KR20120050471A - 화학기상증착 장치 - Google Patents

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로날드 스티븐스
제이콥 그레이슨
조슈아 제이. 포데스타
산딥 니자완
로리 디. 워싱턴
알렉산더 탐
수메드 아차리아
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원 발명은 개략적으로 기판 상에서의 화학기상증착(CVD)을 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히, 금속 유기 화학기상증착을 위한 프로세스 챔버 및 성분들에 관한 것이다. 장치는 프로세싱 부피를 형성하는 챔버 본체를 포함한다. 제 1 평면 내의 샤워헤드는 프로세스 부피의 상단부 부분을 형성한다. 캐리어 플레이트가 제 2 평면 내에서 프로세스 부피를 가로질러 연장하여 샤워헤드와 서셉터 플레이트 사이에 상부 프로세스 부피를 형성한다. 제 3 평면 내의 투명한 물질이 프로세스 부피의 하부 부분을 형성하여, 캐리어 플레이트와 투명한 물질 사이에 하부 프로세스 부피를 형성한다. 복수의 램프가 투명한 물질의 아래쪽에 위치된 하나 또는 둘 이상의 구역을 형성한다. 그러한 장치는, 대형 기판에 걸쳐 균일한 온도를 유지하면서, 균일한 전구체 유동 및 혼합을 제공하여, 그에 대응하는 처리량 증대를 제공한다.

Description

화학기상증착 장치{CVD APPARATUS}
본원 발명의 실시예는 개략적으로 기판 상에서의 화학기상증착(CVD)을 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히, 화학기상증착에서 이용하기 위한 프로세스 챔버에 관한 것이다.
Ⅲ-Ⅴ 족 필름은 여러 반도체 소자, 예를 들어 단파장 발광 다이오드(LEDs), 레이저 다이오드(LDs), 그리고 고전력, 고주파, 고온 트랜지스터 및 집적 회로를 포함하는 전자 소자들의 개발 및 제조에 있어서 보다 큰 중요성을 가진다. 예를 들어, 단파장(예를 들어, 청색/녹색 내지 자외선) LEDs가 Ⅲ 족-질화물 반도체 물질 갈륨 질화물(GaN)을 이용하여 제조된다. GaN을 이용하여 제조된 단파장 LEDs 는 Ⅱ-Ⅵ 족 원소를 포함하는 비-질화물 반도체 물질을 이용하여 제조된 단파장 LEDs 보다 상당히 큰 효율 및 보다 긴 작동 수명을 제공할 수 있다는 것이 관찰되었다.
GaN과 같은 Ⅲ-족 질화물을 증착하기 위해서 이용되고 있는 하나의 방법은 금속 유기 화학기상증착(MOCVD)이다. 이러한 화학기상증착 방법은 갈륨(Ga)과 같은 Ⅲ 족으로부터의 하나 이상의 원소를 포함하는 제 1 전구체 가스의 안정성을 보장하기 위해서 온도가 제어되는 환경을 가지는 반응기 내에서 일반적으로 실시된다. 암모니아(NH3)와 같은 제 2 전구체 가스는 Ⅲ 족-질화물을 형성하는데 필요한 질소를 제공한다. 2개의 전구체 가스가 반응기 내의 프로세싱 구역 내로 주입되고(inject), 그러한 반응기 내에서 전구체 가스들이 혼합되고 그리고 프로세싱 구역 내의 가열된 기판을 향해서 이동된다. 캐리어 가스를 이용하여 기판을 향한 전구체 가스의 이송을 도울 수 있을 것이다. 전구체들이 가열된 기판의 표면에서 반응하여 GaN 과 같은 Ⅲ 족-질화물 층을 기판 표면 상에 형성한다. 필름 증착물의 품질은 부분적으로 증착 균일도에 의존하고, 그러한 증착 균일도는 다시 기판에 걸친 전구체들의 균일한 유동 및 혼합에 의존한다.
LEDs, LDs, 트랜지스터, 및 집적 회로에 대한 수요가 커짐에 따라서, 고품질 Ⅲ 족 질화물 필름 증착의 효율성이 보다 중요해졌다. 그에 따라, 보다 큰 기판 및 보다 큰 증착 영역에 걸쳐서 균일한 전구체 혼합 및 일정한 필름 품질을 제공할 수 있는 개선된 증착 장치 및 프로세스가 요구되고 있다.
본원 발명은 개략적으로 기판 상에서의 화학기상증착(CVD)을 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히, 화학기상증착에서 이용하기 위한 프로세스 챔버 및 성분들에 관한 것이다.
일 실시예에서, 반사부가 개시된다. 반사부는 플랜지 부분을 가지는 반사부 본체, 금으로 코팅된 표면 및 반사부 본체를 통한 개구부를 포함한다. 반사부 본체를 통한 개구부는 제 1 단부에서 약 6 인치 내지 약 7 인치의 직경을 가지고 그리고 다른 단부에서 약 9 인치 내지 10 인치의 직경을 가진다.
다른 실시예에서, 반사부가 개시된다. 반사부는 플랜지 부분을 가지는 반사부 본체 및 반사부 본체를 통한 개구부를 포함한다. 반사부 본체를 통한 개구부는 제 1 단부에서 약 10 인치 내지 약 11 인치의 직경을 가지고 그리고 다른 단부에서 약 12 인치 내지 13 인치의 직경을 가진다.
다른 실시예에서, 기판 캐리어가 개시된다. 기판 캐리어는 내부에 28개의 슬롯이 형성된 기판 캐리어 본체를 포함한다. 슬롯들의 중심이 기판 캐리어 본체의 중심으로부터 3개의 독립적인 방사상 거리를 따라 센터링되도록(centered), 슬롯들이 배치된다. 3개의 슬롯은 제 1 직경을 따라서 배치되고, 9개의 슬롯은 제 1 직경 보다 큰 제 2 직경을 따라서 배치되며, 그리고 16개의 슬롯은 제 2 직경 보다 큰 제 3 직경을 따라서 배치된다.
다른 실시예에서, 챔버 라이너가 개시된다. 챔버 라이너는 관통 개구부를 구비하는 원형 본체를 포함한다. 개구부는 본체의 일 단부에서 약 14 인치 내지 약 15 인치의 직경을 가지고 그리고 톱니형(jagged) 엣지에 의해서 경계지어지는 본체의 다른 단부에서 비-원형 개구부를 가진다.
다른 실시예에서, 커버 링이 개시된다. 커버 링은 약 13 인치 내지 약 14 인치의 직경을 가지는 관통 개구부를 구비하는 원형 커버 링 본체를 포함한다. 커버 링 본체는 높이가 약 0.05 인치 내지 약 0.07 인치인 내측 플랜지, 높이가 약 0.2 인치 내지 약 0.3 인치인 중간 플랜지, 및 높이가 약 0.1 인치 내지 약 0.2 인치인 외측 플랜지를 구비한다.
다른 실시예에서, 엣지 링이 개시된다. 엣지 링은 약 380 mm 내지 약 390 mm의 직경을 가지는 관통 개구부 그리고 약 180 mm 내지 약 185 mm의 직경을 가지는 제 1 립(lip)을 구비하는 엣지 링 본체를 포함한다.
다른 실시예에서, 상단부(top) 링이 개시된다. 상단부 링은 직경이 약 400 mm 내지 약 425 mm인 개구부 및 높이가 약 5 mm 내지 약 6 mm인 엣지 플랜지를 가지는 상단부 링 본체를 포함한다.
다른 실시예에서, 배출 링이 개시된다. 배출 링은 걸리(gully; 협곡)에 의해서 분리되는 복수의 치형부가 연장하는 배출 링 본체를 포함하고, 상기 걸리는 약 0.3 인치 내지 약 0.4 인치의 폭과 약 0.05 인치 내지 약 0.2 인치의 깊이를 가진다.
