KR101714660B1 - 반응 챔버 - Google Patents

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매튜 쥐. 굿맨
마크 호킨스
브래드 홀렉
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에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드
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Abstract

내부에 규정된 반응 공간을 갖는 반응 챔버로서, 반응 공간은 반응 공간을 통하는 가스들의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생하도록 튜닝 가능하다. 실질적으로 안정되고 층화된 흐름은 예측 가능한 증착 프로파일을 제공하기 위해 반응 챔버 내에서 프로세싱되는 기판들 상에서의 증착의 균일도를 개선하도록 구성된다.

Description

반응 챔버{Reaction chamber}
< 관련 출원들과의 상호-참조 >
본 출원은 2008년 11월 7일에 제출되고, 전체가 본원에 참조로써 참조되어 있는 가출원 번호 61/112,604의 우선권을 주장한다.
본 발명은 반도체 프로세싱 시스템(semiconductor processing system)에 관한 것으로서, 특히 반도체 프로세싱 시스템에서 사용하기 위한 반응 챔버(reaction chamber)에 관한 것이다.
트랜지스터들, 다이오드들, 및 집적 회로들과 같은 반도체 디바이스들의 프로세싱 중에, 복수의 그와 같은 디바이스들은 전형적으로 기판, 웨이퍼, 또는 워크피스(workpiece)와 같은 반도체 재료의 얇은 슬라이스(slice) 상에서 동시에 제조된다. 그와 같은 반도체 디바이스들의 제조 동안의 하나의 반도체 프로세싱 단계의 예에서, 기판은 전형적으로 반응 챔버 내부로 운반되고 반응 챔버 내에서 재료의 박막 또는 층이 웨이퍼의 노출된 표면에 증착된다. 일단 원하는 반도체 재료의 층의 두께가 기판의 표면에 증착되었다면, 기판은 패키징(packaging)을 위해 또는 부가 프로세싱을 위해 반응 챔버 밖으로 운반된다.
기판의 표면상에 재료의 막을 증착하는 공지된 방법들은: (대기압 또는 저압의) 기상 증착(vapor deposition), 스퍼터링(sputtering), 스프레이-및-어닐링(spray-and-anneal), 원자 층 증착(atomic layer deposition)을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 예를 들어 화학적 기상 증착(Chemical vpor deposition: "CVD")은 반응 챔버 내의 특정한 기체 화합물들의 열적 반응 및 분해(decomposition)에 의해 가열된 기판상에 안정한 화합물을 형성한다. 반응 챔버는 안정한 화합물을 기판상에 안전하게 증착하기 위해 제어된 환경을 제공한다.
특정한 툴(tool) 또는 프로세스에 이용되는 반응 챔버의 유형은 실행되고 있는 유형에 따라 변할 수 있다. CVD 프로세스들에 흔히 이용되는 반응 챔버의 하나의 유형은 수평 흐름, 냉벽(cold-wall) 반응 챔버이고, 여기서 반응 챔버는 처리될 기판이 삽입되는 일반적인 연신된 챔버(elongated chamber)를 포함한다. 프로세스 가스들은 반응 챔버의 한 종단으로 주입 또는 유입되고 기판 전체에 걸친 종 방향을 따라 흐르고나서, 반대편 종단에서 반응 챔버를 나간다. 프로세스 가스들이 반응 챔버 내의 가열된 기판 위를 통과할 때, 기판의 표면에서 반응이 발생하고, 이로 인해 재료의 층은 기판상에 증착이 된다.
수평 흐름 반응 챔버의 길이를 따라 가스들을 흐를 때, 흐름 패턴은 고르지 않게 될 수 있고 가스들이 반응 챔버 내의 다양한 구조들, 예를 들어, 서셉터(susceptor), 기판, 또는 반응 챔버 차체의 벽들과 접촉한 결과로 국지적인 난기류의 에어리어(area)들이 형성될 수 있다. 이 국지화된 난기류의 에어리어들이 프로세싱될 기판의 표면과 중첩될 때, 기판의 표면에 걸친 증착의 균일도가 악화된다. 기판과 반응하는 프로세스 가스들의 국지화된 난기류의 에어리어들은 증착의 균일도를 감소시키는 범프(bump)들, 리지(ridge)들, 또는 다른 국지화된 증착 형태들을 발생시킬 수 있다. 증착 이후의 기판의 표면의 프로파일(profile)은 부분적으로 반응 챔버를 통과하는 가스들의 비-층화(non-laminar) 및 불안정한 흐름에 인해 예측 불가능할 수 있다.
그러므로, 반응 챔버를 통과하는 프로세스 가스들의 흐름이 고르지 않거나 국지화된 난기류의 에어리어들을 감소하거나 제거하여 프로세싱될 기판상에 증착의 균일도를 개선하거나 또는 예측 가능한 증착 프로파일을 생성하기 위한 튜닝(tuning) 가능한 개선된 반응 챔버가 필요하다.
본 발명의 하나의 양태에서, 반응 챔버가 제공된다. 반응 챔버는 고정되어 있는 상부 벽을 갖는 상부 챔버 및 상부 챔버와 유체 연통되어 있는 제 1 흡입구를 포함한다. 제 1 흡입구는 적어도 하나의 가스가 상부 챔버 내로 유입되는 것이 가능하도록 구성된다. 반응 챔버는 또한 하부 벽을 갖는 하부 챔버를 포함한다. 하부 챔버는 상부 챔버와 유체 연통되어 있다. 반응 챔버는 상부 챔버의 적어도 일부분 및 하부 챔버의 적어도 일부분을 분리하는 플레이트(plate)를 더 포함한다. 플레이트는 제 1 거리만큼 상부 벽과 떨어져 이격되어 있고, 플레이트는 제 2 거리 만큼 하부 벽과 떨어져 이격되어 있다. 배출구는 제 1 흡입구 맞은 편에 배치된다. 상부 챔버는 제 1 거리를 조정함으로써 제 1 흡입구 및 배출구 사이에 실질적으로 안정되고 층화된(laminar) 가스들의 흐름(flow)을 발생시키기 위해 튜닝 가능하다.
본 발명의 다른 양태에서, 반도체 프로세싱 툴의 반응기에서 기판상에서의 증착 균일도를 최적화하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 분류(split-flow) 반응 챔버를 제공하는 단계를 포함한다. 분류 반응 챔버는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하고, 상부 챔버 및 하부 챔버는 적어도 플레이트에 의해 분리되고, 가스들은 상부 및 하부 챔버들 둘 모두 내부로 유입 가능하다. 상기 방법은 분류 반응 챔버 내에 위치되는 서셉터를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 서셉터는 상부 및 하부 챔버들 사이에 배치된다. 상기 서셉터는 적어도 하나의 기판을 지지하도록 구성된다. 상기 방법은 상부 챔버 내에 실질적으로 안정되고 층화된 가스들의 흐름을 발생시키기 위해 분류 챔버의 치수들을 튜닝하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 반응 챔버가 제공된다. 반응 챔버는 내부에 반응 공간을 규정하기 위해 상부 벽, 하부 벽, 및 상부 벽 및 하부 벽을 연결하는 한 쌍의 대향하는 측벽들을 포함한다. 흡입구는 반응 공간의 한 종단에 위치되고 배출구는 반응 공간의 대향하는 종단에 위치된다. 반응 공간을 통하여 흐르는 적어도 하나의 가스의 속도는 반응 공간을 통하는 적어도 하나의 가스의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생시키도록 하부 벽에 대해 상부 벽을 조정함으로써 튜닝 가능하다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 반응 챔버가 제공된다. 반응 챔버는 기판이 지지할 수 있는 반응 공간을 포함하고 상기 반응 공간은 체적을 갖는다. 반응 챔버는 또한 반응 공간 내에 적어도 하나의 가스가 유입될 수 있는 흡입구, 및 반응 공간 내의 가스들이 반응 공간을 나가는 배출구를 포함한다. 체적은 반응 공간을 통하는 가스들의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 제공하도록 튜닝 가능하다.
