KR20170084363A - 캐러셀 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

개별적으로 레벨링되거나, 이동되거나 변경될 수 있는 복수의 파이-형 세그먼트들로 구성된 서셉터 조립체들 및 가스 분배 조립체들이 설명된다. 또한, 가스 분배 조립체들, 서셉터 조립체들, 센서들, 및 서셉터와 가스 분배 조립체 사이의 갭을 조정하기 위한 피드백 회로들을 포함하는 프로세싱 챔버들이 설명된다. 가스 분배 조립체들, 서셉터 조립체들 및 프로세싱 챔버들을 사용하는 방법들이 또한 설명된다.

Description

캐러셀 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법들{APPARATUS AND METHODS FOR CAROUSEL ATOMIC LAYER DEPOSITION}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로, 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은, 복수의 독립적으로 제어가능한 파이-형(pie-shaped) 세그먼트들을 포함하는 서셉터 조립체들 및/또는 샤워헤드 조립체들을 사용하는, 캐러셀 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 현재, 선형의 공간적 원자 층 증착(ALD) 단일 웨이퍼 반응기들은 웨이퍼들을 운반하기 위해 단일 피스 그래파이트 기반 서셉터를 갖는다. 그러한 디자인은 다층(multi-layer) 옹스트롬 레벨 증착을 위한, 고정식(fixed) 샤워헤드 하의 왕복 모놀리식 서셉터를 가능하게 한다. 웨이퍼는 매 사이클마다 가속/감속되어야 하는데, 이는 오버헤드 타임 및 처리량에 영향을 미친다. 또한, 정지된(stationary) 인젝터가 전체 웨이퍼 영역을 커버해야 하기 때문에, 서셉터는 웨이퍼 직경보다 3배 더 길어야 한다. 이로 인해 챔버 및 펌핑 용적이 9배 증가된다. 웨이퍼가 교환될 필요가 있을 때마다, 챔버는 유동, 온도 및 압력에 대해 재-안정화될 필요가 있으며, 이를 위해서는 많은 오버헤드 타임이 걸린다. 그리고 그런 이유로 현재의 선형 챔버는 충분히 큰 처리량을 갖지 못한다.
[0003] 선형 챔버들은 진공 내에 기계식 레일들 및 선형 모터들을 가지며, 컴포넌트들은 보다 고가가 되며 진공 양립가능성(vacuum compatibility)을 위해 더 긴 리드타임들(leadtimes)을 필요로 한다. 보다 우수한 처리량을 위해, 서셉터는 보다 빠르게 왕복운동해야 하며, 그에 따라 웨이퍼들이 불가피하게 서셉터에 진공 클램핑된다. 이로 인해 시스템 디자인 및 모션의 복잡성이 증가된다.
[0004] 전형적으로, 웨이퍼와 샤워헤드 사이의 갭은 최적의 ALD 성능을 위해 약 1mm 미만으로 제어될 필요가 있다. 그러나, 서셉터가 매우 길기 때문에, 서셉터의 평탄도가 엄격하게 제어될 수 없으며, 서셉터는 4개의 지점들(points)에서 고정되기 때문에 고르지 못하게 확장된다. 현재의 챔버 디자인들에서의 갭은 약 1.2 mm이다. 웨이퍼와 샤워헤드 사이의 갭을 제어하기 위한 능동적인(active) 갭 제어가 존재하지 않는다. 갭을 제어하기 위해 심들(shims)이 사용되는데, 이는 시행착오 방법이 되게 한다. 또한, 서셉터는 선형 액츄에이터 상의 4개의 위치들에서 지지되며, 이는 통합(integration)을 어렵게 하고 확장을 불균일하게 한다.
[0005] 따라서, 공간적 원자 층 증착 동안 엄격하게 제어되는 갭을 유지할 수 있는 방법들 및 장치가 기술분야에 요구된다.
[0006] 본 발명의 실시예들은 복수의 파이-형 세그먼트들을 포함하는 가스 분배 조립체들에 관한 것이다. 복수의 파이-형 세그먼트들은 중심 축을 중심으로 방사상으로 배치되며, 복수의 방사상 채널들을 포함한다. 방사상 채널들 중 각각의 방사상 채널은 파이-형 세그먼트들의 형상을 따르는 형상을 갖는다.
[0007] 일부 실시예들에서, 파이-형 세그먼트들 중 적어도 하나의 파이-형 세그먼트는 적어도 3개의 레벨링(leveling) 유닛들을 더 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 3개의 레벨링 유닛들 중 각각의 레벨링 유닛은 독립적으로, 운동 마운트(kinematic mount)와 보이스 코일 중 하나이다.
[0008] 일부 실시예들은 이동가능한 선두(leading) 파이-형 세그먼트를 더 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트는 가스 분배 조립체 하에 기판이 배치될 수 있게 하기 위해 이동가능하다.
[0009] 일부 실시예들에서, 복수의 파이-형 세그먼트들 및 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트는 실질적으로 둥근(round) 형상을 형성하도록 결합된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트는 능동적인 세그먼트, 더미 세그먼트, 가열 세그먼트, 및 플라즈마 처리 세그먼트 중 하나 또는 그 초과의 세그먼트이다. 일부 실시예들에서, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트는 상이한 목적을 갖는 파이-형 세그먼트로 대체될 수 있는 더미 세그먼트이다.
[0010] 일부 실시예들에서, 복수의 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 가스 분배 조립체로부터 독립적으로 제거가능하다.
[0011] 본 발명의 부가적인 실시예들은, 회전가능한 중심 지지부 및 복수의 파이-형 세그먼트들을 포함하는 서셉터 조립체들에 관한 것이다. 복수의 파이-형 세그먼트들은 회전가능한 중심 지지부를 중심으로 방사상으로 배치된다. 각각의 파이-형 세그먼트의 적어도 일부는 회전가능한 중심 지지부와 접촉한다.
[0012] 일부 실시예들에서, 회전가능한 중심 지지부는 석영 베이스를 포함하고, 복수의 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 석영 베이스에 의해 지지된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 석영 베이스는 중실형 디스크(solid disk)를 포함하고, 중실형 디스크는 각각의 복수의 파이-형 세그먼트들 전부를 지지한다. 일부 실시예들에서, 석영 베이스는, 중심 축으로부터 연장하며 스포크형 프레임(spoked frame)을 형성하는 복수의 스포크들을 포함하며, 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 적어도 하나의 스포크 상에 놓인다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 석영 베이스는 복수의 개구들(apertures)과 유체 소통하는 복수의 가스 통로들을 포함하여서, 가스 통로들을 통해 유동하는 가스가 통로들을 빠져나가고 파이-형 세그먼트들에 압력을 인가하도록 허용한다.
[0013] 일부 실시예들에서, 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 적어도 2개의 연결 지점들에 의해 중심 지지부에 연결된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 석영이다. 일부 실시예들에서, 파이-형 세그먼트들 전부는 석영 가스 베어링 링에 의해 외측 주변 엣지(outer peripheral edge)에서 지지된다.
[0014] 일부 실시예들은 전체 서셉터 조립체를 수직 방향으로 이동시키기 위한 리프트를 더 포함한다.
[0015] 본 발명의 다른 실시예들은, 가스 분배 조립체, 서셉터 조립체, 센서, 복수의 가스 베어링 패드들 및 피드백 회로를 포함하는 프로세싱 챔버에 관한 것이다. 가스 분배 조립체는 설명되는 가스 분배 조립체들 중 임의의 가스 분배 조립체일 수 있다. 서셉터 조립체는 설명되는 서셉터 조립체들 중 임의의 서셉터 조립체일 수 있다. 센서는 가스 분배 조립체와 서셉터 조립체 사이의 거리를 결정하기 위해 포지셔닝된다. 피드백 회로는 서셉터 조립체의 전부 또는 일부를 가스 분배 조립체에 더 가까이 그리고 가스 분배 조립체로부터 더 멀리 이동시키기 위해, 센서 및 복수의 가스 베어링 패드들에 연결된다.
