KR102264053B1 - Ｅｐｉ 챔버 유동 조작을 위한 주입구 및 배기구 설계 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에 기재된 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버에서의 유동 제어에 관한 것이다. 프로세스 챔버는 유동 제어 배기구와 광폭 주입구의 조합들을 포함할 수 있다. 유동 제어 배기구 및 광폭 주입구는 챔버에 이미 존재하는 가스들을 제어할 뿐만 아니라, 프로세스 가스들이 챔버에 진입하고 챔버를 떠날 때에 이러한 가스들의 제어된 유동을 제공할 수 있다. 그러므로, 전체 퇴적 프로파일이 더 균일하게 유지될 수 있다.
Description
본 명세서에 개시된 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버들에서 유동을 제어하는 것에 관한 것이다.
에피택셜 층은 결정질 기판 위에 성장된 결정질 막이다. 기저의 기판은 성장하는 막을 위한 템플릿의 역할을 하여, 에피택셜 층의 결정학적 특성들은 기저의 결정질 기판에 의해 정의된다. 즉, 결정질 기판은 에피택셜 성장을 위한 결정학적 시드(crystallographic seed)를 제공한다. 기판은 예를 들어 단결정질 실리콘, 실리콘 게르마늄 또는 SOI 웨이퍼일 수 있다.
에피택셜 층의 성장은 통상적으로 에피택셜 퇴적(Epi) 챔버에서 CVD(chemical vapor deposition)를 이용하여 달성된다. 기판은 CVD 반응기에 로딩되고, 다음에 이 반응기는 He, Ar, N2 또는 H2와 같은 비반응성 가스로 퍼징된다. 반응기의 온도는 램프업되고, 캐리어 가스와 반응성 가스의 혼합물이 특정 유동 역학으로 반응기에 도입된다. 또한, 도펀트 가스들이 퇴적 동안에 도입되거나 퇴적 이후에 임플란트될 수 있다. 에피택셜 층의 원하는 두께가 달성되었을 때, 비반응성 가스들이 다시 이용되어 반응기를 퍼징하고, 온도는 램프다운된다.
유동은 에피택셜 퇴적(Epi) 챔버 설계 및 Epi 퇴적 성능에 있어서 중대 인자이다. Epi 챔버들은 일반적으로 균일한 유동 필드(flow field)의 생성에 초점을 둔다. Epi 챔버 프로세스들이 더 복잡해짐에 따라, 더 큰 웨이퍼들이 이용될 것으로 예상되고, 유동 필드들의 균일함은 더 어려워질 것이다.
따라서, 관련 기술분야에서는 에피택셜 성장을 달성하기 위한 기판 처리 동안 차별적인 유동 제어가 필요하다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 일반적으로 가스 유동 제어를 제공하기 위한 구조물들을 갖는 처리 챔버들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 디바이스는 프로세스 챔버, 기판을 지지하기 위해 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지체 - 기판 지지체는 일반적으로 프로세스 챔버의 처리 영역을 정의함 -, 및 처리 영역과 유체 연결된(in fluid connection) 광폭 주입구(broad inject)를 포함할 수 있다. 광폭 주입구는 하나 이상의 주입 입구(inject entrances), 하나 이상의 주입 입구 중 적어도 하나와 유체 연결된 하나 이상의 주입 경로, 및 주입 경로들 중 적어도 하나와 유체 연결된 하나 이상의 주입 포트를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 디바이스는 프로세스 챔버, 기판을 지지하기 위해 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지체, 기판 지지체 아래에 배치된 하부 돔, 하부 돔에 대향하여 배치된 상부 돔, 상부 돔과 하부 돔 사이에 배치된 베이스 링 - 상부 돔, 베이스 링 및 하부 돔은 일반적으로 프로세스 챔버의 처리 영역을 정의함 -, 및 처리 영역과 유체 연결된 유동 제어 배기구(flow control exhaust) - 유동 제어 배기구는 하나 이상의 유동 제어 구조물을 포함함 - 를 포함할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 후면(backside) 가열 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2g는 일 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구를 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 광폭 주입구를 갖는 프로세스 챔버의 상부 단면도를 도시한다.
도 3b는 일 실시예에 따른 광폭 주입구로부터 프로세스 챔버에 의해 수취되는 구역 유동(zonal flow)을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
도 1은 일 실시예에 따른 후면(backside) 가열 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2g는 일 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구를 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 광폭 주입구를 갖는 프로세스 챔버의 상부 단면도를 도시한다.
도 3b는 일 실시예에 따른 광폭 주입구로부터 프로세스 챔버에 의해 수취되는 구역 유동(zonal flow)을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버에서의 유동 필드를 제어하기 위해 프로세스 챔버와 함께 사용하기 위한 유입구들 및 유출구들에 관한 것이다. 하나 이상의 프로세스 챔버와 함께 사용하기 위한 유동 제어 가스 유출구 및 광폭 주입구가 본 명세서에 설명된다. 디바이스 크기들이 축소함에 따라, 유동 필드의 제어가 더 중요해질 것으로 예상된다. 유량(flow rate)을 제어함으로써, 가스들이 처리 영역에 들어올 때와 나갈 때의 이러한 가스들의 유동 속도 및 방향성, 퇴적 시에 이용되는 가스들의 역학, 및 그에 따른 기판 상의 박막의 퇴적이 더 양호하게 제어될 수 있다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 아래에서 도면들을 참조하여 더 명확하게 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 후면 가열 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도를 도시한다. 본 발명으로부터 혜택을 받도록 적응될 수 있는 프로세스 챔버의 일례는 캘리포니아주 산타 클라라에 위치된 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 Epi 프로세스 챔버이다. 다른 제조자들로부터의 처리 챔버들을 포함하여 다른 처리 챔버들도 본 발명을 실시하도록 적응될 수 있다고 고려된다.
