KR102346064B1 - 반도체 챔버에서의 웨이퍼 회전 - Google Patents

반도체 챔버에서의 웨이퍼 회전 Download PDF

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Abstract

기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 장치는 페데스탈 및 회전 부재를 포함하고, 페데스탈 및 회전 부재 양자 모두는 프로세싱 챔버 내에 이동 가능하게 배치된다. 회전 부재는 챔버에 배치된 기판을 회전시키도록 이루어진다. 기판은, 프로세싱 동안 에지 링에 의해 지지될 수 있다. 에지 링은 페데스탈 또는 회전 부재와 선택적으로 맞물릴(engage) 수 있다. 일 실시예에서, 에지 링은 증착 프로세스 동안에는 페데스탈과 맞물리고, 그리고 에지 링은 기판의 회전 동안에는 회전 부재와 맞물린다. 프로세싱 동안 기판의 회전은 불연속적(discrete)일 수 있거나 연속적(continuous)일 수 있다.

Description

반도체 챔버에서의 웨이퍼 회전{WAFER ROTATION IN A SEMICONDUCTOR CHAMBER}
[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 반도체 챔버에서의 기판 회전에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스 성능은 다양한 인자들에 의해 결정된다. 중요한 하나의 인자는 기판 상에 증착되는 필름들의 균일성이다. 기판의 표면에 걸쳐서 두께 변화가 최소화되도록 필름들을 균일하게 증착시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 기판의 표면에 걸쳐서 약 5% 미만의 두께 변화를 갖는 필름들을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
[0003] 그러나, 필름 균일성은, 특히, 가열기 온도, 챔버 지오메트리(geometry), 프로세스 가스 유동 불-균일성, 및 플라즈마 불-균일성등을 포함하여, 여러가지 인자들에 의해 악영향을 받을 수 있다. 이러한 인자들은, 기판의 표면 상에서의 불-균일한 필름들의 증착을 초래할 수 있고, 이는 궁극적으로 디바이스 성능을 감소시킬 수 있다.
[0004] 그러므로, 반도체 프로세싱에서 필름 균일성을 개선하는 장치 및 방법들에 대한 필요가 당 업계에 존재한다.
[0005] 일 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 장치가 제공된다. 장치는, 프로세싱 용적을 정의하는, 챔버 본체 및 페이스플레이트(faceplate)를 포함한다. 페데스탈(pedestal)은 프로세싱 용적 내에 이동 가능하게(moveably) 배치될 수 있고, 회전 부재(rotaion member)는 또한, 프로세싱 용적 내에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 회전 부재는 페데스탈로부터 방사상 외측으로 배치될 수 있다. 기판을 지지하도록 구성될 수 있는 에지 링은 페데스탈 또는 회전 부재와 선택적으로 인터페이싱하도록(interface) 이루어질 수 있다.
[0006] 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하는 방법이 제공된다. 방법은 제 1 포지션에서 기판 상에 필름의 제 1 부분을 증착시키는 단계를 포함한다. 그런 다음에, 필름의 제 1 부분의 증착은 정지되고, 기판은 제 1 포지션으로부터, 제 1 포지션과 상이한 제 2 포지션으로 회전될 수 있다. 그런 다음에, 필름의 제 2 부분은 제 2 포지션에서 기판 상에 증착될 수 있다.
[0007] 또 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하는 방법이 제공된다. 방법은, 프로세싱 챔버에 배치된 에지 링 상에 기판을 포지셔닝하는 단계, 에지 링을 페데스탈과 접촉시키는 단계, 페데스탈을 프로세싱 포지션으로 상승시키는 단계, 및 기판 상에 필름을 증착시키는 단계를 포함한다. 에지 링은 회전 부재와 접촉될 수 있고, 페데스탈은 프로세싱 포지션으로부터 하강될 수 있으며, 회전 부재는 회전될 수 있다.
[0008] 본 개시물의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된, 본 개시물의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시물의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시물이, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은, 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0010] 도 2a-2d는, 일 실시예에 따른, 다양한 기판 프로세싱 단계들 동안의, 도 1의 프로세싱 챔버를 예시한다.
[0011] 도 3a-3c는, 일 실시예에 따른, 다양한 기판 프로세싱 단계들 동안의, 도 1의 프로세싱 챔버를 예시한다.
[0012] 도 4는, 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0013] 도 5a-5f는, 일 실시예에 따른, 다양한 기판 프로세싱 단계들 동안의, 도 4의 프로세싱 챔버를 예시한다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해, 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이, 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다는 점이 고려된다.