본 발명의 부가적 양태에서, 반응 챔버가 제공된다. 반응 챔버는 제 1 벽, 제 2 벽, 및 대향하는 측벽들에 의해 규정되는 체적을 포함하고, 흡입구는 제 1 벽 및 제 2 벽의 하나의 종단에 위치되고, 배출구는 제 1 벽 및 제 2 벽들의 대향하는 종단에 위치된다. 가스들은 제 1 흐름 속도로 체적을 통과하여 흐를 수 있다. 제 1 벽은 체적을 변경하도록 조정 가능하고 그와 같은 체적의 변경으로 제 1 속도의 대응하는 증가 또는 감소가 발생하여, 결과적으로 체적을 통하여 흐르는 가스들의 제 2 속도가 발생한다. 체적을 통하여 흐르는 가스들의 제 2 속도는 흡입구 및 배출구 사이에 실질적으로 층화된 가스의 흐름을 제공한다.
본 발명의 다른 양태에서, 반응 챔버가 제공된다. 반응 챔버는 폭, 길이, 높이에 의해 규정되는 반응 공간을 포함한다. 반응 챔버는 또한 반응 공간을 통하여 흐르는 가스들의 가스 흐름 속도를 발생시키도록 구성되는 제어기를 포함한다. 폭, 길이, 및 높이의 적어도 하나는 반응 공간을 통하는 상기 가스들의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생하도록 조정 가능하다.
본 발명의 다른 양태에서, 반응 챔버는 내부에 반응 공간을 형성하기 위해 상부 벽, 하부 벽, 및 상기 상부 벽 및 하부 벽을 연결하는 한 쌍의 대향하는 측벽들을 포함하고, 흡입구는 상기 반응 공간의 한 종단에 위치되고, 배출구는 상기 반응 공간의 대향하는 종단에 위치된다. 상부 벽은 하부 벽과 제 1 거리만큼 떨어져 이격되어 있고, 대향하는 측벽들은 제 2 거리만큼 떨어져 이격되어 있고, 흡입구 및 배출구는 제 3 거리만큼 떨어져 이격되어 있다. 제 1 거리, 제 2 거리, 및 제 3 거리 중 적어도 하나는 상기 반응 공간을 통하는 적어도 하나의 가스의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생시키기 위해 모델링 소프트웨어(modeling software)를 이용함으로써 선택된다.
본 발명의 장점들은 도면을 통해 도시되고 설명된 본 발명의 실시예들의 다음의 설명으로부터 당업자에게 명확해질 것이다. 인식되는 바와 같이, 본 발명은 다른 그리고 상이한 실시예들이 가능하고 이의 세부사항들은 다양한 면들에서 수정이 가능하다. 따라서, 도면(들) 및 설명은 특성상 설명하는 것으로 간주되어야 하지 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 발명에 의하면, 프로세싱될 기판상에 증착의 균일도를 개선하거나 또는 예측 가능한 증착 프로파일을 생성하기 위한 튜닝(tuning) 가능한 개선된 반응 챔버가 제공된다.
도 1은 반도체 프로세싱 시스템의 등각 투상도;
도 2는 도 1의 반도체 프로세싱 시스템의 일부의 측면 단면도;
도 3은 도 2의 반도체 프로세싱 시스템의 일부의 상면도;
도 4는 반응 챔버의 실시예의 하부 등각 투상도;
도 5는 도 4의 반응 챔버의 상부 등각 투상도;
도 6은 도 3의 선 6-6'을 따라 취해진 반응 챔버의 측면 단면도; 및
도 7은 반도체 프로세싱 시스템의 다른 실시예의 측면 단면도.
도 1을 참조하면, 반도체 프로세싱 시스템(10)의 예시적인 실시예가 도시된다. 반도체 프로세싱 시스템(10)은 분사기 어셈블리(injector assembly)(12), 반응 챔버 어셈블리(14), 및 배기 어셈블리(exhaust assembly)(16)를 포함한다. 반도체 프로세싱 시스템(10)은 반응 챔버 어셈블리(14) 내에서 프로세싱될 기판(18)(도 2)을 수용하도록 구성된다. 분사기 어셈블리(12)는 반응 챔버 어셈블리(14) 내로 다양한 가스들을 유입하도록 구성되고, 여기서 적어도 하나의 화학적 반응은 내부로 유입된 가스들 및 내부에서 지지되고 있는 기판(18) 사이의 반응 챔버 어셈블리(14) 내에서 발생한다. 그리고나서 반응하지 않은 프로세스 가스들뿐만 아니라 배출 가스들은 반응 챔버 어셈블리(14)로부터 배출 어셈블리(16)를 통하여 제거된다.
도 1 내지 2에 도시되는 바와 같이, 분사기 어셈블리(12)의 실시예는 흡기 매니폴드(inlet manifold)(22)에 동작하도록 연결되는 복수의 분사기들(20)을 포함한다. 실시예에서, 흡기 매니폴드(22)는 제 1 가스 라인(24) 및 제 2 가스 라인(26)을 포함한다. 제 1 가스 라인(24)은 가스들을 분사기들(20)로부터 흡기 매니폴드(22)를 통해, 반응 챔버 어셈블리(14)의 반응 챔버(30)의 상부 부분으로 운반하도록 구성된다. 제 2 가스 라인(26)은 가스원(gas source)에 동작하도록 연결되고 가스들을 가스원으로부터, 흡기 매니폴드(22)를 통해, 반응 챔버 어셈블리(14)의 반응 챔버(30)의 하부 부분으로 운반하도록 구성된다. 흡기 매니폴드(22)가 반응 챔버(30) 내로 유입되는 가스들을 운반하기 위해 임의의 수효의 가스 라인들을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 실시예에서, 배출 어셈블리(16)는 반응 챔버 어셈블리(14)의 반응 챔버(30)의 배출구(32)에 제거 가능하게 연결될 수 있다.
실시예에서, 반응 챔버 어셈블리(14)는 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 반응 챔버(30), 기판 지지 어셈블리(34), 서셉터 링 어셈블리(36)를 포함한다. 기판 지지 어셈블리(34)는 서셉터(38), 서셉터(38)에 동작하도록 연결되는 서셉터 지지 부재(40), 및 서셉터 지지 부재(40)에 동작하도록 연결되고 이로부터 신장되는 튜브(42)를 포함한다. 작동 중에, 기판(18)은 서셉터(38) 상에서 지지된다. 기판 지지 어셈블리(34)는 증착 프로세스를 위해 회전이 바람직한 경우 작동 중에 기판(18)을 회전시키기 위해 회전 가능하다.
실시예에서, 서셉터 링 어셈블리(36)는 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 서셉터 링(44) 및 서셉터 링 지지대(46)를 포함한다. 서셉터 링(44)은 서셉터(38)를 둘러싸서 프로세싱 동안 서셉터(38)의 외부 방사 에지(radial edge)에 의한 열 손실을 제거하거나 그 양을 감소시키도록 구성된다. 서셉터 링 지지대(46)는 반응 챔버(30)의 하부 표면으로부터 신장되고 서셉터 링(44)에 동작하도록 연결되어 서셉터 링을 기판 지지 어셈블리(34)에 대해 실질적으로 고정된 위치로 유지한다.
도 2 내지 6을 참조하면, 반응 챔버(30)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도시된 반응 챔버(30)는 수평 흐름, 단일 통과, 분류, 냉벽 챔버이다. 도시된 반응 챔버(30)가 분류 챔버로 도시될지라도, 개선된 반응 챔버(30)는 분류 챔버 또는 단일 챔버일 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 실시예에서, 반응 챔버(30)는 수정(quartz)으로 형성된다. 도 1 내지 도 2에 도시된 반응 챔버(30)는 전형적으로 반응 챔버(30) 내의 압력이 대기압에 또는 대기압 근처에 있는 프로세스들에 이용된다. 후술되는 개념들은 대기 반응 챔버(30)에 관해 도시되지만, 동일한 개념들은 반응 챔버 내의 압력이 대기압보다 더 낮은 감소한 압력 반응 챔버 내에 포함될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 반응 챔버(30)는 흡입구(28), 배출구(32), 및 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에 위치되는 반응 공간(48)을 포함한다. 흡입구(28) 및 배출구(32) 이 둘 모두는 플랜지(flange)(50)에 의해 둘러싸인다.
