KR20210054020A - 에피택시 반응기의 석영 돔을 위한 퍼지식 뷰포트 - Google Patents

에피택시 반응기의 석영 돔을 위한 퍼지식 뷰포트 Download PDF

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Abstract

본원에 설명되는 실시예들은 일반적으로, 프로세스 챔버 내에 배치된 기판에 대한 중단되지 않는 광학적 접근을 지속적으로 제공할 수 있는 인-시튜 계측 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판 처리 챔버에 대한 계측 시스템이 제공된다. 계측 시스템은, 기판 처리 챔버의 석영 돔에 결합되는 센서 뷰 파이프, 센서 뷰 파이프의 외측 표면으로부터 반경방향으로 연장되는 플랜지, 및 플랜지 상에 배치되는 뷰포트 윈도우를 포함하며, 뷰포트 윈도우는, 뷰포트 윈도우 상에 또는 그에 인접하게 배치되는 광학 센서에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 갖는다.

Description

에피택시 반응기의 석영 돔을 위한 퍼지식 뷰포트
본원에 개시되는 실시예들은 일반적으로 반도체 제조 장비 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 열 처리 챔버를 위한 인-시튜 계측 시스템에 관한 것이다.
반도체 처리 장비는, 박막들 및 코팅들의 증착, 패터닝, 및 처리에서 사용된다. 종래의 기판 처리 챔버는, 처리를 위한 기판을 지지하는 페디스털 또는 일부 동등한 방식을 제공한다. 고온 프로세스들은 종종, 기판의 온도를 처리 온도로 신속하게 상승시키기 위해 석영 돔들 및 외부 램프들을 사용한다. 온도/방사율을 결정하는 전통적인 방법들은, 최상부 석영 돔을 통해 고온계를 기판에 조준하는 것을 수반한다. 최상부 석영 돔은 처리 챔버 내부에서의 프로세스로부터의 과중한 기생 침착으로 인해 탁해질 수 있고, 이는, 고온계가 광학적 접근을 부분적으로 또는 심지어는 완전히 잃게 할 수 있다는 것이 관측되었다. 결과적으로, 측정이 손상된다.
따라서, 인-시튜 계측 시스템에 대해 명확한 광학적 접근을 지속적으로 제공할 수 있는 장치를 제공할 필요성이 관련 기술분야에 존재한다.
본원에 설명되는 실시예들은 일반적으로, 프로세스 챔버 내에 배치된 기판에 대한 중단되지 않는 광학적 접근을 지속적으로 제공할 수 있는 인-시튜 계측 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판 처리 챔버에 대한 계측 시스템이 제공된다. 계측 시스템은, 기판 처리 챔버의 석영 돔에 결합되는 센서 뷰 파이프들, 센서 뷰 파이프들의 외측 표면으로부터 반경방향으로 연장되는 플랜지, 및 플랜지 상에 배치되는 뷰포트 윈도우를 포함하며, 뷰포트 윈도우는, 뷰포트 윈도우 상에 또는 그에 인접하게 배치되는 광학 센서에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 갖는다.
다른 실시예에서, 장치가 제공된다. 장치는, 내부에 프로세스 용적을 정의하는 석영 챔버, 프로세스 용적 내에 배치되는 기판 지지부, 및 석영 챔버와 광학 센서 사이에서 연장되는 센서 뷰 파이프를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판 처리 챔버가 제공된다. 기판 처리 챔버는, 상부 돔, 상부 돔에 대향하는 하부 돔, 상부 돔과 하부 돔 사이에 배치되는 측벽 ― 상부 돔, 하부 돔, 및 측벽은 기판 처리 챔버 내부의 프로세스 용적을 정의함 ―, 프로세스 용적 내에 배치되는 기판 지지부, 광학 센서와 상부 돔 사이에서 연장되는 센서 뷰 파이프, 센서 뷰 파이프 위에 배치되는 뷰포트 윈도우 ― 뷰포트 윈도우는, 뷰포트 윈도우 상에 또는 그에 인접하게 배치되는 광학 센서에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 가짐 ―, 및 하부 돔 아래에 배치되는 방사선 소스를 포함한다.
