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KR101355688B1 - 개선된 파티클 성능을 갖는 능동 가열형 알루미늄 배플컴포넌트 및 그 사용 및 제조 방법 - Google Patents

개선된 파티클 성능을 갖는 능동 가열형 알루미늄 배플컴포넌트 및 그 사용 및 제조 방법 Download PDF

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KR101355688B1
KR101355688B1 KR1020087009749A KR20087009749A KR101355688B1 KR 101355688 B1 KR101355688 B1 KR 101355688B1 KR 1020087009749 A KR1020087009749 A KR 1020087009749A KR 20087009749 A KR20087009749 A KR 20087009749A KR 101355688 B1 KR101355688 B1 KR 101355688B1
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Abstract

플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리의 열제어판 또는 배플링과 같은 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트는 전해연마 처리에 의해 형성되는 노출된 외부 알루미늄 산화물층을 가진다. 노출된 외부 알루미늄 산화물층은 Type Ⅲ 양극처리된 표면을 갖는 동일한 형상의 컴포넌트와 비교하여 플라즈마 프로세싱 동안에 알루미늄 컴포넌트 및 외부 알루미늄 산화물층에 의해 경험하는 차동 열응력의 결과로서 발생된 결함 및 파티클을 최소화한다.
Figure R1020087009749
알루미늄 배플 컴포넌트, 전해연마, 열제어판, 배플링

Description

개선된 파티클 성능을 갖는 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트 및 그 사용 및 제조 방법{ACTIVELY HEATED ALUMINUM BAFFLE COMPONENT HAVING IMPROVED PARTICLE PERFORMANCE AND METHODS OF USE AND MANUFACTURE THEREOF}
배경기술
반도체 기술이 진보하면서, 감소하는 트랜지스터 사이즈는 웨이퍼 프로세스 및 프로세스 장비의 더욱 높은 정도의 정확도, 반복도, 청정도를 요구한다. 다양한 유형의 장비는 플라즈마 에칭, 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 및 레지스트 스트립과 같은 플라즈마의 사용을 수반하는 애플리케이션을 포함하는 반도체 프로세싱을 위해 존재한다. 이들 프로세스에 요구되는 장비의 유형은 플라즈마 챔버 내에 배치된 컴포넌트를 포함하고, 그 환경에서 기능하여야 한다. 플라즈마 챔버 내부의 환경은 플라즈마에 대한 노출, 에칭 가스에 대한 노출, 및 열적 사이클링을 포함할 수도 있다. 이러한 컴포넌트에 이용되는 재료는 챔버 내부의 환경 조건을 견디도록 구성되어야 하고, 웨이퍼 당 다수의 프로세스 단계를 포함할 수도 있는 많은 웨이퍼의 프로세싱을 위해 구성되어야 한다. 비용적으로 효과적이기 위해, 이러한 컴포넌트는 그 기능성 및 청정도를 유지하면서 수백번 또는 수천번의 웨이퍼 사이클을 종종 견뎌야 한다. 파티클이 거의 없거나 수십 나노미터보다 크지 않은 경우에도 파티클을 생성하는 컴포넌트에 대한 내성이 일반적으로 극도로 낮다. 또한, 플라즈마 프로세싱 챔버 내부에서 이용하기 위해 선택된 컴포넌트가 가장 비용적으로 효과적인 방법으로 이들 요건을 충족하는 것이 필요하다.
개요
전해연마 공정 (electropolishing procedure) 에 의해 형성된, 노출된 외부 알루미늄 산화물층을 포함하는 열제어판 또는 배플링과 같은 능동 가열형 알루미늄 (actively heated aluminum) 배플 컴포넌트.
도면의 간단한 설명
도 1 은 샤워헤드 전극 어셈블리 및 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트의 개략도를 도시한다.
도 2 는 도 1 에 도시된 링들 중 하나의 단면도를 도시한다.
발명의 상세한 설명
실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판용 플라즈마 프로세싱 장치는 반도체, 금속, 및 유전체와 같은 재료를 에칭하기 위해 반도체 디바이스 제조 프로세스에서 이용되는 플라즈마 에칭 챔버를 포함한다. 예를 들어, 유전체 에칭 챔버는 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 재료를 에칭하는데 이용될 수도 있다. 에칭 프로세스 중에, 에칭 챔버 내의 컴포넌트는 가열 및 냉각되고, 결과적으로 열응력을 경험한다. 가열된 샤워헤드 어셈블리의 배플 컴포넌트와 같은 능동 가열형 컴포넌트의 경우, 이 온도 사이클링은 파티클 발생을 증가시킬 수 있다.
