KR20230117322A - 웨이퍼 후면 증착의 감소를 위한 가변 온도 하드웨어및 방법들 - Google Patents

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KR20230117322A
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후 강
이슈타크 카림
프루쇼탐 쿠마
준 첸
라메시 찬드라세카란
애드리언 라보이
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램 리써치 코포레이션
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
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Abstract

화학적 증착 장치에 사용되는 프로세스 튜닝 키트가 제공되고, 프로세스 튜닝 키트는 캐리어 링, 말굽들 및 끼움쇠들 (shims) 을 포함한다. 말굽들은 동일한 치수들을 갖고, 끼움쇠들은 상부에 말굽들 및 끼움쇠들이 장착되는 페데스탈 어셈블리의 상부 표면에 대해 말굽들의 높이를 제어하도록 상이한 두께들의 세트로 제공된다. MCA (minimum contact area) 지지부들이 기판을 캐리어 링으로부터 리프팅하고 페데스탈 어셈블리의 상부 표면에 대해 미리 결정된 오프셋으로 기판을 지지하도록 말굽들 상에 위치된 캐리어 링에 의해 화학적 증착 장치의 진공 챔버 내로 반도체 기판이 이송된다. 기판의 프로세싱 동안, 미리 결정된 오프셋을 제어하기 위해 목표된 두께의 끼움쇠들을 사용함으로써 후면 증착이 감소될 수 있다.

Description

웨이퍼 후면 증착의 감소를 위한 가변 온도 하드웨어 및 방법들{VARIABLE TEMPERATURE HARDWARE AND METHODS FOR REDUCTION OF WAFER BACKSIDE DEPOSITION}
본 발명은 화학적 증착들 (chemical depositions) 을 수행하고, 플라즈마 향상된 화학적 증착들에 사용하기 위한 장치들 및 프로세스들에 관련된다.
플라즈마 프로세싱 장치들은 에칭, PVD (physical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), ALD (atomic layer deposition), PEALD (plasma enhanced atomic layer deposition), PDL (pulsed deposition layer), PEPDL (plasma enhanced pulsed deposition layer) 프로세싱, 및 레지스트 제거를 포함하는 기법들에 의해 반도체 기판들을 프로세싱하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 프로세싱에 사용된 일 타입의 플라즈마 프로세싱 장치는 상단 전극 및 하단 전극을 포함하는 반응 또는 증착 챔버를 포함한다. 반응 챔버 내에서 반도체 기판들을 프로세싱하기 위해 프로세스 가스 또는 반응기 화학물질들을 플라즈마로 여기하도록 전극들 사이에 RF (radio frequency) 전력이 인가된다.
일 실시예에 따라, 화학적 증착 장치에 유용한 프로세스 튜닝 키트에 있어서, 프로세스 튜닝 키트는 캐리어 링, 3 개의 말굽들의 세트 및 3 개의 심들 (shims) 의 세트들을 포함하고, (a) 심들은 상부 표면, 상부 표면에 평행한 하부 표면, 단부 벽 (end wall), 단부 벽으로부터 연장하는 U-형상 측벽 및 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장하는 보어 (bore), 동일한 두께를 갖는 3 개의 심들의 제 1 세트 및 심들의 제 1 세트와 상이한 두께를 갖는 3 개의 심들의 제 2 세트를 갖고, (b) 말굽들은 상부 표면, 상부 표면에 평행한 하부 표면, 단부 벽, 단부 벽으로부터 연장하는 U-형상 측벽 및 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장하는 보어, 및 단부 벽 내의 그리고 상부 표면의 1/2 미만에 걸쳐 연장하는 슬롯 개구부를 갖고, 보어는 심들의 보어와 동일한 직경을 갖고, 그리고/또는 (c) 캐리어 링은 상부 표면, 상부 표면에 평행한 하부 표면, 외측 측벽, 내측 측벽 및 하부 표면으로부터 연장하는 3 개의 정렬 핀들을 갖는다.
또 다른 실시예에 따라, 화학적 증착 장치에 유용한 프로세스 튜닝 키트의 심은 상부 표면, 상부 표면에 평행한 하부 표면, 단부 벽, 단부 벽으로부터 연장하는 U-형상 측벽 및 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장하는 보어 및 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장하는 보어를 갖는다. 심은 바람직하게 약 0.8 인치의 길이, 약 0.5 인치의 폭, 약 0.15 인치의 직경을 갖는 보어, 및 0.0465 인치, 0.0470 인치, 0.0475 인치, 0.0480 인치, 0.0485 인치, 0.0490 인치, 0.0495 인치, 0.0500 인치, 0.0505 인치, 0.0510 인치, 0.0515 인치, 0.0520 인치, 0.0525 인치, 0.0530 인치, 0.0535 인치, 0.0540 인치, 0.0545 인치, 0.0550 인치, 0.0555 인치, 0.0560 인치, 0.0565 인치, 0.0570 인치, 0.0575 인치, 0.0580 인치, 0.0585 인치, 0.0590 인치, 0.0595 인치, 0.0600 인치, 0.0605 인치, 0.0610 인치, 또는 0.0615 인치의 두께를 갖는다.
