KR20140027246A - 반도체 기판들의 마이크로파 프로세싱을 위한 장치 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
마이크로파 또는 밀리미터파 에너지를 이용한 반도체 기판들의 방사 프로세싱을 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 마이크로파 또는 밀리미터파 에너지는 약 600㎒ 내지 약 1 ㎔의 주파수를 가질 수 있다. 마그네트론으로부터의 교류는 내부 도체 및 외부 도체를 갖는 누설 마이크로파 에미터에 결합되고, 외부 도체는 방출된 방사의 파장보다 작은 치수를 갖는 개구들을 갖는다. 내부 및 외부 도체들은 절연 물질로 분리된다. 마이크로파 방출들에 의해 생성된 간섭 패턴들은 에미터로의 전력을 위상 변조함으로써, 및/또는 전력 자체의 주파수를 주파수 변조함으로써 균일화될 수 있다. 단일 발생기로부터의 전력은 전력 분배기에 의해 둘 또는 그 초과의 에미터들로 분할될 수 있다.
Description
본 명세서에서 설명되는 기술은 반도체 디바이스들의 제조에 관한 것이다. 보다 명확하게는, 반도체 디바이스들을 어닐링하기 위한 장치 및 방법들이 설명된다.
어닐링 및 도펀트 활성화는 논리 디바이스들, 메모리 디바이스들, 광전자 방출 디바이스들, 에너지 디바이스들 등의 제조시 반도체 기판들 상에 흔히 수행되는 2개의 프로세스들이다. 실리콘, 게르마늄, 실리콘 게르마늄 합금, 또는 Ⅲ/Ⅴ족, Ⅱ/Ⅵ족, 또는 기술분야에 알려진 CIGS 반도체 화합물들 중 어느 하나와 같은 화합물 반도체와 같은 반도체 기판은 선택된 도펀트 또는 다수의 도펀트들로 도핑된다. 도펀트들은 반도체 매트릭스 안으로 주입되거나 증착되고 그리고 확산된다. 주입 및/또는 확산 시, 기판 내의 깊이의 함수로서 도펀트들의 농도는 어떤 프로파일로 가정되고, 주입/확산 프로세스는 전형적으로 반도체 매트릭스의 결정체 구조를 분열시킨다. 도펀트 농도 프로파일은 대개 디바이스 성능에 대한 최적화가 아니며, 분열된, 또는 일부 경우들에서 완전히 비정질의 결정체 구조는 기판의 저항률을 증가시킨다.
농도 프로파일을 조정하고 결정체 구조를 교정하기 위해, 기판은 어닐링되는데, 이런 프로세스 동안, 도펀트들은 원하는 농도 프로파일로 확산되도록 촉진되고 결정체 매트릭스에 부착된다. 어닐링 프로세스는 또한 반도체 원자들을 매트릭스 위치 안으로 다시 이동시키고, 기판의 결정체 구조를 교정한다. 도펀트들은 결정체 매트릭스 내에 그것들의 포함에 의해 활성화되고, 기판의 전기적 특성들을 향상시킨다. 결정체 매트릭스의 결점들의 감소는 물질의 전도율을 개선한다.
확산 프로세스는 제어하기 곤란하다. 도펀트들이 더 바람직한 프로파일로 확산되는 동안, 일부 도펀트들은 타겟 도핑 구역 밖으로 확산하고, 전류 누설 및 전압 드리프트(voltage drift)와 같은 바람직하지 않은 및/또는 불안정한 특성들을 초래한다. 디바이스 기하형상들은 무어의 법칙(Moore's Law)에 따라 축소되고, 타겟 도핑 구역들의 크기는 따라서 더 작게 되며, 어닐링 프로세스 동안 도펀트들의 확산의 제어는 더 도전되어 진다. 급속 어닐링을 위해 가시 및 IR 광선을 이용하는 방법들은 매우 급속한 어닐링들, 물질을 통한 백그라운드(background) 열 에너지 전파의 감소, 및 원하지 않는 확산의 조정을 달성하기 위해 현재 사용되지만, 이런 방법들은 약 22 ㎚ 미만 기술 노드들에서 실질적인 한계에 도달하도록 예상된다.
어닐링을 위한 마이크로파 에너지의 사용이 입증되었지만(Splinter 등의 미국 특허 제4,303,455호 참조), 마이크로파 어닐링은 결코 대규모 상업상 수용을 달성하지 않았다. 마이크로파 어닐링의, 그리고 일반적인 어닐링의 하나의 도전 양상은 균일한 결과물들을 달성하는 것이다. 레이저 어닐링에 대하여 균일한 레이저 에너지 필드를 달성하는 것은 수십 년간 중요한 학문의 주제였지만, 마이크로파를 이용한 반도체 기판들의 균일한 어닐링을 위한 방법들 및 장치들은 아직 달성하기 힘들다. 마이크로파 어닐링은 비-열적, 또는 낮은 열적 부담의 가능성, 기판들의 방사 프로세싱을 제공하고, - 즉, 기판을 통하여 전파하는 열 에너지를 최소화하는 전자기 방사를 이용하여 기판들을 처리하고, 따라서 원하지 않는 확산을 최소화한다. 그러나, 대단히 균일한 마이크로파 에너지 필드들에 기판들을 노출시키기 위한 방법들 및 장치가 여전히 요구된다.
본 명세서에서 개시된 실시예들은 마이크로파 또는 밀리미터파 에너지를 이용한 반도체 기판들의 어닐링을 위한 방법들 및 장치를 제공한다. 마이크로파 또는 밀리미터파 에너지는 약 600㎒ 내지 약 1 ㎔의 주파수를 가질 수 있다. 마그네트론으로부터의 교류는 내부 도체 및 외부 도체를 갖는 누설 마이크로파 에미터에 결합되고, 외부 도체는 방출된 방사의 파장보다 작은 치수를 갖는 개구들을 갖는다. 내부 및 외부 도체들은 절연 물질로 분리된다. 마이크로파 방출들에 의해 생성된 간섭 패턴들은 에미터로의 전력을 위상 변조함으로써, 및/또는 전력 자체의 주파수를 주파수 변조함으로써 균일화될 수 있다. 단일 발생기로부터의 전력은 전력 분배기에 의해 둘 또는 그 초과의 에미터들로 분할될 수 있다.
누설 마이크로파 소스는 일반적으로 절연 물질에 의해 분리된 내부 도체 및 외부 도체를 포함한다. 에미터는 마이크로파 에너지의 라인 소스 또는 의사-라인 소스를 발생시키는 동축 케이블 또는 관, 또는 마이크로파 에너지의 필드를 발생시키는 2 차원 소스일 수 있다. 외부 도체는 방사가 내부 및 내부 도체들 사이의 영역으로부터 벗어나게 하기 위해 그 안에 형성된 개구들을 갖는다. 개구들은 전형적으로 방출된 방사의 파장보다 작은 치수를 갖는다. 개구들은 정의된 전파 필드 및 세기 패턴을 갖는 방사를 제공하기 위한 크기 및 형상으로 만들어질 수 있다.
마이크로파 에너지 에미터들은 결합된 열적/마이크로파 어닐링을 위해 열 에너지의 에미터들에 결합될 수 있다. 열 에너지는 비정질 물질의 재배열, 결정성 물질의 결함들, 및/또는 비정질 또는 결정성 물질의 도펀트들에 대한 에너지 장벽을 낮추도록 기판의 온도를 상승시키기 위해 사용될 수 있다. 열 에너지는 도펀트 확산을 활성할 수 있는 임계 레벨보다 작을 수 있다. 기판에 인가된 펄스화된 또는 연속하는 마이크로파 필드는 기판 표면을 어닐링 및/또는 재결정화하기 위해 결정체 결함들 및 틈새(interstitial)들과 선택적으로 결합될 것이다. 마이크로파들은 전도성 또는 반도체 기판의 표면을 표피 깊이(skin depth)까지 침투할 것이다.
위에서 열거된 본 발명의 특징들이 상세히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략히 요약한 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 것이며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면들에 도시된다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시할 뿐이며, 따라서 본 발명은 다른 균등하게 효과적인 실시예들에 대해서도 허용할 수 있기 때문에, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않음에 유의해야 한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 방사 프로세싱 방치들의 단면도이다.
도 1b는 다른 실시예에 따른 마이크로파 라인 소스의 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 분산된 마이크로파 소스들의 2개의 실시예들의 사시도이다.
도 4c는 다른 실시예에 따른 분산된 마이크로파 소스의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 절개도(cutaway view)이다.
도 6a는 다른 실시예에 따른 분산된 마이크로파 소스의 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 분산된 마이크로파 소스의 측면도이다.
도 7a는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 단면도이다.
도 7b는 도 7a로부터의 반사 마이크로파 소스의 사시도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 동적 어닐링 챔버의 개략적 측면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 동적 어닐링 챔버의 개략적 측면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 마이크로파 소스를 갖는 이온 침지(immersion) 챔버의 단면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 수직 어닐링 챔버의 단면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 수직 방사 프로세싱 챔버의 사시도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 1b는 다른 실시예에 따른 마이크로파 라인 소스의 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 분산된 마이크로파 소스들의 2개의 실시예들의 사시도이다.
도 4c는 다른 실시예에 따른 분산된 마이크로파 소스의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 절개도(cutaway view)이다.
도 6a는 다른 실시예에 따른 분산된 마이크로파 소스의 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 분산된 마이크로파 소스의 측면도이다.
도 7a는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버의 단면도이다.
도 7b는 도 7a로부터의 반사 마이크로파 소스의 사시도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 동적 어닐링 챔버의 개략적 측면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 동적 어닐링 챔버의 개략적 측면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 마이크로파 소스를 갖는 이온 침지(immersion) 챔버의 단면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 수직 어닐링 챔버의 단면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 수직 방사 프로세싱 챔버의 사시도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 방법을 요약한 흐름도이다.
이해를 돕기 위해, 동일 참조 부호들이 가능하면 도면들에 공통인 동일 부재들을 표시하기 위해 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들은 추가 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 이용될 수 있음이 고려된다.