[0015] 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 장치는 페데스탈 및 회전 부재를 포함하고, 페데스탈 및 회전 부재 양자 모두는 프로세싱 챔버 내에 이동 가능하게 배치된다. 회전 부재는 챔버에 배치된 기판을 회전시키도록 이루어진다. 기판은, 프로세싱 동안 에지 링에 의해 지지될 수 있다. 에지 링은 페데스탈 또는 회전 부재와 선택적으로 맞물릴(engage) 수 있다. 일 실시예에서, 에지 링은 증착 프로세스 동안에는 페데스탈과 맞물리고, 그리고 에지 링은 기판의 회전 동안에는 회전 부재와 맞물린다. 프로세싱 동안 기판의 회전은 불연속적(discrete)일 수 있거나 연속적(continuous)일 수 있다.
[0016] 도 1은 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도를 예시한다. 프로세싱 챔버(100)는, 프로세싱 용적(106)을 정의하는, 챔버 본체(102) 및 페이스플레이트(104)를 포함한다. 페데스탈(108) 및 회전 부재(114)는 프로세싱 용적(106)에 배치된다. 페데스탈(108) 및 회전 부재(114) 양자 모두는 챔버(100) 내에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 가스 소스(116) 및 RF 전력 소스(118)는 또한, 챔버(100)에 커플링될 수 있다.
[0017] 프로세싱 챔버(100)는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 챔버 또는 다른 플라즈마 강화 프로세싱 챔버일 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들로부터 이익을 향유할 수 있는 예시적인 프로세싱 챔버는, 캘리포니아 주, 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한, PECVD 가능한 챔버들 중 PRODUCER® 시리즈이다. 다른 제조업자들로부터 유사하게 장비된(equipped) 다른 프로세싱 챔버들이 또한, 본원에서 설명되는 실시예들로부터 이익을 향유할 수 있음이 고려된다.
[0018] 챔버 본체(102)는 베이스(128) 및 개구부(124)를 포함한다. 개구부(124)는, 프로세싱 용적(106)으로/으로부터의 기판(110)의 진입 및 진출을 허용하기 위해, 챔버 본체(102)에 형성될 수 있다. 슬릿 밸브(도시되지 않음)은, 프로세싱 용적(106)을 밀봉하기 위해, 개구부(124)에 인접한 챔버 본체(102)에 커플링될 수 있다. 챔버 본체(102)는 또한, 개구부(124)에 인접한, 이송 챔버(126) 또는 플랫폼에 커플링될 수 있다. 작동 시에, 로봇 블레이드(도시되지 않음) 또는 기판 취급 장치는, 기판(110)이 프로세싱될 수 있도록, 기판(110)을 이송 챔버(126)로부터 프로세싱 챔버(100)로 이송할 수 있다. 프로세싱된 기판들(110)은, 후속하는 프로세싱 작동들을 위해, 로봇 블레이드에 의해 프로세싱 챔버(100)로부터 개구부(124)를 통해 이송될 수 있다.
[0019] 페이스플레이트(104)는 가스 소스(116) 및 RF 전력 소스(118)에 커플링된다. 페이스플레이트(104)는 전기 전도성 재료, 예컨대, 알루미늄으로 형성될 수 있다. 가스 소스(116)는 프로세싱 가스들을 페이스플레이트(104)를 통해 프로세싱 용적(106)으로 전달하도록 구성된다. 적합한 프로세싱 가스들의 예들은 그룹 III, 그룹 IV, 그룹 V 전구체들, 및 이들의 조합들을 포함한다. 가스 소스(116)는 또한, 캐리어 가스들 및 불활성 가스들을 프로세싱 용적(106)에 전달할 수 있다. RF 전력 소스(118)는 RF 에너지를 페이스플레이트(104)에 전달하도록 구성된다. RF 에너지, 예컨대, 13.56MHz RF 에너지는, 프로세싱 용적(106)에서 플라즈마를 형성하기 위해, 가스 소스(116)로부터 제공되는 프로세싱 가스들을 에너자이징한다(energize). 일 실시예에서, RF 전력 소스(118)는 프로세싱 용적(106)에서 용량 결합(capacitively coupled) 플라즈마를 형성하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 페이스플레이트(104)는 전력이 공급될(powered) 수 있고, 페데스탈(108)은 접지될(grounded) 수 있다. 다른 예에서, 페이스플레이트(104)는 접지될 수 있고, 페데스탈(108)은 전력이 공급될 수 있다.
