KR20080071148A - 반도체 프로세스 챔버 - Google Patents

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KR20080071148A
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substrate
substrate processing
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

반도체 프로세스 챔버를 위한 프로세스 키트가 제공된다. 일 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버용 프로세스 키트는 무-금속 소결 실리콘 탄화물 물질로 제조된 하나 이상의 부품을 포함한다. 프로세스 키트는 기판 지지부, 예열 링, 승강 핀, 및 기판 지지 핀 중 하나 이상을 포함한다. 다른 실시예에서, 챔버 본체 및 상기 챔버 본체 내에 배치된 기판 지지부를 구비하는 반도체 프로세스 챔버가 제공된다. 상기 기판 지지부는 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조된다. 선택적으로, 프로세스 챔버는 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조된 하나 이상의 부품을 가지는 프로세스 키트를 포함할 수 있다.

Description

반도체 프로세스 챔버 {SEMICONDUCTOR PROCESS CHAMBER}
본 발명은 대체적으로 집적 회로 제조 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판상에 박막 필름을 형성하기 위한 프로세스 챔버에 관한 것이다.
일반적으로, 박막 필름들은 실리콘(Si) 웨이퍼, 갈륨 비소(GaAs) 웨이퍼, 유리 또는 사파이어 기판 등과 같은 기판상에 여러 가지 증착, 에칭 및 열적 프로세스 등을 실시하기 위해 선택적으로 채용된 프로세스 챔버들 내에서 제조된다. 이들 프로세스들은 기판 지지부(support), 기판 승강 핀, 프로세스 키트(예를 들어, 가열 링, 증착 링, 유지(retaining) 링 등), 프로세스 차폐부(열 차폐부(shield), 플라즈마 차폐부 등)과 같은 프로세싱 챔버의 여러 가지 노출 부품들을 점진적으로 침식(erode), 소모(consume), 또는 오염시킬 수 있는 프로세스 환경(예를 들어, 공격적인 화학물질, 플라즈마, 부산물 등을 포함하는 분위기)을 이용하거나 생성한다.
그와 같은 경우에, 통상적으로 미리 정해진 유지보수 예정에 따라서, 부품들이 주기적으로 검사, 개장(refurbish; 예를 들어 세정), 및/또는 교체된다. 전체 수명 및 유지보수 간격을 증대시키기 위해서, 그에 따라 프로세스 설비 가동시간을 증대시키고 제조 비용을 감소시키기 위해서, 프로세스 챔버내의 특정 프로세싱 분 위기에 대해 내성을 가지는 물질로 이들 부품을 제조하는 것이 일반적이다.
그러한 프로세스-내성 물질의 하나가 실리콘 탄화물(SiC)이다. 예로서, 실리콘 필름을 에피텍셜 증착하기 위한 대부분의 프로세스 챔버는 실리콘 탄화물 코팅을 가지는 그라파이트로 제조되는 부품을 이용한다. 통상적으로, 실리콘 탄화물 코팅은 그라파이트 부품에 대한 화학기상증착(CVD)을 통해서 형성된다. 그러나, 통상적으로, CVD에 의해 증착된 실리콘 탄화물은 비교적 얇은 두께 및 낮은 지속성(durability)을 가지며, 이는 보다 이른 마모 및 손상에 대한 민감성을 초래할 수 있다. CVD 코팅의 급속한 열화(劣化)로 인해, 보다 잦은 부품의 개장 및/또는 교체가 초래된다. 또한, 보다 두꺼운 CVD 코팅은 보다 높은 진성 응력(intrinsic stress)을 가지는 경향이 있고, 그에 따라 균열, 박리(peeling), 및/또는 층박리(delamination) 등을 초래할 수 있다. 또한, 보다 두껍게 코팅된 CVD 부분들은 불균일한 CVD 코팅의 열적 영향을 확대할 수 있으며, 이는 불균일한 프로세스 결과를 초래할 수 있다.
