KR20150094712A - 기판 프로세싱 챔버 컴포넌트들을 위한 열 복사 배리어 - Google Patents
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Abstract
감소된 에너지 손실들을 갖는, 기판 지지 가열기 및 연관된 챔버 컴포넌트들을 위한 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 기판 지지 가열기가 제공된다. 기판 지지 가열기는, 기판을 수용하기 위한 제 1 표면 및 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 갖는 가열기 본체, 가열기 본체 내에서 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 배치된 가열 엘리먼트, 및 가열기 본체의 제 2 표면 상에 배치된 열 배리어를 포함하고, 열 배리어는 제 1 층 및 제 1 층 상에 배치된 제 2 층을 포함한다.
Description
[0001]
본 발명의 실시예들은, 기판들 상에서의 전자 디바이스들의 제조시의 열 프로세스들에서 활용되는 챔버들 및 챔버 컴포넌트들에서 사용하기 위한 열 배리어(thermal barrier)에 관한 것이다.
[0002]
반도체 제조에서, 기판 프로세싱 챔버들은 일반적으로, 기판 상에 전자 디바이스들을 제조하기 위해 사용된다. 이러한 챔버들은 가열기를 포함하는데, 가열기는 전형적으로 디스크-형상 본체의 형태이며, 세라믹 물질로 만들어지고, 그리고 디스크-형상 본체에 내장된(embedded) 가열 엘리먼트를 포함한다. 가열기는 기판을 지지하는 데에 사용되고, 가열 엘리먼트는, 증착, 주입(implantation), 또는 에칭을 포함하는, 기판 상의 전자 디바이스 제조 프로세스를 용이하게 하기 위해, 기판을 원하는 온도로 가열시키는 데에 사용된다. 전형적으로, 가열기들, 및 가열기 내부에 내장된 가열 엘리먼트들은, 전형적으로 디스크-형상 본체의 상부 표면인, 세라믹 본체의 기판 수용 표면에 균일한 열 에너지를 가하도록 구성된다.
[0003]
대량의 에너지가 가열기의 가열 엘리먼트에 가해지고, 가열 엘리먼트에 가해진 열은 일반적으로, 복사, 전도 및/또는 대류에 의해 기판에 전달된다. 그러나, 가열 엘리먼트에 가해진 에너지의 상당 부분은, 디스크-형상 본체의 배면(backside)(기판 수용 표면의 반대편)뿐만 아니라 디스크-형상 본체의 부 표면들(minor surfaces)(측부들(sides))을 통해 손실된다. 이러한 손실된 에너지는 일반적으로, 이러한 표면들로부터, 가열기가 설치된 챔버로 복사된다. 이러한 표면들로부터의 손실 에너지는, 손실되지 않았다면 기판을 가열시키는 데에 사용되었을 열 에너지를 없앰으로써(freeing), 프로세스의 효율을 떨어뜨린다. 손실 에너지는 또한, 다른 챔버 컴포넌트들에 의해 흡수될 수 있는데, 챔버 컴포넌트들 중 일부 컴포넌트들은, 이러한 챔버 컴포넌트들 상의 증착을 방지하기 위해, 가열기의 온도 및/또는 기판의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도에서 유지될 필요가 있다. 결과적으로, 가열기에 의해 복사된 열 에너지를 제거하기 위해, 챔버 컴포넌트들은 냉각 유체들에 의해 냉각되어야만 한다. 따라서, 종래의 가열기들은, 열 에너지로 변환되는, 전력의 비효율적인 사용을 제공하고, 주변 챔버 컴포넌트들의 가열은, 이러한 과도한 열을 제거하기 위한 추가적인 냉각 장치 및 방법들을 필요로 하는데, 이들 양자 모두는 소유 비용에 일조한다. 또한, 챔버 내부에서 수행되는 프로세스들에 의해 가열되는 챔버 컴포넌트들의 표면들, 예컨대, 챔버 측벽들은 이러한 열 에너지를 주위 환경에 빼앗길 수 있다. 이러한 손실 에너지는 제조 프로세스의 효율을 더 감소시키고, 소유 비용을 부가할 수 있다.
[0004]
따라서, 열 에너지 손실들을 감소시키기 위해 챔버 컴포넌트들에 적용되는 열 복사 배리어에 대한 필요가 존재한다.
