KR102631744B1 - 깔때기-형상 가스 분산 채널 및 가스 분배 플레이트를 구비한 원자 층 증착 챔버 - Google Patents

깔때기-형상 가스 분산 채널 및 가스 분배 플레이트를 구비한 원자 층 증착 챔버 Download PDF

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마리오 댄 산체스
구오퀴앙 지안
이시옹 양
디파크 자드하브
아슈토쉬 아가르왈
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Abstract

기판을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치가 본원에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버는, 챔버 본체; 상부 부분 및 하부 부분을 갖고 중심축을 따라 연장되는 중앙 채널을 에워싸는 하우징을 갖는 챔버 덮개 조립체; 하우징에 커플링된 덮개 플레이트 ― 덮개 플레이트는, 중앙 채널의 하부 부분에 커플링된 중앙 개구부로부터, 덮개 플레이트의 주변 부분으로 외측으로 그리고 하방으로 연장되는 윤곽진(contoured) 바닥부 표면을 가짐 ―; 및 덮개 플레이트 아래에 배치된 가스 분배 플레이트 ― 가스 분배 플레이트는, 가스 분배 플레이트를 통해 배치된 복수의 개구들을 가짐 ― 를 포함한다.

Description

깔때기-형상 가스 분산 채널 및 가스 분배 플레이트를 구비한 원자 층 증착 챔버
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 서브미크론 및 더 작은 피처들을 신뢰성 있게 생산하는 것은, 차세대 VLSI(very large scale integration) 및 ULSI(ultra large scale integration) 반도체 디바이스들에 대한 주요 기술들 중 하나이다. 그러나, 회로 기술의 한계들이 압박당함에 따라, VLSI 및 ULSI 기술에서 인터커넥트들의 치수들을 축소시키는 것은, 프로세싱 능력들에 대한 부가적인 요구 사항들을 제기했다. VLSI 및 ULSI 기술의 핵심인 멀티레벨 인터커넥트들은 고 종횡비 피처들, 예컨대, 비아들 및 다른 인터커넥트들의 정밀한 프로세싱을 사용한다. 이러한 인터커넥트들의 신뢰성 있는 형성은 VLSI 및 ULSI 성공, 그리고 개별 기판들의 품질 및 회로 밀도를 증가시키려는 지속된 노력에 매우 중요하다.
[0003] 회로 밀도들이 증가함에 따라, 인터커넥트들, 예컨대, 비아들, 트렌치들, 컨택들, 및 다른 피처들뿐만 아니라, 사이의 유전체 재료들의 폭들이 감소하는 반면, 유전체 층들의 두께는 실질적으로 일정하게 유지되어, 피처들의 증가된 높이-대-폭 종횡비들을 초래한다. 많은 전통적인 증착 프로세스들은, 종횡비가 4:1을 초과하는, 특히, 종횡비가 10:1을 초과하는 서브미크론 구조들을 충전하는 것에 어려움을 겪는다. 그러므로, 고 종횡비들을 갖는, 실질적으로 보이드가 없고(void-free) 이음매가 없는(seam-free) 서브미크론 피처들의 형성에 계속적인 많은 노력을 쏟고 있다.
[0004] ALD(atomic layer deposition)는 고 종횡비들을 갖는 피처들 위에 재료 층들을 증착시키기 위해 탐구되는 증착 기술이다. ALD 프로세스의 일 예는 가스들의 펄스들의 순차적 유입을 포함한다. 예컨대, 가스들의 펄스들의 순차적 유입의 일 사이클은 제 1 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있고, 제 1 반응물 가스의 펄스 다음에 퍼지 가스의 펄스 및/또는 펌프 진공배기, 그 다음에 제 2 반응물 가스의 펄스, 그리고 그 다음에 퍼지 가스의 펄스 및/또는 펌프 진공배기가 후속된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "가스"라는 용어는 단일 가스 또는 복수의 가스들을 포함하도록 정의된다. 제 1 반응물 및 제 2 반응물의 개별 펄스들의 순차적 유입은, 기판의 표면 상에서 반응물들의 단분자층들(monolayers)의 교번하는 자가-제한 흡수(alternating self-limiting absorption)를 초래할 수 있고, 따라서 각각의 사이클 동안 재료의 단분자층을 형성한다. 사이클은 증착되는 재료의 원하는 두께까지 반복될 수 있다. 제 1 반응물 가스의 펄스들과 제 2 반응물 가스의 펄스들 사이의 퍼지 가스의 펄스 및/또는 펌프 진공배기는, 챔버에 남아 있는 과한 양의 반응물들로 인한 반응물들의 기상(gas phase) 반응들의 가능성을 감소시키는 역할을 한다.
