KR20160013158A - 반도체 처리 챔버를 위한 코팅된 라이너 어셈블리 - Google Patents

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KR20160013158A
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Abstract

본 명세서에 개시된 실시예들은 반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 코팅된 라이너 어셈블리들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 라이너 어셈블리는 원통형 링 형태를 갖는 라이너 바디; 및 라이너 바디 를 코팅하는 코팅 층을 포함하고, 코팅 층은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명하다. 다른 실시예에서, 기판 상에 유전체 층을 퇴적하기 위한 장치는 처리 챔버의 챔버 바디에 정의된 내부 용적을 갖는 처리 챔버; 및 처리 챔버에 배치된 라이너 어셈블리를 포함하고, 라이너 어셈블리는 원통형 링 형태를 갖는 라이너 바디; 및 라이너 바디의 외측 벽을 코팅하고, 챔버 바디를 향하는 코팅 층을 더 포함하고, 코팅 층은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명하다.

Description

반도체 처리 챔버를 위한 코팅된 라이너 어셈블리{A COATED LINER ASSEMBLY FOR A SEMICONDUCTOR PROCESSING CHAMBER}
반도체 처리를 위한 장치가 본 명세서에 개시되어 있다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 실시예들은 반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 코팅된 라이너 어셈블리에 관한 것이다.
반도체 기판들은 집적 디바이스들 및 마이크로디바이스들의 제조를 포함한 매우 다양한 애플리케이션들을 위해 처리된다. 기판들을 처리하는 한가지 방법은 기판의 상부 표면 상에 재료, 예컨대 유전체 재료 또는 전도성 재료를 퇴적하는 것을 포함한다. 에피택시는 반도체 기판들 상에 얇은 재료 층들을 형성하기 위해 반도체 처리에서 광범위하게 이용되는 퇴적 프로세스들 중 하나이다. 이러한 층들은 흔히 반도체 디바이스의 작은 피쳐들 중 일부를 정의하며, 결정질 재료들의 전기적 특성들이 요구되는 경우에 고품질의 결정 구조를 갖도록 요구될 수 있다. 기판이 배치되는 처리 챔버에 퇴적 프리커서(deposition precursor)가 통상적으로 제공된다. 다음에, 기판은 원하는 특성들을 갖는 재료 층의 성장에 알맞은 온도로 가열된다.
일반적으로, 퇴적된 막은 기판의 표면에 걸쳐 균일한 두께, 조성 및 구조를 갖는 것이 요구된다. 국지적인 기판 온도, 가스 유동 및 프리커서 농도에서의 편차로 인해, 불균일한 막 두께 및 불균일하고 반복가능하지 않은 막 특성들을 갖는 퇴적된 막이 기판 상에 형성될 수 있다. 처리 동안, 처리 챔버는 통상적으로 진공, 전형적으로는 10 Torr 미만으로 유지된다. 기판을 가열하기 위해 이용되는 열 에너지는 오염 물질의 도입을 피하기 위해 처리 챔버 외부에 위치된 가열 램프들에 의해 종종 제공된다. 기판의 온도를 측정하기 위해서 처리 챔버에서 고온계들이 이용된다. 그러나, 가열 소스들로부터의 산란된 복사 에너지로부터의 아티팩트(artifact)들로 인해 기판 온도의 정확한 측정이 어렵다.
그러므로, 퇴적 균일성 및 반복성을 개선하기 위해서, 온도 제어 및 온도 측정이 개선된 에피택시 처리 챔버, 및 이러한 챔버를 동작시키는 방법에 대한 필요성이 남아있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 코팅된 라이너 어셈블리들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 라이너 어셈블리는 원통형 링 형태를 갖는 라이너 바디; 및 라이너 바디를 코팅하는 코팅 층을 포함하고, 코팅 층은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명하다.
다른 실시예에서, 기판 상에 유전체 층을 퇴적하기 위한 장치는 처리 챔버의 챔버 바디에 정의된 내부 용적을 갖는 처리 챔버; 및 처리 챔버에 배치된 라이너 어셈블리를 포함하고, 라이너 어셈블리는 원통형 링 형태를 갖는 라이너 바디; 및 라이너 바디의 외측 벽을 코팅하고, 챔버 바디를 향하는 코팅 층을 더 포함하고, 코팅 층은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명하다.