[0020] 페데스탈(108)은 기판 지지 표면(140) 및 스템(stem; 138)을 포함한다. 페데스탈은 금속성 또는 세라믹 재료, 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 질화물로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지 표면(140)은, 프로세싱 동안 기판(110)을 지지하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판 지지 표면(140)은, 프로세싱 동안 에지 링(112)을 지지하도록 구성될 수 있다. 스템(138)은 챔버 본체(102)의 베이스(128)를 통해 연장되며, 축(148)을 따라 축방향으로 페데스탈(108)을 이동시키도록 구성된 전력 소스(122)에 커플링될 수 있다. 가열기(136)는 또한, 페데스탈(108) 내에 배치될 수 있으며, 가열기(136)는 프로세싱 동안 기판(110)을 가열하도록 구성될 수 있다. 상승된 프로세싱 포지션에 있는 것으로 도시되었지만, 페데스탈(108)은 개구부(124)를 통해서 기판(110)을 수용하기 위해 하강될 수 있다. 따라서, 페데스탈(108)이 하강된 포지션에 있을 때, 기판 지지 표면(140)은 개구부(124)와 동일 평면상에(co-planar) 있을 수 있거나, 개구부(124) 살짝 아래에 있을 수 있다.
[0021] 하나 또는 그 초과의 리프트 핀들(130)은 페데스탈(108)에 커플링될 수 있다. 리프트 핀들(130)은, 페데스탈(108)을 형성하는 재료의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖는 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 리프트 핀들(130)은, 페데스탈(108)이, 하강된 포지션에 있을 때 로봇 블레이드로부터 기판(110)을 수용하기 위해, 페데스탈(108)을 통해서 기판 지지 표면(140) 위로 연장되도록 구성된다.
[0022] 리프트 핀들(130)은 접촉 부재(132) 및 액츄에이터(134)를 포함한다. 작동 시에, 페데스탈(108)이, 하강된 포지션에 있을 때, 액츄에이터(134)는 회전 부재(114)와 맞물릴 수 있고, 접촉 부재(132)가, 페데스탈(108)을 통해서 기판 지지 표면(140)을 넘어서 연장되도록 야기할 수 있다(도 2a에 더 상세하게 도시됨). 일 실시예에서, 페데스탈(108)이, 상승된 포지션에 있을 때, 액츄에이터(134)는 접촉 부재(132)를 기판 지지 표면(140) 아래로 후퇴시키기 위해, 무게가 나갈(weighted) 수 있다.
[0023] 이전에 언급된 바와 같이, 회전 부재(114)는 챔버(100)에 이동 가능하게 배치된다. 페데스탈(108)과 유사하게, 회전 부재(114)는 축(148)을 따라서 축방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 회전 부재(114)는 또한, 축(148)을 중심으로 회전할 수 있다. 예컨대, 회전 부재(114)는 페데스탈(108)의 스템(138)을 중심으로 회전할 수 있다. 회전 부재(114)는, 스템(138)에 인접한, 챔버 본체(102)의 베이스(128)를 통해 연장될 수 있다. 모터(120)는 회전 부재(114)에 커플링될 수 있고, 모터(120)는 회전 부재(114)를 축방향으로 이동시키도록, 그리고 축(148)을 중심으로 회전 부재(114)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 모터(120)는 로터리 서보 모터(rotary servo motor) 등일 수 있다.
[0024] 회전 부재(114)는, 회전 부재(114)로부터 연장되는 하나 또는 그 초과의 연장부들(146)을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 연장부들(146)은 서로 개별적일 수 있고, 페데스탈(108)이 하강된 포지션에 있을 때, 인접한 연장부들(146) 사이에서의 로봇 블레이드의 통과를 허용하기 위해 이격될 수 있다. 연장부들(146)은, 연장부들(146)이 페데스탈(108)의 방사상 외측으로 배치되도록 구성된다. 일 실시예에서, 회전 부재(114)는 3개의 연장부들(146)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 연장부들(146)은, 3개의 연장부들(146)을 포함하는 가상의 둘레를 따라서 서로 등거리(equidistant)에 있을 수 있다. 그러나, 회전 부재(114)가 더 많은 또는 더 적은 개수의 연장부들을 포함할 수 있다는 것이 고려된다.
[0025] 회전 부재(114) 및 연장부들(146)은 세라믹 재료, 예컨대, 실리콘 탄화물, 또는 석영 재료로 형성될 수 있다. 연장부들(146)은 에지 링(112)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 에지 링(112)은 세라믹 재료로 형성될 수 있고, 환형 형상을 가질 수 있다. 에지 링(112)은 페데스탈(108)의 기판 지지 표면(140) 또는 회전 부재(114)의 연장부들(146)과 맞물리도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 페데스탈(108)은 기판 지지 표면(140)의 둘레를 따라서 형성된 환형 렛지(ledge; 147)를 가질 수 있다. 환형 렛지(147)는, 페데스탈(108)이 프로세싱 포지션에 있을 때, 에지 링(112)에 커플링되고 에지 링(112)을 지지하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 에지 링(112)의 바닥 표면(142)은 기판 지지 표면(140) 또는 환형 렛지(147)와 접촉할 수 있다. 기판(100)은 에지 링(112)의 정상부 표면(144) 또는 기판 지지 표면(140)에 의해, 또는 에지 링(112)과 기판 지지 표면(140) 양자 모두의 조합에 의해 지지될 수 있다.