본원 발명의 전술한 특징들을 상세하게 이해할 수 있는 방식으로, 앞서서 간략히 요약한 본원 발명의 보다 특별한 설명은 첨부 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조한다. 그러나, 첨부 도면들은 본원 발명의 통상적인 실시예를 도시할 뿐만 아니라, 본원 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않아야 할 것이며, 본원 발명은 다른 균등한 유효 실시예들도 포함할 수 있다는 것에 주목하여야 할 것이다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 증착 챔버의 단면도이다.
도 2는 도 1의 증착 챔버의 부분 단면도이다.
도 3은 본원 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 플레이트의 사시도이다.
도 4a는 본원 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 플레이트의 상단부 표면을 도시한 사시도이다.
도 4b는 본원 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 플레이트의 하부 표면을 도시한 사시도이다.
도 5a는 본원 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 지지 샤프트의 사시도이다.
도 5b는 본원 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터 지지 샤프트의 사시도이다.
도 5c는 본원 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터 지지 샤프트의 사시도이다.
도 6은 본원 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 승강 샤프트를 도시한 사시도이다.
도 7은 본원 발명의 일 실시예에 따른 배출 프로세스 키트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8a는 본원 발명의 일 실시예에 따른 상부 라이너를 도시한 사시도이다.
도 8b는 본원 발명의 일 실시예에 따른 하부 라이너를 도시한 사시도이다.
도 9a-9d는 일 실시예에 따른 반사부(900)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10a-10c는 다른 실시예에 따른 반사부(1000)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11a-11f는 일 실시예에 따른 캐리어(1100)를 도시한 개략도이다.
도 12a-12e는 일 실시예에 따른 커버 링(1200)을 도시한 개략도이다.
도 13a-13f는 다른 실시예에 따른 커버 링(1300)을 도시한 개략도이다.
도 14a-14d는 일 실시예에 따른 상단부 링(1400)을 도시한 개략도이다.
도 15a-15h는 일 실시예에 따른 배출 링(1500)의 개략도이다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 구성요소들을 나타내기 위해서 동일한 도면부호를 사용하였다. 특별한 언급이 없더라도, 일 실시예에서 개시된 구성요소가 다른 실시예에서 유리하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일반적으로, 본원 발명의 실시예는 MOCVD를 이용하여 Ⅲ 족-질화물 필름을 증착하기 위해서 이용될 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. MOCVD를 참조하여 설명하지만, 본원 발명의 실시예들은 MOCVD로 제한되지 않는다. 도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따라서 본원 발명을 실시하기 위해서 이용될 수 있는 증착 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 증착 챔버의 부분 단면도이다. 본원에서 설명되는 발명들을 실시하기 위해서 구성될 수 있는 MOCVD 시스템은 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 구입할 수 있을 것이다. 본원에서 개시되는 발명들은 다른 제조업자들로부터 입수한 챔버들에서도 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 장치(100)는 챔버(102), 가스 전달 시스템(125), 원격 플라즈마 공급원(126), 및 진공 시스템(112)을 포함한다. 챔버(102)는 프로세싱 부피(108)를 둘러싸는 챔버 본체(103)를 포함한다. 챔버 본체(103)는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄과 같은 물질을 포함할 수 있다. 샤워헤드 조립체(104) 또는 가스 분배 플레이트가 프로세싱 부피(108)의 일 단부에 배치되고, 그리고 캐리어 플레이트(114)가 프로세싱 부피(108)의 타 단부에 배치된다. 기판(140)의 복사 가열을 위해서 빛이 통과할 수 있게 허용하도록 구성된 투명 물질(119)이 하부 부피(110)의 일 단부에 배치되고 그리고 캐리어 플레이트(114)가 하부 부피(110)의 타 단부에 배치된다. 투명 물질(119)이 돔 형상일 수 있다. 캐리어 플레이트(114)가 프로세스 위치에서 도시되어 있지만, 예를 들어, 기판(140)이 로딩 또는 언로딩될 수 있는 그 보다 낮은 위치로 이동될 수 있을 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 플레이트를 도시한 사시도이다. 일 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)가 하나 또는 둘 이상의 리세스(116)를 포함할 수 있고, 프로세싱 동안에 하나 또는 둘 이상의 기판(140)이 상기 리세스 내에 배치될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)는 6개 또는 그 초과의 기판(140)을 이송(carry)하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)는 8개의 기판(140)을 이송하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)는 18개의 기판을 이송하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)는 22개의 기판을 이송하도록 구성된다. 그보다 많거나 적은 기판(140)이 캐리어 플레이트(114) 상에서 이송될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 통상적인 기판(140)은 사파이어, 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘 또는 갈륨 질화물(GaN)을 포함할 수 있을 것이다. 다른 타입의 기판(140), 예를 들어 유리 기판(140)이 프로세싱될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 기판(140)은 직경이 50 mm - 100 mm인 크기 또는 그보다 큰 크기를 가질 수 있을 것이다. 캐리어 플레이트(114)는 200 mm - 750 mm의 크기를 가질 수 있을 것이다. 캐리어 플레이트(114)는, SiC 또는 SiC-코팅형 그라파이트를 포함하는 여러 가지 물질로부터 형성될 수 있을 것이다. 다른 크기의 기판(140)이 챔버(102) 내에서 그리고 본원에 기재된 프로세스에 따라서 프로세싱될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
캐리어 플레이트(114)는 프로세싱 동안에 축선을 중심으로 회전될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)는 약 2 RPM 내지 약 100 RPM으로 회전될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)가 약 30 RPM으로 회전될 수 있을 것이다. 캐리어 플레이트(114)를 회전시키는 것은 기판(140)의 균일한 가열 및 각각의 기판(140)에 대한 프로세싱 가스의 균일한 노출을 제공하는데 있어서 도움이 된다. 일 실시예에서, 캐리어 플레이트(114)는 서셉터 플레이트(115)를 포함하는 캐리어 지지 장치에 의해서 지지된다.
도 11a-11f는 일 실시예에 따른 캐리어(1100)를 개략적으로 도시한다. 캐리어(1100)는 프로세싱 동안에 기판을 홀딩하기 위한 복수의 슬롯(1112)을 포함한다. 일 실시예에서, 28개의 슬롯(1112)이 있을 수 있다. 슬롯(1112)은 3개의 독립적인 직경을 따라서 정렬될 수 있을 것이다. 3개의 슬롯(1112)이 화살표(1140)로 도시된 바와 같이 약 2.0 인치 내지 약 3.0 인치의 직경을 따라서 배치될 수 있다. 9개의 슬롯(1112)이 화살표(1106)로 도시된 바와 같이 약 6.0 인치 내지 약 7.0 인치의 직경을 따라서 배치될 수 있다. 16개의 슬롯(1112)이 화살표(1102)로 도시된 바와 같이 약 10 인치 내지 약 11 인치의 직경을 따라서 배치될 수 있다. 캐리어(1100)의 외측 직경은 화살표(1104)로 도시된 바와 같이 약 13 인치 내지 약 14 인치일 수 있을 것이다. 가장 내측의 직경을 따른 슬롯(1112)의 중심과 가장 외측의 직경을 따른 슬롯(1112)의 중심은 화살표(1108)로 도시한 바와 같이 약 8 도 내지 약 11 도 만큼 이격될 수 있을 것이다. 가장 내측 직경에 배치된 2개의 슬롯(1112)의 중심들은 화살표(1110)로 도시한 바와 같이 약 110 도 내지 약 130 도가 될 수 있을 것이다. 중간 직경을 따른 2개의 인접한 슬롯(1112)의 중심들은 화살표(1114)로 도시한 바와 같이 약 35 도 내지 약 42 도가 될 수 있을 것이다. 가장 외측의 직경을 따른 인접한 슬롯(1112)들의 중심들은 화살표(1116)로 도시한 바와 같이 약 22 도 내지 약 25 도가 될 수 있을 것이다. 캐리어(1100)의 외측 엣지가 화살표(1118)로 도시된 바와 같이 약 40 도 내지 약 50 도의 각도로 라운딩될 수 있을 것이고 그리고 화살표(1120)로 도시된 바와 같이 약 0.01 인치 내지 약 0.075 인치의 두께를 가질 수 있을 것이다.
