KR20020006020A - 원자 층 증착 공정을 위한 공정 스테이션 - Google Patents

Abstract

표준 클러스터 도구(1100)에 적용할 수 있는 공정 스테이션(1201)은 히터판(1303)을 포함하는 웨이퍼지지 표면(1307)을 가지는 수직으로 이동가능한 받침대(1215)를 가진다. 하부 위치에서 웨이퍼(1219)는 공정 스테이션 안팎으로 전달되며, 상부 위치에서 받침대(1215)는 공정 챔버(1204) 안의 하부 원형 개구부가 있는 환상의 펌핑 경로를 형성한다. 공정 챔버(1204)의 하부 개구부에서 대체 가능한 링(1253)은 공정 펌핑 속도가 다른 공정에 맞도록 하여준다. 받침대(1215)는 또한 받침대(1215) 주위에 환상의 펌핑 경로를 정의하는 주변 덮개(1257)를 갖는다. 두 영역 히터판(1303)은 받침대(1215)의 상부에 적용되고, 공급장치(1301)에 연결되며, 히터판(1303)이 빠르고 간단히 대체되도록 하여준다. 공정 챔버(1204)의 상부는 제거 가능하며, 사용자가 받침대(1215)나 히터(1303) 조립체를 제거하도록 하여준다. 본 시스템은 원자 층 증착 공정에 사용된다.

Description

원자 층 증착 공정을 위한 공정 스테이션{PROCESSING CHAMBER FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION PROCESSES}

본 발명은 PCT로 출원한 "원자층 증착을 위한 수직 적재된 공정 반응기와 클러스터 장치"의 명칭으로 8/29/97에 출원한 일련번호 08/920,708과 "화학적 기상증착 공정을 위한 다목적 공정 챔버"의 명칭으로 3/3/97에 출원된 일련번호 08/810,255의 연속된 발명이다. 상술한 이전 출원은 여기에 참고로 포함되었으며, 이들의 우선권이 주장되었다.

얇은 증착막을 위한 박막기술 분야의 요구사항은 증가된 보다 넓은 기판 상에 향상된 균일성과, 향상된 생산 일드(yield)와 높은 생산성이며, 다양한 반도체 디바이스의 생산에 있어서 기판을 코팅하는 장치에 의해 개발된 최신 기술이 이들의 구동력이다. 예를 들면, 마이크로 프로세서 생산에서 달성된 공정제어와 균일 박막증착은 직접 달성될 수 있는 클락 주파수에 영향을 준다. 새로운 재료와 공동으로 이러한 동일 인자들은 또한 단일 칩이나 디바이스 상에 사용 가능한 메모리 밀도를 보다 높이게 한다. 이러한 디바이스들이 작아질수록, 균일성이 보다 요구되고 두께 제어 요구도 또한 매우 상승한다.

본 분야에서 잘 알려진 다양한 기술들이 기판이나 집적회로를 위한 생산 단계에서의 다른 기판에 박막을 올리기 위해 존재한다. 박막증착을 위해 가능한 보다 확립된 기술들 가운데, 화학적 기상증착(CVD)과 급속 열 CVD(Rapid Thermal CVD, RTCVD)와 같은 변형예들이 자주 사용되며, 상업적으로 사용된다. CVD의 변형인 원자층 증착(ALD)은 비교적 최근 기술로서, 균일성과 탁월한 스텝 커버리지(step coverage)와 기판 크기에 대한 투명성이 좋은 방법이다. 그러나, ALD는 일반적으로 CVD나 RTCVD의 증착률(통상 1000Å/min) 보다 낮은 증착률(통상 100Å/min)을 나타낸다.

CVD와 RTCVD는 모두 기판 표면상에 원하는 균일 두께의 박막층을 만들기 위해 공정 챔버 내에 균일 상태로 유지하는 특정한 균일 기판온도와 프리커서(precursor, 화학적 종류)가 요구되는 플럭스(flux)에 의존하는 장치이다. 이러한 요구사항들은 기판 크기가 증가함에 따라 심각해지며, 보다 복잡한 챔버 설계와 적절한 균일도를 유지하기 위한 가스 흐름 기술이 요구된다. 예를 들면, 반응기 챔버 내의 75밀리 기판은 가스 흐름, 균일 가열, 그리고 프리커서 분포에 대한 공정 제어가 동일 시스템에서 200밀리 기판에 대해 요구되는 것 보다 적게 필요하다. 그리고, 기판 크기는 수평면으로 300밀리와 400밀리에 달하게 된다.

반응물질과 반응에 의한 생성물질이 증착 표면에 매우 근접하게 서로 존재하므로, CVD 증착에서의 다른 문제점은, 각 증착 층에 반응 생성물과 다른 오염물이 포함될 가능성이 있다는 것이다. 또한, 반응물 사용의 효율이 CVD에서는 낮으며,챔버 압력을 감소시킴으로써 역작용을 일으킨다. 또한, 매우 활성화된 프리커서 분자들은, 박막의 질에 해로운 원하지 않는 입자를 생성할 수 있는 단일 가스 상 반응에 기여한다.

RTCVD 공정을 수용하는 기업들과 RTCVD 장치의 생산자들은 제한 반응 공정(Limited Reaction Processing, LRP)의 개념을 도입하여 이러한 문제들에 접근하였으며, 단일 기판이 반응 챔버에 놓이며 박막을 증착하기 위해 적절한 복사 소스의 도움으로 급속히 가열된다. 급속 가열은 반응 스위치의 역할을 하며, 다른 공정에서 가능한 것 보다 박막의 두께를 고려하여 보다 높은 제어단계를 제공한다. RTCVD는 또한 CVD에 비하여 단축된 공정시간의 장점이 있으며, 낮은 공정비용 그리고 개선된 공정제어의 장점이 있다. 본 발명에 의한 RTCVD는 매우 얇고 균일한 박막의 증착을 위한 새로운 기술을 제공한다. RTCVD는 수많은 장비 생산업자에 의하여 연구개발단계에서 상업적 단계로 꾸준히 진입하고 있다.

RTCVD는 일반 CVD에 대하여 확실한 장점을 가지기는 하지만, 공정에 사용되는 온도와 같은 본질적인 문제점이 또한 있기도 하다. 보다 넓은 면적은 보다 정교한 온도제어를 요구하며, 이것이 달성되지 않으면 기판 내의 혼란을 가져온다. 또한, 오염이 없고 급속한 온도변화와 고 진공에 따라 견딜 수 있는 적절한 챔버를 구비해야 하는 것은 면적이 커짐에 따라 보다 중대한 요구사항이 된다.

박막기술의 다른 주요 영역은 많은 디바이스에 있어서 본질적인 복잡한 표면에 대한 높은 균일성과 두께제어를 시스템에 제공하는 능력이다. 이러한 현상은 통상적으로 스텝 커버리지(step coverage)와 관련된다. CVD의 경우는 겨냥선 물리기상증착(physical vapor deposition, PVD)에 있어서 보다 스텝 커버리지가 좋으나, 초기 증착 단계에서 불연속 응집을 가져오는 많은 반응 분자들의 좋지 않은 흡수가 발생한다. 응집된 영역(island)은 수평과 수직으로 계속하여 자라며, 결국 합체되어 연속 박막을 형성한다. 증착의 초기단계에서 그러한 박막은 불연속적이다. 다른 인자들, 분자간의 평균 자유행정, 주요 표면 치수, 그리고 프리커서 반응성은 또한 공정을 복잡하게 하여 CVD 공정으로 매우 얇은 박막을 증착할 때에 복잡한 표면에의 적절한 스텝 커버리지를 가지게 하여 높은 균일도를 얻는 것이 본질적으로 매우 어렵다. RTCVD가 스텝 커버리지에 있어서 기존의 CVD보다 실질적으로 우월하다는 것이 증명되지는 않았다.

ALD는 CVD나 RTCVD에 비해서 느리지는 하지만 복잡한 표면에 대해 매우 균일한 박막을 증착하는 현저한 능력을 보여준다. 이는 CVD나 RTCVD와는 달리 플럭스에 의존하지 않는 것이 일부 이유이다. 이러한 ALD의 플럭스에 무관한 성질은 종래의 CVD나 RTCVD에 비하여 낮은 온도에서의 공정을 가능하게 해준다.

ALD 공정은 기판의 증착 표면에서 화학 흡착에 의해 이루어진다. ALD 기술은 1980년대 초반에 ZnS 다결정 그리고 비결정 박막과 전장발광 표시장치를 위한 유전체 옥사이드의 성장을 위해 원자층 에피탁시(Atomic Layer Epitaxy, ALE)의 개념에 기반을 두고 개발되었다. ALD 기술은 화학흡착에 의한 활성 프리커서 입자들의 포화 단일층 형성 원리에 기반을 둔다. ALD에서 적당한 활성 프리커서들은 교대로 증착 챔버 안으로 펄스로 전달된다. 활성 프리커서의 각 분사는 불활성 가스 퍼지로 분리된다. 각 프리커서 분사는 균일한 고체 박막층을 형성하기 위해 이전에 증착된 층세 부가하여 새로운 원자층을 제공한다. 이러한 과정은 원하는 박막두께를 형성하기 위해 반복된다.

ALD의 개념을 강조하는 내용의 ALE 분야의 좋은 참고문은 Tuomo Suntola에 의해 쓰여지고 Elsevier Science B.V.의 D.T.J. Hurle에 의해 1994년에 편집된 'Handbookd of Crystal Growth, Vol.3'이다. 이 장의 제목은 '원자층 에피탁시'이다. 이 참고문은 배경지식으로서 참조로 여기에 포함되었다.

ALD의 일반개념을 더 설명하기 위하여 도 1a 및 1b를 참조하자. 도 1a는 물질 A와 B의 박막을 형성하기 위한 ALD 공정의 초기 단계에서 기판 표면의 단면을 나타내며, 이들 물질은 이 예에서 기본 물질로 고려된다. 도 1a는 집적회로 제작단계에서 기판을 보여준다. 재료 A 고체층은 초기 기판 표면에 형성된다. A 층 위로 B 물질 층이 올라가며, 도시된 공정단계에서 리간드(ligand) y의 최상층이 있다. 층들은 표면으로 첫 번째 프리커서 가스 Ax와 두 번째 프리커서 가스 By를 교대로 펄스로 주입하여 제공된다. 프리커서 펄스 사이에 공정영역이 배출되고 퍼지가스의 펄스가 분사된다.

도 1b는 이 예에서 AB 고체 물질을 제공하는 데에 사용되는 교차 펄스 공정의 완전 일 싸이클을 보여준다. 싸이클에서 첫 번째 펄스 가스 Ax는 가스입력이 없는 전이 시간에 따라 만들어진다. 그리고 나서, 중간 퍼지가스의 중간 펄스가 다른 전이에 의해 연속된다. 그리고 가스 By가 펄스 입력되고 전이단계가 있고, 다시 퍼지 펄스가 진행된다. 하나의 싸이클은 하나의 Ax와 By의 펄스를 포함하며, 각 프리커서 펄스는 퍼지가스 펄스에 의해 분리된다.

상기에 간단히 기술된 바와 같이, ALD는 화학흡착에 의해 진행된다. 초기 기판은 공정 영역에 활성 리간드의 표면을 나타낸다. 첫 번째 가스 펄스, 이 경우는 Ax는 A층을 이루고 리간드 x의 표면을 이룬다. 퍼지 후에, By가 반응지역으로 펄스로 주입된다. y 리간드는 x 리간드와 반응하여 xy를 형성하고, 도 1a와 같이 y 표면을 떠난다. 이 예에서 한 싸이클이 약 1초정도로 공정의 싸이클이 계속 진행된다.

ALD에 의해 제공되는 박막형성의 독특한 메카니즘은 상술한 방법들이 비해 몇가지 장점을 갖는다. 한 가지 장점은 ALD의 플럭스에 영향을 받지 않는 성질로부터 나오며, 기판 크기에 관계없고 반응기 설계와 작동의 단순화를 가져온다. 예를 들면, 200밀리 기판은 상술한 자기 제한적인 화학흡착 현상으로 인하여 동일 반응 챔버에서 100밀리 기판에 증착된 것과 동일한 균일층을 수용할 것이다. 또한, 일단 포화 단일층이 형성되면 증착 면적은 전달되는 프리커서의 양에 대해 독립적이다. 따라서 단순한 반응기 설계가 가능하다. 그리고, ALD 공정에서 가스의 동적운동은 비교적 역할이 작으므로, 설계의 제한이 작아진다. ALD 공정의 또 다른 확실한 장점은 프리커서인 화학적 물질들이 같이 주입되는 것이 아니라 ALD 반응기 안으로 독립적으로 주입되므로 서로에 대한 높은 반응성을 피할 수 있다는 것이다. CVD에서의 문제인 고 반응성은 ALD에서는 장점으로 된다.

이러한 고 반응성은 낮은 반응 온도를 가능하게 하고, 공정 화학단계를 단순화한다. 다른 장점은 화학흡착에 의한 표면 반응은 복잡한 표면에 대해 거의 완벽한 스텝 커버리지를 이룬다는 것이다.

ALD가 박막 증착에 있어서 상술한 장점을 가지리라 생각되기는 하지만, ALD는 아직 상업적 공정에 적용되지는 못하였다. 그 이유는 대부분 시스템 관점과 구성에 있다. 예를 들면, ALD 시스템에서의 많은 초기 개발은 CVD와 RTCVD와 같이 배치 공정 접근을 시도하였다. 동시에 배치 반응 챔버에 몇 개의 기판을 넣어 공정을 수행함으로써, 처리량을 증가시키려 하였다.