[0026] 에지 링(112)은 페데스탈(108)의 기판 지지 표면(140)으로부터 방사상 외측으로 연장되도록 크기가 정해질(sized) 수 있다. 이로써, 에지 링(112)의 직경은 기판 지지 표면(140)의 직경보다 더 클 수 있다. 에지 링(112)은 또한, 환형 렛지(147)의 방사상 외측으로 연장될 수 있다. 따라서, 페데스탈(108)을 넘어서 방사상으로 연장되는, 에지 링(112)의 바닥부 표면(142)의 부분은 회전 부재(114)의 하나 또는 그 초과의 연장부들(146)과 맞물리도록 구성될 수 있다.
[0027] 작동 시에, 회전 부재(114)는, 에지 링(112)을 페데스탈(108)로부터 상승시키기 위해 연장부들(146)이 에지 링(112)과 접촉하도록, 상승될 수 있다. 따라서, 에지 링(112) 상에 배치된 기판(110)은 기판 지지 표면(140)으로부터 상승될 수 있다. 대안적으로, 회전 부재(114)는 고정적으로 남아있을 수 있고, 페데스탈(108)이, 에지 링(112)이 연장부들(146)과 맞물리도록, 프로세싱 포지션으로부터 하강될 수 있다. 양자 모두의 예들에서, 에지 링(112), 및 에지 링(112) 상에 지지된 기판(110)은 페데스탈(108)로부터 이격될 수 있다. 페데스탈(108)로부터의 에지 링(112)의 상승은, 회전 부재(114)가, 페데스탈(108)에 대해서 축(148)을 중심으로 기판(110)을 회전시킬 수 있게 한다. 회전 부재(114)의 회전은 불연속적이거나 연속적일 수 있고, 회전 부재(114)의 수직 이동은, 에지 링(112)과 페데스탈(108) 사이의 거리를 갖는 갭을 생성하는데 활용될 수 있다. 회전 부재(114) 또는 페데스탈(108)의 포지셔닝은, 다양한 프로세스들의 증착 특성들에 영향을 주도록 갭 거리를 제어하기 위해 활용될 수 있다.
[0028] 도 2a-2d는, 다양한 기판(110) 프로세싱 작동들 동안의, 도 1의 프로세싱 챔버(100)를 예시한다. 가스 소스(116), RF 전력 소스, 모터(120), 및 전력 소스(122)는, 설명되는 실시예들을 불분명하게 하지 않기 위해서, 도 2a-2d에 도시되지는 않지만, 이러한 엘리먼트들은 도 2a-2d의 실시예들에 포함될 수 있다는 점이 고려된다. 도 2a는 기판(110)을 프로세싱 챔버(100)에 전달하는 로봇 블레이드(150)를 예시한다. 로봇 블레이드(150)는 이송 챔버(126)로부터 개구부(124)를 통해서 연장되고, 기판(110)을 프로세싱 용적(106)에 포지셔닝한다. 회전 부재(114)의 연장부들(146)은, 로봇 블레이드(150)의 방해받지 않는 통과를 허용하도록 포지셔닝될 수 있다. 리프트 핀들(130)의 접촉 부재들(132)은, 로봇 블레이드(150)로부터 기판(110)을 수용하기 위해 기판 지지 표면(140) 위로 연장되는 것으로 도시된다. 리프트 핀들(130)의 액츄에이터(134)는 회전 부재(114)와 접촉할 수 있고, 접촉 부재(132)로 하여금 페데스탈(108)을 통해 기판 지지 표면(140) 위로 연장되게 할 수 있다. 이러한 실시예에서, 회전 부재(114)는, 페데스탈(108)과 회전 부재(114)가 근접할 때, 리프트 핀(130) 액츄에이션을 가능하게 하기 위해 리프트 핀들(130)과 정렬될 수 있다.
