KR101115746B1 - Ａｌｄ/ｃｖｄ 반응기용의 정화된 히터-서셉터 - Google Patents

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Abstract

ALD 또는 CVD 반응기용 히터 어셈블리는, 반응기 챔버의 부식 환경으로부터 도체를 절연시키기 위해 정화 가스를 사용함으로써 가열 엘리먼트와 관련된 전기 도체 보호를 제공한다. 정화 가스는 도체를 둘러싸는 슬리브 속으로 주입되고고 처리 가스로 펌프되는 반응기 챔버 속으로 누설된다. 이러한 구성은 슬리브와 가열 엘리먼트의 접합부에서 밀폐형 밀봉부의 필요성을 제거하여, 제조 조건을 쉽게하여 잠재적으로 부품 비용을 감소시킨다.

Description

ＡＬＤ/ＣＶＤ 반응기용의 정화된 히터-서셉터{PURGED HEATER-SUSCEPTOR FOR AN ALD/CVD REACTOR}
본 발명은 화학적 기상 증착 및 원자층 증착 반응기 분야에 관한 것으로, 특히, 이러한 반응기를 가열하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 2003년 2월 11일자로 "Purged ALH Heater Susceptor"란 명칭으로 출원된, 미국 가출원 번호 60/446,892호에 관한 것으로, 그의 우선권을 청구하며, 상기 문헌은 본 명세서에 통합된다.
시대에 따라 현대의 전자장치는 많은 복잡한 부품들을 포함한다. 이러한 부품 중 하나로는 수천 또는 수백만 개의 작은 트랜지스터로 이루어진 마이크로전자 칩이 있다. 이들 트랜지스터는 현재 리소그래피로 공지된 프로세스에 의해 반도체 웨이퍼 상에 제조된다. 그러나 리소그래피 프로세스 이전에, 반도체 웨이퍼는 표준 실리콘 웨이퍼로부터 제조되어야 한다. 반도체 웨이퍼를 형성하기 위해, 실리콘 웨이퍼는 그의 표면상에, 통상적으로 금속의 재료가 변형되어 하나 이상의 층을 제공하는 프로세스를 거쳐야 한다. 이러한 프로세스의 2가지 예로는, CVD(화학적 기상 증착) 및 ALD(원자층 증착)가 있다.
CVD는 재료의 박막이 반도체, 절연체 및 금속을 포함하는 재료들상에 변형되 어 증착되거나 층을 이루는 프로세스이다. 증착된 막 또는 막들은 반응기 챔버내의 상승된 온도에서 가스 반응물들 사이의 화학적 반응에 의해 형성된다.
ALD는 가열된 반응기 챔버내에서 표면상에 막을 형성하는 또 다른 프로세스이다. 이러한 프로세스에서, 재료의 원자층 각각의 증착은 전구체의 예비-증착층에 의해 제어된다. 다양한 성분의 전구체가 목표된 표면상에 막을 형성하도록 선택적으로 주입된다. CVD처럼, ALD 또한 화학제 및 반응기 챔버내의 상승된 온도에 따라 좌우된다.
이중 하나의 프로세스에서, 반응기 챔버는 그의 내부 구조에 대해 매우 열악한(harsh) 환경에 있게 된다. 프로세스 화학제는 매우 유독하며 매우 부식성이 있어, 챔버내의 임의의 구조물을 부식시키는 경향이 있다. 열악한 화학적 환경에 부가하여, 온도는 실온에서 섭씨 600도(화씨 1, 112도) 범위일 수 있다. 온도에서 이러한 극적 변화는 챔버내의 부품들 사이에 팽창력 및 수축력을 형성할 뿐만 아니라 고무 또는 플라스틱 가스켓 및 와셔와 같은, 임의의 비-금속성 성분을 파손시킬 수 있다.
이들 프로세스를 위해 요구되는 열을 형성하기 위해서, 반응기 챔버는 반응 표면상에 균일한 온도를 보증하는 가열을 요구한다. 그러나 가열 엘리먼트에 전력을 제공하고 온도를 모니터하기 위해, 전기적 접속기 및 열전쌍(thermocouple)은 챔버의 열악한 환경으로 루팅되어야 한다. 챔버내의 과도한 열 및 화학제의 부식성 및 반응성 때문에, 전력 접속기 및 열전쌍이 악화되어 시간이 지남에 따라 고장이 날 수 있다. 이러한 고장들은 반응기에서, 중지 시간(down time), 제품 손상, 및 소정의 경우, 반응기의 다른 부재의 손상을 야기시킬 수 있다.
Chen 등의 미국 특허 번호 6,066,836호에 개시된 방안은, 챔버내에서 완전히 밀봉된 지지 샤프트의 내부 부분을 통해 전기 접속기 및 열전쌍을 제공하는 것이다. 전기적 접속기 및 열전쌍이 반응기 및 그의 화학적 성분으로부터 밀봉되기 때문에, 열 및 화학제와 관련된 문제점들이 최소화된다. 그러나 이러한 장치는 제조 및 유지에 있어 많은 비용이 수반된다. 히터에 가장 가까운 샤프트의 상부 부분은 고가의 고온 허메틱 밀봉부(seal)로 밀봉되어야 한다. 복잡한 설계에 부가하여 밀폐형(airtight) 밀봉부를 유지하기 위해, 샤프트는 프로세스 동안 열팽창을 고려하도록 플렉시블한 결합으로 장착되어야 한다. 부가적으로, 반응기 챔버의 열악한 환경에서 고온의 밀봉부는 결국 손상되어, 기계는 정지되어 수리를 해야하며, 이들 각각은 작업자에게 상당한 비용을 수반한다.