[0005] ALD 프로세싱을 위한 몇몇 챔버 설계들에서, 전구체들 및 가스들은 깔때기형 덮개를 사용하여 전달되며, 깔때기형 덮개를 통해서, 전구체는 깔때기 형상 덮개 위의 다수의 주입기들을 통해 분배된다. 주입기들은, 주입된 가스의 원형 운동(circular motion)을 생성하고, 이는 덮개의 중앙에서 깔때기 프로파일을 통해 분배된다. 가스/ALD 전구체 분자들의 회전 관성은 분자들을 중앙으로부터 에지로 분배시켜서, 개선된 균일성 증착을 초래한다. 그러나, 몇몇 애플리케이션들에서, 본 발명자들은, 프로세싱되는 기판의 중앙 근처에서 도넛-형상 증착 프로파일을 관찰하였다. 도넛-형상 증착 프로파일은, 덮개의 깔때기 형상으로 인해 야기되는 것으로 생각되며, 고객들에게 통합(integration) 문제들을 일으킬 수 있다.
[0006] 그러므로, 본 발명자들은 기판의 ALD 프로세싱을 위한 개선된 장치 및 방법들을 제공하였다.
[0007] 기판을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치가 본원에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버는, 챔버 본체; 상부 부분 및 하부 부분을 갖고 중심축을 따라 연장되는 중앙 채널을 에워싸는 하우징을 갖는 챔버 덮개 조립체; 하우징에 커플링된 덮개 플레이트 ― 덮개 플레이트는, 중앙 채널의 하부 부분에 커플링된 중앙 개구부로부터, 덮개 플레이트의 주변 부분으로 외측으로 그리고 하방으로 연장되는 윤곽진(contoured) 바닥부 표면을 가짐 ―; 및 덮개 플레이트 아래에 배치된 가스 분배 플레이트 ― 가스 분배 플레이트는, 가스 분배 플레이트를 통해 배치된 복수의 개구들을 가짐 ― 를 포함한다.
[0008] 몇몇 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버는, 챔버 본체; 상부 부분 및 하부 부분을 갖고 중심축을 따라 연장되는 중앙 채널을 에워싸는 하우징을 갖는 챔버 덮개 조립체; 하우징에 커플링된 덮개 플레이트 ― 덮개 플레이트는, 중앙 채널의 하부 부분에 커플링된 중앙 개구부로부터, 덮개 플레이트의 주변 부분으로 외측으로 그리고 하방으로 연장되는 윤곽진 바닥부 표면을 가짐 ―; 덮개 플레이트 아래에 배치된 가스 분배 플레이트 ― 가스 분배 플레이트는, 가스 분배 플레이트를 통해 배치된 복수의 개구들을 가짐 ―; 중앙 채널에 유체적으로 커플링된(fluidly coupled) 원격 플라즈마 소스; 원격 플라즈마 소스와 하우징 사이에 커플링된 격리 칼라(isolation collar) ― 격리 칼라는, 원격 플라즈마 소스와 중앙 채널을 유체적으로 커플링하기 위해 격리 칼라를 통해 연장되는 내측 채널을 가짐 ―; 제 1 단부에서 격리 칼라에 커플링되고, 제 2 단부에서 주(main) 펌핑 채널에 커플링된 배기 도관; 및 배기 도관을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하기 위해 배기 도관에 커플링된 밸브를 포함한다.
[0009] 몇몇 실시예들에서, 기판을 프로세싱하는 방법은, 제 1 프로세스 가스를 프로세스 챔버의 가스 분산 채널 및 반응 구역 내로 유동시키는 단계; 제 1 프로세스 가스를, 반응 구역에 배치된 가스 분배 플레이트의 복수의 개구들을 통해 기판 상으로 유동시키는 단계; 세정 가스를 가스 분산 채널 및 반응 구역 내로 유동시키는 단계; 세정 가스를 배기 시스템을 통해 배기시키는 단계; 제 2 프로세스 가스를 가스 분산 채널 및 반응 구역 내로 유동시키는 단계; 제 2 프로세스 가스를 가스 분배 플레이트의 복수의 개구들을 통해 기판 상으로 유동시키는 단계; 세정 가스를 가스 분산 채널 및 반응 구역 내로 유동시키는 단계; 및 세정 가스를 배기 시스템을 통해 배기시키는 단계를 포함한다.
[0010] 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 이하에서 설명된다.
[0011] 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적 실시예들을 참조하여, 앞서 간략히 요약되고 이하에서 더 상세하게 논의되는 본 개시내용의 실시예들이 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시내용이, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0012] 도 1은, 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략도를 도시한다.
[0013] 도 2는, 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0014] 도 3은, 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른 덮개 조립체의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0015] 도 4a-c는, 본 개시내용의 실시예들에 따른 가스 분배 플레이트를 통해 배치된 개구들의 개략도들을 도시한다.
[0016] 도 5는, 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하기 위한 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
[0017] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해, 동일한 참조번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 도시된 것은 아니며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은, 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다.
