KR102381819B1 - 개선된 열 처리 챔버 - Google Patents

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조셉 엠. 라니쉬
아론 뮤어 헌터
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 명세서에 설명된 실시예들은 기판 처리 장치를 제공하는데, 이 기판 처리 장치는 제1 돔과 제2 돔을 포함하는 진공 챔버; 제1 돔과 제2 돔 사이에서 진공 챔버 내부에 배치된 기판 지지체; 및 제2 돔에 근접하게 위치되며, 구획된 하우징 내에 배열된 시준 에너지 소스를 포함하고, 제2 돔은 시준 에너지 소스와 기판 지지체 사이에 있다. 기판 지지체 및 제2 돔의 적어도 일부는 시준 에너지 소스로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명할 수 있다.

Description

개선된 열 처리 챔버{IMPROVED THERMAL PROCESSING CHAMBER}
반도체 처리를 위한 장치가 본 명세서에 개시되어 있다. 더 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 실시예들은 퇴적 프로세스에서 기판을 가열하기 위한 장치에 관한 것이다.
집적 회로들의 제조에서, 반도체 기판들 상에 다양한 재료들의 막들을 퇴적하기 위해 화학 기상 증착(CVD) 또는 에피택시 프로세스들과 같은 퇴적 프로세스들이 이용된다. 에피택시는 반도체 기판들 상에 매우 얇은 재료 층들을 형성하기 위해 반도체 처리에서 광범위하게 이용되는 프로세스이다. 이러한 층들은 흔히 반도체 디바이스의 가장 작은 피쳐들 중 일부를 정의하며, 결정질 재료들의 전기적 특성들이 요구되는 경우에 고품질의 결정 구조를 가질 수 있다. 기판이 배치되는 처리 챔버에 퇴적 프리커서(deposition precursor)가 통상적으로 제공되며, 기판은 원하는 특성들을 갖는 재료 층의 성장에 알맞은 온도로 가열된다.
일반적으로, 층들은 매우 균일한 두께, 조성 및 구조를 갖는 것이 요구된다. 국지적인 기판 온도, 가스 유동 및 프리커서 농도에서의 편차 때문에, 균일하며 반복가능한 특성들을 갖는 층들을 형성하는 것은 상당히 어렵다. 처리 챔버는 통상적으로 고진공, 전형적으로는 10 Torr 미만을 유지할 수 있는 용기(vessel)이고, 오염 물질의 도입을 회피하기 위해 용기 외부에 위치된 비시준 소스들(non-collimated sources), 예컨대 가열 램프들에 의해 열이 통상적으로 제공된다. 기판 온도의 제어 및 그에 따른 국지적인 층 형성 조건들의 제어는 가열 램프들로부터의 고확산성 열 에너지, 챔버 컴포넌트들의 열 흡수 및 방출, 그리고 처리 챔버 내부의 층 형성 조건들에 대한 센서들 및 챔버 표면들의 노출에 의해 복잡해진다. 온도 제어가 개선된 퇴적 챔버에 대한 필요성이 남아있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 기판 처리 장치를 제공하는데, 이 기판 처리 장치는, 제1 돔 및 제1 돔을 향하는 제2 돔을 포함하는 진공 챔버; 제1 돔과 제2 돔 사이에서 진공 챔버 내부에 배치된 기판 지지체; 및 제2 돔에 근접하게 위치되며, 구획된 하우징(compartmented housing) 내에 배열된 시준 에너지 소스(collimated energy source)를 포함하고, 제2 돔은 시준 에너지 소스와 기판 지지체 사이에 있다. 기판 지지체 및 제2 돔의 적어도 일부는 시준 에너지 소스로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명할 수 있다.
일 실시예에서, 기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는 제1 돔과 제2 돔을 포함하는 진공 챔버; 제1 돔과 제2 돔 사이에서 진공 챔버 내부에 배치되며, 제1 돔을 향하는 기판 지지체 - 기판 지지체는 퇴적 표면을 갖는 기판을 지지하도록 구성됨 -; 및 진공 챔버의 제2 돔에 근접하게 위치되는 구획된 하우징 내의 시준 에너지 소스를 포함하고, 기판 지지체 및 제2 돔의 적어도 일부는 시준 에너지 소스로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명하다.
