KR102635654B1 - 반도체 처리 장치 및 반도체 처리 장치를 미세 조정하기 위한 방법 - Google Patents

반도체 처리 장치 및 반도체 처리 장치를 미세 조정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 처리 장치가 개시된다. 상기 반도체 처리 장치는: 수직 측벽들에 의해 연결된 상부 챔버 벽과 하부 챔버 벽을 포함하는 반응 챔버로서, 상기 챔버 벽들은 상류 유입 플랜지와 하류 유출 플랜지에 의해 결합되고, 상기 챔버의 길이 방향은 상기 유입 플랜지로부터 상기 유출 플랜지까지 연장되는, 반응 챔버; 및 적어도 상기 상부 챔버 벽의 외표면 상에 제공되고 상기 챔버의 길이 방향을 가로질러서 배향되는 복수의 격벽을 포함할 수 있다. 상기 반도체 처리 장치는 상기 반응 챔버 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이 및 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 결합되며 상기 복수의 격벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성되는 적어도 하나의 가변 위치화 장치도 포함할 수 있다. 반도체 처리 장치를 미세조정하는 방법들도 개시된다.

Description

반도체 처리 장치 및 반도체 처리 장치를 미세 조정하기 위한 방법{SEMICONDUCTOR PROCESSING APPARATUS AND METHODS FOR CALIBRATING A SEMICONDUCTOR PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 일반적으로 반도체 처리 장치 및 반도체 처리 장치를 미세 조정하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 기판 위에 다양한 재료층들을 증착하기 위하여 고온 증착 챔버들이 사용될 수 있다. 반도체 기판, 예컨대 실리콘 기판은 반응 챔버 내 기판 지지대 상에 놓일 수 있다. 기판 및 지지대는 원하는 설정점 온도까지 가열될 수 있다. 예시적인 기판 처리 공정에서, 반응 가스들은 가열된 기판 위를 지나감으로써 상기 기판 위에 상기 반응물 재료로 이루어진 박층의 화학 기상 증착(CVD)을 일으킬 수 있다. 후속하는 증착, 도핑, 리소그라피, 식각 및 기타 공정들 내내, 이들 층들은 집적회로로 만들어진다.
증착된 층들의 고품질을 보장하기 위해 다양한 공정 파라미터들이 세심하게 제어될 수 있다. 이러한 공정 파라미터 중 하나의 예는 기판 온도 균일성이다. 예를 들어, CVD 동안, 증착 가스들은 기판 상으로의 증착을 위해 특별히 정해진 온도 범위 내에서 반응할 수 있다. 기판에 걸쳐서 온도 균일성의 변화는 증착율 변화 및 원하지 않는 층 두께 불균일성을 생기게 할 수 있다. 따라서, 처리가 시작되기 전에 기판을 원하는 온도 및 온도 균일성에 맞추고 공정 동안 내내 원하는 온도 및 균일성을 유지하기 위하여 기판 온도 균일성을 정확하게 제어하는 것이 중요하다.
특정한 적용들에서, 반응 챔버, 예컨대 CVD용으로 구성된 석영 반응 챔버 내의 압력은 주변 분위기 압력보다 훨씬 낮은 레벨까지 감소될 수 있다. 이렇게 압력이 감소된 적용들에서, 석영 반응 챔버는 실린더형 또는 구형 챔버를 포함할 수 있는 데, 그 이유는 이러한 석영 반응 챔버의 만곡된 표면이 감소된 압력 공정으로부터 생기는 내향력(inwardly directed force)을 견디는데 더 잘 맞을 수 있기 때문이다. 그러나, 증착 가스들이 기판과 평행하게 흐르는 곳에서 화학 기상 증착 목적을 위해 평탄한 기판을 위치시킬 때, 기판 표면 상에서 균일한 증착을 얻기 위해, 챔버 벽들은 기판의 평탄한 표면에 평행해야 하는 것이 바람직할 수 있다. 균일한 증착은 이러한 기판으로부터 제조될 높은 수율의 허용가능한 제품들을 얻기 위해 중요할 수 있다. 그러나, 유사한 크기와 두께를 갖는 외측으로 볼록한 챔버 벽에 비하여, 평탄한 챔버 벽들을 포함하는 석영 반응 챔버는, 공정이 감소된 압력을 포함하는 경우, 내측으로 붕괴될 수 있다.
평탄한 챔버 벽 위에서 내향력을 다루기 위해, 거싯(gusset) 또는 격벽들이 결합되는 벽에 일반적으로 수직하게 연장되는 벽의 외측 위에 거싯 또는 격벽들이 마련될 수 있고, 이는 PRESSURE RESISTANT THERMAL REACTOR SYSTEM FOR SEMICONDUCTOR PROCESSING라는 제목으로 1990년 5월 1일에 발행된 미국 특허 제4,920,918호에서 볼 수 있고, 상기 특허는 이에 의해 전체가 참조로 포함되며 본 명세서의 일부로 이루어진다. 이러한 석영 반응 챔버 설계의 한 가지 장점은, 석영이 복사 램프 히터들에 의해 제공되는 복사 램프 에너지를 실질적으로 투과하지만, 격벽부들은 훨씬 더 두꺼운 석영의 영역을 제공하고 평탄한 챔버 벽에 비하여 상당한 정도까지 램프 에너지를 굴절시킴으로써 반응 챔버 내 기판의 특정 부분들에 도달하는 램프 에너지를 약화시킨다. 이러한 에너지 약화는 기판 위에서 더 차가운 영역들(즉, 쉐도우)을 생기게 한다. 기판 표면 위에서의 이러한 온도 불균일성은, 특히 온도에 민감한 공정 조건들의 경우 증착될 수 있는 막들의 품질을 저하시킨다.
웨이퍼 증착을 위해 사용되는 명목상 동일한 CVD는 도구마다 약간의 차이를 포함한다. 예를 들어, CVD 공정에서 사용되는 반응 챔버들 각각은 결국 증착 공정 동안 웨이퍼 온도에 영향을 줄 수 있는 특징적인 열적 환경을 가질 수 있다. 반응 챔버는 석영 재료로 제조될 수 있고, 석영 반응 챔버의 제조 및 재작업에 사용되는 공정들은, 예컨대 임계 치수, 재료 품질, 굴절 성질 등과 같은 석영 반응 챔버의 특징들을 변화시킬 수 있다. 또한, 반응 챔버 내 그리고 반응 챔버를 둘러싸는 구성 요소들의 위치 및 추가적인 변화를 부가하는 최적 기능이 변할 수 있다. 공정 결과들이 본질적으로 동일하다는 예상을 갖고서 다수의 반응 챔버들이 동일한 공정 레시피를 수행할 수 있는 고 용적의 제조가 이루어지는 경우 반응 챔버의 변화는 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, CVD 공정의 경우, 증착된 결과적인 층들은 균일한 두께, 캐리어 이동도, 굴절 지수, 응력 등을 가질 것으로 예상된다.
CVD 도구들에서의 변화로 생길 수 있는 문제점들을 극복하기 위해, "도구대 도구 매칭(tool-to-tool matching)"으로 알려진 시스템 및 공정이 사용될 수 있다. 그러나, 종래의 "도구대 도구 매칭" 시스템 및 공정은 한계가 있고, 시간 소모적이고, 엄두도 못 낼 정도로 비용이 높을 수 있고, 다수의 화학 기상 증착 시스템을 열적으로 미세 조정하는 효과적인 방법을 제공하지 못할 수 있다.