다른 실시예에 따라, 화학적 증착 장치에 유용한 프로세스 튜닝 키트의 말굽은 상부 표면, 상부 표면에 평행한 하부 표면, 단부 벽, 단부 벽으로부터 연장하는 U-형상 측벽 및 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장하는 보어, 및 단부 벽 내의 그리고 상부 표면의 1/2 미만에 걸쳐 연장하는 슬롯 개구부를 갖는다. 말굽은 바람직하게 약 0.8 인치의 길이, 약 0.5 인치의 폭, 약 0.5 인치의 두께를 갖고, 보어는 약 0.15 인치의 직경을 갖고, 슬롯은 약 0.19 인치의 폭 및 약 0.25 인치의 높이를 갖고, 보어는 슬롯과 정렬되고, 측벽은 보어의 중심으로부터 측정된 약 0.26 인치의 반경을 갖는 반원형 부분에 의해 연결된 한 쌍의 평행한 직선 부분들을 갖고, 보어는 하부 표면으로부터 약 0.16 인치 연장하는 균일한 직경 부분 및 말굽의 상부 표면 내로 연장하는 원뿔형 부분을 갖고, 원뿔형 부분은 약 80 °의 각도의 각도로 챔퍼를 형성하고, 그리고 슬롯은 단부 벽 및 상부 표면을 따라 챔퍼링된 에지들을 갖는다.
또 다른 실시예에서, 화학적 증착 장치에서 반도체 기판을 프로세싱하는 방법은, (a) 캐리어 링 상의 기판을 화학적 증착 장치의 진공 챔버 내로 이송하고 캐리어 링을 지지하는 말굽 및 심들의 세트를 갖는 페데스탈 어셈블리 상에 캐리어 링을 배치하는 단계, 말굽들은 캐리어 링의 하부 표면으로부터 연장하는 정렬 핀들을 수용하는 보어들을 갖고, 기판의 하측면이 캐리어 링의 상부 표면으로부터 미리 결정된 오프셋 거리에 위치 설정되도록 (located) 기판은 페데스탈 어셈블리 상의 MCA (minimum contact area) 지지부들에 의해 캐리어 링으로부터 리프팅되는, 기판을 이송하고 캐리어 링을 배치하는 단계, 및 (b) 기판 상의 후면 증착이 최소화되도록 기판을 가열하고 미리 결정된 오프셋 거리를 유지하는 동안 기판 상에 재료 층을 증착하는 단계를 포함한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 페데스탈을 갖는 화학적 증착 장치를 도시하는 개략도를 예시한다.
도 2는 페데스탈 어셈블리의 주변부 둘레에 위치 설정된 말굽들 및 심들 상에 캐리어 링을 지지하는 페데스탈 어셈블리의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3e는 캐리어 링의 도면들이고, 도 3a는 캐리어 링의 상면도이고, 도 3b는 도 3a의 선 A-A를 따른 캐리어 링의 측면도이고, 도 3c는 도 3b의 상세 B의 단면도이고, 도 3d는 도 3c의 상세 D의 단면도이고, 그리고 도 3e는 도 3c의 상세 E의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 말굽의 도면들이고, 도 4a는 말굽의 사시도이고, 도 4b는 말굽의 상면도이고, 도 4c는 말굽의 단부의 도면이고, 그리고 도 4d는 도 4b의 선 A-A를 따른 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 심의 도면들이고, 도 5a는 심의 사시도이고, 도 5b는 심의 상면도이고, 그리고 도 5c는 심의 단부의 도면이다.
도 6은 위치 설정 핀을 사용하여 페데스탈 어셈블리 상에 장착된 말굽 및 심을 갖는 페데스탈 어셈블리의 사시도이다.
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용된, 2015년 12월 17일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 14/972,205 호의 일부 연속 출원이다.
이하의 상세한 개시에서, 예시적인 실시예들은 본 명세서에 개시된 장치 및 방법들의 이해를 제공하기 위해 언급된다. 그러나, 당업자에게 자명할 바와 같이, 예시적인 실시예들은 이들 구체적인 상세들 없이 또는 대안적인 엘리먼트들 또는 프로세스들을 사용함으로써 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스들, 절차들, 및/또는 컴포넌트들은 본 명세서에 개시된 실시예들의 양태들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
예시적인 실시예에 따라, 본 명세서에 개시된 장치들 및 연관된 방법들은 PECVD와 같은 화학적 증착을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 장치 및 방법들은 다단계 증착 프로세스 (예를 들어, ALD (atomic layer deposition), PEALD (plasma enhanced atomic layer deposition), PDL (pulsed deposition layer), 또는 PEPDL (plasma enhanced pulsed deposition layer) 프로세싱) 에서 자기-제한 증착 단계들의 분리를 필요로 하는 유전체 증착 프로세스 기반 반도체 제조와 함께 사용될 수 있지만, 그렇게 제한되지 않는다.