불행히도, 배치 공정은 몇 가지 본질적인 단점을 가지고 있으며, 배치 공정에 의한 ALD의 생산 제한은 일단의 문제점들을 형량해 보아야 한다. 예를 들면, 배치 공정 시스템에 있어서 배치 반응기 안의 기판 대 기판, 그리고 배치 대 배치로부터의 상호 오염이 중요한 문제이다. 또한, 배치 공정은 공저제어와 기판 대 기판 그리고 배치 대 배치간의 공정 재현성을 방해하며, 후면 증착 방법을 막는다. 이러한 요소들의 모두는 전체 시스템의 유지, 일드, 신뢰성에 영향을 미쳐 순수 생산량과 생산에 영향을 가져온다. 본 발명의 출원시기에, ALD가 상업적 생산에 적용되는 ALD 기술과 관련된 이러한 문제점들을 교정하기 위한 산업상의 어떠한 방법도 알려지지 않았다.

확실히 필요한 것은 고가의 클린 룸과 관련된 생산 공간을 사용하여 다수의 기판이 공정을 거치면서 많은 생산과 일드를 제공하는 독특하고 혁신적인 고 생산성 ALD 시스템 구조와 가스 전달 시스템이다. 본 발명은 ALD 기술의 현재의 제한점을 극복하여 효과적으로 생산하는 시스템 접근법을 기술하며, ALD 시스템의 상업적 실행가능성을 이룬다.

본 발명은 화학적 기상증착(CVD)을 수행하는 방법 및 그 장치와 관련되며, 특히 원자 층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정과 관련된다.

도 1a 는 일반적인 ALD 공정의 도식도이다.

도 1b 는 ALD 가스 펄스공급을 위한 통상적인 시간 다이아그램이다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 하부 측면 컴팩트 반응기의 등비례도이다.

도 3a 는 본 발명의 실시예에 따른 플랩형(flap-type) 게이트밸브를 나타내는 도 1의 컴팩트 반응기 장치의 등 비례도이다.

도 3b 는 본 발명의 실시예에 따른 도 1에 나타난 두 개의 컴팩트 반응기 장치의 우측 측면도이다.

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로드락(load lock)과 통합된 VESCAR 27의 입면도.

도 5 는 본 발명에 따른 ALD 수직적재 시스템 구조의 입면도.

도 6 은 단일 LP-CAR 장치의 다중 기판의 공정을 위해 적용된 본 발명의 실시예에 따른 LP-CAR의 평면도.

도 7 은 본 발명의 대체 실시예에 다른 생산장치 19의 평면도.

도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 후면에서 본 도 1의 적재형 컴팩트 반응기장치의 입면도.

도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 프리커서 트랩장치와 가스 재순환장치의 다이아그램.

도 10A 는 본 발명의 실시예에 따라 사용된, 알려진 클러스터 도구 기반 공정장치의 이상적 평면도.

도 10B 는 알려진 종래의 CVD 공정의 단면 입면도.

도 11A 는 본 발명의 선호되는 실시예에 다른 다목적 공정 스테이션의 등비례도.

도 11B 는 도 11A의 다목적 공정챔버의 확대도.

도 11C 는 도 11A의 다목적 공정 스테이션 장치의 절단 입면도.

도 11D 는 도 11A의 다목적 공정챔버의 입면도.

도 11E 는 전달모드에 나타난 도 11A의 장치의 입면도.

도 12 는 도 11E로부터 전기 되먹임장치를 포함하는 받침대를 통한 입단면도.

도 13A 는 도 12의 전기 되먹임장치의 입단면도.

도 13B 는 도 13C의 선 13B-13B을 따라, 도 13A의 되먹임장치 몸통 조립체를 통하여 본 단면도.

도 13C 는 도 13A의 되먹임 장치의 평면도.

도 14A 는 도 12로부터 세라믹 절연 장벽의 측면 입면도.

도 14B 는 도 14A의 측면에 나타난 절연 장역의 평면도.

도 15A 는 본 발명의 실시예에 따른 두 지역 히터판의 등 비례도.

도 15B 는 도 15A의 히터판의 평면도.

도 15C 는 도 15A의 히터판의 측면도.

도 16A 는 본 발명의 실시예에 따른 연결기둥의 등 비례도.

도 16B 는 도 16A의 연결기둥의 말단도.

도 16C 는 도 16A와 도 16B의 연결 기둥의 단면도.

본 발명의 선호되는 실시예에 있어서, 클러스터(cluster) 시스템을 위한 ALD 공정 스테이션이 제공되며, 이는 첫 번째 단면 영역이 있는 하부 말단을 가지는 공정 챔버부와; 공정 챔버부 아래의 베이스 챔버부를 포함하고, 상기 베이스 챔버부는 진공 펌프부와 기판 전달부를 가지고, 공정 챔버의 원형 하부 말단 아래에 두 번째 단면 영역과 첫 번째 단면 영역보다 큰 진공 펌프부를 포함하고; 첫 번째 단면 영역보다 작고 수직 이동을 허용하는 동적 진공 밀폐부에 의해 전달 포트 아래의 베이스 챔버에 적용된 세 번째 단면 영역을 가진 상부 기판지지 표면을 가지는 기판지지 받침대와; 상기 기판지지 받침대를 실질적으로 공정 챔버의 하부 말단과 평행한 공정 위치에서, 혹은 펌프 포트 위와 전달 포트 아래의 베이스 챔버부 내의 하부 전달위치에서 상부지지 표면에 놓기 위해 이동시키도록 적용된 수직 이동 구동 시스템; 그리고 공정 챔버에 장착된 탈착 가능한 가스 공급 덮개를 포함하며, 덮개는 ALD 프로토콜에 따라 가스를 공급한다. 공정 위치에서 기판지지 받침대로, 기판지지 받침대의 단면영역과 보다 큰 첫 번째 단면은 진공 펌프 포트를 통하여 공정 챔버부로부터 첫 번째 제한된 펌핑 속도를 결정하는 첫 번째 전체 효과 영역을 가지는 첫 번째 펌핑 경로를 형성한다. 하부 전달부에서 기판지지 받침대로, 기판지지 받침대의 단면영역과 보다 큰 두 번째 단면 영역은 첫 번째 효과 영역보다 넓은 두 번째 효과 영역을 가지는 두 번째 환상의 펌핑 경로를 형성하며, 첫 번째 제한된 펌핑 속도보다 큰 공정챔버로부터의 두 번째 펌핑 속도를 갖는다.

일부 실시예에서, 첫 번째 단면영역은 대체 가능한 링으로 형성되어, 첫 번째 펌핑속도가 일정한 외부 직경과 다른 내부 직경을 갖는 대체 가능한 링을 교환하여 증가적으로 변하게 한다. 또한, 상부 지지표면에서 시작하고 상부 지지표면 아래로 뻗어있는 기판 받침대부를 둘러싸는 환상의 덮개가 있을 수 있으며, 상부 지지표면의 높이에서 환상 덮개의 펌핑영역은 실질적으로 첫 번째 단면 영역과 동일하다. 이는 공정 위치 안의 기판지지 받침대로, 환상 덮개가 공정 챔버로부터의 모든 가스 흐름을 환상의 덮개와 기판지지 받침대 사이에 환상 덮개 내에서 흐르도록 제한하는 첫 번째 단면영역과 정합한다.

선호되는 실시예에서, 공정챔버의 상부 말단을 덮는 탈착 가능한 덮개는 탈착가능 밀폐부와 장착되며, 덮개와 동적 진공 밀폐부는 떼어낼 수 있고, 기판지지 받침대가 베이스 챔버 내에서 공정 챔버 영역을 통하여 상방으로부터 빼내지도록 하여준다. 탈착가능한 덮개는 선호되는 실시예에서, 공정 위치 내에서 기판지지 받침대로 기판지지 받침대 상에 지지된 기판의 노출된 표면 위로 균일하게 공정 가스를 제공하기 위한 가스 배분 장치를 포함한다.

어떤 경우에는, 기판지지 받침대는 상부지지 표면과 평행한 마감판을 포함하며, 공정 챔버를 위한 진공 경계, 마감판으로부터 열적으로 절연된 공정 챔버 상의 히터판 그리고 히터판으로부터 위로 일정간격 떨어진 전기적으로 절연된 서스셉터(susceptor)를 형성하고, 서스셉터는 상부 지지표면을 형성한다. 히터판은 적어도 두 개의 분리되어 전력공급되는 가열영역을 가지는 복합 히터가 될 수 있으며, 판을 가로지르는 온도분포가 분리되어 전력공급되는 영역에 전력을 제어함으로써 조절되도록 해준다. 이러한 관점에서, 내부 가열 영역은 적어도 하나의 실질적으로 히터판을 통과하는 홈에 의하여 외부 가열영역으로부터 분리된다. 선호되는 실시예에서, 내부 가열영역은 히터판에 의하여 가열되는 기판의 단면영역과 실질적으로 동일한 단면을 갖는다. 일부 선호되는 경우에, 동적 진공 밀폐부는 스테인레스강 벨로우즈이다.

본 발명은 여러 가지 실시예를 통하여 융통성있고 효과적인 ALD 공정을 반도체 웨이퍼에 적용하는 방법을 제공하며, 다양한 관점이 상세히 후술된다.

ALD 기술의 상업화를 고려해보면, 배치형식의 ALD 시스템, 코팅되는 기판들이 일반적으로 다른 평면에 배열되는 시스템, 그리고 많은 수의 기판들이 단일 반응기에서 동시에 코팅되는 시스템이 생산성의 입장에서 매력적으로 여겨졌으나, 이러한 종류의 큰 배치 시스템은 아래에 기술된 몇 실시예에서 보여주는 단일 가스 경로를 가지는 컴팩트한 낮은 프로파일 장치에 비하여 몇 가지 심각한 결점을 갖는다. 이들 어려움들은 다음과 같다.

(a) 배치 시스템의 가스 펄스공급은 컴팩트 단일 기판 시스템에서와 같이 정확하고 빠르지 못하다.

(b) 후면 증착을 피하는 것이 다중 기판 시스템에서는 어렵다. 후면 증착을 피하기 위해서는 각 기판이 정전 척과 같은 장치를 포함하는 전용 히터에 고정되어야 한다.

(c) 플라즈마 세척은 큰 배치 시스템에서는 단일 기판 시스템에 비하여 비효율적임이 발견되었다. 내부장착 플라즈마 세척은 유지 세척 사이에 매우 긴 시간을 요구한다.

(d) 가스고갈 효과는 배치 공정 반응기에서는 심각한 공정 제한이 될 수 있으며 배치시스템에서 처리하기는 어렵다.

(e) 공정제어, 기판 대 기판의 재현성, 공정편차와 유지를 위해 단일 기판 시스템이 배치 시스템보다 융통성이 있다. 배치 시스템은 비교적 작은 자국 클러스터링 구조 형상에는 쉽게 맞지 않는다.

이러한 그리고 다른 이유들로 인하여 본 발명은 낮은 프로파일의 컴팩트 ALD 반응기(LP-CAR, low-profile compact ALD reactor)를 포함하는 독특한 ALD 공정 방법을 개발하였으며, 내부 체적과 외부 높이를 감소시키고, 빠른 가스전환과 향상된 공정제어, 또한 특유의 시스템 구조를 이룬다. 본 독특한 구조는 수직으로 적재된 다중 장치 시스템을 포함하며 일련의 통합에 클러스터링 기법을 적용할 수 있다.

상술한 예에서, 본 발명은 독특한 낮은 프로파일의 컴팩트한 반응기를 제안하며, 생산에 있어 ALD 반응기의 사용을 위한 독특한 시스템 구조는 배치형태의 ALD 시스템이 갖는 제한점들을 해결한다.

본 발명에 의한 실시예들에서 LP-CAR의 독특한 설계에 있어서, 높은 생산성은 반응기 내에서 코팅되기 위해 제공된 표면적에 비하여 반응기의 내부 공정체적이 최소화되어 일부 촉진되는 빠른 가스전환으로 인한다. 단일 기판 반응기의 길이와 폭은 수용되는 최대 기판으로 정해지며, 보통 기판 직경의 약 1.5배이고(만약 기판이 둥글다면), 반응기의 내부 높이는 내부 체적을 위한 제어 치수이다. 본 발명에 의한 실시예에서, 본 발명자는 단일의 방해 없는 코팅될 기판으로의 가스공급경로를 가지는 것의 장점을 알아냈으며, 이는 일반적으로 코팅될 표면이 통상의 평면에 있을 것을 요구한다.

경계층 조건과 적절한 가스 흐름이 달성되어야만 하며, 대체적인 플라즈마 덮개 설계가 바람직하다. ALD 공정은 또한 공정 중에 기판을 가열하기 위하여 공정 체적 내에 기판 히터를 필요로 하고, 가스 전달과 가스 배출 하부 시스템이 부가적으로 특별히 필요하다. 이러한 요구사항들이 모두 주어지면, 본 발명의 실시예에서, 단일 기판 공정을 위한 낮은 프로파일의 컴팩트 ALD 반응기(LP-CAR)가 제공된다. 후술한 본 발명에 의한 실시예에서, 낮은 프로파일은 수평 치수에 대비하여 반응기의 높이로 정의된다. 수평 치수에 대한 LP-CAR의 높이 비율은 본 발명의 다른 실시예에서 특정 시스템 요구사항에 따라 변할 수 있다. 그러나, 수평치수에 대한 높이의 비는 통상적으로 1보다 작으며, 0.2만큼 낮아질 수 있다. 약 0.65의 비율은 여기의 실시예에 있어서 보통 값이다.