본 개시내용의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 유의되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 측단면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 반사기 판의 일부분의 상부 사시도이다.
도 2b는 일 실시예에 따른, 도 2a에 도시된 플랜지(166)의 확대된 평면도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 투시도를 예시한다.
도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 단면도를 예시한다.
도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 단면도를 예시한다.
도 6은 일 실시예에 따른, 센서 뷰 파이프에 결합된 플랜지를 도시하는 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 단면도를 예시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 일부분의 평면도를 예시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은, 특정 언급 없이도 다른 실시예들에 대해 유익하게 활용될 수 있는 것으로 고려된다.
본원에 설명되는 실시예들은 일반적으로, 프로세스 챔버 내에 배치된 기판에 대한 중단되지 않는 광학적 접근을 지속적으로 제공할 수 있는 인-시튜 계측 시스템에 관한 것이다. 광학적 접근이 필요한 위치들에서 프로세스 챔버의 최상부 석영 돔에 개구들이 만들어진다. 센서 뷰 파이프는, 개구들로부터, 프로세스 챔버의 덮개 판 위에 배치되는 광학 센서로 상향으로 연장된다. 센서 뷰 파이프의 상부 단부는 플랜지에 결합된다. 광학 센서에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 갖는 뷰포트 윈도우가 플랜지와 광학 센서 사이에 배치된다. 뷰포트 윈도우가 고온 처리 챔버로부터 멀어지게 위로 상승됨에 따라, 윈도우는, 프로세스 챔버에서 유동하는 전구체들의 분해 온도들보다 낮은 온도로 유지될 수 있다. 결과적으로, 뷰포트 윈도우 상의 전구체들의 기생 침착이 감소된다. 인-시튜 계측 시스템의 광학적 접근가능성을 향상시키기 위해 다른 접근법들이 또한 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 측단면도이다. 프로세스 챔버(100)는, 화학 기상 증착, 이를테면 에피택셜 증착 프로세스들을 수행하는 데 활용될 수 있지만, 프로세스 챔버(100)는 식각 또는 다른 프로세스들에 활용될 수도 있다. 프로세스 챔버(100)의 비-제한적인 예들은, 센추라(CENTURA®) RP EPI 반응기를 포함하며, 이는, 캘리포니아 주 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 상업적으로 입수가능하다. 본원에 설명되는 프로세스 챔버(100)가 본원에 설명되는 다양한 실시예들을 실시하는 데 활용될 수 있지만, 상이한 제조자들로부터의 다른 적합하게 구성된 프로세스 챔버들이 또한 본 개시내용에서 설명되는 실시예들을 실시하는 데 사용될 수 있다.
프로세스 챔버(100)는, 프로세스 저항성 물질, 이를테면, 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 제조되는 하우징 구조(102)를 포함한다. 하우징 구조(102)는, 상부 돔(120), 하부 돔(122), 및 상부 돔(120)과 하부 돔(122) 사이에 배치되는 측벽(134)을 포함하는 프로세스 챔버(100), 이를테면, 석영 챔버의 다양한 기능 요소들을 에워싼다. 상부 돔(120), 하부 돔(122), 및 측벽(134)은 그러한 프로세스 챔버 내부의 프로세스 용적(110)을 정의한다. 기판 지지부(112)는 프로세스 용적(110) 내에 배치되고, 기판(114)을 수용하도록 적응된다.
