KR102411077B1 - 웨이퍼 균일성을 위한 윤곽 포켓 및 하이브리드 서셉터 - Google Patents

웨이퍼 균일성을 위한 윤곽 포켓 및 하이브리드 서셉터 Download PDF

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Abstract

서셉터 베이스 및 서셉터 베이스 상의 복수의 파이-형상 스킨들을 포함하는 서셉터 조립체들이 개시된다. 프로세싱 동안 파이-형상 스킨들을 제 위치에 홀딩하기 위해, 서셉터 베이스의 중앙에 파이 앵커가 포지셔닝될 수 있다.

Description

웨이퍼 균일성을 위한 윤곽 포켓 및 하이브리드 서셉터{CONTOUR POCKET AND HYBRID SUSCEPTOR FOR WAFER UNIFORMITY}
[0001] 본 개시물은 일반적으로, 서셉터(susceptor)에서 웨이퍼들을 지지하기 위한 포켓들(pockets)에 관한 것이다. 특히, 본 개시물의 실시예들은, 배치(batch) 프로세싱 챔버들을 위한 웨이퍼 포켓들을 구비한 서셉터 조립체들(assemblies)에 관한 것이다.
[0002] 배치 프로세싱 챔버에서, 필름 두께, 굴절률, 및 습식(wet) 에칭 레이트(rate) 균일성은 대부분, 방사상(radial) 및 방위각(azimuthal) 방향들의 포켓 온도 변화들에 의존한다. SiN과 같은 몇몇 증착된 필름들은, 두 방향들 모두에서, 포켓 내부의 열 구배들 및 균일성에 매우 민감하다. 열 불-균일성은, 대부분의 필름들 상에서 RF 비-균일성보다 더 지배적이다. 5구역 가열기 코일들, 하나의 슬릿 밸브를 구비한 캐러셀(carousel) 서셉터들을 사용하는 몇몇 현재의 배치 프로세스 챔버들은, 심지어 구역 튜닝(zonal tuning) 및 서셉터 회전이 있더라도, 웨이퍼 상의 큰 온도 구배들(>10℃)을 보상하기에 충분하지 않다. 이는, 부분적으로, 슬릿 밸브 및 리프트 핀들 근처의 냉점들(cold spots) 때문일 수 있다.
[0003] 현재의 SiC 코팅된 그라파이트 서셉터들은, 크고 단일체(monolithic)이며 세정 비용이 비싸다. 서셉터를 세정하기 위해, 챔버 가동 중단 시간(downtime)을 최소화하도록 여분의 서셉터가 보관된다. 새로운 서셉터가 설치될 때마다,편평도(flatness), 런아웃(runout) 및 다른 측정들은 자료들(documents)이다. SiC 코팅된 재료들은, 염들, 유기 시약들, 몇몇 묽은 산들(예컨대, 묽은 HF, HCl, H2SO4, HNO3) 및 고온의 불활성 가스들의 수용액들에 대한 내성이 있다. 그러나, SiC 코팅 자체는 불활성이 아니며, NF3 플라즈마 또는 불소, HF 환경들 하에서 더 빠르게 부식된다.
[0004] 그러므로, 웨이퍼에 걸친 온도 균일성을 개선하기 위한 장치 및 방법들에 대한 필요가 당업계에 존재한다. 또한, 챔버 환경에 대해 불활성인 서셉터들에 대한 필요가 당업계에 존재한다.
[0005] 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예들은, 서셉터 베이스, 복수의 파이-형상 스킨들(pie-shaped skins) 및 파이 앵커(anchor)를 포함하는 서셉터 조립체들에 관한 것이다. 복수의 파이-형상 스킨들은 서셉터 베이스 상에 있다. 파이 앵커는 서셉터 베이스의 중앙에 있으며, 파이-형상 스킨들을 제 위치에(in place) 홀딩하도록 파이-형상 스킨들과 협력하여 상호 작용하게 구성된다.
[0006] 본 개시물의 부가적인 실시예들은, 서셉터 베이스를 포함하는 서셉터 조립체들에 관한 것이며, 서셉터 베이스는, 서셉터 베이스 위로 연장되는 복수의 아일랜드들(islands)을 구비한다. 아일랜드들은 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 크기가 정해진다. 복수의 스킨들은 복수의 아일랜드들을 둘러싸도록 포지셔닝되며, 복수의 스킨들 각각은 세라믹 재료로 만들어진다.
[0007] 본 개시물의 추가적인 실시예들은, 서셉터 베이스를 포함하는 서셉터 조립체들에 관한 것이며, 서셉터 베이스는 복수의 리세스들(recesses)을 구비하고 리세스들 내에는 포켓 커버들이 있다. 포켓 커버들은 리세스들의 깊이와 실질적으로 동일한 두께를 갖는다. 복수의 파이-형상 스킨들은 서셉터 베이스 상에 있다. 각각의 파이-형상 스킨들은, 파이-형상 스킨의 내측 둘레 에지에 인접한, 적어도 하나의 리세스 또는 돌출부를 갖는다. 파이 앵커는 서셉터 베이스의 중앙에 있다. 파이 앵커는, 파이-형상 스킨들을 제 위치에 홀딩하도록 파이-형상 스킨들과 협력하여 상호 작용하게 구성된다. 파이 앵커는, 파이-형상 스킨들 상의 적어도 하나의 돌출부와 협력하여 상호 작용하도록 크기가 정해진 적어도 하나의 리세스, 또는 적어도 하나의 리세스와 협력하여 상호 작용하도록 크기가 정해진 적어도 하나의 돌출부를 포함한다. 클램프 플레이트는, 스킨들의 내측 둘레 에지 및 앵커 위에 포지셔닝된다.
[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, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 배치 프로세싱 챔버의 단면도를 도시하고;
[0010] 도 2는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 배치 프로세싱 챔버의 부분 사시도를 도시하며;
[0011] 도 3은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 배치 프로세싱 챔버의 개략도를 도시하고;
[0012] 도 4는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 배치 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 웨지(wedge) 형상 가스 분배 조립체의 부분을 개략도를 도시하며;
[0013] 도 5는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 배치 프로세싱 챔버의 개략도를 도시하고; 그리고
[0014] 도 6은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하며;
[0015] 도 7은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체의 앵커를 도시하고;
[0016] 도 8은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하며;
[0017] 도 9는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하고;
[0018] 도 10은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 위한 포켓 커버를 도시하며;
[0019] 도 11은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하고;
[0020] 도 12는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체와 함께 사용하기 위한 리프트 핀을 도시하며;
[0021] 도 13은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하고;
[0022] 도 14는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하며;
[0023] 도 15는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하고;
[0024] 도 16은, 도 15의 실시예와 함께 사용하기 위한 스킨을 도시하며;
[0025] 도 17은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체를 도시하고;
[0026] 도 18a 및 18b는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 포켓 설계들을 도시하며;
[0027] 도 19a 및 19b는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 포켓 설계들을 도시하고;
[0028] 도 20은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 포켓 설계를 도시하며;
[0029] 도 21은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 포켓 설계를 도시하고;
[0030] 도 22는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 포켓 설계를 도시하며; 그리고
[0031] 도 23a 및 23b는, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 포켓 설계들을 도시한다.
[0032] 본 개시물의 여러 가지 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 개시물은 이하의 설명에서 열거되는 구성 또는 프로세스 단계들의 세부 사항들에 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 본 개시물은 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식들로 실시될 수 있거나 수행될 수 있다.