또한, 실리콘 탄화물 부품들은 알루미늄(Al), 보론(B), 베릴륨(Be), 등과 같은 금속 결합제를 가지는 소결된(sintered) 그리고 고열 프레스된(hot pressed) 실리콘 탄화물로 형성될 수도 있다. 그러나, 통상적으로, 소결 중에 실리콘 탄화물에 첨가되는 금속 결합제는 에피텍셜 실리콘 증착 프로세스, 화학기상증착(CVD) 프로세스, 급속 열적 프로세스(rapid thermal processes; RTPs) 등과 같은 고온 프로세스 중에 프로세스 챔버내로 방출된다. 방출된 결합제로부터의 금속은 프로세싱동안에 박막 필름, 기판 및/또는 프로세스 챔버 내부의 금속 오염을 유발하며, 웨 이퍼 상의 소자에 손상을 가할 수도 있다.
그에 따라, 개선된 반도체 기판 프로세싱 반응기가 소위 당업계에서 요구되고 있다.
반도체 프로세스 챔버용 프로세스 키트(kit)가 제공된다. 일 실시예에서, 반도체 프로세싱 챔버용 프로세스 키트는 무-금속(metal-free) 소결 실리콘 탄화물 물질로 제조된 하나 이상의 부품을 포함한다. 프로세스 키트는 기판 지지부, 예열 링, 승강 핀, 및 기판 지지 핀 중 하나 이상을 포함한다.
다른 실시예에서, 챔버 본체 및 상기 챔버 본체 내에 배치된 기판 지지부를 포함하는 반도체 프로세스 챔버가 제공된다. 상기 기판 지지부는 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조된다.
또 다른 실시예에서, 반도체 프로세스 챔버는: 챔버 본체; 상기 챔버 본체 내에 배치된 기판 지지부로서, 무-금속 소결제(sintering agent)를 이용하여 소결된 실리콘 탄화물로 제조된, 기판 지지부; 예열 링, 승강 핀, 및 기판 지지 핀 중 하나 이상을 포함하며; 상기 예열 링, 승강 핀, 및 기판 지지 핀 중 하나 이상이 비-금속 소결제를 이용하여 소결된 중실(solid) 실리콘 탄화물(SiC)로부터 제조된다.
본 발명의 사상은 첨부 도면과 관련된 이하의 상세한 설명으로부터 보다 분명히 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 프로세스 챔버의 단면도이다.
도 2는 도 1의 프로세스 챔버 내에서 이용될 수 있는 종류의 기판 지지부의 단면도이다.
도 3은 도 1의 프로세스 챔버 내에서 이용될 수 있는 종류의 승강 핀의 단면도이다.
도 4는 도 1의 프로세스 챔버 내에서 이용될 수 있는 종류의 예열 링의 단면도이다.
도 5는 도 1의 프로세스 챔버 내에서 이용될 수 있는 종류의 기판 지지부의 단면도이다.
적용가능한 곳에서, 동일한 도면부호는 도면들에서 공통되는 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들은 설명을 위해 단순화한 것이고, 등축적으로 도시된 것이 아니다.
첨부 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시한 것이고, 그에 따라, 균등한 효과를 가지는 실시예들을 포함할 수 있는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
본 발명은 반도체 웨이퍼, 유리, 또는 사파이어 기판 등(이하에서는, 집합적으로 그리고 통칭하여 "기판"이라 한다)과 같은 기판에 박막 필름을 형성 및/또는 처리(treating)하기에 적합한 프로세스 챔버를 제공한다. 프로세스 챔버는 무-금 속 소결 실리콘 탄화물로부터 제조된 하나 이상의 부품을 포함한다. 일 실시예에서, 본 발명은 집적된 반도체 소자 및 회로의 제조에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 도시된 실시예에서, 프로세스 챔버(100)는 에피텍셜 실리콘 증착 프로세스를 실기하기 위한 것이다. 하나의 적절한 반응기로서, 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 공급되는 RP Epi 반응기가 있다.
다른 실시예에서, 프로세스 챔버(100)는 집적된 반도체 소자 및 회로의 제조 중에 실시되는 증착 프로세스, 에칭 프로세스, 플라즈마 증착 및/또는 에칭 프로세스, 그리고 열적 프로세스 중 하나 이상을 실시하기에 적합하다. 특히, 그러한 프로세스는, 예를 들어, 급속 열적 프로세스(RTPs), 화학기상증착(CVD) 프로세스, 어닐링 프로세스 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 프로세스 챔버(100)는 챔버 본체(110), 지원(support) 시스템(130), 및 제어부(140)를 포함한다. 일반적으로, 챔버 본체(110)는 상부 부분(102), 하부 부분(104), 및 외장(enclosure; 120)을 포함한다.