[0016] 일부 실시예들에서, 가스 베어링 패드들은 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트를 독립적으로 이동시키기 위해, 서셉터 조립체 위와 아래에 포지셔닝된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 베어링 패드들은, 가스 베어링 패드들을 가스 분배 조립체에 더 가까이 그리고 가스 분배 조립체로부터 더 멀리 이동시키기 위해, 독립적인 리프트 액츄에이터들에 연결된다. 일부 실시예들에서, 가스 베어링 패드들은 서셉터 조립체의 외측 주변 엣지에 포지셔닝된다.
[0017] 일부 실시예들에서, 가스 베어링 패드들은, 파이-형 세그먼트들의 내측 엣지에 인접하여, 서셉터 조립체의 중심 축을 향해 포지셔닝된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 서셉터 조립체의 파이-형 세그먼트들은 외측 주변 엣지에서 지지되지 않는다. 일부 실시예들은 내측 엣지에 대해 파이-형 세그먼트들의 외측 주변 엣지를 상승시키거나 하강시키기 위해, 파이-형 세그먼트들이 독립적으로 틸팅되게 하도록 가스 베어링 패드들에 인접한 히터를 더 포함한다.
[0018] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 획득되고 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 본 발명의 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 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.
[0019] 도 1은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가스 분배 조립체의 부분적인 평면 사시도를 도시한다;
[0020] 도 2는 도 1의 가스 분배 조립체의 부분적인 저면 사시도를 도시한다;
[0021] 도 3은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 서셉터 조립체를 도시한다;
[0022] 도 4는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 서셉터 조립체를 도시한다;
[0023] 도 5는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 서셉터 조립체를 도시한다;
[0024] 도 6은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 서셉터 조립체의 부분도를 도시한다;
[0025] 도 7은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 서셉터 조립체의 부분도를 도시한다;
[0026] 도 8은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다;
[0027] 도 9는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다;
[0028] 도 10은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다;
[0029] 도 11a는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다;
[0030] 도 11b는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다;
[0031] 도 12는 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다; 그리고
[0032] 도 13은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0033] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지시하기 위해, 가능한 경우, 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 특징들 및 엘리먼트들은 추가 설명 없이도 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있는 것으로 생각된다.
[0034] 본 발명의 실시예들은, 서셉터 상의 다수의 웨이퍼들의 연속적인 프로세싱에 의해 웨이퍼들의 높은 처리량을 제공하고, 최상의 ALD 성능 및 최소의 전구체 소모를 위해 갭을 최소화하는 공간적 ALD 챔버를 형성하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. '파이-스타일' 다수-피스 샤워헤드 및 서셉터는 캐러셀 ALD 챔버들을 보다 큰 웨이퍼 크기들로 용이하게 스케일가능하게(scalable) 한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "파이-스타일" 이라는 용어는, 다수의 피스들로 분리될 수 있는 대체로 둥근 형상을 의미한다.
[0035] 본 발명의 일부 실시예들은 일정한 체류 시간(resident time)을 위한 방사상 채널들을 갖는 다수-피스 '파이-스타일' 샤워헤드 인젝터 디자인에 관한 것이다. 이로 인해 인젝터는 평탄도를 위해 엄격하게 제어되며, 통합하기 용이하고, 스케일 가능하며, 실용적(serviceable)이다.
[0036] 하나 또는 그 초과의 실시예는, 능동적인 개별 인젝터 파이들을 가지며, 능동적인 개별 인젝터 파이들은 기준면(datum plane)을 형성하도록 기준 구조 상에 고정되고, 운동 마운트들을 이용해 3개의 지점들 상에서 기계식으로 레벨링될 수 있다. 인젝터 파이들은, 서셉터의 최상부 상에서 부유하도록 가스 베어링을 위한 퍼지 홀들을 갖거나, 서셉터 상에 장착되는 가스 베어링 패드들을 가질 수 있다.
[0037] 일부 실시예들에서, 인젝터 파이들 중 각각의 인젝터 파이는 3개의 지점들에서 레벨링하기 위한, 기계식, 공압식 또는 전기식 메커니즘들을 갖는다. 예를 들면, 각각의 인젝터의 3개의 지점들에서, 운동 마운트들을 갖는 기계식 액츄에이터, 가스 베어링을 갖는 공압식 액츄에이터, 및 보이스 코일을 갖는 전기식 액츄에이터를 갖는다.
[0038] 일부 실시예들에서, 하나의 인젝터 파이는 비활성 또는 더미로 만들어질 수 있고, 웨이퍼 이송을 위해 리프팅될 수 있으며, 이에 따라 서셉터가 수직 방향으로 정지될 수 있게 된다. 이는 시간을 절약하고, 처리량을 증가시키는 것에 의해 도움이 될 수 있으며, 서셉터의 보다 긴 수명을 제공하고, 챔버 디자인의 복잡성을 감소시킨다.
[0039] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 큰 원형의 단일 또는 다수-피스 '파이 스타일' 서셉터는, 갭 제어를 위한 작은 리프트 액츄에이터와 통합되는 진공 양립가능한 회전 모터에 의해 회전되는 다수의 웨이퍼들을 운반한다.
[0040] 일부 실시예들에서, 다수-피스 서셉터는, 링들 또는 스포크들 또는 석영 플레이트 상의 '파이 스타일' 서셉터 피스들을 갖는다. 이는 평탄도 및 제조를 위해 서셉터가 용이하게 제어되게 한다. 석영은, 서셉터 파이들을 위한 지지 베이스로서, 효율성을 유지하기 위해 히터 코일들/램프들을 위한 윈도우로서, 그리고 서셉터 파이들을 부유시키기 위한 가스 베어링으로서의 다수의 목적들을 갖는다.
[0041] 일부 실시예들에서, 최적의 프로세스 파라미터들을 위한 능동적인 갭 제어를 제공하기 위해, 샤워헤드의 최상부 상에 센서들이 존재한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 베어링들은 서셉터 및 샤워헤드 인젝터들을 지지하고 부유시키며, 그에 따라 샤워헤드 인젝터들에 대한 최상의 갭 제어를 위해 평탄도의 보다 우수한 제어를 제공한다.
[0042] 일부 실시예들에서, 갭 제어를 위해 독립적인 리프트 액츄에이터들 상에 지지되는 3개의 가스 베어링 패드들 상에서, 세라믹 링에 대한 외측 직경 상에 단일 또는 다수-피스 서셉터가 지지된다. 3개의 액츄에이터들은 샤워헤드 인젝터들의 평면에 대해 서셉터의 평면을 레벨링할 때 능동적인 제어를 제공한다. 통합된 회전 모터(들) 및 리프트(들)는, 평면성을 유지하기 위해 3개의 베어링 패드 액츄에이터들과 동기화된다.
[0043] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 3개의 가스 베어링 패드들은 내측 직경 가까이에서(near) 단일 피스 서셉터를 지지하고 부유시킨다. 서셉터는, 갭 제어를 위해, 통합된 회전 모터 및 리프트 액츄에이터를 이용하여 회전되고 리프팅된다. 회전 모터 및 리프트는 챔버의 바닥 또는 샤워헤드의 최상부 상에 장착될 수 있다.
