KR20160055910A - Epi 예열 링 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 프로세스 가스를 가열하기 위해 예열 링을 구비하는 프로세스 챔버에 관한 것이다. 일 실시예에서, 이러한 프로세스 챔버는, 내부 처리 영역을 정의하는 챔버 바디; 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체 - 이러한 기판 지지체는 기판을 지지하기 위한 기판 지지 표면을 구비함 -; 및 챔버 바디 내에 배치된 링 지지체 상에 위치된 예열 링 - 예열 링의 일부는, 퍼지 가스가 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 더 많이 흐르게 촉진하기 위해, 기판 지지 표면에 대해 가스 배기측을 향해 각도를 두고 하향으로 경사짐 -을 포함한다.

Description

EPI 예열 링{EPI PRE-HEAT RING}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 기판 프로세스 챔버에서 사용하기 위한 예열 링에 관한 것이다.
반도체 디바이스들의 크기의 연속적 감소는, 예를 들어, 반도체 프로세스 챔버에 전달되는 프로세스 가스들의 유동 및 온도의 보다 정확한 제어에 의존한다. 통상적으로, 교차-유동(cross-flow) 프로세스 챔버에서, 프로세스 가스는 챔버로 전달되고, 처리될 기판의 표면에 걸쳐 지향될 수 있다. 프로세스 가스의 온도는, 예를 들어, 기판 지지체를 둘러싸는 예열 링에 의해 제어될 수 있다.
도 1은 교차-유동 프로세스 챔버(100)의 도식적인 단면도를 도시한다. 프로세스 챔버(100)는 상부 돔(104), 하부 돔(106)과 챔버 측벽(108)에 의해 정의되는 처리 영역 내에 배치되는 회전형 기판 지지체(102)를 구비한다. 프로세스 가스 소스(110)로부터 공급된 프로세스 가스(들)는 프로세스 가스 유입구(114)를 통해 상부 처리 영역(112)으로 유입된다. 프로세스 가스 유입구(114)는 층류 방식(예를 들어, 유동 경로(116)에 의해 표시된 바와 같이 일반적으로 방사상으로 내향 방향)으로 프로세스 가스를 지향시키도록 구성된다. 처리 동안, 상부 처리 영역(112)에서의 프로세스 가스들의 압력보다 상대적으로 더 큰 압력으로 퍼지 가스 유입구(124)를 통해 퍼지 가스는 또한 퍼지 가스 소스(122)로부터 하부 프로세스 챔버(126) 내로 유입된다. 이러한 퍼지 가스 중 일부는 위쪽으로 흘러서 기판 지지체(102)와 예열 링(103) 사이에 스며들고 상부 처리 영역(112) 내로 흐를 것이다. 이러한 상향 퍼지 유동은 프로세스 가스가 하부 프로세스 챔버(126) 내로 흐르는 것을 방지하며, 이에 의하면, 하부 돔(106) 아래에 위치된 램프들로부터의 열 복사를 부정적으로 약화시킬 바람직하지 않은 반응 생성물들이 하부 돔(106) 상에 퇴적되는 것을 최소화한다. 프로세스 가스와 퍼지 가스는 배기구(120)에 결합된 가스 배출구(118)(프로세스 가스 유입구(114) 맞은편임)를 통해 상부 처리 영역(112)을 벗어난다.
그러나, 상부 처리 영역(112) 내로 위쪽으로 흐르는 퍼지 가스는 기판(128)의 에지 근처에서 프로세스 가스의 농도의 희석을 초래할 수 있다는 점이 관측되었다. 이러한 희석은 유동의 난류 및 추가적 저항을 형성하는 기판(128)의 에지 근처에서(영역 "A"로 표시됨) 주로 발생되는데, 프로세스 가스가 기판(128)의 표면으로 이동하기 위해서는 이러한 에지를 통해 확산하여야 한다. 따라서, 기판의 에지에서의 퇴적 효율은 악화된다. 퇴적 동안 기판을 회전시키는 것은 회전 대칭성 퇴적을 생성할 수 있지만, 막의 균일성은, 특히 기판(128)의 에지 근처에서, 희석에 의해 초래된 불량한 퇴적 효율로 인해 감소된다. 그 결과, 기판의 에지 근처에서 막 두께가 감소된다(에지 롤 오프 효과).
유동 특성들은 기판 상의 막 균일성에 직접적으로 영향을 미치기 때문에, 기판의 에지 근처에서 프로세스 가스의 희석을 감소시키거나 제거하고, 처리 동안 프로세스 가스가 프로세스 챔버의 하부 처리 영역에 들어가는 것을 방지하는 개선된 퇴적 장치가 필요하다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 프로세스 가스를 가열하기 위해 개선된 예열 링을 구비하는 프로세스 챔버에 관한 것이다. 일 실시예에서, 이러한 프로세스 챔버는, 내부 처리 영역을 정의하는 챔버 바디; 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체 - 이러한 기판 지지체는 기판을 지지하기 위한 기판 지지 표면을 구비함 -; 및 챔버 바디 내에 배치된 링 지지체 상에 위치된 예열 링 - 예열 링의 일부는, 퍼지 가스가 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 더 많이 흐르게 촉진하기 위해, 기판 지지 표면에 대해 각도를 두고, 가스 배기측을 향해 기울어짐 -을 포함한다.
