KR20040081150A - 반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품 및 그것을제조하는 방법 - Google Patents

반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품 및 그것을제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 적용에 사용하기 위해 보호 코팅을 갖는 부품 및 그것을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 일 실시예로, 반도체 증착 챔버 내에서 사용되는 부품의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법은, 알루미늄 불화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나의 물질을 포함하는 코팅물질을 반액체 상태로 가열하고, 상기 가열된 코팅물질을 상기 알루미늄 표면 상에 증착하는 단계들을 포함한다. 상기 보호 코팅은 알루미늄에 강한 접착력을 갖고 균열(cracking), 조각남(flaking) 및 벗겨짐(peeling)에 내성이 있는 약 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 방위를 갖는다. 유익하게 코팅될 수 있는 몇 가지 부품들은 다른 것들 중에서 샤워헤드들, 차단 플레이트들, 지지부 어셈블리들 및 진공 챔버 본체들을 포함한다.

Description

반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품 및 그것을 제조하는 방법{Article for use in a semiconductor processing chamber and method of fabricating the same}
집적회로들은 단일칩 상에 수백만개의 트랜지스터들, 커패시터들 및 저항체들을 포함할 수 있는 복잡한 소자들로 발전하여 왔다. 칩 설계의 발전은 더욱 더 단순한 제조기술들 및 공정들을 요구하는 더 빠른 회로와 더 큰 회로밀도를 계속해서 필요로 한다. 자주 사용되는 하나의 제조 공정이 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD)이다.
화학기상증착은 일반적으로 기판 또는 반도체 웨이퍼 상에 박막을 증착하기 위해 채택된다. 화학기상증착은 일반적으로 전구체(precursor) 가스를 진공챔버 내로 공급하여 수행된다. 상기 전구체 가스는 전형적으로 상기 챔버의 상부 근처에 위치하는 샤워헤드(showerhead)를 통해 인도된다. 상기 전구체 가스는 반응하여, 전형적으로 알루미늄으로 제조되어 가열된 기판지지부 위에 위치하는, 상기 기판의 표면 상에 물질층을 형성한다. 퍼지 가스(purge gas)가 상기 지지부 내의 홀들을통해 상기 기판의 가장자리로 인도되어 상기 기판 모서리에서 상기 기판이 상기 지지부에 달라붙게 할 수 있는 증착을 방지한다. 상기 반응 동안 생성된 증착 부산물들(by-products)은 배출시스템을 통해 상기 챔버에서 펌핑된다. 화학기상증착 공정을 사용하여 기판들 상에 종종 형성되는 물질이 텅스텐이다. 텅스텐을 형성하기 위해 사용될 수 있는 전구체 가스는 일반적으로 텅스텐 헥사플로오르화물(WF6) 및 실란(silane)을 포함한다. 상기 실란과 텅스텐 헥사플로오르화물이 혼합됨에 따라, 약간의 "스트레이(stray)" 텅스텐, 즉 상기 기판 상에 증착되지 않는 텅스텐이 상기 샤워헤드 또는 다른 챔버 구성요소들 상에 증착된다. 상기 스트레이 텅스텐 막은 상기 샤워헤드에 쌓여 상기 챔버 내에서 오염원이 될 수 있다. 결국, 상기 스트레이 텅스텐은 상기 전구체 가스의 통과를 용이하게 하는 상기 샤워헤드 내의 홀들을 막을 수 있으며 상기 샤워헤드가 제거되어 세정되거나 교체될 것을 요하게 한다.
상기 샤워헤드의 통상적인 보수(routine maintenance) 사이의 시간 간격을 연장하기 위해, 불소에 기초한(fluorine-based) 화학반응들이 일반적으로 상기 스트레이 텅스텐 막을 세정, 즉 식각하기 위해 사용된다. 그러나, 불소의 사용은, 텅스텐 제거에 이점이 있는 반면에, CVD 챔버들 내에 보통 사용되는 물질인 알루미늄으로 제조된 상기 가열된 지지부 및 다른 표면들 상에 알루미늄 불화(aluminum fluoride)층을 형성한다. 이러한 방식으로 형성된 상기 알루미늄 불화층은 일반적으로 거친 표면 지형(topography)을 갖는다. 상기 가열된 알루미늄 지지부 상의 알루미늄 불화층의 거친 표면은 상기 기판을 상기 가열된 지지부에 고정(chuck) 또는유지하기 위해 사용되는 진공을 손상시키는 누설통로를 생성한다. 이에 더하여, 상기 알루미늄 불화층은 상기 가열된 지지부의 열 순환(cycling) 과정에서 종종 균열되고 벗겨지며, 따라서 파티클의(particulate) 오염원이 된다.
가열된 알루미늄 지지부들 상에 알루미늄 불화물이 형성되는 것에 대한 한가지 해결책은 불소에 내성이 있는 세라믹 물질들로 상기 히터를 제조하는 것이다. 그러나, 세라믹 지지부들은 제조가 어렵고, 결과적으로 CVD 공정들에서 사용되는 종래의 알루미늄 히터들에 비해 비용이 매우 많이 든다.
