KR20010032700A - 프로세싱 챔버 및 플라즈마 구속방법 - Google Patents

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레이로렌스정-라이
장메이
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조셉 제이. 스위니
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Abstract

기판 프로세싱 챔버, 특히 화학기상증착 챔버는 전도성 물질의 열증착과 그 후에 실시되는 플라즈마 프로세스에 사용된다. 본 발명은 웨이퍼를 지지하는 페데스탈의 주변부분과 챔버를 배기하는 펌핑채널에서 전도성 물질의 열증착을 감소시킨다. 페데스탈에 위치된 주변 링은 바람직하게는 웨이퍼를 센터링하는데도 또한 사용되고, 페데스탈로부터 열적으로 격리되므로 그 온도는 웨이퍼의 온도 보다 실질적으로 더 낮게 유지된다. 프로세싱 챔버는 프로세싱 챔버의 처리영역내에 플라즈마를 구속하면서 그 안에서 웨이퍼가 처리되는 슬로핑 표면을 갖는 격리링부재를 구비한 챔버 리드 조립체를 포함한다. 웨이퍼상에 화학기상증착층을 형성하는 방법은 페데스탈의 상부 페데스탈 표면이 격리링부재의 하부 에지위로 연장될 때 까지 상기 페데스탈을 상승시키는 단계로 이루어진다.

Description

프로세싱 챔버 및 플라즈마 구속방법 {A PROCESSING CHAMBER AND METHOD FOR CONFINING PLASMA}
발명의 배경
관련출원에 대한 참조사항
본 출원은 준 짜오 (Jun Zhao), 아속 신하 (Ashok Sinha), 아비 테프만 (Avi Tepman), 메이 창 (Mei Chang), 리 루오 (Lee Luo), 알렉스 슈라이버 (Alex Schreiber), 탈렉스 사조토 (Talex Sajoto), 스테판 월프 (Stefan Wolfe), 찰스 돈페스트 (Charles Dornfest) 및 마이클 다넥크 (Michael Danek) 가 공동 발명자인 1996년 7월 12일자로 출원된 일련번호 제 08/680,724 호이고 발명의 명칭이 "화학기상증착챔버내에서 가스흐름을 뽑아 낼때 페데스탈주위의 구성요소 (COMPONENTS PERIPHERAL TO THE PEDESTAL IN THE GAS FLOW PULL WITHIN A CHEMLCAL VAPOR DEPOSITION CHAMBER)" 인 계류중이면서 상례적으로 양도된 특허출원과 관계가 있으며, 상기 출원의 개시된 내용 (도면을 포함) 은 하기에서 바로 축어적으로 반복되는 것과 같이 여기에 참고문헌으로서 삽입되어 있다.
본 출원은 또한 준 짜오 (Jun Zhao), 톰 초 (Tom Cho), 짜인 에스 구오 (Xin S. Guo), 아츠시 타라타 (Atsushi Tarata), 지안민 퀴아오 (Jianmin Qiao) 및 알렉스 슈라이버 (Alex Schreiber) 가 공동 발명자인 1995년 12월 22일자로 출원된 일련번호 제 08/577,867 호이고 발명의 명칭이 "세라믹 라이닝을 사용하는 화학기상증착챔버에서 잔류축적물을 감소시키는 방법 (METHOD OF REDUCING RESIDUE ACCUMULATION IN CVD CHAMBER USING CERAMIC LINING)" 인 공동계류중이면서 상례적으로 양도된 특허출원과 관계가 있으며, 상기 출원의 개시된 내용 (도면을 포함) 은 하기에서 바로 축어적으로 반복되는 것과 같이 여기에 참고문헌으로서 삽입되어 있다. 본 출원은 또한 준 짜오 (Jun Zhao), 찰스 돈페스트 (Charles Dornfest), 탈렉스 사조토 (Talex Sajoto), 레오니드 셀리우틴 (Leonid Selyutin), 스테판 월프 (Stefan Wolff), 리 루오 (Lee Luo), 해롤드 모텐센 (Harold Mortensen) 및 리차드 파릭카 (Richard Palicka) 가 공동 발명자인 1997년 2월 2일자로 출원된 일련번호 제 08/800,096 호이고 발명의 명칭이 "RF 능력을 갖는 고온 세라믹 히터조립체 및 관련 방법 (A HIGH TEMPERATURE CERAMIC HEATER ASSEMBLY WITH RF CAPABILITY AND RELATED METHOD)" 인 공동계류중이면서 상례적으로 양도된 특허출원과 관계가 있으며, 상기 출원의 개시된 내용 (도면을 포함) 은 하기에 축어적으로 반복되는 것과 같이 여기에 참고문헌으로서 삽입되어 있다. 1997년 2월 2일자로 출원된 일련번호가 제 08/800,096 호인 특허출원은 1995년 7월 14일자로 출원된 일련번호 제 08/502,585 호의 일부 계속출원이며, 상기 출원의 개시된 내용은 여기에 참고문헌으로서 삽입되어 있다. 본 출원은 준 짜오 (Jun Zhao), 리 루오 (Lee Luo), 지아짱 왕 (Jia-Xiang Wang), 탈렉스 사조토 (Talex Sajoto), 스테판 월프 (Stefan Wolff), 레오니드 셀리우틴 (Leonid Selyutin) 및 아속 신하 (Ashok Sinha) 가 공동 발명자인 발명의 명칭이 "고온, 고유동율의 화학기상증착장치 및 관련방법 (A HIGH TEMPERATURE, HIGH FLOW RATE CHEMICHAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND RELATED METHODS)" 인 공동계류중이면서 상례적으로 양도된 특허출원과 관계가 있고; 준 짜오 (Jun Zhao), 리 루오 (Lee Luo), 찌아오 리앙 진 (Xiao Liang Jin), 지아짱 왕 (Jia-Xiang Wang) 및 스테판 월프 (Stefan Wolff) 가 공동 발명자인 발명의 명칭이 "티타늄층을 증착하는 장치 및 고온, 고증착율 프로세스 (A HIGH TEMPERATURE, HIGH DEPOSITION RATE PROCESS AND APPARATUS FOR DEPOSITING TITANIUM LAYERS)" 인 공동계류중이면서 상례적으로 양도된 특허출원과 관계가 있고; 준 짜오 (Jun Zhao), 탈렉스 사조토 (Talex Sajoto), 레오니드 셀리우틴 (Leonid Selyutin), 찰스 돈페스트 (Charles Dornfest), 스테판 월프 (Stefan Wolff), 리 루오 (Lee Luo) 및 엘레 주코 (Eller Juco) 가 공동 발명자인 발명의 명칭이 "세라믹 페데스탈용 장치 및 금속 샤프트조립체 (APPARATUS FOR CERAMIC PEDESTAL AND METAL SHAFT ASSEMBLY)" 인 공동계류중이면서 상례적으로 양도된 특허출원과 관계가 있고; 및 준 짜오 (Jun Zhao), 리 루오 (Lee Luo), 지아짱 왕 (Jia-Xiang Wang), 찌아오 리앙 진 (Xiao Liang Jin) 및 스테판 월프 (Stefan Wolff) 가 공동 발명자인 발명의 명칭이 "높은 온도, 부식성, 플라즈마 환경의 클리닝프로세스를 위한 방법 및 장치 (METHOD AND APPARATUS FOR A CLEANING PROCESS IN A HIGH TEMPERATURE, CORROSIVE, PLASMA ENVIRONMENT)" 인 공동계류중이면서 상례적으로 양도된 특허출원과 관계가 있다.
발명의 배경
1. 발명의 분야
본 발명은 반도체처리장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 반도체처리장치의 프로세싱 챔버와 상기 반도체처리장치의 프로세싱 챔버의 처리영역내에서 플라즈마 가스를 구속하는 방법을 제공한다.
2. 종래기술의 설명
반도체 집적회로는 반도체, 절연 및 전도성 물질의 다중층 뿐만 아니라 결합, 이동 배리어 및 저항접촉과 같은 기능을 제공하는 추가의 층으로 제조된다. 이들 다양한 물질의 얇은 필름은 다양한 방식으로, 증착되거나 형성되며, 이중 가장 중요한 것은 현대의 프로세싱에서 스퍼터링으로서 공지된 물리기상증착 (PVD) 과 화학기상증착 (CVD) 가 있다.
CVD 에서, 기판, 예를 들면, 위에 형성된 실리콘 또는 다른 물질층이 이미 패턴화된 실리콘 웨이퍼는 기판의 표면에서 반응하고 기판상에 반응생성물을 증착함으로써 그위에 필름을 성장시키는 선구물질 가스에 노출된다. 단순한 예로는 챔버로부터 배기되는 가스상 부산물을 형성하는 수소로 실리콘을 증착하기 위하여 실란 (SiH4) 의 사용이 포함된다. 그러나, 본 출원은 TiN 과 같은 전도성 물질의 화학기상증착을 가리킨다.
이 표면반응은 적어도 2개의 다른 방식으로 활성화될 수 있다. 열적 프로세스에서, 기판은 거기서 반응하도록 기판에 인접한 선구물질 가스의 분자에 활성에너지를 제공하여 기판에 층을 증착하도록 충분히 높은 온도로 가열된다. 플라즈마 보강 화학기상증착 프로세스에서, 선구물질 가스는 이것이 플라즈마를 형성하도록 충분히 높은 자기장을 받게 된다. 이에 따라, 선구물질 가스는 이온 또는 라디칼과 같은 에너지를 지닌 상태로 여기되며, 이 상태는 기판표면에서 용이하게 반응하여 원하는 층상 물질을 형성한다.
자오 등 (Zhao et al.) 은 여기에 참고자료로서 삽입되고 공동 양수인으로 양도된 미국특허 제 5,558,717 호에서 화학기상증착 챔버의 예로서 기술하고 있다. 이런 타입의 화학기상증착 챔버는 CVD DxZ 챔버로서 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 (Santa Clara, California) 로부터 시중구입할 수 있다. 미국특허 제 5,558,717 호에서 개시된 바와 같이, 그리고 도 1 의 단면 측면도에서 예시된 바와 같이, CVD 반응기 챔버 (30) 는 TiN 층 물질와 같은 물질의 층으로 CVD 에 의해서 증착되는 웨이퍼 (36) 를 지지표면 (34) 으로 지지하는 페데스탈 (32) 을 포함한다. 리프트 핀 (38) 은 페데스탈 (32) 내에서 미끄럼 이동가능하지만, 그 상단부에 원뿔 헤드에 의해서 떨어지는 것이 방지된다. 그 후 리프트 핀 (38) 의 하부 단부는 수직으로 이동가능한 리프팅 링 (39) 과 맞물리고 나서 페데스탈 (32) 의 표면 (34) 위로 상승될 수 있다. 하부 적재위치 (아래에서 156 으로서 확인된 슬릿 밸브보다 약간 더 낮은 위치) 의 페데스탈 (32) 에 대하여, 리프트 핀 (38) 과 리프팅 링 (39) 과 상호 작동하는 로봇 블레이드 (도시되지 않음) 는 웨이퍼 (36) 를 슬릿 밸브를 통하여 챔버 (30) 의 안밖으로 이동하고, 이것은 슬릿 밸브를 통하여 챔버의 안밖으로 가스의 흐름을 방지하도록 진공밀봉될 수 있다. 리프트 핀 (38) 은 로봇 블레이드로 인서트된 웨이퍼 (도시되지 않음) 를 상승시키고 나서 페데스탈 (32) 은 페데스탈 (32) 의 지지표면 (34) 위로 리프트 핀 (38) 으로부터 웨이퍼 (36) 를 이동시키도록 상승한다. 적당한 로봇 이동 조립체는 메이단 (Maydan) 명의의 공동 양도된 미국특허 제 4,951,601 호에서 개시되어 있으며, 그 개시내용 전부는 참고자료로서 여기에 삽입되어 있다.