[0005]
기판 지지 가열기 및 연관된 챔버 컴포넌트들의 열 손실들을 감소시키기 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 기판 지지 가열기는 디스크-형상 본체를 포함할 수 있고, 코팅, 필름, 포일(foil), 또는 시트(sheet)가, 복사 배리어로서, 디스크-형상 본체의 적어도 하나의 주 표면에 커플링된다. 복사 배리어는 또한, 디스크-형상 본체의 부 표면들(측부들)에, 코팅, 필름, 포일, 또는 시트의 형태로 커플링될 수 있다. 복사 배리어는, 열 에너지를 반사하도록 그리고/또는 디스크-형상 본체의 외부로의 열 전달을 최소화하도록 활용될 수 있다. 복사 배리어는 디스크-형상 본체의 적어도 하나의 주 표면의 열 균일성을 적어도 2배만큼 개선시킨다. 코팅, 필름, 포일, 또는 시트는 이트륨(Y) 함유 물질들, 예컨대, 이트륨 안정화 지르코늄 산화물(yttrium stabilized zirconium oxide)(ZrO2)을 포함할 수 있다. 코팅, 필름, 포일, 또는 시트는 페로브스카이트(Perovskite)와 같은 산화 광물 종(oxide mineral species)을 포함할 수 있다. 코팅, 필름, 포일, 또는 시트는, 소결, 플라즈마 스프레이(plasma spray), 전자 빔 증착, 물리 기상 증착, 및 이들의 조합들에 의해, 디스크-형상 본체의 표면들에 접착된, 단층(mono-layer) 또는 다층들(multiple layers)일 수 있다. 코팅, 필름, 포일, 또는 시트는 나노-물질들뿐만 아니라 나노-크기 원소 물질들(elemental materials) 및 화합물들을 포함할 수 있다. 코팅, 필름, 또는 시트는, 두께, 밀도, 복사율, 및 이들의 조합들과 같은 상이한 특성들을 갖는 다층들을 포함할 수 있다.
[0006]
일 실시예에서, 기판 지지 가열기가 제공된다. 기판 지지 가열기는, 기판을 수용하기 위한 제 1 표면 및 제 1 표면에 대향하는(opposing) 제 2 표면을 갖는 가열기 본체, 가열기 본체 내에서 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 배치된 가열 엘리먼트, 가열기 본체의 제 2 표면에 커플링된 스템(stem), 및 가열기 본체의 제 2 표면 상에 배치된 열 배리어를 포함하고, 열 배리어는 코팅, 시트 또는 포일을 포함한다.
[0007]
다른 실시예에서, 증착 챔버가 제공된다. 증착 챔버는, 챔버의 하나 또는 그 초과의 측벽들에 의해서 정의된 내부 용적, 및 내부 용적에 배치된 기판 지지 가열기를 포함한다. 기판 지지 가열기는, 기판을 수용하기 위한 제 1 표면 및 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 갖는 가열기 본체, 가열기 본체 내에서 제 1 표면과 제 2 표면 사이에 배치된 가열 엘리먼트, 가열기 본체의 제 2 표면에 커플링된 스템(stem), 및 가열기 본체의 제 2 표면 상에 배치된 열 배리어를 포함하고, 열 배리어는 코팅, 시트 또는 포일을 포함한다.
[0008]
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된, 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 증착 시스템의 개략적인 단면도이다.
[0010] 도 2는 도 1의 기판 지지 가열기의 간략화된 단면도이다.
[0011] 도 3은 도 2의 열 배리어 및 가열기 본체의 확대된 부분 단면도이다.
[0012] 도 4a는 기판 지지 가열기의 다른 실시예의 측단면도이다.
[0013] 도 4b는 도 4a의 기판 지지 가열기의 일 부분의 확대된 단면도이다.
[0014] 도 4c는 도 4a의 기판 지지 가열기의 일 부분의 확대된 단면도이다.
[0015] 도 5는 도 1의 증착 시스템에서 사용될 수 있는 기판 지지 가열기의 다른 실시예의 간략화된 단면도이다.
[0016] 도 6은 도 1의 증착 시스템에서 사용될 수 있는 기판 지지 가열기의 다른 실시예의 간략화된 단면도이다.
[0017] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 요소들을 나타내는데 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시되는 요소들이 구체적인 언급 없이 다른 실시예들에서 유리하게 사용될 수 있다는 점이 고려된다.
[0009] 도 1은 증착 시스템의 개략적인 단면도이다.
[0010] 도 2는 도 1의 기판 지지 가열기의 간략화된 단면도이다.
[0011] 도 3은 도 2의 열 배리어 및 가열기 본체의 확대된 부분 단면도이다.
[0012] 도 4a는 기판 지지 가열기의 다른 실시예의 측단면도이다.
[0013] 도 4b는 도 4a의 기판 지지 가열기의 일 부분의 확대된 단면도이다.
[0014] 도 4c는 도 4a의 기판 지지 가열기의 일 부분의 확대된 단면도이다.
[0015] 도 5는 도 1의 증착 시스템에서 사용될 수 있는 기판 지지 가열기의 다른 실시예의 간략화된 단면도이다.
[0016] 도 6은 도 1의 증착 시스템에서 사용될 수 있는 기판 지지 가열기의 다른 실시예의 간략화된 단면도이다.