다른 실시예에서, 기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는 제1 돔과 제2 돔을 포함하는 진공 챔버; 제1 돔과 제2 돔 사이에서 진공 챔버 내부에 배치되며, 제1 돔을 향하는 기판 지지체 - 기판 지지체는 퇴적 표면을 갖는 기판을 지지하도록 구성됨 -; 진공 챔버의 제2 돔에 근접하게 위치되는 구획된 하우징 내의 시준 에너지 소스; 및 시준 에너지 소스와 진공 챔버의 제2 돔 사이에 배치된 금속 부재를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는 제1 돔과 제2 돔을 포함하는 진공 챔버; 제1 돔과 제2 돔 사이에서 진공 챔버 내부에 배치되며, 제1 돔을 향하는 기판 지지체 - 기판 지지체는 퇴적 표면을 갖는 기판을 지지하도록 구성됨 -; 진공 챔버의 제2 돔에 근접하게 위치되는 구획된 하우징 내의 시준 에너지 소스; 및 시준 에너지 소스와 제2 돔 사이에 배치된 반사기를 포함한다.
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 예시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도들이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 하부 돔과 시준 에너지 소스 사이에 배치된 금속 플레이트의 평면도이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 일부의 개략적인 단면도들이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 굴절기의 측면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 구현예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 구현예들에서 유익하게 이용될 수 있을 것으로 고려된다.
퇴적 프로세스를 수행하면서 기판의 구역화된 온도 제어(zoned temperature control)를 할 수 있는 프로세스 챔버는 제1 돔, 측부 및 제2 돔을 갖는데, 이들 모두는 용기 내에 고진공이 확립될 때에 자신의 형상을 유지하는 능력을 갖는 재료로 이루어진다. 기판은 처리 챔버 내부에서 제2 돔 위에 있는 기판 지지체 상에 배치된다. 제2 돔에 근접하는 구획된 하우징 내에 시준 에너지 소스가 배치될 수 있고, 제2 돔은 시준 에너지 소스와 기판 지지체 사이에 위치될 수 있다. 기판 지지체 및 제2 돔의 적어도 일부는 시준 에너지 소스로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명하거나 투과성일 수 있다.
도 1a는 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는, 기판(108)의 퇴적 표면(116) 상의 재료의 퇴적을 포함하여, 하나 이상의 기판을 처리하는데 이용될 수 있다. 프로세스 챔버(100)는, 다른 컴포넌트들 중에서도, 프로세스 챔버(100) 내에 배치된 기판(108)의 후면(104)을 가열하기 위한 시준 에너지 소스(102)를 포함한다. 시준 에너지 소스(102)는 레이저 다이오드들, 파이버 레이저들, 파이버 결합된 레이저들 또는 복수의 발광 다이오드(LED)와 같은 복수의 레이저일 수 있다. 시준 에너지가 기판(108)에 전달되게 하는 것의 이점은 소스(102)가 기판(108)에 근접하지 않을 때에도 복사 패턴의 제어를 개선하는 것이다. 시준 에너지 소스(102)는 알려진 발산(divergence)으로 에너지를 방출한다. 시준 에너지 소스(102)의 발산도(degree of divergence)는 약 15도 FWHM(full-width at half-maximum)보다 작을 수 있다. 알려진 발산을 갖는 복사는 기판(108)과 같은 선택된 이미지 평면의 선택된 영역에 효율적으로 복사를 전달하는 광학계를 이용하여 제어될 수 있다. 기판 지지체(107)는 에지 링(105)을 지지할 수 있는 깔때기형(funnel-like) 기판 지지체일 수 있다. 에지 링(105)은 기판(108)의 에지로부터 기판(108)을 지지한다. 복수의 핀(110)이 기판 지지체(107) 상에 배치될 수 있고, 에지 링(105)은 핀들(110)에 의해 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 3개의 핀(110)이 존재한다. 일 실시예에서, 에지 링(105)은 존재하지 않고, 기판(108)은 복수의 핀(110)에 의해 지지된다. 기판 지지체(107)는 시준 에너지 소스(102)로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투과성이거나 투명한 재료로 이루어질 수 있고, 따라서 시준 에너지 소스(102)로부터의 시준 에너지, 예컨대 복수의 레이저 빔은 에너지의 손실 없이 기판(108)의 후면(104)을 가열할 것이다. 기판 지지체(107)를 위한 재료는 시준 에너지 소스(102)에 종속할 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지체(107)는 시준 에너지 소스(102)로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명한 석영으로 이루어진다. 광학적으로 투명하다는 것은 재료가 복사의 대부분을 투과시키고, 반사 및/또는 흡수는 거의 되지 않는다는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 기판 지지체(107)는 시준 에너지를 기판(108)의 후면(104)에 지향시키는 광학 피쳐들 또는 광학 요소들을 포함한다.
