KR101794852B1 - 화학 기상 증착 반응기를 위한 배기 장치 - Google Patents

화학 기상 증착 반응기를 위한 배기 장치 Download PDF

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Abstract

화학 기상 증착 반응기(10) 및 웨이퍼 처리 방법이 제공된다. 반응기(10)는 내부(26)를 구비하는 반응 챔버(12), 챔버 내부와 통신하는 기체 인입 매니폴드(14), 통로(78) 및 하나 이상의 포트들(76)을 구비하는 배기 매니폴드(72)를 포함하는 배기 시스템(70), 및 챔버 내에 장착된 하나 이상의 세척 소자(80)를 포함한다. 기체 인입 매니폴드(14)는 내부(26) 내에 유지되는 기판들(58) 상에 증착을 형성하기 위해 프로세스 기체들을 허용할 수 있다. 통로(78)는 하나 이상의 포트들(76)을 통해 챔버(12)의 내부(26)와 통신할 수 있다. 하나 이상의 세척 소자들(80)은 (i) 세척 소자들이 하나 이상의 포트들로부터 이격되는 런 위치(run position)와 (ii) 하나 이상의 세척 소자들이 하나 이상의 포트들(76)에 인게이징되는 세척 위치 사이에서 이동가능하다.

Description

화학 기상 증착 반응기를 위한 배기 장치{EXHAUST FOR CVD REACTOR}
본 출원은 본 명세서에서 그 개시가 참조로 결합되어 있는 미국 특허 출원 제12/848,540호의 출원일의 이익을 주장한다.
본 발명은 웨이퍼 처리 장치, 웨이퍼 처리 장치에서 사용하기 위한 배기 시스템들, 및 배기 시스템들을 세척하는 방법에 관한 것이다.
많은 반도체 디바이스들이 기판 상에 수행되는 프로세스들에 의해 형성된다. 그 기판은 통상적으로 결정 물질의 슬랩(slab)이며, 통상적으로 "웨이퍼" 로 지칭된다. 통상적으로, 웨이퍼는 결정 물질을 증착함으로서 형성되며, 디스크의 형태이다. 그러한 웨이퍼를 형성하기 위한 한 가지 공통 프로세스는 에피택셜 성장(epitaxial growth)이다.
예를 들어, III-V 반도체들과 같은 화합물 반도체들로부터 형성된 디바이스들은 금속 유기 화학 기상 증착 또는 "MOCVD" 를 사용하여 화합물 반도체의 연속적인 층들을 성장시킴으로서 형성된다. 이러한 프로세스에서, 웨이퍼들은, III 족 금속의 소스로서 금속 유기 화합물을 통상적으로 포함하고 웨이퍼가 상승된 온도로 유지되는 동안 그 웨이퍼의 표면 위로 흐르는 V 족 원소의 소스를 포함하는 기체들의 조합에 노출된다. 통상적으로, 금속 유기 화합물 및 V 족 소스는, 예컨대 질소와 같이 그 반응에 주목할만하게 참가하지 않는 캐리어 기체와 결합된다. III-V 반도체의 한 예는 질화 갈륨이며, 이는 예컨대 사파이어와 웨이퍼와 같은 적절한 결정 격가 간격을 가진 기판 상에 웨이퍼유기 갈륨 화합물과 암모니아의 반응에 의해 형성될 수 있다. 통상적으로, 그러한 웨이퍼는 질화 갈륨 및 관련 화합물의 증착 동안 500 ℃ - 1100 ℃ 의 차수의 온도로 유지된다.
반도체의 결정 구조와 밴드갭을 다양화시키기 위해 예컨대 다른 III 족 또는 V 족 원소들을 부가하는 것과 같이 약간 상이한 반응 조건들 하에서 웨이퍼의 표면 상에 연속하여 복수의 층들을 증착함으로서 복합 디바이스들을 제조할 수 있다. 예를 들어, 질화 갈륨 기반의 반도체에서, 인듐, 알루미늄 또는 둘 모두가 그 반도체의 밴드갭을 다양화시키기 위해 다양한 비율로 사용될 수 있다. 또한, p 형 또는 n 형 도펀트들이 각 층의 전도성을 제어하기 위해 부가될 수 있다. 모든 반도체 층들이 형성된 후에, 그리고 통상적으로, 적절한 전기 콘택트들이 인가된 후에, 그 웨이퍼는 개별 디바이스들로 잘려진다. 광 방출 다이오드들("LED"들)과 같은 디바이스들, 레이저들, 및 다른 전기 및 광전자 디바이스들이 이러한 방식으로 제조될 수 있다.
통상적인 화학 기상 증착 프로세스에서, 그 웨이퍼 캐리어의 최상부 표면에서 노출되도록, 통상적으로 웨이퍼 캐리어로 지칭되는 컴포넌트 상에 각 웨이퍼의 최상부 표면이 유지된다. 그 후 웨이퍼 캐리어가 반응 챔버로 위치되고 기체 혼합물이 웨이퍼 캐리어의 표면 위로 흐르는 동안 원하는 온도로 유지된다. 그 프로세스 동안 캐리어 상의 다양한 웨이퍼들의 최상부 표면들 상의 모든 점들에서 균일한 조건들이 유지되는 것이 중요하다. 반응성 기체들의 조성 및 웨이퍼 표면들의 온도에서의 사소한 변화들은 결과적인 반도체 디바이스들의 성질들에서 원치않는 변화들을 야기한다.
예를 들어, 갈륨 인듐 질화물(gallium indium nitride) 층이 증착되면, 웨이퍼 표면 온도 및 반응성 기체들의 농도들 에서의 변화들은 증착된 층의 조성 및 밴드갭에 있어서 변화들을 야기할 것이다. 인듐은 상대적으로 높은 증기압 (vapor pressure)를 갖기 때문에, 증착된 층은 표면 온도가 더 높은 경우에 웨이퍼의 그러한 영역들에서 인듐의 더 낮은 비율 및 더 큰 갭을 가질 것이다. 그 증착된 층이 LED 구조의 활성 광 방출 층인 경우, 그 웨이퍼로부터 형성된 LED 들의 방출 파장은 또한 다양할 것이다. 따라서, 그 기술에 있어서 균일한 조건들을 유지하기 위한 상당한 노력이 기울여져 왔다.
이 산업에서 널리 받아들여져 온 CVD 장치의 한 유형은 다수의 웨이퍼 유지 영역들을 가진 큰 디스크(disc)의 형태로 웨이퍼 캐리어를 사용하며, 그 각각은 한 웨이퍼를 유지하도록 적응된다. 웨이퍼 캐리어는, 웨이퍼들의 노출된 표면들을 갖는 웨이퍼 캐리어의 최상부 표면이 기체 분배 소자 쪽으로 위로 향하게 되도록 그 반응 챔버 내의 스핀들(spindle) 상에 지지된다. 스핀들이 회전되는 동안 그 기체는 웨이퍼 캐리어의 최상부 표면 상으로 아래쪽으로 지향되고, 그 웨이퍼 캐리어의 주변을 향해 최상부 표면을 가로질러 흐른다.