상부 부분(102)은 하부 부분(104) 상에 배치되고 리드(lid; 106), 클램프 링(108), 라이너(116), 베이스플레이트(112), 하나 이상의 상부 램프(lamp; 136) 및 하나 이상의 하부 램프(138)를 포함한다. 일 실시예에서, 리드(106)는 돔-형 폼 팩터(form factor)를 가지나, 다른 폼 팩터(예를 들어, 평평형 또는 역전된-곡선형 리드)를 가지는 리드도 가능할 것이다. 하부 부분(104)은 프로세스 가스 유 입 포트(114) 및 배출 포트(118)에 결합되고, 베이스플레이트 조립체(121), 하부 돔(132), 기판 지지부(124), 예열 링(122), 기판 승강 조립체(160), 기판 지지 조립체(164), 하나 이상의 상부 램프(152) 및 하나 이상의 하부 램프(154), 그리고 하부 고온계(pyrometer; 158)를 포함한다. 비록, 예열 링(122)과 같은 프로세스 챔버의 특정 부품을 설명하기 위해서 "링" 이라는 용어를 사용하였지만, 이들 부품의 형상이 반드시 원형이어야 하는 것이 아니고, 예를 들어, 장방형, 다각형, 타원형 등과 같은 임의의 형상을 포함할 수 있을 것이다.
프로세싱 중에, 기판(125)은 기판 지지부(124) 상에 배치된다. 램프(136, 138, 152, 및 154)들은 적외선(IR) (즉, 열) 공급원들이고, 작동 중에 기판(125)에 걸쳐 미리-정해진(pre-determined) 온도 분포를 생성한다. 일 실시예에서, 리드(106), 클램프 링(116), 및 하부 돔(132)이 석영으로 제조되나, 다른 적외선-투과 및 프로세스 양립형(compatible) 물질도 이들 부품의 형성에 이용될 수 있을 것이다.
일반적으로, 기판 지지 조립체(164)는 기판 지지부(124)에 결합된 다수의 지지 핀(166)을 구비하는 지지 브라켓(bracket; 134)을 포함한다. 기판 승강 조립체(160)는 기판 승강 샤프트(126) 및 상기 기판 승강 샤프트(126)의 각각의 패드(127) 상에 선택적으로 놓이는 다수의 승강 핀 모듈(161)을 포함한다. 일 실시예에서, 승강 핀 모듈(161)은 선택적인 베이스(129) 및 상기 베이스(129)에 결합된 승강 핀(128)을 포함한다. 그 대신에, 승강 핀(128)의 바닥 부분이 패드(127) 상에 직접 놓일 수도 있을 것이다. 또한, 승강 핀(128)을 상승 및 하강시키기 위한 다른 메카니즘이 이용될 수 있을 것이다. 승강 핀(128)의 상부 부분은 기판 지지부(124) 내의 제 1 개구부(162)를 통해서 이동가능하게 배치된다. 작동 중에, 기판 승강 샤프트(126)가 이동되어 승강 핀(128)과 결합된다. 결합되었을 때, 승강 핀(128)은 기판(125)을 기판 지지부(124)의 위쪽으로 상승시키거나 기판(125)을 기판 지지부(124) 상으로 하강시킬 것이다.
지원 시스템(130)은 프로세스 챔버(100) 내에서 미리-정해잔 프로세스들(예를 들어, 에피텍셜 실리콘 필름의 성장)을 실행하고 모니터링하는데 사용되는 부품들을 포함한다. 일반적으로, 그러한 부품들은 프로세스 챔버(100)의 여러 가지 하위-시스템(sub-systems)(예를 들어, 가스 패널(들), 가스 분배 도관, 진공 및 배출 하위-시스템, 등) 및 장치들(예를 들어, 전원, 프로세스 제어 기구 등)을 포함한다. 이들 부품들은 소위 당업자에게 공지되어 있으며 그에 따라 명료한 도시를 위해 도면에서 생략하였다.
일반적으로, 제어부(140)는 중앙처리유닛(CPU; 142), 메모리(144), 및 지원 회로(146)를 포함하고, 직접적으로 또는 프로세스 챔버 및/또는 지원 시스템과 관련된 컴퓨터(또는 제어부들)를 경유하여, 프로세스 챔버(100) 및 지원 시스템(130)에 연결되어 그 프로세스 챔버 및 지원 시스템을 제어한다.