나타낸 바와 같이, 본 실시예들은 PECVD와 같은 화학적 증착을 수행하기 위한 장치 및 연관된 방법들을 제공한다. 장치 및 방법들은 특히 다단계 증착 프로세스 (예를 들어, ALD (atomic layer deposition), PEALD (plasma enhanced atomic layer deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), PDL (pulsed deposition layer), 또는 PEPDL (plasma enhanced pulsed deposition layer) 프로세싱) 에서 자기-제한 증착 단계들의 분리를 필요로 하는 유전체 증착 프로세스 기반 반도체 제조와 함께 사용하는데 적용가능하지만, 그렇게 제한되지 않는다. 전술한 프로세스들은 후면 막 증착에 의해 유도된 웨이퍼 상의 응력의 결과로서 웨이퍼 굽음 (curvature) 을 야기할 수 있는 프로세싱된 웨이퍼의 후면 상의 증착과 연관된 일부 단점들에 시달릴 수 있다.
화학적 증착 프로세스들에서, 웨이퍼와 같은 반도체 기판은 가열된 페데스탈 상에 위치 설정된 MCA (minimum contact area) 핀들 상에 홀딩될 수 있다. 웨이퍼 또는 다른 기판은 웨이퍼를 홀딩하는 것에 더하여 웨이퍼 위의 목표된 영역에 플라즈마를 포커싱하는 것을 또한 돕는 세라믹 캐리어 링과 같은 캐리어 링 상으로 이송될 수 있다. 페데스탈은 고온을 견디고, 화학적 환경들에 불활성인 임의의 재료로 이루어질 수도 있다. 알루미늄과 같은 금속 또는 알루미늄 나이트라이드 및 보론 나이트라이드와 같은 세라믹이 적절한 재료들의 예들이다. 웨이퍼를 지지하고 캐리어 링을 수용하기 위해, 페데스탈은 메사-형상 (mesa-shaped) 부분이 웨이퍼를 지지하고 페데스탈의 주변부에서 환형 리세스가 페데스탈로 그리고 페데스탈로부터 웨이퍼를 이송하도록 사용된 캐리어 링의 배치를 허용하는 2 개의 직경들의 부분들을 가질 수 있다. MCA 핀들이 웨이퍼의 균일하고 고속 가열을 보장하는 동안, 웨이퍼의 베벨 에지로부터 3 ㎜에서 측정될 때 전면 대 후면 막 증착 비는 약 1:1일 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 바람직하게 플라즈마-향상된 화학적 증착 장치 (즉 PECVD 장치, PEALD 장치, 또는 PEPDL 장치) 와 같은 증착 장치 내에서 구현되지만, 이렇게 제한되지 않는다. 도 1은 본 명세서에 개시된 바와 같은 실시예들을 구현하기 위해 구성된 다양한 기판 플라즈마 프로세싱 장치 컴포넌트들을 도시하는 단순한 블록도를 제공한다. 도시된 바와 같이, 기판 플라즈마 프로세싱 장치 (300) 는 프로세싱 존 내에 플라즈마를 담도록 역할을 가는 진공 챔버 (324) 를 포함하고, 프로세싱 존은 하부 RF 전극 (미도시) 을 내부에 갖는 기판 페데스탈 어셈블리 (320) 와 함께 작동하는 상부 RF 전극 (미도시) 을 내부에 선택가능하게 갖는 샤워헤드 어셈블리 (314) 를 포함하는 커패시터 타입 시스템에 의해 생성된다. 적어도 하나의 RF 생성기가 플라즈마 증착 프로세스가 진공 챔버 (324) 내에서 수행될 수도 있도록 진공 챔버 (324) 의 프로세싱 존 내로 공급된 가스를 플라즈마로 에너자이징하도록 진공 챔버 (324) 내에서 기판 (316) 의 상부 표면 위의 프로세싱 존 내로 RF 에너지를 공급하도록 동작가능하다. 예를 들어, HF RF 생성기 (302) 및 LF RF 생성기 (304) 는 각각 매칭 네트워크 (306) 에 연결될 수도 있고, 매칭 네트워크는 RF 에너지가 진공 챔버 (324) 내에서 기판 (316) 위의 프로세싱 존으로 공급될 수도 있도록 샤워헤드 어셈블리 (314) 의 상부 RF 전극에 연결된다.
매칭 네트워크 (306) 에 의해 진공 챔버 (324) 의 내부로 공급된 RF 에너지의 전력 및 주파수는 가스로부터 플라즈마를 생성하기 충분하다. 일 실시예에서 HF RF 생성기 (302) 및 LF RF 생성기 (304) 양자가 사용되고, 대안적인 실시예에서, HF RF 생성기 (302) 만이 사용된다. 프로세스에서, HF RF 생성기 (302) 는 약 2 내지 100 ㎒의 주파수들, 바람직한 실시예에서, 13.56 ㎒ 또는 27 ㎒에서 동작될 수도 있다. LF RF 생성기 (304) 는 약 50 ㎑ 내지 2 ㎒, 바람직한 실시예에서, 약 350 내지 600 ㎑에서 동작될 수도 있다. 프로세스 파라미터들은 챔버 볼륨, 기판 사이즈, 및 다른 인자들에 기초하여 스케일링될 수도 있다. 유사하게, 프로세스 가스들의 플로우 레이트들은 진공 챔버 또는 프로세싱 존의 미사용 (free) 볼륨에 따를 수도 있다.