샤워헤드 전극이 최소 온도 이하로 떨어지는 것을 방지하기 위한 히터를 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리는 공유된 미국특허공개공보 제 2005/0133160A1 에 기재되며, 그 개시물은 여기에 전부 참조로서 포함된다. 히터는 플라즈마 에칭 챔버의 상부 벽을 형성하는 온도 제어된 상판과 열전달하는 열제어판과 협력한다.
도 1 은 상부 전극 (103), 및 상부 전극 (103), 열제어판 (101) 및 상판 (111) 에 고정된 옵션적인 백킹 부재 (102) 를 포함하는 평행판 용량 결합된 플라즈마 챔버의 샤워헤드 어셈블리 (100) 의 절반을 도시한다. 상판 (111) 은 플라즈마 에칭 챔버와 같은 플라즈마 프로세싱 장치의 제거가능한 상부 벽을 형성할 수 있다. 상부 전극 (103) 은 바람직하게는 내부 전극 부재 (105), 및 옵션적인 외부 전극 부재 (107) 를 포함한다. 내부 전극 부재 (105) 는 바람직하게는 단결정 실리콘으로 이루어진 원통이다. 원한다면, 내부 및 외부 전극 (105, 107) 은 CVD 실리콘 카바이드, 단결정 실리콘 또는 다른 적절한 재료와 같은 재료의 단일 부품으로 이루어질 수 있다.
내부 전극 부재 (105) 는, 판이 단결정 실리콘으로 이루어지면, 현재 이용가능한 단결정 실리콘 재료의 최대 직경인, 예를 들어, 200 mm 까지로 프로세싱되는 웨이퍼보다 작거나, 동일하거나 또는 큰 직경을 가질 수 있다. 300 mm 웨이퍼와 같은 더 큰 반도체 기판을 프로세싱함에 있어서, 외부 전극 부재 (107) 는 상부 전극 (103) 의 직경을 약 15 인치 내지 약 17 인치로 연장하도록 구성된다. 외부 전극 부재 (107) 는 연속 부재 (예를 들어, 링과 같은, 폴리-실리콘 또는 실리콘 카바이드 부재), 세그먼트화된 부재 (예를 들어, 단결정 실리콘의 세그먼트와 같은 링 구성으로 배열된 2-6 개의 별개의 세그먼트) 일 수 있다. 상부 전극 (103) 이 다중-세그먼트 외부 전극 부재 (107) 를 포함하는 실시형태에 있어서, 세그먼트는 바람직하게는 플라즈마에의 노출로부터 밑에 있는 결합 재료를 보호하기 위해 서로 오버랩하는 에지를 가진다. 내부 전극 부재 (105) 는 상부 전극 (103) 아래의 플라즈마 반응 챔버 내의 공간으로 프로세스 가스를 주입하기 위한 다중 가스 통로 (104) 를 포함하는 것이 바람직하다. 외부 전극 (107) 은 전극 (103) 의 주변에서 상승하는 단차를 형성하는 것이 바람직하다. 단차 모양의 전극에 관한 세부 사항은 공유된 미국특허 제 6,824,627호에서 발견될 수 있으며, 이는 참조로서 여기에 포함된다.
단결정 실리콘은 내부 전극 부재 (105) 및 외부 전극 부재 (107) 의 플라즈마 노출 표면에 대해 바람직한 재료이다. 고순도의 단결정 실리콘은 최소량의 원하지 않는 요소만을 반응 챔버로 도입하기 때문에 플라즈마 프로세싱 동안 기판의 오염을 최소화하고, 또한 플라즈마 처리 동안 평활하게 마모됨으로써 파티클을 최소화한다.
샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 는 직경이 300 mm인 반도체 웨이퍼와 같은 큰 기판을 프로세싱할 정도의 사이즈일 수 있다. 300 mm 웨이퍼의 경우, 상부 전극 (103) 의 직경은 적어도 300 mm 이다. 그러나, 샤워헤드 전극 어셈블리는 다른 웨이퍼 사이즈 또는 비-원형 구성을 갖는 기판을 프로세싱할 정도의 사이즈일 수 있다.
