 약 99.9 중량% 또는 그보다 많은 산화 베릴륨을 포함한다. 대안적인 실시예에서 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 약 90 중량% 미만의 산화 베릴륨을 포함할 수 있다.
일례에서, 기판 또는 웨이퍼는 원형 기하학적 구조를 가질 수 있으며, 약 11인치 내지 약 13인치, 바람직하게는 약 11.2인치 내지 약 12.8인치, 보다 바람직하게는 약 11.8인치와 같이 약 11.5인치 내지 약 12.5인치 범위 이내의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 12인치 직경의 웨이퍼가 처리되는 경우, 12인치 직경의 세라믹 웨이퍼가 사용될 수 있다. 다른 예시에서, 기판 또는 웨이퍼는 약 7인치 내지 약 9인치, 바람직하게는 약 7.2인치 내지 약 8.8인치, 보다 바람직하게는 약 7.8인치와 같이 약 7.5인치 내지 약 8.5인치 범위 이내의 직경을 가질 수 있다. 다른 예시에서 기판 또는 웨이퍼는 약 5인치 내지 약 7인치, 바람직하게는 약 5.2인치 내지 약 6.8인치, 보다 바람직하게는 약 5.8인치와 같이 약 5.5인치 내지 약 6.5인치 범위 이내의 직경을 가질 수 있다. 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼의 두께는 약 0.030인치 내지 약 0.060인치, 바람직하게는 예를 들면 약 0.040인치와 같이, 약 0.035인치 내지 약 0.050인치 범위 이내일 수 있다.
산화 베릴륨 웨이퍼는 웨이퍼의 열적 균열을 방지하는 것을 돕기 위해 작은 평탄도 값을 가질 수 있다. 페디스털 상의 척이 편평한 것으로 생각되기 때문에, 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 가능한 많은 척과 접촉하기 위해 동등하게 편평하여야 한다. 프로세스 중에, 웨이퍼가 가열되는 동안 척은 냉각된다. 웨이퍼는 척과 접촉하지 않는 지점보다 척과 접촉하는 지점에서 더 고온이 될 것이다. 따라서, 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼는 산화 베릴륨 재료에 걸쳐서 고르지 않은 열구배로 인해 응력을 받기가 더 쉬우며, 이는 결국 세라믹 기판의 균열을 초래할 수 있다. 평탄도는 약 0.010인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 0.006인치 또는 그 미만과 같이 약 0.008인치 또는 그 미만일 수 있다.
산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼가 약 120마이크로인치 또는 그 미만, 바람직하게는 약 100마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 80마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 50마이크로인치 또는 그 미만, 보다 바람직하게는 약 10마이크로인치 또는 그 미만의 평활도를 갖는 상부 표면을 가질 수 있는 예시가 제공된다. 상부 표면이 경면 다듬질 되는 일부 실시예가 제공된다.
세라믹 웨이퍼는 세라믹 웨이퍼 상에 쌓이는 잔류물로 인해 세척 프로세스 중에 챔버 내부로 오염물이 도입되는 것을 방지하기 위해 자체가 주기적으로 교체 또는 세척된다. 그러나 이러한 웨이퍼 세척 또는 교체가 필요하지 않은 상태로 수천 번의 세척 작업이 실행될 수 있다.
당업자에게 이해되는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 그 본질적인 특성 또는 사상을 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 실시될 수 있다. 예를 들면 부분적으로만 세라믹이고, 세라믹 코팅되거나 세라믹과 유사한 유전 특성을 갖는 일부 다른 합금 또는 재료를 갖는 웨이퍼가 사용될 수 있다. 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼의 유전 상수 및 그 두께는 챔버 특성뿐 아니라, 플라즈마 세척 프로세스 중에 사용되는 서셉터의 높이에 따라 변화될 수 있다. 설명된 실시예는 CVD 챔버이지만, 본 발명은 PVD 챔버, ALD 챔버 또는 식각 챔버와 같이, 증착물이 쌓이는 임의의 챔버에 적용할 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 기본 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 다른 추가의 실시예가 안출될 수 있으며, 본 발명의 범주는 하기의 특허청구범위에 의해 결정된다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 설명되는 바와 같은 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼를 포함하는 처리 챔버의 단면도.
도 2는 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼를 처리하기 위한 웨이퍼 저장 엘리베이터 및 로봇을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에서 설명되는 바와 같은 세척 프로세스를 도시하는 흐름도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
A~K: 단계 10: 처리 챔버
11: 가스 유입 매니폴드 12: 서셉터
13: 지지 핑거 14: 처리 위치
15: 진공 챔버 17: 배플 플레이트
18: 가스 라인 19: 가스 혼합 시스템
21, 22: 화살표 23: 이격된 홀
24: 진공 매니폴드 25: RF 전원 공급기
26: 외부 램프 모듈 27: 빛
28: 윈도우 30: 홀
40: 세라믹 웨이퍼 42: 슬롯
43: 프로세서 45: 메모리
50: 처리 시스템 52: 챔버
54: 로봇 아암 56: 저장 엘리베이터

Claims (15)

  1. 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판으로서:
    160 W/m-K보다 높은 열전도성을 갖는 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼;
    11인치 내지 13인치 범위 내의 직경을 구비하는 원형 기하학적 구조;
    0.030인치 내지 0.060인치 범위 내의 두께; 및
    0.010인치 이하의 평탄도;를 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도성이 180 W/m-K 이상인
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께가 0.035인치 내지 0.050인치 범위 이내인
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 평탄도가 0.006인치 이하인
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼가 120마이크로인치 이하의 평활도를 갖는 상부 표면을 더 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 평활도가 10마이크로인치 이하인
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 표면이 경면 다듬질되는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼가 에르븀, 산화 에르븀, 베릴륨, 산화 베릴륨, 이트륨, 이트리아, 알루미나, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 더 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼가 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크로뮴, 몰리브덴, 텅스텐, 이들의 합금, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함한 금속 산화물을 더 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  10. 질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판으로서:
    160 W/m-K 이상의 열전도성을 갖는 질화 알루미늄 세라믹 웨이퍼;
    원형 기하학적 구조;
    0.030인치 내지 0.060인치 범위 내의 두께; 및
    0.010인치 이하의 평탄도;를 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열전도성이 160 W/m-K 내지 200 W/m-K 범위 이내인
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 원형 기하학적 구조가 11.2인치 내지 12.8인치 범위 이내의 직경을 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 원형 기하학적 구조가 7.2인치 내지 8.8인치 범위 이내의 직경을 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 원형 기하학적 구조가 5.2인치 내지 6.8인치 범위 이내의 직경을 포함하는
    질화 알루미늄 세라믹 덮개 기판.
  15. 산화 베릴륨 세라믹 덮개 기판으로서:
    250 W/m-K 이상의 열전도성을 갖는 산화 베릴륨 세라믹 웨이퍼;
    0.030인치 내지 0.060인치 범위 이내의 두께; 및
    0.010인치 이하의 평탄도;를 포함하는
    산화 베릴륨 세라믹 덮개 기판.
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