자기정렬 리프트 메카니즘의 사용을 통하여, 페데스탈 (32) 은 종종 샤우어헤드로서 언급된 가스분포 페이스플레이트 (40) 와 정반대로 웨이퍼 (36) 를 상승시키고, 이 페이스플레이트는 마주보는 웨이퍼 (36) 로 처리 가스를 분사하는 다수의 통로 (40) 를 포함한다. 처리 가스는 제 1 디스크형상 공간 또는 보이드 (48) 로 가스공급 커버 플레이트 (46) 의 중심 가스주입구 (44) 를 통하여 반응기 (30) 내로 주입되고 나서 샤우어헤드 (40) 의 이면에서 제 2 디스크형상 공간 또는 보이드 (54) 로 배플 플레이트 (또는 가스차단 플레이트) (52) 의 통로 (50) 를 통하여 주입된다. 샤우어헤드 (40) 는 프로세싱 공간 또는 영역 (56) 내로 처리 가스를 분사하는 다수의 홀 또는 통로 (42) 를 포함한다. 보다 구체적으로는, 처리 가스는 통로 (42) 를 통하여 공간 또는 보이드 (54) 로부터 프로세싱 공간 또는 영역 (56) 내로 웨이퍼 (36) 를 향하여 통과된다.
화살표로 표시된 바와 같이, 처리 가스는 웨이퍼 (36) 의 표면에서 반응하도록 샤우어헤드 (40) 와 페데스탈 (32) 사이의 프로세싱 공간 또는 영역 (56) 내로 샤우어헤드 (40) 의 홀 (42) 로부터 분사된다. 이어서, 처리 가스 부산물은 페데스탈 (32) 이 처리 위치에 있을 때 페데스탈 (32) 의 상부 주변을 둘러싸는 환형 펌핑 채널 (60) 내로 웨이퍼 (36) 의 에지를 가로질러서 반경방향으로 바깥쪽으로 유동한다. 보다 구체적으로는, 처리 가스는 웨이퍼 (36) 위의 프로세싱 공간 또는 영역 (56) 과 펌핑 채널 (60) 사이에 형성된 환형 쵸크구멍 (62) 을 통하여 유동한다. 쵸크구멍 (62) 은 메인 챔버 바디 (72) 의 내부의 레지 (70) 에 놓여 있는 절연 환형 챔버 인서트 또는 쉴드 라이너 (68) 와 챔버 리드 림 (66) 안에 설정된 격리링 (64) 사이에 보다 구체적으로 형성된다. 쵸크구멍 (62) 은 메인 챔버와 이 메인 챔버에 부착된 제거가능한 리드사이에 광범위하게 형성되므로 전혀 파손되지 않은 환형 쵸크구멍 (62) 이 달성될 수 있다. 쵸크구멍 (62) 은 샤우어헤드 (40) 와 웨이퍼 (36) 사이의 프로세싱 공간 또는 영역 (56) 의 깊이보다 실질적으로 더 작은 폭을 갖고, 주변 펌핑 채널 (60) 의 최소 측방향 치수보다 실질적으로 더 작다, 예를 들면 적어도 5 의 인자만큼 더 작다. 쵸크구멍 (62) 의 폭은 작동압력 및 가스흐름에서 충분한 공력저항을 발생시키도록 충분히 작고 그 길이가 충분히 길어서 쵸크구멍 (62) 을 가로지르는 압력강하는 웨이퍼 (36) 일지라도 반경을 가로지르거나 환형 펌핑 채널 (60) 의 주변 둘레의 압력강하보다 실질적으로 더 크다. 실제로, 웨이퍼 (36) 의 중간으로부터 펌핑 채널 (60) 내의 지점으로의 압력강하가 펌핑 채널 (60) 내의 주변 압력강하의 10% 정도로 충분한 공력임피던스를 쵸크구멍 (62) 가 도입하는 것은 전형적인 것이다.
펌핑 채널 (60) 은 펌핑 플리넘 (76) 에 수축된 배기구멍 (74) 을 통하여 연결되고, 밸브 (78) 는 진공펌프 (82) 로 배기구 (80) 를 통하여 배기가스를 게이트조절한다. 수축된 배기구멍 (74) 은 펌프 채널 (60) 내의 압력이 실질적으로 일정하도록 공압임피던스를 도입할 때 쵸크구멍 (62) 의 기능과 유사한 기능을 수행한다.
수축된 쵸크 및 배기구멍 (62, 74) 은 주변의 펌핑 채널 (60) 주위에 거의 균일한 압력을 발생시킨다. 웨이퍼 (36) 를 가로지르는 얻어진 가스분포흐름패턴은 도 2 의 화살표 (84) 로 도시된다. 처리 가스 및 그의 반응 부산물은 웨이퍼 (36) 와 반경방향 경로 (84) 를 따라서 페데스탈 (32) 의 주변을 가로질러서 그리고 나서 쵸크구멍 (62) 을 통하여 펌핑 채널 (60) 로 샤우어헤드 (40) 의 중심으로부터 유동한다. 그 후, 가스는 배기구멍 (74) 으로 펌핑 채널 (60) 의 경로 (86) (도 2 참조) 를 따라서, 그리고 나서 배기 플리넘 (76) 및 배기구 (80) 를 통하여 진공 펌프 (82) 로 주변으로 유동한다. 제한부 (62, 74) 때문에, 웨이퍼 (36) 를 가로지르는 반경방향 흐름 (84) 은 방위각방향으로 거의 균일하다.
도 1 및 도 3 (도 3 은 도 1 의 상부 우측코너의 확대도) 에서 도시된 바와 같이, 챔버 바디 (72) 의 레지 (70) 는 챔버 쉴드 라이너 (68) 를 지지하고 펌핑 채널 (60) 의 바닥을 형성한다. 챔버 리드 림 (66) 은 챔버 바디 (72) 의 일부를 따라서 펌핑 채널 (60) 의 외부 벽의 상부 및 일부를 형성한다. 펌핑 채널 (60) 의 인사이드 상부 에지는 격리링 (64) 에 의해서 형성되고, 챔버 바디 (72) 로부터 금속 샤우어헤드 (40) 를 절연하는 다른 전기 절연 물질 또는 세라믹으로 제조된다.
도 1 의 CVD 반응기 (30) 는 2개의 방식, 열적 방식 및 플라즈마보강 방식으로 작동될 수 있다. 열적 방식에서, 전력 공급원 (90) 은 페데스탈 (32) 의 상부에서 저항 히터 (92) 로 전력을 공급하고 이에 따라 페데스탈 (32) 을, 그리고 나서 웨이퍼 (36) 를 CVD 증착 반응을 열적으로 활성화시키기에 충분한 상승온도로 가열한다. 플라즈마보강 방식에서, RF 전기 공급원 (94) 은 금속 샤우어헤드 (40) 로 스위치 (96) 에 의해서 통과되므로 전극으로서 역할을 한다. 샤우어헤드 (40) 는 일반적으로 전기 비전도성 세라믹으로 제조된 환형 격리링 (64) 에 의해서 리드 림 (66) 과 메인 챔버 바디 (72) 로부터 전기적으로 절연된다. 페데스탈 (32) 은 RF 공급원 (94) 과 연결된 경사진 구성요소 (98) 에 연결되므로 RF 전력은 샤우어헤드 (40) 와 페데스탈 (32) 사이로 분리된다. 충분한 전압 및 전력은 RF 공급원 (94) 에 의해서 가해져 샤우어헤드 (40) 와 페데스탈 (32) 간의 프로세싱 영역 (56) 의 처리 가스가 방출되어 플라즈마를 형성되게 한다.
도 1 내지 도 3 에서 예시된 CVD 반응기 챔버 (30) 의 일반적인 타입은 여기에 참고자료로서 삽입된 샌드후 등 (Sandhu et al.) 의 명의의 미국특허출원 일련번호 제 07/898,059 호에서 설명된 열적 TDMAT 프로세스를 사용하여 티타늄 니트라이드와 같은 전도성 물질의 필름을 증착하는데 사용되었다. 관련된 플라즈마 프로세스는 여기에 참고자료로서 삽입된 샌드후 등의 명의의 미국특허 제 5,246,881 호에서 설명된다. 이 챔버에서 전도성 물질의 증착은 이 발명에 의해서 언급된 약간의 문제를 나타내고 있다.
티타늄 니트라이드는 적당하게 양호한 전기 전도체이지만, 반도체처리에서 이것은 배리어층으로서 기능하는데 1차적으로 사용되고 이것은 접착층으로서 티타늄을 보조한다. 이 프로세스는 종종 도 4 의 단면도에서 예시된 접촉구조물에 적용되며, 여기서 일반적으로 SiO2와 같은 산화층 (100) 은 결정 실리콘 또는 폴리실리콘의 표면을 갖는 기판 (102) 위로 약 1um 의 두께로 증착된다. 산화층 (100) 은 인터레벨 유전체로서 작용하지만, 레벨간의 전기적 접촉을 제공하기 위하여 접촉홀 (104) 은 알루미늄과 같은 금속으로 채워지도록 산화층 (100) 을 통하여 에칭된다. 그러나, 진보된 집적회로에서, 접촉홀 (104) 은 종종 0.35㎛ 미만으로 좁고 3 이상의 종횡비를 갖는다. 이런 홀을 채우는 것은 어렵지만, 홀 (104) 이 먼저 티타늄층 (106) 으로 등각으로 코팅되고 나서 티타늄층 (106) 이 티타늄 니트라이드층 (108) 으로 등각으로 코팅되는 약간의 표준프로세스가 개발되었다. 그 후, 알루미늄층 (110) 이 일반적으로 물리기상증착에 의해서 증착되어 접촉홀 (104) 를 채우고 상부 레벨로 전기 상호연결라인을 제공한다. Ti 층 (104) 은 밑에 있는 실리콘과 측벽의 산화물에 접착층을 제공한다. 또한, 이것은 밑에 있는 실리콘으로 규화되어 저항접촉을 형성할 수 있다. TiN 층 (106) 은 Ti 층 (104) 에 잘 결합하고, 알루미늄층 (110) 은 TiN 층에 잘 웨트되므로 알루미늄은 포함된 보이드를 형성하지 않으면서 접촉홀 (104) 을 더 잘 채운다. 또한, TiN 층 (106) 은 배리어로서 작용하여 알루미늄 (110) 이 실리콘 (102) 내로 이동하는 것과 그의 전도성에 영향을 미치는 것을 방지한다. 기판 (102) 이 알루미늄표면특성을 포함하는 바이어 구조에서, Ti 층 (104) 은 요구되지 않을 수도 있다. 티타늄과 티타늄 니트라이드의 전기 전도성은 알루미늄의 전도성만큼이나 높지 않지만, 이들은 양호한 전기접촉을 제공하도록 얇은 층에서 충분히 전도성을 갖는다.