다른 실시예에서는, 반도체 프로세스 챔버에 사용하기 위한 링 어셈블리가 제공된다. 이러한 링 어셈블리는 중심 개구, 내주 에지 및 외주 에지를 구비하는 환형 바디를 구비하고, 이러한 환형 바디는 제1 반원부 및 제2 반원부를 포함하며, 제2 반원부는, 퍼지 가스가 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 더 흐르게 촉진하기 위해, 제1 반원부의 상부 표면에 대해 각도를 두고, 가스 배기측을 향해 기울어진다.
또 다른 실시예에서는, 기판을 처리하기 위한 프로세스 챔버가 제공된다. 이러한 프로세스 챔버는, 프로세스 챔버 내에 배치된 회전가능 기판 지지체 - 기판 지지체는 기판을 지지하기 위한 기판 지지 표면을 구비함 -; 상대적으로 기판 지지체 아래에 배치된 하부 돔; 상대적으로 기판 지지체 위에 배치된 상부 돔 - 상부 돔은 하부 돔에 대향됨 -; 상부 돔과 하부 돔 사이에 배치된 링 바디 - 상부 돔, 링 바디 및 하부 돔은 일반적으로 프로세스 챔버의 내부 용적을 정의하고, 링 바디는 기판의 직경을 실질적으로 커버하기에 충분히 넓은 가스 유동을 제공하기 위해 적어도 하나의 선형 그룹으로 배열된 하나 이상의 가스 주입부들을 구비함 -; 및 링 바디에 결합하는 링 지지체 상에 배치된 예열 링 - 예열 링의 일부는, 퍼지 가스가 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 더 많이 흐르게 촉진하기 위해, 기판 지지 표면에 대해 각도를 두고, 가스 배기측을 향해 기울어짐 - 을 포함한다.
위에 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된, 본 개시내용의 보다 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 교차-유동 프로세스 챔버의 도식적인 단면도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 도식적인 단면도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따라 도 2의 예열 링을 대체하는데 사용될 수 있는 예열 링의 사시도를 도시한다.
도 4는 다른 실시예에 따라 도 2의 예열 링을 대체하는데 사용될 수 있는 예열 링의 평면도를 도시한다.
도 5는 또 다른 실시예에 따라 도 2의 예열 링을 대체하는데 사용될 수 있는 예열 링의 평면도를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는데 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
이하의 설명에서, 설명의 목적을 위해, 본 개시내용의 철저한 이해를 제공하기 위해서 다수의 구체적인 상세사항들이 개시된다. 일부 예들에서는, 본 개시내용을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해, 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은 상세하게 도시되지 않고 블록도 형태로 도시된다. 이 실시예들은 관련 기술분야의 통상의 기술자가 본 개시내용을 실시할 수 있게 할 정도로 충분히 상세하게 설명되고, 다른 실시예들이 이용될 수 있다는 것, 및 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않으면서 논리적, 기계적, 전기적 및 다른 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
예시적인 프로세스 챔버
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버(200)의 도식적인 단면도를 도시한다. 적합한 프로세스 챔버의 비제한적인 일례는 캘리포니아주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 RP EPI 반응기이다. 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들을 실시하는데 프로세스 챔버(200)가 이용되는 것으로 이하 설명되지만, 상이한 제조자로부터의 다른 반도체 프로세스 챔버도 본 개시내용에 설명된 실시예를 실시하는데 사용될 수 있다. 프로세스 챔버(200)는 에피택셜 퇴적 프로세스들과 같은 화학 기상 증착(CVD)을 수행하도록 적응될 수 있다. 프로세스 챔버(200)는, 챔버 바디(202), 지원 시스템들(204) 및 제어기(206)를 예시적으로 포함한다. 챔버 바디(202)는 내부 처리 영역(212)을 정의하는 상부 돔(226), 측벽(208) 및 바닥벽(210)을 구비한다. 기판을 지지하는데 사용되는 기판 지지체(214)가 내부 처리 영역(212) 내에 배치된다. 기판 지지체(214)는 지지 포스트들(216)에 의해 회전되고 지지되며, 지지 포스트들은 샤프트(220)로부터 연장된 지지 아암(arm)들(218)과 연결된다. 작동 동안, 기판 지지체(214) 상에 배치된 기판은 리프트 핀들(224)을 통해 기판 리프트 아암들(222)에 의해 상승될 수 있다. 기판 지지체(214)는, 도시된 바와 같은 디스크형 기판 지지체일 수 있거나, 또는 중심 개구가 없는 링형 기판 지지체일 수 있는데, 이러한 기판 지지체는 램프들(235)의 열 복사에 대해 기판의 노출을 용이하게 하기 위해 기판의 에지로부터 기판을 지지한다.
상부 돔(226)이 기판 지지체(214) 위에 배치되고, 하부 돔(228)이 기판 지지체(214) 아래에 배치된다. 퇴적 프로세스들은 내부 처리 영역(212) 내에서 기판 지지체(214) 상에 배치되는 기판의 상부 표면 상에서 일반적으로 발생한다.
