KR20000057984A - 퍼지 링을 가지는 웨이퍼 받침대 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 받침대의 주변 엣지를 둘러 싸는 퍼지 링을 구비한 웨이퍼 받침대에 관한 것이다. 퍼지 링은 퍼지 가스가 주변 엣지를 향하도록 상기 웨이퍼 받침대의 주변 엣지 근처에 위치하는 다수의 통로를 포함한다. 게다가, 퍼지 링은 퍼지 링을 둘러 싸는 엣지 링 조립체와 동시 작동한다. 퍼지 링 및 엣지 링 조립체는 2개의 퍼지 유동 패턴이 설치되며, 2개의 퍼지 유동 패턴은 웨이퍼 받침대상의 바람직하지 않은 피복의 퇴적을 상당히 감소시킨다.

Description

퍼지 링을 가지는 웨이퍼 받침대{WAFER PEDESTAL WITH A PURGE RING}
본 발명은 웨이퍼를 반도체 웨이퍼 처리 시스템내에 지지하기 위한 웨이퍼 받침대에 관한 것이며, 특히 퍼지 가스를 받침대의 주변으로 지향시키는 퍼지 링을 갖춘 웨이퍼 받침대에 관한 것이다.
티타늄 질화물(TiN) 박막은 집적회로의 제조, 특히 반도체 소자의 적용분야에 있어서 장벽 층 또는 접점 층으로서 폭넓게 사용된다. 티타늄 질화물 박막은 테트라키스(디알킬아미노)-티타늄, 또는 Ti(TR2)4(여기서, R은 알킬족)와 같은 전구체를 사용하는 금속 유기질 화학 증착법(MOCVD)에 의해 형성될 수 있다. 예를들어, 1993년 9월 21일에 허여된 미국 특허 제 5,246,881호에는 200 내지 600℃의 온도 및 약 0.1 내지 100 torr의 압력에서 TiN의 증착중에 활성화된 원소들과 조합하여 테트라키스(디메틸아미노)-티타늄, 또는 TDMAT를 열 분해하는 방법이 설명되어 있다. 1996년 11월 19일에 허여된 미국 특허 제 5,576,071('071 특허)에는 0.1 내지 10 torr의 압력 및 200 내지 700℃의 온도에서 질소와 같은 반응성 캐리어 가스의 존재하에서 TiN을 증착하는 유사한 공정이 설명되어 있다.
증착 변수가 주로 피복된 박막내의 소정의 특성에 의해 지정되지만 웨이퍼 기판상에 이미 존재하는 다른 재료와의 양립성에 의해서도 규제되어야 한다. 예를들어, 0.25㎛ 반도체 소자의 적용에 있어서 금속 상호접점의 정전용량은 신호지연에 상당한 영향을 미친다. 금속 상호접점 사이의 속도와 누화(cross-talk) 요건을 만족시키기 위해서는 낮은 유전체 상수를 갖는 재료(즉, κ가 3.8 이하인 낮은 κ 유전체 재료)로 절연체를 제조하는 것이 바람직하다. 그러나, 폭넓은 불화 유기 또는 무기 화합물을 포함하는 낮은 κ 유전체 재료는 단지 약 400℃ 이하의 온도에서만 바람직하다. 따라서, TiN 증착을 포함하는 종말 처리공정이 상당히 낮은 온도에서 수행됨으로써 낮은 κ 유전체 재료와의 양립성을 보장하고 반도체 소자의 특성에 악영향을 끼치는 것을 방지할 수 있다.
공정 변수의 현명한 선택과 제어와는 별도로, 무엇보다도 특정 오염물의 제어, 설비 가동중지 시간의 최소화, 및 유지보수가 간편한 바람직한 제조공정이 필요하다. 티타늄 질화물 박막의 증착과 같은 증착공정에 있어서는 공정 챔버의 내측 표면 또는 상기 공정챔버의 다른 성분들 위에 약간의 피복물이 형성되는 것을 피할 수 없다. 이들 피복물은 웨이퍼 처리 또는 이송 과정중에 박편으로 분리되고 웨이퍼상에 접지될 수 있다. 그러한 오염물은 제조된 반도체 소자들의 수율과 신뢰도에 악영향을 끼친다. 웨이퍼 히터가 후 증착 플라즈마 어닐링중에 편향되면, 히터 표면상에 형성된 박막 피복물은 박막 피복물로부터 예를들어, 챔버 벽으로 미세한 원호형상(micro-arcing)을 발생시키는 원인이 된다. 그러한 원호형상은 오염물을 챔버환경 내측으로 유입시키게 된다.
그러므로, 본 발명은 특정 오염물에 대한 제어와 장비의 유지보수의 편리성을 개선함으로써 바람직하지 않은 피복물을 최소화한 저온 TiN 박막 증착장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 관련된 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 개략도.