[0018] 본 개시내용의 실시예들은, 예컨대, ALD(atomic layer deposition) 프로세스 동안에, 기판 프로세싱 챔버들, 예컨대, ALD 챔버를 세정하고, 재료들을 증착시키는 데에 사용될 수 있는 장치 및 방법들을 제공한다. 실시예들은, 원격 플라즈마 소스 및 가스 분배 플레이트를 포함하는 가스 전달 시스템들 및 기판 프로세싱 챔버들을 포함한다. 다른 실시예들은, ALD 프로세스들 동안 이러한 가스 전달 시스템들을 사용하여 재료들을 증착시키기 위한 방법들을 제공한다. 본원에서 설명되는 장치들의 통합에 적합한 프로세싱 챔버들의 예들은, 캘리포니아주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수 가능한, 높은 유전 상수(즉, 고-k) 및 금속 ALD 증착 챔버들을 포함한다. 이하의 프로세스 챔버 설명은 상황에 맞게 그리고 예시적인 목적들을 위해 제공되며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 이해되거나 해석되어서는 안된다.
[0019] 도 1은, 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른, ALD 프로세스들에 대해 적응된 가스 전달 시스템(130)을 포함하는 기판 프로세싱 챔버(프로세스 챔버(100))의 개략도이다. 도 2는, 프로세스 챔버(100)의 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는 챔버 본체(102)를 포함하고, 챔버 본체(102)는 챔버 본체(102) 내에 그리고 챔버 덮게 조립체(132) 아래에 프로세싱 용적을 갖는다. 프로세스 챔버(100)의 슬릿 밸브(108)는, 로봇(도시되지 않음)이 기판(110), 예컨대, 200mm 또는 300mm 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판을 프로세스 챔버(100)에 전달하고 프로세스 챔버(100)로부터 회수하기 위한 액세스를 제공한다. 챔버 라이너(liner)(177)는, 프로세싱/세정 동안에 사용되는 부식성 가스들로부터 챔버를 보호하기 위해, 프로세스 챔버(100)의 벽들을 따라 배치된다.
[0020] 기판 지지부(112)는 프로세스 챔버(100)에서 기판(110)을 기판 수용 표면(111) 상에 지지한다. 기판 지지부(112)는, 기판 지지부(112) 및 기판 지지부 상에 배치된 기판(110)을 상승시키고 하강시키기 위해, 리프트 모터(114)에 장착된다. 리프트 모터(118)에 연결된 리프트 플레이트(116)(도 2에 도시됨)는, 기판 지지부(112)를 통해 이동 가능하게 배치된 리프트 핀들(120)을 상승 및 하강시키기 위해, 프로세스 챔버(100)에 장착된다. 리프트 핀들(120)은 기판 지지부(112)의 표면 위에서 기판(110)을 상승 및 하강시킨다. 기판 지지부(112)는, 증착 프로세스 동안 기판(110)을 기판 지지부(112)에 고정시키기 위해, 진공 척(도시되지 않음), 정전 척(도시되지 않음), 또는 클램프 링(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
[0021] 기판 지지부(112)의 온도는 기판(110)의 온도를 제어하도록 조정될 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(112)는 내장된 가열 엘리먼트, 예컨대, 저항성 가열기(도시되지 않음)를 사용하여 가열될 수 있거나, 복사열, 예컨대, 기판 지지부(112) 위에 배치된 가열 램프들(도시되지 않음)을 사용하여 가열될 수 있다. 기판(110)의 주변 부분 상에서의 증착을 방지하기 위해 퍼지 가스를 기판(110)의 주변 부분에 제공하는 퍼지 채널(124)을 정의하기 위해, 퍼지 링(122)이 기판 지지부(112) 상에 배치될 수 있다.
[0022] 가스 전달 시스템(130)은, 가스, 예컨대, 프로세스 가스 및/또는 퍼지 가스를 프로세스 챔버(100)에 제공하기 위해, 챔버 본체(102)의 상부 부분에 배치된다. 진공 시스템(도시되지 않음)은, 임의의 원하는 가스들을 프로세스 챔버(100)로부터 진공배기하기 위해, 그리고 프로세스 챔버(100)의 내부에서 원하는 압력 또는 압력 범위를 유지하는 것을 돕기 위해, 펌핑 채널(179)과 연통(in communication)한다.
[0023] 몇몇 실시예들에서, 챔버 덮개 조립체(132)는, 챔버 덮개 조립체(132)의 중앙 부분을 통해 연장되는 가스 분산 채널(134)을 포함한다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 가스 분산 채널(134)은 기판 수용 표면(111)을 향해 수직으로 연장되고, 또한, 가스 분산 채널(134)의 중심축(133)을 따라, 덮개 플레이트(170)를 통해, 하부 표면(160)으로 연장된다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분산 채널(134)의 상부 부분은 중심축(133)을 따라서 실질적으로 원통형이고, 가스 분산 채널(134)의 하부 부분은 중심축(133)으로부터 멀어지며 테이퍼링된다(taper). 하부 표면(160)은 기판 지지부(112)의 기판 수용 표면(111) 상에 배치된 기판(110)을 실질적으로 커버하도록 크기가 정해지고 성형된다. 하부 표면(160)은 덮개 플레이트(170)의 외측 에지로부터 가스 분산 채널(134)을 향해 테이퍼링된다. 가스 분배 시스템(130)은 기판(110)을 프로세싱하기 위해 하나 또는 그 초과의 가스들을 가스 분산 채널(134)에 제공할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 전달 시스템(130)은 하나의 가스 유입구를 통해 가스 분산 채널(134)에 커플링될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 3에 도시된 것과 같이, 가스 전달 시스템은 복수의 유입구들을 통해 가스 분산 채널(134)에 커플링될 수 있다.