상위 라이너(230)가 상부 돔(226) 아래에 배치되고, 중심 윈도우 부분(233)의 주변 주위에서 상부 돔(226)의 중심 윈도우 부분(233)에 맞물리는 주변 플랜지(231) 또는 베이스 링(229)과 같은, 챔버 컴포넌트들 상으로의 원하지 않는 퇴적을 방지하도록 적응된다. 상위 라이너(230)는 예열 링(232)에 인접하여 위치된다. 예열 링(232)은 기판 지지체(214)가 처리 위치에 있는 동안 기판 지지체(214)의 주변 주위에 배치되도록 구성된다. 예열 링(232)의 복사 폭은, 예열 구역 위에 흐르는 프로세스 가스들에 대한 예열 구역을 제공하면서 램프들(235)로부터 기판의 디바이스 측으로 열/광 노이즈의 누설을 방지하거나 최소로 하기 위한 정도로 기판 지지체(214)와 링 지지체(234) 사이에서 연장된다. 예열 링(232)은 예열 링(232)을 지지하고 위치시키는 링 지지체(234) 상에 제거가능하게 배치되어, 프로세스 가스는 기판 지지체(214)의 상부 표면에 걸쳐 층류 방식(예를 들어, 유동 경로(270)에 의해 표시된 바와 같이 일반적으로 방사상으로 내향 방향)으로 내부 처리 영역(212) 내로 흐른다. 링 지지체(234)는 프로세스 챔버 내에 배치되는 라이너일 수 있다.
예열 링(232)은 (램프들(235)과 같은) 램프로부터 에너지를 흡수하기 적합한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예열 링(232)은 석영, 탄화 규소(SiCy), 탄화 규소(SiCy)로 코팅된 흑연, 불투명한 석영, 코팅된 석영, 또는 프로세스 가스들에 의한 화학적 분해에 내성이 있는 임의의 유사한, 적합한 재료로 이루어질 수 있으며, 여기서 y는 알려진 탄화 규소 성분들을 나타낸다. 일 실시예에서, 예열 링(232)은 탄화 규소로 코팅된 흑연을 함유한다.
베이스 링(229)은 프로세스 챔버(200)의 내부 주변 내에 맞도록 크기가 조절된 링 바디를 구비할 수 있다. 이러한 링 바디는 일반적으로 원형 형상을 구비할 수 있다. 베이스 링(229)의 내부 주변은 링 지지체(234)를 수용하도록 구성된다. 일 례에서, 이러한 링 지지체(234)는 베이스 링(229)의 내부 주변 내에 놓이거나 또는 이에 의해 둘러싸이도록 크기가 조절된다. 예열 링(232) 또는 베이스 링(229)과 같은, 프로세스 챔버의 특정 컴포넌트들을 설명하는데 "링(ring)"이라는 용어가 사용되지만, 이러한 컴포넌트들의 형상이 원형일 필요는 없으며, 이에 한정되는 것은 아니지만 직사각형들, 다각형들, 타원형들 등을 포함하는 임의의 형상을 포함할 수 있는 것으로 의도된다.
프로세스 챔버(200)는 램프들(235)과 같은 복수의 가열 소스들을 포함하며, 가열 소스들은 프로세스 챔버(200) 내에 위치된 컴포넌트들에게 열 에너지를 제공하도록 적응된다. 예를 들어, 램프들(235)은 열 에너지를 기판과 예열 링(232)에게 제공하도록 적응될 수 있으며, 그 결과 기판 상으로의 프로세스 가스들의 열 분해는 기판 상에 하나 이상의 층들을 형성하게 된다. 일부 실시예들에서는, 복사 가열 램프들(235)의 어레이가 상부 돔(226) 위에 대안적으로 또는 추가적으로 배치될 수 있다. 하부 돔(228)은 하부 돔을 통한 열 복사의 통과를 용이하게 하도록 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료로 형성될 수 있다. 작동 동안 예열 링(232)의 온도는 약 섭씨 100도 내지 약 섭씨 800도일 수 있다. 처리 동안, 기판 지지체(214)는 섭씨 1000도까지 가열될 수 있고, 예열 링(232)은 약 섭씨 650-750도까지 가열될 수 있다. 베이스 링(229)을 통해 형성된 프로세스 가스 유입구(240)를 통해 프로세스 챔버(200) 내로 프로세스 가스들이 흐름에 따라 가열된 예열 링(232)은 프로세스 가스들을 활성화한다. 프로세스 가스들은 프로세스 가스 유입구(240)에 대향하여 배치된 프로세스 가스 배출구(242)를 통해 프로세스 챔버(200)를 벗어난다. 프로세스 가스 유입구(240), 기판 지지체(214) 및 프로세스 가스 배출구(242)는 처리 동안 거의 동일한 높이(elevation)에 있으므로, 프로세스 가스들은 프로세스 가스 배출구(242)까지 대체로 평면적인, 층류 방식으로 기판(도시되지 않음)의 상부 표면을 건너 유동 경로(270)를 따라 흐르게 된다. 기판 지지체(214)를 통한 기판의 회전에 의해 추가적인 방사상 균일성이 제공될 수 있다.