기판 지지체(107)는 상승된 처리 위치에 있는 것으로 도시되어 있지만, 리프트 핀들(109)이 렛지 또는 돌출부(111)에 접촉하고, 기판 지지체(107) 내의 홀들을 통과하여 기판(108)을 기판 지지체(107)로부터 상승시키는 것을 허용하기 위해서 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 처리 위치 아래에 있는 로딩 위치까지 수직으로 이동될 수 있다. 다음에, 로봇(도시되지 않음)이 프로세스 챔버(100)에 들어가서, 기판(108)에 맞물리고, 로딩 포트(103)를 통하여 기판(108)을 제거할 수 있다. 다음에, 기판 지지체(107)는, 기판의 디바이스 측(116)을 후면(104)의 반대로 향하게 한 채로 기판(108)을 핀들(110) 상에 배치하기 위해서 처리 위치까지 작동될 수 있다.
기판 지지체(107)는 프로세스 챔버(100) 내에서 제1 돔(128)과 제2 돔(114) 사이에 위치된다. 기판(108)(일정한 비례로 되어 있지 않음)은 로딩 포트(103)를 통해 프로세스 챔버(100) 내로 이동되어 기판 지지체(107) 상에 위치될 수 있다. 기판 지지체(107)는, 처리 위치에 위치되어 있는 동안, 프로세스 챔버(100)의 내부 용적을, (기판 위에 있는) 프로세스 가스 영역(156) 및 (기판 지지체(107) 아래에 있는) 퍼지 가스 영역(158)으로 분할한다. 기판 지지체(107)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(132)에 의해 회전될 수 있다. 기판 지지체(107)는 중앙 샤프트(132)에 의해 지지되고, 중앙 샤프트는 기판(108)의 로딩 및 언로딩 동안에 그리고 일부 경우들에서는 처리 동안에 기판(108)을 축 방향(134)으로 이동시킨다. 전형적으로, 기판 지지체(107)는 낮은 열 질량(low thermal mass) 또는 낮은 열 용량(low heat capacity)을 갖는 재료로 형성되어, 기판 지지체(107)에 의해 흡수 및 방출되는 에너지가 최소화되게 한다.
일반적으로, 제1 돔(128) 및 제2 돔(114)은 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성된다. 제1 돔(128) 및 제2 돔(114)은 열 메모리(thermal memory)를 최소화하기 위해 얇은데, 전형적으로는 약 3mm 내지 약 10mm, 예를 들어 약 4mm의 두께를 갖는다. 제1 돔(128)은, 냉각 가스와 같은 열 제어 유체를 유입구(inlet portal)(126)를 통해 열 제어 공간(136) 내로 도입하고 열 제어 유체를 배출구(exit portal)(130)를 통해 빼냄으로써 열 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 제어 공간(136)을 통해 순환하는 냉각 유체는 제1 돔(128)의 내측 표면 상의 퇴적을 감소시킬 수 있다. 제2 돔(114)은, 얇은 석영으로 이루어질 때, 프로세스 챔버(100) 내부의 진공 조건을 견디기 위해 원뿔 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제2 돔(114) 전체는 시준 에너지 소스(102)로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명한 석영으로 이루어진다.
기판(108)으로부터 방사되는 복사를 다시 기판(108) 상으로 반사시키기 위해서 제1 돔(128) 외부에 반사기(122)가 선택적으로 배치될 수 있다. 반사된 복사로 인해, 복사가 반사되지 않았다면 프로세스 챔버(100)를 빠져나갔을 수 있는 열을 포함함으로써 가열 효율이 개선될 것이다. 반사기(122)는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 반사기(122)는 반사기(122)를 냉각하기 위한 물과 같은 유체의 유동을 운반하기 위한 머시닝된 채널들(machined channels)을 가질 수 있다. 요구되는 경우에, 고반사성 코팅으로, 예컨대 금으로 반사기 영역을 코팅하는 것에 의해 반사 효율이 개선될 수 있다.
레이저들의 어레이와 같은 시준 에너지 소스(102)는, 프로세스 가스가 기판(108) 위로 지나갈 때 기판(108)을 가열함으로써 기판(108)의 퇴적 표면(116) 상으로의 재료의 퇴적을 용이하게 하기 위해서, 중앙 샤프트(132) 주위에서 특정된 방식으로 제2 돔(114) 아래에 배치될 수 있다. 다양한 예들에서, 기판(108) 상으로 퇴적된 재료는 Ⅲ족, Ⅳ족 및/또는 Ⅴ족 재료일 수 있거나, 또는 Ⅲ족, Ⅳ족 및/또는 Ⅴ족 도펀트를 포함하는 재료일 수 있다. 예를 들어, 퇴적된 재료는 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비화물, 인듐 갈륨 비화물, 갈륨 질화물, 인듐 갈륨 질화물, 알루미늄 갈륨 질화물, 또는 다른 화합물 반도체 또는 반도체 합금을 포함할 수 있다. 시준 에너지 소스(102)는 시준 복사(collimated radiation)를 생성하는데, 이것은 기판(108) 상에 공간적으로 더 작은 복수의 제어 구역을 생성하는 데에 유용하다. 결과적으로, 기판(108)의 더 양호한 온도 제어가 달성된다.
