KR20140135744A - 기판의 선택적 산화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

프로세스 챔버 내에서의 금속들에 반하는 선택적 산화를 개선하기 위한 방법 및 장치가 여기에 제공된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 챔버 벽에 의해 정의되는 처리 용적을 갖는 프로세스 챔버 내에 배치된 기판의 제1 표면을 산화하는 방법은, 제1 표면을 산화하기 위해 기판을 산화 가스에 노출시키는 단계; 및 기판을 산화 가스에 노출시키면서, 하나 이상의 챔버 벽 중 적어도 하나를 능동적으로 가열하여, 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 적어도 물의 이슬점인 제1 온도까지 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

기판의 선택적 산화를 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR SELECTIVE OXIDATION OF A SUBSTRATE}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판 처리에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에서, 선택적 산화는 금속과 같은 다른 재료들의 산화는 피하면서, 실리콘 및 실리콘 산화물과 같은 소정 재료들을 표적으로 하기 위해 이용된다. 급속 열 처리(RTP)는 또한 퇴적된 막 또는 결정 격자의 특성을 변경하기 위해 반도체 디바이스의 제조에서 이용되며, 기판 표면의 어닐링, 실리사이드화(silicidation), 및 산화를 일반적으로 포함한다. 본 발명자들은 수소 및 산소를 이용한 RTP 프로세스에서의 금속들에 반하는 선택적 산화 프로세스(selective oxidation processes against metals)가 바람직하지 않게도 RTP 챔버 내의 응축(condensation) 또는 수분의 형성을 야기할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 그러한 수분이 프로세스 챔버 내에서 오염물질 입자들을 반도체 웨이퍼 상으로 이송하는 역할을 할 수 있으며, 또한 기판 상의 금속들의 바람직하지 않은 산화를 더 야기할 수 있음을 관찰하였다.
따라서, 본 발명자들은 금속들에 반하는 선택적 산화를 위한 개선된 방법 및 장치를 제공한다.
프로세스 챔버 내에서의 금속들에 반하는 선택적 산화를 개선하기 위한 방법 및 장치가 여기에 제공된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 챔버 벽에 의해 정의되는 처리 용적을 갖는 프로세스 챔버 내에 배치된 기판의 제1 표면을 산화하는 방법은, 제1 표면을 산화하기 위해 기판을 산화 가스에 노출시키는 단계; 및 기판을 산화 가스에 노출시키면서, 하나 이상의 챔버 벽 중 적어도 하나를 능동적으로 가열하여, 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 적어도 물의 이슬점인 제1 온도까지 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 챔버 벽에 의해 정의되는 처리 용적을 갖는 프로세스 챔버 내에 배치된 기판의 제1 표면을 산화하는 방법은, 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 물의 이슬점보다 높은 제1 온도까지 상승시키면서, 하나 이상의 챔버 벽을 수소(H2), 질소(N2), 또는 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제1 가스에 노출시키는 단계; 하나 이상의 챔버 벽이 제1 온도에 도달한 때 또는 도달한 후에 시작하는 제1 기간 동안 제1 표면을 선택적으로 산화하기 위해 기판을 산화 가스에 노출시키는 단계 - 하나 이상의 챔버 벽은 제1 기간 동안 제1 온도로부터 제2 온도로 온도가 증가하고, 하나 이상의 챔버 벽은 제1 기간의 나머지 동안 제1 온도보다 높게 유지됨 - ; 제1 기간 후에 산화 가스의 유동(flow)을 중단시키는 단계; 및 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 제2 온도보다 높은 제3 온도까지 상승시키면서, 하나 이상의 챔버 벽을 질소(N2)를 포함하는 제2 가스에 후속하여 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판을 열 처리하기 위한 장치는, 처리 용적을 정의하는 측벽들을 갖고, 처리 용적 내에 배치되는 기판 지지체를 갖는 챔버; 기판 지지체에 배치된 때에 기판에 열 에너지를 제공하기 위해 기판 지지체에 대향하여 배치되는 복수의 램프를 포함하는 제1 열원 - 복수의 램프의 에너지 밀도는 제곱센티미터당 약 30와트 내지 제곱센티미터 당 약 80와트임 - ; 및 측벽들에 열 에너지를 제공하기 위해 측벽들에 연결되는 제2 열원을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들이 이하에 설명된다.