[0033] 본원에서 사용되는 바와 같은 "기판"은, 제조 프로세스 동안 필름 프로세싱이 수행되는, 임의의 기판 또는 기판 상에 형성된 재료 표면을 지칭한다. 예컨대, 프로세싱이 수행될 수 있는 기판 표면은, 애플리케이션에 따라, 재료들, 예컨대, 실리콘, 실리콘 옥사이드, 스트레인드 실리콘(strained silicon), SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된(doped) 실리콘 옥사이드들, 비결정질 실리콘, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어, 및 임의의 다른 재료들, 예컨대, 금속들, 금속 나이트라이드들, 금속 합금들, 및 다른 전도성 재료들을 포함한다. 기판들은, 제한 없이, 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 기판들은, 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원(reduce), 산화(oxidize), 수산화(hydroxylate), 어닐링(anneal), 및/또는 베이킹(bake)하기 위해, 사전처리(pretreatment) 프로세스에 노출될 수 있다. 기판 자체의 표면에 대한 직접적인 필름 프로세싱에 부가하여, 본 개시물에서는, 개시되는 필름 프로세싱 단계들 중 임의의 단계가 또한, 이하에서 더 상세하게 개시되는 바와 같이, 기판 상에 형성된 하층(under-layer) 상에서 수행될 수 있으며, "기판 표면"이라는 용어는, 문맥이 나타내는 바와 같이, 그러한 하층을 포함하도록 의도된다. 따라서, 예컨대, 필름/층 또는 부분적인 필름/층이 기판 표면 상에 증착된 경우, 새롭게 증착된 필름/층의 노출된 표면은 기판 표면이 된다.
[0034] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "전구체", "반응물", "반응성 가스", 등의 용어들은, 기판 표면과 반응할 수 있는 임의의 가스성 종(gaseous species)을 지칭하기 위해, 교환 가능하게 사용된다.
[0035] 도 1은, 또한 주입기들 또는 주입기 조립체로 지칭되는 가스 분배 조립체(120), 및 서셉터 조립체(140)를 포함하는 프로세싱 챔버(100)의 단면을 도시한다. 가스 분배 조립체(120)는, 프로세싱 챔버에서 사용되는 임의의 유형의 가스 전달 디바이스이다. 가스 분배 조립체(120)는, 서셉터 조립체(140)와 대면하는(face) 정면 표면(121)을 포함한다. 정면 표면(121)은, 서셉터 조립체(140)를 향하여 가스들의 유동을 전달하기 위해, 임의의 개수의 또는 다양한 개구부들을 가질 수 있다. 가스 분배 조립체(120)는 또한, 도시된 실시예들에서 실질적으로 둥근(round) 외측 에지(124)를 포함한다.
[0036] 사용되는 가스 분배 조립체(120)의 특정 유형은, 사용되는 특정 프로세스에 따라 변할 수 있다. 본 개시물의 실시예들은, 서셉터와 가스 분배 조립체 사이의 갭이 제어되는 임의의 유형의 프로세싱 시스템과 함께 사용될 수 있다. 다양한 유형들의 가스 분배 조립체들이 채용될 수 있지만(예컨대, 샤워헤드들), 본 개시물의 실시예들은, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들을 갖는 공간(spatial) 가스 분배 조립체들에 특히 유용할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 가스 채널들의 세장축(elongate axis)이 동일한 전반적인 방향으로 연장되는 것을 의미한다. 가스 채널들의 평행성(parallelism)에 약간의 불완전성들이 존재할 수 있다. 이원 반응(binary reaction)에서, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들은 적어도 하나의 제 1 반응성 가스(A) 채널, 적어도 하나의 제 2 반응성 가스(B) 채널, 적어도 하나의 퍼지 가스(P) 채널 및/또는 적어도 하나의 진공(V) 채널을 포함할 수 있다. 제 1 반응성 가스(A) 채널(들), 제 2 반응성 가스(B) 채널(들), 및 퍼지 가스(P) 채널(들)로부터 유동하는 가스들은 웨이퍼의 정상부 표면을 향해 지향된다. 가스 유동의 일부는, 퍼지 가스(P) 채널(들)을 통해, 웨이퍼의 표면에 걸쳐서 수평으로, 그리고 프로세싱 영역 밖으로 이동한다. 가스 분배 조립체의 일 단부로부터 다른쪽 단부로 이동하는 기판은 차례대로 각각의 프로세스 가스들에 노출될 것이고, 이에 의해, 기판 표면 상에 층을 형성한다.
[0037] 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 조립체(120)는 단일 주입기 유닛으로 만들어진 강성의 고정형 본체(rigid stationary body)이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 분배 조립체(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 개별 섹터들(예컨대, 주입기 유닛들(122))로 구성된다. 단일 피스(single piece) 본체 또는 다중-섹터(multi-sector) 본체가, 설명된 본 개시물의 다양한 실시예들과 함께 사용될 수 있다.
[0038] 서셉터 조립체(140)는 가스 분배 조립체(120) 아래에 포지셔닝된다. 서셉터 조립체(140)는 정상부 표면(141), 및 정상부 표면(141)의 적어도 하나의 리세스(142)를 포함한다. 서셉터 조립체(140)는 또한 바닥부 표면(143) 및 에지(144)를 갖는다. 리세스(142)는, 프로세싱되는 기판들(60)의 형상 및 크기에 따른 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 리세스(142)는 웨이퍼의 바닥부를 지지하기 위해 편평한 바닥부를 갖지만, 리세스의 바닥부는 변할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 리세스는, 리세스의 외측 둘레 에지 주위에, 웨이퍼의 외측 둘레 에지를 지지하도록 크기가 정해진 계단(step) 영역들을 갖는다. 계단들에 의해 지지되는, 웨이퍼의 외측 둘레 에지의 양은, 예컨대, 웨이퍼의 두께 및 웨이퍼의 후방 측 상에 이미 존재하는 피처들의 존재에 따라서 변할 수 있다.
[0039] 몇몇 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 서셉터 조립체(140)의 정상부 표면(141)의 리세스(142)는, 리세스(142)에서 지지되는 기판(60)이, 서셉터(140)의 정상부 표면(141)과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 정상부 표면(61)을 갖도록 크기가 정해진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상에 있는"이라는 용어는, 웨이퍼의 정상부 표면과 서셉터 조립체의 정상부 표면이 ±0.2mm 내에서 동일 평면 상에 있는 것을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 정상부 표면들은 0.5mm, ±0.4mm, ±0.35mm, ±0.30mm, ±0.25mm, ±0.20mm, ±0.15mm, ±0.10mm 또는 ±0.05mm 이내에서 동일 평면 상에 있다.
[0040] 도 1의 서셉터 조립체(140)는, 서셉터 조립체(140)를 리프팅, 하강, 및 회전시킬 수 있는 지지 포스트(post)(160)를 포함한다. 서셉터 조립체는 지지 포스트(160)의 중앙 내에 가열기, 또는 가스 라인들, 또는 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 지지 포스트(160)는, 서셉터 조립체(140)를 적절한 포지션으로 이동시키며, 서셉터 조립체(140)와 가스 분배 조립체(120) 사이의 갭을 증가시키거나 감소시키는 주요 수단일 수 있다. 서셉터 조립체(140)는 또한, 서셉터 조립체(140)와 가스 분배 조립체(120) 사이에 미리 결정된 갭(170)을 생성하기 위해 서셉터 조립체(140)에 대해 마이크로-조정들(micro-adjustments)을 할 수 있는 미세 튜닝(fine tuning) 액츄에이터들(162)을 포함할 수 있다.
[0041] 몇몇 실시예들에서, 갭(170) 거리는 약 0.1mm 내지 약 5.0mm의 범위, 또는 약 0.1mm 내지 약 3.0mm의 범위, 또는 약 0.1mm 내지 약 2.0mm의 범위, 또는 약 0.2mm 내지 약 1.8mm의 범위, 또는 약 0.3mm 내지 약 1.7mm의 범위, 또는 약 0.4mm 내지 약 1.6mm의 범위, 또는 약 0.5mm 내지 약 1.5mm의 범위, 또는 약 0.6mm 내지 약 1.4mm의 범위, 또는 약 0.7mm 내지 약 1.3mm의 범위, 또는 약 0.8mm 내지 약 1.2mm의 범위, 또는 약 0.9mm 내지 약 1.1mm의 범위, 또는 약 1mm이다.