캐리어(1100)는 슬롯(1112) 반대쪽의 바닥 표면(1122) 및 상단부(top) 표면(1130)을 구비한다. 각 슬롯(1112)은 바닥 표면(1124) 내에서 종료되는 측벽(1128)을 구비한다. 측벽(1128)은 상단부 표면(1130)에 대해서 실질적으로 수직이다. 캐리어의 바닥 표면(1124)은, 그 위에 놓이게 될 기판에 대해서, 오목한 표면을 가진다. 특히, 바닥 표면(1124)은 캐리어(1100)의 측벽(1128)으로부터 즉시 곡선을 이루며, 그에 따라 렛지(ledge)가 존재하지 않는다. 추가적으로, 바닥 표면(1124)이 오목하기 때문에, 캐리어(1100)와 접촉하는 기판의 영역(area)이 최소화된다. 캐리어(1100)의 엣지는 화살표(1132)에 의해서 도시된 바와 같이 약 80 도 내지 약 100 도로 각을 이루는 경사형(slanted) 슬롯(1136) 및 화살표(1134)에 의해서 도시된 바와 같이 약 0.025 인치 내지 약 0.5 인치의 반경을 가질 수 있을 것이다. 경사형 슬롯(1136)은 캐리어(1100) 내로 약 0.03 인치 내지 약 0.05 인치 만큼 연장할 수 있을 것이다.
도 4a는 본원 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 플레이트의 상부 표면을 도시한 사시도이다. 도 4b는 본원 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 플레이트의 하부 표면을 도시한 사시도이다. 서셉터 플레이트(115)는 디스크 형태를 가지고 그리고 실리콘 탄화물로 코팅된 그라파이트 물질로 제조된다. 서셉터 플레이트(115)의 상부 표면(156)이 원형 리세스(127)로 형성된다. 원형 리세스(127)는 캐리어 플레이트(114)를 수용하고 그리고 지지하기 위한 지지 영역으로서 작용한다. 서셉터 플레이트(115)는 승강 핀을 수용하기 위한 3개의 관통 홀(158)을 구비한다. 서셉터 플레이트(115)는 챔버의 하부 부피(110) 내에 배치되고 석영으로 제조된 서셉터 지지 샤프트(118)에 의해서 하부측으로부터 3개의 지점에서 수평으로 지지된다. 서셉터 플레이트의 하부 표면(159)은 서셉터 지지 샤프트(118)의 승강 아암을 수용하기 위한 3개의 홀(167)을 구비한다. 서셉터 플레이트(115)가 3개의 홀(167)을 가지는 것으로 설명되지만, 서셉터 지지 샤프트(118)의 승강 아암의 수에 대응하는 임의 수의 홀들이 이용될 수 있을 것이다.
도 5a-5c 및 도 6과 관련하여 승강 기구(150)를 설명한다. 도 5a는 서셉터 지지 샤프트의 사시도이고 도 6은 캐리어 플레이트 승강 기구의 사시도이다. 서셉터 지지 샤프트(118)는 중앙 샤프트(132)로부터 방사상으로 연장하는 3개의 승강 아암(134)과 함께 중앙 샤프트(132)를 포함한다. 서셉터 지지 샤프트(118)가 3개의 승강 아암(134)을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 3개 보다 많은 임의 수의 승강 아암이 또한 이용될 수 있을 것이며, 예를 들어, 서셉터 지지 샤프트(118)가 도 5b에 도시된 바와 같이 6개의 승강 아암(192)을 포함할 수 있을 것이다. 도 5c에 도시된 하나의 실시예에서, 승강 아암은 디스크(195)에 의해서 대체되고, 그러한 디스크는 서셉터 플레이트(115)를 지지하기 위해서 디스크(195)의 표면으로부터 연장하는 지지 기둥(196)을 가진다.
캐리어 플레이트 승강 기구(150)는 서셉터 지지 샤프트(118)의 중심 샤프트(132)를 둘러싸도록 정렬된 수직 가동형 승강 튜브(152), 상기 승강 튜브(152)를 상하로 이동시키기 위한 구동 유닛(도시하지 않음), 상기 승강 튜브(152)로부터 방사상으로 연장하는 3개의 승강 아암(154), 및 관통하여 침투하도록 형성된 각각의 관통 홀(158)에 의해서 서셉터 플레이트(115)의 바닥 표면으로부터 현수된 승강 핀(157)을 포함한다. 그러한 구성에서 승강 튜브(152) 및 승강 아암(154)을 상승시키기 위해서 구동 유닛이 제어될 때, 승강 핀(157)이 승강 아암(154)의 말단부에 의해서 위쪽으로 푸싱되며(pushed) 그에 따라 캐리어 플레이트(114)가 상승한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하부 돔(119) 아래쪽에 배치된 복수의 내측 램프(121A), 복수의 중앙 램프(121B), 및 복수의 외측 램프(121C)에 의해서 복사 가열이 제공될 수 있을 것이다. 내측, 중앙, 및 외측 램프(121A, 121B, 121C)에 의해서 제공된 복사 에너지에 대한 챔버(102)의 노출을 제어하는 것을 돕기 위해서 반사부(166)가 이용될 수 있을 것이다. 램프의 부가적인 지역(zones)이 또한 기판(140)의 미세 온도 제어를 위해서 이용될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 반사부(166)가 금으로 코팅된다. 다른 실시예에서, 반사부(166)가 알루미늄, 로듐, 니켈, 이들의 조합, 또는 다른 고반사 물질로 코팅된다. 일 실시예에서, 램프 마다 2 킬로와트의 24 개의 램프를 지역마다 포함하는 총 72 개 램프가 존재한다. 일 실시예에서, 램프들은 공냉되고 그리고 램프들의 베이스가 수냉된다.
도 9a-9d는 일 실시예에 따른 반사부(900)를 개략적으로 도시한다. 반사부는 도 9b에서 평면도로 그리고 도 9c에서 단면도로 도시되어 있다. 반사부는 직경이 약 15 인치 내지 약 17 인치일 수 있고 화살표(944)에 의해서 표시된 바와 같이 반사부(900)의 전체 직경의 외측으로 연장하는 바닥 렛지 영역(902)을 포함한다. 반사부(900)는 화살표(924)로 표시한 바와 같이 약 100 도 내지 약 120 도의 각도로 렛지 영역(902)으로부터 위쪽으로 경사진다. 최대 반사율을 보장하기 위해서 반사부(900)의 경사진 내측 및 외측 표면이 금과 같은 고반사 물질(904)로 코팅될 수 있을 것이다. 그러나, 반사부(900)가 구리를 포함할 수 있을 것이다. 반사부(900)의 경사 부분은 화살표(906)로 표시한 바와 같이 약 0.20 인치 내지 약 0.30 인치의 폭을 가질 수 있을 것이다. 반사부(900)의 경사진 측부는 반사부(900)의 개구부를 통한 중심선에 실질적으로 평행한 직선형 부분에서 종료될 수 있을 것이며, 이때 반사부의 상부 모서리(926)가 둥글게 처리될 수 있을 것이다(rounded).
