KR20170066517A - 캐러셀 증착 챔버를 위한 상단 램프 모듈 - Google Patents

캐러셀 증착 챔버를 위한 상단 램프 모듈 Download PDF

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케빈 그리핀
개리 케이 광
카롤 베라
리-쿤 시아
맨디암 스리람
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Abstract

기판 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 가열 모듈이 개시된다. 가열 모듈은, 내부에 열 소스를 갖는 하우징을 구비한다. 가열 모듈은, 웨이퍼들 및 서셉터의 상단 표면을 직접적으로 가열하기 위해, 서셉터 어셈블리 위에 포지셔닝된 가스 분배 어셈블리의 일부일 수 있다. 가열 모듈은 일정한 또는 가변적인 전력 출력을 가질 수 있다. 가열 모듈을 사용하여 웨이퍼를 프로세싱하는 방법들 및 프로세싱 챔버들이 설명된다.

Description

캐러셀 증착 챔버를 위한 상단 램프 모듈{TOP LAMP MODULE FOR CAROUSEL DEPOSITION CHAMBER}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 특정하게는, 본 발명은 상단 장착(top-mounted) 열 소스를 사용하여 기판들 상에서 원자 층 증착(ALD) 및 화학 기상 증착(CVD)을 수행하기 위한 배치(batch) 프로세싱 플랫폼에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스들을 형성하는 프로세스는 일반적으로, 다수의 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 플랫폼들에서 수행된다. 몇몇 경우들에서, 다중-챔버 프로세싱 플랫폼 또는 클러스터 툴의 목적은, 제어되는 환경에서 순차적으로 기판에 대해 2개 또는 그 초과의 프로세스들을 수행하는 것이다. 하지만, 다른 경우들에서, 다중 챔버 프로세싱 플랫폼은 기판들에 대해 단일 프로세싱 단계 만을 수행할 수 있으며; 부가적인 챔버들은, 플랫폼에 의해 기판들이 프로세싱되는 레이트(rate)를 최대화하도록 의도된다. 후자의 경우에서, 기판들에 대해 수행되는 프로세스는 전형적으로, 배치(batch) 프로세스이고, 그러한 배치 프로세스에서, 예를 들어 25개 또는 50개와 같은 비교적 많은 수의 기판들이, 주어진 챔버에서, 동시에 프로세싱된다. 배치 프로세싱은, 경제적으로 실용적인 방식으로 개별적인 기판들에 대해 수행되기에 너무 시간-소모적인 프로세스들에 대해, 이를테면, ALD 프로세스들 및 몇몇 화학 기상 증착(CVD) 프로세스들에 대해, 특히 유익하다.
[0003] 반도체 디바이스들의 크기가 축소됨에 따라, 프로세스 가변성(process variability)에 대한 반도체 산업의 허용오차(tolerance)는 계속해서 감소하고 있다. 이러한 더 엄격한(tighter) 프로세스 요건들을 충족시키기 위해, 업계에서는 더 엄격한 프로세스 윈도우 요건들을 충족시키는 다수의 새로운 프로세스들을 개발하였지만, 이러한 프로세스들은 종종, 완료하는 데에 더 긴 시간이 걸린다. 예를 들어, 높은 종횡비의 65 nm 또는 그 보다 더 작은 인터커넥트 피처(interconnect feature)의 표면 상에 구리 확산 배리어 층을 등각적으로(conformally) 형성하기 위해서는, ALD 프로세스를 사용하는 것이 필요할 수 있다. ALD는, CVD와 비교하여 우수한 스텝 커버리지를 나타내는 CVD의 변형이다. ALD는, 본래 전자 발광 디스플레이(electroluminescent display)들을 제조하는 데에 이용되었던 원자 층 에피택시(ALE)에 기초한다. ALD는, 기판 표면 상에 반응성 전구체 분자들의 포화된 모노레이어(monolayer)를 증착하기 위해 화학 흡착(chemisorption)을 이용한다. 이는, 증착 챔버 내로 적절한 반응성 전구체들의 펄싱(pulsing)을 주기적으로 교번(alternating)시킴으로써 달성된다. 반응성 전구체의 각각의 주입은 전형적으로, 기판의 표면 상에 균일한 재료 층을 형성하기 위해, 이전에 증착된 층들에 새로운 원자 층을 제공하도록 비활성 가스 퍼지에 의해 분리된다. 재료 층을 미리 결정된 두께로 형성하기 위해, 반응성 전구체 및 비활성 퍼지 가스들의 사이클(cycle)들이 반복된다.
[0004] 고 처리량 ALD 프로세싱에 사용되는 현재의 캐러셀 프로세싱 챔버들은, 회전하는(spinning) 서셉터 아래에 포지셔닝되는 고정된(stationary) 가열기를 포함한다. 고온에서, 가열기 소스는 서셉터로부터 더 차가운(cooler) 주입기로 약 19 kW의 에너지를 잃는다. 이러한 전력 손실은 현재의 아키텍처들이 650 ℃의 웨이퍼 프로세싱 온도에 도달하는 것을 막는다. 프로세스 챔버를 미리 결정된 온도로 정확하고 반복적으로 가열하기 위한 장치 및 방법들이 필요하다.
[0005] 본 발명의 실시예들은 프로세싱 챔버에 관한 것이며, 프로세싱 챔버는 원형(circular)의 가스 분배 어셈블리 및 서셉터 어셈블리를 포함한다. 원형의 가스 분배 어셈블리는 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝되며, 그리고 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 복수의 세장형 가스 포트들을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들은 가스 분배 어셈블리의 적어도 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장한다. 복수의 가스 포트들은 프로세싱 챔버에 반응성 가스를 전달하기 위한 반응성 가스 포트, 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 퍼지 가스 포트, 및 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기(evacuate)시키기 위한 진공 포트를 포함한다. 열 소스를 포함하는 가열 모듈이 원형의 가스 분배 어셈블리 내에 있다. 가열 모듈은 웨지(wedge) 형상을 가지며, 열 소스는 램프 또는 저항성 가열기 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 서셉터 어셈블리는, 적어도 하나의 기판을 회전 축(rotational axis)을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시키기 위해 프로세싱 챔버 내에 있다. 서셉터 어셈블리는, 내측 주변 에지 및 외측 주변 에지에 의해 정의되는 상단 표면을 갖는다. 서셉터 어셈블리는, 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 가스 분배 어셈블리의 전방 면을 향하도록 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝된다.
[0006] 본 발명의 부가적인 실시예들은 프로세싱 챔버들에 관한 것이며, 프로세싱 챔버들은 슬릿 밸브(slit valve), 원형의 가스 분배 어셈블리 및 서셉터 어셈블리를 포함한다. 슬릿 밸브는 프로세싱 챔버의 내부 영역을 격리시킨다. 원형의 가스 분배 어셈블리는, 가스 분배 어셈블리의 적어도 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장하는 복수의 세장형의 웨지 형상 가스 포트들을 포함한다. 복수의 세장형의 웨지 형상 가스 포트들은 적어도 하나의 반응성 가스를 프로세싱 챔버에 전달하기 위한 적어도 하나의 반응성 가스 포트를 포함한다. 적어도 하나의 퍼지 가스 포트는 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하고, 적어도 하나의 진공 포트는 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시킨다. 열 소스를 포함하는 웨지 형상 가열 모듈은, 슬릿 밸브에 인접하는 원형의 가스 분배 어셈블리 내에 위치된다. 열 소스는, 램프 또는 저항성 가열기 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 서셉터 어셈블리는, 적어도 하나의 기판을 회전 축을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시키기 위해 프로세싱 챔버 내에 있다. 서셉터 어셈블리는, 내측 주변 에지 및 외측 주변 에지에 의해 정의되는 상단 표면을 갖는다. 서셉터 어셈블리는, 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 가스 분배 어셈블리의 전방 면을 향하도록 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝된다. 서셉터 어셈블리를 가열하기 위해 서셉터 어셈블리 아래에 가열기가 위치된다. 가열기는, 램프 또는 저항성 가열기 중 하나 또는 그 초과를 포함한다.
[0007] 본 발명의 추가의 실시예들은 프로세싱 챔버들에 관한 것이며, 프로세싱 챔버들은 원형의 가스 분배 어셈블리, 서셉터 어셈블리 및 가열기를 포함한다. 원형의 가스 분배 어셈블리는 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝되며, 그리고 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 복수의 세장형의 웨지 형상 가스 포트들을 포함한다. 복수의 세장형의 웨지 형상 가스 포트들은, 가스 분배 어셈블리의 적어도 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장한다. 복수의 세장형의 웨지 형상 가스 포트들은, 프로세싱 챔버에 적어도 하나의 반응성 가스를 전달하기 위한 적어도 하나의 반응성 가스 포트, 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 적어도 하나의 퍼지 가스 포트, 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시키기 위한 적어도 하나의 진공 포트, 및 적어도 하나의 램프를 포함하는 적어도 하나의 웨지 형상 가열 모듈을 포함한다. 서셉터 어셈블리는, 적어도 하나의 기판을 회전 축을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시키기 위해 프로세싱 챔버 내에 있다. 서셉터 어셈블리는, 내측 주변 에지 및 외측 주변 에지에 의해 정의되는 상단 표면을 갖는다. 서셉터 어셈블리는, 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 가스 분배 어셈블리의 전방 면을 향하도록 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝된다. 가열기는 서셉터 어셈블리를 가열하기 위해 서셉터 어셈블리 아래에 위치된다. 가열기는, 램프 또는 저항성 가열기 중 하나 또는 그 초과를 포함한다.
