KR20160083079A - 졸 겔 코팅된 지지 링 - Google Patents

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Abstract

열 처리 챔버를 위한 지지 부재가 설명된다. 지지 부재는 적어도 하나의 표면 상에 졸 코팅을 갖는다. 졸 코팅은 요구된 파장 또는 스펙트럼의 복사가 지지 부재의 재료에 의해 투과되는 것을 차단하는 재료를 포함한다. 졸 코팅은, 복사 차단 층들에 더하여, 부착 층들, 전이 층들 및 캡 층들을 포함할 수 있는 다층 구조체일 수 있다.

Description

졸 겔 코팅된 지지 링{SOL GEL COATED SUPPORT RING}
본 개시물의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판들을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 개시물의 실시예들은 반도체 기판들을 열 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
열 처리는 반도체 산업에서 일반적이다. 열 처리는 기판의 원자 구조 및 조성을 재구성(reorganize)하기 위해 반도체 기판들 내에서 화학적 및 물리적 변화를 활성화하는데 이용된다. 급속 열 처리로서 알려진 일반적으로 이용되는 접근방식에서, 기판은 최대 400℃/초의 레이트로 목표 온도로 가열되고, 1초와 같은 짧은 시간 동안 목표 온도로 유지되며, 다음으로 추가 변화가 발생하지 않는 온도 미만으로 급속 냉각된다.
기판의 모든 영역의 균일한 처리를 촉진하기 위해, 기판의 다양한 위치들에서의 온도를 모니터링하도록 온도 센서들이 일반적으로 배치된다. 기판의 온도를 측정하기 위해 고온계들이 널리 이용된다. 기판 온도의 제어와 측정, 및 그에 따른 국지적 층 형성 조건들의 제어와 측정은 챔버 컴포넌트들에 의한 열 흡수 및 광 방출, 그리고 처리 챔버 내부의 처리 조건들에 대한 센서들 및 챔버 표면들의 노출에 의해 복잡해진다. 균일성 및 반복가능성을 개선하기 위해, 온도 제어 및 온도 측정이 개선된 열 처리 챔버, 및 그러한 챔버를 동작시키는 방법에 대한 필요성이 남아있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 열 처리 챔버를 위한 지지 부재에 관한 것이고, 이 지지 부재는 실리콘 산화물을 포함하는 바디를 갖고, 바디는 복사를 향하는 면(radiation-facing side)과 복사를 향하지 않는 면(non-radiation-facing side); 및 적어도 복사를 향하지 않는 면 상의 졸 코팅(sol coating)을 갖는다. 졸 코팅은 실리카 층, 실리콘 층 및 캡 층을 가질 수 있다. 층 구조체는 경사형 조성(graded composition)을 가질 수 있고, 하나 이상의 전이 층을 가질 수 있다. 졸 코팅은 지지 부재의 다른 표면들에 또한 도포될 수 있다.
위에서 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 다른 실시예들이 동등한 효과를 가질 수 있으므로, 첨부 도면들은 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 지지 링을 갖는 급속 열 처리(RTP) 챔버의 일 실시예의 단순화된 등축도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 지지 링의 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 지지 부재의 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있다고 고려된다.
도 1은 급속 열 처리 챔버(100)의 일 실시예의 단순화된 등축도이다. 본 발명으로부터 혜택을 받도록 적응될 수 있는 급속 열 처리 챔버들의 예들은 VULCAN™ 및 CENTURA® 열 처리 시스템들이고, 이들 둘 다는 캘리포니아주 산타 클라라에 위치된 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다. 장치가 급속 열 처리 챔버 내에서 이용되는 것으로서 설명되지만, 본 명세서에 설명된 실시예들은, 다른 것들 중에서, 특히 미립자 발생의 최소화가 요구되는, 로봇 핸드오프들을 위해 적응된 기판 지지 플랫폼들, 배향 디바이스들, 퇴적 챔버들, 에칭 챔버들, 전기화학 처리 장치들 및 화학 기계적 연마 디바이스들과 같이, 하나의 처리 영역 내의 적어도 2개의 온도 구역이 요구되는 다른 처리 시스템들 및 디바이스들에서 이용될 수 있다.
처리 챔버(100)는 비접촉식 또는 자기 부상식 기판 지지체(104), 및 내부 용적(120)을 정의하는 최상부(112), 저부(110) 및 벽들(108)을 갖는 챔버 바디(102)를 포함한다. 벽들(108)은 기판(140)(도 1에는 기판의 일부가 도시되어 있음)의 출입을 용이하게 하기 위한 적어도 하나의 기판 액세스 포트(148)를 전형적으로 포함한다. 액세스 포트는 이송 챔버(도시되지 않음) 또는 로드 록 챔버(도시되지 않음)에 연결될 수 있고, 슬릿 밸브(도시되지 않음)와 같은 밸브로 선택적으로 밀봉될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지체(104)는 고리형이고, 챔버(100)는 기판 지지체(104)의 내부 직경에 배치된 복사 열원(106)을 포함한다.
기판 지지체(104)는 내부 용적(120) 내에서 자기 부상하여 회전하도록 적응된다. 기판 지지체(104)는 처리 동안 수직으로 상승 및 하강하면서 회전할 수 있고, 또한 처리 이전에, 처리 동안에 또는 처리 이후에 회전 없이 상승 또는 하강될 수 있다. 이러한 자기 부상 및/또는 자기 회전은, 기판 지지체를 상승/하강 및/또는 회전시키는 데에 전형적으로 요구되는 이동 부분들이 없거나 줄기 때문에 입자 발생을 방지하거나 최소화한다.