[0024] 도 3에 예시된 바와 같이, 가스 분산 채널(134)을 통하는 프로세스 가스들의 유동을 예시하는 원형 가스 유동(174)은 다양항 유형들의 유동 패턴들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 가스들은 분산 채널을 통과하면서 가스 분산 채널(134)의 중심축(133)을 중심으로 회전하도록 강제될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 원형 가스 유동(174)은 다양한 유형들의 원형 유동 패턴들, 예컨대, 소용돌이(vortex) 패턴, 나선형(helix) 패턴, 와선형(spiral) 패턴, 또는 이들의 파생형들을 포함할 수 있다.
[0025] 많은 애플리케이션들의 경우에 원형 가스 유동(174)을 제공하는 것이 유익하지만, 본 발명자들은, 몇몇 애플리케이션들에서는, 원형 가스 유동이 불-균일한 프로세싱 결과들로 이어질 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은, 가스 유동이, 프로세싱되는 기판(110)의 중앙 근처에서 도넛-형상 증착 프로파일로 이어질 수 있다는 것을 관찰하였다. 도넛-형상 프로파일은 가스 분산 채널(134)의 깔때기 형상에 의해 야기될 수 있다. 그러므로, 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 복수의 개구들(126)을 갖는 가스 분배 플레이트(125)를 더 포함하고, 복수의 개구들(126)은 가스 분배 플레이트(125)를 통해 배치된다. 가스 분배 플레이트(125)는, 오직 가스 분산 채널(134)로부터 기판으로의 경로만이 가스 분배 플레이트(125)의 복수의 개구들(126)을 통하도록, 가스 분산 채널(134)의 표면으로 연장된다. 가스 분배 플레이트(125)는 유리하게, 가스 분배 플레이트(125)를 통하는 가스의 초크 유동(choked flow)을 생성하여, 기판(110) 상에서의 더 균일한 증착을 초래하고, 따라서, 가스의 회전 유동에 의해 야기되는 도넛-형상 증착을 실질적으로 제거한다.
[0026] 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(125)는, 예컨대, 알루미늄 옥사이드 또는 알루미늄 나이트라이드와 같은 비-부식성 세라믹 재료로 형성된다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 개구들(126) 각각은 동등한 유체 컨덕턴스(fluid conductance)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 개구들(126)의 밀도(예컨대, 단위 지역당 개구들의 개구부들의 크기 또는 개구들의 개수)는, 기판(110)에 대해 원하는 증착 프로파일을 달성하기 위해 가스 분배 플레이트(125)에 걸쳐 변할 수 있다. 예컨대, 증착 균일성을 더 개선하기 위해 기판의 에지에 대해서 기판의 중앙에서의 증착 레이트를 증가시키도록, 개구들(126)의 더 높은 밀도가 가스 분배 플레이트(125)의 중심에 배치될 수 있다.
[0027] 복수의 개구들(126)이 원통형 스루 홀들로서 도시되었지만, 복수의 개구들(126)은 상이한 프로파일들을 가질 수 있다. 도 4a-c는, 복수의 개구들(126)의 프로파일들의 상이한 비-제한적인 실시예들을 도시한다. 도 4a에 도시된 실시예에서, 개구(126)는, 개구를 둘러싸는 커브형 에지들(402)을 갖는 원통형 스루 홀이다. 도 4b에 도시된 실시예에서, 개구(126)는, 개구의 중앙을 향해 내측으로 테이퍼링되는 상부 부분(404), 가스 분배 플레이트(125)의 상부 표면(127)에 대해 수직으로 연장되는 원통형 중앙 부분(405), 및 개구의 중앙으로부터 외측으로 테이퍼링되는 하부 부분(406)을 갖는 스루 홀이다. 도 4c에 도시된 실시예에서, 개구(126)는, 카운터성크(countersunk) 홀을 갖는 상부 부분(408), 가스 분배 플레이트(125)의 상부 표면(127)에 대해 수직으로 연장되는 원통형 중앙 부분(409), 및 개구의 중앙으로부터 외측으로 테이퍼링되는 하부 부분(410)을 갖는 스루 홀이다. 기판(110)의 프로세싱 동안 최적의 증착 균일성을 달성하기 위해, 복수의 개구들(126)의 다른 프로파일들이 대안적으로 사용될 수 있다.