그 웨이퍼 캐리어는, 가열 소자들(heating elements), 통상적으로 웨이퍼 캐리어의 저부 표면 아래에 배치된 전기 저항성 가열 소자들에 의해 원하는 상승 온도로 유지된다. 이러한 가열 소자들은 웨이퍼 표면들의 원하는 온도보다 높은 온도로 유지되는 반면에, 기체 분배 소자는 통상적으로 기체들의 미성숙한 반응을 방지하기 위해 원하는 반응 온도 아래의 온도로 잘 유지된다. 그러므로, 가열 소자들로부터 웨이퍼 캐리어의 저부 표면으로 열이 전달되고 웨이퍼 캐리어를 통해 개별 웨이퍼로 상향으로 흐른다.
사용된 기체는 웨이퍼 캐리어 아래에 배치된 배기 포트들을 통해 반응 챔버로부터 방출되고, 통상적으로 그 챔버의 주변 부근에서 스핀들의 축 주변으로 분포된다. 배기 포트들은 각 포트로 기체의 흐름을 제한하는 특징물들을 가질 수 있으며, 이것은 그 포트들로의 기체의 균일한 흐름을 촉진한다. 통상적인 CVD 반응기에서, 반응물들의 산물들의 기생 증착이 배기 포트들 상에 형성될 수 있다. 그러한 기생 증착은, 반응물 흐름이 가능한 균일하게 유지될 수 있도록 주기적으로 제거될 수 있으며, 그로 인해 웨이퍼 표면들에서의 그러한 프로세스의 균일성을 향상시킨다. 그러나, 그러한 제거는 통상적으로 반응기의 분해를 필요로 하며 따라서 생산 시간을 잃는다.
지금까지는 본 기술분야에서 상당한 노력이 그러한 시스템들의 최적화에 기울여져 왔지만, 여전히 추가적인 개선이 바람직하다. 특히, 그 배기 시스템들을 세척하는 더 양호한 방법들을 제공하는 것이 바람직하다.
화학 기상 증착 반응기 및 웨이퍼 처리 방법이 제공된다. 본 발명의 한 관점은 화학 기상 증착 반응기를 제공한다. 반응기는 내부, 그 챔버의 내부와 통신하는기체 인입 매니폴드(gas inlet manifold), 통로 및 하나 이상의 포트들을 구비하는 배기 매니폴드를 포함하는 배기 시스템, 및 그 챔버 내에 장착된 하나 이상의 세척 소자들을 포함한다. 기체 인입 매니폴드는 처리 기체들이 그 내부 내에 유지된 기판들 상에 증착을 형성하도록 허용할 수 있다. 그 통로는 하나 이상의 포트들을 통해 챔버의 내부와 통신할 수 있다. 하나 이상의 세척 소자들은 (i) 세척 소자들이 하나 이상의 포트들로부터 이격된 런 위치(run position)와 (ii) 하나 이상의 세척 소자들이 하나 이상의 포트들에 인게이징된 세척 위치 사이에 이동가능할 수 있다.
특정 실시예에서, 그 챔버는 기판들의 삽입과 제거를 위한 진입 포트(entry port)와 그 챔버에 장착된 셔터(shutter)를 구비할 수 있다. 한 예에서, 셔터는 (i) 셔터가 진입 포트를 차단하지 않는 개방 위치와 (ii) 셔터가 진입 포트를 차단한 폐쇄 위치 사이에서 이동가능할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 세척 소자들은 그와의 이동을 위한 셔터에 장착될 수 있다. 특정 예에서, 세척 소자들은 (i) 셔터가 폐쇄 위치에 있을 때 런 위치에서 있을 수 있고, 셔터가 개방 위치에 있을 때 세척 위치에 있을 수 있다. 셔터가 수직으로 이동하는 경우, 셔터는 통상적으로 그것을 개방하기 위해 낮춰지고 그것을 폐쇄시키기 위해 올려지며, 따라서 개방 위치는 또한 "다운(down)" 위치로서 지칭되고 폐쇄 위치는 또한 "업(up)" 위치로 지칭될 수 있다.
본 발명의 또다른 관점은 웨이퍼 처리 방법을 제공한다. 그러한 방법은 반응 챔버를 제공하는 단계, 각 웨이퍼의 최상부 표면이 웨이퍼 캐리어의 최상부 표면에 노출되도록 웨이퍼 캐리어 상에 하나 이상의 웨이퍼들을 유지하는 단계, 그 웨이퍼들의 노출된 최상부 표면들에 하나 이상의 처리 기체들을 인가하는 단계, 배기 시스템을 통해 그 처리 기체들의 부분을 제거하는 단계, 그 챔버 내에서 장착된 하나 이상의 세척 소자들을 아래로 이동시키는 단계, 및 배기 매니폴드를 세척하기 위해 각 세척 소자의 적어도 부분을 배기 매니폴드로 삽입하는 단계를 포함한다. 반응 챔버는 내부를 정의할 수 있으며, 웨이퍼 캐리어들의 삽입 및 제거를 위한 진입 포트를 포함할 수 있다. 그 배기 시스템은 배기 매니폴드를 포함할 수 있다. 배기 매니폴드는 통로와 하나 이상의 포트들을 구비할 수 있다. 그 통로는 하나 이상의 포트들을 통해 챔버의 내부와 통신할 수 있다.
특정 실시예에서, 그러한 방법은 챔버에 장착된 셔터를 (i) 셔터가 진입 포트를 차단하지 않는 개방 위치로부터 (ii) 셔터가 진입 포트를 차단하는 폐쇄 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 한 예에서, 하나 이상의 세척 소자들은 그와의 이동을 위한 셔터에 직접 결합될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 셔터를 이동시키는 단계는 세척 소자들을 (i) 셔터가 폐쇄된 위치에 있을 때 런 위치로 이동시키고 (ii) 셔터가 개방 위치에 있을 때 세척 위치로 이동시키는 것을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 도시하는 투시 단면도이다.
도 2는 도 1에 예시된 화학 기상 증착 장치의 소자들의 실시예를 도시하는 단편적인 투시 단면도이다.
도 3은 도 1에 예시된 화학 기상 증착 장치의 상면 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 소자들의 또다른 실시예를 도시하는 단편적인 투시 단면도이다.
도 5a는 한 위치에서 본 발명의 또다른 실시예에 따른 장치의 부분들을 도시하는 단편적인 측면 단면도이다.
도 5b는 상이한 위치에서 도시된 도 5a의 장치의 단편적인 측면 단면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 화학 기상 증착 반응기(10) 형태의 화학 기상 증착 장치는 챔버(12)의 한 단부에 배열된 기체 인입 매니폴드(14)를 구비한 반응 챔버(12)를 포함한다. 기체 인입 매니폴드(14)를 구비한 챔버(12)의 단부는 챔버(12)의 "최상부" 단부로서 본 명세서에서 지칭된다. 그 챔버의 이러한 단부는, 통상적으로 그러나 필수적으로는 아니게, 참조의 정규의 중력 프레임(normal gravitational frame) 내에서 챔버의 최상부에 배치된다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 하향 방향(downward direction)은 기체 인입 매니폴드(14)로부터 멀어지는 방향을 지칭하는 반면에, 상향 방향은 기체 인입 매니폴드(14)를 향한 챔버 내의 방향을 지칭하며, 이러한 방향들이 중력에 있어서 위 방향으로 배열되었는지 아래 방향으로 배열되었는지는 관계 없다. 유사하게, 소자들의 "최상부" 및 "저부" 표면들은 본 명세서에서 챔버(12) 및 매니폴드(14)의 참조의 프레임에 관하여 설명된다.