ALD 또는 CVD 반응기용의 정화된 히터 어셈블리는 처리 약품으로부터 전력 도체 및 반응기 히터 플레이트용 온도 센서와 같은, 반응기 챔버내의 도체의 손상을 방지하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 정화된 히터 어셈블리는 웨이퍼 처리 반응기 챔버내에 위치되며 슬리브의 중공 내부 안쪽에 배치되며 전기적으로 작동되는 가열 플랫폼에 접속된 전기 도체를 포함한다. 베이스 플레이트 어셈블리는 슬리브의 제 2 단부에 전기적으로 작동되는 가열 플랫폼과 접촉하는 비-밀폐형 접합부를 제공하기 위해 챔버내에서 슬리브를 지지하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 대기의(atmospheric) 지지 샤프트는 베이스 플레이트 어셈블리에 결합되어, 웨이퍼 처리 챔버내의 히터 어셈블리를 지지하고 베이스 플레이트 어셈블리에 냉각 라인을 제공하고 베이스 플레이트 어셈블리로부터 멀리 열을 전도하는 경로를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전기적으로 작동되는 가열 플랫폼은 웨이퍼를 지지하도록 구성된 히터 플레이트를 포함한다. 가변 실시예중에서, 전기적으로 작동되는 가열 플랫폼은 저항성 가열 엘리먼트를 포함할 수 있으며 히터 플레이트의 표면에 내장되거나 또는 히터 플레이트 자체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 슬리브는, 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물과 같은 세라믹일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 베이스 플레이트 어셈블리는 금속일 수 있고 도체는 슬리브의 내부 안쪽에서 감길 수 있다. 또 다른 실시예에서, 베이스 플레이트 어셈블리는 베이스 플레이트 어셈블리를 거쳐 흐르는 냉각제를 위한 냉각제 매니폴드를 포함할 수 있고 슬리브의 중공 내부에 유체 경로를 제공하도록 베이스 플레이트 어셈블리 내에 적어도 하나의 정화 가스 매니폴드를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 소스 기구(source fitting)가 슬리브에 결합되어 슬리브의 중공 내부에 안쪽에 유체가 흐르게 할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 리턴 기구(return fitting)가 슬리브에 결합되어 슬리브의 중공 내부로부터 유체가 흐르게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 오리피스가 슬리브의 제 1 단부에서 웨이퍼 처리 챔버속으로 슬리브의 중공 내부로부터 정화 가스의 누설이 허용되도록 구성된 비-밀폐형 접합부에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 히터 어셈블리는 슬리브의 제 2 단부에 밀봉부를 제공하도록 구성된 베이스 플레이트 어셈블리내에 카운터싱크된 탄성의(elastomeric) 가스켓을 포함할 수 있다. 또한, 탄성의 가스켓은 슬리브의 제 2 단부에 전기적으로 작동되는 가열 플랫폼과 슬리브의 제 1 단부의 접촉을 유지하기 위해 스프링력을 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 밀봉부를은 밀폐형(airtight) 밀봉부일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 히터 어셈블리는 상부 베이스 플레이트의 하부 표면과 같은높이로(flush) 카운터싱크되는 절연체를 갖는 결합 표면(mating surface)을 형성하는 하부 베이스 플레이트의 상부 표면과 같은 높이로 카운터싱크되는 스태빌라이져(stabilizer)를 포함한다. 스태빌라이져는 전기 도체를 지지하며 전기 도체를 둘러싸는 도체 밀봉부와 협력하도록 구성된다. 도체 밀봉부는 전기 도체의 일부를 따라 정화 가스 매니폴드로부터 유체가 누설되는 것을 방지하도록 결합 표면에 위치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리는 중공 내부를 가지는 페디스털에 의해 지지되는 전기적으로 작동하는 가열 플랫폼 및 페디스털 중공 내부에 배치된 슬리브 및 중공 내부 자체를 포함한다. 슬리브의 중공 내부 안쪽에 배치된 전기 도체는 전기적으로 작동하는 가열 플랫폼에 접속된다. 페디스털 중공 내부 안쪽에서 슬리브를 지지하도록 구성된 베이스 플레이트 어셈블리는 웨이퍼를 처리하는 동안 슬리브의 중공 내부에 제공되는 정화 가스를 위한 매니폴드를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 베이스 플레이트 어셈블리는 페디스털에 결합될 수 있고 각각 베이스 플레이트 어셈블리와 접촉하는 페디스털의 제 1 단부 및 슬리브의 제 1 단부에 밀봉부를 제공하도록 구성된다. 