[0028] 이론에 구속되기를 바라지 않고, 본 발명자들은, 가스 분산 채널(134)의 상부 부분으로부터 중심축(133)을 따라 제 1 지점까지 일정하고 제 1 지점으로부터 가스 분산 채널(134)의 하부 부분(135)까지 증가하는 가스 분산 채널(134)의 직경이, 가스 분산 채널(134)을 통한 가스의 단열 팽창을 더 적게 허용하고, 이는 원형 가스 유동(174)에 포함되는 프로세스 가스의 온도를 제어하는 것을 돕는다고 생각한다. 예컨대, 가스 분산 채널(134) 내로 전달되는 가스의 급작스런 단열 팽창은 가스의 온도의 급락을 초래할 수 있고, 이는 가스의 응축 및 액적들의 형성을 야기할 수 있다. 반면에, 점진적으로 테이퍼링되는 가스 분산 채널(134)은, 가스의 단열 팽창을 더 적게 제공하는 것으로 여겨진다. 그러므로, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달될 수 있고, 따라서, 가스의 온도는, 챔버 덮개 조립체(132)의 온도를 제어하는 것에 의해 더 쉽게 제어될 수 있다. 가스 분산 채널(134)은 점진적으로 테이퍼링될 수 있고, 하나 또는 그 초과의 테이퍼링된 내측 표면들, 예컨대, 테이퍼링된 직선 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있거나, 하나 또는 그 초과의 테이퍼링된 내측 표면들의 섹션들(즉, 테이퍼링된 부분 및 테이퍼링되지 않은 부분)을 포함할 수 있다.
[0029] 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 분산 채널(134)의 상부 부분은 하우징(375)의 내측 영역에 배치된 인서트(300)에 의해 정의된다. 인서트(300)는, 가스 분산 채널(134)을 적어도 부분적으로 정의하는 중앙 통로, 및 인서트(300)의 상부 부분에 캡(302)을 포함한다. 캡(302)은 인서트(300)를 제 위치(in place)에 홀딩하기 위해 하우징(375) 위로 연장된다. 인서트(300) 및 캡(302)은, 적절한 밀봉을 보장하기 위해, 인서트(300)와 하우징(375) 사이에 배치되는 복수의 o-링들(385)을 포함한다. 인서트(300)는, 인서트(300)가 하우징(375) 내에 삽입될 때, 대응하는 복수의 주변 채널들(360, 365, 370)을 형성하는 복수의 주변 개구들을 포함한다. 복수의 주변 채널들(360, 365, 370)은, 대응하는 복수의 홀들(340, 345, 350)을 통해 가스 분산 채널(134)에 유체적으로 커플링된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 가스 전달 시스템(130)은 복수의 가스 피드 라인들(310, 315, 320)을 통해 가스 분산 채널(134)에 커플링된다. 가스 피드 라인들(310, 315, 320)은, 하나 또는 그 초과의 가스들을 가스 분산 채널(134)에 제공하기 위해, 복수의 주변 채널들(360, 365, 370)에 유체적으로 커플링된다.
[0030] 도 1 및 2로 돌아가서, 프로세스 챔버(100)는, RPS(remote plasma source)(190), 일 단부에서 RPS(190)에 커플링되고 반대쪽 단부에서 캡(302)에 커플링된 격리 칼라(192), 덮개 플레이트(170)의 상부 표면에 커플링된 가열기 플레이트(198), 및 RPS(190)에 유체적으로 커플링된 세정 가스(즉, 퍼지 가스) 소스(197)를 포함하는 챔버 세정 시스템을 더 포함한다. 세정 가스 소스는, 프로세스 챔버(100)를 세정하기 위해 플라즈마를 형성하는 데에 적합한 임의의 가스를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 예컨대, 세정 가스는 삼불화질소(NF3)일 수 있다. 격리 칼라(192)는, RPS(190)로부터의 플라즈마를 가스 분산 채널(134)을 통해 반응 구역(164) 내로 유동시키기 위해, 캡(302)의 중앙 부분에 배치된 복수의 홀들(285)을 통해 가스 분산 채널(134)에 유체적으로 커플링된 내측 채널(193)을 포함한다. 가열기 플레이트(198)는 스테인리스 스틸로 형성될 수 있고, 플레이트 전체에 분산된 복수의 저항성 가열 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0031] 전형적으로, 제 1 가스가 가스 전달 시스템(130)에 의해 가스 분산 채널(134)에 제공된 이후에, 제 1 가스를 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164)으로부터 신속히 퍼징하기 위해, 세정 가스가 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164)을 통해 유동된다. 후속하여, 제 2 가스가 가스 전달 시스템(130)에 의해 가스 분산 채널(134)에 제공되고, 제 2 가스를 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164)으로부터 신속히 퍼징하기 위해, 세정 가스가 다시 가스 분산 채널(134)을 통해 반응 구역(164)으로 유동된다. 그러나, 가스 분배 플레이트(125)의 부가는 펌핑 채널(179)로의 세정 가스의 유동을 초킹하여 세정 프로세스를 연장한다. 이로써, 본 발명자들은, 제 1 단부(186)에서 격리 칼라(192)에 커플링되고 제 2 단부(188)에서 펌핑 채널(179)에 커플링된 배기 도관(184)을 갖는 배기 시스템(180)을 통합하였다. 밸브(182)는, 배기 도관(184)을 내측 채널(193)에 선택적으로 유체적으로 커플링하기 위해 배기 도관(184)에 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 예컨대, 밸브(182)는, 배기 도관(184)을 내측 채널(193)에 유체적으로 커플링하기 위한 제 1 포지션(도 2에 도시됨)과, 배기 도관(184)을 내측 채널(193)로부터 밀봉하기 위한 제 2 포지션 사이에서 이동 가능한 플런저(202)를 갖는 플런저 유형 밸브일 수 있다. 매번 세정 가스가 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164)을 통해 유동될 때마다, 밸브(182)가 개방되고 세정 가스는 펌핑 채널(179)로 신속히 배기된다.