통상적으로, 전술한 것과 유사한 프로세스 챔버내의 특정 부품들은 마모의 영향을 최소화하기 위해 주기적으로 교체된다. 그러한 교체가능한 부품들은 통상적으로 프로세스 키트라 한다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버(100)의 프로세스 키트는 기판 지지부(124), 예열 링(122), 승강 핀(128), 또는 기판 지지 핀(166) 중 하나 이상을 포함한다.
일 실시예에서, 프로세스 키트의 부품들 중 하나 이상(예를 들어, 기판 지지부(124), 예열 링(122), 승강 핀(128), 또는 지지 핀(166) 중 하나 이상)이 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 전부가 또는 일부가 제조될 수 있다. 통상적으로, 프로세스 챔버 또는 그러한 프로세스 챔버내의 프로세스 환경에 노출되는 부품의 적어도 일부가 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조된다. 무-금속 소결 실리콘 탄화물는 실리콘계 첨가제를 가지는 페놀 수지와 같은 비금속 소결제를 이용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 무-금속 소결 실리콘 탄화물은 일본 도쿄에 소재하는 Bridgestone Corporation, Advanced Materials Division이 제공하는 PUREBETA® 실리콘 탄화물이다.
선택적으로, 다른 프로세스 챔버들 역시 이러한 물질로 제조될 수 있을 것이다. 특히, 프로세스 환경 및/또는 프로세싱되는 기판과 접촉할 수 있는 정전기 척의 적어도 일부, 차폐부(예를 들어, 기판, 스퍼터링 타겟, 및/또는 챔버 벽 차폐부 등), 샤워헤드, 기판 로봇의 리셉터클(receptacle) 등을 포함하고, 프로세스 챔버의 프로세싱 체적부(volume) 내에, 프로세싱 체적부 외부에, 및/또는 프로세스 챔버 외부에 배치되는 부품들이 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조될 수 있을 것이다.
무-금속 소결 실리콘 탄화물의 이점은, 높은 열 전도도, 우수한 가공성 및 경도, 대부분의 프로세스 환경에서의 화학적 순도 및 불활성도, 그리고 저-오염 필 름 프로세싱과의 양립성을 포함한다. 도 1에 도시된 예시적인 프로세스 챔버(100)에서, 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조된 부품들은 기판(125)에 걸친 온도 분포를 보다 더 균일하게 제공할 수 있게 도우며 에피텍셜 실리콘 필름의 저-오염 증착을 돕는다. 무-금속 소결 SiC로 제조된 부품들을 구비하는 프로세스 키트를 이용하는 것에 따른 이들 이점 및 기타 이점들에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 2는 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조된 도 1과 관련하여 설명된 기판 지지부(124)의 일 실시예의 단면도이다. 무-금속 소결 실리콘 탄화물는 CVD 실리콘 탄화물-코팅형 그라파이트 보다 높은 열 전도도를 가지며, 그에 따라 기판 지지부(124)로부터 기판(125)으로의 열 전달을 개선시킨다. 무-금속 소결 실리콘 탄화물 기판 지지부(124)의 높은 열 전도도는, CVD SiC 코팅된 기판 지지부와 비교할 때, 기판에 걸친 온도 균일도를 유지하거나 개선하면서, 보다 얇은 기판 지지부(124)의 제조 및 이용을 돕는다. 바람직하게도, 보다 얇은 기판 지지부(124)는 보다 짧은 가열 및 냉각 시간을 가능하게 하며, 이는 프로세스 생산을 높이고, 온도 균일도 및 제어를 용이하게 한다. 예를 들어, 프로세스의 보다 양호한 튜닝(tune)을 위해서 기판의 특정 영역들이 상대적으로 빠른 속도 또는 느린 속도로 선택적으로 가열될 수 있도록, 기판 지지부(124)의 두께가 제어될 수도 있다. 일 실시예에서, 기판 지지부(124)는 약 0.04-0.25 인치의 두께를 가진다. 다른 실시예에서, 기판 지지부(124)는 약 0.07-0.12 인치의 두께를 가진다.