하나 이상의 전구체로부터 유도된 반응성 종들은 기판(114)의 프로세스 표면(116)에 노출되어 증착 프로세스를 수행한다. 증착 프로세스는, 기판, 이를테면 규소 웨이퍼 상의 GaN 또는 AlGaN 에피택시 성장일 수 이다. 후속하여, 증착 프로세스들 및 반응성 종 노출로부터의 부산물들이 프로세스 표면(116)으로부터 제거된다. 기판(114) 및/또는 프로세스 용적(110)의 가열은 하나 이상의 방사선 소스, 이를테면 램프 모듈들(118)에 의해 수행된다. 상부 돔(120) 및 하부 돔(122)은, 램프 모듈들(118)로부터 방출되는 방사선의 파장에 실질적으로 투명한 석영 함유 물질로 제조된다. 일 실시예에서, 램프 모듈들(118)은 하부 돔(122) 아래에 위치된다. 요구되는 경우, 램프 모듈들(118)은 또한 상부 돔(120) 위에 위치될 수 있다.
반응성 종들은, 가스 주입기 장치(128)에 의해 프로세스 챔버(100)로 전달된다. 일 실시예에서, 주입기 장치(128)는, 내부에 형성된 하나 이상의 도관 및 채널을 갖는 일체형 몸체이다. 처리 부산물들은, 진공 소스(도시되지 않음)와 유체 연통하는 배기 조립체(130)에 의해 프로세스 용적(110)으로부터 제거된다. 전구체 반응물 물질들 및 다른 가스들, 이를테면, 희석 가스, 퍼지 가스, 및 배기 가스가 가스 주입기 장치(128)를 통해 프로세스 용적(110)에 들어가고 배기 조립체(130)를 통해 프로세스 용적(110)을 빠져나간다.
프로세스 챔버(100)는 또한, 프로세스 용적(110)으로부터 측벽(134)을 차폐하는 다수의 라이너들(132A-132D)을 포함한다. 주입기 장치(128)는, 내부에 형성된 복수의 도관들, 이를테면, 제1 도관(190), 제2 도관(192)을 갖는 주입기 몸체(125)를 포함한다. 하나 이상의 전구체 가스가 제1 가스 소스(135A) 및 제2 가스 소스(135B)로부터 각각 제1 도관(190) 및 제2 도관(192)을 통해 프로세스 용적(110)에 제공된다. 예컨대, 제1 가스 소스(135A)는 주입기 몸체(125)에 형성된 제1 도관(190)을 통해 제1 가스를 프로세스 용적(110)에 제공하고, 제2 가스 소스(135B)는 주입기 몸체(125)에 형성된 제2 도관(192)을 통해 제2 가스를 프로세스 용적(110)에 제공한다. 제1 도관(190) 및 제2 도관(192)은, 가스들이 프로세스 용적(110)에 도달할 때까지 제1 가스와 제2 가스를 분리된 채로 유지한다.
제1 가스 소스(135A) 및 제2 가스 소스(135B) 둘 모두로부터의 가스는 주입기 몸체(125)에 형성된 하나 이상의 배출구(136A 및 136B)를 통해 이동한다. 일 실시예에서, 제1 가스 소스(135A)로부터 제공되는 가스는 배출구(136A)를 통해 이동하고, 제2 가스 소스(135B)로부터 제공되는 가스는 배출구(136B)를 통해 이동한다. 냉각제 유체가 냉각제 소스(160)를 통해 가스 주입기 장치(128)에 제공된다. 냉각제 유체는 주입기 몸체(125)에 형성된 채널(142)을 통해 유동된다.
주입기 몸체(125)에 형성된 하나 이상의 배출구(136A 및 136B)는 층류 유동 경로(133A) 또는 제트식(jetted) 유동 경로(133B)를 위해 구성된 배출구들에 결합된다. 배출구들(136A 및 136B)은, 속도, 밀도, 또는 조성과 같은 다양한 파라미터들로 개별 또는 다수의 가스 유동들을 제공하도록 구성된다. 다수의 배출구들(136A 및 136B)이 적응되는 일 실시예에서, 배출구들(136A 및 136B)은, 실질적으로 기판(114)의 직경에 범위가 이르는 충분히 넓은 가스 유동을 제공하도록, 실질적으로 선형 배열로 가스 주입기 장치(128)(예컨대, 주입기 몸체(125))의 일부분을 따라 분산된다. 예컨대, 배출구들(136A 및 136B) 각각은, 일반적으로 기판의 직경에 대응하는 가스 유동을 제공하도록 적어도 하나의 선형 그룹으로 배열된다. 대안적으로, 배출구들(136A 및 136B)은, 평탄한 층류 방식으로 가스(들)를 유동시키기 위해 실질적으로 동일한 평면 또는 수준에 배열된다.