백킹 부재 (102) 는 백킹판 (106) 및 옵션적인 백킹 링 (108) 을 포함한다. 이러한 구성에서, 내부 전극 부재 (105) 는 백킹판 (106) 과 동일한 공간에 있고, 외부 전극 부재 (107) 는 둘러싸는 백킹 링 (108) 과 동일한 공간에 있다. 그러나, 백킹판 (106) 은 단일 백킹판이 내부 전극 부재 및 세그먼트화된 외부 전극 부재를 지지할 수 있거나 또는 내부 전극 및 외부 전극이 재료의 단일 부품을 포함할 수 있도록 내부 전극 부재를 넘어서 연장할 수 있다. 내부 전극 부재 (105) 및 외부 전극 부재 (107) 는 엘라스토머 결합 재료와 같은 결합 재료에 의해 백킹 부재 (102) 에 접착되는 것이 바람직하다. 백킹판 (106) 은 플라즈마 프로세싱 챔버로 가스 흐름을 제공하기 위해 내부 전극 부재 (105) 의 가스 통로 (104) 와 정렬된 가스 통로 (113) 를 포함한다. 가스 통로 (113) 는 통상적으로 약 0.04 인치의 직경을 가지고, 가스 통로 (104) 는 통상적으로 약 0.025 인치의 직경을 가진다.
백킹판 (106) 및 백킹링 (108) 은, 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 반도체 기판을 프로세싱하는데 이용되는 프로세스 가스와 화학적으로 융화되는 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 전극 재료의 계수와 긴밀하게 매칭하는 열팽창의 계수를 가지고, 및/또는 전기전도성 및 열전도성이다. 백킹 부재 (102) 를 만드는데 이용될 수 있는 바람직한 재료는 그래파이트 및 SiC 를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
상부 전극 (103) 은, 열응력을 수용하고 상부 전극 (103) 과 백킹 판 (106) 및 백킹링 (108) 사이에 열 및 전기 에너지를 전달하는 열전도성 및 전기전도성 엘라스토머 결합 재료로 백킹판 (106) 및 백킹링 (108) 에 접착될 수 있다. 전극 어셈블리의 표면을 함께 결합시키는 엘라스토머의 사용은, 예를 들어, 여기에 전부 참조로서 포함된, 공유된 미국특허 제 6,073,577호에 기재된다.
백킹판 (106) 및 백킹링 (108) 은 스레드된 볼트, 스크류 등일 수 있는 적절한 파스너 (fastener) 로 열제어판 (101) 에 부착되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 볼트 (미도시) 는 열제어판 (101) 의 홀에 삽입되고 백킹 부재 (102) 의 스레드된 개구로 스크류를 죈다. 열제어판 (101) 은 능동적으로 제어되는 히터와 열 전달 관계에 있다. 예를 들어, 도 1-2 및 그 설명은 공유된 미국특허공개공보 제 2005/0133160A1 에 기재되며, 이는 여기에 참조로서 포함된다. 열제어판 (101) 은 요곡부 (109) 를 포함하고, 알루미늄, 알루미늄 합금 6061 과 같은 알루미늄 합금 등의 가공된 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상판 (111) 은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 6061 과 같은 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 플라즈마 한정 어셈블리 (110) 는 샤워헤드 전극 어셈블리 (100) 의 외부쪽으로 도시된다. 수직으로 조절가능한 플라즈마 한정 링 어셈블리를 포함하는 적절한 플라즈마 한정 어셈블리는 공유된 미국특허 제 5,534,751호에 기재되며, 이는 여기에 전부 참조로서 포함된다.
열제어판은 온도-제어된 상판과 협동하여 상부 전극의 온도를 제어하도록 동작가능한 적어도 하나의 히터를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바람직한 실시형태에서, 히터는 열제어판의 상부 표면에서 제공되고, 제 1 돌출부에 의해 둘러싸인 제 1 히터 구역, 제 1 돌출부와 제 2 돌출부 사이의 제 2 히터 구역, 및 제 2 돌출부와 요곡부 사이의 제 3 히터 구역을 포함한다. 히터 구역의 수는 다양할 수 있다: 예를 들어, 다른 실시형태에서, 히터는 단일 히터 구역, 2 개의 히터 구역, 또는 4 개 이상의 히터 구역을 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 히 터는 열제어판의 하부 표면에서 제공될 수 있다.
히터는, 히터에 의해 도달된 동작 온도를 견딜 수 있는 중합 재료의 대향층들 사이에 배치된 저항성 있게 가열된 재료를 포함하는 적층체를 포함하는 것이 바람직하다. 이용될 수 있는 예시적인 중합 재료는 E.I. du Pont de Nemours and Company 로부터 시판되는 상표 Kapton® 로 판매되는 폴리이미드이다. 다른 방법으로는, 히터는 열제어판 (예를 들어, 캐스트 열제어판의 가열 요소 또는 열제어판에 형성된 채널에 위치한 가열 요소) 에 장착된 저항성 히터일 수 있다. 히터의 다른 실시형태는 열제어판의 상부 및/또는 하부 표면에 탑재된 저항성 가열 요소를 포함한다. 열제어판의 가열은 전도 및/또는 복사를 통해 달성될 수 있다.