기판 지지체(104)는 지지 실린더(154), 지지 링(150) 및 에지 링(152)을 갖는다. 지지 링(150)은 지지 실린더(154) 상에 놓이고, 에지 링(152)은 지지 링(150) 상에 놓이며 지지 링(150)과 포개어진다. 에지 링(152)은 처리를 위한 기판을 수용하기 위한 기판 지지 표면을 갖는다. 에지 링은 석영, 비정질 실리카 또는 실리콘 탄화물일 수 있고, 실리콘 탄화물로 코팅될 수 있다. 지지 링(150)은 석영, 기포 석영(bubble quartz), 비정질 석영 또는 비정질 실리카일 수 있다. 지지 링(150)은 복사 열원(106)으로부터의 광의 투과를 차단하는 졸 코팅을 갖는다.
챔버(100)는, 적외선(IR) 스펙트럼의 광을 포함할 수 있는 다양한 파장들의 광 및 열에 투명한 재료로 이루어진 윈도우(114)를 또한 포함하고, 이 윈도우를 통해 복사 열원(106)으로부터의 광자들이 기판(140)을 가열할 수 있다. 일 실시예에서, 윈도우(114)는 석영 재료로 이루어지지만, 사파이어와 같이 광에 투명한 다른 재료들도 이용될 수 있다. 윈도우(114)는 윈도우(114)의 상부 표면에 연결된 복수의 리프트 핀(144)을 또한 포함할 수 있고, 이러한 리프트 핀들은 선택적으로 기판(140)에 접촉하고 기판(140)을 지지하여, 챔버(100) 안팎으로의 기판의 이송을 용이하게 하도록 적응된다. 복수의 리프트 핀(144) 각각은 복사 열원(106)으로부터의 에너지의 흡수를 최소화하도록 구성되고, 윈도우(114)에 이용된 것과 동일한 재료로, 예컨대 석영 재료로 이루어질 수 있다. 복수의 리프트 핀(144)은 이송 로봇(도시되지 않음)에 연결된 엔드 이펙터(end effector)의 통과를 용이하게 하기 위해 서로로부터 방사상으로 이격되어 위치될 수 있다. 대안적으로, 엔드 이펙터 및/또는 로봇은 기판(140)의 이송을 용이하게 하기 위해 수평 및 수직 이동가능할 수 있다.
일 실시예에서, 복사 열원(106)은 냉각제 소스(183)에 연결된 냉각제 어셈블리(도시되지 않음)에서의 복수의 벌집형 튜브(160)를 포함하는 하우징으로 형성된 램프 어셈블리를 포함한다. 냉각제 소스(183)는 물, 에틸렌 글리콜, 질소(N2) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 하우징은 냉각제 소스(183)로부터의 냉각제의 유동을 위해 내부에 형성된 적합한 냉각제 채널들을 갖는 구리 재료 또는 다른 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 각각의 튜브(160)는 반사기, 및 고강도 램프 어셈블리 또는 IR 방출기를 포함할 수 있고, 그로부터 벌집형 파이프 배열이 형성된다. 파이프들의 이러한 조밀 육각형 배열(close-packed hexagonal arrangement)은 고전력 밀도 및 양호한 공간 분해능(spatial resolution)을 갖는 복사 에너지 소스를 제공한다. 일 실시예에서, 복사 열원(106)은 기판을 열 처리하기 위해, 예를 들어 기판(140) 상에 배치된 실리콘 층을 어닐링하기 위해 충분한 복사 에너지를 제공한다. 복사 열원(106)은 고리형 구역들을 더 포함할 수 있고, 여기서 제어기(124)에 의해 복수의 튜브(160)에 공급되는 전압은 튜브들(160)로부터의 에너지의 방사상 분포를 증대시키기 위해 변할 수 있다. 기판(140)의 가열의 동적 제어는 기판(140)에 걸쳐 온도를 측정하도록 적응된 하나 이상의 온도 센서(117)(아래에 더 상세하게 설명됨)에 의해 달성될 수 있다.
고정자 어셈블리(118)가 챔버 바디(102)의 벽들(108)을 둘러싸고, 챔버 바디(102)의 외부를 따라 고정자 어셈블리(118)의 높이를 제어하는 하나 이상의 액추에이터 어셈블리(122)에 연결된다. 일 실시예에서(도시되지 않음), 챔버(100)는 챔버 바디 주위에 방사상으로, 예를 들어 챔버 바디(102) 주위에 약 120° 각도로 배치된 3개의 액추에이터 어셈블리(122)를 포함한다. 고정자 어셈블리(118)는 챔버 바디(102)의 내부 용적(120) 내에 배치된 기판 지지체(104)에 자기적으로 연결된다. 기판 지지체(104)는 회전자(rotor)로서 기능하는 자기 부분(magnetic portion)을 포함하거나 구비할 수 있고, 그에 의해 기판 지지체(104)를 리프트하고/하거나 회전시키기 위한 자기 베어링 어셈블리를 생성한다. 일 실시예에서, 기판 지지체(104)의 적어도 일부는, 기판 지지체를 위한 열 교환 매질로서 적응되는 물, 에틸렌 글리콜, 질소(N2), 헬륨(He) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 유체 소스(186)에 연결되는 트로프(trough)(도시되지 않음)에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 고정자 어셈블리(118)는 고정자 어셈블리(118)의 다양한 부분들 및 컴포넌트들을 인클로징하기 위한 하우징(190)을 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고정자 어셈블리(118)는 서스펜션 코일 어셈블리(170) 상에 적층된 구동 코일 어셈블리(168)를 포함한다. 구동 코일 어셈블리(168)는 기판 지지체(104)를 회전 및/또는 상승/하강시키도록 적응되는 한편, 서스펜션 코일 어셈블리(170)는 처리 챔버(100) 내에서 기판 지지체(104)를 수동적으로 중심에 맞추도록 적응될 수 있다. 대안적으로, 회전 및 중심맞춤 기능들은 단일 코일 어셈블리를 갖는 고정자에 의해 수행될 수 있다.