티타늄과 티타늄 니트라이드는 CVD 또는 PVD 에 의해서 증착되지만, CVD 는 높은 종횡비를 갖는 홀에서 더욱 용이하게 등각층을 형성하는 이점이 있다. 열적 TDMAT 프로세스는 좁은 홀에서 등각으로 TiN 을 코팅하는 CVD 프로세스이다.
TDMAT 프로세스에서, 테트라키스-디메틸아미도-티타늄, Ti(N(CH4)2)4의 선구물질 가스는 페데스탈 (32) 이 약 360℃ 이상, 더욱 바람직하게는 약 360℃ 내지 약 450℃ 의 상승온도에서 기판 (36) 을 유지하면서 약 1 내지 약 9Torr 의 압력에서 샤우어헤드 (40) 를 통하여 챔버내로 주입된다. 이에 따라, 전도성 및 등각의 TiN 층은 CVD 프로세스로 기판 (36) 에 증착된다. TDMAT 프로세스는 선구물질 가스의 플라즈마 여기에 일반적으로 좌우되지 않는 열적 프로세스이다.
그러나, TDMAT 프로세스에 의해서 초기에 형성된 TiN 층은 전도성을 감소시키는 포함된 중합체의 형태로 과량의 탄소를 포함한다. 따라서, TDMAT 증착은 일반적으로 증착된 TiN 층을 플라즈마처리하는 제 2 단계가 뒤 이어진다. 챔버의 TDMAT 가스는 0.5 내지 10Torr 의 압력에서 약 50 : 50 비율로 H2와 N2의 가스혼합물에 의해서 대체되고, 전력 공급원 (94) 은 스위치 온되어 플라즈마를 형성하기 위하여 H2: N2가스를 방출할 정도로 충분한 샤우어헤드 (40) 와 페데스탈 (32) 간의 전기장을 발생시킨다. 플라즈마에서 수소 및 질소종류는 탄산염화 중합체를 감소시켜 시스템으로부터 배기되는 부산물을 발산시킨다. 이에 따라 플라즈마처리는 탄소를 감소시켜 TiN 필름의 품질을 향상시킨다.
플라즈마처리 프로세스는 열적 CVD 증착과 같은 동일한 챔버에서 실시될 때 균일성과 재생에 대한 약간의 문제점이 증명되었다. 이 문제는 플라즈마에 영향을 미치고 챔버내에서 과도한 입자를 생성하는 반응기 표면상의 여분의 금속증착으로부터 유래한다는 것이다. 증착은 2개의 다른 영역에서 발생하며, 이 영역은 기판 (36) 의 외부의 페데스탈 (32) 의 상부의 영역과 펌핑 채널 (60) 안과 주위의 영역이다.
첫번째 문제는 페데스탈 (32) 의 노출된 부분이 웨이퍼 (36) 의 온도 이상의 온도로 있기 때문에 페데스탈 (32) 상의 여분의 금속 증착 또는 축적 (120) 과 관계가 있다. 보다 구체적으로는, 도 3 의 단면도에서 도시된 바와 같이, 웨이퍼 (36) 의 외부 에지 넘어로 연장되는 페데스탈 (32) 의 일부는 다음의 설명에 따라 발생하는 증착된 물질이 축적 (120) 이 발생하게 된다.
전도성 TiN 이 증착되는 TDMAT 프로세스의 열상동안, 페데스탈 (32) 에 설치되고 도 1 에서 도시된 히터 (92) 는 페데스탈 (32) 을 가열하고 이 열은 웨이퍼 (36) 로 전달된다. 페데스탈 (32) 의 노출된 부분이 웨이퍼 (36) 의 온도보다 더 현저하게 높은 온도로 되는지 몇가지 이유가 있다. 샤우어헤드 (40) 는 마주 대하는 구성요소로부터 열을 용이하게 떨어뜨리도록 훨씬 더 낮은 온도, 일반적으로 100℃ 부근에서 작동한다. 이에 반해서, 웨이퍼 (36) 는 불완전한 페데스탈 (32) 상의 열싱크이고, 직접 복사하는 것보다는 더 적은 페데스탈 (32) 과 더 높은 열적 전도성 페데스탈 (32) 로부터 웨이퍼에 전도된 열을 전도한다. 또한, 챔버는 저온 플라즈마 처리상에 또한 사용되고 웨이퍼로부터 챔버의 안밖으로 전달하는데 추가의 시간이 소모되기 때문에, 고온 작동에 대한 효율사이클이 비교적 낮고 원하는 높은 처리온도로 웨이퍼 (36) 를 가열해야한다. 처리온도로 웨이퍼 (36) 의 온도를 신속하게 상승시키기 위하여, 페데스탈 (32) 의 온도는 웨이퍼 (36) 의 온도보다 더 높은 온도로 상승된다. 이런 이유때문에, 웨이퍼 (36) 의 처리온도는 360℃ 로 설정되는 반면에 페데스탈의 노출된 부분은 425℃ 의 현저하게 더 높은 온도로 되는 경향이 있다.
표면상의 증착율은 표면의 온도에 비례하기 (온도가 높으면 높을수록 증착은 더 빨리 이루어지기) 때문에 페데스탈 (32) 의 노출된 외부 에지의 더 높은 온도는 도 3 에서 예시된 바와 같이, 증착된 필름의 축적 (120) 을 빠르게 한다. 증착된 필름의 두께는 많은 웨이퍼의 처리사이클에 따라 증가하기 때문에 유해한 효과가 발생할 수 있다. 에지에서 필름 두께의 축적 (120) 은 인공적인 주변 림을 발생시키고, 이 주변 림은 웨이퍼 (36) 가 효과적인 처리에 대해서 요구되는 바와 같이, 페데스탈 (32) 의 표면과 완전 접촉상태로 되는 것을 방지한다. 유사하게, 축적 (120) 이 필름의 약간의 필름 두께를 초과하여 전개되면 연속적으로 증착된 필름층은 밑에 있는 층에 완전하게 부착하지 않는다. 필름의 일부는 입자를 형성하거나 벗겨져 페데스탈로부터 분리하고 처리되는 웨이퍼 (36) 위로 플로팅되게 한다. 입자는 처리된 웨이퍼에 결함을 발생시킨다.
여분의 금속증착과 관련된 두번째 문제는 전도성 TiN 필름이 샤우어헤드 (40) 로부터 펌핑 채널 (60) 로, 펌핑 채널 (60) 을 통하여 챔버 진공 시스템 (82) 으로 경로를 따라서 처리가스에 노출된 다른 표면에 하부 표면온도때문에 더 낮은 정도로 증착된다는 것이다. 도 5 는 전기 바이어스된 샤우어헤드 (40) 와 접지된 리드 림 (66) 사이에서 전기적 쇼트를 발생시킬 수 있는 격리링 (64) 위이면서 그 주위로 금속 필름 (124) 이 축적되는 예를 도시하고 있다. 도 5 는 챔버의 상부 표면에 과장되거나 파열된 필름 축적 (124) 을 도시하고 있다. 현실적으로, 필름은 모든 표면에 축적되지만, 다른 축적은 명확하게 도시되어 있지 않다.
여분의 필름 증착의 다른 예는 절연 알루미늄 챔버 인서트 (68) 위로 전도성 필름이 펌핑 채널 (60) 을 가로질러서 연장되고 전기 접지된 메인 챔버 바디 (72) 와 접촉하는 지점으로의 전도성 필름 (128) (도 6 참조) 의 축적이다. 도 6 에서 도시된 바와 같이, 이 여분의 증착 (128) 은 페데스탈 (32) 의 상부 주변 에지에 밀접하게 인접한 절연 환형 인서트 (68) 의 내부 상부 에지로 리드 림 (66) 및 챔버 바디 (72) 와 연결된 접지 퍼텐셜을 연장한다. 프로세싱 공간 (56) 내의 플라즈마의 위치 및 품질은 전력공급된 플라즈마 공급원 전극과 둘러싸고 있는 표면간의 거리와 각각의 전기 퍼텐셜간의 차이에 좌우된다. 긴 공정동안, 챔버 인서트 (68) 가 챔버 바디 (68) 와 플라즈마사이의 절연체로서 배치되는 것으로부터 접지되는 전도체로 되는 것으로 효과적으로 변할 때, 플라즈마의 위치 및 품질은 특히 기판 (36) 의 에지 주위에서 영향을 받게 될 것이다. 밀접하게 인접한 전기 접지의 근접으로 인한 플라즈마의 일그러짐은 플라즈마를 비균일하게 하여 필름 증착의 두께와 그의 표면성질에 영향을 미친다.
플라즈마처리동안, 플라즈마의 균일성의 변화는 제조되는 필름의 표면 균일성에 영향을 미칠 것이다. 그러므로, 플라즈마의 밀도의 변화는 필름 성질의 균일성에 영향을 미칠 것이다. 절연성질과 반대인, 플라즈마의 위치를 둘러싸는 절연부재의 전도성은 전도성 필름이 그 표면에 형성될 때, 그리고 전도성 필름이 다른 퍼텐셜로 인접한 전도성 구성요소로 전도성 경로를 형성할 때 변한다. 표면상의 절연 구성요소의 전도성 품질의 변화는 프로세스 반복성을 감소시키는 플라즈마의 변화를 발생시킨다.
여분의 금속 증착과 관련된 세번째 문제는 플라즈마에 노출되는 약간의 전기적으로 플로팅하는 구성요소가 플라즈마로부터 전하를 충전할 것이라는 것이다. 충전된 단편이 접지되거나 전기적으로 전력이 공급된 부분에 밀접한 경우에, 항상 플로팅 부분과 접지 또는 전극사이에 아킹의 변화가 있다는 것이다. 웨이퍼가 페데스탈에 지지되는 경우에, 웨이퍼는 아킹을 일으키도록 충전될 수 있는 플로팅 구성요소로서 작용할 수 있다. 아킹은 기판에서 입자 및 결함을 발생시킨다. 그러므로, 웨이퍼에 대한 아킹은 회피되고 기판의 표면을 처리하는 플라즈마에 대한 인벨로프의 균일성은 가능한한 균일하게 된다.