본 발명의 실시예에서, LP-CARS는 독립적으로 제어가능한 반응기들이며, 생산성 요구도와 공정일련의 원하는 융통성을 위해 독특한 구조의 빌딩 블록으로 사용될 수 있다. 선호되는 시스템 실시예에서, LP-CARS는 수직으로 적재되며, 이는 정확한 공정의 효율적인 사용을 촉진한다. 수직적재 구조는 수직적재 컴팩트 ALD 반응기(vertically-stacked compact ALD reactor)의 이름을 따서 VESCAR(상표)로 일컬어진다.

아래의 일부 실시예에서 알 수 있듯이, VESCAR 시스템은 독립형 구조이며, 기판들이 카세트 적재 로드락 하부시스템을 통하여 VESCAR 장치로부터 들어가고 나온다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 로드락과 VESCAR 장치들이 클러스터 도구 제어 시스템에 연결되어 있으며, ALD를 비롯한 CVD, PVD, 세적기, 리쏘그래피 그리고 다른 공정 하부시스템을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컴팩트 반응기 장치(33)의 다이아그램이며, 실질적으로 단일 평면에 제공된 코팅될 기판을 포함하며, 기판 표면으로의 단일 가스흐름 경로를 가진다. 본 발명에 따른 선호되는 실시예에서 반응기 장치의 일 측면 상의 기판 입출력(I/O) 개구부(53)가 게이트 밸브와 함께 구비되고, 아래에 보다 상세히 기술된다.

공정이 진행될 위치에서 적재된 기판(45) 위로의 가스흐름은 증착이 발생할 기판(45)의 표면과 실질적으로 평행한 수평방향이며, 일 측면(가스입력)으로부터 들어가고 반대방향으로 나온다(가스출력). 도 1b 위에 기술된 바와 같이 프리커서(precursor)들은 교대로 반응기 장치(33)로 펄스입력되고 가스 퍼지가 뒤를 잇는다. 이 실시예에서 가스흐름은 도면에 화살표로 도시된바와 같이 오른쪽으로부터(가스입력) 왼쪽으로(가스출력) 이동한다. 다른 실시예에서, 가스흐름은 왼쪽에서 오른쪽일 수도 있다. 일 실시예에서 각각의 컴팩트 반응기는 반응기 몸체에 설치된 입출력 머니폴드(manifold)를 갖는다.

컴팩트 반응기 장치(33)는 스테인레스강, 알루미늄, 복합재료, 혹은 다른 가해진 진공을 유지할 수 있고 증착 챔버에 알려진 적절한 특성을 가진 어떠한 재료로부터도 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 반응기 장치(33)는 진공하에서의 강도를 증가시키기 위해 구조적 립(rib)을 사용해 강화될 수 있다. 도시된 실시예에서의 컴팩트 반응기 장치(33)는 전체 높이 h를 가지며, 증착을 의한 적어도 단일 기판을 수용하도록 폭과 깊이를 갖는다. 스케일링은 매우 작은 기판으로부터 400밀리 직경이나 그 이상에 이르는 다른 크기의 기판에 맞도록 이루어진다.

h로 표시된 고정영역(49)의 실지 높이는, 수평치수의 견지에서, 매우 중요한 파라미터이며, 이 높이는 반응기의 내부 체적을 정의하는 데에 기여하며, 이 체적 내에서 가스 펄스입력과 공정이 일어난다. 외부 높이는 위에서 간단히 기술되었듯이, 아래에 자세히 기술된 시스템 구조 내에서 반응기의 적재를 촉진하는 낮은 프로파일을 제공하도록 제어된다. 본 발명의 실시예에 따른 LP-CAR 장치 내의 반응 영역의 내부 높이는 코팅될 기판 표면영역에 비하여 실질적인 최소체적을 구비하도록 분리되어 제어되며, 이는 가스 사용을 최대화하고 빠른 가스전환을 도와준다. 보다 일반적으로 말하면, 본 발명자에 의하여 발견된 주요 문제는, 표면 포화를 확신하기 위한 프리커서의 충분한 양의 제공과 가스의 과잉없이 코팅될 표면으로의 가스전달 속도가 최대화되어야 한다는 것이다.

기판 직경 300밀리를 위해 제공되는 LP-CAR에 있어서, 본 발명에 따른 실시예의 내부 높이는 약 1인치가 선호되나, 실시예에 따라 일부 변할 수 있다. 반응기 영역의 수평 내부치수와 내부 높이의 비율은 약 0.25를 초과하지 않는 것이 좋으며, 이는 빠른 가스전환과 효율적인 프리커서 사용을 보장하기 위한 것이다.

일부 실시예에서의 신축자재의 기판 리프트 핀(도시안됨)은 기판의 지지를 위해 기판의 고정영역(49)의 바닥표면에 위치한다. 기판의 고정영역(49)에 있는 기판 리프트 핀의 수는 통상적으로 세 개 이상이며, 핀들은 기판을 수평으로 지지하는 패턴으로 배열된다.

기판 리프트 핀은 RTCVD와 같은 공정에서 반응기 챔버 내에서 기판의 수평지지를 위해 통상적으로 사용된다. 일부 실시예에서, 기판 리프트 핀은 기판지지 트래이의 부분이다. 다른 실시예에서는, 기판 리프트 핀들은 반응기 챔버 내에 설치되어 있다. 통상적으로, 기판 리프트 핀들은 약간의 열발산을 제공하고 표면 코팅 변형을 피하기 위해 기판 표면에 위치한다. 이러한 규칙은 RTCVD와 같이 더 많은 열을 사용하는 공정에서 중요하며, 기판이 양쪽표면 모두 동시에 공정이 이루어지는 경우에도 중요하다. 일부 실시예에서, 적절한 열용량을 가진 편평한 정전척(electrostatic chuck, ESC)이 후면 증착을 제거하기 위해 공정 중에 기판을 고정하는 데에 사용될 수 있다.

컴팩트 반응기 장치(33)는 기판 공정 중에 가열 및 냉각된다. 영역(51)은 열저항 코일과 같은 가열장치가 수용되는 히터 구역을 나타낸다. 영역(47)은 반응기 장치(33)의 상부 표면을 통한 냉각 라인을 포함한다. 본 분야의 당업자들은 공정 중에 다른 종류의 화학물질이나 프리커서가 다양한 공정에 사용되면 컴팩트 반응기 장치(33) 내부에 다른 온도가 유지되어야 한다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명은 알려진 증착의 다양한 가열 및 냉각방법이 본 발명에 의한 실시예에 적용가능하도록 한다. 이와 유사하게, 영역(51)은 다른 시간동안, 예를 들면 내부 어닐링을 수행하는 등 필요한 시간동안 열 수준을 전달하는 데에 요구되는 하나이상의 가열요소 형태를 수용한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 다른 도 2의 컴팩트 반응기 장치(33)의 단순화된 도면으로, 플랩타입의 떨어져서 조정이 가능한 밸브(52)가 개구부(53)를 덮거나 노출시키기 위해 구비된다. 이 밸브는 공정 중 닫히고, LP-CAR로의 기판 전달을 위해 열린다. 이 실시예에서 개구부(53)를 둘러싸는 진공 밀폐부(46)가 있으며, 이는 오링(o-ring)이나 사각링, 금속 밀폐기, 혹은 다른 알려진 진공 밀폐기가 될 수 있다. 밸브(52)는 작동 중에 장치를 격리시키는 진공 밀폐기에 대하여 잠그도록 구비된다. 일 실시예에서 플랜지(54)는 게이트 밸브(52) 뒤에 위치하며, 뒤에 보다 자세히 기술될 생산 구조에서의 진공 챔버의 연결 벽의 비진공 측면에 대하여 밀폐를 제공하는 진공 밀폐부(48)를 갖는다.

밸브(52)와 같은 게이트 밸브를 자동 제어하는 알려진 많은 방법들이 있다. 본 발명의 선호되는 실시예에서, 본 밸브는 플랩타입(flap-type) 밸브이며, 캠구동 전기 메카니즘이 구비되고, 반응기 장치(33)의 벽과 밸브 문 상의 피봇 암(pivot arm, 도시안됨)에 장착된다. 전기 단자는 작동 중에 비진공 측으로부터 반응기 장치(33)의 몸체를 통과한다. 본 발명의 관점을 벗어나지 않는 범위에서, 게이트 밸브(52)를 열고 닫는 캠타입 장치의 장착을 위한 다양한 방법이 사용될 수 있다. 전기적으로 구동되는 캠 장치는 일반적이며 잘 알려져 있다.

여기에 제시된 실시예는 LP-CAR이 입출력 개구부를 위해 어떻게 게이트 밸브가 구비되는가의 일례를 보여준다. 다른 실시예에서, 플랩타입 문은 아래로부터 보다는 상부로부터 회전하도록 구비될 수도 있다. 다른 실시예에서, 플랩타입 문 대신에, 캠 구동 미끄럼 문이 사용될 수 있다. 선호되는 실시예에서, 플랩타입 문은 설계가 설치의 단순성으로 인하여 사용된다.

플랜지(54)의 실제 모양뿐만 아니라 게이트 밸브(52)도 본 발명의 관점을 벗어나지 않고 상당히 변형될 수 있다는 것을 당업자는 알 것이다. 예를 들면, 플랜지(54)는 모딴 사각형이나 타원형의 형태일 수 있다. 이와 유사하게, 게이트 밸브(52)는 상술한 것과는 다른 형태를 가질 수도 있다. 일부 실시예에서, 밀폐 접속부는 반응기 몸체의 일체 부분으로서의 플랜지를 사용하지 않고 구비될 수도 있다.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 도 3a에 기술된 두 개의 컴팩트 반응기 장치의 측면 입면도로써, 플랜지(54)와 진공 챔버의 접속 벽(42)이 형성된 진공 연결부를 나타낸다. 비진공 측면에 적재 고정물이나 랙(rack, 도3b에 도시안됨)이 반응기 장치(33a,33b)와 본 발명의 실시예에 따른 VESCAR 시스템의 부분이 되는 도 3b에 도시되지 않은 다른 반응기 장치를 지지하기 위해 사용된다. 수직 모양으로 반응기 장치를 지지하고 거리를 유지하는 데에 사용되는 적재 고정물이나 랙은 어떠한 내구성 재료, 즉 스테인레스강이나 다른 적절한 재료로부터 각 반응기 장치를 지지하고 발생할 수 있는 치수변화에 저항할 수 있는 한 만들어질 수 있다. 시스템에서 공유된 연결부에 접속된 하나 이상의 부품들을 위치시키기 위하여 사용되는 고정물은 비교적 일반적이고 잘 알려져 있다. 본 발명에 따른 이 실시예에서 적재 고정물을 위한 중요 특성은 반응기 장치를 균일하고 정확히 간격을 가지게 하고, 기판의 완전하고 재현성있는 전달을 촉진하고, 무게를 지지하는 것이다. 일 실시예에서 적절한 위치배치를 위한 제거가능한 스페이서를 가지는 팩의 형태의 고정물이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 정확한 간격배치는 나사나 이와 유사부품을적용시켜 이루어질 수 있다.

다양한 실시예에서, 수직 적재로 LP-CAR 장치의 간격배치는 각 반응기의 하부 고온영역과 각 근접 반응기의 상부 냉각영역 사이의 열적 격리를 제공하게 하여준다. 이와 유사하게, 적재에서 LP-CAR의 최상부와 최하단부는 다른 반응기에 대해 유사한 열적 환경을 가져야 한다.

도 3b에 도시된 챔버 벽의 왼쪽(42)으로의 영역은 후술되는 수직적재 시스템 내의 진공 전달 챔버의 진공 영역이다. 챔버 벽에 플랜지(54)의 고정은 종래의 고정기술인 소켓머리 나사와 같은 부품을 사용하여 달성될 수 있다. 대체 실시예에서 정합 플랜지는 챔버 벽에 용접을 통하여 고정되며, 플랜지(54)는 정합 플랜지에 고정되어 연결을 완성한다. 그러한 경우에, 정합 플랜지는 플랜지(54)에 있는 개구부 안으로 맞는 정렬 핀을 가질 수 있다. 여기에 기술된 것 외에 다양한 형상을 갖는 것이 가능하다는 것을 당업자는 잘 알 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 생산 시스템 실시예에 따른 카세트 로드락(21)에 직접 연결된 VESCAR 시스템(27)의 입면도이다. 이 실시예에서, 이전 공정을 거친 기판들이 카세트 로드락으로 적재된다. 이 구조에서, 공정 방으로부터 클린룸 환경을 분리하는 벽은 카세트 로드락(21)과 VESCAR 장치(27)가 연결되는 개구부를 갖는다. 이러한 종류의 클린룸 접속은 생산 시스템 분야에서 잘 알려져 있으며, 중요한 클린룸 공간을 보존한다.

VESCAR 장치(27)는 벽(42, 도3b 참조)이 있는 진공 제어 챔버(32)와 수평 및 수직 확장능력이 있는 Z축 로봇(31)를 포함하며, 여기서는 카세트 로드락(21) 안으로 확장하는 것을 보여준다. 이전 공정을 거친 기판들이 적재된 카세트(79)는 Z축 로봇(31)이 기판을 집어 VESCAR 장치(27) 안으로 옮길 수 있도록 위치한다. 일단 VESCAR 장치(27) 안에서, Z축 로봇(31)은 180도 회전하고 기판을 반응기 장치 안으로 놓기 위해 적절한 수직위치로 확장하며, 10(a-j)은 진공 벽(42)에 연결된 수직으로 적재된 구조에 나타나 있다.

