KR20030063475A - 반응기 벽체 상의 다이아몬드 코팅막 및 그 제조방법 - Google Patents

반응기 벽체 상의 다이아몬드 코팅막 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 챔버와 같은 반도체 공정 설비에서 다이아몬드 함유 표면을 포함한 부식 방지 부품과 그 제조방법을 제공한다. 상기 설비는 플라즈마 식각 챔버일 수 있다.

Description

반응기 벽체 상의 다이아몬드 코팅막 및 그 제조방법{Diamond coatings on reactor wall and method of manufacturing thereof}
반도체 공정 분야에서, 진공 공정 챔버들이 기판 상 물질의 식각 및 화학기상증착(CVD)을 위해 일반적으로 사용되고 있으며, 이는 진공 챔버로 식각가스 또는 증착가스를 공급하고 이 가스를 플라즈마 상태로 활성화시키기 위해 가스에 RF 필드를 적용함으로써 수행된다. 평행판, 유도 결합 플라즈마(ICP)라고도 불리는 트랜스포머 결합 플라즈마(TCPTM) 및 전자-사이클로트론 공명(ECR) 반응기들과 그 부품들이 공동소유인 미국 특허 제4,340,462호, 제4,948,458호, 제5,200,232호 및 제5,820,723호에 개시되어 있다. 이러한 반응기들 내에서 플라즈마 환경이 갖는 부식적인 특성과 파티클 및/또는 중금속 오염의 최소화라는 요구로 인하여, 이러한 설비의 부품들이 높은 부식 저항성을 갖는 것이 매우 바람직하다.
반도체 기판들을 처리하는 동안에 기판들은 전형적으로 진공 챔버 내에서 기계적인 클램프 및 정전기적 클램프(ESC)에 의해 기판 홀더 상에 위치한다. 이러한클램핑 시스템들 및 그 부품들의 예를 공동소유인 미국 특허 제5,262,029호 및 제5,838,529호에서 찾을 수 있다. 공정가스는 가스 노즐, 가스 링, 가스 분산판 등과 같은 여러가지 방식에 의해 챔버 내로 공급될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 반응기 및 그 부품들을 위한 온도 제어된 가스 분산판의 예는 공동소유인 미국 특허 제5,863,376호에 나와 있다. 플라즈마 챔버 설비뿐만 아니라, 반도체 기판들을 처리하는 데에 이용되는 다른 설비는 이송 메커니즘, 가스 공급 시스템, 라이너(liner), 리프트 메커니즘(lift mechanism), 로드락(load lock), 도어 메커니즘(door mechanism), 로봇암(robotic arm), 조임쇄(fastener)와 같은 것을 포함한다. 이러한 설비의 부품들은 반도체 공정과 관련된 다양한 부식성 조건에 처해진다. 나아가, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판 그리고 평판 디스플레이(flat panel display)에 사용되는 유리 기판과 같은 유전체를 처리하기 위한 높은 청정 요건(high purity requirement)의 관점에서, 개선된 부식 저항성을 가지는 부품들이 이러한 환경에서 요구되고 있다.
알루미늄 및 알루미늄 합금이 플라즈마 반응기들의 벽체, 전극, 기판 지지대, 조임쇄 및 다른 부품들로써 주로 사용되고 있다. 이러한 금속 부품들의 부식을 방지하기 위하여, 여러가지 코팅막으로 알루미늄 표면을 코팅하기 위한 다양한 기술들이 제안되어 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제5,641,375호는 벽체에 대한 플라즈마 침식 및 마모를 줄이기 위하여 알루미늄 챔버 벽체를 양극산화(anodizing)하는 것을 개시하고 있다. 상기 '375호 특허에서는 결국에는 양극산화된 층이 스퍼터되거나 식각되어 제거되므로 챔버를 교체해야 한다고 언급하고 있다. 미국 특허 제5,895,586호는 알루미늄 물질 상에 Al2O3, AlC, TiN, TiC, AlN 등의 부식 저항성 막을 형성하는 기술을 일본 특허 공개 번호 제62-103379호에서 찾아볼 수 있다고 언급하고 있다.