[0044] 일부 실시예들에서, 석영 윈도우의 전체 최상부 표면은, 회전 모터에 커플링되는 석영 토크 샤프트에 의해 중심으로부터 구동된 단일 또는 다수-피스 서셉터를 부유시키기 위한 가스 베어링 능력(capability)을 갖는다. 석영 윈도우는 2개의 플레이트들로 만들어질 것이며, 바닥 플레이트는 가스를 위한 밀링된(milled) 채널들을 가질 것이며, 최상부 플레이트는 그루브들을 커버하도록 편평하게 기계가공된다. 2개의 플레이트들은 고온 접착제(glue)로 접착될 수 있거나, 함께 융합될(fused) 수 있다. 석영 가스 베어링 테이블은 회전할 수 없지만, 인젝터 파이들에 대한 갭 제어를 위해 리프트 작동될(lift actuated) 수 있다.
[0045] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 석영 가스 베어링은 서셉터의 외측 직경 상에만 있다. 따라서, 서셉터의 외측 엣지는 가스 베어링 링 상에서 부유하지만, 단일 피스 또는 다수-피스 서셉터 파이들의 중심은, 서셉터의 모든 피스들을 구동시키는 토크 샤프트 상에 고정되고 기계식으로 레벨링된다. 이는 낮은 회전 질량(rotation mass)을 제공하며, 소형 토크 모터를 요구한다. 샤워헤드 파이들은 서셉터의 최상부 상에서, 외측 직경 및 내측 직경 표면들 상에서만 부유될 필요가 있을 수 있다.
[0046] 일부 실시예들에서, 리프트 액츄에이터(들)는 챔버의 바닥 상에 또는 샤워헤드의 최상부 상에 장착될 수 있다. 최상부 장착식 작동(top mounted actuation)은, 샤워헤드의 최상부로부터 기준(datum)이 옮겨질(transferred) 수 있기 때문에, 샤워헤드 평면에 대한 직접적인 기준(direct reference)을 갖지 않을 수 있는 바닥 장착식(bottom mounted)보다 더 우수한 갭 관리에 대한 이득을 가질 수 있다.
[0047] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 웨이퍼의 이송은 몇몇 방법들에 의해 이루어질 수 있다. 한가지 방법에서, 모든 샤워헤드 파이들(더미 포함)은 정지되어 있지만, 전체 서셉터 조립체는 웨이퍼 이송 및 갭 제어를 위해 위 및 아래로 리프팅된다. 이는, 웨이퍼 이송이 이루어질 때마다, 갭이 다시 체크되며 레이저 센서들로부터의 피드백에 따라 수정됨을 의미한다. 다른 방법에서, 더미 샤워헤드 파이는 웨이퍼 이송을 위해 위로 리프팅된 후, 정지된 샤워헤드 파이들과 동일한 평면으로 내려진다. 그러나, 서셉터 조립체는 프로세스와 이송 양자 모두 동안, Z 방향으로 정지된다. 이는 프로세스 및 이송 단계들에 걸쳐서 갭이 유지될 수 있게 한다.
[0048] 일부 실시예들에서, 더미 샤워헤드 공간은 플라즈마 및 웨이퍼들의 세정을 위한 이중 목적용일 수 있다.
[0049] 따라서, 도 1은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가스 분배 조립체(100)의 평면도를 도시한다. 도 2는 도 1의 가스 분배 조립체(100)의 일부의 저면도를 도시한다. "가스 분배 조립체", "샤워헤드", "샤워헤드 조립체" 등의 용어들은 교환가능하게 사용된다.
[0050] 도 1 및 도 2를 참조하면, 가스 분배 조립체는 중심 축(104)을 중심으로 방사상으로 배치되는 복수의 파이-형 세그먼트들(102)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 중심 축(104)은 가상 지점 또는 축일 수 있으며, 이를 중심으로 복수의 파이-형 세그먼트들(102)이 배열된다. 일부 실시예들에서, 세그먼트들은, 완전한, 대체로 원형인 가스 분배 조립체를 형성하도록 조립될 수 있는 별도의 컴포넌트들이며, 가스 채널들 또는 어떠한 다른 가상의 또는 가설적인 경계에 의해 세그먼트들로 분할되는 단일 컴포넌트가 아니다.
[0051] 능동적인 파이-형 세그먼트들(102)은 복수의 방사상 채널들(106)을 포함한다. 도시된 방사상 채널들(106) 중 각각의 방사상 채널은 파이-형 세그먼트들(102)의 형상을 따르는 형상을 갖는다. 이는, 방사상 채널(106) 아래를 지나는 웨이퍼의 각 지점이 채널 아래에서 대략 동일한 체류 시간을 갖도록, 방사상 채널들(106)의 형상이 이루어짐을 의미한다. 예를 들면, 파이-형 세그먼트들(102) 아래에서 중심 축(104)을 중심으로 회전하는 웨이퍼의 내측 엣지는, 동일한 웨이퍼의 외측 엣지와 상이한 선속도(linear velocity)로 이동될 것이다. 방사상 채널들(106)은 내측 엣지보다 외측 엣지에서 더 넓은 폭을 가지며, 그에 따라 채널 하에서 소요되는 시간의 양은 이러한 선속도들의 차이에도 불구하고, 웨이퍼의 외측 엣지 및 내측 엣지에 대해 대략 동일할 것이다. 달리 말하면, 방사상 채널들(106)은, 상대 치수들에 있어서, 파이-형 세그먼트(102)의 형상과 유사한 파이-형상을 가질 수 있다. 각각의 채널의 실제 치수들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 인접한 채널들과 상이할 수 있다. 이는 다른 가스들에 비해 일부 가스들에 더 많은 노출 시간을 허용할 수 있다.
[0052] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "능동적인" 파이-형 세그먼트(102)는 웨이퍼 프로세싱이 달성될 수 있는 세그먼트이다. 능동적인 파이-형 세그먼트(102)는 방사상 채널들(106) 또는 샤워헤드-타입 구성, 또는 임의의 다른 프로세싱 구성을 포함할 수 있다. "더미" 세그먼트는 프로세싱이 수행되지 않는 세그먼트이다. 예를 들면, "더미" 세그먼트로서 중실형 파이-형 세그먼트가 사용될 수 있다. "더미" 세그먼트는, 웨이퍼를 프로세싱하는데 사용되지만 않을 뿐, 능동적인 세그먼트와 구조가 동일할 수 있다. 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 독립적으로, 능동적인 세그먼트 또는 더미 세그먼트일 수 있다.
[0053] 가스 분배 조립체(100)는 하나 또는 그 초과의 가스 매니폴드(108)를 포함할 수 있다. 도시된 가스 매니폴드(108)는 도관들(110)에 의해 개별적인 파이-형 세그먼트들(102)에 연결된다. 가스 매니폴드(108)는 프로세싱 가스 소스(예를 들면, 가스 실린더, 하우스 가스 라인, 또는 전구체 앰풀)와 유체 소통할 수 있다. 프로세싱 가스는 프로세싱 가스 소스로부터 가스 매니폴드(108)로 유동하며, 가스 매니폴드에서, 능동적인 파이-형 세그먼트들(102)로 지향된다. 도면들에는 단일 가스 매니폴드(108)가 도시되어 있지만, 하나 초과의 가스 매니폴드(108)가 통합될 수 있으며, 각각의 매니폴드는 도관들에 의해 능동적인 파이-형 세그먼트들에 연결된다는 것이 이해될 것이다. 부가적으로, 도시된 단일 매니폴드(108) 하우징은 하나 초과의 가스를 동시에 능동적인 파이-형 세그먼트들(102)에 분배하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 가스 매니폴드(108)는 제 1 반응성 가스, 제 2 반응성 가스, 퍼지 가스, 및 진공 소스와 유체 소통할 수 있다. 진공 및 이러한 가스들의 각각은 파이-형 세그먼트들 중 하나 또는 그 초과의 파이-형 세그먼트에 독립적으로 지향될 수 있다.