[0017] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 요소들을 나타내는데 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시되는 요소들이 구체적인 언급 없이 다른 실시예들에서 유리하게 사용될 수 있다는 점이 고려된다.
[0018]
감소된 에너지 손실들을 갖는, 기판 지지 가열기 및 연관된 챔버 컴포넌트들을 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예들은, 약 400도씨 초과의 온도들에서의 부식성 플라즈마 환경에서, 기판 상에 필름들을 증착시키는 단계(depositing) 및 연관된 세정 프로세스들을 위해, 기판 지지 가열기를 사용하는, 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다.
[0019]
도 1은 증착 시스템(100)의 개략적인 단면도이다. 증착 시스템(100)은, 화학 기상 증착(CVD) 프로세스, 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 프로세스, 또는 원자 층 증착(ALD) 프로세스에서의 전구체 유체들의 해리(dissociation)에 의해, 물질들을 얇은 필름들의 형태로 기판 상에 증착시키도록 구성될 수 있다. 증착 시스템(100)은 반응기 챔버(105), 기판 지지 가열기(110), 및 반응기 챔버(105)의 내부 용적에 배치된 가스 분배 샤워헤드(115)를 포함한다. 무선 주파수(RF) 전력 공급부는, 플라즈마 강화 프로세스들을 위해, 무선 주파수 전력을 반응기 챔버(105)에 제공한다. 진공 시스템은, 반응기 챔버(105)의 내부 용적에서의 명시된 압력을 유지하는 데에 사용되고, 그리고 또한, 가스성 부산물들 및 소모된 가스들을 반응기 챔버(105)의 내부 용적으로부터 제거한다.
[0020]
기판 지지 가열기(110)는, 가열기가 가스 분배 샤워헤드(115)에 대향하는 관계로 기판(120)을 지지하는 프로세싱 포지션에 도시된다. 기판 지지 가열기(110)는, 가스 분배 샤워헤드(115)를 향하여 그리고 그로부터 멀어지게 기판 지지 가열기(110)를 이동시키는 리프트 시스템(lift system; 125)에 커플링된다. 리프트 플레이트(130)가 또한, 리프트 시스템(125)에 커플링될 수 있다. 리프트 시스템(125)은, 반응기 챔버(105)의 본체(140)에 형성된 기판 전달 포트(135)에 인접한 포지션으로 기판 지지 가열기(110)를 낮추도록 동작할 수 있다. 리프트 시스템(125)은 또한, 기판 지지 가열기(110)로부터 기판(120)을 이격시키도록 리프트 핀들(145)을 액츄에이팅하기 위해, 리프트 플레이트(130)를 상승시킬 수 있으며, 로봇 블레이드(도시되지 않음)가 기판(120)을 기판 전달 포트(135)를 통해 전달할 수 있다.
[0021]
동작 시, 전구체 가스들이, 하나 또는 그 초과의 가스 소스들로부터, 반응기 챔버(105)의 본체(140) 상에 배치된 덮개(lid) 플레이트(150)에 제공된다. 전구체 가스들은, 덮개 플레이트(150)의 하부 표면과 가스 분배 샤워헤드(115)의 상부 표면 사이에 형성된 인터스티셜 용적(interstitial volume; 155)으로 유동된다. 그런 다음에, 전구체 가스들은 가스 분배 샤워헤드(115)에 형성된 개구부들(160)을 통해 유동된다. RF 전력 공급부는, 기판(120)과 가스 분배 샤워헤드(115)의 하부 표면 사이의 프로세싱 용적(165)에서 전구체 가스들의 플라즈마를 생성하기 위해, 기판 지지 가열기(110)의 전극(162)에 대해 가스 분배 샤워헤드(115)를 바이어싱하는 데에 사용된다. 덮개 플레이트(150) 및 가스 분배 샤워헤드(115)는 절연 부재들(167)에 의해 반응기 챔버(105)의 본체(140)로부터 절연될 수 있다. 전구체 가스들이 프로세싱 용적(165)에서 해리되고, 종(species)이 기판(120)의 상부 표면 상에 증착되어 기판(120)의 상부 표면 상에 전자 디바이스들을 형성한다.
[0022]
증착 프로세스 동안, 기판(120)은, 내장된 가열 엘리먼트(170)에 의해, 원하는 온도로 가열된다. 기판(120)의 온도는, 기판(120) 상의 증착을 용이하게 하기 위해, 약 200도씨 내지 약 700도씨, 또는 그 초과의 온도로 유지될 수 있다. 증착이 요구되지 않는, 기판 지지 가열기(110)의 다른 부분들은, 증착 링(175)에 의해 쉴딩된다(shielded). 부가적으로, 기판 지지 가열기(110)뿐만 아니라 프로세싱 용적(165)에 근접한, 반응기 챔버(105)의 다른 컴포넌트들은, 그러한 컴포넌트들 상으로의 증착을 방지하기 위해, 저온들(예를 들어, 약 100도씨 미만)로 유지된다.