도 1a는 일 실시예에 따른 어닐링 장치(100)의 단면도이다. 챔버(102)는 기판 지지체(106) 및 마이크로파 소스(104)를 둘러싼다. 챔버(102)는 일반적으로 챔버 인클로저에 마이크로파들을 구속하기 위해, 전기적으로 전도성이거나, 전기적으로 전도성 컴포넌트를 갖는다. 스테인리스 강 또는 알루미늄은 보통 전도성 챔버 벽들에 대하여 사용된다.
마이크로파 소스(104)는 선형이고, 내부 도체 및 외부 도체를 포함하는 동축 케이블일 수 있다. 내부 및 외부 도체들은 구리, 금, 은 , 이의 조합들, 또는 다른 도체들과 같은 임의의 전기적으로 전도하는 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 내부 도체는 구리선이고, 외부 도체는 금 코팅된 텅스텐 선의 브레이드(braid)이다. 외부 도체의 전류 흐름이 외부 도체의 표피를 따르기 때문에, 금 코팅은 전도율을 제공하는 한편, 텅스텐 선이 전도성 금 코팅에 대한 저비용 기반을 제공한다. 동축 케이블은 동축 케이블을 통하여 마이크로파 주파수 전력을 발생하기 위한 마그네트론(124)에 연결된다.
어닐링을 위해 사용될 수 있는 주파수들은 약 300 ㎒ 내지 약 1 ㎔의 범위이고, 마이크로파 및 밀리미터파 주파수들을 포함하며, 어닐링 되고 있는 기판에 의존한다. 마이크로파 및 밀리미터파 방사는 반도체 물질의 결정체 구조의 결함들이 이런 방사에 대응하는 에너지 모드들을 갖는 전기 쌍극자(dipole)를 갖기 때문에 반도체 기판들의 어닐링에 특히 적합하다고 생각된다. 그에 반해, 결정체 매트릭스의 반도체 원자들 사이의 공유 결합들에 참여하는 전자들은 UV, 가시, 및 적외선 스펙트럼들에서의 방사에 대응한다. 마이크로파 및 밀리미터파 방사는 실질적인 열적 에너지를 초래하지 않고 매트릭스의 결함들과 우선적으로 결합되며, 낮은 온도들에서 결함들의 제거를 용이하게 하기 위해 운동량(momentum)을 결함들로 전이한다고 생각된다. 일부 실시예들에서, 표준 2.45 ㎓ 마이크로파 마그네트론은 동축 케이블에서 마이크로파들을 발생하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 915 ㎒, 5.8 ㎓, 및 6.0 ㎓에서 동작하는 발생기들이 유익하게 사용될 수 있다.
표준 동축 케이블에서, 내부 도체의 교류는 내부 도체로부터 외부로 방사하는 마이크로파들을 발생한다. 내부 도체의 전류와 반대 전류를 운반하는(carry) 외부 도체는 마이크로파들에 대한 도파관으로서 기능하고, 마이크로파들을 케이블의 가까운 주변으로 구속한다. 마이크로파들로부터의 에너지는 케이블의 물리적 경계 외부로 단거리로 퍼지고, 케이블의 바로 근처의 대기에서 플라즈마를 일으킬 수 있다.
마이크로파 소스(104)에서, 개구들(110)은 내부 도체에 의해 발생된 마이크로파들(112)이 방사하거나 케이블에 구속되는 대신 케이블 외부로 누설하도록 하기 위해 외부 도체에 설치된다. 마이크로파들은 구 패턴으로 각 개구로부터 방사한다. 도 1b는 마이크로파 소스(104)의 단면도이다. 제 1 도체(120) 및 제 2 도체(116)는 절연 물질(118)에 의해 분리되는데, 절연 물질은 조밀한 고체, 다공성 고체, 또는 가스와 같은 유전체 유체일 수 있다. 제 1 및 제 2 도체들은 또한 일부 실시예들에서 진공에 의해 분리될 수 있다. 마이크로파 소스(104)는 원하는 경우 절연 코팅(114)을 가질 수 있다. 코팅(114)은 또한 마이크로파 소스(104)의 도체들을 기판으로부터의 기체 방출(outgassing)하는 임의의 물질로부터, 또는 마이크로파 소스(104) 주변의 프로세스 가스들로부터 보호하기 위한 보호 코팅일 수 있다. 도 1b의 실시예가 개구들(110) 위로 펼쳐지는 코팅(114)을 도시하지 않지만, 개구들(110)은 또한 원하는 경우 코팅(114)에 의해 덮여질 수 있다.
개구들(110)과 같은 개구들은 전형적으로 마이크로파들을 기판 지지체(106)를 향하여 투사하기 위해 기판 지지체(106)에 대향하는 마이크로파 소스(104)의 일 측을 따라 정렬된다. 개구들은 마이크로파 소스(104)의 주축을 따라 지향된 축 치수, 및 축 치수에 수직인 가로 치수를 가질 수 있다. 축 치수는 전형적으로 마이크로파 소스(104)에 의해 발생되고 있는 마이크로파 방사의 파장보다 훨씬 작고, 예를 들면, 상기 파장의 절반보다 작다. 가로 치수는 임의의 원하는 치수일 수 있고, 원하는 방사 패턴에 의존한다. 더 큰 가로 치수는 마이크로파들이 비교적 균일한 세기 프로파일에 의해 더 넓은 영역에 걸쳐 방출되게 할 것이고, 한편, 좁은 가로 치수는 실질적으로 가우스 분포에 따라 가로 방향에서 감소하는 세기 프로파일에 의해 마이크로파들을 좁게 방사할 것이다. 개구들의 축 및 가로 치수들은 동일하거나 상이할 수 있다. 개구들은 곡선, 정사각형, 직사각형일 수 있거나, 곡선 또는 직사각형 단부들로 연장될 수 있다.
도 1b는 도 1a의 마이크로파 소스의 단면도이다. 내부 도체(120)는 절연 물질(118)에 의해 둘러싸인다. 내부 도체는 구리, 알루미늄, 은, 또는 금과 같은 실질적인 전류를 전송하기 위해 유용한 임의의 전도성 물질일 수 있다. 합성 물질이 고 전도율 외부 표피, 예를 들면, 금 또는 구리가 내부 도체(120)를 형성하기 위해 더 낮은 전도율 코어, 예를 들면, 니켈에 도포되는데 사용될 수 있다. 외부 표피는 최고 전류 밀도가 고 전도율 물질을 통하여 외부 표피에서 유동하도록 충분한 단면을 제공하기 위해 적어도 약 1 ㎛, 예를 들면, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 그에 의해 고 주파수들에서 표피 효과의 저항율에 적어도 부분적으로 대응한다.
절연 물질(118)은 세라믹, 플라스틱, 또는 글라스와 같은 유전체 물질, 또는 공기, 질소, 또는 불활성 가스와 같은 가스, 또는 진공일 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 물질은 알루미나 튜브일 수 있다. 내부 도체(120)에 접촉하는 절연 물질(118)이 도 1b에 도시되지만, 둘 사이에 접촉할 필요가 없음에 유의해야 한다. 따라서, 절연 물질(118)은, 예를 들면, 알루미나와 같은 고체, 및 공기, 질소, 또는 불활성 가스와 같은 가스의 합성물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 탄화 수소 유체, 왁스(wax), 또는 오일과 같은 절연 유체가 또한 절연 물질로서 또는 다른 고체 절연 물질과 함께 사용될 수 있다.
외부 도체(116)는 절연 물질(118)의 주위에 배치된다. 외부 도체는 내부 도체(120)와 유사하게, 작은 전도성 코어를 갖는, 높은 전도성 외부 표피를 갖는 합성물 도체일 수 있다. 일 실시예에서, 약 20 ㎛와 같은 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 금의 층으로 코팅된 티타늄 튜브가 외부 도체로서 사용될 수 있다.
외부 도체(116)에 형성된 개구들(110)은 내부 및 외부 도체들(120 및 116) 사이의 절연 물질을 통하여 전파하는 마이크로파 방사가 외부로 전파하기 위한 윈도우를 제공한다. 외부 도체(116)는 내부 도체(120)를 통하여 이동하는 교류에 의해 발생하는 전자기 방사를 위한 도파관으로서 기능한다. 방사는 내부 및 외부 도체들(120 및 116)의 전도성 표면들 사이에서 반사되어, 절연 물질(118) 내에서 정재파를 일으킨다. 개구(110)에서, 방사는 처리 환경으로 나타난다. 개구(110)는 일반적으로 적어도 하나의 방향에서 포인트 소스 또는 라인 소스로서 거동하는 방사를 생성하기 위해 하나 또는 둘 또는 그 초과의 방향들에서 방사의 파장보다 작은 폭을 갖는다. 일부 실시예들에서, 각 개구의 모든 치수들은 파장보다 훨씬 작으므로, 각 개구는 포인트 소스 에미터처럼 보인다.
코팅(114)은 전형적으로 외부 도체(116)를 환경으로부터 보호하기 위해 둘러싼다. 코팅(114)은 또한, 도 1b의 실시예에 도시된 바와 같이, 개구를 가질 수 있거나, 코팅(114)이 또한 실질적으로 전도성이 아니면, 개구(110)를 덮을 수 있다. 비-반응성 처리 환경들에 대하여, 코팅(114)은 폴리머 물질과 같은 산소 및 수분에 비교적 둔감한 절연 물질일 수 있다. 반응성 환경들에 대하여, 일반적으로 코팅은 실질적으로 처리 환경을 저하되지 않게(undegraede) 견디도록 선택된다. 예를 들면, 마이크로파 소스(104)와 같은 마이크로파 소스가 플라즈마 도핑 챔버에 포함되는 경우, 코팅(114)은 플라즈마 도핑 환경에서 이온들로의 노출에 의해 변화되는 동안, 여전히 구조적으로 견고하고 비교적 비-전도성인 실리콘 또는 탄소와 같은 물질로 형성될 수 있다. 식각 또는 증착 환경들과 같은 마이크로파 소스들을 포함하는 것을 원하는 다른 반응성 환경들에 대하여, 코팅은 실질적으로 비-반응성이 되도록 선택된다. 증착 환경에서, 코팅은 챔버 내에서 주기적으로 사용될 수 있는 세정 화학반응에 대하여 실질적으로 비-반응성이 되도록 선택된다.
