KR20100037060A - 기판 세정 챔버 및 부품 - Google Patents

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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 세정 챔버(24)가 예를 들어 소모성 세라믹 라이너(10), 기판 가열 받침대(80), 및 프로세스 키트(114)와 같은 여러 부품을 포함한다. 소모성 세라믹 라이너(60)는 원격 가스 에너자이저(52)의 가스 배출 채널(62)을 기판 세정 챔버(24)의 가스 유입 채널(40)에 연결시키기 위해 제공된다. 기판 가열 받침대(80)는 요부(88) 세트에 위치하는 다수의 세라믹 볼(90)을 구비하는 기판 수용 표면(84)을 가지는 환형 플레이트(82)를 포함한다. 프로세스 키트(114)는 상부 플레이트(116), 상부 라이너(118), 가스 분배 플레이트(120), 하부 라이너(122), 및 포커싱 링(124)을 포함한다.

Description

기판 세정 챔버 및 부품 {SUBSTRATE CLEANING CHAMBER AND COMPONENTS}
본 발명은 기판 세정 챔버 및 부품에 관한 것이다.
반도체 및 디스플레이와 같은 기판의 프로세싱에 있어서, 기판상에는 층이 형성되며, 이후 전기 전도성 인터커넥트(interconnects), 컨택트(contacts), 비아(vias), 게이트(gates) 및 배리어(barriers)와 같은 피처(features)를 형성하기 위해 식각된다. 예를 들어, 기판상에 금속 함유 전도체를 증착하고, 인터커넥트 라인을 형성하도록 상기 전도체를 식각하고, 잔여 레지스트(resist)를 제거하고, 식각된 피처 위에 유전체를 증착함으로써 전기 인터커넥트 라인의 패턴이 형성될 수 있다. 유전체 층은 하부의 금속 함유 전도체 재료 또는 다른 기판 층을 노출시키는 컨택트 홀(contact holes)이나 비아를 형성하도록 추가로 식각될 수 있다. 이후 전기 전도성 재료가 식각된 홀이나 트랜치(trenches)로 증착되어 하부 전도체를 전기적으로 접촉시킨다. 예를 들어, 구리 함유 인터커넥트의 형성에 있어서, 하부의 구리 전도체 재료를 노출시키는 컨택트 홀을 형성하기 위하여 유전체 층이 식각될 수 있다. 얇은 구리 시드층(seed layer)이 노출된 전도체 및 컨택트 홀 위에 증착되어 컨택트 홀을 채우기 위한 후속 구리 전기도금 프로세스를 용이하게 할 수 있다.
그러나 금속 함유 전도체 상의 오염물질이나 바람직하지 않은 표면 물질로 인해서, 후속하는 프로세스 단계가 실행되기에 앞서 노출된 전도체 표면의 세척이 필요하다. 예를 들어, 중간 프로세스 단계 동안, 예를 들어 레지스트를 벗기기 위해 산소 함유 가스 플라스마가 사용되는 레지스트 스트리핑 프로세스(resist stripping process) 동안이나 다른 챔버 사이에서 기판을 전달할 때, 산소 종(oxygen species)에 노출된 전도체 상에 천연 산화 막이 종종 형성된다. 산화 막은 전도체 표면 사이의 컨택트 인터페이스에서 전기 저항을 증가시킨다. 표면 물질은 예를 들어 타소 함유, 실리콘 함유, 플루오르 함유, 및 질소 함유 프로세스 잔여물과 같은 이전 프로세스로부터의 잔여 프로세스 증착물을 가질 수도 있다. 이러한 프로세스 증착물은 노출되고 증착된 재료 사이의 인터페이스에 보이드(voids)나 기타 이형(irregularities)이 형성되게 할 수 있다.
프로세싱에 앞서 그리고 프로세싱 단계들 사이에서 기판 표면으로부터 산화 막 및 기타 바람직하지 않은 프로세스 증착물을 세정하기 위하여 예비-세정 챔버(pre-clean chambers)로도 알려진 기판 세정 챔버가 사용된다. 세정 프로세스 동안에, 기판은 세정 챔버 내에 지지되며, 활성화(energized) 세정 가스가 원격 가스 챔버 내에서 형성되어 챔버로 유입된다. 세정 가스는 표면 잔여물과 반응하여 이를 제거한다. 일부 프로세스에서는, 기판 가열 받침대가 세정과정 동안에 기판의 온도를 제거하기 위한 가열 부재를 포함한다.
그러나 이와 같은 세정 프로세스에 활성화 세정 가스를 사용하는 것과 관련된 한 가지 문제점은 여기된(excited) 세정 가스의 래디컬(radical) 및 이온 종의 에너지를 제어하기 어렵다는 점이다. 세정 가스와 기판 표면 간의 높은 에너지 충돌은 하부의 기판에 손상을 일으킬 수 있다. 예를 들어 H+와 같이 세정 가스 내의 경이온(lighter ions)도, 기판의 표면을 침투하여 하부의 유전층을 손상시키게 되면 유해할 수 있다. 따라서, 프로세스 챔버로 유입되는 활성화 종의 에너지 및 유형을 제어하는 것이 바람직하다.
또 다른 문제점은 세정 가스가 종종 가스 에너자이저(energizer) 내의 리모트(remote)의 여기 영역(excitation region)을 둘러싸는 원격 챔버 벽을 식각시키고 부식시키며, 심지어는 세정 챔버 내부의 부품을 식각시키고 부식시킬 수 있다는 점이다. 이러한 부식작용은 부품을 손상시키며, 만약 이들 부품이 챔버의 필수 부분이라면, 소정의 프로세스 사이클 횟수 이후에 부품을 보수하거나 교체하기 위해 챔버가 가동 중단되어야만 하는데, 이는 바람직하지 않다. 종래의 스테인리스 스틸 벽 및 라이너(liners)는 특히 부식에 민감하여 빈번한 교체나 보수가 필요하다.
또 다른 문제점은 기판과 접촉하는 세정 챔버 내의 기판 가열 받침대가 오염물질 및 프로세스 잔여 증착물을 기판의 배면(backside)으로 전달하거나 기판 이송 프로세스 중에 기판을 갉을(scratch) 경우에 발생한다. 가열 부재를 포함하는 기판 가열 받침대는 기판의 표면에 걸쳐 비 균일한 가열을 제공할 수도 있다. 융기된 메사(mesas) 및 홈으로 이루어진 기판 수용 표면을 가지는 기판 가열 받침대는 열 전달 가스가 기판의 뒤로 유동하게 하여 온도 균일성을 향상시키지만 바람직하지 않은 양의 프로세스 잔여물 및 증착물을 기판으로 전달하기도 한다.
따라서, 예를 들어 세정 가스로부터 일정한 이온 종을 필터링하는 것과 같이 활성화 가스 종(energized gas species)을 선택적으로 필터링할 수 있는 가스 에너자이저 및 세정 챔버가 요구된다. 또한, 쉽게 교체되거나 보수될 수 있는 챔버 부품이 요구된다. 또한, 기판의 배면으로의 프로세스 증착물 전달로 인한 기판의 오염을 최소화하는 기판 가열 받침대도 요구된다. 또한, 기판을 더욱 균일하게 가열할 수 있는 기판 가열 받침대도 요구된다.
원격 챔버의 가스 배출 채널을 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결하기 위한 소모성 세라믹 라이너가 제공된다. 이러한 라이너는 상기 원격 챔버의 가스 배출 채널에 맞는 크기의 외부 지름을 가지는 유입 실린더, 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결되는 배출 실린더, 및 상기 유입 실린더를 상기 배출 실린더에 연결하는 원뿔형 플레어를 포함한다.