시준 에너지 소스(102)는 약 섭씨 200도 내지 약 섭씨 1400도, 예컨대 약 섭씨 300도 내지 약 섭씨 1350도의 범위 내의 온도로 기판(108)을 가열하도록 되어 있을 수 있다. 시준 에너지 소스(102)의 각각의 에너지 방출기는 전력 분배 보드(power distribution board)(도시되지 않음)에 결합되고, 전력 분배 보드를 통하여 각각의 방출기에 전력이 공급된다. 레이저들일 수 있는 방출기들은, 예를 들어 방출기들 사이에 위치된 채널들(149)에 도입되는 냉각 유체에 의해 처리 동안에 또는 처리 이후에 냉각될 수도 있고 냉각되지 않을 수도 있는 구획된 하우징(145) 내에 위치된다. 각각의 방출기는 파이버 또는 튜브(143) 내부에 배치될 수 있다. 방출기들은 레이저 다이오드들, 파이버 레이저들, 또는 파이버 결합된 레이저들일 수 있다. 전형적으로, 각각의 방출기는 균일한 조사(irradiation)를 위해 튜브(143)의 중심에 지지된다. 일 실시예에서, 각각의 방출기는 튜브(143)의 바닥에 위치될 수 있는데, 예를 들어 튜브(143)의 바닥의 개구를 통해 삽입되어 튜브(143)의 바닥에 고정되거나 그 위에 놓일 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 방출기는 핀 또는 돌출부일 수 있는 지지체(도시되지 않음)에 의해 튜브(143)의 바닥 위에서 지지될 수 있다. 지지체는 지지체 상에 배치된 방출기에 전력을 제공하기 위한 도관을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 파이버 레이저는, 파이버 레이저의 방출 단부가 하우징 튜브의 바닥으로부터 이격되어 하우징 튜브의 중심 부근에 위치되도록 튜브 내에 배치될 수 있다.
고온계들일 수 있는 복수의 열 복사 센서(140)가 기판(108)의 열 방출의 측정을 위해 하우징(145) 내에 배치될 수 있다. 전형적으로, 센서들(140)은 처리 동안 기판(108)의 상이한 위치들을 관찰(viewing)하는 것을 용이하게 하기 위해 하우징(145)에서의 상이한 위치들에 배치된다. 기판(108)의 상이한 위치들로부터의 열 복사를 감지하는 것은, 온도 비정상 또는 불균일이 존재하는지를 결정하기 위해 기판(108)의 상이한 위치들에서의 열 에너지 양(thermal energy content), 예를 들어 온도를 비교하는 것을 용이하게 한다. 이러한 불균일은 막 형성에서의 불균일, 예컨대 두께 및 조성에서의 불균일을 초래할 수 있다. 전형적으로, 적어도 2개의 센서(140)가 이용되지만, 2개보다 많은 센서가 이용될 수 있다. 상이한 실시예들은 3개, 4개, 5개, 6개, 7개 또는 그 이상의 센서(140)를 이용할 수 있다.
전형적으로, 시준 에너지 소스(102)는 단색 광을 생성하기 때문에, 센서들(140)은 시준 에너지 소스(102)의 단색 광의 파장과는 상이한 파장에 맞춰질 수 있고, 따라서 더 정확한 온도 판독이 달성될 수 있다. 가열 램프들과 같은 넓은 스펙트럼의 에너지 소스들을 이용하면, 에너지 소스로부터의 복사는 단색성이 아니고, 센서들(140)의 온도 판독에 영향을 미칠 수 있다.
요구되는 경우에 제1 돔(128)의 열 상태를 모니터링하기 위해 또는 센서들(140)과 반대되는 관점에서 기판(108)의 열 상태를 모니터링하기 위해 반사기(122)에 열 센서(118)가 배치될 수 있다. 이러한 모니터링은 센서들(140)로부터 수신된 데이터를 비교하는 데에, 예를 들어 센서들(140)로부터 수신된 데이터에 결함이 존재하는지를 결정하는 데에 유용할 수 있다. 열 센서(118)는 일부 경우들에서는 하나보다 많은 개별 센서를 특징으로 하는 센서들의 어셈블리일 수 있다. 따라서, 프로세스 챔버(100)는 기판의 제1 면으로부터 방출된 복사를 수취하도록 배치된 하나 이상의 센서, 및 제1 면에 반대되는 기판의 제2 면으로부터의 복사를 수취하도록 배치된 하나 이상의 센서를 특징으로 할 수 있다.