도 4에 도시된 하나 위에 다른 하나가 있는 10개의 LP-CAR 장치들은 요구 생산량을 위한 실질적인 개수로 고려된다. 본 발명의 일부 실시예에서, Z축 로봇(31)과 관련된 하나이상의 확장 및 전달 암이 있으며, 생산에 있어서 어떠한 전달도 피하기 위하여 하나 이상의 작동체가 있다. 완성된 기판은 상술한 적재단계와 반대로 빼내어지고, 카세트(79)에 다시 놓여진다.

도 4의 VESCAR 구조는 최소 비용 구조이며, 보다 복잡한 VESCAR 구조로의 출발점이다. 또한, 도시된 구조는 개발공정 단계에서의 사용과 다중 LP-CAR 장치의 사용과 같은 연구개발 형태에 좋다. 도 4의 VESCAR 시스템에서 개발된 공정들은 후술하는 보다 복잡한 공정 계획에 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 다른 ALD 생산 시스템(19)의 입면도이다. 여기에 기술된 다양한 부품들의 독특한 조합과 자동화는 종래의 ALD 반응기에서 가능한 시스템 구조와 연관된 장애물을 효과적으로 극복한다. 기술된 실시예들과 후술될 예들은 느린 증착률, 부족한 생산 공간의 사용, 그리고 현재의 ALD 응용과 경쟁 공정이 직면한 다른 문제들에 대한 상당한 해결책을 제공한다.

이제 도 5를 참조하면, VESCAR 장치(27)는 도 4를 참조하여 또한 상술한 분리된 컴팩트 반응기 장치들(33a-j)의 부착을 위한 수직 연결부를 가지는 진공 챔버(32)를 포함한다. 컴팩트 반응기 장치들(33a-j)은 진공 챔버(32)와 분리하여 그리고 통합하여 적절한 진공을 유지하도록 적용된다. 플랩타입 게이트 밸브는 각 컴팩트 반응기 장치(33a-j)가 분리된 펌프다운(게이트 폐쇄)과 진공 챔버(32) 내의 진공 공유(게이트 개방)를 하게 한다. 각 반응기에의 각각 구비하는 것은 진공, 퍼지 그리고 공정 가스의 흐름을 허용하며, 상술한 플랩타입 밸브를 적재하고 내리는 것을 포함하는 적절한 밸브작용은 기판이 챔버(32) 안팎으로 수직으로 적재된 반응기로부터 그리고 반응기 쪽으로 전달하도록 하여준다.

본 발명의 관점을 벗어나지 않고 도 4 및 5에 도시된 수보다 많거나 적은 VESCAR 장치(27)에 수직으로 적재된 컴팩트 반응기 장치가 있을 수 있다. 도 5를 참조하여 여기에 기술된 실시예에 있어서, 10개의 컴팩트 반응기 장치(33a-j)가 있으나, 본 발명의 실제 적용에 있어서는 알려진 상업 공정에 대하여 경쟁적 방법에 있어서의 높은 생산성을 촉진하기 위해 적절한 만큼의 수의 많은 컴팩트 반응기 장치가 VESCAR 장치(27)에 포함될 수 있다. 실제 수의 제한은 수직 공간에 의하여 이루어지며, 목적달성을 위한 제어장비의 범위와 맞아야 한다.

Z축 로봇(31)은 컴팩트 반응기 장치(33a-j)에 대하여 기판들을 자동적으로 적재하고 내리기 위해, 그리고 다른 재료 조절 장비와 연결하기 위해 챔버(32)에 구비된다. Z축 로봇(31)은 수평과 수직 위치로 확장할 수 있으며, 각 컴팩트 반응기 장치(33a-j)와 연결되도록 프로그램된다. Z축 로봇(31)은 또한 원하는 어떠한 단계에서도 기판을 반응기에 적재하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들면, 기판들은 하부에서 상부로, 상부에서 하부로, 중간에서 상부로 기타 위치로 적재될 수 있다. 기판들은 하나의 컴팩트 반응기 장치로부터 내려질 수 있고, 다른 컴팩트 반응기 장치로 재적재될 수 있다. 일부 실시예에서, 다중 기판 조정 장치가 있으며, 이들은 말단 작동기나 유사한 것으로 단일 Z축 로봇과 관련된다.

컴팩트 반응기 장치(33a-j)는 챔버의 일 벽을 따라서 챔버(32)와 연결되고, Z축 로봇에 의하여 적재와 하역에 오류가 없도록 주의하여 간격을 띄운다. 반응기는 진공 밀폐부로 챔버와 연결되고, 도면을 참조하여 좀더 상세히 아래에 기술된 챔버(32) 외부의 랙 조립체에 의해 지지된다.

이 실시예에서, 진공 중심 로보식 기판 조정기(23)는 게이트 밸브(29)를 통하여 VESCAR 장치(27)와 연결된다. 게이트 밸브(29)는 VESCAR 장치(27)가 기판 전달 사이에 클러스터 도구 조정기로부터 격리되도록 하여주는 진공 밸브이다. 회전 메카니즘(25)을 통하여 작동되는 전달 메카니즘(43)은 기판을 Z축 로봇(31) 전후로 적재하거나 하역한다. 도 1의 전달 메카니즘(43)은 게이트 밸브(29)에 확장되는 것을 보여준다. 도시된 위치로부터 180도 위치에 있어서, 전달 메카니즘(43)은 카세트 로드락(21)으로 확장할 수 있으며, 이전 공정을 거친 기판들은 적재되고 완성된 기판들은 하역된다. 조정기(23)에 의해 서술된 로봇식 기판 조절 시스템은 상업적으로 구입이 가능하며, Brooks Automation, Equipe 그리고 Smart Machine과 같은 생산회사가 있다.

본 발명의 선호되는 실시예에서, 이전 공정을 거친 기판들은 우선 수직으로 향한 카세트나 랙(도시안됨) 내에서 카세트 로드락(21) 안으로 놓여진다. 기판이카세트 로드락(21)에 놓여진 후, 로드락은 잠기고 진공포트(도시안됨)를 통하여 특정 진공상태로 만들어진다. 로봇식 조정기(23) 내의 전달 체적은 또한 진공포트를 통하여 특정 진공상태로 만들어진다. 진공 챔버(32)는 유사한 진공포트(도시안됨)를 통하여 펌프다운된다. 모든 장치들이 적절히 펌핑되면, 게이트 밸브(35)는 전달 메카니즘(43)이 한번에 하나씩 기판을 잡을 수 있도록 카세트 로드락(21) 안으로 확장하도록 하여준다. 카세트 로드락(21) 안의 카세트 조정기(도시안됨)는 이전 공정을 거친 기판들을 고정하는 수직 카세트를 고정하는 플랫폼을 올리거나 낮추거나 할 수 있다.

전달 메카니즘(43)이 기판을 수용하면, 로봇식 조정기 내로 다시 후퇴하고 VESCAR 장치(27)로 확장하도록 180도 회전위치로 회전한다. 통상적으로 게이트(35)는 전달 사이에 잠기나, 이것은 많은 공정 흐름 방법에서 반드시 요구되는 것은 아니다. VESCAR 장치(27)에서 전달 메카니즘으로, 게이트 밸브(29)는 전달 메카니즘(43)이 기판을 Z축 로봇(31)으로 전달하도록 하기 위해 열린다. 그러면, Z축 로봇(31)은 이를 받고, 수직 적재 컴팩트 반응기 장치의 하나나 다른 것으로 기판을 적재한다.

많은 작동기법이 가능하다. 도시된 구조에서, 하나의 선호되는 기법이 적재-하역 카세트(21)의 위치와 동일 개수의 컴팩트 ALD 반응기로 시스템이 적용된다. 전달은 모든 기판들이 로드락(21)으로부터 반응기 장치로 전달될 때까지 계속되며(모든 반응기 장치는 코팅될 각 기판을 가진다), 중간 밸브가 닫히고, 반응기 장치(33a-j) 안에서의 공정을 시작한다. 이 시스템은 배치 시스템의 공정단계를가지며, 모든 기판들은 각각 격리된 반응기 장치 안에서 공정이 이루어진다.

다른 기법들이 가능하다. 각 컴팩트 반응기는 격리된 게이트 밸브를 가지므로, 일부 방법에 있어서 반응기 공정은 기판이 적재되자마자 시작할 수 있다. 다른 공정 흐름기법이 당업자들에게 가능할 것이다.

일 실시예에서, 각 펌핑과 격리가 챔버에 구비되므로, 반응기가 적재될 때에 그리고 반응기 장치에서 공정이 시작되기 전에, 챔버(32) 압력이 불활성 가스를 흘려 각 반응기의 플랩타입 밸브들을 가로지른 압력차이를 제공하는 데에 충분한 수준까지 증가하고, 각 반응기 밸브들에 부가적인 밀폐력을 제공한다.

모든 공정이 컴팩트 반응기 장치(33a-j) 내에서 완성되면, 각 장치에 설치된 플랩타입 게이트 밸브들(도 3a의 52요소)은 기판이 상기 적재방향의 반대 방향으로 하역되도록 열린다. 하나씩 완성된 기판들이 동일 카세트로 적재되며, 기판들이 이에 수용된다. 로드락(21)은 닫힌 밸브(35)로 공기유입되며, 완성된 기판이 적재된 카세트는 제거된다. 이 과정은 이전 공정을 거친 카세트 로드락(21) 안의 기판들이 처음부터 다시 카세트에 적재되어 끝날 때까지 자동화되어있다. 게이트 밸브 개방, 전달 속도, 공정 길이, 펌프다운 과정, 그리고 다른 요구 사항과 관련된 시간적 특성들은 이전에 알려진 기술에 의해 제어 소프트웨어나 하드웨어의 프로그램 기능으로 가능하다.

일부 ALD 공정의 플럭스에 독립적인 이유 때문에, 층들은 상술한 바와 같이 화학흡착에 의하여 증착표면상에 형성되고, 알려진 바와 같이 컴팩트 반응기 장치(33a-j)와 같은 장치들은 300밀리 기판과 같은 최적의 크기의 기판들을 수용할수 있는 폭을 갖도록 설계될 수 있다. 또한, 보다 작은 기판들은 컴팩트 반응기 장치(33a-j) 크기를 줄이지 않고 동일 시스템에서 공정이 가능하다. 다른 실시예에서, 치수가 줄여진 시스템이 작은 기판들을 하나씩 공정수행하기 위한 목적으로 실시될 수 있거나, 스케일이 커진 시스템이 평판 디스플레이 같은 다른 생산품을 위해 실시될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 일부 실시예에 있어서, 상술한 특정 기판의 크기를 위해 개발된 LP-CAR은 보다 작은 크기의 다중 기판들을 공정수행 하기 위하여 적용될 것이다. 도 6은 점선 원(70)으로 표시된 보통의 기판 크기를 가지고 도 3a에 도시된 LP-CAR(33) 타입의 평면도이다. 본 발명의 대체 실시예에서 LP-CAR은 LP-CAR 장치(33) 내의 기판(70) 보다 작은 세 개의 기판들(72)을 공정수행하는데 적용된다. 일부 실시예에서, 장치(33)는 회전 척이 구비되어, 기판(72)이 통상의 이전 점에서 놓이고 수용될 것이다. 다른 실시예에서, 로보식의 전달장치는 기판을 화로 상의 원하는 위치에 놓도록 적용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다중 기판들은 LP-CAR 장치를 드나들어 전달되는 통상의 캐리어 내에서 조정된다. 이것은 단일 기판 LP-CAR 설계의 사용을 다수의 기판들이 동일 공정 평면에서 가능하게 해준다.

상술한 독특한 구조는 이전 기술로는 이룰 수 없는 완전히 자동화된 상업적 ALD 공정을 제공한다. VESCAR 장치(27)를 사용하여, 고 공정 생산성이 CVD, PECVD 그리고 이와 유사한 경쟁기술에 비하여 달성될 수 있다. 또한, ALD 공정을 통하여 얻을 수 있는 고유의 균일성 개선으로 인하여, 그리고 분리된 반응기 장치들이 배치기술에 대신하여 사용된다는 사실로 인하여, 교차 오염이나 이와 유사한 문제점들 없이 높은 일드률이 실현될 수 있다. 그리고, 이러한 장점들을 달성하기 위하여, 컴팩트 장치들의 수직 적재성으로 인하여 협소한 생산 플로어 공간이 사용될 수 있다.

도 5에 기술된 실시예에 있어서, VESCAR 장치(27)와 함께 사용될 수 있는 장치의 가능한 많은 배열의 일례를 보여준다. 여기에는 단지 하나의 카세트 로드락(21)과 하나의 VESCAR 장치(27)가 있지만, 부가적인 로드락이나 VESCAR 장치가 부가될 수 있는 로봇식 조정기(23) 상의 두 개의 부가적인 위치들이 있다. 상술한 부가적 장치와 관련된 상세사항은 부가적인 실시예를 통하여 아래에 설명된다.