분사기 어셈블리(12)(도 1)는 흡입구(28)를 둘러싸는 플랜지(50)에 동작하도록 연결되고 배출 어셈블리(16)(도 1)는 배출구(32)를 둘러싸는 플랜지(50)에 동작하도록 연결된다. 반응 챔버(30)는 상부 챔버(52) 및 하부 챔버(54)를 포함하고, 여기서 상부 챔버(52)는 흡입구(28)에 인접한 제 1 플레이트(56)에 의해 그리고 배출구(32)에 인접한 제 2 플레이트(58)에 의해 하부 챔버(54)와 분리된다. 제 1 플레이트(56)는 종 방향으로 제 2 플레이트(58)와 떨어져 이격되어 이 둘 사이에는 기판 지지 어셈블리(34) 및 서셉터 링 어셈블리(36)의 공간이 마련된다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 제 1 플레이트(56), 제 2 플레이트(58), 기판 지지 어셈블리(34), 및 서셉터 링 어셈블리(36)는 상부 및 하부 챔버들(52, 54) 사이의 경계를 규정한다. 실시예에서, 상부 챔버(52)는 하부 챔버(54)와 유체 연통되어 있다. 다른 예에서, 상부 챔버(52)는 실질적으로 하부 챔버(54)로부터 실링(sealing)된다.
실시예에서, 반응 챔버(30)는 도 2 내지 도 6에 도시되는 바와 같이, 상부 벽(60), 하부 벽(62), 및 상부 벽 및 하부 벽(60, 62) 사이에서 신장되는 대향하는 측벽들(64)을 포함한다. 실시예에서, 상부 및 하부 벽들(60, 62)은 서로에 대해 실질적으로 평행하다. 다른 실시예에서, 상부 및 하부 벽들(60, 62)은 서로 평행하지 않다. 예를 들어, 실시예에서, 상부 벽(60)(도시되지 않음)은 대향하는 측벽들(64) 사이에서 상향하면서 휘어져 있어서 상부 벽(60)은 반원 형상을 갖게 된다. 다른 실시예에서, 상부 벽(60)은 대향하는 측벽들(64)로부터 상향하도록 각을 이루어 반응 챔버(30)의 종 방향의 축과 실질적으로 평행한 종 방향 접합부를 형성한다. 반응 챔버(30)의 상부 및/또는 하부 벽들(60, 62)이 평면 또는 평면이 아닌 벽들로 형성될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야만 한다. 상부 벽(60) 및 하부 벽(62)이 동일한 또는 상이한 형상을 가지도록 형성될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야만 한다. 상부 벽(60), 하부 벽(62), 및 측벽들(64)은 대향하는 플랜지들(50) 사이에서 신장되어 반응 챔버(30) 내에 체적을 형성한다. 반응 공간(48)은 반응 챔버(30) 내에 총 체적의 적어도 일부이고, 반응 가스들은 반응 공간(48) 내에 배치되는 기판(18)과 반응하여 기판(18) 상에 증착의 층을 형성한다.
도 2 내지 도 6에 도시되는 바와 같이, 분류 반응 챔버(30)의 실시예에서, 반응 공간(48)은 상부 벽(60), 제 1 플레이트(56), 제 2 플레이트(58), 기판 지지 어셈블리(34), 서셉터 링 어셈블리(36), 측벽들(64), 흡입구(28), 및 배출구(32)에 의해 일반적으로 규정되는 체적이다. 반응 공간(48)은 일반적으로 분류 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52) 내에서 규정되는 체적이다. 단일-챔버 반응 챔버(30)(도시되지 않음)의 실시예에서, 반응 공간(48)은 상부 및 하부 벽들(60, 62), 측벽들(64), 흡입구(28), 및 배출구(32)에 의해 규정되는 것이 당업자에 의해 이해되어야만 한다. 단일 챔버 반응 챔버(30)의 반응 공간(48)은 반응 챔버(30)의 전체 체적으로 규정될 수 있다. 반응 공간(48)은 또한 프로세싱되는 기판(18)의 상부의, 노출된 표면에 바로 인접한 체적으로 규정될 수 있다. 반응 공간(48)은 기판(18)(도 2) 및 반응 챔버(30) 내에 유입되는 프로세스 가스들 사이의 화학적 반응이 발생할 체적을 제공한다.
실시예에서, 제 1 플레이트(56)는 도 2 내지 도 6에 도시되는 바와 같이, 반응 챔버(30)의 측벽들(64)과 통합하여 형성된다. 다른 실시예에서, 제 1 플레이트(56)는 반응 챔버(30)와 별개로 형성되고 이의 조립 동안 반응 챔버(30) 내로 삽입된다. 별개로 형성될 때, 제 1 플레이트(56)는 예를 들어 반응 챔버(30)의 측벽들(64)과 통합하여 형성되는 한 쌍의 선반(ledge)들(도시되지 않음) 상에 배치될 수 있다. 실시예에서, 제 1 플레이트(56)는 실질적으로 수평한, 또는 반응 챔버(30)의 상부 및 하부 벽들(60, 62)에 실질적으로 평행한 방식으로 지향된다.
다른 실시예에서, 제 1 플레이트(56)는 상부 및 하부 벽들(60, 62)에 대해 각을 이루고 지향된다. 실시예에서, 제 1 플레이트(56)의 리드 에지(lead edge)는 흡입구(28)를 둘러싸는 플랜지(50)의 전면과 실질적으로 정렬된다. 다른 실시예에서, 제 1 플레이트(56)의 리드 에지는 흡입구(28)를 둘러싸는 플랜지(50)의 표면과 안쪽으로 이격되어 있다. 제 1 플레이트(56)는 반응 챔버(30)의 흡입구(28)에 인접하는 상부 및 하부 챔버들(52, 54) 사이에 장벽을 제공한다.
실시예에서, 제 1 플레이트(56)는 도 2 내지 4, 도 6에 도시되는 바와 같이, 흡입구(28)를 분리하여 별개의 상이한 흡입구들을 반응 챔버(30)의 상부 및 하부 챔버들(52, 54) 내에 제공한다. 실시예에서, 흡입구(28)는 상부 챔버에 가스들을 유입하기 위해 상기 상부 챔버(52)와 유체 연통되어 있는 상부 흡입구(70) 및 하부챔버에 가스들을 유입하기 위해 상기 하부 챔버(54)와 유체 연통되어 있는 하부 흡입구(72)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 상부 흡입구(70) 및/또는 하부 흡입구(72)는 다수의 떨어져 이격되는 흡입구들로 분리되고, 여기서 각각의 떨어져 이격되는 흡입구는 가스들을 분류 반응 챔버(30)의 동일한 챔버로 유입한다. 실시예에서, 제 1 플레이트(56)의 리드 에지는 실질적으로 흡입구(28)에 인접한 플랜지(50)의 전면과 정렬되어 제 1 플레이트(56)가 흡기 매니폴드(22)(도 2)와 접촉하도록 함으로써 제 1 가스 라인(24)으로부터의 가스들 및 제 2 가스 라인(26)으로부터의 가스들이 분리된다.