소모성 세라믹 라이너의 몇 가지 실시예가 제공된다. 일 실시예에서는 라이너의 원뿔형 플레어가 수직축으로부터 약 10 내지 약 60도의 각도로 기울어진 원뿔형 표면을 포함한다. 일 실시예에서는, 상기 배출 실린더의 길이에 대한 상기 원뿔형 플레어의 길이의 비가 약 1:2 내지 약 1:8이다. 일 실시예에서는 상기 라이너의 유입 실린더가 제1 지름을 포함하고, 상기 라이너의 배출 실린더는 상기 제1 지름보다 1.5배 이상 큰 제2 지름을 포함한다. 또 다른 실시예에서는, 제1 지름이 약 1 내지 약 4cm이며 제2 지름은 약 2 내지 약 8cm이다. 일 실시예에서는, 라이너가 원격 가스 에너자이저에서 발생된 활성화 가스로부터 이온 종을 제거할 수 있는 세라믹 재료를 포함한다. 일 실시예에서는 라이너가 석영, 산화 알루미늄, 또는 질화 알루미늄으로 이루어지며, 약 2mm 내지 약 6mm의 두께를 가질 수 있다. 라이너는 추가로 배출 실린더의 외부 지름 주위에 맞는 크기의 라이너 잠금 실린더를 포함할 수 있다.
원격 챔버의 가스 배출 채널을 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결하기 위해 상부 챔버 벽으로 세라믹 라이너를 삽입하기 위한 방법으로서, 상기 세라믹 라이너가 상기 원격 챔버의 가스 배출 채널에 맞는 크기의 유입 실린더, 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결되는 배출 실린더, 및 상기 유입 실린더를 상기 배출 실린더에 연결하는 원뿔형 플레어를 포함하는, 세라믹 라이너 삽입 방법이 제공된다. 상기 방법은, (a) 상기 세라믹 라이너의 배출 실린더 위로 라이너 잠금 실린더를 배치시키는 단계; (b) 상기 세라믹 라이너의 배출 실린더로 라이너 유지 공구를 슬라이딩시키는 단계로서, 상기 라이너 유지 공구의 외부 지름이 상기 배출 실린더의 내부 지름과 맞닿도록 크기가 정해지는, 슬라이딩 단계; (c) 상기 라이너 유지 공구를 파지하여 상기 세라믹 라이너의 유입 실린더를 상기 원격 챔버의 가스 배출 채널로 삽입하는 단계;를 포함한다.
상기 방법의 일 실시예에서는, (d) 상기 잠금 실린더의 환형 플랜지를 상기 상부 챔버 벽의 상응하는 환형 립 안으로 고정시키기 위하여 상기 라이너 유지 공구를 비트는 단계;를 더 포함한다.
기판 세정 챔버용 기판 가열 받침대가 제공된다. 상기 기판 가열 받침대는 (a) 요부 세트를 구비하는 기판 수용 표면을 가지는 제1 디스크, 가열 부재를 수용하도록 형성된 채널을 가지는 제2 디스크, 및 상기 제1 및 제2 디스크를 연결하는 브레이징 접합부를 포함하는 환형 플레이트; (b) 상기 기판 수용 표면상의 요부에 각각 배치되는 다수의 세라믹 볼; 및 (c) 상기 환형 플레이트에 매설되는 가열 부재;를 포함한다.
기판 가열 받침대의 브레이징 접합부는 알루미늄 브레이징 혼합물을 포함할 수 있다. 받침대의 제1 및 제2 디스크는 알루미늄을 포함할 수 있다. 받침대의 세라믹 볼은 산화 알루미나, 석영, 사파이어, 질화 규소, 합성 강옥, 산화 지르코늄, Al2O3, 또는 이들은 혼합물로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서는, 받침대의 세라믹 볼이 약 1 내지 약 3mm의 지름을 가지며, 상기 기판 수용 표면을 상기 환형 플레이트의 상부 표면보다 약 0.01mm 내지 약 0.5mm 만큼 더 높게 유지할 수 있는 크기의 지름을 가질 수 있다.
기판 처리 챔버용 가스 분배 플레이트가 제공된다. 상기 가스 분배 플레이트는 각각이 지름(d)을 가지는 제1 구멍의 제1 링; 각각이 지름(2d)을 가지는 제2 구멍의 제2 링으로서, 상기 제2 링은 상기 제1 링의 반경방향 외부에 위치하는, 제2 구멍의 제2 링; 각각이 지름(3d)을 가지는 제3 구멍의 제3 링으로서, 상기 제3 링은 상기 제2 링의 반경방향 외부에 위치하는, 제3 구멍의 제3 링; 각각이 지름(4d)을 가지는 제4 구멍의 제4 링으로서, 상기 제4 링은 상기 제3 링의 반경방향 외부에 위치하는, 제4 구멍의 제4 링;을 포함한다.
상기 가스 분배 플레이트의 일 실시예에서는, 상기 지름(d)은 약 1 내지 약 5 mm이다. 상기 가스 분배 플레이트는 세라믹으로 구성될 수 있으며 산화 알루미늄이나 산화 규소를 포함할 수도 있다.
기판 가열 받침대와 면하는 가스 분배 플레이트를 유지하는 챔버 리드를 가지는 기판 세정 챔버용 프로세스 키트가 제공된다. 상기 프로세스 키트는 (a) 상기 챔버 리드와 접촉하는 상부 플레이트로서, 상기 석영 상부 플레이트가 프로세스 가스를 통과시키기 위한 오리피스를 가지며, 둘레 에지를 가지는, 상부 플레이트; (b) 상기 석영 상부 플레이트의 둘레 에지와 접촉하며 상기 가스 분배 플레이트 위에 위치하는 상부 라이너; (c) 상가 가스 분배 플레이트 아래의 하부 라이너; 및 (d) 상기 기판 가열 받침대의 둘레 에지 상에 지지되는 포커싱 링;을 포함한다.
상기 프로세스 키트의 일 실시예에서는, 상부 플레이트, 상부 라이너, 하부 라이너, 및 포커싱 링 모두가 석영을 포함한다. 상기 프로세스 키트의 상부 플레이트는 프로세스 가스를 통과시키기 위한 오리피스 및 외부 둘레 에지를 가지는 환형 디스크를 포함할 수 있다. 상부 플레이트는 약 1mm 내지 약 5mm의 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서 상기 프로세스 키트의 가스 분배 플레이트는 세라믹으로 구성되며 산화 알루미늄이나 산화 규소를 포함할 수도 있다. 상기 프로세스 키트의 상부 및 하부 라이너는 실린더를 포함할 수 있다. 상기 포커싱 링은 상기 기판 가열 받침대의 둘레 에지 상에 지지되는 내부 플랜지를 구비할 수 있고, 여기서 상기 내부 플랜지는 기판 둘레에 있는 수직 표면에 연결되는 경사진 상부 표면을 포함한다. 추가의 실시예에서는 상기 프로세스 키트의 경사진 상부 표면이 약 85도 내지 약 100도의 각도를 가진다.
이러한 본 발명의 특징, 태양, 및 장점은 본 발명의 실시예를 설명하는 아래의 상세한 설명, 첨부된 청구범위, 및 첨부된 도면을 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있다. 그러나 각각의 특징들은 특정한 도면과 관련하여서만 사용될 수 있는 것이 아니라 본 발명 전체적으로 사용될 수 있으며, 본 발명이 이러한 특징들의 어떠한 조합도 포함하는 것은 물론이다.
도 1은 기판 세정 챔버를 포함하는 기판 프로세싱 장치의 일 실시예의 측단면도이다.
도 2A는 라이너 잠금 실린더 및 라이너 유지 공구를 이용하여 세정 챔버의 상부 플레이트에 설치되는 소모성 세라믹 라이너의 분해 사시도이다.
도 2B는 세정 챔버의 상부 플레이트에 설치되는 라이너 잠금 실린더 및 세라믹 라이너의 개략적인 측면도이다.
도 3A는 기판 수용 표면 내에 매설되는 세라믹 볼을 가지는 기판 가열 받침대의 사시도이다.
도 3B는 브레이징 접합부를 구비하는 제1 및 제2 디스크와 매설된 가열 부재를 가지는 도 3A의 기판 가열 받침대의 개략적인 단면도이다.