제어기(160)가 센서들(140)로부터 데이터를 수신하고, 그 데이터에 기초하여 시준 에너지 소스(102)의 각각의 방출기 또는 방출기들의 개별 그룹들에 전달되는 전력을 별개로 조절한다. 제어기(160)는 다양한 방출기들에 독립적으로 전력을 공급하는 전력 공급부(162)를 포함할 수 있다. 제어기(160)는 원하는 온도 프로파일로 구성될 수 있고, 센서들(140)로부터 수신된 데이터를 비교하는 것에 기초하여, 관측된 열 데이터를 원하는 온도 프로파일에 일치시키기 위해 제어기(160)는 방출기들에 대한 전력을 조절한다. 또한, 제어기(160)는, 챔버 성능이 시간에 따라 표류하는 경우에, 하나의 기판의 열 처리를 다른 기판의 열 처리에 일치시키기 위해 방출기들에 대한 전력을 조절할 수 있다.
금속 부재(150)가 제2 돔(114)과 시준 에너지 소스(102) 사이에 배치될 수 있다. 금속 부재(150)는 제2 돔(114)의 온도를 제어하기 위해 냉각 채널(152)을 포함할 수 있다. 일부 처리 가스들이 퍼지 가스 영역(158)에 존재할 수 있기 때문에, 제2 돔(114)의 온도가 지나치게 차갑거나 지나치게 뜨거울 때 제2 돔(114) 상의 퇴적이 발생할 수 있다. 추가로, 가열된 기판(108)은 제2 돔(114)을 가열할 수 있고, 가열된 제2 돔(114)은 기판(108)보다 냉각되는 데에 더 긴 시간이 걸릴 수 있고, 이는 결국 기판(108)의 냉각 시간을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제2 돔(114)은 기판(108)의 냉각 시간을 감소시키기 위해 금속 부재(150)에 의해 유리하게 냉각될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 금속 부재(150)는 제2 돔(114)에 대한 금속 부재(150)의 효율적인 열 결합을 제공하기 위해 제2 돔(114)의 원뿔 형상과 공형(conformal)일 수 있다. 복수의 레이저 다이오드와 같은 시준 에너지 소스(102)는 도 1a에 도시된 바와 같이 부재(150)와 실질적으로 공형인 평면을 형성할 수 있다. 대안적으로, 시준 에너지 소스(102)는 기판(108)의 퇴적 표면(116)에 실질적으로 평행한 평면을 형성할 수 있다. 선택적으로, 제2 돔(114)은 제2 돔(114)과 금속 부재(150) 또는 하우징(145) 사이에 냉각제 유체를 유동시킴으로써 냉각될 수 있다.
도 1b는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 깔때기형 기판 지지체(107) 대신에, 프로세스 챔버(100)는 복수의 스포크(spokes)(166)를 갖는 기판 지지체(164)를 포함한다. 핀들(110)은 스포크들(166)에 의해 지지되고, 핀들은 기판(108)을 직접적으로 또는 에지 링(105)을 통해 지지한다. 스포크들(166)은 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 동작 동안, 스포크들(166)은 회전하고 있을 수 있고, 결과적으로 기판(108)의 후면 상에 음영이 형성될 수 있다. 음영 효과(shadowing effect)를 최소화하기 위해서, 복수의 레이저와 같은 시준 에너지 소스(102)는 기판(108)의 후면(104) 상의 임의의 영역 P가 빔 L1 및 L2와 같은 적어도 2개의 레이저 빔에 의해 조명되도록 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 기판(108)의 후면(104) 상의 각각의 영역 P는 10개의 레이저 빔에 의해 조명된다.
도 1c는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는 기판 지지체(168)를 포함하고, 기판 지지체는 깔때기형 부분(170), 및 깔때기형 부분(170)으로부터 방사상 외측으로 연장되는 복수의 스포크(172)를 갖는다. 깔때기형 부분(170) 및 스포크들(172)은 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 동작 동안, 레이저 빔들 전부는 광학적으로 투명한 깔때기형 부분(170)을 통과할 수 있고, 빔들은 도 1c에서 L3 및 L4로 도시된 바와 같이 기울어져서 기판(108)의 후면(104)에 전달될 수 있고, 그에 의해 회전 스포크들(172)은 기판(108)의 후면(104) 상에 음영을 형성하지 않게 된다.