다양한 실시예에서, 페디스털 및 슬리브의 제 1 단부에서 적어도 하나의 밀봉부는 밀폐형 밀봉부일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 적어도 하나의 오리피스가 슬리브의 제 2 단부에서 정화 가스가 슬리브의 중공 내부로부터 페디스털의 중공 내부속으로 누설되도록 구성된 비-밀폐형 접합부에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 2 오리피스가 페디스털의 제 2 단부에서 정화 가스가 페디스털의 중공 내부로부터 처리 가스와 함께 밖으로 펌핑되는(pumped out) 웨이퍼 처리 챔버속으로 누설되도록 구성된 비-밀폐형 접합부에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, ALD 또는 CVD 반응기 챔버내에 반응기 히터 플레이트를 위한 전기 도체 및 열전쌍 도체와 같은 도체가 처리 제품으로부터 손상되는 것을 방지하는 방법은, 처리 가스가 슬리브내의 전기 도체를 둘러싸고 처리 가스로 펌프되는 처리 챔버속으로 그의 밀봉되지 않은 단부로부터 배출될 수 있도록, 웨이퍼 처리 챔버의 전기적으로 작동하는 가열 어셈블리와 관련된 전기 도체를 둘러싸는 슬리브내 정화 가스를 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명은 예를 들어 도시되며, 제한되지 않는 첨부 도면에 의해 설명되며, 첨부 도면들은 본 발명의 다양한 실시예를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라, CVD 및 ALD 프로세스를 위해 구성된 정화 된 히터-서셉터를 갖는 반응기를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라, 내부에 전기 도체 또는 다른 부재가 배치된 슬리브를 통해 정화 가스를 보내기 위한 히터-서셉터 어셈블리의 일부를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 히터-서셉터 어셈블리내의 베이스 플레이트 어셈블리와 도체-함유 슬리브 사이의 접합부를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에따라 구성된 히터-서셉터 어셈블리내의 히터 플레이트와 도체-함유 슬리브 사이의 접합부를 나타낸다.
본 발명은 ALD/CVD 반응기를 위한 정화된 히터 어셈블리를 제공한다. 일 실시예에서, 가열 엘리먼트에 전력을 공급하는 전기 접속기를 포함하는 도체는 가열 엘리먼트를 지지하는 페디스털 내에 배치된 슬리브내의 반응기 챔버와 격리된다. 불활성 정화 가스가 슬리브내에 주입되어 반응기 챔버내의 열악한 환경으로부터 접속기를 격리시킨다. 정화 가스는 슬리브로부터 챔버를 지나 처리 가스와 배기된다. 이러한 구성으로 인해, 고온 허메틱 밀봉부 및 플렉시블한 결합을 이용하는 히터의 후면에 있는 도체를 완전히 밀봉하는 요구조건이 생략된다. 또한, 불활성 정화 가스가 슬리브를 둘러싸는 영역에 대해 정압(positive pressure)으로 유지되기 때문에, 챔버내 반응 화학제는 도체 또는 슬리브 내의 임의의 다른 내부 구조물과 접촉하지 않게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라, CVD 및/또는 ALD 프로세스를 위해 구성된 정화된 히터-서셉터 어셈블리를 가지는 반응기(100)를 나타낸다. 반응기(100)는 다수의 노즐을 통해 챔버(105)내의 웨이퍼(116)에 처리 가스를 전달하도록 구성된 샤워헤드(118)를 포함한다. 처리 가스는 웨이퍼 위 및 부근을 흘러, 출구(120)를 통해 처리 가스가 펌프될 때까지, 챔버(105)내에 포함된다. 처리 가스 및 고온에 노출됨에 따라, 화학 반응이 발생하며, 웨이퍼(116)는 상부 표면상에 재료막이 현상된다.
이러한 화학 반응을 위해 요구되는 온도를 달성하기 위해, 챔버(105)는 히터 엘리먼트(112)를 포함하는 히터 플레이트(114)를 포함한다. 웨이퍼(116)는 히터 플레이트(114)로부터 웨이퍼(116)의 상부 표면으로 열을 전달하기 위한 표면을 제공하는 히터 플레이트(114) 상에 위치된다. 가열 엘리먼트(112)는 도체(110)를 통해 전원장치에 접속된다. 가열 플레이트(114)의 온도를 모니터하기 위해, 온도 센서(113)는 원격 온도 제어기와 통신하며 히터 플레이트(114)에 접속된다.
페디스털(106)은 히터 플레이트(114)를 지지하며 챔버(105)의 열악한 처리 화학제로부터 슬리브(108, 109)를 에워싸고 보호한다. 슬리브(108, 109)는 각각 가열 엘리먼트 도체(110)와 온도 센서(113)를 에워싸고 보호한다. 따라서, 가열 엘리먼트 도체(110) 및 온도 센서(113)는 페디스털(106) 및 슬리브(108, 109)에 의해 각각 챔버(105)와 처리 가스로부터 분리된다.