또 다른 실시예에서, 기판 상에 유전체 층을 퇴적하기 위한 장치는 처리 챔버의 챔버 바디에 정의된 내부 용적을 갖는 처리 챔버; 및 처리 챔버에 배치된 라이너 어셈블리를 포함하고, 라이너 어셈블리는 원통형 링 형태를 갖는 라이너 바디; 및 라이너 바디의 외측 벽을 코팅하고, 챔버 바디를 향하는 코팅 층을 더 포함하고, 코팅 층은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명하고, 코팅 층은, 실리콘 탄화물, 유리질 탄소(glassy carbon), 카본 블랙(carbon black), 흑연화 카본 블랙(graphitized carbon black), 흑연, 흑색 석영(black quartz), 기포 석영(bubble quartz), 실리콘 및 흑색 착색된 슬립 코팅(black pigmented slip coating)으로부터 선택된 재료로 제조된다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 도 1의 처리 챔버에서 사용될 수 있는 라이너 어셈블리의 개략적인 상부 등축도(isometric view)를 도시한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 라이너 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 3a는 도 1의 처리 챔버에서 사용될 수 있는 다른 라이너 어셈블리의 개략적인 상부 등축도를 도시한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 라이너 어셈블리의 단면도를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 이용될 수 있다고 고려된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판 상에 재료들을 퇴적하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 이 장치는 코팅된 라이너 어셈블리를 갖는다. 코팅된 라이너 어셈블리는, 기판 온도 측정 프로세스 동안 처리 챔버 상에 배치된 고온계를 이용하여 획득된 온도 측정의 정확도를 떨어뜨릴 수 있는 간섭을 최소화하기 위해서, 인접 환경으로부터 반사되는 광의 흡수를 도울 수 있다. 일 실시예에서, 라이너 어셈블리는, 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명한 유전체 재료로 제조된 코팅 층을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 처리 챔버(100)는, 도 1에 도시된 기판(108)의 상부 표면(116)과 같은 기판의 상부 표면 상의 재료의 퇴적을 포함하여, 하나 이상의 기판을 처리하는데 사용될 수 있다. 처리 챔버(100)는 챔버 바디(101)를 포함하고, 챔버 바디는 상부 돔(128) 및 하부 돔(114)에 연결된다. 일 실시예에서, 상부 돔(128)은, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 또는 기포 석영(예를 들어, 유체 함유물(fluid inclusions)을 갖는 석영)을 포함하는 석영, 알루미나, 이트리아(yttria) 또는 사파이어를 비롯한 세라믹과 같은 재료로 제조될 수 있다. 상부 돔(128)은 코팅된 금속 또는 세라믹으로 또한 형성될 수 있다. 하부 돔(114)은 석영과 같이 광학적으로 투명한 또는 반투명한 재료로 형성될 수 있다. 하부 돔(114)은 챔버 바디(101)에 연결되거나 이 챔버 바디의 일체형 부분이다. 챔버 바디(101)는 상부 돔(128)을 지지하는 베이스 플레이트(160)를 포함할 수 있다.
복사 가열 램프들(102)의 어레이는, 다른 컴포넌트들 중에서, 처리 챔버(100) 내에 배치된 기판 지지체(107)의 후면(backside)(104)을 가열하기 위해 하부 돔(114) 아래에 배치된다. 퇴적 동안, 기판(108)은 로딩 포트(103)를 통해 처리 챔버(100) 내로 이동되어 기판 지지체(107) 상에 위치될 수 있다. 램프들(102)은, 기판(108)의 상부 표면(116) 상에 재료를 퇴적하기 위해서 처리 챔버에 공급되는 프로세스 가스들의 열 분해를 용이하게 하도록 기판(108)을 미리 결정된 온도로 가열하도록 되어 있다. 일례에서, 기판(108) 상에 퇴적된 재료는 Ⅲ족, Ⅳ족 및/또는 Ⅴ족 재료일 수 있거나, 또는 Ⅲ족, Ⅳ족 및/또는 Ⅴ족 도펀트를 포함하는 재료일 수 있다. 예를 들어, 퇴적된 재료는 갈륨 비화물, 갈륨 질화물 또는 알루미늄 갈륨 질화물 중 하나 이상일 수 있다. 램프들(102)은, 약 섭씨 300도 내지 약 섭씨 1200도, 예컨대 약 섭씨 300도 내지 약 섭씨 950도의 온도로 기판(108)을 가열하도록 되어 있을 수 있다.
램프들(102)은, 프로세스 가스가 기판(108) 위를 지나갈 때 기판을 가열하여 기판(108)의 상부 표면(116) 상에 재료를 퇴적하는 것을 용이하게 하기 위해서, 하부 돔(114)에 인접하게 그리고 하부 돔 아래에 배치된 선택적인 반사기(143)에 의해 둘러싸인 전구들(141)을 포함할 수 있다. 램프들(102)은 기판 지지체(107)의 샤프트(132) 둘레에서 증가하는 반경의 고리형 그룹들로 배열된다. 샤프트(132)는 석영으로 형성되고, 내부에 중공부 또는 공동을 포함하는데, 이는 기판(108)의 중심 부근에서의 복사 에너지의 측방향 변위(lateral displacement)를 감소시키고, 그에 따라 기판(108)의 균일한 조사(irradiation)를 용이하게 한다.
일 실시예에서, 각각의 램프(102)는 전력 분배 보드(power distribution board)(도시되지 않음)에 연결되고, 전력 분배 보드를 통하여 각각의 램프(102)에 전력이 공급된다. 램프들(102)은, 예를 들어 램프들(102) 사이에 위치된 채널들(149)에 도입되는 냉각 유체에 의해 처리 동안에 또는 처리 이후에 냉각될 수 있는 램프헤드(145) 내에 위치된다. 부분적으로는 램프헤드(145)가 하부 돔(114)에 매우 근접해 있는 것으로 인해, 램프헤드(145)는 하부 돔(114)을 전도 냉각한다. 램프헤드(145)는 램프 벽들 및 반사기들(143)의 벽들을 또한 냉각할 수 있다. 요구되는 경우에, 램프헤드들(145)은 하부 돔(114)과 접촉할 수 있다.