도 2는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버(200)의 단면도이다. 도 1a의 것과 동일한 엘리먼트들은 동일하게 번호부여된다. 누설 동축 마이크로파 소스(104)의 개구들(110)로부터 방사하는 마이크로파들(112)은, 잘 알려진 바와 같이, 세기를 변화하는 노드들 및 안티노드들을 포함하는 간섭 패턴(202)을 생성한다. 기판이 방사의 정적 간섭 패턴으로 처리되면, 처리의 결과물들은 방사의 비-균일한 세기에 기인하여 기판에 걸쳐 비-균일할 것이다. 기판을 처리하기 위해 사용된 방사의 균일성을 개선하기 위해, 기판 상의 간섭 패턴(202)의 투사는 마그네트론(124)을 주파수 변조기(204)에 종속시킴으로써(subjecting) 선택된 주파수 또는 패턴에 따라 주기적으로 변경될 수 있다.
상술한 바와 같이, 누설 동축 마이크로파 소스(104)의 개구들(110)로부터 방사하는 마이크로파 에너지의 파들은 소스(104)의 절연 물질에서 발생하는 정재파 발진들에 기인하여 발생한다. 일정한 조건들에서, 전류는 마그네트론(124)에 의해 설정된 선택된 주파수로 도체들에서 발진하고, 소스(104)의 말단부(distal end)(206)에 의해 표현되는 전파 장벽은 마이크로파 에너지를 소스(104)를 따라 다시 반사하여 소스(104) 내에서 정재파를 일으킨다. 방사는 소스의 기하형상 및 소스의 발진 전류의 주파수 및 진폭에 의해 결정되는 정확한 파형들을 갖는 파들을 생성하는 개구들(110)을 통하여 나타난다(emerge). 발진 전류의 주파수의 조정은 다양한 개구들(110)에서 상이한 세기들을 초래하는 절연 물질에서의 정재파 방사 패턴을 변경한다. 이는, 결국, 기판에 영향을 주는 상이한 세기 패턴을 초래한다. 마그네트론의 주파수가 패턴을 따라 변하면, 방사의 세기 패턴은 또한 관련된 패턴을 따라 변할 것이고, 기판 상의 간섭 패턴(202)의 평균(averaging)을 초래한다. 제어기(208)는 주파수 변조기(204)에 결합될 수 있는데, 주파수 변조기는 주파수 타겟을 변조기(204)에 전달하는 신호 발생기일 수 있다.
마이크로파 소스(104)와 같은 누설 마이크로파 소스의 개구들은 선택된 방사 패턴을 달성하기 위해 임의의 원하는 패턴에 따라 배열된다. 개구들의 단일 열(rank)은 마이크로파 소스(104)의 주축을 따라 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서, 개구들의 적어도 2개의 열들은 마이크로파 소스(104)의 주축을 따라 정렬된다. 2개의 열들의 개구들은 가로 방향으로 정렬되거나 스태거링(stagger)될 수 있다. 개구들은 일반적으로 형상이 곡선, 정사각형, 직사각형, 타원형, 또는 불규칙할 수 있다. 개구들은 축 또는 가로 방향으로 지향되는 외부 도체의 슬롯들일 수 있다.
개구들은 전형적으로 방출된 방사의 파장보다 작은 적어도 하나의 치수를 갖는다. 약 3 ㎝ 내지 약 1 ㎜의 파장들을 갖는 방사가 기판을 처리하기 위해 사용될 수 있고, 그래서 외부 도체의 개구들은 전형적으로 약 1 ㎜보다 작은 적어도 하나의 치수를 가질 것이다. 일부 실시예들에서, 외부 도체의 개구들은 약 0.1 ㎜ 내지 약 1 ㎜의 직경을 갖는 실질적으로 원형일 수 있다. 더 긴 파장 방사에 대하여, 홀들이 일부 실시예들에서 약 1 ㎝ 정도의 직경을 가질 수 있다. 일반적으로, 개구들은 약 0.1 ㎝ 내지 약 1.5 ㎝와 같은 약 2 ㎝ 또는 그 미만, 예를 들면, 1 ㎜의 치수를 가질 것이다.
개구들 사이의 거리는 기판 지지체에서 방사의 특정 패턴을 달성하도록 선택될 수 있다. 노드들 및 안티-노드들의 밀도는 개구들 사이의 거리가 감소함에 따라 증가할 것이다. 튜브 또는 케이블-같은 에미터에서, 개구들의 가로 분포는 원하는 가로 전파 각, 커버리지 영역, 및 간섭 패턴을 달성하도록 조정될 수 있다. 개구들은 방출된 방사의 파장보다 작은 거리로 떨어진, 예를 들면, 약 0.1 ㎜ 내지 약 1 ㎝ 간격을 두고 떨어질 수 있다. 약 0.5 ㎜까지의 직경의 개구들은 직사각형, 랜덤, 또는 의사-랜덤 패턴으로 동축 마이크로파 소스의 일부를 따라 분포될 수 있다. 다수의 이런 개구들은 기판 지지체에 대향하는 마이크로파 소스의 표면을 따라 형성될 수 있다. 개구들의 축 및 각 크기 및 분포는 기판에 도달하는 방사의 커버리지 영역 및 세기의 분포를 규정하도록 독립적으로 선택될 수 있다.
마이크로파 에미터들은 유리한 효과로 어닐링 챔버의 다른 방사 에미터들과 결합될 수 있다. 도 3은 마이크로파 소스(304) 및 열 소스(314)를 갖는 방사 프로세싱 챔버(300)의 단면도이다. 방사 프로세싱 챔버(300)는 기판 지지체(306), 마이크로파 소스(304), 및 열 소스(314)를 둘러싸는 인클로저(302)를 갖는다. 기판 지지체(306)는 그 안에 배치되고 기판을 기판 지지체(306)로 척킹(e-chucking)하기 위한 RF 발생기(310)에 결합된 도체(316)를 가질 수 있다. DC 전력이 또한 사용될 수 있다.
마이크로파 소스(304)는 마그네트론일 수 있는 마이크로파 주파수 발생기(308)에 의해 전력이 공급된다. 발생기(308)는 약 600 ㎒ 내지 약 1 ㎔의 주파수에서 동작할 수 있다. 마이크로파 소스(304)는 동축 송신기의 외부 도체의 개구들(312)을 갖는다. 도 1a 및 도 2와 관련하여 설명된 실시예들과 유사하게, 개구들은 마이크로파들이 마이크로파 소스(304)로부터 기판 지지체를 향하여 방사하게 한다.
마이크로파 소스(304)는 소스(304)의 근처에서 플라즈마를 발생하지 않고 대기 상태들에서 고 전력 마이크로파 브로드캐스팅이 가능하도록 설계될 수 있음에 유의해야 한다. 고 전력 마이크로파 주파수 교류를 전달하는 전형적인 동축 송신기가 송신기 근처의 전자기 에너지의 농도에 기인하여 송신기 근처의 플라즈마를 성장시킬 수 있다. 마이크로파들이 실질적으로 2개의 도체들 사이의 절연 물질에 구속되지만, 에너지의 일부는 파동 함수의 확률적 특성에 기인하여 송신기 밖으로 전파한다. 송신기 외부로 전파하는 에너지는 송신기 근처에서 가스 분자들을 이온화할 수 있고, 플라즈마를 일으킬 수 있다. 이런 플라즈마는 반도체 처리에서 접하는 일부 물질들에 반응성일 수 있다. 동축 송신기의 외부 도체에 형성된 각 개구는 송신기를 통하여 유동하는 전력의 일부가 벗어나도록 할 것이고, 송신기 근처의 전력 밀도 및 가스를 이온화하는 성향을 감소시킬 것이다. 따라서, 누설 동축 소스 또는 동일 평면 소스는 대기 조건들에서 무-플라즈마(plasma-free) 동작할 수 있다.
열 소스(314)는 도 3에 도시된 바와 같이 램프들(318)의 층일 수 있다. 램프들은 일반적으로 크세논 또는 할로겐 램프들과 같은 열 생성 램프들이고, 각 램프는 각 램프로부터 캡처되는(captured) 방사를 최대화하도록 배치된 반사기와 함께 리세스(322)에 배치된다. 리스세들(322)은 임의의 원하는 패턴으로 배열될 수 있고, 리세스의 일 예는 허니컴(honeycomb) 패턴이다. 윈도우(320)는 램프들(318)을 처리 환경으로부터 보호한다. 윈도우(320)가 또한 마이크로파들을 램프 조립체로부터 멀어지게 챔버로 다시 반사하기 위해 윈도우의 일 면 상에, 또는 윈도우에 통합되는 금속 메시를 가질 수 있다. 반사 금속 메시는 또한 기판 지지체를 우회하는 마이크로파들을 재전송함으로써 마이크로파 노출의 효율을 개선한다.
기판 지지체는 램프들에 추가 보호를 제공하기 위해 반사 코팅을 가질 수 있다. 반사 코팅은 열 램프들에 의해 가열될 수 있고, 결국, 기판을 가열할 수 있다. 단일 챔버에서 열 소스 및 마이크로파 소스의 제공은 기판들의 동시 또는 순차적인 열 및 마이크로파 처리를 가능하게 한다.
도 4a 및 도 4b는 방사 프로세싱 챔버에 사용될 수 있는 2개의 분산된 마이크로파 소스 실시예들(400, 420)의 사시도이다. 도 4c는 다른 실시예에 따른 분산된 마이크로파 소스(440)의 단면도이다. 마이크로파 소스들(400, 420 및 440)의 각각은 마이크로파 에너지의 필드를 발생하기 위한 2차원 소스이다. 분산된 마이크로파 소스들(400, 420, 및 440)은 도 1a 내지 도 2의 누설 동축 소스(104)와 유사하게 마이크로파 방사를 갖는 영역을 덮도록 배열된 각각의 누설 소스들이다. 분산된 마이크로파 소스들(400 및 420)은 평면 배열로 배열된 동축 소스들이고, 한편, 마이크로파 소스(440)는 동일 평면 누설 소스이다.