상기 알루미늄 지지부와 불소의 반응을 방지하는 또 다른 방법은 상기 기판 상에 알루미늄 불화 장벽층을 증착하는 것이다. 그러나, 상기 지지부에 알루미늄 불화물을 적용하는 종래의 방법들은 약 20 내지 약 30 퍼센트의 베타 상(beta phase) 그레인 구조와 약 70 내지 약 80 퍼센트의 알파 상(alpha phase) 그레인 구조를 갖는 알루미늄 불화 장벽층들로 귀결된다. 약 10 퍼센트 이상의 베타 상 그레인 구조를 갖는 알루미늄 불화층들은 알루미늄에 잘 접착되지 않으며 또한 균열되기 쉽다. 상기 알루미늄 불화 장벽층이 균열되면, 하지(underlying) 알루미늄과 반응하는 불소가 상기 층 하부에 알루미늄 불화물의 추가적인 성장을 유발하고, 결과적으로 상기 알루미늄 불화 장벽층을 상기 지지부로부터 분리시킨다. 상기 벗겨진 장벽층으로부터 발생된 알루미늄 불화물의 파편들은 공정 수율에 해로운 파티클의 오염원이다. 상기 공정 챔버 내의 다른 알루미늄 표면들은 유사한 문제점들을 갖는다.
그러므로, 반도체 공정 챔버들 내의 알루미늄 표면들을 보호하는 코팅이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 보호 코팅을 갖는 부품 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
위에 간략히 요약된 본 발명의 더욱 상세한 설명은 첨부된 도면들에 도시된 실시예들을 참조하여 제공될 수 있다. 그러나, 상기 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시하며, 따라서 본 발명은 다른 동등한 효과를 갖는 실시예들을 허용할 수 있기 때문에 권리범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다.
도 1은 내부에 히터 어셈블리를 갖는 공정 챔버의 일 실시예의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 상기 히터 어셈블리의 일 실시예의 부분 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 나타낸 상기 히터 어셈블리의 평면도를 나타낸다.
도 4는 히터 어셈블리를 제조하는 방법의 일 실시예의 공정 흐름도를 나타낸다.
도 5는 히터 어셈블리를 제조하는 방법의 또 다른 실시예의 공정 흐름도를 나타낸다.
도 6은 히터 어셈블리의 또 다른 실시예의 부분 단면도를 나타낸다.
이해를 돕기 위해, 도면들에 공통인 동일한 구성요소들을 지시하기 위해 가능한 한 동일한 참조번호들이 사용된다.
반도체 적용에 사용하기 위해 보호코팅을 갖는 부품 및 그것을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 일 태양에서, 반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품은 반액체(semi-liquid), 반고체(semi-solid) 상태로 챔버 구성 요소의 알루미늄 표면에 적용된 알루미늄 불화(aluminum fluoride)층 또는 마그네슘 불화(magnesium fluoride)층을 구비하는 코팅을 포함한다.
또 다른 태양에서, 보호코팅을 갖는 기판지지부가 제공된다. 일 실시예에서, 상기 기판지지부는, 내부에 배치된 가열요소를 갖는 지지본체(support body)를 포함한다. 알루미늄 불화층 또는 마그네슘 불화층을 포함하는 코팅이 반액체, 반고체 상태에서 상기 지지본체의 알루미늄 표면에 적용된다.
또 다른 태양에서, 반도체 증착 챔버 내에서 사용되는 부품의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 반도체 증착 챔버 내에서 사용되는 부품의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법은, 알루미늄 불화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나의 물질을 포함하는 코팅물질을 반액체, 반고체 상태로 가열하고, 상기 가열된 코팅물질을 상기 알루미늄 표면 상에 증착하는 단계들을 포함한다. 상기 보호코팅은, 알루미늄에 강한 접착력을 제공하고 균열(cracking), 조각남(flaking) 및 벗겨짐(peeling)에 내성이 있는, 약 10 퍼센트 이하의 베타 상 그레인 방위를 갖는다. 이러한 방법을 사용하여 유익하게 코팅될 수 있는 몇몇 부품들은 다른 것들 중 샤워헤드들(showerheads), 차단 플레이트들(blocker plates), 지지부 어셈블리들 및 진공 챔버 본체들을 포함한다.
또 다른 태양에서, 기판지지부 상의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법은, 비활성 가스로 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마로 알루미늄 불화물을 가열하고, 상기 가열된 알루미늄 불화물을 상기 알루미늄 표면 상에 분무하는 단계들을 포함한다.