페디스털(106), 슬리브(108, 109)는 각각 베이스 플레이트 어셈블리(104)에 의해 지지된다. 베이스 플레이트 어셈블리(104)는 가열 엘리먼트 도체(110) 및 온도 센서(113)를 위해 대기의 지지 튜브(102)에 밀봉된 통로를 제공한다. 대기의 지지 튜브(102)는 베이스 플레이트 어셈블리(104)로부터 멀리 열을 전달하도록 내부에 냉각 도관들을 더 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 대기의 지지 튜브(102)는 베이스 플레이트 어셈블리(104) 안팎으로 냉각제를 전달하기 위해, 금속 또는 고무 튜빙과 같은 통로를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 히터 어셈블리(200)의 확대도를 나타낸다. 히터 어셈블리(200)의 상부 부분은 히터 플레이트(114)를 포함한다. 히터 플레이트(114)의 상부 부분은 증착 프로세스의 타겟을 위한 표면이 있는 평탄부, 즉, 반도체 웨이퍼를 제공한다. 이러한 웨이퍼의 상부 표면은 상기 설명된 바와 같이 샤워헤드를 통한 처리 유체의 주입에 노출된다.
히터 어셈블리(112)는 히터 플레이트(114)내에 배치된 저항성 가열 엘리먼트일 수 있다. 히터 엘리먼트(112)는 각각 슬리브(108, 107)내에 배치된 가열 엘리먼트 도체(110, 111)에 전기적으로 접속된다. 이러한 구성으로 전류가 흐를 경우, 가열 엘리먼트(112)는 가열되어 히터 플레이트(114)로 열을 전달하게 된다. 온도 센서(113)가 슬리브(109)내에 배치되어 히터 플레이트(114)의 온도 판독을 위한 신호 경로를 제공한다. 가변 실시예에서, 슬리브(107, 108, 109)와 같은 슬리브는 내부의 열악한 화학적 환경으로부터의 보호를 유지하면서 반응기 챔버 속으로 주입되는 것을 요구하는 내부 구조물 또는 임의의 형태의 접속기를 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 히터 플레이트(114)는 알루미늄 질화물로 구성된다. 가변 실시예에서, 히터 엘리먼트(112)는 히터 플레이트(114)의 내부에 또는 히터 플레이트(1145)의 표면상에 내장될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 히터 플레이트(114)는 히터 엘리먼트(112)이다.
페디스털(106)은 챔버내에 있는 반응성 처리 가스 및 고도의 부식성으로부터 가열 엘리먼트 도체(110), 가열 엘리먼트 도체(111) 및 온도 센서(113)를 보호하는 제 1 층이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 페디스털(106)은 알루미늄 산화물 또는 다른 세라믹 재료와 같은 양호한 절연체로 구성되어, 히터 플레이트(114)로부터 베이스 플레이트 어셈블리(114)로의 온도 전달이 낮아지는 것이 최소화된다. 본 발명의 일 실시예에서, 베이스 플레이트 어셈블리(104)는 상부 베이스 플레이트(204) 및 하부 베이스 플레이트(205)의 2개 부품을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하기에 보다 상세히 설명된다. 또 다른 실시예에서, 페디스털은 알루미늄 산화물로 구성되며 알루미늄 질화물의 얇은 코팅을 가져, 알루미늄 산화물의 낮은 열 전달 특성뿐만 아니라 알루미늄 질화물의 부식 저항성을 유지한다.
페디스털(106)은 상부 플랜지(210) 및 상부 플랜지 파스너(211)에 의해 히터 플레이트(114)에 결합된다. 히터 플레이트(114)로부터의 열을 수용하기 위해, 상부 플랜지 파스너(211)는 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물과 같은 부식 저항성 및/또는 절연성의 세라믹 재료로 구성될 수 있다. 하부 플랜지(212) 및 파스너(213)는 하부 베이스 플레이트(205)에 페디스털(106)의 하부 단부를 결합시킨다. 페디스털의 하부 단부는 상부 보다 차갑기 때문에, 하부 플랜지 파스너(213)는 알루미늄 또는 니켈과 같은 금속으로 구성된다. 일 실시예에서, 상부 플랜지 파스너(211) 및 하부 플랜지 파스너(213)는 쇼울더(shoulder)를 가져 페디스털(106)의 상부 플랜지(210) 및 하부 플랜지(212)는 각각 이들의 결합 표면, 히터 플레이트(114) 및 하부 베이스 플레이트(205)에 대해 느슨하게 보유된다. 이러한 구성은 ALD/CVD 증착 프로세스 동안 열팽창의 부정합으로 인한 과도한 스트레스를 방지한다.
페디스털(106)내에는 가열 엘리먼트 도체(111), 가열 엘리먼트 도체(110), 및 온도 센서(113)의 제 2 보호층; 각각 슬리브(107), 슬리브(108), 슬리브(109)가 둘러싸여 있다. 슬리브(107, 108, 109)의 상부 부분은 히터 플레이트(114)의 하부 부분에 접해 있으며 하기에 보다 상세히 설명된다. 슬리브(107, 108, 109)의 하부 부분은 하기에 보다 상세히 설명되는 가스켓(202)에 의해 부분적으로 상부 베이스 플레이트(204)내에서 지지되고 밀봉된다.