기판 지지체(107)는 상승된 처리 위치에 있는 것으로 도시되어 있지만, 리프트 핀들(105)이 하부 돔(114)에 접촉하는 것을 허용하기 위해서 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 처리 위치 아래에 있는 로딩 위치까지 수직으로 이동할 수 있다. 리프트 핀들(105)은 기판 지지체(107) 내의 홀들(111)을 통과하고, 기판 지지체(107)로부터 기판(108)을 상승시킨다. 다음에, 로봇(도시되지 않음)이 처리 챔버(100)에 들어가서, 기판(108)에 맞물리고, 로딩 포트(103)를 통하여 처리 챔버로부터 기판을 제거할 수 있다. 새로운 기판이 기판 지지체(107) 상에 배치되는데, 다음에 기판 지지체(107)는, 기판 지지체(107)의 정면(front side)(110)과 접촉한 상태에서, 디바이스들이 주로 형성된 상부 표면(116)을 위로 향하게 한 채로, 기판(108)을 배치하기 위해서 처리 위치까지 상승될 수 있다.
처리 챔버(100)에 배치된 기판 지지체(107)는, 처리 챔버(100)의 내부 용적을, (기판 지지체(107)의 정면(110) 위에 있는) 프로세스 가스 영역(156) 및 (기판 지지체(107) 아래에 있는) 퍼지 가스 영역(158)으로 분할한다. 기판 지지체(107)는, 처리 챔버(100) 내에서의 열 및 프로세스 가스 유동의 공간적 불균일(thermal and process gas flow spatial non-uniformities)의 영향을 최소화하고, 그에 의해 기판(108)의 균일한 처리를 용이하게 하기 위해서, 처리 동안 중앙 샤프트(132)에 의해 회전된다. 기판 지지체(107)는 중앙 샤프트(132)에 의해 지지되고, 중앙 샤프트는 기판(108)의 로딩 및 언로딩 동안에 그리고 일부 경우들에서는 처리 동안에 기판(108)을 상하 방향(134)으로 이동시킨다. 기판 지지체(107)는 낮은 열 질량(low thermal mass) 또는 낮은 열 용량(low heat capacity)을 갖는 재료로 형성될 수 있어, 기판 지지체(107)에 의해 흡수 및 방출되는 에너지가 최소화되게 한다. 기판 지지체(107)는, 램프들(102)로부터의 복사 에너지를 흡수하고 이 복사 에너지를 기판(108)에 급속하게 전도하기 위해서, 실리콘 탄화물 또는 실리콘 탄화물로 코팅된 흑연으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지체(107)는 도 1에서 램프들(102)에 의해 발생된 열 복사에 대한 기판의 중심의 노출을 용이하게 하기 위해 중앙 개구를 갖는 링으로서 도시되어 있다. 기판 지지체(107)는 기판(108)을 기판(108)의 에지로부터 지지할 수 있다. 다른 실시예에서, 기판 지지체(107)는 또한 중앙 개구가 없는 디스크형 부재일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판 지지체(107)는 또한 디스크형 또는 플래터형 기판 지지체일 수 있거나, 또는 개별 핑거로부터 연장되는 복수의 핀, 예를 들어 3개의 핀 또는 5개의 핀일 수 있다.
일 실시예에서, 상부 돔(128) 및 하부 돔(114)은 석영과 같이 광학적으로 투명한 또는 반투명한 재료로 형성된다. 상부 돔(128) 및 하부 돔(114)은 열 메모리(thermal memory)를 최소화하도록 얇다. 일 실시예에서, 상부 돔(128) 및 하부 돔(114)은 약 3㎜ 내지 약 10㎜, 예를 들어 약 4㎜의 두께를 가질 수 있다. 상부 돔(128)은, 냉각 가스와 같은 열 제어 유체를 유입구(inlet portal)(126)를 통해 열 제어 공간(136)에 도입하고, 열 제어 유체를 배출구(exit portal)(130)를 통해 빼냄으로써 열 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 제어 공간(136)을 통해 순환하는 냉각 유체는 상부 돔(128)의 내측 표면 상의 퇴적을 감소시킬 수 있다.
라이너 어셈블리(162)가 챔버 바디(101) 내에 배치될 수 있고, 베이스 플레이트(160)의 내측 둘레에 의해 둘러싸인다. 라이너 어셈블리(162)는 프로세스 저항성 재료(process-resistant material)로 형성될 수 있고, 일반적으로 챔버 바디(101)의 금속 벽들로부터 처리 용적(즉, 프로세스 가스 영역(156) 및 퍼지 가스 영역(158))을 차폐한다. 금속 벽들은 프리커서들과 반응하여, 처리 용적에서 오염을 야기시킬 수 있다. 기판(108)의 통과를 허용하기 위해서 슬릿 밸브와 같은 개구(170)가 라이너 어셈블리(162)를 통해 배치되고 로딩 포트(103)와 정렬될 수 있다. 라이너 어셈블리(162)는 단일 부분으로서 도시되어 있지만, 라이너 어셈블리(162)는 복수의 부분으로 형성될 수 있다고 고려된다. 일 실시예에서, 라이너 어셈블리(162)는 베이스 플레이트(160)를 향하는 라이너 어셈블리(162)의 외측 벽 상에 코팅된 코팅 층(302)을 가질 수 있다. 대안적으로, 코팅 층(302)은, (기판 지지체(107)의 정면(110) 위에 있는) 프로세스 가스 영역(156) 및 (기판 지지체(107) 아래에 있는) 퍼지 가스 영역(158)을 향하는 라이너 어셈블리(162)의 내측 벽 상에 코팅될 수 있는데, 이는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 아래에 추가로 설명될 것이다.