분위기 제어 시스템(164)이 챔버 바디(102)의 내부 용적(120)에 또한 연결된다. 분위기 제어 시스템(164)은 일반적으로 챔버 압력을 제어하기 위한 진공 펌프들과 스로틀 밸브들을 포함한다. 분위기 제어 시스템(164)은 프로세스 또는 다른 가스들을 내부 용적(120)에 제공하기 위한 가스 소스들을 추가로 포함할 수 있다. 분위기 제어 시스템(164)은 열 퇴적 프로세스들을 위한 프로세스 가스들을 전달하도록 또한 적응될 수 있다.
챔버(100)는 제어기(124)를 또한 포함하고, 제어기는 일반적으로 중앙 처리 유닛(CPU)(130), 지원 회로들(128) 및 메모리(126)를 포함한다. CPU(130)는, 다양한 액션들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 세팅에서 이용될 수 있는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(126) 또는 컴퓨터 판독가능 매체는, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소와 같이 손쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있고, 전형적으로 CPU(130)에 연결된다. 지원 회로들(128)은 통상의 방식으로 제어기(124)를 지원하기 위해 CPU(130)에 연결된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함한다.
일 실시예에서, 액추에이터 어셈블리들(122) 각각은 챔버 바디(102)의 벽들(108)로부터 연장되는 2개의 플랜지(134) 사이에 연결된 정밀 리드 스크류(precision lead screw)(132)를 일반적으로 포함한다. 리드 스크류(132)는 스크류가 회전할 때 리드 스크류(132)를 따라 축방향으로 이동하는 너트(158)를 갖는다. 커플링(136)은, 리드 스크류(132)가 회전될 때 커플링(136)이 리드 스크류(132)를 따라 이동되어 커플링(136)과의 계면에서 고정자(118)의 높이를 제어하도록, 고정자(118)와 너트(158) 사이에 연결된다. 따라서, 액추에이터들(122) 중 하나의 액추에이터의 리드 스크류(132)가 회전되어 다른 액추에이터들(122)의 너트들(158) 사이에 상대 변위를 생성할 때, 고정자(118)의 수평 평면은 챔버 바디(102)의 중심 축에 대하여 변화한다.
일 실시예에서, 제어기(124)에 의한 신호에 응답하여 제어가능한 회전을 제공하도록, 스텝퍼 또는 서버 모터와 같은 모터(138)가 리드 스크류(132)에 연결된다. 대안적으로, 고정자(118)의 선형 위치를 제어하기 위해, 다른 것들 중에서, 공압 실린더들, 유압 실린더들, 볼 스크류들, 솔레노이드들, 선형 액추에이터들 및 캠 팔로어들(cam followers)과 같은 다른 유형들의 액추에이터(122)가 이용될 수 있다.
챔버(100)는 하나 이상의 센서(116)를 또한 포함하고, 이러한 센서들은 일반적으로 챔버 바디(102)의 내부 용적(120) 내에서의 기판 지지체(104)(또는 기판(140))의 높이를 검출하도록 적응된다. 센서들(116)은 챔버 바디(102) 및/또는 처리 챔버(100)의 다른 부분들에 연결될 수 있고, 기판 지지체(104)와 챔버 바디(102)의 최상부(112) 및/또는 저부(110) 사이의 거리를 나타내는 출력을 제공하도록 적응되며, 또한 기판 지지체(104) 및/또는 기판(140)의 오정렬을 검출할 수 있다.
하나 이상의 센서(116)는, 센서들(116)로부터 출력 메트릭을 수신하고 하나 이상의 액추에이터 어셈블리(122)에 신호 또는 신호들을 제공하여 기판 지지체(104)의 적어도 일부를 상승 또는 하강시키는 제어기(124)에 연결된다. 제어기(124)는 각각의 액추에이터 어셈블리(122)에서 고정자(118)의 높이를 조절하기 위해 센서들(116)로부터 획득된 위치 메트릭을 이용할 수 있으며, 그에 의해 기판 지지체(104) 및 기판 지지체 위에 놓여진 기판(140)의 높이 및 평탄성 양쪽 모두가 RTP 챔버(100) 및/또는 복사 열원(106)의 중심 축에 대해 조절될 수 있다. 예를 들어, 제어기(124)는 기판 지지체(104)의 축방향 오정렬을 정정하기 위해 하나의 액추에이터(122)의 액션에 의해 기판 지지체를 상승시키기 위한 신호들을 제공할 수 있거나, 또는 제어기는 기판 지지체(104)의 동시적인 수직 이동을 용이하게 하기 위해 신호를 모든 액추에이터(122)에 제공할 수 있다.