챔버(12)는 챔버의 최상부 단부에서의 최상부 플랜지(top flange)(22)와 챔버의 저부 단부에서의 기저 플레이트(24) 사이에서 연장된 원통형 벽(20)을 구비한다. 벽(20), 플랜지(22), 및 기저 플레이트(24)는 기체 인입 매니폴드(14)로부터 방출된 기체들을 포함할 수 있는 그 사이의 밀폐하여 씰링(seal)된 내부 영역(26)을 정의한다. 비록 챔버(12)가 원통형으로 도시되었지만, 다른 실시예들은 예컨대 원뿔 또는 다른 회전 표면, 정사각형, 육각형, 십각형, 또는 임의의 다른 적절한 형태를 포함하는 다른 형태를 구비하는 챔버를 포함할 수 있다.
기체 인입 매니폴드(14)는, 캐리어 기체, 및 금속유기 화합물 및 V 족 금속 소스와 같은, 웨이퍼 처리 프로세스 내에 사용될 프로세스 기체를 공급하기 위한 소스들에 연결된다. 통상적인 화학 기상 증착 프로세스에서, 캐리어 기체는 질소, 수소, 또는 질소와 수소의 혼합물일 수 있으며, 따라서 웨이퍼 캐리어의 최상부 표면에서의 프로세스 기체는 일부량의 반응성 기체 성분들을 가진 현저한 질소 및/또는 수소로 구성될 수 있다. 기체 인입 매니폴드(14)는 다양한 기체들을 수신하도록 배열되고 일반적으로 아래 방향으로 프로세스 기체들의 흐름을 지향한다.
기체 인입 매니폴드(14)는 또한 동작 동안에 원하는 온도로 소자의 온도를 유지하기 위해 기체 분배 소자를 통해 액체를 순환시키도록 배열된 냉각수 시스템(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 유사한 냉각수 배열(도시되지 않음)이 챔버(12)의 벽들을 냉각시키기 위해 제공될 수 있다.
챔버(12)는 또한 앤티챔버(antechamber)(32)로 이끄는 진입 개구(30), 진입 개구(30)를 폐쇄하고 개방하기 위한 셔터(34)가 제공된다. 셔터(34)는 도 1에서 실선들로 도시된 폐쇄 위치 또는 업 위치 (그 문은 앤티챔버(32)로부터 챔버(12)의 내부 영역(26)을 분리시킴) 와 도 1의 34' 에서 파선들로 도시된 개방 위치 또는 다운 위치 사이에서 이동가능하다.
셔터(34)는 연결(35) (도 2에서 도시됨) 에 의해 셔터(34)에 연결된 제어 및 작동 메커니즘(41) (개략적으로 도 2에 도시됨)에 의해 이동가능할 수 있다. 제어 및 작동 메커니즘(41)은 도 1에 도시된 닫핀 위치와 34' 에서 도시된 개방 위치 사이에서 셔터(34)를 이동시킬 수 있다. 제어 및 작동 메커니즘은 예컨대 기계적, 전기-기계적, 유압식, 또는 공압식 엑추에이터들과 같은, 셔터(34) 및 연결(35)을 이동시킬 수 있는 임의의 형태의 엑추에이터를 포함할 수 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 셔터(34)는 기체 인입 매니폴드(14)를 향하고 있는 상부 표면(36)과 배기 매니폴드(72)를 향하고 있는 하부 에지(37)를 정의한다.
셔터(34)는, 예를 들어 본 명세서에서 참조로 결합된 개시인 미국 특허 제7,276,124호에서 개시된 바와 같이 구성될 수 있다. 비록 셔터(34)가 원통형으로 도시되었지만, 다른 실시예들은 예컨대 정사각형, 육각형, 십각형, 또는 임의의 다른 적절한 형태를 포함하는 임의의 형태를 구비한 셔터를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 스핀들(40)은 스핀들(40)의 중심축(42)이 위방향 및 아래 방향으로 연장되도록 그 챔버 내에 배열된다. 스핀들이 중심축(42)에 대하여 회전할 수 있도록, 스핀들이 베어링들 및 씰들을 결합한 통상적인 회전 통과 디바이스(rotary pass-through device)(44)에 의해 챔버에 장착되고, 챔버(12)의 기저 플레이트(24)와 스핀들(40) 사이에 씰을 유지한다. 스핀들(40)은 그 최상부 단부, 즉 기체 인입 매니폭드(14)에 최근접한 스핀들의 단부에서 피팅(fitting)(46)을 구비한다. 피팅(46)은 웨이퍼 캐리어(50)를 착탈가능하게(releasably) 인게이징(engage)하도록 조절된다. 도시된 특정 실시예에서, 피팅(46)은 스핀들(40)의 최상부 단부를 향하여 테이퍼링하고 평탄한 최상부 표면을 종결하는 일반적인 원뿔대 요소(frustoconical element)이다.
스핀들(40)은, 중심축(42)에 대하여 스핀들을 회전시키도록 배열된, 전기 모터 드라이브와 같은 회전 구동 메커니즘(48)에 연결된다. 스핀들(40)은 또한 기체 통로 내에서 일반적으로 스핀들의 축 방향들로 연장되는 내부 냉각수 통로들이 제공될 수 있다. 내부 냉각수 통로들은, 유동 냉각수가 냉각수 통로들을 통해 소스에 의해 순환되고 다시 냉각수 소스로 돌아갈 수 있도록, 냉각수 소스에 연결될 수 있다.
웨이퍼 캐리어(50)는, 실질적으로 중심축(54)을 구비하는 회전 디스크의 형태로 되어 있는 보디(body)(52)를 포함한다. 도 1 및 도 3에서 도시된 동작 위치에서, 웨이퍼 캐리어 보디(52)의 중심축(54)은 스핀들의 축(42)과 일치한다. 보디(52)는 단일 조각으로 또는 복수의 조각들의 복합으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 참조로 결합된 미국 특허공개 공보 제20090155028호에서 개시된 바와 같이, 웨이퍼 캐리어 보디는 중심축(54)을 둘러싼 보디(62)의 작은 영역을 정의하는 허브(hub)와 디스크형 보디의 잔여분을 정의하는 더 큰 부분을 포함한다.
웨이퍼 캐리어 보디(52)는 CVD 프로세스를 오염시키지 않고 그 프로세스에서 우연히 발생되는 온도들을 견딜 수 있는 물질들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 디스크의 더 큰 부분이 대부분 또는 완전히, 그라파이트, 실리콘 카바이드, 또는 다른 내화 물질(refractory materials)과 같은 물질로부터 형성될 수도 있다. 보디(52)는 일반적으로 서로 평행하게 그리고 일반적으로 그 디스크의 중심축(54)에 수직으로 연장된 일반적으로 평면인 최상부 및 저부 표면들을 구비한다. 보디(52)는 또한, 그 최상부 표면으로부터 보디(52)로 아래쪽으로 연장된 복수의 일반적으로 원형인 웨이퍼-유지 포켓들(56)을 구비하며, 각 포켓은 웨이퍼(58)를 유지하도록 적응된다. 한 예에서, 웨이퍼 캐리어 보디(52)는 직경에 있어서 약 500 mm 내지 약 1000 mm 일 수 있다.