[0008] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간단히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 하지만, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 공간적인(spatial) 원자 층 증착 챔버의 측단면도이다.
[0010] 도 2는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 서셉터의 사시도를 도시한다.
[0011] 도 3은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 파이-형상(pie-shaped) 가스 분배 어셈블리의 개략도를 도시한다.
[0012] 도 4는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 로딩 스테이션과 4개의 가스 분배 어셈블리 유닛들로 구성된 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
[0013] 도 5는 3개의 가스 분배 어셈블리 유닛들로 구성된 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
[0014] 도 6은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0015] 도 7은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 서셉터 어셈블리 및 가스 분배 어셈블리 유닛들의 사시도를 도시한다.
[0016] 도 8은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0017] 도 9는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 파이-형상 가스 분배 어셈블리의 개략도를 도시한다.
[0018] 도 10은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 파이-형상 가스 분배 어셈블리의 개략도를 도시한다.
[0019] 도 11은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가열 모듈의 단면 사시도를 도시한다.
[0020] 도 12는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가열 모듈의 정면도를 도시한다.
[0021] 도 13은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가열 모듈의 단면 사시도를 도시한다.
[0022] 도 14는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가열 모듈의 단면 사시도를 도시한다.
[0023] 도 15는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가열 모듈의 단면 사시도를 도시한다.
[0024] 도 16은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가열 모듈의 정면도를 도시한다.
[0025] 본 발명의 실시예들은, 처리량을 최대화하고, 프로세싱 효율 및 균일성을 개선하기 위해, 연속적인 기판 증착을 위한 기판 프로세싱 시스템을 제공한다. 기판 프로세싱 시스템은 또한, 증착-전 및 증착-후 기판 처리들에 대해 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 배치 프로세서에서 증착 균일성을 증가시키기 위한 장치 및 방법들에 관련된다.
[0026] 본 발명의 실시예들은, 서셉터 어셈블리 아래에 포지셔닝된 가열기에 부가하여 또는 그 대신에 상단 가열기(top heater)를 포함한다. 본 발명자들은, 상단 가열기를 포함시키게 되면, 웨이퍼의 온도의 증가를 허용하고, 챔버에 도입하기 위한 프로세스 가스들의 가열을 허용하고, 그리고 서셉터 상에 랜딩(landing)하기 전에 웨이퍼의 예열(pre-heating)을 허용한다는 것을 발견하였다. 본 발명의 몇몇 실시예들은, 열 싱킹(heat sinking) 주입기 플레이트 내부에 복사(radiant) 열 소스를 제공한다. 몇몇 실시예들은, 서셉터로 복사 에너지를 다시 방출하는 단일 또는 복수의 램프들을 포함하는 복사 램프 모듈을 갖는다.
[0027] 몇몇 실시예들에서, 램프 모듈은 슬릿 밸브 세그먼트 위에 또는 그에 인접하게 포지셔닝된다. 램프 모듈에 대한 전력은, 프로세싱된 웨이퍼가 챔버로부터 꺼내질(taken) 때 디스인게이징될(disengaged) 수 있고, 프로세싱되지 않은 웨이퍼가 챔버에 들어갈 때 인게이징될 수 있다. 램프 모듈은, 웨이퍼가 블레이드 상에 있을 때, 웨이퍼가 서셉터 표면에 근접하는 리프트 핀들 상에 있을 때 인게이징될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼가 서셉터 표면과 접촉할 때 열 충격이 거의 없거나 전혀 없도록, 웨이퍼는 핀들 상에서 가열된다.
[0028] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "기판" 및 "웨이퍼"라는 용어는 교환가능하게 사용되고, 이들 양자 모두는, 프로세스가 작용하는, 표면, 또는 표면의 일부를 지칭한다. 기판에 대한 언급이 또한, 문맥상 명확히 다르게 지시되지 않는 한, 기판의 일부만을 언급할 수 있다는 것이 당업자에 의해 또한 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1에 대하여 설명되는 공간적으로 분리된 ALD에서, 각각의 전구체가 기판에 전달되지만, 임의의 개별적인 전구체 스트림이, 임의의 주어진 시간에서, 기판의 일부에만 전달된다. 부가적으로, 기판 상의 증착에 대한 언급은, 하나 또는 그 초과의 막들 또는 피처(feature)들이 위에 증착 또는 형성된 기판, 및 베어(bare) 기판 양자 모두를 의미할 수 있다.
[0029] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 가스", "전구체", "반응물(reactant)" 등과 같은 용어들은, 원자 층 증착 프로세스에서 반응적인 종(species)을 포함하는 가스를 의미하기 위해, 교환가능하게 사용된다. 예를 들어, 제 1 "반응성 가스"는 단순히, 기판의 표면 상에 흡착될 수 있고, 제 2 반응성 가스와의 추가적인 화학 반응을 위해 이용가능할 수 있다.
[0030] 도 1은, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버(100)의 일부의 개략적인 단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는 일반적으로, 진공 또는 적어도 저압 조건들 하에서 동작되는 밀봉가능한 인클로저(sealable enclosure)이다. 프로세싱 챔버(100)는, 기판(60)의 상단 표면(61)에 걸쳐 하나 또는 그 초과의 가스들을 분배할 수 있는 가스 분배 어셈블리(30)를 포함한다. 가스 분배 어셈블리(30)는 당업자에게 알려져 있는 임의의 적합한 어셈블리일 수 있고, 설명되는 특정 가스 분배 어셈블리들은, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 가스 분배 어셈블리(30)의 출력 면(output face)은 기판(60)의 제 1 표면(61)을 향한다.
[0031] 본 발명의 실시예들에 대해 사용하기 위한 기판들은 임의의 적합한 기판일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 강성(rigid)이고 불연속적(discrete)이며 대체로 평탄한 기판이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 기판에 대해 언급하는 경우에, "불연속적인"이라는 용어는, 기판이 고정된 치수를 갖는 것을 의미한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들의 기판은, 200 mm 또는 300 mm 직경의 실리콘 기판과 같은 반도체 기판이다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 실리콘, 실리콘 게르마늄, 갈륨 비소, 질화 갈륨, 게르마늄, 인화 갈륨, 인화 인듐, 사파이어 및 실리콘 탄화물 중 하나 또는 그 초과이다.
[0032] 가스 분배 어셈블리(30)는, 기판(60)에 하나 또는 그 초과의 가스 스트림들을 전달하기 위한 복수의 가스 포트들, 및 프로세싱 챔버(100) 밖으로 가스 스트림들을 전달하기 위해 각각의 가스 포트 사이에 배치된 복수의 진공 포트들을 포함한다. 도 1의 실시예에서, 가스 분배 어셈블리(30)는 제 1 전구체 주입기(120), 제 2 전구체 주입기(130), 및 퍼지 가스 주입기(140)를 포함한다. 주입기들(120, 130, 140)은, 메인프레임과 같은 시스템 컴퓨터(미도시)에 의해, 또는 프로그램가능한 논리 제어기와 같은 챔버-특정 제어기에 의해 제어될 수 있다. 전구체 주입기(120)는, 복수의 가스 포트들(125)을 통해, 프로세싱 챔버(100) 내로, 화합물 A의 반응성 전구체의 연속적인(또는 펄스) 스트림을 주입(inject)한다. 전구체 주입기(130)는, 복수의 가스 포트들(135)을 통해, 프로세싱 챔버(100) 내로, 화합물 B의 반응성 전구체의 연속적인(또는 펄스) 스트림을 주입한다. 퍼지 가스 주입기(140)는, 복수의 가스 포트들(145)을 통해, 프로세싱 챔버(100) 내로, 비-반응성 또는 퍼지 가스의 연속적인(또는 펄스) 스트림을 주입한다. 퍼지 가스는 프로세싱 챔버(100)로부터 반응성 재료 및 반응성 부산물들을 제거한다. 퍼지 가스는 전형적으로, 질소, 아르곤, 및 헬륨과 같은 비활성 가스이다. 가스 포트들(145)은, 화합물 B의 전구체로부터 화합물 A의 전구체를 분리시키고, 그에 의해 전구체들 사이의 교차-오염(cross-contamination)을 피하기 위해, 가스 포트들(125)과 가스 포트들(135) 사이에 배치된다.
[0033] 다른 양상에서, 프로세싱 챔버(100) 내로 전구체들을 주입하기 전에, 원격 플라즈마 소스(미도시)가 전구체 주입기(120) 및 전구체 주입기(130)에 연결될 수 있다. 반응성 종의 플라즈마는, 원격 플라즈마 소스 내의 화합물에 전기장을 인가함으로써 생성될 수 있다. 의도된 화합물들을 활성화시킬 수 있는 임의의 전력 소스가 사용될 수 있다. 예를 들어, DC, 무선 주파수(RF), 및 마이크로파(MW) 기반 방전 기법들을 사용하는 전력 소스들이 사용될 수 있다. RF 전력 소스가 사용되는 경우, 이는 용량성으로 또는 유도성으로 커플링될 수 있다. 활성화는 또한, 열 기반 기법, 가스 브레이크다운(gas breakdown) 기법, 고 에너지 광 소스(예를 들어, UV 에너지), 또는 x-레이 소스에 대한 노출에 의해 생성될 수 있다. 예시적인 원격 플라즈마 소스들은, MKS Instruments, Inc. 및 Advanced Energy Industries, Inc.와 같은 벤더(vendor)들로부터 입수가능하다.