코팅 층(302)은 라이너 어셈블리(162)의 외측 둘레를 커버한다. 라이너 어셈블리(162)는, 코팅 층(302)과 함께, 라이너 어셈블리(162)를 통한 기판 이송을 허용하도록 되어 있는 컷아웃 부분(예를 들어, 라이너 어셈블리(162)에서의 개구(170) 및 코팅 층(302)에서의 개구(174))을 갖는 원통형 링의 형상을 가질 수 있다. 부가적으로, 컷아웃 부분들은 가스 포트(175, 164)로부터 제공된 가스가 라이너 어셈블리(162)를 통해 처리 챔버(100)로 유동하는 것을 허용하도록 형성될 수 있는데, 이는 아래에 더 상세하게 논의될 것이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 코팅 층(302)을 포함하는 라이너 어셈블리(162)는 로딩 포트(103) 위로 연장되지만, 로딩 포트(103) 바로 위에서 로딩 포트에 접하는 영역은 하부 돔(114)의 일부일 수 있다고 고려된다. 다른 실시예에서, 코팅 층(302)은 라이너 어셈블리(162)의 내측 반경으로부터 방사상 내측으로 연장되는 라이너 어셈블리(162)의 부분(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 복수의 세그먼트를 포함하는 부분 또는 렛지(ledge)는 불연속일 수 있다.
일 실시예에서, 라이너 어셈블리(162)는, 유리, 기포 석영(예를 들어, 유체 함유물을 갖는 석영)을 포함하는 석영, 사파이어, 불투명 석영 등과 같이 광학적으로 투명한 또는 반투명한 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 라이너 어셈블리(162)는, 재료가 부식으로부터 보호되는 경우에 알루미늄 함유 재료와 같은 금속 재료에 의해 제조될 수 있다. 라이너 어셈블리(162) 상에 배치된 코팅 층(302)은 유전체 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 코팅 층(302)은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚의 범위의 하나 이상의 광 복사 파장에서 불투명한 불투명 재료이다. 라이너 어셈블리(162)를 코팅하는 불투명 재료는, 복사가 라이너 어셈블리(162)로부터 빠져나가지 못하게 함으로써, 복사를 프로세스 가스 영역(156)으로 그리고 라이너 어셈블리(162)의 내측 둘레를 코팅하는 실시예에서는 퍼지 가스 영역(158)으로 다시 투과시키기 위해서, 복사를 처리 챔버(100) 내에 유지할 수 있다. 라이너 어셈블리(162) 상에 배치된 코팅 층(302)의 기능들 및 재료들의 선택에 관한 세부사항들은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 아래에 추가로 논의될 것이다.
본 명세서에서 재료를 설명하기 위해 이용된 "불투명"이라는 용어는 일반적으로 재료가 실질적으로 투명하거나 반투명하지 않음을 지칭한다는 점에 유의한다. 재료는, 재료를 통해 투과되는 광이 처리 챔버 내에서 열 복사와 간섭하기에(즉, 실질적으로 영향을 주기에) 충분하지 않을 때에 불투명한 것으로 볼 수 있다. 일 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 불투명 재료는 1 퍼센트 미만, 예컨대 10-2 퍼센트 미만, 예를 들어 10-4 퍼센트 미만의 투과율을 가질 수 있다.
광학적 고온계(118)가 상부 돔(128) 위의 영역에 배치될 수 있다. 광학적 고온계(118)는 기판(108)의 상부 표면(116)의 온도를 측정한다. 이러한 방식으로 기판 지지체(107)의 정면(110)으로부터 기판(108)을 가열하는 것은 다이 패턴들의 부재로 인해 보다 균일한 가열을 제공한다. 소스 복사의 반대측에 있으며 소스 복사로부터 효과적으로 차폐되는 것의 결과로서, 광학적 고온계(118)는, 램프들(102)로부터의 배경 복사가 광학적 고온계(118)에 직접적으로 도달하는 것을 최소로 하면서, 뜨거운 기판(108)으로부터의 복사만을 감지한다. 특정 실시예들에서, 복수의 고온계가 사용될 수 있으며, 상부 돔(128) 위의 다양한 위치들에 배치될 수 있다.