위에서 간략하게 요약하고 이하에 더 상세하게 논의되는 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시할 뿐이며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 프로세스 챔버 내에서 기판을 산화하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 프로세스 챔버 내에서 기판을 산화하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 이용하기에 적합한 열 반응기의 개략적인 측단면도를 도시한다.
이해를 쉽게 하기 위해, 가능한 경우에는 도면들에 공통인 동일한 구성요소를 지칭하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 도면들이 비례에 맞춰 그려지지는 않으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 구성요소들 및 특징들은 더 이상의 언급 없이도 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
프로세스 챔버 내에서의 금속들에 반하는 선택적 산화를 개선하기 위한 방법 및 장치가 여기에 제공된다. 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 하나 이상의 챔버 벽에 의해 정의되는 처리 용적을 갖는 프로세스 챔버 내에 배치된 기판의 제1 표면을 선택적으로 산화하는 방법(100)의 흐름도를 도시하고 있다. 여기에서는 선택적 산화 프로세스와 관련하여 설명되지만, 본 발명의 방법 및 장치는 프로세스 챔버 내의 수분의 억제가 요구될 수 있는 비-선택적 산화 프로세스들 또는 다른 프로세스들에서 유용할 수 있다.
선택적 산화(예를 들어, 기판 상의 구조 또는 디바이스의 일부분들의 산화)의 요건들은 노출된 금속 또는 금속 합금들의 존재 하에서 산화 프로세스들이 수행될 필요가 있을 때 발생할 수 있다. 그러한 경우들에서, 산화 프로세스는 노출된 금속/금속 합금의 비정상적인 산화 없이 수행될 필요가 있다. 로직, DRAM, 플래시 디바이스 또는 그와 유사한 것의 경우에서의 선택적 산화에 대한 필요는 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 텅스텐(W), 텅스텐 실리사이드 질화물(WSixN), 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 카바이드(TaC), 탄탈륨 질화물(TaN), 또는 그와 유사한 것을 포함하는 게이트 전극들과 같은 금속 게이트 전극들이 존재할 때, 게이트 스택 에칭 이후의 게이트 측벽 재산화 프로세스 동안 전형적으로 발생한다. 그러나, 여기에 설명된 방법 및 장치는 선택적 산화가 요구되는 다른 프로세스들에서도 이용될 수 있다.
프로세스 챔버는 여기에 제공되는 교시에 의해 수정된 대로의 선택적 산화 프로세스를 수행하도록 구성된 임의의 유형의 프로세스 챔버일 수 있다. 수정에 적합한 프로세스 챔버들의 예는 RADIANCE®, RADIANCE® PLUS, 또는 VANTAGE® 프로세스 챔버, 또는 급속 열 처리와 같은 열 프로세스를 수행할 수 있는 임의의 다른 프로세스 챔버 중 임의의 것을 포함하며, 이들 모두는 캘리포니아주 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다. 다른 제조사들로부터 입수가능한 것들을 포함하는 다른 적절한 프로세스 챔버들도 여기에 제공된 교시에 따라 수정되고 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는 도 3과 관련하여 이하에 설명되는 프로세스 챔버와 유사할 수 있다.