잠재적으로 해로운 효과를 회피하기 위하여, 필름의 축적이 원하지 않는 효과를 발생시키기 전에 페데스탈의 제거 및 교환 또는 세정을 수반하는 세정 또는 유지 사이클을 예정하는 것이 일반적이다. 그러나, 이런 구제책은 이롭지 않다. 페데스탈이 고가일 뿐만 아니라 교환 또는 세정은 고가의 장비의 중단 및 추가의 작동시간을 수반한다.
챔버에서 절연부재를 가로지르거나 민감부 주변의 원하지 않는 필름 두께의 축적은 이들이 플라즈마 처리에서 원하지 않는 변화 또는 단락을 방지하도록 주기적으로 세정되는 것을 필요로 한다. 원하지 않는 필름의 두께의 축적은 플라즈마상태로 가스를 여기하는 전기장의 밀도 및 위치에서 변화를 일으킴으로써 쇼트의 위험을 발생시킨다. 또한, 전도 또는 아킹의 위험이 높아지면 세정 또는 유지 사이클은 전기장의 본래의 분포를 되돌리도록 초기화시키게 된다. 다른 소모성 또는 지속성 구성요소는 또한 일정한 간결으로 교환 또는 세정을 필요로 한다. 전도성 및 아킹의 위험은 세정/유지보수 간격을 설정한다. 접지된 부재에 대한 절연부재를 가로지르는 필름두께 부착성 및 전도성의 문제가 상술된 바와 같이 감소되거나 제거된다면 세정간의 웨이퍼의 평균 수는 극적으로 증가될 것이다.
도 7 에서 개략적으로 예시된 종래기술의 CVD 챔버는 제한되는 것은 아니지만 복사식으로 가열된다는 것을 제외하고는 도 1 과 유사하다. 이것은 전도성 물질의 증착에 적용되었고, 여기서 한 종류 또는 다른 종류의 플라즈마처리가 챔버에서 실시되었다. 도 7 의 챔버에서, 아르곤처리 스퍼터링가스는 페데스탈 전극 (132) 과 카운터 전극 (134) 사이의 프로세싱 공간 또는 영역에서 플라즈마 (130) 내로 활성화되었다. RF 전력 공급원 (136) 은 RF 전력을 제공하여 플라즈마를 활성화시킨다. 그러나, 플라즈마 (130) 가 웨이퍼위로 프로세싱 공간 또는 영역에서 구속된다면, 페데스탈 전극 (132) 과 카운터 전극 (134) 사이의 전력을 선택적으로 분리하는 매칭 네트워크 (138) 로 RF 전력을 공급해야한다. 따라서, 접지된 전극과 함께 플라즈마는 웨이퍼의 영역의 외부로 퍼지는 경향이 있고 상술된 여분으로 증착된 금속층에 의해서 더 영향을 받게 되기 때문에 RF 전력을 분리하는 것은 더 잘 플라즈마를 구속한다는 것을 알았다. 매칭 네트워크 (138) 는 페데스탈 전극 (132) 으로 분리된 RF 전력이 전체 전력의 30%, 50% 또는 70% 의 분율로 되도록 한다. 그러나, 페데스탈 전극 (132) 과 카운터 전극 (134) 간의 전류를 선택적으로 분리하는 것 조차도 원하는 대로 플라즈마 (130) 를 본질적으로 전체적으로 구속하지 않는다는 것을 발견하였다. 플라즈마 (130) 의 약간은 여전히 페데스탈 전극 (132) 과 카운터 전극 (134) 사이의 프로세싱 공간 또는 영역을 지나서 도피하고 있다.
그러므로, 플라즈마 불안정성 및 아킹의 문제를 포함하고 있지 않고 루틴유지 및 세정에 대한 빈도가 감소된 CVD 챔버가 개발되어야 한다. 보다 구체적으로는, 반도체처리장치의 프로세싱 챔버, 반도체처리장치의 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역내에서 플라즈마 가스, 특히 TiN 층을 생성하는 플라즈마 가스를 구속하는 방법이 요구된다.
발명의 개요
본 발명은 플라즈마보강 화학기상증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 챔버에서 기판의 고온 (약 300℃ 이상, 더 일반적으로는 약 400℃ 이상) 처리를 위한 시스템, 방법 및 장치를 광범위하게 제공함으로써 원하는 목적을 달성한다. 본 발명의 실시예는 TDMAT 선구물질로부터 티타늄 니트라이드의 필름을 증착하는 PECVD 시스템을 포함한다. 본 발명은 챔버, 기판을 지지하여 가열하는 히터 페데스탈 및 플라즈마 시스템을 포함하는 기판을 처리하는 장치를 광범위하게 제공한다. 히터 페데스탈은 염소화 플라즈마종류의 환경에서 약 300℃ 이상, 바람직하게는 약 400℃ 이상 (다시 말해서, 약 400℃ 내지 약 500℃) 의 온도로 기판을 가열할 수 있고; 히터 페데스탈은 또한 기판이 아래에 위치되는 RF 평면을 포함한다.
본 발명은 또한 기판에 필름을 형성하는 프로세싱 챔버를 포함하는 처리장치를 광범위하게 제공함으로써 원하는 목적을 달성할 수 있다. 프로세싱 챔버는 챔버 캐비티를 갖는 챔버 바디와 상기 챔버 바디의 챔버 캐비티내에서 이동가능하게 위치된 페데스탈을 포함한다. 챔버 리드 조립체는 상기 챔버 바디에 의해서 지지되고, 격리링부재와 상기 격리링부재에 의해서 지지된 상기 샤우어헤드를 포함한다. 격리링부재는 슬로핑 표면이 챔버 캐비티와 연통하고 상기 샤우어헤드로부터 하향으로 떨어져서 연장되도록 격리링 입술형상부를 갖는다. 프로세싱 챔버는 챔버 캐비티내에서 챔버 바디에 의해서 지지된 챔버 인서트 조립체를 더 포함한다. 챔버 인서트 조립체는 챔버 바디에 의해서 지지된 인서트부재와 상기 인서트부재에 의해서 지지된 내부 쉴드부재를 포함한다. 내부 쉴드부재는 일체형으로 결합된 쉴드 리지를 갖고 상기 격리링 입술형상부를 향하여 돌출하는 내부 쉴드 바디를 포함한다. 내부 쉴드부재는 쉴드 리지를 일체되게 지지하기 위하여 쉴드 바디에 일체형으로 결합된 쉴드 입술형상부를 더 포함한다. 격리링부재는 격리링 입술형상부의 슬로핑 표면에서 종결하는 일반적으로 평면인 표면을 더 포함한다.
본 발명은 하기의 단계로 이루어진 기판에 화학기상증착층을 형성하는 방법을 광범위하게 제공함으로써 원하는 목적을 달성할 수 있다:
(a) 챔버 바디, 상기 챔버 바디내에서 이동가능하게 위치되고 상부 페데스탈 표면을 포함하는 페데스탈 및 상기 챔버 바디에 의해서 지지되고 하부 입술형상부 에지에서 종결하는 슬로핑 표면을 갖는 격리링 입술형상부로 이루어진 격리링부재를 포함하는 챔버 리드 조립체로 이루어진 프로세싱 챔버를 제공하는 단계;
(b) 상기 페데스탈위에 기판을 위치시키는 단계;
(c) 상기 페데스탈의 상기 상부 페데스탈 표면이 상기 격리링부재의 상기 격리링 리드의 상기 하부 입술형상부 에지위로 연장될 때 까지 단계 (b) 의 상기 기판을 포함하는 상기 페데스탈을 상승시키는 단계; 및
(d) 상기 기판을 처리 가스와 접촉시켜 상기 기판상에 화학기상증착층을 형성하도록 하는 단계를 포함하는 상기 기판을 처리하는 단계.
화학증기증착층은 바람직하게는 티나늄 니트라이드로 이루어진다. 바람직하게는, 기판을 처리 가스와 접촉시킴으로써 기판이 처리되기전에, 페데스탈은 약 400℃ 내지 약 500℃ 와 같은 약 600℃ 미만의 온도로 가열된다. 한층 더 바람직하게는, 플라즈마는 처리 가스로 형성된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 기판에 필름을 형성하기 위한 프로세싱 챔버를 제공하는데 있다.
그러므로, 본 발명의 다른 목적은 기판에 필름을 형성하기 위한 프로세싱 장치를 제공하는데 있다.