하나의 프로세스 가스 유입구(240)가 도시되지만, 프로세스 가스 유입구(240)는 2개 이상의 개별 가스 유동들을 전달하기 위해 2개 이상의 가스 유입구들을 포함할 수 있다. 프로세스 가스 유입구(240)는 속도, 밀도 또는 조성과 같은 다양한 파라미터들을 갖는 개별 가스 유동들을 제공하도록 구성될 수 있다. 다수의 프로세스 가스 유입구들이 적응된 일 실시예에서는, 기판의 직경을 실질적으로 커버하기에 충분히 넓은 가스 유동을 제공하기 위해 실질적인 선형 배열로 베이스 링(229)의 일부를 따라 프로세스 가스 유입구(240)가 분포될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 가스 유입구들(240)은, 기판의 직경에 대체로 대응하는 가스 유동을 제공하기 위해 가능한 한 적어도 하나의 선형 그룹으로 배열될 수 있다.
프로세스 챔버(200)는 베이스 링(229)을 통해 형성된 퍼지 가스 유입구(250)를 포함할 수 있다. 퍼지 가스 유입구(250)는 프로세스 가스 유입구(240) 아래의 높이에 배치될 수 있다. 일례에서, 예열 링(232)은 프로세스 가스 유입구(240)와 퍼지 가스 유입구(250) 사이에 배치된다. 퍼지 가스 유입구(250)는 프로세스 챔버(200)의 상부 부분(즉, 기판 지지체(214) 위의 처리 영역)에서의 프로세스 가스들의 압력보다 더 높은 압력에서 프로세스 챔버(200)의 하부 부분(254)(즉, 기판 지지체(214) 아래의 처리 영역) 내로 퍼지 가스 소스(252)로부터 수소와 같은 비활성 퍼지 가스의 유동을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 퍼지 가스 유입구(250)는 대체로 방사상으로 내향 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성된다. 막 퇴적 프로세스 동안, 기판 지지체(214)는, 퍼지 가스가 층류 방식으로 기판 지지체(214)의 후면을 거쳐 유동 경로(272)를 따라 하방으로 그리고 주변으로 흐르도록 하는 위치에 위치될 수 있다. 이러한 퍼지 가스의 유동은 프로세스 가스의 유동이 하부 부분(254) 내로 진입하는 것을 방지하거나 실질적으로 회피하고, 또는 하부 부분(254)에 진입하는 프로세스 가스의 확산을 감소시키는 것으로 판단된다. 퍼지 가스는 하부 부분(254)을 벗어나서, 퍼지 가스 유입구(250)의 대향 측에 위치된 프로세스 가스 배출구(242)를 통해 프로세스 챔버(200) 외부로 배기된다.
지원 시스템(204)은 프로세스 챔버(200)에서의 막들의 성장과 같은 미리 결정된 프로세스들을 실행하고 모니터링하는데 사용되는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 지원 시스템(204)은 가스 패널들, 가스 분배 도관들, 진공 및 배기 서브시스템들, 전원들, 및 프로세스 제어 도구들 중 하나 이상을 포함한다. 제어기(206)는 지원 시스템(204)에 결합되고, 프로세스 챔버(200) 및 지원 시스템(204)을 제어하도록 적응된다. 제어기(206)는 중앙 처리 유닛(CPU), 메모리 및 지원 회로들을 포함한다. 제어기(206)에 상주하는 명령어들은 프로세스 챔버(200)의 작동 또는 그 안에서의 하나 이상의 막 퇴적 프로세스들을 제어하도록 실행될 수 있다.
예시적인 예열 링
도 3은 일 실시예에 따라 도 2의 예열 링(232)을 대체하는데 사용될 수 있는 예열 링(300)의 사시도를 도시한다. 예열 링(300)은 도 2의 기판 지지체(214)와 같은 기판 지지체(302)의 주변 주위에 배치되도록 크기가 조절된 중심 개구를 구비한다. 직사각형들, 다각형들, 타원형들 등을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 임의의 다른 형상도 고려되지만, 예열 링(300)은 예열 링(300)의 상단으로부터 볼 때 둥근 형상을 일반적으로 구비한다. 예열 링(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 링 지지체(234)와 같은 링 지지체(도시되지 않음)에 의해 지지되는 환형 바디를 구비한다. 예열 링(300)은 내주 에지(330), 외주 에지(332), 상부 표면(334) 및 상부 표면(334)에 대향하는 바닥 표면(336)을 포함한다. 예열 링(300)은 약 0.1 ㎜ 내지 약 0.8 ㎜ 범위일 수 있는, 예를 들어, 약 0.3 ㎜일 수 있는 미리 결정된 간극 "B"만큼 기판 지지체(302)로부터 분리되도록 위치된다. 더 크거나 더 작은 간극 "B"가 기판 지지체(302)의 회전을 허용하고, 프로세스 가스들에 대한 희석 효과가 제거되거나 최소화되면서 퍼지 가스가 예열 링(300)과 기판 지지체(302) 사이에 스며나오는 것을 허용하는 한, 예열 링(300)은 그러한 간극 "B"를 구비할 수 있다.