본 발명의 일 실시예에서, 슬리브(107, 108, 109)는 알루미늄 산화물 또는 세라믹 재료와 같은 세라믹으로 구성되며, 가열 엘리먼트 도체(110, 111)는 니켈과 같은 임의의 도전 재료로 구성될 수 있다. 온도 센서(113)는 통상적이 열전쌍으로, 또 다른 실시예에서 또 다른 형태의 온도 센서가 사용될 수 있다. 부가적으로, 가열 엘리먼트 도체(110)와 같은 도체는 슬리브(108)와 같은 슬리브내에서 (적어도 부분적으로) 감겨서(coiled), 도체가 상부 베이스 플레이트(204)와 히터 플레이트(114) 사이의 간격 변화, 결과적으로 ALD/CVD 공정 동안 열팽창을 수용할 수 있다.
도 3은 슬리브(108), 페디스털(106), 및 베이스 플레이트 어셈블리(104) 사이의 접합부(300)를 나타낸다. 슬리브와 베이스 플레이트 어셈블리 사이의 인터페이스에 예시적인 형태의 접합부가 사용될 수 있으나, 접합부의 다른 구성이 사용될 수도 있다. 중요한 것은 접합부가 소스로부터 슬리브의 내부로 정화 가스를 전달하는 수단을 제공하여, 도체 또는 내부의 다른 부재들을 에워쌀 수 있다는 것이다. 본 예에서, 상기 수단은 슬리브(108, 110)를 통해 유체(예를 들어, 정화 가스)를 전달하도록 매니폴드(302) 형태로 존재한다. 슬리브들(107, 109) 사이의 접합부는 접합부(300)와 유사하며 간략화를 위해 생략했다.
도시된 예에서, 베이스 플레이트 어셈블리(104)는 상부 베이스 플레이트(204)에 결합된 하부 베이스 플레이트(205)의 2개 부품을 포함한다. 다른 구성에서, 베이스 플레이트 어셈블리는 보다 많은 또는 보다 적은 부품을 포함할 수 있다. 가변 실시예중에서, 상부 베이스 플레이트(204) 및 하부 베이스 플레이트(205)는 동일한 재료 또는 상이한 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 베이스 플레이트(204)는 알루미늄과 같은 금속 형태일 수 있는 반면, 하부 베이스 플레이트(205)는 알루미늄 합금 또는 티타늄과 같이 또 다른 형태의 금속일 수 있다. 다른 실시예에서, 가스켓 및 밀봉부에 대한 열 손상을 방지하기 위해, 상부 베이스 플레이트(204) 및/또는 하부 베이스 플레이트(205) 중 적어도 하나는 그 내부에 증착 공정 동안 베이스 플레이트 어셈블리(104)로 부터 열을 멀리 전달하기 위해 냉각 유체를 순환시키기 위한 냉각 매니폴드를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 하부 베이스 플레이트(205)와 상부 베이스 플레이트(204) 사이에는 가스켓(306)이 샌드위치된다. 가스켓(306)은 상부 베이스 플레이트(204)의 외부 주변부에서 상부 베이스 플레이트(204)와 하부 베이스 플레이트(205) 사이에서의 유체 누설을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상부 베이스 플레이트(204)와 하부 베이스 플레이트(205) 사이에는 절연체(316) 및 그의 해당 가스켓, 절연체 밀봉부(310)가 샌드위치된다. 절연체(316)는 가열 엘리먼트 도체(110) 또는 도체 시쓰(sheath)(318)의 임의의 도전 부분이 베이스 플레이트 어셈블리(104)에서 단락되는 것을 방지하며, 세라믹과 같은 임의의 재료로 구성될 수 있어, 가열 엘리먼트 도체(110)(및/또는 도체 시쓰(318))와 베이스 플레이트 어셈블리(104) 사이의 전도성을 방지하는 세라믹과 같은 임의의 재료로 구성될 수 있다. 절연체 밀봉부(310)는 절연체(316)의 상부 부분과 상부 베이스 플레이트(204) 사이의 유체 누설을 방지한다. 안정기(314)는 하부 베이스 플레이트 속에 세팅될 수 있으며, 상부 표면은 상부 베이스 플레이트(204)내에 있는 절연체(316)의 하부 표면에 결합된다(mated). 절연체(316)와 안정기(314) 사이에 도체 밀봉부(312)가 샌드위치되어 절연체(316)의 하부 부분과 도체 시쓰(316)를 따르는 안정기(314)의 상부 부분 사이의 유체 누설이 방지된다. 또 다른 실시예에서, 가열 엘리먼트 도체(110)의 일부 또는 시쓰(318)는 전기를 전도시키지 않으며 절연체(316) 및/또는 안정기(314)는 알루미늄과 같은 도전 재료로 구성될 수 있다. 절연체(316)는 삽입/제거를 위해 절연체(316)와 디바이스가 결합되도록, 나사선 홀(threaded hole)과 같은 리셉테클(328)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 불활성 정화 가스(예를 들어, 아르곤)와 같은 유체가 슬리브(108)의 베이스 부근의 매니폴드(302) 속에 공급된다. 정화 가스는 도체 또는 그 내부에 배치된 다른 부재를 둘러싸는 슬리브(108)의 중공의 바디속을 통과하도록 허용되나, 가스켓(202)의 부분적인 밀봉부에 의해 페디스털(106)의 내부속으로의 누설은 억제된다. 가스켓(202)에 의해 제공된 밀봉부는 밀폐형 밀봉부이거나 또는 밀폐형 밀봉부가 아닐 수 있다는 것을 주목해야 한다. 하기에 보다 설명되는 바와 같이, 정화 가스는 슬리브(108)의 상부 부분으로부터 페디스털의 내부 부분으로 누설된다. 다양한 실시예에서, 매니폴드내의 유체는 반응기 챔버에 대해 5 내지 150 torr 범위의 차압(differential pressure)을 갖는다. 다양한 다른 실시예들 중에서, 매니폴드는 다양한 형상 및 크기일 수 있으며 페디스털(106)의 내부속으로 매니폴드내의 유체가 직접적으로 누설되는 것을 방지하기 위해 하나의 플러그(304)에 포함된다.