사파이어, 실리콘 카바이드, 또는 다른 결정질 기판으로부터 형성된 디스크형 웨이퍼와 같은, 웨이퍼(58) 형태의 기판이 웨이퍼 캐리어(50)의 각 포켓(56) 내에 배치된다. 통상적으로, 각 웨이퍼(58)는 그 주된 표면들의 디멘젼들에 비교하여 작은 두께를 갖는다. 예를 들어, 직경이 약 2 인치(50 mm)인 원형 웨이퍼(58)는 약 430 ㎛ 이하의 두께일 수 있다. 각 웨이퍼(58)는, 그 최상부 표면이 웨이퍼 캐리어(50)의 최상부에서 노출되도록, 그 최상부 표면이 위쪽으로 향하도록 배치된다.
반응기(10)는, 앤티챔버(32)로부터 챔버(12)로 웨이퍼 캐리어(50)를 이동시키고 동작 상태에서 웨이퍼 캐리어(50)를 스핀들(40)과 인게이징시킬 수 있고, 웨이퍼 캐리어(50)를 스핀들(40)로부터 벗어나 앤티챔버(32)로 이동시킬 수 있는, 로딩(loading) 메커니즘(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
가열 소자(60)는 챔버 내에 장착되고 피팅(46) 아래에 스핀들(40)을 둘러싼다. 가열 소자(60)는, 원칙적으로 복사열 전달(radiant heat transfer)에 의해 웨이퍼 캐리어(50)의 저부 표면에 열을 전달할 수 있다. 웨이퍼 캐리어(50)의 저부 표면에 인가된 열은 웨이퍼 캐리어(50)의 보디(52)를 통해 그 최상부 표면으로 위쪽으로 유동할 수 있다. 열은 각 웨이퍼(58)의 저부 표면으로 위쪽으로 전달되고, 웨이퍼(58)를 통해 그 최상부 표면으로 위쪽으로 전달될 수 있다. 열은 웨이퍼 캐리어(50)의 최상부 표면으로부터 그리고 웨이퍼들(58)의 최상부 표면들로부터, 프로세스 챔버(12)의 벽들(20) 및 기체 인입 매니폴드(14)와 같은, 프로세스 챔버(12)의 더 차가운 소자들로 방사(radiate)될 수 있다. 열은 또한 웨이퍼 캐리어(50)의 최상부 표면 및 웨이퍼들(58)의 최상부 표면들로부터 이 표면들을 위로 지나는 프로세스 기체로 전달될 수 있다. 챔버(12)는 또한 열 소자(60)를 포함하는 챔버의 영역으로의 프로세스 기체 관통을 감소시키는 외부 라이너(outer liner)(28)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 여려 차폐들 (도시되지 않음)은, 가열 소자(60)로부터 웨이퍼 캐리어(50)를 향하여 위로 지향하고 챔버(12)의 저부 단부에서의 기저 플레이트(24)를 향하여 아래로 지향되지 않는 것을 돕기 위해, 예컨대 웨이퍼 캐리어(50)에 평행하게 배치된 가열 소자(60) 아래에 제공될 수 있다.
챔버(12)는 또한 챔버의 내부 영역(26)으로부터 사용된 기체들을 제거하도록 배열된 배기 시스템(70)이 구비된다. 배기 시스템(70)은 챔버(12)의 저부 또는 챔버의 저부 부근에 배기 매니폴드(72)를 포함한다. 배기 매니폴드(72)는 기저 플레이트(24)를 통해 아래로 연장되는 배기 도관(74)에 연결되고 반응 챔버(12)의 외부로 사용된 기체들을 운반하도록 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(72)는 스핀들의 최상부 아래 및 웨이퍼 캐리어(50) 아래의 챔버(12)의 주변부 둘레에서 연장된다. 배기 매니폴드(72)는 통로 또는 채널(78)을 정의한다. 비록 채널(78)은 원통형 또는 고리형과 같이 도시되지만, 다른 실시예들은, 예컨대 정사각형, 육각형, 십각형, 또는 임의의 다른 적절한 형태를 포함하는 다른 형태를 구비하는 채널(78)을 포함할 수 있다.
배기 매니폴드(72)는 챔버(12)의 내부 영역(26)으로부터 채널(78)로 매니폴드(72)의 최상부 표면(77)을 통해 연장되는 원형 애퍼처의 형태로 복수의 포트들(76)을 포함한다. 채널(78)은 정반대되는 위치들에서 두 개의 배기 포트들(79)에 연결된다. 각 배기 포트(79)는 채널(78)과 배기 도관(74) 사이에서 연장된다. 도관(74)은 다시 펌프(75) 또는 다른 진공 소스에 연결된다.
포트들(76)은 약 0.5" 내지 약 0.75" 와 같은 상대적으로 작은 직경이다. 포트들(76)은 챔버(12)의 내부 영역(26)과 배기 매니폴드(72)의 채널(78) 사이의 유량률 제한(flow rate restriction)을 생성하는 저 유체 컨덕턴스 소자(low fluid conductance element) 를 제공한다. 따라서 배기 매니폴드(72)는 챔버(12)의 내부 영역(26)과 배기 포트들(79) 사이에 압력 장벽을 제공하고, 그로 인해 챔버(12)의 내부에 반응물들의 유동에 증가된 균일성을 제공한다. 채널(78) 내의 유동 저항(flow resistance)이 작기 때문에, 모든 포트들(76)을 통한 유동(flow)은 동일하다. 이것은 챔버(12)의 주변부 근처의 채널(78)로의 소비 기체(waste gases)의 실질적으로 균일한 유동을 제공한다.
특정 실시예에서, 배기 매니폴드(72)는 약 10 개의 포트들(76)을 포함할 수 있으며, 각 포트(76)는 각각의 인접 포트(76)로부터 약 36℃ 떨어지게 위치된다. 다른 실시예들에서, 배기 매니폴드는 임의의 수의 포트들을 포함할 수 있으며, 각 포트는 각각의 인접 포트로부터 임의의 거리만큼 떨어져 위치된다. 예를 들어, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 또는 32 개의 포트들이 존재할 수 있으며, 각각은 배기 매니폴드(72)의 최상부 표면 주변에 동일한 거리만큼 이격되어 있다.
도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(72)는 형태에 있어서 원형인 포트들(76)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 배기 매니폴드에 있어서 애퍼처들은, 예컨대 타원형, 포물선형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 육각형, 십각형, 초승달형, 또는 S 형을 포함하는 임의의 형태를 정의할 수 있다.
도시된 바와 같이, 각 포트(76)는 반응 챔버의 중심축으로부터 방사 방향으로 최상부 표면(77)의 폭의 대략적으로 4분의 3을 가로질러 수평으로 연장된다. 다른 실시예들에서, 각 포트는 최상부 표면의 폭의 대략적으로 반, 2분의 3, 4분의 5, 또는 9분의 10 을 포함하는 배기 매니폴드의 최상부 표면의 폭의 임의의 부분을 가로질러 연장될 수 있다.
배기 매니폴드(72)의 포트들(76)과 같은 저 유체 컨덕턴스 소자가 챔버(12)에 포함되지 않았다면, 두 개의 정반대 배기 포트들(79)의 위치는 챔버(12)의 둘레에 압력 그래디언트를 야기할 수 있고, 그로 인해 웨이퍼 캐리어(50)의 비균일 기체 유동을 생성하며, 이는 결과적인 반도체 웨이퍼들(58)들의 성질에 있어서 바람직하지 않은 변화들을 야기할 수 있다.