미국 특허 제5,680,013호는 식각 챔버의 금속 표면 상에 Al2O3를 화염 분무하는 기술이 미국 특허 제4,491,496호에 개시되어 있다고 언급하고 있다. 상기 '013호 특허는 알루미늄과, 알루미늄 산화막과 같은 세라믹 코팅막 사이의 열팽창계수의 차이는 열사이클에 기인한 코팅막의 크랙 및 부식 환경 안에서 코팅막의 긍극적인 파괴를 유발한다고 언급하고 있다. 챔버 벽체를 보호하기 위하여, 미국 특허 제5,366,585호, 제5,798,016호 및 제5,885,356호는 라이너 설비를 제안하고 있다. 예를 들어, 상기 '016 특허는 세라믹, 알루미늄, 스틸 및/또는 석영으로 이루어지고 알루미늄 산화물, Sc2O3또는 Y2O3로 된 코팅막을 갖고 있는 라이너를 개시하고 있다. 이 중에서는 기계가공성이 용이하다는 이유로 알루미늄이 선호되고, 플라즈마로부터 알루미늄을 보호하기 위한 알루미늄 코팅재로서 Al2O3가 선호된다. 상기 '585 특허는 고체 알루미나로부터 제작되고 적어도 0.005 인치의 두께를 가지며 자유 기립하는 세라믹 라이너를 개시하고 있다. 상기 '585 특허는 또한 하부 알루미늄을 소모함이 없이 증착된 세라믹층의 사용은 화염 분무 또는 플라즈마 분무된 알루미늄 산화물에 의해 제공될 수 있음을 언급하고 있다. 상기 '356 특허는 웨이퍼 페디스탈(pedestal)을 위해 알루미나로 된 세라믹 라이너 및 알루미늄 나이트라이드로 된 세라믹 쉴드(shield)를 개시하고 있다. 미국 특허 제5,885,356호는 CVD챔버 내에서 사용하기 위한 세라믹 라이너 물질을 개시한다.
다양한 코팅이 반도체 공정 설비의 금속 부품들을 위해 제안되고 있다. 예를 들면, 미국 특허 제5,879,523호는 열 분무 Al2O3코팅막이 스테인리스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속에 적용되고 그 사이에는 선택적 NiAlx본드 코팅막을 갖는 스퍼터링 챔버에 대하여 개시하고 있다. 미국 특허 제5,522,932호 및 제5,891,53호는 기판의 플라즈마 처리에 사용되는 설비의 금속 부품과의 사이에 선택적 니켈 코팅막을 갖게 형성되는 로듐 코팅막에 관하여 개시하고 있다. 미국 특허 제5,680,013호는 플라즈마 공정 챔버 내의 금속 표면용 비접합(non-bonded) 세라믹 보호층에 관하여 개시하고 있으며, 바람직한 세라믹 물질은 AlN 소결체이고, 덜 바람직한 물질은 알루미늄 산화물, 마그네슘 플루오라이드(fluoride) 및 마그네슘 산화물을 포함한다고 하고 있다. 미국 특허 제5,904,778호는 챔버 벽체, 챔버 뚜껑(roof), 또는 웨이퍼 주변의 칼러(collar)로 사용하기 위한 자유 기립하는 SiC 상의 SiC CVD 코팅막을 개시하고 있다.
샤워헤드 가스 분산 시스템들과 같은 플라즈마 반응기 부품들과 관련하여 샤워헤드의 물질에 관한 다양한 제안들이 이루어져 왔다. 예를 들어, 공동소유인 미국 특허 제5,569,356호는 실리콘, 흑연 또는 실리콘 카바이드로 된 샤워헤드를 개시하고 있다. 미국 특허 제5,494,713호는 알루미늄 전극 상에 알루마이트(alumite)막을 형성하고 상기 알루마이트막 상에 실리콘 산화막 또는 실리콘 나이트라이드와 같은 실리콘 코팅막을 형성하는 것에 관하여 개시하고 있다.상기 '713 특허는 알루미늄 코팅막, 알루마이트 코팅막 및 실리콘 코팅막이 서로 다른 선형 팽창 계수를 가지며, 실리콘 코팅막의 두께가 너무 두꺼우면 크랙이 쉽게 발생하기 때문에, 실리콘 코팅막의 두께가 10㎛ 이하이어야 하고, 바람직하게는 약 5㎛라고 하고 있다. 그러나, 5㎛ 미만의 두께는 알루미늄 기판의 보호가 충분하지 않기 때문에 바람직하지 않다고 하고 있다. 미국 특허 제4,534,516호는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 구리 등으로 이루어진 상부 샤워헤드 전극에 관하여 개시하고 있다. 미국 특허 제4,612,077호는 마그네슘으로 이루어진 샤워헤드 전극에 관하여 개시하고 있다. 미국 특허 제5,888,907호는 비정질 탄소, SiC 또는 Al으로 된 샤워헤드 전극을 개시하고 있다. 미국 특허 제5,006,220호와 제5,022,979호는 고순도 SiC의 표면층을 제공하기 위해 전체가 SiC로 제작되거나, CVD로 증착된 SiC가 코팅된 탄소 베이스로 제작된 샤워헤드 전극을 개시하고 있다.