예열 링(300)은 제1 반원부(304), 및 제1 반원부(304)와 실질적으로 동일한 제2 반원부(306)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 반원부(304) 및 제2 반원부(306)는 예열 링(300)의 직경 방향으로 중심점(312)을 관통하는 중심축 "X"에 대해 서로 실질적으로 대칭적이다. 제1 및 제2 반원부들(304, 306)은 단일의 일체형 바디, 또는 일체형 부품으로 용접되는 2개의 분리된 부품들로 형성될 수 있다. 제1 반원부(304)는 프로세스 가스 유입구, 예를 들어, 도 2의 프로세스 가스 유입구(240)가 위치되는 가스 주입측에 근접하여 위치될 수 있다. 제2 반원부(306)는 프로세스 가스 배출구, 예를 들어, 도 2의 프로세스 가스 배출구(242)가 위치되는 가스 배기측에 근접하여 위치될 수 있다.
제1 반원부(304)는 실질적으로 평평한 상부 표면, 및 평평한 상부 표면에 대향하고 이에 평행한 실질적으로 평평한 바닥 표면을 구비할 수 있다. 제2 반원부(306)는 실질적으로 평평한 상부 표면, 및 평평한 상부 표면에 대향하고 이에 평행한 실질적으로 평평한 바닥 표면을 구비할 수 있다. 도 3에 도시된 일 실시예에서, 제2 반원부(306)는 가스 주입측으로부터 멀리 그리고 가스 배기측을 향하여 하향으로 대체로 경사진다. 구체적으로, 제2 반원부(306)는 기판 지지 표면(308)을 정의하는 기판 지지체(302)의 수평 평면에 대해, 또는 기판 지지 표면(308)에 대체로 평행한 제1 반원부(306)의 상부 표면에 대해 미리 결정된 각도 "θ"만큼 가스 배기측을 향하여 하향으로 기울어져 있다. 미리 결정된 각도 "θ"는 약 1°와 약 15°사이에서, 예컨대 약 1° 내지 약 3°, 약 3°내지 약 5°, 약 5° 내지 약 7°, 약 7° 내지 약 9°, 약 9° 내지 약 11°, 약 11° 내지 약 13°, 및 약 13° 내지 약 15°로 변할 수 있다. 일례에서, 미리 결정된 각도 "θ"는 약 2° 내지 약 6°, 예를 들어 약 3°이다. 제2 반원부(306)가 약 3°의 각도로 하향으로 경사짐으로 인해 가스 배기측 상의 기판 지지체(302)의 종단(far end)에서 기판 지지 표면(308)과 제2 반원부(306) 사이에서 측정되는, 약 5 mm 내지 약 15 mm의 간극 높이 "D"가 일반적으로 초래된다. 예열 링(300)과 기판 지지체(302) 사이의 간극 "B"는, 가스 주입측 상의 프로세스 가스들에 대한 희석 효과를 최소화 하도록 작게 유지되어야 하는 한편, 기판 지지체를 상하로 이동시킬 때 제2 반원부(306)의 하부 부분이 기판 지지체(302) 상에 배치된 기판과 간섭되지 않도록 충분히 크게 유지되어야 한다는 점에 유의한다.
예열 링(300)을 지지하는데 사용되는 도 2의 링 지지체(234)와 같은, 링 지지체는 예열 링(300)의 상이한 높이들을 수용하도록 그에 적절하게 수정될 수 있다는 점이 이해된다. 즉, 가스 배기측에서의 링 지지체의 높이는 예열 링(300)의 제2 반원부(306)의 경사진 각도를 수용하기 위해 가스 주입측에서의 링 지지체의 높이보다 상대적으로 낮아지게 조절된다. 가스 배기측에서의 링 지지체의 감소된 높이는 도 3에 도시된 간극 높이 "D"에 일반적으로 대응할 수 있다. 링 지지체는 링 지지체의 프로필이 적어도 예열 링(300)의 제2 반원부(306)의 경사진 표면(310)을 대략 따르도록 수정될 수 있다.
가스 배기측을 향해 하향으로 경사진 부분(즉, 제2 반원부(306))을 구비하는 예열 링(300)은 기판의 에지 근처에서 프로세스 가스들의 희석 효과를 감소시키는 것으로 판단되는데, 그 이유는 제2 반원부(306)와 기판 지지 표면(308) 사이의 증가된 간극 높이 "D"가 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 더 많은 퍼지 가스가 흐르는 것을 허용하기 때문이다. 따라서, 가스 주입측 상에서 나오는 퍼지 가스는 감소되며, 그로 인해 기판의 에지 근처에서 퍼지 가스에 의해 생성되는 교란 및/또는 유동 저항 층이 제거되거나 최소화된다. 그 결과, 본 개시내용의 배경기술에서 논의된 바와 같은 퇴적 동안의 에지 롤 오프 효과가 감소된다.