[0034] 프로세싱 챔버(100)는, 프로세싱 챔버(100)에 연결된 펌핑 시스템(150)을 더 포함한다. 펌핑 시스템(150)은 일반적으로, 하나 또는 그 초과의 진공 포트들(155)을 통해 프로세싱 챔버(100) 밖으로 가스 스트림들을 진공배기시키도록 구성된다. 진공 포트들(155)은, 가스 스트림들이 기판 표면과 반응한 후에, 프로세싱 챔버(100) 밖으로 가스 스트림들을 진공배기시키고, 전구체들 사이의 교차-오염을 추가로 제한하기 위해, 각각의 가스 포트 사이에 배치된다.
[0035] 프로세싱 챔버(100)는, 각각의 포트 사이에서 프로세싱 챔버(100) 상에 배치된 복수의 파티션(partition)들(160)을 포함한다. 각각의 파티션의 하부 부분은, 기판(60)의 제 1 표면(61) 가까이로 연장되고, 예를 들어, 제 1 표면(61)으로부터 약 0.5 mm 또는 그 초과로 연장된다. 이러한 방식으로, 파티션들(160)의 하부 부분들은, 가스 스트림들이 기판 표면과 반응한 후에, 가스 스트림들이 진공 포트들(155)을 향하여 하부 부분들 주위에서 유동하게 허용하기에 충분한 거리 만큼, 기판 표면으로부터 분리된다. 화살표들(198)은 가스 스트림들의 방향을 표시한다. 파티션들(160)이 가스 스트림들에 대한 물리적인 배리어로서 동작하기 때문에, 파티션들(160)은 또한, 전구체들 사이의 교차-오염을 제한한다. 도시된 배열은 단지 예시적인 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 도시된 가스 분배 시스템이 단지 하나의 가능한 분배 시스템일 뿐이고, 다른 타입들의 샤워헤드들 및 가스 분배 어셈블리들이 채용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
[0036] 이러한 종류의 (즉, 다수의 가스들이 동시에 기판을 향하여 별개로 유동되는) 원자 층 증착 시스템들은 공간적인 ALD라고 지칭된다. 동작에 있어서, 기판(60)은, 프로세싱 챔버(100)에 (예를 들어, 로봇에 의해) 전달되고, 프로세싱 챔버 내로의 진입 전에 또는 그 후에, 셔틀(65) 상에 배치될 수 있다. 셔틀(65)은, 가스 분배 어셈블리(30) 아래를(또는 위를) 통과하면서, 프로세싱 챔버(100)를 통해, 트랙(70) 또는 어떤 다른 적합한 이동 메커니즘을 따라 이동된다. 도 1에서 도시된 실시예에서, 셔틀(65)은 챔버를 통해 선형 경로로 이동된다. 하기에서 더 설명되는 바와 같이, 도 3은 웨이퍼들이 캐러셀(carousel) 프로세싱 시스템을 통해 원형 경로로 이동되는 실시예를 도시한다.
[0037] 도 1을 다시 참조하면, 기판(60)이 프로세싱 챔버(100)를 통해 이동함에 따라, 기판(60)의 제 1 표면(61)은, 가스 포트들(125)로부터 유래하는 반응성 가스 A, 및 가스 포트들(135)로부터 유래하는 반응성 가스 B, 및 그 사이의 가스 포트들(145)로부터 유래하는 퍼지 가스에 반복적으로 노출된다. 퍼지 가스의 주입은, 다음의 전구체에 기판 표면(61)을 노출시키기 전에, 이전의 전구체로부터의 반응되지 않은 재료를 제거하도록 설계된다. 다양한 가스 스트림들(예를 들어, 반응성 가스들 또는 퍼지 가스)에 대한 각각의 노출 후에, 가스 스트림들은, 펌핑 시스템(150)에 의해 진공 포트들(155)을 통해 진공배기된다. 진공 포트가 각각의 가스 포트의 양 측들 상에 배치될 수 있기 때문에, 가스 스트림들은 양 측들 상에서 진공 포트들(155)을 통해 진공배기된다. 따라서, 가스 스트림들은, 각각의 가스 포트들로부터, 기판(60)의 제 1 표면(61)을 향하여 수직으로 하방으로 유동하고, 기판 표면(61)에 걸쳐 그리고 파티션들(160)의 하부 부분들 주위에서 유동하고, 마지막으로, 진공 포트들(155)을 향하여 상방으로 유동한다. 이러한 방식으로, 각각의 가스는 기판 표면(61)에 걸쳐 균일하게 분배될 수 있다. 화살표들(198)은 가스 유동의 방향을 표시한다. 기판(60)은 또한, 다양한 가스 스트림들에 노출되는 동안 회전될 수 있다. 기판의 회전은 형성된 층들에서의 스트립들의 형성을 방지하는데 유용할 수 있다. 기판의 회전은, 연속적일 수 있거나 또는 불연속적인 단계들로 이루어질 수 있고, 기판이 가스 분배 어셈블리(30) 아래를 통과하고 있는 동안에, 또는 기판이 가스 분배 어셈블리(30) 전의 및/또는 후의 영역에 있는 경우에 발생할 수 있다.
[0038] 마지막 가스 포트에 대한 완전한 노출을 보장하기 위해, 가스 분배 어셈블리(30) 후에, 충분한 공간이 일반적으로 제공된다. 기판(60)이 가스 분배 어셈블리(30) 아래를 완전히 통과하였다면, 제 1 표면(61)은 프로세싱 챔버(100)에서의 모든 각각의 가스 포트에 완전히 노출된 것이다. 그 후에, 기판은 반대 방향으로 다시 운반될 수 있거나, 또는 앞으로(forward) 운반될 수 있다. 기판(60)이 반대 방향으로 이동하는 경우에, 기판 표면은, 제 1 노출과 역순으로, 반응성 가스 A, 퍼지 가스, 및 반응성 가스 B에 다시 노출될 수 있다.
[0039] 기판 표면(61)이 각각의 가스에 노출되는 정도는, 예를 들어, 가스 포트로부터 유래하는 각각의 가스의 유량들, 및 기판(60)의 이동의 레이트에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 가스의 유량들은, 기판 표면(61)으로부터, 흡착된 전구체들을 제거하지 않도록 제어된다. 각각의 파티션 사이의 폭, 프로세싱 챔버(100) 상에 배치된 가스 포트들의 수, 및 기판이 가스 분배 어셈블리를 횡단하여 통과되는 횟수가 또한, 기판 표면(61)이 다양한 가스들에 노출되는 정도를 결정할 수 있다. 결과적으로, 증착된 막의 양 및 품질은 위에서-참조된 요인들을 변화시킴으로써 최적화될 수 있다.
[0040] 프로세스의 설명이, 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝된 기판을 향하여 하방으로 가스의 유동을 지향시키는 가스 분배 어셈블리(30)에 대해 이루어졌지만, 이러한 배향(orientation)은 상이할 수 있음이 이해될 것이다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리(30)는 기판 표면을 향하여 상방으로 가스의 유동을 지향시킨다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "횡단하여 통과된(passed across)"이라는 용어는, 기판의 전체 표면이 가스 분배 플레이트로부터의 각각의 가스 스트림에 노출되도록, 기판이 가스 분배 어셈블리의 하나의 측으로부터 다른 측으로 이동된 것을 의미한다. 부가적인 설명의 부재 시에, "횡단하여 통과된"이라는 용어는, 가스 분배 어셈블리들, 가스 유동들, 또는 기판 포지션(position)들의 임의의 특정한 배향을 암시하지 않는다.
[0041] 몇몇 실시예들에서, 셔틀(65)은 기판(60)을 운반하기 위한 서셉터(66)이다. 일반적으로, 서셉터(66)는, 기판에 걸쳐 균일한 온도를 형성하는 것을 돕는 캐리어이다. 서셉터(66)는, (도 1의 배열에 관하여, 좌측에서 우측으로의 그리고 우측에서 좌측으로의) 양 방향들로 이동가능하거나, 또는 (도 3에 관하여) 원형 방향으로 이동가능하다. 서셉터(66)는 기판(60)을 운반하기 위한 상단 표면(67)을 갖는다. 서셉터(66)는, 기판(60)이 프로세싱을 위해 가열될 수 있도록, 가열형 서셉터일 수 있다. 예로서, 서셉터(66)는, 서셉터(66) 아래에 배치된, 복사 열 램프들(90), 가열 플레이트, 저항성 코일들, 또는 다른 가열 디바이스들에 의해 가열될 수 있다.