본 개시의 적어도 일 구현예에 따르면, 반도체 처리 장치가 개시된다. 상기 반도체 처리 장치는: 수직 측벽들에 의해 연결된 상부 챔버 벽과 하부 챔버 벽을 포함하는 반응 챔버를 포함하고, 상기 챔버 벽들은 상류 유입 플랜지와 하류 유출 플랜지에 의해 결합되고, 상기 챔버의 길이 방향은 상기 유입 플랜지로부터 상기 유출 플랜지까지 연장된다. 상기 반응 챔버는 상기 적어도 상부 챔버 벽의 외표면 상에 마련된 복수의 격벽을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 격벽은 상기 챔버의 길이 방향에 대하여 가로지르는 방향으로 위치된다. 상기 반도체 처리 장치는 상기 반응 챔버 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이 및 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 결합되며 상기 복수의 격벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성되는 적어도 하나의 가변 위치화 장치도 포함할 수 있다.
본 개시는 또한 반도체 처리 장치를 미세 조정하는 방법도 포함하고, 상기 방법은: 수직 측벽들에 의해 연결된 상부 챔버 벽과 하부 챔버 벽을 포함하는 반응 챔버를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 챔버 벽들은 상류 유입 플랜지와 하류 유출 플랜지에 의해 결합되고, 상기 챔버의 길이 방향은 상기 유입 플랜지로부터 상기 유출 플랜지까지 연장된다. 상기 반응 챔버를 제공하는 단계는 상기 적어도 상부 챔버 벽의 외표면 상에 마련된 복수의 격벽을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 격벽은 상기 챔버의 길이 방향에 대하여 가로지르는 방향으로 위치된다. 상기 반도체 처리 장치 미세 조정 방법은 상기 반응 챔버 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이를 제공하는 단계 및 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 결합되며 상기 복수의 격벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하는 적어도 하나의 가변 위치화 장치를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 구현예로 간주되는 것을 특별히 지적하고 명백하게 주장하는 청구범위로 결론을 내지만, 본 개시의 구현예들의 장점들은 첨부한 도면들과 관련하여 읽을 때 본 개시의 구현예들의 특정 예의 설명으로부터 더욱 쉽게 확인될 수 있고, 도면들 중:
도 1은 본 개시의 반도체 처리 장치에서 사용될 수 있는, 챔버의 외표면 상에 복수의 격벽을 갖는 반도체 반응 챔버의 사시도이고;
도 2는 본 개시의 반도체 처리 장치의 부분들의 개략적인 단면도이고;
도 3a는 가열 요소들의 어레이를 포함하며 반응 챔버 위에 배치된 상부 가열 하우징의 평면도로서, 상기 가열 요소들의 어레이는 상기 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행하게 배치되며;
도 3b는 가열 요소들의 어레이를 포함하며 반응 챔버 위에 배치된 상부 가열 하우징의 평면도로서, 상기 가열 요소들의 어레이는 상기 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 수직하게 배치되며;
도 4는 본 개시의 반도체 처리 장치의 어떤 부분의 개략적인 절개단면도이고;
도 5는 본 개시의 구현예들에서 개시된 예시적인 상부 가열 하우징의 개략도이고;
도 6은 본 개시의 상부 가열 하우징의 내부 구성 부분들의 예시적인 분해 개략도이고;
도 7은 개방된 위치에서 상부 가열 하우징을 도시한 본 개시의 반도체 처리 장치의 사시도이다.
도면의 구성 요소들은 간략하게 및 명료하게 도시되어 있으며, 도시된 본 개시의 구현예의 이해를 돕기 위해 반드시 축적대로 그려지지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 도시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형 및 등가물 너머로 연장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다.
본 개시의 구현예들은 반도체 처리 장치 및 화학 기상 증착 공정용으로 구성된 특별한 반도체 처리 장치를 포함할 수 있다. 본 개시의 반도체 처리 장치는 감소된 압력에서 작동할 수 있는 석영 반응 챔버를 포함할 수 있고, 그러므로 상기 반응 챔버를 강화시키고 감소된 압력에서 작동 시에 원치 않는 내파(implosion)를 방지하는 복수의 격벽을 포함할 수 있다. 본 개시의 상기 반도체 처리 장치는, 석영 반응 챔버를 포함하는 복수의 격벽의 위치에 대하여 가열 요소들의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성되는 하나 이상의 가변 위치화 장치를 제공함으로써 상기 석영 챔버 내의 온도 균일성 및 열적 환경을 더 잘 제어할 수 있다. 상기 석영 반응 챔버를 구성하는 복수의 격벽에 대하여 가열 요소들의 어레이를 제어가능하게 위치시키고 재위치시키는 능력은 상기 석영 반응 챔버 내에 제공되는 적어도 하나의 기판의 상면을 가로지르는 온도 균일성 차이의 개선을 고려할뿐만 아니라 반도체 처리 장치의 열적 미세조정 및 다수의 반도체 처리 장치의 열적 매칭을 고려한다.
본 개시의 특별한 구현예들에서, 화학 기상 증착 공정을 위하여 제공되는 석영 반응 챔버는 재정비 과정을 거친 석영 반응 챔버를 포함할 수 있다. 더욱 상세히, 석영 반응 챔버가 화학 기상 증착 공정을 위해 여러 번 사용되었으면, 석영 반응 챔버는 석영 반응 챔버를 최초 상태(또는 최초 상태에 가능한 가까운 상태)로 되돌리는 처리를 요구할 수 있다. 석영 반응 챔버를 되돌리는 데 사용되는 공정은 일반적으로 "재정비(refurbishment) 공정"으로 지칭되고, 이에 제한되지는 않지만, 열적 처리 및 화학적 처리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 석영 반응 챔버 재정비 공정은 석영 반응 챔버의 표면에서 미세 균열을 제거하는 "화염 연마(fire polishing)"를 포함할 수 있고, 아울러, 석영 반응 챔버는 석영 반응 챔버 내 응력을 제거하기 위해 고온 오븐(예컨대, 1100℃)에서 어닐링될 수도 있다. 석영 반응 챔버의 재정비는 석영 반응 챔버가 연장된 기간 동안 사용 및 재사용될 수 있게 하지만, 상기 재정비 공정은 석영 반응 챔버의 중요한 치수들을 변경시킬 수도 있고, 결국 화학 기상 증착 공정 동안 석영 반응 챔버 위에 위치된 가열 요소들의 어레이의 상대적인 위치를 변경시킬 수 있다. 본 개시의 반도체 처리 장치 및 방법은 열적 특성들, 즉 석영 반응 챔버 및 관련 챔버 요소들의 열적 균일성의 저하 없이 재정비된 석영 반응 챔버의 사용을 가능하게 한다.
도 1은 압력이 감소된 화학 기상 증착 공정을 위해 사용될 수 있는 반응 챔버(100)의 비제한적인 예시적 구현예를 도시한다. 반응 챔버(100)는 본 개시의 반도체 처리 장치(200)(도 2)의 일부로서 사용될 수 있다. 도 1과 도 2를 참조하면, 반응 챔버(100)는 세장형의, 일반적으로 평탄한 구성을 포함할 수 있다. 도 1의 비제한적인 예시적 반응 챔버(100)는 외표면(102A) 및 내표면(102B)을 갖는 상부 벽(102) 및 외표면 및 내표면(104B)을 갖는 하부 벽(104A)을 포함할 수 있다. 상부 챔버 벽(102) 및 하부 챔버 벽(104)은 수직 측벽(106과 108)에 의해 연결된다. 챔버 벽들(102, 104, 106, 및 108)은 상류 유입 플랜지(110) 및 하류 유출 플랜지(112)에 의해 결합될 수 있다. 상류 및 하류는 반응 챔버(100)를 통한 공정 가스 유동의 방향에 관한 것이고, 본 개시에서, 전방 및 후방뿐만 아니라 앞쪽 및 뒤쪽과 같은 뜻을 갖는다.