방법(100)은 기판의 제1 표면을 산화하기 위해 기판의 제1 표면을 산화 가스에 노출시키는 것에 의해 블록(102)에서 일반적으로 시작한다. 제1 표면은 결정질 실리콘(예를 들어, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 스트레인드 실리콘(strained silicon), 실리콘 게르마늄, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼, 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼, SOI(silicon on insulator), 카본 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어 또는 그와 유사한 것과 같은 재료를 포함할 수 있는 기판 최상부의 비금속 함유 층이다. 일부 실시예들에서, 산화 프로세스는 선택적 산화 프로세스일 수 있고, 기판은 노출된 금속 표면을 더 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 기판의 제1 표면은 비금속일 수 있고, 기판은 금속인 노출된 제2 표면을 더 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 표면은 노출된 제2 표면을 실질적으로 산화하지 않으면서, 제1 표면을 산화하기 위해 산화 가스에 노출될 수 있다.
일부 실시예들에서, 산화 프로세스는 산소(O2), 아산화질소(N2O), 일산화질소(NO), 또는 그들의 조합을 포함하는 산화 가스를 이용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화 가스는 수소(H2)를 포함하는 추가 가스를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화 가스는 수소(H2), 및 질소(N2), 암모니아(NH3), 또는 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제1 가스를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화 가스는 산소(O2) 및 수소(H2)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 산화 가스는 적어도 85%의 수소(H2)를 포함할 수 있고, 나머지는 지배적으로, 또는 실질적으로 유일하게, 산소(O2)일 수 있다. 산화 가스는 예를 들어 기판/챔버 크기, 기판의 재료들, 산화 가스 조성, 또는 그와 유사한 것 중 하나 이상에 따라 임의의 적절한 유량(flow rate)으로 유동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화 가스는 약 10,000 내지 약 20,000 sccm 범위의 총 유량으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화 가스는 프로세스 챔버를 약 450 내지 약 530 Torr의 압력으로 유지하면서 제공되지만, 더 높은 압력 및 더 낮은 압력이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 수소 및 산소를 이용하는 산화 프로세스들이 프로세스 챔버 내에서 바람직하지 않게 수분을 생성할 수 있음을 발견하였다. 수분은 바람직하지 않게, 기판의 표면 상으로 오염물질 입자들을 이송할 수 있고, 또한 바람직하지 않게, 기판의 금속 성분들을 산화할 수 있다. 이론에 제한되는 것을 원하지 않으면서, 본 발명자들은 이러한 문제가 프로세스 챔버의 처리 용적 내에서 챔버의 벽들의 온도가 물의 이슬점보다 낮아지는 것의 결과일 수 있다고 생각한다. 본 발명자들은 종래의 산화 챔버들 내의 챔버 벽들이 산화 프로세스 동안 수동적으로 가열될 수 있더라도, 그 챔버 벽들이 프로세스 챔버 내의 수분 형성을 제거하거나 감소시킬 수 있을 정도로 충분한 온도까지 가열되지 않거나 충분히 빠른 속도로 가열되지 않는다는 것을 관찰하였다. 예를 들어, 기판에 열을 공급하기 위해 기판 위에 위치된 램프 어셈블리를 갖는 프로세스 챔버 내에서, 그것이 챔버 벽들도 간접적으로 가열할 수 있고/거나, 기판으로부터 방사되는 열이 챔버 벽들을 가열할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 이러한 간접적인 또는 수동적인 가열은 챔버 벽들의 온도를 프로세스 챔버 내의 수분 형성을 방지할 수준까지 적절하게 증가시키지 않는다는 것을 관찰하였다.
본 발명자들은 챔버 벽들을 물의 이슬점과 적어도 동일한 온도까지 능동적으로 가열하면, 프로세스 챔버 내에서의 수분 형성이 유리하게 방지될 수 있음을 발견하였다. 더욱이, 본 발명자들은 프로세스 챔버 내에서 수분의 형성을 최소화하면, 유리하게도 기판 상의 원하지 않는 금속 산화를 포함하여, 기판 상의 오염물질 입자들이 더 감소된다는 것을 발견하였다. 그러므로, 블록(104)에서, 기판을 산화 가스에 노출시키면서, 챔버 벽들의 온도를 적어도 물의 이슬점까지 증가시키기 위해, 챔버 벽들 중 적어도 하나가 능동적으로 가열된다.