[0042] 또 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터(66)의 상단 표면(67)은 기판(60)을 수용하기 위한 오목부(recess)(68)를 포함한다. 일반적으로, 서셉터(66)는 기판의 두께보다 더 두꺼우며, 그에 따라 기판의 아래에 서셉터 재료가 존재하게 된다. 몇몇 실시예들에서, 기판(60)이 오목부(68) 내에 배치될 때, 기판(60)의 제 1 표면(61)이 서셉터(66)의 상단 표면(67)과 같은 높이가 되도록 또는 실질적으로 동일 평면 상에 있도록, 오목부(68)의 크기가 정해진다(sized). 다르게 설명하면, 기판(60)이 내부에 배치될 때, 기판(60)의 제 1 표면(61)이 서셉터(66)의 상단 표면(67) 위로 돌출하지 않도록, 몇몇 실시예들의 오목부(68)의 크기가 정해진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상"이라는 용어는, 웨이퍼의 상단 표면과 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 ±0.2 mm 내에서 동일 평면 상에 있음을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 상단 표면들은, ±0.15 mm, ±0.10 mm, 또는 ±0.05 mm 내에서 동일 평면 상에 있다.
[0043] 도 1은, 개별적인 가스 포트들이 도시된, 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다. 이러한 실시예는, 개별적인 가스 포트들의 폭이 가스 분배 플레이트의 전체 폭에 걸쳐 실질적으로 동일한 선형 프로세싱 시스템, 또는 개별적인 가스 포트들이, 파이 형상과 일치하기 위해 폭을 변화시키는 파이-형상 세그먼트일 수 있다. 도 3은, 파이-형상 가스 분배 어셈블리(30)의 일부를 도시한다. 기판은 이러한 가스 분배 어셈블리(30)를 가로질러서 호(arc) 형상 경로(32)로 통과될 것이다. 각각의 개별적인 가스 포트들(125, 135, 145, 155)은 가스 분배 어셈블리(30)의 내측 주변 에지(33) 근처에서 더 좁은 폭을 가지며, 가스 분배 어셈블리(30)의 외측 주변 에지(34) 근처에서 더 큰 폭을 갖는다. 개별적인 포트들의 형상 또는 종횡비는, 가스 분배 어셈블리(30) 세그먼트의 형상 또는 종횡비에 비례할 수 있거나, 또는 가스 분배 어셈블리(30) 세그먼트의 형상 또는 종횡비와 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 포트들은, 경로(32)를 따라 가스 분배 어셈블리(30)를 횡단하여 통과하는 웨이퍼의 각각의 지점이, 각각의 가스 포트 아래에서 대략 동일한 체류 시간을 갖게 되도록, 형상화된다(shaped). 기판들의 경로는 가스 포트들에 대해 수직적일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리들 각각은, 기판에 의해 횡단되는 경로에 대해 실질적으로 수직적인 방향으로 연장되는 복수의 세장형 가스 포트들을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 수직적인"이라는 용어는, 이동의 대략적인 방향이, 가스 포트들의 축에 대해 대략적으로 수직적인 것을 의미한다. 파이-형상 가스 포트의 경우에, 가스 포트의 축은, 포트의 폭의 중간-지점이 포트의 길이를 따라 연장되는 것으로서 정의되는 라인인 것으로 고려될 수 있다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 개별적인 파이-형상 세그먼트들 각각은, 단일 반응성 가스를 전달하거나, 또는 다수의 반응성 가스들을 공간적으로 분리시켜서 또는 조합하여(예를 들어, 전형적인 CVD 프로세스에서와 같이) 전달하도록 구성될 수 있다.
[0044] 다수의 가스 주입기들을 갖는 프로세싱 챔버들은, 웨이퍼들이 동일한 프로세스 플로우를 겪도록, 다수의 웨이퍼들을 동시에 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(100)는 4개의 가스 분배 어셈블리들(30) 및 4개의 기판들(60)을 갖는다. 프로세싱의 초기에, 기판들(60)은 (주입기 어셈블리들이라고도 또한 지칭되는) 가스 분배 어셈블리들(30) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 45o 만큼 캐러셀의 서셉터(66)를 회전시키는 것은, 각각의 기판(60)이, 막 증착을 위해 가스 분배 어셈블리(30)로 이동되도록 초래할 것이다. 이는 도 4에서 도시된 포지션(position)이다. 부가적인 45o 회전은 기판들(60)을 가스 분배 어셈블리들(30)로부터 벗어나게 이동시킬 것이다. 공간적인 ALD 주입기들의 경우, 주입기 어셈블리에 대한 웨이퍼의 이동 동안에, 웨이퍼 상에 막이 증착된다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터(66)는, 기판들(60)이 가스 분배 어셈블리들(30) 아래에서 정지하지 않도록 회전된다. 기판들(60) 및 가스 분배 어셈블리들(30)의 수는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들의 수는 가스 분배 어셈블리들의 수와 동일하다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들의 수는, 가스 분배 어셈블리들의 수의 정수 배수이다. 예를 들어, 4개의 가스 분배 어셈블리들이 존재하는 경우에, 프로세싱되고 있는 4x개의 웨이퍼들이 존재하고, 여기에서, x는 1과 동등한 또는 그 초과의 정수 값이다.
[0045] 도 4에서 도시된 프로세싱 챔버(100)는 단지 하나의 가능한 구성을 표현하는 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 여기에서, 프로세싱 챔버(100)는 복수의 가스 분배 어셈블리들(30)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 프로세싱 챔버(100) 둘레에 균등하게 이격된 4개의 가스 분배 어셈블리들(30)이 존재한다. 도시된 프로세싱 챔버(100)는 팔각형이지만, 당업자라면, 이는 하나의 가능한 형상이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 도시된 가스 분배 어셈블리들(30)은 직사각형이지만, 당업자라면, 가스 분배 어셈블리들이 도 3에 도시된 것과 같은 파이-형상 세그먼트들일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 부가적으로, 각각의 세그먼트는, 동일한 세그먼트로부터 다수의 상이한 반응성 가스들이 유동하면서, 공간적인 타입 배열로 가스들을 전달하도록 구성될 수 있거나, 또는 단일 반응성 가스, 또는 반응성 가스들의 혼합물을 전달하도록 구성될 수 있다.
[0046] 프로세싱 챔버(100)는, 둥근 서셉터(66) 또는 서셉터 어셈블리로서 도시된 기판 지지 장치를 포함한다. 기판 지지 장치 또는 서셉터(66)는, 가스 분배 어셈블리들(30) 각각 아래에서 복수의 기판들(60)을 이동시킬 수 있다. 로드 락(82)은, 기판들(60)이 챔버(100) 내로 로딩되도록/챔버(100)로부터 언로딩되도록 허용하기 위해, 프로세싱 챔버(100)의 측면에 연결될 수 있다.
[0047] 프로세싱 챔버(100)는, 복수의 가스 분배 어셈블리들(30) 각각 또는 복수의 가스 분배 어셈블리들(30) 중 임의의 것 사이에 포지셔닝된, 복수의 제 1 처리 스테이션들(80), 또는 제 1 처리 스테이션들(80)의 세트를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 처리 스테이션들(80) 각각은 기판(60)에 동일한 처리를 제공한다.
[0048] 처리 스테이션들의 수, 및 상이한 타입들의 처리 스테이션들의 수는, 프로세스에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배 어셈블리들(30) 사이에 포지셔닝된, 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 또는 그 초과의 처리 스테이션들이 존재할 수 있다. 각각의 처리 스테이션들은 독립적으로, 처리 스테이션의 하나 걸러의 세트마다 상이한 처리를 제공할 수 있거나, 또는 동일한 타입 및 상이한 타입들의 처리들의 혼합이 존재할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 처리 스테이션들 중 하나 또는 그 초과는, 다른 개별적인 처리 스테이션들 중 하나 또는 그 초과와 상이한 처리를 제공한다.
[0049] 도 5에 도시된 실시예에서, 제 2 처리 스테이션들(85)의 세트가 제 1 처리 스테이션들(80)과 가스 분배 어셈블리들(30) 사이에 포지셔닝되며, 그에 따라, 프로세싱 챔버(100)를 통해 회전되는 기판(60)은, 기판(60)이 어디에서 시작하느냐에 따라서, 가스 분배 어셈블리(30), 제 1 처리 스테이션(80) 및 제 2 처리 스테이션(85) 중 임의의 것의 두 번째 것을 마주치기(encounter) 전에, 가스 분배 어셈블리(30), 제 1 처리 스테이션(80) 및 제 2 처리 스테이션(85)을 마주치게 될 것이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판이 제 1 처리 스테이션(80)에서 시작되는 경우, 이는 순서대로, 두번째의 제 1 처리 스테이션(80)을 마주치기 전에, 제 1 처리 스테이션(80), 가스 분배 어셈블리(30) 및 제 2 처리 스테이션(85)을 "만날(see)" 것이다.
[0050] 처리 스테이션들은, 기판, 기판 상의 막, 또는 서셉터 어셈블리에 임의의 적합한 타입의 처리를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이는, UV 램프들, 플래시 램프들, 플라즈마 소스들, 및 가열기들이다. 그 후에, 웨이퍼들은, 가스 분배 어셈블리들(30)에 대한 포지션들과, 예를 들어 웨이퍼에 플라즈마를 전달하는 샤워헤드에 대한 포지션 사이에서 이동된다. 플라즈마 스테이션은 처리 스테이션(80)이라고 지칭된다. 하나 또는 그 초과의 예에서, 실리콘 질화물 막들은, 각각의 증착 층 후에, 플라즈마 처리로 형성될 수 있다. 이론적으로, ALD 반응은, 표면이 포화되는 한, 자기-제한적(self-limiting)이므로, 증착 가스에 대한 부가적인 노출은 막을 손상시키지 않을 것이다.