프로세스 챔버(100)는, 기판(108)의 상부 표면 상의 재료의 퇴적을 포함하여, 하나 이상의 기판을 처리하는데 사용될 수 있다. 프로세스 챔버(100)는, 다른 컴포넌트들 중에서도, 프로세스 챔버(100) 내에 배치된 기판(108)의 후면 또는 기판 지지체(106)의 후면(104)을 가열하기 위한 복사 가열 램프들(102)의 어레이와 같은 프로세스 챔버 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 기판 지지체(106)는 도시된 바와 같이 디스크형 기판 지지체(106)일 수 있거나, 기판을 기판의 에지로부터 지지하는 링형 기판 지지체(도시되지 않음)일 수 있거나, 또는 최소 접촉 포스트들 또는 핀들에 의해 기판을 저부로부터 지지하는 핀형 지지체일 수 있다.
본 실시예에서, 기판 지지체(106)는 프로세스 챔버(100) 내에서 상부 돔(114)과 하부 돔(112) 사이에 위치된 것으로 도시되어 있다. 상부 돔(114) 및 하부 돔(112)은, 상부 돔(114)과 하부 돔(112) 사이에 배치되는 베이스 링(118)과 함께, 프로세스 챔버(100)의 내부 영역을 정의할 수 있다. 기판(108)(실제 비율로 도시되지 않음)은 로딩 포트(도시되지 않음)를 통해 프로세스 챔버(100) 내로 이동되어 기판 지지체(106) 상에 위치될 수 있으며, 이 로딩 포트는 기판 지지체(106)에 의해 가려져 있다.
베이스 링(118)은 일반적으로 로딩 포트, 프로세스 가스 유입구(136) 및 가스 유출구(142)를 포함할 수 있다. 베이스 링(118)은, 프로세스 가스 유입구(136) 및 가스 유출구(142) 각각 상의 단측들과 로딩 포트 상의 장측을 갖는 대체로 타원(oblong) 형상을 가질 수 있다. 베이스 링(118)은, 로딩 포트(103), 프로세스 가스 유입구(136) 및 가스 유출구(142)가 서로에 대해 그리고 로딩 포트에 대해 약 90°로 각도 오프셋되는 한, 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 로딩 포트(103)는 프로세스 가스 유입구(136)와 가스 유출구(142) 사이의 측부에 위치될 수 있고, 프로세스 가스 유입구(136) 및 가스 유출구(142)는 베이스 링(118)의 대향 단부들에 배치된다. 다양한 실시예들에서, 로딩 포트, 프로세스 가스 유입구(136) 및 가스 유출구(142)는 서로에 대해 정렬되며, 실질적으로 동일한 레벨에 배치된다.
기판 지지체(106)는 상승된 처리 위치에 있는 것으로 도시되어 있지만, 리프트 핀들(105)이 중앙 샤프트(116) 및 기판 지지체(106) 내의 홀들을 통과하여 하부 돔(112)에 접촉하고 기판(108)을 기판 지지체(106)로부터 상승시키는 것을 허용하기 위해서 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 처리 위치 아래에 있는 로딩 위치까지 수직으로 이동할 수 있다. 다음에, 로봇(도시되지 않음)이 프로세스 챔버(100)에 들어가서, 기판(108)에 맞물리고, 로딩 포트를 통하여 프로세스 챔버로부터 기판을 제거할 수 있다. 다음에, 기판 지지체(106)는, 기판(108)의 디바이스 측(117)을 위로 향하게 한 채로 기판을 기판 지지체(106)의 정면(front side)(110) 상에 배치하기 위해서 처리 위치까지 상향으로 작동될 수 있다.
기판 지지체(106)는, 처리 위치에 위치되어 있는 동안, 프로세스 챔버(100)의 내부 용적을, 기판 위에 있는 프로세스 가스 영역(120) 및 기판 지지체(106) 아래에 있는 퍼지 가스 영역(122)으로 분할한다. 기판 지지체(106)는, 프로세스 챔버(100) 내에서의 열 및 프로세스 가스 유동의 공간적 비정상(thermal and process gas flow spatial anomalies)의 영향을 최소화하고, 그에 의해 기판(108)의 균일한 처리를 용이하게 하기 위해서, 처리 동안 중앙 샤프트(116)에 의해 회전될 수 있다. 기판 지지체(106)는 중앙 샤프트(116)에 의해 지지되고, 중앙 샤프트는 기판(108)의 로딩 및 언로딩 동안에 그리고 일부 경우들에서는 기판의 처리 동안에 기판(108)을 상하 방향으로 이동시킨다. 기판 지지체(106)는, 램프들(102)로부터의 복사 에너지를 흡수하고 이 복사 에너지를 기판(108)에 전도하기 위해서 실리콘 탄화물 또는 실리콘 탄화물로 코팅된 흑연으로 형성될 수 있다.
일반적으로, 상부 돔(114)의 중앙 윈도우 부분 및 하부 돔(112)의 저부는 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료(optically transparent material)로 형성된다. 상부 돔(114)의 곡률(degree of curvature) 및 두께는 프로세스 챔버에서의 유동 필드의 균일성을 조작하도록 구성될 수 있다.