미국 특허 제5,952,060호는 기판 처리 시스템의 내부 챔버를 보호하기 위해 탄소계 코팅막을 사용하는 것에 관하여 기술하고 있다. 탄소계 코팅막은 약 1㎛에서 50㎛ 사이의 두께를 가진 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 카본 코팅막이다. 미국 특허 제5,812,362호는 정전척 상에 다이아몬드막을 사용하는 것에 관해 설명하는데, 여기서 다이아몬드막은 5와 50㎛ 사이의 두께를 가진다. 이러한 특허들은 극도로 얇은 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 코팅막의 제한적인 사용을 개시하고 있다.
미국 특허 제5,308,661호, 제5,393,572호, 제5,846,613호, 제5,989,511호 및 제6,015,597호와 같은 다른 특허들도 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 코팅막을개시하고 있다. 이러한 특허들 중 그 어떤 것도 이러한 코팅막을 플라즈마 반응기 안에서 사용하는 것에 대해서는 설명하고 있지 않다.
반도체 공정 설비의 부품들에 관한 고순도 및 부식 저항성 요구의 견지에서, 이러한 부품들을 위해 사용되는 물질 및/또는 코팅물의 개선이 관련 업계에서 요구되고 있다. 더구나, 챔버 물질과 관련하여 플라즈마 반응 챔버의 서비스 수명을 증가시키고, 따라서 장치의 휴지시간(down time)을 감소시킬 수 있는 재질들이 반도체 웨이퍼에 대한 공정 비용을 저감시키는 데 있어서 이득이 된다.
본 발명은 반도체 공정 설비와 그 부품들의 부식 저항성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적 및 장점은 다음의 도면과 관련하여 후술하는 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 부식 방지 코팅막으로 코팅된 부품을 가지는 플라즈마 반응 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분에 있는 부식 방지 코팅막을 상세하게 도시한 도면이다.
본 발명의 일 관점에 따라, 반도체 공정 설비 부품의 표면 상에 부식 방지 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 함유 코팅막을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 외측의 부식 방지 표면을 형성할 수 있도록 반도체 공정 설비 부품 표면에 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 함유 코팅막을 증착하는 단계를 포함한다. 부식 방지 표면이라 함은, 플라즈마 챔버 가스들에 의한 코팅막의 부식에 저항하면서, 하부의 물질들을 플라즈마 챔버 가스들의 부식성 효과로부터 보호하는 표면 코팅을 의미한다. 코팅되어야 할 공정 설비 부품의 하부 표면은 금속, 세라믹 또는 폴리머 물질을 포함할 수 있는데 바람직한 물질은 양극산화된 알루미늄이다.
바람직한 실시예에 있어서, 하나 이상의 중간 금속, 세라믹 또는 폴리머 코팅막이 반도체 공정 설비의 표면과 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 함유 코팅막 사이에 사용될 수 있다. 코팅될 금속 표면은 양극산화되거나 양극산화되지 않은 알루미늄, 스테인리스 스틸, 몰리브덴 또는 다른 금속과 같은 내화 금속 또는 플라즈마 챔버 안에서 사용되는 합금을 포함한다. 코팅될 세라믹 표면은 알루미나, SiC, AlN, Si3N4, BC 또는 플라즈마와 양립할 수 있는 다른 세라믹 물질을 포함한다. 코팅될 폴리머 표면은 Teflon®과 같은 플루오로폴리머(fluoropolymer), Vespel®과 같은 폴리이미드, 및 200℃에 달하는 온도에서 플라즈마 챔버 안에서 유용한 다른 폴리머 물질을 포함한다.