마이크로파 소스(400)는 에미터들(402)과 마이크로파 주파수 전력 발생기(406) 사이의 전력 분배기(404)를 갖는, 실질적으로 평행 배열의 다수의 동축 마이크로파 에미터들(402)이다. 동축 마이크로파 에미터들(402)은, 도 1a 내지 도 2와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 누설 에미터들일 수 있다. 전력 분배기(404)는 윌킨슨(Wilkinson) 분배기들과 같은 엔-웨이(n-way) 전력 분배기 회로 또는 다수의 이중 분배기들일 수 있다. 전력 분배기(404)는 도 4a에서 박스(box)로서 표시되지만, 실제로 전력 분배기는 에미터들(402) 및 발생기(406)의 각각에 결합되는 전자 회로망일 것이다. 전자 회로망은 전적으로 저항들, 커패시터들 등과 같은 수동 소자들, 또는 다양한 에미터들 사이의 전력 밸런스뿐만 아니라 시스템에 대한 임피던스 정합을 가능하게 하는 능동 부품들일 수 있다.
마이크로파 소스(420)는, 도 1a 내지 도 2와 관련하여 위에서 설명된 누설 소스들과 유사하게, 나선 패턴으로 배열되고 마이크로파 주파수 전력 발생기(426)에 결합된 누설 동축 마이크로파 에미터(424)이다. 챔버에서, 소스(420)의 나선형 부분은 방출된 마이크로파들이 기판 지지체 위에 위치된 기판에 조사되도록 기판 지지체에 대향하여 위치된다. 도 4b의 실시예에서, 개구들(422)은 의사-램덤 구성으로 도시되지만, 그것들은 임의의 편리한 패턴에 따라 배열될 수 있다. 에미터(424)는 에미터(424)의 다른 부품들과 동축인 보호 코팅, 및/또는 전체 에미터(424)를 둘러싸는 보호 하우징(미도시)을 가질 수 있다.
마이크로파 소스(440)는 절연 물질(446)에 의해 분리된 제 1 도체(448) 및 제 2 도체(444)를 갖는 동일 평면 누설 소스 배열이다. 제 1 도체(448)의 제 1 측 상에서, 제 2 도체(444)는 도 1a 내지 도 2와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이 구성된 다수의 개구들(450)을 가진다. 개구들(450)은, 위에서 설명한 바와 같이, 마이크로파 방사가 제 1 도체(448)와 제 2 도체(444) 사이로부터 나타난다. 차폐 부재(460)가 개구들(450)로부터의 방사 전파를 감소시키기 위해 제 1 측과 대향하는 제 1 도체(448)의 제 2 측 상의 절연 물질(446)에 배치될 수 있다. 도체들(448 및 444)은 일반적으로 금속이고, 누설 동축 소스들과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 표피 효과를 관리하기 위해 고 컨덕턴스 외부 층을 가질 수 있다. 절연 물질(446)은 위에서 설명된 절연 물질 중 어느 하나 일 수 있고, 코팅(442)은 처리 환경을 견디도록 선택된 물질일 것이다.
전력이 단일 접촉점에서 또는 다수의 접촉 점들에서 제 1 도체(448)에 결합된다. 다수의 접촉점들에서의 전력의 결합은 개구들(450)로부터 발산하는(emanate) 더욱 균일한 방사 필드를 초래할 수 있지만, 이런 결합은 상대적으로 균일한 전력이 제 1 도체(448) 양단에 인가됨을 보장하기 위해 전력 분배 회로망으로부터 이익을 얻을 것이다.
분산된 마이크로파 소스들(4a-4c)의 각각은 평면 마이크로파 소스이고, 평면으로 배열된 다수의 점 소스들로서 마이크로파를 방출한다. 소스들로부터 방출된 마이크로파들은 간섭되고, 입사 방사의 균일성을 개선하기 위해 도 2와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 위상 변조될 수 있는 높은 및 낮은 세기의 패턴을 생성한다. 예를 들면, 위상 변조기는 에미터(402)와 전력 분배기(404) 사이의 분산된 소스(400)의 에미터들(402) 각각에 적용될 수 있거나, 위상 변조기는 전력 분배기(404)와 발생기(406) 사이에 개재될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버(500)의 단면 사시도이다. 방사 프로세싱 챔버(500)는 기판 지지체(504), 벽들(508), 제 1 단부(510) 및 제 2 단부(512)를 갖는 챔버 바디(502)를 포함하고, 벽들(508) 및 제 1 및 제 2 단부들(510 및 512)은 내부 용적(520)을 형성한다. 벽들(508)은 기판 액세스 포트(548)를 포함한다. 기판 지지체(504)는 환형일 수 있다.
방사 열 소스(506)는 기판 지지체(504)에 배치된다. 방사 열 소스(506)는 다수의 튜브들(560)에 배치된 다수의 램프들(미도시)을 포함하고, 램프 어레이를 형성한다. 윈도우(514)는 램프 어레이를 챔버의 프로세스 가스들로부터 보호하기 위해 램프 어레이와 처리 환경 사이에 배치된다. 윈도우(514)는 램프들에 의해 방출된 방사의 파장들에 투명하고, 전형적으로, 석영 또는 사파이어와 같은 열 처리 조건들에 저항하는 물질로 형성된다. 다수의 리프트 핀들(544)은 기판(540)의 챔버(500) 안으로 및 밖으로의 이송을 용이하게 하도록 기판 지지체(504) 상에 배치된 기판(540)을 선택적으로 접촉하기 위해 윈도우(514)의 상부 표면에 결합될 수 있다.
방사 열 소스(506)는 냉각제 소스(583)에 결합된 냉각제 조립체(미도시)에서 램프들을 하우징하는 다수의 허니컴 튜브들(560)을 포함하는데, 냉각제 소스는 물, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 질소, 및 헬륨 중 하나 또는 조합일 수 있다. 냉각제 소스(583)는 또한 챔버의 벽들 안에 형성된 냉각제 채널들(미도시)을 통하여 유동함으로써 챔버(500)의 벽들(508)을 냉각한다. 각 튜브(560)는 반사기를 가질 수 있고, 튜브들(560)은 6각형 배열로 배열될 수 있다. 방사 열 소스(506)는 환형 구역들을 포함할 수 있고, 튜브들(560)에 공급된 전압은 기판(540)의 상이한 부분들로의 방사 에너지를 조정하기 위해 제어기의 동작에 의해 변화한다.
기판 지지체(504)의 회전은 챔버 바디(502)의 벽들(508) 주변에 배치된 고정자(stator) 조립체(518)에 의해 용이하게 된다. 고정자 조립체(518)는 챔버 바디(502)의 외부를 따라 고정자 조립체(518)의 상승을 제어하는 하나 또는 둘 또는 그 초과의 액추에이터 조립체들(522)에 결합된다. 고정자 조립체(518)는 기판 지지체(504)에 배치된 자석 회전자(미도시)에 의해 기판 지지체(504)에 자기적으로 결합된다. 고정자 조립체(518)는 또한 하우징(590)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고정자 조립체(518)는 서스펜션 코일(suspension coil) 조립체(570) 상에 적층된 구동 코일 조립체(568)를 포함한다. 구동 코일 조립체(568)는, 서스펜션 코일 조립체(570)가 챔버(500)의 기판 지지체(504)의 중앙에 수동적으로 놓이는 동안, 기판 지지체(504)를 회전 및/또는 상승/하강시키도록 적응된다.
마이크로파 소스(574)는 챔버(500)에서 기판 지지체(504)에 대향하여 배치된다. 마이크로파 소스(572)는 분산된 에미터(574)를 포함하는데, 에미터는 하우징(578)에 배치될 수 있다. 분사된 에미터(574)는 그 외에 도 4b의 분산된 소스(420)와 유사할 수 있다. 분산된 에미터(574)는 또한 직사각형 풋 프린트 대신 원형 풋 프린트일지라도 도 4c의 동일 평면 소스(440)와 유사한 동일 평면 소스일 수 있다. 마그네트론, 클라이스트론(klystron), 또는 다른 유형의 마이크로파 공급부와 같은 마이크로파 공급부(582)는 리드(580)에 의해 에미터(574)에 결합되는데, 리드는 동축 케이블일 수 있다. 리드(580)는 챔버 바디(502)의 제 2 단부(512)의 개구(579)를 통하여 하우징(578)에 유입된다. 하우징(572)은 세라믹, 글라스, 또는 석영 물질과 같은 마이크로파들에 실질적으로 투명한 물질로 형성될 수 있거나, 에미터(574)는 챔버 내부 용적(520)에 노출된 에미터(574)의 일부를 남기는 하우징(572)에 배치될 수 있고, 그래서, 에미터(754)의 개구들이 마이크로파들을 챔버 내부 용적(520) 안으로 방출할 수 있다. 주파수 변조기(576)는 위에서 설명된 바와 같이, 고주파수로 방출된 마이크로파들의 위상을 조정하기 위해 마이크로파 공급부(582)에 결합될 수 있다. 위상 변조기(미도시)가 주파수 변조기(576)에 부가하거나 그 대신에 포함될 수 있다.
분위기 제어 시스템(564)은 챔버 바디(502)의 내부 용적(520)에 결합된다. 분위기 제어 시스템(564)은 챔버 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브들 및 진공 펌프들, 및 프로세스 가스들을 공급하기 위한 가스 소스들을 포함한다.
일 실시예에서, 각 액추에이터 조립체(522)는 챔버 바디(502)의 벽들(508)로부터 연장하는 2개의 플랜지들(534) 사이에 결합되는 정밀 리드 스크루(532)를 갖는다. 리드 스크루(532)는 스크루가 회전함에 따라 리드 스크루(532)를 따라 축방향으로 이동하는 너트(558)를 갖는다. 커플링(536)은 고정자(518)를 너트(558)에 결합했고, 그래서, 리드 스크루(532)가 회전함에 따라, 커플링(536)은 리드 스크루(532)를 따라 이동하며, 고정자(518)의 상승을 제어한다. 모터(538)가 제어기(524)로부터의 신호에 응답하여 리드 스크루(532)에 대한 회전을 제어하도록 설치된다.