경사 표면들 때문에, 반사부(900)는 바닥의 개구부보다 적은 개구부를 상단부에 구비한다. 상단부의 개구부는 화살표(908)로 표시한 바와 같이 약 6 인치 내지 약 6.5 인치의 직경을 가질 수 있다. 상단부에서의 개구부의 외측 직경이 화살표(910)로 표시한 바와 같이 약 6.5 인치 내지 약 7.0 인치일 수 있을 것이다. 다른 한편으로, 반사부(900)의 바닥에서의 개구부는 화살표(912)로 표시한 바와 같이 약 9.0 인치 내지 약 9.25 인치의 직경을 가질 수 있을 것이다. 반사부의 플랜지 영역(902)이 화살표(916)로 표시한 바와 같이 반사부(900)의 바닥 위쪽으로 약 0.1 인치 내지 약 0.2 인치의 거리에서 시작될 수 있을 것이다. 반사부(900)의 맨 아래쪽 바닥 표면이 화살표(914)로 표시한 바와 같이 약 10 인치 내지 약 10.5 인치의 직경을 가질 수 있을 것이다. 플랜지 영역(902)이 화살표(918)로 표시한 바와 같이 약 0.3 인치 내지 약 0.4 인치의 높이를 가질 수 있을 것이다. 플랜지 영역(902)의 바닥으로부터의 경사진 슬라이드의 단부까지의 영역은 화살표(920)로 표시한 바와 같이 약 2.80 인치 내지 약 3.0 인치의 높이를 가질 수 있을 것이다. 반사부(900)는 플랜지 영역(902)의 바닥으로부터 반사부(900)의 상단부까지 화살표(922)로 표시한 바와 같이 약 3.25 인치 내지 약 3.5 인치의 전체 높이를 가질 수 있을 것이다.
복수의 홀(942)은 반사부(900)를 통해서 보어링 가공될 수 있을 것이다. 홀(942)들은 화살표(930)로 표시한 바와 같이 약 11.25 인치 내지 약 11.60 인치의 직경을 따라서 반사부(900)의 개구부와 센터링될 수 있을 것이다. 부가적인 홀(934)은 홀(942)과 동일한 직경으로 제공될 수 있으나, 홀(934)이 그 보다 작은 직경을 가질 수 있을 것이다. 부가적인 홀(934)은 화살표(936)로 표시한 바와 같이 다른 홀(942)로부터 약 25 도 내지 약 32 도의 방사상 각도로 이격될 수 있을 것이다. 반사부(900)의 경사진 벽들이 화살표(932)로 표시한 바와 같이 약 9.30 인치의 직경으로부터 약 9.50 인치의 직경까지 상향 경사지기 시작한다. 부가적인 홀(948)들이 화살표(946)로 표시한 바와 같이 약 14.5 인치 내지 약 15.0 인치의 직경에서 반사부(900)의 중심으로부터 보다 큰 거리로 이격될 수 있을 것이다. 부가적인 홀(940)들이 존재할 수 있으나, 홀(940)들의 직경은 홀(948)들의 직경 보다 더 작을 수 있을 것이다. 부가적인 홀(940)이 화살표(938)로 표시한 바와 같이 홀(942)들 중 하나로부터 약 40 도 내지 약 50 도로 이격될 수 있을 것이다. 홀(948)들이 화살표(928)로 표시한 바와 같이 홀(942)들로부터 약 25 도 내지 약 32 도로 이격될 수 있을 것이다.
도 10a-10c는 다른 실시예에 따른 반사부(1000)를 도시한 개략도이다. 반사부(1000)는 화살표(1026)로 표시한 바와 같이 약 0.1 인치 내지 약 0.2 인치의 높이를 가지고 그리고 화살표(1024)로 표시한 바와 같이 반사부(1000)의 바닥 위쪽으로 약 0.3 인치 내지 약 0.35 인치의 높이에서 시작되는 플랜지 영역(1002)을 구비한다. 반사부(1000)의 외측 표면은 직선형 섹션(1006)과 만나기 전에 모서리(1004)에서 벤딩되고 그리고 표면(1010)을 따라서 내측으로 굽어지기 전에 측부 표면(1008)을 따라서 다시 위로 굽어진다. 반사부(1000)의 내부는 측벽(1014)을 따라서 개구부를 통한 중심선과 평행하게 약간 전향(turning)되기 전에 표면(1012)을 따라서 위쪽으로 경사진다. 플랜지 영역(1002)을 포함하지 않는 반사부(1000)의 바닥은 화살표(1016)로 표시한 바와 같이 약 14 인치 내지 약 15 인치의 전체 직경을 가진다. 반사부(1000)의 바닥 개구부는 화살표(1018)로 표시한 바와 같이 약 12 인치 내지 약 13 인치의 직경을 가진다. 측벽(1012) 및 측벽(1014)의 교차부는 화살표(1020)로 표시한 바와 같이 약 10 인치 내지 약 11 인치의 직경을 가지는 한편, 반사부(1000)의 상단부 개구부는 화살표(1022)로 표시한 바와 같이 약 10.5 인치 내지 약 11.5 인치의 직경을 가진다.
반사부(1000)는 화살표(1028)로 표시한 바와 같이 반사부(1000)의 바닥으로부터 측벽(1008)의 시작부까지 약 1.0 인치 내지 약 1.25 인치의 높이를 가진다. 반사부(1000)는 화살표(1030)로 표시한 바와 같이 반사부(1000)의 바닥으로부터 측벽(1008)의 중간까지 약 1.60 인치 내지 약 1.80 인치의 높이를 가진다. 반사부(1000)는 화살표(1032)로 표시한 바와 같이 반사부(1000)의 바닥으로부터 측벽(1012)과 측벽(1014)의 교차부까지 약 2.95 인치 내지 약 3.10 인치의 높이를 가진다. 반사부(1000)는 화살표(1034)로 표시한 바와 같이 반사부(1000)의 바닥으로부터 측벽(1008)과 측벽(1010)의 교차부까지 약 3.10 인치 내지 약 3.30 인치의 높이를 가진다. 반사부(1000)의 전체 높이는 화살표(1036)로 표시한 바와 같이 약 4.35 인치 내지 약 4.65 인치가 된다. 플랜지 영역(1002)을 포함하는 반사부(1000)의 전체 직경은 화살표(1038)로 표시한 바와 같이 약 19 인치 내지 약 20 인치가 된다.
복수의 홀(1040)이 반사부(1000)를 통해서 보어링 가공될 수 있다. 홀(1040)은 화살표(1046)로 표시한 바와 같이 약 15 인치 내지 약 15.75 인치의 직경에서 반사부(1000)의 개구부와 센터링되는 직경을 따라 배치될 수 있을 것이다. 부가적인 개구부(1050)가 홀(1040)과 동일한 직경에 존재할 수 있으나, 화살표(1062)로 표시한 바와 같이 홀(1040)들 중 하나로부터 약 5 도 내지 약 10 도로 이격될 수 있을 것이다. 부가적인 홀(1042)이 개구부의 중심으로부터 보다 먼 거리에서 반사부(1000)를 통해서 보어링될 수 있을 것이다. 부가적인 홀(1042)은 화살표(1048)로 표시한 바와 같이 약 18.50 인치 내지 약 19.0 인치의 직경을 따라서 반사부(1000)의 개구부와 센터링되는 직경을 따라서 배치될 수 있을 것이다. 부가적인 홀(1044)이 홀(1042)과 동일한 직경을 따라서 존재할 수 있으나, 가장 가까운 홀(1042)로부터 약 2.0 도 내지 약 3.0 도로 이격될 수 있을 것이다.
모서리(1004)가 화살표(1052)로 표시한 바와 같이 약 13.5 인치 내지 약 14.0 인치의 직경에 배치될 수 있을 것이다. 측벽(1008) 및 측벽(1006)은 화살표(1054)로 표시한 바와 같이 약 12.5 인치 내지 약 13.0 인치의 직경에서 만날(meet) 수 있을 것이다. 측벽(1008) 및 측벽(1010)은 화살표(1056)로 표시한 바와 같이 약 12.0 인치 내지 약 12.5 인치의 직경에서 만날 수 있을 것이다. 반사부(1000)는 화살표(1058)로 표시한 바와 같이 약 11.5 인치 내지 약 12.0 인치의 그리고 화살표(1060)로 표시한 바와 같이 약 11.0 인치 내지 약 11.5 인치의 부가적인 외측 직경들을 가질 수 있을 것이다.