램프들(102)은, 프로세스 가스가 위로 지나갈 때 기판(108)의 다양한 영역들에서의 온도를 독립적으로 제어함으로써 기판(108)의 상부 표면 상으로의 재료의 퇴적을 용이하게 하기 위해서, 중앙 샤프트(116) 주위에서, 특정 방식으로 하부 돔(112)에 인접하여 하부 돔 아래에 배치될 수 있다. 램프들(102)은 약 섭씨 200도 내지 약 섭씨 1600도의 범위 내의 온도로 기판(108)을 가열하도록 구성될 수 있다. 여기에서 상세하게 논의되지는 않지만, 퇴적된 재료는 실리콘, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 도핑된 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 도핑된 실리콘 게르마늄, 갈륨 비화물, 갈륨 질화물 또는 알루미늄 갈륨 질화물을 포함할 수 있다.
프로세스 가스 공급 소스(134)로부터 공급된 프로세스 가스는 베이스 링(118)의 측벽에 형성된 프로세스 가스 유입구(136)를 통하여 프로세스 가스 영역(120)에 도입된다. 프로세스 가스 유입구(136)는 대체로 방사상 내측일 수 있는 방향으로 프로세스 가스를 지향시키도록 구성된다. 막 형성 프로세스 동안, 기판 지지체(106)는, 프로세스 가스 유입구(136)에 인접하며 프로세스 가스 유입구와 대략 동일한 높이에 있을 수 있는 처리 위치에 위치되어, 프로세스 가스가 기판(108)의 상부 표면을 가로질러 유동 경로(138)를 따라 상방으로 그리고 주변으로(up and round) 유동할 수 있게 한다. 프로세스 가스는 프로세스 챔버(100)에서 프로세스 가스 유입구(136)의 반대측에 위치된 가스 유출구(142)를 통하여 (유동 경로(140)를 따라) 프로세스 가스 영역(120)에서 빠져나간다. 가스 유출구(142)를 통한 프로세스 가스의 제거는 가스 유출구에 결합된 진공 펌프(144)에 의해 용이하게 될 수 있다.
퍼지 가스 소스(124)로부터 공급된 퍼지 가스는 베이스 링(118)의 측벽에 형성된 퍼지 가스 유입구(126)를 통하여 퍼지 가스 영역(122)에 도입된다. 퍼지 가스 유입구(126)는 프로세스 가스 유입구(136) 아래의 높이에 배치된다. 원형 쉴드(167)가 사용되는 경우, 원형 쉴드(167)는 프로세스 가스 유입구(136)와 퍼지 가스 유입구(126) 사이에 배치될 수 있다. 어느 경우에도, 퍼지 가스 유입구(126)는 대체로 방사상 내측 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성된다. 원하는 경우, 퍼지 가스 유입구(126)는 상측 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성될 수 있다. 막 형성 프로세스 동안, 기판 지지체(106)는, 퍼지 가스가 기판 지지체(106)의 후면(104)을 가로질러 유동 경로(128)를 따라 하방으로 그리고 주변으로(down and round) 유동하도록 하는 위치에 위치된다. 임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 퍼지 가스의 유동은, 프로세스 가스의 유동이 퍼지 가스 영역(122)에 진입하는 것을 방지 또는 실질적으로 회피하거나 퍼지 가스 영역(122)(즉, 기판 지지체(106) 아래의 영역)에 진입하는 프로세스 가스의 확산을 감소시키는 것으로 여겨진다. 퍼지 가스는 (유동 경로(130)를 따라) 퍼지 가스 영역(122)에서 빠져나가고, 프로세스 챔버(100)에서 퍼지 가스 유입구(126)의 반대측에 위치된 가스 유출구(142)를 통하여 프로세스 챔버의 밖으로 배기된다.
유동 제어 배기구
통상적으로는 균일한 유동이 선호될 것으로 여겨지지만, 더 진보된 퇴적 프로세스들은 유동 필드의 더 고차의 제어를 필요로 할 수 있다. 따라서, 유동 제어 배기구가 유동 필드의 하나 이상의 구역의 더 고차의 제어를 제공할 수 있다. 유동 제어 배기구는 바이어스 컨덕턴스(bias conductance)를 가질 수 있고, 이는 배기구에 걸쳐 유동 구역성(flow zonality)을 초래할 수 있다. 유동 구역성은 소정 거리만큼 상류로 전파될 수 있고, 거기에서 웨이퍼 상의 퇴적이 영향을 받을 수 있다. 유동 제어 배기구는, 도 1을 참조하여 설명된 프로세스 가스 영역(120)과 같은 처리 영역에 걸쳐 바이어스 유동 필드를 달성하기 위해서 구역 주입구(zonal inject)와 같은 다른 유동 제어 메커니즘들과 통합될 수 있다. 유동 제어 배기구는 유동 제어 가스 유출구와 같은 장치를 통해 달성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 일 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구(200)를 도시한다. 일 실시예에서, 도 1을 참조하여 설명된 가스 유출구(142)는 유동 제어 가스 유출구(200)일 수 있다. 유동 제어 가스 유출구는 가스 유출구 바디(245)에 형성된 어퍼쳐(202)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 유동 제어 가스 유출구(200)는 다양한 형태를 갖는 어퍼쳐(202)를 가질 수 있고, 그에 의해 가스 유출구(200)에 들어가는 가스들은 개구에 대한 위치에 의해 결정되는 대로의 상이한 속도를 가질 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구(200)이다. 여기에서는 어퍼쳐(202)가 가스 유출구 바디(245)에 의해 완전히 둘러싸인 것으로 도시되어 있지만, 어퍼쳐(202)는 컴포넌트들의 조합으로 개구로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 어퍼쳐(202)는 챔버 벽(도시되지 않음)과 가스 유출구 바디(245) 사이에 형성된 개구일 수 있다. 본 명세서에 직접적으로 설명되지 않고서 추가적인 구성들이 고려된다.