본 발명은 일반적으로 텅스텐 또는 다른 막들을 증착하기에 유리한 코팅된 알루미늄 표면들을 갖는 공정 시스템을 제공한다. 본 발명은 화학기상증착(chemical vapor deposition) 시스템, 예컨대 미국 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼즈 사(Applied Materials, Inc.)로부터 입수가능한 W×ZTM 금속 화학기상증착(MCVD) 시스템으로서 아래에 도식적으로 서술된다. 그러나, 본 발명이 불소(fluorine) 및 불소 함유 유체들과의 반응으로부터 기판지지부들의 알루미늄 표면들을 보호하는 것에 대해 특별한 유용성을 갖지만, 본 발명은 다른 증착 시스템들에 사용되는 기판지지부들, 반도체 공정 챔버들 내의 각 시스템들 및 다른 표면들 상에 사용할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 여기서 사용되는 용어인 알루미늄은 알루미늄 및 그것의 합금들(alloys)을 포함한다.
도 1은 화학기상증착 시스템(100)의 일 실시예의 단면도이다. 상기 시스템(100)은 일반적으로 가스 소오스(104)에 결합된 챔버(102)를 포함한다. 상기 챔버(102)는 공정영역(process volume; 112)을 한정하는 벽들(106), 바닥(108) 및 덮개(110)를 갖는다. 상기 벽들(106) 및 바닥(108)은 전형적으로 하나의 알루미늄 판(block)으로 제조된다. 상기 챔버(102)는 상기 공정영역(112)을 배출구(116)에 연결하는 펌핑링(114)을 포함한다. 상기 배출구(116)는 가스를 배출하여 상기 공정영역(112) 내의 압력을 제어하는 다양한 펌핑 구성 요소들(도시하지 않음)에 연결된다.
상기 덮개(110)는 상기 벽들(106)에 의해 지지되고 상기 챔버(102)를 수리하기 위해 제거될 수 있다. 상기 덮개(110)는 일반적으로 알루미늄으로 구성되며, 추가적으로 열전달 유체 도관들을 포함하여 그것을 통해 열전달 유체가 흐르게 하여 상기 덮개(110)의 온도를 조정할 수 있다.
샤워헤드(showerhead; 118)가 상기 덮개(110)의 내측(120)에 결합된다. 상기 샤워헤드(118)는 전형적으로 알루미늄으로 제조된다. 상기 샤워헤드(118)는 일반적으로 "접시모양(dish-shaped)"의 중앙부분(124)을 둘러싸는 주변 장착링(perimeter mounting ring; 122)를 포함한다. 상기 장착링(122)은 그것을 관통하는 복수개의 장착홀들(126)을 포함하는 데, 그것들 각각은 상기 덮개(110) 내의 대응홀(mating hole; 130)에 조여지는 구멍 장착 나사(vented mounting screw; 128)를 수용한다. 상기 중앙부분(124)은 그것을 통해 가스들을 쉽게 통과시키는 관통된 영역(132)을 포함한다.
혼합블럭(mixing block, 134)이 상기 덮개(110) 내에 배치된다. 상기 혼합 블럭(134)은 공정 및 다른 가스들이 상기 혼합블럭(134) 및 샤워헤드(118)를 통과하여 상기 공정영역(112)에 공급될 수 있도록 상기 가스 소오스(104)에 연결된다. 전형적으로, 세정 소오스(도시하지 않음)로부터 세정 가스들이 또한 상기 혼합블럭(134)을 통해 상기 공정 영역(112)으로 공급된다. 관통된 차단 플레이트(136)가 상기 샤워헤드(118)와 혼합블럭(134) 사이에 배치되어 상기 샤워헤드(118)를 통해 상기 챔버(102) 내로 통과하는 가스들의 균일한 분포를 강화한다. 상기 차단 플레이트(136)은 전형적으로 알루미늄으로 제조된다.
적어도 부분적으로 코팅된 지지부 어셈블리(138)가 상기 샤워헤드(118) 아래에 배치된다. 상기 지지부 어셈블리(138)는 그것에 연결된 축(shaft, 142)을 포함하고 공정이 진행되는 동안 기판(140)을 지지한다. 상기 지지부 어셈블리는 전형적으로 상기 벽들(106) 내의 입구(도시하지 않음)를 통해 상기 기판(140)에 의해 접근된다. 축(142)은 상기 지지부 어셈블리(138)와 상승기구(lift mechanism, 144) 사이에 결합된다. 상기 상승기구(144)는 도시된 바와 같은 상승된 위치와 하강된 위치 사이에서 상기 지지부 어셈블리(138)를 이동시킨다. 상기 지지부 어셈블리(138) 또는 축(142)과 상기 챔버 바닥(108) 사이에 배치된 벨로우즈(bellows, 146)는 지지부 어셈블리(138)의 이동을 가능하게 하면서 상기 공정영역(112)과 상기 챔버(102) 바깥의 분위기 사이에 진공 밀봉을 제공한다. 상승 핀들 및 관련 기구들은 명확성을 위해 생략되었다.