도 7은 본 발명의 대체적인 실시예에 다른 도 5의 생산 시스템(19)의 도면으로, VESCAR 장치나 카세트 로드락은 부가적인 공정, CVD, 세척이나 유사한 공정의 수행을 위하여 로봇식 조정기(23)와 연결된다. 로봇식 조정기(23)는 도 7에서 위치 A, B, C, D로 표시된 네 개의 90도 위치를 갖는다. 위치 A는 게이트 밸브(35)와 연결되고, 카세트 로드락(21)은 또한 도 5를 참조하여 기술된다. 위치 B는 게이트 밸브(75)와 카세트 로드락(71)에 연결된다. 위치 C는 게이트 밸브(29)에 연결되고 VESCAR 장치(27)는 또한 도 1을 참조하여 기술된다. 위치 D는 게이트 밸브(77)와 두 번째 VESCAR 장치(73)에 연결된다. 전달 메카니즘(43)은 도 5의 작동 유닛(25)에 의해 제어되며, 각 위치에 도달하기 위해 회전한다. 도 7에서 메카니즘(43)은 VESCAR 장치(27)내에 수용된 위치 안에서 적재된 기판이 있는 위치 C에서 확장된 것을 보여준다. 게이트 밸브(29)는 기판을 전달을 허용하는 개방 위치에 있다. 전달 메카니즘(43)은 또한 후퇴한 위치(점선으로 표시)에 있으며, 위치 B에서 게이트 밸브(75)와 카세트 로드락(71) 방향을 향하는 것을 보여준다. 이 예에서, 전달 메카니즘은 카세트 로드락(71)으로부터 기판을 받고, VESCAR 장치(27) 안에 그것을 놓는다. 전달 메카니즘(43)은 네 가지 위치, 확장, 수축, 회전 그리고 확장이 로드락으로부터 VESCAR 장치로 성공적으로 기판을 전달하고 로드락으로 다시 적재하기 위하여 수행되는 그와 같은 방법으로 작동한다.

일 실시예에서, 세 개의 VESCAR 장치와 하나의 카세트 로드락이 사용되며, 다른 평행 공정들(한 공정 전용의 모듈 안의 모든 반응기 장치들)은 각 공정 모듈 안에서 수행된다. 이와 유사하게, 일련의 공정(다른 공정에 사용되는 하나의 공정 모듈 안의 각 반응기 장치)은 또한 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나의 공정 모듈은 일련의 공정에 사용되며, 다른 공정 모듈은 두 개의 카세트 로드락을 포함하는 시스템으로 평행 공정에 사용된다. 상술한 본 발명의 관점을 벗어나지 않고 생산 시스템(19)이 사용될 수 있는 많은 공정 형태가 있을 수 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 챔버 벽(42)과 연결된 10개의 수직으로 적재된 반응기 장치의 세 개를 나타내는 VESCAR 장치(27)의 후면도이다. 수직을 향한 가스 입력 머니폴드(55)는 가스나 증기 재료를 반응기로 전달하기 위하여 수직적재 반응기 장치의 일측면 상에 나타난다. 본 발명의 선호되는 실시예에서, 다중 프리커서들과 불활성 가스들은 공정 중에 교대로 반응기 장치(33) 안으로 펄스입력되지만, 단지 하나의 머니폴드(55) 만이 도면에서 혼란을 피하기 위하여 도시되었다. 본 발명의 실지 실시에서, 하나의 머니폴드는 각 프리커서 가스나 증기 그리고 적어도 하나의 퍼지가스를 위하여 사용된다. 따라서, 최고 세 개의 머니폴드가 통상적으로 사용될 것이다.

본 발명의 선호되는 실시예에 있어서, 밸브있는 챠지 튜브(charge tube)가 각 가스나 제공된 증기를 위한 각 반응기에의 공급량을 조절하기 위해 사용된다. 도 8에서, 그러한 챠지 튜브가 도시된다. 이들 분리된 챠지 튜브들은 미리 정해진 체적이며, 제어된 압력과 온도의 증기나 가스로 채워져, 가스나 증기의 입자 수가 알려진다. 각 챠지 튜브는 두 개의 밸브에 의하여 차단되며, 이들 밸브는 튜브(62)의 경우에는 챠지 밸브(54)와 분사밸브(61)가 된다. 분사밸브(61)가 열린 상태에서는, 튜브의 그 구획의 충전된 내용물이 반응기 장치(33)로 배출된다. 분사밸브(61)가 닫혀 챠지밸브(54)가 열리면, 챠지 튜브가 미리 정해진 압력과 온도에서 프리커서 가스, 증기 혹은 퍼지 가스로 채워진다.

급속 연결 플랜지(56)는 가스와 프리커서 소스를 반응기 장치(33)에 연결하는 데에 사용되며, 다른 급속 연결부는 각 반응기 장치로의 모든 가스와 증기 라인을 비교적 빠른 릴리즈를 허용하기 위해 제공된다. 프리커서와 가스 퍼지의 펄스 공급은 ALD 공정에서 요구되는 일련의 방법으로 수행된다. 각 펄스 시간은 통상적으로 매우 짧으며(공정에 따라 약 50에서 300 밀리초), 펄스들은 통상적으로 짧은 전이시간에 의해 분리된다. 이로 인하여 빠른 스위치 전환 특성의 밸브가 포함된다. 빠른 전환 밸브는 잘 알려져 있다.

수직으로 향한 진공 배출 머니폴드(63)는 이 실시예에서 반응 챔버로부터 가스와 증기를 배출하기 위해 급속 연결 고정부(58)를 통하여 반응기 장치(33)의 우측에 연결된다. 급속 연결부의 사용은 제거를 촉진하고 각 반응기의 사용을 촉진하기 위한 것이다. 이와 같은 급속 연결부는 잘 알려져 있으며, 다양한 모양과 형상을 얻는 것이 가능하다. 진공 차단 밸브(60)는 보수와 교환을 위해 제공된다. 이 밸브는 통상적으로 가스 펄스입력동안에 열려져 있다.

전력은 대표적인 전기선(57)에 의하여 반응기 장치(33)로 공급된다. 전력은 도 3B의 게이트 밸브(52)나 가열 소스 그리고 이와 유사한 다양한 요소들에게 전력을 공급하기 위해 제공된다. 제어 신호는 밸브와 같은 요소를 위해 제공되며 대표적인 제어선(59)을 통하여 공급된다. 전기 커넥터(67,68)는 반응기 장치(33)의 급속 제거를 촉진하기 위하여 전기선(57,59)과 같은 선으로 구비된다.

도 2를 참조하여 기술한 바와 같이, 통상적으로 기판은 공정 중에 가열되고 공정 후에 냉각되어야 한다. 따라서, 커넥터는 또한 액체 냉각을 위해 구비된다. 냉각 시스템에서 재생 냉매는 냉각 반응기에서 일반적이다. 그러한 시스템은 잘 알려져있다.

가열 소스가 반응기(33) 내에 설치되며, 본 발명에 따른 실시예에서의 가열기는 CAR 장치를 위한 독특한 전체 낮은 프로파일을 수용하기 위한 높이로 제한된다.

본 발명에 따른 실시예에서, 하나의 진공 펌프가 모든 혹은 컴팩트 반응기 장치(33)의 어떤 수도 펌프다운 할 수 있다. 이것은 진공 펌프와 반응기 장치 사이에 설치된 진공 연결부에 의해 이루어지며, 반응기 장치로부터 나오는 모든 진공 라인은 연결된다. 각 연결에 있어서, 밸브는 각 프로그램된 명령에 따라 열고 닫을 수 있도록 구비되어, 반응기 장치의 어떠한 조합도 동시에 혹은 분리되어 펌프다운 될 수 있다. 선호되는 실시예에서, 하나 이상의 반응기 장치에 질소나 공기가 들어올 수 있으며, 폐쇄 밸브(60,61) 들에 의하여 격리되고, 진공하의 다른 장치들을 남겨놓는다.

본 발명에 따른 실시예에 있어서, 각각의 컴팩트 반응기 장치는 도 5의 진공 챔버(32)의 연결 벽으로부터 급속 연결부를 제거하고, 전기 선을 뽑고, 플랜지(54)를 연결 챔버 벽으로부터 분리하고, 반응기 장치(33)를 위치잡기나 지지를 위해 사용된 적재 고정물이나 랙으로부터 분리함으로써 쉽게 제거될 수 있다. 어떤 경우에 플랜지 플러그(오링이 있는 단단한 플랜지)는 챔버 벽이나 정합 플랜지에 볼트 결합이나 클램프 결합하기 위해 제공되어, 많은 반응기 장치가 유지를 위해 제거될 것이고, 다른 LP-CAR 장치로 대체하거나 시스템의 완전한 폐쇄를 요구하지 않는다.

본 발명의 관점을 벗어나지 않고 반응기 장치의 손쉬운 제거를 촉진하는 데에 사용되는 많은 급속 연결부가 가능하다는 것을 당업자는 알 수 있다. 이러한 방법들과 하드웨어는 잘 알려져 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 다른 가스 리싸이클과 프리커서 트랩장치의 다이아그램으로서, 가스는 재생될 수 있는 유해한 생성물은 처리를 위해 모을 수 있다. 프리커서들과 가스 퍼지는 분리되어 컴팩트 반응기 장치(33) 안으로 펄스입력되므로, 프리커서들이나 생성물들은 따로 모일 것이다. 재생과 트랩 시스템(65)은 도4의 가스 입력 머니폴드(55)가 있는 3 경로 급속 스위칭 공압 밸브를 연결하는 되먹임 제어로 각 반응기의 배출 측면 상에 설치된다. 따라서, 퍼지가스 P는 반응기 장치(33)로 다시 재생된다. A 및 B로 표시된 화학적 물질들은, 유해 물질의 처리를 위해 제거될 수 있는 프리커서 트랩(69, 저온트랩) 내에서 분리되어 모이게된다. 비유해한 가스들이나 화학물질들은 프리커서 트랩(69)을 통과하여 배출 가스에 의해 펌핑된다. 여기에 기술된 혁신적인 방법은 사용 가스를 줄여주고 좀더 환경친화적인 공정을 제공한다.

일련의 공정의 경우에, 각 반응기는 상술한 바와 같은 트랩 시스템(65)과 같은 장치를 가질 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 그러나, 병렬 공정에 있어서, 각 반응기에서 동일 공정이 수행되며, 트랩 시스템은 배출 측에서 사용될 것이다.

도 5의 생산 시스템(19)과 같은 장치는 본 발명의 관점을 벗어나지 않고 다양한 기술로 사용되고 통합될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 예를 들면, VESCAR 장치(27)는 CVD 시스템, 세척 모듈, 리쏘그래피 장치, 혹은 다른 알려진 공정에서의 로봇식 조정기의 플랫폼 연결부를 공유할 것이다. 또한, 화학흡착을 통한 ALD 공정의 본질적인 균일성 특징 때문에 기판의 크기제한이나 반응기 수 제한이 없다는 것도 자명하다. 따라서, VESCAR 장치(27)는 다른 경쟁 기술에 대하여 최적의 상업적 응용으로 설계될 수 있다. 다른 형상이나 응용례가 가능할 것이며, 상당수는 이미 상술하였다.

도 10A는 종래 기술에서 사용되었고 본 발명에서도 쓰이는 클러스터 도구 기반 공정 시스템(cluster-tool-based processing system)의 평면도이다. 클러스터 도구 자신은 실질적으로 진공 챔버(1101) 내에서 작동하는 재료 처리 시스템이다. 웨이퍼 전달장치(1103)는 진공 챔버의 중앙으로부터 작동하기 위하여 위치하며, 실질적으로 원형 진공 전달 챔버(1101)의 둘레 주위에 달려진 공정 스테이션에 전후로 확장하거나 회전함으로써, 통상적으로 IC 생산 공정에 사용되는 반도체 웨치퍼인 기판을 위치시키거나 수용하도록 조정된다.

도시된 시스템에서 1에서 6까지 번호를 가진 여섯 개의 스테이션 위치가 있으며, 이들 각각 스테이션은 플랜지와 슬릿 밸브 장치(1102)를 설치함으로써 챔버(1101)에 적용된다. 이 기법에서, 두 개의 스테이션(5,6)은 웨이퍼를 챔버(1101) 안팎으로 가져오는 공기잠금의 역할을 수행하며, 도시되지 않은 펌프장치에 의해 고 진공을 가지고, 나머지 네 개의 스테이션(1,2,3,4)은 공정이 가능하다.

웨이퍼들은 외부로부터 챔버(1101) 안으로 로드락(1104)을 통하여 이동하며, 통상적으로 네 개의 공정 스테이션을 연속하여 거치고, 로드락 해제기(1105)를 통하여 외부로 돌아온다. 그러나, 웨이퍼들이 네 개의 공정 스테이션을 연속적으로 거치는 것은 반드시 필요하지 않으며, 전달장치(1103)는 어떠한 원하는 순서로도 놓고 수용하는 능력이 있다.

도 10B는 도 10A의 스테이션(1106)의 단면도로서, 그러한 공정 스테이션의 일부 부가적인 전형적인 특성을 보여준다. 스테이션(1106)은 플랜지된 슬릿 밸브장치(1102)를 통하여 도 10A의 챔버(1101)와 연결하는 밀폐가능한 공정 챔버에 기반을 둔다. 웨이퍼들이 공정을 위해 챔버(1107) 안으로 들어오고 공정 후에 제거되는 것은 이 연결부를 통해서이다. 챔버(1107)는 진공 펌프 포트(1109)를 가지며, 이를 통하여 챔버는 진공이 되고, 공정 중에 웨이퍼(1111)를 지지하기 위한 가열가능한 화로(1110)도 진공이 된다. 공정에 사용되는 가스들은 가스 입력부와 제어 유닛(1115)으로부터 링 머니폴드(1113)와 샤워헤드 머니폴드(1112)를 통하여 도관을 통해 입력된다.

도 10A의 시스템에서, 챔버(1101)는 챔버 전체 체적을 고진공 하로 유지하기 위하여 항상 상당한 진공 펌핑이 이루어진다. 목적은 공정 스테이션 사이의 공기 가스에 의하여 오염되는 것을 피하는 것이다. 공정이 이루어지는 웨이퍼들은 통상적으로 캐리어 안인 로드락 챔버(1104) 안에 놓여지고, 로드락은 챔버(1101) 내의 진공 수준의 순서에 따라 진공 수준으로 진공이 만들어진다. 내부 밸브가 열리고, 웨이퍼들은 전달장치(1103)에 의해서 로드락으로부터 수용되고, 공정 스테이션(1-4) 중의 하나에 전달된다.