[0023]
기판 지지 가열기(110)의 가열 엘리먼트(170)로부터의 열을 격리(isolating)시키는 것을 돕기 위해, 열 배리어(180)가 기판 지지 가열기(110)의 표면 상에 배치된다. 예를 들어, 열 배리어(180)는 기판 지지 가열기(110)의 하부 표면 상에 배치될 수 있다. 열 배리어(180)는 또한, 기판 지지 가열기(110)의 부 측부(즉, 엣지)의 일 부분을 따라 연장될 수 있다. 열 배리어(180)는, 열 에너지를 기판 지지 가열기(110)의 본체에 포획(trapping)해둠으로써, 가열 엘리먼트(170)에 인가되는 전력의 더 효율적인 사용을 제공한다. 열 배리어(180)는, 가열 엘리먼트(170)로부터의 열 에너지를 기판 지지 가열기(110)의 기판 수용 표면 및 기판(120)을 향하여 채널링(channel)하기 위한 복사 배리어를 제공한다. 따라서, 열 배리어(180)는, 가열 엘리먼트(170)를 동작시키는 데에 더 적은 에너지를 활용하면서, 기판(120)에 걸친 균일성 및/또는 온도 제어를 강화시킨다. 열 배리어(180)는 또한, 열이 기판 지지 가열기(110)의 본체 밖으로 복사되는 것을 방지하고, 이에 의해, 반응기 챔버(105)의 본체(140)와 같은, 챔버 컴포넌트들 및 구조들의 내부 표면들의 가열을 최소화하는 데에 활용될 수 있다.
[0024]
열 배리어(180)가, 챔버 컴포넌트들 및 구조들의 가열을 감소시키기 위해 기판 지지 가열기(110)로부터의 복사를 최소화함에도 불구하고, 반응기 챔버(105)의 본체(140)의 온도는, 본체 상으로의 증착을 촉진시킬 수 있는 온도에 있을 수 있다. 따라서, 라이너들(liners; 185)이, 반응기 챔버(105)의 내부 표면들 상으로의 증착을 방지하기 위해, 기판 지지 가열기(110)와 본체(140) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 냉각 유체들을 반응기 챔버(105)의 본체(140)로 유동시키기 위해, 열 교환 시스템이 반응기 챔버(105)에 커플링될 수 있고, 이에 의해, 반응기 챔버(105)로부터의 열을 분산시키고, 반응기 챔버(105)의 특정 부분들을 안정적인 프로세싱을 위한 적합한 온도로 유지시킬 수 있다. 열 배리어(180)는 또한, 반응기 챔버(105)를 열적으로 절연시키기 위해, 반응기 챔버(105)의 본체(140)의 외측 표면들 상에 배치될 수 있다. 리프트 플레이트(130)는 또한, 기판 지지 가열기(110) 상의 열 배리어(180)를 향해 열을 반사시키기 위해, 폴리싱된 표면과 같은 열 반사성 표면(190)을 포함할 수 있다. 리프트 플레이트(130)는 또한, 기판 지지 가열기(110)를 향한 열 에너지의 반사를 용이하게 하기 위해, 리프트 플레이트(130)의 하부 표면 상에 코팅(195)을 포함할 수 있다. 코팅(195)의 예들은 질화 붕소 또는 경질의 양극처리된 알루미늄(hard anodized aluminum)을 포함할 수 있다.
[0025]
도 2는 도 1의 기판 지지 가열기(110)의 간략화된 단면도이다. 기판 지지 가열기(110)는 페데스탈 조립체(205) 상에 배치된 가열기 본체(200)를 포함한다. 가열기 본체(200)는 가열 엘리먼트(170), 및 RF 전력 공급부에 커플링되고 접지 평면(ground plane)으로서 기능할 수 있는 전극(162)을 포함한다. 페데스탈 조립체(205)는, RF 전력을 위한 신호 도관(215A), 가열 엘리먼트(170)의 제어를 위한 신호 도관(215B)뿐만 아니라 가열기 본체(200)의 온도를 모니터링하기 위한 열전대(220)를 포함하는 샤프트(210)를 포함한다. 열전대(220)는 가열 엘리먼트(170)의 온도 및/또는 가열기 본체(200)의 온도를 측정한다. 일 실시예에서, 열전대(220)는 가열기 본체(200)에 적어도 부분적으로 내장된 팁 섹션(tip section; 218)을 포함한다. 팁 섹션(218)은, 온도 신호의 반응 시간을 감소시키기 위해, 높은 열 전도도를 갖는 물질 또는 코팅을 포함한다. 일 실시예에서, 팁 섹션(218)은, 약 385 미터 켈빈 당 와트(W/mK) 또는 그 초과의 열 전도도, 예컨대 약 406W/mK 내지 약 1,000W/mK의 열 전도도를 갖는 물질을 포함한다. 팁 섹션(218)을 위한 물질들의 예들은 구리(Cu), 은(Ag), 다이아몬드, 합금들 및 이들의 유도체들(derivatives)을 포함한다. 높은 열 전도성 물질 또는 코팅을 갖는 팁 섹션(218)은, 약 10% 초과만큼 열전대(220)의 반응 시간을 감소시킬 수 있고, 이는 결과적으로, 가열 엘리먼트(170)의 온도를 제어하기 위한 더 신속하고 더 정밀한 전력 인가를 허용함으로써, 개선된 프로세스 제어를 제공한다.