도 4A는 프로세스 키트 및 가스 분배 플레이트의 분해 사시도이다.
도 4B는 세정 챔버 내의 기판 가열 받침대 및 가스 분배 플레이트, 프로세스 키트의 개략적인 부분 단면도이다.
도 4C는 가스 분배 플레이트의 평면도이다
도 5는 기판 세정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 개략적인 도면이다.
기판(22)을 세정하기에 적합한 세정 챔버(24)를 포함하는 기판 장치(20)의 일 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 세정 챔버(24)는 도시된 바와 같이 반도체 웨이퍼와 같은 기판(22)을 세정하기에 적합하다; 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 평판 디스플레이, 폴리머 패널이나 기타 전기 회로 수용 구조체와 같이, 다른 기판(22)을 세정하도록 세정 챔버(24)를 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위가 본 명세서의 예시적 세정 챔버 실시예에 한정되어서는 안 된다. 일반적으로 세정 챔버(24)는, 프로세스 영역(38)을 둘러싸며 상부 벽(32), 측벽(34), 및 하부 벽(26)을 구비할 수 있는, 하나 이상의 인클로져 벽(enclosure walls)(30)을 포함한다. 활성화 세정 가스는 원격 챔버(42)로부터 세정 챔버(24)의 가스 유입 채널(40)로 공급된다. 세정 가스는 기판(22) 및 챔버(24) 내의 다른 표면과 반응한다. 사용된 가스 및 부산물은 배기 시스템(44)을 통해서 챔버(24)로부터 배출되며, 이러한 배기 시스템은 프로세스 영역(38)으로부터 가스를 수용하는 배기 포트(46)를 구비할 수 있으며 또한 챔버(24) 내의 가스의 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브(48) 및 터보-분자 배기 펌프와 같은 하나 이상의 배기 펌프(50)를 구비할 수도 있다. 배기 시스템(44)은 챔버(24) 내에 대기압보다 낮은 압력(sub-atmospheric pressure)을 유지시킬 수 있다.
원격으로 세적 가스에 에너지를 가하기에 적합한 원격 챔버(42)는 가스 에너자이저 영역(54)에 에너지를 가하는 원격 가스 에너자이저(52)를 포함한다. 세정 가스 공급원(56)은 가스 에너자이저 영역(54)에 세정 가스를 공급한다. 원격 챔버(42)로의 세정 가스의 유량을 제어하기 위하여 유동 밸브(58)가 제공될 수 있다. 가스 에너자이저(52)는 가스 에너자이저 영역(54) 내의 세정 가스에 에너지를 가하여 이온 및 래디컬 종을 포함하는 활성화 세정 가스를 형성한다. 가스 에너자이저(52)는 예를 들어 RF 또는 마이크로파 에너지를 세정 가스에 가할 수 있다. 일 태양에서, 원격 가스 에너자이저(52)는 인덕터 안테나(57)를 포함하는데, 이는 예를 들어 약 100와트 내지 약 10킬로와트의 수준의 전력에서 가스 에너자이저 영역(54) 내의 세정 가스에 RF 에너지를 유도적으로 가한다. 가스 에너자이저(52)는, 예를 들어, 본 명세서에 전체가 참조로서 병합되는, 스미스 등에게 허여된 미국 특허 US 6,150,628호에 개시된 것과 같이, 원격 영역(54) 내의 세정 가스에 에너지를 가하는 환상면체 가스 에너자이저(toroidal gas energizer)일 수도 있다. 환상면체 가스 에너자이저에 의해 인가되는 적절한 RF 전력 수준은 약 1000와트 내지 약 10,000와트일 수 있다. 약 300와트 내지 약 5킬로와트의 마이크로파 전력 수준을 제공하는 마이크로파 가스 활성기(activator)를 포함하는 원격 가스 에너자이저(52)가 사용될 수도 있다.
소모성 세라믹 라이너(60)는, 도 2A 및 2B에 도시된 바와 같이, 원격 가스 에너자이저(52)의 가스 배출 채널(62)을 챔버(24)의 가스 유입 채널(40)에 연결시킨다. 라이너(60)는, 라이너(60)의 내부 표면(61)이 활성화 가스 종에 노출되도록, 라이너(60)의 적어도 일부 표면으로 채널(40, 62)의 내부 표면을 덮음으로써 채널(40, 62)을 보호하는 역할을 한다. 라이너(60)는 원격 가스 에너자이저의 가 스 배출 채널(62) 내에 알맞은 크기의 외부 지름을 가지는 유입 실린더(64)를 포함한다. 일 태양에서는, 유입 실린더(64)가 원격 챔버(42)로부터 약 50mm 이상의 거리만큼 연장하기에 충분히 긴 길이(L)를 가진다. 길이(L)는 챔버(24)의 가스 유입구(40)의 단부 약 1mm 이상 앞에서 종료되기에 충분하게 짧다. 일 태양에서는, 유입 실린더(64)가 약 100 내지 약 110mm의 길이(L)를 가지며, 약 1cm 내지 약 4cm 사이의 지름을 가진다.
원뿔형 플레어(conical flare)(66)는 유입 실린더(64)를 배출 실린더(64)에 연결한다. 원뿔형 플레어(66)는 플레어(66)의 길이에 걸쳐 원뿔형 표면을 따라 증가하는 직경을 가지는 튜브를 포함한다. 원뿔형 플레어(66)는 상부 단부(70) 및 하부 단부(72)를 가진다. 원뿔형 플레어(66)의 상부 단부(70)의 외부 지름은 원뿔형 플레어(66)와 유입 실린더(64) 사이의 접합부에서 유입 실린더(64)의 외부 지름에 상응하는 크기를 가진다. 원뿔형 플레어(66)의 하부 단부(72)의 외부 지름은 원뿔형 플레어(66)와 배출 실린더(68) 사이의 접합부에서 외부 실린더(68)의 외부 지름에 상응하는 크기를 가진다. 원뿔형 플레어(66)의 하부 단부(72)의 지름은 원뿔형 플레어(66)의 상부 단부(70)의 지름보다 적어도 1.5배 이상 크다. 일 태양에서, 유입 실린더(64), 원뿔형 플레어(66) 및 배출 실린더(68)는 일체적으로 연결된다.
원뿔형 플레어(66)는 상부 및 하부 단부(70, 72) 사이에서 라이너(60)의 내부 체적의 지름을 점차로 증가시켜 프로세스 챔버로 들어가는 활성화 가스 종이 더욱 균일하게 분배되도록 하는 기능을 한다. 지름의 급격한 변화는 라이너의 배출 부로부터의 비 균일한 가스 분배를 초래하는 것으로 보인다. 원뿔형 플레어(66)는 유입 실린더(64)의 제1 지름으로부터 배출 실린더(68)의 제2 지름으로 지름을 점차로 변화시켜 해리된 가스 종의 유동 경로를 따라 체적을 점차 증가시킨다. 일 태양에서는, 원뿔형 플레어(66)가 원뿔형 플레어의 중심선을 통과하는 수직 축에 대하여, 약 10도 내지 약 60도의 각도로 기울어진다. 또한, 배출 실린더(68)의 길이에 대한 원뿔형 플레어(66)의 길이의 비는 약 1:2 내지 약 1:8이다. 원뿔형 플레어(66)의 길이에 걸쳐 체적을 증가시킴으로써 원뿔형 플레어(66)의 배출 단부(72)에서 가스 종을 양호하게 분포시킬 수 있다.