복수의 내측 램프, 중앙 램프, 및 외측 램프(121A, 121B, 121C)가 동심적인 지역들 또는 다른 지역들(도시하지 않음)에 정렬될 수 있으며, 그리고 각각의 지역이 독립적으로 파워를 공급받을 수 있고(powered) 그에 따라 온도 제어를 통해서 증착 속도 및 성장 속도를 조정할 수 있게 된다. 일 실시예에서, 고온계(122A, 122B, 122C)와 같은 하나 또는 둘 이상의 온도 센서가 샤워헤드 조립체(104) 내에 배치되어 기판(140) 및 캐리어 플레이트(114) 온도를 측정할 수 있을 것이고, 그리고 온도 데이터가 제어부(도시하지 않음)로 전송될 수 있을 것이며, 그러한 제어부는 각각의 지역에 대한 파워를 조정하여 캐리어 플레이트(114)에 걸친 소정 온도 프로파일을 유지할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 비활성 가스가 고온계(122A, 122B, 122C) 주위를 거쳐 프로세싱 부피(108) 내로 유동하여 고온계(122A, 122B, 122C) 상에서 증착 및 응축이 발생하는 것을 방지한다. 고온계(122A, 122B, 122C)는 표면 상의 증착으로 인한 복사율(emissivity)의 변화를 자동적으로 보상할 수 있다. 비록 3개의 고온계(122A, 122B, 122C)가 도시되어 있지만, 임의 수의 고온계가 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이고, 예를 들어, 부가적인 램프 지역들이 부가되는 경우에 각각의 부가적인 지역을 모니터링하기 위해서 부가적인 고온계를 부가하는 것이 바람직할 것이다. 다른 실시예에서, 독립적인 램프 지역들로의 파워 공급은 전구체 유동 또는 전구체 농도의 비-균일성을 보상하도록 조정될 수 있을 것이다. 예를 들어, 외측 램프 지역에 인접한 캐리어 플레이트(114) 구역에서 전구체 농도가 낮다면, 외측 램프 지역으로의 파워 공급을 조정하여 이러한 구역에서의 전구체 고갈을 보상하는 것을 도울 수 있을 것이다. 저항형 가열에 대비한 램프 가열 이용의 이점에는, 캐리어 플레이트(114) 표면에 걸친 보다 적은 온도 범위(range)가 포함되며, 이는 제품 수율을 개선한다. 램프의 신속한 가열 및 신속한 냉각 능력은 처리량(throughput)을 증대시키고 그리고 또한 뚜렷한(sharp) 필름 경계면을 생성하는데 도움이 된다.
반사율 모니터(123), 열전쌍(도시하지 않음), 또는 기타 온도 장치와 같은 다른 계측 장치가 또한 챔버(102)와 커플링될 수 있을 것이다. 그러한 계측 장치는 두께, 조도, 조성, 온도 또는 기타 특성과 같은 다양한 필름 특성을 측정하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 이들 측정치를 자동화된 실시간 피드백 제어 루프에서 이용하여 증착 속도 및 대응하는 두께와 같은 프로세스 조건들을 제어할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 반사율 모니터(123)가 중앙 도관(도시하지 않음)을 통해서 샤워헤드 조립체(104)와 커플링된다.
내측, 중앙, 및 외측 램프(121A, 121B, 121C)가 기판(140)을 약 400 ℃ 내지 약 1200 ℃의 온도까지 가열할 수 있을 것이다. 본원 발명이 내측, 중앙, 및 외측 램프(121A, 121B, 121C)의 어레이의 이용으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 임의의 적합한 가열 공급원을 이용하여 적절한 온도가 챔버(102) 및 그 내부의 기판(140)으로 적절하게 인가될 수 있도록 보장할 수 있을 것이다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 가열 공급원은 캐리어 플레이트(114)와 열적으로 접촉하는 저항형 가열 요소(도시하지 않음)를 포함할 수 있을 것이다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 도 7은 본원 발명의 일 실시예에 따른 배출 프로세스 키트를 도시한 사시도이다. 일 실시예에서, 프로세스 키트가 광 차폐부(117), 배출 링(120), 및 배출 실린더(160)를 포함할 수 있을 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광 차폐부(117)가 캐리어 플레이트(114)의 둘레 주위로 배치될 수 있을 것이다. 광 차폐부(117)는 내측 램프(121A), 중앙 램프(121B), 및 외측 램프(121C)로부터 서셉터 직경의 외측으로 벗어나는 에너지를 흡수하고 그리고 그 에너지를 챔버(102)의 내측을 향해서 재배향시키는 것을 돕는다. 광 차폐부(117)는 직접적인 램프 복사 에너지가 계측 공구와 간섭하는 것을 또한 차단한다. 일 실시예에서, 광 차폐부(117)는 내측 엣지 및 외측 엣지를 구비하는 환형 링을 일반적으로 포함한다. 일 실시예에서, 환형 링의 외측 엣지가 위쪽으로 각을 이룬다. 광 차폐부(117)는 실리콘 탄화물을 일반적으로 포함한다. 또한, 광 차폐부(117)는 전자기 에너지를 흡수하는 세라믹과 같은 다른 물질을 포함할 수 있을 것이다. 광 차폐부(117)는 배출 실린더(160), 배출 링(120) 또는 챔버 본체(103)의 다른 부분과 커플링될 수 있을 것이다. 일반적으로, 광 차폐부(117)는 서셉터 플레이트(115) 또는 캐리어 플레이트(114)와 접촉하지 않는다.
도 21a-12e는 일 실시예에 따른 커버 링(1200)을 개략적으로 도시한 도면이다. 일 실시예에서, 커버 링(1200)이 탄소 그라파이트를 포함할 수 있을 것이다. 커버 링(1200)은 화살표(1208)로 표시한 바와 같이 약 15 인치 내지 약 16 인치의 외경을 가진다. 커버 링(1200)은 상단부 표면(1224)을 구비한다. 커버 링(1200)의 엣지는 플랜지 상의 곡선형 모서리(1212)를 구비한다. 커버 링의 상단부로부터 모서리(1212)까지의 플랜지의 높이는 화살표(1214)로 표시한 바와 같이 약 0.02 인치 내지 약 0.04 인치인 한편, 전체 플랜지 부분은 화살표(1216)로 표시한 바와 같이 약 0.05 인치 내지 약 0.07 인치의 높이를 가진다. 플랜지 영역은 커버 링(1200)의 모서리(1222)로부터 연장한다. 커버 링(1200)의 다수의 모서리(1222, 1218, 1230 및 1226)가 존재한다. 모서리(1222 및 1218)는 화살표(1210)로 표시한 바와 같이 약 15 인치 내지 약 16 인치의 직경을 따라서 배치된다. 중간 플랜지(1220)가 화살표(1206)로 표시한 바와 같이 약 14 인치 내지 약 15 인치의 직경에 배치된다. 외측 플랜지(1228)가 또한 존재할 수 있을 것이다. 외측 플랜지(1228)가 화살표(1232)로 표시한 바와 같이 약 0.1 인치 내지 약 0.2 인치의 높이를 가질 수 있을 것이다. 중간 플랜지(1220)가 화살표(1236)로 표시한 바와 같이 외측 플랜지를 지나서 약 0.07 인치 내지 약 0.08 인치 만큼 연장할 수 있고 그리고 전체 거리는 화살표(1234)로 표시한 바와 같이 약 0.2 인치 내지 약 0.3 인치가 될 수 있다.