도 2a는 본 발명의 퍼지 히터의 사시도.
도 2b는 처리 챔버 내부의 엣지 링 조립체 및 도 2a의 퍼지 히터의 부분 단면도.
도 2c는 엣지 링 조립체 및 도 2b의 퍼지 히터의 확대도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 반도체 웨이퍼 처리 시스템 12,14 : 진공 펌프
14 : 진공 펌프 15 : 가스 공급원
16 : 히터 전력 공급원 20 : 제어 유니트
22 : 중앙 처리 유니트 24 : 지지 회로부
26 : 메모리부 28 : 신호 버스
30 : 가스 패널 32 : 제어 소프트웨어
100 : 처리 챔버 105 : 반응 구역
107 : 퍼지 가스 공급원 120 : 샤워헤드
128 : 펌핑 채널 150 : 웨이퍼 지지 받침대
155 : 개구 156 : 수평 채널
160 : 진공라인 162 : 3 방향 밸브
170 : 가열 부품 172 : 온도 센서
180 : 퍼지 히터 181 : 수직 엣지
190 : 반도체 웨이퍼 200 : 엣지 링 조립체
220 : 바닥 링 230 : 중간 링
240 : 상부 링 280 : 퍼지 링
종래 기술과 관련된 단점들은 세정 가스를 받침대의 주변부로 지향시키는 퍼지 링을 갖는 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 받침대에 의해 극복된다. 특히, 본 발명은 주변 엣지를 갖는 웨이퍼 지지 받침대 및 상기 웨이퍼 지지 받침대의 주변 엣지 주위에 위치된 퍼지 링을 포함한다. 상기 퍼지 링은 내주변부의 주위에 배열된 복수의 개구를 가진다. 전술한 바와 같이, 상기 복수의 개구들은 웨이퍼 지지 받침대의 주변 엣지에 매우 근접되게 위치된다. 개구를 통과하도록 퍼지 가스를 지향시킴으로써 상기 퍼지 링은 웨이퍼 지지 받침대의 엣지상에 피복물이 적층되는 것을 방지하여 퍼지 가스가 받침대 엣지의 주변부로 연속해서 흐를 수 있게 된다.
박막 증착을 개선시키기 위해 공정가스의 열 분해를 필요로 하는 적용예에 있어서, 상기 받침대는 통상적으로 저항성 히터소자를 포함한다. 전술한 바와 같이, 받침대, 히터 소자 및 퍼지 링 조합체는 세정 히터로서 공지되어 있다.
제거가능한 엣지 링 조립체는 받침대 및 퍼지 링을 공정가스로부터 차폐하기 위해 퍼지 링의 외측 원주변에도 제공된다. 퍼지 링을 가장 가까운 부분(즉, 외측 원주변)에만 포함함으로써 엣지 링 조립체는 상당히 낮은 온도로 유지될 수 있어서 엣지 링 조립체상에 피복물이 적층되는 것을 최소화하는데 도움을 준다.
질화 티타늄(TiN) 박막의 증착중에, 이중 가스 흐름이 세정 히터 및 엣지 링 조립체 주위에 설정된다. N2와 같은 "엣지 세정"가스는 받침대 주위의 바람직하지 않은 피복물의 퇴적을 최소화하도록 약 1500 sccm의 유동율로 퍼지 링 내부의 개구들을 통해 웨이퍼 지지 받침대의 원주변 엣지쪽으로 지향된다. "바닥 세정"도 엣지 링 성분상의 불필요한 피복을 최소화하도록 엣지 링 조립체의 바닥 주위에 통상, 약 1000 sccm의 유동율로 N2를 흐르게 함으로써 달성된다. 이러한 이중 흐름은 세정 히터상의 피복물 퇴적에 의해 유발되는 미세한 원호형상의 문제점을 제거하고 웨이퍼상의 특정 오염을 감소시킨다.
엣지 퍼지 가스 흐름은 세정 히터상의 바람직하지 않은 피복물의 퇴적을 방지하는데 효과적이므로, 세정 히터의 보수유지를 불필요하게 한다. 전술한 바와 같이, 받침대 및 퍼지 링은 보수유지가 거의 필요없으며 엣지 링도 피복물 퇴적이 발생할때 용이하게 대체될 수 있다. 제거가능한 엣지 링 조립체는 주기적인 유지보수가 매우 편리하여 설비의 작동 중지시간을 현저히 감소시킨다.
본 발명의 사상은 첨부된 도면과 관련된 후술되는 상세한 설명을 고려함으로써 용이하게 이해할 수 있다.
본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 도면에서 통상적으로 동일한 구성요소는 동일한 도면부호가 사용된다.