[0042] 도면들에 도시된 프로세싱 챔버(100)는, 서셉터 조립체(140)가 복수의 기판들(60)을 홀딩할 수 있는 캐러셀-유형의 챔버이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 분배 조립체(120)는 복수의 개별 주입기 유닛들(122)을 포함할 수 있고, 각각의 주입기 유닛(122)은, 웨이퍼가 주입기 유닛 아래에서 이동될 때 웨이퍼 상에 필름을 증착시킬 수 있다. 서셉터 조립체(140) 위에 그리고 서셉터 조립체(140)의 대략적으로 대향하는 측들 상에 포지셔닝된 2개의 파이-형상 주입기 유닛들(122)이 도시된다. 이러한 개수의 주입기 유닛들(122)은 단지 예시적인 목적들로만 도시된다. 더 많은 또는 더 적은 주입기 유닛들(122)이 포함될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 조립체(140)의 형상에 일치하는(conforming) 형상을 형성하기에 충분한 개수의 파이-형상 주입기 유닛들(122)이 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 개별 파이-형상 주입기 유닛들(122) 각각은, 다른 주입기 유닛들(122) 어떤 것에도 영향을 주지 않고 독립적으로 이동, 제거, 및/또는 교체될 수 있다. 예컨대, 로봇이, 기판들(60)을 로딩/언로딩하기 위해 서셉터 조립체(140)와 가스 분배 조립체(120) 사이의 영역에 액세싱하는 것을 허용하도록, 하나의 세그먼트가 상승될 수 있다.
[0043] 웨이퍼들이 동일한 프로세스 흐름을 경험하도록 다수의 웨이퍼들을 동시에 프로세싱하기 위해, 다수의 가스 주입기들을 갖는 프로세싱 챔버들이 사용될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(100)는 4개의 가스 주입기 조립체들 및 4개의 기판들(60)을 갖는다. 프로세싱 초기에, 기판들(60)은 주입기 조립체들(30) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 서셉터 조립체(140)를 45°만큼 회전시키는(17) 것은, 가스 분배 조립체들(120) 사이에 있는 각각의 기판(60)이, 가스 분배 조립체들(120) 아래의 점선 원으로 예시된 바와 같이, 필름 증착을 위해 가스 분배 조립체(120)로 이동되는 것을 초래할 것이다. 부가적인 45° 회전은 기판들(60)을 주입기 조립체들(30)로부터 멀리 이동시킬 것이다. 가스 분배 조립체들(120) 및 기판들(60)의 개수는 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 조립체들이 있는 것과 동일한 개수들의 프로세싱되는 웨이퍼들이 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세싱되는 웨이퍼들의 개수는 가스 분배 조립체들의 개수의 분수 또는 정수배이다. 예컨대, 4개의 가스 분배 조립체들이 있다면, 프로세싱되는 4x개의 웨이퍼들이 있고, 여기서, x는 하나와 동일하거나 그보다 큰 정수 값이다. 예시적인 실시예에서, 가스 분배 조립체(120)는, 가스 커튼들에 의해 분리된 8개의 프로세스 영역들을 포함하며, 서셉터 조립체(140)는 6개의 웨이퍼들을 홀딩할 수 있다.
[0044] 도 3에 도시된 프로세싱 챔버(100)는 단지 하나의 가능한 구성의 표현이며, 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 여기에서, 프로세싱 챔버(100)는 복수의 가스 분배 조립체들(120)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 프로세싱 챔버(100) 주위에 균등하게 이격된 4개의 가스 분배 조립체들(또한 주입기 조립체들(30)로 지칭됨)이 있다. 도시된 프로세싱 챔버(100)는 팔각형이다; 그러나, 당업자는, 이는 하나의 가능한 형상이며 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 점을 이해할 것이다. 도시된 가스 분배 조립체들(120)은 사다리꼴이지만, 단일 원형 컴포넌트일 수 있거나, 또는, 도 2에 도시된 것과 같이, 복수의 파이-형상 세그먼트들로 구성될 수 있다.
[0045] 도 3에 도시된 실시예는 로드 록(load lock) 챔버(180), 또는 버퍼(buffer) 스테이션과 같은 보조 챔버를 포함한다. 이러한 챔버(180)는, 예컨대, 기판들(기판들(60)로 또한 지칭됨)이 챔버(100)로부터 로딩/언로딩되는 것을 허용하기 위해, 프로세싱 챔버(100)의 측에 연결된다. 기판을 서셉터 상으로 이동시키기 위해, 웨이퍼 로봇이 챔버(180)에 포지셔닝될 수 있다.
[0046] 캐러셀(예컨대, 서셉터 조립체(140))의 회전은 연속적일 수 있거나 단속적(intermittent)(불연속적)일 수 있다. 연속적인 프로세싱 시에, 웨이퍼들은, 웨이퍼들이 차례대로 각각의 주입기들에 노출되도록 끊임없이 회전된다. 불연속적인 프로세싱 시에, 웨이퍼들은 주입기 영역으로 이동되고 정지될 수 있으며, 그런 다음에 주입기들 사이의 영역(84)으로 이동되고 정지될 수 있다. 예컨대, 캐러셀은, 웨이퍼들이 주입기-간(inter-injector) 영역으로부터 주입기를 횡단하여(또는 주입기 근처에서 멈춤), 캐러셀이 다시 일시정지(pause)할 수 있는 다음 주입기-간 영역으로 이동하도록, 회전할 수 있다. 주입기들 사이에서의 일시정지는, 각각의 층 증착 사이의 부가적인 프로세싱 단계들(예컨대, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
[0047] 도 4는, 주입기 유닛(122)으로 지칭될 수 있는 가스 분배 조립체(220)의 부분 또는 섹터를 도시한다. 주입기 유닛들(122)은 개별적으로 또는 다른 주입기 유닛들과 결합하여 사용될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4의 주입기 유닛들(122) 중 4개는 단일 가스 분배 조립체(220)를 형성하도록 결합된다. (4개의 주입기 유닛들을 구분하는 선들은, 명료함을 위해, 도시되지 않는다) 도 4의 주입기 유닛(122)은 제 1 반응성 가스 포트(125) 및 제 2 가스 포트(135) 둘 모두 이외에 퍼지 가스 포트들(155) 및 진공 포트들(145)을 갖지만, 주입기 유닛(122)은 이러한 컴포넌트들 전부를 필요로 하지는 않는다.
[0048] 도 4 및 5 양자 모두를 참조하면, 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 가스 분배 조립체(220)는, 각각의 섹터가 동일하거나 상이한 복수의 섹터들(또는 주입기 유닛들(122))을 포함할 수 있다. 가스 분배 조립체(220)는 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝되며, 가스 분배 조립체(220)의 정면 표면(121)에 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145)을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145, 155)은, 가스 분배 조립체(220)의 내측 둘레 에지(123)에 인접한 지역으로부터 외측 둘레 에지(124)에 인접한 지역을 향하여 연장된다. 도시된 복수의 가스 포트들은 제 1 반응성 가스 포트(125), 제 2 가스 포트(135), 제 1 반응성 가스 포트들 및 제 2 반응성 가스 포트들 각각을 둘러싸는 진공 포트(145), 및 퍼지 가스 포트(155)를 포함한다.
[0049] 도 4 또는 5에 도시된 실시예들을 참조하면, 포트들이, 적어도 내측 둘레 영역 주위로부터 적어도 외측 둘레 영역 주위로 연장된다고 언급하는 경우에, 그러나, 포트들은 내측 영역으로부터 외측 영역으로 단지 방사상으로 연장되는 것보다 더 연장될 수 있다. 포트들은, 진공 포트(145)가 반응성 가스 포트(125) 및 반응성 가스 포트(135)를 둘러쌀 때 접선으로(tangentially) 연장될 수 있다. 도 4 및 5에 도시된 실시예에서, 웨지 형상 반응성 가스 포트들(125, 135)은, 진공 포트(145)에 의해, 내측 둘레 영역 및 외측 둘레 영역 근처를 포함하여, 모든 에지들 상에서 둘러싸인다.