기판(108)으로부터 방사되거나 기판(108)에 의해 투과되는 적외광을 다시 기판(108) 상에 반사시키기 위해서 상부 돔(128) 외부에 반사기(122)가 선택적으로 배치될 수 있다. 반사된 적외광으로 인해, 적외광이 반사되지 않았다면 처리 챔버(100)를 빠져나갔을 수 있는 열을 포함함으로써 가열 효율이 개선될 것이다. 반사기(122)는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 반사기(122)는 반사기(122)를 냉각하기 위한 물과 같은 유체의 유동을 운반하기 위한 유입구(126) 및 배출구(130)를 가질 수 있다. 요구되는 경우에, 반사기 영역을 금 코팅과 같은 고반사성 코팅으로 코팅하는 것에 의해 반사 효율이 개선될 수 있다.
고온계들 또는 광 파이프들, 예컨대 사파이어 광 파이프들일 수 있는 복수의 열 복사 센서(140)가 기판(108)의 열 방출을 측정하기 위해 램프헤드(145)에 배치될 수 있다. 통상적으로, 센서들(140)은 처리 동안 기판(108)의 상이한 위치들을 관찰(viewing)(즉, 감지)하는 것을 용이하게 하기 위해 램프헤드(145)에서의 상이한 위치들에 배치된다. 광 파이프들을 사용하는 실시예들에서, 센서들(140)은 램프헤드(145) 아래에 있는 챔버 바디(101)의 부분 상에 배치될 수 있다. 기판(108)의 상이한 위치들로부터의 열 복사를 감지하는 것은, 온도 비정상(temperature anomalies) 또는 불균일이 존재하는지 여부를 판정하기 위해 기판(108)의 상이한 위치들에서의 열 에너지 양(thermal energy content), 예를 들어 온도를 비교하는 것을 용이하게 한다. 이러한 온도 불균일은 막 형성에서의 불균일, 예컨대 두께 및 조성에서의 불균일을 초래할 수 있다. 적어도 2개의 센서(140)가 사용되지만, 2개보다 많은 센서가 사용될 수 있다. 상이한 실시예들은 임의의 개수의 부가적인 센서(140)를 사용할 수 있다. 복사 가열 소스들과 기판(108)의 동일한 측들에 있는 이러한 센서들(140)은 후방 산란된 소스 복사를 보상하기 위한 정정 기술을 요구할 수 있다는 점에 유의한다.
각각의 센서(140)는 기판(108)의 한 구역(zone)을 관찰하고, 그 구역의 열 상태를 감지한다. 일부 실시예들에서, 구역이 방사상으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 기판(108)이 회전되는 실시예들에서, 센서들(140)은 기판(108)의 중심과 실질적으로 동일한 중심을 갖는 기판(108)의 중심 부분에서의 중심 구역을 관찰 또는 정의할 수 있고, 하나 이상의 구역은 중심 구역을 둘러싸며 중심 구역과 동심을 이룬다. 구역들이 동심을 이루거나 방사상으로 배향되는 것이 요구되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 구역들은 비-방사상 방식으로 기판(108)의 상이한 위치들에 배열될 수 있다.
센서들(140)은 통상적으로 램프들(102) 사이에, 예를 들어 채널들(149) 내에 배치되고, 일반적으로는 기판(108)의 상부 표면(116)에 실질적으로 수직으로 배향된다. 일부 실시예들에서, 센서들(140)은 기판(108)에 수직으로 배향되는 한편, 다른 실시예들에서, 센서들(140)은 법선으로부터 약간 벗어나서 배향될 수 있다. 법선의 약 5° 내의 배향 각도가 가장 빈번하게 이용된다.
센서들(140)은 동일한 파장 또는 스펙트럼으로 맞춰지거나, 상이한 파장들 또는 스펙트럼들로 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 처리 챔버(100)에서 사용되는 기판들은 조성적으로 균질일 수 있거나, 또는 상이한 조성들의 도메인들을 가질 수 있다. 상이한 파장들에 맞춰진 센서들(140)을 사용하면, 상이한 조성, 및 열 에너지에 대한 상이한 방출 응답들을 갖는 기판 도메인들을 모니터링하는 것이 허용될 수 있다. 일 실시예에서, 센서들(140)은 적외선 파장, 예를 들어 약 3㎛로 맞춰진다.
프로세스 가스 공급 소스(173)로부터 공급된 프로세스 가스는 베이스 플레이트(160)의 측벽에 형성된 프로세스 가스 유입 포트(175)를 통하여 프로세스 가스 영역(156)에 도입된다. 부가적인 개구들(도시되지 않음)이 라이너 어셈블리(162) 및 코팅 층(302)에 또한 형성되어, 가스가 이러한 개구들을 통해 유동하는 것을 허용할 수 있다. 프로세스 가스 유입 포트(175)는 대체로 방사상 내측 방향으로 프로세스 가스를 지향시키도록 구성된다. 막 형성 프로세스 동안, 기판 지지체(107)는, 프로세스 가스 유입 포트(175)에 인접하며 프로세스 가스 유입 포트와 대략 동일한 높이에 있는 처리 위치에 위치되어, 프로세스 가스가 기판(108)의 상부 표면(116)을 가로질러 정의된 유동 경로(169)를 따라 유동하는 것을 허용한다. 프로세스 가스는 처리 챔버(100)에서 프로세스 가스 유입 포트(175)의 반대측에 위치된 가스 유출 포트(178)를 통하여 (유동 경로(165)를 따라) 프로세스 가스 영역(156)에서 빠져나간다. 가스 유출 포트(178)를 통한 프로세스 가스의 제거는 가스 유출 포트에 연결된 진공 펌프(180)에 의해 용이하게 될 수 있다. 프로세스 가스 유입 포트(175)와 가스 유출 포트(178)가 서로에 대해 정렬되고 대략 동일한 높이에 배치되므로, 이러한 평행 배열은 기판(108)에 걸쳐 대체로 평면형의 균일한 가스 유동을 가능하게 하는 것으로 여겨진다. 기판 지지체(107)를 통한 기판(108)의 회전에 의해 추가의 방사상 균일성이 제공될 수 있다.