동작 시, 상기 반도체 기판(140)은 그들 사이에 진공을 제공하므로써 상기 지지부 어셈블리(138)에 고정된다. 상기 기판의 온도는 아래에서 설명되는 가열요소에 의해 상기 지지부 어셈블리에 전달되는 열을 조절하여 미리 정해진 공정 온도로 상승된다. 상기 증착 공정 동안, 상기 기판은 전형적으로 300℃와 550℃ 사이의 정상온도로 가열된다.
일 실시예에서 실란(silane)과 텅스텐 헥사플루오라이드(tungsten hexafluoride)를 포함할 수 있는 가스 성분들은 가스 패널로부터 상기 혼합블럭(134)과 샤워헤드(118)을 통해 상기 공정 챔버로 공급되어 혼합가스를 형성한다.상기 혼합가스는 반응하여 상기 기판(140) 상에 텅스텐층을 형성한다. 상기 기판의 테두리에 증착되어 상기 기판(140)이 상기 지지부 어셈블리(138)에 부착되는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스들이 상기 지지부 어셈블리(138)로부터 상기 기판(140)의 주변부로 유출된다.
도 2는 상기 지지부 어셈블리(138)의 단면을 나타낸다. 상기 지지부 어셈블리(138)는 일반적으로 알루미늄으로 구성된다. 가열 요소(234)가 전형적으로 상기 지지부 어셈블리(138)에 내장 또는 결합된다. 상기 가열 요소(234)는 상기 지지부 어셈블리(138)와 함께 열전달을 가능하게 하는 소자들 또는 구성요소, 예컨대 다른 것들 중에서 열전장치(thermoelectric devices), 저항 히터들 및 열전달 유체가 흐르기 위한 도관들일 수 있다.
도 2에 나타낸 일 실시예에서, 상기 지지부 어셈블리(138)는, 그들 사이에 배치된 저항 요소(210) 형태의 가열요소(234)를 갖는, 상부(upper portion, 212)와 하부(lower portion, 214)를 포함한다. 상기 상 하부들(212, 214)은 다른 방법들 중 클램핑(clamping), 패스닝(fastening), 용접(welding), 납땜(brazing) 및 접착에 의해 결합된다. 상기 저항 요소(210)는 전형적으로 도전물질로 제조된다. 파워 소오스(232)가 상기 저항 요소(210)에 결합된다. 서모커플(thermocouple, 250)이 상기 지지부 어셈블리(138) 내에 배치되고 제어기(252)에 연결된다. 상기 제어기(252)는, 상기 서모커플(250)에 의해 제공된 정보에 응답하여, 상기 파워 소오스(232)로부터 상기 저항 요소(210)에 인가되는 파워를 제어하여 상기 지지부 어셈블리(138) 및 그 위에 안착된 기판을 미리 정해진 온도로 조절 가능하게 가열한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 진공 통로(222)가 상기 지지부 어셈블리(138)를 관통하여 배치되어, 상기 기판(140)을 지지하는 지지부 표면(216)을 진공 소오스(230)에 연결한다. 상기 지지부 표면(216)은 그 안에 배치되고 상기 진공 통로(222)에 연결된 하나 또는 그 이상의 도관들(218)을 포함하여 상기 지지부 어셈블리(138)와 상기 기판(140) 사이에 인가되는 진공을 균일하게 분포시킬 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 퍼지 통로(224)가 상기 지지부 어셈블리(138)를 관통하여 배치된다. 상기 퍼지 통로(224)는 일반적으로 상기 하부(214)의 하부면(226)과 상기 지지부 어셈블리(138)의 측부(236) 사이에 배치된다. 퍼지링(204)이 상기 지지부 어셈블리(138)에 결합되고 그들 사이에 환상의 공간(annular plenum, 238)을 한정한다. 상기 퍼지링(204)은 전형적으로 상기 지지부 어셈블리(138)와 유사 또는 동일한 물질로 제조되나, 택일적으로 다른 물질들로 제조될 수 있다. 상기 퍼지 통로(224)로부터 흘러나온 퍼지가스는 상기 지지부 어셈블리(138)의 측부(236) 둘레에 있는 상기 공간(238) 내에 균일하게 분포된다. 하나 또는 그 이상의 퍼지 도관들(purge channels)이 상기 공간(238)을 상기 기판(140) 주위에 있는 상기 지지부 표면(216)에 유려하게 연결한다. 도 2에 나타낸 상기 실시예에서, 환상의 퍼지 도관(208)이 상기 퍼지링(204)와 상기 지지부 어셈블리(138) 사이에 형성된다. 전형적으로, 리스트릭터(restrictor, 240)가 상기 공간(238)과 퍼지 도관(208) 사이의 통로에 배치되어 상기 공간(238) 내의 가스의 균일한 분포를 강화한다. 상기 퍼지 도관(208)은 퍼지 가스를 상기 기판(140) 주변에 균일하게 제공하고, 상기 기판을 상기 지지부 표면(216)에 부착시킬 수 있는 테두리 증착을 방지한다.