본 발명의 두번째 관점에 따라, 금속 부품이 제공된다. 상기 부품은, (a) 금속 표면; (b) 상기 금속 표면 상의 선택적인 제1 중간 코팅막; (c) 상기 제1 중간 코팅막 또는 상기 금속 표면 상의 선택적인 제2 중간 코팅막; 및 (d) 부식 저항성 외측 표면을 형성하는, 상기 부품 상의 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 함유 코팅막을 포함한다. 상기 제1 및 제2 중간 코팅막 각각은 금속 또는 금속의 합금, 세라믹, 폴리머 또는 플라즈마 챔버 반응기 안에서 사용되는 물질의 복합체 또는 혼합물일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 함유 물질로 만들어진 반도체 공정 설비 부품이 제공된다. 상기 부품은 이러한 설비 안에서 사용되는 하나 이상의 코팅막을 포함할 수 있다.
본 발명은 부식 방지 코팅막을 사용함으로써, 플라즈마 공정 반응 챔버의 부품들과 같은 반도체 공정 설비들의 금속, 세라믹 및 폴리머 표면에 부식 저항성을 제공하는 효과적인 방법을 제공한다. 이러한 부품들은 챔버 벽체, 기판 지지대, 샤워헤드, 배플(baffle), 링, 노즐 등을 포함하는 가스 분산 시스템, 조임쇄, 가열 부재, 플라즈마 스크린, 라이너, 로봇암, 조임쇄와 같은 운송 모듈 부품들, 챔버 내벽 및 외벽체 등을 포함한다.
본 발명은 금속, 세라믹 또는 폴리머 표면을 갖는 모든 형태의 부품들에 적용될 수 있지만, 설명의 편의를 위하여, 본 발명은 본 명세서에 그 전부가 원용되어 통합된 미국 특허 제5,820,723호에서 설명된 장치와 관련하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 He 후면 냉각을 하는 동안 기판(60)에 RF 바이어스를 제공할 뿐만 아니라 기판(60)에 정전기적 클램핑 힘을 제공하는 기판 홀더(70)를 포함하는 진공 공정 반응 챔버(10)를 도시한 도면이다. 포커스 링(72)은 상기 기판 상의 영역 안에 플라즈마를 가둔다. 고밀도 플라즈마를 제공하기 위하여 적절한 RF 소스에 의해 전력이 가해지는 안테나(40)와 같이 챔버에 고밀도(예컨대, 1011∼1012이온/㎤)플라즈마를 유지하기 위한 에너지 소스가 반응 챔버(10)의 상단에 구비된다. 상기 챔버는 챔버의 바닥에서 가운데 위치한 진공 포트(vacuum port)(20)를 통해 챔버를 배기함에 의해 챔버의 내부(30)를 소정 압력(예컨대, 50mTorr 이하, 전형적으로는 1∼20mTorr)으로 유지하기 위한 적절한 진공 펌핑 장치를 포함한다.
안테나(40)와 공정 챔버(10)의 내부 사이에 제공된 균일한 두께의 실질적으로 편평한 절연창(50)은 공정 챔버(10)의 상부에서 진공벽을 형성한다. 가스 분산판(52)은 창(50) 하부에 제공되고, 챔버(10)에 가스 공급부(gas supply)로부터 공정가스를 운반하기 위한 원형 홀과 같은 개구부를 포함한다. 원뿔형 라이너(54)는 가스 분산판으로부터 뻗어나가 기판 홀더(70)를 둘러싼다.
동작에 있어서, 실리콘 웨이퍼(60)와 같은 반도체 기판은 기판 홀더(70) 상에 위치되고, He 후면냉각이 사용되는 동안 정전기적 클램프(74)에 의해 고정되는 것이 일반적이다. 공정가스는 창(50)과 가스 분산판(52) 사이의 간격(gap)을 통해 공정가스를 통과시켜 진공 공정 챔버(10)에 공급한다. 적절한 가스 분산판 설비(예컨대, 샤워헤드)는 공동소유인 미국 특허 제5,824,605호, 제6,048,798호, 및 제5,863,376호에 개시되어 있고, 그 개시 내용은 여기에 원용되어 통합된다. 예를 들면, 도 1에서 창 및 가스 분산판 설비는 편평하고 균일한 두께인데, 편평하지 않은 모양 및/또는 불균일한 두께 형상이 창 및/또는 가스 분산판에 사용될 수 있다. 고밀도 플라즈마는 안테나(40)에 적절한 RF 파워를 인가함으로써 기판과 창 사이의 공간에서 점화된다.