[0050] 도 4를 참조하면, 기판이 경로(127)를 따라 이동할 때, 기판 표면의 각각의 부분은 다양한 반응성 가스들에 노출된다. 경로(127)를 따라서, 기판은, 퍼지 가스 포트(155), 진공 포트(145), 제 1 반응성 가스 포트(125), 진공 포트(145), 퍼지 가스 포트(155), 진공 포트(145), 제 2 가스 포트(135), 및 진공 포트(145)에 노출될 것이거나, 또는 "만날(see)" 것이다. 따라서, 도 4에 도시된 경로(127)가 끝났을 때, 기판은, 층을 형성하기 위해 제 1 반응성 가스(125) 및 제 2 반응성 가스(135)에 노출되었다. 도시된 주입기 유닛(122)은 사분원을 만들지만, 더 크거나 더 작을 수 있다. 도 5에 도시된 가스 분배 조립체(220)는, 연속하여(in series) 연결된, 도 4의 주입기 유닛들(122)의 4개의 결합으로 간주될 수 있다.
[0051] 도 4의 주입기 유닛(122)은, 반응성 가스들을 분리시키는 가스 커튼(150)을 보여준다. "가스 커튼"이라는 용어는, 반응성 가스들을 혼합으로부터 분리시키는 가스 유동들 또는 진공의 임의의 조합을 설명하는 데에 사용된다. 도 4에 도시된 가스 커튼(150)은, 제 1 반응성 가스 포트(125) 옆의 진공 포트(145)의 부분, 중간의 퍼지 가스 포트(155), 및 제 2 가스 포트(135) 옆의 진공 포트(145)의 부분을 포함한다. 가스 유동과 진공의 이러한 조합은, 제 1 반응성 가스 및 제 2 반응성 가스의 기상(gas phase) 반응들을 방지하거나 최소화하는 데에 사용될 수 있다.
[0052] 도 5를 참조하면, 가스 분배 조립체(220)로부터 진공과 가스 유동들의 조합은 복수의 프로세스 영역들(250)로의 분리를 형성한다. 프로세스 영역들(250)은 프로세스 영역들 사이의 가스 커튼(150)에 의해 개별 가스 포트들(125, 135) 주위에 개략적으로 정의된다. 도 5에 도시된 실시예는, 프로세스 영역들 사이의 8개의 개별 가스 커튼들(150)을 이용하여 8개의 분리된 프로세스 영역들(250)을 구성한다. 프로세싱 챔버는 적어도 2개의 프로세스 영역을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 또는 12개의 프로세스 영역들이 존재한다.
[0053] 프로세싱 동안, 기판은 임의의 주어진 시간에 하나 초과의 프로세스 영역(250)에 노출될 수 있다. 그러나, 상이한 프로세스 영역들에 노출된 부분들은, 그 둘을 분리시키는 가스 커튼을 가질 것이다. 예컨대, 기판의 선단(leading) 에지가, 제 2 가스 포트(135)를 포함하는 프로세스 영역에 진입한다면, 기판의 중간 부분은 가스 커튼(150) 하에 있을 것이고, 기판의 후단(trailing) 에지는, 제 1 반응성 가스 포트(125)를 포함하는 프로세스 영역에 있을 것이다.
[0054] 프로세싱 챔버(100)에 연결된, 예컨대, 로드 록 챔버일 수 있는 팩토리 인터페이스(280)가 도시된다. 기준 프레임(frame of reference)을 제공하기 위해 기판(60)은 가스 분배 조립체(220) 위에 중첩되어 도시된다. 기판(60)은 종종, 가스 분배 플레이트(120)의 정면 표면(121) 근처에서 홀딩되도록 서셉터 조립체 상에 안착될 수 있다. 기판(60)은 팩토리 인터페이스(280)를 통해 프로세싱 챔버(100)내에 기판 지지부 또는 서셉터 조립체(도 3 참고) 상에 로딩된다. 기판(60)은, 기판이 제 1 반응성 가스 포트(125)에 인접하여 그리고 2개의 가스 커튼들(150a, 150b) 사이에 로케이팅되기 때문에, 프로세스 영역 내에 포지셔닝된 것으로 도시될 수 있다. 경로(127)를 따라 기판(60)을 회전시키는 것은, 프로세싱 챔버(100) 주위에서 기판을 반시계 방향으로 이동시킬 것이다. 따라서, 기판(60)은, 제 1 프로세스 영역과 제 8 프로세스 영역 사이의 모든 프로세스 영역들을 포함하여, 제 8 프로세스 영역(250h)을 통해 제 1 프로세스 영역(250a)에 노출될 것이다.
[0055] 본 개시물의 실시예들은, 복수의 프로세스 영역들(250a-250h)을 구비한 프로세싱 챔버(100)를 포함하는 프로세싱 방법들에 관한 것이며, 각각의 프로세스 영역은 가스 커튼(150)에 의해, 인접한 영역으로부터 분리된다. 예컨대, 프로세싱 챔버가 도 5에 도시된다. 프로세싱 챔버 내의 가스 커튼들 및 프로세스 영역들의 개수는, 가스 유동들의 배열에 따라 임의의 적합한 개수일 수 있다. 도 5에 도시된 실시예는 8개의 가스 커튼들(150) 및 8개의 프로세스 영역들(250a-250h)을 갖는다.
[0056] 복수의 기판들(60)은 기판 지지부, 예컨대, 도 1 및 2에 도시된 서셉터 조립체(140) 상에 포지셔닝된다. 복수의 기판들(60)은 프로세싱을 위해 프로세스 영역들 주위에서 회전된다. 일반적으로, 반응성 가스가 챔버 내로 유동하지 않는 기간들을 포함하여 프로세싱 내내 가스 커튼들(150)이 결합된다(가스는 유동하고 진공은 온(on) 상태임).
[0057] 웨이퍼 온도 맵핑(mapping)은 사이클당 성장에 기초하여 추정될 수 있다. 현재의 배치 프로세싱 챔버 포켓들은, 중앙에서의 더 깊은 밸리(valley) 때문에, 중앙 3" 직경에서 더 얇은 SiN/SAC 필름들을 갖는다. 12mm 폭의 외측 직경 시일 밴드(seal band)에서의 전체 웨이퍼 접촉은 웨이퍼 외측 직경에서 더 두꺼운 필름을 보여준다. 이는, 더 차가운 웨이퍼 중앙들 및 두꺼운 웨이퍼 에지들로 전이된다. 유사한 현상이, 다양한(varying) 수준들(degrees)로 포지셔닝된 리프트 핀 시일 밴드들에서 관찰되었다. 열 모델링은 열전도도 변화들과 유사한 경향들을 보여준다. 유전체, 금속, 또는 구조 웨이퍼들과 같은 상이한 애플리케이션들에 대한 온도 프로파일들을 완화시키거나 증진시키기 위해, 웨이퍼의 전체 접촉 지역들 및 밸리 깊이가 노브들(knobs)로서 사용될 수 있다. 구조 웨이퍼들의 경우, 더 두꺼운 필름들은 로딩 지역들 근처에서 발생한다. 본 개시물의 몇몇 실시예들은 유리하게, 열점들(hot spots)이 관찰되는 전략적 위치들에서 알루미나 또는 석영 같은 더 낮은 열 전도성 재료들을 사용함으로써 온도 불-균일성을 완화시킨다.
[0058] 몇몇 실시예들은 유리하게, 내측 직경 및 외측 직경 전체 접촉을 갖는 윤곽진(contoured) 포켓 설계를 제공함으로써, 감소된 두께 변화를 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 포켓 설계는 유리하게, 포켓의 외측 직경들 상의 깊은 트렌치들(deep trenches)이다. 웨이퍼 에지 온도들을 떨어뜨리기 위해, 하나 또는 그 초과의 실시예들은 유리하게, 알루니마 링들을 제공한다.