실시예에서, 제 2 플레이트(58)는 반응 챔버(30)의 측벽들(64)과 통합 형성된다. 다른 실시예에서, 제 2 플레이트(58)는 도 2 내지 3, 도 6에 도시되는 바와 같이 반응 챔버(30)와 분리하여 형성되고, 이의 조립 동안 반응 챔버(30) 내에 삽입된다. 개별적으로 형성될 때, 제 2 플레이트(58)는 예를 들어 반응 챔버(30)의 측벽들(64)과 통합 형성되는 한 쌍의 대향하는 선반들(66)에 배치될 수 있다. 실시예에서, 제 2 플레이트(58)는 실질적으로 수평한 방식으로, 또는 실질적으로 반응 챔버(30)의 상부 및 하부 벽들(60, 62)에 평형하게 지향된다. 다른 실시예에서, 제 2 플레이트(58)는 상부 및 하부 벽들(60, 62)에 대해 각을 이루어 지향된다. 실시예에서, 제 2 플레이트(58)는 서셉터 링(44)의 후단 에지(trailing edge)에 바로 인접한 위치로부터 신장된다. 실시예에서, 제 2 플레이트(58)의 후단 에지는 실질적으로 배출구(32)를 둘러싸는 플랜지(50)의 후면과 정렬된다. 다른 실시예에서, 제 2 플레이트(58)의 후단 에지는 배출구(32)를 둘러싸는 플랜지(50)의 후면과 안쪽으로 이격된다. 제 2 플레이트(58)는 반응 챔버(30)의 배출구(32)에 인접하는 상부 및 하부 챔버들(52, 54) 사이에 장벽을 제공한다.
실시예에서, 배출구(32) 쪽으로 지향되는 제 1 플레이트(58)의 에지는 도 2 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 배출구(32)와 안쪽으로 이격되어 상기 배출구(32)가 단일 애퍼처(aperture)를 포함하도록 하여, 제 1 가스 라인(24) 및 제 2 가스 라인(26) 이 둘 모두로부터 반응 챔버(30) 내로 유입되는 가스들 모두는 이 애퍼처를 통하여 반응 챔버를 나간다. 다른 실시예에서, 제 2 플레이트(58)의 후방으로 지향되는 표면은 배출구(32)를 둘러싸는 플랜지(50)와 실질적으로 동일 평면상에 있어서 제 2 플레이트(58)가 상부 배출구(도시되지 않음) 및 하부 배출구(도시되지 않음)를 제공하도록 하고, 여기서 상부 챔버(52) 내로 유입되는 가스들은 상부 배출구를 통해 반응 챔버(30)를 나가고 하부 챔버(54) 내로 유입되는 가스들의 적어도 일부는 하부 배출구를 통하여 반응 챔버(30)를 나간다.
실시예에서, 제 2 플레이트(58)는 도 2에 도시되는 바와 같이, 자신으로부터 하향하여 신장되는 차단 플레이트(blocking plate)(68)를 포함한다. 차단 플레이트(68)는 반응 챔버(30)의 하부 벽(62)에 인접하거나 접촉되어 있는 위치로 신장된다. 실시예에서, 차단 플레이트(68)는 대향하는 측벽들(64) 사이의 실질적인 전체 거리를 신장한다. 다른 실시예에서, 차단 플레이트(68)는 대향하는 측벽들(64) 사이의 폭의 일부분만을 신장한다. 차단 플레이트(68)는 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이의 하부 챔버(54) 내에서 적어도 가스 흐름의 일부를 차단하도록 구성된다. 작동 시에, 차단 플레이트(68)는 하부 챔버(54) 및 상부 챔버(52) 사이에서 압력 차를 발생시켜서 하부 챔버(54) 내의 압력이 상부 챔버(52) 내의 압력보다 더 크도록 구성됨으로써, 하부 챔버(54)로 유입되는 가스들 중 적어도 일부가 상부 챔버(52)로 진입하도록 한다. 예를 들어, 하부 챔버(54) 내의 가스들은 서셉터 링 어셈블리(36) 및 플레이트들(56, 58) 사이의 갭(gap)들을 통해 또는 서셉터 링 어셈블리(36) 및 기판 지지 어셈블리(34) 사이의 갭을 통해 흐름으로써 상부 챔버(52)로 흐를 수 있다. 하부 챔버(54)로 유입되는 가스들의 적어도 일부를 상부 챔버(52)로 흐르도록 함으로써, 상부 챔버(52)로의 가스들의 흐름으로 인해 프로세스 가스들의 상부 챔버(52)로부터 하부 챔버(54)로의 잠재적인 흐름이 감소되거나 제거된다.
분사기들(20)은 적어도 하나의 가스를 분류 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52)로 유입하도록 구성된다. 분사기들(20)은 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에 있는 반응 공간(48) 내에서 실질적으로 수평한 흐름 경로를 따라 가스들의 흐름 속도를 발생시키기 위해 흡입구(28)를 통해 가스들을 유입한다. 일반적으로, 컴퓨터에 의해 작동되는 제어기는 분사기들(20)뿐만 아니라 다양한 소스들로부터의 가스 흐름을 제어하기 위해 제공될 수 있다. 분사기들(20)은 반응 공간(48) 내에 상이한 흐름 속도들을 발생시키기 위해 튜닝 가능하거나 조정 가능하다. 분사기들(20)은 분사기들을 나가 반응 챔버(30) 내부로 가는 가스들의 흐름 프로파일을 수정하거나 조정하기 위해 개별적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 주입기(20)를 나가는 가스들의 속도는 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 갖는 흡기 매니폴드(22)로부터 반응 챔버(30) 내로 유입되고 있는 가스들의 전체 흐름 프로파일을 발생시키기 위해 동일하거나 상이할 수 있다. 실시예에서, 분사기들(20)은 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52)로 가스들을 유입하는데 조정 가능하므로, 반응 챔버(30) 내에서 실질적으로 대기압에서 실행되는 프로세스들을 위해 5cm/s 내지 100cm/s 사이, 바람직하게는 15cm/s 내지 40cm/s의 가스들의 흐름 속도를 발생시킨다. 다른 실시예에서, 분사기들(20)은 반응 챔버(30) 내에서 실질적으로 대기압에서 실행되는 프로세스들 동안 20cm/s 내지 25cm/s 사이의 가스들의 흐름 속도를 발생시키도록 조정 가능하다. 반응 챔버(30)를 통하는 가스들의 흐름 속도는 감소된 압력들, 또는 대기압보다 적은 압력들에서 실행되는 프로세스들에 대해 상이할 수 있음이 이해되어야 한다.
개선된 반응 챔버(30)는 가스 흐름을 안정화하거나, 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이의 프로세스 가스들의 국지화된 난기류의 에어리어들을 감소하고/하거나 제거하도록 구성됨으로써, 반응 챔버(30) 내에서 프로세싱되고 있는 기판(18) 상에 증착의 균일도를 증가시킨다. 개선된 반응 챔버(30)는 또한 반응 공간(48)을 통해 가스들의 흐름을 최적화하여 가스들의 층화된 흐름을 개선하도록 구성된다. 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에서의 가스들의 안정화되고 층화된 흐름은 결과적으로 기판(18)의 표면에 걸쳐 증착이 더 균질 하도록 한다. 프로세싱되고 있는 기판상에 증착이 더 균일하게 되면, 반드시 완전 동일 평면이 아닐지라도, 프로세싱되고 있는 기판의 표면에 걸쳐 흐름이 안정되고 층화되므로 적어도 더 예측 가능한 프로파일인 증착 프로파일이 제공될 것임이 당업자에 의해 이해될 것이다. 개선된 반응 챔버(30)는 150mm 기판들, 200mm 기판들, 300mm 기판들, 및 450mm 기판들을 포함하는 임의의 크기 기판들(18)을 프로세싱하는데 이용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 후술되는 반응 챔버(30)의 치수들은 300mm 기판들을 프로세싱하기 위한 반응 챔버(30)와 관련되지만, 300mm 기판들을 프로세싱하기 위한 층화된 흐름 및 균일한 증착을 개선하는데 이용되는 최적화 기술들은 마찬가지로 다른 크기의 기판들을 프로세싱하도록 구성되는 반응 챔버(30)에서의 가스들의 층화된 흐름 및 기판들 상에서의 균일한 증착을 개선하는데 이용될 수 있다.