플라즈마에 노출되고 부식의 징후를 보이는 양극산화되거나 양극산화되지 않은 알루미늄 벽체와 같은 챔버 벽체(28)와, 기판 홀더(70), 조임쇄(56), 라이너(54) 등과 같은 금속, 세라믹 또는 폴리머 부품들은 본 발명에 따른 코팅을 위한 후보들이며, 따라서 플라즈마 챔버를 작동시키는 동안에 그것들을 마스크할 필요가 없다. 코팅될 금속 및/또는 합금의 예는 양극산화되거나 양극산화되지 않은 알루미늄 및 그 합금, 스테인리스 스틸, 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo)과 같은 내화 금속 및 그 합금, 구리 및 그 합금 등이다. 코팅될 세라믹 표면의 예는 알루미나, SiC, AlN, Si3N4, BC 및 TiO2를 포함한다. 코팅될 폴리머 물질로서 상업적으로 입수할 수 있는 것의 예는 Teflon®과 같은 플루오로폴리머, Vespel®과 같은 폴리이미드, 그리고 200℃에 달하는 온도에서 플라즈마 챔버 안에서 유용한 다른 폴리머 물질을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 코팅될 부품은 양극산화되거나 양극산화되지 않은 알루미늄 표면(29)을 갖는 챔버 벽체(28)이다. 본 발명에 따른 코팅막은 조성, 그레인(grain) 구조 또는 표면 조건에 관계없이 알루미늄 합금의 사용을 허용한다(따라서, 고순도의 알루미늄뿐만 아니라 좀더 경제적인 알루미늄 합금의 사용을 허용한다). 다음의 논의에서, 코팅될 부품의 예는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 선택적인 중간 코팅막(80), 제2 선택적인 중간 코팅막(90) 및 다이아몬드 함유 코팅막(100)을 갖는 알루미늄 챔버 벽체(28)이다.
코팅된 물질이 접착이 잘 되게 하기 위하여, 알루미늄 기판(28)의 표면은 코팅을 하기 전에 산화막 또는 그리스(grease)와 같은 표면 물질을 제거하도록 철저히 세정하는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 원하는 코팅막을 적용하기 전에, 기판 표면을 거칠게 하고, 기판 표면을 양극산화하고 양극산화된 기판 표면을 다시 거칠게 하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따라, 알루미늄 측벽(28) 상에 제1 중간 코팅막(80)을 통상적인 방법으로 선택적으로 코팅한다. 선택적인 제1 중간 코팅막(80)은 기판에 접착될 수 있고, 또 다음에 설명하는 것과 같이 선택적인 제2 중간 코팅막(90) 또는 다이아몬드 함유 코팅막을 형성하기 전에 더 처리될 수 있을 정도로 충분히 두껍다. 제1 중간 코팅막(80)은 적어도 약 0.001 인치와 같은 두께, 바람직하게는 약 0.001과 약 0.25 인치 사이의 두께, 보다 바람직하게는 0.001과 0.1 인치 사이의 두께, 가장 바람직하게는 0.001 인치와 0.05 인치 사이의 두께 중에 적당한 두께를 가질 수 있다.
제1 중간 코팅막(80)을 알루미늄 기판(28) 상에 증착한 후, 상기 코팅막을 적절한 기술로 송풍(blast)하거나 거칠게 한 다음, 제2 선택적인 코팅막(90) 또는 다이아몬드 함유 코팅막(100)을 덧씌운다. 거칠어진 막(80)은 특히 양호한 결합을 제공한다. 바람직하게는, 제2 중간 코팅막(90)이 코팅막(80)에 높은 기계적 압축 강도를 부여하고 상기 코팅막(90)에 균열(fissure)이 형성되는 것을 최소화한다.
선택적인 제2 중간 코팅막(90)은 제1 중간 코팅막(80)에 접착될 수 있고, 또 다음에 설명하는 것과 같이 추가적인 중간 코팅막 또는 외측 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 함유 코팅막(100)을 형성하기 전에 더 처리될 수 있을 정도로 충분히 두껍다. 제2 중간 코팅막(90)은 적어도 약 0.001 인치와 같은 두께, 바람직하게는 약 0.001과 약 0.25 인치 사이의 두께, 보다 바람직하게는 0.001과 0.1 인치 사이의 두께, 가장 바람직하게는 0.001 인치와 0.05 인치 사이의 두께 중에 적당한 두께를 가질 수 있다.