유량률 제한을 제공하기 위한 배기 매니폴드(72)의 사용은, 반응기(10)의 동작 동안에 포트들(76) 내에 또는 그 주변에 형성된 고형 입자들(예컨대, 반응물들의 산물들)의 기생 증착을 초래할 수 있다. 그러한 고형 입자들은, 다양한 포트들 사이에서 비균일한 유량률을 야기할 수 있고 기체 유동에서 바람직하지 않은 변화들을 야기할 수 있고 따라서 반응기(10)에 의해 생성된 웨이퍼(58)의 성질들에 영향을 미치는, 포트들(76)의 일부 또는 전부의 사이즈를 감소시키거나 그 일부 또는 전부를 완전히 차단시킬 수 있다. 포트들(76) 중 하나 이상의 부분적인 차단(blockage)은 웨이퍼들(58)의 비균일한 성장률을 야기할 수 있다.
반응기(10)는 또한 플런저들(plungers)(80)의 형태로 복수의 세척 소자들을 포함하며, 각 플런저는 그 하부 에지(37)에 있거나 그 부근에 있는 위치로부터의 셔터(34) 로부터 아래 방향으로 연장되고, 플런저들(80)이 배기 매니폴드(72)에 대하여 셔터(34)를 가지고 위 아래로 이동되도록 된다. 각 플런저(80)는 각 포트(76)로부터 고형 입자들을 세척하도록 구성된다. 각 플런저(80)는 각 포트(76)와 대략적으로 동일하거나 약간 작은 직경을 정의할 수 있으며, 따라서 각 플런저(80)는 그 플런저(80)가 배기 매니폴드(72)의 최상부(77)에 대하여 위 아래로 이동될 때 각 포트(76)의 내부 에지로부터 고형 입자들을 긁어낼 수 있다.
도 2에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 각 플런저(80)는 그 외부 표면(38)에서 셔터(34)에 부착되며, 내부로 그리고 아래로 구부러진 샤프트(81), 및 그 하부 단부에 원뿔형 팁의 형태의 콘택트 소자를 포함한다. 원뿔형 팁(82)을 구비하면 복수의 플런저들이 셔터(34)가 아래로 이동할 때 각 포트들(76)에 대하여 스스로 위치될 수 있도록 하며, 이로 인해, 원뿔형 팁(82)이 각 포트(76)에 대하여 잘못 정렬되는 경우 플런저들(80)이 각 포트(76)를 향해 아래로 미끄러져들어갈 수 있을 때까지 원뿔형 팁들(82)과 최상부 표면(77) 사이의 콘택트는 플런저들(80)이 셔터(34)를 수평으로 약간 이동시키도록 야기할 수 있다. 플런저 샤프트(plunger shaft)(81)는 바람직하게는, 그러한 자동적으로 중심으로 돌아가는 것(self-centering)을 허용하기 위해 수평 방향으로의 충분한 유연성을 갖는다.
도시된 바와 같이, 각 세척 소자(80)는 원형 프로파일을 구비한, 원뿔 형태인 팁(82)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 세척 소자들의 콘택트 소자들은 예컨대 타원형, 포물선형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 육각형, 십각형, 초승달형, 또는 S 형을 포함하는 임의의 형태를 정의할 수 있다.
도시된 바와 같이, 원뿔형 팁(82)은 각 세척 소자(80)의 하부 단부에 위치된다. 다른 실시예들에서, 각 세척 소자의 콘택트 소자는 그 하부 단부에 위치될 필요는 없다. 한 예에서, 각 세척 소자는 동일한 직경과 단면 프로파일을 구비하는 샤프트 및 팁을 가질 수 있으며, 이로인해 샤프트의 임의의 부분이 세척 소자로 작용할 수 있다. 다른 예에서, 각 세척 소자는 그 하부와 상부 사이에 위치된 방사상으로 연장된 디스크 형태로 콘택트 소자를 구비할 수 있다. 그러한 예에서 세척 소자의 하부 단부는 디스크 형 콘택트 소자가 포트와 접촉할 때까지 포트를 향해 아래로 이동될 수 있으며, 그로 인해 포트로부터 고형 입자들을 긁어 낼 수 있다.
각 팁(82)과 각 포트(76)의 상대적인 직경에 따라, 각 플런저(80)는 각 포트(76)로 완전히 삽입될 수 있거나(예컨대, 팁의 직경이 포트의 직경보다 작거나 같은 경우) 각 플런저(80)는 각 포트(76)로 부분적으로 삽입될 수 있다 (예컨대, 팁의 직경이 포트의 직경보다 큰 경우). 팁(82)의 직경이 각 포트(76)의 직경보다 큰 실시예들에서, 팁(82)은 팁(82)의 주변부가 배기 매니폴드(72)의 최상부 표면(77)과 접촉할 때까지 애퍼처를 향해 하강된다. 각 포트(76)으로의 팁(82)의 그러한 부분적인 관통은, 포트(76) 내에 증착되고 있는 고형 입자들의 일부 또는 전부를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 각 포트(76)는 챔퍼링된 에지(chamfered edge)를 구비할 수 있다. 각 포트(76)의 챔퍼링된 에지의 각은 임의의 각이 될 수 있지만, 일부 실시예들에서 그 각은 각각의 팁(82)의 각과 대략적으로 일치할 수 있다 (예컨대, 각 포트의 챔퍼링된 에지 및 각 팁의 원뿔의 각은 대략적으로 45도가 될 수 있다.) 그러한 실시예들에서, 각 팁(82)의 직경이 포트의 직경보다 큰 경우, 포트의 챔퍼링된 에지와 원뿔형 팁 사이의 짝이 되는 표면들(mating surfaces)은 그 포트와 팁 사이의 더 큰 표면 영역 콘택트를 허용할 수 있으며, 그로 인해 그 포트(76)로부터 더 큰 양의 고형 입자들을 제거하는 것이 허용된다.
동작에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 프로세스에서, 진입 개구(30)는 셔터(34)를 그 개구 위치(34')로 하강시킴으로써 개방되고, 그로 인해 복수의 플런저들(80)을 각 포트들(76)로 하강시키며, 따라서 반응기의 이전 동작 사이클 동안 그 포트들 내에 증착될 수도 있었던 고형 입자들을 제거한다.
그 후, 그 위에 로딩(loading)된 웨이퍼들(58)을 갖는 웨이퍼 캐리어(50)는 앤티챔버(32)로부터 챔버(12)로 로딩되고, 도 1 및 도 3에서 도시된 동작 위치에 위치된다. 이러한 조건에서, 웨이퍼들(58)의 최상부 표면들은 기체 인입 매니폴드(14)를 향해 위로 향한다. 진입 개구(30)는 도 1에서의 실선들로 도시된 폐쇄 위치로 셔터(34)를 상승시킴으로써 폐쇄되며, 그로 인해 플런저들(80)을 포트들(76)로부터 철회한다. 가열 소자(60)가 작동되고, 회전 드라이브(48)는 스핀들(40)을 회전시키도록 동작하며 따라서 웨이퍼 캐리어(50)를 중심축(42) 주위로 회전시킨다. 통상적으로, 스핀들(40)은 분당 약 50 - 1500 회전으로부터의 회전 속도로 회전된다.