[0054] 일부 실시예들의 가스 분배 조립체(100)는, 가스 채널들(106)이 ABABA 구성으로 이루어지는 적어도 하나의 파이-형 세그먼트(102)를 갖는다. 이는, 가스 채널들이, 제 1 반응성 가스 채널, 제 2 반응성 가스 채널, 제 1 반응성 가스 채널, 제 2 반응성 가스 채널 및 제 1 반응성 가스 채널을 순서대로 포함하는 것을 의미한다. 어느 방향으로든, 이러한 세그먼트의 표면을 가로질러 지나는 웨이퍼는 그 위에 증착되는 2개의 층들을 가질 것이다. 전구체들의 가스 상 반응들을 최소화하고 가스 유동들을 격리시키기 위해, 퍼지 가스 채널들 및 진공 채널들을 포함하는 부가적인 가스 채널들이 A 채널과 B 채널 사이에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 파이-형 세그먼트들(102) 중 적어도 하나는 ABA 구성으로 배열된다. 다양한 세그먼트들(102)은 동일한 구성들 또는 상이한 구성들일 수 있어서, 웨이퍼가 전체 캐러셀을 통하여 회전할 때, 순수한 필름 또는 혼합된 필름의 증착을 허용한다.
[0055] 도면들에 도시된 실시예는 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)를 포함한다. 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는 기판(또는 웨이퍼)이 가스 분배 조립체(100) 아래에 배치될 수 있게 하도록 이동가능할 수 있다. 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는 나머지(remaining) 파이-형 세그먼트들(102)보다 약간 더 높은 것을 도면들로부터 볼 수 있다. 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는 다른 파이-형 세그먼트들(102), 능동적인 세그먼트 또는 더미 세그먼트와 동일할 수 있다.
[0056] 일부 실시예들의 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는 상이한 세그먼트로 대체될 수 있다. 예를 들면, 하나의 프로세스에서, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는 초기에, 프로세싱 능력을 갖지 않는 더미 세그먼트일 수 있다. 제 1 프로세스 이후, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는 가스 분배 조립체(100) 아래에 웨이퍼가 배치될 수 있게 하도록 리프팅될 수 있으며, 그 후 능동적인 파이-형 세그먼트로 대체될 수 있다. 따라서, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트는 임의의 타입의 세그먼트(예를 들면, 능동적인 또는 더미)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는, 능동적인 세그먼트, 더미 세그먼트, 가열 세그먼트 및 플라즈마 처리 세그먼트 중 하나 또는 그 초과이다. 일부 실시예들에서, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)는, 상이한 목적을 갖는 파이-형 세그먼트(예를 들면, 능동적인 세그먼트)로 대체될 수 있는 더미 세그먼트이다. 일부 실시예들에서, 복수의 파이-형 세그먼트들(102, 103) 중 각각의 파이-형 세그먼트는 가스 분배 조립체(100)로부터 독립적으로 제거가능하며 그리고/또는 독립적으로 교체가능하다. 개별적인 인젝터 파이들 또는 파이-형 세그먼트들 중 임의의 것이 비활성 또는 더미로 만들어질 수 있으며, 웨이퍼 이송을 위해 리프팅될 수 있으며, 이에 따라 서셉터가 수직 방향으로 정지될 수 있게 된다.
[0057] 일부 실시예들에서, 모든 파이-형 세그먼트들의 조합을 포함하는, 가스 분배 조립체(100)의 전체 형상은 실질적으로 둥근 형상을 형성한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 둥근"이라는 용어는, 가스 분배 조립체의 전체 형상이 대체로 원형이며, 임의의 특정 정밀도 또는 정확도(degree of precision or accuracy)를 암시하지 않는 것을 의미한다.
[0058] 개별적인 파이-형 세그먼트들(102) 및 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103) 중의 각각의 파이-형 세그먼트는 다른 파이-형 세그먼트들(102, 103)과 독립적으로 레벨링될(leveled) 수 있다. 도면들에 도시된 실시예에서, 파이-형 세그먼트들(102) 중 적어도 하나는 적어도 3개의 레벨링 유닛들(112)을 포함한다. 적어도 3개의 레벨링 유닛들(112)을 통합함으로써, 개별적인 파이-형 세그먼트들(102, 103)은 단일의 대형 가스 분배 조립체(100)를 레벨링할 필요없이, 웨이퍼 또는 서셉터의 평면에 평행하도록 레벨링될 수 있다. 레벨링 유닛들(112)의 개수는 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3개의 레벨링 유닛들(112)이 존재할 수 있다. 이는, 평면을 정의하기 위해 3개의 지점들이 필요할 때에 유용할 수 있다. 그러나, 부가적인 레벨링 유닛들(112)이 또한 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 파이-형 세그먼트들 중 하나 또는 그 초과의 파이-형 세그먼트는 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 그 초과의 레벨링 유닛들(112)을 포함한다.
[0059] 레벨링 유닛들(112)은 개별적인 파이-형 세그먼트들(102, 103) 둘레에 분배될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 파이-형 세그먼트들(102, 103)은, 개략적으로 삼각형 형상인 세그먼트의 코너들 중 각각의 코너에 단일 레벨링 유닛(112)을 갖는다. 이는, 파이-형 세그먼트들(102, 103)의 내측 엣지 및 외측 엣지의 레벨링을 독립적으로 허용하며, 그에 따라, 중심 부분의 높이가 고정될 수 있게 하고, 외측 엣지의 높이가 고정될 수 있게 하며, 그리고 파이-형 세그먼트들(102, 103)의 전면(114)이 관련 표면에 대해 평행하도록 기울어질(angled) 수 있게 한다.
[0060] 레벨링 유닛들(112)은 독립적으로, 임의의 적합한 레벨링 유닛일 수 있다. 일부 실시예들에서, 레벨링 유닛들(112)은 운동 마운트들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 레벨링 유닛들은 보이스 코일들을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 3개의 레벨링 유닛들(112) 중 각각의 레벨링 유닛은, 독립적으로, 운동 마운트와 보이스 코일 중 하나이다. 개별적인 인젝터 파이들은 운동 마운트들을 이용하여 3개의 지점들 상에서 기계적으로 레벨링되고, 기준 평면을 형성하도록 기준 구조 상에 고정될 수 있다. 레벨링 유닛들(112) 중 각각의 레벨링 유닛은 독립적으로, 3개의 지점들에서 파이-형 세그먼트들을 레벨링하기 위한, 기계식, 공압식, 또는 전기식 메커니즘일 수 있다. 예를 들면, 각각의 인젝터의 3개의 지점들에, 운동 마운트들을 갖는 기계식 액츄에이터, 가스 베어링을 갖는 공압식 액츄에이터, 및 보이스 코일을 갖는 전기식 액츄에이터가 있을 수 있다.
[0061] 프로세싱 동안 하나 또는 그 초과의 웨이퍼들을 지지하기 위해 서셉터 조립체(200)가 사용된다. 도 3은, 회전가능한 중심 지지부(220) 및 중심 지지부(220)로부터 연장하는 복수의 스포크들(222)을 포함하는 단일 피스 서셉터 조립체(200)를 도시한다. 3개의 스포크들(222)이 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 스포크들이 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 스포크들의 길이 및 두께는, 서셉터(201)의 직경 및 서셉터(201)의 중량을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다수의 인자들에 따라 달라질 수 있다. 도 3에 도시된 서셉터 조립체(200)는 서셉터(201)를 지지하는 베이스(203)를 포함한다. 베이스(203)는 결국 복수의 스포크들(222)에 의해 지지된다. 베이스(203)는, 석영 및 세라믹을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다.
