KR20080033181A - 기판 처리 챔버를 위한 구성요소의 국부 표면 어닐링 - Google Patents

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KR20080033181A
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Abstract

기판 처리 챔버 구성요소가 어닐링된 마이크로크랙을 구비한 국부 표면 영역을 갖는 구조적 바디를 포함한다. 어닐링된 마이크로크랙은 크랙 전파를 감소시키고 파괴 저항을 증가시킨다. 제조하기 위한 한가지 방법에서, 구성요소의 구조적 바디가 종래 기술에 의해 형성되고, 레이저빔은 표면 마이크로크랙을 어닐링하기에 충분한 시간 동안 구성요소의 국부 표면 영역 상에 지향된다.

Description

기판 처리 챔버를 위한 구성요소의 국부 표면 어닐링{LOCALIZED SURFACE ANNEALING OF COMPONENTS FOR SUBSTRATE PROCESSING CHAMBERS}
본 발명은 기판 처리 챔버를 위한 구성요소에 관한 것이다.
기판 처리 챔버는 예를 들어 반도체 웨이퍼 또는 디스플레이와 같은 기판의 에너지화된 처리 가스 내에서의 처리를 위해 사용된다. 처리 챔버는 전형적으로 가스가 주입되고 에너지화되는 처리 구역을 둘러싸는 인클로져 벽체(enclosure wall)를 포함한다. 챔버는 물리적 또는 화학적 증착에 의해 기판 상에 물질을 증착하고, 기판으로부터 물질을 에칭하고, 기판 상에 물질을 주입하고, 또는 층을 산화하고 질화물을 형성하는 것과 같이 기판층을 전환하도록 사용될 수 있다. 챔버는 전형적으로 기판 지지체, 가스 분배기, 가스 에너자이저(gas energizer), 및 상이한 형태의 라이너(liner) 및 쉴드(shield)와 같은 다수의 내측 챔버 구성요소를 갖는다. 예를 들어, 라이너 및 쉴드는 기판을 둘러싸는 실린더형 부재일 수 있어서, 기판 둘레로 플라스마를 향하게 하고 이를 포함하는 포커스링(focus ring)으로서 작용할 수 있으며, 이는 기판, 기판 쉴드 또는 챔버 벽체 라이너의 일부 또는 구성요소 아래에 놓인 증착을 방지한다.
세라믹 물질이 내부 챔버 구성요소, 특히 에너지화된 가스 또는 플라스마에 노출되는, 결과적으로 고온 및 부식을 받기 쉬운 구성요소를 형성하도록 종종 사용된다. 알루미나 및 실리카와 같은 세라믹 물질은 결정질이며, 여기에서 실리카 유리는 장거리 정렬(long range order)을 갖지 않는다. 세라믹은 전형적으로 에너지화된 가스에 의한 부식에 양호한 저항을 만족하지만 결과적으로 금속 합금체와 같이 종종 교체되지 않아야 한다. 또한, 세라믹 구성요소는 챔버 내의 입자 생성을 감소시키며, 이는 구성요소 부식의 결과이다. 또한, 세라믹 구성요소는 열적 저하 없이 고온을 견딜 수 있다. 석영 구성요소는 특히 플라스마 포함 플루오르 물질과 같은 다른 금속을 파괴하는 플라스마에 유용하다.
그러나 세라믹 물질은 구성요소의 교체 또는 세정 취급 동안 또는 챔버 내에서 사용되면서 깨짐 오류(brittle failure) 모드에 쉽게 이르며 크랙(crack)되고 벗겨진다(chip). 비정질(amorphous) 물질 및 미세-결정질(microsrystalline) 물질이 크랙 전파를 통해 깨짐 오류에 특히 쉽게 이를 수 있다. 유리와 같은 비정질 물질에서는, 유리가 장거리 정렬이 아닌 단거리 정렬(short-range order)을 갖기 때문에 표면 마이크로크랙(microcrack)이 원자 레벨 상에서 전파된다. 석영과 같은 미세-결정질 물질은 표면에서 그레인(grain)을 가지며, 그 표면은 하나의 그레인을 통할 수 있는 알갱이와 같은 마이크로크랙을 가질 수 있으며, 알갱이와 같은 마이크로크랙이 그레인 둘레로 그레인 경계를 따라 연장되며 또한 알갱이와 같은 마이크로크랙이 인접한 그레인을 가로질러 커팅된다. 이 중, 석영과 같은 미세-결 정질 그레인 둘레로 연장되는 알갱이와 같은 마이크로크랙이 일반적으로 크랙 전파에 가장 취약하며 종종 구성요소의 크랙 및 벗겨짐에 이르게 한다.
따라서, 벗겨짐 및 크랙 감소를 만족하는 미세-결정질 또는 비정질 세라믹으로 이루어진 세라믹 구성요소를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 사용 도중 낮은 오류 비율을 구비한 세라믹 구성요소를 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 세라믹 구성요소가 과도한 부식 또는 열적 저하 없이 챔버 내에서 에너지화된 가스 환경을 견딜 수 있는 것이 바람직하다.