커버 링(1200)은 완전한 원을 형성하는 것을 방지하기 위한 슬롯을 구비한다. 커버 링(1200)의 단부들은 화살표(1238)로 표시한 바와 같이 약 0.01 인치 내지 약 0.03 인치의 만큼 단부들 사이의 갭의 중심으로부터 이격될 수 있을 것이다. 커버 링(1200)의 단부들은 화살표(1240)로 표시한 바와 같이 약 0.03 인치 내지 약 0.05 인치의 전체 거리 만큼 이격될 수 있을 것이다. 중간 플랜지가 화살표(1204)로 표시한 바와 같이 약 14 인치 내지 약 15 인치의 직경을 가질 수 있을 것이다. 커버 링(1200) 내의 개구부의 직경은 화살표(1202)로 표시한 바와 같이 약 13 인치 내지 약 14 인치가 될 수 있을 것이다.
도 13a-13f는 다른 실시예에 따른 커버 링(1300)의 개략도이다. 도 13b는 커버 링(1300)의 평면도이다. 커버 링(1300)은 화살표(1302)로 표시한 바와 같이 약 430 mm 내지 약 460 mm의 외경을 가진다. 커버 링(1300)은 화살표(1304)로 표시한 바와 같이 약 325 mm 내지 약 360 mm의 내경을 가진다. 커버 링(1300)은 도 13d-13f에 대응하는 부가적인 직경들로서, 화살표(1306)로 표시한 바와 같이 약 375 mm 내지 약 390 mm, 화살표(1308)로 표시한 바와 같이 약 390 mm 내지 약 400 mm, 화살표(1310)로 표시한 바와 같이 약 295 mm 내지 약 405 mm, 그리고 화살표(1312)로 표시한 바와 같이 약 400 mm 내지 약 420 mm의 부가적인 직경들을 가진다. 커버 링(1300)은 화살표(1314)로 표시한 바와 같이 약 180 mm 내지 약 190 mm의 반경에 배치된 중심선(1330)을 가지는 내측 립을 구비한다. 일 실시예에서, 커버 링(1300)은 투명한(clear) 석영을 포함할 수 있을 것이다.
커버 링(1300)은 화살표(1324)로 표시한 바와 같이 약 2.0 mm 내지 약 3.5 mm의 높이를 가지는 외측 플랜지를 구비한다. 외측 립(1316)은 화살표(1322)로 표시한 바와 같이 약 5.0 mm 내지 약 7.5 mm의 높이로 연장한다. 커버 링(1300)은 화살표(1320)로 표시한 바와 같이 약 1.0 mm 내지 약 2.5 mm의 두께를 가진다. 외측 립(1316)은 화살표(1318)로 표시한 바와 같이 커버 링(1300)으로부터 약 140 도 내지 약 145 도의 각도로 연장한다. 커버 링(1300)은 화살표(1326)로 표시한 바와 같이 내측 립의 내부에서 약 2.0 mm 내지 약 3.5 mm의 두께를 가진다. 내측 립은 화살표(1328)로 표시한 바와 같이 약 1.0 mm 내지 약 3.5 mm의 폭을 가진다.
일 실시예에서, 배출 링(120)은 캐리어 플레이트(114)의 둘레 주위로 배치되어 하부 부피(110) 내에서 증착이 일어나는 것을 방지하는데 도움을 줄 수 있고 그리고 또한 배출 가스를 챔버(102)로부터 배출 포트(109)로 지향시키는데 도움을 줄 수 있다. 일 실시예에서, 배출 링(120)은 실리콘 탄화물을 포함한다. 배출 링(120)은 세라믹과 같이 전자기 에너지를 흡수하는 다른 물질을 또한 포함할 수 있을 것이다.
도 14a-14d는 일 실시예에 따른 상단부 링(1400)을 도시한 개략도이다. 상단부 링(1400)은 화살표(1402)로 표시한 바와 같이 약 500 mm 내지 약 510 mm의 외경을 가진다. 상단부 링(1400)은 화살표(1404)로 표시한 바와 같이 약 400 mm 내지 약 425 mm의 내경을 가진다. 상단부 링(1400)은 화살표(1416)로 표시한 바와 같이 약 2.5 mm 내지 약 3.5 mm의 두께를 가지는 상단부 부분(1420)을 가진다. 상단부 링(1400)은 상단부 부분으로부터 연장하는 플랜지를 또한 구비한다. 그러한 플랜지는 내측 엣지(1412) 및 외측 엣지(1414)를 가진다. 플랜지는 모서리(1406)에서 상단부 부분에 연결된다. 플랜지는 내경에 모서리(1408)를 가진다. 상단부 링(1400)은 화살표(1418)로 표시한 바와 같이 약 5.0 mm 내지 약 7.5 mm의 전체 두께를 가진다.
도 15a-15h는 일 실시예에 따른 배출 링(1500)의 개략도이다. 배출 링(1500)은 배출 링(1500)으로부터 연장하는 복수의 치형부(1502)를 구비할 수 있을 것이다. 치형부(1502)는 화살표(1504)로 표시한 바와 같이 약 14 인치 내지 약 15 인치의 직경에 배치될 수 있을 것이다. 배출 링(1500)의 외경은 화살표(1506)로 표시한 바와 같이 약 16 인치 내지 약 17 인치가 될 수 있을 것이다. 배출 링(1500)은 완전하게 결합된 원이 아닐 수 있고, 그에 따라 배출 링(1500)의 2개의 단부 사이에 갭이 존재할 수 있을 것이다. 그러한 갭은 화살표(1510)로 표시한 바와 같이 약 0.03 인치 내지 약 0.05 인치의 폭을 가질 수 있을 것이고 그리고 화살표(1512)로 표시한 바와 같이 약 0.01 인치 내지 약 0.03 인치의 절반 폭(half width)을 가질 수 있을 것이다.
치형부(1502)는 화살표(1518)로 표시한 바와 같이 약 0.3 인치 내지 약 0.4 인치의 거리 만큼 이격될 수 있을 것이다. 치형부(1502)는 화살표(1520)로 표시한 바와 같이 약 0.05 인치 내지 약 0.15 인치의 거리 만큼 배출 링(1500) 내에서 걸리(1514) 위쪽으로 상승한다. 배출 링(1500)의 전체 높이는 화살표(1522)로 표시한 바와 같이 약 0.5 인치 내지 약 0.6 인치가 될 수 있을 것이다.
배출 링(1500)은 몇 개의 모서리(1538, 1540, 1544)를 구비한다. 모서리(1538, 1540)는 배출 링(1500)의 상승된 부분의 위치를 표시한다. 상승된 부분은 화살표(1536)로 표시한 바와 같이 약 0.03 인치 내지 약 0.05 인치 만큼 상승된다. 배출 링(1500)의 플랜지 부분은 화살표(1542)로 표시한 바와 같이 약 0.15 인치 내지 약 0.2 인치의 높이를 가진다. 플랜지는 화살표(1548)로 표시한 바와 같이 약 0.18 인치 내지 약 0.21 인치의 연장부(run)를 가지는 경사진 표면을 구비한다.