[0026]
가열기 본체(200)는, 부식성의 플라즈마 환경에 직면하여, 적어도 약 400도씨, 및 그 초과의 온도들에서의 사용과 양립 가능한(compatible) 물질들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 가열기 본체(200)는 질화 알루미늄(AlN)과 같은 세라믹 물질을 포함한다. 다른 실시예들에서, 가열기 본체(200)는 스테인리스 스틸, 니켈, 이들의 합금들 및 이들의 조합들로 제조될 수 있다. 샤프트(210)는, AlN과 같은 세라믹 물질로 제조된 관형(tubular) 부재일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 유전체 플러그들(225A-225E)은, 신호 도관들(215A 및 215B)을 전기적으로 격리시킬뿐만 아니라 열전대(220)를 열적으로 절연시키도록, 샤프트(210)의 내부 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 샤프트(210)는, 확산 용접(diffusion welding) 방법과 같은 확산 본딩(230), 또는 다른 적합한 본딩 방법에 의해, 가열기 본체(200)에 커플링될 수 있다.
[0027]
도 2에 도시된 바와 같이, 가열기 본체(200)는, 기판 수용 표면을 정의하는 정상부 또는 제 1 표면(235), 제 1 표면(235)에 대향하는 바닥부 또는 제 2 표면(240), 및 측벽 또는 측부 표면(245)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 표면(235)은, 기판(도시되지 않음)의 센터링(centering)을 용이하게 하는 기판 수용 포켓을 제 1 표면(235)에 형성하기 위해, 제 1 표면(235)으로부터 돌출되는 정렬 부재(250)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 제 1 표면(235)은, 가열기 본체(200)에 대한 (도 1에서 175로 도시된) 증착 링의 부착 및 인덱싱(indexing)을 용이하게 하기 위해, 측부 표면(245) 근처에서 기계가공된(machined), 베벨형(beveled), 노치형(notched), 또는 스텝형(stepped) 표면들을 포함할 수 있다.
[0028]
이러한 실시예에서, 열 배리어(180)는, 코팅, 필름, 포일, 또는 시트 물질로서 가열기 본체(200)에 커플링된다. 열 배리어(180)는, 쉬운(ready) 제거를 용이하게 하지 않는 방식으로, 가열기 본체(200)에 접착되거나 고정된다. 일 실시예에서, 열 배리어(180)는 가열기 본체(200)의 적어도 제 2 표면(240)에 접착되고, 샤프트(210)에 외접한다(circumscribe). 다른 실시예에서, 열 배리어(180)는, 적어도 부분적으로 측부 표면(245)을 따라서, 제 1 표면(235) 및/또는 측부 표면(245)과 커플링되는 증착 링(175)과 충돌하지(interfere) 않는 포지션으로 연장된다.