또 다른 실시예에서, 유체 접속기는 슬리브(108)의 하부 부분에 직접 접속되며 정화 가스는 슬리브 위로 그리고 페디스털(106)의 내부 부분속으로 가압된다. 또 다른 실시예에서, 제 2 유체 접속기, 오리피스 또는 오리피스들은 가스가 페디스털(106) 속으로 방출 또는 누설되도록 슬리브(108)의 상부에 또는 그 부근에 위치될 수 있다.
슬리브 가스켓(202)은 베이스 플레이트(205)와의 접합부에서 슬리브 내에 정화 가스가 포함되도록, 슬리브(108)의 내부 부분과 상부 베이스 플레이트(204) 사이에 밀봉부를 형성한다. 부가적으로, 슬리브 가스켓(202)은 도 4를 참조로 도시되는 것처럼, 히터 플레이트(114)와 접하는 슬리브(108)의 상부 부분을 유지하는 탄성력을 제공한다. 슬리브 가스켓(202)은 슬리브(108)의 하부 부분에 적어도 부분적인 유체 밀봉부 및 탄성력을 제공하도록 임의의 형상 또는 고무 또는 실리콘과 같이 탄성을 가지는 것으로 공지된 임의의 재료일 수 있다. 다양한 실시예에서, 슬리브 가스켓(202)의 크기 및 형상은 슬리브(108), 상부 베이스 플레이트(204) 및 페디스털(106) 사이의 밀봉 정도 및 슬리브(108)의 내부 부분속으로의 정화 가스의 흐름을 제어하기 위해 변형될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 페디스털(106)은 상부 베이스 플레이트(204)를 에워싸며 파스너(213)에 의해 하부 플랜지(212)에서 하부 베이스 플레이트(205)와 결합된다. 하부 베이스 프레이트(204)와 하부 플랜지(212) 사이에는 페디스털 가스켓(326)이 샌드위치된다. 페디스털 가스켓(326)은 상부 베이스 플레이트(204), 하부 베이스 플레이트(205)의 접합부와 페디스털(106)의 하부 표면 사이에 밀봉부를 제공하여, 유체가 하부 플랜지(212)를 거쳐 반응기의 챔버속으로 크게 누설되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 부품 및 페디스털 가스켓(326) 통합에 의해 형성된 밀봉부는 밀폐형 밀봉부일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 히터-서셉터 어셈블리내의 슬리브(108)와 히터 플레이트(114) 사이의 접합부(400)의 예를 나타낸다. 명료성을 위해, 각각 가열 엘리먼트 도체(111)와 온도 센서(113)를 둘러싸는 슬리브(107, 109)는 도시되지 않으며, 슬리브(107, 109)는 슬리브(108)와 유사한 형태로 히터 플레이트(114)에 접할 수 있다.
가열 엘리먼트 도체(110)는 히터 플레이트(114)내의 히터 엘리먼트(112)에 접속된다. 접속기(402)는 히터 플레이트(114)내에 카운터싱크되어 내장된 히터 엘리먼트(112)와 가열 엘리먼트 도체(110) 사이에 접촉을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 접속부는 히터 플레이트(114)의 하부 표면에 위치되며, 접속기(402)는 도체(110)에 대한 표면의 직접적인 접촉에 의해 접속을 달성한다.
상기 개시된 것처럼, 슬리브(108)의 상부 부분은 히터 플레이트(114)와 접하게 가압되어, 결과적으로 슬리브(108)와 베이스 플레이트 어셈블리(104)의 접합부에 탄성 가스켓을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 슬리브 수용 영역(403)은 히터 프레이트(114)의 밑면으로 카운터싱크되어, 슬리브(108)의 상부에 대해 채널 리세스를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 슬리브(108)는 히터 플레이터(114)의 밑면과 동일높이로 접한다.
슬리브(108)가 히터 플레이트(114)와 어떻게 접하는지와 상관없이, 접합부는 페디스털(106) 내부에 대해 밀폐되지 않아 임의의 형태의 가스켓 또는 밀봉부가 요구되지 않는다. 결과적으로, ALD/CVD 증착 프로세스 동안, 정화 가스가 슬리브(108)의 하부 단부속에 주입되면, 그의 상부 단부로부터 페디스털(106)의 내부로 누설될 것이다.