제1 및 제2 중간 코팅막은 종래의 플라즈마 공정 챔버에 사용되는 물질들 중에서 하나 이상으로 만들 수 있다. 이러한 물질들의 예는 금속, 세라믹 및 폴리머를 포함한다. 특히 바람직한 금속은 하나 이상의 내화 금속, 이러한 금속을 함유하는 복합체 또는 합금을 포함한다. 특히 바람직한 세라믹은 Al2O3, SiC, Si3N4, BC, AlN, TiO2등을 포함한다. 특히 바람직한 폴리머는 Teflon®과 같은 플루오로폴리머, Vespel®과 같은 폴리이미드, 및 200℃에 달하는 온도에서 플라즈마 챔버 안에서 유용한 다른 폴리머 물질을 포함한다. 중간막으로 사용할 수 있는 특정 물질은 또한 플러렌(fullerene) 함유 물질; 다이아몬드 및 유사-다이아몬드 물질과 같은 경질 탄소 함유 물질; 예컨대 하프늄, 탄탈륨, 티타늄 및/또는 실리콘의 카바이드, 보라이드(boride), 나이트라이드 및/또는 카보나이트라이드(carbonitride); 보론 카바이드; 보론 나이트라이드; 보론 카보나이트라이드; 지르코니아; 이트리아 또는 여기에 언급한 물질들의 혼합물을 포함한다.
선택적일 수 있는 제1 및 제2 중간막(80, 90)은 코팅막이 원하는 특성에 따라 동일하거나 다르도록 앞에 언급한 물질 중의 어떤 것이라도 될 수 있다. 동일하거나 다른 물질로 된 제3, 제4 또는 제5 중간 코팅막과 같은 추가적인 중간 코팅막도 사용될 수 있을 것이다.
다이아몬드 함유 코팅막(100)은 선택적인 제2 중간 코팅막(90) 또는 선택적인 제1 중간 코팅막(80) 또는 알루미늄 기판(28) 상에 증착된다. 다이아몬드 함유 코팅막의 두께는 적어도 0.001 인치, 바람직하게는 약 0.001과 약 0.25 인치 사이, 보다 바람직하게는 약 0.001과 약 0.1 인치 사이, 그리고 가장 바람직하게는 0.001과 0.05 인치 사이이다. 가장 바람직하게는, 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 코팅막은 부식성 챔버 가스에 대해 장시간의 노출에도 하부의 막들, 특히 기판의 부식 및/또는 침식 보호를 제공하기에 유용한 두께이다. 보다 바람직하게는, 코팅막들이 모두 0.001 인치 이상이고, 가장 바람직하게는 약 0.002 인치와 0.010 인치 사이의 두께이다. 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 함유 코팅막(100)의 두께는 반응기(예를 들어, 식각, CVD 등) 안에서 접할 플라즈마 환경과 양립할 수 있도록 선택될 수 있다. 이러한 다이아몬드 함유 코팅막은 반응 챔버와 앞에서 논의한 부품들의 전체 표면에 또는 부분적으로 코팅될 수 있다.
여기서 다이아몬드 함유 코팅막이라 함은, 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질을 함유하는 코팅막을 의미한다. 유사-다이아몬드 물질은 다이아몬드의 물성을 전부 갖는 것은 아니지만 많이는 포함하는 탄소계 물질이다. 이러한 물질은 비정질 탄소, 경질 탄소와 α-탄소를 포함한다. 바람직한 유사-다이아몬드 물질은 다이아몬드 경도의 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상의 경도를 가지는 비정질 탄소 물질이다. 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드를 의미하는, 이러한 모든 코팅막은 이제부터 다이아몬드 함유 코팅막이라고 통칭한다.
바람직한 두께의 면에 있어서, 다이아몬드 함유 코팅막이 다이아몬드 또는유사-다이아몬드 물질과 다른 보호성 물질의 복합체가 되도록 다른 보호성 물질로 도핑되거나 혼합된 다이아몬드 함유 코팅막을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 물질은 종래의 플라즈마 공정 챔버에 사용되는 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 물질의 예는 하나 이상의 금속, 세라믹 그리고 폴리머를 포함한다. 특히 바람직한 금속은 하나 이상의 내화 금속, 이러한 금속을 함유하는 복합체 또는 합금을 포함한다. 특히 바람직한 세라믹은 Al2O3, SiC, Si3N4, BC, AlN, TiO2등을 포함한다. 특히 바람직한 폴리머는 Teflon®과 같은 플루오로폴리머, Vespel®과 같은 폴리이미드, 및 200℃에 달하는 온도에서 플라즈마 챔버 안에서 유용한 다른 폴리머 물질을 포함한다. 가장 바람직한 물질은 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질 단독, 혹은 예컨대 하프늄, 탄탈륨, 티타늄 및/또는 실리콘의 카바이드, 보라이드, 나이트라이드 및/또는 카보나이트라이드와 조합한 것; 보론 카바이드; 보론 나이트라이드; 보론 카보나이트라이드; 지르코니아; 이트리아 또는 여기에 언급한 물질들의 혼합물을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다이아몬드 함유 코팅막은 다른 보호성 물질로 도핑될 수 있다. 다른 보호성 물질의 도핑 농도는 바람직하게는 다이아몬드 코팅막 중량의 1 % 이하이고, 보다 바람직하게는 다이아몬드 코팅막 중량의 약 100ppm과 1% 사이, 그리고 보다 바람직하게는 다이아몬드 코팅막 중량의 약 0.001%와 0.1% 사이이다.