대안적으로, 반응 챔버(100)는 도 1에 도시된 평탄한 구성외의 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버(100)는 텐트 형상의 단면 형상을 가지는 데, 이 때 상부 벽(102) 및/또는 하부 벽(104)은 피크를 가진다. 다른 구현예에서, 상부/하부 벽(102와 104)은 둥글게 되어, 반응 챔버(100)에게 일반적으로 계란형 단면 형상을 제공할 수 있다. 다른 구현예들에서, 반응 챔버(100)의 상부/하부 벽(102와 104)은 위에서 논의된 형상외에도 다른 형상, 및 이들이 조합된 형상을 갖고서 형성될 수 있다.
일부 구현예들에서, 반응 챔버 높이는 반응 챔버 폭보다 작다. 이러한 점에서, 반응 챔버(100)에 대한 길이 방향은 유입 플랜지(110)로부터 유출 플랜지(112)까지 또는 단면선(114-114)을 따라 연장된다. 횡방향은 측벽들(106과 108) 사이에서 연장되거나 단면선(114-114)을 가로질러서 연장된다. 높이 방향은 길이 방향 축 및 횡방향 둘 모두에 직교한다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 반응 챔버(100)는 약 760 nm의 길이, 약 490 nm의 폭, 및 약 160 nm의 높이를 가진다.
일부 구현예들에서, 상부 벽(102)과 하부 벽(104) 둘 모두 사각 형상을 갖는 얇은, 판 형상의 요소들을 포함한다. 복수의 격벽(116)은 상부 벽(102)의 외표면(102A)으로부터 연장되고, 복수의 격벽(118)은 하부 벽(104)의 외표면(104A)으로부터 연장된다. 격벽들(116과 118) 모두 도 1의 단면선(114-114)을 가로질러서 길이방향으로 향하게 되고, 반응 챔버(100)의 길이 방향을 가로질러서 향하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 격벽들(116) 각각은 격벽들(118) 중 대응하는 하나의 바로 위에 위치되고 대응하는 하나와 정렬될 수 있다. 이처럼, 격벽들(116과 118)은 쌍으로 이루어진 상부 및 하부 격벽들을 포함한다. 도 1과 도 2에 도시된 일부 구현예들에서, 12쌍의 격벽들은 반응 챔버(100)(도 2) 내에 배치된 서셉터(202) 위 및 아래에 마련된 약 8쌍의 격벽들과 함께 사용된다. 그러나, 다른 구현예들에서, 반응 챔버(100)의 원하는 구조적 완전함에 따라 더 많거나 작은 수의 격벽들이 사용될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 상부 격벽(116)과 하부 격벽(118)의 대응하는 쌍들은 서로 정렬되지 않을 수 있다. 따라서, 상부 격벽(116)과 하부 격벽(118)은 유리하게는 반응 챔버(100)의 원하는 수준의 구조적 완전성에 따라서 상이한 방위, 정렬 및/또는 인접한 격벽들 사이의 간격을 갖고서 반응 챔버에 결합될 수 있다.
도 2는 도 1의 반도체 반응 챔버(100)를 포함하는 반도체 처리 장치(200)의 단면도를 도시하고, 반응 챔버(100) 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)를 도시한다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)는 상부 가열 어레이를 포함할 수 있고, 상부 가열 하우징(206)(도 2에서 파선(100)으로 표시)에 수용될 수 있다. 도 2의 반도체 처리 장치(200)는, 반응 챔버(100) 아래에 배치되고 하부 가열 하우징(210)에 수용되는 가열 요소들의 추가적인 어레이(208)를 포함할 수도 있다. 반응 챔버(100) 아래에 배치된 가열 요소들의 추가적인 어레이(208)는 반응 챔버(100) 위에 배치된 가열 요소의 어레이(204)와 실질적으로 동일할 수 있다.
일부 구현예들에서, 반응 챔버(100) 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)는 복수의 복사 가열 램프를 포함할 수 있다. 본 개시의 반도체 장치의 비제한적인 예시적 구현예로서, 도 3a는 복수의 격벽(116), 유입 플랜지(110), 및 유출 플랜지(112)를 포함하는 반응 챔버(100)를 개략적으로 도시한다. 도 3a는 반응 챔버(100) 위에 배치되며 가열 요소들의 어레이(204)를 포함하는 상부 가열 하우징(206) 또한 도시한다. 일부 구현예들에서, 복수의 복사 가열 램프(204)는, 평행한 관계로 이격되고 또한 아래에 놓인 반응 챔버(100)를 통한 반응물 가스 유동과 실질적으로 평행한 복수의 세장형 관 타입 램프들을 포함한다. 바꾸어 말하면, 본 개시의 일부 구현예들에서, 복수의 복사 가열 램프들(204)은 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행하게 배치된 복수의 세장형 관 타입 램프들로 이루어진다. 즉, 복수의 복사 가열 램프들(204)은 복수의 격벽(116)의 방향과 실질적으로 직교하게 배향된다. 가열 요소들의 상부 어레이가 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행하게 배치된 복수의 복사 가열 램프를 포함하는 구현예들에서, 반응 챔버 아래에 배치된 가열 요소들의 하부 어레이는 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 직교하게 배치될 수 있는 복수의 세장형 관 타입 램프들을 포함할 수도 있다. 즉, 복수의 상부 복사 가열 램프들과 복수의 하부 복사 가열 요소들은 서로 실질적으로 직교한다.
본 개시의 반도체 장치의 추가적인 비제한적인 예시적 구현예로서, 도 3b는 복수의 격벽(116), 유입 플랜지(110), 및 유출 플랜지(112)를 포함하는 반응 챔버(100)를 개략적으로 도시한다. 도 3b는 반응 챔버(100) 위에 배치되며 가열 요소들의 어레이(204)를 포함하는 상부 가열 하우징(206) 또한 도시한다. 일부 구현예들에서, 복수의 복사 가열 램프(204)는, 평행한 관계로 이격되고 또한 아래에 놓인 반응 챔버(100)를 통한 반응물 가스 유동과 실질적으로 직교하는 복수의 세장형 관 타입 램프들을 포함한다. 바꾸어 말하면, 본 개시의 일부 구현예들에서, 복수의 복사 가열 램프들(204)은 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 직교하게 배치된 세장형 관 타입 램프들로 이루어진다. 즉, 복수의 복사 가열 램프들(204)은 복수의 격벽(116)의 방향과 실질적으로 평행하게 배향된다. 가열 요소들의 상부 어레이가 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 직교하게 배치된 복수의 복사 가열 램프를 포함하는 구현예들에서, 반응 챔버 아래에 배치된 가열 요소들의 하부 어레이는 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행하게 배치될 수 있는 복수의 세장형 관 타입 램프들을 포함할 수도 있다. 즉, 복수의 상부 복사 가열 램프들과 복수의 하부 복사 가열 요소들은 서로 실질적으로 직교한다.
도 3a 및 도 3b에 양쪽에 도시된 바와 같이, 복수의 복사 가열 램프(204)는 실질적으로 서로 평행하고 서로 인접하게 배치된 세장형 관 타입 램프들로 이루어진다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 어레이 내에서 개별적인 가열 램프의 상대적 위치를 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 일부 구현예들에서, 개별적인 복사 가열 램프(204')를 재위치시키면, 반응 챔버(100) 내에 보다 균일한 온도 프로파일을 제공할 수 있고, 그러므로 본 개시의 장치는 조절될 개별적인 복사 가열 램프들 사이의 거리를 고려한다. 비제한적인 예시적 구현예로서, 도 3a는 서로 실질적으로 평행하고 d로서 표시된 거리만큼 서로 이격되어 있는 복사 가열 램프들(204'와 204")을 도시한다. 그러므로, 본 개시의 일부 구현예들에서, 복사 가열 램프들(204'와 204") 사이의 거리 d는 반응 챔버(100) 내에서 필요한 원하는 열적 프로파일에 따라서 증가되거나 감소될 수 있다.