[0051] 캐러셀의 회전은 연속적일 수 있거나 또는 불연속적일 수 있다. 연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은, 이들이 주입기들 각각에 차례로 노출되도록, 계속 회전한다. 불연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은, 주입기 영역으로 이동되고 정지될 수 있고, 그 후에, 주입기들 사이의 영역(84)으로 이동되고 정지될 수 있다. 예를 들어, 캐러셀은, 웨이퍼들이 주입기-간(inter-injector) 영역으로부터 주입기를 횡단하고(또는, 주입기 근처에서 정지하고), 웨이퍼들이 다시 멈출 수 있는 다음 주입기-간 영역으로 이동하도록, 회전할 수 있다. 주입기들 사이에서 멈추는 것은, 각각의 층 증착 사이의 부가적인 프로세싱 단계들(예를 들어, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
[0052] 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 복수의 가스 커튼들(40)을 포함한다. 각각의 가스 커튼(40)은, 가스 분배 어셈블리들(30)로부터의 프로세싱 가스들의 이동이 가스 분배 어셈블리 영역들로부터 이동하는 것, 및 처리 스테이션들(80)로부터의 가스들이 처리 스테이션 영역들로부터 이동하는 것을 방지하거나 또는 최소화하기 위한 배리어를 생성한다. 가스 커튼(40)은, 개별적인 프로세싱 섹션들을 인접한 섹션들로부터 격리시킬 수 있는, 가스 및 진공 스트림들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 커튼(40)은 퍼지(또는 비활성) 가스 스트림이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 커튼(40)은 프로세싱 챔버로부터 가스들을 제거하는 진공 스트림이다. 몇몇 실시예들에서, 가스 커튼(40)은, 순서대로, 퍼지 가스 스트림, 진공 스트림, 및 퍼지 가스 스트림이 존재하도록 하는, 퍼지 가스 및 진공 스트림들의 조합이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 커튼(40)은, 순서대로, 진공 스트림, 퍼지 가스 스트림, 및 진공 스트림이 존재하도록 하는, 진공 스트림들 및 퍼지 가스 스트림들의 조합이다. 도 4에서 도시된 가스 커튼들(40)은 처리 스테이션들(80)과 가스 분배 어셈블리들(30) 각각 사이에 포지셔닝되지만, 커튼들은, 프로세싱 경로를 따르는 임의의 지점 또는 지점들에 포지셔닝될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0053] 도 6은, 주입기들이라고 또한 지칭되는 가스 분배 어셈블리(220), 및 서셉터 어셈블리(230)를 포함하는 프로세싱 챔버(200)의 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 서셉터 어셈블리(230)는 강성 바디(body)이다. 몇몇 실시예들의 강성 바디는 0.05 mm 이하의 드룹(droop) 허용오차를 갖는다. 액추에이터들(232)은, 예를 들어, 서셉터 어셈블리(230)의 외측 직경 영역에서의 3개의 위치들에 배치된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "외측 직경" 및 "내측 직경"이라는 용어들은, 각각, 외측 주변 에지 및 내측 에지 근처의 영역들을 지칭한다. 외측 직경은 서셉터 어셈블리(230)의 말단 외측 에지(예를 들어, 샤프트(240) 근처)에서의 특정 포지션에 대한 것이 아니고, 서셉터 어셈블리(230)의 외측 에지(231) 근처의 영역에 대한 것이다. 이는, 도 6에서, 액추에이터들(232)의 배치로부터 볼 수 있다. 액추에이터들(232)의 수는, 1개로부터, 이용가능한 물리적인 공간 내에서 적합할 임의의 수까지 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들은, 외측 직경 영역(231)에 포지셔닝된 액추에이터들(232)의 2개, 3개, 4개, 또는 5개의 세트들을 갖는다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "액추에이터"라는 용어는, 서셉터 어셈블리(230), 또는 서셉터 어셈블리(230)의 일부를 가스 분배 어셈블리(220)를 향하여, 또는 가스 분배 어셈블리(220)로부터 멀어지게 이동시킬 수 있는 임의의 단일 또는 다중-컴포넌트 메커니즘을 지칭한다. 예를 들어, 액추에이터들(232)은, 서셉터 어셈블리(230)가 주입기 어셈블리(220)에 대해 실질적으로 평행하도록 보장하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 컴포넌트들의 평행성이 컴포넌트들 사이의 거리에 관하여 5 % 초과만큼 변화되지 않는 것을 의미한다.
[0054] 액추에이터들(232)로부터 서셉터 어셈블리(230)에 압력이 가해지면, 서셉터 어셈블리(230)는 레벨링될(levelled) 수 있다. 액추에이터들(232)에 의해 압력이 가해지면, 갭(210)의 거리는, 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm의 범위 내에 있도록, 또는 약 0.2 mm 내지 약 1.8 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1.7 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.4 mm 내지 약 1.6 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.6 mm 내지 약 1.4 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1.3 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1.1 mm의 범위에 있도록, 또는 약 1 mm이도록, 설정될 수 있다.
[0055] 서셉터 어셈블리(230)는 가스 분배 어셈블리(220) 아래에 포지셔닝된다. 서셉터 어셈블리(230)는, 상단 표면(241), 및 선택적으로, 상단 표면(241) 내의 적어도 하나의 오목부(243)를 포함한다. 오목부(243)는, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들(260)의 형상 및 크기에 따라, 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 도시된 실시예에서, 오목부(243)는 오목부(243)의 외측 주변 에지 주위에 스텝(step) 영역을 갖는다. 스텝들은 웨이퍼(260)의 외측 주변 에지를 지지하도록 크기가 정해질 수 있다. 스텝들에 의해 지지되는, 웨이퍼(260)의 외측 주변 에지의 정도(amount)는, 예를 들어, 웨이퍼의 배면 상에 이미 존재하는 피처들의 존재, 및 웨이퍼의 두께에 따라, 변화될 수 있다.
[0056] 몇몇 실시예들에서, 도 6에서 도시된 바와 같이, 서셉터 어셈블리(230)의 상단 표면(241) 내의 오목부(243)는, 오목부(243) 내에 지지되는 웨이퍼(260)가 서셉터 어셈블리(230)의 상단 표면(241)과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 상단 표면(261)을 갖도록, 크기가 정해진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상"이라는 용어는, 웨이퍼의 상단 표면과 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 ±0.2 mm 내에서 동일 평면 상에 있음을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 상단 표면들은, ±0.15 mm, ±0.10 mm, 또는 ±0.05 mm 내에서 동일 평면 상에 있다.
[0057] 도 6의 서셉터 어셈블리(230)는, 서셉터 어셈블리(230)를 리프팅할 수 있고, 하강시킬 수 있고, 회전시킬 수 있는 지지 포스트(240)를 포함한다. 서셉터 어셈블리(230)는, 지지 포스트(240)의 중심부 내에 가열기, 또는 가스 라인들, 또는 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 지지 포스트(240)는, 서셉터 어셈블리(230)를 대략적인 포지션으로 이동시켜서, 서셉터 어셈블리(230)와 가스 분배 어셈블리(220) 사이의 갭을 증가시키거나 또는 감소시키는 주된 수단일 수 있다. 그 후에, 액추에이터들(232)은, 미리 결정된 갭을 생성하기 위해, 서셉터 어셈블리의 포지션에 대한 마이크로-조정들을 행할 수 있다.
[0058] 도 6에서 도시된 프로세싱 챔버(200)는, 서셉터 어셈블리(230)가 복수의 웨이퍼들(260)을 홀딩(hold)할 수 있는 캐러셀-타입 챔버이다. 가스 분배 어셈블리(220)는 복수의 별개의 주입기 유닛들(221)을 포함할 수 있고, 각각의 주입기 유닛(221)은, 웨이퍼가 주입기 유닛(221) 아래로 이동됨에 따라, 웨이퍼(260) 상에 막, 또는 막의 파트(part)를 증착할 수 있다. 도 7은, 캐러셀-타입 프로세싱 챔버(200)의 사시도를 도시한다. 2개의 파이-형상 주입기 유닛들(221)이, 서셉터 어셈블리(230) 위에 그리고 서셉터 어셈블리(230)의 대략적으로 대향하는 측들 상에 포지셔닝된 것으로 도시된다. 이러한 수의 주입기 유닛들(221)은 단지 예시적인 목적들을 위해 도시된다. 더 많거나 또는 더 적은 주입기 유닛들(221)이 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 어셈블리(230)의 형상과 일치하는 형상을 형성하기에 충분한 수의 파이-형상 주입기 유닛들(221)이 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 파이-형상 주입기 유닛들(221) 각각은, 다른 주입기 유닛들(221) 중 어느 것에도 영향을 미치지 않으면서, 독립적으로 이동, 제거, 및/또는 교체될 수 있다. 예를 들어, 로봇이 웨이퍼들(260)을 로딩/언로딩하기 위해 서셉터 어셈블리(230)와 가스 분배 어셈블리(220) 사이의 영역을 액세스하게 허용하도록, 하나의 세그먼트가 상승될 수 있다.