기판 페데스탈 어셈블리 (320) 의 상부 표면은 진공 챔버 (324) 내에서 프로세싱 동안 기판 (316) 을 지지한다. 기판 페데스탈 어셈블리 (320) 는 기판을 홀딩하기 위한 척 및/또는 증착 프로세스 및/또는 플라즈마 처리 프로세스 전, 동안 그리고/또는 후에 기판을 상승시키고 하강시키기 위한 리프트 핀들을 선택가능하게 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 기판 페데스탈 어셈블리 (320) 는 증착 프로세스 및/또는 플라즈마 처리 프로세스 전, 동안 그리고/또는 후에 기판을 상승시키고 하강시키기 위한 캐리어 링을 포함할 수 있다. 척은 산업계 및/또는 연구에 사용하기에 가용한, 정전 척, 기계 척, 또는 다양한 다른 타입들의 척일 수도 있다. 정전 척을 포함하는 기판 페데스탈 어셈블리용 리프트 핀 어셈블리의 상세들은 전체가 본 명세서게 참조로서 인용된, 공동으로-양도된 미국 특허 제 8,840,754 호에서 알 수 있다. 기판 페데스탈 어셈블리용 캐리어 링의 상세들은 전체가 본 명세서게 참조로서 인용된, 공동으로-양도된 미국 특허 제 6,860,965 호에서 알 수 있다. 후면 가스 공급부 (341) 는 프로세싱 동안 기판의 하부 표면 아래 영역으로 기판 페데스탈 어셈블리 (320) 를 통해 열 전달 가스 또는 퍼지 가스를 공급하도록 동작가능하다. 기판 페데스탈 어셈블리 (320) 는 내부에 하부 RF 전극을 포함할 수 있고, 하부 RF 전극은 프로세싱 동안 바람직하게 접지되지만, 대안적인 실시예에서, 하부 RF 전극은 프로세싱 동안 RF 에너지가 공급될 수도 있다.
기판 플라즈마 프로세싱 장치 (300) 의 진공 챔버 (324) 내에서 기판을 프로세싱하기 위해, 가스들은 가스 소스 (362) 로부터 유입부 (312) 및 샤워헤드 어셈블리 (314) 를 통해 진공 챔버 (324) 내로 도입되고, 막이 기판의 상부 표면 상에 증착될 수도 있도록 가스는 RF 에너지를 사용하여 플라즈마로 형성된다. 일 실시예에서, 가스 소스 (362) 는 가열된 매니폴드 (308) 에 연결되는 복수의 가스 라인들 (310) 을 포함할 수 있다. 가스들은 미리 혼합될 수도 있고 또는 챔버로 개별적으로 공급될 수도 있다. 기판 프로세싱 동안 올바른 가스들이 샤워헤드 어셈블리 (314) 를 통해 전달된다는 것을 보장하도록 적절한 밸브 및 질량 유량 제어 메커니즘들이 채용된다. 프로세싱 동안, 후면 열 전달 가스 또는 퍼지 가스가 선택가능하게 기판 페데스탈 어셈블리 (320) 상에 지지된 기판의 하부 표면 아래 영역으로 공급된다. 바람직하게, 프로세싱은 CVD 프로세싱, PECVD 프로세싱, ALD 프로세싱, PEALD 프로세싱, PDL 프로세싱, 또는 PEPDL 프로세싱 중 적어도 하나이다.
특정한 실시예들에서, 시스템 제어기 (162) 는 증착, 증착 후 처리들 및/또는 다른 프로세스 동작들 동안 프로세스 조건들을 제어하도록 채용된다. 시스템 제어기 (162) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다. 프로세서는 CPU 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 접속부들, 스텝퍼 모터 제어기 보드들, 등을 포함할 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 시스템 제어기 (162) 는 장치의 모든 액티비티들을 제어한다. 시스템 제어기 (162) 는 프로세싱 동작들의 타이밍, LF RF 생성기 (304) 및 HF RF 생성기 (302) 의 동작들의 주파수 및 전력, 전구체들 및 불활성 가스들의 플로우 레이트들 및 온도들, 및 이들의 상대적인 혼합, 기판 페데스탈 어셈블리 (320) 의 상부 표면 상에 지지된 기판 (316) 및 샤워헤드 어셈블리 (314) 의 플라즈마 노출된 표면 의 온도, 진공 챔버 (324) 의 압력, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 제어기와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 일부 실시예들에서 채용될 수도 있다. 통상적으로 시스템 제어기 (162) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들 등의 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다. 비일시적인 컴퓨터 머신-판독가능 매체는 장치의 제어를 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다. 프로세싱 동작들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 임의의 종래의 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 어셈블리어, C, C++, Pascal, Fortran 등으로 작성될 수 있다. 컴파일링된 객체 코드 또는 스크립트가 프로그램 내에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해 실행된다.
제어기 파라미터들은 예를 들어, 프로세싱 단계들의 타이밍, 전구체들 및 불활성 가스들의 플로우 레이트들 및 온도들, 기판의 온도, 챔버의 압력, 특정한 프로세스의 다른 파라미터들과 같은 프로세스 조건들에 관한 것이다. 이러한 파라미터들은 레시피의 형태로 사용자에게 제공되며 사용자 인터페이스를 사용하여서 입력될 수도 있다. 프로세스를 모니터링하기 위한 신호들이 시스템 제어기의 아날로그 입력 접속부 및/또는 디지털 입력 접속부에 의해서 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 장치의 아날로그 출력 접속부 및 디지털 출력 접속부 상의 출력이다. 시스템 소프트웨어가 수많은 상이한 방법들로 설계되거나 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 챔버 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들이 증착 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 프로세싱 단계들의 기판 타이밍 코드, 전구체들 및 불활성 가스들의 플로우 레이트들 및 온도들 코드, 진공 챔버 (324) 의 압력에 대한 코드를 포함한다.