도 1은 본 발명에 관련된 반도체 웨이퍼 처리 시스템(10)의 개략도이다. 상기 시스템(10)은 일반적으로 처리 챔버(100), 가스 패널(30), 제어 유니트(20), 전력 공급원 및 진공 펌프와 같은 다른 하드웨어 부품(hardware components)을 포함한다. 본 발명에 이용되는 상기 시스템(10)은 본 명세서에서 인용참증으로 첨부되며 명칭이 "티타늄 질화물의 화학적 증기 피복을 위하여 유용한 반응기"이며, 1998년 2월 13일에 출원되며 일반적으로 양도된 미국 특허 출원 제 09/023,852호에 상술된다. 상기 시스템(10)의 두드러진 특징은 간단하게 후술된다.
처리 챔버(100)는 일반적으로 반도체 웨이퍼(190)와 같은 기판을 지지하기 위하여 이용되는 웨이퍼 지지 받침대(150)를 포함한다. 상기 받침대(150)는 통상적으로 변위 기구(도시안됨)를 이용하여 상기 챔버(100) 내부에 수직 방향으로 이동할 수 있다. 특정한 공정에 따르면, 상기 웨이퍼(190)는 처리전에 임의의 목표 온도로 가열되어야 한다. 본 발명에서, 웨이퍼 지지 받침대(150)는 매립된 가열 부품(170)에 의하여 가열된다. 예를 들면, 받침대(150)는 교류 공급원(16)으로부터 가열 부품(170)으로 전류를 인가함으로써 저항에 의하여 가열될 수 있다. 웨이퍼(190)는 차례로 받침대(150)에 의하여 가열된다. 열전쌍과 같은 온도 센서(172)는 또한 종래의 방식으로 받침대(150)의 온도를 모니터하기 위하여 웨이퍼 지지 받침대(150)에 매립된다. 예를 들면, 측정된 온도는 웨이퍼 온도가 특별한 공정 적용에 적절한 목표 온도에서 유지 및 제어될 수 있도록 가열 부재(170)를 위한 히터 전력 공급원(16)의 전류 출력을 제어하기 위하여 피드백 루프에 이용된다.
진공 펌프(12)는 처리 챔버(100)를 진공시키며 상기 챔버(100) 내부에서 적절한 가스 유동 및 압력을 유지하기 위하여 이용된다. 공정 가스가 상기 챔버(100)내로 도입되기 위하여 통과하는 샤워헤드[showerhead(120)]는 웨이퍼 지지 받침대(150) 상측에 위치된다. 상기 샤워헤드(120)는 공정 순서의 상이한 단계에서 이용되는 다양한 가스를 제어 및 공급하는 가스 패널(30)에 연결된다.
본 발명의 실시예에서, 티타늄 질화물 박막 증착은 테트라키스-디메틸-아미도 티타늄[tetrakis-dimethyl-amido titanium(TDMAT)]과 같은 금속 유기 화합물의 열 분해에 의하여 달성된다. TDMAT는 실온에서 액체이므로, 앰풀 또는 기포기(도시안됨)에 포함된 액체 샘플을 통하여, 헬륨과 같은 캐리어 가스를 기포화함으로써 처리 챔버(100)내로 유입된다. 선택적으로, 직접적 액체 주입 시스템은 또한 상기 챔버(100)내로 TDMAT 증기를 유입시키기 위하여 이용될 수 있다.
기포기를 이용하여 샘플 전달을 촉진시키기 위하여, 기포기는 약 0.6 torr 보다 더 큰 TDMAT 증기압을 제공하기 위하여 약 50℃의 온도로 유지된다. 가스 패널(30)을 통과하는 가스 유동의 적절한 제어 및 조절은 질량 유동 제어기(도시안됨) 및 컴퓨터와 같은 제어기 유니트(20)에 의하여 달성된다. 샤워헤드(120)은 상기 챔버(100)내로 균일하게 분배 및 유입되도록 가스 패널(30)로부터 공정 가스를 허용한다. 예로서, 제어 유니트(20)는 중앙 처리 유니트[CPU(22)], 지지 회로부(24), 및 관련된 제어 소프트웨어(32)를 포함한 메모리부(26)를 포함한다. 상기 제어 유니트(20)는 웨이퍼 이송, 가스 유동 제어, 온도 제어, 챔버 배출, 등과 같은 웨이퍼 처리를 위하여 요구된 수많은 단계의 자동화된 제어를 담당한다. 제어 유니트(20)와 상기 장치(10)의 다양한 부품 사이의 두방향 소통은 일부가 도 1에 도시된 신호 버스로서 집합적으로 지칭되는 다양한 신호 테이블을 통하여 처리된다.