복수개의 정렬핀들(206)이 전형적으로 상기 지지부 표면(216) 및/또는 퍼지링(204)에 결합된다. 상기 정렬핀들(206)은 택일적으로 상기 퍼지링(204)의 통합된 부분일 수 있다. 상기 정렬핀들(206)은 일반적으로 상기 기판(140)을 상기 지지부 어셈블리(138) 상의 중심에 놓는 경사진 면(242)을 갖는다.
보호코팅(220)이 전형적으로 상기 지지부 어셈블리(138)의 적어도 상부면(216) 상에 배치된다. 상기 코팅(220)은 전형적으로 상기 퍼지링(204)이 부착되기 전에 상기 상부면(216)에 적용되고 추가적으로 상기 측부(336), 하부면(226) 및 최종 어셈블리 전에 노출되는 상기 지지부 어셈블리(138)의 다른 부분들(즉, 상기 퍼지 도관(208), 리스트릭터(240) 및 공간(238))을 덮을 수 있다. 상기 코팅(220)은 추가적으로 상기 퍼지링(204) 및/또는 정렬핀들(206)에, 개별적으로든지, 어셈블리로서 적용될 수 있다. 선택사양으로, 상기 코팅(220)은 상기 챔버(102) 내의 다른 알루미늄 표면들에 적용될 수 있다. 예를 들면, 다른 것들 중 챔버 자체, 상기 샤워헤드들(가스 분산 플레이트들 및 면 플레이트들(faceplates)을 포함하여), 차단 플레이트들이다.
일반적으로, 상기 코팅(220)은 전형적으로 알루미늄 불화(AlF3)층, 마그네슘 불화(MgF2)층 또는 불소(fluoride) 및/또는 불소 함유 화합물들(fluoride containing compounds)이 그것을 통과하여 침투하는 것을 방지하는 다른 물질층을 포함한다. 상기 코팅 두께는 그러한 침투를 방지하기에 충분하고 AlF3 및 MgF2 코팅들에 대해 전형적으로 약 12 내지 25 ㎛ 사이이다. AlF3로 이루어진 상기 코팅(220)은 일반적으로 약 6 퍼센트 미만의 베타 상(beta phase)을 포함하는 그레인구조를 갖는다. 일 실시예에서, 상기 코팅은 약 10 퍼센트 미만의 베타 상을 포함하는 그레인 구조를 갖는다. 상기 코팅은 전형적으로 약 90 퍼센트 이상의 알파 상 그레인 구조를 갖는다. 베타 상 그레인 구조의 낮은 퍼센티지는 상기 지지부 어셈블리(138)에 대한 상기 코팅의 접착력을 향상시키며, 그것에 의해 베타 상 그레인 방위의 더 높은 퍼센티지를 갖는 종래의 코팅들과 관련하여 조각남(flaking), 벗겨짐(peeling) 및 파티클의 생성을 충분히 감소시킨다.
상기 코팅(220)은 AlF3 또는 다른 코팅 물질이 대략 반액체(semi-liquid), 반고체(semi-solid) 상태로 가열되는 다수의 열 방법들을 통해 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 알루미늄 표면을 갖는 기판지지부에 AlF3를 적용하기 위한 방법(400)의 일 실시예를 나타낸다. 상기 방법(400)은 단계(402)에서 알루미늄 불화물을 대략 반액체, 반고체 상태로 가열하는 것에 의해 시작한다. 그후, 단계(404)에서, 상기 가열된 알루미늄 불화물은 상기 지지부 어셈블리(138)의 알루미늄 표면에 적용된다. 상기 적용된 알루미늄 불화물은 일반적으로 약 6 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 물질층을 형성한다. 또 다른 실시예에서, 상기 적용된 알루미늄 불화물의 상기 그레인 구조는 약 10 퍼센트 미만의 베타 상이다. 특히 약 425 내지 약 480 ℃ 사이의 온도 범위에서 작동되는 공정 장비에 사용될 때, 약 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 상기 적용된 알루미늄 불화물은 알루미늄에 양호한 접착력을 나타낸 것에 반해, 약 8 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 알루미늄 불화물은 알루미늄에 극히 우수한 접착력과 균열 및 벗겨짐에 대한 내성을 나타내었다. 더욱이, 이 공정에 의해 적용된 상기 코팅의 최종적인 표면 마감은 일반적으로 약 24 RA 미만 또는 그것과 동일하며, 공정이 진행되는 동안 상기 기판이 그 위에 안착될 때 상기 기판의 스크래칭(scratching) 또는 파티클의 생성을 최소화한다. 선택사양으로, 연마(grinding or polishing) 단계가 상기 코팅(220)의 표면 마감을 개선하기 위해 채택될 수 있다. 일반적으로, 연마 단계가 채택된다면, 상기 코팅(220)의 두께는 약 12 ㎛ 미만으로 감소되지 않아야 한다.