도시된 실시예에서, 기판 지지부(124)는 접시형(dish-like) 폼 팩터를 가지 며, 오목한 상부 표면(202), 기판 안착 표면(204), 다수의 제 1 개구부(162)(도 2에는 하나의 제 1 개구부(162)가 도시됨), 그리고 후방 표면(216)을 포함한다. 오목한 상부 표면(202)은 중앙 영역(210) 및 주변 영역(212)을 구비한다. 선택적으로, 하나 이상의 개구부(230)(도 2에 3개의 개구부(230)가 도시됨)가 오목한 상부 표면(202)과 후방 표면(216) 사이에서 기판 지지부(124)를 통해 형성될 수 있다. 개구부(230)는 임의 크기 및 형상(예를 들어, 둥근 홀, 세장형 홀 또는 슬롯, 장방형 또는 다각형 개구부 등)을 가질 수 있고, 무작위로 또는 임의의 기하학적 패턴으로 정렬될 수 있다. 일 실시예에서, 약 2-700개의 개구부(230)가 기판 지지부(124)를 통해서 형성된다. 다른 실시예에서, 약 50-500개의 개구부(230)가 기판 지지부(124)를 통해서 형성된다. 일반적으로, 개구부(230)의 크기 및 개체수는 약 5-15 퍼센트의 기판 지지부(124) 퍼센트 개방 면적(percent open area)을 제공한다. 일 실시예에서, 개구부(230)는 직경이 약 0.02-0.375 인치인 둥근 홀을 포함한다. 일 실시예에서, 개구부(230)는 기판 지지부(124) 상에서 방사상으로 정렬된다. 개구부(230)는 기판상의 오토도핑(autodoping), 후방 헤이즈(backside haze), 및/또는 할로 결함(halo defect)를 감소시키는 것을 돕는다. 또한, 개구부(230)는 무-금속 소결 실리콘 탄화물 내에 전체가 형성되며, 그에 따라 그라파이트 기판에 형성된 홀의 측벽(통상적으로, 만족스러운 CVD 코팅을 얻기가 어렵다)에 실리콘 탄화물을 증착하는 어려움을 피할 수 있게 된다.
선택적으로, 기판(125) 상에 증착되는 필름의 균일도를 제어하기 위해서 기판 지지부(124)의 두께 프로파일을 선택적으로 변화시킬 수 있다. 기판 지지 부(124)가 보다 더 두꺼운 영역은 기판(125)을 보다 더 고온이 되게 할 것이고, 기판 지지부(124)가 보다 얇은 영역에서는 기판(125)이 보다 저온이 되게 할 것이다. 기판(125)의 여러 영역들의 상대적인 온도를 선택적으로 제어하는 것은 기판(125) 상의 필름 형성을 보다 용이하게 제어할 수 있게 한다. 그 대신에 또는 그와 조합하여, 기판(125)과 기판 지지부(124) 사이의 갭(222)의 크기를 선택적으로 조정하여 기판(125) 상에 증착되는 필름의 균일도를 제어할 수 있을 것이다. 예를 들어, 기판(125)이 보다 저온이 되길 원하는 영역에서 (열 전달을 감소시키기 위해서) 갭(222)이 보다 넓을 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 갭(222)의 프로파일은 약 0.012 인치 까지 변화될 수 있다. 갭(222) 및/또는 기판 지지부(124)의 두께 프로파일은 오목한 상부 표면(202)의 형상에 의해서 및/또는 기판 지지부(124)의 후방 표면(216)의 선택적인 윤곽(contouring)에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
바람직하게, 기판 지지부(124)를 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조하는 것은 부품 폴리싱을 보다 양호하게 제어할 수 있게 하여 CVD-코팅 부품에 비해서 특정 부품을 통한 열 전달 속도(rate)를 추가로 제어할 수 있게 한다. 얇은 CVD 실리콘 탄화물 코팅을 폴리싱하는 것은 어려운 작업인데, 이는 의도하지 않게 폴리싱 프로세스에 의해 부분적으로 또는 완전히 제거될 수 있기 때문이며, 그에 따라 하부 그라파이트 또는 다른 베이스 물질이 노출될 수 있기 때문이다. 또한, 폴리싱 프로세스는 짧은 시간 동안에 마모 또는 에칭되어 관통될 수 있는 실리콘 탄화물 코팅 내의 극히 얇은 영역을 초래할 수 있다.