샤워헤드(120) 아래 및 샤워헤드(120)에 매우 근접해서 배치되는 웨이퍼(190)와 같은 기판은 진공 척킹에 의하여 받침대(150)상에 유지된다. 웨이퍼의 후면, 후방(192),은 진공 라인(160)에 연결된다. 상기 진공 라인(160)은 차압이 상기 웨이퍼(190)의 전면(191)과 후면(192) 사이에 발생되도록 웨이퍼 후방(192)의 배출을 허용한다. 상기 순 전방압력은 받침대(150)의 꼭대기 위치에 웨이퍼(190)를 유지시킨다. 3 방향 밸브(162)는 받침대(150)의 표면을 진공 펌프(14)와 가스 공급원(15)에 결합하기 위하여 진공 라인(160)에 제공된다. 특정한 적용에 따라, 상기 밸브(162)는 웨이퍼 후방(192)과 요구되는 것으로서 받침대(150)의 표면 사이에 후방 가스를 선택적으로 유입하기 위하여 제어될 수 있다. 제어 유니트(20)는 상기 밸브(162), 진공 펌프(14) 및 후방 가스 공급원(15)을 제어함으로써 적절한 후방 가스 유동 및 압력을 유지한다. 물론, 웨이퍼(190)를 유지하는 다른 방법은 예를 들면, 정전척, 기계적 클램핑, 또는 단순한 중력이 이용될 수 있다. 상기 특별한 실시예에서, 진공 척 및 후방 가스의 이용은 가열된 받침대(150)와 웨이퍼(190) 사이의 열 전도를 향상시킨다. 결과적으로, 웨이퍼(190)는 박막 증착 공정동안 가열된 받침대(150)에 의하여 상대적으로 일정한 온도에서 유지될 수 있다.
본 발명에서 이용되는 가열된 받침대(150)는 알루미늄으로 제작되며, 받침대(150)의 웨이퍼 지지면(151) 아래의 가열 부품(170)을 포함한다. 가열 부품(170)은 인콜로이 외장 튜브(Incoloy sheath ntube)에 의하여 피복된 니켈-크롬 와이어로 제작된다. 히터 전력 공급원(16)으로부터 가열 부품(170)으로의 전류 출력을 적절히 조절함으로써, 웨이퍼(190) 및 받침대(150)는 박막 증착 공정 동안 상대적으로 일정한 온도에서 유지된다. 이것은 받침대(150)의 온도가 받침대(150)에 매립된 열전쌍(172)에 의하여 계속적으로 모니터되는 피드백 제어 루프에 의하여 달성된다. 상기 정보는 필요한 정보를 히터 전력 공급원(16)에 전달함으로써 반응하는 신호 버스(28)를 경유하여 제어 유니트(20)으로 전달된다. 조정은 목표 온도, 즉 특정한 공정 적용을 위하여 적절한 온도에서 받침대(150)를 유지 및 제어할 수 있도록 히터 전력 공급원(16)의 전류흐름이 후속적으로 이루어진다. 공정 가스 혼합물이 샤워헤드(120)로 배출될 때, TDMAT의 열 분해는 가열된 웨이퍼(190)에 매우 근접된 반응 구역(105)에서 발생하며, 웨이퍼 전면(191)상에 티타늄 질화물 박막이 증착된다.
도 2a는 퍼지 링[purge ring(280)]이 장착된 받침대(150)의 사시도이다. 바람직한 일 실시예에서, 퍼지 링(280)은 받침대(150)에 용접되며, 완전한 조립체, 받침대, 가열 부품 및 퍼지 링은 또한 퍼지 히터(180)으로서 지칭된다. 다수의 홈(159)은 진공 척킹 뿐만 아니라 웨이퍼의 전체 하부 아래쪽으로 후방 가스 분배를 촉진시키기 위하여 받침대(150)의 웨이퍼 지지면(151)에 제공된다. 퍼지 링(280)은 실질적으로 고리형이며, 내주변(280P1) 및 외주변(280P2) 사이의 거의 중간에 배치된 3개의 슬롯(286)을 가진다. 수백개의 소형 구멍(285)은 퍼지 링(280)의 내주변(280P1)에 근접하게 제공된다. 상기 구멍(285), 또한 퍼지 구멍으로 지칭되는, 받침대(150) 주위에 발생되는 퍼지 가스의 유동을 허용한다. 상기 "엣지 퍼지(edge purge)"는 바람직하지 않은 피복물을 최소화함으로써 미세한 원호형상이 받침대(150)의 주변 엣지 뿐만 아니라 웨이퍼의 아래쪽 엣지에 형성되는 것을 방지한다.