기판 처리 챔버 구성요소가 어닐링된 마이크로크랙을 구비한 국부 표면 영역(localized surface region)을 갖는 구조적 바디(structural body)를 포함한다. 어닐링된 마이크로크랙은 크랙 전파를 감소시키고 파괴 저항을 증가시킨다. 구성요소의 구조적 바디가 형성되고, 레이저빔은 표면 마이크로크랙을 어닐링하기에 충분한 시간 동안 구성요소의 국부 표면 영역 상에 지향된다. 이는, 물질 강도를 증진시키고 구성요소 수명을 증가시킨다. 적합한 레이저는 CO2 및 아르곤 레이저를 포함한다. 구조적 바디는 결정질 세라믹(crystalline ceramic), 유리, 유리-세라믹 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 바디는 석영으로 이루어진 링일 수 있다.
본 발명의 특징, 양상 및 장점은 후술할 본 발명의 설명, 첨부된 청구 범위 및 첨부된 도면을 통하여 예시적인 방법으로 보다 이해하기 용이할 것이다. 그러나 각각의 특징들은 본 발명에서 일반적으로 사용되는 것으로서 단지 특정 도면에 한정되지 않으며, 본 발명은 이러한 특징들의 조합 역시 포함함을 주지하여야 한다.
도 1a는, 유리로 이루어진 챔버 구성요소의 개략적인 단면도로서, 유리 표면 내에 마이크로크랙을 도시한다.
도 1b는, 표면 마이크로크랙을 어닐링하도록 국부적 레이저 처리된 이후의 도 1a의 챔버 구성요소의 개략적인 단면도이다.
도 1c는, 석영으로 이루어진 챔버 구성요소의 개략적인 단면도로서, 그레인 및 석영 그레인 경계 영역을 따라 마이크로크랙을 도시한다.
도 1d는, 표면 마이크로크랙을 어닐링하도록 국부적 레이저 처리된 이후의 도 1c의 챔버 구성요소의 개략적인 단면도이다.
도 2는, 레이저 어닐링된 표면을 갖는 석영링의 사시도이다.
도 3a 및 3b는 각각, 레이저 처리 전후의 표면 마이크로크랙을 구비한 석영 표면의 광학적 마이크로카피 이미지이다.
도 4는, 챔버 구성요소의 국부 표면 어닐링에 적합한 레이저 어닐링 기기의 개략적인 도면이다.
도 5는, 도 2의 링을 사용하는 기판 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 6은, 도 5의 챔버 내에서 도 2의 링을 사용하는 기판 조립체의 개략적인 부분 측면 단면도이다.
기판 처리 챔버 구성요소(20)는, 도 1a 내지 1d에 도시된 바와 같이 마이크로크랙(28)을 갖는 국부 표면 영역(26)을 구비한 구조적 바디(24)를 포함한다. 챔버 구성요소(20)는 예를 들어, 석영, 실리카 유리, 산화 알루미늄, 산화 티타늄, 질화 규소, 산화 지르코늄, 및 기타 다른 물질과 같이 세라믹, 유리, 또는 유리 세라믹 물질로 이루어질 수 있다. 표면 마이크로크랙(28)은, 구성요소의 제조 동안 또는 그 이후 구성요소 표면(26)을 가격하고 마모시키는 미세 먼지 또는 기타 마모 물질에 의해 야기된다. 도 1a는 유리로 이루어진 구성요소(20)를 도시하며, 이는 비정질이며 단거리 원자 정렬(short range atomic order)을 가지며 장거리 원자 정렬(long range atomic order)이 아니다. 예를 들어, 실리카 유리는 고정된 실리콘 및 산소 결합각의 개별적인 실리카 사면체로서 단거리 정렬이지만, 실리카 사면체는 무작위 결합각으로 상호 연결될 수 있다. 유리에서, 마이크로크랙은 매우 미세하며 원자 결합을 종결시킨다. 도 1c에 도시되는 바와 같은 미세-결정질 세라믹 물질은 마이크로 치수 단위의 미세 그레인(29)을 구비한 중합-결정질(polycrystalline)이다. 미세-결정질 물질에서, 마이크로크랙(28)은 전형적으로 미세 그레인(29) 둘레로 또는 그레인 경계(31)를 따라서 연장되지만, 단일 또는 인접한 그레인(29) 너머 커팅될 수 있다. 구성요소(20) 상의 표면 마이크로크랙(28) 은, 마이크로크랙(28)의 팁 상에 집중되는 힘을 인가시키는 응력 집중부(stress concentrator)로서 작용한다. 마이크로크랙(28)의 치수가 매우 작기 때문에, 유리 물질 내의 구성요소 물질의 원자들 사이의 원자 결합 레벨에서, 그리고 미세-결정질 물질 내의 마이크로 크기 그레인 레벨에서, 인가되는 응력이 크랙 팁에 있어서 매우 증진된다. 이는, 구성요소(20)의 일부가 손쉽게 크랙되거나 또는 매우 작은 힘 또는 충격이 적용되어도 벗겨지는 빠른 오류 모드를 야기한다.