그러므로, 본 발명의 또 다른 목적은 기판에 화학기상증착층을 형성하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
하기의 설명이 계속되는 바와 같이 이 분야의 숙련자라면 충분히 알 수 있을 다양한 목적 및 특징과 함께 이상 말한 것은 신규한 장치 및 방법에 의해서 얻어 지며, 그의 바람직한 실시예는 단지 실례로써 첨부도면을 참고로 하여 도시된다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 종래의 화학기상증착 프로세싱 챔버의 단면도;
도 2 는 처리된 기판의 전반에 걸친 가스흐름분포와 펌핑채널에서의 가스흐름을 도시하고, 도 1 의 2-2 선의 평면을 따라서 화살표방향으로 취해진 수평 단면도;
도 3 은 도 1 에서 도시된 챔버의 상부 우측코너의 개략 확대도;
도 4 는 본 발명의 장치가 제조에 사용되는 집적회로구조의 단면도;
도 5 는 상기 챔버의 상부 표면에 형성된 전도성 필름을 갖는 도 3 의 챔버의 상부 우측코너를 도시하는 도면;
도 6 은 상기 챔버내의 플라즈마에 노출된 영역내로 돌출하는 펌핑채널에서 증착된 필름을 갖는 상기 챔버의 상부 우측코너를 도시하는 도면;
도 7 은 종래의 TiN 챔버를 위한 전력분할활성화를 도시하는 도면;
도 8 은 대상 특허출원으로부터 양도된 공동계류중인 특허출원의 프로세싱 챔버의 단면도;
도 9 는 일정한 구조의 전기 퍼텐셜간의 상호 관계를 나타내고 다른 특징을 강조하는 도 8 의 프로세싱 챔버의 개략 단면도;
도 10 은 도 8 및 도 9 의 챔버의 상부 우측코너의 확대도;
도 11 은 일정한 구조의 상호 관계와 특징을 나타내는 도 8 의 프로세싱 챔버의 수평 단면의 절단 사시도;
도 12 는 펌핑 채널 라이너 주위의 전도성 필름의 축적을 도시하는 도 10 의 프로세싱 챔버의 상부 우측코너의 확대도;
도 13 은 가스분포 페이스플레이트로부터 펌핑 채널을 통하여 진공 배기시스템으로 이동하는 가스로부터 발생하는 바와 같이 격리링상의 전도성 필름의 축적을 도시하는 도 10 의 프로세싱 챔버의 상부 우측코너의 확대도;
도 14 는 샤우어헤드 또는 가스 분포 플레이트와 대향하는 서셉터의 센터링 링에 위치된 원형 기판의 평면도;
도 15 는 센터링 링과 별개로서 센터링 보스의 부분 단면 사시도;
도 16 은 기판이 정위치로 도 14 의 16-16 으로서 확인된 부분에서 취해지는 센터링 링의 일부분의 확대 평면도;
도 17 은 도 15 와 유사하나 센터링 링상의 보스에 의해서 센터링된 웨이퍼를 도시하는 도면;
도 18 은 도 14 의 18-18 에서 취해진 센터링 링, 그의 핀 지지체 및 그의 열절연링을 도시하는 부분 단면 사시도;
도 19 는 도 14 의 19-19 에서 취해진 열절연링을 위한 패스너를 도시하는 센터링 링 (기판이 존재하지 않음) 의 부분 단면 사시도;
도 20 은 센터링 링이 페데스탈로부터 분리되어 도시되도록 센터링 링의 그라운딩 스트랩을 도시하는 20-20 에서 취해진 도 14 의 부분 단면 분해 사시도;
도 21 은 웨이퍼와 샤우어헤드사이의 어떠한 플라즈마도 펌핑 채널내로 직선이면서 똑바른 연속된 오프닝을 갖도록 페데스탈이 작동위치로 상승되는 도 8 의 프로세싱 챔버의 부분 수직 단면도;
도 22 는 프로세싱 챔버의 절반이 본 발명의 개선된 격리링을 노출시키도록 제거되는 본 발명의 화학기상증착 프로세싱 챔버의 부분 사시도;
도 23 은 개선된 격리링을 예시하는 본 발명의 프로세싱 챔버를 위한 리드 조립체의 부분 사시도;
도 24 는 리드 조립체의 리드 플레이트아래로 연장되는 개선된 격리링의 일부 (다시 말해서, 종속 입술형상부의 외부 표면) 를 예시하는 본 발명의 프로세싱 챔버를 위한 리드 조립체의 측면도;
도 25 는 페데스탈이 상승된 작동위치로 웨이퍼를 지지하고, 웨이퍼와 샤우어헤드사이의 어떠한 플라즈마도 프로세싱 챔버 또는 이들간의 영역내에서 구속되어 플라즈마가 펌핑 채널내로 직선의 똑바른 오프닝을 갖지 않도록 개선된 격리링의 종속 입술형상부가 웨이퍼 아래로 연장되는 본 발명의 프로세싱 챔버의 부분 수직 단면도;
도 26 은 본 발명의 개선된 격리링의 평면도;
도 27 은 도 26 의 27-27 선의 평면을 따라서 화살표방향으로 취해진 수직 단면도;
도 28 은 도 27 의 격리링의 단면 단부의 분해도;
도 29 는 본 발명의 내부 쉴드 (또는 챔버 벽 인서트) 의 평면도;
도 30 은 도 29 의 내부 쉴드의 측면도;
도 31 은 도 29 의 31-31 선의 평면을 따라서 화살표방향으로 취해진 수직 단면도;
도 32 는 본 발명의 인서트 챔버의 평면도; 및
도 33 은 도 32 의 33-33 선의 평면을 따라서 화살표방향으로 취해진 수직 단면도.
발명의 상세한 설명
이제, 도 8 내지 도 20 에 대하여 상세하게 설명하면, 이들 도면에는 웨이퍼 (142) 를 그 상부 표면 (144) 위로 지지하는 페데스탈 (140) 로 이루어진 화학기상증착 프로세싱 챔버가 도시되어 있다. 처리 가스 주입구 (44) 로 들어가는 가스는 제 1 디스크형상 공간 (48) 내로 분포된다. 제 1 디스크형상 공간 (48) 으로부터 처리 가스는 배플플레이트 (또는 가스차단플레이트; 52) 에서 통로 (50) 를 통하여 제 2 디스크형상 공간 (54) 내로 통과한다. 제 2 디스크형상 공간 (54) 으로부터, 처리 가스는 샤우어헤드 (40) 의 홀 또는 통로 (42) 를 통하여 프로세싱 공간 또는 영역 (54) 내로 통과한다. 처리 가스는 그 후 도 2 에서 도시된 바와 같이, 웨이퍼 (142) 의 에지를 가로질러서, 그리고 페데스탈 (140) 의 상부 둘레에서 리세스된 환형 레지 (148) 에 위치된 주변 센터링 라이트 (146) (도 8 참조) 를 가로질러서 중심축 (141) 에 대하여 반경방향으로 바깥쪽으로 유동한다. 거기서부터, 처리 가스는 변형된 환형 격리링 (152) 의 바닥과 변형된 챔버 벽 인서트 또는 쉴드 (154) 의 상부 사이에 형성된 초크구멍 (150) 을 통하여 변형된 펌핑 채널 (160) 내로 유동한다. 챔버 벽 인서트 (154) 는 그를 통하여, 그리고 반응기의 안밖으로 웨이퍼를 이동시키기 위하여 예시되지 않은 로봇 블레이드를 위한 메인 챔버 바디 (72) 를 통하여 밀봉가능한 통로 (156) 를 갖도록 도시된다.
가스가 일단 펌핑 채널 (160) 에 들어가면, 이 가스는 도 1 및 도 2 에서 도시된 바와 같이 종래의 펌핑 채널 (60) 과 유사한 프로세스 챔버의 둘레로 돌게되어 프로세스 챔버에 연결된 진공 펌핑 시스템 (82) 에 의해서 배기된다.
일반적으로 예시되지 않은 챔버 인서트 (154) 는 메인 챔버 바디 (72) 의 인사이드 레지 (70) 에 놓여 있는 L자 형상 절연 세라믹링 (164) 을 포함하고, 또한 이 L자 형상 링 (164) 의 인사이드 레지 (168) 에 놓여 있고 작은 간격으로 페데스탈 (140) 과 센터링 링 (146) 으로부터 이격된 환형 또는 밴드 쉴드 (166) 를 포함한다. 이들의 세라믹 챔버 라이너는 예를 들면, 여기에 참고자료로써 삽입된 로버선 등 (Robertson et al.) 의 명의의 미국특허 제 5,366,585 호에 의해서 설명된 바와 같이, 공지되어 있다. 밴드 쉴드 (166) 는 알루미늄과 같은 금속으로 제조되는 것이 바람직하고, L자 형상 세라믹 링 (164) 의 상부 위로 실질적으로 수직상향으로 페데스탈 (140) 의 지지표면 (144) 약간 위로 연장된다.
환형 펌핑 채널 (160) 은 밴드 쉴드 (166), L자 형상 링 (164), 메인 챔버 바디 (72) 와 리드 림 (66) 의 전방에 위치된 라이너 (170, 172) 및 격리링 (152) 에 의해서 일반적으로 형성된 측면을 가지며, 쵸크구멍 (150) 은 격리링 (152) 과 밴드쉴드 (166) 사이에 형성된다. 그러나, 리드 라이너 (170) 는 리드 림 (66) 을 면하는 펌핑 채널 (160) 의 측면에 위치되고 그 형상과 같은 형태를 갖는다. 챔버 라이너 (172) 는 메인 챔버 바디 (72) 를 면하는 펌핑 채널 (160) 의 측면에 위치된다. 양쪽 라이너 (170, 172) 는 알루미늄과 같은 금속으로 제조되는 것이 바람직하고, 그 위에 증착되는 모든 필름의 부착성을 증가시키도록 비드 블라스트된다. 리드 라이너 (170) 는 다수의 핀 (174) (도 10 참조) 에 의해서 착탈가능하게 고정되고, 리드 림 (66) 에 전기접지된다. 그러나, 챔버 라이너 (172) 는 L자 형상 세라믹 링 (164) 의 외부 상부에 형성되고, 반경방향 틈새 (178) (도 10 참조) 가 챔버 라이너 (172) 와 메인 챔버 바디 (72) 사이에 형성되고 축방향 틈새 (180) 가 리드와 챔버 라이너 (170, 172) 사이에 형성될 정도의 직경을 갖도록 정확하게 형성된다. 이것은 챔버 라이너 (172) 가 전기적으로 플로팅되어 있다는 것이다.
밴드 쉴드 (166) 와 리드 및 챔버 라이너 (170, 172) 는 하나의 세트로서 크기가 정해진다. 밴드 쉴드 (166) 는 환형이고, 페데스탈 (140) 의 중심을 중심으로 주요 직경 (d1) 을 갖는다. 챔버 라이너 (172) 도 또한 환형이고, 페데스탈 (140) 의 중심선을 따라 축방향으로 연장하는 밴드의 형태를 갖고, 주요 직경 (d2) 은 주요 직경 (d1) 보다 크다. 리드 라이너 (170) 도 또한 환형이고, L자 형상을 가지며, 긴 다리는 반경방향으로 d1내지 d2로 연장되고 짭은 다리는 축방향으로 d2로 연장된다.
도 11 에서는 페데스탈 (140), 센터링 링 (146) 및 펌핑 채널 (160) 을 둘러싸는 라이너 (170, 172) 와 쉴드 (152, 166) 에 대한 부분 단면 사시도가 도시되어 있다. 이 도면은 샤우어헤드 (40) 의 노즐 (42) 의 밖으로부터 웨이퍼 (142) 를 향하는 처리 가스의 흐름과 이어지는 웨이퍼 (142) 위로, 그 다음에 센터링 링 (146) 위로의 반경방향의 외부로 향하는 흐름 (84) 을 명확하게 도시하고 있다. 그 후, 가스흐름은 펌핑 채널 (160) 내로 밴드 쉴드 (166) 의 상부위로 상향으로 편향되고, 펌핑 채널 (160) 에서 이 흐름은 진공 펌프를 향하여 주위경로 (86) 를 따라서 유동한다.
도 10 에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 펌프 채널 (160) 및 그 구성요소는 프로세싱 공간 (56) 안에서, 그리고 그 부근에서 플라즈마의 여기시 모든 증착된 전도성 필름의 효과를 최소화하도록 설계된다. 밴드 쉴드 (166) 는 웨이퍼 (142) 의 레벨과 그 위로 유동하는 대부분의 가스의 레벨위로 상승하기 때문에, 데드공간 (dead space; 184) 이 밴드 쉴드 (166) 와 만나는 L자 형상 링 (164) 의 상부 (186) 에 근접한 펌핑 채널 (160) 의 바닥에서 유동패턴으로 발생된다. 이에 따라, 금속이 밴드 쉴드 (166) 의 상부 부분에 증착하더라도, 데드공간 (184) 은 확실하게 유효두께의 금속이 밴드 쉴드 (166) 의 이면주위에 증착하지 않게 할 것이고, 특히 불충분한 양의 금속이 밴드 쉴드 (166) 사이에 형성된 틈새 (188) 를 브리지하도록 증착할 것이고, 전도하더라도 페데스탈 (140) 과 메인 챔버 바디 (72) 에 대하여 전기적으로 플로팅한채로 유지한다. 밴드 쉴드 (166) 는 둥근 단부 (167) 를 가져 아킹 (arcing) 가능성을 감소시킨다.