상기 언급된 바와 같이, 프로세싱된 웨이퍼의 후면 증착을 감소시키는 것이 바람직할 것이다. 예시적인 실시예에서, 후면 증착은 상당히 감소될 수 있다. 예를 들어, 300 Å 막을 고려하면, 프로세스 튜닝 키트 (PTK) 는 베벨 에지로부터 3 ㎜에서 150 Å 이하, 바람직하게 100 Å 이하, 보다 바람직하게 50 Å 이하로 후면 증착을 감소시키도록 사용될 수 있다. 이 개선된 성능은 프로세싱 동안 캐리어 링 위로 목표된 거리에 웨이퍼를 홀딩하는 캐리어 링 및 말굽 세트에 대한 수정들에 의해 인에이블된다. 그러나, 일 실시예에서, 웨이퍼 및 캐리어 링은 프로세싱 동안 서로 콘택트할 수 있다.
PTK는 캐리어 링, 말굽 및 심 세트의 심 중 적어도 하나를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 페데스탈은 말굽 각각 밑에 심을 장착함으로써 페데스탈의 상부 표면에 대해 높이가 가변할 수 있는 3 개의 말굽들을 수용하는 3 개의 리세스들을 포함한다. 심 세트는 0.04 인치 내지 0.08 인치의 범위일 수 있는 상이한 두께들의 심들을 포함한다. 예를 들어, 심 세트는 0.0005 인치 만큼 가변하는 상이한 두께들을 갖는 적어도 10 개, 바람직하게 적어도 20 개, 보다 바람직하게 적어도 30 개의 심들의 그룹을 갖는 심들의 그룹들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 페데스탈과 함께 사용하기 위해, 심 세트는 0.0465, 0.0470, 0.0475, 0.0480, 0.0485, 0.0490, 0.0495, 0.0500, 0.0505, 0.0510, 0.0515, 0.0520, 0.0525, 0.0530, 0.0535, 0.0540, 0.0545, 0.0550, 0.0555, 0.0560, 0.0565, 0.0570, 0.0575, 0.0580, 0.0585, 0.0590, 0.0595, 0.0600, 0.0605, 0.0610, 및 0.0615 인치의 두께들을 갖는 적어도 3 개의 심들의 그룹들을 포함할 수 있다. 따라서, 특정한 증착 프로세스 및 페데스탈의 온도에 따라, 심들의 세트는 말굽들의 높이를 조정하여 웨이퍼와 캐리어 링 사이에 미리 결정된 갭 (오프셋 거리) 으로 웨이퍼를 포지셔닝하도록 사용될 수 있다.
진공 챔버 (324) 내에서, 페데스탈 어셈블리 (320) 는 그 위에 재료들이 증착될 수도 있는 기판 (316) 을 지지한다. 페데스탈 어셈블리 (320) 는 목표된 온도로 기판 (316) 을 가열하기 위한 히터 블록과 커플링될 수 있다. 일반적으로, 기판 (316) 은 증착될 재료에 따라 약 25 ℃ 내지 500 ℃의 온도로 유지된다. 멀티-스테이션 증착 장치에서, 스테이션 각각은 웨이퍼를 상이한 온도로 가열할 수도 있고, 스테이션 각각에서 프로세싱 조건들에 적절한 오프셋 거리를 가변하도록 상이한 두께의 심들이 사용될 수 있다.
도 2는 캐리어 링 (400) 이 페데스탈 어셈블리 (320) 의 상부 표면 (322) 내로 연장하는 환형 리세스 (321) 내에 놓인 (sit) 페데스탈 어셈블리 (320) 의 사시도이다. 바람직한 실시예에서, 페데스탈 어셈블리 (320) 는 페데스탈 어셈블리 (320) 의 측벽 (324) 의 외측 주변부 내로 연장하는 3 개의 직사각형 개구부들 (323) 을 포함하고, 3 개의 말굽들 (500) 이 개구부들 (323) 내에 위치 설정된다. 심들 (600) 은 페데스탈 어셈블리 (320) 의 상부 표면 (322) 에 대해 말굽들의 높이를 조정하도록 말굽들 (500) 밑에 위치 설정된다.