프로세스 기체 공급 유닛들(도시되지 않음)은 기체 인입 매니폴드(14)를 통해 기체들을 공급하도록 작동된다. 그 기체들은, 웨이퍼 캐리어(50)의 최상부 표면 및 웨이퍼들(58)의 최상부 표면들 위로, 웨이퍼 캐리어(50)를 향해 아래쪽으로 통과하며, 웨이퍼 캐리어의 주변부 근처에서 아래쪽으로 배기 시스템(70)으로 통과한다 (이것은 포트들(76) 내에 증착되고 있는 고형 입자들을 초래할 수 있다). 따라서, 웨이퍼 캐리어(50)의 최상부 표면 및 웨이퍼(58)의 최상부 표면들은 다양한 프로세스 기체 공급 유닛들에 의해 공급된 다양한 기체들의 혼합물을 포함하는 프로세스 기체에 노출된다. 가장 통상적으로는, 최상부 표면에서의 프로세스 기체는, 현저하게 캐리어 기체 공급 유닛(도시되지 않음)에 의해 공급된 캐리어 기체로 구성된다.
그 프로세스는 웨이퍼들(58)의 원하는 처리가 완료될 때까지 계속된다. 일단 그 프로세스가 완료되면, 진입 개구(30)는 셔터(34)를 위치(34')로 하강시킴으로서 개방되고, 그로 인해 복수의 플런저들(80)을 각 포트들(76)로 하강시키며, 따라서 반응기의 방금 완료된 동작 사이클 동안 포트들(76) 내에 증착되었을 수 있는 고형 입자들을 제거한다. 일단 진입 개구(30)가 개방되면, 웨이퍼 캐리어(50)는 스핀들(40)로부터 제거될 수 있고, 그 다음 동작 사이클을 위해 새로운 웨이퍼 캐리어(50)로 대체될 수 있다. 이상에서 설명된 구조 및 방법은 보통의 동작 사이클 동안 배기 시스템(70)의 유동 제한 포트(flow-restriction ports)(76)의 효과적인 세척을 제공한다. 이것은 포트들(75)을 세척하기 위해 그 시스템을 분해할 필요를 피하거나 최소화시킨다.
다른 실시예들(도시되지 않음)에서, 플런저들은 셔터와 독립적으로 배기 매니폴드에 대하여 위 아래로 이동할 수 있다. 예를 들어, 플런저들은 셔터와 배기 매니폴드 사이에 위치된 브라켓(braket)(예컨대, 원통형 브라켓)에 부착될 수 있다. 브라켓은 도 2에 도시된 연결(35)과 유사한 연결에 의해 반응 챔버에 결합된 제어 및 작동 메커니즘에 의해 위 아래로 이동될 수 있다. 그러나, 이상에서 설명된 바와 같이 세척 소자들을 이동시키기 위해 셔터 자체를 사용하는 것은 반응기의 설계와 동작을 상당히 간소화시킨다.
플런저들이 셔터와 독립적으로 배기 매니폴드에 대하여 위 아래로 이동될 수 있는 실시예들에서, 플런저들이 각 동작 사이클을 따르는 배기 매니폴드의 애퍼처들로 이동되는 것이 필수적인 것은 아니다. 그러한 실시예들에서, 플런저들은 예컨대 2개, 3개, 4개, 5개, 8개, 10개, 15개, 또는 20개의 동작 사이클을 포함하는 임의의 수의 사이클 후에 애퍼처들을 세척하기 위해 아래로 이동될 수 있다.
또다른 변형예에서, 플런저들(80)은 셔터(34)에 장착될 수도 있지만, 셔터(34) 및 제어 및 작동 메커니즘(41)은 셔터(34)의 보통의 개방 위치에서 플런저들(80)이 포트들(76) 위에 유지되도록 배열된다. 플런저들(80)이 포트들(76)에 인게이징되는 경우, 제어 및 작동 메커니즘(41)은 셔터(34)가 그 보통의 개방 위치 위에서 특별한 포트 세척 위치로 아래로 이동되도록 배열될 수 있다. 매 사이클에서 또는 간헐적으로, 세척 위치로의 이동이 필요한 대로 사용될 수 있다.
도 4에서 도시된 셔터(134)가 도 1-3에서 도시된 셔터(34) 위치 대신에 사용될 수 있다. 셔터(134)는, 하부 에지(137) 부근에서 아래쪽으로 연장되는 플런저(180)가 외부 표면(138) 보다, 그 내부 표면(139)에서 셔터(134)에 부착되는 것을 제외하면, 셔터(34)와 동일하다. 플런저(180)는 내부 표면(139)을 따라 아래로 직선으로 연장되는 샤프트(181)를 포함하고, 그 샤프트(181)는 원뿔형 팁(182)의 형태로 도시된 콘택트 소자 내에서 종결된다.
도 1, 2, 및 4에서 도시된 바와 같이, 플런저들(80, 180)은 각 포트들과의 접촉을 위해 셔터들(34, 134)로부터 아래쪽으로 연장된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 셔터의 하부 에지는 플런저들로서 기능하도록 형태가 이루어질 수 있으며, 그로 인해 플런저들은 단일 컴포넌트로서 셔터의 하부 에지의 형태로 통합된다. 예를 들어, 셔터의 하부 에지는 각 포트들을 향해 아래로 연장된 플런저 형 돌출부(plunger-like protrusion)들 을 포함할 수 있으며, 그로 인해, 포트들로부터 고형 입자들을 세척하기 위해 셔터가 아래쪽으로 이동될 때 각각의 플런저 형 돌출부의 부분 또는 전부가 각 포트로 삽입될 수 있고 그에 의해 각 포트로부터 고형 입자들을 긁어낼 수 있다.
이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기상 증착 반응기(210)는 도 1에 도시된 반응 챔버(12)와 같은 반응 챔버 내에서 웨이퍼 처리 프로세스에서 사용될 셔터(234)를 포함한다. 도 5a(개방 셔터 위치) 및 5b(폐쇄 셔터 위치) 내에 도시된 셔터(234)는, 셔터(234)가 그 에지로부터 아래쪽으로 연장된 플런저들을 포함하지 않고, 배기 시스템이 복수의 원형 포트들을 구비한 매니폴드보다 오히려 단일 고리형 포트를 구비한 미로(labyrinth)를 포함하는 것을 제외하면, 도 1-3에 도시된 셔터(34)에 유사하다.
반응기(210)는 도 1 및 도 3에 도시된 진입 개구(30)와 같은 진입 개구를 폐쇄하는 것과 개방하는 것을 위한 셔터(234)를 포함한다. 셔터(234)는 기체 인입 매니폴드(도시되지 않음)을 향한 상부 표면(236)과 배기 미로(272)를 향한 하부 에지(237)를 정의한다.
배기 미로(272)는 미로(272)의 최상부 표면(277)을 통해, 볼트(284)에 의해 함께 결합되는 복수의 배플(283)을 구비한 채널(278)(예컨대, 고리형 채널)로, 연장되는 단일 포트(276)(예컨대, 고리형 포트)을 포함한다. 채널(278)은 챔버의 내부 영역으로부터 사용된 기체들을 제거하도록 구성된 배기 도관(274) 및 배기 포트들에 연결된다.