여기에서 이용될 때, "능동적 가열" 또는 "능동적으로 가열한다"는, 예를 들어 열 전달 매질(heat transfer medium), 저항성 히터(resistive heaters), 복사 열 램프, 또는 그와 유사한 것을 이용하여, 챔버 벽들 내에 배치되거나 챔버 벽들에 연결된, 챔버 벽들을 둘러싸고 가열하는 히트 재킷(heat jacket) 또는 열 교환기와 같은 가열 장치를 통해 프로세스 챔버의 벽들의 온도를 상승시키기 위해 열 또는 에너지를 직접 인가하는 것을 의미한다. 유리하게도, 챔버 벽들을 능동적으로 가열하는 것은 위에서 설명된 간접 가열을 통하는 것보다 빠르게 챔버 벽들의 온도를 이슬점까지 상승시키는 것을 용이하게 한다. 챔버 벽들의 능동 가열은 잘 제어될 수 있으므로, 수동적인 방법들에 의존하여 벽들을 가열하는 것에 비해, 챔버 벽들의 능동 가열은 또한 프로세스 단계 전에 더 반복가능한 챔버 벽 온도(a more repeatable chamber wall temperature)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 챔버 벽의 온도를 나타내기 위해, 써모커플(thermocouple) 또는 다른 적절한 센서와 같은 센서(예를 들어, 312)가 제공될 수 있다. 센서가 챔버 벽의 내측 표면들의 온도에 직접 대응하는 데이터를 제공할 수 있고, 또는 센서가 챔버 벽의 외측 표면의 온도에 대응하는 데이터를 제공할 수 있으며, 그로부터 내측 챔버 벽 온도가 결정될 수 있다. 센서로부터의 온도 데이터는 (예를 들어, 피드백 루프로 구성되는) 챔버 벽들의 능동 가열에 대한 제어를 용이하게 하기 위해 제어기(예를 들어, 302)에 제공될 수 있다.
산화 가스의 유동은 프로세스가 완료될 때까지 원하는 기간 동안 지속될 수 있다. 산화 프로세스의 완료 시에, 블록(106)에 도시된 바와 같이, 기판으로의 산화 가스의 유동이 중단되고, 기판은 원하는 대로 더 처리될 수 있다.
선택적으로, 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는 기판을 산화 가스에 노출시키기 전에, 수소, 질소, 또는 아르곤과 같은 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제1 가스에 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 가스는 수소(H2)이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 산화 가스는 산소(O2)와 수소(H2)의 혼합물일 수 있고, 처음에 수소(H2)가 제1 가스로서 제공될 수 있고, 그에 후속하여 산화 가스 혼합물의 유동을 시작하기 위해 산소(O2)가 도입된다.
일부 실시예들에서, 예를 들어 가열 램프들로부터의 에너지로 기판을 조사(irradiating)하는 것에 의해 기판을 가열하면서, 제1 가스가 프로세스 챔버에 도입된다. 일부 실시예들에서, 기판에 제공되는 에너지는 산화 프로세스 동안 제공되는 에너지와 거의 동일하다. 일부 실시예들에서, 기판에 제공되는 에너지는 기판의 후면측을 향하는 고온계(pyrometer)(예를 들어, 318)가 약 700 내지 약 1000℃의 온도를 판독해내기에 충분하다. 열 에너지를 제공하면서 제1 가스를 제공하면, 챔버 벽들의 온도를 이슬점 온도보다 약 5 내지 약 10℃ 높은 제1 온도까지 신속하게 상승시키는 것이 용이해질 수 있다. 본 발명자들은 열 에너지를 제공하면서 제1 가스를 제공하면, 전형적으로 수동적인 가열로부터 보호되는, 프로세스 열원 및/또는 기판에 대하여 더 멀리 배치되어 있거나 차폐될 수 있는 슬릿 밸브 개구 또는 다른 컴포넌트들과 같은 챔버의 부분들을 가열하여, 그러한 컴포넌트들 상에서의 수분 형성을 더 감소시키는 것이 더 유리하게 용이해진다는 것을 관찰하였다. 일부 실시예들에서, 제1 가스가 제공되는 동안, 챔버 벽들이 동시에 능동적으로 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는 기판이 가열되는 동안 약 15초 동안 제1 가스에 노출되지만, 다른 기간들도 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 가스는 약 10 내지 약 20 slm의 유량 범위로 제공된다. 본 발명자들은 챔버 벽들을 능동적으로 가열하는 것과 결합하여 열 에너지를 제공하면서 제1 가스를 제공하면, 금속에 반하는 산화 프로세스의 선택성이 더 유리하게 개선된다는 것을 발견하였다.