도 3a 내지 도 3d는 캐리어 링 (400) 의 바람직한 실시예를 예시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 캐리어 링 (400) 은 환형 상부 표면 (401), 외측 측벽 (402) 및 내측 측벽 (403) 을 포함한다. 도 3b는 도 3a의 선 A-A를 따른 캐리어 링 (400) 의 단면도를 도시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 캐리어 링 (400) 은 하부 표면 (404) 을 포함하고 하부 표면은 하부 표면으로부터 연장하는 복수의 정렬 핀들 (405) 을 포함한다. 도 3c는 도 3b의 상세 B에서 캐리어 링 (400) 의 단면도이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 정렬 핀 (405) 은 외측 측벽 (402) 내측으로 위치 설정되고 환형 리세스 (406) 는 내측 측벽 (403) 내로 그리고 상부 표면 (401) 내로 연장한다. 도 3d는 도 3c의 상세 D에서 캐리어 링 (400) 의 단면도이고, 도 3e는 도 3e에서 상세 E에서 캐리어 링 (400) 의 단면도이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 정렬 핀 (405) 은 하부 표면 (404) 에 근접한 균일 직경 부분 (407) 및 정렬 핀 (405) 의 막혀 있지 않는 (free) 단부에서 테이퍼된 부분 (408) 을 포함한다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 환형 리세스 (406) 는 수직 벽 (409) 및 수평 벽 (410) 으로 형성된다. 캐리어 링은 바람직하게 약 15 인치의 외경, 약 11.7 인치의 내경, 약 0.1 인치의 두께, 3 개의 정렬 핀들로서, 정렬 핀들 각각은 하부 표면으로부터 약 0.06 인치 연장하는 균일 직경 부분 및 정렬 핀의 막혀 있지 않는 단부로 연장하는 테이퍼된 부분과 함께 약 0.2 인치의 길이를 갖는 정렬 핀들, 및 내측 벽 및 상부 표면 내로 연장하는 환형 리세스로서, 약 11.9 인치의 직경을 갖고 상부 표면으로부터 약 0.03 인치 연장하는 수직 벽 및 내측 벽으로부터 약 0.08 인치 연장하는 수평 벽으로 형성된 환형 리세스를 갖는다.
도 4a 내지 도 4d는 바람직한 말굽 (500) 의 상세를 도시한다. 도 4a는 상부 표면 (501), 단부 벽 (502), 측벽 (503), 하단 표면 (504), 보어 (505) 및 슬롯 (506) 을 갖는 말굽 (500) 의 사시도이다. 측벽 (503) 은 커브된 부분으로 연결된 한 쌍의 마주보는 직선 부분들을 갖는다. 보어 (505) 는 상부 표면 (501) 으로부터 하부 표면 (504) 으로 연장한다. 슬롯 (506) 은 단부 벽 (502) 상에서 개방되고, 상부 표면 (501) 의 약 1/2을 따라 연장한다. 보어 (505) 는 슬롯 (506) 과 측벽 (503) 의 커브된 부분 사이에 위치 설정된다. 도 4b는 말굽 (500) 의 상면도이고, 도 4c는 말굽 (500) 의 단부의 도면이고, 도 4d는 도 4b에서 선 A-A를 따라 취해진 말굽의 단면도이다. 도 4c에서 알 수 있는 바와 같이, 슬롯 (506) 은 수직 벽 (507) 및 수평 벽 (508) 으로 형성되고, 수직 벽 (507) 은 한 쌍의 짧은 커브된 부분들 (507a), 한 쌍의 직선 부분들 (507b) 및 커브된 부분 (507) 을 포함한다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 보어 (505) 는 테이퍼된 부분 (505a) 균일한 직경 부분 (505b) 을 포함한다. 말굽은 바람직하게 약 0.8 인치의 길이, 약 0.5 인치의 폭, 약 0.5 인치의 두께를 갖고, 보어는 약 0.15 인치의 직경을 갖고, 슬롯은 약 0.19 인치의 폭 및 약 0.25 인치의 높이를 갖고, 보어는 슬롯과 정렬되고, 측벽은 보어의 중심으로부터 측정된 약 0.26 인치의 반경을 갖는 반원형 부분에 의해 연결된 한 쌍의 평행한 직선 부분들을 갖고, 보어는 하부 표면으로부터 약 0.16 인치 연장하는 균일 직경 부분 및 말굽의 상부 표면 내로 연장하는 원뿔형 부분을 갖고, 원뿔형 부분은 약 80 °의 각도로 챔퍼를 형성하고 슬롯은 단부 벽 및 상부 표면을 따라 챔퍼된 에지들을 갖는다.
도 5a 내지 도 5c는 심 (600) 의 상세들을 예시한다. 도 5a는 상부 표면 (601), 단부 벽 (602), 측벽 (603), 하단 표면 (604) 및 상부 표면 (601) 과 하부 표면 (604) 사이에서 연장하는 보어 (605) 를 갖는 심 (600) 의 사시도이다. 상부 표면 (601) 은 하부 표면 (604) 에 평행하고 측벽 (603) 은 커브된 부분 (603b) 으로 연결된 한 쌍의 평행한 직선 부분들 (603a) 을 포함한다. 보어 (605) 는 말굽들 (500) 의 보어 (505) 와 동일한 직경을 갖는다. 심 세트의 심들은 상부 표면 (601) 과 하부 표면 (604) 사이에서 동일한 형상들 및 다양한 두께들 "t"를 갖는다. 심은 바람직하게 약 0.8 인치의 길이, 약 0.5 인치의 폭, 약 0.15 인치의 직경을 갖는 보어, 및 0.0465 인치, 0.0470 인치, 0.0475 인치, 0.0480 인치, 0.0485 인치, 0.0490 인치, 0.0495 인치, 0.0500 인치, 0.0505 인치, 0.0510 인치, 0.0515 인치, 0.0520 인치, 0.0525 인치, 0.0530 인치, 0.0535 인치, 0.0540 인치, 0.0545 인치, 0.0550 인치, 0.0555 인치, 0.0560 인치, 0.0565 인치, 0.0570 인치, 0.0575 인치, 0.0580 인치, 0.0585 인치, 0.0590 인치, 0.0595 인치, 0.0600 인치, 0.0605 인치, 0.0610 인치, 또는 0.0615 인치의 두께를 갖는다.