도 2b는 처리 챔버(100)의 내부의 부분 단면도이다. 받침대(150)는 챔버 몸체(110) 내부를 폐쇄하며 공정 가스를 공급하며 상기 공정 가스를 웨이퍼(190)으로 균일하게 분배하는 샤워헤드(120) 아래 위치된다. 덮개 절연체(126)는 접지가 유지되는 챔버 몸체(110) 및 덮개판(도시안됨)으로부터 세척 및 후 증착 어닐링 공정동안 유도된 RF인 샤워헤드(120)를 절연하기 위하여 샤워헤드(120)의 외부(124) 주위에 배치된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 엣지 링 조립체(200)는 받침대(150) 주위 주변에 배치된 퍼지 링(280)에 의하여 지지된다. 다양한 챔버 부품은 엣지 링 조립체(200)와 챔버 바디(110) 사이에 배치되며, 1) 플라즈마가 펌핑 채널(128)로 유입되는 것을 제한하기 위하여 이용되는 내측 차폐부(111); 2) 챔버 몸체(110)으로부터 내측 차폐부(111)를 전기적으로 절연시키는 챔버 삽입부(112); 및 3) 챔버 몸체(110)의 내벽(101)에 바람직하지 않은 증착을 방지하는 외측 차폐부(113)를 포함한다.
받침대(150)는 실질적으로 원형이며, 목표 온도에서 받침대(150)를 유지하는 내부에 매립된 가열 부품(170)을 가진다. 받침대(150)의 웨이퍼 지지면(151)에 배치된 웨이퍼(190)는 그때 웨이퍼를 처리하는 동안 상대적으로 일정한 온도에서 유지될 수 있다. 받침대(150)는 계단형 구조를 가지며, 받침대(150)의 상부(150T)는 중간부(150M)보다 더 작은 원주를 가지며, 상기 중간부는 순서대로 하부(150B)보다 더 작은 원주를 가진다. 총 8개의 수평 채널(156)은 받침대(150)의 상부(150T) 근처의 원주의 수직 엣지(181)를 따라 유동하는 퍼지 가스를 유입시키기 위하여 받침대(150) 내부에 제공된다. 상기 채널(156)은 도 2c에 도시된 바와 같이 받침대(150)의 중앙으로부터 반경방향 외측으로 개구(155)로 연장된다. 다른 채널(159)은 웨이퍼(190)의 진공 척킹을 위하여 받침대(150)의 웨이퍼 지지면(151)에 제공된다. 다른 채널(159)은 받침대(150)의 축(164) 내부에 위치된 진공 라인(160)에 연결된다.
알루미늄으로 제작된 퍼지 링(280)은 퍼지 가스 유동을 받침대(150)의 상부(150T)에 위치된 수직 엣지(181) 주위로 통하도록 설계된다. 퍼지 링(280)은 ,위치(W1, W2)에서, 또한 퍼지 히터(180)으로서 지칭되는 통합 유니트를 형성하기 위하여 가열된 받침대(150)상에 용접된다. 수많은 동일한 간격으로 이격된 소형 구멍(285)은 퍼지 가스 유동이 받침대(150)의 수직 엣지(181)를 따라 통하도록 하기 위하여 퍼지 링(280)의 내부에 제공된다. 채널(186)은 받침대(150)의 중간부(150M)과 퍼지 링(280) 사이에 형성된다. 상기 채널(186)은 개구(155)를 받침대(150)의 상부(150T)와 퍼지 링(28) 사이에 형성된 공간(184)으로 연결한다.
3 부품 엣지 링 조립체(200)는 일반적으로 받침대(150)의 외주변(150P) 주위에 위치된다. 도 2b와 도 2c에 도시된 바와 같이, 엣지 링 조립체(200)은 받침대(150)의 플랜지(154) 주위에 조립되며 상기 플랜지(154)로 부터 이격된 퍼지 링(280)에 의하여 지지된다. 엣지 링 조립체(200)는 상부 링(240), 중간 링(230), 및 바닥 링(220)을 포함한다. 상부 링(240)은 실질적으로 역 L형 단면을 가진 고리형 알루미늄 부품이다. 상부 링(240)의 수직부(260)가 퍼지 링(280) 및 받침대(150)에 인접하여 하방으로 및 퍼지 링(280) 및 받침대(150)에 매우 근접하게 연장되는 반면, 상부 링(240)의 수평부(250)는 중간 링(230)의 상부면(236)의 상부에 의하여 지지된다. 중간 링(230)은 실질적인 상부 링(240) 및 바닥 링(220) 사이에 조립되는 평평한 고리형 부품이다. 바닥 링(220)은 또한 퍼지 링(280)의 내부(283)와 상보적으로 형성된 내부(223)를 가진 실질적으로 평형이며 고리형이다. 중간 링(230) 및 바닥 링(220)은 316 등급 스테인레스 강과 같은 상대적으로 낮은 열전도도를 가지는 재료로 제작된다. 결론적으로, 상부 링(240)은 적절한 온도에서 유지된다.