[0029] 로봇 블레이드(150)가 기판(110)을 리프트 핀들(130) 상에 위치시킨 후에, 로봇 블레이드(150)는 프로세싱 용적(106)으로부터 후퇴할 수 있다. 도 2b는, 프로세싱 포지션으로 상승되는 페데스탈(108)을 예시한다. 회전 부재(114)는, 후속하는 작동에서, 기판(110)을 상승시키도록 이루어진 포지션(도 2c에 예시됨)으로, 축(148)을 중심으로 회전할 수 있다. 예시된 바와 같이, 리프트 핀들(130)은 회전 부재(114)로부터 맞물림 해제되고(disengaged) 기판(110)은 에지 링(112) 상에 놓인다. 일 실시예에서, 기판(110)은 또한 기판 지지 표면(140)과 접촉할 수 있다. 프로세싱 포지션에서, 기판(110)은 원하는 기간동안 프로세싱될 수 있다. 예컨대, 기판은 프로세싱 포지션에서 부분적으로 프로세싱되거나 완전히 프로세싱될 수 있다.
[0030] 도 2c는 페데스탈(108)로부터 기판(110)을 상승시키기 위한 작동들을 예시한다. 이러한 작동 동안에, 페데스탈(108)은, 에지 링(112)이 연장부들(146)과 접촉하도록, 프로세싱 포지션으로부터 하강된다. 페데스탈(108)은 기판 지지 표면(140)으로부터 에지 링(112)/기판(110)을 이격시키기 위해 추가적으로 하강될 수 있다. 페데스탈(108)은, 에지 링(112)을 연장부들(146) 상에 맞물리게 하지만 리프트 핀들(130)과 회전 부재(114) 사이의 접촉은 피하기에 충분히 큰 거리만큼 하강될 수 있다. 결과적으로, 기판은 페데스탈(108)로부터 완전하게 디커플링되고(decoupled), 연장부들(146)은 단독으로 에지 링(112)을 지지하며, 에지 링(112) 상에는 기판(110)이 배치된다.
[0031] 도 2d는 회전 부재(114)를 통한 기판(110)의 회전을 예시한다. 이전에 설명된 바와 같이, 에지 링(112)은 페데스탈(108)로부터 디커플링되고, 회전 부재(114)는 기판(110)을 회전시키기 위해 축(148)을 중심으로 회전할 수 있다. 기판(110)의 회전은 페이스플레이트(104) 및 페데스탈(108)에 대한 기판(110)의 포지션을 변화시킨다. 일 실시예에서, 회전 부재(114)는 축(148)을 중심으로 약 1° 내지 약 360°, 예컨대, 약 30° 내지 약 270°, 예컨대, 약 90° 내지 약 180° 회전할 수 있다. 도 2a-2d와 관련하여 설명된 실시예들에서, 회전 부재(114)는, 설명된 동작들 전반에 걸쳐서, 프로세싱 용적(106) 내에서 단일 높이(single elevation)를 유지할 수 있다.
[0032] 기판(110)의 프로세싱은, 만족스러운 필름이 기판 상에 형성될 때까지, 도 2b-2d에 설명된 실시예들을 반복하는 것에 의해 진행될 수 있다. 그런 다음에, 기판(110)은 도 2a와 관련하여 설명된 실시예들을 활용하여 챔버(100)로부터 제거될 수 있다. 상기 실시예들은 프로세싱 동안에 기판(110)의 불연속적인 회전을 제공한다. 일 실시예에서, 기판(110)이 페이스플레이트(104)에 대해 4개의 별개의 배향들에 있을 때 기판(110) 상에서의 증착이 수행되도록, 기판(110)은 약 90° 회전될 수 있고, 4회 프로세싱될 수 있다.
[0033] 도 3a-3c는, 다양한 기판 프로세싱 작동들 동안의, 도 1의 프로세싱 챔버(100)를 예시한다. 도 3a-3c와 관련하여 설명되는 실시예들에서, 기판(110)은 필름의 증착 동안에 연속적으로 회전된다. 도 3a 및 3b는, 각각, 도 2a 및 2b와 유사하고, 도 2a 및 2b의 설명은 위에서 발견할 수 있다. 도 3b에서, 연장부들(146)은 에지 링(112)과 접촉할 수 있거나 접촉하지 않을 수 있다. 그러나, 에지 링(112)은 페데스탈(108)에 의해 지지된 상태로 남는다.
[0034] 도 3b에 예시된 상승된 프로세싱 포지션으로부터, 페데스탈(108)은, 연장부들(146)이 에지 링(112)과 접촉하고 에지 링(112)을 지지하도록, 거리(302)만큼 하강된다. 따라서, 에지 링(112) 및 기판(110)은 기판 지지 표면(140)으로부터 디커플링된다. 거리(302)는 또한, 기판 지지 표면(140)과 에지 링(112)의 바닥부 표면 사이의 이격된 관계를 정의할 수 있다. 일 실시예에서, 거리(302)는 약 0.01인치 내지 약 1인치일 수 있다. 대안적으로, 거리(302)는 기판(110)과 기판 지지 표면(140) 사이의 이격된 관계를 정의할 수 있다.