일 실시예에서, 구성요소(20)는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 링(25) 형태의 구조적 바디(24)를 포함한다. 링(25)은 마이크로크랙(28)을 갖는 표면(26)을 포함한다. 링(25)은 내측 측벽체(28) 및 내측 측벽체(30)를 구비한 링형이다. 내측 측벽체(28)는 내부축(34)에 면하며, 그 둘레로 구조적 바디는 회전 대칭이다. 링(25)은 챔버 내의 기판 또는 챔버 구성요소, 처리 챔버의 섹션을 보호하거나 또는 합치되는 형태이다. 예를 들어, 구성요소(20)는, 챔버 내에 처리되는 기판 둘레로 맞추어지도록 크기가 결정된 실린더형 부재인 쉴드 또는 라이너일 수 있다. 쉴드(20)는 기판을 둘러싸는 석영링일 수 있다. 또한, 구성 요소(20)는 증착링, 쉐도우링(shadow ring), 또는 커버링(cover ring)일 수 있다. 다른 챔버 구성요소가 챔버 벽체 라이너를 포함할 수 있다.
구성요소(20)의 구조적 바디(24) 상의 표면 마이크로크랙(28)은 어닐링되어 도 1b 및 1d에 도시된 바와 같이 마이크로크랙을 폐쇄하고 치유하여, 구성요소(20)의 크랙 전파를 감소시키고 파괴 저항을 증가시킨다. 일 실시예에서, 마이크로크랙(28) 주변 영역(26)이 연화되고 마이크로크랙(28)을 치유하기에 충분한 시간 및 충분히 높은 강도로서 레이저빔이 구성요소(20)의 국부 표면 영역 상에서 지향된다. 레이저빔은 구성요소(20)의 국부 표면 영역(26)을 선택적으로 가열하도록 사용된다. 국부 표면 영역(26)은 사용 동안 파괴되는 경향이 있으며, 또는 제조 동안 과도한 마이크로크랙을 가져서, 예를 들어 구성요소 제조 취급 동안 인가된 외부 힘으로부터 그라인딩(grinding)되고 마모되기 쉬운 영역이다. 따라서, 국부 표면 영역은 링(25)의 평평한 상부 펴면 상에 있을 수 있다. 또한, 국부 표면 영역(26)은 취급 및 사용 동안 인가되는 응력에 보다 민감한 구성요소(20)의 이러한 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 챔버(20) 내에서 사용되는 석영링(25)의 에지(36)는, 링(25)이 미리 정해진 회수 만큼의 처리 사이클 동안 사용된 이후 세정 또는 교체를 위해 제거된 경우 손쉽게 벗겨지거나 또는 크랙된다. 에지(36)는 코너를 더 포함할 수 있으며, 사용시에 종종 용이하게 벗겨지거나 크랙된다. 따라서, 석영링의 영역(26)의 파괴 강도를 증가시키는 것은 그 처리 수명을 매우 증가시킨다.
초점 거리, 빔 형태 및 빔 지름과 같은 레이저빔의 에너지 및 빔 특성은, 표면 마이크로크랙(28)을 어닐링하는데 필요한 치유 온도로서, 마이크로크랙 상에서 구성요소(20)의 국부 표면 영역의 좁은 일부를 선택적으로 가열하도록 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 레이저빔은 구성요소(20)의 국부 표면 영역(26)의 500마이크론보다 작은, 보다 특정적으로 100마이크론보다 작은 깊이의 얇은 표면층을 가열하도록 사용된다. 포커싱된 레이저빔은 구성요소의 벌크 온도를 과도하게 상승시키지 않으면서 크랙 치유 온도 이상의 온도로 구성요소(20)의 국부 표면 영역(26) 을 선택적으로 가열하며, 상기 벌크 온도가 구성요소(20)의 열적 파괴 또는 왜곡을 야기할 수 있다. 구성요소(20)의 얇은 표면층을 가열한 이후, 가열된 표면을 빠르게 식히는 것은, 표면 밖의 주변 환경 내로 열을 전도시킴으로써 간단하게 이루어진다. 국부 표면 영역(26)의 단지 좁은 부분만이 레이저빔에 의해 가열되기 때문에, 자연 전도 또는 대류에 의해 식히는 비율은 비교적 빠르다.
레이저빔 열처리가 예시적인 어닐링 처리로 개시되었으나, 다른 어닐링 처리가 사용될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 어닐링 처리는 플라스마 제트 가열(plasma jet heating), 전기적 아크 가열(electrical arc heating), 플레임 가열(flame heating)이다. 따라서, 본 발명의 범위는 예시적으로 기술한 데에 제한되지 않으며, 본 발명은 당업자에게 명백한 다른 국부 표면 어닐링 처리 및 방법을 포함한다.