300mm 기판들(18)을 프로세싱하기 위한 분류 반응 챔버(30)의 예시적인 실시예에서, 반응 공간(48)은 도 2 내지 3에서 도시되는 바와 같이, 상부 챔버(52) 내에 포함되는 체적의 적어도 일부이다. 대향하는 측벽들(64)은 사이에 폭(W)을 제공하고, 상부 벽(60)은 상부 벽(60) 및 제 1 플레이트(56) 사이에 제 1 높이(H1) 그리고 상부 벽(60) 및 제 2 플레이트(58) 사이에 제 2 높이(H2)를 제공한다. 실시예에서, 상부 벽(60) 및 제 1 플레이트(56) 사이의 제 1 높이(H1)는 상부 벽(60) 및 제 2 플레이트(58) 사이의 제 2 높이(H2)와 동일하다. 다른 실시예에서, 상부 벽(60) 및 제 1 플레이트(56) 사이의 제 1 높이(H1)는 상부 벽(60) 및 제 2 플레이트(58) 사이의 제 2 높이(H2)와 상이하다. 대향하는 측벽들(64) 사이의 폭(W)은 서셉터(38) 및 서셉터 링(44)이 사이에 위치되는 것이 가능하도록 충분히 넓다. 실시예에서, 반응 공간(48)은 도 2에 도시되는 바와 같이, 폭(W) 및 플랜지들(50) 사이의 길이에 의해 규정되는 반응 챔버(30)의 길이를 따라 실질적으로 직사각형의 단면을 갖는다. 반응 챔버(30)의 길이 및 폭이 수정 가능할지라도, 반응 챔버(30)의 상기 치수들은 반응 챔버(30)가 설치될 툴의 치수적인 제한들로 인해 각각의 반응 챔버(30) 사이에 실질적으로 일정하게 남아있을 가능성이 있다.
실시예에서, 상부 벽(60)은 상부 챔버(52)의 일부분을 규정하기 위해 측벽들(64)과 통합하여 형성된다. 상부 벽(60)이 측벽들(64)과 통합하여 형성되면, 상부 챔버(52)는 상부 챔버(52) 내의 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에서 가스들의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생시키기 위해 튜닝 가능하다. 실시예에서, 상부 챔버(52)는 상부 챔버를 통하는 가스들의 흐름을 최적화하기 위해 상부 챔버(52) 내의 가스 흐름을 모델링하기 위한 모델링 프로그램(modeling program)을 이용하여 튜닝 가능하다. 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52)를 통해 가스들의 흐름을 최적화하는데 있어서, 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2), 폭(W), 반응 공간(48)의 길이, 및/또는 상부 챔버(52) 내의 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에서 흐르는 가스들의 속도는 수정 가능하다. 모델링 프로그램은 통과하는 가스들의 흐름을 최적화하기 위해 상부 챔버(52)의 치수들을 미리 결정하는데 이용될 수 있다. 모델링은 또한 가스 분사기들(20)에 의해 반응 챔버 내로 유입되는 가스들의 가스 속도 및 흐름 프로파일을 미리 결정하는데 이용될 수 있다.
상부 챔버(52)를 튜닝하기 위한 실시예에서, 상부 챔버(52)의 치수들은 고정되고 분사기들(20)로부터의 속도 및 흐름 프로파일은 각각의 분사기(20)로부터의 흐름 속도 및 흡기 매니폴드(22)를 나가는 가스들의 흐름 프로파일을 최적화하여 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에서 실질적으로 안정되고 층화된 가스를 제공하도록 모델링된다. 상부 챔버(52)를 튜닝하기 위한 다른 실시예에서, 각각의 분사기(20)로부터의 흐름 속도 및 흡기 매니폴드(22)를 나가는 가스들의 흐름 프로파일은 고정되고 상부 챔버(52)의 치수들은 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에서 실질적으로 안정되고 층화된 가스의 흐름을 제공하는 치수들을 최적화하도록 모델링된다.
상부 챔버(52)를 튜닝하기 위한 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2)은 흐름 속도 및 상부 챔버(52) 내로 유입되고 있는 가스들의 프로파일을 또한 수정하고 있는 동안 수정 가능하다. 반응 챔버(30)의 상부 벽(60)은 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2)을 증가하거나 감소하기 위해 상부 벽(60)을 조정함으로써 모델링된다. 상부 벽(60)의 높이가 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58)에 대해 조정되므로, 분사기들을 나가는 가스들의 속도는 또한 미리 결정된 흐름 프로파일을 유지하거나 또는 흡기 매니폴드를 나가는 가스들의 흐름 프로파일을 최적화하도록 조정된다. 예를 들어, 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생시키는 상부 챔버(52)를 통과하는 프로세스 가스들의 미리 결정된 흐름 속도가 약 20cm/s 내지 25cm/s인 경우, 상부 벽(60)은 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58)로부터 더 멀리 떨어진 거리로 모델링되므로, 분사기들(20)은 통과하는 가스들의 미리 결정된 흐름 속도를 유지하기 위해 상부 챔버(52) 내로 더 많은 가스들을 유입하도록 조정된다. 상부 챔버(52)는 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2)을 최적화하기 미리 결정된 흐름 속도로 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 제공하기 위해 통과하는 가스들의 흐름 패턴을 비교함으로써 튜닝 가능하다. 상부 챔버의 치수들, 분사기들(20)로부터의 가스들의 속도, 흡기 매니폴드(22)를 나가는 가스들의 흐름 프로파일, 또는 이들의 결합은 수정되고 모델링되어(예를 들어 모델링 소프트웨어) 상부 챔버(52) 내의 가스 흐름을 최적화하고 프로세싱되고 있는 기판의 표면에 걸쳐 실질적으로 안정되고 적층된 흐름을 제공하여 기판상에 증착되는 실질적으로 균일한 재료들의 층을 제조하는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다.
하나의 실시예에서, 상부 챔버(52)의(또는 전체 반응 챔버(30)의) 치수들은 작동 중에 고정되고, 상부 벽(60)의 조정은 반응 공간(48)의 치수들을 미리 결정하는 모델링 소프트웨어를 이용함으로써 동작 이전에 결정된다. 하나의 실시예에서, 상부 벽(60)은 예를 들어 자동화된 위치 제어 시스템과 공동으로 천장 삽입부(ceiling insert)(80)(도시되지 않음)를 이용함으로써 프로세싱 동안 이동 가능하다.
기판(18)이 전면에 있는 상부 흡입구(70)로부터 반응 챔버(30)로 이송되는 도 2에 도시된 반응 챔버와 같이 교차-흐름(cross-flow) 반응 챔버(30)를 이용하는 실시예에서, 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52)의 체적을 최적화하는 것은 상부 벽(60) 및 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58) 사이의 상대적인 거리를 조정함으로써 달성될 수 있다. 제 1 높이(H1)는 기판(18)이 상부 챔버(52) 내로 운반되고 서셉터(38) 상에 배치될 수 없도록 축소되어서는 안 된다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 제 1 높이(H1)는 적어도 엔드 이펙터(end effector)(도시되지 않음)가 상부 흡입구(70)를 통해 삽입되고 제거될 수 있도록 충분히 넓어야만 한다. 그러나, 기판(18)이 실질적으로 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58) 아래에 있는 위치에서 서셉터(38) 상에 배치되도록 서셉터(38)가 낮아진 반응 챔버들(도시되지 않음)의 경우, 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2)은 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58)이 상부 벽(60)을 거의 터치할 때까지 감소할 수 있지만 상부 챔버(52)를 통해 프로세스 가스들이 흐르는 것이 가능하도록 여전히 이들 사이에 작은 갭을 유지할 수 있다.
실시예에서, 상부 챔버(52)는 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2)이 고정된 값들을 유지하는 미리 결정된 장소에서 상부 벽(60)을 유지함으로써 튜닝 가능하고 분사기들(20)은 상부 챔버(52)로 유입되는 흐름 속도 및/또는 흐름 프로파일을 수정하도록 적응된다. 분사기들(20)은 흡기 매니폴드(22)를 통하여 상부 챔버(52)로 들어가는 가스들의 흐름 속도를 증가하거나 감소하도록 조정되고 그 결과에 따른 반응 챔버를 통하는 흐름 패턴이 모델링된다.