본 발명의 방법들의 다른 변형들도 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 하나 이상의 챔버 벽에 의해 정의되는 처리 용적을 갖는 프로세스 챔버 내에 배치된 기판의 제1 표면을 선택적으로 산화하는 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 기판의 제1 표면, 기판 및 프로세스 챔버에 관한 상세는 도 1과 관련하여 위에 제공되었다.
방법(200)은 프로세스 챔버의 챔버 벽들을 수소, 질소, 또는 아르곤과 같은 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제1 가스에 노출시키는 것에 의해 블록(202)에서 시작한다. 기판의 후면측을 향하는 고온계가 약 700 내지 약 1000℃의 온도가 판독될 대까지 기판을 가열하는 동안 제1 가스가 프로세스 챔버에 도입된다. 기판을 가열하면서 제1 가스를 제공하는 것은, 챔버 벽들의 온도를 이슬점 온도보다 약 5 내지 약 10℃ 높은 제1 온도까지 상승시키는 데에 충분한 기간 동안 수행될 수 있다.
다음으로, 단계(204)에서, 기판은 제1 기간 동안 기판의 제1 표면을 선택적으로 산화하기 위해 산화 가스에 노출된다. 산화 가스는 도 1에 관련하여 위에 논의된 것과 같은 임의의 산화 가스일 수 있다. 제1 기간은 챔버 벽들이 제1 온도에 도달한 때에 시작한다. 제1 기간 동안, 챔버 벽들은 제1 온도로부터 제2 온도까지 증가한다. 챔버 벽들의 온도는 제1 기간의 나머지 동안 제1 온도보다 높게 유지된다. 선택적 산화 프로세스가 완료되고 나면, 제1 기간이 종료한다.
다음으로, 블록(206)에서, 제1 기간 이후에 프로세스 챔버에의 산화 가스의 유동이 중단되고, 블록(208)에서, 챔버 벽들은 후속하여 질소(N2), 불활성 가스, 또는 수소(H2) 중 하나 이상을 포함하는 제2 가스에 노출된다. 일부 실시예들에서, 제2 가스는 질소(N2)이다. 챔버 벽들의 온도를 제2 온도보다 높은 제3 온도까지 상승시키는 동안, 제2 가스가 도입된다. 예를 들어, 챔버 벽들의 온도는 예를 들어 기판을 향하는 램프들을 이용하여 프로세스 챔버의 처리 용적에 열을 제공하는 것에 의해 상승될 수 있다. 램프들은 산화 프로세스 동안 기판에 열을 제공하기 위해 이용되는 램프들일 수 있고, 예를 들어, 기판의 후면측을 향하는 고온계가 약 700 내지 약 1000℃의 온도가 판독될 때까지 기판을 가열하는 데에 충분할 수 있다. 본 발명자들은 상술한 산화-후(post-oxidation) 제2 가스 노출을 제공하고, 챔버 벽들을 계속하여 가열하면, 챔버 벽들 상의 수분 형성이 더 감소되고, 기판 상의 입자들이 더 감소된다는 것을 발견하였다. 추가로, 본 발명자들은 상술한 산화-후 제2 가스 노출을 제공하고, 챔버 벽들을 계속하여 가열하면, 금속들에 반하는 산화 프로세스의 선택성이 더 개선된다는 것을 발견하였다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 이용하기 위한 열 반응기의 개략적인 측단면도를 도시한다. 열 처리 챔버(300)는 램프 어셈블리(310), 처리 용적(339)을 정의하는 챔버 어셈블리(330), 및 처리 용적(339) 내에 배치되는 기판 지지체(338)를 일반적으로 포함한다.