[0059] 하나 또는 그 초과의 엘리먼트들은 유리하게, 성능 및 수명을 위해 편평함과 평행을 유지하도록, SiC-그라파이트 기판의 정상부 상에 얇은 파이-형상 스킨들을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 하이브리드 서셉터는, 빠르고 저렴한 재활용을 위해, 쉽게 교체 가능한 60° 파이들을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 파이들은, 인-시츄 플라즈마로부터의 NF3, 염소, 및 O2/O3 공격들(attacks)에 대한 불활성을 위해 사용될 수 있는 재료들, SiC, AlN, 및 알루미늄을 포함하는 재료들로 만들어진다. 몇몇 실시예들은, 부식성 케미칼들에 대한 증가된 내성을 위해 파이에 대해 사용될 수 있는 이차 코팅들(HPM, Durablock, Duracoat, 산화이트륨(yttria), AsMy, 등)을 제공한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 다수의 베이스 재료들(예컨대, 순수 그라파이트, SiC 코팅된 그라파이트, 스테인리스 스틸, 알루미늄)이 채용된다. 몇몇 실시예들에서, 베이스는 스테인리스 스틸/알루미늄/그라파이트 볼트결합된(bolted)/용접된(welded) 프레임들로 만들어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 파이 형상 스킨들은, 더 빠른 세정 사이클들을 위해 편평한 SiC-그라파이트로 만들어진다. 몇몇 실시예들에서, 파이 형상 스킨들은 진공 또는 다른 불활성 가스들을 척킹 및 퍼지 능력들을 갖는 웨이퍼 포켓들에 전달할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 웨이퍼 열 및 필름 두께 균일성은, 포켓들 사이의 지역들 상에 위치될 수 있는 파이 형상 석영 스킨들에 의해 증가된다. 몇몇 실시예들에서, 알루미나 또는 석영 링들은 열 및 필름-두께 균일성 개선을 위해 포켓들 내부에 위치될 수 있다.
[0060] 도 6은, 본 개시물의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 서셉터 조립체(140)의 실시예를 도시한다. 도시된 서셉터 조립체(140)는 프로세싱 동안 6개의 웨이퍼들을 지지하도록 구성된다. 서셉터 조립체(140)는 플라즈마 프로세스들을 위해 웨이퍼 척킹 능력들 및/또는 접지 능력들을 포함할 수 있다.
[0061] 단일체 알루미늄 서셉터들은, 재료 베이스의 어닐링 온도인 약 400℃에서 처지는(droop) 것으로 관찰되었다. 알루미늄 서셉터 베이스는 외측 직경에서의 지지 없이 중앙에서 지지될 수 있다. 열 불-균일성, 서셉터 자체의 무게, 및/또는 회전으로부터 형성된 응력들은 시간에 걸쳐서 처짐이 발생하도록 야기할 수 있다. 그러므로, 몇몇 실시예들은, 서셉터 베이스에 대한 응력을 최소화하고 처짐을 제거하거나 최소화하기 위해 그라파이트 베이스를 포함한다.
[0062] 도 6에 도시된 서셉터 조립체(140) 실시예는, 서셉터 베이스(310), 선택적 포켓 커버(330), 파이 스킨(350), 및 파이 앵커(370)를 포함한다. 서셉터 베이스(310)는, 그라파이트를 포함하는 (그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 서셉터 베이스(310)의 두께는 약 10mm 내지 약 50mm의 범위, 또는 약 20mm 내지 약 40mm의 범위에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 베이스(310)는 약 30mm 두께이다. 서셉터 베이스(310)의 두께는 바닥부 표면(312)과 정상부 표면(314) 사이의 거리로서 측정된다.
[0063] 파이 스킨(350)은 서셉터 베이스(310)의 부분을 커버할 수 있으며, 이로써, 복수의 파이 스킨들(350)이 배열되어 서셉터 베이스(310)를 커버할 수 있다. 도시된 실시예에서, 서셉터 베이스(310)를 커버하는 원형 컴포넌트를 형성하도록 배열된 6개의 파이 스킨들(350)이 존재한다. 파이 스킨들(350)의 각도는, 예컨대, 베이스를 커버하는 데에 사용되는 스킨들의 개수에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 도 6의 파이 스킨들(350) 각각은 약 60°의 각도를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 약 2 내지 약 24개 범위의 파이 스킨들(350), 또는 약 3 내지 약 12개 범위의 파이 스킨들, 또는 약 4 내지 약 8개 범위의 파이 스킨들이 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 3, 4, 또는 6개의 파이 스킨들(350)이 존재한다.
[0064] 파이 스킨들은 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 적합한 재료들은, 알루미늄, 알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 옥사이드, 나이트라이드 또는 옥사이드 코팅된 재료들을 포함하여 (그러나 이에 제한되지 않음) 내부식성일 수 있다.
[0065] 바닥부 표면(352)으로부터 정상부 표면(354)까지 측정된, 스킨(350)의 두께는 일반적으로, 베이스(310)의 두께에 비해 작다. 몇몇 실시예들에서, 파이 스킨(350)은 약 2mm 내지 약 12mm 범위의 두께, 또는 약 3mm 내지 약 10mm 범위의 두께이다. 몇몇 실시예들에서, 파이 스킨(350)은 약 6mm 두께이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 파이 스킨(350)은 약 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm 또는 8mm 초과의 두께를 갖는다. 서셉터 조립체(140)의 두께는 서셉터 베이스(310)와 파이 스킨(350)의 결합된 두께로서 측정될 수 있다. 몇몇 실시예들의 서셉터 조립체의 두께는, 약 20mm 내지 약 60mm의 범위, 또는 약 25mm 내지 약 50mm의 범위, 또는 약 30mm 내지 약 40mm의 범위, 또는 약 33mm 내지 약 37mm이다.
[0066] 파이 스킨(350)은, 프로세싱 동안 웨이퍼를 지지하도록 크기가 정해진 포켓(360)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들의 포켓(360)은, 약 2mm 내지 약 12mm의 범위, 또는 약 3mm 내지 약 11mm의 범위, 또는 약 4mm 내지 약 10mm, 또는 약 6mm 내지 약 8mm의 범위의 깊이를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 포켓(360)은 약 8mm 깊이이다.
[0067] 파이 스킨(350)은 마찰 또는 어떤 적합한 기계적 연결에 의해 제 위치에 홀딩될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 파이 스킨(350)은 파이 앵커 핀(372)을 구비한 파이 앵커(370)를 사용하여 제 위치에 홀딩된다. 앵커 핀(372)은, 스킨(350)의 파이 리세스(356)와 협력하여 상호 작용하는, 파이 앵커(370)의 돌출부일 수 있다. 도 7에 도시된 파이 앵커(370)는 동시에 6개의 스킨들(350)을 홀딩하기 위해 6개의 앵커 핀들(372)을 갖는다. 도시된 실시예들이 앵커 상에 돌출부를 갖고 스킨에 리세스를 갖지만, 당업자는, 이는 단지 예시적이며 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 몇몇 실시예들에서, 앵커는, 스킨 상의(예컨대, 스킨의 바닥부 상의) 돌출부와 협력하여 상호 작용하는 리세스를 갖는다. 각각의 파이 스킨(350)을 위한 돌출부들의 개수는 변할 수 있다.
[0068] 도 6에 도시된 실시예에서, 파이 앵커(370)로부터 연장되는 오직 하나의 돌출부가 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 파이 앵커(370)로부터 연장되는 하나 초과의 돌출부가 존재한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 내측 둘레 에지 근처의 적어도 하나의 돌출부 및 외측 둘레 에지 근처의 적어도 하나의 돌출부에 의해 각각의 파이 스킨(350)이 제 위치에 홀딩되도록, 파이 앵커로부터 연장되는 적어도 하나의 돌출부, 및 베이스(310)의 외측 둘레 에지 근처에서 베이스(310)로부터 연장되는 적어도 하나의 돌출부가 존재한다. 도 9는, 베이스(310)의 외측 둘레 에지(315) 근처의 정렬 핀(317)을 도시한다.
[0069] 파이 앵커(370)의 형상은 변할 수 있다. 도 6 및 7에 도시된 실시예에서, 파이 앵커(370)은 원형이며, 스킨(350)의 내측 둘레 에지(351)의 형상과 협력하여 상호 작용하는, 또는 그러한 형상과 매칭되는 형상을 갖는다. 도 9에 도시된 실시예는 육각형 파이 앵커(370)를 가지며, 스킨들(350)은 편평한 내측 둘레 에지(351)를 갖는다.