또 다른 실시예에서, 상부 챔버(52)는 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2)을 수정하기 위해 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58)에 대한 상부 벽(60)의 위치를 조정할 뿐만 아니라 분사기들(20)을 조정함으로써 자신을 통하는 흐름 패턴을 모델링하고, 여기서 상부 챔버(52) 내로 유입되는 가스의 흐름 속도 및 흐름 프로파일뿐만 아니라 상부 챔버(52)의 체적이 최적화되어 상부 챔버(52)를 통하는 가스들의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생시킨다.
300mm 기판들을 프로세싱하기 위한 분류 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52)를 튜닝하는 예시적인 프로세스에서, 상부 벽(60)은 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58) 위로 이격되어 약 1.2인치(3.05cm)의 제 1 및 제 2 높이(H1, H2) 및 대향하는 측벽들(64) 사이의 약 17인치의 폭(W)을 제공하고, 여기서 상부 챔버(52)의 체적은 약 590in3(9.67리터)이다. 약 20 내지 25cm/s의 흐름 속도 및 상술한 예시적인 치수들을 이용하는 유체 동적 모델링은 실질적으로 안정되고 층화된 흐름이 상부 챔버(52)를 통하여 발생됨으로써 반응 챔버(30) 내에서 처리되는 기판들 상에서의 증착의 균일도를 최적화한다. 300mm 기판을 프로세싱하기 위한 분류 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52)를 튜닝하는 다른 예시적인 프로세스에서, 상부 벽(60)은 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58) 위로 이격되어 약 0.8인치(2.03cm)의 제 1 및 제 2 높이(H1, H2) 및 대향하는 측벽들(64) 사이의 약 17인치(43.18cm)의 폭을 제공하고, 여기서 상부 챔버(52)의 체적은 약 393in3(6.44리터)이다. 약 20 내지 25cm/s의 흐름 속도 및 상술한 예시적인 치수들을 이용하는 동적 모델링은 실질적으로 안정되고 층화된 흐름이 상부 챔버(52)를 통하여 발생됨으로써, 반응 챔버(30) 내에서 프로세싱되는 기판들 상에서의 증착의 균일도를 최적화한다. 제 1 및 제 2 높이들(H1, H2) 및 상부 챔버(52) 내로 유입되는 흐름 속도 및 흐름 프로파일의 임의의 수효의 결합들이 이용되어 상부 챔버(52)를 통하는 가스들의 실질적으로 안정되고 층화된 흐름을 발생시켜서 반응 챔버(30) 내에서 발생되는 기판들 상에서의 증착의 최적화된 균일도가 제공될 수 있다.
일단 상부 챔버(52)의 흐름을 최적화하는 상부 챔버(52)의 모델링이 완료되어 실질적으로 안정되고 층화된 흐름이 발생하여 기판상에 더욱 균일한 증착이 발생하면, 반응 챔버(30)는 모델링 프로세스 동안 결정되는 치수들로 형성될 수 있다. 반응 챔버(30)가 반도체 프로세싱 시스템(10) 내에 설치된 후에, 분사기들(20)은 모델링 프로세스 동안 결정된 세팅(setting)들로 교정되어 결정된 흐름 속도 및 프로파일을 발생시킨다. 분사기들(20)의 부가적인 미세 조정들은 반응 챔버(30) 내에서 프로세싱되는 기판(18) 상에 더 균일한 증착을 발생시키기 위해 상부 챔버(52)를 통하는 가스들의 흐름을 충분히 최적화하는데 요구될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야 한다.
또 다른 실시예에서, 천장 삽입부(80)는 도 7에 도시되는 바와 같이, 반응 챔버(30)의 상부 챔버(52) 내에 삽입된다. 찬장 삽입부(80)는 조정 가능한 상부 경계를 상부 챔버(52) 내의 반응 공간(48)까지 제공한다. 천장 삽입부(80)는 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58)에 대해 병진(translate) 가능하다. 실시예에서, 천장 삽입부(80)는 높이(H1 및 H2)를 변경하는데 수동으로 조정 가능하다. 다른 실시예에서, 천장 삽입부(80)가 기판들을 프로세싱하는 주기들 사이 또는 기판 프로세싱 주기 동안 조정될 수 있도록 기계적 조정기(도시되지 않음)에 의해 기계적으로 조정 가능하다. 당업자들은 천장 삽입부(80)의 위치를 조정하여 높이들(H1 및 H2)을 변경하는 다양한 여러 기계적 및/또는 전기기계적 구조체들 및 수단들이 존재하고, 그와 같은 구조체들 및 수단 중 임의의 하나가 이용되어, 적용될 수 있는 임의의 크기 및 액세스 제한들에 대한 충분한 검토를 제공할 수 있음을 용이하게 인식할 것이다. 천장 삽입부(80)는 분사기들(20)로부터의 프로세스 가스들이 반응 챔버(30)의 상부 벽(60) 및 천장 삽입부(80) 사이를 흐르는 것을 방지함으로써 상부 챔버(52)의 유효 체적을 증가하거나 감소하도록 조정 가능하다. 상부 챔버(52)는 천장 삽입부(80)의 상대적인 위치를 조정함으로써 튜닝 가능하여 반응 공간(48)을 통하는 가스들의 흐름 패턴을 최적화하고 흡입구(28) 및 배출구(32) 사이에 실질적으로 선형인 흐름 패턴을 발생시킨다. 천장 삽입부(80)는 완전 새로운 반응 챔버(30)의 제조되거나 설치될 것을 요구하지 않고도 상부 챔버(52)가 상이한 프로세스들 또는 프로세스 레시피(process recipe)들에 대해 용이하게 튜닝될 수 있도록 한다. 천장 삽입부(80)는 또한 천장 삽입부(80)가 상부 벽(60) 또는 제 1 및 제 2 플레이트들(56, 58)에 실질적으로 평행하지 않도록 전방-대-후방 또는 측면-대-측면 경사를 제어하도록 조정 가능할 수 있다. 이 방식으로 천장 삽입부(80)를 조정하는 능력은 상부 챔버(52) 내의 프로세스 소모 또는 다른 비대칭 효과들을 제어하거나 제거하는데 조력할 수 있다.
실시예에서, 천정 삽입부(80)를 이용하여 기판(18) 상에서의 증착의 균일도를 최적화함으로써 상부 챔버(52)를 튜닝하는 것은 반응 챔버(30) 내의 기판(18)을 프로세싱하여 천장 삽입부(80)가 제 1 높이(H1)에 있을 때 기판(18) 상에서의 증착의 균일도를 결정하는 것을 포함한다. 그리고나서 천장 삽입부(80)는 제 2 높이(H2)로 조정되고, 다른 기판(18)은 기판(18) 상에서의 증착의 제 2 균일도를 결정하도록 프로세싱된다. 기판들(18)의 부가적인 프로세싱은 반응 공간(48) 내에 유입되는 가스의 흐름 속도 및 흐름 프로파일을 더 최적화하여 반응 챔버(3) 내에서 프로세싱되고 있는 기판들(18) 상에서 더 균일한 증착을 발생하도록 실행될 수 있다. 일단 완전히 최적화된 상부 챔버(52)의 크기 및/또는 형상이 결정되면, 천장 삽입부(80)는 반응 챔버 내에서 상이한 프로세스들 또는 레시피들의 부가적인 최적화를 위해 조정 가능한 채로 남아 있을 수 있고, 반응챔버(30) 내에 고정(즉, 부동)될 수 있다. 일단 천장 삽입부(80)의 장소가 완전히 최적화된 상부 챔버(52)로 결정되면, 반응 챔버(30)의 상부 벽(60)이 완전 최적화된 장소에서의 천장 삽입부(80)의 위치에 위치되는 상부 챔버(52)를 갖는 반응 챔버(30)는 반도체 프로세싱 시스템(10) 내에 제조되고 설치될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 기술되었을지라도, 본 발명은 그렇게 제한되지 않고 본 발명을 벗어나지 않고 수정들이 행해질 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의되고, 청구항들의 의미 내에서 문자적으로 또는 등가성에 의해 해당하는 모든 디바이스들, 프로세스들, 및 방법들은 본원에 포함되도록 의도된다.