본 실시예에서, 어퍼쳐(202)는 내부에 형성된 복수의 유동 제어 구조물을 갖는데, 여기에서는 제1 구조물(220), 제2 구조물(222) 및 제3 구조물(224)로서 도시되어 있다. 하나 이상의 실시예에서, 유동 제어 구조물들은 3개보다 많거나 적을 수 있다. 제1 구조물(220), 제2 구조물(222) 및 제3 구조물(224) 각각은 다양한 형상을 가질 수 있고, 그에 의해 잔존 가스들(present gases)(255)이 챔버를 빠져나갈 때에 이러한 가스들의 방향성 및 속도를 제어하기 위해 진입의 각도 및 진입을 위한 공간 둘 다가 이용될 수 있다. 잔존 가스들은 처리 동안 존재할 수 있는 프로세스 가스, 퍼지 가스 또는 다른 가스를 포함할 수 있다. 제1 구조물(220), 제2 구조물(222) 및 제3 구조물(224)(또는 3개보다 많거나 적은 구조물이 사용될 때에는 추가 구조물들) 각각을 위해 이용되는 형상들은 서로 상이할 수 있고, 그에 의해 각각의 구조물은 잔존 가스(255)에서 정의가능한 구역을 생성한다.
본 실시예에서, 제1 구조물(220) 및 제3 구조물(224)은 제2 구조물(222)보다 작다. 따라서, 제2 구조물(222)에 근접한 가스들은, 진공 펌프(144)가 동작할 때, 제1 구조물(220) 또는 제3 구조물(224)에 근접한 가스들과 비교하여, 더 높은 용적 및 더 낮은 속도에서 유동할 수 있을 것으로 예상된다.
도 2b는 도 2a에 설명된 유동 제어 가스 유출구(200)에 관하여 예상되는 바와 같은 잔존 가스(255)의 부감도이다. 잔존 가스(255)는 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 가스 유입구(136)로부터 전달될 수 있다. 잔존 가스(255)는 기판 지지체(206) 상에 위치되는 기판(208) 위에서 특정 유량 및 특정 유속으로 유동한다. 다음으로, 잔존 가스(255)는 유동 제어 가스 유출구(200)에 의해 수취된다. 제1 구조물(220), 제2 구조물(222) 및 제3 구조물(224)의 형상들에 기초하여, 이러한 구조물들 근처에서 잔존 가스(255)의 유량 및 유속이 변경된다. 따라서, 제1 구조물(220), 제2 구조물(222) 및 제3 구조물(224)은 제1 구역(260), 제2 구역(262) 및 제3 구역(264)을 생성한다. 다른 구조물이 특정 구역에서 잔존 가스(255)의 유동을 변경하지 않았다고 가정하면, 제2 구역(262)은 제1 구역(260) 및 제3 구역(264)보다 느리게 유동할 것으로 예상된다.
도 2c는 다른 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구(210)를 도시한다. 본 실시예에서, 어퍼쳐(202)는 가스 유출구 바디(245)에 형성된 3개의 유동 제어 구조물을 갖는데, 여기에서는 제1 구조물(226), 제2 구조물(228) 및 제3 구조물(230)로서 도시되어 있다. 제1 구조물(226) 및 제3 구조물(230)은 제2 구조물(228)보다 크다. 따라서, 제2 구조물(228)에 근접한 가스들은, 진공 펌프(144)가 동작할 때, 제1 구조물(226) 또는 제3 구조물(230)에 근접한 가스들과 비교하여, 더 낮은 용적 및 더 높은 속도에서 유동할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 본 실시예에서, 잔존 가스(255)가 유동 제어 가스 유출구에 접근함에 따라, 잔존 가스(255)는 에지들에서보다 중앙에서 더 빠르게 유동할 것이다.
도 2d는 다른 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구(212)를 도시한다. 본 실시예에서, 어퍼쳐(202)는 가스 유출구 바디(245)에 형성된 2개의 유동 제어 구조물을 갖는데, 여기에서는 제1 구조물(232) 및 제2 구조물(234)로서 도시되어 있다. 이전의 실시예들에 도시된 제3 구조물은 생략되었으며, 이는 정의가능한 구역들의 총 수를 감소시키면서, 잔존 가스(255)에서 생성되는 구역들의 크기를 증가시킨다. 제1 구조물(232)은 제2 구조물(234)보다 작다. 따라서, 제2 구조물(234)에 근접한 가스들은, 진공 펌프(144)가 동작할 때, 제1 구조물(232)에 근접한 가스들과 비교하여, 더 높은 용적 및 더 낮은 속도에서 유동할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 본 실시예에서, 잔존 가스(255)는 제2 에지에서보다 제1 에지에서 더 빠르게 유동할 것이다.