램프 어셈블리(310)(예를 들어, 제1 열원)는 챔버 어셈블리(330) 위에 위치되고, 챔버 어셈블리(330) 상에 배치된 석영 윈도우(quartz window)(314)를 통해 처리 용적(339)에 열을 공급하도록 구성된다. 램프 어셈블리(310)는 기판 지지체(338) 상에 배치된 기판(301)에 잘 맞춰진 적외선 가열 수단(a tailored infrared heating means)을 제공하기 위한 복수의 텅스텐-할로겐 램프와 같은 프로세스 열원을 하우징(house)하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 램프는 제곱센티미터당 약 30와트 내지 제곱센티미터 당 약 80와트의 에너지 밀도를 갖는다. 하나 이상의 고온계(하나의 고온계(318)가 도시됨)가 기판(301) 아래에 배치되고 기판(301)의 후면측을 향하여, 기판의 온도에 대응하는 데이터를 제공할 수 있다. 하나 이상의 고온계로부터의 데이터는 프로세스 열원에 대한 피드백 제어를 용이하게 하기 위해, 그리고, 여기에 설명된 방법들을 용이하게 하는 데에 사용되도록, 제어기(예를 들어, 302)에 제공될 수 있다.
챔버 어셈블리(330)는 일반적으로 석영 윈도우(314)로 처리 용적(339)을 정의하는 하나 이상의 챔버 벽을 갖는 베이스 링(340) 및 최하부 벽(316)을 포함한다. 여기에서는 링이라는 용어가 이용되지만, 베이스 링(340)이 원형일 필요는 없고, 다른 형상들도 물론 고려된다. 베이스 링(340)은 처리 용적(339)에 (위에서 논의된 산화 가스, 제1 가스, 및/또는 제2 가스와 같은) 하나 이상의 프로세스 가스를 제공하기 위해 가스 소스(335)에 연결된 유입구(331)를 가질 수 있다. 베이스 링(340)에서 유입구(331)에 대향하는 측에 배치된 유출구(334)는 펌프 시스템(336)과 유체 소통되는(in fluid communication with) 배기 어셈블리(324)에 연결된다. 배기 어셈블리(324)는 유출구(334)를 통해 처리 용적(339)과 유체 소통하는 배기 용적(325)을 정의한다. 배기 용적(325)은 처리 용적(339)에 걸친 균일한 가스 유동 분포를 허용하도록 설계된다.
일부 실시예들에서, 적어도 부분적으로 챔버 벽들 내에 배치되거나 챔버 벽들에 연결된 가열 장치(예를 들어, 제2 열원)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 열 교환기(355)는 베이스 링(340) 내에 배치된 하나 이상의 도관(326)을 통해 열 교환 유체를 순환시킴으로써 챔버 벽들의 온도를 제어하기 위해 베이스 링(340)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 제1 열 교환기(355)는 적어도 60℃로 설정된다. 대안적으로, 또는 이와 함께, 히트 재킷(328)은 예를 들어 히트 재킷(328)을 통해 열 전달 유체를 유동시키는 것에 의해, 히트 재킷(328) 내에 저항성 히터 또는 히트 램프와 같은 히터 소자들을 제공하는 것에 의해, 또는 그와 유사한 것에 의해, 챔버 벽들에 열을 제공하기 위해 베이스 링(340)에 열적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 열 교환기(356)는 처리 동안 램프 어셈블리(310)를 차갑게 유지하기 위해, 열 교환 유체가 유입구(309)를 통해 램프 어셈블리(310)에 순환되는 것을 허용하도록, 램프 어셈블리(310)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 제1 열 교환기 및 제2 열 교환기는 상이한 온도들로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 열 교환기(356)는 점선(322)에 의해 나타난 바와 같이 최하부 벽(316)에도 연결될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 제1 열 교환기(355)도 점선(320)에 의해 나타난 바와 같이 최하부 벽(316)에 연결될 수 있다.