[0032] 프로세스 챔버(100)의 내부의 압력이 RPS(190)의 내부의 압력을 초과할 때, 프로세싱 가스들이 RPS(190)까지 유동하여 RPS(190)를 손상시킬 수 있다. 복수의 홀들(285)은, 프로세싱 가스들의 역류가 내측 채널(193)을 통해 RPS(190) 내로 유동하는 것을 방지하기 위한 초크 지점으로서 역할을 한다. 격리 칼라(192)는, 사용되는 세정 가스와 비-반응성인 임의의 재료로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 세정 가스가 NF3일때, 격리 칼라(192)는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 격리 칼라(192) 및 인서트(300)는 알루미늄으로 형성될 수 있고, 부식성 가스들이 사용될 때 이 부식성 가스들로 인한 격리 칼라(192) 및 인서트(300)의 부식을 방지하기 위해 코팅으로 코팅될 수 있다. 예컨대, 코팅은 니켈 또는 알루미늄 옥사이드로 형성될 수 있다.
[0033] 도 3을 참조하면, RPS(190)는 약 40°C와 동일한 또는 그 미만의 온도에서 동작한다. 프로세스 챔버(100)에서 생성되는 열로부터 RPS(190)를 유리하게 절연하기 위해, 열 격리 링(394)이 격리 칼라(192)와 캡(302) 사이에 배치된다. 열 격리 링(394)은 낮은(예컨대, 격리 칼라(192) 및 캡(302)의 열 전도율보다 더 낮은) 열 전도율을 갖는 금속으로 형성된다. 부가적으로, 격리 칼라(192)와 캡(302) 사이의 접촉 면적을 더 감소시키기 위해, o-링(385)이 또한, 격리 칼라(192)와 캡(302) 사이에 배치될 수 있다. 열 격리 링(394)과 o-링(385)의 조합은, 프로세스 챔버(100)에서 생성되는 열이 RPS(190)에 악영향을 주지 않는다는 것을 보장하기 위한 열 초크로서 작용한다.
[0034] 몇몇 실시예들에서, 덮개 플레이트(170)가 100°C 위로 가열될 때, 프로세스 챔버(100)는, o-링들(385) 사이에 포획되는(trapped) 임의의 프로세스 가스들 또는 부산물들이 펌핑 채널(179)로 배기되는 것을 보장하기 위한 차동(differential) 펌핑 라인(250)을 포함할 수 있다. 차동 펌핑 라인(250)은 제 1 단부에서 덮개 플레이트(170)에 커플링되고, 제 1 단부 반대쪽의 제 2 단부에서 하우징(375)에 커플링된다. 차동 펌핑 라인은 가스 분산 채널(134)에 유체적으로 커플링되고, 둘 또는 그 초과의 o-링들(385) 사이의 지역들에 형성된 하나 또는 그 초과의 채널들(260)에 유체적으로 커플링된다. 가스 분산 채널(134)을 배기하기 위해 밸브(182)가 개방될 때, 차동 펌핑 라인은 o-링들(385) 사이에 포획된 가스들을 배기한다.
[0035] 다시 도 3으로 돌아가서, 챔버 덮개 조립체(132)의 하부 표면(160)의 부분은, 가스 분산 채널(134)로부터의 기판(110)의 표면에 걸친(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로의) 가스 유동의 개선된 속도 프로파일을 제공하는 것을 돕기 위해, 가스 분산 채널(134)에 커플링된 중앙 개구부로부터, 챔버 덮개 조립체(132)의 주변 부분으로 하방으로 그리고 외측으로 윤곽지거나, 각질 수 있다(angled). 하부 표면(160)은 하나 또는 그 초과의 표면들, 예컨대, 직선 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부 표면(160)은 볼록한 깔때기-형상이다.