배기 미로(272) 및 그 포함된 배플들(283)은 반응 챔버의 내부 영역과 배기 도관(274) 사이의 유량률 제한을 생성하는 저 유체 컨덕턴스 소자를 제공하도록 구성된다. 배기 미로(272) 및 포함된 배플들(283)은 챔버의 내부 영역과 배기 도관(274) 사이에 압력 장벽을 제공할 수 있으며, 그로 인해 챔버의 내부에 반응물들의 흐름의 증가된 균일성을 제공한다.
(도 1-4에 도시된 바와 같은) 셔터에 연결된 개별 플런저들을 구비하는 것보다 오히려, 셔터(234)의 하부 에지(237)는 배기 미로(272)에 대하여 이동가능하고, 그로부터 고형 입자들을 제거하거나 세척하거나 긁어내기 위해 배기 미로(272)의 단일 포트(2760과 접촉하도록 구성된다.
셔터(234)의 하부 에지(237)는, 셔터(234)가 (예컨대, 웨이퍼 캐리어의 삽입 또는 제거를 위해 반응 챔버를 개방하기 위해) 하강될 때 셔터(234)의 부분이 단일 포트(276)에 삽입될 수 있으며 그로 인해 그로부터 고형 입자들을 긁어낼 수 있도록, 구성된다. 하부 에지(237)는 포트(276)의 폭과 대략적으로 같거나 약간 더 작은 (반응 챔버의 중심축에 수직인 방향의) 폭을 정의할 수 있다. 그러한 실시예에서, 하부 에지(237)는 포트(276)의 내부에 부분적으로 맞을 수 있으며, 셔터(234)가 그 미로(272)의 최상부 표면(277)에 대하여 위 아래로 이동될 때 포트(276)의 내부 에지들로부터 고형 입자들을 긁어낼 수 있다.
셔터(234)의 하부 에지(237)에 인접하게 챔퍼링된 내부 에지(285)를 구비하고 포트(276)의 챔퍼링된 내부 에지(286)를 구비하는 것은, 셔터(234)가 아래쪽으로 이동될 때 셔터(234)가 포트(276)에 대하여 스스로 위치되도록 허용할 수도 있다. 그러한 실시예에서, 셔터(234)가 포트(276)과 잘못 정렬되는 경우, 챔퍼링된 내부 에지들(285, 286) 사이의 콘택트는 그 하부 에지(237)가 포트(276)으로 부분적으로 아래쪽으로 미끄러질 수 있을 때까지 셔터(234)가 약간 이동되도록 할 수 있다.
셔터(234)의 챔퍼링된 내부 에지(285) 및 포트(276)의 챔퍼링된 내부 에지(286)의 각의 임의의 각이 될 수 있지만, 몇몇 실시예들에서는 챔퍼링된 내부 에지들(285, 286)의 각은 서로 대략적으로 일치될 수 있다(예컨대, 챔퍼링된 내부 에지들(285, 286)의 각은 챔버의 중심 축에 약 45도일 수 있다). 그러한 실시예들에서, 짝을 이루는 챔퍼 내부 에지들(285, 286)는 셔터(234)와 포트(276) 사이에 더 큰 표면 영역 콘택트를 허용할 수 있으며, 그로 인해 포트(276)로부터 더 많은 양의 고형 입자들의 제거를 허용한다.
도시된 바와 같이, 배기 미로(272)는 전체 배기 미로(272) 주변에 연장되는 단일 포트(276)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 배기 미로는 그 미로 주변에 연장되는 복수의 이격된 아크형 포트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배기 미로는 10개의 이격된 아크형 포트들을 포함할 수 있으며, 각각은 약 30도에 걸쳐 있고, 배기 미로의 최상부 표면의 6도에 의해 서로 분리된다. 그러한 실시예에서, 셔터의 하부 에지는 10 개의 하강된 부분들을 포함할 수 있으며, 각각의 하강된 부분은 대응하는 아크 형 포트에 맞도록 구성되고, 그로 인해 셔터가 배기 미로와 접촉할 때 셔터는 아크형 포트들로부터 고형 입자들을 세척할 수 있다.
도시된 바와 같이, 포트(276)는 반응 챔버의 중심축으로부터 방사 방향으로 최상부 표면(277)의 폭의 대략적으로 4분의 1을 가로질러 수평으로 연장된다. 다른 실시예들에서, 포트는 최상부 표면의 폭의 대략적으로 반, 3분의 2, 5분의 4, 또는 10분의 9를 포함하는, 배기 매니폴드의 최상부 표면의 폭의 임의의 부분을 가로질러 연장될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에서 도시된 바와 같이, 셔터(234)는 고형 입자들과의 접촉 및 고형 입자들의 제거를 위해 배기 미로(272)에 대하여 위 아래로 이동한다. 다른 실시예들에서(도시되지 않음), 개별 세척 소자(에컨대, 원통형 세척 소자)는 셔터에 독립적으로 배기 미로에 대하여 위 아래로 이동될 수 있다. 예를 들어, 셔터와 배기 미로 사이에 위치된 원통형 브라켓은 위 아래로 이동될 수 있으며, 고형 입자들을 제거하기 위해 배기 미로와 접촉한다. 그 브라켓은 도 2에서 도시된 연결(35)와 같은 연결에 의해 반응 챔버에 연결된 제어 및 작동 메커니즘에 의해 이동될 수 있다.
도시된 바와 같이, 셔터(234)는 포트(276)의 폭보다 큰 폭을 구비하고, 그로 인해, 챔퍼링된 내부 에지(285)의 하부 에지(277) 및 일부만이 고형 입자들을 그로부터 제거하기 위해 애퍼처(276)에 삽입될 수 있다. 다른 실시예들(도시되지 않음)에서, 셔터의 전에 하부 에지 및 챔퍼링된 내부 에지는 포트로 삽입될 수도 있다 (예컨대, 여기에서 셔터의 폭은 애퍼처의 폭보다 작거나 그와 동일함).
도시된 바와 같이, 배기 미로(272)의 내부에 위치된 3개의 배플들(283)이 존재한다. 다른 실시예들에서, 반응 챔버의 내부 영역과 원하는 배기 도관 사이에 기체 유동 제한의 정도에 따라, 배기 미로의 내부에 위치된 임의의 수의 배플들이 존재할 수 있다.
본 발명은 예컨대 화학 기상 증착, 웨이퍼들의 화학 에칭 등과 같은 다양한 웨이퍼 처리 프로세스들에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 원칙들 및 응용들을 단순히 예시하는 것임이 이해되어져야 한다. 그러므로 수많은 변형예들이 예시적인 실시예들에 이루어질 수 있고 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 취지 및 범위로부터 이탈하지 않고 다른 배열들이 고안될 수 있다는 것이 이해되어져야 한다. 다양한 종속항들 및 거기에 제시된 특징들은 초기 청구항들에 제시된 것과 다른 방식으로 결합될 수 있음이 이해되어질 것이다. 또한 개별 실시예들과 관련하여 설명된 특징들은 설명된 실시예들 중 다른 실시예들과 공유될 수 있음이 이해되어질 것이다.