또한, 예열 링(300)의 제2 반원부(306)의 경사진 각도는 예열 링(300)이 프로세스 동안 회전하는 것을 방지하는데, 그 이유는 예열 링(300)의 제2 반원부(306)의 경사진 표면(310)이 링 지지체의 상부 표면에 대해 자체 잠김형(self-locking)이기 때문이다. 따라서, 예열 링(300)은, 종래의 경사지지 않은 예열 링(즉, 예열 링이 예열 링의 직경 방향을 따라 완전히 평평함)의 경우 프로세스 동안 부근에서 기판 지지체가 회전함으로 인해 존재하였을 측방향 오정렬 또는 시프트 문제(및 이에 따른 막 두께의 불균일성)을 갖지 않는다. 필요하다면, 링 지지체의 상부 표면은 프로세스 동안 예열 링(300)의 측방향 이동을 더욱 제약하도록 예열 링(300) 상에 형성되는 (돌출부들 또는 범프들과 같은) 대응 상승부들을 수용하도록 구성되는 2개 이상의 포켓들 또는 리세스들을 제공할 수 있다.
예열 링(300)은 석영, 탄화 규소(SiCy), 탄화 규소(SiCy)로 코팅된 흑연, 불투명한 석영, 코팅된 석영, 또는 프로세스 가스들에 의한 화학적 분해에 내성이 있는 임의의 유사한, 적합한 재료로 이루어질 수 있으며, 여기서 y는 알려진 탄화 규소 성분들을 나타낸다. 일 실시예에서, 예열 링(300)은 탄화 규소로 코팅된 흑연을 함유한다.
예열 링(300)은 서로 대칭적으로 구성되는 제1 및 제2 반원부들(304, 306)을 구비하는 것으로 본 명세서에서 논의되지만, 예열 링(300)은 기판의 에지 근처에서 프로세스 가스들의 희석 효과를 조작하고 퇴적 균일성을 향상시키기 위해 더 많거나 더 적은 비율의 경사 부분들을 구비할 수 있다. 가스 배기측을 향하여 경사진 부분의 비율이 더 많으면 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 더 많은 퍼지 가스가 흐르는 것이 허용된다. 도 4는 다른 실시예에 따라 도 2의 예열 링(232)을 대체하는데 사용될 수 있는 예열 링(400)의 평면도를 도시한다. 도 4는 예열 링(400)이 예열 링(400)의 다양한 지점들에서, 예를 들어, 가스 주입측 상에서의 예열 링(400)의 종단 "F"로부터 거리 "D1"에 있는 제1 지점(402)에서, 하향으로 경사지기 시작하는 경사 부분을 가질 수 있음을 보여준다. 제1 지점(402)은 직경 방향으로 예열 링(400)을 관통하는 지점이다.
300 ㎜ 기판들을 처리하도록 설계되거나 구성된 프로세스 챔버에 대해, 예열 링(400)은 약 320 ㎜ 내지 약 360 ㎜, 예를 들어, 약 340 ㎜의 외부 직경과, 약 5 ㎜ 내지 약 30 ㎜의 반경 폭을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 거리 "D1"은 약 30 ㎜ 내지 약 60 ㎜일 수 있는데, 이는 예열 링(400)의 약 80% 내지 약 90%가 예열 링(400)의 직경 방향으로 가스 배기측을 향하여 하향으로 경사지는 것에 대략 대응한다. 유사하게, 일부 실시예들에서 예열 링(400)은 가스 주입측 상에서의 예열 링(400)의 종단 "F"로부터 거리 "D2"에 있는 제2 지점(404)에서 하향으로 경사지기 시작하는 경사 부분을 구비할 수 있다. 제2 지점(404)은 직경 방향으로 예열 링(400)을 관통하는 지점이다. 거리 "D2"는 약 90 ㎜ 내지 약 120 ㎜일 수 있으며, 이는 예열 링(400)의 약 65% 내지 약 75%가 예열 링(400)의 직경 방향으로 가스 배기측을 향하여 하향으로 경사지는 것에 대응한다. 유사하게, 일부 실시예들에서 예열 링(400)은 가스 주입측 상에서의 예열 링(400)의 종단 "F"로부터 거리 "D3"에 있는 제3 지점(406)에서 하향으로 경사지기 시작하는 경사 부분을 구비할 수 있다. 제3 지점(406)은 직경 방향으로 예열 링(400)을 관통하는 지점이다. 거리 "D3"는 약 190 ㎜ 내지 약 220 ㎜일 수 있으며, 이는 예열 링(400)의 약 35% 내지 약 45%가 예열 링(400)의 직경 방향으로 가스 배기측을 향하여 하향으로 경사지는 것에 대응한다. 유사하게, 일부 실시예들에서 예열 링(400)은 가스 주입측 상에서의 예열 링(400)의 종단 "F"로부터 거리 "D4"에 있는 제4 지점(408)에서 하향으로 경사지기 시작하는 경사 부분을 구비할 수 있다. 제4 지점(408)은 직경 방향으로 예열 링(400)을 관통하는 지점이다. 거리 "D4"는 약 230 ㎜ 내지 약 260 ㎜일 수 있으며, 이는 예열 링(400)의 약 25% 내지 약 35%가 예열 링(400)의 직경 방향으로 가스 배기측을 향하여 하향으로 경사지는 것에 대응한다. 이러한 실시예들 중 임의의 것에서, 경사 부분은 기판 지지 표면을 정의하는 수평 평면에 대하여 약 1° 내지 약 15°, 예를 들어, 약 3° 내지 약 6°의 미리 결정된 각도 "θ"를 이루고 있다.