[0036] 일 예에서, 하부 표면(160)은, 반응물 가스에 대한 기판(110)의 표면의 균일한 노출을 제공하는 것을 보조하면서, 챔버 덮개 조립체(132)의 하부 표면(160)과 기판(110) 사이에서 이동하는 프로세스 가스들의 속도의 변화를 감소시키는 것을 돕도록, 기판 수용 표면(111)의 에지를 향하여 하방으로 그리고 외측으로 경사진다(sloping). 챔버 덮개 조립체(132)의 부분들 및 컴포넌트들은, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈-도금된 알루미늄, 니켈, 이들의 합금들, 또는 다른 적합한 재료들과 같은 재료들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 덮개 플레이트(170)는 금속, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스틸, 스테인리스 스틸, 이들의 합금들, 또는 이들의 조합들로 독립적으로 제조되거나, 기계가공되거나(machined), 단조되거나(forged), 다른 방식으로 만들어질 수 있다.
[0037] 몇몇 실시예들에서, 가스 분산 채널(134)의 내측 표면(131) 및 챔버 덮개 조립체(132)의 하부 표면(160)은, 챔버 덮개 조립체(132)의 하부 표면(160) 및 가스 분산 채널(134)을 따른 가스의 유동을 돕기 위해, 경면 폴리싱된(mirror polished) 표면을 포함할 수 있다.
[0038] 도 1-3을 참조하면, 프로세싱 동작에서, 기판(110)은 로봇(도시되지 않음)에 의해 슬릿 밸브(108)를 통해 프로세스 챔버(100)에 전달된다. 기판(110)은 로봇과 리프트 핀들(120)의 협력을 통해 기판 지지부(112) 상에 포지셔닝된다. 기판 지지부(112)는 가스 분배 플레이트(125)의 하부 표면에 대향하여 가까이에(close opposition) 기판(110)을 상승시킨다. 제 1 가스 유동이 제 2 가스 유동과 함께 또는 개별적으로(즉, 펄스들) 가스 전달 시스템(130)에 의해 프로세스 챔버(100)의 가스 분산 채널(134) 내에 주입될 수 있다. 제 1 가스 유동은 퍼지 가스 소스로부터의 퍼지 가스의 연속적인 유동 및 반응물 가스 소스로부터의 반응물 가스의 펄스들을 포함할 수 있거나, 반응물 가스 소스로부터의 반응물 가스의 펄스들 및 퍼지 가스 소스로부터의 퍼지 가스의 펄스들을 포함할 수 있다. 제 2 가스 유동은 퍼지 가스 소스로부터의 퍼지 가스의 연속적인 유동 및 반응물 가스 소스로부터의 반응물 가스의 펄스들을 포함할 수 있거나, 반응물 가스 소스로부터의 반응물 가스의 펄스들 및 퍼지 가스 소스로부터의 퍼지 가스의 펄스들을 포함할 수 있다.
[0039] 원형 가스 유동(174)은 가스 분산 채널(134)을 통해, 그리고 이어서 가스 분배 플레이트(125)의 복수의 개구들(126)을 통해 이동한다. 그런 다음, 가스는 기판(110)의 표면 상에 증착된다. 하방으로 경사진, 챔버 덮개 조립체(132)의 하부 표면(160)은 가스 분배 플레이트(125)의 표면에 걸친 가스 유동의 속도의 변화를 감소시키는 것을 돕는다. 과도한 가스, 부산물들, 등은 펌핑 채널(179) 내로 유동하고 그런 다음, 프로세스 챔버(100)로부터 배기된다. 프로세싱 동작 내내, 가열기 플레이트(198)는, 프로세스 챔버(100)(또는 챔버에 배치된 프로세싱 키트)의 벽들 상에 축적된 임의의 고체 부산물들을 가열하기 위해, 챔버 덮개 조립체(132)를 미리 결정된 온도로 가열할 수 있다. 결과적으로, 임의의 축적된 고체 부산물들은 증발된다. 증발된 부산물들은 진공 시스템(도시되지 않음) 및 펌핑 채널(179)에 의해 진공배기된다. 몇몇 실시예들에서, 미리 결정된 온도는 150°C와 동일하거나 그 초과이다.
[0040] 도 5는, 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하는 방법(500)을 예시한다. 505에서, 제 1 프로세스 가스가 가스 전달 시스템(130)으로부터 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164) 내로 유동된다. 510에서, 제 1 프로세스 가스는 가스 분배 플레이트(125)의 복수의 개구들(126)을 통해 기판(110) 상으로 유동된다. 515에서, 제 1 프로세스 가스를 퍼징하기 위해, 세정 가스가 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164) 내로 유동된다. 520에서, 세정 가스는 배기 시스템(180)을 통해 배기된다. 525에서, 제 2 프로세스 가스가 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164) 내로 유동된다. 530에서, 제 2 프로세스 가스는 가스 분배 플레이트(125)의 복수의 개구들(126)을 통해 기판(110) 상으로 유동된다. 535에서, 제 2 프로세스 가스를 퍼징하기 위해, 세정 가스가 가스 분산 채널(134) 및 반응 구역(164) 내로 유동된다. 540에서, 세정 가스는 배기 시스템(180)을 통해 배기된다.