마이크로크랙 형성 처리는 어닐링 단계의 실질적인 부분적 또는 전체적으로 반대이다. 도 1b 및 1d에 도시된 바와 같이 레이저에 의한 마이크로크랙된 표면에 인가된 국부 가열 에너지는 마이크로크랙(28)을 야기한 국부 가열 영역의 연화 또는 플럭싱(fluxing)이 폐쇄되고 그 자체로 밀봉되도록 한다. 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같은 비정질 또는 유리 물질에서는, 마이크로크랙(28)의 팁 너머 작용하는 원자력이 크랙 표면을 전체 마이크로크랙 평면 너머 접촉부로 다시 당기는 경향이 있기 때문에, 마이크로크랙 가열 처리가 증진된다고 여겨진다. 도 1c 및 1d에 도시된 바와 같은 미세-결정질 물질에서는, 그레인 경계 영역(31)이 종종 작은 양의 불순물을 포함하며, 이는 마이크로크랙 표면의 보다 빠른 플럭싱 및 결과적인 치유 를 야기하는 플럭싱 인자(flusing agent)로 여겨진다.
레이저 어닐링 처리의 효과가 도 3a 및 3b에 도시되며, 이는 각각 레이저 처리 전후의 표면 마이크로크랙을 포함하는 석영 표면의 광학적 마이크로카피 이미지이다. 도 3a는 다수의 마이크로크랙을 구비한 석영 표면을 도시하며, 이는 보다 밝은 그레인 표면 영역 사이의 어두운 선에 상응한다. 도 3b는 레이저 처리된 샘플의 도면이며, 대부분의 표면 마이크로크랙이 사라져서 부드럽고 연속적인 표면을 제공하는 것이 도시된다. 압흔(indentation) 마크는 석영 견본의 중심에 인공적으로 만든 것이다. 그러나 압흔 마크가 석영 물질의 표면 거칠기와 비슷하여, 결과적으로 도 3a에 도시된 처리 전의 처음 석영 물질에서는 보이지 않는다. 그러나 레이저 처리된 샘플의 표면이 부드러워지고 표면 마이크로크랙 및 거칠기가 사라져서, 부분적으로 치유된 압흔 마크가 도 3b의 레이저 처리된 샘플 도면에서 희미하게 어두운 스팟으로 도시된다.
또한, 챔버 구성요소의 표면 마이크로크랙의 어닐링은 어닐링된 물질의 파괴 응력 및 경도를 실질적으로 증가시키는 것이 발견되었으며, 이는 벗겨짐 및 크랙에 대한 저항을 매우 증진시킨다. 경도 테스트에서는, 공지된 기하학적 형태를 구비한 마이크로-인덴터(micro-indenter)를 사용하여 견본 표면 평면에 수직으로 증가된 하중을 인가한다. 다음, 하중은 견본 표면이 부분적으로 또는 전체적으로 릴랙싱될 때까지 감소되며, 다음 압흔의 깊이가 측정된다. 다음 하중이 점진적으로 증가되어 경도가 손상되어 견본이 크랙될 때까지 압흔 및 측정 처리가 반복된다. 비 커스 경도는 H=PMAX/AC의 수식을 사용하여 계산되며, 여기에서 PMAX는 크랙 이전에 유지된 최대 하중이며 AC는 인덴터 접촉면의 돌출된 영역이다. 경도는 나노 경도 테스터(Nano Hardness Tester)를 사용하여 측정되었다. 인가되는 하중은 나노 뉴튼과 유사하며, 변위는 편차 커패시터 센서(differential capacitor sensor)를 사용하여 정확하게 결정된다. 최초 처리되기 전의 석영 견본 및 레이저 어닐링된 석영 견본이 측정되었다. 처리되지 않은 견본의 평균 비커스 경도 인덱스는 약 771.68이며, 레이저 어닐링된 석영 견본의 비커스 경도 인덱스는 평균 951.68이다. 따라서, 레이저 어닐링된 석영 견본은 처리되지 않은 견본에 비해 적어도 약 10%, 보다 바람직하게는 적어도 약 25% 단단한 비커스 경도를 갖는다.
증가된 크랙 및 벗겨짐 저항의 다른 측정 실험은 파괴 응력 측정이다. 세라믹 물질은 그 깨지기 쉬운 특성으로 인하여 인장 테스트 대신에 종종 휨 또는 굽힘 테스트로 테스트된다. 세라믹 물질이 파괴에 의해 손상되는 응력은 물질의 파괴 응력 또는 파괴 강도라고 지칭된다. 처리되지 않은, 그리고 레이저 어닐링된 석영 견본의 파괴 응력은 ASTM C1161-90에 따른 범용 테스팅 기계(Universal Testing Machine)에 의해 수행되는 4지점 굽힘 테스트(4-point bending test)로부터 비교된다. 파괴에서의 하중 및 견본의 단면은 σ=Load/wxt의 수식으로부터 응력 파괴를 계산하도록 사용되며, 여기에서 wxt는 하중이 인가되는 단면 영역이다. 처리되지 않은 석영 견본의 평균 파괴 응력은 86.23MPa이며, 레이저 어닐링된 석영 견본의 평균 파괴 응력은 132.27MPa이다. 따라서, 레이저 어닐링된 석경 견본의 파괴 응 력은 처리되지 않은 견본의 파괴 응력에 비교하여 적어도 약 25%, 보다 바람직하게는 적어도 약 50% 높다.