이제 도 12 에 대하여 설명하면, 처리 가스가 챔버 라이너 (172) 의 상부에서 축방향 틈새 (180) 를 통하여 펌핑 채널 (160) 에서 경로 (181) 를 따라서 흐르고 나서 챔버 라이너 (172) 의 이면의 반경방향 틈새 (178) 에서, 그리고 축방향 틈새 (180) 에서 전도성 필름 (182) 을 증착하는 것이 가능하다. 양 틈새 (178, 180) 는 데드공간이 있기 때문에, 충분한 두께가 어느 하나의 틈새 (178, 180) 를 브리지하도록 증착하고, 이렇게 된다하더라도, 틈새를 가로지르는 모든 쇼트 (short) 가 단지 챔버 라이너 (172) 를 접지하는 것은 가능하지 않다. 펌핑 채널 (160) 의 여분의 필름은 프로세싱 공간 (56) 에 충분히 근접한 메인 챔버 바디 (72) 로부터 접지가 플라즈마장에 현저하게 영향을 미치게 된다. 매우 적은 가스가 반경방향 틈새 (178) 의 바닥 단부 아래로 진행할 것이며, 여기서 증착이 발생한다면, 증착이 챔버 라이너 (172) 와 메인 챔버 바디 (72) 사이에서 브리지를 생기게 한다. 그러나, 챔버 라이너 (172) 가 절연 L자 형상 링 (164) 의 아웃사이드 레지 (176) 에 장착되기 때문에, 전도성 필름은 메인 챔버 바디 (72) 의 접지를 위하여 메인 챔버 바디 (72) 와 L자 형상 링 (164) 사이의 틈새를 채워 밴드 쉴드 (166) 로 연장되어야 한다.
도 13 에서 도시된 바와 같이, 펌핑 채널 (160) 안의 표면, 그리고 그 부근의 표면의 절연 세라믹 격리링 (152) 에 증착된 여분의 전도성 필름 (120) 은 경사진 샤우어헤드 (40) 에 인접한 영역으로 리드 림 (66) 의 접지평면을 연장하는 퍼텐셜을 가져 플라즈마 전기장을 현저하게 교란시키고 챔버 리드 림 (66) 으로 격리링 (152) 을 가로질러서 경사진 샤우어헤드 (40) 를 쇼트한다. 그러나, 도 10 에서 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, L자 형상 격리링 (152) 은 종속 내부 스커트 (203) 의 하부 부분의 외부 측면에 형성되고 2개의 깊은 환형 홈 (205, 207) 은 증착된 필름 (120) 이 홈 (205, 207) (도 13 참조) 을 브리지하지 않을 정도로 충분한 폭을 갖는다. 또한, 홈 (205, 207) 은 데드공간이 그 바닥에서 발생할 정도로 충분히 깊으므로 약간의 증착이 불가피할지라도 이 공간은 홈 (205, 207) 의 내부 표면에 연속 필름을 형성하지 않는다. 또한, 펌핑 채널 (160) 내로의 홈 (205, 207) 의 오프닝은 일반적으로 둥글게 되어 있어 아킹이 전도성 필름의 축적을 방지한다. 공칭 치수로서, 홈 (205, 207) 은 격리링 (152) 이 200 내지 400mils (5 - 10mm) 의 그와 연결된 내부 스커트 (203) 에서 폭을 갖는 경우에 40 내지 80mils (1 - 2mm) 의 폭과 100 내지 175mils (2.5 - 4.6mm) 의 깊이를 갖는다. 이런 구조에 대하여, 여분의 필름 (120) 이 도 13 에서 도시된 바와 같이, 격리링 (152) 에 증착하더라도 이 필름은 연속의 전도성 필름을 형성하지 않는다. 이에 따라, 샤우어헤드 (40) 도 쇼트되지 않고 샤우어헤드 (140) 에 인접하게 설치된 여분의 접지평면도 쇼트되지 않는다.
리드 라이너 (170) 는 도 10 에서 도시된 바와 같이, 금속이고 리드 림 (66) 에 열적 및 전기적으로 연결되어 있어 이것의 연장을 효율적으로 형성하고, 그의 원거리위치 때문에 프로세싱 영역 (56) 에서 플라즈마에 쉽게 영향을 미치지 않는다. 리드 라이너 (170) 에 증착한 금속은 격리링 (152) 위로 금속이 연장하지 않는 한 플라즈마에 한층 더 영향을 미치지 않을 것이다. 어떠한 경우에서도, 리드 라이너 (170) 는 이것이 과도하게 코팅되었을 때 패스너 (174) (도 10 참조) 에 의해서 용이하게 제거된다.
센터링 링 (146) 은 2개의 기능을 수행한다. 이것은 페데스탈 (140) 에 웨이퍼 (142) 를 정확하게 센터링하는 역할을 하는 것이며, 웨이퍼 (142) 는 도 8 의 액세스 통로 (156) 를 통하여 이동하는 로봇 블레이드 (도시되지 않음) 에 의해서 페데스탈 (140) 위로, 챔버내로 이동되어진다. 이 기능은 주변 센터링 링 (146) 이 오프닝내에서 웨이퍼 (142) 를 유지하도록 유지링으로서 작용하는 유지기능과 조화되어 있다. 또한, 센터링 링 (146) 은 웨이퍼 (142) 외부에 노출된 페데스탈 (140) 의 일부를 위한 열 블랭킷으로서 역할을 한다. 구체적으로는, 열적 특성은 의도된 프로세스의 관점에서, 센터링 링 (146) 이 가열된 페데스탈 (140) 에 대하여 열적으로 플로팅하여 웨이퍼 (142) 와 비교하여 상대적으로 차갑고 밑에 있는 페데스탈 (140) 보다 현저하게 더 차가운채로 있어서 소량의 물질도 열적 화학기상증착 프로세싱동안 이곳에 증착하지 않도록 설계된다.
이제 도 14 내지 도 16 에 대하여 구체적으로 설명하면, 센터링 링 (146) 은 도 14 의 평면도와 도 15 의 단면 사시도에서 예시된 바와 같이, 편평한 환형 상부 표면 (190) 과, 이 상부 표면 (190) 내부와 아래에서 환형 레지 (192) 를 포함하며, 이 환형 레지는 열적 절연을 제공하지만 그럼에도 불구하고 가스흐름에 배리어를 생성하도록 환형 레지와 웨이퍼 (142) 사이의 얇은 틈새로 웨이퍼 (142) 를 밀접하게 면하도록 크기가 정해진다. 도 14 에서 도시된 웨이퍼 (142) 는 센터링 링 (146) 과 마찬가지로 실질적으로 원형이다. 그러나, 웨이퍼 (142) 가 한쪽 에지에 편평한 큰 정합부가 형성되어 있다면, 센터링 링 (146) 의 내부는 편형하게 형성되어야 한다. 도 15 에서 도시된 바와 같이, 스텝 벽 (194) 은 레지 (192) 로부터 센터링 링 (146) 의 편형한 상부 표면 (190) 으로 상승한다. 스텝 벽 (194) 의 높이는 웨이퍼 (142) 의 두께와 동일하거나 약간 더 높으므로 웨이퍼 (142) 의 상부 표면은 센터링 링의 상부 표면 (190) 과 대등한 레지 (192) 의 표면으로 지지되거나 그의 약간 위로 캔틸레버된다.
도 16 의 분해 평면도에서 도시된 일련의 6개의 센터링 보스 (200) 는 센터링 링 (146) 이 또한 동심인 페데스탈 (140) 의 센터 (201) 에 대하여 센터링 링 (146) 을 중심으로 60도 간격으로 동일하게 분포된다. 센터링 보스 (200) 는 레지 (192) 로부터 상승하지만 단지 일부분만이 스텝 벽 (194) 으로부터 돌출한다. 보스 (200) 는 원통형 베이스 (202) (도 15 참조) 와 그위의 원뿔대 형상부 (204) 를 포함하고, 분리 라인 또는 에지 (203) 는 원뿔대 형상부 (204) 로부터 원통형 베이스 (202) 를 분리한다. 분리 라인 또는 에지 (203) 는 센터링 링 (146) 의 평편한 상부 표면 (190) 약간 아래에 있으므로 원뿔대 형상부 (204) 는 편평한 상부 표면 (190) 위로 돌출한다. 센터링 보스 (200) 가 단순한 기하학적 용어로서 한정되어 있지만, 보스 (200) 의 볼록한 코너 및 오목코너 모두는 평탄하게 되어 웨이퍼가 아킹 또는 칩핑하는 것을 감소시킨다. 페데스탈에 장착되어 있지만 관련 센터링 핀은 여기에 참고자료로서 삽입된 라이 등 (Lei et al) 의 명의의 미국특허 제 5,516,367 호에 의해서 개시되어 있다.
센터링 링 (146) 은 이전에 나타낸 바와 같이 페데스탈 (140) 에 지지된다. 로봇 블레이드 (도시되지 않음) 가 웨이퍼 (142) 를 챔버내로 이동시킬 때 도 1 및 도 8 의 페데스탈 (140) 및 리프트 링 (39) 모두는 방해가 되지 않게 낮춰진다. 리프트 링 (39) 은 그 후 원뿔헤드가 로봇 블레이드로부터 웨이퍼 (142) 를 약간 상승시킬 정도로 충분한 높이로 페데스탈 (140) 로부터 밖으로 리프트 핀 (38) 을 상승시키도록 상승한다. 로봇 블레이드는 그 후 후퇴되고, 페데스탈 (140) 및 부착된 센터링 링 (146) 은 웨이퍼 (142) 를 지지하는 리프트 핀 (38) 이 페데스탈 (140) 의 지지표면 (144) 을 향하여 효율적으로 수축하도록 상승된다.
그러나, 웨이퍼 (142) 가 페데스탈 센터 (201) 에 대하여 정확하게 센터링되지 않는다면, 이것이 페데스탈 (140) 에 접근할 때 이것은 원뿔 상부 (204) 상의 센터링 보스 (200) 중의 하나 또는 2개와 먼저 만난다. 원뿔 상부 (204) 의 테이퍼진 표면은 이것이 페데스탈 (140) 의 센터 (201) 를 향하여 미끄럼 이동하도록 웨이퍼 (142) 상에 충분한 측방향 힘을 가하여 웨이퍼 (142) 를 센터링한다. 페데스탈 (140) 에 대하여 한층 더 낮춰질 때 웨이퍼 (142) 는 모든 센터링 보스 (200) 의 원통형 베이스 (202) 내부의 중심위치로 도 17 의 부분 단면 사시도에서 예시된 바와 같이, 위치될 것이다.