히터 재료는 제 1 히터 구역, 제 2 히터 구역, 및 제 3 히터 구역의 열적으로 균일한 가열에 제공되는 임의의 적절한 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 적층체 히터는 지그재그, S자 곡선, 또는 동심 패턴과 같은 저항성 열선의 정규 또는 비정규 패턴을 가질 수 있다. 히터로 열제어판을 가열함으로써, 온도-제어된 상판의 동작과 협력하여, 샤워헤드 전극 어셈블리의 동작 중에 상부 전극에 걸쳐 원하는 온도 분포가 제공될 수 있다.
제 1 히터 구역, 제 2 히터 구역, 및 제 3 히터 구역에 위치한 히터 섹션은 임의의 적절한 기술, 예를 들어, 열과 압력, 접착제, 파스너 등의 적용에 의해 열제어판에 고정될 수 있다.
상부 전극은 전기적으로 접지되거나, 다른 방법으로는, 바람직하게 무선-주파수 (RF; radio-freqency) 전원에 의해 전력공급될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 상부 전극이 접지되고, 하나 이상의 주파수에서의 전력이 하부 전극에 인가되어 플라즈마 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 발생시킨다. 예를 들어, 하부 전극은 2 개의 독립적으로 제어되는 무선 주파수 전력 소스에 의해 2 MHz 및 27 MHz 의 주파수에서 전력공급될 수 있다. 기판이 프로세싱된 후에 (예를 들어, 반도체 기판이 플라즈마 에칭된 후에), 하부 전극으로의 전력 공급이 차단되어 플라즈마 발생을 종료한다. 프로세싱된 기판은 플라즈마 프로세싱 챔버로부터 제거되고, 다른 기판이 플라즈마 프로세싱을 위해 기판 지지대 상에 위치한다. 바람직한 실시형태에서, 하부 전극에의 전력이 차단되는 경우, 열제어판, 차례로, 상부 전극을 가열하기 위해 히터가 활성화된다. 결과적으로, 상부 전극 온도는 원하는 최소 온도 이하로 감소되지 않도록 방지되는 것이 바람직하다. 유전체 재료를 에칭함에 있어서, 기판이 더 균일하게 프로세싱되어 프로세스 수득률을 개선시키도록, 상부 전극 온도는 연속적인 기판 프로세싱 실행 사이에 150 내지 250℃ 와 같이 대략 일정한 온도에서 유지되는 것이 바람직하다. 전원은 상부 전극의 원하는 온도와 실제 온도에 기초하여 히터에 대한 레이트 및 원하는 레벨에서 전력을 공급하도록 제어가능하다.
플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 이용되는 능동 가열형 알루미늄 컴포넌트의 다른 예는 플라즈마 챔버에서 프로세스 가스를 분산하는데 이용되는 알루미늄 배플 링 배열 (120) 이다. 도 1 의 알루미늄 배플 링 배열 (120) 은 알루미늄, 또는 6061 알루미늄과 같은 알루미늄 합금으로 제작된 6 개의 링을 포함하며, 약 96 내지 98 중량% Al, 약 0.8 내지 약 1.2 중량% Mg, 약 0.4 내지 약 0.8 중량% Si, 약 0.15 내지 0.4 중량% Cu, 약 0.04 내지 0.35 중량% Cr, 및 옵션으로 Fe, Mn, Zn 및/또는 Ti 를 포함한다. 6 개의 동심 L형 링은 백킹 부재 (102) 위와 열제어판 (101) 아래의 플리넘 (plenum) 내에 위치한다. 예를 들어, 중앙 플리넘은 단일 링을 포함할 수 있고, 인접한 플리넘은 1/2 내지 1 인치 갭으로 분리된 2 개의 링을 포함할 수 있고, 다음으로 인접하는 플리넘은 1/2 내지 1 인치 갭으로 분리된 2 개의 링을 포함할 수 있으며, 외부 플리넘은 단일 링을 포함할 수 있다. 링은 스크류가 있는 열제어판 (101) 에 탑재된다. 예를 들어, 각 링은 원주 모양으로 이격된 스탠드-오프 또는 스크류를 수용하기 위한 스루홀을 갖는 돌기를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 120°떨어져 배열된 3 개의 돌기가 이용될 수 있다. 단일 배플 링 부분의 대표적인 단면을 도 2 에 도시한다. 각 링은 약 0.040 인치 두께의 수평 단면 및 길이가 약 1/4 인치인 수직 플랜지를 가질 수 있다. 링은 평탄한 표면 (121) 및 에지 (122) 를 포함한다.