도 1d는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는 디스크(106)에 결합되는 기판 지지체(174)를 포함한다. 기판 지지체(174)는 복수의 브래킷(176)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에지 링(105)을 지지하는 3개의 브래킷(176)이 존재한다. 이러한 구성에서, 기판(108)은 로딩 포트(103)를 통해 로봇(도시되지 않음)에 의해 프로세스 챔버(100)로부터 제거되거나 프로세스 챔버 내로 도입될 수 있다. 로봇은 기판(108)에 접촉하지 않고서 기판(108)을 에지 링(105)으로부터 들어올리기 위해 힘, 예컨대 베르누이 힘 또는 가스 부동력(gas float force)을 발생가능할 수 있다. 디스크(106)는 반사기(122)와 제1 돔(128)을 통하여 연장되는 샤프트(113)에 결합된다. 샤프트(113)는 영구 자석들(115) 및 전자석들(117)에 의해 수직 이동가능하거나 회전가능할 수 있다. 동작 동안, 전자석들(117)은 영구 자석들(115)을 이동시키기 위해 영구 자석들(115)에 자기적으로 결합된다. 전자석들(117)은 전자석들(117)에서 자기장들을 발생시키고 제어하도록 구성된 구동 제어기(119)에 의해 제어된다. 전자석들(117)의 자기장들은 영구 자석들(115)과 상호작용하여, 영구 자석들(115)을 수직으로 이동시키고/시키거나 영구 자석들(115)을 회전시키며, 이는 결국 에지 링(105) 및 기판(108)이 수직으로 이동하고/하거나 회전하게 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 금속 부재(150)의 평면도이다. 부재(150)는, 도 2에 도시된 것과 같이, 원형과 같은 기판(108)과 동일한 형상을 가질 수 있다. 부재(150)는 구리, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 중앙 샤프트(132)가 통과하도록 부재(150)의 중심에 개구(201)가 형성될 수 있다. 복수의 애퍼쳐(202)가 부재(150)에 형성될 수 있고, 각각의 애퍼쳐(202)는 레이저 또는 다른 방출기와 정렬된다. 광학 컴포넌트들(204), 예컨대 렌즈, 확산기(diffusers), 셰이퍼(shapers), 절단기(truncators) 및/또는 균질화기와 같은 회절성, 굴절성 및/또는 반사성 요소들이 기판(108)의 균일한 가열을 달성하도록 에너지를 성형, 포커싱 또는 확산시키기 위해 각각의 애퍼쳐(202) 내부에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 시준 에너지 소스(102)가 애퍼쳐(202) 내부에 배치된다. 다른 실시예들에서, 광학 컴포넌트들(204)은 기판 지지체(107)에 통합될 수 있다.
도 3은 프로세스 챔버(100)의 일부의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 부재(302)가 제2 돔(114)과 시준 에너지 소스(102) 사이에 배치된다. 금속 부재(302)가 원뿔형 대신에 평평하다는 점을 제외하면, 금속 부재(302)는 금속 부재(150)와 동일할 수 있다. 금속 부재(302)는 제2 돔(114)의 온도를 제어하기 위해 냉각제를 유동시키기 위한 냉각 채널(304)을 포함한다. 금속 부재(302)는 레이저 빔들이 통과하기 위한 복수의 애퍼쳐를 또한 포함하고, 하나 이상의 광학 컴포넌트가 각각의 애퍼쳐 내부에 배치될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 일부의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실질적으로 평평한 돔(402)이 기판 지지체(107)와 시준 에너지 소스(102) 사이에 배치된다. 프로세스 챔버(100) 내부의 진공 조건을 견딜 수 있도록, 평평한 돔(402)은 알루미늄과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 금속 돔(402)을 화학적 부식으로부터 보호하기 위해 라이너(도시되지 않음)가 평평한 돔(402) 상에 배치될 수 있다. 평평한 돔(402)은 레이저 빔들의 통과를 허용하기 위해 그 내부에 배치된 복수의 홀을 가질 수 있다. 진공 조건을 유지하고 레이저 빔들의 통과를 허용하기 위해 홀들 내부에 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료가 배치될 수 있다. 따라서, 평평한 돔(402)의 적어도 일부는 시준 에너지 소스(102)의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명하다. 시준 에너지 소스(102)는 평평한 돔(402)에 실질적으로 평행한 평면을 형성할 수 있다.