[0062] 도 3에 도시된 단일 피스 서셉터는 도 1 및 도 2에 도시된 다수-피스 가스 분배 조립체(100)에 대해 특히 유용할 수 있다. 서셉터(201)가 충분히 편평한 것으로 가정하면, 복수의 파이-형 세그먼트들(102, 103)은, 각각의 파이-형 세그먼트가 서셉터(201)에 대해 평행하도록 레벨링될 수 있다.
[0063] 서셉터(201)는 서셉터(201)의 최상부 표면에 적어도 하나의 리세스(미도시)를 포함할 수 있다. 리세스는, 웨이퍼의 배면(back surface)과의 완전한 접촉에 의해, 또는 웨이퍼의 외측 주변 엣지를 지지하는 것에 의해, 웨이퍼를 지지하도록 하는 크기로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들의 리세스는, 웨이퍼의 최상부 표면이 서셉터(201)의 최상부 표면과 실질적으로 동일 평면에 있도록 보장하는 크기로 만들어진다.
[0064] 도 4는 회전가능한 중심 지지부(220)를 중심으로 방사상으로 배치된 복수의 파이-형 세그먼트들(202)을 갖는 서셉터 조립체(200)를 도시한다. 각각의 개별적인 파이-형 세그먼트(202)를 포함하는 전체 서셉터 조립체(200)를 회전시키기 위해 중심 지지부(220)가 사용될 수 있도록, 각각의 파이-형 세그먼트(202)의 적어도 일부는 회전가능한 중심 지지부(220)와 접촉한다. 일부 실시예들에서, 세그먼트들은, 완전한, 대체로 원형의 서셉터 조립체를 형성하도록 조립될 수 있는 별도의 컴포넌트들이며, 어떠한 가상의 또는 가설적인 경계에 의해 세그먼트들로 분할되는 단일 컴포넌트가 아니다.
[0065] 도 4에 도시된 실시예에서, 회전가능한 중심 지지부(220)는 재료의 중실형 디스크를 포함하는 단일 석영 베이스(203)를 포함한다. 복수의 파이-형 세그먼트들(202) 중 각각의 파이-형 세그먼트는 석영 베이스(203)에 의해 지지되며, 석영 베이스는 중심 지지부(220)로부터 연장하는 복수의 스포크들(222)에 의해 지지된다.
[0066] 복수의 파이-형 세그먼트들(202) 중 각각의 파이-형 세그먼트는 복수의 레벨링 유닛들(212)을 포함한다. 이는, 서셉터 조립체(200)의 회전동안, 개별적인 파이-형 세그먼트들(202) 및 그 위에 지지된 임의의 웨이퍼가 가스 분배 조립체로부터 균일한 거리로 유지되도록, 파이-형 세그먼트들(202) 중 각각의 파이-형 세그먼트가 가스 분배 조립체에 대해 개별적으로 레벨링될 수 있게 한다.
[0067] 도 5는, 베이스가, 스포크형 프레임을 형성하도록 중심 축으로부터 연장하는 복수의 스포크들(222)을 포함하는, 서셉터 조립체(200)의 다른 실시예를 도시한다. 파이-형 세그먼트들(202) 중 각각의 파이-형 세그먼트는, 각각의 세그먼트(202)의 엣지가 스포크들(222) 위에 지향되어 지지되도록, 스포크형 프레임의 스포크들(222) 상에 놓인다. 이러한 구성은 베이스의 전체 중량을 감소시키는데, 이는 엣지들 사이에 부가적인 재료가 필요없이, 요구되는 재료가 세그먼트들(202)의 엣지들을 지지하기에 충분히 넓기 때문이다. 개별적인 파이-형 세그먼트들(202)은 복수의 레벨링 유닛들(212)을 포함하며, 이에 따라 각각의 파이-형 세그먼트(202)가 독립적으로 레벨링될 수 있게 된다.
[0068] 도 6은 중심 축(220)에 연결된 복수의 파이-형 세그먼트들(202)을 포함하는 서셉터 조립체(200)의 다른 실시예를 도시한다. 각각의 파이-형 세그먼트(202)의 내측 엣지(230)는 적어도 하나의 레벨링 유닛(212)에 의해 중심 축(220)에 연결된다. 레벨링 유닛들(212)은 파이-형 세그먼트들(202)과 중심 축(220) 사이에 고정 지점(anchor point)을 제공하며, 또한 각각의 세그먼트의 내측 엣지가 레벨링될 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 파이-형 세그먼트들(202)은 도면들에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 레벨링 유닛들(212)에 의해 중심 축(220)에 연결된다. 각각의 파이-형 세그먼트(202)의 외측 엣지(231)는 어떠한 컴포넌트에도 물리적으로 연결되지 않는다. 그러므로, 각각의 파이-형 세그먼트(202)의 내측 엣지(230) 상에 적어도 2개의 레벨링 유닛들(212)을 갖는 것은, 중심 축(220)의 회전으로부터의 토크의 결과로서 개별적인 세그먼트들(202)이 뒤틀리는 것(twisting)을 방지하는 것을 돕는다.
[0069] 각각의 파이-형 세그먼트(202)의 외측 엣지(231)는 가스 베어링 링(240) 상에(또는 위에) 떠있다(ride). 가스 베어링 링(240)은, 복수의 개구들(244) 및 가스 소스(미도시)와 유체 소통하는 복수의 가스 통로들(242)을 포함한다. 가스는 가스 소스로부터 가스 베어링 링(240)으로, 가스 통로들(242)을 통해 복수의 개구들(244)의 외부로 유동하여서, 파이-형 세그먼트(202)의 바닥측(233)에 압력을 인가하여, 세그먼트(202)의 외측 엣지(231)에 대한 지지를 제공한다. 가스 통로들(242)을 통해 개구들(244) 외부로 유동하는 가스 압력은, 세그먼트들(202)의 외측 엣지(231)가 상부 또는 하부로 이동하게 하도록 조정될 수 있으며, 그에 따라 세그먼트들(202)의 기울기(tilt)를 변화시키며 세그먼트들이 레벨링될 수 있게 한다.
[0070] 가스 베어링 링(240)은 단일의 연속적인 피스 또는 복수의 개별적인 세그먼트들일 수 있다. 단일 피스일 때, 가스 베어링을 통하는 가스의 유동은 전체 링에 걸쳐서 대략 동일할 것이다. 그러나, 다수의 섹션들이 사용되는 경우, 개별적인 섹션들은 가스 분배 조립체에 대한 서셉터 조립체의 평행(parallelism)에 대하여 보다 정밀한 제어를 허용할 수 있다.
[0071] 개별적인 파이-형 세그먼트들(202)은 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 대부분의(most of) 세그먼트(202)가 중심 축에서의 연결 및 가스 쿠션에 의해 지지되기 때문에, 경량이지만 강한 물질을 사용하는 것이 유용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별적인 파이-형 세그먼트(202)는 석영을 포함한다. 서셉터 조립체(200)를 석영으로 효과적으로 제조함으로써, 석영의 투명성을 이용하기 위해 가열 램프들 또는 광학 디바이스들이 서셉터 아래에 포지셔닝될 수 있다.
[0072] 가스 베어링 링(240)은 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 베어링 링(240)은 석영을 포함한다. 가스 베어링 링(240)이 석영인 경우, 가열 램프들 및 다른 광학 컴포넌트들이 효과(effectiveness)의 손실 없이 링(240) 아래에 포지셔닝될 수 있다.