따라서, 구성요소(20)의 국부 표면 영역(26)의 마이크로크랙(28)의 어닐링은 구성요소(20)의 표면 평활도(smoothness), 경도, 및 파괴 강도를 크게 증가시킬 수 있다. 특히 구성요소의 돌출부, 코너 및 에지와 같이 응력이 인가되기 쉽거나 또는 깨지기 쉬운 구성요소(20)의 표면 내에 마이크로크랙(28)이 없거나 감소되면 구성요소(20)의 크랙 저항 및 벗겨짐 저항이 실질적으로 증가한다. 바람직하게는, 구조적 변형 또는 다른 열적 저하를 야기할 수 있는 상승된 온도로 전체 구성요소(20)에 인가함 없이도, 표면 어닐링이 선택된 표면 영역(26)의 치유 및 증가된 강도를 허용한다. 그러나 전체 구성요소는 적합한 열처리에 의해 어닐링될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서 구성요소(20)의 국부 표면 영역(26) 내의 마이크로크랙(28)을 어닐링하는 것은, 레이저 어닐링 기기(50)를 사용하여 수행될 수 있다. 레이저 어닐링 기기(50)는 전력원(55)에 의해 전력을 공급받는 레이저빔 소오스(54)를 둘러싸는 레이저빔 인클로져(52)를 포함한다. 마이크로크랙 어닐링에 사용되기에 적합한 레이저빔 소오스(54)는 예를 들어 Ar(아르곤), CO2, 및 KrF 레이저를 포함한다. 아르곤 레이저는 약 5145옹스트롱의 가시 파장을 전달한다. CO2 레이저는 10.6㎛의 파장을 갖는 인프라-레드 에너지원(infra-red energy source)이며, 10키로와트에 이르는 전력을 갖는 빔을 공급할 수 있다. CO2 레이저는 아르곤 레이저에 비해 100배 효율적이며, 아르곤 레이저에 비교하여 보다 큰 강도를 갖고 보다 빠른 스캔 속도 및 보다 큰 스폿 크기를 허용한다. CO2 레이저는 1972년 11월 14일 공보된 미국 특허 제 3,702,973호에 개시되며, 본 발명에서 참조된다. 다른 형태의 레이저는 약 248㎚의 파장, 5.0eV의 Eg, 약 3%의 효율 및 350mJ의 출력 에너지를 갖는 KrF 엑시머 레이저(excimer laser)이다. 레이저빔은 전형적으로 약 10mm보다 작은, 보다 전형적으로 약 0.5mm 내지 약 4mm의 빔 지름을 갖는 원형빔이다. 따라서, 적합한 레이저빔은 약 190㎚ 내지 약 10,600㎚의 파장을 가질 수 있다. 레이저는 전형적으로 약 5와트 내지 약 10,000와트의 전력 레벨에서 작동된다.
레이저(50)는, 주초점(primary focal point)(58)에 포커싱되고 제 2 초점(84)에 보다 큰 초점거리를 제공하는 재초점 미러(62)에 의해 재-이미지화되는 레이저빔(56)을 제공한다. 재초점 미러(62)와 제 2 초점(84) 사이에는, 미리 선택된 주파수로 디서링 미러(dithering mirror)(68)를 진동하는 디서링 구동 모터(72)에 연결된 디서링 미러(68)가 제공된다. 디서링 구동 모터(72)는 실질적으로 미러(68) 평면 내에서 축(76) 중심으로 디서링 미러(68)를 진동시키며 미러에 의해 포커싱된 투사 레이저빔(56)에 전달한다. 디서링 미러(68)로부터 방사된 디서링된 빔은 도 1에 도시된 평면을 가로지르는 호를 공간적으로 진동시킨다.