제어기(524)는, 위에서 설명된 바와 같이, 액추에이터 조립체(522), 및 분위기 제어 시스템(564), 발생기(582) 및 주파수 변조기(576)를 통하여 마이크로파 소스(574), 및 기판 지지체(504)의 상승을 감지하기 위해 챔버 바디(502)에 배치된 센서들(516)에 결합된다. 센서들(516)은 챔버 내의 기판 지지체(504)의 위치를 나타내는 위치 신호를 제어기에 공급한다. 제어기(524)는 센서들(516)에 의해 제공된 위치 신호에 응답하여 챔버(500) 내에 기판 지지체(504)를 위치시키도록 액추에이터 조립체(522)를 제어한다. 센서들(516)은 초음파, 레이저, 유도성, 용량성, 또는 임의의 다른 유형의 근접 센서일 수 있다. 센서들은 챔버 바디(502)의 내부 용적(520) 내에, 또는 챔버 벽(508) 또는 액추에이터 조립체(522) 상의 챔버 바디(502) 외부에, 또는 이들의 임의의 조합에 위치될 수 있다.
도 6a는 다른 실시예에 따른 분산된 마이크로파 소스 어레이(600)의 사시도이다. 분산된 마이크로파 소스 어레이(600)는 마이크로파 에미터들의 어레이(604)를 지지하는 지지체(602)를 포함한다. 지지체는 와이어들, 튜브들 등과 같은 전도성 물질들이 그 위에 지지될 수 있는 임의의 실질적으로 강한 물질일 수 있다. 지지체는 통상 마이크로파 및 밀리미터파 방사에 의해 악영향을 주지 않는 물질로 이루어진다. 세라믹, 플라스틱, 또는 금속이 사용될 수 있다. 세라믹 및 플라스틱은 주로 마이크로파 및 밀리미터파 방사에 투명하지만, 금속은 이런 방사를 반사할 것이다. 지지체(602)를 금속으로 형성하는 것은 어레이(600)가 그 안에 배치되는 처리 챔버 내에서 원하는 파 모드들을 생성하기 위해 유용할 수 있다.
전력 리드(606)는 마이크로파 주파수 전력을 마이크로파 주파수 전력 소스(608)에서 어레이(604)로 운반한다. 전력 리드(606)는 통상 처리 챔버 외부로의 마이크로파 방사의 방출을 방지하기 위해 동축 케이블 또는 관이고, 전력 소스(608)는 약 2.45 ㎓와 같은 약 600 ㎒ 내지 약 1 ㎔의 임의의 공진 주파수에서 동작하는 마이크로파 마그네트론일 수 있다. 전력 소스(608)는 동축 전력 리드(606) 내에 구속되는 마이크로파 주파수 방출들을 초래하는 전력 리드(606)에서 가변 전압을 발생한다.
전력 리드(606)는 제 1 타이어(tier) 전력 분배기(610)의 어레이(604)에 결합한다. 제 1 타이어 전력 분배기(610)는 윌킨스 분배기와 같은 임의의 편리한 전력 분배 회로를 채용할 수 있다. 도 6a의 실시예에서, 제 1 타이어 전력 분배기(610)는 전력을 2개의 어레이(604)의 절반들에 균등하게 송신하는 2방향 전력 분배기이다. 어레이(604)의 절반 각각은 전력을 제 1 타이어 전력 분배기(610)에서 다수의 제 3 타이어 전력 분배기(614)로 균등하게 분할하는 제 2 타이어 전력 분배기(612)로 명명된다. 제 3 타이어 전력 분배기들(614)은 제 3 타이어 전력 분배기들(614)의 각각으로부터 돌출한 에미터들(616) 사이에 균등하게 전력을 분배한다. 도 4a에서와 같이, 전력 분배기들은 박스들로 표시되지만, 실제로 전자 회로망을 포함한다.
전력은 일반적으로 제 3 타이어 전력 분배기들(614)의 각각으로부터 나타나는 마이크로파들의 방출을 다수의 에미터들(616)에 구속하기 위해 동축 전도체들을 이용하여 어레이(604) 전반에 분배된다. 에미터들(616)은 동축 케이블의 중앙 전도체에 결합된 나선(bare conductor)들일 수 있다. 제거된 외부 도체에 의해, 에미터들(616)은 에미터들(616) 내에서 교류를 일으키는 방사를 방출한다.
도 6b는 제 3 타이어 전력 분배기들로부터 돌출한 에미터들(616)을 도시하는 제 3 타이어 전력 분배기들(614) 중 하나의 측면도이다. 각 에미터(616)는 위상 변조 회로(618)를 에미터(616)에 결합함으로써 위상 변조될 수 있다. 전압이 분산된 마이크로파 소스 어레이(600)에 형성된 독립 회로망을 통하여 도 6a에 도시되지 않은 각 위상 변조기(618)에 결합될 수 있다. 이렇게 하여, 분산된 마이크로파 소스 어레이(600)는 위상 어레이(phased array)일 수 있다. 가변 컴포넌트들(인덕터들, 저항들, 및/또는 커패시터들)이 방출된 방사의 간섭 패턴을 변화시키도록 어레이(600)에 의해 방출된 마이크로파들의 변조를 변화시키기 위해 각 위상 변조기(618), 또는 선택된 위상 변조기들(618)의 위상 변조 회로망에 포함될 수 있다. 편차를 갖고 그리고 편차를 갖지 않는 고주파수 위상 변조가 방출된 방사 필드의 균일성을 개선하는데 유용할 수 있다. 도 6a의 어레이(600)와 같은 마이크로파 위상 어레이는 일부 실시예들에서 인쇄 회로서 형성될 수 있다.
도 7a는 다른 실시예에 따른 방사 프로세싱 챔버(700)의 단면도이다. 워터 재킷(water jacket) 조립체의 다수의 허니컴 관들을 포함하는 가열 램프 조립체(716)가 기판 지지체(750)의 일 측 상에 배치된다. 가열 램프 조립체(716)의 각 관은 반사기 및 텅스텐 할로겐 또는 크세논 램프를 포함한다.
기판 지지체(750)는 기판 지지체 상에 배치된 기판을 상승시키기 위해 저 유동의 가스를 기판 지지체(750)에 공급하는 가스 공급부(746)에 결합된다. 가스는 기판 아래의 기판 지지체의 개구들(미도시)로부터 나타난다. 펌프들(547 및 548)은 가스를 배출하기 위해 기판 아래의 기판 지지체(750)의 다른 개구들(미도시)에 흡입을 가한다. 기판은 따라서 가스 베어링에 의해 기판 지지체(750) 위에 위치된다. 예시적인 기판 지지체는 참조로서 본 명세서에 통합되는 미국 특허 공개 제2008/0276864호 단락[0029]-[0041]에 더 설명된다.
반사기 조립체(722)는 기판 지지체(750)에 대향하여 배치된다. 반사기 조립체(722)는 수냉식 베이스(723) 상에 장착된 반사 코팅에 의해 형성된 반사 표면을 갖는다. 냉각 가스가 또한 가스 공급부(755)에 의해 반사기 조립체(722)에 분사될 수 있다. 다수의 온도 프로브들(724)이 반사기 조립체(722)의 상부면에 걸쳐 연장하는 포트들(725)을 통하여 배치된다. 제어기(728)가 다양한 위치들에서 기판의 온도를 나타내는 온도 프로브들(724)로부터 신호들을 수신하도록 배치될 수 있다. 제어기는 온도 프로브들(724)로부터의 신호들에 응답하여 가열 램프 조립체(716)를 제어하도록 구성될 수 있다.
반사기 조립체(722)는 반사기 조립체(722)의 반사 표면으로부터 연장하는 다수의 마이크로파 에미터들(742)을 더 포함할 수 있다. 마이크로파 에미터들(742)은 선택적인 위상 변조 및 전력 분배 회로(762)를 통하여 마이크로파 주파수 전력 발생기(760)에 결합될 수 있다. 발생기(760)는 또한 제어기(728)에 결합될 수 있다. 제어기(728)는 에미터들(742)로의 전력의 인가를 제어하기 위해 위상 변조 및 전력 분배 회로(762)에 결합될 수 있다. 제어기(728)는 또한 주파수 변조 신호들을 발생기(760)로 전송할 수 있다.
도 7b는 도 7a의 반사기 조립체(722)의 사시도이다. 반사기 조립체는 일 실시예에서 니켈-도금 알루미늄일 수 있다. 개구들(734)은 온도 프로브들(724)을 수용한다. 마이크로파 에미터들(742)은 반사기 조립체(722)의 반사 표면(704)으로부터 돌출한 도체들일 수 있다. 반사 표면은 반사기 조립체를 향하여 방출된 마이크로파 에너지를 기판을 향하여 지향시켜 에너지 활용을 개선한다.
어닐링 프로세스 동안, 제어기(724)는 열 에너지를 기판 지지체(750) 상에 배치된 기판에 공급하기 위해 램프 조립체(716)에 전원을 공급할 수 있다. 온도 프로브들(724)은 기판 내의 온도 증가를 나타내고, 이를 제어기(728)는 기판의 백그라운드 온도(background temperature)를 달성하기 위해 이용한다. 제어기(728)는 그 다음 에미터들(742)로부터 마이크로파 에너지를 생성하기 위해 마이크로파 발생기(760)에 전원을 공급할 수 있다. 제어기(728)는 또한 신호들을 발생기(760) 및 위상 변조기(762)에 송신함으로써 주파수 변조 및 위상 변조를 적용할 수 있다. 그 결과 균일화된 마이크로파 에너지는 결정체 구조를 개선하고 도펀트들을 활성화하기 위해 기판 표면을 통과하여 결함들 및 틈들(interstitial)을 재배열한다.