[0029]
열 배리어(180)는 수많은 방식들로 가열기 본체(200)에 커플링될 수 있다. 열 배리어(180)는 수많은 증착 기술들, 예컨대, 전자 빔/물리 기상 증착(EB/PVD), 플라즈마 스프레이 코팅, 레이저 소결, 및 이들의 조합들에 의해, 가열기 본체(200) 상에 증착될 수 있다. 열 배리어(180)는, 다양한(varied) 및/또는 점차 변화되는(graded) 조성을 갖는 하나 또는 그 초과의 층들 또는 필름들을 포함할 수 있다. 열 배리어(180)는, 상이한 물질들로부터 형성되고 그리고/또는 상이한 물리적 특성들을 갖는 다수의 층들로 구성될 수 있다. 열 배리어(180)는, 파스너들 또는 본딩 방법에 의해 가열기 본체에 커플링된 시트의 형태일 수 있다. 일 실시예에서, 열 배리어(180)는 세라믹 물질 또는 다른 내화물질들(refractory materials)의 하나 또는 그 초과의 층들로 구성된다. 열 배리어(180)를 위한 물질들의 예들은, 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 이들의 산화물들 및 이들의 조합들, 질화 알루미늄(AlN)뿐만 아니라, 마그네슘(Mg)과 같은 금속성 물질들 및/또는 xCrAlY와 같은 금속성 합금들(여기서, x는 코발트, 니켈, 또는 코발트와 니켈의 조합)을 포함한다. 열 배리어(180)를 위한 물질들의 예들은 또한, 이트륨 안정화 지르코늄 산화물(YZrO2 또는 YSZ) 및 마그네슘 지르코늄 산화물(MgZrO2)을 포함한다. xCrAlY의 금속성 본딩 코팅은 YSZ 물질 또는 MgZrO2 물질과 조합하여 사용될 수 있다. 열 배리어(180)는 낮은 복사율(약 0.7 내지 약 0.9, 예컨대, 약 0.88) 및/또는, 록웰 C 스케일(Rockwell C scale)로 약 30 초과의 경도를 포함할 수 있다. 열 배리어(180)를 위한 물질들의 예들은 또한, 페로브스카이트와 같은 산화 광물 종을 포함한다. 열 배리어(180)는 코팅, 필름, 포일, 또는 시트의 형태일 수 있다. 열 배리어(180)는 나노-물질들뿐만 아니라 나노-크기 원소 물질들 및 화합물들을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 나노-물질들은, 약 10나노미터의 주 직경(또는 다른 단면 측정)을 갖는 물질들(예를 들어, 입자들)을 포함한다. 일 실시예에서, 열 배리어(180)의 열 전도도는 약 0.6W/mK 내지 약 3W/mK, 예를 들어, 약 2W/mK 내지 약 2.4W/mK일 수 있다.
[0030]
도 3은 도 2의 열 배리어(180) 및 가열기 본체(200)의 확대된 부분 단면도이다. 열 배리어(180)는 하나 또는 그 초과의 층들(305-315)을 포함한다. 열 배리어(180)의 명목상 두께는 약 200미크론 내지 약 300미크론, 또는 그 초과, +/- 약 50미크론일 수 있다. 층들(305-315) 중 하나 또는 그 초과의 층들은, 상이한 물질들 또는, 열 전도도, 밀도, 복사율, 및/또는 공극률(porosity)과 같은 상이한 특성들을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 층들(305-315)은 다공성일 수 있다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 층들(305-315)은, 광학적 방법을 활용했을 때, 약 10% 미만, 예컨대, 약 0.5% 내지 약 10%, 예를 들어, 약 8% 내지 약 10%의 공극률을 포함한다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 층들(305-315)은, 아르키메데스 방법을 활용했을 때, 15% 미만, 예컨대, 약 0.5% 내지 약 15%, 예를 들어, 약 10% 내지 약 15%의 공극률을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 층들(305-315)은 또한, 상이한 두께들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 층들(305 및 310)이 열 배리어(180)를 위해 사용된다. 이러한 예에서 베이스 층(310)은 중간 층(305)의 두께의 약 3분의 2인 두께를 포함할 수 있다. 중간 층(305)은 또한, 베이스 층(310)보다 더 다공성일 수 있다. 부가적으로, 베이스 층(310)과 중간 층(305) 중 하나의 층의 밀도는 약 5grams/㎤ 내지 약 7grams/㎤일 수 있다.
[0031]
도 4a는 기판 지지 가열기(110)의 다른 실시예의 측단면도이다. 열 배리어(180)는, 기판 지지 가열기(110)의 제 2 표면(240) 상에 있고 그리고 적어도 부분적으로, 기판 지지 가열기(110)의 측부 표면(245) 상에 배치된 것으로 도시된다. 일 실시예에서, 열 배리어(180)는, 기판 지지 가열기(110)의 측부 표면(245) 상의, 열 배리어의 종료 단부(terminating end; 415)에서 테이퍼(taper; 400)를 포함할 수 있다. 테이퍼(400)는, 종료 단부(415)에서 점차적으로 제로(zero)가 되는 두께를 포함할 수 있다. 테이퍼(400)는, 가열기 본체(200)의 측부 표면(245)에 증착물(deposition)이 부착되는 것을 방지하는 데에 사용될 수 있다.
[0032]
도 4b는 도 4a의 기판 지지 가열기(110)의 일 부분의 확대된 단면도이다. 열 배리어(180)는, 가열기 본체(200)와 샤프트(210) 사이의 접촉 포인트들에 배치될 수 있다. 열 배리어(180)는, 가열기 본체(200) 및 샤프트(210)의 접촉 포인트들 사이에서 스페이서들(spacers)로서 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서 열 배리어(180)는, 가열기 본체(200)와 샤프트(210) 사이의 접촉 포인트들에서의 열 전달을 방지하거나 최소화하는 데에 사용될 수 있다. 인터페이스 또는 조인트(402)가 샤프트(210)와 외접하며, 여기에서, 가열기 본체(200)가 샤프트(210)와 결합될 수 있다. 조인트(402)는 용접부(weld) 또는, 브레이징(brazing)과 같은 적합한 결합 방법으로부터의 다른 적용된 물질을 포함할 수 있다. 조인트(402) 근처의 가열기 본체(200)와 샤프트(210) 사이의 열 배리어(180)는 조인트(402)와 충돌하지 않도록 포지셔닝되어야 한다.