전형적으로, 레이저빔(56)은 빔 지름을 따라 강도 분포를 가지며, 또한 이는 빔의 강도 형태 또는 강도 프로파일로 지칭되며, 이는 레이저빔(50)의 형태에 따른 다. 일반적인 빔 프로파일 형태는 가우시안 형(Gaussian shape)이며, 보다 특정적으로 U-형 강도 프로파일이다. 레이저 빔의 포커싱은 빔의 단면 크기를 변화시키지만 가우시안 형 또는 U-형으로 남는 빔 강도 분포를 변화시키지 않는다. 레이저빔의 가우시안 형 또는 U-형 단면을 정정하는 한가지 방법은 레이저빔(56)을 공간적으로 진동시키는 것이며, 이는 디서링으로 지칭된다. 레이저빔(56)의 공간적 진동 또는 디서링은 디서링빔에 의해 스캐닝되는 영역에 걸쳐서 평균적이고 보다 균등한 강도의 방사를 제공한다. 일 실시예에서, 레이저빔(56)은 그 초점에서 대략적인 가우시안 형이지만, 공간적 진동 또는 디서링은 사인파 형태이다. 디서링은 미러(76) 평면에 평행하며 디서링 평면을 가로지르는 축(76) 상에서 전후로 진동되는 디서링 미러(76)에 의해 제공된다. 전형적으로 디서링된 빔은 디서링되지 않은 빔에 비해 적어도 2배의 영역을 커버한다. 사인파형 디서링으로, 국부 표면 영역 상에 돌출된 디서링 빔을 가로지르는 각 지점에서의 평균 강도가 중앙 영역에서 그리고 대형 단부에서의 피크 점에서 대략 평평하다. 디서링 빔의 결과적인 강도 프로파일은 정사각파(square wave)와 같은 형태이며, 인접하고 겹치는 스위프(sweep)에서 국부 표면 영역에 걸친 스캐닝을 위한 양호한 강도 프로파일을 제공한다. 그러나 사인파 형태와 같은 다른 빔 형태가 레이저 스캐닝 방법을 대략적으로 보정하도록 사용될 수 있다.
다음, 디서링된 빔은, 제 2 초점(84)에서 제어 가능하거나 또는 미리 정해진 고정된 틈(82)을 갖는 빔 너비 제어 틈(80)을 통과한다. 틈(80)은 스캐닝 미러 또는 렌즈일 수 있는 제 2 포커싱 시스템(90)과 디서링 미러(76) 사이에 위치한다. 미러(68)의 축(76)은 도 1의 평면에 평행하거나 또는 이를 가로지를 수 있다. 다음, 빔은 스캐닝 시스템(94)에 의해 구동되는 스캐닝 미러(92) 상에 투사된다. 스캐닝 시스템(94)은 축(96) 상에서 미러(92)를 진동시켜서 처리되는 챔버 구성요소 상의 선택된 국부 영역(100)에 걸쳐 전후로 빔(56)을 스위프하고 스캐닝한다. 스캐닝된 빔은 인클로져(100) 내의 윈도우(102)를 통과한다. 스캐닝 미러(92)의 스위프 비율은 전형적으로 디서링 미러(68)의 디서링 주파수보다 작다. 예를 들어, 약 500㎛의 빔 지름을 갖는 포커싱된 CO2 레이저는 약 1mm/sec 내지 약 100mm/sec으로 스캐닝될 수 있다.
스캐닝 시스템은 스테이지 모터(stage motor)(114)에 의해 구동되는 X-Y 구동 가능 스테이지(110)와 소통한다. 스테이지(110)는 Z 또는 수직 방향으로 슬라이딩되는데 적합할 수 있어서, 구성요소에 투사되는 빔 너비를 변경시킨다. 스캐닝 시스템(94)은 스테이지(110)의 이동에 따라 스캐닝 미러(92)의 스위프 비율과 동기화되고 결과적으로 스테이지(110) 상에 놓인 챔버 구성요소의 이동과 동기화되어, 구성요소에 걸쳐 디서링되고 틈새를 나온 빔을 균등하게 스캐닝한다. 스캐닝 파라미터는, 레이저빔의 형태를 보상하도록 스캐닝 속도 및 패턴을 조절함으로써 빔이 스캐닝되는 국부 표면 영역을 균등하게 가열하도록 선택된다. 예를 들어 빔(56)의 강도 분포는 링들을 포함하며, 상기 링들은 중심에서 최대가 되며 빔의 주변 필드 링형 특성으로 인하여 빔의 중심 내에서 침하된다. 더욱이, 빔 스캔이 겹치는 것이 바람직하여, 레이저빔의 단면 강도 내에서 어떠한 진동도 보상된다 - 빔 스캔이 겹치지 않고 레이저빔이 래스터(raster)-형 스캔 표면에 걸쳐서 레이저빔의 스위프되는 경우, 열처리 깊이는 빔 형태에 따라 빔 스캔에 걸쳐 다양할 수 있다.
레이저빔 어닐링 기기(50)는 시스템 작동을 제어하며 전력 공급원(55)에 연결되는 제어기(118)를 더 포함하며, 상기 전력 공급원은 레이저(54), 디서링 구동 모터(72), 및 스캐닝 시스템(94)에 전력을 공급한다. 추가로, 제어기(118)는 사용자 입력 장치(122)로부터 입력을 수신하며, 입력 파라미터 및 스캐닝 시스템 정보를 디스플레이(122) 상에 디스플레이한다. 제어기(118)는 랜덤 어세스 메모리(random access memory), 디스크 드라이브, 인터페이스 카드 및 버스 상의 저장 메모리(storage memory)를 포함하는 적정한 메모리 장치에 연결된 중앙 처리 유닛(CPU)을 갖는 종래의 컴퓨터일 수 있다. 레이저빔 어닐링 기기(50)는 전체 표면 영역에 걸친 양호한 균등성으로서 구성요소에 걸쳐 국부 표면 영역을 레이저 어닐링할 수 있다.