일 실시예에서, 배출 링(120)은 배출 실린더(160)와 커플링된다. 일 실시예에서, 배출 실린더(160)는 배출 링(120)에 대해서 수직이다. 배출 실린더(160)는 중심으로부터 캐리어 플레이트(114)의 표면을 가로질러 외측으로 균일하고 균등한 방사상 유동을 유지하는데 도움이 되고 그리고 프로세스 부피(108)의 외부로 그리고 환형 배출 채널(105) 내부로 가스가 유동하는 것을 제어하는 것을 돕는다. 배출 실린더(160)는 내측 측벽(162) 및 외측 측벽(163)을 구비하는 환형 링(161)을 포함하고, 관통 홀들 또는 슬롯(165)들이 상기 측벽들을 통해서 연장하고 그리고 링(161)의 둘레 전체를 통해서 일정한 간격으로 배치된다. 일 실시예에서, 배출 실린더(160) 및 배출 링(120)은 단일 피스를 포함한다. 일 실시예에서, 배출 링(120) 및 배출 실린더(160)는 당업계에 공지된 부착 기술을 이용하여 함께 커플링될 수 있는 독립적인 피스들을 포함한다. 도 2를 참조하면, 프로세스 가스가 샤워헤드 조립체(104)로부터 캐리어 플레이트(114)를 향해서 하향 유동하고 그리고 광 차폐부(117)의 위쪽으로 방사상 외측으로, 배출 실린더(160) 내의 슬롯(165)을 통해서 그리고 환형 배출 채널(105) 내로 이동하고, 상기 환형 배출 채널에서 상기 프로세스 가스가 배출 포트(109)를 통해서 최종적으로 챔버(102)를 빠져나간다. 배출 실린더(160) 내의 슬롯이 프로세스 가스의 유동을 초킹(choke; 방해하여)하여, 전체 서셉터 플레이트(115)에 걸친 균일한 방사상 유동을 달성하는데 도움을 준다. 일 실시예에서, 비활성 가스가 광 차폐부(117)와 배출 링(120) 사이에 형성된 갭을 통해서 상향 유동하여, 프로세스 가스가 챔버(102)의 하부 부피(110)로 유입하는 것을 방지하고 그리고 하부 돔(119) 상에 증착되는 것을 방지한다. 하부 돔(119) 상의 증착은 온도 균일성에 영향을 미칠 수 있고 그리고 일부 경우에 하부 돔(119)을 가열하여 균열을 발생시킬 수도 있을 것이다.
가스 전달 시스템(125)이 다중 가스 공급원을 포함할 수 있고, 또는, 실행되는 프로세스에 따라서, 일부 공급원이 기체 대신에 액체 공급원일 수 있으며, 그러한 경우에 가스 전달 시스템은 액체 주입(injection; 분사) 시스템 또는 액체를 기화시키기 위한 다른 수단(예를 들어, 버블러)을 포함할 수 있을 것이다. 이어서, 챔버(102)로 전달되기에 앞서서, 증기가 캐리어 가스와 혼합될 수 있을 것이다. 전구체 가스, 캐리어 가스, 퍼지 가스, 세정/에칭 가스 또는 기타와 같은 여러 가스들이 가스 전달 시스템(125)으로부터 샤워헤드 조립체(104)로의 독립된 공급 라인(131, 135)들로 공급될 수 있을 것이다. 공급 라인들은 각 라인 내의 가스의 유동을 모니터링 및 조정 또는 차단하기 위해서 차단 밸브, 그리고 질량 유동 제어부 또는 다른 타입의 제어부를 포함할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 전구체 가스 농도는 증기압 곡선 그리고 가스 공급원의 위치에서 측정된 온도 및 압력을 기초로 평가된다. 다른 실시예에서, 가스 전달 시스템(125)은 가스 공급원의 하류에 위치되어 시스템 내의 전구체 가스 농도의 직접적인 측정을 제공하는 모니터들을 포함한다.
도관(129)은 원격 플라즈마 공급원(126)으로부터 세정/에칭 가스를 수용할 수 있을 것이다. 원격 플라즈마 공급원(126)은 공급 라인(124)을 통해서 가스 전달 시스템(125)으로부터 가스를 수용하고, 그리고 밸브(130)는 샤워헤드 조립체(104)와 원격 플라즈마 공급원(126) 사이에 배치될 수 있을 것이다. 밸브(130)가 개방되어 세정 및/또는 에칭 가스 또는 플라즈마가 공급 라인(133)을 통해서 샤워헤드 조립체(104)로 유동하게 할 수 있으며, 상기 공급 라인(133)은 플라즈마를 위한 도관으로서 기능하도록 구성될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 비-플라즈마 세정 및/또는 에칭의 경우에, 세정/에칭 가스가 다른 공급 라인 구성을 이용하여 가스 전달 시스템(125)으로부터 샤워헤드 조립체(104)로 전달될 수 있을 것이다. 또 다른 실시예에서, 플라즈마가 샤워헤드 조립체(104)를 우회하고 그리고 샤워헤드 조립체(104)를 횡단하는 도관(도시하지 않음)을 통해서 챔버(102)의 프로세싱 부피(108) 내로 직접 유동한다.
원격 플라즈마 공급원(126)은 챔버(102) 세정 및/또는 기판(140) 에칭을 위해서 구성된 무선 주파수 또는 마이크로파 플라즈마 공급원일 수 있을 것이다. 세정 및/또는 에칭 가스가 공급 라인(124)을 통해서 원격 플라즈마 공급원(126)으로 공급되어 플라즈마 종(species)을 생산할 수 있을 것이며, 그러한 플라즈마 종은 샤워헤드 조립체(104)를 통한 챔버(102) 내로의 분산을 위해서 도관(129) 및 공급 라인(133)을 통해서 이송될 수 있을 것이다. 세정 용도를 위한 가스들은 불소, 염소 또는 다른 반응성 원소를 포함할 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 전구체 가스들이 원격 플라즈마 공급원(126)으로 공급되어 플라즈마 종을 생성하도록 가스 전달 시스템(125) 및 원격 플라즈마 공급원(126)이 적절하게 구성될 수 있을 것이며, 상기 플라즈마 종은 예를 들어 Ⅲ-Ⅴ 필름과 같은 CVD 층을 기판(140) 상에 증착하기 위해서 샤워헤드 조립체(104)를 통해서 이송될 수 있을 것이다.
챔버 본체(103)의 바닥에 근접하여 그리고 캐리어 플레이트(114) 아래쪽에 배치된 유입구 포트 또는 튜브(도시하지 않음)로부터 및/또는 샤워헤드 조립체(104)로부터 퍼지 가스(예를 들어, 질소)가 챔버(102) 내로 전달될 수 있을 것이다. 퍼지 가스가 챔버(102)의 하부 부피(110)로 유입되고, 그리고 캐리어 플레이트(114) 및 배출 링(120)을 지나서 위쪽으로 그리고 다중 배출 포트(109) 내로 유동하며, 상기 다중 배출 포트는 환형 배출 채널(105) 주위로 배치된다. 배출 도관(106)은 환형 배출 채널(105)을 진공 시스템(112)에 연결하고, 상기 진공 시스템(112)은 진공 펌프(도시하지 않음)를 포함한다. 배출 가스가 환형 배출 채널(105)로부터 인출되는 속도를 제어하는 밸브 시스템(107)을 이용하여, 챔버(102) 압력을 제어할 수 있을 것이다.
기판(140) 프로세싱 동안에 샤워헤드 조립체(104)가 캐리어 플레이트(114)에 근접하여 위치된다. 일 실시예에서, 프로세싱 동안에 샤워헤드 조립체(104)로부터 캐리어 플레이트(114)까지의 거리가 약 4 mm 내지 약 40 mm의 범위가 될 수 있을 것이다.
기판 프로세싱 동안에, 본원 발명의 일 실시예에 따라서, 프로세스 가스가 샤워헤드 조립체(104)로부터 기판(140)의 표면을 향해서 유동한다. 프로세스 가스는 하나 또는 둘 이상의 전구체 가스, 그리고 상기 전구체 가스와 혼합될 수 있는 캐리어 가스 및 도펀트 가스를 포함할 수 있을 것이다. 프로세스 가스가 기판(140)에 대해서 실질적으로 접선 방향으로 유동하고 그리고 기판(140)의 증착 표면을 가로질러 층류 유동으로 방사상으로 균일하게 분포될 수 있도록 환형 배출 채널(105)의 인출(draw)이 가스 유동에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 프로세싱 부피(108)가 약 760 Torr 내지 약 80 Torr의 압력에서 유지될 수 있을 것이다.