[0041] 원자 층 증착을 위해 적응된 챔버의 다른 실시예들은 이러한 피처들 중 하나 또는 그 초과를 통합한다.
[0042] 전술한 내용은 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 프로세싱 챔버로서,
    챔버 본체;
    상부 부분 및 하부 부분을 갖고 중심축을 따라 연장되는 중앙 채널을 에워싸는 하우징(housing)을 갖는 챔버 덮개 조립체;
    상기 하우징에 커플링된 덮개 플레이트(lid plate) ― 상기 덮개 플레이트는, 상기 중앙 채널의 하부 부분에 커플링된 중앙 개구부로부터, 상기 덮개 플레이트의 주변 부분으로 외측으로 그리고 하방으로 연장되는 윤곽진(contoured) 바닥부 표면을 가지며, 상기 덮개 플레이트는 상기 덮개 플레이트의 최상부 표면으로부터 상기 윤곽진 바닥부 표면까지 상기 덮개 플레이트를 통해 형성된 하나 또는 그 초과의 채널들을 가짐 ―;
    상기 덮개 플레이트 아래에 배치된 가스 분배 플레이트(gas distribution plate) ― 상기 가스 분배 플레이트는, 상기 가스 분배 플레이트를 통해 배치된 복수의 개구들을 가짐 ―; 및
    격리 칼라(isolation collar) ― 상기 격리 칼라는 상기 하우징에 커플링되고 상기 격리 칼라를 통해 연장되는 내측 채널을 가지며, 상기 격리 칼라의 내측 채널은 복수의 홀들을 통해 상기 챔버 덮개 조립체의 중앙 채널에 유동적으로 커플링됨 ― 를 포함하고,
    상기 덮개 플레이트의 윤곽진 바닥부 표면은 상기 가스 분배 플레이트까지 연장되고 상기 가스 분배 플레이트와 접촉하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 채널에 유체적으로 커플링된 원격 플라즈마 소스를 더 포함하고,
    상기 격리 칼라를 통해 연장되는 내측 채널은, 상기 원격 플라즈마 소스와 상기 중앙 채널을 유체적으로 커플링하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1 단부에서 상기 격리 칼라에 커플링되고 제 2 단부에서 주(main) 펌핑 채널에 커플링된 배기 도관; 및
    상기 배기 도관을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하기 위해 상기 배기 도관에 커플링된 밸브를 더 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 내측 영역을 포함하고, 그리고,
    상기 내측 영역에 배치되고, 상기 중앙 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 중앙 통로를 갖는 인서트를 더 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 1 단부에서 상기 인서트에 커플링되고, 제 2 단부에서 상기 덮개 플레이트를 통해 형성된 하나 또는 그 초과의 채널들에 커플링된 차동 펌핑 라인(differential pumping line)을 더 포함하고,
    상기 덮개 플레이트를 통해 형성된 하나 또는 그 초과의 채널들은, 상기 덮개 플레이트의 영역에서 둘 또는 그 초과의 o-링들 사이에 배치되어, 상기 o-링들 사이에 포획된 가스들을 배기하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개 플레이트를 미리 결정된 온도로 가열하기 위해, 상기 덮개 플레이트의 상부 표면에 커플링된 가열기 플레이트를 더 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 개구들의 밀도는 상기 가스 분배 플레이트에 걸쳐 변하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 개구들은 동등한 유체 컨덕턴스(fluid conductance)를 갖는,
    기판 프로세싱 챔버.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는 비-부식성 세라믹 재료로 형성되는,
    기판 프로세싱 챔버.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 덮개 조립체의 하부 표면은 하방으로 경사지는,
    기판 프로세싱 챔버.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트의 복수의 개구들은 오직, 상기 중앙 채널로부터, 상기 가스 분배 플레이트의, 상기 중앙 채널 반대쪽 측 상에 배치된, 기판 프로세싱 챔버의 용적으로의 가스 경로만을 제공하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개 플레이트를 미리 결정된 온도로 가열하기 위해, 상기 덮개 플레이트의 상부 표면에 커플링된 가열기 플레이트를 더 포함하고,
    상기 가스 분배 플레이트는 비-부식성 세라믹 재료로 형성되며, 상기 챔버 덮개 조립체의 하부 표면은 하방으로 경사지는,
    기판 프로세싱 챔버.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개 플레이트의 윤곽진 바닥부 표면 및 상기 가스 분배 플레이트는 상기 중앙 채널의 하부 부분을 형성하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트의 복수의 개구들의 각 개구는, 카운터성크(countersunk) 홀을 갖는 상부 부분, 상기 가스 분배 플레이트의 상부 표면에 수직으로 연장되는 원통형 중앙 부분, 및 각 개구의 중앙으로부터 외측으로 테이퍼링되는(taper) 하부 부분을 갖는 스루 홀(through hole)을 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  15. 삭제
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