10 : 반도체 프로세싱 시스템 14 : 반응 챔버 어셈블리
16 : 배기 어셈블리 30 : 반응 챔버

Claims (34)

  1. 반응 챔버로서,
    상부 벽을 갖는 상부 챔버;
    상기 상부 챔버와 유체 연통되어 있는 제 1 흡입구로서, 상기 제 1 흡입구는 적어도 하나의 가스가 상기 상부 챔버 내로 유입되는 것이 가능하도록 구성되는, 제 1 흡입구;
    하부 벽을 갖는 하부 챔버로서, 상기 상부 챔버와 유체 연통되어 있는, 하부 챔버;
    상기 상부 벽 아래의 위치에서 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지대;
    상기 상부 챔버의 적어도 일부분 및 상기 하부 챔버의 적어도 일부분을 분리하며 상기 기판 지지대로부터 분리된 플레이트(plate)로서, 상기 플레이트는 상기 상부 벽과 떨어져 이격되어 있고, 상기 플레이트는 상기 하부 벽과 떨어져 이격되어 있는, 플레이트;
    상기 제 1 흡입구 맞은 편에 배치되는 배출구로서, 상기 제1 흡입구와 상기 배출구 사이에 반응 공간이 위치하는, 상기 배출구; 및
    상기 플레이트 및 상기 상부 벽 사이에 배치 가능하고, 수직적으로 조정 가능한 천장 삽입부;를 포함하고;
    상기 상부 챔버는, 상기 플레이트에 대하여 상기 상부 벽의 수직 위치를 조절함으로써 튜닝 가능하며, 상기 상부 챔버, 제1 흡입구 및 배출구는 상기 제1 흡입구와 상기 배출구 사이에서 상기 상부 벽 및 상기 플레이트에 평행하며 층화된 가스들의 수평적 흐름을 발생시키도록 구성되는 반응 챔버.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 천장 삽입부는 수동 조정에 의해 조정 가능한 반응 챔버.
  4. 제1항에 있어서, 상기 천장 삽입부는 기계적으로 조정 가능한 반응 챔버.
  5. 제1항에 있어서, 모델링 프로그램이 상기 플레이트에 대하여 상기 상부 벽의 수직 위치를 미리 결정함으로써 상기 상부 챔버를 튜닝하는데 이용되는 반응 챔버.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 상기 하부 챔버로 유입 가능한 가스의 적어도 일부분이 상기 상부 챔버 내로 흐르도록 구성되는 반응 챔버.
  7. 반도체 프로세싱 툴(tool)의 반응기에서 기판상에서의 증착 균일도를 증가시키기 위한 방법으로서,
    분류(split-flow) 반응 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 분류 반응 챔버는 상부 챔버 및 하부 챔버를 포함하고, 상기 상부 챔버 및 하부 챔버는 적어도 부분적으로 플레이트에 의해 분리되고, 가스들은 상기 상부 및 하부 챔버들 둘 모두 내부로 유입 가능한, 챔버 제공 단계;
    상기 분류 반응 챔버 내에 위치되는 서셉터를 제공하는 단계로서, 상기 서셉터는 상기 플레이트로부터 분리되며, 상기 서셉터는 상기 상부 챔버 및 하부 챔버 사이에 배치되고, 상기 서셉터는 적어도 하나의 기판을 지지하도록 구성되는, 서셉터 제공 단계;
    상기 플레이트와 상기 상부 챔버의 상부 벽 사이에 천장 삽입부를 제공하는 단계로서, 상기 천장 삽입부는 상기 플레이트와 상기 상부 챔버 내에서 반응 공간의 상부 경계 사이의 거리를 변경하기 위해 조정가능한, 천장 삽입부를 제공하는 단계; 및
    상기 상부 챔버 내에 안정되고 층화된 가스들의 흐름을 발생시키기 위해 상기 분류 반응 챔버의 치수들을 튜닝하는 단계로서, 상기 튜닝하는 단계는 상기 플레이트에 대하여 상기 상부 챔버의 상기 상부 벽의 수직 위치를 조정하는 단계를 포함하며, 상기 상부 챔버, 제1 흡입구 및 배출구는 상기 상부 벽 및 상기 플레이트에 평행하며 층화된 가스들의 수평적 흐름을 발생시키도록 구성되는, 상기 튜닝하는 단계;를 포함하는 증착 균일도를 증가시키기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분류 반응 챔버의 치수들을 튜닝하는 단계는 상기 분류 반응 챔버의 치수들을 미리 결정하도록 상기 분류 반응 챔버를 모델링하여 상기 분류 반응 챔버를 통하는 층화된 흐름을 발생시키는 단계를 포함하는 증착 균일도를 증가시키기 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 튜닝하는 단계는 상기 상부 챔버를 규정하는 적어도 하나의 벽을 조정하여 상기 상부 챔버를 통하는 층화된 흐름을 발생시키는 단계를 포함하는 증착 균일도를 증가시키기 위한 방법.
  10. 반응 챔버로서,
    내부에 반응 공간을 규정하기 위해 상부 벽, 하부 벽, 및 상기 상부 벽 및 하부 벽을 연결하는 한 쌍의 대향하는 측벽들;
    상기 반응 공간의 한 종단에 위치되는 흡입구;
    상기 반응 공간의 대향하는 종단에 위치되는 배출구;
    상기 반응 공간의 상부 챔버 및 상기 반응 공간의 하부 챔버를 분리하는 플레이트; 및
    상기 플레이트 및 상기 상부 벽 사이에 배치 가능하고, 수직적으로 조정 가능한 천장 삽입부;를 포함하고;
    상기 반응 공간을 통하여 흐르는 적어도 하나의 가스의 속도는 상기 하부 벽에 대해 상기 상부 벽의 수직 위치를 조정함으로써 튜닝 가능하며, 상기 반응 공간, 흡입구 및 배출구는 상기 반응 공간을 통하는 상기 상부 벽 및 상기 하부 벽에 평행하는 적어도 하나의 가스의 층화된 수평적 흐름을 발생시키도록 구성되며, 상기 반응 챔버는 상기 하부 벽에 대하여 상기 상부 벽의 수직 위치를 조정함으로써 튜닝 가능하며, 상기 반응 챔버, 상기 흡입구 및 상기 배출구는 상기 상부 벽 및 상기 하부 벽에 평행하며 층화된 가스들의 수평적 흐름을 발생시키도록 구성되는 반응 챔버.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상부 벽, 상기 하부 벽, 및 상기 대향하는 측벽들은 작동 시에 서로에 대해 고정되고, 상기 하부 벽에 대한 상기 상부 벽의 조정은 상기 반응 공간의 치수들을 미리 결정하기 위해 모델링 소프트웨어(modeling software)를 이용하여 작동에 앞서 결정되는 반응 챔버.
  12. 제10항에 있어서, 상기 상부 벽은 상기 상부 벽이 상기 하부 벽에 대해 조정 가능하도록 하기 위해 프로세싱 동안 이동 가능하여 상기 반응 공간을 통하는 상기 적어도 하나의 가스의 안정되고 층화된 흐름을 발생시키는 반응 챔버.
  13. 반응 챔버로서,
    기판을 지지하도록 구성된 기판 지지대;
    상부 벽과 플레이트 사이에 형성된 체적을 가지는 반응 공간으로서, 상기 기판이 상기 상부 벽 아래의 위치에서 상기 기판 지지대 상에서 지지될 수 있으며, 상기 플레이트는 상기 상부 벽 및 하부 벽으로부터 이격된, 상기 반응 공간;
    상기 반응 공간 내에 적어도 하나의 가스가 통하여 유입될 수 있는 흡입구;
    상기 반응 공간 내의 가스들이 상기 반응 공간을 나가는 배출구; 및
    상기 플레이트 및 상기 상부 벽 사이에 배치 가능하고, 수직적으로 조정 가능한 천장 삽입부;를 포함하고;
    상기 체적은 상기 반응 공간의 상기 하부 벽에 대하여 상기 반응 공간의 상기 상부 벽의 수직 높이를 조절함으로써 튜닝 가능하며, 상기 반응 공간, 흡입구 및 배출구는 상기 반응 공간을 통하는 상기 상부 벽 및 상기 하부 벽에 평행한 가스들의 층화된 수평적 흐름을 제공하도록 구성된 반응 챔버.