도 5는 다른 실시예에 따라 도 2의 예열 링(232)을 대체하는데 사용될 수 있는 예열 링(500)의 평면도를 도시한다. 예열 링(500)은 제2 반원부(306)가 제거된다는 점 외에는 도 3에 도시된 예열 링(300)과 유사하다. 환언하면, 예열 링(500)은 예열 링(500)의 상단으로부터 볼 때 단일의 반원 부품이다. 예열 링(500)은 약 0.1 ㎜ 내지 약 0.8 ㎜ 범위일 수 있는, 예를 들어, 약 0.3 ㎜일 수 있는 미리 결정된 간극 "G"만큼 기판 지지체(502)로부터 분리되도록 위치된다. 더 크거나 더 작은 간극 "G"가 기판 지지체(502)의 회전을 허용하고, 프로세스 가스들에 대한 희석 효과가 제거되거나 최소화되면서 퍼지 가스가 예열 링(500)과 기판 지지체(502) 사이에 스며나오는 것을 허용하는 한, 예열 링(500)은 그러한 간극 "G"를 구비할 수 있다.
예열 링(500)은 도 2의 기판 지지체(214)와 같은 기판 지지체(502)의 주변을 부분적으로 둘러싸도록 크기가 조절된다. 일 실시예에서, 예열 링(500)은 가스 주입측 상의 기판 지지체(502)만을 둘러쌀 수 있는데, 그 이유는 프로세스 가스들의 가열이 가스 주입측에서 주로 필요하기 때문이다. 도 5에 도시된 일 실시예에서, 단일의 반원 부품으로 형성된 예열 링(500)은 가스 주입측 상의 기판 지지체(502)의 주변의 약 50%를 둘러싸도록 구성된다. 예열 링(500)이 가스 주입측 상의 기판 지지체(502)의 주변 약 1/2을 주로 둘러싸는 결과로서, 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 더 많은 퍼지 가스들이 흐를 것이다. 따라서, 가스 주입측 상에서 나오는 퍼지 가스가 감소되고, 그로 인해 기판의 에지 근처에서 퍼지 가스에 의해 생성되는 교란 및/또는 유동 저항층이 제거되거나 최소화된다. 그 결과, 본 개시내용의 배경기술에서 논의된 바와 같은 퇴적 동안의 에지 롤 오프 효과가 감소된다.
일부 실시예들에서, 단일의 반원 부품으로 형성된 예열 링(500)은 가스 주입측 상의 기판 지지체(502)의 주변의 더 많거나 더 적은 비율을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 예열 링(500)은, 기판 지지체(502)의 주변의 약 15% 내지 약 95%, 예컨대 기판 지지체(502)의 주변의 약 20% 내지 약 30%, 약 30% 내지 약 40%, 약 40% 내지 약 50%, 약 50% 내지 약 60%, 약 60% 내지 약 70%, 약 70% 내지 약 80%, 약 80% 내지 약 90%를 둘러쌀 수 있고, 가스 주입측은 가스 주입측 상의 프로세스 가스들에 대한 희석 효과를 제거하거나 최소화하도록 예열 링에 의해 실질적으로 커버된다.
예열 링(500)은 석영, 탄화 규소(SiCy), 탄화 규소(SiCy)로 코팅된 흑연, 불투명한 석영, 코팅된 석영, 또는 프로세스 가스들에 의한 화학적 분해에 내성이 있는 임의의 유사한, 적합한 재료로 이루어질 수 있으며, 여기서 y는 알려진 탄화 규소 성분들을 나타낸다. 일 실시예에서, 예열 링(500)은 탄화 규소로 코팅된 흑연을 함유한다.
프로세스 동안 부근에서 기판 지지체의 회전으로 인한 측방향 오정렬 또는 시프트 문제(및 이에 따른 막 두께의 불균일성)을 방지하기 위해서, 예열 링(500)의 바닥 표면은 (돌출부들 또는 범프들과 같은) 2개 이상의 상승된 부분들을 제공할 수 있어, 링 지지체의 상부 표면 상에 형성되는 (상승된 부분들을 수용하는데 사용되는) 대응하는 포캣들 또는 리세스들에 의해, 예열 링을 지지하는데 사용되는 도 2의 링 지지체(234)와 같은 링 지지체 상에 예열 링(500)이 안전하게 유지될 수 있다. 대안적으로, 스크류, 볼트나 클립과 같은 체결 방식도 예열 링을 고정시키는데 사용될 수 있다.