[0033]
도 4c는 도 4a의 기판 지지 가열기(110)의 일 부분의 확대된 단면도이다. 가열 엘리먼트(170)는, 열 배리어(180)의 하나 또는 그 초과의 부분들이 상부에 배치된 가열기 본체(200) 내에 도시된다. 열 배리어(180)의 하나의 부분은 아치형(arcuate)일 수 있고 그리고 적어도 부분적으로 가열 엘리먼트(170)을 둘러싸는 반면에, 다른 부분은 선형일 수 있고 그리고 캡 플레이트(405)와 가열 엘리먼트(170) 사이에 배치될 수 있다. 열 배리어(180)의 부분들 중 하나 또는 양쪽 모두가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 열 배리어(180)는, 가열 엘리먼트(170)와 가열기 본체(200) 사이의 열 전달이 상당하게 영향받지 않도록, 가열 엘리먼트(170) 주위에 제공된다. 일 양태에서, 도 4c에서 도시된 바와 같이, 가열 엘리먼트(170)의 일 부분을 둘러싸는 열 배리어(180)는, 가열 엘리먼트(170)와 접촉하지 않는 가열기 본체(200) 또는 지역들로의 열 에너지의 복사를 방지함으로써, 가열 엘리먼트(170)의 강화된 효율을 가능하게 한다.
[0034]
도 5는 도 1의 증착 시스템(100)에서 사용될 수 있는 기판 지지 가열기(500)의 다른 실시예의 간략화된 단면도이다. 이러한 실시예에서, 기판 지지 가열기(500)는, 가열기 본체 부분(505) 및 베이스 본체 부분(510)을 포함하는 2 피스(piece) 본체를 포함한다. 베이스 본체 부분(510)은 샤프트(210)에 커플링된다. 이러한 실시예에서, 가열기 본체 부분(505)은 베이스 본체 부분(510)을 둘러싸고, 기판 지지 가열기(500)의 하부 표면 상에 배치된 조인트(515)에서 결합된다. 열 배리어(180)는, 가열기 본체 부분(505)에 배치된 가열 엘리먼트(170)와 베이스 본체 부분(510)의 상부 표면 사이에 도시된다. 열 배리어(180)는, 평면의 선형 층 또는 층들과, 가열 엘리먼트(170)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 아치형 층 또는 층들 중에서, 하나 또는 양쪽 모두일 수 있다.
[0035]
도 6은 도 1의 증착 시스템(100)에서 사용될 수 있는 기판 지지 가열기(600)의 다른 실시예의 간략화된 단면도이다. 이러한 실시예에서, 기판 지지 가열기(600)는, 가열기 본체 부분(605) 및 베이스 본체 부분(610)을 포함하는 2 피스 본체를 포함한다. 베이스 본체 부분(610)은 샤프트(210)에 커플링된다. 이러한 실시예에서, 가열기 본체 부분(605)은 베이스 본체 부분(610) 위에 놓이고, 기판 지지 가열기(600)의 측부 표면 상에 배치된 조인트(615)에서 결합된다. 열 배리어(180)는, 가열기 본체 부분(605)에 배치된 가열 엘리먼트(170)와 베이스 본체 부분(610)의 상부 표면 사이에 도시된다. 열 배리어(180)는, 평면의 선형 층 또는 층들과, 도 4c에서 설명된 실시예와 유사하게 가열 엘리먼트(170)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 아치형 층 또는 층들 중에서, 하나 또는 양쪽 모두일 수 있다.
[0036]
본원에서 설명된 바와 같은 열 배리어(180)는 기판 지지 가열기의 적어도 하나의 주 표면의 열 균일성을 개선시키고, 이는, 증착 프로세스 동안 기판의 열 균일성을 개선시킨다. 본원에서 설명된 바와 같은 열 배리어(180)는, 기판 지지 가열기(110)와 같은 기판 지지 가열기 상에서 구현되고 철저하게 테스트되어왔다. 테스트 결과들은, 동일한 드웰 온도(dwell temperature)(약 400도씨)에서, 약 2배, 또는 그 초과만큼 최소화된, 기판 수용 표면(즉, 제 1 표면(235))에 걸친 온도 차이를 나타냈다. 예를 들어, 종래의 가열기는, 400도씨의 드웰 온도를 유지하기 위해 2,501 와트의 평균 전력 소비 상태에서, 약 +/- 14-16도씨의 기판 수용 표면에서의 온도의 변화량(delta)를 가질 수 있다. 하지만, 본원에서 설명된 바와 같은, 열 배리어(180)의 실시예들을 사용하는 기판 지지 가열기(110)는, 온도 변화량을 크게 감소시켰다. 일 예에서, 기판 지지 가열기(110)의 온도 변화량은, 400도씨의 드웰 온도를 유지하기 위해 3,497 와트의 평균 전력 소비 상태에서, 약 +/- 6도씨였다. 기판 지지 가열기(110) 상의 기판들에 의해서, 긍정적인 결과들이 또한 증명되었고, 온도 균일성이 또한 기판들 상에서 개선되는 것으로 보여졌다.