상부 링(240), 중간 링(230) 및 바닥 링(220)은 3개의 센터링 볼트(271)에 의하여 서로 볼트 결합된다. 엣지 링 조립체(200)는 퍼지 링(280)의 외주변(280P2)에 위치된 3개의 슬롯(288)에 중앙 볼트(271)를 결합함으로써 퍼지 링(280)에 고정되며, 엣지 링 조립체(200)는 퍼지 링(280)의 외측부(284)내로 나사 조립되는 3개의 간격핀(272)에 의하여 지지된다. [간격핀(272)을 따라 중앙 볼트(271)가 도시된 도 2b와 도 2c의 상술은 퍼지 링(280)상에 다만 상대적으로 반경방향으로 배치되는 것으로 도시된 것을 의미한다는 것에 주목하라. 볼트(271) 및 핀(272)은 실제로 서로 접촉되지 않는다.] 도 2a에 도시된 바와 같이, 간격핀(272)은 슬롯(286) 및 퍼지 링(280)의 외주변(280P2) 사이에 서로 등거리로 배치된다. 엣지 링 조립체(200)가 퍼지 링(280)에 의하여 지지됨으로써, 좁은 채널(226)은 퍼지 가스를 위한 유동 통로를 제공하기 위하여 퍼지 링(280)과 바닥 링(220)의 하부(222) 사이에 형성된다. 상기 특별한 형상에서, 엣지 링 조립체(200)는 퍼지 링(280)에만 퍼지 링(280)의 가장 차가운 영역, 즉 외부(284) 주위에서 접촉한다. 그러므로, 엣지 링 조립체(200)의 온도는 퍼지 링을 위하여 약 310℃의 상대적인 저온에서 유지될 수 있으며 엣지 링 부품상의 바람직하지 않은 피복물은 최소화될 수 있다. 간격 핀(272)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 퍼지 링(280)의 외주변(280P2)에서 3개의 소형 슬롯(288)으로부터 반경방향 내부로 배치된 위치(274)와 같은 다른 위치에서 선택적으로 배치될 수 있다.
엣지 링 조립체(200)는 스테인레스 강 및 알루미늄으로 제작된다. 상면(251)과 상부 링(240)의 외측 엣지(262)와 같은 노출 표면은 상기 표면에 형성되는 바람직하지 않은 피복물의 부착을 증가시키기 위하여 비드 블래스팅(bead-blasting)에 의하여 거칠어 진다. 비록 퍼지 가스 유동 및 엣지 링 온도는 엣지 링에 증착 이온을 최소화하며, 임의의 증착이 발생하며 상기 증가된 부착은 엣지 링 조립체(200)로부터 피복물이 벗겨지는 것을 최소화하며, 그러므로 웨이퍼(190)의 미립자 오염을 완화시킨다.
웨이퍼 처리 공정동안, 질소 또는 아르곤과 같은 퍼지 가스는 웨이퍼(190)의 후방(192)을 향하여 받침대(150)의 상부 수직 엣지(181)를 따라 유동되기 위하여 통하게 된다. 질소(N2)는 본 발명의 특별한 실시예에서 퍼지 가스로서 선택된다. 불활성 가스를 포함하여 다른 가스는 또한 투명한 상태를 유지하는 한 이용될 수 있다. 퍼지 가스는 [도 1의 퍼지 가스 공급원(107)으로부터] 받침대(150) 내부의 채널(156)으로 유입되며, 받침대(150)의 중간부(150M)에서 외주변 주위에 위치된 개구(155)를 경유하여 배출된다. 상기 가스는 채널(186)을 따르며 받침대(150)와 퍼지 링(280) 사이에 형성된 공간(184)으로 유입된다. 상기 공간(184)으로부터, 그때 가스는 퍼지 링(280)의 많은 소형 구멍(285)을 통하여 받침대(150)의 수직 엣지(181)에 인접한 또 다른 공간(182)으로 유동한다. 상기 공간(182)은 일반적으로 퍼지 링의 내측부(283), 엣지 링 조립체(200)의 내측부(203), 받침대(150)의 수직 엣지(181) 및 상기 받침대(150)의 상부에 놓인 웨이퍼(190)의 후방(192)에 의하여 형성된다. 화살표(291)에 의하여 표시된 상기 엣지 퍼지 유동 패턴은 받침대(150)의 수직 엣지, 웨이퍼(190)의 후방(192) 및 상부 링(240)의 내측부(243) 상에 바람직하지 않은 박막 증착을 방지한다.
화살표(292)에 의하여 표시된 바닥 퍼지 유동은 상부 링(240)의 기다란 수직 부분(260) 주위에 유동하는 제 2 퍼지 가스에 의하여 형성된다. 상기 바닥 퍼지 가스 유동은 챔버(100)의 하부를 통하여 도 1의 라인(105)에 의하여 유입되며, 엣지 링 조립체(200)상의 바람직하지 않은 증착을 최소화한다. 바닥 퍼지 가스 유동의 일 부분은 바닥 링(220)과 퍼지 링(280) 사이에 형성된 채널(226)로 통하며, 공간(182)에서 엣지 퍼지 유동과 합쳐진다. 바닥 퍼지 가스의 제 2 부분은 상부 링(240)의 기다란 부분(260)의 외부(262) 주위를 유동하여 기다란 부분(260)과 내측 차폐부(111) 사이의 공간으로 유입된다. 퍼지 가스는 덮개 절연체 및 내측 차폐부(111)의 상부(111T) 사이의 공간(112)을 경유하여 공정 가스, 반응 부산물 및 엣지 퍼지 가스를 따라 그때 펌프에 의하여 배출된다.