플라즈마 프로세싱 챔버에서 이용된 종래의 알루미늄 컴포넌트는 Type Ⅲ 양극처리 (anodization) 로 알려진 프로세스에 의해 생성된 표면 마무리를 가지며, 대략 25-75 마이크로미터 두께의 알루미늄 산화층을 형성한다. Type Ⅲ 양극처리 ("경화" 양극처리로도 불림) 는 약 14-17 wt.% 농도의 황산 및 약 2.5-7.5 wt.% 농도의 옵션적인 수산을 포함하는 전해질 배쓰에서 수행된다. 배쓰는 약 -4℃ 내지 11℃의 온도에서 유지되고, 워크피스는 약 10-80 분 동안 약 50V 내지 75V 의 전압에서 전해질 셀의 양극으로서 유지된다. 결과적으로 발생한 층은 주로 알루미늄 산화물로 구성되고 Al/산화물 인터페이스 및 다공성 산화물의 잔여 두께 가까이에 조밀한 알루미늄 산화물의 약 1000 A (0.1 마이크로미터) 를 포함한다. 양극처리된 층이 있는 배플링은 크래킹을 나타내고, 100℃, 125℃, 150℃, 175℃, 200℃ 이상을 초과하여 상승하는 온도와 주변 온도 사이의 온도 사이클링의 결과로서 파티클 오염을 야기한다.
프로세싱 챔버 내에서 반도체 기판의 프로세싱 동안, 내부 전극 부재 (105) 및 외부 전극 부재 (107) 에 의해 발생한 열로부터 또는 히터 배열로부터 열제어판 및 배플링으로 열이 전달된다. 이 열 전달의 결과로서, 열전달판 알루미늄 배플링 (120) 과 같은 컴포넌트의 온도는 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃, 200℃ 이상의 온도로 능동 가열될 수도 있다. 따라서, 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트는 주변 온도에서 150℃ 이상 온도까지의 사이클을 통해 열적으로 순환될 수 있다. 따라서, 알루미늄 컴포넌트의 벌크 재료와 표면 산화물 재료의 열팽창 계수 α의 상대값은 표준 프로세싱 조건하에서 강조된다. 알루미늄에 대한 열팽창 계수 α는 약 25×10-6/℃ 이며, 알루미늄 산화물에 대한 열팽창 계수 α는 약 8×10-6/℃ 이다. 이 차이는 알루미늄 산화물층이 열적 사이클링 동안의 응력 하에 위치하도록 하고, 그 현상은 비평탄한 표면에서 더욱 악화된다. 이는 팽창 동안에, 비평탄 토포그래피의 영역 상의 표면층이 평탄한 표면 상에서 팽창하는 것보다 더 팽창하여야 하기 때문이다. 따라서, 응력은 에지에서 더 높은 것으 로 기대된다. 온도 증가 동안, 예를 들어, 에지에서 산화물에 도입된 인장 응력은 열팽창 계수의 차이만으로 인해 평탄한 표면 상의 산화물에 도입된 응력을 초과한다.
플라즈마 프로세싱 장치의 표준 사용 동안의 열적 사이클링 후에, Type Ⅲ 양극처리되고 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트에 표면층의 크래킹이 발생한다는 것이 관찰되었다. 이러한 컴포넌트의 에지를 따라 크래킹이 육안으로 가장 잘 보인다. 임의의 이러한 크래킹은 챔버 내의 가능한 미립자의 소스이어서, 크래킹이 발생하는 경우, 크래킹이 있는 컴포넌트는 일반적으로 교체되어야 한다. 이는 비용을 증가시키고 플라즈마 프로세스의 품질을 열화한다. 따라서, 웨이퍼 프로세싱 동안에 감소된 파티클을 발생시키는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 이용되는 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트에 대해 표면 마무리 절차를 가지는 것이 바람직하다.