하나 이상의 센서(116)는 챔버 바디(102) 내에서 기판 지지체(104)의 근접도를 검출할 수 있는 초음파, 레이저, 유도성, 용량성 또는 다른 타입의 센서일 수 있다. 센서들(116)은 벽들(108)에 연결되거나 최상부(112)에 근접하여 챔버 바디(102)에 연결될 수 있지만, 챔버(100) 외부의 고정자(118)에 연결되는 것과 같이, 챔버 바디(102) 내의 그리고 챔버 바디 주위의 다른 위치들이 적합할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 센서(116)는 고정자(118)에 연결될 수 있고, 벽들(108)을 통해 기판 지지체(104)(또는 기판(140))의 위치 및/또는 높이를 감지하도록 적응된다. 이러한 실시예에서, 벽들(108)은 벽들(108)을 통한 위치 감지를 용이하게 하기 위해 더 얇은 단면을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 하나 이상의 온도 센서(117)를 또한 포함하고, 이러한 온도 센서들은 처리 이전에, 처리 동안에 그리고 처리 이후에 기판(140)의 온도를 감지하도록 적응될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 온도 센서들(117)은 최상부(112)를 통해 배치되지만, 챔버 바디(102) 내의 그리고 챔버 바디(102) 주위의 다른 위치들이 이용될 수 있다. 온도 센서들(117)은 광학적 고온계들, 예로서 광섬유 프로브들(fiber optic probes)을 갖는 고온계들일 수 있다. 센서들(117)은, 기판의 전체 직경 또는 기판의 일부를 감지하기 위한 구성으로 최상부(112)에 연결되도록 적응될 수 있다. 센서들(117)은, 기판의 직경과 실질적으로 동일한 감지 영역, 또는 기판의 반경과 실질적으로 동일한 감지 영역을 정의하는 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 센서(117)는 기판의 직경 또는 반경에 걸친 감지 영역을 가능하게 하기 위해 방사상 또는 선형 구성으로 최상부(112)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서(도시되지 않음), 복수의 센서(117)는 대략 최상부(112)의 중심으로부터 최상부(112)의 주변 부분으로 방사상으로 연장되는 선에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 기판의 반경은 센서들(117)에 의해 모니터링될 수 있는데, 이는 회전 동안 기판의 직경의 감지를 가능하게 할 것이다.
RTP 챔버(100)는, 최상부(112)에 인접하거나 최상부(112)에 연결되거나 또는 최상부(112)에 형성된 냉각 블록(180)을 또한 포함한다. 일반적으로, 냉각 블록(180)은 복사 열원(106)과 이격되며 복사 열원에 대향한다. 냉각 블록(180)은 유입구(181A)와 유출구(181B)에 연결된 하나 이상의 냉각제 채널(184)을 포함한다. 냉각 블록(180)은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 폴리머 또는 세라믹 재료와 같은 프로세스 저항성 재료로 이루어질 수 있다. 냉각제 채널들(184)은 나선형 패턴, 직사각형 패턴, 원형 패턴 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 채널들(184)은, 예를 들어 냉각 블록(180)을 캐스팅하고/하거나 2개 이상의 조각으로 냉각 블록(180)을 제조하고 이러한 조각들을 결합함으로써, 냉각 블록(180) 내에 일체형으로 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 냉각제 채널들(184)은 냉각 블록(180) 내로 드릴링될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 챔버(100)는 "정면 상향(face-up)" 배향으로 기판을 수용하도록 적응되고, 여기서 기판의 퇴적물 수용 면 또는 정면은 냉각 블록(180)을 향하여 배향되고, 기판의 "후면(backside)"은 복사 열원(106)을 향하고 있다. 전형적으로 기판의 후면이 기판의 정면보다 덜 반사성이므로, "정면 상향" 배향은 복사 열원(106)으로부터의 에너지가 기판(140)에 의해 더 급속하게 흡수되는 것을 허용할 수 있다.
냉각 블록(180) 및 복사 열원(106)은 내부 용적(120)의 상부 및 하부 부분에 각각 위치되는 것으로서 설명되지만, 냉각 블록(180) 및 복사 열원(106)의 위치는 반전될 수 있다. 예를 들어, 냉각 블록(180)이 기판 지지체(104)의 내부 직경 내에 위치되도록 크기가 정해지고 구성될 수 있으며, 복사 열원(106)이 최상부(112)에 연결될 수 있다. 이러한 배열에서, 석영 윈도우(114)는 복사 열원(106)과 기판 지지체(104) 사이에, 예컨대 챔버(100)의 상부 부분에서 복사 열원(106)에 인접하게 배치될 수 있다. 기판(140)은 후면이 복사 열원(106)을 향하고 있을 때에 더 손쉽게 열을 흡수할 수 있지만, 기판(140)은 어느 구성에서든 정면 상향 배향 또는 정면 하향 배향(face down orientation)으로 배향될 수 있다.
유입구(181A) 및 유출구(181B)는 밸브들과 적합한 배관에 의해 냉각제 소스(182)에 연결될 수 있고, 냉각제 소스(182)는 그 내부에 배치된 유체의 압력 및/또는 유동의 제어를 용이하게 하기 위해 제어기(124)와 소통한다. 유체는 물, 에틸렌 글리콜, 질소(N2), 헬륨(He) 또는 열 교환 매질로서 이용되는 다른 유체일 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 지지 부재(200)의 단면도이다. 지지 부재(200)는 장치(100)에서 지지 링(150)으로서 이용될 수 있다. 지지 부재(200)는 내측 반경(202)과 외측 반경(204)을 갖는 고리형 부재일 수 있고, 제1 면(206) 및 제2 면(208)을 가질 수 있다.