[0059] 도 8은, 서셉터 어셈블리(230)가 강성 바디가 아닌, 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 어셈블리(230)는, 약 0.1 mm 이하, 또는 약 0.05 mm 이하, 또는 약 0.025 mm 이하, 또는 약 0.01 mm 이하의 드룹 허용오차를 갖는다. 여기서, 서셉터 어셈블리(230)의 내측 직경 영역(239) 및 외측 직경 영역(231)에 배치되는 액추에이터들(232)이 존재한다. 액추에이터들(232)은, 서셉터 어셈블리(230)의 내측 및 외측 주변부 주위의 임의의 적합한 수의 장소(place)들에 포지셔닝될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 액추에이터들(232)은, 외측 직경 영역(231) 및 내측 직경 영역(239) 양자 모두에서의 3개의 위치들에 배치된다. 외측 직경 영역(231) 및 내측 직경 영역(239) 양자 모두에서의 액추에이터들(232)은 서셉터 어셈블리(230)에 압력을 가한다.
[0060] 도 9는, 가스 분배 어셈블리(220)의 섹터(sector) 또는 일부를 도시한다. 가스 분배 어셈블리는 복수의 섹터들을 포함할 수 있고, 각각의 섹터는 동일하거나 상이하다. 도시된 섹터는 또한 원형의 가스 분배 어셈블리로서 지칭될 수 있으며, 원형의 가스 분배 어셈블리는 도시된 섹터들의 조합으로 구성되는 것으로 이해될 것이다. 원형의 가스 분배 어셈블리(220)는 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝되며, 그리고 가스 분배 어셈블리(220)의 전방 면(225)에 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145)을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145)은, 가스 분배 어셈블리(220)의 내측 주변 에지(227)에 인접한 구역으로부터 외측 주변 에지(228)에 인접한 구역을 향해 연장된다. 도 9에 도시된 복수의 가스 포트들은, 제 1 반응성 가스 포트(125), 제 2 반응성 가스 포트(135), 제 1 반응성 가스 포트들 및 제 2 반응성 가스 포트들 각각을 둘러싸는 퍼지 가스 포트(145), 및 진공 포트들(155)을 포함한다.
[0061] 세장형 가스 포트들(125, 135, 145)은 가스 분배 어셈블리의 적어도 내측 직경 영역(227) 주위로부터 외측 직경 영역(228)으로 연장한다. 도 9 또는 도 10에 도시된 실시예들과 관련하여, 포트들이 적어도 내측 직경 영역 주위로부터 적어도 외측 직경 영역 주위로 연장하는 것으로 설명하고 있기는 하지만, 포트들은 내측 영역으로부터 외측 영역으로 단지 방사상으로 연장하는 것 이상으로 연장할 수 있음이 이해될 것이다. 포트들은, 진공 포트(145)가 반응성 가스 포트(125) 및 반응성 가스 포트(135)를 둘러쌀 때, 접선적으로(tangentially) 연장할 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서, 웨지 형상의 반응성 가스 포트들(125, 135)은, 내측 주변 영역 및 외측 주변 영역에 인접하는 에지를 포함한 모든 에지들 상에서, 진공 포트(145)에 의해 둘러싸인다.
[0062] 도 10-16과 관련하여, 프로세싱 챔버의 몇몇 실시예들은 가스 분배 어셈블리(220) 내에 가열 모듈(300)을 포함한다. 가열 모듈(300)은 하우징(310), 가열 소스(320), 및 전력 연결부들(331, 332)을 갖는 전력 소스(330)를 포함한다. 하우징(310)의 형상은 용도에 따라 달라질 수 있다. 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 가열 모듈(300)은, (도 11에 도시된 바와 같이) 웨지 형상을 갖거나, (도 10에 도시된 바와 같이) 가스 분배 어셈블리의 웨지 형상 세그먼트의 일부이다.
[0063] 가열 모듈(300) 내의 가열 소스(320)는, 램프들 및 저항성 가열기들을 포함하는 (그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 적합한 가열 소스일 수 있다. 램프들(322)은 임의의 적합한 형상일 수 있는 바, 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이 직선형 램프들일 수 있다. 램프들(322)의 수는, 예를 들어, 하우징(310)의 형상 또는 크기 및 전력 요건들에 따라 달라질 수 있다. 부가적으로, 램프들(322)은 다양한 출력 전력을 가질 수 있고, 동일한 하우징(310) 내에 상이한 전력의 램프들(322)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 웨지 형상 하우징(310)은, 하우징(310)의 장축(L)의 중앙을 따라 연장되는 고 전력 램프(323), 및 하우징(310)의 넓은 단부 근처의 더 낮은 전력(lower power)의 램프들(324)을 가질 수 있다.
[0064] 몇몇 실시예들은, 서셉터 쪽으로 복사 에너지를 방출하는 단일 또는 복수의 램프들을 포함하는, 복사 램프 모듈이라고도 또한 지칭되는 가열 소스(320)를 갖는다. 임의의 특정 동작 이론에 의해 구속되지 않으면서, 복사 램프 모듈은 가열된 서셉터와 더 차가운(cooler) 가스 분배 어셈블리 간의 온도 손실을 상쇄(counteract)시키기에 충분한 전력을 제공하는 데에 사용될 수 있는 것으로 여겨진다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 램프 모듈은 최대 10 kW, 또는 9 kW, 또는 8 kW, 또는 7 kW, 또는 6 kW, 또는 5 kW, 또는 4 kW를 서셉터에 전달한다.
[0065] 몇몇 실시예들에서, 열 소스는 서셉터 어셈블리의 상단 표면 쪽으로 복사 에너지를 지향시키는 적어도 하나의 램프를 포함한다. 도 11 및 도 12에 도시된 실시예에서, 열 소스(320)는 3개의 램프들, 즉 하우징의 중간 부분을 따르는 긴(long) 램프 및 긴 램프의 양측 상의 2개의 짧은(short) 램프들을 포함한다. 짧은 램프들은 웨지 형상 하우징의 더 넓은 부분 상에 위치된다.
[0066] 도 11에 도시된 실시예는, 하우징(310)의 개구(312) 아래에 포지셔닝되는, 서셉터 어셈블리의 상단 표면에 대해 실질적으로 차단되지 않는(unobstructed) 경로를 갖는 적어도 하나의 램프(322)를 가진 가열 소스(320)를 제공한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 차단되지 않는"이라는 용어는, 서셉터 어셈블리의 표면에 대해 수직인 방향으로 적어도 하나의 램프에 의해 방출되는 광이 차단되지 않음을 의미한다. 도 11에 도시된 가열 모듈(300)은 서셉터의 표면을 가열하는 데에 사용될 수 있는 가열 모듈의 예시이다.
[0067] 도 13에 도시된 실시예에서, 가열 모듈(300)은 가스 포트 내에 포함될 수 있다. 가스 소스(미도시)는 하우징(310) 상의 유입구(345)에 연결된다. 이러한 유입구(345)를 통해 유동하는 가스는 적어도 하나의 램프(322)의 주위 또는 측면을 통과할 수 있다. 도 11에 도시된 실시예는, 가열 모듈(300)이 서셉터 어셈블리를 가열하고 그리고 퍼지 가스 포트의 역할 모두를 행하도록 퍼지 가스 포트에 포지셔닝되는 가열 모듈의 예시이다.
[0068] 도 14에 도시된 실시예는, 열 소스(320)와 서셉터(미도시)의 상단 표면 사이에 포지셔닝된 확산 플레이트(diffusion plate)(360)를 포함하는 가열 모듈(300)을 갖는다. 확산 플레이트(360)는, 가스 분배 어셈블리와 서셉터 어셈블리 사이에 위치된 프로세싱 영역과 하우징(310)의 내측 영역(314) 간에 가스가 통과하는 것을 허용하지 않는 (도 14에 도시된 바와 같은) 고체 차폐물(solid shield)일 수 있다. 이러한 종류의 실시예들은, 확산 플레이트(360)를 가열하고 이후 근접한(by proximity) 서셉터 어셈블리를 가열함으로써, 서셉터 어셈블리를 가열하는 가열 모듈(300)의 예시이다. 이러한 타입의 실시예에서의 열 소스(320)는, 방사성(예를 들어, 도 14에 도시된 램프들) 또는 저항성(예를 들어, 도 15에 도시된 텅스텐 와이어)일 수 있다.
[0069] 확산 플레이트는, 실리콘 탄화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 및 스테인리스 스틸을 포함하는 (그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 확산 플레이트는 실리콘 탄화물을 포함한다.
[0070] 도 14 및 도 15에 도시된 실시예의 가열 모듈(300)은, 서셉터 어셈블리를 가열하거나 또는 가스 분배 어셈블리의 예열 섹션(pre-heat section)으로서 기능하도록 사용되는 가열 모듈(300)의 예시이다. 몇몇 실시예들에서, 고체 확산 플레이트(360)를 갖는 가열 모듈(300)은 가스 분배 어셈블리의 임의의 부분 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 가열 모듈(300)은, 다양한 반응성 가스 포트들, 퍼지 가스 포트들 및 진공 포트들 사이의 하나 또는 다수의 포지션들에 포함될 수 있다.