[0073] 가스 베어링 링(240)의 크기 및 위치는 변경될 수 있다. 가스 베어링 링(240)은 중심 축(220)의 엣지로부터 서셉터의 파이-형 세그먼트들(202)의 외측 주변 엣지(231)를 지난 지점까지 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 베어링 링(240)은 중심 축(220)의 엣지의 2 cm 이내에 포지셔닝된다.
[0074] 가스 베어링 링(240)은 임의의 적합한 크기일 수 있으며, 임의의 수의 가스 통로들(242)을 포함할 수 있다. 도 7은 가스 베어링 링(240)을 포함하는 대안적인 실시예를 도시한다. 여기서, 개별적인 파이-형 세그먼트들(202)은 적어도 하나의 레벨링 유닛(212)에 의해 중심 축(220)에 연결되며, 세그먼트들의 나머지 부분은 가스 베어링 링(240)에 의해 지지된다. 이 실시예에서 가스 베어링 링(240)은 도 6의 가스 베어링 링(240)보다 상당히 더 크며, 더 많은 가스 통로들(242)을 포함한다. 가스 통로들(242)은 도 6의 통로와 동일한 목적을 제공하며, 이 목적은 파이-형 세그먼트들(202)의 레벨링 및 그에 대한 지지를 제공하는 것이다.
[0075] 가스 베어링 링(240)은 또한 중심 축(220) 바로 근처에 위치될 수 있다. 도 9는 이러한 유형의 실시예를 도시한다. 서셉터 조립체(200)의 중심 축(220) 바로 근처의 가스 베어링 링(240)은, 파이-형 세그먼트들(202)이 피봇팅하게 하며, 그에 따라 파이-형 세그먼트(202)가 가스 분배 조립체(100)에 대해 평행하게 되도록 외측 엣지(231)를 상부로 또는 하부로 강제한다(force).
[0076] 도 8을 참조하면, 본 발명의 부가적인 실시예들은, 가스 분배 조립체(100) 및 서셉터 조립체(200)를 포함하는 프로세싱 챔버(300)에 관한 것이다. 일부 실시예들의 프로세싱 챔버(300)는 캐러셀 타입 구성이며, 이 구성에서 다수의 웨이퍼들은 서셉터 조립체(200)에 의해 지지되며, 가스 분배 조립체(100) 아래에서 회전된다.
[0077] 가스 분배 조립체(100)와 서셉터 조립체(200) 사이의 거리를 결정하기 위해 센서(320)가 포지셔닝된다. 센서는, 거리들을 측정할 수 있는, 레이저 센서들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 센서일 수 있다.
[0078] 가스 분배 조립체(100)와 웨이퍼의 최상부 표면 사이의 거리는 조절될 수 있으며, 가스 분배 조립체로부터의 가스 유동들의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 거리가 너무 크면, 가스 유동들은 웨이퍼의 표면과 만나기 전에 외부로 확산될 수 있으며, 그에 따라 덜 효율적인 원자 층 증착 반응을 초래한다. 거리가 너무 작으면, 가스 유동들은 표면을 가로질러 가스 분배 조립체의 진공 포트들로 유동할 수 없을 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체와 웨이퍼의 표면 사이의 갭은 약 0.5 mm 내지 약 2.0 mm의 범위, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1.5 mm의 범위, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1.1 mm의 범위, 또는 약 1.0 mm이다.
[0079] 서셉터 조립체(200)는 도 3 내지 도 7에 대해 전술된 바와 같이, 단일 피스 또는 다수-피스 서셉터 조립체일 수 있다. 서셉터 조립체(200)의 외측 주변 엣지(231)에서 서셉터 조립체 아래에 가스 베어링 패드(240)가 포지셔닝된다. 조립체의 외측 주변 엣지(231)에서 서셉터 조립체 위에 가스 베어링 패드(245)가 또한 포지셔닝된다. 가스 베어링 패드들(240, 245)은 서셉터 조립체를 레벨링하기 위해 함께 사용될 수 있다.
[0080] 센서(320) 및 복수의 가스 베어링 패드들(240, 245)에 피드백 회로(321)가 연결된다. 피드백 회로(321)는 센서(320)로부터의 거리 측정치들(distance measurements)을 전달하며(communicate), 그리고 서셉터 조립체(200)의 전부 또는 일부를 가스 분배 조립체(100)에 더 가까이 그리고/또는 가스 분배 조립체로부터 더 멀리 이동시키도록 가스 베어링 패드들(240, 245)에 명령을 제공한다.
[0081] 도 8에 도시된 바와 같이, 서셉터 조립체(200)는 수직 방향으로 전체 서셉터 조립체(200)를 이동시키기 위해 리프트(310)를 포함할 수 있다. 리프트(310)는 서셉터 조립체(200)의 중심 축(220)에 연결될 수 있다. 서셉터 조립체를 포지셔닝시킬 때, 중심 축(220)은 적절한 위치로 리프팅되며, 서셉터의 외측 주변 엣지들은 서셉터가 가스 분배 조립체에 평행하게 되도록 조정된다.
[0082] 일부 실시예들에서, 가스 베어링 패드들(240)은, 가스 베어링 패드들(240)을 가스 분배 조립체(100) 및/또는 서셉터 조립체(200)에 더 가까이 그리고 그로부터 더 멀리 이동시키도록, 독립적인 리프트 액츄에이터들(330)에 연결된다. 가스 베어링 패드들(240) 내의 가스의 압력을 변화시키는 대신, 또는 그 외에도, 리프트 액츄에이터들(330)은 가스 분배 조립체에 대한 서셉터 조립체의 평행에 영향을 미치도록 가스 베어링 패드들(240)을 상승 또는 하강시킬 수 있다.
[0083] 서셉터 조립체(200) 아래에 그리고/또는 가스 베어링 패드들(240) 근처에 히터(340) 또는 가열 조립체가 포지셔닝될 수 있다. 히터는, 서셉터 조립체(200)의 아래 및/또는 서셉터 조립체(200)의, 가스 분배 조립체(100) 반대편 측 상을 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 프로세싱 챔버 내의 임의의 적합한 위치에 포지셔닝될 수 있다. 히터(340)는 웨이퍼의 온도를 프로세스에 유용한 온도들로 상승시키도록, 프로세싱 챔버에 충분한 열을 제공한다. 적합한 가열 조립체들은, 서셉터 조립체의 바닥 표면을 향해 복사 에너지를 지향시키는 복사 히터들(예를 들면, 복수의 램프들) 및 저항성 히터들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
[0084] 히터(340)는 또한, 가스 분배 조립체(100)에 대한 서셉터 조립체(200)의 평행에 영향을 미치도록 사용될 수 있다. 서셉터 조립체(200)의 파이-형 세그먼트들(202)의 일부의 온도를 상승시키는 것은 조립체를 피봇팅하게 할 수 있으며, 그에 따라 서셉터 조립체의 외측 주변 엣지를 상승시키거나 하강시킬 수 있다. 부가적으로, 히터는 가스 베어링 패드들(240, 245)을 빠져나가는 가스의 온도를 변화시키도록 사용되어, 서셉터 조립체(200)에 영향을 주는, 가스의 압력에 영향을 미칠 수 있다.
[0085] 도 8에 도시된 실시예에서, 가스 베어링 패드들(240, 245)은 파이-형 세그먼트들(202) 및 서셉터 조립체(200)의 외측 주변 엣지(231)에 포지셔닝된다. 도 9는 프로세싱 챔버(300)의 대안적인 실시예를 도시하며, 이 실시예에서 가스 베어링 패드들(240, 245)은 파이-형 세그먼트들(202)의 내측 엣지(230)에 인접하여, 서셉터 조립체(200)의 중심 축(220)을 향하여 포지셔닝된다. 일부 실시예들에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 파이-형 세그먼트들(202)의 외측 주변 엣지(231)는 지지되지 않는다.