내측 반경(202)은 제1 면(206)에 의해 실질적으로 정의된 평면으로부터 멀어지게 돌출하는 돌출부(210)를 갖는다. 돌출부(210)는 도 1의 에지 링(152)과 같은 제2 지지 부재(도시되지 않음) 상의 상보적 돌출부와 맞물리도록 이용될 수 있다. 그러한 맞물린 돌출부들은 지지 부재(200)에 대하여 제2 지지 부재를 고정적으로 위치시키는 데에 유용할 것이다.
돌출부(210)는 고정적으로 위치된 제2 지지 부재를 유지하도록 선택된 거리만큼 제1 면(206)으로부터 돌출할 수 있다. 돌출부(210)의 길이는 특정 실시예에서 존재할 수 있는 간격 제약들에 의해 또한 통제된다. 돌출부(210)의 길이에 대한 적합한 값들은 약 0.01" 내지 약 0.1", 예를 들어 약 0.04"일 수 있다.
외측 반경(204)은 제2 면(208)으로부터 돌출하는 제2 돌출부(212)를 가질 수 있다. 돌출부(212)는 도 1의 지지 실린더(154)와 같은 제3 지지 부재(도시되지 않음)와 맞물리기 위해 이용될 수 있다. 돌출부(212)는 제3 지지 부재에 대하여 지지 부재(200)를 고정적으로 위치시킨다. 따라서, 2개의 돌출부(210 및 212)는 지지 부재(200)를 포함하여 3개의 지지 부재에 대한 고정 위치지정(secure positioning)을 제공한다.
도 2의 제2 돌출부(212)는 제3 지지 부재보다 더 크거나 더 작은 반경에서 위치될 수 있다. 따라서, 제2 돌출부(212)는, 제3 지지 부재의 외측 표면을 따라 연장함으로써 또는 제3 지지 부재의 내측 표면을 따라 연장함으로써, 제3 지지 부재와 맞물릴 수 있다. 외측 반경(204)은 전형적으로 제3 지지 부재의 반경을 넘어 연장되고, 그에 의해 지지 부재(200)는 제3 지지 부재 상에 놓인다. 제2 돌출부(212)가 제3 지지 부재의 반경보다 작은 반경에 위치되는 경우, 외측 반경(204)은 제2 돌출부(212)의 반경을 넘어 연장될 것이다. 도 2에 도시된 실시예에서, 제2 돌출부(212)의 반경은 외측 반경(204)과 실질적으로 동일하다.
지지 부재(200)는 지지 부재의 제1 면(206) 및 제2 면(208) 중 적어도 하나 상에 졸 코팅을 가질 수 있다. 졸 코팅은 졸로 형성된 코팅이다. 졸은 액체 캐리어와 같은 매트릭스에 분산된 더 큰 분자들, 예를 들어 나노미터 치수를 갖는 분자들을 갖는 재료이다. 분자들은 거대분자들(macromolecules), 폴리머들, 또는 더 작은 분자들의 응집체들(aggregates)일 수 있다. 매트릭스는 전형적으로 표면에 대한 졸의 도포를 용이하게 하는 재료, 예를 들어 윤활 재료 또는 겔 재료와 같은 액체이다. 건조될 때, 졸은 건조와 가열의 정도에 따라 가변 다공률(porosity)의 졸 코팅을 만들 수 있다.
도 3은 졸 코팅(302)을 갖는 지지 부재(300)의 단면도이다. 지지 부재(300)는 졸 코팅이 도포된 지지 부재(200)일 수 있다. 지지 부재(300)는 도 1의 지지 링(150)으로서 또한 이용될 수 있다.
졸 코팅(302)은, 도 1의 온도 센서들(117)에 의해 검출가능한 복사가 지지 부재(300)에 의해 투과되고/되거나 복사되는 것을 방지하는 재료를 포함한다. 그러한 복사는 온도 센서들(117)이 열 처리 챔버에 배치된 기판에 의해 방출되는 복사를 검출하는 능력을 감소시킨다. 저온 열 프로세스들에서, 기판에 의해 방출되는 복사는 감소되고, 따라서 복사 잡음의 소스들의 제어는 온도 검출을 개선한다.
도 3의 지지 부재(300)는, 기포 석영 또는 비정질 석영과 같은 석영, 또는 비정질 실리카와 같은 실리카일 수 있는 실리콘 산화물 바디(304)를 가질 수 있다. 실리콘 산화물 바디는 전형적으로 온도 센서들(117)에 의해 검출가능한 복사를 투과시키므로, 졸 코팅(302)은 그러한 복사의 투과를 차단할 실리콘과 같은 재료를 포함한다. 이 재료는 과량의 실리콘(excess silicon)을 갖는 실리콘 이산화물일 수 있거나, 또는 이 재료는 산소로 도핑될 수 있는 실리콘일 수 있다. 전형적으로, 온도 센서들(117)에 의해 검출가능한 입사 복사의 약 10m% 미만을 투과시키는 재료가 선택된다. 일반적으로, 그러한 재료는 입사 복사에 대해 불투명한 것이라고 한다.
졸 코팅(302)은 도 3에 도시된 바와 같은 층 구조체이거나, 단일 층일 수 있다. 층 구조체는 전형적으로 하나보다 많은 층을 갖고, 이들은 실질적으로 동일한 조성 또는 상이한 조성일 수 있다. 전형적으로, 층들 중 적어도 하나는 온도 센서들(117)에 의해 검출될 수 있는 고온계 복사와 같은 복사에 대해 실질적으로 불투명할 것이다. 층들 중 하나는 실리콘일 수 있다. 층들 중 다른 것은 실리카, 과량-실리콘 실리카(excess-silicon silica), 도핑된 실리콘 또는 다른 실리콘 포함 재료일 수 있다.