플라즈마 프로세싱 챔버 내의 Type Ⅲ 양극처리된 알루미늄의 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트를 이용하는 것과 관련하여 상술한 단점의 관점에서, 상이하지만 더욱 적절한 재료의 컴포넌트를 개발하기 위해 더 많은 조사가 수행되어 왔다. 이들 조사의 결과로서, 다른 표면 마무리 기술을 이용하는 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트가 상기 언급한 단점 없이 이용될 수 있다는 것을 발견하였다. 바람직한 실시형태에 따르면, 컴포넌트의 표면에 알루미늄 산화물의 층을 제공하기 위해 전해연마가 이용된다. 전해연마 알루미늄 쿠폰은 적어도 125℃, 150℃, 175℃, 200℃ 이상의 온도 범위에 걸친 열적 사이클링의 조건 하에서 감소된 크래킹을 보인다.
전해연마는, 배쓰에 침지되어 전해연마 알루미늄 컴포넌트용 전기화학 셀의 양극 (양의 전위) 으로서 워크피스가 이용되는 전기화학 프로세스이다. 알루미늄 컴포넌트를 전해연마하는 경우, 배쓰는 농축된 인산을 함유하고, 전해연마 프로세스 중에, 배쓰는 약 1-6 분의 지속시간 동안 약 50℃ 내지 70℃ 의 온도에서 유지되며, 약 12-24V 의 전압이 인가된다. 이 처리는 일반적으로 약 0.5 마이크로미터 미만의 두께의 산화물층을 발생시킨다. 층은 원발 비다공성 고밀도의 알루미늄 산화물로 구성된다. 전해연마에 의해 생성된 알루미나 층은 일반적으로 박리가 불가능하다. 그러나, 일반적으로 약 0.5 마이크로미터 미만인 두께의 원발 비다공성 고밀도의 일반적으로 박리불가능한 알루미늄 산화물은 원한다면 다른 적절한 기술에 의해 생성될 수도 있다.
다음의 시퀀스를 겪는 능동 가열형 알루미늄 배플 컴포넌트는 "새로운 것" 또는 "사용된 것" 중 하나일 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 컴포넌트가 알루미늄 배플판링 또는 다른 컴포넌트이면, 알루미늄 배플 컴포넌트는 플라즈마 챔버에서 사용되지 않은 "새로운" 배플 컴포넌트, 또는 "사용된" 배플 컴포넌트, 즉, 플라즈마 챔버에서 이전에 이용된 배플 컴포넌트일 수 있고, 베어 (bare) 알루미늄 컴포넌트, 또는 전해연마 또는 Type Ⅲ 양극처리와 같은 다른 기술에 의해 형성된 알루미늄 산화물층을 포함하는 컴포넌트일 수도 있다. 이러한 "새로운" 컴포넌트 및 "사용된" 컴포넌트는 전해연마에 의해 생성된 알루미늄 산화물층을 생성하기 위해 바람직하게 처리된다. 따라서, "사용된" 알루미늄 컴포넌트는 플라즈마 챔버로부터 이전에 사용된 배플 컴포넌트를 제거, 세정, 산화물을 스트립 및 전해연마함으로써 "복원"되어, 열적 사이클링되는 경우에 크래킹 및 파티클 형성되지 않는 산화물층을 제공할 수 있다.
다음의 상세한 실시예는 Lam Research Corporation 으로부터 시판되는 2300 ExelanTM 유전체 에칭 시스템과 같이 듀얼 주파수 평행판 플라즈마 에칭 챔버로부터 제거되는 사용된 알루미늄 배플 컴포넌트의 복원에 적용되는 전해연마 프로세스를 설명한다. 한정하려는 의도보다 예시하려는 의도이다.
실시예 1:
바람직한 실시형태에 따르면, 플라즈마 에칭 챔버로부터 제거된 알루미늄 배플 컴포넌트는 초기에 세정되어 퇴적물을 제거한다. 이러한 퇴적물은 탄소계 폴리머와 같은 에칭 부산물뿐만 아니라, AlF3 과 같은 다른 물질을 포함할 수 있다. 세정은 Michigan 의 Madison Heights 에 위치한 Henkel Surface Technologies 로부터 시판되는 Novaclean 120LF 용액과 같은 적절한 알칼리성 세정액을 처음으로 이용하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 이 용액은 나트륨 테트라보레이트 및 특허 접착제를 함유한 규산 혼화가 아닌 알칼리성 세정액이다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 약 110℉ 내지 약 130℉ 의 온도에서 약 5 내지 약 15 분 동안 용액에 침지한 후, 약 3 내지 약 5 분 동안 물로 알루미늄 배플 컴포넌트를 린싱하여 그로부터 용액을 제거하는 것이 바람직하다.