복수의 복사 가열 램프들(204)은 유사한 구성으로 이루어질 수 있다. 세장형 관 타입 가열 요소들 각각은 요오드와 같은 할로겐 가스를 포함하는 투명한 석영 엔벨로프(envelope)를 갖는 높은 세기의 텅스텐 필라멘트 램프를 포함할 수 있다. 램프는 주목할만한 흡착 없이 상부 챔버 벽(102)과 같은 반응 챔버 벽들을 통하여 전송되는 풀-스펙트럼(full-spectrum) 광의 형태로 복사 가열 에너지를 생성한다. 반도체 처리 장비의 기술에서 알려진 바와 같이, 다양한 복사 가열 램프들의 출력은 도 2에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(100) 내에 배치된 기판(212)에 근접하게 배열된 온도 센서들에 응답하여 독립적으로나 그룹으로 이루어진 대역으로 제어될 수 있다.
도 2와 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 복수의 램프들(204와 208)은 상세한 지지 구조체를 보여주지 않고서 도시되어 있다. 그러나, 당업자는 챔버 벽들, 예컨대 상부 챔버 벽(102)에 대하여 램프들을 장착하는 수많은 방식을 쉽게 인식할 것이다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 반응 챔버(100) 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)는 상부 가열 하우징(206) 내에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 상부 가열 하우징(206)은 간략화된 형태로 이루어져 있고 상부 가열 하우징(206)의 추가적인 도시 및 논의는 본원에서 제공될 것이다. 그러나, 일부 구현예들에서, 상부 가열 하우징(206)은 반응 챔버(100)를 지지할 수 있는 반응 챔버 하우징에 부착될 수 있다.
일부 구현예들에서, 개별적인 각각의 복사 가열 램프는 그의 반대 말단 상에서 일체로 형성된 축 연장 돌출부(lug) 및 전기 전도체들의 말단에 마련된 커넥터들을 수용하기 위한 돌출부들 각각으로부터 연장된 적합한 연결 핀 장치를 포함한다.
도 2를 다시 참조하면, 반응 챔버(100) 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)는, 상기 복수의 격벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성되는 적어도 하나의 가변 위치화 장치에 결합될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 적어도 두 개의 가변 위치화 장치, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 가변 위치화 장치(214와 216)에 결합된다. 일부 구현예들에서, 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 적어도 세 개의 가변 위치화 장치, 예를 들어 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 가변 위치화 장치(214, 216 및 302)에 결합된다.
도 2의 비제한적인 예시적 반도체 처리 장치(200)에 의해 도시된 것처럼, 적어도 하나의 가변 위치화 장치(214)는 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)를 반응 챔버(100)의 길이 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 제어가능하게 조절하도록 구성된다. 바꾸어 말하면, 가변 위치화 장치는 복사 가열 램프들의 어레이를 도 2에 도시된 바와 같이 x-축으로 위치시키고 재위치시킨다. 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)에 결합된 가변 위치화 장치(214)는 상부 가열 하우징(206)에 의하여 결합될 수 있고, 가변 위치화 장치(214) 및 개별적인 복사 가열 램프들(204) 사이에 배치된 결합 재료들을 더 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
추가적인 예시적 구현예에서, 적어도 하나의 가변 위치화 장치(216)는 반응 챔버(100)의 상부 챔버 벽(102)의 위치에 대하여 그리고 특히 반응 챔버(100) 내에 배치된 서셉터(202)와 관련하여 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)의 높이의 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성된다. 바꾸어 말하면, 가변 위치화 장치는 복사 가열 램프들의 어레이를 도 2에 도시된 바와 같이 z-축으로 위치시키고 재위치시킨다. 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)에 결합된 가변 위치화 장치(216)는 상부 가열 하우징(206)에 의하여 결합될 수 있고 가변 위치화 장치(216) 및 개별적인 복사 가열 램프들(204) 사이에 배치된 결합 재료들을 더 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
또 다른 예시적 구현예에서, 적어도 하나의 가변 위치화 장치(302)(도 3a 또는 3b)는 반응 챔버(100)의 길이 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)의 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성된다. 바꾸어 말하면, 가변 위치화 장치(302)는 복사 가열 램프들의 어레이(204)를 도 3a에 도시된 바와 같이 y-축으로 위치시키고 재위치시킨다. 다시, 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204)에 결합된 가변 위치화 장치(302)는 상부 가열 하우징(206)에 의하여 결합될 수 있고 가변 위치화 장치(302) 및 개별적인 복사 가열 램프들(204) 사이에 배치된 결합 재료들을 더 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 위치 및 높이를 제어가능하게 조절하기 위해 많은 가변 위치화 장치들이 사용될 수 있고, 예를 들어 가변 위치화 장치는 마이크로미터(수동 또는 모터로 작동됨), 차동 마이크로미터, 또는 압전 액추에이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시의 가변 위치화 장치들은 여러 방향에서 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 원하는 변위를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 적어도 하나의 가변 위치화 장치는, 제한되지는 않지만, 반응 챔버의 길이 방향에 평행한 하나 이상의 방향 또는 반응 챔버의 길이 방향에 직교하는 하나 이상의 방향에서 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 변위를 고려할 수 있고, 또한 반응 챔버의 상부 챔버의 위치에 대하여 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 높이를 제어가능하게 조절할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예들에서, 적어도 하나의 가변 위치화 장치는 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 약 2 cm 이하, 또는 약 1 cm 이하, 또는 심지어 약 0.5 cm 이하의 변위를 제공하도록 구성될 수 있다. 아울러, 상기 적어도 하나의 가변 위치화 장치는 0.1 mm 미만, 또는 0.01 mm 미만, 또는 0.001 mm 미만의 변위 정확도를 제공하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 반도체 처리 장치는 추가적인 요소들을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 반도체 처리 장치는 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이(204) 아래의 반응 챔버(100) 내에 배치된 서셉터(202)를 포함하는 기판 지지대를 더 포함할 수 있고, 서셉터(202)는 적어도 하나의 기판(212)을 지지하도록 구성되고, 서셉터(202)를 포함하는 상기 기판 지지대는 기판(212)이 이를 중심으로 회전할 수 있는 중심축을 가진다. 적어도 하나의 기판(212)은 서셉터(202)를 포함할 수 있는 기판 지지대에 의해 지지되고, 상기 서셉터는 복사 열 에너지를 통과시키지 않는 재료, 예컨대 반도체 처리 장비의 기술에서 알려진 그래파이트 또는 실리콘 탄화물을 포함한다. 서셉터(202)와 기판(212)은 도 2에 도시된 바와 같이 반응 챔버(100) 내에서 지지 구조체에 의해 원하는 높이로 유지된다. 서셉터(202)는 반응 챔버(104)의 바닥 벽에 매달려 있는 관(226)을 통하여 연장되는 회전가능한 샤프트(224)의 상단에 연결된 적합한 지지대(222)의 아암들(220) 위에서 지지될 수 있다. 서셉터(202)는 지지 플레이트(226)의 상면과 거의 같은 높이로 보인다. 이는 반응 챔버(100)의 서셉터(202)의 최상면 상에 기판(212)을 위치시키는 것을 용이하게 한다. 내부 챔버 지지 어셈블리에 관한 더 상세한 내용과 반도체 처리 챔버에 관한 다른 상세한 내용은 이에 의해 전체가 참조로 본원에 포함되어 있고 본 명세서의 일부를 이루는, 2000년 7월 25일에 발생된 미국 특허 제6,093,252호에서 볼 수 있다.