일 실시예에서, 오목한 상부 표면(202)의 영역을 선택적으로 가공하여 기판 지지부(124)의 여러 영역들에 걸친 열 전달 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 주변 영역(212)의 위쪽에 배치된 기판(125)의 주변 부분으로의 열전달을 감소시키는 조도(roughness)로 주변 영역(212)을 가공할 수도 있을 것이다. 선택적인 열 전달 감소는 기판(125)의 온도 분포를 용이하게 제어할 수 있게 한다. 그 대신에 또는 그와 조합하여, 중앙 영역(210)의 위쪽에 배치된 기판(125)의 중앙 부분으로의 열전달 또는 상대적인 열 전달을 증대시키기 위해서, 중앙 영역(210)을 주변 영역(212) 보다 낮은 조도로 가공할 수 있을 것이다. 기판(125)으로의 열전달을 선택적으로 제어하는 것과 그에 따라 기판 온도 분포를 제어하는 것은 기판(125) 상에 배치되는 필름의 두께 프로파일을 용이하게 제어할 수 있게 돕는다.
예를 들어, 주변 영역(212)에서의 조도 보다 낮도록 미리-결정된 중앙 영역(210) 내의 오목한 상부 표면(202)의 조도를 제공하도록 기판 지지부(124)가 선택적으로 가공될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 중앙 영역(210) 내의 오목한 상부 표면(202)의 조도는 약 0.2-8 ㎛이고, 주변 영역(212) 내의 오목한 상부 표면(202)의 조도는 약 8-20 ㎛이다. 일 실시예에서, 중앙 영역(210) 내의 오목한 상부 표면(202)의 조도는 약 4 ㎛ 이고, 주변 영역(212) 내의 오목한 상부 표면(202)의 조도는 약 16 ㎛ 이다.
기판 안착 표면(204)은 기판(125)의 후방 표면(220)이 기판 지지부(124)와 접촉하여 놓이는 영역을 제공한다. 기판 안착 표면(204)은 매끄럽게(smooth) 가공되거나 폴리싱될 수 있다. 매끄러운 기판 안착 표면(204)은 프로세싱 중에 기판(125)의 후방 표면(220)과의 확실한 밀봉(tight seal)을 형성할 수 있게 도우며, 그에 따라 증착 가스가 기판(125)의 후방 표면(220)과 접촉하는 것을 방지한다.
예를 들어, 기판 지지부(124)의 기판 안착 표면(204)은 미리 정해진 조도로 선택적으로 가공될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 안착 표면(204)의 조도는 0.2-10 ㎛이다. 일 실시예에서, 기판 안착 표면(204)의 조도는 약 6 ㎛이다.
또한, 무-금속 소결 실리콘 탄화물의 순도는 바람직하게도 기판(125)의 후방 표면(220)에 대한 화학적으로-불활성인 접촉부를 제공하며, 그에 따라 기판(125)의 오토도핑 결함을 감소시킨다.
다수의 제 1 개구부(162)는 승강 핀(128)(하나의 승강 핀(128)이 점선으로 도시되어 있음)을 수용하고, 예를 들어, 승강 핀(128)이 제 1 개구부(162)를 통과하지 못하는 것을 방지하기 위해서 그리고 기판 지지부(124)의 오목한 상부 표면(202)과 기판(125) 사이의 영역으로부터 또는 그 영역으로 가스가 누설되는 것을 방지 및/또는 감소시키기 위해서, 승강 핀(128)의 프로파일과 매칭(match)되도록 형성하는 것이 일반적이다. 일 실시예에서, 제 1 개구부(162)는 원통형 표면(206) 및 원뿔형 표면(208)을 포함하며, 상기 원통형 표면을 통해서 승강 핀(128)이 이동하고, 상기 원뿔형 표면은 승강 핀(128)의 안착 표면(214)의 프로파일과 매칭되며, 그에 따라 승강 핀(128)의 안착 표면(214)과 확실한 밀봉을 형성할 수 있게 돕는다.
예를 들어, 원뿔형 표면과 승강 핀(128)의 안착 표면(214) 사이에 형성되는 밀봉을 보강하기 위해서, 기판 지지부(124)의 원뿔형 표면(208)을 미리 정해진 조도로 가공 또는 폴리싱할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 원뿔형 표면(208)의 조 도는 0.2-5 ㎛ 이다. 일 실시예에서, 원뿔형 표면(208)의 조질화 표면는 약 0.2 ㎛ 이다.