도 8은 다른 실시예에 따른 동적 어닐링 챔버(800)의 개략적 측면도이다. 챔버(800)는 이 실시예에서, 지지체(802) 상에 배치된 기판이 화살표(806)에 의해 지시된 방향으로 이동하도록 롤러들(804)에 의해 작동되는 이동 기판 지지체(802)를 갖는다. 기판은 열 에너지 에미터(810) 및 마이크로파 에너지 에미터(812)에 의해 대략적으로 정의되는 처리 구역에 진입한다. 열 에너지 에미터(810) 및 마이크로파 에너지 에미터(812) 모두는 도 8의 단면도의 평면에 수직인 선형 치수(linear dimension)를 갖는 소스들이 연장된다. 열 에너지 에미터(810)는 이동 기판 지지체(802)에 걸쳐 선형 방식으로 배열된 다수의 가열 램프들일 수 있다. 마이크로파 에너지 에미터(812)는 도 1a 및 도 1b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 이동 기판 지지체(802)에 걸쳐 연장하는 누설 동축 소스일 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 더 설명된 바와 같이, 마이크로파 에너지 에미터(812)는 마이크로파(또는 밀리미터파 또는 테라헤르츠) 주파수 발생기(814)에 결합될 수 있고, 위상 변조기(816)는 마이크로파 에너지 에미터(812)와 마이크로파 주파수 발생기(814) 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로, 및/또는 선택적으로, 주파수 변조기(미도시)는 본 명세서의 다른 곳에서 더 설명된 바와 같이 마이크로파 주파수 발생기(814)에 적용될 수 있다.
동적 어닐링 챔버(800)는 기판을 어닐링하기 위해 순차적으로 기판을 열 및 마이크로파 및 밀리미터파 에너지에 노출시킨다. 마이크로파 에너지 에미터(812)와 열 에너지 에미터(810) 사이의 거리는 2형태들의 에너지 사이의 정의된 중첩을 제공하도록 선택된다. 에미터들(810 및 812)의 세기 프로파일, 및 이동 기판 지지체(802)의 속도에 의존하여, 2개의 이미터들 사이의 거리는 열 및 마이크로파 에너지의 정밀한 중첩을 기판에 제공하도록 결정될 수 있다. 열 에미터(810)에 의해 제공되는 열 에너지는 격자의 재구성에 대한 에너지 장벽을 낮춤으로써 마이크로파 에너지의 유효성을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 에미터들 사이의 거리는 기판 표면의 온도가 약 300 ℃ 내지 약 500 ℃인 경우, 마이크로파 에미터(812)에 의해 방출된 마이크로파들의 전력 밀도가 약 1.5 W/㎠ 내지 약 2.5 W/㎠이도록 정의될 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 동적 어닐링 챔버(900)의 단면도이다. 동적 어닐링 챔버(900)는, 도 8에서와 같이, 이동 기판 지지체(802), 및 화살표(806)의 이동 방향을 따라 배열된 다수의 마이크로파 에너지 에미터들(904)을 갖는다. 도 8의 마이크로파 에너지 에미터(804)와 유사하게, 에미터들(904)의 각각은 도 9의 단면에 직각인 선형 치수를 갖고, 그래서 각 에미터(904)는 이동 기판 지지체(804)에 걸쳐 연장한다. 마이크로파 에너지 에미터들(904)의 각각은, 도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명된 바와 같이, 누설 동축 소스이고, 화살표(806)의 이송 방향으로 그리고 이동 기판 지지체에 걸쳐 연장하는 영역 위로 마이크로파들을 방출한다. 이 실시예에서, 간섭 패턴들은 이동 기판 지지체에 걸쳐 평균될 수 있고, 위상 변조기(910)를 각 에미터에 결합시킴으로써 화살표(806)의 이송 방향을 가로지를(traverse) 수 있다. 전력 분배기(908)는 마이크로파 주파수 발생기(906)로부터의 전력을 각 위상 변조기(910)를 통하여 에미터들(904)로 균등하게 분배한다. 각 변조기(910)의 위상 변조가 상이한 주파수로 변화되면, 간섭 패턴들의 일부 평균화는 화살표(806)의 이송 방향에서 실현될 수 있다. 대안적으로 에미터들(910)은 각 에미터(910) 사이의 저전력 밀도의 구역을 생성하도록 선택된 거리로 공간을 두고 떨어질 수 있고, 그래서, 이송의 방향에서 간섭이 중요하지 않다.
도 10은 다른 실시예에 따른 이온 침지 챔버(1000)의 단면도이다. 챔버(1000)는 기판 지지체(1004)가 그 안에 배치되는 내부 용적(1028)을 형성하는 인클로저(1002)를 갖는다. 기판 지지체(1004)는 진공, 전력, 또는 냉각 유체들이 그것을 통하여 기판 지지체(1004)의 기판 수용면(1044)으로 보낼 수 있는 적어도 하나의 내부 도관(1006)을 갖는다.
챔버(1000)는 처리 가스들이 그것을 통하여 챔버(1000)의 내부 용적(1028)으로부터 유동할 수 있는 2개의 재진입 도관들(1012 및 1014)을 특징으로 한다. 재진입 도관들(1012 및 1014)은 챔버(1000)의 벽(1046)에서 개구들(1018)들로 끝을 이룬다. 단일 재진입 도관, 예를 들면, 재진입 도관(1012)을 위한 개구들(1018)은 챔버(1000)의 반대 측들 상에 위치되고, 재진입 도관들(1012 및 1014)은 실질적으로 서로에 직각으로 지향된다. 따라서, 재진입 도관(1012)의 중심점과 재진입 도관(1014)의 중심점은 대략 챔버 벽(1046)의 중앙 영역 위에서 만난다.
재진입 도관들(1012 및 1014)의 각각은 재진입 도관 주변에 배치된 유도성 코어들(1020 및 1022)을 갖는다. 유도성 코어들(1020 및 1022)은 RF 소스들(1024 및 1036)에 전기적으로 결합되는 코팅들로 둘러싸인다. RF 에너지는 플라즈마를 생성하기 위해 그 안에 유동하는 가스들을 이온화하는 각 재진입 도관들(1012 및 1014) 내부에서 유도성 필드를 형성하는 각 전도성 코어에 인가된다. 플라즈마는 재진입 도관들(1012 및 1014)의 각각으로부터 챔버의 내부 용적(1028) 안으로 유동한다. 그 다음, 플라즈마의 반응성 성분들이 기판 지지체(1004) 상에 배치된 기판 상에 증착하고, 기판 안으로 주입하거나 기판을 식각한다.
챔버(1000)는, 위에서 설명된 바와 같이, 기판 상의 물질 동작뿐만 아니라 방사 동작을 수행하도록 이용될 수 있다. 마이크로파 소스(1034)는 기판 수용면(1044)에 대향하는 챔버(1000)의 벽(1046)을 따라 배치된다. 마이크로파 소스(1034)는 본 명세서에서 설명된 소스들 중 임의의 것일 수 있고, 선택적인 위상 변조기(1038)에 의해 마이크로파 주파수 발생기(1036)에 결합될 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 발생기(1036)는 또한 주파수 변조될 수 있다. 마이크로파 소스(1034)는 챔버(1000)의 처리 환경에 저항하는 물질에 의해 둘러싸이지만, 또한 마이크로파들에 투명하다. 인클로저의 물질은, 물질의 구조 강도 및 마이크로파 투명도가 실질적으로 저하되지 않고 마이크로파 흡수력이 실질적으로 프로세스 환경에 의해 개선되는 한, 프로세스 환경에 의해 변화될 수 있다. 인클로저의 물질은 또한 가끔 챔버에 인가될 수 있는 세정 화학물질을 견디도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 인클로저 물질은 실리콘, 탄소, 또는 이들의 혼합물(예를 들면, 실리콘 탄화물, 탄소-도핑된 실리콘, 탄소가 풍부한 실리콘, 실리콘-도핑된 탄소)로 이루어지는데, 이는 비정질 또는 결정질일 수 있다.
동작시, 프로세스 가스가 챔버의 벽(1046)에서 문(미도시)에 결합되는 도관(1032)을 통하여 챔버(1000) 안으로 공급된다. 프로세스 가스들은 문(1040)을 통하여 진공 소스(1042)로 배기될 수 있고, 이에 의해 챔버(1000)의 압력이 조정될 수 있다. 용량성 코어들(1020 및 1022)은 플라즈마를 형성하기 위해 RF 전력이 공급되고, 기판이 물질 동작을 수행하기 위한 시간주기 동안 플라즈마에 노출된다. 물질 동작 후, 챔버(1000)는 펌핑 다운에 의해 비워질 수 있고, 마이크로파 소스(1034)는 동력이 공급된다. 위상 변조 및/또는 주파수 변조가 기판 표면에 영향을 주는 방사의 균일성을 개선하기 위해 적용될 수 있다. 마이크로파 에너지는 기판 표면의 결정체 구조의 결함들을 교정하고, 기판을 가열하는 벌크 없이 표피 깊이에만 관통한다. 냉각은 불순물들의 확산이 최소화되는 것을 보장하기 위해 약 500 ℃ 미간으로 기판의 벌크 온도를 유지하도록 기판에 적용될 수 있다. 물질 동작은 일 실시예에서 이온 주입 동작이고, 마이크로파 에너지는 동일 챔버에서 주입된 기판을 어닐링한다.
다른 동작시, 마이크로파 소스(1034)는 챔버(1000)에서 플라즈마를 점화하기 위해 펄스화될 수 있거나, 마이크로파 소스(1034)는 기판을 어닐링하기 위해 반복 펄스 모드로 동작될 수 있다. 마이크로파 소스(1034)는 또한 챔버에서 플라즈마를 유지하기 위한 및/또는 물질 프로세스 동안 전자기 에너지를 기판 소스에 인가하기 위한 플라즈마 처리 동안 지속적으로, 또는 펄스 모드로 동작될 수 있다. 이런 전자기 에너지는 주어진 이온 밀도 및/또는 온도에서 주입 깊이를 증가시킬 수 있는데, 이는 일부 실시예들에 대하여 유용할 수 있고, 또한 주입 동안 기판을 어닐링할 수 있으며, 전체 처리 시간을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 바이어스가 기판 지지체에 배치된 메시 전극(미도시)에 의해 기판 지지체를 통하여 기판에 인가될 수 있음에 유의해야 한다. 주입 동안 마이크로파 에너지의 인가는 일부 경우들에서 주입을 수행하는데 필요한 바이어스를 감소시킬 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 수직 어닐링 챔버(1100)의 단면도이다. 수직 어닐링 챔버(1100)는 기판들을 실질적으로 수직 방향으로 어닐링하기 위해 사용될 수 있다. 인클로저(1102)는 2개의 측면들 상에 개구들을 갖는 누설 마이크로파 소스(1106)를 둘러싸고, 각 측면은 기판 처리 구역(1104 A/B)에 대향한다. 마이크로파 소스(1106)는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 마이크로파 소스(1106)의 내부(1108)에 모두 배치된 개구들을 갖는 내부 도체 및 외부 도체를 갖는 누설 동축 소스이다. 마이크로파 소스(1106)는 실질적으로 개구들을 갖는 저항성 코팅(1110)으로 코팅된다.