도 5a는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 일부의 개략적인 단면도이다. 반사기(502)가 시준 에너지 소스(102) 위에 배치될 수 있다. 반사기(502)는 시준 에너지 소스(102)와 금속 부재(150) 사이에 또는 금속 부재(150)와 제2 돔(114) 사이에 배치될 수 있다. 반사기(502)는 복수의 공동(504)을 포함할 수 있고, 각각의 공동(504)은 시준 에너지 소스(102) 위에서 튜브(143) 내에 배치된 반사성 표면(510)에 의해 정의될 수 있다. 시준 에너지의 통과를 위해 각각의 반사성 표면(510)에 개구(506)가 형성될 수 있다. 시준 에너지를 반사성 표면(510)에 반사시키기 위해 미러(508)가 공동(504)의 개구에 배치될 수 있고, 반사성 표면은 결국 시준 에너지를 기판(108)의 후면(104)을 향해 반사시킨다. 반사성 표면(510)은 호(arc), 만곡된 세그먼트들, 또는 선형 섹션들일 수 있고, 표면(510)의 길이 및 폭 차원 양쪽 모두에서 패싯들을 가질 수 있다. 미러(508)는 패싯형(faceted), 확산성, 또는 그들의 조합일 수 있다. 반사기(502)는 복수의 동심 링 또는 복수의 동심 다각형일 수 있다.
도 5b는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 일부의 개략적인 단면도이다. 복수의 반사기 링(512)이 시준 에너지 소스(102) 위에 배치될 수 있다. 반사기 링들(512)은 시준 에너지 소스(102)와 금속 부재(150) 사이에 또는 금속 부재(150)와 제2 돔(114) 사이에 배치될 수 있다. 각각의 반사기 링(512)은 제1 반사성 표면(514) 및 제2 반사성 표면(516)을 갖는다. 동작 동안, 도 5b에서 "L5"로서 표시된 시준 에너지는 제1 반사기 링(512)의 제1 반사성 표면(514)으로부터 제1 반사기 링(512)에 인접한 제2 반사기 링(512)의 제2 반사성 표면(516)으로 반사되고, 제2 반사성 표면(516)은 시준 에너지 소스를 기판(108)의 후면(104)을 향해 반사시킨다. 각각의 반사기 링(512)은 냉각제의 통과를 위한 채널(518)을 포함할 수 있다.
도 5c는 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 일부의 개략적인 단면도이다. 복수의 레이저 다이오드와 같은 시준 에너지 소스(519)가 제2 돔(114) 아래의 표면(521) 상에 배치될 수 있다. 표면(521)은 기판(108)의 후면(104)에 실질적으로 수직일 수 있다. 복수의 반사기 링(520)이 제2 돔(114) 아래에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 시준 에너지 소스(519)와 링들(520) 양쪽 모두는 금속 부재(150) 아래에 배치된다. 각각의 반사기 링(520)은, 도 5c에서 "L6"으로서 표시된 시준 에너지를 시준 에너지 소스(519)로부터 기판(108)의 후면(104)을 향해 반사시키는 반사성 표면(522)을 가질 수 있다. 각각의 반사기 링(520)은 냉각제의 통과를 위한 채널(524)을 포함할 수 있다. 각각의 반사기 링(520)을 지지하기 위해 지지체(526)가 이용될 수 있고, 지지체(526)는 시준 에너지 소스(519)로부터의 시준 에너지의 경로를 벗어나 있을 수 있다. 예를 들어, 지지체(526)는 2개의 시준 에너지 소스(519)의 광학 경로들 사이에 배치될 수 있고, 따라서 어떠한 시준 에너지도 지지체(526)에 의해 차단되지 않는다.
도 6은 본 명세서에 설명된 일 실시예에 따른 굴절기(600)의 측면도이다. 굴절기(600)는 제1 표면(602), 제2 표면(608), 제3 표면(610) 및 제4 표면(612)을 포함할 수 있다. 제1 표면(602)은 비선형일 수 있고, 제1 표면(602)의 나머지 표면들(603, 605, 607)에 대해 그리고 제3 표면(610) 및 제4 표면(612)에 대해 경사진 하나 이상의 경사 표면(604, 606)을 포함한다. 나머지 표면들(603, 605, 607)은 제2 표면(608)에 실질적으로 평행할 수 있고, 제3 표면(610)은 제4 표면(612)에 실질적으로 평행할 수 있다. 시준 에너지의 방향을 제어하기 위해 복수의 굴절기(600)가 시준 에너지 소스(102) 위에 그리고 제2 돔(114) 아래에 배치될 수 있다. 하나 이상의 경사 표면(604, 606)은 평활(plain)하거나 텍스쳐화될 수 있다. 동작 동안, 시준 에너지는 표면들(602 및/또는 612)로부터 들어갈 수 있고, 텍스쳐화되고/되거나 평활한 표면들(604, 606)은 이 에너지가 표면들(608 및/또는 610)을 통해 빠져나가게 한다. 굴절기(600)를 빠져나가는 시준 에너지의 방향을 제어하기 위해 경사 표면들(604, 606)의 기울기 및 텍스쳐가 달라질 수 있다. 시준 에너지의 방향을 제어하기 위해 시준 에너지 소스(102)와 제2 돔(114) 사이에 홀로그래픽(회절) 렌즈들, 패싯형 표면 렌즈들, 또는 만곡된 표면 렌즈들과 같은 다른 유형들의 굴절기들이 배치될 수 있다.