따라서, 페디스털(106)과 슬리브(108)에 의해 부식성 처리 가스로부터 가열 엘리먼트 도체(110)가 물리적으로 절연되는 것 이외에, 슬리브(108)내에 불활성 정화 가스에 의해서도 가열 엘리먼트 도체(110)가 화학적으로 절연된다. 또한 정화 가스는 페디스털(106)로부터 처리 가스로 펌프되는 챔버(105)속으로(웨이퍼 표면 아래로) 누설될 수 있다. 정화 가스의 이러한 포지티브 흐름은 처리 가스가 페디스털(106)과 슬리브(108)속으로 흐르는 것을 방지 또는 적어도 최소화시켜, 반응기 챔버의 부식 환경으로부터 가열 엘리먼트 도체 또는 다른 부재 및/또는 전기 접속기를 격리시킨다.
일 실시예에서, 슬리브(108)와 히터 플레이트(114)의 결합 표면은 페디스털(106)의 내부 부분속으로 누설되는 불활성 가스를 위한 적어도 하나의 오리피스(404)를 포함한다. 다른 실시예에서, 슬리브(108)의 상부 부분에 의해 커버되는 히터 플레이트(114)의 표면은 가스가 페디스털(106) 속으로 방출 또는 누설되게 하는 채널 또는 통로(vein)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유체 접속기 및/또는 오리피스 또는 오리피스들은 가스가 페디스털(106)속으로 방출 또는 누설되도록 슬리브(108)의 상부 부분에 또는 그 부근에 위치될 수 있다.
앞서 설명된 것처럼, 페디스털(106)은 상부 플랜지(210) 및 파스너(211)에 의해 히터 플레이트(114)에 결합되며 챔버(105)내의 고도의 부식성 및 반응성 처리 가스로부터 가열 엘리먼트 도체(110)를 위한 제 1 보호층이 된다. 파스너(211)로 부착됨에도, 페디스털(106)과 히터 플레이트(114) 사이의 접합부는 밀폐되지 않는다. 오히려, 접합부는 정화 가스가 슬리브(108)로부터 챔버속으로 누설되도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 페디스털(106)은 정화 가스가 챔버속으로 누설되도록 적어도 하나의 오리피스(406)를 포함한다. 오리피스(406)는 히터 플레이트(114)속에 내장될 수 있으며, 이는 페디스털(106) 외부로 유도되는 채널을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 유체 접속기 및/또는 오리피스 또는 오리피스들은 가스가 챔버속으로 방출 또는 누설되도록 페디스털(106)상에 위치될 수 있다.
종합하면, 슬리브(108, 109), 페디스털(106)을 통해 챔버(105) 속으로의 불활성 정화 가스 흐름으로 인해, 가열 엘리먼트 도체(110, 111)와 온도 센서(113)에 대한 손상은 소거되지 않는 경우, 크게 감소된다. 고온의 허메틱 밀봉부는 페디스털(106) 또는 슬리브중 하나에 대해 밀폐형 밀봉부를 형성하도록 요구되지 않기 때문에, 반응기 제조 및 이러한 밀봉부의 필연적인 손상과 관련된 수리시 비용이 최소화된다.
지금까지, 본 발명은 특정 실시예를 참조로 개시되었다. 그러나, 첨부된 청구항에 개시된 본 발명의 범주 및 정신을 이탈하지 않고 다양한 변형 및 변화가 달성될 수 있다. 상세한설명 및 도면은 제한적인 의미라기 보다는 예시적인 것으로 간주해야 한다.

Claims (29)

  1. 웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리로서,
    전기적으로 동작되는 가열 플랫폼;
    정화 가스(purge gas)를 유입하기 위한 중공 내부(hollow interior)를 갖는 슬리브;
    상기 슬리브의 중공 내부 내에 배치되고 상기 전기적으로 동작되는 가열 플랫폼에 연결되는 전기 도체(electrical conductor) ? 상기 가열 플랫폼은 상기 슬리브를 에워싸고 보호하는 페디스털(pedestal)에 의해 지지됨 ?; 및
    상기 슬리브의 제 1 단부에 상기 전기적으로 동작되는 가열 플랫폼과 접촉하는 비-밀폐형(non-airtight) 접합부(junction)를 제공하기 위해, 상기 챔버 내의 상기 슬리브를 지지하도록 구성된 베이스 플레이트 어셈블리(base plate assembly)
    를 포함하는 웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작되는 가열 플랫폼은 웨이퍼를 지지하도록 구성된 히터 플레이트를 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기적으로 동작되는 가열 플랫폼은 상기 히터 플레이트 내에 내장된 히터 엘리먼트(heater element)를 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히터 엘리먼트는 저항성 가열 엘리먼트인,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브는 세라믹인,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬리브는 알루미늄 산화물인,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬리브는 알루미늄 질화물인,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 어셈블리는 금속인,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 어셈블리 내에 포함되며 상기 슬리브의 제 2 단부에 상기 베이스 플레이트 어셈블리와 접촉하는 밀봉부(seal)를 제공하도록 구성된 탄성 가스켓(elastomeric gasket)을 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 슬리브의 제 2 단부의 상기 밀봉부는 밀폐형 밀봉부(airtight seal)인,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄성 가스켓은 상기 전기적으로 동작되는 가열 플랫폼과 상기 슬리브의 제 1 단부의 접촉을 유지하기 위해, 상기 슬리브의 제 2 단부에 스프링력을 제공하도록 추가적으로 구성되는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 어셈블리는 그 내부에 냉각제 흐름을 