기판 처리 구역들(1104 A/B)의 각각은 롤러들(1116)에 의해 작동되는 컨베이어(1114)를 갖는다. 롤러들은 모터 블록(1118)에 배치된 모터에 의해 작동된다. 마이크로파 소스(1106)는 또한 모터 블록(1118)에 고정된다. 기판은 각 가이드들(1120A/B)에 의해 유지된 실질적으로 수직 방향으로 마이크로파 소스(1106)를 통과하여 이동하는 컨베이어들(1114 A/B)을 따라 이동한다. 마이크로파 소스(1106)는 마이크로파 주파수 발생기(1122)에 의해 전원이 공급되고, 선택적으로 위상 변조기(1124)에 의해 개재되며, 선택적으로 발생기(1122)에 결합된 주파수 변조기(미도시)에 의해 조정된다. 마이크로파 소스(1106)에 의해 방출된 마이크로파 에너지는 마이크로파 소스(1106)로부터 컨베이어들(1114A/B) 상에서 이동하는 기판들을 향하여 투사되고, 기판이 지나감에 따라 기판 표면을 어닐링한다.
모터 블록(1118) 및 롤러들(1116)의 메커니즘들은 모터 블록(1118) 및 컨베이어(1114)를 금속으로 코팅함으로써 마이크로파 방사로부터 보호될 수 있다. 컨베이어(1114)는 원하는 경우, 금속 포일을 그것의 외부 표면을 따라 코팅된 순응하는 물질일 수 있거나, 금속 포일의 시트가 컨베이어(1114) 안으로 내부에 통합될 수 있다. 대안적으로, 포일 메시 또는 와이어 메시가 컨베이어(1114) 안에 통합될 수 있거나, 컨베이어(1114)는 금속 입자들이 충만한 순응하는 물질일 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 수직 방사 프로세싱 챔버(1200)의 단면도이다. 각각이 챔버(1200)의 내부에 포함되는 다수의 열 및 마이크로파 에너지 소스들(1204 및 1208)을 갖는 수직 방사 프로세싱 챔버(1200)는 일반적으로 도 11의 수직 어닐링 챔버와 많은 점들에서 유사하다. 인클로저(1202)는, 챔버(1100)와 같이, 모터가 달린 컨베이어들(1222A/B)을 둘러싸고, 챔버(1200)의 중앙 부분의 방사 조립체(1240)는 2개의 기판 처리 구역들에 대향한다. 방사 조립체(1240)는 통과하는 기판들 상에 교번하는 열 및 마이크로파 프로세스들을 수행하기 위해 챔버(1200)의 길이를 따라 교번하는 열 및 마이크로파 소스들(1204 및 1208)을 포함한다. 기판은, 챔버(1100)에서와 같이, 가이드들(1224A/B)에 의해 실질적으로 수직 방향으로 유지되고, 열 및 마이크로파 소스들의 단자들(1212 및 1216)이 챔버의 상부를 통하여 각 전력 소스들(1234 및 1232)에 각각 결합된다. 전력 소스(1232)는 리드들(1226)에 의해 마이크로파 소스들(1208)에 결합된 마이크로파 주파수 전력 소스이고, 리드들은 전력 분배기(1228)를 통하여 위상 변조기(1230)에 결합된다. 마이크로파 소스들(1208)은 챔버(1100)의 소스(1106)와 같이, 양면 소스들일 수 있거나, 교번하는 구성들의 단면 소스들(즉, "A" 측을 가리키는 하나의 소스, 다음은 "B" 측을 가리키는 등)이다.
각각의 열 소스(1204)는 하우징(1206)에서 한 줄의 가열 램프들(1220)이다. 하우징(1206)은 램프들을 마이크로파 방사들로부터 보호하기 위해 금속일 수 있다. 열 소스들(1204)은 또한 원하면, "A" 측 및 "B" 측을 가리키는 가열 램프들을 갖는 양면일 수 있다. 열 소스들(1204) 및 마이크로파 소스들(1206)은 모터 블록(1210)에서 끝을 이루는데, 모터 블록은 컨베이어들(1222)을 작동하기 위한 모터를 하우징한다. 챔버(1100)와 같이, 모터 블록(1210) 및 컨베이어들(1222)은 금속, 금속 코팅, 금속 충만할 수 있거나, 마이크로파들을 견디기 위해 그것들에 통합된 금속을 갖는다.
도 13은 다른 실시예에 따른 반도체 기판들을 어닐링하는 방법(1300)을 요약하는 흐름도이다. 1302에서, 기판이 마이크로파 소스를 갖는 챔버에 배치되는데, 마이크로파 소스는 본 명세서에서 설명된 마이크로파 소스들 중 임의의 것일 수 있다. 마이크로파 소스는 1304에서 변동 전압(varying voltage)을 마이크로파 소스에 인가함으로써 전력이 공급된다. 마이크로파 소스는 펄스 마이크로파 에너지를 생성하기 위해 선택된 주파수로 반복적으로 전력이 공급된다. 각 펄스는 약 2 W/㎠와 같은 약 0.2 W/㎠ 내지 약 5 W/㎠의 에너지 밀도, 및 약 1 ㎲ 내지 약 100 ㎳의 지속기간(duration)을 가질 수 있다. 기판은 전형적으로 약 1 내지 약 100 펄스들, 예를 들면, 약 20 펄스들과 같은 펄스 특성들에 의존하여 약 1 내지 약 100,000,000 펄스들의 마이크로파 에너지에 노출된다. 일부 실시예들에서, 위상 변조가, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 한 무리의 에미터들 또는 필드 에미터 어레이의 균일성을 개선하기 위해 적용될 수 있다. 위상 변조의 주파수는 각 펄스가 균등하게 적용되도록 일반적으로 펄스 주파수보다 적어도 한 자릿수 높을 것이다.
1306에서, 마이크로파 펄스들은 기판의 노출된 표면을 어닐링하기 위해 기판을 향하여 지향된다. 각 펄스는 표면의 결정 차수(order)를 증가시키는 결정체 결함들 및 틈(interstitial)들에 운동량을 선택적으로 전달하다. 마이크로파들이 결정체를 재정렬함에 따라, 핵들을 흡수하는 농도가 감소하기 때문에 마이크로파들의 흡수성이 줄어든다. 기판이 전도성이면, 표면의 마이크로파 반사율이 증가하고, 기판이 반전도성이면, 마이크로파 투과율 및 반사율 모두 증가한다.
일부 실시예들에서, 마이크로파 반사율 또는 투과율은 마이크로파 어닐링 동작의 진행을 모니터하기 위해 감지될 수 있다. 수동 마이크로파 안테나가 반사거나 전송된 마이크로파들의 세기를 나타내는 신호를 발생시키기 위해 마이크로파 처리 챔버에 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 제어기가 어닐링 동작의 종료점을 결정하기 위해 상기 신호를 이용할 수 있다.
기판 온도는 또한 마이크로파 처리 동안 온도 상승을 검출하기 위해 모니터링될 수 있다. 고 저항율 기판들은 저 저항성 기판들보다 마이크로파들을 쉽게 흡수하고, 빨리 가열한다. 어닐링이 진행되고 기판의 저항율이 감소함에 따라, 온도 상승은 느리거나 정지한다. 온도 모니터링은 어닐링 종료점, 예를 들면, 온도 상승이 미리 결정된 비율 아래로 떨어진 경우를 검출하도록 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 기판은 열들 사이에 유휴 지속기간(idle duration)들을 갖는 2 또는 그 초과의 펄스 열들의 마이크로파 에너지에 노출될 수 있다. 유휴 지속기간들은 열이 기판의 밖으로 방사되게 하도록 그리고 부분적으로 어닐링된 결정체 매트릭스의 완화(relaxation)를 가능하게 하도록 삽입될 수 있다. 이런 완화는 입사 방사에 대한 결정 격자의 이미 어닐링된 위치들의 흡수율을 감소시킬 수 있다. 약 5 내지 약 500 펄스들의 제 1 열의 마이크로파 에너지가 인가될 수 있고, 이어서 약 1 초 내지 약 30 초의 제 1 유휴 시간이 뒤따른다. 약 5 내지 약 500 펄스들의 제 2 열의 마이크로파 에너지가 그 다음 인가될 수 있고, 이어서 약 1 초 내지 약 30 초의 제 2 유휴 시간이 뒤따른다. 어닐링 종료점에 도달하는 데에 필요한 바에 따라, 임의의 수의 펄스 열들이 기판에 인가될 수 있다.
마이크로파 에너지는 하나의 주파수보다 많이 인가될 수 있다. 상이한 마이크로파 주파수들이 상이한 유형들 및 크기들의 결함들 및 상이한 도펀트들 및 도펀트들 및 결함들의 병렬들로 결합할 것이고, 그래서, 다수의 주파수들의 마이크로파들에 의한 어닐링은 어닐링의 유효성을 개선할 수 있다. 방사 필드의 균일성은, 다수의 주파수들이 각 소스를 위상 변조하는 대신 또는 그에 더하여 상이한 주파수들을 진폭 변조함으로써 사용되는 경우, 향상될 수 있다. 상이한 주파수들의 진폭 변조는, 부분적으로 진폭 변조가 상이한 마이크로파 에너지 주파수들에 대한 상이한 주파수들에서인 경우, 상이한 에미터들을 위상 변조함으로써 생성되는 것과 유사한 방식으로 변조 간섭 패턴을 생성한다.
도 14는 다른 실시예에 따른 반도체 기판들을 어닐링하는 방법(1400)을 요약하는 흐름도이다. 1402에서, 기판이 열 에너지 소스 및 마이크로파 에너지 소스를 갖는 챔버에 배치된다. 1404에서, 백그라운드 온도로 기판 온도를 상승시키기 위해 기판이 가열 램프들의 층과 같은 열 에너지 소스로부터의 열 에너지에 노출된다. 기판의 유형 및 원하는 어닐링 동작에 의존하여, 백그라운드 온도는 약 300 ℃ 내지 약 1,100 ℃일 수 있다. 실리콘, 또는 다른 반도체, 그 위에 형성되거나 부분적으로 논리 디바이스들을 갖는 기판에 대하여, 방법(1400)은 기판을 300 ℃ 만큼 낮은 온도로 어닐링할 수 있다.