N2는 본 발명에서 엣지 및 바닥 퍼지 유동을 위하여 이용되지만, 실제 증착 공정에 방해되지 않는 한 아르곤 또는 불활성 가스를 포함하는 다른 가스도 도한 이용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 약 1500 sccm의 N2유동률은 엣지 퍼지를 위하여 이용되며, 반면 바닥 퍼지의 N2유동률은 약 1000 sccm이다. 일반적으로, 약 500-3000 sccm의 유동 범위는 엣지 및 바닥 퍼지를 위하여 수용가능하다. 이 같이 상대적으로 높은 유동률은 받침대(150) 및 엣지 링 조립체(200)의 근처에서의 증착을 효과적으로 방지하기 위하여 필요하다. 이 높은 퍼지 흐름의 또 다른 장점은 약(310℃ ± 10℃)로 엣지 링 조립체(200)의 온도를 감소시킨다는 것이다. 이 감소된 온도는 엣지 링 조립체(200)상의 바람직하지 않은 박막 피복을 더욱 최소화시킨다. 이 두개의 퍼지(엣지 및 바닥) 성능과 함께, 본 실시예의 공정은 세정 사이의 시간을 연장할 뿐만 아니라 미세한 원호형상 및 미립자 오염을 방지함으로써 챔버 처리 공정에서 상당한 개선을 초래한다.
루틴 보수를 용이하게 하기 위하여, 이 엣지 링 조립체(200)는 퍼지 히터(180)로부터 개별적으로 분리가능하게 설계된다. 높은 유동률에서 바닥 퍼지의 실행으로, 피복물은 처리의 긴 기간후 엣지 링 조립체(200)의 243S와 같은 표면상에 퇴적된다는 것이 명백하다. 본 발명으로, 엣지 링 조립체(200)는 퍼지 히터(180)을 제거할 필요없이 세정을 위하여 용이하게 제거될 수 있다. 이와 같이, 루틴 보수동안 장치의 작동 중지시간이 상당히 감소된다. 예를 들면, 대체 엣지 링 조립체(200)가 설치되며 상기 챔버(100)는 약간의 시간내에 처리를 위하여 이용가능하게 된다. 이것은 만약 엣지 링 조립체(200)가 퍼지 히터(150)의 필수 부품이었다면 경제적으로 실행할 수 없을 것이다.
제거가능한 엣지 링을 구비한 퍼지 히터의 본 발명은 350℃ 아래 온도에서 TDMAT의 열 분해를 이용하여 티타늄 질화물 박막 피복을 위한 MOCVD 공정에서 이용된다. 본 발명에 의하여 용이하게 되는 하나의 특정한 공정은 이와 함께 동시에 출원된 미국 특허 출원 번호 (대리인 분류 번호 761P10)에 상술된다. 퍼지 히터는 히터상의 바람직하지 않은 피복을 최소화할 수 있도록 하는 히터의 주변 엣지를 따라 퍼지 가스 유동을 통하게 하기 위한 많은 퍼지 구멍을 포함한다. 처리 챔버에 본 발명을 적용함으로써, 미세한 원호 형상의 문제점은 히터 주위에 피복물 퇴적을 방지함으로써 완화된다. 퍼지 히터 주위에 배치되는 엣지 링 조립체는 약 310℃의 온도에서 유지된다. 바닥 퍼지 유동에 따른 이 상대적인 저온은 엣지 링 부품의 표면에 바람직하지 않은 피복물을 최소화한다. 용이하게 대체가능한 부품으로서, 제거가능한 엣지 링 조립체는 또한 루틴 보수를 용이하게 하며 장치의 작동 중지시간을 상당히 감소시킨다.