실시형태에서, 알루미늄 배플 컴포넌트 외부 표면은 Henkel Surface Technologies 로부터 시판되는 Novax SC603B 와 같은 적절한 알칼리성 에칭액을 이용하여 에칭되는 것이 바람직하다. 이 용액은 1차 나트륨 하이드록사이드를 함유한 알칼리성 에칭 용액이다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 약 110℉ 내지 약 130℉ 의 온도에서 약 30 초 내지 약 2 분 동안 용액에 침지한 후, 충분한 양의 시간 동안, 통상적으로 약 5 분 내지 약 10 분 동안 물로 린싱하여 알루미늄 배플 컴포넌트로부터 용액을 제거하는 것이 바람직하다. 린싱하는 물은 대략 주변 온도에서 적어도 약 15 Mohm-cm 의 저항률을 갖는 초순수 (ultrapure water) 인 것이 바람직하다.
실시형태에서, 알루미늄 배플 컴포넌트의 외부 표면은 Henkel Surface Technologies 로부터 시판되는 Nova 300A & B 와 같은 적절한 환원액을 이용하여 금속의 환원 및 세정된다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 충분한 양의 시간 동안, 통상적으로 약 5 내지 약 10 분 동안 용액에 침지되어, 알루미늄 배플로부터 외부 알루미늄 산화물층을 제거하는 것이 바람직하다. 용액은 대략 주변 온도에 있는 것이 바람직하다. 알루미늄 배플 컴포넌트는, 충분한 양의 시간 동안 통상적으로 약 5 내지 약 10 분 동안 바람직하게는 초순수로, 린싱되어 용액을 제거한다. 린싱된 알루미늄 배플 컴포넌트는, 예를 들어, 깨끗하고 건조한 공기 또는 필터링된 질소를 이용하여 건조된다.
알루미늄 산화물층을 제거한 후에, 알루미늄 배플 컴포넌트는 재마무리되어, 에칭 챔버에서 사용하기 위해 원하는 표면 거칠기를 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 재마무리된 표면 거칠기는 약 0.4 마이크로미터 미만일 수 있다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 알루미늄 산화물 연마제를 포함하는 연마지, 예를 들어, 1200-그릿 연마지와 같은 임의의 적절한 연마제를 이용하여 재마무리될 수 있다. 또한, 또는 다른 방법으로, 더 조악하거나 미세한 연마지는 알루미늄 배플 컴포넌트의 원하는 표면 마무리에 따라 이용될 수 있다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 표면 마무리의 균일성을 향상시키기 위해 재표면화하는 동안 회전될 수 있다. 재표면화된 알루미늄 배플 컴포넌트는 충분한 양의 시간 동안, 통상적으로 약 5 내지 10 분 동안, 바람직하게는 초순수를 이용하여 린싱되어 알루미늄 배플 컴포넌트 표면으로부터 유리된 파티클을 제거한다. 린싱된 알루미늄 배플 컴포넌트는, 예를 들어, 깨끗하고 건조한 공기 또는 필터링된 질소를 이용하여 건조된다.
실시형태에서, 바람직하게는 Novaclean 120LF 와 같은 적절한 알칼리성 세정액을 처음 이용하여; 재마무리로부터 알루미늄 배플 컴포넌트 표면 상에 잔류하는 오염물질이 제거된다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 약 110℉ 내지 약 130℉ 의 온도에서 약 5 내지 약 15 분 동안 용액에 소크 (soak) 되는 것이 바람직하다. 이후, 알루미늄 배플 컴포넌트는 약 3 내지 약 10 분 동안 바람직하게는 초순수로 린싱되어, 알루미늄 배플 컴포넌트로부터 잔류 알칼리성 세정액을 제거한다.
알칼리성 세정 단계 후에, 알루미늄 배플 컴포넌트는 산세정액으로 세정되어 실리콘 및 금속 오염물질을 제거한다. 바람직한 산세정액은 약 0.25 % 인산 및 약 0.05 % 플루오르화수소산의 혼합물을 함유한다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 바람직하게는 대략 주변 온도에서 약 1 내지 약 3 분 동안 산세정액에 침지된다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 약 3 내지 약 10 분 동안 바람직하게는 초순수로 린싱 되어, 잔류 산세정액을 제거한다.