실리콘 산화물 바디(304)에 대한 졸 코팅(302)의 부착은, 실리카 또는 과량-실리콘 실리카일 수 있는 졸 부착 층의 사용에 의해 증대될 수 있다. 부착 층은 졸 층일 수 있다. 실리콘 졸 층은 지지 부재(300)에 대한 실리콘 졸 층의 부착을 개선하기 위해 부착 층 상에 형성될 수 있다.
졸 코팅(302)의 층 구조는 경사형 조성(graded composition)을 특징으로 할 수 있다. 상이한 조성을 각각 갖는 일련의 층들이 실리콘 이산화물 바디 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 졸 코팅(302)의 각각의 층은 바로 아래에 있는 층보다 많은 실리콘을 가질 수 있다. 실리카 유사 조성(silica-like composition)(즉, 근사-화학량적 실리콘 이산화물(near-stoichiometric silicon dioxide))으로부터, 있다고 하더라도 미량의 산소만을 갖는 실질적 실리콘 층(substantially silicon layer)까지의 조성에 있어서의 진행(progression in composition)을 제공하기 위해 임의의 개수의 층이 이러한 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 졸 코팅(302)의 부착이 개선될 수 있다.
졸 코팅(302)은 약 50㎚ 내지 약 50㎛, 예컨대 약 100㎚ 내지 약 10㎛, 예를 들어 약 1㎛의 두께를 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 다층 졸 코팅에서, 각각의 층은 동일한 두께를 가질 수 있거나, 또는 층들은 상이한 두께들을 가질 수 있다. 예를 들어, 층 구조의 부착 층은 코팅의 부착을 최대화하기 위해 복사 차단 층보다 큰 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 단일 부착 층은 약 0.5㎛의 두께를 가질 수 있는 한편, 복사 차단 층은 단지 약 100㎚의 두께를 갖는다. 다층 구조의 일 실시예에서, 각각의 층의 두께는 층의 실리콘 함량에 반비례하고, 그에 의해 실리카와 유사한 조성을 갖는 제1 졸 층은 제1 졸 층보다 많은 실리콘을 갖는 제2 졸 층보다 큰 두께를 갖고, 최소 두께를 가지며 실질적으로 실리콘으로 구성되는 다층 구조체의 마지막 층까지 이와 같이 계속된다.
졸 코팅(302)은 캡 층(308)을 가질 수 있다. 캡 층은 졸 코팅(302)의 나머지와 양립가능한 내구성있는 재료, 예를 들어 실리카일 수 있다. 캡 층은 실리콘(또는 실질적으로 실리콘) 복사 차단 층이 산소 또는 질소와 같은 실리콘 반응성 종들에 노출되는 것을 방지하는 데에 유용할 수 있다. 비교적 두꺼운 실리콘 층들에 대해, 처리 동안 산소에 대한 표면 노출은 거의 유해한 효과 없이 인 시튜(in-situ)로 캡 층을 생성할 수 있다. 그러나, 얇은 실리콘 층들에 대해, 산소에 대한 표면 노출은 실리콘 층의 복사 차단 특성들을 열화시킬 수 있고, 따라서 그러한 실시예들에서는 퇴적된 캡 층이 유용할 수 있다.
졸 층들 또는 코팅들 중 임의의 것에 보이드들이 포함될 수 있다. 졸은 액체 매트릭스에 분산된 고체들을 전형적으로 포함하므로, 액체가 제거될 때, 이전에 액체가 고체 입자들을 분리하였던 곳에 보이드들이 남아있을 수 있다. 이러한 보이드들은 결과적인 건조된 졸 재료에 다공률(porosity)을 부여한다. 액체 제거 프로세스 동안 그리고 액체 제거 프로세스 이후의 졸의 열 처리는 일부 보이드들을 제거하고, 다공률을 감소시키고, 그리고/또는 액체의 제거 후에 남아있는 고체 재료를 고밀도화(densify)할 수 있다. 열 처리는 액체의 기포점(bubble point) 미만의 온도에서 수행될 수 있거나, 또는 열 처리는 액체의 기포점 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 액체의 기포점 이상의 온도의 이용은 졸 내의 기포 형성으로 인해 더 큰 보이드들의 형성을 촉진할 수 있다. 물이 액체 매트릭스인 물 시스템(water system)에서, 100℃ 이상에서 혼합물을 건조하는 것은 졸 내의 기포들의 형성을 촉진하여, 더 큰 보이드들 및 더 큰 다공률을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 약 10㎚ 내지 약 60㎛, 예를 들어 약 100㎚ 내지 약 10㎛의 치수를 갖는 보이드들이 코팅을 통한 광의 투과를 감소시키는 데에 유리할 수 있다. 건조 및 열 처리 후의 졸 층의 다공률은 약 35% 내지 약 80%, 예를 들어 약 45% 내지 약 60%일 수 있다.
졸 코팅을 구축하기 위해 복수의 졸 층이 반복적으로 퇴적되는 적층 졸 프로세스에서, 각각의 층의 다공률은 상이한 다공률의 층들을 생성하도록 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다공률은 또한 코팅을 통해 경사형으로 될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 졸 코팅(302)은 실리콘 산화물 바디(304) 부근에서 제1 다공률, 및 졸 코팅(302)의 표면 부근에서 제1 다공률과는 상이한 제2 다공률을 가질 수 있다. 제2 다공률은 제1 다공률보다 작을 수 있거나, 또는 제2 다공률은 제1 다공률보다 클 수 있다.