퍼지 가스 소스(163)로부터 공급된 퍼지 가스는 베이스 플레이트(160)의 측벽에 형성된 퍼지 가스 유입 포트(164)를 통하여 퍼지 가스 영역(158)에 도입된다. 퍼지 가스 유입 포트(164)는 프로세스 가스 유입 포트(175) 아래의 높이에 배치된다. 퍼지 가스 유입 포트(164)는 대체로 방사상 내측 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성된다. 요구되는 경우에, 퍼지 가스 유입 포트(164)는 상측 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성될 수 있다. 막 형성 프로세스 동안, 기판 지지체(107)는, 퍼지 가스가 기판 지지체(107)의 후면(104)을 가로질러 유동 경로(161)를 따라 유동하도록 하는 위치에 위치된다. 임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 퍼지 가스의 유동은, 프로세스 가스의 유동이 퍼지 가스 영역(158)에 진입하는 것을 방지 또는 실질적으로 회피하거나 퍼지 가스 영역(158)(즉, 기판 지지체(107) 아래의 영역)에 진입하는 프로세스 가스의 확산을 감소시키는 것으로 여겨진다. 퍼지 가스는 (유동 경로(166)를 따라) 퍼지 가스 영역(158)에서 빠져나가고, 처리 챔버(100)에서 퍼지 가스 유입 포트(164)의 반대측에 위치된 가스 유출 포트(178)를 통하여 프로세스 챔버 밖으로 배기된다.
유사하게, 퍼징 프로세스 동안, 기판 지지체(107)는 퍼지 가스가 기판 지지체(107)의 후면(104)을 가로질러 측방향으로 유동하는 것을 허용하도록 상승된 위치에 위치될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 가스 유입 포트 또는 유출 포트 등의 위치, 크기 또는 개수가 기판(108) 상에서의 재료의 균일한 퇴적을 더 용이하게 하도록 조정될 수 있기 때문에, 프로세스 가스 유입 포트, 퍼지 가스 유입 포트 및 가스 유출 포트가 예시의 목적으로 도시되어 있다는 것을 인식해야 한다.
처리 동안, 제어기(182)가 센서들(140)로부터 데이터를 수신하고, 그 데이터에 기초하여, 각각의 램프(102), 또는 램프들 또는 램프 구역들의 개별 그룹들에 전달되는 전력을 별개로 조정한다. 제어기(182)는 다양한 램프들(102) 또는 램프 구역들에 독립적으로 전력을 공급하는 전원(184)을 포함할 수 있다. 제어기(182)는 기판(108) 상에 원하는 온도 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있고, 센서들(140)로부터 수신된 데이터를 비교하는 것에 기초하여, 제어기(182)는 램프들 및/또는 램프 구역들에 대한 전력을 조정하여, 기판의 측방향 온도 프로파일을 나타내는 관측된(즉, 감지된) 열 데이터를 원하는 온도 프로파일에 일치시킬 수 있다. 또한, 제어기(182)는, 챔버 성능이 시간에 따라 표류하는 것을 방지하기 위해서, 하나의 기판의 열 처리를 다른 기판의 열 처리에 일치시키도록 램프들 및/또는 램프 구역들에 대한 전력을 조정할 수 있다.
도 2a는 도 1에 도시된 처리 챔버(100)에서 사용될 수 있는 라이너 어셈블리(162)의 개략적인 상부 등축도를 도시한다. 라이너 어셈블리(162)는 대체로 원통 형태를 갖는 라이너 바디(304)를 포함한다. 라이너 어셈블리(162)는 내측 벽(308) 및 외측 벽(310)을 갖는다. 도 2b의 라이너 바디(304)의 단면도에서 추가로 도시된 바와 같이, 내측 벽(308)과 외측 벽(310)은 라이너 바디(304)의 두께(250)를 정의한다. 일 실시예에서, 라이너 바디(304)의 두께(250)는 약 5㎜ 내지 약 100㎜, 예컨대 약 5㎜ 내지 약 50㎜의 범위를 갖는다. 도 2a를 다시 참조하면, 라이너 바디(304)에서 내측 벽(308)을 통해 외측 벽(310)까지 형성된 개구(174)는 처리 챔버(100) 안팎으로의 기판(108)의 통과를 허용한다. 부가적으로, 개구(174)는 베이스 플레이트(160)에 형성된 로딩 포트(103)의 개구(170)의 크기에 실질적으로 일치하는 크기를 갖는다.