도 2e는 다른 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구(214)를 도시한다. 본 실시예에서, 어퍼쳐(202)는 가스 유출구 바디(245)에 형성된 2개의 유동 제어 구조물을 갖는데, 여기에서는 제1 구조물(236) 및 제2 구조물(238)로서 도시되어 있다. 이전의 실시예들에 도시된 제3 구조물은 생략되었으며, 이는 정의가능한 구역들의 총 수를 감소시키면서, 잔존 가스(255)에서 생성되는 구역들의 크기를 증가시킨다. 제1 구조물(236)은 제2 구조물(238)보다 크다. 따라서, 제2 구조물(238)에 근접한 가스들은, 진공 펌프(144)가 동작할 때, 제1 구조물(236)에 근접한 가스들과 비교하여, 더 낮은 용적 및 더 높은 속도에서 유동할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 본 실시예에서, 잔존 가스(255)는 제1 에지에서보다 제2 에지에서 더 빠르게 유동할 것이다.
도 2f는 다른 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구(216)를 도시한다. 본 실시예에서, 어퍼쳐(202)는 가스 유출구 바디(245)에 형성된 3개의 유동 제어 구조물을 갖는데, 여기에서는 제1 구조물(240), 제2 구조물(242) 및 제3 구조물(244)로서 도시되어 있다. 여기에서는, 제1 구조물(240)이 제2 구조물(242)보다 작고, 제2 구조물이 제3 구조물(244)보다 작은 것으로 도시되어 있다. 따라서, 잔존 가스(255)는 제1 구조물(240) 부근에서 최저 용적 및 최고 속도로 유동할 것으로 예상된다. 또한, 도 2b를 참조하여 설명된 제1 구역(260)으로부터 제3 구역(264)으로 가면서 점진적으로, 유동 용적은 증가하는 한편, 유동 속도는 감소할 것이다.
도 2g는 다른 실시예에 따른 유동 제어 가스 유출구(218)를 도시한다. 본 실시예에서, 어퍼쳐(202)는 가스 유출구 바디(245)에 형성된 3개의 유동 제어 구조물을 갖는데, 여기에서는 제1 구조물(246), 제2 구조물(252) 및 제3 구조물(248)로서 도시되어 있다. 여기에서는, 제1 구조물(246)이 제2 구조물(252)보다 작고, 제2 구조물이 제3 구조물(248)보다 작은 것으로 도시되어 있다. 가스 유출구 바디(245)의 저부 에지와 어퍼쳐(202)의 저부 에지 사이에서의 제1 구조물(246) 상의 스페이싱의 변화가 또한 도시되어 있다. 따라서, 잔존 가스(255)는 제1 구조물(246) 부근에서 최저 용적 및 최고 속도로 유동할 것으로 예상된다. 또한, 도 2b를 참조하여 설명된 제1 구역(260)으로부터 제3 구역(264)으로 가면서 점진적으로, 유동 용적은 증가하는 한편, 유동 속도는 감소할 것이다.
위에서 설명된 실시예들 중 하나 이상에서, 유동 제어 가스 유출구(218)는 유동 제어 인서트(flow control insert)일 수 있다. 유동 제어 인서트들은 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 도시된 바와 같이 하나 이상의 유동 제어 구조물을 가질 수 있다. 유동 제어 인서트들은 처리 챔버의 온도 및 화학적 성질(chemistry)에 저항성이 있는 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 유동 제어 인서트는 석영으로 이루어진다. 동작 시에, 유동 제어 배기구는 복수의 유동 제어 인서트로부터 선택되는 위치제어된(positioned) 유동 제어 인서트를 포함할 수 있다. 위치제어된 유동 제어 인서트는 유동 제어 배기구의 하나 이상의 유동 파라미터를 변경하기 위해 복수의 유동 제어 인서트 중 하나와 교환될 수 있다. 교환은 예컨대 동작 사이클들 사이에서 수동으로 행해질 수 있거나, 또는 교환은 자동화된 시스템의 일부일 수 있다.
이론에 얽매이는 것으로 의도하지 않고, 가스 유입구에서의 유동만을 제어하도록 동작하는 설계들은 가스들이 가스 유출구에 접근할 때의 유동 제어는 갖지 않는다고 여겨진다. 표준 챔버들에서, 프로세스 가스는 챔버의 일 측부로부터 진입하여, 기판 위로 유동할 수 있다. 유동이 균일하게 유지되는 것을 보장하기 위해서 다양한 구조물들 및 설계들이 포함될 수 있다. 그러나, 잔존 가스가 다양한 장애물들과 접촉하므로, 이러한 유동의 균일성은 시간의 경과에 따라 감소된다. 위에서 도면들을 참조하여 설명된 것과 같은 유동 제어 가스 유출구를 통합함으로써, 챔버의 모든 지점에서의 가스 유동이 제어될 수 있다.
광폭 주입구
유동 필드의 구역 제어는 광폭 주입구 설계를 이용하여 상류에서 더 조작될 수 있다. 현재의 Epi 주입 가스는 하부 라이너에서의 개구들로부터 챔버에 진입한다. 이러한 설계들의 개구들은 웨이퍼 직경보다 약간 큰 전체 폭을 가질 수 있고, 개구들은 중심선으로부터 +45도 내지 -45도에 걸쳐 있을 수 있다. 광폭 주입구를 이용하는 실시예들은 더 큰 폭(span)으로부터 상부 라이너를 통해 가스를 전달한다. 광폭 주입구를 위한 홀들의 위치는 중심선으로부터 +90도 내지 -90도(둘레의 180도)에 있을 수 있다. 주입 입구는 슬롯들 또는 홀들의 형태일 수 있다. 또한, 주입 포트들은 웨이퍼에 대하여 기울어질 수 있고, 그에 의해 가스들은 비스듬히 기판에 전달된다. 이와 같이, 광폭 주입구 설계는 더 제어된 구역 유동을 생성할 수 있다. 추가로, 각각의 주입 포트는 웨이퍼까지의 더 짧은 경로를 가질 것이고, 이는 국소화된 균일성 제어가 더 효과적이게 한다. 더 큰 폭의 주입 각도는 또한 더 큰 반응 구역을 생성할 것이고, 이는 회전 및 프로세스 사이클로 인한 퇴적 불균일성을 감소시킬 수 있다.