라이너(60)는 또한 배출 실린더(68)도 구비하는데, 이는 기판 세정 챔버(24)의 가스 유입 채널(40)에 연결된다. 일 태양에서는, 배출 실린더(68)가 기판 세정 챔버(24)의 가스 배출 채널(40)에 맞는 크기를 가지는 외부 지름을 가진다. 배출 실린더(68)는 챔버 환경 내에서의 부식을 방지하기 위해 세정 챔버(24)의 프로세스 영역 앞에서 종결되기에 충분히 짧은 길이(L)를 가진다. 유입 실린더(64)가 제1 지름을 가질 때, 배출 실린더(68)는 제1 지름보다 1.5배 이상 더 큰 제2 지름을 포함한다. 일 태양에서는, 배출 실린더(68)가 약 2cm 내지 약 8cm의 지름을, 또는 보다 일반적으로는 약 4cm의 지름을 가진다. 배출 실린더(68)는, 원격 영역(54)에 형성된 활성화 가스 종 사이의 충돌을 방지하기 위하여 라이너의 지름을 증가시키면서, 챔버의 가스 유입구(40)의 내부 표면이 활성화 가스 종에 의해 부식되는 것을 방지한다.
소모성 라이너(60)는 원격 가스 에너자이저에서 생성된 활성화 가스로부터 이온 종을 제거시킬 수 있는 세라믹 재료를 포함한다. 예를 들어, 라이너(60)는 석영, 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄을 포함할 수 있다. 일 태양에서는, 라이너(60)가 석영을 포함하여 그 내부 표면(74) 상에 수소 이온의 일부를 흡착시킴으로써 활성화 가스로부터 수소 이온을 제거시킬 수 있다. 석영 내부 표면(74)은 수소 함유 종이 흡착될 수 있는 표면을 제공함으로써 래디컬의 재결합을 감소시키기 위한 이온 필터(76)로서 작용하는 것으로 보인다. 또한, 석영 표면(74) 상에 충돌하는 수소 함유 종은 흡착된 수소 함유 래디컬을 활성화 가스로 방출시켜 자유 수소 래디컬을 재생시키는 것으로도 보인다. 그러나 수소 이온은 석영 표면(74)에 의하여 재생되지 않고, 따라서 석영 표면상에 충돌하는 수소 이온은 전기적으로 중성인 비-이온 종을 형성하도록 재결합한다. 따라서, 활성화된 또는 에너지가 가해진 세정 가스를 석영 표면(74) 위로 보내면, 수소 래디컬이 보존되면서도 활성화 세정 가스로부터 이온 종이 필터링된다.
소모성 라이너(60)의 두께는 라이너가 교체되기 전에 사용되어야 하는 프로세스 사이클 횟수에 따라서 선택된다. 활성화 가스는 라이너(60)를 식각시키고 부식시킬 수 있으므로, 라이너(60)는 소정의 프로세스 사이클 횟수 이후에는 반드시 교체되어야 한다. 또한, 라이너(60)의 흡착 특성은 점점 많은 이온이 세라믹 라이너 표면상에 흡착될수록 감퇴한다. 라이너(60)가 사용될 수 있는 사이클 횟수는 라이너(60)의 두께와 관계가 있다. 일 태양에서는, 라이너(60)가 약 30,000 프로세스 사이클 이상 동안 이온 종을 제거시킬 수 있기에 충분히 두꺼우며, 약 2mm 내지 약 6 mm의 두께를 가진다.
라이너(60)는 예를 들어 냉간 정수압 성형(cold isostatic pressing)에 의해서 세라믹 분말을 원하는 형태로 성형함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 분말은 유기 결합제 폴리비닐 알콜(organic binding agent polyvinyl alcohol)과 같은 액체 결합제와 결합할 수 있다. 혼합물은 정수압 성형 장치의 고무 백(bag) 내에 배치되고 백의 벽 상에 압력이 균일하게 가해져서 원하는 관 형상을 가지는 세라믹 구조체를 형성하도록 혼합물을 압축시키게 된다. 예를 들어 가요성 용기를 물에 담그거나 또는 다른 가압 방법에 의하여 압력이 가해질 수 있다. 성형된 세라믹 예비성형물(preform)은 중공 관 주형을 이용하여 원통형이나 링 형상으로 제조될 수 있으며, 이에 따라 성형된 세라믹 예비성형물은 기계가공에 의하여 추가로 성형될 수 있다. 성형된 세라믹 예비성형물은 이후 소결되어 소결 세라믹을 형성한다. 예를 들어, 산화 알루미늄은, 통상적으로 약 1 atm의 압력에서, 약 48 내지 약 96 시간 동안 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 온도에서 소결될 수 있다. 소결된 세라믹 재료는, 예를 들어 기계가공, 연마, 레이저 드릴링(laser drilling), 또는 다른 방법을 사용하여 추가로 성형되어 원하는 세라믹 구조체를 제공할 수 있다.
라이너(60)는 라이너 잠금 실린더(71)에 의하여 챔버 내의 위치에 유지된다. 라이너 잠금 실린더(71)는 라이너(60)의 배출 실린더(68)의 외부 지름 위에서 슬라이딩하도록 크기가 정해지며, 도 2A 및 2B에 도시된 바와 같이, 배출 실린더(68)의 환형 립(lip)(69)에 대해 지지된다. 라이너 잠금 실린더(71)는 라이너(60)의 외부 실린더(68)와 구멍 벽(73) 사이에 설치되어 도 1에 도시된 바와 같이 기밀(gas tight) 시일(seal)을 형성하며, 또한 금속이나 세라믹 재료로 제조될 수 있다.
바람직하게, 라이너 잠금 실린더(71)는 상부 챔버 벽(32)으로 배치를 용이하게 하며, 설정된 프로세스 사이클 횟수 동안 플라스마에 노출된 이후에, 보수나 교체를 위해 라이너(60)를 제거하는 것을 용이하게 한다. 라이너 잠금 실린더(71)는 라이너 잠금 실린더(71)의 일 단부로부터 연장하여 나가는 원형 플랜지(71)를 포함한다. 원형 플랜지(73)는 평평한 키(key)(75)를 구비하는데, 이는 도 2B에 도시된 바와 같이 상부 챔버 벽(32)으로부터 연장하여 나가는 환형 립(79) 상의 대응하는 평평한 키 부분(77)으로 삽입된다. 라이너 잠금 실린더(71)를 비틀면 원형 플랜지(73)가 회전하여 상부 챔버 벽(32)의 환형 립(79) 뒤로 슬라이딩되어 원형 플랜지를 환형 립 뒤에 잠그게 된다. 플랜지가 더 회전하는 것을 차단시키고 멈추기 위하여 회전하는 원형 플랜지(73)의 경로에 잠금 핀과 같은 잠금 차단부(locking blocker)(도시되지 않음)가 삽입될 수 있다.
원격 챔버(42)의 가스 방출 채널(62)을 세정 챔버(24)의 가스 유입 채널(40)에 연결하기 위하여 챔버 리드(lid)로 라이너(60)를 삽입하는 방법도 도 2B에서 설명된다. 이러한 방법에서는, 라이너 잠금 실린더(71)가 먼저 세라믹 라이너(60)의 배출 실린더(68) 위에 배치된다. 이후, 라이너 유지 공구(81)가 세라믹 라이너(60)의 배출 실린더(68)로 들어가서 라이너 유지 공구(81)의 외부 지름이 배출 실린더(68)의 내부 지름과 맞닿게(grip) 된다. 사용자는 라이너 유지 공구(81)를 파지하여 세라믹 라이너(60)의 유입 실린더(64)를 원격 챔버(42)의 가스 배출 채널(62)로 삽입한다. 이후 라이너 유지 공구(81)를 비틀어서 라이너 잠금 실린 더(71)의 원형 플랜지(73)를 상기한 바와 같이 상부 챔버 벽(32)의 상응하는 환형 립(79) 안으로 고정시킨다.
챔버(24)는 챔버(24)의 프로세스 영역(38) 내의 가스에 에너지를 가하는 챔버 가스 에너자이저(도시되지 않음)를 선택적으로 포함할 수도 있다. 예를 들어, 챔버 가스 에너자이저는 RF 에너지를 가하기 위하여 하나 이상의 전극 및 인덕터 안테나를 포함할 수 있다.