통상적으로, 공정 스테이션들 중의 하나에서 공정이 이루어지는 중에, 진공 펌핑은 공정 가스의 초과량을 사용하지 않고 공정 챔버 압력을 제어하기 위하여 조절된다. 그러한 조절은 여러 가지 방법으로 수행될 수 있으며, 이에는 제어가능한 개구부를 가지는 밸브가 있다. 전형적인 공정 싸이클에서, 공정이 완성된 후에, 가스들은 장치(1115, 도10B) 내에서 밸브가 열리고, 가스 조절 메카니즘은 공정 챔버에서 최대 펌핑 속도를 만들기 위해 열린다. 목적은 전달 챔버(1107)의 압력에 근접한 값으로 공정 챔버 내의 가스 압력을 감소시키기 위함이다. 그러면,장치(1102)의 슬릿 밸브가 열리고, 전달 장치(1103)가 공정 챔버로 들어가고, 공정을 거친 웨이퍼(1111)를 수용한다. 수용된 웨이퍼는 통상으로 장치(103)를 통하여 다른 공정 스테이션으로 전달되어, 로드락이나 다른 공정 스테이션으로부터 온 웨이퍼는 삽입되어 화로(1111) 상에 놓이고, 이후에 전달 장치는 이를 꺼낸다.

일단 새로운 웨이퍼가 공정 챔버 안의 화로에 있으면, 장치(1102)와 연관된 슬릿 밸브는 다시 닫히고, 공정 챔버를 전달 챔버(1103)로부터 격리시킨다. 그러면, 공정 가스가 도관(1114)을 통하여 장치(1115)로부터 유입되고 펌핑 속도가 조절된다.

위에 간단히 기술한 바와 같이, 도 10A 및 10B를 참조하여 기술된 일반적인 특성의 공정 스테이션에서 달성되는 많은 공정들이 있다. 예를 들면, 세척, 에칭, 후면 스퍼터링 그리고 많은 다른 증착 방법이 달성될 수 있다. 통상적으로 각 공정은 그러한 목적을 위하여 특별히 설계된 챔버에 의하여 이루어진다.

도 11A는 본 발명의 실시예에 따른 다목적 공정 스테이션(1201)의 도면으로서, 다양한 공정을 수행할 수 있고, 도 11B는 도 11A의 다목적 공정 스테이션의 확대도이다. 도 11C는 도 11A와는 다른 각도에서 본, 도 11A 및 도 11B에 보인 다목적 공정 스테이션의 단면도이다. 도 11D는 공정 모드에서 도 11A의 다목적 공정 스테이션의 단면도이다. 도 11E는 전달 모드에서 도 11A의 장치의 단면도이다. 다목적 스테이션은 비교적 복잡한 장치이므로, 장치의 특성과 요소들을 보다 잘 나타내기 위하여 여러 도면 및 단면을 도시하였고, 이러한 도면들을 통하여 잘 이해될 것이다.

이제 도 11A 및 11B를 참조하면, 다목적 공정 스테이션(1201)은 베이스 챔버(1203)에 의하여 클러스터 도구에 부착되고, 베이스 챔버는 다른 요소들과 조립될 때에 진공을 제공한다. 베이스 챔버(1203)는 스테이션(1104)이 시스템(1100, 도10A)에 장착되는 방법으로 클러스터 도구 전달장치 상에 접합 플랜지를 장착하기위해 적용된 플랜지(1207)에서 끝나는 확장 경로(1205)를 갖는다. 슬릿 밸브는 도시되지 않았고, 이 실시예에서 플랜지(1207)가 장착되는 클러스터 도구 장치의 일부이다.

이 실시예에서 원통형 공정 챔버(1204)는 연결부에서 진공을 제공하는 진공 밀폐부가 있는 베이스 챔버(1203)의 상부 말단부에 장착되며, 덮개 조립체(1261)는 진공 밀폐기로 공정 챔버의 상부 말단부를 밀폐한다. 이 실시예에서 덮개 조립체는 공정 챔버에 힌지로 연결되고, 공정 가스를 공정 챔버를 제공하기 위한 장치를 갖는다. 덮개 조립체와 관련 장치는 하기에 좀더 완전히 기술되어 있다. 여기에서 덮개 조립체가 있는 공정 챔버와 받침대는 닫혀진 공정 체적을 제공하는 것에 주목하는 것이 중요하다(도 11C 및 11D).

구동 조립체(1209)는 진공 밀폐부가 있는 수평 플랜지에 의하여 베이스 챔버(1203) 아래에 장착된다. 수평 플랜지는 도시되지 않는 진공 펌프 장치에의 부착을 위한 측면 출구(1213)를 가지는 상부 원통형 하우징(1211)의 부분이다. 상부 하우징(1211)은 베이스 챔버(1203)에 단단히 고정되며, 베이스 챔버는 클러스터 도구의 진공 전달 챔버에 단단히 고정되고, 하우징은 아래에 보다 명확히 기술되는 바와 같이 다른 요소들을 구조적으로 지지하도록 하는 고정 요소이다.

구동 조립체의 목적은 내부 받침대 장치(1215, 도11B)을 들어올리거나 낮추는 것이다. 받침대 장치는 공정을 거치는 웨이퍼를 가열하고 지지하기 위한 가열된 화로를 갖는다. 받침대가 최하부에 있을 때에 웨이퍼는 베이스 챔버에 삽입되고 화로 상에 릴리즈되어 놓이며, 전달 장치가 확장부(1205)를 통하여 꺼낸 후에, 관련 슬릿 밸브가 닫히고, 받침대는 올려지며, 공정이 수행될 위치에 공정 챔버 안으로 지지된 웨이퍼를 이동시킨다.

구동 조립체와 받침대 장치(1215)의 관계는 도 11C, 11D 그리고 11E에 잘 나타나 있다. 받침대 장치(1215)는 히터판, 전기 절연판, 그리고 아래에 더 자세히 기술될 다른 요소들을 포함하는 상부 부분(1217)을 갖는다. 구동 조립체를 고려한 현재의 설명에서, 받침대 장치와 구동 조립체의 연결이 주요한 관심사이다.

도 11E는 받침대 장치의 상부 부분(1217)에 지지된 웨이퍼(1219)를 가지는 최저 부분에 위치한 받침대 장치(1215)를 나타낸다. 이 위치에서, 전달 장치(1103, 도10A)는 확장부(1205)를 통하여 베이스 챔버로 들어가며, 받침대 장치의 상부에 웨이퍼를 집어서 놓는다. 현재의 설명에서 웨이퍼(1219)는 받침대 장치 상에 놓여져 있다.

이제 구동 조립체(1209)의 상부 하우징(1211)을 살펴보자. 상부 하우징(1211)보다 작은 직경을 가지는 단단한 하부 원통형 하우징(1221)은 상부 하우징(1211) 아래로 확장한다. 받침대 장치(1215)는 상부 구조(1224)와 외부 원통형 부재(1223)가 장착되는 플랜지(1227)에서 끝나며 사이에 환상의 영역을 만드는 하부 확장부(1225)를 갖는다. 외부 원통형 부재(1223)는 베어링 재료와 정렬되고, 하부 하우징(1221) 주위로 가깝게 맞도록 조정되며, 편차를 가진 하중없이 안정적으로 받침대 장치(1215)를 올리거나 내리도록 수직 선형 가이드를 형성한다.

진공은 전체 조립체에 걸쳐 유지되며, 받침대 장치의 수직 운동 자유도는 금속 벨로우즈(1233)에 의하여 이루어지고, 이는 하부 말단부에서 플랜지(1227)와 하부 원통형 하우징(1221)의 하부 말단부에 외부 직경이 부착된 플랜지(1229) 사이를 밀봉한다. 플랜지(1229)는 고정적이고, 베이스 챔버(1203)에 장착된 하우징(1211)에 부착된 하부 하우징(1221)의 부분을 이룬다. 플랜지(1227)는 받침대 장치(1215)의 하부 확장부(1225)에 부착되므로, 받침대 장치(1215)와 함께 상하운동한다. 받침대 장치가 하강하면, 벨로우즈(1233)는 확장하며, 받침대 장치(1215)가 상승하면 벨로우즈(1233)는 수축한다. 받침대 장치는 플랜지(1229)의 내부 직경에 의하여 수직 경로가 제한되고, 실린더(1223) 내의 내부 베어링에 의해 주로 제한된다.

구동 조립체(1209)와 받침대 장치의 상승과 하강을 고려하면, 받침대 장치(1215)가 최저위치(도 11E 그리고 도 11D 최상위치) 사이에서 이동하는 메카니즘이 기술될 것이 남는다. 이제 도 11A를 참조하면, 구동 조립체(1209)는 가이드 하우징(1238) 내에 확장 가능한 축(1237)을 가지는 전기적으로 구동되고 전력을 공급받는 선형 작동기(1235)를 포함하고, 확장가능한 축은 도시되지 않은 제어시스템으로부터 받은 제어신호에 의해 작동되는 하우징(1238) 내에서 확장과 수축이 될 것이다. 확장 가능한 축91237)의 일 말단부는 구동 조립체의 상부 하우징(1211)에 클레비스(clevis,1239)에 의하여 회전가능하게 부착된다. U자형 트랙을 포함하는요크(yoke) 조립체(1241)는 실린더(1223)의 몸체를 두르며(실린더는 받침대 장치(1215)에 고정되어있다), 클램프 바(1243)의 반대편 말단부에 U자형 트랙의 말단부에서 회전가능하게 부착되며, 클램프 바는 구동 하우징(1238) 상에 고정된다.

이제 도 11B 및 11C를 참조하면, 요크 조립체(1241)는 실린더(1223)의 반대 측면에 장착된 두 개의 베어링(1245)과 결합한다. 이제 도 11B를 참조하면, 캠 트랙/요크 조립체(1241)의 U자형 트랙의 구부러진 말단부의 중앙에서, 길이조절형 링크(1247)의 일 말단부는 클레비스(1249)에 의하여 회전가능하게 부착된다. 링크(1247)의 반대편 말단부는 클레비스(1251)에 의하여 하우징(1211)에 다시 고정된다.

상술한 배치에서, 확장가능한 축(1237)이 확장되면, 요크 조립체는 클레비스(1249)에서 부착부를 가지는 레버만큼 이동하며, 축(1237)이 확장하는 길이의 반 정도 거리만큼 실린더(1223)가 하강하는 방식으로 지주는 공정 챔버와 베이스 챔버에 대하여 전체 받침대 조립체가 하강하게 된다. 축(1237)이 후퇴하면, 받침대 조립체는 베이스와 공정 챔버에 대하여 유사하게 상승된다.

받침대 조립체가 베이스 및 공정 챔버에 대하여 이동하는 다른 메카니즘이 있다는 것을 당업자들은 알고 있으며, 본 발명의 관점을 벗어남이 없이 다양한 대체 메카니즘이 사용될 수 있다. 예를 들면, 많은 다른 확장 가능한 구동체, 공기 실린더, 공기-기름 시스템, 유압시스템 및 이와 유사한 장치가 사용될 수 있다. 기술된 실시예는 유연한 이동과 정확도를 제공한다.

본 발명의 관점에 있어서, 확장부(1205)를 통하여 웨이퍼를 삽입하거나 수용하기 위한 하부 위치를 제공하는 받침대 조립체의 수직운동과, 받침대 상의 웨이퍼가 공정을 위해 공정 챔버 안으로 상향운동하는 상부위치는 또한 상부 위치와 하부 사이의 다른 펌핑 속도를 제공한다. 또한, 이것을 가능하게 하는 요소들은 공정 위치에서 실제 펌핑 속도의 손쉬의 대체를 가능하게 한다. 이러한 특성들은 도 11D 및 11E를 참조하여 잘 이해될 수 있다.

도 11D 및 11E를 참조하면, 링 모양의 라이너(1253)는 베이스 챔버(1203)가 공정 챔버(1204)와 결합하는 점에 위치한다. 라이너(1253)의 내부 직경은, 받침대가 최상부 위치에 있을 때, 라이너(1253)와 받침대(1215)의 상부 모서리 사이에 형성된 환상의 경로(1255,도11D)의 영역을 결정한다. 라이너(1253)는 또한 열전도율이 비교적 작은 물질로 만들어지며, 받침대가 공정위치(최상위치)에 있을 때 가열되는 받침대에 가까이 있는 공정 챔버와 베이스 챔버의 부품을 보호한다.

라이너(1253)와 함께 받침대(1215)는 이에 부착된 환상의 덮개(1257)가 구비되며, 펌핑 고리를 형성한다. 받침대(1215)가 최상부 위치에 있을 때, 덮개(1257)가 받침대(1215)의 몸체를 형성하는 상부 고리는 라이너(1253)와 정합하는 덮개의 상부 림(rim)에 의하여 고리(1255)와 결합한다. 도 11D를 참조하면, 측면 출구 펌핑 포트(1213)를 통하여 공정 챔버로부터 펌핑 경로는 덮개(1257)와 받침대(1215)의 몸체 사이에 형성된 환상의 경로를 통하는 것이 확실하다.

이제 도 11E를 참조하면, 받침대(1215)는 스테이션 안팎으로 웨이퍼를 전달하기 위해 최하부 위치에 이동해 있으며, 공정 영역으로부터의 가스들은 여전히 상술한 덮개 고리부를 통과할 것이나, 영역(1259)을 통하여 덮개의 외부 주위로 또한통과할 것이며, 하우징(1211)의 영역으로 그리고 펌핑 포트(1213)를 통해 바깥으로 흐른다.