1406에서, 기판은 약 10 초 내지 약 60 초 시간 주기 동안 백그라운드 온도에서 평형시키도록 허용된다. 1408에서, 마이크로파 에너지 소스로부터의 마이크로파 방사가 챔버에 공급된다. 마이크로파 에너지 소스는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 소스들과 같은, 균일한 에너지 필드를 생성하도록 적응된 임의의 마이크로파 소스일 수 있다. 약 25 V 내지 약 200 V를 교번하는 전압이 기판 표면에서 약 2 W/㎠ 내지 약 10 W/㎠의 에너지 밀도를 갖는 마이크로파 방사를 생성하기 위해 약 600 ㎒ 내지 약 1 ㎔, 예를 들면, 약 2.45 ㎓의 주파수에서 약 100 W 내지 약 10,000 W의 전력 레벨로 마이크로파 소스에 인가된다. 기판은 인가된 전력에 의존하여 약 10 초 내지 약 2분의 시간 주기 동안 마이크로파 방사에 노출된다.
마이크로파 에너지가 중단되고, 1410에서, 기판이 다시 약 10 초 내지 약 60 초의 시간 주기 동안 백그라운드 온도에서 평형시키도록 허용된다. 열 에너지는 그 다음 1412에서 중단되고, 기판이 챔버로부터 제거된다.
마이크로파 처리 동안, 마이크로파들은 방사의 주파수 및 기판의 특성들에 의존하여 약 200 ㎚ 내지 약 100 ㎛의 표피 깊이까지 기판의 표면에 침투한다. 기판에 의해 흡수된 전력은 기판의 저항율에 비례하는데, 기판의 저항률은 결함들 및 불순물 밀도를 상승시킨다. 적외선 및 가시광과 같은 더 짧은 파장 광이 열 에너지로서 실리콘 결정체 매트릭스에 의해 흡수되지만, 더 긴 파장 마이크로파 방사는 실리콘 매트릭스에서 상당한 열 에너지를 여기시키지 않는다. 대신, 마이크로파들은 결함들과 직접 결합하고, 운동량을 결함들의 주변의 전자들 및 양자들에 전달하며, 에너지 구성들을 낮추기 위해 국부적인 재배열에 전원을 공급한다. 결합들은 풀려지고 임의의 도펀트 원자들 또는 틈들이 결정체들 안으로 활성화된다. 실리콘 기판은 따라서 약 2 W/㎠보다 작은 에너지 밀도를 갖는 마이크로파 에너지에 의해 약 500 ℃ 미만의 온도들에서 어닐링될 수 있다.
도 15는 다른 실싱예에 따른 방법(1500)을 요약한 흐름도이다. 방법(1500)은 기판의 일부를 어닐링, 결정화, 또는 재결정화하기 위해 마이크로파 에너지를 이용하여 기판을 처리하도록 사용될 수 있다. 1502에서, 기판이 마이크로파 소스를 갖는 프로세스 챔버에서 회전 기판 지지체 상에 배치된다. 마이크로파 소스는 마이크로파 방사의 균일성을 개선하기 위해 위상 변조될 수 있다. 1504에서, 마이크로파 소스는 마이크로파 주파수 전력에 의해 전원 공급되는데, 마이크로파 주파수 전력은 제 1 주파수로 위상 변조될 수 있다(즉, 마이크로파 주파수 전력의 위상은 제 1 주파수로 변화된다). 1506에서, 기판은 마이크로파 에너지에 노출되고 있는 동안 제 2 주파수로 회전된다. 1508에서, 제 1 및 제 2 주파수들이 어떤 주파수도 다른 것의 정수배가 되지 않도록 동기화된다. 분당 회전들의 제 2 주파수에 의해 나누어진 분당 사이클의 제 1 주파수는 정수가 아니고, 분당 사이클의 제 1 주파수에 의해 나누어진 분당 회전의 제 2 주파수는 정수가 아니다. 2개의 주파수들의 동기화는 기판의 특정 방향에서 간섭 패턴의 반복을 방지하고, 방사 프로세싱의 균일성을 개선한다.
다른 실시예에서, 기판은 기판을 금속으로 마스킹함으로써 설계된 패턴에 따라 마이크로파 방사에 조사될 수 있다. 임의의 금속이 기판과의 호환성, 원하면, 방사 프로세싱 후 금속 마스크를 제거하기 위한 원하는 화학물질, 비용, 또는 임의의 다른 고려사항에 따른 마스킹을 위해 선택될 수 있다. 금속은 패터닝된 금속 층을 형성하는 임의의 알려진 방법에 따른 PVD 또는 CVD에 의한 패턴에 따라 증착될 수 있다. 패터닝된 마이크로파 처리를 위하여, 금속은 마이크로파들로의 노출을 원하는 기판의 영역들로부터 제거되고, 마이크로파들로부터 보호될 영역들로부터는 제거되지 않는다. 금속 마스크는 노출되지 않은 영역들에서 입사 마이크로파들을 기판으로부터 반사시키고, 패터닝된 노출을 초래한다. 금속 마스크는 그 다음 원하면 제거될 수 있다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들이 그의 기본 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.
Claims (22)
- 반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버로서,
상기 챔버에 배치되는 열 에너지 소스;
상기 챔버에 배치되는 마이크로파 에너지 소스; 및
상기 열 에너지 소스와 상기 마이크로파 에너지 소스 사이에 배치된 기판 지지체를 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 마이크로파 에너지 소스는 누설 동축(leaky coaxial) 안테나를 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
상기 누설 동축 안테나는 실질적으로, 연결된 누설 동축 조각들의 평면 위상 어레이(planar phased array)인,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
상기 누설 동축 안테나는 곡선을 이루거나(curved) 이음매가 있는(jointed),
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
수동 안테나 또는 누설 안테나인 제 2 동축 안테나를 더 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 마이크로파 에너지 소스에 회전되게 결합되는 모터를 더 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
상기 누설 동축 안테나는 내부 도체 및 천공된(perforated) 외부 도체를 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 7 항에 있어서,
상기 천공(perforation)들은 직사각형 또는 둥근 단부들을 갖는 연장된 슬롯들이고, 각 슬롯은 축 치수(axial dimension) 및 가로 치수(transverse dimension)를 가지며, 상기 가로 치수는 상기 축 치수보다 큰,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 7 항에 있어서,
상기 천공들은 상기 누설 동축 마이크로파 소스에 의해 생성된 마이크로파 방사의 파장의 절반보다 작은 축 지수를 갖는,
반도체 기판을 프로세싱하기 위한 챔버. - 반도체 프로세싱 챔버를 위한 마이크로파 소스로서,
세로 축을 갖는 전도성 코어;
상기 전도성 코어 위의 유전체 코팅;
상기 유전체 코팅 주변의 외부 도체 ― 상기 외부 도체는 상기 세로 축을 따라 지향하는 다수의 개구들을 가짐 ―;
를 포함하는,
반도체 프로세싱 챔버를 위한 마이크로파 소스. - 제 10 항에 있어서,
상기 외부 도체 주변에 배치되는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징은 증착 및 식각에 대한 저항력이 있는 물질로 형성되는,
반도체 프로세싱 챔버를 위한 마이크로파 소스. - 반도체 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
무-플라즈마(plasma-free) 마이크로파 소스 및 열 에너지 소스를 갖는 챔버에서 기판 지지체 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
상기 열 에너지 소스를 이용하여 약 1,100℃ 또는 그 미만의 온도로 상기 기판을 급속 가열하는 단계; 및
약 2 W/㎠ 또는 그 미만의 전력 밀도를 갖는 마이크로파 에너지의 펄스를 상기 기판에 인가하는 단계를 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
다수의 마이크로파 에너지의 펄스들을 전달하는 동안, 상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 마이크로파 에너지의 펄스를 인가하는 단계는 약 1 msec 또는 그 미만의 시간 동안 수행되는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 반도체 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
챔버에 배치되는 누설 동축 마이크로파 소스를 갖는 상기 챔버에서 기판 지지체 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
상기 누설 동축 마이크로파 소스에 결합되는 마그네트론에 전력을 공급함으로써 정재파 마이크로파 에너지를 발생시키는 단계; 및
상기 누설 동축 마이크로파 소스, 상기 마그네트론, 또는 상기 챔버의 특성을 변경함으로써, 상기 정재파 마이크로파 에너지를 변경하는 단계를 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 마크네트론 주파수는 파형 발생기를 상기 마그네트론에 결합시킴으로써 변경되는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 마이크로파 에너지는 약 2 W/㎠ 보다 작은 평균 전력 밀도 및 약 5 % 보다 작은 피크 세기 편차를 갖는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 누설 동축 마이크로파 소스는 선형 소스이고, 상기 기판 및 상기 선형 소스는 상기 마이크로파 에너지를 상기 선형 소스의 세로 방향에 대하여 가로지르는 방향에서 상기 기판에 걸쳐 변형되도록 각각 이동하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 누설 동축 마이크로파 소스 또는 상기 마그네트론의 특성을 변경하는 상기 단계는 상기 마그네트론 주파수 또는 위상을 변경하는 단계를 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 반도체 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
처리 챔버에 상기 기판을 배치하는 단계;
상기 처리 챔버에서 평면 배열로 배치되는 다수의 마이크로파 방사 소스들로부터의 펄스화된 마이크로파 방사에 상기 기판을 노출시키는 단계; 및
상기 기판을 회전시키는 단계를 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 기판 회전 주파수의 정수 배가 아닌 주파수로 상기 마이크로파 방사를 위상 변조하는 단계를 더 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 기판 회전 주파수 또는 상기 위상 변조 주파수 중 어느 하나의 정수 배가 아닌 주파수로 상기 마이크로파 에너지를 펄스화하는 단계를 더 포함하는,
반도체 기판을 프로세싱하는 방법.
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