Claims (29)

  1. (a) 내부를 구비한 반응 챔버;
    (b) 상기 내부 내에 유지된 기판들 상에 증착을 형성하기 위해 프로세스 기체들을 허용하기 위해 상기 반응 챔버의 내부와 통신하는 기체 인입 매니폴드(gas inlet manifold);
    (c) 통로와 하나 이상의 포트들을 구비하는 배기 매니폴드를 포함하는 배기 시스템으로서, 상기 통로는 상기 하나 이상의 포트들을 통해 상기 반응 챔버의 내부와 통신하는, 상기 배기 시스템; 및
    (d) 상기 반응 챔버 내에 장착된 하나 이상의 세척 소자들로서, (i) 상기 세척 소자들이 상기 하나 이상의 포트들로부터 이격된 런 위치(run position)과 (ii) 상기 하나 이상의 세척 소자들이 상기 하나 이상의 포트들에 인게이징(engage)되는 세척 위치 사이에서 이동가능한 상기 하나 이상의 세척 소자들
    을 포함하고,
    상기 반응 챔버는, 기판들의 삽입과 제거를 위한 진입 포트와, 상기 반응 챔버에 장착된 셔터를 구비하며, 상기 셔터는 (i) 상기 셔터가 상기 진입 포트를 차단하지 않는 개방 위치(open position)와 (ii) 상기 셔터가 상기 진입 포트를 차단하는 폐쇄 위치(closed position) 사이에서 이동가능하며, 상기 하나 이상의 세척 소자들은 그와의 이동을 위해 상기 셔터에 장착되는,
    화학 기상 증착 반응기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세척 소자들은 (i) 상기 셔터가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 런 위치에 있고, (ii) 상기 셔터가 개방 위치에 있을 때 상기 세척 위치에 있는, 화학 기상 증착 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기 매니폴드는 고리형태를 정의하고 상기 하나 이상의 포트들은 복수의 원형 애퍼처들을 포함하는, 화학 기상 증착 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세척 소자들은 상기 셔터에 부착된 복수의 플런저(plunger)들인, 화학 기상 증착 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    각 플런저는 원뿔형 팁(conical tip)을 구비한, 화학 기상 증착 반응기.
  7. 제6항에 있어서,
    각 원뿔형 팀은 상기 복수의 원형 애퍼처들의 각각의 챔퍼링된 내부 에지에 의해 정의된 각과 동일한 상기 반응 챔버의 중심축에 대한 각을 정의하는, 화학 기상 증착 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배기 매니폴드는 복수의 배플들(baffles)을 포함하는 미로를 포함하고, 상기 하나 이상의 포트들은 단일 원통형 애퍼처인, 화학 기상 증착 반응기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세척 소자들은 상기 셔터의 하부 부분인, 화학 기상 증착 반응기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 셔터의 하부 부분은 챔퍼링된 내부 에지를 구비하는, 화학 기상 증착 반응기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 셔터의 하부 부분의 챔퍼링된 내부 에지는 상기 배기 매니폴드의 애퍼처의 챔퍼링된 내부 에지에 의해 정의된 각과 동일한 상기 반응기의 중심축에 대한 각을 정의하는, 화학 기상 증착 반응기.
  12. 제1항에 있어서,
    상향 또는 하향 방향들로 연장된 축에 대하여 회전하도록 구성된 상기 반응 챔버 내에 장착된 스핀들(spindle)을 더 포함하고, 상기 스핀들의 상부 단부는 복수의 웨이퍼들을 유지하도록 구성된 웨이퍼 캐리어와 착탈가능하게(releasably) 인게이징(engage)하도록 구성되는, 화학 기상 증착 반응기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 축에 대하여 상기 스핀들을 회전시키도록 구성된 모터 드라이브를 더 포함하는, 화학 기상 증착 반응기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 웨이퍼 캐리어를 가열하도록 구성된 가열기를 더 포함하도록 구성된 화학 기상 증착 반응기.
  15. (a) 내부를 정의하고 웨이퍼 캐리어들의 삽입 및 제거를 위한 진입 포트를 포함하는 반응 챔버를 제공하는 단계;
    (b) 각 웨이퍼의 최상부가 상기 웨이퍼 캐리어의 최상부에서 노출되도록 상기 웨이퍼 캐리어 상에 하나 이상의 웨이퍼들을 유지시키는 단계;
    (c) 상기 웨이퍼들의 노출된 최상부들에 하나 이상의 프로세스 기체들을 인가하는 단계;
    (d) 배기 시스템을 통해 상기 프로세스 기체들의 부분을 제거하는 단계로서, 상기 배기 시스템은 배기 매니폴드를 포함하고, 상기 배기 매니폴드는 통로 및 하나 이상의 포트들을 구비하며, 상기 통로는 상기 하나 이상의 포트들을 통해 상기 반응 챔버의 내부와 통신하는, 상기 제거 단계;
    (e) 상기 반응 챔버 내에 장착된 하나 이상의 세척 소자들을 아래로 이동시키는 단계; 및
    (f) 상기 배기 매니폴드를 세척하기 위해 상기 배기 매니폴드로 각 세척 소자의 적어도 부분을 삽입하는 단계
    (g) 상기 반응 챔버에 장착된 셔터를 (i) 상기 셔터가 상기 진입 포트를 차단하지 않는 개방 위치로부터 (ii) 상기 셔터가 상기 진입 포트를 차단하는 폐쇄 위치로 이동시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 세척 소자들은 그와의 이동을 위해 상기 셔터와 직접적으로 연결되는
    웨이퍼 처리 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 셔터를 이동시키는 (g) 단계는, 상기 세척 소자들을 (i) 상기 셔터가 상기 폐쇄 위치에 있을 때 런 위치로 이동시키고 (ii) 상기 셔터가 상기 개방 위치에 있을 때 세척 위치로 이동시키는 것을 포함하는, 웨이퍼 처리 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    (h) 상기 웨이퍼 캐리어를 상기 반응 챔버 내에 장착된 스핀들의 상부 단부와 착탈가능하게 인게이징시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 스핀들은 상향 및 하향 방향들로 연장되는 중심 축에 실질적으로 평행하게 배향되는, 웨이퍼 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    (i) 상기 중심 축에 대하여 상기 스핀들 및 상기 웨이퍼 캐리어를 회전시키는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 배기 매니폴드는 고리형태를 정의하고, 상기 하나 이상의 포트들은 복수의 원형 애퍼처들을 포함하는, 웨이퍼 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세척 소자들은 상기 셔터에 부착된 복수의 플런저들인, 웨이퍼 처리 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    각 플런저는 원뿔형 팁을 구비하는, 웨이퍼 처리 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    각 원뿔형 팁은 상기 복수의 원형 애퍼처들의 각각의 챔퍼링된 내부 에지에 의해 정의된 각과 동일한 상기 반응 챔버의 중심축에 대한 각을 정의하는, 웨이퍼 처리 방법.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 배기 매니폴드는 복수의 배플들을 포함하는 미로를 포함하고, 상기 하나 이상의 포트들은 단일 원통형 애퍼처인, 웨이퍼 처리 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세척 소자들은 상기 셔터의 하부 부분인, 웨이퍼 처리 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 셔터의 하부 부분은 챔퍼링된 내부 에지를 구비하는, 웨이퍼 처리 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 셔터의 하부 부분의 챔퍼링된 내부 에지는 상기 배기 매니폴드의 애퍼처의 챔퍼링된 내부 에지에 의해 정의된 각과 동일한 상기 반응 챔버의 중심축에 대한 각을 정의하는, 웨이퍼 처리 방법.
  29. 제15항에 있어서,
    상기 웨이퍼 캐리어로부터의 열 전달에 의해 적어도 부분적으로 상기 웨이퍼들을 가열하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 방법.
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