펌핑 속도는 공정 후에 그리고 웨이퍼 전달 중에 비교적 높아야 하며, 공정 중에 전체 가스 압력을 확실히 하기 위해 공정 중에 낮은 제어된 속도로 조절되어야 함은 당업자가 잘 알 것이다. 종래의 시스템에서, 이것은 밸브와 같은 것을 조절하여 이루어지며, 통상적으로 챔버의 펌핑 포트 안에서 이루어진다. 본 발명의 이러한 관점에서 이러한 차이는 단순히 부착된 펌핑 덮개가 있는 받침대 조립체의 수직 이동에 의하여 발생한다. 이러한 관점에서 조절 밸브는 정확한 압력제어를 위해 여전히 사용될 수 있다.

라이너와 덮개의 설계는 CVD와 PECVD 모두 다양한 공정을 위해 제공되지는 않으며, 이는 공정에 있어서 매우 다른 펌핑 속도를 요구한다는 것이 확실하다. 본 발명에 의한 실시예에서, 다른 공정을 위해, 받침대를 제거하고 덮개와 라이너를 대체하는 것만이 필요하고, 이는 일상적인 유지와 세척동안 계획된 휴지시간에 행해질 수 있다. 더구나, 이러한 대체는 챔버의 다른 관점의 독특한 설계로 인해 매우 단순한 작업이며, 아래에 자세히 기술된다.

이제 도 11A에서 11D를 참조하면, 공정 영역은 덮개 링(1263), 절연 링(1265) 그리고 가스 디퓨저 조립체(1267)를 포함하는 덮개 조립체(1261)에 의해 닫혀진다. 가스 디퓨저 조립체(1267)는 공정 가스의 유입을 위한 포트(도시안된)와 공정 챔버에 공정 가스를 전달하기 위한 내부 경로 그리고 공정이 이루어지는 공정 챔버 안에 위치에서 받침대(1215) 상의 웨이퍼 위에 균일하게 공정 가스를 배분하기 위한 공정 영역 내의 대퓨저 요소를 가진다. 그러한 포트, 경로 그리고 디퓨저 요소들은 잘 알려져 있다.

디퓨저(1267)는 디퓨저 조립체를 위해 전기적 및 열적 절연을 제공하는 절연 링(1265) 안에 수용되며, 디퓨저 조립제가 다양한 공정조건에서 요구되는 다른 요소들에 대한 전기 바이어를 가지게 한다. 그러한 바이어스는, 예를 들면, 플라즈마 강화 CVD 공정에서 알려진 바와 같은 플라즈마를 형성하기 위한 챔버 안에서 공정 가스를 활성화하는 데에 사용된다. 절연 링(1265)은 덮개 링(1263)과 디퓨저(1267)에 진공을 제공하고 단단한 덮개 조립을 제공하기 위해 진공 밀폐식으로 결합한다. 선호되는 실시예에서 덮개 조립체(1261)는 제거 가능한 진공 밀폐기가 있는 공정 챔버(1204)에 힌지로 연결되며, 비교적 쉽고 평범하게 세척과 유지를 위한 접근이 가능하다. 다른 실시예에서, 덮개는 다르게 장착되며 접근을 위해 완전히 제거된다.

도 11D 및 11E를 참조하면, 공정 챔버의 내부로의 접근은 덮개 조립체(1261)를 릴리즈하고 경로에서 치움으로써 이루어진다. 스테이션(1201)의 바닥에서 플랜지(1227)로의 손쉬운 접근이 가능하며, 하부 부분(1225)은 플랜지(1227)에 고정된다. 덮개 조립체가 열리면, 받침대 조립체(1215)를 플랜지(1227)로부터 제거할 수 있으며, 열린 상부 밖으로 공정 스테이션으로부터 그것을 제거할 수 있다. 이러한 특성은 세척과 유지에 요구되는 빠르고 단순한 공정 챔버 부분에의 접근을 제공하며, 새롭고 다른 공정 조건을 제공하기 위해 라이너와 덮개를 교환할 수 있다.

종래 기술에 대한 상당한 진보는 받침대(215)의 상부 부분의 구조에 있다.도 12는 도 11D의 잘라진 원형 부분(1269)에서 받침대(1215)의 상부 영역을 통하는 부분 단면이다. 상술한 바와 같이, 특히 도 11C를 참조하여 살펴보면, 받침대(1215)는 상부 구조(1224)와 하부 확장부(1225)의 조립체이다. 상부 구조(1224)는 마감판(1226)에 의하여 상부에서 닫혀지고, 요소들(1225,1226,1224)은 본질적으로 속이 빈 진공 고정 구조를 구비하는 진공 밀폐부로 조립된다. 도 12를 참조하여 아래에 보다 자세히 기술될 상부 마감판(1226)은 히터와 공정 중에 웨이퍼를 지지하기 위한 전극 요소를 지지한다. 받침대 조립체(1215)의 마감판(1226)은 도 12의 베이스 판이고, 종래의 오링과 같은 진공 밀폐부를 위한 작동 온도를 유지하기 위해, 그리고 고온에서 손상을 받을 수 있는 다른 요소들을 위해서 수 냉각된다.

이제 도 12를 참조하면, 이 실시예에서 마감판(1226)은 독특한 전기적 공급장치(1301)에 의하여 두 개의 위치에 들어간다. 그러한 삽입이 도 12에 나와 있으나, 선호되는 실시예에서, 후술하는 독특한 히터판 작용을 하는 두 개의 그러한 삽입이 있다. 공급장치(1301)는 진공을 유지하기 위하여 진공 밀폐부를 가진 마감판(1226)에 적용된다. 마감판(1226)의 일 삽입에서의 공급장치(1301)는 히터판(1303) 안에서 가열 요소에 전력을 공급하며, 전기적 절연판(1305)에 의하여 마감판(1226)으로부터 일정간격 떨어져 있다. 히터판(1303)의 기능은 공정 중에 웨이퍼가 놓이는 서스셉터(1307)에 열을 가하기 위한 것이다.

서스셉터(1307)는 열전도율이 큰 그래파이트(graphite) 구조이며, 짧은 거리 D1 만큼 히터판(1303)으로부터 떨어져 있다. 히터판(1303)은 간격 D1을 가로질러대류와 복사를 통해 서스셉터(1307)에 열을 전달하고, 상부 표면을 가로질러 비교적 일정한 온도를 유지하는 데에 도움을 주어, 웨이퍼 표면에 걸쳐 유지시키며, 고 주파수 전기 바이어스를 위한 효과적인 전극을 또한 제공한다. 서스셉터는 도 12에 도시되지 않은 RF 공급에 의해 바이어스가 가해지는 전기적 물질을, 이를 요구하는 공정에 있어서, 형성한다.

히터는 두 개의 공급장치(1301)에 연결된 선과 RF 파워를 위한 두 번째 공급장치에 전력을 공급하고, 여분의 다른 도선과 커넥터들은 받침대 조립체(1215)의 속이빈 내부를 통하여 안내됨으로써 마감판(1226)의 하부 표면 영역에 제공된다(도 11C,D 그리고 E). 그러한 선들과 전력공급을 위한 도선들 그리고 받침대(1215) 하부 조립체와 요소들에의 다른 유틸리티들은 단순화를 위해 도시되지 않았으며, 일반적으로 외부 전력으로부터 확장하고, 유틸리티는 알려진 데로 공급한다.

선호되는 실시예에서, 마감판(1226)을 통하는 몇몇의 다른 진공 밀폐된 침입부가 있으나, 도면에는 특히 도시하지 않았다. 이들은 내부 요소들의 온도를 감지하기 위한 적절한 공급장치가 있는 열전대를 포함하고, 적어도 하나의 서스셉터 온도를 감시하기 위한 광학 센서를 포함한다. 그러한 공급장치는 일반적으로 알려져 있다. 통상적으로 세 개의 세라믹 핀들의 패턴을 이송하기 위한 공기 실린더로 작동되는 메카니즘은 히터와 서스셉터 조립체에 또한 적용되고, 전달 장치가 서스셉터 판 전후로 웨이퍼 아래에서 집고 놓도록 하여주기 위해, 서스셉터(1307)의 표면으로부터 웨이퍼를 상승시키거나 하강시키는 데에 사용된다. 선호되는 실시예에서, 공기압 실린더가 마감판(1226)의 하부에 적용되었으며, 실린더의 이동 자루는벨로우즈 밀폐부를 통하여 마감판에 있는 개구부를 통하여 확장된다. 공압 실린더는 1/2인치 행정을 가지며, 히터와 서스셉터판의 작을 개구부를 통하여 확장하는 세 개의 세라믹 핀들을 수반하는 히터 아래에 위치한 스파이더를 작동한다.

받침대(1215)가 도 11E에 도시된 바와 같이 후퇴하면, 웨이퍼는 전달되며, 서스셉터(1307) 상의 웨이퍼는 기술된 공압 실린더에 의해 작동되는, t로 표시된 세라믹 핀에 의한 서스셉터의 상부표면에 들려 올려진다. 전달 암(도 10A, 1103)은 핀 상의 웨이퍼 아래에, 서스셉터 위에 공정 스테이션 안으로 확장한다. 핀을 후퇴시켜 웨이퍼를 전달 암 상에 놓으며, 암은 웨이퍼를 따라 당겨진다. 공정은 서스셉터 상에서 공정이 수행될 새로운 웨이퍼를 놓아 역으로 수행된다.

도 12의 공급장치(1301)는 도 13A에서 격리된 것으로 도시된다. 세라믹 몸체 부분(1403)은 이 실시예에서 내부 금속 본딩에 의하여 오링과 같은 진공 밀폐기를 가지는 금속 몸체 부분(1405)에 결합되며, 마감판(1226, 도12)의 적절한 개구부를 통하여 밀봉할 수 있는 단일 몸체를 형성한다. 단단한 니켈 와이어(1409)가 알려져 있는 내부 금속본딩에 의해 또한 세라믹 몸체 부분(1403)을 통하여 밀봉되며, 전달되는 열이 문제가 되지 않을 정도로 충분한 거리가 떨어져서, 납땜과 같은 통상적인 파워 와이어(1411)와 결합된다.

공급장치(1301)의 진공 측면 상에서, 니켈 와이어(1409)는 세라믹 몸체 부분(1403)의 개구부(1415)에 조립된 소켓(1413)과 결합되고, 히터판(1303, 도12)으로부터 기둥을 수용하기 위해 적용된다. 기둥들은 아래에 자세히 기술된다. 소켓(1413)은 상당한 강성을 가진 와이어(1409)에 의하여 수직방향으로 제한된다.개구부(1415)는 소켓(1413)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가지며, 소켓(1413)이 측면으로 자유도를 가지도록 한다(와이어(1409)는 측면운동으로 약간의 저항을 제공한다). 이러한 측면의 자유도는 기둥을 가지는 히터판을 마감판에 조립할 때 약간의 움직임과 편차를 가지게 한다.

도 13C는 도 13A의 공급장치(1301) 도면이고, 도 13B는 도 13C의 선 13B-13B를 따라 공급장치(1301)의 몸체 조립체를 통하여 취해진 단면도로, 실질적으로 도 13A의 단면으로부터 90도 회전해 있다. 단면도 13B는 원형 디클레비티(declavity, 1419) 아래에 세라믹 몸체 부분(1403)의 홈(1417)을 따른다. 디클레비티(1419)는 커넥터 기둥이 확장하는 히터판(1303)의 원형 부분을 수용하며, 홈(1417)은 전기 공급장치의 각 기둥들 사이에서 겨냥선 전기적 반응을 방해하는 세라믹 절연 장애물(1309)의 배플 확장부(1311)를 수용한다.

도 14A 및 14B는 세라믹 절연 배리어(barrier,1309)의 평면도와 측면도를 보여주며, 양쪽 소켓(1413)의 위치를 포함하기에 충분한 전체 직경을 갖는다. 배리어(1309)는 이 실시예에서 원형 개구부(1511,1513)들을 가지며, 히터판(1303)에 조립된 기둥들이 후술하는 방법으로 관통하도록 적용된다. 배리어(1309)의 배플 확장부(1311)는 세라믹 배리어의 편평한 몸체에 실질적으로 90도에서 배리어(1309)의 직경을 가로지르는 배리어 벽으로 확장하고, 상술한 실시예에서 히터판이 받침대에 조립될 때 홈(1417)과 결합하도록 적용된다.

도 15A는 도 12의 히터판(1303)의 도면이다. 도 15B는 동일한 히터판의 평면도이며, 도 15C는 측면도이다. 이 실시예에서 히터판(1303)은 내부 영역(1603)과 히터판의 두께를 관통하는 두 개의 채늘(channel, 1607,1609)에 의해 분리된 외부영역을 가지는 독특한 두 개의 영역 히터이다. 내부 영역(1603)은 서스셉터 상에 놓이는 웨이퍼의 직경과 비슷하도록 적용되며, 외부 영역(1605)은 히터판의 나머지 영역을 실질적으로 포함하도록 적용된다. 이 실시예에서 히터판(1303)은 박막 가열요소를 가진 세라믹 조립체이다.

두 개의 분리된 커넥터 기둥 구조(1611)는 이 실시예에서 히터판에 만들어지고, 하나는 내부영역(1603)에 기여하고 다른 것은 외부 영역(1605)에 기여한다. 각각 독립적으로 전력공급이 이루어질 수 있는 두 개의 분리된 영역들을 구비함으로써 열 분포를 조절하여, 두 개의 영역 히터에 놓인 서스셉터 상의 웨이퍼를 가열하는 데 있어서의 모서리 효과를 피하도록 하여주며, 가열되는 웨이퍼가 외부직경전체에 걸쳐서 고르게 분포되도록 함으로써 종래 기술에 의한 히터에 비하여 상당한 진보를 이룬다.