도 6은 페데스탈 어셈블리 (320) 의 직사각형 개구부 (323) 내에 장착된 말굽 (500) 및 심 (600) 의 상세들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 말굽 및 심 (600) 은 심 (600) 내에서 보어 (605) 를 통해 그리고 말굽 (500) 의 보어 (505) 내로 연장하는 위치 설정 핀 (325) 에 의해 개구부 (323) 내에 홀딩된다. 목표된 두께 "t"를 갖는 심을 사용함으로써 페데스탈 어셈블리 (320) 의 상부 표면 (322) 에 대해 목표된 오프셋을 갖는 상부 표면 (501) 의 위치를 설정하는 것이 가능하다.
프로세스 튜닝 키트 (PTK) 는 바람직하게 페데스탈 어셈블리 (320) 의 상부 표면 (322) 에 대해 목표된 오프셋 거리로 캐리어 링 (400) 을 위치 설정하도록 구성된 심들의 세트를 포함한다. 4 개의 캐리어 링들이 진공 챔버 내부에 위치 설정된 4 개의 페데스탈 어셈블리들 상에 장착되고 웨이퍼들이 스테이션 각각에서 순차적으로 프로세싱되는 시스템과 같은 멀티-스테이션 프로세싱 장치에서, 페데스탈 어셈블리 각각은 기판 상의 후면 증착을 감소시키도록 선택된 미리 결정된 두께를 갖는 심들이 제공될 수 있다. 따라서, 페데스탈 어셈블리 각각 내에서 말굽들의 세트들을 사용하고 이들의 높이를 심 세트와 함께 조정하는 것이 가능하다.
캐리어 링 (400) 은 목표된 프로세싱 효과들을 달성하기 위해 상이한 내측 직경들을 가질 수 있다. 예를 들어, 후면 증착 정도를 변화시키기 위해, 웨이퍼의 하면 측과 캐리어 링 (400) 의 환형 리세스 (406) 사이에 목표된 갭을 제공하도록 내측 측벽 (403) 의 내측 직경을 감소시키는 것이 목표될 수도 있다. 대략 수 천 분의 1 인치의 캐리어 링 (400) 의 내측 직경의 변동들이 후면 증착의 감소에 기여할 수 있다.
캐리어 링들, 말굽들 및 심들에 사용된 재료들은 바람직하게 반도체 프로세싱에 적합한 99.5 ％ 이상의 순도와 같은 적합한 순도를 갖는 세라믹 재료이다. 캐리어 링들, 말굽들 및 심들은 바람직하게 임의의 적합한 기법으로 이루어진 고순도 알루미늄 옥사이드로 이루어진다. 예를 들어, 시작 재료로서, 고순도 알루미나 파우더 및 소성 (firing) 동안 소결 보조제로서 역할을 하는 소량의 MgCO3, CaCO3, 및 SiO2 파우더들이 슬러리를 얻도록 혼합될 수 있고 그리고 습식 그라인딩을 겪을 수 있고, 유기 바인더가 슬러리에 첨가될 수 있고, 혼합이 수행되고, 이어서 알루미나 과립들을 형성하도록 스프레이 건조된다.
캐리어 링을 제작하기 위해, 알루미나 과립들은 약 0.2 인치 길이의 3 개의 정렬 핀들을 사용하여 약 15 인치의 외경, 약 11.7 인치의 내경, 및 약 0.1 인치의 두께를 갖는 성형된 바디로 형성될 수 있다. 발생되는 성형된 바디는 필요하다면 머시닝될 수 있고, 소결된 바디를 형성하도록 1,550 ℃ 내지 1,650 ℃에서 공기 중에서 소성될 수 있다. 발생되는 소결된 바디는 소성 온도보다 낮고 1,500 ℃ 내지 1,600 ℃ 범위의 온도 및 200 MPa에서 Ar 가스 내에서 HIP (hot isostatic pressing) 에 의해 열처리를 겪을 수 있다. 이에 따라, 치밀한 알루미나 바디가 형성된다. 발생되는 치밀한 알루미나 바디는 HIP에 의한 열 처리 온도보다 낮고 1,400 ℃ 내지 1,550 ℃ 범위의 온도에서 공기 중에서 적어도 5 분 동안 어닐링될 수 있다. HIP 동안 온도로부터 HIP 후에 어닐링 온도로의 온도-하강 레이트는 1.0 ℃/hour 미만으로 낮게 설정된다. 예를 들어, 온도-하강 레이트는 0.6 ℃/hour로 설정될 수 있다. 어닐링이 수행된 후, 주 표면들 양자는 회전 그라인더를 사용하는 다이아몬드-전기증착된 그라인드스톤과 같은 임의의 적합한 장비로 폴리시 (polish) 될 수 있다. 이에 따라, 캐리어 링이 얻어질 수 있다. 레이저 빔 머신을 사용하여, 발생되는 캐리어 링은 정확한 치수들 및 표면 거칠기를 갖도록 머시닝될 수 있다.