  14. 반응 챔버로서,
    상부 벽, 하부 벽, 및 대향하는 측벽들에 의해 규정되는 체적으로서, 상기 체적은 상부 챔버 및 하부 챔버로 플레이트 및 기판 지지대에 의해 적어도 부분적으로 분리되는, 상기 체적;
    상기 상부 벽 및 하부 벽의 하나의 종단에 위치되는 흡입구; 및
    상기 상부 벽 및 하부 벽의 대향하는 종단에 위치되는 배출구;를 포함하며,
    가스들은 제 1 흐름 속도 및 제 1 흐름 프로파일로 상기 체적을 통과하여 흐르고, 상기 상부 벽은 상기 체적을 변경하도록 상기 하부 벽에 대하여 수직적으로 조정 가능하고 상기 체적의 변경으로 제 1 속도 및 제 1 흐름 프로파일의 대응하는 증가 또는 감소가 발생하여, 결과적으로 상기 체적을 통하여 흐르는 상기 가스들의 제 2 속도 및 제 2 흐름 프로파일이 발생하고, 상기 체적을 통하여 흐르는 상기 가스들의 상기 제 2 속도 및 제2 상기 흐름 프로파일은 상기 흡입구 및 상기 배출구 사이에 안정되고 층화된 가스의 흐름을 제공하며,
    천장 삽입부가 상기 플레이트 및 상기 상부 벽 사이에 배치 가능하고, 상기 천장 삽입부는 수직적으로 조정 가능한 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
  15. 제14항에 있어서, 상기 상부 벽, 상기 하부 벽, 상기 대향하는 측벽들은 작동 중에 서로에 대해 고정되고, 작동 이전에 상기 상부 벽을 조정하는데 모델링 소프트웨어가 이용되는 반응 챔버.
  16. 제14항에 있어서, 상기 상부 벽은 프로세싱 중에 이동 가능하여 상기 체적이 변경되도록 하는 반응 챔버.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제 2 속도는 5cm/s 내지 100cm/s인 반응 챔버.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제 2 속도는 20cm/s 내지 25cm/s인 반응 챔버.
  19. 반응 챔버로서,
    폭, 길이, 수직 높이에 의해 규정되는 반응 공간으로서, 상기 수직 높이는 상기 챔버의 상부 벽 및 하부 벽에 의해 규정되며, 플레이트 및 기판 지지대가 상부 챔버 및 하부 챔버를 형성하도록 상기 상부 벽과 상기 하부 벽 사이에 위치하는, 상기 반응 공간 ;
    상기 반응 공간을 통하여 흐르는 가스들의 가스 흐름 속도를 발생시키도록 구성되는 제어기; 및
    상기 플레이트 및 상기 상부 벽 사이에 배치 가능하고, 수직적으로 조정 가능한 천장 삽입부;를 포함하고;
    상기 상기 반응 공간은 상기 플레이트에 대하여 상기 상부 벽의 수직 위치를 조정함으로써 튜닝 가능하며, 상기 반응 공간은 상기 반응 공간의 상기 상부 벽 및 상기 하부 벽에 평행하는 상기 가스들의 층화된 수평적 흐름을 발생하도록 구성된 반응 챔버.
  20. 제19항에 있어서, 상기 가스 흐름 속도는 상기 반응 공간을 통하는 상기 가스들의 안정되고 층화된 흐름을 제공하도록 증가 가능하거나 감소 가능한 반응 챔버.
  21. 제19항에 있어서, 상기 높이는 2.16cm이고, 상기 길이는 63cm이고, 상기 폭은 27.8cm인 반응 챔버.
  22. 제21항에 있어서, 상기 가스들의 상기 가스 흐름 속도는 10cm/s 및 18cm/s 사이에 있는 반응 챔버.
  23. 제21항에 있어서, 상기 가스들의 상기 가스 흐름 속도는 14cm/s인 반응 챔버.
  24. 제19항에 있어서, 상기 높이는 1.2인치이고, 상기 길이는 29.87인치이고, 상기 폭은 17인치이고, 상기 반응 공간을 통하는 상기 가스 흐름 속도는 22.5cm/s인 반응 챔버.
  25. 제19항에 있어서, 상기 가스들의 상기 가스 흐름 속도는 15cm/s 및 40cm/s 사이에 있는 반응 챔버.
  26. 제19항에 있어서, 상기 가스들의 상기 가스 흐름 속도는 22.5cm/s인 반응 챔버.
  27. 반응 챔버를 튜닝하기 위한 방법으로서,
    폭, 길이, 및 수직 높이에 의해 규정되는 반응 공간을 제공하는 단계로서, 상기 수직 높이는 상기 챔버의 상부 벽 및 하부 벽에 의해 규정되며, 플레이트 및 기판 지지대가 상부 챔버 및 하부 챔버를 형성하도록 상기 상부 벽과 상기 하부 벽 사이에 위치하는, 상기 반응 공간을 제공하는 단계 ;
    상기 플레이트와 상기 상부 벽 사이에 천장 삽입부를 제공하는 단계로서, 상기 천장 삽입부는 상기 플레이트와 상기 상부 벽 사이에서 거리를 변경하기 위해 조정가능한, 천장 삽입부를 제공하는 단계;
    적어도 하나의 가스를 가스 흐름 속도로 상기 반응 공간에 유입시키는 단계; 및
    상기 반응 공간의 상기 상부 벽 및 상기 하부 벽에 평행한 상기 적어도 하나의 가스의 층화된 수평적 흐름을 제공하기 위해 상기 플레이트에 대하여 상기 상부 벽의 수직 위치를 조정함으로써 상기 수직 높이를 조정하는 단계를 포함하는 반응 챔버를 튜닝하기 위한 방법.
  28. 반응 챔버로서,
    상부 벽;
    상기 상부 벽이 제 1 거리만큼 이격되어 있는 하부 벽;
    내부에 반응 공간을 정의하기 위해 상기 상부 벽 및 하부 벽을 연결하는 한 쌍의 대향하는 측벽들로서, 상기 대향하는 측벽들은 제 2 거리만큼 떨어져 이격되어 있는, 대향하는 측벽들;
    상기 반응 공간의 한 종단에 위치되는 흡입구;
    상기 반응 공간의 대향하는 종단에 위치되는 배출구로서, 상기 흡입구 및 배출구는 제 3 거리만큼 떨어져 이격되어 있는, 상기 배출구;
    상기 반응 챔버의 상부 챔버 및 상기 반응 챔버의 하부 챔버를 분리하는 플레이트; 및
    상기 플레이트 및 상기 상부 벽 사이에 배치 가능하고, 수직적으로 조정 가능한 천장 삽입부;를 포함하며,
    상기 제 1 거리, 제 2 거리, 및 제 3 거리 중 적어도 하나는 상기 반응 공간을 통하는 적어도 하나의 가스의 안정되고 층화된 흐름을 발생시키기 위해 모델링 소프트웨어를 이용함으로써 선택되며,
    상기 반응 챔버는 상기 하부 벽에 대하여 상기 상부 벽의 수직 위치를 조정함으로써 튜닝 가능하며, 상기 반응 챔버, 흡입구 및 배출구는 상기 상부 벽 및 상기 하부 벽에 평행하는 가스들의 층화된 수평적 흐름을 발생하도록 구성된 반응 챔버.
  29. 제1항에 있어서, 상기 상부 벽은 고정되어 있는 반응 챔버.
  30. 제1항에 있어서, 상기 상부 벽은 프로세싱 동안 이동 가능한 반응 챔버.
  31. 삭제
  32. 제1항에 있어서, 상기 상부 벽은 쿼츠(quartz)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
  33. 제10항에 있어서, 상기 상부 벽은 쿼츠를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.
  34. 제13항에 있어서, 상기 상부 벽은 쿼츠를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 챔버.

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