외측 챔버 벽 온도를 모니터링하고 내측 챔버 벽 온도를 결정하기 위해, 써모커플(312) 또는 다른 적절한 센서가 베이스 링(340)에 연결될 수 있다. 써모커플(312)은 열 처리 챔버(300)의 동작들을 제어할 수 있는 시스템 제어기(302)와 같은 시스템 제어기의 일부이거나 그에 연결될 수 있다.
위에서 기술된 것과 같은 프로세스 챔버(300)의 제어를 용이하게 하기 위해, 제어기(302)는 중앙 처리 유닛(CPU)(304), 메모리(306), 및 CPU(304)를 위한 지원 회로들(308)을 포함하고, 챔버(300)의 컴포넌트들의 제어를 용이하게 한다. 제어기(302)는 다양한 챔버들 및 서브프로세서들(sub-processors)을 제어하기 위해 산업용 세팅에서 이용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. CPU(304)의 메모리(306) 또는 컴퓨터 판독가능한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격의 디지털 저장소와 같은 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로들(308)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(304)에 연결된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부, 클럭 회로, 입력/출력 회로망 및 서브시스템, 및 그와 유사한 것을 포함한다. 프로세스 챔버(300) 내에서 수행되는 방법들, 또는 그것의 적어도 일부는, 소프트웨어 루틴으로서 메모리(306) 내에 저장될 수 있다. 또한, 소프트웨어 루틴은 CPU(304)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격 배치되어 있는 제2 CPU(도시되지 않음)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
이와 같이, 금속들에 반하는 선택성을 개선하기 위한 방법 및 장치가 본 명세서에 제공되었다. 본 발명의 방법 및 장치는 유리하게는 금속들에 반하는 개선된 선택적 산화를 제공할 수 있고, 프로세스 챔버 내에 형성되는 응축을 통한 기판에의 오염물질의 이송을 최소화할 수 있다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 하나 이상의 챔버 벽에 의해 정의되는 처리 용적을 갖는 프로세스 챔버 내에 배치된 기판의 제1 표면을 산화하는 방법으로서,
    상기 제1 표면을 산화하기 위해 상기 기판을 산화 가스에 노출시키는 단계; 및
    상기 기판을 상기 산화 가스에 노출시키면서, 상기 하나 이상의 챔버 벽 중 적어도 하나를 능동적으로 가열(actively heating)하여, 상기 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 적어도 물의 이슬점인 제1 온도까지 증가시키는 단계
    를 포함하는 기판 표면 산화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면을 산화하기 위해 상기 기판을 산화 가스에 노출시키는 단계는, 상기 처리 용적 내에서 수소(H2) 및 산소(O2)의 혼합물을 가열하고 반응시키는 단계를 더 포함하는, 기판 표면 산화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 상기 제1 온도까지 상승시키면서, 상기 하나 이상의 챔버 벽을 수소(H2), 질소(N2), 또는 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 제1 가스에 노출시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 온도는 상기 이슬점보다 약 5 내지 약 10℃ 높은, 기판 표면 산화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 상기 제1 온도까지 상승시키면서, 상기 기판의 후면측을 향하는(aimed) 고온계(pyrometer)로 약 700 내지 약 1000℃의 온도가 판독될 때까지 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는, 기판 표면 산화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면을 산화하기 위해 상기 기판을 산화 가스에 노출시키는 단계는,