[0035] 페데스탈(108)을 하강시키고 에지 링(112)/기판(110)을 디커플링하는 것은, 회전 부재(114)가 에지 링(112)/기판(110)을 축(148)을 중심으로 회전시킬 수 있게 한다. 기판(110) 상에서의 필름의 증착은, 회전 부재(114)가 에지 링(112)/기판(110)을 회전시키는 동안 진행될 수 있다. 회전 부재(114)의 회전은 증착 프로세스의 전체 기간 동안 또는 증착 프로세스의 일부 동안 계속될 수 있다. 에지 링(112)/기판(110) 사이의 이격된 관계는, 증착 동안 회전을 허용할뿐만 아니라, 기판 지지 표면(140)과 기판(110) 사이의 근접함의 결과로서, 기판(110)을 가열하는 페데스탈(108)의 능력을 유지한다.
[0036] 도 4는 프로세싱 챔버(400)의 개략적인 단면도를 예시한다. 챔버(400)는 도 1과 관련하여 설명된 챔버(100)와 유사할 수 있으며, 챔버(400)와 관련하여 설명되는 실시예들이 챔버(100)에서 활용될 수 있고 그 반대도 마찬가지라는 점이 고려된다. 예컨대, 도 4에는 도시되지 않았지만, 챔버(100)의 리프트 핀들(130)은 챔버(400)에서 활용될 수 있다. 챔버(400)는 부가적으로, 새도우 링(shadow ring; 402), 전극(404), 및 라이너(liner; 414)를 포함할 수 있다. 새도우 링(402)은 에지 링(112)을 형성하기 위해 활용되는 재료와 유사한 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 새도우 링(402)은, 페데스탈(108) 및 회전 부재(114)의 포지션들에 따라서, 전극 연장부(406) 또는 에지 링(112)의 정상부 표면(144) 상에 배치될 수 있다. 새도우 링(402)은 형상이 환형일 수 있고, 기판(110)의 에지 근처에서의 증착을 방지하기 위해, 새도우 링(402)의 부분은 기판(110)의 에지 위로 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 새도우 링(402)은 선택적일 수 있다.
[0037] 전극(404)은, 페이스플레이트(104)에 인접한 챔버 본체(102)에 커플링될 수 있고, 프로세싱 용적(106)에서 기판(110) 위에 형성되는 플라즈마에 영향을 주도록 구성될 수 있다. 전극(404)은, 기판(110) 상에서의 필름 증착에 영향을 주기 위해 플라즈마의 형상, 밀도, 및 다양한 다른 특성들에 영향을 미치는 전류를 생성할 수 있다. 전극 연장부(406)는 챔버 본체(102)로부터 방사상 내측으로 연장될 수 있고, 새도우 링이 에지 링(112)에 의해 지지되지 않을 때 새도우 링(402)을 지지하도록 구성될 수 있다(도 5a-5b 참고).
[0038] 라이너(414)는, 챔버 본체(102)의 베이스(128)에 커플링된 세라믹 플레이트를 포함한다. 라이너(414)는 베이스(128)에 대한 RF 커플링을 방지하는데 활용될 수 있고, 또한, 챔버(400) 상에서 수행되는 세정 및 유지 절차들의 효율을 개선할 수 있다. 라이너 포트(port)(416)는 라이너(414)를 통해 형성될 수 있다. 펌프(412)는 또한, 펌프(412)가 프로세싱 용적(106)과 유체 연통하도록(in fluid communicaiton), 챔버(400)에 커플링될 수 있다. 펌프(412)는 라이너 포트(416)를 통해서 프로세싱 용적(106)을 배기할 수 있고, 챔버(400) 내에서 진공을 생성할 수 있다.
[0039] 프로세싱 용적(106)의 상부 영역(408)은 기판 지지 표면(140)과 페이스플레이트(104) 사이의 거리로서 대략적으로 정의될 수 있다. 상부 영역(408) 거리는 약 0.2인치 내지 약 3인치, 예컨대, 약 0.75인치 내지 약 1.25인치, 예컨대, 1인치일 수 있다. 프로세싱 용적(106)의 하부 영역(410)은 기판 지지 표면(140)과 베이스(128) 또는 라이너(414) 사이의 거리로서 대략적으로 정의될 수 있다. 하부 영역(410) 거리는 약 1인치 내지 약 4인치, 예컨대, 약 1.5인치 내지 약 2.5인치, 예컨대, 2인치일 수 있다. 일 실시예에서, 하부 영역(410)은 프로세싱 용적(106)의 대략 50%를 포함한다.