이후, 알루미늄 배플 컴포넌트는 WI의 Brookfield 에 위치한 Hydrite Chemical Co. 로부터 시판가능한 Hydrite 1375 와 같은 농축된 인산을 함유한 전해연마 탱크에서 전해연마된다. 전해연마 프로세스 동안, 배쓰는 1-6 분의 지속시간 동안 약 50℃ 내지 70℃의 온도에서 유지되며, 약 12-24 V 의 전압이 인가된다. 이후, 알루미늄 배플 컴포넌트는 약 3 내지 약 10 분 동안 탈이온수에서 스프레이-린싱되는 것이 바람직하다.
이후, 알루미늄 배플 컴포넌트는 클래스 10,000 또는 1000 클린룸과 같이, 깨끗한 환경으로 이동하고, 초순수에서 스프레이-린싱된다. 이는 뒤이어 40 kHz 에서 10-20 W/in2 의 전력으로 약 2-15 분 동안 초순수에서 초음파-세정된다. 알루미늄 배플 컴포넌트는 이후 바람직하게는 질소 또는 초고순도의 공기를 이용하여 건조된다. 이후, 컴포넌트는 30 분 동안 120℃ 의 오븐에 위치하여 물을 제거한다. 냉각 후에, 컴포넌트는 클린룸 내에 정지한 채 패키징된다.
본 발명은 바람직한 실시형태를 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 상술한 바 외에 특정 형태로 본 발명을 실시하는 것이 가능하다는 것이 매우 명백하다. 바람직한 실시형태는 예시적이며, 어떠한 방식으로든 제한적으로 간주되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 전술한 설명보다 첨부된 청구범위에 의해 주어지고, 청구범위의 범위 내에 있는 모든 변형 및 균등물은 이에 포함되도록 의도된다.

Claims (27)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버에 설치되었을 때 능동 가열 (actively heated) 되는 알루미늄 배플 컴포넌트로서,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 노출된 외부 알루미늄 산화물층을 가지고,
    상기 외부 알루미늄 산화물층은 전해연마 공정 (electropolishing procedure) 에 의해 형성되고 상기 알루미늄 배플 컴포넌트 상의 비다공성 알루미늄 산화물이고,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 배플링 및 열제어판 중 적어도 하나인, 알루미늄 배플 컴포넌트.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 알루미늄 산화물층은 0 마이크론 (㎛) 초과 0.5 마이크론 (㎛) 이하의 두께를 갖는, 알루미늄 배플 컴포넌트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 알루미늄 합금으로 제작된, 알루미늄 배플 컴포넌트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 Al 6061-T6 로 제작된, 알루미늄 배플 컴포넌트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 새로운 것 또는 사용된 것 중 하나인, 알루미늄 배플 컴포넌트.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 플라즈마 프로세싱 챔버로서, 샤워헤드 전극, 상기 샤워헤드 전극에 부착되는 백킹판 (backing plate), 상기 백킹판에 부착되는 열제어판, 상기 열제어판의 상부 표면상의 적어도 하나의 히터를 포함하는, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버; 및
    플라즈마 프로세싱 챔버에 설치되었을 때 능동 가열 (actively heated) 되는 알루미늄 배플 컴포넌트로서, 상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 노출된 외부 알루미늄 산화물층을 가지고, 상기 외부 알루미늄 산화물층은 전해연마 공정 (electropolishing procedure) 에 의해 형성되고 상기 알루미늄 배플 컴포넌트 상의 비다공성 산화물이고,
    상기 열제어판과 상기 백킹판 사이의 플리넘 (plenum) 에 위치한 배플링을 포함하는, 상기 알루미늄 배플 컴포넌트를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 플라즈마 프로세싱 장치는 플라즈마 에칭 챔버를 포함하고,
    상기 배플링은 주변 온도와 적어도 100℃ 사이에서 열적으로 순환되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 상기 열제어판을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 상기 열제어판과 상기 상부 샤워헤드 전극 사이의 플리넘 (plenum) 에 위치한 배플링을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  26. 삭제
  27. 플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드 전극 어셈블리 내부에 설치되었을 때 능동 가열 (actively heated) 되는 알루미늄 배플 컴포넌트로서,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 전해연마 공정 (electropolishing procedure) 에 의해 형성되는 외부 알루미늄 산화물층을 가지고,
    상기 외부 알루미늄 산화물층은 (i) 비다공성 알루미늄 산화물이고, (ii) 상기 알루미늄 배플 컴포넌트에 인접하고, (iii) 노출된 외부 표면을 갖고,
    상기 알루미늄 배플 컴포넌트는 배플링 및 열제어판 중 적어도 하나인, 알루미늄 배플 컴포넌트.
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