도 3a는 일 실시예에 따른 광폭 주입구를 갖는 프로세스 챔버(300)의 상부 단면도를 도시한다. 프로세스 챔버(300)는 광폭 주입구(350)와 유체 연결된 기판 지지체(308)와 함께 도시되어 있다. 광폭 주입구(350)는 하나 이상의 주입 경로를 가질 수 있는데, 여기에서는 제1 경로(310), 제2 경로(312), 제3 경로(314), 제4 경로(316) 및 제5 경로(318)를 갖는 광폭 주입구(350)로서 도시되어 있다. 주입 경로들 각각은 적어도 하나의 주입 입구(302), 예컨대 7개의 주입 입구(302)를 가질 수 있다. 주입 경로들 전부가 적어도 하나의 주입 입구(302)와 유체 연결되는 한, 본 명세서에 설명된 실시예들로부터 벗어나지 않고서 더 많거나 더 적은 주입 입구들이 이용될 수 있다.
주입 경로들은 중심선(352)으로부터 -90도와 +90도 사이에 위치될 수 있다. 제1 경로(310)는 중심선(352)으로부터 -90도와 -25도 사이에서 선형 경로로서 도시되어 있다. 제2 경로(312)는 중심선(352)으로부터 -50도와 -10도 사이에서 선형 경로로서 도시되어 있다. 제3 경로(314)는 중심선(352)에 의해 양분되는 것으로서 도시되어 있는데, 제3 경로의 영역은 -10도와 +10도 사이에 있다. 제4 경로(316)는 중심선(352)으로부터 +10도와 +50도 사이에서 선형 경로로서 도시되어 있다. 제5 경로(318)는 중심선(352)으로부터 +25도와 +90도 사이에서 선형 경로로서 도시되어 있다. 주입 경로들 각각은 도시된 것과는 상이한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 또한, 주입 경로들의 배향 및 위치의 도시는 변경될 수 있고, 그에 의해 여기에 설명된 설계는 다른 주입구 설계들과 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 광폭 주입구 설계는 중심선(352)에 수직인 주입구와 통합된다.
주입 경로들 각각은 하나 이상의 주입 포트(320)와 연결될 수 있다. 주입 포트들(320)은 다른 주입 포트들(320)과는 별개의 방향성 및 속도로 프로세스 영역에 가스를 주입할 수 있다. 여기에서는 주입 포트들(320)이 대략 동일한 크기 및 형상을 갖는 것으로서 도시되어 있지만, 이것은 가능한 실시예들을 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 주입 포트들(320) 각각은 다른 주입 포트들(320)과 비교하여 독립적인 속도, 유량 및 방향성으로 프로세스 영역에 가스를 주입할 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들로부터 벗어나지 않고서 더 많거나 더 적은 주입 경로들 또는 주입 포트들(320)이 이용될 수 있다.
동작 시에, 프로세스 가스는 제1 속도, 유량 및 방향성으로 주입 입구들(302)을 통해 유동될 수 있다. 다음으로, 프로세스 가스는 주입 경로, 예컨대 제1 경로(310), 제2 경로(312), 제3 경로(314), 제4 경로(316) 및 제5 경로(318)로 이동할 수 있고, 이것은 프로세스 가스를 주입 포트들(320)을 향하여 재지향시킬 것이다. 다음으로, 주입 포트들(320)은 주입 포트(320)의 크기, 형상 및 각도에 기초한 제2 속도, 유량 및 방향성으로 프로세스 영역에 가스를 전달할 수 있다.
프로세스 가스는 주입 포트들(320)에 의해 처리 챔버에서의 하나 이상의 영역을 향하여 지향될 수 있다. 여기에 도시된 실시예에서, 주입 포트들(320)은 챔버에서의 초점을 향하여 프로세스 가스를 지향시킨다. 초점은 프로세스 챔버에서의 특정 영역 또는 프로세스 챔버의 특정 부분이거나, 프로세스 챔버 외부의 지점을 향할 수 있다. 또한, 주입 포트들(320)은 복수의 초점을 향하여 프로세스 가스를 지향시킬 수 있다. 열두(12)개의 주입 포트(320)를 갖는 것으로 여기에 도시된 예를 이용하면, 제1 내지 제3 주입 포트(320)는 프로세스 가스를 제1 초점에 지향시킬 수 있고, 제4 내지 제6 주입 포트(320)는 프로세스 가스를 제2 초점에 지향시킬 수 있고, 제7 내지 제9 주입 포트(320)는 프로세스 가스를 제3 초점에 지향시킬 수 있고, 제10 내지 제12 주입 포트(320)는 프로세스 가스를 제4 초점에 지향시킬 수 있다. 일 실시예에서, 초점은 유동 제어 가스 유출구(200)와 같은 처리 챔버의 배기 포트이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 광폭 주입구로부터 프로세스 챔버에 의해 수취되는 구역 유동을 도시한다. 여기에서는 기판(306)이 위에 배치되어 있는 기판 지지체(308)가 도시되어 있다. 필요한 컴포넌트들을 포함하는 특정 컴포넌트들이 명확성을 위해 여기에서는 도시되어 있지 않은 것으로 이해된다. 주입 포트들(320) 각각은 프로세스 가스를 프로세스 영역에 전달하여, 유동 필드(355)를 생성한다. 유동 필드(355)는, 전달되는 가스, 및 전달되는 가스의 속성들 중 하나 이상에 영향을 미칠 수 있는 프로세스 챔버에서의 컴포넌트들 및 프로세스 챔버에서 이러한 전달되는 가스가 수취되는 속도 및 유량의 조합이다.