비록 본 발명의 사상이 구체화된 일 실시예가 상세하게 도시되며 상술되었지만, 본 기술분야의 기술자는 여전히 상기 사상을 구체화하는 많은 다른 다양한 실시예를 용이하게 고안할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 특정 오염물에 대한 제어와 장비의 유지보수의 편리성을 개선함으로써 바람직하지 않은 피복물을 최소화한 저온 TiN 박막 증착장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 처리 챔버내에 웨이퍼를 지지하기 위한 장치에 있어서,
    주변 엣지를 가지는 웨이퍼 받침대; 및
    퍼지 링으로서, 상기 웨이퍼 받침대의 외주변 주위에 배치되며, 상기 퍼지 링의 내주변 주위에 배치된 다수의 개구를 가지며, 상기 다수의 개구는 상기 웨이퍼 받침대의 상기 주변 엣지에 매우 근접하게 위치되는 퍼지 링을 포함하는 처리 챔버내에 웨이퍼를 지지하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 퍼지 링에 지지되는 엣지 링 조립체를 더 포함하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는 외측 엣지상의 상기 퍼지 링에 접촉하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대의 부분, 상기 퍼지 링 및 상기 엣지 링 조립체는 함께 상기 웨이퍼 받침대의 상기 주변 엣지를 따라 유동하는 퍼지 가스를 통하게 하기 위한 적어도 하나의 채널을 형성하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대는 매립된 가열 부품을 더 포함하는 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는 상기 웨이퍼 받침대의 온도보다 더 낮은 온도에서 유지되는 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는:
    내측부, 수평면 및 하방으로 배치된 수직부를 가지는 상부 링;
    내측부를 가지는 실질적으로 평평한 고리형 바닥 링;
    상기 상부 및 바닥 링 사이에 배치된 실질적으로 평평한 고리형 중간 링; 및
    상기 상부, 중간 및 바닥 링의 개구를 통과하는 패스너를 포함하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는 상기 바닥 링과 상기 퍼지 링 사이에 채널을 형성하기 위하여 상기 퍼지 링에 배치된 배치된 다수의 핀에 의하여 지지되며;
    상기 상부 링의 상기 하방으로 배치되는 수직부는 상기 퍼지 링과 상기 웨이퍼 받침대의 상기 외주변을 실질적으로 둘러싸는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 중간 및 바닥 링은 낮은 열 전도도를 가지는 재료로 제작되는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 재료는 스테인레스 강인 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 상부 링은 거친 표면을 가지는 장치.
  12. 반도체 웨이퍼 처리 시스템을 위한 엣지 링 조립체로서,
    내측부, 수평면 및 하방으로 배치되는 수직부를 가지는 상부 링;
    내측부를 가지는 실질적으로 평평한 고리형 바닥 링;
    상기 상부와 바닥 링 사이에 배치되는 실질적으로 평평한 고리형 중간 링;
    상기 상부, 중간 및 바닥 링의 개구를 통과하는 패스너를 반도체 웨이퍼 처리 시스템을 위한 엣지 링 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 중간 및 바닥 링은 낮은 열 전도도를 가지는 재료로 제작되는 엣지 링 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 재료는 스테인레스 강인 엣지 링 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 상부 링은 거친 표면을 가지는 엣지 링 조립체.
  16. 금속 유기 화합물의 열 분해에 의하여 기판상에 티타늄 질화물의 피복을 위한 장치로서,
    주변 엣지 및 매립된 가열 부품을 가지는 웨이퍼 받침대;
    상기 웨이퍼 받침대로부터 공간이 이격된 샤워헤드;
    상기 웨이퍼 받침대를 둘러 쌀 수 있도록 부착된 퍼지 링으로서, 상기 퍼지 링은 상기 웨이퍼 받침대의 주변 엣지 근처에 위치한 통로를 가지는 퍼지 링;
    상기 퍼지 링의 상기 통로에 결합되는 퍼지 가스 공급원;
    상기 퍼지 링에 배치된 엣지 링 조립체로서, 상기 엣지 링 조립체와 상기 퍼지 링 사이에 상기 웨이퍼 받침대의 상기 주변 엣지를 향하여 퍼지 가스의 통로를 허용하는 채널을 형성하는 엣지 링 조립체를 포함하는 금속 유기 화합물의 열 분해에 의하여 기판상에 티타늄 질화물의 피복을 위한 장치
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는 외측 엣지상의 상기 퍼지 링과 접촉하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는 상기 웨이퍼 받침대의 온도보다 더 낮은 온도에서 유지되는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는:
    내측부, 수평면 및 하방으로 배치되는 수직부를 가지는 상부 링;
    내측부를 가지는 실질적으로 평평한 고리형 바닥 링;
    상기 상부와 바닥 링 사이에 배치된 실질적으로 평평한 고리형 중간 링; 및
    상기 상부, 중간 및 바닥 링의 개구를 통과하는 파스너를 포함하는 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 엣지 링 조립체는 상기 바닥 링과 상기 퍼지 링 사이에 채널을 형성하기 위하여 상기 퍼지 링에 배치된 다수의 핀에 의하여 지지되며,
    상기 상부 링의 상기 하방으로 배치되는 수직부는 상기 퍼지 링 및 상기 웨이퍼 받침대의 상기 외주변을 실질적으로 둘러싸는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 중간 및 바닥 링은 낮은 열전도도를 가지는 재료로 제작되는 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 재료는 스테인레스 강인 장치.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 상부 링은 거친 표면을 가지는 장치.
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