층들에서 졸 코팅을 도포하고, 모든 층이 퇴적된 후에 또는 주기적으로 열 처리 및/또는 건조하는 것에 의해, 졸 코팅을 통과하여 다공률이 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 모든 층은 개별적으로 퇴적 후에 건조된다. 다른 실시예에서, 모든 층은 퇴적 후에 건조되고 열 처리된다. 복수의 층이 동시에 건조되도록, 복수의 층의 퇴적 후에 건조가 수행될 수 있다. 복수의 층이 동시에 건조되고 열 처리되도록, 복수의 층의 퇴적 후에 건조 및 열 처리가 수행될 수 있다. 상이한 층들에서 상이한 레벨의 다공률을 달성하기 위해 상이한 층들에 가해지는 건조 및 열 처리는 상이할 수 있다. 이러한 방식으로, 적층 졸 코팅을 이용하여 임의의 요구된 다공률 프로파일이 달성될 수 있다. 추가로, 복수의 층을 동시에 건조 및/또는 열 처리하는 것은 층들 간의 조성 및 다공률의 확산을 촉진하여 층들 간의 계면 경사(interfacial gradients)를 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 졸 층이 퇴적되고, 복수의 졸 층이 건조되고 열 처리되며, 다음으로 제2의 복수의 졸 층이 퇴적, 건조 및 열 처리된다.
탄소가 실리콘 및 산소와 함께 본 명세서에 설명된 졸 코팅들에 포함될 수 있다. 실리콘 탄화물은 온도 센서들(117)에 의해 검출될 수 있는 일부 주파수들의 복사를 차단하는 데에 유용할 수 있다. 졸 코팅에 의해 차단되는 스펙트럼을 넓히기 위해 요구되는 경우 졸 코팅은 실리콘 졸 층 및 실리콘 탄화물 졸 층을 포함할 수 있다. 실리콘 탄화물 졸 층은 실리콘 졸 층에 인접하여(실리콘 졸 층의 위나 아래에) 퇴적될 수 있고, 2개의 층은 경사형 계면(graded interface)을 가질 수 있다.
졸 코팅은 졸 도포 프로세스에 의해 일반적으로 형성된다. 일례는 졸 겔 프로세스이다. 졸 겔은 실리콘 산화물 바디에 도포되고, 다음으로 열 처리가 졸을 코팅으로 소결한다. 그러한 프로세스에서 형성되는 졸 코팅은 다공성이고, 코팅의 다공률은 졸을 소결하기 위해 이용되는 열 처리의 심각도(severity)에 의해 제어될 수 있다. 더 많은 열을 가하면 더 고밀도의 코팅이 초래될 것이고, 그 반대도 마찬가지일 것이다. 다공률은 일부 코팅들에서 코팅을 통한 복사의 투과를 감소시키는 데에 유리할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 캡 층은, 높은 심각도 열 처리를 코팅 표면에 가하여 캡 층 아래에 다공성 층을 남기고서 표면을 고밀도화함으로써 졸 코팅 상에 형성될 수 있다. 그러한 높은 심각도 열 처리는 연소 폴리싱 프로세스(fire polishing process), 레이저 어닐링 프로세스 또는 플라즈마 노출 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
실리카는 실리카 프리커서를 포함하는 조성을 이용하여 졸 프로세스에 의해 이루어질 수 있다. TEOS(tetraethylorthosilicate)는 졸 프로세스에 의해 실리카를 형성하기 위해 물과 함께 졸 내에 포함될 수 있는 실리카 프리커서의 예이다. TEOS는, 위에서 설명된 바와 같은 다공률을 갖는 실리카 매트릭스로 건조될 수 있는 실리카 겔 폴리머를 형성한다. 졸 프로세스에 의해 실리카를 형성하기 위해 다른 실리콘 알콕시드들도 또한 이용될 수 있다. 작은 실리콘 입자들을 알코올과 같은 액체 내에 분산시키고, 분산액(dispersion)을 기판에 도포하고, 도포된 분산액을 건조하는 것에 의해, 실리콘이 퇴적될 수 있다. 실리콘 입자들은 졸 내에서 실리콘 프리커서로서 작용하고, 건조될 때 다공성 실리콘 층을 형성한다. 실리콘 콜로이드를 안정화하기 위해, 지방산(예를 들어, 스테아르산, 올레산)과 같은 계면 활성제들이 첨가될 수 있다. 실리콘 및 실리카를 갖는 졸 재료들을 퇴적하기 위해, 실리카 프리커서 조성에서의 실리콘 입자들의 혼합물들이 이용될 수 있다. 그러한 혼합물들도 또한 지방산으로 안정화될 수 있다.
상이한 조성의 층들을 갖는 적층 구조체들은 상이한 조성의 졸들을 이용한 순차적 졸 겔 프로세스들에 의해 형성될 수 있다. 제1 조성의 제1 졸이 표면에 도포되고 건조되어, 제1 졸 층을 형성한다. 다음으로, 제1 조성과는 상이한 제2 조성을 갖는 제2 졸이 표면에 도포되고 건조되어, 제1 졸 층 상에 제2 졸 층을 형성할 수 있다. 전이 층일 수 있는, 경사형 조성을 갖는 계면을 의미하는 경사형 계면은 제2 졸 층을 도포하기 전에 제1 졸 층을 부분적으로 건조하는 것에 의해 졸 겔 프로세스에서 형성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 제2 졸 층이 건조될 때, 제1 졸 층도 또한 건조되고, 2개의 층 간의 계면에 있는 분자들이 계면을 가로질러 이동하여 계면에서 경사형 조성을 생성하는 것으로 생각된다.