[0040] 도 5a-5f는, 다양한 기판 프로세싱 작동들 동안의, 도 4의 프로세싱 챔버(400)를 예시한다. 가스 소스(116), RF 전력 소스, 모터(120), 및 전력 소스(122)는, 설명되는 실시예들을 불분명하게 하지 않기 위해서, 도 5a-5f에 도시되지는 않지만, 이러한 엘리먼트들은 도 5a-5f의 실시예들에 포함될 수 있다는 점이 고려된다. 부가적으로, 리프트 핀들(130)은 페데스탈(108)에 커플링될 수 있지만, 명료함을 위해서 도시되지 않는다.
[0041] 도 5a는, 도 2a 및 3a와 유사하고, 도 2a 및 3a의 설명은 위에서 발견할 수 있다. 회전 부재(114)가, 하강된 포지션에 있을 때, 연장부들(146)은, 프로세싱 용적(106)으로의 기판(110)의 방해받지 않는 전달을 허용하기 위해, 로봇 블레이드(150)의 이동 평면(plane of travel) 아래에 남아 있을 수 있다. 일 실시예에서, 도 4 및 5a-5f에 예시된 연장부들(146)의 길이는, 도 1, 도 2a-2d, 및 도 3a-3c에 예시된 연장부들(146)의 길이 미만일 수 있다. 도 5b는 회전 부재(114)를 살짝 상승된 포지션으로 예시하고, 그러한 포지션에서, 연장부들(146)은 기판(110)을 페데스탈(108) 위로 상승시키기 위해 에지 링(112)과 접촉한다.
[0042] 도 5c는 상승된 프로세싱 포지션들에 있는 회전 부재(114) 및 페데스탈(108)을 예시한다. 페데스탈(108) 및 회전 부재(114)는, 에지 링(112)을 지지하는 회전 부재(114)와 함께, 또는 에지 링(112)을 지지하는 페데스탈(108)과 함께 상승될 수 있다. 예시된 바와 같이, 기판이 최종 프로세싱 포지션에 포지셔닝될 때, 에지 링(112)은 기판 지지 표면(140) 또는 환형 렛지(147) 상에 배치될 수 있다. 연장부들(146)은 에지 링(112)과 접촉된 상태로 남을 수 있거나, 에지 링(112)과의 접촉으로부터 벗어나 하강될 수 있지만, 대부분의 실시예들에서, 에지 링(112)은 페데스탈(108)에 의해 지지될 것이다. 기판(110)이, 상승된 프로세싱 포지션에 있는 상태에서, 필름의 적어도 부분의 증착이 진행될 수 있다. 일 실시예에서, 원하는 필름 두께의 약 4분의 1이 증착될 수 있다.
[0043] 도 5d는 페데스탈(108)로부터의 에지 링(112)/기판(110)의 분리를 예시한다. 페데스탈(108)은 하강되지만 회전 부재(114)는 도 5c에 예시된 포지션에 남아있거나, 또는 일 실시예에서는, 회전 부재(114)는 상승될 수 있다. 어느 실시예에서든, 에지 링(112)/기판(110)은 기판 지지 표면(140)으로부터 이격된다.
[0044] 도 5e는 회전 부재(114)에 의한 에지 링(112)/기판(110)의 회전을 예시한다. 에지 링(112)/기판(110)이 페데스탈로부터 이격된 이후에, 회전 부재(114)는 축(148)을 중심으로 회전할 수 있다. 일 실시예에서, 회전 부재(114)는 약 60° 내지 약 120°, 예컨대, 약 90° 회전할 수 있다.
[0045] 도 5f는, 프로세싱 포지션으로 상승하는 페데스탈(108)을 예시한다. 예시된 바와 같이, 페데스탈(108)은 에지 링(112)/기판(110)과 접촉하기 위해 상승될 수 있다. 페데스탈과 에지 링(112)/기판(110) 사이의 접촉을 다시 맞물리게(reengage) 하기 위해 회전 부재(114)가 또한, 살짝 하강될 수 있다는 점이 고려된다. 이러한 실시예에서의 회전 부재(114) 및 페데스탈(108)의 포지션들은 도 5c에 예시된 회전 부재(114) 및 페데스탈(108)의 포지션들과 유사하다. 상기 설명된 바와 같이 필름의 부분의 증착이 진행될 수 있다.