본 발명의 다이아몬드 함유 코팅막은 다른 보호성 물질과의 복합체일 수도 있다. 복합체는 다이아몬드 함유 코팅막의 연속적인 기지상(matrix phase)을 가지는 것이 바람직하다. 다른 보호성 물질의 복합체 농도는 바람직하게는 코팅막(100) 중량의 1%보다 크고, 보다 바람직하게는 코팅막 중량의 약 20과 80% 사이, 보다 바람직하게는 코팅막 중량의 약 40과 60% 사이이다. 몇 몇 경우에 있어서, 특히 비용이 중요한 경우에, 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 코팅막의 퍼센티지는 예컨대 코팅막 중량의 20, 10, 5 그리고 1% 미만인 것같이 매우 낮다.
본 발명의 다이아몬드 함유 코팅막은 열 분무, 플라즈마 분무, 화학기상증착, 승화, 레이저 증기화, 스퍼터링, 스퍼터링 증착, 이온 빔 코팅, 분무 코팅, 딥(dip) 코팅, 증발, 롤-온(roll-on) 코팅 또는 브러쉬(brush) 코팅 등과 같이 잘 알려진 코팅 기술을 이용하여 원하는 표면에 증착할 수 있다. 이러한 공지의 기술을 이용하여 원하는 표면 위에 다른 물질로 된 중간막을 개재시키거나 개재시키지 않고 하나 이상의 다이아몬드 함유 코팅막을 증착할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에서, 다이아몬드 함유 물질로 만들어진 반도체 공정 설비 부품이 제공된다. 상기 부품은 이러한 설비 안에 사용되는 하나 이상의 코팅막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다이아몬드 함유 코팅막 또는 부품들을 사용하여, 초경, 부식 방지 표면을 얻는 것이 바람직하다. 이러한 코팅막이나 부품은 파티클 오염, 부식, 금속 오염 또는 휘발성 식각 부산물이 거의 또는 전혀 없도록, 공정 챔버 가스와 반응하는 물질을 포함하지 않고 화학적으로 불활성인 것이 바람직하다.
반응 챔버에서 처리되는 반도체 기판의 금속 오염을 방지하기 위하여, 다이아몬드 함유 코팅막 또는 부품은 플라즈마와 직접 접촉하는 부분 또는 라이너 등과 같은 챔버 부품 뒤에 있는 부분처럼 플라즈마 환경에 노출되거나 노출되지 않는 영역 상에 놓이는 것이 바람직하다. 전이 금속 먼지, 즉, 주기율표 안의 21번부터 29번까지의 원소(스칸듐부터 구리), 39번부터 47번까지의 원소(이트륨부터 은), 57번부터 79번까지의 원소(란타늄부터 금) 중의 하나 이상 그리고 89번(악티늄)으로부터 알려진 모든 원소들을 제한하거나 차단하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 본 발명의 장점 중의 하나에 따르면, 침식 또는 부식에 의한 먼지 발생을 억제함으로써 불만족스러운 식각 또는 증착된 막에서의 바람직하지 않은 핀홀(pinhole)의 형성이 감소된다.
상세한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 첨부된 청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변화 및 변형이 만들어질 수 있고, 균등물이 사용될 수 있음은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명의 다이아몬드 함유 코팅막 또는 부품들을 사용하여, 초경, 부식 방지 표면을 달성할 수 있다. 따라서, 반도체 공정 설비의 부품들을 위한 고순도 및 부식 저항성에 대한 요구를 충족시킬 수 있다. 챔버 물질과 관련하여 플라즈마 반응 챔버의 서비스 수명을 증가시키고, 따라서 장치의 휴지시간을 감소시킬 수 있어 반도체 웨이퍼에 대한 공정 비용을 저감시키는 데 있어서 이득이 된다. 침식 또는 부식에 의한 먼지 발생을 억제함으로써 불만족스러운 식각 또는 증착된 막에서의바람직하지 않은 핀홀의 형성이 감소된다.