후방 표면(216)은 기판 지지 핀(166) 상에서 기판 지지부(124)를 위치결정하도록 구성된 영역(218)을 포함한다(하나의 영역(219) 및 하나의 핀(166)이 도 2에 도시되어 있음). 후방 표면(216) 역시 폴리싱될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 후방 표면(216)의 영역(218)이 약 0.2-10 ㎛의 조도로 폴리싱된다. 일 실시예에서, 후방 표면(216)의 영역(218)은 약 6 ㎛의 조도로 폴리싱된다.
도 3은 무-금속 소결 실리콘 탄화물으로 제조되고 도 1에 도시된 승강 핀(128)의 일 실시예를 단면 도시한다. 일 실시예에서, 승강 핀(128)은 베이스(129; 점선으로 도시됨)에 결합된 스템(stem) 부분(310) 및 상부 부분(312)을 포함한다. 예를 들어, 별도의 베이스(129)를 가지지 않는, 다른 승강 핀 디자인도 이용될 수 있을 것이다. 스템 부분(310)은 기판 지지부(124) 내의 개구부(206)를 통과한다(도 2 참조). 상부 부분(312)은 안착 표면(214) 및 평평한 상부 표면(302)을 포함한다.
도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 후퇴되었을 때, 승강 핀(128)의 안착 표면(214)은 기판 지지부(124)의 오목한 상부 표면(202) 상에 놓인다(도 2 참조). 그들 사이에 확실한 밀봉을 보다 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위해, 승강 핀(128)의 안착 표면(214)을 미리 정해진 조도로 폴리싱 또는 가공할 수 있다. 일 실시예에서, 안착 표면(214)은 약 0.2-5 ㎛의 조도로 폴리싱된다. 일 실시예에서, 안착 표면(214)은 약 .02 ㎛의 조도로 폴리싱된다.
승강 핀(128)이 연장되었을 때, 예를 들어, 기판(125)의 상승 또는 하강시에, 평평한 상부 표면(302)이 기판(125)의 후방 표면(220)과 결합된다(점선으로 도시함). 기판(125)과의 매끄러운 접촉을 돕기 위해, 승강 핀(128)의 평평한 상부 표면(302)을 미리 정해진 조도로 가공 또는 폴리싱할 수 있다. 일 실시예에서, 평평한 상부 표면(302)을 약 0.2-10 ㎛의 조도로 폴리싱한다. 일 실시예에서, 평평한 상부 표면(302)을 약 8 ㎛의 조도로 폴리싱한다.
또한, 전술한 바와 같이, 바람직하게도, 무-금속 소결 실리콘 탄화물의 순도는 기판(125)의 후방 표면(220)에 대한 화학적으로-불활성인 접촉을 제공하며, 그에 따라 금속 결합제를 가지는 소결 실리콘 탄화물에 존재하는 불순물로 인한 기판(125)의 오염을 감소시킨다.
도 4는 도 1과 관련하여 전술한 예열 링(122)의 일 실시예를 단면 도시한다. 예열 링(122)은 전술한 바와 같이 무-금속 소결 실리콘 탄화물으로 제조될 수 있다. 프로세싱 중에 프로세스 챔버 본체(110) 내로 도입되는 가스를 예열하기 위해서 램프(136, 138, 152, 및 154; 도 1 참조)로부터 열을 흡수하기 위한 미리 정해진 질량(mass)을 제공하도록, 예열 링(122)의 폭(402) 및 두께(404)가 선택된다. 전술한 바와 같이, 무-금속 소결 실리콘 탄화물는 CVD 실리콘 탄화물 코팅된 그라파이트 보다 큰 열 전도도를 가지며, 그에 따라 램프로부터 프로세스 가스로의 열 전달을 개선할 수 있게 돕는다.
도 5는 도 1과 관련하여 전술한 지지 핀(166)의 일 실시예를 단면 도시한다. 지지 핀(166)이 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조될 수 있다. 지지 핀(166)은 후방 표면(216)의 영역(218)을 따라 기판 지지부(124)와 접촉하여 지지하는 상부 표면(502)을 구비한다. 지지 핀(166)의 상부 표면(502)은 후방 표면(216)의 영역(218)과 무-입자(particle-free) 접촉을 형성한다. 일 실시예에서, 상부 표면(502)은 약 1-16 ㎛의 조도로 가공 또는 폴리싱된다. 일 실시예에서, 상부 표면(502)은 약 5 ㎛의 조도로 가공 또는 폴리싱된다. 선택적으로, 지지 핀(166)은 일부만이, 예를 들어, 후방 표면(216)에 인접한 지지 핀(166)의 상부 부분 만이 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조될 수 있다.