상기 가열 단계(402)는 비활성 가스로 형성된 플라즈마에 분말형태의 AlF3를 노출시키어 수행될 수 있다. 상기 플라즈마는 상기 적용 단계(404)가 수행되는 챔버 내에서 형성되거나 원거리에서 생성될 수 있다. 전형적으로, 아르곤, 네온 및/또는 헬륨이 상기 플라즈마를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 플라즈마 온도는 약 1450 내지 약 1600 ℃ 이다.
상기 플라즈마 가열 증착 공정에 사용되는 상기 AlF3 분말의 그레인 크기는 전형적으로 약 + 100 내지 - 325 메시(mesh)의 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 상기 AlF3 분말은 일반적으로 적어도 약 90 퍼센트의 알파 상 그레인 방위를 갖는다. 상기 지지부 어셈블리(138)에 상기 가열된 AlF3를 적용하는 단계(404)는 일반적으로 상기 가열된 AlF3를 전형적으로 상온인 상기 지지부 표면(216) 위로 분무함으로써 수행된다. 상기 분무된 AlF3는 반고체, 반액체 상태로 상기 지지부 표면(216)에 도달한다. 그 위에 배치된 상기 코팅(220)을 갖는 지지부 어셈블리(138)는 그 후 상온으로 냉각된다.
도 5는 기판지지부를 제조하기 위한 방법의 또 다른 실시예를 나타낸다. 상기 방법(500)은 일반적으로 단계(502)에서 비활성 가스로 플라즈마를 형성하므로써시작한다. 단계(504)에서, AlF3는 상기 플라즈마로 가열된다. 단계(506)에서, 상기 가열된 AlF3가 상기 지지부 어셈블리(138)의 지지부 표면(216) 상에 분무된다. 일 실시예에서, AlF3는 상기 플라즈마를 통해 상기 지지부 표면(216) 상으로 분무된다.
비록 두개의 예들이 AlF3를 상기 지지부 어셈블리(138)에 적용하기 전 상기 AlF3를 반액체, 반고체 상태로 가열하는 것에 대해 설명했지만, 상기 기판지지부(138)에 적용하기 전 또는 후에 AlF3를 반액체, 반고체 상태로 가열하는 다른 방법들이 약 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 방위를 갖는 상기 코팅(220)을 생성하고 따라서 본 발명의 범위 내로 생각되도록 존재하거나 개발될 수 있다. 더욱이, 상기 방법들(400, 500)은 불소 및/또는 불소 함유 화합물들이 그것을 관통하여 침투하는 것을 방지하는 다른 물질 또는 MgF2를 적용하기 위해 변형될 수 있다.
도 6은 지지부 어셈블리(600)의 적어도 지지부 표면(604) 상에 배치된 보호 코팅(602)을 갖는 또 다른 지지부 어셈블리(600)를 나타낸다. 상기 지지부 어셈블리(600)는 일반적으로 알루미늄으로 제조되고 그 안에 내장된 가열 요소(606)를 갖는다. 도 6에 도시된 상기 실시예에서, 상기 가열 요소(606)는 상기 지지부 어셈블리(600)의 하부면(612)에 형성된 그루브(groove, 610) 내에 배치된 도관(conduit, 608)이다. 상기 그루브(610)는 상기 그루브 내의 상기 도관(608)을 막도록 그것에 결합된 마개(plug, 614)를 갖는다.
상기 도관(608)은 열전달 유체소오스(616)에 연결된다. 상기 열전달 유체소오스(616)는 상기 도관(608)을 통해 열전달 유체를 흘려서 상기 지지부 표면(604)상에 안착된 상기 기판(140)을 열적으로 조정한다.
진공 통로(618)는, 도 2를 참조하여 상술된 상기 통로(222)와 유사하게 상기 지지부 어셈블리(600)를 관통하여 배치된다. 진공소오스(634)는 상기 진공 통로(618)에 연결되고 상기 기판과 상기 지지부 표면(604) 사이에 진공이 형성되도록 하여 상기 기판을 유지한다. 상기 지지부 표면(614)은 추가적으로 도관들(632)을 포함하여 상기 기판 아래에 상기 진공을 균일하게 분포시킬 수 있다.
퍼지링(620)이 상기 지지부 표면(604)를 둘러싸고 상기 지지부 어셈블리(600)와 함께 퍼지 가스 도관(622)를 형성한다. 상기 퍼지 가스 도관(622)는 상기 지지부 어셈블리(600)를 관통하여 형성된 퍼지 가스 통로(626)에 의해 퍼지 가스 소오스(624)에 연결된다. 상기 퍼지링(620)은 클램프(clamp, 628) 및 핀(630)에 의해 상기 지지부 어셈블리(600)에 결합된다. 퍼지링을 지지부 어셈를리에 고정하기 위해 클램프 및 핀을 사용하는 것은 2001년 5월 1일에 등록된 미국특허 제 6,223,447호에 매우 상세하게 개시되며, 그것의 전부가 여기서 참고문헌으로 포함된다.