말굽을 제작하기 위해, 알루미나 과립들이 약 0.825 인치 길이, 약 0.525 인치 폭 및 약 0.53 인치 두께로 성형된 바디로 형성될 수 있다. 발생되는 성형된 바디는 상부 표면에서 약 80 °의 테이퍼를 갖는 약 0.15 인치의 직경을 갖는 보어를 형성하도록 머시닝될 수 있고, 슬롯은 약 0.25 인치의 깊이, 약 0.2 인치의 폭 및 약 0.3 인치의 길이로 형성되고 상기 기술된 바와 같이 캐리어 링용으로 프로세싱될 수 있다. 소결 및 어닐링 처리들이 수행된 후, 노출된 표면들은 회전 그라인더를 사용하는 다이아몬드-전기증착된 그라인드스톤과 같은 임의의 적합한 장비를 사용하여 폴리시될 수 있다. 이에 따라, 말굽이 얻어질 수 있다. 레이저 빔 머신을 사용하여, 발생되는 말굽은 정확한 치수들 및 표면 거칠기를 갖도록 머시닝될 수 있다.
심를 제작하기 위해, 알루미나 과립들이 0.825 인치 길이, 약 0.525 인치 폭 및 약 0.05 내지 0.06 인치 두께로 성형된 바디로 형성될 수 있다. 발생되는 성형된 바디는 약 0.15 인치의 직경을 갖는 보어를 형성하도록 머시닝될 수 있고 상기 기술된 바와 같이 캐리어 링용으로 프로세싱될 수 있다. 소결 및 어닐링 처리들이 수행된 후, 노출된 표면들은 회전 그라인더를 사용하는 다이아몬드-전기증착된 그라인드스톤과 같은 임의의 적합한 장비를 사용하여 폴리시될 수 있다. 이에 따라, 심이 얻어질 수 있다. 레이저 빔 머신을 사용하여, 발생되는 심은 정확한 치수들 및 표면 거칠기를 갖도록 머시닝될 수 있다.
프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 프로세싱하는 방법이 또한 본 명세서에 개시된다. 방법은 반응기 화학물질들 소스로부터 증착 챔버 내로 반응기 화학물질들을 공급하는 단계, 및 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 반도체 기판을 프로세싱하는 단계를 포함한다. 방법은 바람직하게 증착 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 RF 생성기를 사용하여 반응기 화학물질들에 RF 에너지가 인가되는 기판을 플라즈마 프로세싱하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서에 수치적 값과 함께 단어 "약 (about)"이 사용될 때, 연관된 수치적 값은 언급된 수치적 값에 대해 ±10 ％의 허용 오차를 포함하는 것이 의도된다.
더욱이, 기하학적 형상들과 함께 단어들 "일반적으로 (generally)", "상대적으로 (relatively)", 그리고 "실질적으로 (substantially)"가 사용될 때, 기하학적 형상의 정밀성이 요구되기 보다는 형상에 대한 위도는 본 개시의 범위 내에 있도록 의도된다. 기하학적 용어들과 함께 사용될 때, 단어들 "일반적으로", "상대적으로", 그리고 "실질적으로"는 엄격한 정의들을 만족하는 피처들뿐만 아니라 엄격한 정의들에 꽤 근사한 피처들을 포괄하도록 의도된다.
등온 증착 챔버를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치가 구체적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고, 다양한 변화들 및 수정들이 이루어질 수 있고, 등가물들이 채용될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (1)

  1. 화학적 증착 장치에 유용한 프로세스 튜닝 키트에 있어서,
    상기 프로세스 튜닝 키트는 캐리어 링, 3 개의 말굽들의 세트 및 3 개의 심들 (shims) 의 세트들을 포함하고,
    상기 심들 각각은 상부 표면, 상기 상부 표면에 평행한 하부 표면, 단부 벽 (end wall), 상기 단부 벽으로부터 연장하는 U-형상 측벽 및 상기 상부 표면과 상기 하부 표면 사이에서 연장하는 상기 심의 보어 (bore), 동일한 두께를 갖는 3 개의 심들의 제 1 세트 및 상기 심들의 제 1 세트와 상이한 두께를 갖는 3 개의 심들의 제 2 세트를 갖고,
    상기 말굽들 각각은 상부 표면, 상기 상부 표면에 평행한 하부 표면, 단부 벽, 상기 단부 벽으로부터 연장하는 U-형상 측벽 및 상기 상부 표면과 상기 하부 표면 사이에서 연장하는 상기 말굽의 보어, 및 상기 단부 벽 내의 그리고 상기 상부 표면의 1/2 미만에 걸쳐 연장하는 슬롯 개구부를 갖고, 상기 말굽의 상기 보어는 상기 심들의 상기 보어와 동일한 직경을 갖고,
    상기 캐리어 링은 상부 표면, 상기 상부 표면에 평행한 하부 표면, 외측 측벽, 내측 측벽 및 상기 하부 표면으로부터 연장하는 3 개의 정렬 핀들을 갖는, 화학적 증착 장치에 유용한 프로세스 튜닝 키트.
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