[0037]
전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있다.
Claims (17)
- 기판 지지 가열기로서,
기판을 수용하도록 구성된 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 대향하는(opposing) 제 2 표면을 갖는 가열기 본체;
상기 가열기 본체 내에서 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 배치된 가열 엘리먼트; 및
상기 가열기 본체의 상기 제 2 표면 상에 배치된 열 배리어(thermal barrier)를 포함하고,
상기 열 배리어는 상기 제 2 표면에 커플링된 제 1 층 및 상기 제 1 층 상에 배치된 제 2 층을 포함하는,
기판 지지 가열기. - 제 1 항에 있어서,
상기 가열기 본체는 측부(side) 표면을 포함하고, 상기 열 배리어는 상기 측부 표면의 일 부분(a portion) 상에 배치되는,
기판 지지 가열기. - 제 2 항에 있어서,
상기 측부 표면 상의 상기 열 배리어는 약 제로(zero)의 두께로 테이퍼되는(taper) 종료 단부(terminating end)를 포함하는,
기판 지지 가열기. - 제 1 항에 있어서,
상기 가열기 본체의 상기 제 2 표면에 커플링되는 스템(stem)을 더 포함하고,
상기 열 배리어는 상기 스템과 상기 가열기 본체 사이에 배치되는,
기판 지지 가열기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층의 공극률(porosity)은 상기 제 2 층의 공극률과 상이한,
기판 지지 가열기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층의 복사율은 상기 제 2 층의 복사율과 상이한,
기판 지지 가열기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층은 상기 제 2 층의 두께 미만인 두께를 포함하는,
기판 지지 가열기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층은 상기 제 2 층의 두께의 약 3분의 2 미만인 두께를 포함하는,
기판 지지 가열기. - 증착 챔버로서,
내부 용적; 및
상기 내부 용적에 배치된 기판 지지 가열기를 포함하고,
상기 기판 지지 가열기는:
기판을 수용하기 위한 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 갖는 가열기 본체;
상기 가열기 본체 내에서 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 배치된 가열 엘리먼트;
상기 가열기 본체의 상기 제 2 표면에 커플링된 스템; 및
상기 가열기 본체의 상기 제 2 표면 상에 배치된 제 1 열 배리어를 포함하고,
상기 제 1 열 배리어는, 적어도 제 1 층 및 상기 제 1 층 상에 배치된 제 2 층을 갖는 코팅을 포함하고, 그리고 상기 제 1 층의 특성은 상기 제 2 층의 특성과 상이한,
증착 챔버. - 제 9 항에 있어서,
상기 스템과 상기 가열기 본체 사이에 배치된 제 2 열 배리어를 더 포함하는,
증착 챔버. - 제 9 항에 있어서,
상기 가열 엘리먼트의 일 부분을 둘러싸는 제 2 열 배리어를 더 포함하는,
증착 챔버. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 열 배리어는 상기 챔버의 측벽들 상에 배치되는,
증착 챔버. - 제 9 항에 있어서,
상기 가열기 본체는 측부 표면을 포함하고, 상기 제 1 열 배리어는 상기 측부 표면의 일 부분 상에 배치되는,
증착 챔버. - 기판 지지 가열기로서,
기판을 수용하도록 구성된 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 갖는 가열기 본체;
상기 가열기 본체 내에서 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 배치된 가열 엘리먼트;
상기 가열기 본체의 상기 제 2 표면에 커플링된 스템; 및
상기 가열기 본체의 상기 제 2 표면 상에 배치된 열 배리어를 포함하고,
상기 열 배리어는 제 1 층 및 제 2 층을 포함하며, 상기 제 1 층의 특성은 상기 제 2 층의 특성과 상이한,
기판 지지 가열기. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 층의 공극률은 상기 제 2 층의 공극률과 상이한,
기판 지지 가열기. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 층의 복사율은 상기 제 2 층의 복사율과 상이한,
기판 지지 가열기. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 층은 상기 제 2 층의 두께 미만인 두께를 포함하는,
기판 지지 가열기.
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