[0086] 도 10은 프로세싱 챔버(300)의 다른 실시예를 도시하며, 이 실시예에서 서셉터 조립체 아래의 가스 베어링 패드(240)는, 대략 파이-형 세그먼트들(202)이 중심 축(220)에 연결되는 지점으로부터 세그먼트들(202)의 외측 주변 엣지(231)까지 연장한다. 이는 도 7에 도시된 실시예와 유사하다. 또한, 서셉터 조립체와 가스 분배 조립체 사이에 가스 베어링 패드(245)가 포지셔닝된다. 이 가스 베어링 패드는 부분적인 패드일 수 있으며, 이는 서셉터 조립체 상의 웨이퍼들과 접촉하도록, 가스 분배 조립체로부터의 가스들이 통과할 수 있게 하는 갭들이 존재함을 의미한다. 상부의 가스 베어링 패드는 또한, 석영과 같이 실질적으로 투명할 수 있어서, 그러한 상부의 가스 베어링 패드를 통한 빛의 통과 및 광학적 측정들을 허용할 수 있다.
[0087] 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 서셉터 조립체(200)를 회전시키고 그리고/또는 서셉터 조립체(200)를 상승/하강시키는데 사용되는 메커니즘은 다수의 위치들에 포지셔닝될 수 있다. 도 11a는 서셉터 조립체(200) 및 가스 분배 조립체(100) 위에 포지셔닝되는 로테이터/액츄에이터 메커니즘을 도시한다. 이 메커니즘은 가스 분배 조립체(100)의 중심 영역을 통해 서셉터 조립체로 연장할 수 있다. 도 11b에서, 로테이터/액츄에이터 메커니즘은 서셉터 조립체(200) 아래에 포지셔닝된다.
[0088] 도 12는 웨이퍼가 로딩중이거나 언로딩중인, 일부 실시예들에 따른 프로세싱 챔버(300)를 도시한다. 이 실시예에서, 서셉터 조립체(200)는 가스 분배 조립체(100)로부터 아래로 이동되어서, 로봇 아암(400)이 서셉터 조립체(200)로부터 웨이퍼(60)를 픽업하거나 웨이퍼(60)를 전달하기에 충분한 공간을 제공한다. 서셉터 조립체를 아래로 이동시킬 때, 액츄에이터들(330), 리프트(310), 히터들(340) 및 가스 베어링 패드들(240)의 각각은 독립적으로 이동되거나 그룹으로 이동될 수 있다. 웨이퍼(60)가 파이-형 세그먼트들(202) 중 하나의 리세스 내에 일단 배치되었다면, 서셉터 조립체는 후속 웨이퍼에 대한 접근을 허용하도록 회전할 수 있거나, 가스 분배 조립체(100)를 향해 이동될 수 있다. 로딩/언로딩 프로세스의 완료시, 서셉터 조립체(200)는 가스 분배 조립체(100)를 향해 위로 이동된다. 그렇게 할 때, 리프트(310), 액츄에이터들(330), 히터들(340) 및 가스 베어링 패드들(240)은 모두 독립적으로 또는 그룹들로 상승된다. 서셉터 세그먼트들의 평행은 그 후 가스 베어링 패드들(240) 또는 본원에서 설명된 다른 조정 메커니즘들을 사용하여 조정된다.
[0089] 도 13은 웨이퍼가 로딩중이거나 언로딩중인 다른 프로세싱 챔버(300)를 도시한다. 여기서, 서셉터 조립체(200) 및 가스 분배 조립체(100)는 실질적으로 동일한 위치에 남아 있으며, 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트(103)만이 이동된다. 도 13은 이동가능한 세그먼트(103)가 로딩/언로딩 위치로 상승된 후의 그러한 이동가능한 세그먼트(103)를 도시한다. 웨이퍼(들)가 일단 로딩/언로딩되었다면, 이동가능한 세그먼트(103)는 위치로 다시 하강되며, 본원에서 설명된 바와 같이 평행이 조정된다.
[0090] 본 발명의 실시예들에 대해 사용하기 위한 기판들은 임의의 적합한 기판일 수 있다. 상세한 실시예들에서, 기판은 강성의 개별적인(discrete), 대체로 평면 기판이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, "개별적인" 이라는 용어는 기판에 대해 나타낼 때, 기판이 고정된 치수를 가짐을 의미한다. 특정 실시예들의 기판은, 200 mm, 300 mm, 또는 450 mm 직경의 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼이다.
[0091] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 가스", "반응성 전구체", "제 1 전구체", "제 2 전구체" 등의 용어들은, 기판 표면 또는 기판 표면 상의 층과 반응할 수 있는, 가스들 및 가스 종들을 나타낸다.
[0092] 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 층들은 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD) 프로세스동안 형성될 수 있다. 일부 프로세스들에서, 플라즈마의 사용은, 표면 반응들이 유리해지고 적당해지는(likely) 여기된 상태로 종을 고무시키기에(promote) 충분한 에너지를 제공한다. 프로세스에 플라즈마를 도입하는 것은 연속적이거나 펄스형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전구체들(또는 반응성 가스들) 및 플라즈마의 연속적인 펄스들은 층을 프로세싱하는데 사용된다. 일부 실시예들에서, 시약들은 국소적으로(즉, 프로세싱 영역 내에서) 또는 원격으로(즉, 프로세싱 영역 외부에서) 이온화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 이온화는 증착 챔버의 상류에서 발생할 수 있어서, 이온들 또는 다른 에너제틱한(energetic) 또는 발광성 종들이 증착 필름과 직접 접촉하지 않는다. 일부 PEALD 프로세스들에서, 플라즈마는 이를테면, 원격 플라즈마 생성기 시스템에 의해서, 프로세싱 챔버로부터 외부에서 생성된다. 플라즈마는 당업자들에게 공지된 임의의 적합한 플라즈마 생성 프로세스 또는 기술에 의해 생성될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마는 마이크로파(MW) 주파수 생성기 또는 무선 주파수(RF) 생성기 중 하나 또는 그 초과에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마의 주파수는 사용되는 특정 반응성 종에 따라 조절될 수 있다. 적합한 주파수들은, 2 MHz, 13.56 MHz, 40 MHz, 60 MHz, 및 100 MHz를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 플라즈마즈들은 본원에서 개시된 증착 프로세스들 동안 사용될 수 있지만, 플라즈마들이 요구되지 않을 수 있음에 주목해야 한다. 뿐만 아니라, 다른 실시예들은 플라즈마가 없는 매우 온화한(mild) 조건들 하에서의 증착 프로세스들에 관계된다.
[0093] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은 설명된 챔버에서의 프로세싱 이전에 및/또는 그 이후에 프로세싱을 받는다. 이러한 프로세싱은 동일한 챔버 내에서, 또는 하나 또는 그 초과의 별개의 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 제 1 챔버로부터 추가의 프로세싱을 위해 별도의 제 2 챔버로 이동되며, 챔버들 중 어느 하나 또는 둘 모두는 설명된 실시예들을 따른다. 기판은 제 1 챔버로부터 별도의 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 제 1 챔버로부터 하나 또는 그 초과의 이송 챔버들로 이동된 후, 원하는 별도의 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 이송 스테이션과 통신하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터링된 시스템", 등으로 지칭될 수 있다.