기판 가열 받침대(80)는 도 1, 3A, 3B, 및 4B에 도시된 바와 같이 기판 세정 챔버(24)의 프로세스 영역(38) 내에 기판(22)을 유지시키기 위하여 제공된다. 받침대(80)는 환형 플레이트(82)를 포함하며, 환형 플레이트는 요부(recesses)(88) 세트를 가지는 기판 수용 표면(84) 및 환형 플레이트(82) 내에 매설되는 가열 부재(92)를 구비한다. 가열 부재(92)는 제어기(78)에 의하여 제어된다. 제어기(78)는 세정 챔버(24)나 원격 챔버(42) 내의 상태를 모니터하는 하나 이상의 검출기(106)로부터의 입력이나 장치(20)의 사용자로부터의 입력 중 하나 이상에 따라서 가열 부재(92)에 가변적인 전력 수준을 공급할 수 있다. 받침대(80)는 기판(22)의 이온 가격도(degree of ion bombardment)와 같은 프로세스의 특성에 영향을 미치거나 기판(22)을 받침대(80)에 고정시키기 위하여 전기적으로 바이어스될 수 있는 전극(도시되지 않음)을 선택적으로 포함할 수 있다. 전극에 가해진 바이어스도 제어기(78)에 의해 제어될 수 있다.
도 3A에 도시된 바와 같이, 기판 수용 표면(84) 상의 요부(88)에 다수의 세라믹 볼(90)이 각각 위치할 수 있다. 세라믹 볼(90)은, 각각의 볼(90)의 표면 일 부가 받침대 표면(84) 평면의 위에 위치하도록, 받침대(80)의 표면(84) 내에 매설된다. 이와 같이 하여, 볼(90)의 상부 영역(144)은 N 개의 분리된 영역으로 이루어진, 융기된 기판 수용 표면(86)을 구성하게 되며, 여기서 N은 받침대(80)의 표면(84) 내에 매설된 볼(90)의 개수이다. 융기된 기판 수용 표면(86)은 받침대 표면(84)으로부터 수직으로 분리된다. 즉, 융기된 기판 수용 표면(86)은 환형 플레이트(82)의 표면보다 약 0.01mm 내지 약 0.5mm 만큼 더 높다. 가열 받침대(80)의 환형 플레이트(82)의 표면으로부터 수직으로 떨어져서 일련의 분리된 지점들에 의해 기판(22)을 지지함으로써 챔버(24) 내의 가스는 가열 과정 동안에 환형 플레이트(82)의 표면과 기판(22) 사이에서 열을 전달할 수 있게 된다. 환형 플레이트(82)의 표면 위에 기판(22)을 걸침으로써 환형 플레이트(82)의 표면에 기판(22)을 접촉시키는 경우와 비교하여 더욱 균일하게 기판(22)을 가열할 수 있게 되는데, 이는 열적 접촉(thermal contact)은 열 전도성에서의 국부적인 변동 및 플레이트(82)의 표면 접촉 특성에 의해 직접적으로 영향받지 않기 때문이다.
일 태양에서는, 세라믹 볼(90)이 구 형상이며, 볼(90)의 지름은 기판 수용 표면을 환형 플레이트의 상부 표면보다 약 0.01mm 내지 약 0.5mm 더 높게 유지하기에 충분한 크기이다. 통상적으로, 볼(90)은 약 1mm 내지 약 3mm의 지름을 가진다. 일 태양에서는, 구형 몸체가 약 2mm의 지름을 가지며 환형 플레이트(82)의 상부 표면으로부터 약 0.04mm 돌출한다. 세라믹 볼(90)은 질화 규소, 산화 지르코늄, 사파이어, 합성 강옥(synthetic corundum), 및 산화 알루미나 중 하나 이상을 포함하며, 일 태양에서는 산화 알루미늄을 포함한다.
환형 플레이트(82)는 브레이징 접합부(brazed bond)에 의해 서로 접합되는 2개의 디스크(94, 96)로서 구성된다. 일 태양에서는, 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 환형 플레이트(82)가 융기된 기판 수용 표면(86)을 가지는 제1 디스크(94)를 포함한다. 제1 디스크(94)는 약 10mm 내지 약 30mm의 두께 및 약 10cm 내지 약 70cm의 지름을 가진다. 디스크(94)의 지름은 처리될 기판의 치수에 따른다. 디스크(94)의 수용 표면은 다수의 요부(88)를 포함하는데, 이들 각각은 세라믹 볼(90)을 수용하기에 충분한 깊이와 지름을 가진다. 요부(88)는 기계 가공에 의해 형성될 수 있으며, 제1 디스크 표면에서 요부(88)의 지름이 세라믹 볼(90)의 지름보다 약간 더 작도록 바람직하게는 약 2 내지 약 20도의 각도로 안쪽으로 기울어진 측면을 포함한다. 이러한 방식으로 기계가공된 요부(88)는 환형 플레이트(82)의 표면으로 삽입된 세라믹 볼(90)을 삽입 이후에 가둘 수 있다.
제1 디스크(94)의 지름과 상응하는 지름 및 약 6mm 내지 약 15mm의 두께를 가지는 제2 디스크(96)가 제공된다. 제2 디스크(96)는 가열 부재(92)를 수용하도록 형성된 채널(98)을 포함하며, 알루미늄, 구리, 티타늄, 몰리브덴이나 스테인리스 스틸, 또는 이들의 조합 중 하나 이상으로 제조된다. 일 태양에서는, 제2 디스크가 알루미늄을 포함하며, 브레이징 접합 재료는 알루미늄 브레이징 재료를 포함한다. 가열 부재(92)는 환형 플레이트(82)의 표면(84)을 대략 상온으로부터 약 400℃까지의 온도에서 유지하기에 충분한 전기 저항을 가지는 저항 조립체를 포함한다. 가열 부재(92)에는 디스크의 중심(102) 주위에서 제2 디스크(96)를 통해 연장하는 단말 포트(terminal port)(100)에 의해서 전력이 인가된다.
가열 부재(92)가 매설된 환형 플레이트(82)는 약 5mm의 두께를 가지는 알루미늄 시트로부터 제1 디스크(94)를 기계 가공함으로써 형성될 수 있다. 제1 디스크(94)의 표면(84)으로부터 약 2mm의 깊이를 가지는 요부(88)는 박히는 세라믹 볼(90)의 원하는 위치에 상응하여 디스크(94)의 표면(84) 내부로 천공(drilling)된다. 제2 디스크(96)는 약 11.5mm 내지 약 12.5mm의 두께를 가지는 알루미늄 시트를 제1 디스크(94)와 동일한 지름을 가지도록 기계 가공한다. 구불구불한 채널(98)이 디스크(96) 내에 기계가공되는데, 이러한 채널(98)은 가열 부재(92)의 치수에 상응하는 폭과 깊이를 가진다. 제2 디스크(96)의 중심(102) 주변에는 적어도 한 쌍의 구멍(도시되지 않음)이 천공된다. 천공된 구멍은 가열 부재(92)의 단말(100)의 지름보다 10% 이상 더 큰 지름을 가진다. 가열 부재(92)는 이를 채널(98)로 밀어넣고 천공된 구멍을 통해 단말(100)을 꼽음으로써 제2 디스크(96)의 홈이 형성된 측면에 장착된다. 브레이징 포일(brazing foil)이나 브레이징 혼합물이 제2 디스크(96)의 홈이 형성된 표면상에 배치되어 제2 디스크(96)의 표면을 덮는다. 제1 디스크(94)의 구멍이 형성되지 않은 측면이 브레이징 표면상에 유지되고, 이러한 조립체는 제1 및 제2 디스크(94, 96)의 둘레가 서로 중첩되도록 정렬된다. 상기 조립체는, 고온 프레싱(hot press)에서와 같이, 조립체를 노(furnace)에 배치하고, 브레이징 재료의 용융점보다 높은 온도로 상기 조립체를 가열하며 압력을 가함으로써 서로 접합된다. 이후 상기 조립체는 브레이징 접합부(104)를 형성하도록 냉각된다.