본 개시의 반도체 처리 장치는 반응 챔버(100) 내에서 열적 환경의 더 많은 제어를 고려한다. 일부 구현예들에서, 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 적어도 하나의 기판의 표면에 걸쳐서 1.5℃ 미만의 온도 균일성을 제공하도록 구성되거나, 적어도 하나의 기판의 표면에 걸쳐서 0.5℃ 미만의 온도 균일성을 제공하도록 구성되거나, 심지어 적어도 하나의 기판의 표면에 걸쳐서 0.25℃ 미만의 온도 균일성을 제공하도록 구성된다. 일부 구현예들에서, 적어도 하나의 기판은 화학 기상 증착 공정이 주로 진행되는, 노출된 상면을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 적어도 하나의 기판은 25 mm를 초과, 또는 100 mm를 초과, 또는 200 mm를 초과, 또는 300 mm를 초과, 또는 450 mm를 초과하는 직경을 갖는 기판을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예들에서, 반응 챔버 내의 열적 균일성, 특히 기판(들)이 배치되는 서셉터에 걸쳐서 열적 균일성은 상기 반응 챔버 위에 배치된 가열 요소들의 어레이와 조합된 하나 이상의 반사기들을 사용함으로써 더욱 개선될 수 있다. 특정 구현예들에서, 상기 하나 이상의 반사기들은 단일편 반사기를 포함할 수 있고, 즉 단일편 재료로 제조될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 상기 단일편 반사기는 복수의 포물선 세그먼트들을 포함할 수 있고, 상기 복수의 개별적인 세그먼트들 각각은 복사 가열 요소의 위이면서 거기에 인접하게 배치된다. 대안적 구현예들에서, 복수의 비포물선 세그먼트들이 복사 가열 요소의 위이면서 거기에 인접하게 배치될 수 있다.
더욱 상세히, 도 4는 도 2의 반도체 처리 장치(200)의 참조선(228-228)을 통한 단면도를 도시하고, 본 개시의 반응 챔버(100) 및 반도체 처리 장치의 관련 구성 요소들을 통한 상세한 도면을 제공한다. 도 4는 반응 챔버(100) 내에 배치된 서셉터(202) 및 서셉터(202)의 회전을 위한 메커니즘들(미도시)이 제공될 수 있는 반응 챔버(100)의 바닥 벽(104)에 매달려 있는 관(226)을 도시한다. 반응 챔버(100) 위에는 상부 가열 하우징(206)이 닫혀진 위치로 도시되어 배치되어 있고, 상부 가열 하우징(206)은 반응 챔버 하우징(404)과 접촉하고 있는 상부 가열 하우징 벽(402)을 포함한다. 단일편 반사기(408)은 상부 가열 하우징(206) 내에 배치되고 브라킷(406)에 의하여 상부 가열 하우징(206)에 결합되어 있다. 단일편 반사기(408)는 복수의 포물선 세그먼트들(410)을 포함하고, 상기 개별적인 포물선 세그먼트들(410) 각각은 개별적인 복사 가열 램프(206)의 위이면서 거기에 인접하게 배치된다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 복사 가열 램프들(206) 각각은 포물선 세그먼트 위에 충돌하는 복사된 열 에너지가 하부의 서셉터 및 관련 기판(들) 위로 반사되도록 상기 복사 가열 램프와 관련된 대응하는 포물선 세그먼트의 초점에 위치된다.
본 개시의 일부 구현예들에서, 하나 이상의 가변 위치화 장치는 상기 복사 가열 램프들과 상기 단일편 반사기 사이, 특히 상기 복수의 포물선 세그먼트들의 초점들 사이에 조절가능한 거리를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 복사 가열 요소들과 상기 복수의 포물선 세그먼트들의 초점들의 상대적 위치에서의 이러한 조절이 이루어지면, 복사 가열 요소들은 대응하는 포물선 요소의 초점에 위치될 수 있고, 이러한 상대적 위치화는 다수의 증착 시스템을 통하여 이루어질 수 있고, 따라서 상기 다수의 증착 시스템은 반응 챔버 내에 실질적으로 동일한 열적 환경을 제공할 수 있다. 대안적 구현예들에서, 반응 챔버 위에 배치된 가열 요소들의 어레이의 상대적 높이를 조절할 수 있는 하나 이상의 가변 위치화 장치는, 가열 요소들의 어레이의 상대적 높이의 임의 조절이 상기 가열 요소들의 어레이에 상대적인 단일편 반사기의 위치를 유지하도록 가열 요소들의 어레이와 단일편 반사기 모두에 결합될 수 있다.
상기 단일편 반사기는 단일편 반사기의 하면으로부터 상기 단일편 반사기의 상면까지 연장되는 복수의 개구들(412)도 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 단일편 반사기를 통하여 연장되는 각각의 개별적인 개구는 개별적인 포물선 요소 내에 배치될 수 있고, 각 개구는 상기 단일편 반사기의 주변 에지에 근접하도록 포물선 요소의 초점에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 상기 복수의 개구는 상기 반응 챔버(100)의 위로부터 상부 가열 하우징(206)의 내부까지 공기 유동을 허용하도록 사용될 수 있고, 이러한 공기 유동은 상기 복사 가열 요소들 및 상기 반응 챔버의 냉각을 허용할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예들에서, 단일편 반사기(408)는, 예를 들어 금, 알루미늄, 니켈, 구리, 금속화 마일라(mylar) 또는 다층 유전체 재료의 단일편과 같은 단일편 재료로부터 제조될 수 있다.
상부 가열 하우징(206)은 닫힌(하향) 위치에서 상부 가열 하우징(206)을 도시하고 있는 도 5에 더욱 상세히 도시되어 있다. 상부 가열 하우징(206)은, 상부 가열 하우징(206) 내에 배치된 가열 요소들의 어레이를 제어가능하게 위치시키고 재위치시키는 하나 이상의 가변 위치화 장치들(214 및 302)을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 비제한적인 예시적 구현예에서, 가변 위치화 장치들(214 및 302)은 x-축과 y-축 양쪽에서, 즉 아래에 놓인 반응 챔버의 길이 방향에 평행한 방향과 수직한 방향에서 가열 요소들의 어레이의 위치를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 상부 가열 하우징(206)은 상부 가열 하우징 벽(402)을 포함할 수도 있고, 상부 가열 하우징 벽(402)에는 하나 이상의 광학 고온계(pyrometer)가 배치될 수 있는 고온계 스탠드(502)가 결합되어 있다. 도 5에 도시된 비제한적인 예시적 구현예에서, 고온계 스탠드(502)는 반응 챔버 내부 및 반응 챔버 외부의 미리 결정된 위치에서 온도를 감지하도록 구성될 수 있는 두 개의 고온계(504A 및 504B)에 결합되어 있다. 예를 들어, 고온계(504A)는 반응 챔버 내 온도를 감지, 특히 반응 챔버 내 서셉터 위에 배치된 기판의 온도를 감지하도록 구성될 수 있고, 반면에 고온계(504B)는 석영 반응 챔버의 외부 온도를 감지하도록 구성될 수 있다.