전형적으로, 졸 코팅은 지지 부재의 복사를 향하지 않는 면 상에 형성되지만, 졸 코팅은 복사의 투과를 차단하기 위해 지지 부재의 임의의 요구된 표면 상에 형성될 수 있다. 실제로, 졸 코팅은 도 1의 챔버와 같은 복사 열 처리 챔버의 임의의 요구된 표면에 도포될 수 있다. 구체적으로, 복사 차단 졸 코팅은, 지지 부재(200)에 더하여, 지지 실린더(154) 및/또는 에지 링(152)에 도포될 수 있다. 졸 코팅 또는 졸 코팅의 각각의 개별 층은 졸 재료를 기판 상에 유동 코팅, 스프레이 코팅 또는 스핀 코팅함으로써 형성될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 각각의 층이 개별적으로 도포 및 건조/열 처리될 수 있거나, 또는 복수의 층이 건조 처리들 또는 열 처리들 사이에 도포될 수 있다. 열 처리들은 건조 처리들과 동일한 빈도로 또는 상이한 빈도로 가해질 수 있다. 졸 재료의 점도는 졸 재료의 입자 함량과 크기 또는 액체 함량과 점도를 조절함으로써 제어될 수 있다.
요구되는 경우, 졸 코팅은 기상 증착된 코팅들(vapor-deposited coatings)과 함께 이용될 수 있다. 코팅은 기상 증착된 층 및 졸 층을 형성함으로써 지지 부재(200) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리카 또는 실리콘-풍부(silicon-rich) 실리카 부착 층이 기상 증착에 의해 형성될 수 있고, 다음으로 기상 증착된 실리카 또는 실리콘-풍부 실리카 부착 층 상에 실리콘 졸 층이 형성될 수 있다. 요구되는 경우, 복수의 기상 증착된 층이 졸 층을 형성하기 전에 실리콘 산화물 바디 위에 형성될 수 있다. 요구되는 경우 캡 층이 또한 기상 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코팅은 하나 이상의 졸 층과 함께 복수의 기상 증착된 층을 도포함으로써 지지 부재 상에 형성될 수 있다. 하나 이상의 졸 층은 기상 증착된 층들에서는 전형적으로 가능하지 않은 다공률을 제공한다. 다공률은 코팅의 복사 차단 특성들을 증대시킨다.
전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 열 처리 챔버를 위한 지지 부재로서,
    복사에 노출되는 워크피스(workpiece)를 지지하는 바디
    를 포함하고,
    상기 바디는 실리콘 산화물을 포함하고,
    복사를 향하는 면(radiation-facing side)과 복사를 향하지 않는 면(non-radiation-facing side); 및
    적어도 상기 복사를 향하지 않는 면 상의 실리카 및 실리콘을 포함하는 다공성 코팅
    을 갖는, 지지 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 코팅은 실리콘 층을 포함하는, 지지 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 코팅은 상이한 조성들을 갖는 복수의 층을 포함하는, 지지 부재.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 다공성 코팅은, 실리카-유사 조성(silica-like composition)으로부터 상기 실리콘 층까지의 조성의 진행(progression of composition)을 갖는, 지지 부재.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 다공성 코팅은 가변 다공률을 갖는, 지지 부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 코팅은 탄소를 더 포함하는, 지지 부재.
  7. 열 처리 챔버를 위한 지지 부재로서,
    복사에 노출되는 워크피스를 지지하는 실리콘 산화물 함유 바디
    를 포함하고,
    상기 바디는,
    복사를 향하는 면과 복사를 향하지 않는 면; 및
    적어도 상기 복사를 향하지 않는 면 상에 형성된 실리카를 포함하는 이종 층 구조체(heterogeneous layer structure) - 상기 이종 층 구조체는 상기 지지 부재에 입사하는 고온계 파장을 갖는 복사의 약 10m% 미만을 투과시킴 -
    를 갖는, 지지 부재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이종 층 구조체는 약 35% 내지 약 80%의 다공률을 갖는, 지지 부재.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이종 층 구조체는 제1 다공률을 갖는 제1 층, 및 상기 제1 다공률과는 상이한 제2 다공률을 갖는 제2 층을 포함하는, 지지 부재.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이종 층 구조체의 다공률은 경사형(graded)인, 지지 부재.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 이종 층 구조체는 약 10㎚ 내지 약 60㎛의 치수의 구멍들을 갖는, 지지 부재.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 이종 층 구조체는 복사 차단 층 및 캡 층을 더 포함하는, 지지 부재.
  13. 열 처리 챔버를 위한 지지 부재를 형성하는 방법으로서,
    기판에 걸쳐 실리카 프리커서를 포함하는 제1 졸을 유동시키는 단계;
    상기 제1 졸을 건조하여, 제1 코팅을 형성하는 단계;
    상기 기판에 걸쳐 실리콘 프리커서를 포함하는 제2 졸을 유동시키는 단계;
    상기 제2 졸을 건조하여, 상기 제1 코팅 상에 제2 코팅을 형성하는 단계; 및
    상기 기판을 열 처리하여, 상기 지지 부재를 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅 각각은 약 10nm 내지 약 10㎛의 치수의 구멍들을 갖는, 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 졸은 실리콘 프리커서를 더 포함하고, 상기 제2 졸은 실리카 프리커서를 더 포함하는, 방법.
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