이상에서, 특정 부품들이 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조되는 것에 대해서 설명하였지만, 기판에 접촉하거나 인접하는 다른 프로세싱 챔버의 부품들도 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명의 사상에 포함되는 범위내에서 다른 프로세싱 반응기에서도 실시될 수 있다는 것을 소위 당업자는 이해할 것이다. 반도체 소자의 제조와 관련하여 설명하였지만, 집적 회로에서 사용되는 다른 소자 및 구조물의 제조에도 본 발명이 유리하게 적용될 수 있을 것이다.
전술한 내용이 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예 및 추가적인 실시예가 본 발명의 기본 범위내에서 적용될 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해서 결정될 것이다.

Claims (22)

  1. 반도체 기판을 프로세싱 하기 위한 장치로서:
    무-금속 소결 실리콘 탄화물 물질로 제조된 하나 이상의 부품을 포함하는 프로세스 키트를 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 키트의 부품들이 기판 지지부, 예열 링, 승강 핀, 및 기판 지지 핀 중 하나 이상을 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 키트의 부품들이 예열 링을 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    챔버 본체를 더 포함하고,
    상기 프로세스 키트가 상기 챔버 본체 내에 배치된 하나 이상의 기판 지지부를 포함하고, 상기 기판 지지부가 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    증착 프로세스, 에칭 프로세스, 플라즈마 증착 및/또는 에칭 프로세스, 그리고 열적 프로세스 중 하나 이상을 실시하기 위해 반응기가 구성되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    화학기상증착 프로세스, 급속 열적 프로세스, 또는 에피텍셜 실리콘 증착 프로세스 중 하나 이상을 실시하기 위해 반응기가 구성되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 상기 기판 지지부 상에 배치된 기판의 표면 상에서 미리 정해진 온도 분포를 달성하도록 가공된 오목한 상부 표면을 더 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 오목한 상부 표면은 상기 오목한 상부 표면의 중앙 영역에서의 제 1 조도 및 상기 오목한 상부 표면의 주변 영역에서의 제 2 조도를 가지는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 조도가 약 0.2 내지 8 ㎛ 이고, 상기 제 2 조도가 약 8 내지 20 ㎛ 인
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 상기 기판 지지부 상에 배치된 기판의 주변 엣지(edge)와 접촉하도록 구성된 기판 안착 표면을 더 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 다수의 기판 승강 핀을 수용하도록 구성된 다수의 개구부를 더 포함하고,
    상기 다수의 개구부의 승강 핀 결합 표면은 약 0.2 내지 5 ㎛의 조도로 폴리싱되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조된 다수의 승강 핀을 더 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 승강 핀의 기판 결합 표면이 약 0.2 내지 5 ㎛의 조도로 폴리싱되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지부가 다수의 기판 지지 핀에 의해 지지되고,
    상기 다수의 기판 지지 핀 중 하나 이상이 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버 본체 내에 배치되고 상기 기판 지지부를 둘러싸는 가스 예열 링을 더 포함하고,
    상기 가스 예열 링이 무-금속 소결 실리콘 탄화물로 제조되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지부가 기판 지지 영역 내에 배치되고 관통하여 형성되는 하나 이상의 개구부를 더 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 개구부들이 기판 지지부 상에 방사상으로 정렬되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 개구부들은 상기 기판 지지부의 표면에 걸쳐 약 5-15 퍼센트의 퍼센트 개방 면적을 제공하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  19. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 지지부가 미리 정해진 가변적인 두께 프로파일을 가지는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  20. 제 4 항에 있어서,
    기판이 상기 기판 지지부 상에 배치되었을 때 상기 기판의 후방에 대응하는 위치와 상기 기판 지지부의 상부 표면 사이에 형성된 갭을 더 포함하는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 갭이 미리 정해진 가변 프로파일을 가지는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 갭의 프로파일이 약 0.012 인치 만큼 변화되는
    반도체 기판 프로세싱 장치.
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