[0071] 도 4를 다시 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 가열 모듈은 프로세싱 챔버(100)의 로딩 구역(loading area)(370)에 포지셔닝될 수 있다. 로딩 구역(370)은, 슬릿 밸브(372) 또는 다른 격리 메커니즘에 인접하는, 프로세싱 챔버(100) 내의 영역이며, 이 영역을 통해, 프로세싱된 그리고 프로세싱되지 않은 웨이퍼들이 통과한다. 가열 모듈(300)은, 로딩 구역(370)에 인접한 처리 스테이션(80)과 동일한 위치에 또는 그 대신에 포지셔닝될 수 있다. 예열 모듈로서, 가열 모듈(300)은 웨이퍼들이 슬릿 밸브(372)를 통과함에 따라 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
[0072] 몇몇 실시예들에서, 프로세싱되지 않은 웨이퍼가 프로세싱 챔버 내로 그리고 서셉터(66) 상에 로딩됨에 따라, 예열 모듈의 열 소스(320)는 턴온된다. 예열 모듈은, 웨이퍼가, 가열된 서셉터를 접촉할 때 그 웨이퍼가 겪을 수 있는 열 충격을 최소화하거나 제거하는 데에 사용될 수 있다. 예열 모듈은 이후, 웨이퍼가 프로세싱된 후에 웨이퍼를 언로딩(unload)하기 위해 턴오프될 수 있다.
[0073] 몇몇 실시예들에서, 로딩 구역(370)에 인접하게 포지셔닝된 가열 모듈(300)은, 프로세싱되지 않은 웨이퍼가 챔버에 들어갈 때 그러한 웨이퍼를 예열하기 위해 제 1 전력 레벨로 턴온된다. 모든 웨이퍼들이 챔버 내로 로딩된 후, 열 소스(320)의 전력은, 웨이퍼들의 프로세싱 동안 가스 분배 어셈블리와 서셉터(66) 간의 온도 강하를 최소화하는 것을 돕기 위해 더 적거나 또는 더 많은 양의 열을 제공하도록 변경될 수 있다. 웨이퍼들이 프로세싱된 후, 열 소스(320)의 전력은 웨이퍼들을 언로딩하기 위해 턴오프될 수 있다.
[0074] 도 13을 다시 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 확산 플레이트(360)는 복수의 이격된 애퍼처(aperture)들(365)을 포함한다. 이격된 애퍼처들(365)은 가스가 확산 플레이트(360)를 통과하도록 허용하기 위해 사용될 수 있다. 가스가 가열 모듈(300)을 통과하여 확산 플레이트(360) 내의 복수의 애퍼처들(365)을 통해 확산되도록, 가열 모듈(300)은 가스 포트 내에 포함될 수 있다. 도 13에 도시된 실시예가, 복수의 이격된 애퍼처들(365)을 갖는 확산 플레이트(360)를 포함하고 있기는 하지만, 확산 플레이트는 생략될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0075] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버는, 서셉터 어셈블리(230)를 가열하기 위해 서셉터 어셈블리(230) 아래에 위치되는, 가열기(270), 또는 복수의 가열기들, 및 서셉터 어셈블리(230)와 가스 분배 어셈블리(220) 사이의 전력 손실을 최소화하기 위한, 가스 분배 어셈블리(220) 내의 가열 모듈(300)을 포함한다.
[0076] 몇몇 실시예들에서, 가열 모듈(300)은, 서셉터 아래에 위치되는 가열기(270) 대신 직접적인(direct) 열 소스로서 사용된다. 가열기(270)는 웨이퍼들을 간접적으로 가열하는 바; 가열기(270)는 서셉터를 가열하고, 서셉터가 접촉을 통해 기판을 가열한다. 램프를 가열 소스로서 사용하는 가열 모듈의 경우, 광은 웨이퍼들 및 서셉터 어셈블리의 표면 상으로 지향될 수 있다. 이는, 서셉터를 가열하지 않으면서, 웨이퍼 표면 또는 웨이퍼 표면 상의 층의 직접적인 가열을 허용한다.
[0077] 몇몇 실시예들에서, 가열 모듈(300)은 가열기(270)에 부가하여 사용된다. 따라서, 서셉터는 정상부(top) 및 바닥부(bottom) 모두로부터 동시에 가열되며, 이는 서셉터에 걸쳐 보다 균일한 온도 분포 및 웨이퍼들의 보다 균일한 가열을 야기할 수 있다. 부가적으로, 가열 모듈(300)은 프로세싱되고 있는 웨이퍼의 표면을 직접적으로 가열할 수 있다.
[0078] 몇몇 실시예들에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 가열 모듈(300)은 열 소스(320)로부터의 복사 에너지를 서셉터 어셈블리 쪽으로 지향시키기 위한 반사기(reflector)(380)를 더 포함한다. 반사기(380)는, 은 및 금을 포함하는 (그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 반사기(380)는 하나 초과의 재료 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반사기는, 반사기가 적용되는 기판, 확산 배리어들 및/또는 접착 층들을 포함할 수 있다.
[0079] 도 16은, 복수의 램프들: 즉 긴 램프들(327a, 327b), 중간 길이 램프들(328b) 및 짧은 램프들(328a)이 존재하는 가열 모듈(300)의 다른 실시예를 도시한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "긴(long)", "중간(medium)" 및 "짧은(short)"이라는 용어들은 램프의 상대적인 길이를 나타낸다. "긴" 램프는, 내측 주변 에지(227)와 외측 주변 에지(228) 간의 거리에 의해 정의되는 길이의 약 50 % 또는 60 % 또는 70 %와 같은 또는 그 초과의 길이를 가질 수 있다. "짧은" 램프는, 내측 주변 에지(227)와 외측 주변 에지(228) 간의 거리에 의해 정의되는 길이의 약 50 % 또는 40 % 또는 30 %와 같은 또는 그 미만의 길이를 가질 수 있다. "중간" 램프는, 내측 주변 에지(227)와 외측 주변 에지(228) 간의 거리에 의해 정의되는 길이의 약 30 % 내지 약 70 %의 범위 또는 약 40 % 내지 약 60 % 범위의 길이를 가질 수 있다. 긴 램프(327a), 중간 램프(328b) 및 짧은 램프들(328a)은 유사한 전력 출력 또는 상이한 전력 출력들로 이루어질 수 있다. 램프들의 포지션 및 순서는 단지 하나의 가능한 구성이며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다.
[0080] 하나 또는 그 초과의 실시예에서, 도 16에 도시된 가열 모듈(300)은 프로세싱 챔버의 로딩 구역에 인접한 예열 모듈로서 포지셔닝된다. 사용시, 프로세싱되지 않은 웨이퍼를 로딩하는 동안, 웨이퍼를 예열하기 위해 램프들(327a, 328a)이 턴온될 수 있다. 램프들(327b, 328b)은 이 시점(point)에서 온(on) 또는 오프(off)될 수 있다. 일단 웨이퍼가 예열되어 프로세싱 준비가 되면, 관찰되는 열 손실을 상쇄시키기 위해 서셉터에 열을 제공하기 위하여, 램프들(327a, 328a)은 턴오프될 수 있으며, 그리고 이미 온되지 않은 경우, 램프들(327b, 328b)이 턴온된다.
[0081] 몇몇 실시예들에서, 도 16의 모든 램프(327a, 327b, 328a, 328b)는, 동일하거나 유사한 전력 출력들을 가질 수 있다. 사용시, 프로세싱되지 않은 웨이퍼를 로딩하는 동안 모든 램프들은 턴온될 수 있다. 로딩 후, 프로세싱 동안 총 전력 출력을 감소시키기 위해 몇몇 램프들은 턴오프될 수 있다.
[0082] 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 층들은, 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD) 프로세스 동안에 형성될 수 있다. 몇몇 프로세스들에서, 플라즈마의 사용은, 표면 반응들이 유리하게 되고 가능성이 있게 되는 여기된 상태로 종을 촉진하기에 충분한 에너지를 제공한다. 프로세스에 플라즈마를 도입하는 것은 연속적일 수 있거나 또는 펄싱될(pulsed) 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 및 전구체들(또는 반응성 가스들)의 순차적인 펄스들이, 층을 프로세싱하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 시약(reagent)들은, 국부적으로(즉, 프로세싱 구역 내에서), 또는 원격으로(즉, 프로세싱 구역 외부에서) 이온화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 원격 이온화는, 이온들 또는 다른 에너제틱(energetic) 또는 발광 종이, 증착되는 막과 직접적으로 접촉하지 않도록, 증착 챔버의 상류에서 발생할 수 있다. 몇몇 PEALD 프로세스들에서, 플라즈마는, 프로세싱 챔버 외부에서, 이를 테면 원격 플라즈마 생성기 시스템에 의해 생성된다. 플라즈마는, 당업자에게 알려져 있는 임의의 적합한 플라즈마 생성 프로세스 또는 기법을 통해 생성될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는, 마이크로파(MW) 주파수 생성기 또는 무선 주파수(RF) 생성기 중 하나 또는 그 초과에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마의 주파수는, 사용되고 있는 특정 반응성 종에 따라 튜닝될(tuned) 수 있다. 적합한 주파수들은, 2 MHz, 13.56 MHz, 40 MHz, 60 MHz, 및 100 MHz를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본원에서 개시되는 증착 프로세스들 동안 플라즈마들이 사용될 수 있기는 하지만, 플라즈마들이 요구되지 않을 수도 있음을 주목해야 한다. 실제로, 다른 실시예들은, 플라즈마를 이용하지 않는, 매우 온화한(mild) 조건들 하에서의 증착 프로세스들에 관한 것이다.