라이너 바디(304)는, 내측 벽(308) 및 외측 벽(310)에 의해 연결된 최상부 표면(311) 및 저부 표면(312)을 갖는다. 라이너 어셈블리(162)의 라이너 바디(304)는, 베이스 플레이트(160) 내부로 미끄러져 들어가고 베이스 플레이트(160)가 처리 챔버(100)의 내부 반응 영역에 노출되는 것을 방지하기 위해 베이스 플레이트(160)의 치수에 맞도록 크기가 정해진 길이(315)를 갖는다. 일 실시예에서, 라이너 어셈블리(162)의 길이(315)는 약 10㎜ 내지 약 200㎜, 예컨대 약 70㎜ 내지 약 120㎜의 범위를 가질 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 코팅 층(302)은 라이너 어셈블리(162)를 통해 충돌하는 광을 흡수하기 위해 라이너 어셈블리(162)의 내측 벽(308) 상에 형성될 수 있다. 이에 반해, 라이너 어셈블리(162) 상에 코팅되도록 선택된 코팅 층(302)은, 25㎛ 내지 약 100㎛, 예컨대 약 25㎛까지의, 열 에너지를 제공하기 위한 램프들(102)에 의해 발생된 복사의 파장들인 약 200㎚ 내지 약 5000㎚의 범위에서의 하나 이상의 파장에서 불투명한 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 코팅 층(302)을 위한 불투명 재료들 중 적합한 재료들은 실리콘 탄화물, 유리질 탄소, 카본 블랙, 기포 석영(예를 들어, 유체 함유물을 갖는 석영), 흑연화 카본 블랙, 흑연, 흑색 석영, 기포 석영, 실리콘 및 흑색 착색된 슬립 코팅, 예컨대 Aremco 840 시리즈 등을 포함한다. 코팅 층(302)을 형성하도록 선택된 불투명 재료들은, CVD, PVD, 플라즈마 스프레이(plasma sprayed), 소결 딥핑(sintered dipped) 또는 페인팅(painted) 슬러리들 또는 프리커서들, 스핀 코팅 및 소결(spin-coating and sintered), 플레임 스프레이(flame spraying), 브러시 코팅(brush coating), 딥 코팅(dip coating), 롤러 코팅(roller coating), 실크 스크린 코팅(silk screen coating) 또는 임의의 다른 적합한 기술들과 같은 임의의 적합한 코팅/퇴적 기술들에 의해 라이너 어셈블리(162) 상에 코팅될 수 있다. 여기서 도시된 예시적인 실시예에서, 코팅 층(302)은 CVD 재료 상에 퇴적된 실리콘 탄화물 층이다.
라이너 어셈블리(162)를 코팅하도록 선택된 불투명 재료는 복사를 처리 챔버(100) 내에 유지하고, 복사가 프로세스 가스 영역(156) 및 퍼지 가스 영역(158)으로 다시 투과되지 못하게 할 수 있다. 코팅 층(302)을 위한 불투명 재료의 선택은 라이너 어셈블리(162)에 충돌하는 복사에 대해 높은 흡수율을 제공할 수 있고, 그에 따라 가능하게는 기판(108)에 다시 반사될 수 있는 배경 광학 잡음을 방지하며, 이로써 고온계(118)의 온도 측정의 정확도를 증가시키는 것으로 여겨진다. 일 실시예에서, 코팅 층(302)은 코팅 층(302)에 충돌하는 관심 파장 범위의, 예컨대 약 200㎚ 내지 약 5000㎚의 열 복사의 10 퍼센트 미만을 투과시킬 수 있다. 또한, 열 복사 에너지의 광 산란 또는 투과 특성들은 기판(108)으로부터의 고온계(118)의 온도 측정의 방출 및 흡수를 또한 방해할 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 코팅 층(302)을 위한 불투명 재료는 열 복사가 기판(108) 또는 고온계(118)에 다시 도달하거나 반사되는 것을 방지할 수 있다.
도 3a는 도 1에 도시된 처리 챔버(100)에서 사용될 수 있는 라이너 어셈블리(162)의 개략적인 상부 등축도를 도시한다. 라이너 어셈블리(162)는, 대체로 원통 형태를 갖는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 라이너 바디(304)와 유사한 라이너 바디(204)를 포함한다. 유사하게, 라이너 바디(204)는 내측 벽(206) 및 외측 벽(208)을 갖는다. 도 3b에 추가로 도시된 바와 같이, 내측 벽(206)과 외측 벽(208)은 라이너 바디(204)의 두께(250)를 정의한다. 일 실시예에서, 라이너 바디(204)의 두께(250)는 약 5㎜ 내지 약 100㎜, 예컨대 약 5㎜ 내지 약 50㎜의 범위를 갖는다. 도 3a를 다시 참조하면, 라이너 바디(204)는, 내측 벽(206) 및 외측 벽(208)에 의해 연결된 최상부 표면(210) 및 저부 표면(212)을 갖는다. 라이너 어셈블리(162)의 라이너 바디(204)는, 베이스 플레이트(160) 내부로 미끄러져 들어가고 베이스 플레이트(160)가 처리 챔버(100)의 내부 반응 영역에 노출되는 것을 방지하기 위해 베이스 플레이트(160)의 치수에 맞도록 크기가 정해진 길이(215)를 갖는다. 일 실시예에서, 라이너 어셈블리(162)의 길이는 약 10㎜ 내지 약 200㎜, 예컨대 약 70㎜ 내지 약 120㎜의 범위를 가질 수 있다.