또한, 관련 고온계들(504A 및 504B)의 정밀한 위치화를 가능하게 하기 위해 사용될 수 있는 위치화 장치들(506A 및 506B)이 고온계 스탠드(502) 위에 배치되어 있다. 비제한적인 예시적 구현예로서, 고온계(504A 및 504B)에 결합된 위치화 장치(506A 및 506B)는 x축과 y축 양쪽으로 고온계(504A 및 504B)를 위치시키고 재위치시키도록 구성될 수 있는 마이크로미터들을 포함할 수 있다. 상부 가열 하우징(206)은 고온계(504A 및 504B)와 열적으로 접촉하고 있고 고온계(504A 및 504B)를 냉각시킬 수 있는 히트 싱크 기능을 제공하는 하나 이상의 고온계 냉각 블록(508)을 포함할 수도 있다. 상부 가열 하우징(206)은, 상부 가열 하우징을 높이고 낮추기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 리프트 뚜껑 브라킷(510)을 포함할 수도 있다.
도 6은 상부 가열 하우징(206)의 기능성을 볼 수 있도록 상부 가열 하우징 벽이 제거되고 상부 가열 하우징(206) 내 다양한 다른 보조 구성요소들이 제거된 상부 가열 하우징(206)을 도시한다. 예를 들어, 상부 가열 하우징(206)의 내부는 복사 가열 요소들의 어레이(미도시) 위에 배치된 단일편 반사기(408)를 포함할 수 있고, 단일편 반사기(408)는, 단일편 반사기의 상면으로부터 단일편 반사기의 하면까지 연장되는 공기 유동 개구들(412)을 포함하고, 상기 공기 유동 개구들(412)은 상기 복수의 복사 가열 요소들 및 상기 하부에 놓인 석영 반응 챔버를 냉각시키기 위해 사용된다. 단일편 반사기(408)는 추가적인 개구들(602)도 포함할 수 있는 데, 이 추가적인 개구들은 또한 다시 상기 단일편 반사기의 상면으로부터 상기 단일편 반사기의 하면까지 관통 연장될 수 있다. 상기 단일편 반사기를 통한 상기 추가적인 개구들은 앞서 논의된, 상부 가열 하우징 벽(도 5에 이미 도시된 바와 같이) 위에 배치된 고온계로부터 광 탐침을 상기 단일편 반사기를 통하여 향하도록 하기 위해 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상부 가열 하우징(206)의 내부는 단일편 반사기(408)(및 관련 복사 가열 요소들의 어레이) 및 하나 이상의 가변 위치화 장치 모두에 결합될 수 있는 xy-스테이지(604)를 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 위치화 장치는, 비제한적인 예로서, x-축에서 복사 가열 요소들의 어레이의 위치화를 조절하기 위한 마이크로미터(214)를 포함할 수 있고, y-축에서 복사 가열 요소들의 어레이의 위치를 조절하기 위한 마이크로미터(302)를 더 포함할 수 있다.
가변 위치화 장치들(214 및 302) 외에도, 상부 가열 하우징(206)의 내부는 추가적인 가변 위치화 장치들(216A 및 216B)을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 가변 위치화 장치들(216A 및 216B)은 xy-스테이지(604) 및 단일편 반사기(408)(및 관련 복사 가열 요소들의 어레이)에 결합되어 있는 조절 나사들을 포함할 수 있다. 비제한적인 예시적 구현예들에서, 조절 나사들은 복사 가열 요소들의 어레이와 상부 챔버 벽 및 그 아래에 배치된 서셉터 사이의 거리를 증가시키기 위해 시계 방향으로 돌려질 수 있고, 반대로 조절 나사들은 복사 가열 요소들의 어레이, 상부 챔버 벽 및 그 하부에 배치된 서셉터 사이의 거리를 감소시키기 위해 반시계방향으로 돌려질 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 별도의 세 개의 조절 나사들이 z-축에서 가열 요소들의 어레이를 위치시키고 재위치시키기 위해, 즉 상부 챔버 벽에 대한, 특히 반응 챔버 내에 배치된 서셉터에 대한 복사 가열 요소들의 어레이의 상대적 높이를 조절하기 위해 xy-스테이지(604)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 조절 나사들은 하부 돌기부에 볼 팁(ball tip)을 포함할 수 있는 데, 이러한 볼 팁은 xy-스테이지(604)의 상면 상에 배치된 v-형상의 홈 내에 배치될 수 있고, 상기 어셈블리가 가열 및 냉각 공정 동안 팽창하고 수축할 때 단일편 반사기 중심이 동일 위치에 유지되는 것을 보장하기 위해 내측으로 방사형으로 향한다.
상부 가열 하우징(206)은 상부 가열 하우징을 반응 챔버 하우징에 연결하기 위한 하나 이상의 힌지식 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 힌지식 메커니즘(606A 및 606B)을 도시하는 데, 여기서 힌지식 메커니즘(606A 및 606B)의 제1 표면은 상부 가열 하우징(206)에 부착되어 있고, 힌지식 메커니즘(606A 및 606B)의 제2 표면은 반응 챔버 하우징에 부착될 수 있다. 그러므로, 본 개시의 일부 구현예들에서, 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 상부 가열 하우징 내에 배치되고, 상기 상부 가열 하우징은 하나 이상의 힌지식 메커니즘에 의하여 반응 챔버 하우징에 연결된다.
본 개시의 일부 구현예들에서, 상기 하나 이상의 힌지식 메커니즘은 정해된 위치에서 상기 반응 챔버 하우징에 연결되어 있고, 즉 상기 상부 가열 하우징과 상기 반응 챔버 하우징 사이의 결합은 정해된, 비가변 위치에 있고, 그 결과 반응 챔버를 포함하는 복수의 격벽에 상대적인 상부 가열 하우징 내 복사 가열 요소들의 어레이의 위치 변화는 상기 가열 요소들의 어레이에 결합되어 있는 가변 위치화 장치들 중 적어도 하나의 조절을 통하여 이루어진다. 바꾸어 말하면, 가열 요소들의 어레이의 위치 변화는 반응 챔버에 대하여 상부 가열 하우징을 올리거나 내리는 동작으로부터 생기지 말아야 한다. 그러므로, 일부 구현예들에서, 하나 이상의 힌지식 메커니즘은 반응 챔버(100)에 대하여 상부 가열 하우징(206)을 올리고 내리기 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 하나 이상의 힌지식 메커니즘은 복수의 격벽에 상대적으로 0.25 mm의 위치 허용오차를 갖고서 하부 위치(즉, 닫혀진 위치)에 상부 가열 하우징(206)을 재위치시키도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 도 7은 개방된 위치에서 상부 가열 하우징(206)을 갖는 본 개시의 반도체 처리 장치(200)를 도시한다. 상부 가열 하우징은, 반응 챔버 하우징(702) 내에 배치되어 있는 반응 챔버(100) 위에, 개방된, 즉 올려진 위치에서 가열 요소들의 어레이(204)를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 처리 장치(200)는 상부 가열 하우징(206)을 반응 챔버 하우징(702)에 부착하기 위해 사용되는 힌지식 메커니즘들(606)을 더 포함한다.
본 개시의 구현예들은 반도체 처리 장치를 미세조정하기 위한 방법들도 제공한다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 복사 가열 요소들의 상부 어레이는 석영 반응 챔버를 포함하는 복수의 격벽과 평행하게 배치될 수 있고, 복수의 격벽은 반응 챔버 내에 배치된 기판 상에 "쉐도우잉(shadowing)"을 야기할 수 있는 데, 이러한 쉐도우잉에서 하부에 있는 기판 위의 영역들은 평균 기판 온도보다 낮은 온도에 있게 된다. 아울러, 복수의 격벽은 복수의 가열 램프의 복사 에너지의 "광 전송성(light piping)"을 야기할 수 있는 데, 이러한 광 전송성에서, 하부에 있는 기판 위의 영역들은 평균 기판 온도보다 높은 온도에 있게 된다. 그러므로, 서셉터 위에 배치된 기판의 온도는 가열 요소들의 상부 어레이 및 복수의 격벽의 상대적 위치에 따라 변할 수 있는 특징적인 온도 프로파일을 가질 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에서, 특징적인 온도 프로파일은 특정 공정의 경우 조절될 수 있고, 예를 들어, 비제한적인 예로서, 온도 프로파일은 기판 가장자리로부터 기판 중앙까지 온도 프로파일이 존재하도록 조정될 수 있다.