마이크로크랙을 감소시키거나 가열시키도록 어닐링하는 구성요소(20)는 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같은 기판 처리 기기(200)에서 사용될 수 있으며, 이는 반도체 웨이퍼 또는 디스플레이와 같은 기판(215)을 제조하도록 사용된다. 기기(200)는 MxP, MxP SuperE, 또는 eMax형 에칭 챔버일 수 있으며, 이는 캘리포니아 산타바바라의 Applied Materials Inc.로부터 입수 가능하며, Cheng 등의 미국 특허 제 4,842,683호 및 제 5,215,619호 및 Maydan 등의 미국 특허 제 4,668,338호에 기재되며, 본 발명에서 참조된다. 예시적인 기기(200)는 Maydan 등의 미국 특허 제 4,951,601호에 개시된 반도체 기판 처리를 위한 멀티-챔버 통합 시스템일 수 있으며, 이는 본 발명에서 참조된다.
일반적으로 기기(200)는 처리 챔버(225) 및 보조 제어, 전기적, 플럼빙(plumbing) 및 지지 구성요소를 포함한다. 지지체(238)를 포함하는 지지 어셈블리(230)는 처리 구역(235) 내에서 기판(215)을 수용하도록 제공된다. 지지체(238)는, 적어도 부분적으로 전극(250)을 커버하는 절연물(245)을 포함하고, 헬륨과 같은 열 전달 가스가 가스 도관(270)을 통해 열전달 가스 공급원(265)으로부터 통과되어 기판(215)의 온도를 제어할 수 있는 가스 출구부(260)를 갖는 정전기 척(240)일 수 있다. 대안적으로, 지지체(238)는 진공 또는 기계적 척이거나 또는 공지 기술 상의 어떠한 지지체일 수 있다. 전극(250)은 전극 전압 공급원(275)에 의해 전기적으로 충전되어 기판(215)을 정전기적으로 유지한다. 정전기 척(240) 아래의 베이스(280)는 선택적으로 열 전달 유체가 순환하는 채널과 같은 열 교환기를 포함할 수 있다.
처리 가스는, 가스 공급원(290) 및 챔버(225)에서 종결되는 하나 또는 그 이상의 가스 노즐(295)을 포함하는 가스 공급원(285)을 통해 챔버(225)에 진입한다. 가스 노즐(295)은 (도시되지 않은) 기판(215)의 주변부 둘레에 또는 (도시되지 않은) 챔버 천장에 장착된 샤워헤드 내에 위치한다. 가스 유동 제어기(300)는 처리 가스의 유동률을 제어하도록 사용된다. 보내진 처리 가스 및 그 부산물이 챔버(225)로부터 배출 시스템(305)을 통해 배출된다. 배출 시스템(305)은 전형적으로 러핑(roughing) 또는 고진공 펌프와 같은 다수의 펌프로 이끄는 배출 도관을 포 함하며, 이는 챔버(225) 내의 가스를 배기한다. 스로틀 밸브(310)가 배출 도관 내에 제공되어 챔버(225) 내의 가스압을 제어한다.
예를 들어 가스형 플라스마와 같은 에너지화된 가스가 RF 또는 마이크로웨이브 에너지와 같은 전자기 에너지에 커플링된 가스 에너자이저(275)에 의해 처리 가스로부터 챔버(225)의 처리 구역(235) 내에 처리 가스에 생성된다. 예를 들어, 가스 에너자이저(275)는 전기적으로 접지된 챔버의 측벽체 또는 천장과 같은 제 1 처리 전극(315) 및 절연물(245) 내의 전극(250)일 수 있는 제 2 전극을 포함할 수 있다. 제 1 전극 및 제 2 전극(315, 250)은 전극 전압 공급원(270)에 의해 제공된 RF 전극에 의해 상호 전기적으로 바이어싱된다. 전극(315, 250)에 인가된 RF 전극의 주파수는 전형적으로 약 50KHz 내지 약 60MHz이다. 다른 실시예에서, 가스 에너자이저(275)는 챔버(225)에 RF 에너지를 유도성 커플링하는 하나 또는 그 이상의 코일을 포함하는 (도시되지 않은) 유도성 안테나를 더 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 용량적으로 생성된 플라스마는, 영구 자석 또는 전자기 코일과 같은 자기장 생성기(320)가 기판(215)의 평면에 평행하게 회전하는 축을 갖는 회전 자기장을 구비한 챔버(225) 내에 자기장을 제공하는 자기적으로 증진된 반응기 내에서 전자 사이클로트론 공진(electron cyclotron resonance)에 의해 증진될 수 있다.