기판(140)의 표면에서의 또는 그에 근접한 프로세스 가스 전구체의 반응은 GaN, 알루미늄 질화물(AlN), 및 인듐 질화물(InN)을 포함하는 여러 가지 금속 질화물 층을 기판(140) 상에 증착할 것이다. 복수의 금속이 또한 AlGaN 및/또는 InGaN과 같은 다른 화합물 필름의 증착을 위해서 이용될 수 있을 것이다. 추가적으로, 실리콘(Si) 또는 마그네슘(Mg)과 같은 도펀트가 필름에 부가될 수 있을 것이다. 증착 프로세스 동안에 적은 양의 도펀트 가스를 부가함으로써 필름이 도핑될 수 있을 것이다. 실리콘 도핑의 경우에, 예를 들어, 실란(SiH4) 또는 디실란(Si2H6) 가스를 이용할 수 있을 것이고, 마그네슘 도핑을 위해서 도펀트 가스가 비스(시클로펜타디에닐)마그네슘(Cp2Mg 또는 (C5H5)2Mg)을 포함할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 에칭 또는 세정을 위해서 불소계 또는 염소계 플라즈마를 이용할 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 비-플라즈마 에칭을 위해서 Cl2, Br, 및 I2 와 같은 할로겐 가스, 또는 HCl, HBr, 및 HI와 같은 할라이드를 이용할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 샤워헤드 조립체(104)로 전달하기 전에, 질소 가스(N2), 수소 가스(H2), 아르곤(Ar) 가스, 다른 비활성 가스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 캐리어 가스가 제 1 및 제 2 전구체 가스와 혼합될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 제 1 전구체 가스가 Ⅲ 족 전구체를 포함할 수 있고, 그리고 제 2 전구체가 Ⅴ 족 전구체를 포함할 수 있을 것이다. Ⅲ 족 전구체는 금속 유기(MO) 전구체일 수 있고, 그러한 금속 유기 전구체에는 예를 들어 트리메틸 갈륨("TMG"), 트리에틸 갈륨(TEG), 트리메틸 알루미늄("TMAI"), 및/또는 트리메틸 인듐("TMI")이 포함되나, 다른 적합한 금속 유기 전구체들도 이용될 수 있을 것이다. Ⅴ 족 전구체는 암모니아(NH3)와 같은 질소 전구체일 수 있다.
도 8a는 본원 발명의 일 실시예에 따른 상부 라이너를 도시한 사시도이다. 도 8b는 본원 발명의 일 실시예에 따른 하부 라이너를 도시한 사시도이다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버(102)는 프로세스 가스에 의한 에칭으로부터 챔버 본체(103)를 보호하는데 도움을 주는 상부 프로세스 라이너(170) 및 하부 프로세스 라이너(180)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 상부 프로세스 라이너(170) 및 하부 프로세스 라이너(180)는 일체형 본체를 포함한다. 다른 실시예에서, 상부 프로세스 라이너(170) 및 하부 프로세스 라이너(180)는 분리된 피스들을 포함한다. 하부 프로세스 라이너(180)는 프로세스 챔버(102)의 하부 부피(110) 내에 배치되고 그리고 상부 프로세스 라이너(170)는 샤워헤드 조립체(104)에 인접하여 배치된다. 일 실시예에서, 상부 프로세스 라이너(170)는 하부 프로세스 라이너(180) 상에 놓인다(rest). 일 실시예에서, 하부 프로세스 라이너(180)는 배출 포트(109)의 일부를 형성할 수 있는 배출 포트(804) 개구부 및 슬릿 밸브 포트(802)를 구비한다. 상부 프로세스 라이너(170)는 환형 배출 채널(105)의 일부를 형성할 수 있는 배출 환형부(806)를 구비한다. 라이너들은 불투명한 석영, 사파이어, PBN 물질, 세라믹 그들의 유도체(derivatives) 또는 그들의 조합과 같은 단열 물질을 포함할 수 있을 것이다.
보다 큰 기판 및 보다 큰 증착 영역에 걸쳐 균일한 온도를 유지하면서도 균일한 전구체 유동 및 혼합을 제공하는 개선된 증착 장치 및 프로세스가 제공된다. 보다 큰 기판 및/또는 복수의 기판 그리고 보다 큰 증착 영역에 걸친 균일한 혼합 및 가열은 수율 및 처리량을 증대시키는데 있어서 바람직하다. 또한 균일한 가열 및 혼합은 중요한 인자인데, 이는 그들이 전자 소자 제조 비용에 직접적으로 영향을 미치기 때문이고, 그에 따라 소자 제조업자의 시장에서의 경쟁력에 직접적으로 영향을 미치기 때문이다.
본원 발명의 실시예들에 대해서 전술하였지만, 본원 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들도 본원 발명의 범위 내에서 안출될 수 있을 것이고, 본원 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 캐리어로서:
    28개의 슬롯이 내부에 형성된 기판 캐리어 본체를 포함하고,
    상기 슬롯들의 중심이 상기 기판 캐리어 본체의 중심으로부터 3개의 독립적인 방사상 거리들을 따라서 센터링되도록 상기 슬롯들이 배치되며, 이때 3개의 슬롯은 제 1 직경을 따라서 배치되고, 9개의 슬롯은 상기 제 1 직경 보다 큰 제 2 직경을 따라서 배치되며, 그리고 16개의 슬롯은 상기 제 2 직경 보다 큰 제 3 직경을 따라서 배치되는
    기판 캐리어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯들이 내부에 배치되는 기판에 대해서 오목한 표면을 구비하는
    기판 캐리어.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬롯들이 상기 오목한 표면으로부터 상기 기판 캐리어 본체의 상단부 표면까지 연장하는 측벽을 구비하는
    기판 캐리어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    3개의 슬롯들이 약 2.0 인치 내지 약 3.0 인치의 직경을 따라서 배치되는
    기판 캐리어.
  5. 제 4 항에 있어서,
    9개의 슬롯들이 약 6.0 인치 내지 약 7.0 인치의 직경을 따라서 배치되는
    기판 캐리어.
  6. 제 5 항에 있어서,
    16개의 슬롯들이 약 10 인치 내지 약 11 인치의 직경을 따라서 배치되는
    기판 캐리어.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 본체의 외경이 약 13 인치 내지 약 14 인치인
    기판 캐리어.
  8. 제 1 항에 있어서,
    가장 내측의 직경을 따른 슬롯의 중심 및 가장 외측의 직경을 따른 슬롯의 중심이 약 8 도 내지 약 11 도만큼 이격되는
    기판 캐리어.
  9. 기판 캐리어로서:
    복수의 슬롯이 내부에 형성된 기판 캐리어 본체를 포함하고,
    상기 각각의 슬롯이 측벽 및 상기 측벽으로부터 연장하는 오목한 바닥의 표면을 구비하는
    기판 캐리어.
  10. 제 9 항에 있어서,
    복수의 제 1 슬롯이 상기 캐리어 본체의 중심으로부터 제 1 직경에 배치되도록, 복수의 제 2 슬롯이 상기 캐리어 본체의 중심으로부터 제 2 직경에 배치되도록, 그리고 복수의 제 3 슬롯이 상기 캐리어 본체의 중심으로부터 제 3 직경에 배치되도록, 상기 슬롯들이 동심적으로 정렬되는
    기판 캐리어.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 슬롯이 약 2.0 인치 내지 약 3.0 인치의 직경을 따라서 배치되는
    기판 캐리어.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 슬롯이 약 6.0 인치 내지 약 7.0 인치의 직경을 따라서 배치되는
    기판 캐리어.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 제 3 슬롯이 약 10 인치 내지 약 11 인치의 직경을 따라서 배치되는
    기판 캐리어.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 캐리어 본체의 외경이 약 13 인치 내지 약 14 인치인
    기판 캐리어.
  15. 제 10 항에 있어서,
    가장 내측의 직경을 따른 슬롯의 중심 및 가장 외측의 직경을 따른 슬롯의 중심이 약 8 도 내지 약 11 도만큼 이격되는
    기판 캐리어.
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