복수의 격벽 및 가열 요소들의 상부 어레이를 포함하는 석영 반응 챔버를 사용하는 화학 기상 증착 시스템과 같은 종래의 반도체 처리 장치의 작동 및 유지 동안, 상기 상부 가열 하우징을 닫힌 위치에서 열린 위치까지 올리고 다시 내리는 것이 필요할 수 있다. 상부 가열 하우징을 올리고 내리는 작동 동안, 석영 반응 챔버를 포함하는 복수의 격벽에 상대적인 가열 요소들의 어레이의 상대적 위치는 변할 수 있고 상기 장치의 특징적인 온도 프로파일은 개선될 수 있다. 본 개시의 구현예들은 상기 복수의 격벽과 상기 가열 요소들의 상부 어레이 사이의 상대적 위치를 유지함으로써 작동 및 유지가 연장되는 동안에 상기 반도체 처리 장치의 특징적 온도 프로파일을 보존하기 위한 방법들을 제공한다.
아울러, 다수의 석영 반응 챔버들을 포함하는 다수의 반도체 처리 장치들에서 "도구대 도구 매칭"을 가능하게 하기 위해, 동일한 공정 레시피를 사용하는 다수의 장치들이 실질적으로 동일한 증착 결과를 생성하는 것을 보장하는 다수의 반도체 처리 장치에 대하여 특징적인 온도 프로파일은 복제될 필요가 있다. 그러므로, 다수의 반도체 처리 장치의 열적 환경을 매칭시키기 위한 방법들이 필요하다.
일부 구현예들에서, 반도체 처리 장치를 미세조정하는 방법은 수직 측벽들에 의해 연결된 상부 챔버 벽과 하부 챔버 벽을 포함하는 반응 챔버를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 챔버 벽들은 상류 유입 플랜지와 하류 유출 플랜지에 의해 결합되고, 상기 반응 챔버의 길이 방향은 상기 유입 플랜지로부터 상기 유출 플랜지까지 연장된다. 본 개시의 방법들의 상기 반응 챔버는 상기 적어도 상부 챔버 벽의 외표면 상에 마련된 복수의 격벽도 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 격벽은 상기 반응 챔버의 길이 방향에 대하여 가로지르는 방향으로 위치된다. 반도체 처리 장치를 미세조정하는 상기 방법은 상기 반응 챔버의 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이를 제공하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 반도체 처리 장치 미세 조정 방법은, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 결합되며 상기 복수의 격벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하는 적어도 하나의 가변 위치화 장치를 조절하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 본 개시의 반도체 처리 장치에 사용되는 반응 챔버는 재정비된 반응 챔버를 포함할 수 있고, 즉 상기 반응 챔버는 본원에 기술된 바와 같은 재정비 공정을 거친 석영 반응 챔버를 포함할 수 있다. 석영 반응 챔버를 재정비하는 공정 동안, 석영 반영 챔버의 임계 치수들은 개량될 수 있고, 그러므로, 재정비된 석영 반응 챔버가 본 개시의 반도체 처리 장치 내에서 재사용될 때, 원하는 특징적인 온도 프로파일을 제공하기 위하여 반응 챔버의 복수의 격벽에 상대적인 가열 요소들의 상부 어레이의 위치를 조절하는 것이 필요할 수 있다.
일부 구현예들에서, 상기 방법은 복수의 복사 가열 램프를 포함하는 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 복수의 복사 가열 램프들은 상기 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행하게 배치된 세장형 관 타입 램프들로 이루어진다. 대안적인 구현예들에서, 상기 복수의 복사 가열 램프들은 상기 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 직교하게 배치된 세장형 관 타입 램프들로 이루어진다.
본 개시의 구현예들은 가열 요소들의 상부 어레이와 석영 반응 챔버를 포함하는 복수의 격벽 사이의 상대적 위치를 유지하기 위한 방법들을 포함할 수 있다. 그러므로, 일부 구현예들에서, 상기 방법들은 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하는 적어도 하나의 가변 위치화 장치를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 일부 구현예들에서, 상기 방법들은 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하는 적어도 하나의 가변 위치화 장치를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 상기 방법들은 상기 반응 챔버의 상부 챔버 벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 높이를 제어가능하게 조절하는 적어도 하나의 가변 위치화 장치를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 방법들의 일부 구현예들에서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 적어도 두 개의 가변 위치화 장치와 결합되어 있다. 예를 들어, 상기 가열 요소들의 상부 어레이는 제1 가변 위치화 장치 및 제2 가변 위치화 장치에 결합될 수 있고, 상기 제1 가변 위치화 장치는 상기 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 가열 요소들의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절하고, 상기 제2 가변 위치화 장치는 상기 반응 챔버의 길이 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 상기 가열 요소들의 어레이의 위치를 제어가능하게 조절한다
본 개시의 방법들의 일부 구현예들에서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 적어도 세 개의 가변 위치화 장치와 결합되어 있다. 예를 들어, 상기 가열 요소들의 상부 어레이는 제1 가변 위치화 장치, 제2 가변 위치화 장치, 및 제3 가변 위치화 장치와 결합될 수 있고, 상기 제1 및 제2 가변 위치화 장치는 x-y 축에서 상기 가열 요소들의 어레이의 위치를 조절할 수 있고, 상기 제3 가변 위치화 장치는 상기 반응 챔버의 상부 챔버 벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 높이를 제어가능하게 조절할 수 있다.
일부 구현예들에서, 상기 방법들은 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 약 2 cm 이하, 또는 약 1 cm 이하, 또는 약 0.5 cm 이하의 변위를 제공하는 상기 적어도 하나의 가변 위치화 장치를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
둘 이상의 가변 위치화 장치는 상기 가열 요소들의 어레이의 위치를 하나의 특정 방향으로 조절하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 가변 위치화 장치들은 상기 반응 챔버의 상부 챔버 벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 높이를 제어가능하게 조절하기 위해 사용될 수 있다.
반도체 처리 장치를 미세조정하는 방법은 상기 반응 챔버 내에 배치된 기판 지지대를 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이 아래에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 기판 지지대는 적어도 하나의 기판을 지지하도록 구성되고, 상기 기판 지지대는 이를 중심으로 상기 기판 지지대가 회전하는 중심축을 가진다. 추가적인 구현예들에서, 상기 방법들은 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 근접하게 배치되어 있는 복수의 포물선 세그먼트들을 포함하는 단일편 반사기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
반도체 처리 장치를 미세조정하는 방법은 상부 가열 하우징 내에 배치될 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이를 선택하여 상기 상부 가열 하우징을 하나 이상의 힌지식 메커니즘에 의하여 반응 챔버에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 정해된 위치에서 상기 반응 챔버에 연결될 상기 하나 이상의 힌지식 메커니즘을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 힌지식 메커니즘(들)의 정해진 위치화는 상기 반응 챔버에 대하여 상기 상부 가열 하우징을 올리고 내림으로써 상부 가열 하우징을 재위치시킬 수 있고, 상기 상부 가열 하우징의 재위치화는 상기 복수의 격벽에 대하여 0.25 mm 미만의 위치 허용오차로 상기 상부 가열 하우징을 더 낮은 위치까지 재위치시키는 단계를 포함한다.