[0083] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은, 층을 형성하기 전에, 그리고/또는 층을 형성한 후에, 프로세싱을 받는다. 이러한 프로세싱은, 동일한 챔버에서, 또는 하나 또는 그 초과의 별개의 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 추가적인 프로세싱을 위해, 제 1 챔버로부터 별개의 제 2 챔버로 이동된다. 기판은, 제 1 챔버로부터 별개의 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 또는 기판은, 제 1 챔버로부터 하나 또는 그 초과의 이송 챔버들로 이동될 수 있고, 그 후에, 미리 결정된 별개의 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 이송 스테이션과 소통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터링된 시스템" 등이라고 지칭될 수 있다.
[0084] 일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심-발견 및 배향, 탈기(degassing), 어닐링, 증착, 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈식 시스템이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은, 적어도 제 1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는, 로드 락 챔버들과 프로세싱 챔버들 사이에서 그리고 이들 간에서 기판들을 셔틀링할 수 있는 로봇을 하우징(house)할 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로 진공 조건으로 유지되며, 그리고 기판들을, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로, 그리고/또는 클러스터 툴의 전방 단부에 포지셔닝된 로드 락 챔버로 셔틀링하기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 본 발명에 대해 적응될 수 있는 2개의 잘-알려진 클러스터 툴들은 Centura® 및 Endura®이고, 이들 양자 모두는, 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다. 그러한 하나의 스테이지형(staged)-진공 기판 프로세싱 장치의 상세사항들은, 1993년 2월 16일 발행되었으며 그 명칭이 "Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method"인 Tepman 등의 미국 특허 제 5,186,718호에 개시되어 있다. 하지만, 챔버들의 정확한 배열 및 조합은, 본원에서 설명되는 바와 같은 프로세스의 특정 단계들을 수행하는 목적들을 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, 순환 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 사전-세정, 화학 세정, RTP와 같은 열 처리, 플라즈마 질화(nitridation), 탈기, 배향, 히드록실화(hydroxylation), 및 다른 기판 프로세스들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행함으로써, 대기 불순물들에 의한 기판의 표면 오염이, 후속 막을 증착하기 전의 산화 없이, 피해질 수 있다.
[0085] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은 지속적으로 진공 또는 "로드 락" 조건들 하에 있고, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동되는 경우에, 주변 공기에 노출되지 않는다. 따라서, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 하에서 "펌핑 다운(pump down)"된다. 비활성 가스들이 프로세싱 챔버들 또는 이송 챔버들에 존재할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비활성 가스는, 기판의 표면 상에 층을 형성한 후에, 반응물들의 일부 또는 전부를 제거하기 위해, 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 퍼지 가스는, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버로 그리고/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해, 증착 챔버의 출구에서 주입된다. 따라서, 비활성 가스의 유동은 챔버의 출구에서 커튼을 형성한다.
[0086] 프로세싱 동안에, 기판은 가열 또는 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 기판 지지부(예를 들어, 서셉터)의 온도를 변화시키는 것, 및 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면으로 유동시키는 것을 포함하는 (그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판 지지부는, 기판 온도를 전도성으로 변화시키도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 채용되는 가스들(반응성 가스들 또는 비활성 가스들)은, 기판 온도를 국부적으로 변화시키도록 가열 또는 냉각된다. 몇몇 실시예들에서, 가열기/냉각기는, 기판 온도를 대류성으로 변화시키기 위해, 챔버 내에서 기판 표면 근처에 포지셔닝된다.
[0087] 기판은 또한, 프로세싱 동안에, 정지되어 있을 수 있거나 또는 회전될 수 있다. 회전되는 기판은, 연속적으로 또는 불연속적인 단계들로 회전될 수 있다. 예를 들어, 기판은 전체 프로세스 전반에 걸쳐 회전될 수 있거나, 또는 기판은, 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출 사이에서 소량만큼 회전될 수 있다. (연속적으로 또는 단계들로) 프로세싱 동안에 기판을 회전시키는 것은, 예를 들어, 가스 유동 기하형상들에서의 국부적인 변동성의 영향을 최소화함으로써, 더 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는 것을 도울 수 있다.
[0088] 전술한 바가 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 프로세싱 챔버로서,
    상기 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된(positioned) 원형의 가스 분배 어셈블리 ― 상기 가스 분배 어셈블리는 상기 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 복수의 세장형 가스 포트들을 포함하고, 상기 복수의 세장형 가스 포트들은 상기 가스 분배 어셈블리의 적어도 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장하고, 상기 복수의 가스 포트들은 상기 프로세싱 챔버에 반응성 가스를 전달하기 위한 반응성 가스 포트, 상기 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 퍼지 가스 포트, 및 상기 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기(evacuate)시키기 위한 진공 포트를 포함함 ―;
    열 소스(heat source)를 포함하는 가열 모듈 ― 상기 가열 모듈은 상기 원형의 가스 분배 어셈블리 내에 있고, 웨지(wedge) 형상을 가지며, 상기 열 소스는 램프 또는 저항성 가열기 중 하나 또는 그 초과를 포함함 ―; 및
    적어도 하나의 기판을 회전 축을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시키기 위한, 상기 프로세싱 챔버 내의 서셉터 어셈블리를 포함하고,
    상기 서셉터 어셈블리는, 내측 주변 에지 및 외측 주변 에지에 의해 정의되는 상단 표면을 가지며, 그리고 상기 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 상기 가스 분배 어셈블리의 전방 면을 향하도록 상기 서셉터 어셈블리는 상기 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝되는,
    프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 소스는 상기 서셉터 어셈블리의 상단 표면 쪽으로 복사 에너지를 지향(direct)시키기 위한 적어도 하나의 램프를 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 램프는, 상기 서셉터 어셈블리의 상단 표면에 대해 실질적으로 차단되지 않는(unobstructed) 경로를 갖는,
    프로세싱 챔버.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열 모듈은 가스 포트 내에 포함되는,
    프로세싱 챔버.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 모듈은, 상기 서셉터의 상단 표면과 상기 열 소스 사이에 확산 플레이트를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 확산 플레이트는 고체 차폐물(solid shield)이고, 상기 가열 모듈을 통해 가스가 통과하지 않는,
    프로세싱 챔버.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 확산 플레이트는 SiC를 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가열 모듈은 상기 프로세싱 챔버의 로딩 구역(loading area)에 포지셔닝되는,
    프로세싱 챔버.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 확산 플레이트는 복수의 이격된 애퍼처(aperture)들을 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열 모듈은 가스 포트 내에 포함되고, 가스는 상기 가열 모듈을 통과하여, 상기 확산 플레이트 내의 상기 복수의 애퍼처들을 통해 확산되는,
    프로세싱 챔버.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 어셈블리를 가열하기 위해 상기 서셉터 어셈블리 아래에 위치된 가열기를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 모듈은, 상기 열 소스로부터의 복사 에너지를 상기 서셉터 어셈블리 쪽으로 지향시키기 위한 반사기를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  13. 프로세싱 챔버로서,
    상기 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝된 원형의 가스 분배 어셈블리 ― 상기 원형의 가스 분배 어셈블리는 상기 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 복수의 세장형의 웨지 형상(wedge shaped) 가스 포트들을 포함하고, 상기 복수의 세장형의 웨지 형상 가스 포트들은 상기 가스 분배 어셈블리의 적어도 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장하고, 상기 복수의 세장형의 웨지 형상 가스 포트들은 상기 프로세싱 챔버에 적어도 하나의 반응성 가스를 전달하기 위한 적어도 하나의 반응성 가스 포트, 상기 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 적어도 하나의 퍼지 가스 포트, 상기 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시키기 위한 적어도 하나의 진공 포트, 및 적어도 하나의 램프를 포함하는 적어도 하나의 웨지 형상 가열 모듈을 포함함 ―;
    적어도 하나의 기판을 회전 축을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시키기 위한, 상기 프로세싱 챔버 내의 서셉터 어셈블리 ― 상기 서셉터 어셈블리는, 내측 주변 에지 및 외측 주변 에지에 의해 정의되는 상단 표면을 가지며, 그리고 상기 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 상기 가스 분배 어셈블리의 전방 면을 향하도록 상기 서셉터 어셈블리는 상기 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝됨 ―; 및
    상기 서셉터 어셈블리를 가열하기 위해 상기 서셉터 어셈블리 아래에 위치되는 가열기를 포함하고,
    상기 가열기는 램프 또는 저항성 가열기 중 하나 또는 그 초과를 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열 모듈은, 상기 적어도 하나의 램프로부터의 복사 에너지를 상기 서셉터 어셈블리 쪽으로 지향시키기 위한 반사기를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 가열 모듈은 상기 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 포지셔닝된 확산 플레이트를 더 포함하고, 상기 확산 플레이트는 복수의 이격된 애퍼처들을 선택적으로 포함하는,
    프로세싱 챔버.
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