[0046] 도 5d-5f와 관련하여 설명된 프로세스들은, 원하는 필름 두께가 달성될 때까지 반복될 수 있다. 일 실시예에서, 에지 링(112)/기판(110)은 약 90°만큼 4회 회전될 수 있으며, 각각의 회전 사이에, 원하는 필름 두께의 4분의 1이 증착된다. 예컨대, 기판(110)의 제 2 포지션은 기판(110)의 제 1 포지션으로부터 약 90°만큼 회전될 수 있다. 기판(110)의 제 3 포지션은 기판(110)의 제 2 포지션으로부터 약 90°만큼 회전될 수 있다. 기판(110)의 제 4 포지션은 기판(110)의 제 3 포지션으로부터 약 90°만큼 회전될 수 있다. 제 1 포지션, 제 2 포지션, 제 3 포지션, 및 제 4 포지션은 서로 상이할 수 있다. 페이스플레이트(104) 및 페데스탈(108)에 대한 기판(110)의 회전이, 기판(110)의 표면에 걸쳐서, 증착된 필름의 두께 균일성을 개선할 수 있다고 여겨진다.
[0047] 원하는 두께로 필름이 증착된 후에, 페데스탈(108) 및 회전 부재(114)는, 도 5a에 예시된 포지션으로 함께 하강될(co-lowered) 수 있다. 이러한 포지션으로부터, 기판(110)은 챔버(400)로부터 제거될 수 있고, 프로세스는 다른 기판에 대해서 반복될 수 있다. 도 4 및 도 5a-5f에서 설명된 회전 부재(114)는 축방향으로뿐만 아니라 회전방향으로도(rotationally) 이동할 수 있다. 도 5a-5f에서 설명된 프로세스는 불연속적인 회전 및 증착 프로세스를 예시하지만, 예컨대, 도 3a-3c와 관련하여 설명된 실시예들과 유사하게, 증착 및 회전 프로세스는 연속적일 수 있다는 것이 고려된다. 본원에서 활용되는 바와 같이, 불연속적인 회전 및 증착 프로세스는, 필름의 부분을 증착시키는 단계, 증착을 정지하고 기판을 회전시키는 단계, 및 기판이 회전된 후에 증착을 재개하는 단계로서 정의될 수 있다. 연속적인 회전 및 증착 프로세스에서, 기판 상에서의 증착은, 기판이 회전되는 동안 진행된다.
[0048] 본원에서 설명되는 실시예들은, PECVD 가능한 챔버들에서, 기판의 표면에 걸쳐서, 개선된 필름 두께 균일성을 제공한다. 다른 유형들의 반도체 프로세싱 챔버가, 본원에서 설명되는 실시예들로부터 이익을 향휴할 수 있다는 것이 고려된다. 기판은, 회전 부재가, 프로세싱 용적 내에서, 에지 링 및 기판을 회전시키는 것을 허용하기 위해, 에지 링에 의해 페데스탈로부터 디커플링될 수 있다. 회전은 불연속적이거나 연속적일 수 있고, 필름의 증착은 불연속적이거나 연속적일 수 있다. 본원에서 설명되는 개별적인 실시예들은, 필름 두께 균일성에서의 개선들을 실현하기 위해, 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 따라서, 개선된 두께 균일성 프로파일들을 갖는 필름들을 형성하는 것은 개선된 반도체 디바이스들을 제공할 수 있다.
[0049] 전술한 내용은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 본 개시물의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 개시물의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판을 프로세싱하기 위한 장치로서,
    프로세싱 용적(processing volume)을 정의하는, 챔버 본체 및 페이스플레이트(faceplate);
    상기 프로세싱 용적 내에 이동 가능하게(moveably) 배치되는 페데스탈(pedestal);
    상기 페데스탈로부터 방사상 외측으로(radially outward) 상기 프로세싱 용적 내에 이동 가능하게 배치되는 회전 부재(rotation member);
    기판을 지지하도록 구성된 에지 링(edge ring)을 포함하고,
    상기 에지 링은 상기 페데스탈 또는 상기 회전 부재와 선택적으로 인터페이싱하도록(interface) 이루어지는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페이스플레이트에 인접한 상기 챔버 본체 상에 배치된 튜닝 가능한(tunable) 전극을 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 전극은 지지 렛지(ledge)를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에지 링의 정상부 표면에 커플링되도록 이루어진 새도우 링(shadow ring)을 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 전극의 상기 지지 렛지에 커플링되도록 이루어진 새도우 링을 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 본체의 바닥부 표면에 커플링되는 라이너 조립체(liner assembly)를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 페데스탈을 통해 커플링되는 복수의 리프트 핀들(lift pins)을 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 페데스탈, 상기 회전 부재, 상기 에지 링, 및 상기 새도우 링은 유사한 열 팽창 계수를 갖는 재료들로 형성되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 페데스탈, 상기 회전 부재, 상기 에지 링, 및 상기 새도우 링은 세라믹 재료들로 형성되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 페데스탈은 알루미늄 또는 알루미늄 질화물을 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 복수의 개별적인 연장부들을 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
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