본 개시의 일부 구현예들에서, 상기 반응 챔버는 재정비된 석영 반응 챔버를 포함할 수 있고, 재정비 공정 동안 상기 반응 챔버를 포함하는 상기 복수의 격벽은 임의의 재정비 공정 전에 결정된 명목상 위치로부터 벗어날 수 있고, 즉 상기 복수의 격벽의 명목상 위치는 사용되지 않은 새 반응 챔버를 위해 결정된다. 상기 복수의 격벽들 각각의 명목상 위치는 상기 유입 플랜지(110(도 2 참조)(또는 대안적으로 유출 플랜지(112))에서 상기 복수의 격벽들(116) 각각까지의 거리를 측정함으로써 결정될 수 있다. 상기 복수의 격벽들 각각의 명목상 위치가 결정되었으면, 상기 반응 챔버가 재정비 공정을 필요로 한다고 결정될 때까지 상기 반응 챔버는 사용될 수 있다.
상기 반응 챔버의 재정비 공정이 완료되었으면, 본 개시의 방법은 상기 유입 플랜지에서 상기 복수의 격벽들 각각까지의 거리를 측정하여 이전에 기록된 명목상 위치와 상기 복수의 격벽들 각각의 편차 거리를 계산함으로써 계속될 수 있다. 상기 방법들은 상기 복수의 격벽들에 대한 평균 편차 거리를 계산함으로써 계속될 수 있다. 상기 복수의 격벽들에 대한 평균 편차 거리는 상기 반응 챔버 자체에, 예를 들어 상기 반응 챔버 위, 즉 유입 플랜지 위에 마크를 형성하는 식각 공정을 이용하여 기록될 수 있다. 본 개시의 방법들은 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 결합된 상기 적어도 하나의 가변 위치화 장치의 위치를 상기 평균 편차 거리와 실질적으로 동일한 양만큼 조절함으로써 계속될 수 있다. 그러므로, 본 개시의 방법들은 복수의 격벽에 대하여 결정될 평균 편차 거리와 상기 복수의 격벽의 이러한 평균 편차 거리를 보상하도록 조절될 상기 가열 요소들의 어레이의 위치를 감안한다.
본원에 기술된 바와 같이, 반도체 처리 장치를 미세조정하는 방법들은 반응 챔버 내에 배치된 기판의 가로지르는 온도 불균일성을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 적어도 하나의 기판 표면에 걸쳐서 온도 불균일성 차이가 1.5℃ 미만, 또는 적어도 하나의 기판 표면에 걸쳐서 온도 불균일성 차이가 0.4℃ 미만, 또는 적어도 하나의 기판 표면에 걸쳐서 온도 불균일성 차이가 심지어 0.25℃ 미만이도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 상기 적어도 하나의 기판은 25 mm를 초과, 또는 100 mm를 초과, 또는 200 mm를 초과, 또는 300 mm를 초과, 또는 심지어 450 mm를 초과하는 직경을 가진 기판을 포함할 수 있다.
위에 설명된 본 개시의 예시적 구현예들은 본 발명의 구현예들의 예시일 뿐이기 때문에 이들 구현예들은 첨부된 청구범위 및 그의 법적 등가물에 의해 정의되는 본 발명의 범주를 제한하지 않는다. 임의의 등가적인 실시예들은 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 도시되고 기재된 것 외에도, 기재된 요소들의 선택적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경 및 실시예들도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (42)

  1. 수직 측벽들에 의해 연결된 상부 챔버 벽과 하부 챔버 벽으로서, 상기 챔버 벽들은 상류 유입 플랜지와 하류 유출 플랜지에 의해 결합되고, 상기 챔버의 길이 방향은 상기 유입 플랜지로부터 상기 유출 플랜지까지 연장되는, 상부 챔버 벽과 하부 챔버 벽, 및 적어도 상기 상부 챔버 벽의 외표면 상에 마련되어 상기 챔버의 길이 방향에 대하여 가로지르는 횡 방향으로 배향되는 복수의 격벽을 포함하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 위에 배치된 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이;
    제1 위치에서 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 결합되며, 상기 복수의 격벽의 위치에 대하여 유닛으로서 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 길이방향(longitudinal) 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성되는 제1 가변 위치화 장치;
    상기 제1 위치와 상이한 제2 위치에서 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 결합되며, 상기 복수의 격벽의 위치에 대하여 유닛으로서 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 횡 방향 위치를 제어가능하게 조절하도록 구성되는 제2 가변 위치화 장치;
    상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이 위에 배치되고, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이 내 개구를 통해 상기 반응 챔버의 온도를 감지하는 고온계; 및
    상기 고온계의 횡방향 및 길이 방향 위치들을 조정하기 위한 위치화 장치를 포함하는, 반도체 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 복수의 복사 가열 램프들을 포함하는, 반도체 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 복사 가열 램프들은 상기 챔버의 길이 방향에 실질적으로 평행하게 배치된 세장형 관 타입 램프들로 이루어지는, 반도체 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 복사 가열 램프들은 상기 챔버의 길이 방향에 실질적으로 직교하게 배치된 세장형 관 타입 램프들로 이루어지는, 반도체 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가변 위치화 장치는 상기 반응 챔버의 상기 상부 챔버 벽의 위치에 대하여 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이의 높이를 제어가능하게 조절하도록 구성되는, 반도체 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 적어도 세 개의 가변 위치화 장치에 결합되는, 반도체 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이 아래의 상기 반응 챔버 내에 배치되어 적어도 하나의 기판을 지지하도록 구성되는 기판 지지대를 더 포함하고,
    상기 기판 지지대는 상기 기판 지지대가 회전하는 중심축을 갖는, 반도체 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 상기 적어도 하나의 기판의 표면에 걸쳐서 1.5℃ 미만의 온도 불균일성을 제공하도록 구성되는, 반도체 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 상기 적어도 하나의 기판의 표면에 걸쳐서 0.4℃ 미만의 온도 불균일성을 제공하도록 구성되는, 반도체 처리 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 상기 적어도 하나의 기판의 표면에 걸쳐서 0.25℃ 미만의 온도 불균일성을 제공하도록 구성되는, 반도체 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 가변 위치화 장치 및 제2 가변 위치화 장치는 상기 가열 요소의 적어도 하나의 어레이의 약 2 cm 이하의 변위를 제공하도록 구성되는, 반도체 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 재정비된 반응 챔버를 포함하는, 반도체 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이에 근접하게 배치된 복수의 포물선 반사기들을 포함하는 단일편 반사기를 더 포함하는 반도체 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버 아래에 배치된 가열 요소들의 추가적인 어레이를 더 포함하는 반도체 처리 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소들의 적어도 하나의 어레이는 상부 가열 하우징 내에 배치되고, 상기 상부 가열 하우징은 하나 이상의 힌지식 메커니즘에 의하여 반응 챔버 하우징에 연결되는, 반도체 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 힌지식 메커니즘은 정해진 위치에서 상기 반응 챔버에 연결되는, 반도체 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하나 이상의 힌지식 메커니즘은 상기 반응 챔버에 대하여 상기 상부 가열 하우징을 올리고 내리도록 구성되고, 상기 하나 이상의 힌지식 메커니즘 중 적어도 하나는 상기 복수의 격벽들에 대하여 0.25 mm 미만의 위치 허용오차를 갖고서 상기 상부 가열 하우징을 낮은 위치에 재위치시키도록 구성되는, 반도체 처리 장치.
  21. 제2항에 있어서, 상기 복수의 복사 가열 램프들은 서로 실질적으로 평행하고 서로 인접하게 배치된 세장형 관 타입 램프들로 구성되고, 상기 복수의 복사 가열 램프들의 개별적인 복사 가열 램프들 사이의 거리는 조절가능한, 반도체 처리 장치.
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