요약하면, 단색 광을 생성하는 시준 에너지 소스가 퇴적 프로세스에서 이용된다. 시준 에너지 소스는 시준 광을 생성하는데, 이것은 기판 상에 공간적으로 더 작은 복수의 제어 구역을 생성하며, 이것은 결국 기판의 더 양호한 온도 제어를 제공한다. 추가로, 시준 에너지는 단색성이고, 이는 더 정확한 온도 측정을 가능하게 한다.
전술한 것은 본 발명의 구현예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 구현예들 및 추가 구현예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 처리 장치로서,
    제1 돔과 제2 돔을 포함하는 진공 챔버;
    상기 제1 돔과 상기 제2 돔 사이에서 상기 진공 챔버 내부에 배치되며, 상기 제1 돔을 향하는 기판 지지체;
    상기 진공 챔버의 상기 제2 돔에 근접하게 위치되는 구획된 하우징(compartmented housing);
    상기 구획된 하우징 내에 배치된 시준 에너지 소스(collimated energy source) - 상기 기판 지지체 및 상기 제2 돔의 적어도 일부는 상기 시준 에너지 소스로부터의 시준 에너지에 대해 광학적으로 투명함 -;
    상기 진공 챔버의 상기 제2 돔을 냉각하도록 상기 시준 에너지 소스와 상기 진공 챔버의 상기 제2 돔 사이에 배치된 금속 부재 - 상기 금속 부재는 상기 구획된 하우징으로부터 이격되고, 복수의 애퍼쳐를 포함함 -; 및
    상기 금속 부재의 상기 복수의 애퍼쳐를 통해 상기 시준 에너지 소스로부터의 시준 에너지를 지향하기 위한 반사기
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 돔은 원뿔형인, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 돔 및 상기 기판 지지체는 석영으로 이루어지는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시준 에너지 소스는 복수의 레이저를 포함하는, 기판 처리 장치.
  5. 기판 처리 장치로서,
    제1 돔과 제2 돔을 포함하는 진공 챔버;
    상기 제1 돔과 상기 제2 돔 사이에서 상기 진공 챔버 내부에 배치되며, 상기 제1 돔을 향하는 기판 지지체;
    상기 진공 챔버의 상기 제2 돔 아래의 면에 배치된 시준 에너지 소스; 및
    상기 진공 챔버의 상기 제2 돔을 냉각하도록 상기 진공 챔버의 상기 제2 돔과 상기 시준 에너지 소스 사이에 배치된 금속 부재 - 상기 금속 부재는 상기 면으로부터 이격됨 -
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 부재는 상기 제2 돔과 공형(conformal)인, 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 시준 에너지 소스는 복수의 레이저를 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 레이저는 레이저 다이오드들, 파이버 레이저들, 또는 파이버 결합된 레이저들을 포함하는, 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 금속 부재는 복수의 홀을 포함하는, 기판 처리 장치.
  10. 기판 처리 장치로서,
    제1 돔과 제2 돔을 포함하는 진공 챔버;
    상기 제1 돔과 상기 제2 돔 사이에서 상기 진공 챔버 내부에 배치되며, 상기 제1 돔을 향하는 기판 지지체;
    상기 진공 챔버의 상기 제2 돔에 근접하게 위치되는 구획된 하우징;
    상기 구획된 하우징 내에 배치된 시준 에너지 소스;
    상기 시준 에너지 소스와 상기 제2 돔 사이에 배치된 반사기; 및
    상기 제2 돔을 냉각하도록 상기 반사기와 상기 제2 돔 사이에 배치된 금속 부재 - 상기 금속 부재는 상기 구획된 하우징으로부터 이격되고, 상기 반사기는 상기 금속 부재 및 상기 시준 에너지 소스 사이에 배치됨 -
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사기는 복수의 반사성 표면, 및 각각의 반사성 표면 위에 배치된 미러를 포함하는, 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 반사기는 복수의 반사기 링을 포함하고, 각각의 링은 2개의 반사성 표면을 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 시준 에너지 소스와 상기 제2 돔 사이에 배치된 복수의 굴절기(refractors)를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 굴절기 중의 각각의 굴절기는 제1 표면, 제2 표면, 제3 표면 및 제4 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 하나 이상의 경사 표면을 포함하는, 기판 처리 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 기판 지지체는 상기 제1 돔을 통하여 연장되는 샤프트에 결합되는, 기판 처리 장치.
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