상기 코팅(602)은 일반적으로 적어도 상기 지지부 표면(604) 상에 배치되나, 추가적으로 상기 지지부 어셈블리(600)의 다른 부분들, 퍼지링(620) 및/또는 클램프(628) 상에 배치될 수 있다. 상기 코팅(602)는 일반적으로 도 2, 4 및 5를 참조하여 상술된 상기 코팅(220)과 동일하다. 상기 코팅은, 불소와 같은 활동적인 물질들에 노출될 때 균열(cracking), 조각남(flaking) 등에 내성이 더 강하면서, 동시에 그것이 배치되는 하지 물질(underlying material)을 상기 활동적인 환경의 공격으로부터 보호한다. 따라서, 상기 코팅은 공정 진행 동안 기판들의 오염을 방지하면서 코팅된 표면들의 보수 기간을 강화한다.
상술된 방법에 의해 적용된 상기 코팅(602)은 가혹한 환경들, 예컨대 NF3를 포함하는 환경들에 노출되었을 때 퇴화에 대한 내성을 증명했다. 예를 들어, W×ZTM 금속 화학기상증착(MCVD) 시스템에서 세정 사이클은 일반적으로 사이클 당 대략 40초 동안 상기 코팅(602)을 NF3에 노출시킨다. 상기 코팅(602)을 360 세정 사이클들에 노출시킨 후, 상기 코팅(602)은 퇴화(deterioration), 균열(cracking), 조각남(flaking) 또는 다른 해로운 조건의 어떠한 신호도 보이지 않았다.
상기 코팅(602)은 추가적으로 열 쇼크(shock) 조건들 하에서 안정성을 증명했다. 예를 들어, 상기 코팅(602)은 약 475 ℃로 빠르게 가열될 수 있다. 이 온도에서 약 1.5 시간 동안 유지하고 상온으로 냉각된 후, 어떠한 벗겨짐(peeling), 갈라짐(delamination), 균열들(cracks) 또는 다른 해로운 조건도 검사 상 분명하지 않았다.
상술한 바와 같이 코팅된 히터 또는 다른 챔버 구성요소는 종래기술로 적용된 AlF3 보호층을 갖는 구성요소에 비해 이점이 있다. 예를 들어, 알루미늄 히터(기판지지부들)의 열적용(예컨대, 시즈닝(seasoning))은 상술한 바와 같이 AlF3를 적용하는 것 보다 대략 10 배 많은 비용이 든다. 더욱이, 상술한 바와 같이 코팅된 히터는, 10,000 이상의 증착 사이클들을 지속하여, 시즈닝된(seasoned) 히터들과 비교하여 적어도 상당한 수명을 가지며, 따라서 기판 처리량(throughput)에 거의 손상을 주지 않으면서 현존하는 히터들을 즉시 교체할 수 있다는 것이 시험으로 증명되었다.
비록 본 발명의 내용들이 여기서 도시되고 상세히 설명되었지만, 당업자는 상기 내용들을 여전히 포함하고 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 다른 다양한 실시예들을 즉시 고안할 수 있다.

Claims (37)

  1. 반도체 공정 챔버 내에 사용되는 부품의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법에 있어서,
    불소 및/또는 불소 함유 화합물들의 침투를 방지하는 코팅 물질을 반액체, 반고체 상태로 가열하고,
    상기 가열된 코팅 물질을 상기 알루미늄 표면에 증착하는 것을 포함하는 알루미늄 표면 코팅 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 비활성 가스로 형성된 플라즈마를 통하여 상기 코팅 물질을 분무하는 것을 더 포함하는 알루미늄 표면 코팅 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 알루미늄 불화물, 마그네슘 불화물 또는 둘 모두를 포함하는 알루미늄 표면 코팅 방법.
  4. 반도체 공정 챔버 내에 사용되는 부품의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법에 있어서,
    알루미늄 불화물, 마그네슘 불화물 또는 둘 모두를 포함하는 물질을 반액체,반고체 상태로 가열하고,
    상기 가열된 물질을 인가하여 상기 알루미늄 표면 상에 층을 형성하는 알루미늄 표면 코팅 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가열 단계는
    비활성 가스로 플라즈마를 형성하고,
    상기 플라즈마를 통하여 분말 코팅물질을 분무하는 것을 더 포함하는 알루미늄 표면 코팅 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 가열된 물질을 인가하여 층을 형성하는 단계는
    약 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 알루미늄 불화층을 형성하는 것을 더 포함하는 알루미늄 표면 코팅 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 알루미늄 표면을 갖는 부품은, 반도체 공정에서 사용되는 것으로서, 샤워헤드, 차단 플레이트, 지지부 어셈블리 및 챔버 본체로 이루어진 군으로부터 적어도 하나의 부품인 알루미늄 표면 코팅 방법.