챔버(225)는 (도시되지 않은) 하나 또는 그 이상의 처리 모니터링 시스템을 더 포함할 수 있어서, 이는 기판(215) 상에서 수행되는 처리를 모니터링한다. 전형적인 처리 모니터링 시스템은 기판(215) 상에 처리되는 층으로부터 반사된 빛의 강도를 측정하는 간섭 측정 시스템(interferometic system), 또는 챔버(225) 내의 가스 견본의 빛 방사 강도 상의 변화를 측정하는 플라스마 방사 분석 시스템(plasma emission analysis system)을 포함한다. 처리 감지 시스템은 기판(215) 상에서 수행되는 처리의 종결점을 감지하는데 유용하다.
링(25)과 같이 레이저 어닐링된 구성요소(20)는 챔버(225)의 기판 지지 어셈블리(230)의 기판 지지체(238) 둘레에 맞추어진다. 링(25)은 절연물(245)이 챔버(225) 내의 에너지화된 처리 가스와 접촉하는 것을 방지함으로써, 예를 들어 정전기 척(240)의 절연물(245)인 지지 어셈블리(230)를 부식으로부터 보호할 수 있다. 대안적으로, 링(25)은 지지 어셈블리(230) 내에서 다른 사용례를 가질 수 있다.
도 6을 참조하여, 링(25)을 둘러싸는 칼라(210)와 같은 추가 구조체가 레이저 어닐링되어 표면 마이크로크랙을 감소시킬 수 있다. 칼라(210)는 산화 알루미늄 또는 산화 규소와 같은 세라믹 물질로 이루어질 수 있다. 칼라(210)는 쉴드와 같은 기능을 할 수 있어서, 링과 함께 챔버의 교체 가능한 처리 키트를 형성한다. 챔버 벽체 라이너와 같은 다른 링형 구조체가 레이저 어닐링될 수 있으며, 챔버(225)를 위한 처리 키트의 일부일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예가 도시되고 설명되었으나, 당업자는 본 발명이 채택할 수 있는 다른 실시예에도 본 발명의 균등한 범위가 미침을 알 것이다. 예를 들어 어닐링된 챔버 구성요소(20)는 챔버(225)의 벽체 또는 천장과 같은 챔버 구성요소일 수 있다. 추가로, 표면 어닐링을 위한 대안적인 방법이 사용될 수 있 다. 더욱이, 예시적인 실시예에 대한 상대적이며 위치를 표현하는 용어가 대체될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명을 설명하기 위해 기술하였던 다양한 실시예, 물질 및 공간적 배열체에 대한 기술에만 제한되지 않는다.

Claims (12)

  1. 구조적 바디(structural body)를 갖는 기판 처리 챔버 구성요소로서,
    어닐링된 마이크로크랙(microcrack)을 구비한 국부 표면 영역(localized surface region)을 포함하며, 상기 어닐링된 마이크로크랙은 크랙 전파를 감소시키고 파괴 저항을 증가시키는,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    레이저-어닐링된 마이크로크랙을 구비한 국부 표면 영역을 포함하는,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  3. 제 1 항에 있어서,
    CO2 레이저-어닐링된 마이크로크랙을 구비한 국부 표면 영역을 포함하는,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조적 바디는 내부축 중심으로 회전 대칭인,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조적 바디는 세라믹, 유리, 또는 유리-세라믹으로 이루어진,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조적 바디는 석영을 포함하는,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 국부 표면 영역은 상기 구조적 바디의 에지 또는 표면인,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조적 바디는
    (ⅰ) 처리되지 않은 바디에 비해 약 10% 이상 높은 평균 비커스 경도; 또는
    (ⅱ) 처리되지 않은 바디에 비해 약 25% 이상 높은 평균 파괴 응력 중 하나 이상을 포함하는,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조적 바디는 링, 플레이트 또는 실린더를 포함하는,
    기판 처리 챔버 구성요소.
  10. 기판 처리 구성요소를 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    (a) 구조적 바디를 갖는 구성요소를 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 구성요소의 국부 표면 영역 상의 마이크로크랙을 어닐링하기에 충분한 시간 동안 상기 국부 표면 영역 상에 레이저빔을 지향하는 단계를 포함하며,
    상기 어닐링된 마이크로크랙은 크랙 전파를 감소시키고 파괴 저항을 증가시키는,
    기판 처리 구성요소 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 방법은,
    (ⅰ) 상기 국부 표면 영역에 걸쳐 상기 레이저빔을 스캐닝하는 단계; 또는
    (ⅱ) CO2 레이저로 상기 레이저빔을 생성하는 단계 중 하나 이상을 포함하는,
    기판 처리 구성요소 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저빔을 지향하는 단계는,
    (ⅰ) 약 190nm 내지 약 10,600nm의 파장, 또는
    (ⅱ) 약 5Watts 내지 약 10,000Watts의 전력 레벨 중 하나 이상의 특성을 갖는,
    기판 처리 구성요소 제조 방법.
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