[0070] 도 8은, 레지(ledge; 353)가 있는 반경(radiused) 내측 둘레 에지(351)를 갖는 복수의 파이 스킨들(350)을 구비한 서셉터 조립체(140)의 실시예를 도시한다. 클램프 플레이트(378)는, 스킨들(350)의 레지들(353)에 대해 가압하는 것에 의해 파이 스킨들(350)을 제 위치에 클램핑하기 위해 서셉터 본체(310)에 연결될 수 있다. 클램프 플레이트(378)는, 서셉터 본체(310) 내로 연장되는 핀(예컨대, 스테인리스 스틸 핀 또는 슬리브)에 볼트결합될 수 있다.
[0071] 사용 시에, 프로세싱 챔버에서의 온도는 포켓 커버(330) 및 스킨(350)의 팽창을 야기할 것이다. 도 10은, 서셉터 베이스(310)의 리세스의 포켓 커버(330)를 구비한 서셉터 베이스(310)의 부분도를 도시한다. 포켓 커버(330)는, 리프트 핀들(312)이 슬롯들(332)을 통과하는 것을 허용하기 위해 리프트 핀들(312)에 인접하여 포지셔닝된 3개의 슬롯들(332)을 갖는다. 슬롯들(332)이, 포켓 커버(330)의 가열 및 팽창에 따라, 리프트 핀들(312)의 이동을 방해하지 않도록, 슬롯들은 팽창 방향으로 세장형이다.
[0072] 포켓 커버(330)는, 포켓이 존재하는 경우, 베이스(310)의 포켓을 채우는 데에 사용될 수 있다. 예컨대, 기존의 서셉터 조립체는, 베이스에 형성된 복수의 포켓들을 가질 수 있으며, 포켓 커버들(330)은 파이 스킨들(350)을 지지하기 위해 편평한 표면을 제공할 수 있다.
[0073] 몇몇 실시예들에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 서셉터 조립체(140)는 3개의 파이 스킨들(350)을 포함한다. 파이 스킨들(350) 각각은 약 120°의 각도를 갖는다. 도 11의 파이 스킨들의 더 작은 개수는, 도 9의 이음매들의 개수보다 더 작은 개수의 이음매들을 통해, 베이스(310)로의 가스의 침투를 최소화하는 데에 유용할 수 있다. 각가의 파이 스킨(350)은, 파이 스킨(350)의 외측 둘레 에지 또는 내측 둘레 에지 근처의 적어도 2개의 정렬 핀들(317)과 상호 작용할 수 있다.
[0074] 도 12는, 베이스(310)의 방사상 슬롯(392) 내에 포지셔닝된 세라믹 슬리브(391) 내에 통합된 리프트 핀들(312)을 도시한다. 도시된 슬리브(391)는, 베이스(310)와 파이 스킨(350) 사이에 샌드위칭될(sandwiched) 수 있는 아암들(393)을 갖는 t-형상 본체를 갖는다.
[0075] 몇몇 실시예들에서, 도 13에 도시된 바와 같이, 서셉터 조립체(140)는 정지 표면(stop surface)에 포켓들을 갖지 않는다. 도 13은, 서셉터 조립체에 대한 단일 컴포넌트 정상부를 도시한다; 그러나, 당업자는, 정상부가, 본원에서 설명된 바와 같이, 복수의 스킨들(350)로 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 단일 컴포넌트 서셉터는 오직, 예시 및 설명의 용이함만을 위해 도시되며, 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
[0076] 도 13에 도시된 포켓들 각각은 상이한 특성들을 가질 수 있다. 예컨대, 포켓들(P1, P2, 및 P3)은 5.5mm 외측 직경 레지(396), 중앙 척(398)이 있는 편평한 내부(397)를 갖는다. 포켓들(P4 및 P5)은 12.5mm 외측 직경 레지(396), 10mm 오프셋 척(398)이 있는 편평한 내부(397)를 갖는다. 포켓(P6)은 12.5mm 외측 직경 레지(396), 편평한 내부(397), 및 25mm 오프셋 척(398)을 갖는다. 척(398)은 진공 소스 그리고 선택적으로 퍼지 가스 소스에 대한 유체 연결을 형성한다. 진공 소스는, 프로세싱 동안 이동이 없거나 거의 없도록 웨이퍼를 척킹하는 데에 사용될 수 있다. 선택적 퍼지 가스 소스는 후면 퍼지를 위해, 또는 후면 압력을 가함으로써, 척킹된 웨이퍼를 해방하도록 사용될 수 있다.
[0077] 도 14는, 링(399)이 있는 레지(396)를 구비한 서셉터 리세스를 도시한다. 링(399)은, 알루미나, 석영, 그라파이트, 실리콘 카바이드, 및 SiC-그라파이트를 포함하는 (그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 에지 링(399)의 사용은, 상이한 재료들, 두께들, 접촉 지역, 거칠기, 등을 사용하는 것에 의해, 에지 링의 특성들 및/또는 두께의 튜닝을 허용할 수 있다. 에지 링(399)은 쉽게 교체 가능하거나 서비스 가능한 컴포넌트를 제공할 수 있다.
[0078] 도 15는, 서셉터 베이스(310)가, 프로세싱 동안 웨이퍼를 지지하도록 역할을 할 복수의 아일랜드들(410)을 갖는 다른 실시예를 도시한다. 아일랜드들은 임의의 적합한 높이를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 아일랜드들(410)은 약 2mm 내지 약 5mm의 범위, 또는 약 3mm의 높이를 갖는다.
[0079] 복수의 스킨들(420)은 아일랜드들(410) 사이에 포지셔닝되어 아일랜드들(410)을 둘러싼다. 스킨들(420)은 내측 둘레 에지(422) 및 외측 둘레 에지(424) 그리고 두께를 갖는다. 아일랜드(420)에서의 적어도 하나의 컷아웃(cutout; 425)은 아일랜드(410)를 둘러싸도록 크기가 정해진다. 각각의 스킨은 약 2mm 내지 약 10mm의 범위의 두께를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 스킨(420)의 두께는 약 3mm이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 스킨(420)은, 아일랜드들(410)의 높이와 실질적으로 동일한 두께를 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 스킨(420)이 아일랜드들(410)을 둘러싸도록 포지셔닝될 때 리세스가 형성되도록, 스킨(420)의 두께는 아일랜드들(410)의 높이보다 더 크다. 몇몇 실시예들에서, 스킨(420)의 두께는, 아일랜드(410)의 높이보다, 프로세싱되는 웨이퍼의 두께와 실질적으로 동일한 양만큼 더 크다.
[0080] 도 17은, 아일랜드들(410)을 스킨(420) 및 링(399)과 결합시키는 서셉터 조립체(140)의 다른 실시예를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 베이스(310)는 그라파이트이고, 링(399)은 석영 또는 알루미나이며, 스킨(420)은 석영이다.
[0081] 본 발명자들은, 캐러셀 서셉터 상의 웨이퍼의 열 또는 필름 두께 맵을 연구하는 것이, 열 또는 필름 두께 균일성에 대해 보상될 수 있는 명확한 열 시그니처들(clear thermal signatures)(고온(hot) 또는 저온(cold)) 지역들을 제공할 수 있다는 것을 발견했다. 도 18a 및 18b에 도시된 바와 같이, 현재의 포켓(500) 설계들(POR)은, 3개의 구역들(520, 530, 540)이 있는 외측 둘레 에지(510)를 갖는다. 도 18b는, 수백개의 작은 2.5mm 직경 메사들(mesas)(550)로 채워진(populated), 2mil-3mil-4mil (중앙)-3mil-2mil 밸리들의 3개의 밸리 높이들을 갖는 리세스의 부분 단면을 도시한다. 1℃ 초과의 큰 열 리플들(ripples)(15mm 이격된, 메사들의 동심 원들 사이)이, 1℃ 초과(>1℃)의 웨이퍼 에지 온도 상승과 함께 보여진다. 방사상으로, 포켓의 외측 직경으로부터 포켓으로 중앙까지 이어지는 약 15.5℃의 총 하락이 있다. 이러한 열 하락은 여러 번의 다수의 필름 두께 하락들을 제공한다.