웨이퍼 (142) 는 가능한한 많이 센터링 링 (146) 으로부터 열적으로 격리된다. 보스 (200) 의 원통형 베이스 (202) 는 단지 부분적으로 레지 (192) 의 영역내로 돌출하기 때문에, 도 16 및 도 17 에서 도시된 틈새 (206) 는 웨이퍼 (142) 의 비스듬한 에지와 센터링 링 (146) 의 스텝 벽 (194) 사이에 형성된다. 또한, 보스 (200) 의 원통형 베이스 (202) 의 최대한 반경방향의 내향 위치의 로커스는 웨이퍼 (142) 의 직경보다 약간 더 크게 크기가 정해지므로 얇은 틈새 (208) 는 전도성 열전달이 최소가 되도록 웨이퍼 에지와 원통형 보스 베이스 (202) 사이에 존재하도록 설계된다.
화학기상증착 프로세싱동안 웨이퍼 (142) 는 페데스탈 (140) 로 중력작용을 받기 쉽게 지지되지만, 센터링 링 (146) 의 레지 (192) 의 상부 표면의 높이는 타이트하게 제어되므로 이것은 페데스탈 (140) 의 유효 지지 표면 (144) 약간 아래에 있고 웨이퍼 에지는 그 사이의 얇은 틈새로 레지 (192) 의 상부 표면위로 캔틸레버된다 (도 10 참조). 웨이퍼 에지와 레지 (192) 간의 틈새는 양호한 열적 격리를 제공하도록 작동 증착압력에서 충분히 크지만 증착가스가 웨이퍼의 이면으로 흐르는 것을 방지할 정도로 충분한 공력저항을 나타내도록 충분히 길고 충분히 작다. 또한, 틈새는 플라즈마가 틈새로 들어가는 것과 아킹을 방지할 정도로 충분히 얇다.
페데스탈 (140) 로부터 센터링 링 (146) 의 열적 격리는 2가지 방법으로 달성된다. 센터링 링 (146) 은 알루미늄 또는 니켈-코팅된 스테인레스강으로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 도 18 의 사시도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 센터링 링 (146) 은 페데스탈 (140) 의 레지 (148) 내로 고정되고 정확한 높이로 그로부터 상향으로 돌출한 3개의 균일하게 이격된 지지핀 (210) 에 의해서 페데스탈 (140) 의 주변 레지 (148) 위로 지지된다. 지지핀 (210) 은 센터링 링 (146) 의 영역과 비교하여 매우 작은 단면때문에 페데스탈 (140) 과 센터링 링 (146) 사이에서 효과적으로 점접촉을 나타낸다. 지지핀 (210) 은 세라믹 또는 스테인레스강과 같은 열전도성이 낮은 금속으로 제조되는 것이 바람직하다. 지지핀 (210) 의 작은 크기와 그의 낮은 열전도성 모두는 페데스탈 (140) 과 센터링 링 (146) 사이에서 열전도를 최소화한다. 지지핀 (210) 은 센터링 링 (146) 의 외부 환형 베이스 (214) 의 바닥으로부터 연장하는 각각의 반경방향의 슬롯 (212) 내로 끼워져서 페데스탈 (140) 의 레지 (148) 위로 정확하게 설정된 높이로 센터링 링 (146) 을 지지한다. 슬롯 (212) 의 반경방향으로 기다란 형상은 센터링 링 (146) 과 페데스탈 (140) 간의 열적 팽창을 다르게 한다.
센터링 링 (142) 과 페데스탈사이의 복사 및 대류식 열전달은 페데스탈 (140) 의 레지 (148) 과 센터링 링 (146) 의 내향 돌출림 (220) (도 18 참조) 의 바닥 표면사이에서 이격된 열절연링 (216, 218) 의 스택에 의해서 최소화된다. 열절연링 (216, 218) 은 통과하는 열의 전도성 전달을 감소시키기 위하여, 세락믹 또는 스테인레스강과 같은 열전도성이 낮은 다른 물질로 제조되는 것이 바람직하다.
도 19 의 절단 사시도에서 예시된 바와 같이, 열절연링 (216, 218) 은 도 14 의 평면도에서 도시된 바와 같이, 센터링 링 (146) 에 배열된 스크루 또는 리벳과 같은 일련의 패스너 (224) 에 의해서 돌출림 (220), 적어도 센터링 링 (146) 의 바닥에 고정된다. 패스너 (224) 는 한쌍의 링 (216, 218) 과 센터링 링 (146) 의 외부 환형 베이스 (214) 와 페데스탈 (140) 의 레지 (148) 양쪽간의 사이에 틈새가 형성되도록 위치된다. 스크루 패스너 (224) 의 원뿔 헤드 (225) (도 19 참조) 는 평탄한 표면을 나타내도록 바닥링 (218) 의 바닥에서 카운터 씽크 (226) 에 리세스된다. 2개의 링 (216, 218) 은 도 20 에서 도시된 이격범프 (228) 또는 열절연 스페이서 (227) 에 의해서 센터링 링 (146) 의 돌출림 (220) 으로부터, 그리고 서로로부터 분리되어 링 (216, 218) 간의 틈새 (229) 뿐만 아니라 링 (216) 과 센터링 링 (146) 의 돌출림 (200) 사이의 틈새를 형성한다. 이런 다양한 틈새는 페데스탈 (140) 로부터 센터링 링 (146) 을 효율적으로 열적으로 한층 더 분리하도록 링 (216, 218) 이 열적으로 플로팅되게 한다. 2개의 이런 링은 복사식 열전달을 65% 감소시키고, 3개의 링은 75% 감소시킨다.
다른 열적 격리수단은 이전에 설명된 타입의 일반적인 화학기상증착 프로세싱동안 프로토타입 반응기에서 시험되었다. 이런 시험에서, 페데스탈 (140) 의 온도는 430℃ 로 측정되었고, 웨이퍼 (142) 의 온도는 360℃ 로 측정되었지만, 센터링 링 (146) 의 온도는 단지 290℃ 로 측정되었다. 360℃ 에서는, TiN 의 만족스러운 열적 증착이 웨이퍼 (142) 상에서 달성되었지만, 290℃ 에서는, 센터링 링 (146) 에 동일한 물질의 증착이 거의 또는 전혀 일어나지 않았다. 이런 온도차는 약 100℃ 로 유지되는 샤우어헤드 (46) 에 의해서 뿐만 아니라, 측면에 대한 다른 열적 누전에 의해서 만들어진다.
센터링 링 (146) 을 열적으로 격리하는데 사용된 많은 수단은 또한 이 센터링 링을 전기적으로 격리하는 경향이 있다. 이에 따라, 이것은 프로세싱 공간 또는 영역 (56) 에서 플라즈마의 존재하에서 전기적으로 충전되는 경향이 있다. 이런 전기적 충전은 이것이 센터링 링 (146) 과 웨이퍼 (142) 사이에서 아킹을 발생시킬 수 있어 웨이퍼에 직접적인 손상을 일으키기 때문에 회피되어야 한다. 다른 지점에 대한 아킹은 웨이퍼에 침전되어 결함을 발생시키는 입자를 발생시킨다. 따라서, 센터링 링 (146) 과 페데스탈 (142) 은 동일한 전위로 유지되는 것이 바람직하다.
페데스탈 (140) 의 퍼텐셜에 센터링 링 (146) 의 퍼텐셜을 고정하는 하나의 구조물은 도 20 의 절단 사시도에서 예시된 얇고 단단하면서 가요성이 있는 접지 스트랩 (230) 이다. 접지 스트랩 (230) 은 용접 (234) 에 의해서 센터링 링 (146) 의 베이스 (214) 에 영구적으로 연결되는 알루미늄과 같은 전기전도성이 있으면서 기계적으로 부드러운 금속의 얇은 탭 (232) 으로 구성된다. 금속 탭 (232) 의 두께는 이것이 열을 거의 전달하지 않고 센터링 링 (146) 을 그 자체로서 기계적으로 지지하지 않을 정도로 충분히 얇다.
페데스탈 (140) 은 그 주변에 얕고 축방향으로 연장하는 슬롯 (236) 이 형성되어 있으며, 더 깊은 슬롯 단면 (238) 은 그 바닥에 형성되어 있다. 탭 (232) 은 탭 (232) 의 상부 부분이 얕은 슬롯 (236) 내로 끼워지고 Z자 형상 단면 (240) 이 더 깊은 슬롯 단면 (238) 내로 끼워지도록 Z자 형상 단면 (240) 내로 그 바닥에서 구부러진다. 탭 (232) 의 바닥에 형성된 홀 (242) 은 스크루 (244) 를 통과하고 나서 더 깊은 슬롯 단면 (238) 내에서 페데스탈 (140) 의 대응하는 홀내로 나사결합되어 전기 접지를 완성한다. 얕은 슬롯 (236) 은 페데스탈 (140) 의 공칭 둘레 아우트라인 (246) 을 유지하도록 스크루 (244) 의 헤드와 탭 (232) 을 둘러싼다. 또한, 얕은 슬롯 (236) 과 접지 스트랩 (230) 은 페데스탈 (140) 과 센터링 링 (146) 간의 온도차로 인한 다른 운동이 전기적 연속성이 센터링 링 (146) 과 페데스탈 (140) 사이에 유지된 채로 부분들간의 간섭없이 조화를 이루도록 형성된다.
이제, 본 발명의 다른 실시예에 대한 도 22 내지 도 33 에 대하여 상세하게 설명하면, 이 도면에는 프로세싱 챔버 (30) 에 대한 다른 실시예를 갖는 화학기상증착장치 (10) 가 도시되어 있다. 본 발명에 대한 이 실시예에서, 프로세싱 챔버 (30) 는 격리링 (152A) 및 쉴드 (166) 와 세라믹 링 (164) 를 포함하는 챔버 벽 인서트 조립체 (154) 에 대한 다른 실시예를 포함한다.
도 26, 도 27 및 도 28 에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 도 22 내지 도 25 의 본 발명의 실시예에 대한 격리링 (152A) 은 중심 오프닝 (472), 격리바디 (474), 상기 격리바디 (474) 에 일체형으로 연결된 상부 입술형상부 (476) 및 격리바디 (474) (도 28 참조) 에 일체형으로 연결된 하부 내부 입술형상부 (478) 를 갖고 중심 오프닝 (472) 의 주변부 (480) 를 한정하도록 안쪽으로 돌출하는 세라믹으로 제조되는 것이 바람직한 링라인 구조물 (470) 을 갖는다. 격리바디 (474) 는 하부 바디표면 (483) 을 갖는 하부 외부 입술형상부 (475) 를 갖는다. 격리바디 (474) 는 또한 오목한 표면 (486) 을 갖는다. 하부 입술형상부 (478) 는 하부 바디표면 (483) 에서 종결하는 지점 (494) 으로 슬로핑 표면 (491) (외부 입술형상부 (475) 의 일부임) 이 연장되는 도달지점 (489) 까지 일반적으로 편평한 하부 표면 (490) 의 에지 (488) 에서 종결하고 주변부 (480) 를 특히 한정하는 정면의 일반적으로 직립한 표면 (486) 과 슬로핑 상부 표면 (484) 을 갖는다. 격리링 (152A) 의 슬로핑 표면 (491) 은 샤우어헤드 (40) 로부터 떨어져서 아래로 연장된다. 하향 슬로핑 (링형상) 슬로핑 표면 (491) 은 처리 가스 및/또는 플라즈마가 펌핑 채널 (160) 내로 직선채널 또는 통로를 갖지 않도록 처리 가스및/또는 플라즈마를 구속하고 방해한다.