    상기 산화 가스와 함께, 수소(H2)를 포함하거나 질소(N2), 암모니아(NH3), 또는 불활성 가스 중 적어도 하나와 함께 수소(H2)를 포함하는 추가 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계를 더 포함하는, 기판 표면 산화 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 추가 가스는 상기 산화 가스에 비해 약 4:1보다 큰 유량비(flow rate ratio)로 제공되는, 기판 표면 산화 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 표면은 비금속(non-metallic)이고, 상기 기판은 금속인 노출된 제2 표면을 더 포함하며, 상기 제1 표면을 산화하기 위해 상기 기판을 산화 가스에 노출시키는 단계는 상기 노출된 제2 표면을 실질적으로 산화하지 않는 단계를 더 포함하는, 기판 표면 산화 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표면을 산화한 후에, 상기 산화 가스의 유동을 중단하는 단계; 및
    후속하여 상기 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 상승시키는 단계
    를 더 포함하는, 기판 표면 산화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 상기 제2 온도까지 상승시키면서, 상기 하나 이상의 챔버 벽을 질소(N2)를 포함하는 제2 가스에 노출시키는 단계를 더 포함하는, 기판 표면 산화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버 벽의 온도를 상기 제2 온도까지 수동적으로 상승(passively raise)시키기 위해, 상기 기판의 후면측을 향하는 고온계로 약 700 내지 약 1000℃의 온도가 판독될 때까지 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는, 기판 표면 산화 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    능동적으로 가열되는 상기 하나 이상의 챔버 벽 아래에 배치된 상기 프로세스 챔버의 최하부 벽의 온도를 독립적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 기판 표면 산화 방법.
  12. 기판을 열 처리하기 위한 장치로서,
    처리 용적을 정의하는 측벽들을 갖고, 상기 처리 용적 내에 배치되는 기판 지지체를 갖는 챔버;
    기판이 상기 기판 지지체에 배치될 때 상기 기판에 열 에너지를 제공하기 위해 상기 기판 지지체에 대향하여 배치되는 복수의 램프를 포함하는 제1 열원 - 상기 복수의 램프의 에너지 밀도는 제곱센티미터 당 약 30와트 내지 제곱센티미터 당 약 80와트임 - ; 및
    상기 측벽들에 열 에너지를 제공하기 위해 상기 측벽들 중 적어도 하나에 연결되는 제2 열원
    을 포함하는 열 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 열원은,
    상기 측벽들을 통해, 또는 상기 측벽들에 인접하게 배치된 바디를 통해 열 교환 매질(heat exchange medium)을 유동시키기 위한 도관을 갖는 열 교환 루프; 또는
    상기 측벽들 내에, 또는 상기 측벽들에 인접하게 배치된 하나 이상의 저항성 히터(resistive heater)
    중 하나 이상을 포함하는, 열 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 램프들에 인접한 프로세스 챔버의 컴포넌트들로부터 열을 제거하기 위해 상기 램프들에 인접하게 지나가는 도관들을 갖는 열 교환 루프; 또는
    상기 제2 열원에 연결된 상기 측벽들에 독립적으로, 상기 기판 지지체 아래에 배치되는 상기 챔버의 하부의 온도를 제어하기 위해, 상기 챔버의 상기 하부를 통과하여 지나가거나 상기 챔버의 상기 하부에 인접하게 지나가는 도관들을 갖는 열 교환 루프
    중 하나 이상을 더 포함하는, 열 처리 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 챔버는,
    상기 측벽들을 포함하고, 원통형 중심 처리 용적(cylindrical center processing volume)이 되도록 상기 처리 용적을 정의하는 베이스 링(base ring);
    상기 베이스 링의 상측 단부로부터 상기 원통형 중심 처리 용적을 밀봉하기 위해 상기 베이스 링에 연결되는 최상부 벽; 및
    상기 베이스 링의 상기 측벽들의 하측 단부로부터 상기 원통형 중심 처리 용적을 밀봉하기 위해 상기 베이스 링에 연결되는 최하부 벽
    을 더 포함하고, 상기 제1 열원은 상기 최상부 벽 위에 배치되고, 상기 제2 열원은 상기 베이스 링에 연결되는, 열 처리 장치.
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