요약하여, 예열 링을 구비하는 처리 장치가 개시된다. 이러한 예열 링은 가스 주입측보다 가스 배기측을 통해 퍼지 가스가 더 많이 흐르게 촉진하도록 가스 배기측을 향해 하향으로 경사진 부분을 구비할 수 있다. 본 명에서에 개시되는 바와 같은 이러한 경사진 예열 링은 기판의 에지 근처에서 프로세스 가스들의 희석을 감소시킬 수 있고, 이는 결국 막 두께의 균일성을 향상시킨다. 경사진 예열 링은 프로세스 챔버의 하부 처리 영역으로부터 흘러나오는 퍼지 가스와 함께 오는 기판의 입자 오염을 감소시키는데에 또한 도움이 된다. 또한, 경사진 예열 링은 예열 링이 처리 동안 회전하는(및 이에 따라 측방향으로 시프트하는) 문제점을 제거하는데, 그 이유는 예열 링이 자신의 경사진 각도 특징에 의해 링 지지체에 자체 잠김되기 때문이다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 바닥부 챔버가 퍼지되고(purged) 퍼지 가스들이 프로세스 챔버로 흐르는 모든 감압 교차-유동 반응기들을 위해 유동 및 퇴적을 향상시키는데 사용될 수 있다.
전술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 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 링 어셈블리로서,
    중심 개구, 내주 에지 및 외주 에지를 구비하는 환형 바디를 포함하고,
    상기 환형 바디는,
    제1 반원부; 및
    제2 반원부 - 상기 제2 반원부는 상기 제1 반원부에 대해 각도를 두고 기울어짐 -
    를 포함하는, 링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반원부는 상기 제1 반원부에 대해 실질적으로 대칭인, 링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반원부는 상기 제1 반원부의 상부 표면에 대해 하향으로 경사진, 링 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각도는 약 2° 내지 약 6°인, 링 어셈블리.
  5. 기판을 처리하기 위한 프로세스 챔버로서,
    내부 처리 영역을 정의하는 챔버 바디;
    상기 챔버 바디 내에 배치된 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 기판 지지 표면을 구비함 -; 및
    상기 챔버 바디 내에 배치된 링 지지체 상에 위치된 예열 링 - 상기 예열 링의 일부는 상기 기판 지지 표면에 대해 각도를 두고 기울어짐 -
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 예열 링은 상기 기판 지지체의 주변 주위에 간극을 두고 배치되도록 크기가 조절된 중심 개구를 구비하는 환형 바디인, 프로세스 챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 환형 바디는,
    제1 상부 표면 및 상기 제1 상부 표면에 대향하는 제1 바닥 표면을 구비하는 제1 반원부; 및
    제2 상부 표면 및 상기 제2 상부 표면에 대향하는 제2 바닥 표면을 구비하는 제2 반원부 - 상기 제2 반원부는 상기 기판 지지 표면에 대해 상기 각도만큼 하향으로 경사짐 -
    를 포함하는, 프로세스 챔버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 각도는 약 2° 내지 약 6°인, 프로세스 챔버.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 반원부는 상기 제1 반원부에 대해 실질적으로 대칭인, 프로세스 챔버.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 반원부는 상기 챔버 바디의 가스 주입측에 인접하여 위치되고, 상기 제2 반원부는 상기 챔버 바디의 가스 배기측에 인접하여 위치되는, 프로세스 챔버.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 각도는 0°이고, 상기 예열 링은 상기 챔버 바디의 가스 주입측 상의 상기 지지 기판의 원주의 약 50%를 둘러싸는 단일의 반원형 부품인, 프로세스 챔버.
  12. 기판을 처리하기 위한 프로세스 챔버로서,
    상기 프로세스 챔버 내에 배치된 회전가능 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 기판 지지 표면을 구비함 -;
    상대적으로 상기 기판 지지체 아래에 배치된 하부 돔;
    상대적으로 기판 지지체 위에 배치된 상부 돔 - 상기 상부 돔은 상기 하부 돔에 대향됨 -;
    상기 상부 돔과 상기 하부 돔 사이에 배치된 링 바디 - 상기 상부 돔, 상기 링 바디 및 상기 하부 돔은 일반적으로 상기 프로세스 챔버의 내부 용적을 정의하고, 상기 링 바디는 상기 기판의 직경을 실질적으로 커버하는 가스 유동을 제공하기 위해 적어도 하나의 선형 그룹으로 배열된 하나 이상의 가스 주입부들을 구비함 -; 및
    상기 링 바디 내에 배치된 링 지지체 상에 위치된 예열 링 - 상기 예열 링의 일부는 상기 기판 지지 표면에 대해 각도를 두고 기울어짐 -
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 예열 링은,
    제1 상부 표면 및 상기 제1 상부 표면에 대향하는 제1 바닥 표면을 구비하는 제1 반원부; 및
    제2 상부 표면 및 상기 제2 상부 표면에 대향하는 제2 바닥 표면을 구비하는 제2 반원부 - 상기 제2 반원부는 상기 기판 지지 표면에 대해 상기 각도만큼 하향으로 경사짐 -
    를 포함하는, 프로세스 챔버.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각도는 약 2° 내지 약 6°인, 프로세스 챔버.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 각도는 0°이고, 상기 예열 링은 상기 챔버 바디의 가스 주입측 상의 상기 지지 기판의 원주의 약 50%를 둘러싸는 단일의 반원형 부품인, 프로세스 챔버.
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