[0094] 일반적으로, 클러스터 툴은 기판 중심-찾기(center-finding) 및 배향(orientation), 탈가스, 어닐링, 증착 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈형 시스템이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은 적어도 제 1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는, 프로세싱 챔버들과 로드 록 챔버들 사이에서 기판들을 왕복시킬 수 있는 로봇을 하우징할 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로 진공 조건에서 유지되며, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 그리고/또는 클러스터 툴의 전방 단부에 포지셔닝된 로드 록 챔버로 기판들을 왕복시키기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 본 발명에 대해 적응될 수 있는 2개의 주지된 클러스터 툴들은 Centura® 및 Endura®이며, 이 둘은 모두 캘리포니아 산타클라라에 소재한 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다. 그러한 하나의 단계적-진공 기판 프로세싱 장치에 대한 세부사항들은, 1993년 2월 16일자로 허여된, 발명의 명칭이 "Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method"인 Tepman 등의 U.S. 특허 제5,186,718호에 개시되어 있다. 그러나, 챔버들의 정확한 배열 및 조합은 본원에서 설명된 바와 같은 프로세스의 특정 단계들을 수행하는 목적들을 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, 주기적 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 사전-세정, 화학적 세정, RTP와 같은 열 처리, 플라즈마 질화, 탈가스, 배향, 히드록실화(hydroxylation) 및 다른 기판 프로세스들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행함으로써, 대기중의 불순물들에 의한 기판의 표면 오염은, 후속 필름을 증착하기 이전에 산화 없이 방지될 수 있다.
[0095] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은 연속적으로 진공 또는 "로드 록" 조건들 하에 있으며, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동될 때 주변 공기에 노출되지 않는다. 이송 챔버들은 그에 따라, 진공 하에 있으며, 진공 압력 하에서 "펌핑 다운(pumped down)"된다. 불활성 가스들은 프로세싱 챔버들 또는 이송 챔버들에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 기판의 표면 상에 실리콘 층을 형성한 후에 반응물질들의 일부 또는 전부를 제거하기 위해 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 퍼지 가스는 증착 챔버의 출구에서 주입되어서, 반응물질들이 증착 챔버로부터 이송 챔버 및/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지한다. 따라서, 불활성 가스의 유동은 챔버의 출구에 커튼(curtain)을 형성한다.
[0096] 프로세싱 동안, 기판은 가열 또는 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 제한되는 것은 아니지만, 기판 지지부의 온도를 변화시키는 것 및 기판 표면에 가열 또는 냉각된 가스들을 유동시키는 것을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 수단에 의해 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는 기판 온도를 전도성으로 변화시키도록 제어될 수 있는 히터/냉각기를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 사용되는 가스들(반응성 가스들 또는 불활성 가스들)은 기판 온도를 국소적으로 변화시키도록 가열 또는 냉각된다. 일부 실시예들에서, 히터/냉각기는 기판 온도를 대류성으로 변화시키도록 기판 표면에 인접하여 챔버 내에 포지셔닝된다.
[0097] 기판은 또한, 프로세싱 동안 정지되어 있거나 회전될 수 있다. 회전하는 기판은 연속적으로 또는 개별적인 단계들로 회전될 수 있다. 예를 들면, 기판은 전체 프로세스에 걸쳐서 그 자신의 중심 축을 중심으로 회전될 수 있거나, 기판은 상이한 반응성 가스 또는 퍼지 가스에 대한 노출 사이에서 적은 양만큼 회전될 수 있다. 프로세싱 동안 (연속적으로 또는 단계들로) 기판을 회전시키는 것은, 예를 들면 가스 유동 기하형상들의 국소적인 가변성(variability)의 효과를 최소화함으로써, 보다 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는 것을 도울 수 있다.
[0098] 본원의 발명은 특정 실시예들을 참조로 하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 적용예들 및 원리들을 단지 예시하는 것임이 이해되어야 한다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정예들 및 변형예들이 이루어질 수 있음이 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들 및 그 등가물들의 범주 내의 수정예들 및 변형예들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 가스 분배 조립체로서,
    중심 축을 중심으로 방사상으로 배치되는 복수의 파이-형(pie-shaped) 세그먼트들을 포함하며,
    상기 파이-형 세그먼트들은 복수의 방사상 채널들을 포함하며, 각각의 방사상 채널은 상기 파이-형 세그먼트들의 형상을 따르는 형상을 갖는
    가스 분배 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이-형 세그먼트들 중 적어도 하나는 적어도 3개의 레벨링 유닛들을 더 포함하고, 상기 3개의 레벨링 유닛들 중 각각의 레벨링 유닛은, 독립적으로, 운동 마운트(kinematic mount)와 보이스 코일(voice coil) 중 하나인
    가스 분배 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    이동가능한 선두(leading) 파이-형 세그먼트를 더 포함하는
    가스 분배 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트는, 상기 가스 분배 조립체 아래에 기판이 배치될 수 있게 하도록 이동가능한
    가스 분배 조립체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 이동가능한 선두 파이-형 세그먼트는, 능동적인(active) 세그먼트, 더미 세그먼트, 가열 세그먼트, 및 플라즈마 처리 세그먼트 중 하나 또는 그 초과의 세그먼트인
    가스 분배 조립체.
  6. 서셉터 조립체로서:
    회전가능한 중심 지지부; 및
    상기 회전가능한 중심 지지부를 중심으로 방사상으로 배치되는 복수의 파이-형 세그먼트들을 포함하며,
    각각의 파이-형 세그먼트의 적어도 일부는 상기 회전가능한 중심 지지부와 접촉하는
    서셉터 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전가능한 중심 지지부는 석영 베이스를 포함하며, 상기 복수의 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 상기 석영 베이스에 의해 지지되는
    서셉터 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 석영 베이스는 중실형 디스크를 포함하며, 상기 중실형 디스크는 각각의 상기 복수의 파이-형 세그먼트들 전부를 지지하는
    서셉터 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 석영 베이스는, 중심 축으로부터 연장하며 스포크형 프레임(spoked frame)을 형성하는 복수의 스포크들(spokes)을 포함하며, 상기 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 적어도 하나의 스포크 상에 놓이는
    서셉터 조립체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 석영 베이스는 복수의 개구들(apertures)과 유체 소통하는 복수의 가스 통로들을 포함하여서, 상기 가스 통로들을 통해 유동하는 가스가 상기 통로들을 빠져나가고 상기 파이-형 세그먼트들에 압력을 인가하도록 허용하는
    서셉터 조립체.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트는 적어도 2개의 연결 지점들(connection points)에 의해 상기 중심 지지부에 연결되는
    서셉터 조립체.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 파이-형 세그먼트들 전부는 석영 가스 베어링 링에 의해 외측 주변 엣지에서 지지되는
    서셉터 조립체.
  13. 프로세싱 챔버로서:
    가스 분배 조립체;
    제 6 항의 서셉터 조립체;
    상기 가스 분배 조립체와 상기 서셉터 조립체 사이의 거리를 결정하기 위해 포지셔닝되는 센서;
    복수의 가스 베어링 패드들; 및
    상기 서셉터 조립체의 전부 또는 일부를 상기 가스 분배 조립체에 더 가까이 그리고 상기 가스 분배 조립체로부터 더 멀리 이동시키기 위해, 상기 복수의 가스 베어링 패드들 및 상기 센서에 연결되는 피드백 회로를 포함하는
    프로세싱 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 패드들은 상기 파이-형 세그먼트들 중 각각의 파이-형 세그먼트를 독립적으로 이동시키기 위해, 상기 서셉터 조립체의 위 및 아래에 포지셔닝되는
    프로세싱 챔버.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 베어링 패드들은, 상기 서셉터 조립체의 외측 주변 엣지에 포지셔닝되거나, 또는 상기 파이-형 세그먼트들의 내측 엣지에 인접하여, 상기 서셉터 조립체의 상기 중심 축을 향하여 포지셔닝되는 것 중에서, 하나 또는 그 초과인,
    프로세싱 챔버.
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