도 16A, B 그리고 C는 히터판과 도 13A, B 및 C를 참조하여 기술된 소켓 조립체와 함께 본 실시예에서 사용된 독특한 커넥터 기둥(1701)을 나타낸다. 도 16A는 커넥터 기둥(1701)의 도면이며, 도 16B는 확대된 말단부 도면이고, 도 16C는 도 16B의 선 16C-16C를 따라 본 단면도이다.

커넥터 기둥(1701)은 관통된 부분(1703), 플랜지(1705) 그리고 유연한 핑거 기둥 확장부(1707)를 가진다. 본 실시예에서 전체 길이는 약 1/2인치이며, 각 관통부분과 기둥 확장부에 약 1/4인치를 차지하지만, 다른 실시예에서는 보다 크거나 작은 기둥들이 사용될 수 있다. 관통부를 통한 관통은 세밀하지만, 몇가지 다른관통 크기가 사용될 수 있다.

도 16A, B 및 C에 도시한 선호되는 실시예에서, 커넥터 기둥(1701)의 기둥 확장부(1701)는 도시된 핑거(finger, 1709)와 같은 12개의 동일한 유연한 핑거들로 나뉘어진다. 커넥터 기둥은 스테인레스강과 같은 몇가지 타입의 화학적 내구성이 있는 재료로 만들어지며, 핑거의 적절한 스프링 인장을 주기 위하여 알려진 방법으로 열처리된다.

이제 도 15A, B 및 C를 참조하면, 각 커넥터 기둥 구조(1611)는 두 개의 관통구멍이 있는 상승 지역(1601)을 가진다. 절연 배리어(1309)는 각 상승지역에 놓이고, 커넥터 기둥(1701)은 절연 배리어 안의 개구부(1511,1513)를 통하여 관통되며, 플랜지(1705)는 히터판에 대하여 절연 배리어를 고정한다. 이러한 조립체는 도 12에 잘 나타나있다. 히터판(1303)은 관통구멍이 각 히터 기둥으로 하여금 히터판의 적절한 가열요소와 결합하도록 하여주도록 설계된다. 상술한 독특한 구조를 사용하기 위한 히터 설계는 다른 대체적인 배열로 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다.

도 12를 참조하면, 공급장치(1301)가 있는 공급장치 침투부는 히터판(1303)의 커넥터 기둥과 정합하도록 요구되는 패턴이 있는 마감판(1226)이 구비된다. 히터판이 마감판에 조립될 때, 각 커넥터 기둥 구조의 상승 지역부(1601)는 원형 디클레비티(1419, 도13A,13B)와 결합한다. 동시에 절연 배플(1309)의 배플 확장부(1311)는 홈(1417)과 결합하고, 비겨냥선 연결을 생성한다. 상술한 바와 같이, 공급장치(1301)의 와이어(1409) 상의 소켓(1413)은 일부 측면이동을 허용하고,기둥의 유연한 핑거들과 함께 쉽고 긍정적인 결합을 확실히 한다.

선호되는 실시예에서, 단일 히터판의 두 개의 분리된 히터 영역에 파워 연결을 제공하는 두 개의 커넥터 기둥 구조가 있다. 이 실시예에서, 도시되지는 않았지만 분리된 단일 기둥 구조는 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 공정에서 RF 바이어스를 위한 고 주파수 연결을 제공하는 동일 소켓과 기둥배열(단일 기둥제외)을 사용한다. 그러나, 더 막거나 적은 커넥터 기둥 구조가 있을 수 있으며, 이중 기둥 공급장치가 또한 고 주파수 바이어스를 위해 잘 사용될 수 있다는 것을 당업자들은 잘 알 것이다.

본 발명의 관점을 벗어나지 않고 여기에 기술된 많은 실시예들은 상세 내용과 스케일이 대체될 수 있다는 것은 당업자들에게 자명하다. 많은 그러한 변형은 이미 언급하였다. 다른 것들 또한 있을 수 있다. 예를 들면, 집적회로 생산에서 사용되는 다양한 웨이퍼 크기가 있고, 본 발명의 실시예에 따른 공정 스테이션이 각 웨이크 크기나 웨이퍼 크기 범위를 수용하도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 스테이션은, 예를 들면, 12인치까지나 그 이상의 직경을 가진 웨이퍼를 수용하도록 크기를 가질 수 있으나, 통상적인 8인치 직경의 웨이퍼를 효과적으로, 적절히, 고르게 가열하기 위한 히터 구조물이 고정된다.

본 발명의 폭의 다른 예로서는, 상술한 구동 조립체(1209)는 본 발명의 다양한 실시예에서의 받침대 조립체를 상승시키거나 하강시키는 효율적이고, 부드럽고 매우 수명이 긴 구동을 제공한다. 이 구동에도 다양한 변형이 있을 수 있으며, 현존하는 기술보다 독특한 독창적인 차이를 가지는, 일부 실시예에 완전히 다른 구동이 사용될 수도 있을 것이다.

본 발명의 다른 관점에 있어서, 도 10A에서 16C를 참조하여 상술된 다목적 공정챔버가 도 1A에서 9를 참조하여 상술되고 공개된 ALD 공정을 수행하기 위하여 사용된다.

이제 도 5를 참조하면, 시스템 배치가 도시되며, VESCAR 장치(27)가 진공 중심 기판 조정기(23)와 연결된다. 도 7을 참조하여 기술된 바와 같이, 다수의 VESCAR 장치가 진공 중심 기판 조정기의 슬릿 밸브와 연결될 수 있다. 조정기(23)는 본질적으로 도 10A의 도움으로 기술된 동일 클러스터 도구 조정기이며, 다목적 챔버나 VESCAR 장치 혹은 하나 이상의 각각 그 장치가 그러한 클러스터 도구 조정기와 연결될 수 있다.

본 발명의 선호되는 실시예에서, 상술한 적어도 하나의 다목적 챔버가 클러스터 도구 조정기와 연결되며, 가스 공급기와 제어장치는 도 8 및 9를 참조하여 상술된 다목적 챔버가 구비된다. 다수의 다목적 챔버들(이제 ALD 챔버들)은 적어도 하나 이상의 로드락 장치와 연결되어, 코팅되어야 할 웨이퍼들은 부착된 ALD 챔버로부터 적재하고 내리게 된다. 이렇게 하여 많은 웨이퍼들이 ALD 챔버로 각 싸이들에 유입되며, 각 웨이퍼는 수행될 ALD 공정을 위한 각각의 전용 공정을 갖는다.공정들은 동일할 수 있거나, 매우 다를 수 있고, 적재, 하역 그리고 공정 변수들은 적절히 프로그램 된다.

도 11D 및 11E를 참조하면, 공정 위치(11D)와 전달위치(11E)의 다목적 챔버들 중의 하나를 나타낸다. 본 관점에서의 챔버(1204)는 ALD 공정에 의해 코팅될웨이퍼의 크기에 특히 적응하는 방법으로 구비되고, 일관된 가스흐름을 갖는 최소 공정 챔버를 갖는다. 챔버의 제적은, 받침대가 수축했을 때(도 11E) 외관상 보다 큰 체적에 대하여 받침대가 최상 위치에 있을 때에 형성된다.

ALD 가스 공급은 덮개(1267)로 일반적으로 나타난, 특별한 덮개를 통하여 이루어지고, 웨이퍼 두께, 박막 재료 그리고 기타의 특별한 환경이 다목적 챔버로 덮개를 대치함으로써 고려된다. 이와 유사하게, 공정을 위한 펌핑 속도는 받침대가 최상 위치에 있을 때 형성된 환상영역(1225)에 의해 공정 위치에서 결정된다. 펌핑 요구사항은 링(1253, 도11E)을 교환함으로써 정교히 조정하는 것이 될 것이다.

작동 중에, 받침대는 수축하고, 공정이 끝난 웨이퍼들은 내려지고, 새로운 웨이퍼들이 클러스터 도구 장치의 각 챔버에 적재된다. 슬릿 밸브 연결부는 닫히고, 받침대는 전진한다. 공정에 있어서, 각 챔버의 웨이퍼 화로는 온도가 유지되며, 웨이퍼의 공정 온도는 빠르게 상승하고, 이는 뜨거운 가스 주입의 도움을 받는다. 코팅 온도의 웨이퍼는 가스 흐름이 각 챔버에 부과되고, ALD 공정이 일어난다.

본 발명의 관점을 벗어나지 않고 상술한 장치 및 방법이 다양한 대체로 가능하다는 것을 당업자는 잘 알 것이다. 많은 다른 크기의 웨이퍼가 공정 가능하며, 예를 들면, 챔버의 어떤 요소들을 변경하여 가능하다. 공정 변수들은 다양한 방법으로 수반될 수 있다.

다른 예로서, 본 발명의 많은 요소를 이루는 재료를 대치할 수 있으며, 예로히터판이나 서스셉터의 재료이다. 다양한 변형의 관점에서, 본 발명은 단지 첨부된 청구항의 영역으로 제한된다.

Claims (10)

1. 클러스터 도구 시스템을 위한 ALD 공정 스테이션에 있어서;

   첫 번째 단면 영역이 있는 하부 말단부를 가지는 공정 챔버 부분과;

   공정 챔버 부분 아래에 있고, 진공 펌핑 포트와 기판 전달 포트, 그리고 공정챔버의 원형 하부 말단부 아래에 있는 두 번째 단면영역과 첫 번째 단면영역보다 큰 진공 펌핑 포트를 가지는 베이스 챔버 부분;

   첫 번째 단면영역보다 작은 세 번째 단면영역이 있는 상부 기판지지 표면을 가지고, 동적 진공 밀폐부에 의해 수직 이동을 허용하는 전달 포트 아래에 있는 베이스 챔버 포트에 적용되는 기판지지 받침대;

   공정 챔버의 하부 말단부와 실질적으로 같은 높이인 공정 위치에서, 혹은 펌핑 포트 위와 전달포트 아래의 베이스 챔버 부분 내의 하부 전달위치에서 기판지지 받침대를 상부지지 표면에 놓도록 이송시키도록 적용된 수직 이동 구동 장치; 그리고

   공정 챔버에 장착되며, 원자층 증착 프로토콜에 따라 가스를 공급하기 위한 탈착가능한 가스 공급 덮개;를 포함하며,

   공정위치에서 기판지지 받침대로 기판지지 받침대의 단면영역과 보다 큰 첫 번째 단면영역이 진공 펌핑 포트를 통하여 공정 챔버 부분으로부터 첫 번째 제한된펌핑 속도를 결정하는 첫 번째 완전 유효 영역을 가지는 첫 번째 펌핑 경로를 형성하며, 하부 전달 위치에서 기판지지 받침대로 기판지지 받침대의 단면영역과 보다큰 두 번째 단면영역은 첫 번째 유효 영역 보다 큰 두 번째 유효영역을 가지는 두 번째 환상의 펌핑 경로를 형성하여, 공정 챔버로부터의 두 번째 펌핑 속도가 첫 번째 제한된 펌핑 속도보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 첫 번째 단면영역은 대체 가능한 링에 의해 형성되어, 첫 번째 펌핑 속도가 일정한 외부 직경과 다른 내부 직경을 가지는 대체 가능한 링을 교환함으로써 증가적으로 변화할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
3. 제 1 항에 있어서, 상부지지 표면에서 시작되고 상부 지지표면 아래로 확장하는 기판 받침대의 부분을 두르는 환상의 덮개를 더 포함하며, 상부지지 표면의 높이에서 상기 환상의 덮개의 펌핑 영역은 실질적으로 첫 번째 단면영역과 동일하고, 공정 위치 내에서 기판지지 받침대로 상기 환상의 덮개가, 상기 환상의 덮개와 기판지지 받침대 사이에서 상기 환상의 덮개 내에서 흐르는 공정 챔버로부터의 모든 가스 흐름을 제한하는 첫 번째 단면영역과 정합하는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
4. 제 1 항에 있어서, 공정 챔버의 상부 말단을 덮는 탈착가능한 덮개는 떼어낼 수 있는 밀폐부와 함께 장착되고, 상기 덮개와 동적 진공 밀폐부는 떼어내질 수 있어, 기판지지 받침대는 공정 챔버 영역을 통하여 상향으로 베이스 챔버 영역 내로부터 꺼내질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 탈착 가능한 덮개는 공정 위치의 기판지지 받침대로, 기판지지 받침대 상에 지지된 기판의 노출된 표면에 고르게 공정가스를 제공하기 위한 가스 배분 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 기판지지 받침대는 상부지지 표면과 평행하고 공정 챔버를 위한 진공 경계를 형성하는 마감판과, 상기 마감판으로부터 열적으로 절연된 공정 챔버 측면 상의 히터판, 그리고 상기 히터판으로부터 위로 일정간격을 가지고 떨어진 전기적으로 절연된 서스셉터를 더 포함하며, 상기 서스셉터는 상부 지지표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 히터판은 두 개 이상의 분리된 전력공급을 받는 가열 영역을 가지는 복합 히터판이며, 판을 가로지르는 온도분포가 상기 분리된 전력공급영역에의 전력을 조절함으로써 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
8. 제 7 항에 있어서, 내부 가열 영역은 실질적으로 히터판을 통하여 하나 이상의 홈에 의해 외부 가열 영역과 분리되는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
9. 제 7 항에 있어서, 내부 가열 영역은 히터판에 의하여 가열되는 기판의 단면 영역에 실질적으로 동일한 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.
10. 제 1 항에 있어서, 동적 진공 밀폐부는 스테인레스강의 벨로우즈 임을 특징으로 하는 ALD 공정 스테이션.