라이너 바디(304)의 외측 벽(310) 상에 코팅 층(302)을 코팅하는 것 대신에, 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예에서, 라이너 어셈블리(162)에 충돌하는 광을 흡수하도록 라이너 어셈블리(162)의 내측 벽(206) 상에 코팅 층(172)이 코팅된다. 라이너 어셈블리(162) 상에 코팅되도록 선택된 코팅 층(172)은, 도 1 내지 도 2b를 참조하여 위에서 설명된 코팅 층(302)과 유사하게, 약 200㎚ 내지 약 5000㎚의 범위에서의 하나 이상의 파장에서 불투명한 재료일 수 있다. 코팅 층(172)은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예컨대 약 25㎛의 두께(252)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 코팅 층(172)을 위한 불투명 재료들 중 적합한 재료들은 실리콘 탄화물, 유리질 탄소, 카본 블랙, 흑연화 카본 블랙, 흑연, 흑색 석영, 기포 석영, 실리콘 및 흑색 착색된 슬립 코팅, 예컨대 Aremco 840 시리즈 등을 포함한다. 코팅 층(172)을 형성하도록 선택된 불투명 재료들은, CVD, PVD, 플라즈마 스프레이, 소결된 딥핑 또는 페인팅 슬러리들 또는 프리커서들, 스핀 코팅 및 소결, 플레임 스프레이, 브러시 코팅, 딥 코팅, 롤러 코팅, 실크 스크린 코팅 또는 임의의 다른 적합한 기술들과 같은 임의의 적합한 코팅/퇴적 기술들에 의해 라이너 어셈블리(162) 상에 코팅될 수 있다. 여기서 설명된 예시적인 실시예에서, 코팅 층(172)은 CVD 재료 상에 퇴적된 실리콘 탄화물 층이다.
코팅 층들(302, 172)은 라이너 어셈블리의 외측 벽 또는 내측 벽 상에 코팅될 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 라이너 바디에서의 임의의 적합한 위치들과 최상부 및 저부 표면들에 코팅될 수 있다는 점에 유의한다.
전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 반도체 처리 챔버에서 사용하기 위한 라이너 어셈블리로서,
    원통형 링 형태를 갖는 라이너 바디; 및
    상기 라이너 바디 상에 배치된 코팅 층 - 상기 코팅 층은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명함 -
    을 포함하는 라이너 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라이너 바디는 광학적으로 투명한 또는 반투명한 재료로 제조되는, 라이너 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라이너 바디는 석영으로 제조되는, 라이너 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 층은, 실리콘 탄화물, 유리질 탄소(glassy carbon), 카본 블랙(carbon black), 흑연화 카본 블랙(graphitized carbon black), 흑연, 흑색 석영(black quartz), 기포 석영(bubble quartz), 실리콘 및 흑색 착색된 슬립 코팅(black pigmented slip coating)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는, 라이너 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 층은 약 5㎛ 내지 약 100㎛의 두께를 갖는, 라이너 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 층은, CVD, PVD, 플라즈마 스프레이, 소결 딥핑(sintered dipping), 스핀 코팅 및 소결(spin-coating and sintering), 플레임 스프레이(flame spraying), 브러시 코팅(brush coating), 딥 코팅(dip coating), 롤러 코팅(roller coating) 및 실크 스크린 코팅(silk screen coating)에 의해 상기 라이너 어셈블리의 내측 벽 상에 형성되는, 라이너 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 라이너 바디는, 내측 벽 및 외측 벽에 의해 연결된 최상부 표면 및 저부 표면을 포함하는, 라이너 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코팅 층은 상기 라이너 바디의 상기 내측 벽 또는 상기 외측 벽 상에 배치되는, 라이너 어셈블리.
  9. 제1항의 라이너 어셈블리를 포함하는 에피택시 퇴적 챔버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 라이너 어셈블리는 상기 처리 챔버로부터 제거가능한, 에피택시 퇴적 챔버.
  11. 기판 상에 유전체 층을 퇴적하기 위한 장치로서.
    처리 챔버의 챔버 바디에 정의된 내부 용적을 갖는 상기 처리 챔버; 및
    상기 처리 챔버에 배치된 라이너 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 라이너 어셈블리는,
    원통형 링 형태를 갖는 라이너 바디; 및
    상기 라이너 바디의 외측 벽을 코팅하고, 상기 챔버 바디를 향하는 코팅 층 - 상기 코팅 층은 약 200㎚ 내지 약 5000㎚ 중의 하나 이상의 파장에서 불투명함 -
    을 더 포함하는, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 라이너 바디는 광학적으로 투명한 또는 반투명한 재료로 제조되는, 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 라이너 바디는 석영으로 제조되는, 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 코팅 층은, 실리콘 탄화물, 유리질 탄소, 카본 블랙, 흑연화 카본 블랙, 흑연, 흑색 석영, 기포 석영, 실리콘 및 흑색 착색된 슬립 코팅으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는, 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 라이너 어셈블리는 상기 처리 챔버로부터 제거가능한, 장치.
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