[0082] 도 19a에 도시된 포켓(500)의 실시예는, 필름들의 균일성 및 순응성(conformality)를 개선하기 위해 역(inverse) 밸리들을 갖는다. 현재의 포켓은 직경에 걸쳐 2mil-3mil-4mil (중앙)-3mil-2mil를 갖고, 메사의 정상부는 외측 직경 시일 레지와 동일한 평면 상에 있다. 역 밸리는 4mil-3mil-2mil (중앙)-3mil-4mil 또는 3mil-3mil-2mil (중앙)-3mil-3mil을 갖는다. 밸리 깊이에서의 매 1mil 증가마다, 웨이퍼 상에서 약 1℃ 만큼 온도가 증가한다. 도 19b는, 포켓의 중앙에서 제로(zero)인, 포켓에서의 웨이퍼 위치에 따른 필름 두께의 그래프를 도시한다. 역 밸리들의 경우의 필름 두께가 POR 포켓들보다 더 균일하다는 것을 볼 수 있다.
[0083] 다른 실시예에서, 얇은(2-3mm 두께) 세라믹(알루미나, 석영) L-형상(단면) 링 인서트는, 포켓에서 포켓의 외측 직경 주위에 있는 기밀하도록 기계 가공된(tightly machined) 원형 채널에 안착된다. 알루미나 또는 석영의 더 낮은 열 전도성 때문에, 웨이퍼 열 균일성은, 15.5℃ 로부터, 알루미나 링의 경우 9.1℃로, 그리고 석영 링의 경우 4.4℃로 떨어지게 된다. 몇몇 실시예들은 세라믹 인서트를 포함하지 않지만, 원형 채널을 통해 유동하는 불활성 가스를 갖는다. 질소 가스는 낮은 열 전도도를 갖기 때문에, 균일성이 개선된다. 그러나, 가스 유동은, 프로세스 가스들 및 기생(parasitic) CVD 반응들의 트래핑(trapping)을 방지하도록 관리될 수 있다.
[0084] 도 20에 도시된 실시예는, 웨이퍼 에지 상의 열점들/원호들(arcs)(전형적으로 4시 및 8시 포지션들)이, 웨이퍼 상의 온도를 균등화하기에 충분히 길고 넓은 6mil 깊이 트렌치(560)를 파내는(digging) 것에 의해 완화되는 윤곽진 포켓(500) 설계를 포함한다. 트렌치(560) 때문에, 웨이퍼와 열 전도성 실리콘 카바이드의 직접적인 접촉이 없으며 따라서 온도 하락들이 없다. 도시된 실시예는, 2개의 트렌치(560) 영역들을 양분하는 편평한 세그먼트(562)를 갖는다.
[0085] 도 21에 도시되 바와 같은 다른 실시예는, 편평한 포켓(500) 설계를 갖는다. 열 연구는, 웨이퍼와의 더 높은(higher) 접촉 지역이, 안정된 상태와 더 양호한 처리량 시간들(through-put times)로의 더 빠른 평형 시간(equilibration time)을 제공한다는 것을 나타낸다. 완전한 접촉을 제공하는 편평한 포켓 설계는 어떠한 메사들도 갖지 않는다. 포켓(500)은, 웨이퍼를 진공 척킹하기에 딱 충분한, 폭 1mm × 깊이 6mil의 몇 개의 교차-그루브들(cross-grooves)(570)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 교차-그루브들은 약 0.5mm 내지 약 2mm의 범위의 폭, 및 약 2mil 내지 약 10mil의 범위의 깊이를 갖는다. 열 리플들이 관찰되지 않았다는 것이 관찰되었다.
[0086] 도 22에 도시된 바와 같은 다른 실시예는, 웨이퍼의 둘레 주위의 웨이퍼 에지 온도를 감소시키고 웨이퍼 에지 칩핑(chipping) 문제들을 완화하기 위해, 살짝 더 넓은 포켓 직경들을 갖는다. 도시된 실시예에서, 포켓의 정상부는 포켓의 바닥부보다 약 1mm 더 큰 직경을 갖고, 약 15°의 각도(θ)를 초래한다. 몇몇 실시예들에서, 포켓의 바닥부와 포켓의 정상부의 직경의 차이에 의해 형성된 각도는 약 5° 내지 약 30°의 범위, 또는 약 10° 내지 약 20°의 범위에 있다.
[0087] 도 23a 및 23b는, 더 높은 속도들의 서셉터 회전에서, 개선된 척킹력을 갖는 포켓(500)의 다른 실시예를 도시한다. 약 10mm의 조밀하게 채워진 대형 메사들을 가진 벌집 모양(honeycomb) 포켓 설계를 이용하여, 더 많은 진공 그루브들이 생성될 수 있다. 메사들은 약 5mm 내지 약 15mm의 범위의 직경들을 가질 수 있다. 열 연구에 따르면, 웨이퍼와의 더 높은 접촉 지역이, 더 양호한 처리량 시간들을 위한 안정된 상태로의 더 빠른 시간을 제공한다는 것이 발견되었다. 메사들 사이의 밸리 깊이들은 약 1mil, 2mil, 3mil, 또는 4mil로 유지될 수 있다. 어떠한 동작 이론에 구속되지 않고, 벌집 모양 설계는, 원형 포켓 레지와 합쳐져(merging) x-y 방향으로 조밀하게 채워진 메사들을 갖는다고 여겨지며, 기계 가공성(machinability) 문제 때문에, 최소 크기가, 2mm 초과(1.5mm 초과, 2.5mm 초과, 또는 3mm 초과)에서 유지되는 일부 부분 메사들이 있을 수 있다. 또한, 가장 근처의 메사와 포켓의 내측 레지 사이에서 2mm(1mm 내지 3mm) 폭의 간격이 유지된다. 이러한 설계는, 0.2℃ 미만의 매우 낮은 열 리플 및 0.4℃의 에지 온도 상승을 생성한다. 도 23b는, 포켓의 중앙으로부터 포지션에 따른 온도의 그래프를 도시한다.
[0088] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은 층을 형성하기 전에 그리고/또는 후에 프로세싱을 겪는다. 이러한 프로세싱은 동일한 챔버에서 또는 하나 또는 그 초과의 별개의 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판은 추가적인 프로세싱을 위해, 제 1 챔버로부터, 별개의 제 2 챔버로 이동된다. 기판은 제 1 챔버로부터 별개의 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 또는 기판은 제 1 챔버로부터 하나 또는 그 초과의 이송 챔버들로 이동될 수 있고, 그런 다음에 별개의 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 이송 스테이션과 연통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터링된 시스템", 등으로 지칭될 수 있다.
[0089] 일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심-검색(center-finding) 및 배향, 어닐링(annealing), 어닐링, 증착, 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈형 시스템이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은 적어도 제 1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는, 기판들을 프로세싱 챔버들과 로드 록 챔버들 사이에서 왕복시킬 수 있는 로봇을 하우징할(house) 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로, 진공 조건에서 유지되며, 기판들을 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 그리고/또는 클러스터 툴의 전방 단부에 포지셔닝된 로드 록 챔버로 왕복시키기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 본 개시물을 위해 이루어질 수 있는 2개의 잘-알려진 클러스터 툴들은 Centura® 및 Endura®이며, 양자 모두 캘리포니아주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수 가능하다. 그러나, 정확한 어레인지먼트 및 챔버들의 조합은, 본원에 설명되는 바와 같은 프로세스의 특정 단계들을 수행할 목적을 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, CLD(cyclical layer deposition), ALD(atomic layer deposition), CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition), 에칭, 사전-세정(pre-clean), 화학적 세정, RTP와 같은 열처리, 플라즈마 질화(nitridation), 어닐링, 배향, 수산화, 및 다른 기판 프로세스들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행하는 것에 의해, 분위기 불순물들(atmospheric impurities)에 의한 기판의 표면 오염은, 후속하는 필름을 증착시키기 이전의 산화 없이, 회피될 수 있다.
[0090] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은 진공 또는 "로드 록" 조건들 하에서 연속적으로 있고, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동될 때 주변 공기에 노출되지 않는다. 따라서, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 아래로 "펌핑 다운"된다(pumped down). 불활성 가스들이 프로세싱 챔버들 또는 이송 챔버들에 존재할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반응물들 중 일부 또는 전부를 제거하기 위해, 불활성 가스가 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 퍼지 가스는, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버로 그리고/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해, 증착 챔버의 출구에서 주입된다. 따라서, 불활성 가스의 유동은 챔버의 출구에 커튼(curtain)을 형성한다.