환형 플레이트(82)의 후면은 환형 플레이트(82)를 지지하는데 사용되는 지지 포스트(110)에 설치된다. 지지 포스트(110)는 환형 플레이트(82)의 후면을 수용하도록 구성된 수용 표면을 가지는 로드(rod)를 포함한다. 로드는 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있으며, 중실형(solid) 또는 중공형 구조체일 수 있다. 일 태양에서는, 지지 포스트(110)가 기판(22)을 수용하고 기판(22)을 처리하고 챔버(24)로부터 기판(22)을 제거하기 위한 위치로 받침대(80)를 상승 및 하강시키도록 구성된 벨로우즈(bellows) 및 승강 메커니즘(도시되지 않음)도 포함할 수 있다. 환형 플레이트(82)를 지지 포스트(110)에 체결하는 방법은 지지 포스트(110)를 환형 플레이트(82)의 하부 표면에 용접하고, 환형 플레이트(82)의 하부 표면에 나사형 어댑터(threaded adapter)를 용접시키고, 이후 환형 플레이트(82)를 지지 포스트(110)에 나사결합시키거나 또는 중공 튜브를 환형 플레이트(82)의 하부 표면에 용접하고 이후 중공 튜브를 지지 포스트(110) 클램핑(clamping) 시킴으로써 체결하는 방식을 포함한다.
도 4A 및 4B에 도시된 바와 같이, 활성화 가스를 세정 챔버(24) 내부에 포함시키고 기판 표면에 걸쳐 가스를 분배하기 위해, 몇 개의 부품(112)을 포함하는 프로세스 키트(114)가 제공된다. 프로세스 키트(114)의 부품(112)은 예를 들어, 상부 플레이트(116), 상부 라이너(118), 가스 분배 플레이트(120), 하부 라이너(122), 및 포커싱 링(focus ring)(124)을 구비할 수 있다. 프로세스 키트(11)의 부품(112)은, 예를 들어 부식된 부품을 교체하거나 수리하기 위해, 또는 다른 크기의 기판(22)을 처리하도록 세정 챔버(24)를 조정하기 위해 챔버(24)로부터 쉽게 제거될 수 있다. 프로세스 키트(114) 부품은 석영으로 제조될 수 있는데, 이는 석영 이 수소 래디컬과 같은 프로세스 가스 래디컬의 재결합율을 감소시키는데 효과적이기 때문이다.
상부 플레이트(116)는 도 4A에 도시된 바와 같이 프로세스 가스를 통과시키기 위한 오리피스(130) 및 외부 둘레 에지(128)를 가지는 환형 디스크(126)를 포함한다. 상부 플레이트(116)는 기판 세정 챔버(24)에 맞는 크기를 가지며, 오리피스(130)는, 상부 챔버 벽(32)의 가스 유입 채널(40)과 실질적으로 중첩되도록, 약 40mm 내지 약 45mm 사이의 지름을 가지고 상부 플레이트(116)의 중심 주변에 위치된다. 상부 플레이트(116)는 챔버(24)의 상부 벽(32)과 접촉한다. 상부 플레이트(116)는 상부 라이너(118)와 접촉하여 이에 의해 지지된다. 상부 플레이트(116)는 약 1mm 내지 약 10mm의 두께를 가진다.
상부 라이너(118)는 상부 플레이트(116)의 외부 둘레 에지(128)와 접촉한다. 상부 라이너(118)는 활성화 프로세스 가스를 가두고 세정 챔버(24)의 벽(30)을 활성화 프로세스 가스로부터 보호하는 기능을 하는 실린더를 포함한다. 라이너(118)는 약 0.60cm 내지 약 0.70cm의 두께를 가진다. 일 태양에서는, 상부 플레이트(116)의 외부 둘레 에지(128)가 상부 라이너(118)의 상부 에지(132) 상에 지지된다.
가스 분배 플레이트(120)는 상부 라이너(118)와 접촉하는 상부 표면(134), 하부 표면(136), 및 챔버(24)로 프로세스 가스를 분배하기 위해 관통하는 다수의 구멍(140)을 가진다. 구멍(140)은 기판(22)의 표면으로 프로세스 가스의 균일한 전달을 촉진시키기 위하여 플레이트(120)의 표면에 걸쳐 이격된 관계로 분포되고, 크기가 정해지며, 형성된다. 일 태양에서는, 다수의 구멍(140)이 도 4C에 도시된 바와 같이 각각이 상이한 지름을 구비하는 크기를 가지는 4개 링(139a-d)의 구멍(140a-d)을 포함한다. 일 태양에서는, 가장 안쪽의 제1 구멍(140a)의 제1 링(139a)이 지름(d)을 가지는 크기이다. 각각이 지름(2d)을 가지는 제2 구멍(140b)의 제2 링(139b)은 제1 링(139a)의 반경방향 외부에 위치한다. 각각이 지름(3d)을 가지는 제3 구멍(140c)의 제3 링(139c)은 제2 링(139b)의 반경방향 외부에 위치한다. 각각이 지름(4d)을 가지는 제4 구멍(140d)의 제4 링(139d)은 제3 링(139c)의 반경방향 외부에 위치한다. 구멍(140a-d)의 이러한 배치로 인해서 기판(22)의 표면으로 프로세스 가스를 더욱 균일하게 분배할 수 있다. 일 태양에서는, 제1 구멍(140a)이 약 1 내지 약 5mm인 지름(d)을 가지며 다른 구멍들(140b-d)은 상응하게 크기가 정해진다. 일 예로서, 제1 링의 구멍(140a) 각각은 약 1 내지 약 5mm의 지름을 가지며; 제2 링의 구멍(140b) 각각은 약 2 내지 약 10mm의 지름을 가지며; 제3 링의 구멍(140c) 각각은 약 3 내지 약 15mm의 지름을 가지며; 제4 링의 구멍(140d) 각각은 약 4 내지 약 20mm의 지름을 가진다. 일 태양에서는, 제4 링(139d) 상에 더 많은 개수의 구멍을 구비하고 점진적으로 제3 링(139c), 제2 링(139b), 제1 링(139a)에 대해 점진적으로 더 작은 구멍을 구비하기 위하여 상이한 지름의 구멍(140a-d)도 이격되어 배치된다. 가스 분배 플레이트(120)는 예를 들어 산화 알루미늄이나 산화 규소와 같은 세라믹으로 구성될 수 있으며, 상기 산화 규소는 석영일 수 있다.
하부 라이너(122)는 도 4A 및 4B에 도시된 바와 같이 가스 분배 플레이 트(120)의 하부 표면(136)과 접촉한다. 하부 라이너(122)는 또한 실린더를 포함하는데, 이러한 실린더는 실린더로부터 외부로 연장하는 환형 둘레 에지(142)를 구비한다. 둘레 에지(142)는 가스 분배 플레이트(120)의 하부 표면(136) 및 세정 챔버(24)의 측벽(34)과 접촉한다.
포커싱 링(124)은 활성화 프로세스 가스를 기판(22) 상에 포커싱하기 위하여 제공된다. 도 3B 및 4B에 도시된 바와 같이, 포커싱 링(124)은 내부 플랜지(148)를 포함하는데, 이는 지지 받침대(80)의 둘레 에지 상에 지지되며 기판 둘레에 있는 수직 표면(151)과 결합하는 경사진 상부 표면(150)을 구비한다. 경사진 상부 표면(150)은 약 85도 내지 약 100도, 예를 들어 약 95도의 각도를 가진다. 포커싱 링(124)은 또한 다리(152)를 가지는데, 이는 기판 가열 받침대(80)의 외부 턱(ledge)(154) 주위로 상승된다.