  8. 기판 지지부 상의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법에 있어서,
    알루미늄 불화물을 반액체, 반고체 상태로 가열하고,
    상기 가열된 알루미늄 불화물의 적어도 일부를 상기 알루미늄 표면에 접촉시키는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 분무하는 것을 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 상기 알루미늄 불화물을 플라즈마에 노출시키는 것을 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 알루미늄 불화물을 비활성 가스로 형성된 플라즈마에 노출시키는 것을 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 상기 알루미늄 불화물을 아르곤, 네온 및 헬륨의 군으로부터 선택된 가스로 형성된 플라즈마에 노출시키는 것을 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 알루미늄 불화물은 분말 형태인 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 알루미늄 불화물 분말은 적어도 약 90 퍼센트의 알파 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 표면 상에 약 12 내지 28 ㎛ 사이의 알루미늄 불화물을 증착하는 단계를 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 상기 플라즈마를 약 1450과 1600 ℃ 사이로 가열하는 것을 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 증착된 알루미늄 불화물은 약 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를갖는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 증착된 알루미늄 불화물은 약 6 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  19. 기판 지지부 상의 알루미늄 표면을 코팅하는 방법에 있어서,
    비활성 가스로 플라즈마를 형성하고,
    상기 플라즈마로 알루미늄 불화물을 가열하고,
    상기 가열된 알루미늄 불화물을 상기 알루미늄 표면 상에 분무하는 것을 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 상기 플라즈마를 약 1450과 약 1600 ℃ 사이로 가열하는 것을 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 증착된 알루미늄 불화물은 약 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 분무된 알루미늄 불화물을 적어도 약 12 ㎛의 두께로 연마하는 것을 더 포함하는 기판 지지부 상의 알루미늄 표면 코팅 방법.
  23. 알루미늄 표면을 갖는 샤워헤드, 가스 분산 플레이트, 면 플레이트, 차단 플레이트, 지지부 어셈블리 또는 진공 챔버 본체; 및
    반액체, 반고체 상태로 상기 알루미늄 표면에 적용된 알루미늄 불화물, 마그네슘 불화물 또는 둘 모두를 포함하는 코팅을 포함하는 반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 코팅은 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 코팅은 6 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부.
  26. 알루미늄 불화물로 코팅된 알루미늄 표면을 갖되, 상기 알루미늄 불화물 코팅은 알루미늄 불화물을 반 액체 상태로 가열하고 상기 가열된 알루미늄 불화물을 상기 알루미늄 표면에 적용하는 방법에 의해 적용된 기판 지지부.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 알루미늄 불화물 코팅은 약 12 내지 25 ㎛의 두께를 갖는 기판 지지부.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 알루미늄 불화물 코팅은 6 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 알루미늄 불화물 코팅은 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부.
  30. 알루미늄 불화물로 코팅된 알루미늄 표면을 갖는 기판 지지부에 있어서,
    상기 알루미늄 불화물 코팅은
    적어도 90 퍼센트의 알파 상 그레인 방위를 갖는 알루미늄 불화물 분말을 비활성 가스로 형성된 플라즈마를 통하여 분무하고,
    상기 분무된 알루미늄 불화물을 상기 알루미늄 표면에 증착하는 것을 포함하는 방법에 의해 적용되되, 상기 증착된 알루미늄 불화물은 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부.
  31. 제 30 항에 있어서,
    플라즈마는 1450과 1600 ℃ 사이의 온도인 기판 지지부.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 증착된 알루미늄 불화물 코팅은 약 12 내지 25 ㎛의 두께를 갖는 기판 지지부.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 알루미늄 불화물 코팅은 6 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 기판 지지부.
  34. 알루미늄 표면을 갖는 샤워헤드, 가스 분산 플레이트, 면 플레이트, 차단 플레이트, 지지부 어셈블리 또는 진공 챔버 본체; 및
    반액체, 반고체 상태로 상기 알루미늄 표면에 적용된 알루미늄 불화층을 포함하고 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 코팅을 포함하는 반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품.
  35. 알루미늄 표면을 갖는 지지부 본체;
    상기 지지부 본체 내에 배치된 가열 요소; 및
    반액체, 반고체 상태로 상기 알루미늄 표면에 적용된 알루미늄 불화층 또는 마그네슘 불화층을 포함하는 코팅을 포함하는 기판 지지부.
  36. 알루미늄의 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 지지부 본체;
    상기 지지부 본체 내에 배치된 가열 요소;
    상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 사이의 상기 지지부 본체를 통하여 형성되고, 상기 지지부 본체의 상기 제1 표면과 그 위에 위치하는 기판 사이의 일 영역을 진공 상태로 만들기 위해 변형된 통로; 및
    반액체, 반고체 상태로 상기 알루미늄 표면에 적용되고, 10 퍼센트 미만의 베타 상 그레인 구조를 갖는 알루미늄 불화층을 포함하는 코팅을 포함하는 기판 지지부.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제2 표면과 상기 지지부 본체의 측부 사이의 상기 지지부 본체를 통하여 형성된 적어도 하나의 퍼지 가스 도관을 더 포함하는 기판 지지부.
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