[0091] 기판은, 단일 기판이 로딩되고, 프로세싱되며, 다른 기판이 프로세싱되기 전에 언로딩되는 단일 기판 증착 챔버들에서 프로세싱될 수 있다. 기판은 또한, 컨베이어 시스템과 유사하게, 연속적인 방식으로 프로세싱될 수 있으며, 여기서, 다수의 기판들은 개별적으로 챔버의 제 1 부분 내로 로딩되고, 챔버를 통해 이동하며, 챔버의 제 2 부분으로부터 언로딩된다. 챔버 및 연관된 컨베이어 시스템의 형상은 직선 경로 또는 곡선 경로를 형성할 수 있다. 부가적으로, 프로세싱 챔버는, 다수의 기판들이 중심축을 중심으로 이동되고 캐러셀 경로를 통해 증착, 에칭, 어닐링, 세정, 등의 프로세스들에 노출되는 캐러셀일 수 있다.
[0092] 프로세싱 동안 기판은 가열되거나 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 기판 지지부의 온도를 바꾸는 것 및 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면에 유동시키는 것을 포함하여(그러나 이에 제한되지 않음), 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판 지지부는, 기판 온도를 전도적으로(conductively) 변화시키기 위해 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 기판 온도를 국부적으로 변화시키기 위해, 채용되는 가스들(반응성 가스들 또는 불활성 가스들)이 가열되거나 냉각된다. 몇몇 실시예들에서, 기판 온도를 대류적으로(convectively) 변화시키기 위해, 가열기/냉각기는 챔버 내에 기판 표면에 인접하여 포지셔닝된다.
[0093] 기판은 또한, 프로세싱 동안 고정적이거나 회전될 수 있다. 회전식 기판은 연속적으로 또는 불연속적인 단계들로 회전될 수 있다. 예컨대, 기판은 전체 프로세스 내내 회전될 수 있거나, 또는 기판은, 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출들 사이에서 작은 양만큼 회전될 수 있다. 프로세싱 동안 (연속적으로 또는 단계들로) 기판을 회전시키는 것은, 예컨대, 가스 유동 기하형상들(geometries)에서의 국부적인 변동성의 영향을 최소화하는 것에 의해, 더 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는 것을 도울 수 있다.
[0094] 원자 층 증착 유형의 챔버들에서, 기판은, 공간적으로 또는 시간적으로 분리된 프로세스들에서 제 1 및 제 2 전구체들에 노출될 수 있다. 시간적 ALD는, 표면과 반응하기 위해 제 1 전구체가 챔버 내로 유동하는 전통적인 프로세스이다. 제 1 전구체는, 제 2 전구체를 유동시키기 전에 챔버로부터 퍼징된다. 공간적 ALD에서, 제 1 및 제 2 전구체들 양자 모두는 동시에 챔버로 유동되지만, 전구체들의 혼합을 방지하는 영역이 유동들 사이에 있도록, 공간적으로 분리된다. 공간적 ALD에서, 기판이 가스 분배 플레이트에 대해 이동되거나, 또는 그 반대이다.
[0095] 방법들의 부분들 중 하나 또는 그 초과가 하나의 챔버에서 일어나는 실시예들에서, 프로세스는 공간적 ALD 프로세스일 수 있다. 상기 설명된 케미스트리들(chemistries) 중 하나 또는 그 초과가 양립 가능하지 않을 수 있더라도(즉, 기판 표면 이외에서 반응을 초래하고 그리고/또는 챔버 상에 증착시킴), 공간적 분리는, 시약들이, 기상으로, 각각에 노출되지 않는 것을 보장한다. 예컨대, 시간적 ALD는 증착 챔버를 퍼징하는 것을 수반한다. 그러나, 실제로는, 때때로, 부가적인 시약(regent)을 유동시키기 전에, 과량의 시약을 챔버 밖으로 퍼징하는 것이 가능하지 않다. 그러므로, 챔버의 임의의 남아있는 시약들이 반응할 수 있다. 공간적 분리의 경우, 과량의 시약은 퍼징될 필요가 없으며, 교차-오염이 제한된다. 게다가, 챔버를 퍼징하는 데에 많은 시간이 사용될 수 있으며, 그러므로 퍼지 단계를 제거함으로써 처리량이 증가될 수 있다.
[0096] 본 명세서 전체에 걸친 "일 실시예", "특정 실시예", "하나 또는 그 초과의 실시예들", 또는 "실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 재료, 또는 특성이 본 개시물의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치들에서의 "하나 또는 그 초과의 실시예들에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 출현들은, 반드시 본 개시물의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 피처들, 구조들, 재료들, 또는 특성들은 하나 또는 그 초과의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다.
[0097] 본원에서 본 개시물이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지, 본 개시물의 원리들 및 애플리케이션들에 대해 예시적인 것임이 이해되어야 한다. 본 개시물의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시물의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시물은 첨부된 청구항들 및 청구항들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변경들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 서셉터 조립체(susceptor assembly)로서,
    복수의 리세스들(recesses)을 포함하는 서셉터 베이스;
    상기 서셉터 베이스의 리세스들 각각 내에 있는 포켓 커버(pocket cover);
    상기 서셉터 베이스 상의 복수의 파이-형상(pie-shaped) 스킨들(skins); 및
    상기 서셉터 베이스의 중앙에 있는 파이 앵커(anchor)를 포함하고, 상기 파이 앵커는, 상기 파이-형상 스킨들을 제 위치에(in place) 홀딩하도록 상기 파이-형상 스킨들과 협력하여 상호 작용하게 구성되는,
    서셉터 조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포켓 커버는 상기 리세스들의 깊이와 실질적으로 동일한 두께를 갖는,
    서셉터 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이 앵커는 적어도 하나의 돌출부를 포함하며, 상기 파이-형상 스킨은, 상기 파이-형상 스킨의 내측 둘레 에지에 인접하고 그리고 상기 파이 앵커 상의 상기 적어도 하나의 돌출부와 협력하여 상호 작용하도록 크기가 정해진 적어도 하나의 리세스를 갖는,
    서셉터 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 서셉터 베이스는 외측 둘레 에지에 인접한 적어도 하나의 돌출부를 포함하며, 상기 파이-형상 스킨은, 상기 파이-형상 스킨의 외측 둘레 에지에 인접하고 그리고 상기 서셉터 베이스 상의 상기 적어도 하나의 돌출부와 협력하여 상호 작용하도록 크기가 정해진 적어도 하나의 리세스를 갖는,
    서셉터 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이-형상 스킨은, 내측 둘레 에지에 인접한 돌출부 및 외측 둘레 에지에 인접한 돌출부를 포함하는,
    서셉터 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 서셉터 베이스는 외측 둘레 에지에 인접한 리세스를 갖고, 상기 앵커는, 상기 파이-형상 스킨 상의 돌출부들과 협력하여 상호 작용하도록 포지셔닝되고 크기가 정해지는 리세스를 포함하는,
    서셉터 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스킨들의 내측 둘레 에지 및 상기 앵커 위에 클램프 플레이트를 더 포함하는,
    서셉터 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포켓 커버는, 리프트 핀이 통과하는 것을 허용하기 위해 복수의 세장형(elongate) 홀들을 포함하는,
    서셉터 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이-형상 스킨은 리세스를 더 포함하는,
    서셉터 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 리세스는, 상기 리세스 내에 포지셔닝될 기판과 실질적으로 동일한 깊이를 갖는,
    서셉터 조립체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 리세스는, 상기 리세스의 외측 둘레 에지에 있는 레지(ledge), 및 상기 리세스의 레지에 포지셔닝된 링을 더 포함하는,
    서셉터 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터 베이스는, 그라파이트를 포함하는 재료로 만들어지며, 20mm 내지 40mm의 범위의 두께를 갖는,
    서셉터 조립체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이-형상 스킨들은, 세라믹을 포함하는 재료로 만들어지며, 4mm 내지 10mm의 범위의 두께를 갖는,
    서셉터 조립체.
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