이제 도 25 에 대하여 설명하면, 이 도면에는 일반적으로 154A 로서 예시되고 일반적으로 166A 로서 예시된 쉴드와 일반적으로 164A 로서 예시된 세라믹 링 또는 챔버 인서트로 이루어진 챔버 벽 인서트 조립체가 도시되어 있다. 쉴드 (166A) (도 29 내지 도 31 참조) 는 석영 (SiO2) 으로 제조되는 것이 바람직한 링형상 구조물 (640) 을 갖는다. 링형상 구조물 (640) 은 중심 오프닝 (644), 쉴드바디 (648), 상기 쉴드바디 (648) 에 일체형으로 결합된 쉴드 입술형상부 (650) 및 상기 쉴드 입술형상부 (650) 에 일체형으로 결합되고 도 31 에서 가장 잘 도시된 바와 같이 쉴드바디 (648) 위로 돌출하는 쉴드 리지 (652) 를 갖는다. 쉴드바디 (648) 는 또한 반응 또는 프로세싱 챔버의 안밖으로 웨이퍼를 통과시키기 위한 오프닝 (660) 을 갖는다.
이제 도 32 및 33 에 대하여 설명하면, 이 도면에는 중심 오프닝 (744), 인서트 바디 (748), 상기 인서트 바디 (도 33 참조) 에 일체형으로 결합된 리지 (750) 및 상기 인서트 바디 (748) 에 일체형으로 결합되고 중심 오프닝 (744) 을 위한 주변부 (760) 을 형성하도록 안쪽으로 돌출하는 하부 입술형상부 (754) 를 포함하면서 바람직하게는 대부분이 석영 (SiO2) 으로 이루어지고 링형상 구조물 (740) 을 갖는 것으로서 세라믹 링 또는 챔버 인서트 (164A) 가 도시되어 있다. 인서트 바디 (748) 는 또한 반응 또는 프로세싱 챔버의 안밖으로 웨이퍼를 통과시키기 위한 쉴드 바디 (648) 의 오프닝 (660) 을 나타내는 오프닝 (770) 을 또한 포함한다.
도 22 내지 도 33 에서 예시된 본 발명의 실시예에 대한 화학기상증착장치용 반응 또는 프로세싱 챔버는 이 분야의 숙련자가 용이하게 식별가능하고 본 발명의 취지 및 범위를 포함하는 모든 적당한 목적을 위해서 사용될 수도 있다. 본 발명의 이 실시예에 대한 반응 또는 프로세싱 챔버는 기판 또는 웨이퍼 (142) 에 화학기상증착층 (예를 들면, TiN 으로 이루어진 화학기상증착층) 을 형성하는데 적당하게 사용된다. 웨이퍼 (142) 가 이전에 언급된 과정으로 페데스탈 (140) 로 적재된후, 600℃ 이하의 온도, 바람직하게는 약 400℃ 내지 약 500℃ 의 온도 (예를 들면, 약 450℃) 로 가열되는 것이 바람직한 페데스탈 (140) 은 페데스탈 (140) 의 상부 표면 (웨이퍼 (142) 를 포함) 이 도 25 에서 가장 잘 도시된 바와 같이 격리링 (152A) 의 에지 (494) (표면 (483)) 위로 연장될 때까지 상승된다. 페데스탈 (140) 이 이런 자세로 있을 때, 격리링 (152A) 의 슬로핑 표면 (491) 은 웨이퍼 (142) 가 그위에 화학기상증착층 (예를 들면, TiN층) 을 형성하도록 처리되면서 웨이퍼 (142) 및 페데스탈 (140) 위로 처리 가스 및/또는 처리 가스의 플라즈마를 구속한다.
펌핑 챔버 라이너 (170, 172) 및 센터링 링 (146) 은 필름, 특히 전도성 필름이 그 위에 불가피하게 축적될 때 새롭거나 다시 닦여진 구성요소로 용이하게 대체될 수 있다. 그러나, 실제의 작업환경에서의 시험은 3000개의 웨이퍼 이후 조차 새로운 설계는 이러한 것이 교환될 필요가 없는 지점에 대하여도 증착을 최소화한다는 것을 나타내고 있다. 따라서, 페데스탈 (140) 주변의 장치, 도 1 의 현존하는 챔버의 범위내의 모든것에 대하여 약간의 비교적 단순한 개량은 우수한 플라즈마상태를 제공하면서 화학기상증착시스템의 비가동시간을 실질적으로 감소시킨다.
본 발명은 플라즈마처리가 뒤이어지는 TiN 의 열적 화학기상증착에 대하여 설명하고 있지만, 본 발명은 동일한 챔버가 열적 금속증착에 사용되는 모든 프로세스 및 다른 플라즈마 프로세스에 적용가능하다. 예를 들면, 티타늄층 (104) 은 TiN층을 위한 TDMAT 프로세스를 사용하고 선구물질로서 TiCl4를 사용하는 플라즈마 프로세스에 의해서 증착될 수 있다. 또한, 이 프로세스는 란탄 산화물을 포함하는 페로브스카이트 (perovskites) 와 같은 전도성 금속 산화물의 화학기상증착에 적용되는 것이 유리하다. 전도성 금속의 증착과 플라즈마 단계의 결합은 여전히 플라즈마 프로세스에 영향을 미칠 수 있는 여분의 금속층을 증착하는 열적 프로세스에 대하여 퍼텐셜문제를 나타내고 있다. 본 발명은 물론 많은 다른 타입의 금속 화학기상증착 프로세스에 적용가능하고 유전성 화학기상증착 과 다른 플라즈마 적용에 유용하다.
따라서, 본 발명은 특정 실시예를 참고로 하여 여기에 설명되어있지만, 선행 개시내용에서 변형 범위, 다양한 변화 및 치환이 의도되고, 본 발명의 범위 및 취지로부터 일탈함이 없이 다른 특징의 대응사용없이 본 발명의 약간의 특징이 사용될 것이라는 것을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 본질적인 범위 및 취지로부터 일탈함이 없이 특정 위치 또는 물질이 본 발명의 교시대로 변형될 수도 있다. 본 발명은 이 발명을 실시하기 위한 방식으로서 개시된 특정 실시예로 한정되지 않지만 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위에 속하는 모든 실시예 및 등가물을 포함할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판에 필름을 형성하기 위한 프로세싱 챔버로서,
    챔버 캐비티를 갖는 챔버 바디; 상기 챔버 바디의 챔버 캐비티내에서 이동가능하게 위치된 페데스탈; 상기 챔버 바디에 의해서 지지되고, 격리링부재와 상기 격리링부재에 의해서 지지된 상기 샤우어헤드를 포함하는 챔버 리드 조립체; 및 상기 챔버 캐비티내에서 상기 챔버 바디에 의해서 지지되고, 상기 챔버 바디에 의해서 지지된 인서트부재와 상기 인서트부재에 의해서 지지된 내부 쉴드부재를 가지고, 일체형으로 결합된 쉴드 리지를 갖고 상기 격리링 입술형상부를 향하여 돌출하는 쉴드 바디를 포함하는 챔버 인서트 조립체로 이루어지며, 슬로핑 표면이 상기 챔버 캐비티와 연통하고 상기 샤우어헤드로부터 하향으로 떨어져서 연장되도록 상기 격리링부재가 격리링 입술형상부를 갖는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 쉴드부재는 상기 쉴드 바디에 일체형으로 연결되고 상기 쉴드 리지를 일체되게 지지하는 쉴드 리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 격리링부재는 상기 슬로핑 표면에서 종결하는 평면의 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 격리링부재는 상기 슬로핑 표면에서 종결하는 평면의 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 챔버.
  5. 기판에 필름을 형성하기 위한 프로세싱 장치로서,
    챔버 캐비티를 갖는 챔버 바디; 상기 챔버 바디의 챔버 캐비티내에서 이동가능하게 위치된 페데스탈; 상기 챔버 바디에 의해서 지지되고, 격리링부재와 상기 격리링부재에 의해서 지지된 상기 샤우어헤드를 포함하는 챔버 리드 조립체; 및 상기 챔버 캐비티내에서 상기 챔버 바디에 의해서 지지되고, 상기 챔버 바디에 의해서 지지된 인서트부재와 상기 인서트부재에 의해서 지지된 내부 쉴드부재를 가지고, 일체형으로 결합된 쉴드 리지를 갖고 상기 격리링 입술형상부를 향하여 돌출하는 쉴드 바디를 포함하는 챔버 인서트 조립체로 이루어지며, 슬로핑 표면이 상기 챔버 캐비티와 연통하고 상기 샤우어헤드로부터 하향으로 떨어져서 연장되도록 상기 격리링부재가 격리링 입술형상부를 갖는 프로세싱 챔버로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로세싱 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 내부 쉴드부재는 상기 쉴드 바디에 일체형으로 연결되고 상기 쉴드 리지를 일체되게 지지하는 쉴드 리드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 격리링부재는 상기 슬로핑 표면에서 종결하는 평면의 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 격리링부재는 상기 슬로핑 표면에서 종결하는 평면의 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세싱 장치.
  9. 기판에 화학기상증착층을 형성하기 위한 방법으로서,
    (a) 챔버 바디, 상기 챔버 바디내에서 이동가능하게 위치되고 상부 페데스탈 표면을 포함하는 페데스탈 및 상기 챔버 바디에 의해서 지지되고 하부 입술형상부 에지에서 종결하는 슬로핑 표면을 갖는 격리링 입술형상부로 이루어진 격리링부재를 포함하는 챔버 리드 조립체로 이루어진 프로세싱 챔버를 제공하는 단계;
    (b) 상기 페데스탈위에 기판을 위치시키는 단계;
    (c) 상기 페데스탈의 상기 상부 페데스탈 표면이 상기 격리링부재의 상기 격리링 리드의 상기 하부 입술형상부 에지위로 연장될 때 까지 단계 (b) 의 상기 기판을 포함하는 상기 페데스탈을 상승시키는 단계; 및
    (d) 상기 기판을 처리 가스와 접촉시켜 상기 기판상에 화학기상증착층을 형성하도록 하는 단계를 포함하는 상기 기판을 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기상증착층 형성방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 페데스탈을 600℃ 미만의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착층 형성방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 화학기상증착층이 TiN 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기상증착층 형성방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 화학기상증착층이 TiN 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기상증착층 형성방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 처리단계 (d) 는 상기 처리 가스로 플라즈마를 형성하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기상증착층 형성방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃ 범위내인 것을 특징으로 하는 화학기상층착층 형성방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃ 범위내인 것을 특징으로 하는 화학기상층착층 형성방법.
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