위해 구성된 냉각제 매니폴드(coolant manifold)를 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 어셈블리 내에 적어도 하나의 정화 가스 매니폴드를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 정화 가스 매니폴드는 상기 슬리브의 중공 내부에 유체 통로를 제공하도록 구성되는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 어셈블리는 상부 베이스 플레이트에 결합되는 하부 베이스 플레이트를 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하부 베이스 플레이트와 상기 상부 베이스 플레이트 사이에 위치된 절연체를 더 포함하고, 상기 절연체는 상기 베이스 플레이트 어셈블리 내의 상기 절연체를 통과하는 상기 전기 도체의 일부분을 둘러싸는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 정화 가스 매니폴드, 상기 절연체 및 상기 상부 베이스 플레이트 사이의 접합부로부터 유체 누설을 방지하도록 구성된 절연체 밀봉부를 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 상부 베이스 플레이트의 하부 표면과 동일한 높이로 카운터싱크되는(countersunk) 상기 절연체와의 결합 표면(mating surface)을 형성하기 위해, 상기 하부 베이스 플레이트의 상부 표면과 동일한 높이로 카운터싱크되는 안정기(stabilizer)를 더 포함하며,
    상기 안정기는 상기 전기 도체를 지지하도록 구성되고, 도체 밀봉부(conductor seal)와 함께 상기 안정기는 상기 절연체 및 상기 안정기를 통과하는 상기 전기 도체의 일부분을 따라 상기 정화 가스 매니폴드로부터 유체가 누설되는 것을 방지하도록 구성되며, 상기 도체 밀봉부는 상기 전기 도체를 둘러싸고 상기 결합 표면에 위치되는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 처리 챔버 내에 상기 히터 어셈블리를 지지하기 위해 상기 베이스 플레이트 어셈블리에 결합되는 대기(atmospheric) 지지 튜브를 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 대기 지지 튜브 내에 냉각 도관들(cooling ducts)이 포함되며, 상기 냉각 도관들은 상기 베이스 플레이트 어셈블리로부터 열을 전달하도록 구성되는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브에 결합되며 상기 슬리브의 중공 내부로 유체가 통과할 수 있도록 구성된 유체 소스 기구(fluid source fitting)를 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브에 결합되며 상기 슬리브의 중공 내부로부터 밖으로 유체가 통과할 수 있도록 구성된 유체 리턴 기구(fluid return fitting)를 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 도체는 상기 슬리브의 중공 내부 내에서 감기는(coiled),
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브의 중공 내부로부터 상기 웨이퍼 처리 챔버로 정화 가스가 누설될 수 있도록 구성된 상기 슬리브의 제 1 단부의 상기 비-밀폐형 접합부에 위치되는 적어도 하나의 오리피스(orifice)를 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  24. 웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리로서,
    중공 내부를 갖는 페디스털(pedestal)에 의해 지지되는 전기적으로 동작하는 가열 엘리먼트;
    상기 페디스털의 중공 내부 내에 배치되고, 자체적으로 중공 내부를 갖는 슬리브;
    상기 슬리브의 중공 내부 내에 배치되고, 상기 전기적으로 동작하는 가열 엘리먼트에 연결되는 전기 도체; 및
    상기 페디스털의 중공 내부 내에서 상기 슬리브를 지지하고 웨이퍼 처리 동작들 동안 상기 슬리브의 중공 내부에 제공되는 정화 가스를 위한 매니폴드를 제공하도록 구성된 베이스 플레이트 어셈블리
    를 포함하는 웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 어셈블리는 상기 페디스털에 결합되고 상기 베이스 플레이트 어셈블리에 각각 접촉되는 상기 페디스털의 제 1 단부 및 상기 슬리브의 제 1 단부에 밀봉부(seal)를 제공하도록 구성되는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 슬리브의 제 1 단부의 상기 밀봉부는 밀폐형 밀봉부(airtight seal)인,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 슬리브의 중공 내부로부터 상기 페디스털의 중공 내부로 상기 정화 가스가 누설될 수 있도록 구성된 상기 슬리브의 제 2 단부의 비-밀폐형 접합부에 위치되는 적어도 하나의 오리피스를 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 페디스털의 중공 내부로부터 상기 웨이퍼 처리 챔버로 상기 정화 가스가 누설될 수 있도록 구성된 상기 슬리브의 제 2 단부의 비-밀폐형 접합부에 위치되는 제 2 오리피스를 더 포함하는,
    웨이퍼 처리 챔버를 위한 히터 어셈블리.
  29. 페디스털 내부에 위치된 슬리브 내에 정화 가스를 운반하는 단계
    를 포함하고, 상기 정화 가스가 상기 슬리브 내의 전기 도체를 에워싸고(envelop) 상기 슬리브의 밀봉되지 않은(unsealed) 단부로부터 웨이퍼 처리 챔버로 배출되어 처리 가스들과 함께 밖으로 펌핑(pumped out)되도록 하기 위해, 상기 슬리브는 상기 웨이퍼 처리 챔버의 전기적으로 동작되는 가열 어셈블리와 연관된 상기 전기 도체를 둘러싸는,
    방법.
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