위에서 설명한 프로세스 키트(114) 부품은 활성화 가스로부터 이온 종을 필터링하도록 활성화 가스로부터 이온 종을 흡착하기 위하여, 예를 들어 석영과 같은 필터링 재료를 포함할 수 있다. 일 태양에서는, 상부 플레이트(116), 상부 라이너(118), 가스 분배 플레이트(120), 하부 라이너(122) 및 포커싱 링(124)의 표면들 중 적어도 일부가, 예를 들어 석영 코팅과 같이 석영을 포함한다. 석영은 물리 기상 증착이나 열수 증착(hydrothermal deposition)에 의하여 이러한 프로세스 키트(114) 부품의 표면상에 증착될 수 있다. 이러한 표면들 상의 석영층에 대한 적절한 두께는 약 0.01mm 내지 약 4mm이다. 일 태양에서는, 프로세스 키트(114) 부품(112)이 석영으로 이루어진다.
석영 표면(74)은 활성화 세정 가스로부터 수소 이온 종을 최적으로 필터링하도록 배치될 수 있다. 일 태양에서는, 석영 표면(74)이 가스 에너자이저 영역(54) 및 세정 챔버(24)를 연결하는 세라믹 라이너(60)의 일부의 내부 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 라이너(60)는 석영 튜브를 포함할 수 있다. 또 다른 태양에서는, 석영 표면(74)이 예를 들어 가스 분배 플레이트(120)의 상부 표면과 같이 가스 분배기의 하나 이상의 표면을 포함한다. 석영 표면은 또한, 활성화된 세정 가스를 추가로 필터링하기 위하여, 예를 들어 프로세스 영역 위와 같이 기판과 원격 영역 사이에 위치되는 와어어 그리드(wire grid)도 포함할 수 있다.
장치(20)의 세정 챔버(24) 내에서 실행되는 한 가지 세정 프로세스에서, 기판(22)의 온도는 증착물 내의 산화물의 환원을 위한 최적의 조건을 제공하도록 설정될 수 있으며, 수소 함유 래디컬과 증착물 사이의 화학 반응을 가속시키도록 설정될 수도 있다. 예를 들어, 기판(22)의 온도는 약 150℃ 내지 약 450℃와 같이 약 0도부터 500℃에서 유지되거나, 약 150℃ 내지 약 350℃와 같이 약 25℃ 내지 약 350℃까지도 유지될 수 있다. 일 태양에서는, 높은 바이어스 전력 수준은 활성화 세정 가스에서 기판(22)의 이온 가격을 증가시킬 수 있으므로, 세정 프로세스 동안에 기판(22)에 가해지는 바이어스 전력 수준이 바람직하게 낮을 수 있다. 적절한 바이어스 전력 수준은 약 0 내지 약 10와트, 약 1 내지 약 10와트와 같이 약 100와트보다 작을 수 있으며, 실질적으로 0이 될 수도 있다. 다른 태양에서는, 세정률을 증가시키도록, 100와트보다 더 큰, 나아가서는 약 100와트 내지 약 200와트 사이와 같이 더 높은 바이어스 전력 수준이 가해질 수 있다.
기판(22)의 세정은 기판(22)으로부터 증착물을 제거하기 위해 열 처리나 어닐링 과정을 실행함으로써 향상될 수 있다는 것이 추가로 밝혀졌다. 열 처리 과정에서 기판(22)은 기판(22)으로부터 재료를 기화시키기에 충분히 높은 온도로 가열된다. 또한, 기판(22) 상에 산화물이 형성되는 것을 방지하기 위하여 열 처리 과정 동안 환원가스 흐름이 제공될 수 있다. 적절한 환원 가스는 예를 들어 H2 와 같은 수소 함유 가스를 포함할 수 있다. 열 처리 과정은 활성화 수소 래디컬 세정 과정에 앞서 기판(22)의 비교적 완만한 초기 세정을 제공하기 위하여, 예를 들어 환원가스에 RF 나 마이크로파 에너지를 실질적으로 가하지 않는 것과 같이, 환원 가스에 실질적으로 에너지를 가하지 않고 실행될 수 있다.
적절한 세정 프로세스의 일 태양에서는, 300 sccm의 H2 와 같이 약 50 내지 약 1000 sccm의 H2 및 3 sccm의 H2O와 같이 약 0 내지 약 10 sccm의 H2O를 포함하는 세정가스가 1050와트와 같이 약 300와트 내지 약 3000와트의 전력 수준을 가함으로써 원격 가스 에너자이저(52)의 챔버(42) 내에서 활성화된다. 원격 챔버(42) 압력은 약 1 Torr와 같이 약 10 Torr 미만에서 유지된다. 50와트와 같이 약 0 내지 약 100와트의 바이어스 전력 수준이 기판(22)을 바이어스시키기 위해 가해지며, 기판(22)의 온도는 250℃와 같이 약 150℃ 내지 약 450℃에서 유지된다. 세정 프로세스는 세정된 표면을 제공하도록 증착물을 실질적으로 제거한다.
세정 프로세스가 종료된 이후에, 챔버(24) 내의 압력은 약 10 mTorr 보다 낮은 압력으로 감소하여, 사용된 세정 가스 및 세정 부산물을 배출시키고 세정 챔 버(24)에 의한 다중 챔버 장치(26)의 오염 가능성을 감소시킨다. 기판(22)은 이후 진공하에서 이송 로봇(19)을 가지는 기판 이송 챔버를 통해 증착 챔버로 전달되어 구리, 알루미늄, 탄탈, 텅스텐, 질화 탄탈 및 질화 텅스텐 중 하나 이상과 같은 제2 금속 함유 전도체(21)를 새롭게 세정된 금속 함유 전도체 표면상에 증착할 수 있다.
기판(22)을 처리하기에 적합한 다중 챔버 장치(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 세정 챔버(24)를 구비할 수 있는 하나 이상의 프로세스 챔버(28a-d)를 포함한다. 챔버는 전기, 배관(plumbing), 및 기타 지원 기능(support function)을 제공하는 플랫폼상에 장착된다. 통상적으로 플랫폼은 처리할 기판(22) 카세트(158)를 수용하기 위한 로드 록(load lock)(156)과 프로세싱을 위하여 기판(22)을 카세트(158)로부터 여러 챔버(28a-d)로 이송시키고 프로세싱 이후에 다시 회수시키는 로봇(162)을 포함하는 기판 이송 챔버(154)를 지지한다. 여러 챔버(28a-d)는 예를 들어 세정 챔버(24), 웨이퍼 상에 물질을 증착하기 위한 증착 챔버(28b), 선택적으로 열 처리 챔버(28c), 및 기타 프로세싱 챔버를 구비할 수 있다. 예를 들어, 일 태양에서는, 챔버 중 하나가 기판(22) 상의 금속 함유 전도체 상에 형성된 증착물을 제거하기 위한 세정 챔버(24)를 포함한다. 세정 프로세스가 종료된 이후에, 기판(22)은 금속 함유 전도체와 같은 물질을 세정된 기판(22) 상에 증착시키기 위하여 로봇(162)에 의해 증착 챔버(28d)로 이송될 수 있다. 또한, 기판(22)은 제1 챔버(28b)에서 증착된 제1 물질 위에 또 다른 금속 함유 전도체와 같은 또 다른 물질을 증착할 수 있는 제2 증착 챔버(28c)로 로봇(162)에 의하여 이송될 수 있다. 챔 버(28a-d)는 기판 이송 챔버(154)의 벽(164) 내에 연속적인 진공 환경을 형성하도록 서로 연결되어 기판(22)의 오염을 감소시키며 중단 없이 진행할 수 있는 프로세스를 제공한다. 이송 챔버(154)는 배기 포트(164)를 가지는 벽(160)을 포함하여 가스를 배출시키고 약 10 mTorr 미만의 압력과 같이 낮은 압력 환경을 유지시킴으로써 챔버의 오염을 감소시킨다.