주입 포트들로부터 수취되는 이러한 전달되는 가스의 각도들은 유동 필드(355)에서 하나 이상의 구역을 생성하는데, 여기에서는 제1 구역(360), 제2 구역(362), 제3 구역(364), 제4 구역(366) 및 제5 구역(368)으로 도시되어 있다. 이러한 구역들 각각은 다른 구역들과 상이한 속도, 유량 또는 방향성을 가질 수 있다.
이론에 얽매이는 것으로 의도하지 않고, 기판(306) 상에서의 위치에 기초한 가스 전달의 독립적인 제어는 더 균일한 퇴적 프로파일의 생성을 도울 수 있다고 여겨진다. 종래의 주입구 설계들은, 부분적으로는 주입 포트 또는 포트들로부터의 기판의 거리, 및 주입 포트 자체의 특성들로 인해, 제한된 튜닝만을 허용하였다. 광폭 주입구 설계는 유동 필드에서 불균일의 제어된 영역들을 생성할 수 있다. 유동을 활성화(energize)하고 지향시키기 위해서 유동 경로를 따른 주입 포트들의 위치 지정, 유량 및 속도가 이용될 수 있다. 따라서, 광폭 주입구 설계는 주입구로부터 배기구까지 기판을 따라 더 높은 균일성을 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스 챔버는 챔버 바디, 기판을 지지하기 위해 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체 - 기판 지지체는 일반적으로 프로세스 챔버의 처리 영역을 정의함 -, 및 처리 영역과 유체 연결된 광폭 주입구를 포함하며, 광폭 주입구는 링 형상을 갖는다. 또한, 광폭 주입구는 중심선, 복수의 주입 입구, 복수의 주입 입구 중 적어도 하나와 유체 연결된 복수의 주입 경로, 및 주입 경로들 중 적어도 하나와 유체 연결된 복수의 주입 포트를 가질 수 있다.
프로세스 챔버는, 주입 포트들 중 적어도 하나가 중심선과 각도를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 복수의 주입 포트가 중심선에 대하여 비스듬히 배향되는 것을 더 포함할 수 있고, 각각의 주입 포트는 처리 챔버에서의 초점에 가스 유동을 지향시킨다.
프로세스 챔버는, 주입 포트들 중 적어도 하나가 프로세스 챔버의 배기 포트를 향하여 가스 유동을 지향시키는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 주입 경로들 각각이 하나 이상의 주입 입구 중 적어도 하나에 독립적으로 연결되는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는 처리 영역과 유체 연결된 유동 제어 배기구를 더 포함할 수 있고, 유동 제어 배기구는 하나 이상의 유동 제어 구조물을 포함한다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 배기구가, 유동 제어 배기구의 하나 이상의 유동 파라미터를 정의하는 가변 단면(varying cross-section)을 갖는 교체가능한 유동 제어 인서트를 포함하는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 배기구가, 프로세스 챔버에서의 유동 균일성을 생성하기 위해 적어도 2개의 유동 구역을 정의하는 가변 단면을 갖는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 구역들이 프로세스 챔버에서의 가스 유동 불균일성을 감소시키는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 배기구가 3개의 유동 제어 구조물을 갖는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 배기구가 프로세스 가스의 속도 차이에 의해 정의된 적어도 2개의 구역을 생성하는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 구조물들이 프로세스 챔버의 중심선에 대하여 대칭인 것을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 프로세스 챔버는 챔버 바디, 기판을 지지하기 위해 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체, 기판 지지체 아래에 배치된 하부 돔, 하부 돔에 대향하여 배치된 상부 돔, 상부 돔과 하부 돔 사이에 배치된 베이스 링 - 상부 돔, 베이스 링 및 하부 돔은 일반적으로 프로세스 챔버의 처리 영역을 정의함 -, 및 처리 영역과 유체 연결된 유동 제어 배기구 - 유동 제어 배기구는 하나 이상의 유동 제어 구조물을 포함함 - 를 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 배기구가 3개의 유동 제어 구조물을 갖는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 배기구가 프로세스 가스의 속도 차이에 의해 정의된 적어도 2개의 구역을 갖는 것을 더 포함할 수 있다.
프로세스 챔버는, 유동 제어 배기구가 유동 제어 구조물들을 갖는 제거가능한 유동 제어 인서트를 포함하는 것을 더 포함할 수 있고, 유동 제어 인서트는 상이한 가스 유동 파라미터들을 갖는 적어도 2개의 유동 구역을 갖는다.
전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있다.