Claims (31)

  1. (a) 반도체 공정 설비 부품의 표면 상에 제1 중간 코팅막을 증착하는 선택적인 단계;
    (b) 상기 제1 중간 코팅막 또는 상기 표면 상에 제2 중간 코팅막을 증착하는 선택적인 단계; 및
    (c) 외측 부식 방지 표면을 형성하기 위해 상기 부품 상에 적어도 0.001 인치의 두께를 가지는 다이아몬드 함유 코팅막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 설비 부품의 표면 코팅 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부품의 상기 표면은 금속, 세라믹 또는 폴리머 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 표면은 양극산화된(anodized) 알루미늄인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 중간 코팅막은 선택적이지 않은 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 중간 코팅막은 금속, 세라믹 또는 폴리머 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부품은 플라즈마 식각 챔버의 챔버 벽체를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 부품 상에 거친 표면을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 다이아몬드 함유 코팅막을 상기 거친 표면 상에 증착하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 비정질 사면체 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질 이외의 다른 물질을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다른 물질은 금속, 세라믹 또는 폴리머인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 다른 물질은 티타늄 또는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다른 물질은 티타늄 카바이드, 티타늄 보라이드, 티타늄 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 보라이드, 실리콘 나이트라이드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 상기 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질 이외의 다른 물질로 도핑된 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 상기 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질과 상기 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질 이외의 다른 물질의 복합체 형태인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 화학기상증착, 플라즈마 분무 코팅, 승화, 레이저 증기화, 스퍼터링, 스퍼터링 증착, 이온 빔 코팅, 분무 코팅, 딥(dip) 코팅, 증발 코팅, 롤-온(roll-on) 코팅 또는 브러쉬(brush) 코팅으로 증착하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  16. (a) 표면;
    (b) 상기 표면 상의 선택적인 제1 중간 코팅막;
    (c) 상기 제1 중간 코팅막 또는 상기 표면 상의 선택적인 제2 중간 코팅막; 및
    (d) 외측 부식 방지 표면을 형성하는, 상기 부품 상의 적어도 0.001 인치의 두께를 가지는 다이아몬드 함유 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 설비의 부품.
  17. 제16항에 있어서, 상기 표면은 금속, 세라믹 또는 폴리머 표면인 것을 특징으로 하는 부품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 표면은 양극산화된 알루미늄인 것을 특징으로 하는 부품.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 중간 코팅막은 선택적이지 않은 것을 특징으로 하는 부품.
  20. 제16항에 있어서, 상기 부품은 플라즈마 식각 챔버의 챔버 벽체를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품.
  21. 제12항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 비정질 사면체 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품.
  22. 제16항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질 이외의 다른 물질을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 부품.
  23. 제22항에 있어서, 상기 다른 물질은 금속, 세라믹 또는 폴리머인 것을 특징으로 하는 부품.
  24. 제23항에 있어서, 상기 다른 물질은 티타늄 또는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품.
  25. 제24항에 있어서, 상기 다른 물질은 티타늄 카바이드, 티타늄 보라이드, 티타늄 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 보라이드, 실리콘 나이트라이드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품.
  26. 제22항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 상기 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질 이외의 다른 물질로 도핑된 것을 특징으로 하는 부품.
  27. 제22항에 있어서, 상기 다이아몬드 함유 코팅막은 상기 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질과 상기 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질 이외의 다른 물질의 복합체 형태인 것을 특징으로 하는 부품.
  28. 제16항에 있어서, 하나 이상의 추가적인 다이아몬드 함유 코팅막 또는 중간 코팅막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품.
  29. 제16항에 있어서, 상기 다이아몬드 또는 유사-다이아몬드 물질은 상기 다이아몬드 함유 코팅막의 연속적인 기지상(matrix phase)을 형성하는 것을 특징으로 하는 부품.
  30. 설비 안의 플라즈마에 노출된 표면을 적어도 하나 가진 반도체 공정 설비의 부품으로서, 상기 부품이 상기 설비 안의 플라즈마에 노출된 적어도 0.001 인치의 표면을 형성하는 다이아몬드 함유 물질을 포함하는 반도체 공정 설비의 부품.
  31. 제30항에 있어서, 상기 전체 부품이 상기 다이아몬드 함유 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 부품.
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