다중 챔버 장치(26)는 하드웨어 인터페이스를 통해 제어기(170)에 의하여 작동될 수 있다. 제어기(170)는 메모리 및 주변 컴퓨터 부품에 연결되는 중앙 처리 장치(CPU)를 가지는 컴퓨터(도시되지 않음)를 포함한다. 바람직하게는, 메모리가 예를 들어 CD 나 플로피 디스크와 같은 이동형 저장 매체와 하드 드라이버와 같은 비이동형 저장 매체, 및 램(RAM)을 포함할 수 있다. 제어기(170)는 또한 예를 들어 아날로그와 디지털 입력 및 출력 보드, 인터페이스 보드, 및 모터 제어기 보드를 포함하는 다수의 인터페이스 카드를 포함할 수 있다. 일 태양에서는, 제어기(170)가 메모리, 예를 들어 비이동형 저장 매체나 이동형 저장 매체 상에 저장도리 수 있는 컴퓨터 판독 가능 프로그램을 포함한다. 일반적으로 컴퓨터 판독 가능 프로그램은, 예를 들어, 챔버(28a-d) 및 그 부품, 이송 챔버(154) 및 로봇(162)을 작동시키기 위한 프로그램 코드를 포함하는 프로세스 제어 소프트웨어, 챔버 내에서 실행되는 프로세스를 모니터하기 위한 프로세스 모니터링 소프트웨어, 안전 시스템 소프트웨어, 및 기타 소프트웨어를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 프로그램은 어떠한 종래의 컴퓨터 판독 가능 프로그램 언어로도 기록될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예가 도시되고 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기 술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 본 발명을 구체화하는 다른 실시예를 고안해낼 수도 있을 것이다. 예를 들어, 챔버(24)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 수 있는, 구체적으로 기술된 부품들 이외의 부품을 포함할 수도 있을 것이다. 또한, 용어, "아래(below)", "하부(bottom)", "상부(top)", "위(up)", "아래(down)", "제1(first)", "제2(second)" 및 기타 상대적이거나 위치에 관계된 용어들은 도면의 예시적인 실시예와 관련하여 사용된 것이며 따라서 교체하여 사용할 수도 있다. 그러므로 첨부된 청구범위는 본 발명을 설명하기 위해 본 명세서에서 기술되는 바람직한 태양, 재료, 또는 공간적 배치에 관한 설명에 한정되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 원격 챔버의 가스 배출 채널을 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결하기 위한 소모성 세라믹 라이너로서,
    (a) 상기 원격 챔버의 가스 배출 채널에 맞는 크기의 외부 지름을 가지는 유입 실린더;
    (b) 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결되는 배출 실린더; 및
    (c) 상기 유입 실린더를 상기 배출 실린더에 연결하는 원뿔형 플레어;를 포함하는,
    소모성 세라믹 라이너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출 실린더의 길이에 대한 상기 원뿔형 플레어의 길이의 비가 약 1:2 내지 약 1:8인,
    소모성 세라믹 라이너.
  3. 제1항에 있어서,
    원격 가스 에너자이저에서 발생된 활성화 가스로부터 이온 종을 제거할 수 있는 세라믹 재료를 포함하는,
    소모성 세라믹 라이너.
  4. 원격 챔버의 가스 배출 채널을 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결하기 위해 상부 챔버 벽으로 세라믹 라이너를 삽입하기 위한 방법으로서,
    상기 세라믹 라이너가 상기 원격 챔버의 가스 배출 채널에 맞는 크기의 유입 실린더, 기판 세정 챔버의 가스 유입 채널에 연결되는 배출 실린더, 및 상기 유입 실린더를 상기 배출 실린더에 연결하는 원뿔형 플레어를 포함하고,
    상기 방법이,
    (a) 상기 세라믹 라이너의 배출 실린더 위로 라이너 잠금 실린더를 배치시키는 단계;
    (b) 상기 세라믹 라이너의 배출 실린더로 라이너 유지 공구를 슬라이딩시키는 단계로서, 상기 라이너 유지 공구의 외부 지름이 상기 배출 실린더의 내부 지름과 맞닿도록 크기가 정해지는, 슬라이딩 단계;
    (c) 상기 라이너 유지 공구를 파지하여 상기 세라믹 라이너의 유입 실린더를 상기 원격 챔버의 가스 배출 채널로 삽입하는 단계;를 포함하는,
    세라믹 라이너 삽입 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    (d) 상기 잠금 실린더의 환형 플랜지를 상기 상부 챔버 벽의 상응하는 환형 립 안으로 고정시키기 위하여 상기 라이너 유지 공구를 비트는 단계;를 더 포함하는,
    세라믹 라이너 삽입 방법.
  6. 기판 세정 챔버용 기판 가열 받침대로서,
    (a) 요부 세트를 구비하는 기판 수용 표면을 가지는 제1 디스크, 가열 부재를 수용하도록 형성된 채널을 가지는 제2 디스크, 및 상기 제1 및 제2 디스크를 연결하는 브레이징 접합부를 포함하는 환형 플레이트;
    (b) 상기 기판 수용 표면상의 요부에 각각 배치되는 다수의 세라믹 볼; 및
    (c) 상기 환형 플레이트에 매설되는 가열 부재;를 포함하는,
    기판 가열 받침대.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세라믹 볼은 산화 알루미나, 석영, 사파이어, 질화 규소, 합성 강옥, 산화 지르코늄, Al2O3, 또는 이들은 혼합물로 이루어지는,
    기판 가열 받침대.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 세라믹 볼은 약 1 내지 약 3mm의 지름을 가지는,
    기판 가열 받침대.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 세라믹 볼의 지름은 상기 기판 수용 표면을 상기 환형 플레이트의 상부 표면보다 약 0.01mm 내지 약 0.5mm 만큼 더 높게 유지할 수 있는 크기인,
    기판 가열 받침대.
  10. 기판 처리 챔버용 가스 분배 플레이트로서,
    (a) 각각이 지름(d)을 가지는 제1 구멍의 제1 링;
    (b) 각각이 지름(2d)을 가지는 제2 구멍의 제2 링으로서, 상기 제2 링은 상기 제1 링의 반경방향 외부에 위치하는, 제2 구멍의 제2 링;
    (c) 각각이 지름(3d)을 가지는 제3 구멍의 제3 링으로서, 상기 제3 링은 상기 제2 링의 반경방향 외부에 위치하는, 제3 구멍의 제3 링;
    (d) 각각이 지름(4d)을 가지는 제4 구멍의 제4 링으로서, 상기 제4 링은 상기 제3 링의 반경방향 외부에 위치하는, 제4 구멍의 제4 링;을 포함하는,
    가스 분배 플레이트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지름(d)은 약 1 내지 약 5mm인,
    가스 분배 플레이트.
  12. 제10항에 있어서,
    세라믹으로 이루어지는,
    가스 분배 플레이트.
  13. 기판 가열 받침대와 면하는 가스 분배 플레이트를 유지하는 챔버 리드를 가지는 기판 세정 챔버용 프로세스 키트로서,
    (a) 상기 챔버 리드와 접촉하는 상부 플레이트로서, 상기 석영 상부 플레이트가 프로세스 가스를 통과시키기 위한 오리피스를 가지며, 둘레 에지를 가지는, 상부 플레이트;
    (b) 상기 석영 상부 플레이트의 둘레 에지와 접촉하며 상기 가스 분배 플레이트 위에 위치하는 상부 라이너;
    (c) 상가 가스 분배 플레이트 아래의 하부 라이너; 및
    (d) 상기 기판 가열 받침대의 둘레 에지 상에 지지되는 포커싱 링;을 포함하는,
    프로세스 키트.
  14. 제13항에 있어서,
    상부 플레이트, 상부 라이너, 하부 라이너, 및 포커싱 링 모두가 석영을 포함하는,
    프로세스 키트.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 포커싱 링이 상기 기판 가열 받침대의 둘레 에지 상에 지지되는 내부 플랜지를 포함하고, 상기 내부 플랜지는 기판 둘레에 있는 수직 표면에 연결되는 경사진 상부 표면을 포함하는,
    프로세스 키트.
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