Claims (15)
- 프로세스 챔버로서,
챔버 바디;
기판을 지지하기 위해 상기 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 일반적으로 상기 프로세스 챔버의 처리 영역을 정의함 -; 및
상기 처리 영역과 유체 연결된(in fluid connection) 광폭 주입구(broad inject) - 상기 광폭 주입구는 링 형상을 가짐 -
를 포함하고,
상기 광폭 주입구는,
복수의 주입 입구들(inject entrances);
상기 복수의 주입 입구들 중 적어도 하나와 유체 연결된 복수의 주입 경로들;
상기 주입 경로들 중 적어도 하나와 유체 연결된 복수의 주입 포트들; 및
상기 처리 영역과 유체 연결된 유동 제어 배기구 - 상기 유동 제어 배기구는 복수의 유동 제어 구조물들을 갖는 어퍼쳐를 포함하고, 상기 복수의 유동 제어 구조물들 중 적어도 하나는 상기 기판 지지체의 전면과 직교하는 방향에서 상기 복수의 유동 제어 구조물들 중 다른 하나와는 상이한 단면 형상을 가짐 -
를 포함하는, 프로세스 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 광폭 주입구는 상기 주입 포트들 중 하나로부터 상기 유동 제어 배기구로의 중심선을 갖고, 상기 주입 포트들 중 적어도 하나는 상기 중심선과 각도를 형성하는, 프로세스 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 광폭 주입구는 상기 주입 포트들 중 하나로부터 상기 유동 제어 배기구로의 중심선을 갖고, 상기 복수의 주입 포트들은 상기 중심선에 대하여 비스듬히 배향되고, 각각의 주입 포트는 상기 프로세스 챔버에서의 초점에 가스 유동을 지향시키는, 프로세스 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 주입 포트들 중 적어도 하나는 상기 프로세스 챔버의 배기 포트를 향하여 가스 유동을 지향시키는, 프로세스 챔버. - 제4항에 있어서,
상기 주입 경로들 각각은 상기 복수의 주입 입구들 중 적어도 하나에 독립적으로 연결되는, 프로세스 챔버. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유동 제어 배기구는, 상기 유동 제어 배기구의 하나 이상의 유동 파라미터들을 정의하도록 구성된 교체가능한 유동 제어 인서트(flow control insert)를 포함하고, 상기 어퍼쳐는 상기 교체가능한 유동 제어 인서트 내에 위치된 상기 복수의 유동 제어 구조물들을 갖는, 프로세스 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 유동 제어 구조물들은 가변 크기를 갖고, 상기 유동 제어 구조물들은 상기 프로세스 챔버의 중심선에 대해 비대칭인, 프로세스 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 주입 경로들은 상기 프로세스 챔버의 중심선에 대해 -90도 내지 +90도로 위치되는, 프로세스 챔버. - 프로세스 챔버로서,
챔버 바디;
기판을 지지하기 위해 상기 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체;
상기 기판 지지체 아래에 배치된 하부 돔;
상기 하부 돔에 대향하여 배치된 상부 돔;
상기 상부 돔과 상기 하부 돔 사이에 배치된 베이스 링 - 상기 상부 돔, 상기 베이스 링 및 상기 하부 돔은 일반적으로 상기 프로세스 챔버의 처리 영역을 정의함 -; 및
상기 처리 영역과 유체 연결된 유동 제어 배기구 - 상기 유동 제어 배기구는 복수의 유동 제어 구조물들을 포함하고, 상기 복수의 유동 제어 구조물들 중 적어도 2개는 상기 베이스 링의 중심선에 수직인 방향에서 상이한 단면 형상들을 갖고, 상기 중심선은 상기 베이스링의 유입구로부터 상기 유동 제어 배기구로 연장됨 -
를 포함하는 프로세스 챔버. - 제10항에 있어서,
상기 유동 제어 배기구는 3개의 유동 제어 구조물을 갖는, 프로세스 챔버. - 제10항에 있어서,
상기 유동 제어 배기구는 프로세스 가스의 속도 차이에 의해 정의된 적어도 2개의 구역을 갖는, 프로세스 챔버. - 제10항에 있어서,
상기 유동 제어 배기구는 상기 유동 제어 구조물들을 갖는 제거가능한 유동 제어 인서트를 포함하고, 상기 유동 제어 인서트는 상이한 가스 유동 파라미터들을 갖는 적어도 2개의 유동 구역을 갖는, 프로세스 챔버. - 제13항에 있어서,
상기 유동 제어 구조물들은 가변 크기를 갖고, 상기 유동 제어 구조물들은 상기 처리 챔버의 중심선에 대해 비대칭인, 프로세스 챔버. - 프로세스 챔버로서,
챔버 바디;
기판을 지지하기 위해 상기 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 일반적으로 상기 챔버 바디 내의 처리 영역을 정의함 -;
상기 처리 영역과 유체 연결된 광폭 주입구 - 상기 광폭 주입구는 링 형상을 갖고, 상기 광폭 주입구는,
복수의 주입 입구들;
상기 복수의 주입 입구들 중 적어도 하나와 유체 연결된 복수의 주입 경로들; 및
상기 주입 경로들 중 적어도 하나와 유체 연결된 복수의 주입 포트들 - 상기 복수의 주입 포트들은 상기 챔버 바디의 중심선에 대하여 평행하지 않은 각도로 배향됨 -
을 포함함 -; 및
상기 처리 영역과 유체 연결된 유동 제어 배기구 - 상기 유동 제어 배기구는 복수의 유동 제어 구조물들을 갖는 어퍼쳐를 포함하고, 상기 복수의 유동 제어 구조물들 중 적어도 2개는 상기 주입 포트들 중 하나로부터 상기 유동 제어 배기구로 연장하는 중심선에 수직인 방향에서 상이한 단면 형상들을 가짐 -
를 포함하는 프로세스 챔버.
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