유동 경로들(133A, 133B) 각각은, 층류 또는 비-층류 유동 방식으로 프로세스 챔버(100)의 길이방향 축(A'')에 걸쳐 배기 라이너(132D)로 유동하도록 구성된다. 유동 경로들(133A, 133B)은 일반적으로 축(A')과 동일 평면 상에 있거나 축(A')에 대해 각질 수 있다. 예컨대, 유동 경로들(133A, 133B)은 축(A')에 대해 상향 또는 하향으로 각질 수 있다. 축(A')은 프로세스 챔버(100)의 길이방향 축(A'')에 실질적으로 수직이다. 유동 경로들(133A, 133B)은 배기 유동 경로(133C)에 이르게 되고, 배기 라이너(132A, 132C)에 형성된 플레넘(137) 내로 유동한다. 플레넘(137)은 배기 또는 진공 펌프(도시되지 않음)에 결합된다.
반사기 판(115)은, 하우징 구조(102)의 덮개 판(103)과 상부 돔(120) 사이에서 상부 돔(120) 위에 배치된다. 반사기 판(115)은, 램프 기판(114)으로부터 방출되는 방사선을 다시 기판(114) 상으로 반사하도록 구성된다. 반사기 판(115)은, 금속, 이를테면, 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 만들어질 수 있다. 반사의 효율은, 고도로 반사성인 코팅, 이를테면 금으로 반사기 영역을 코팅함으로써 개선될 수 있다.
반사기 판(115)은 상부 돔(120)의 가장자리 위에 배치된 클램프 링(117)에 고정될 수 있다. 클램프 링(117)은, 클램프 링(117)을 통해 그리고 그 주위로 냉각 유체, 이를테면 물을 순환시키도록 구성되는 냉각 도관(107)을 가질 수 있다. 덮개 판(103)은 반사기 판(115)에 고정될 수 있다. 나중에 더 상세히 논의될 바와 같이, 덮개 판(103) 및 반사기 판(115)은, 설치 동안 클록킹 피쳐를 통해 상부 돔(120)과 신속하게 분리/결합 및 정렬될 수 있는 분할 설계를 가질 수 있다.
반사기 판(115)은 자신을 통해 형성된 복수의 천공들(129)을 포함한다. 가압 유체 소스(123)는 가압된 유체, 이를테면 공기를 포함하고, 복수의 유입 포트들(124)을 통해 덮개 판(103)과 반사기 판(115) 사이의 제1 용적(140)과 유체 연통한다. 가압 유체 소스(123)는 또한, 반사기 판(115)과 상부 돔(120) 사이의 제2 용적(143)과 유체 연통한다. 가압된 유체는, 반사기 판(115)의 복수의 천공들(129)을 통해 덮개 판(103)에 대면하는 상부 돔(120)의 표면에 대해 유동된다.
가압된 유체는, 프로세스 동안, 상부 돔(120)의 표면과 충돌하여 상부 돔(120)을 냉각시킨다. 상부 돔(120)의 냉각은, 프로세스 용적(110)에 대면하는 상부 돔(120)의 측부 상의 물질들의 침착을 방지한다. 제1 석영 윈도우(120) 상으로의 침착의 방지는, 그의 투명성을 유지하고 상부의 침착 물질들의 축적을 방지한다. 가압된 유체는 하나 이상의 배기 포트(도시되지 않음)를 통해 상부 돔(120)과 덮개 판(103) 사이의 용적을 빠져나간다.
인-시튜 계측 시스템
프로세스 챔버의 내부 및/또는 기판은 프로세스 챔버 내의 기판 또는 표적으로부터 방출 또는 반사되는 광의 파장들을 스펙트럼적으로 분석함으로써 광학적으로 모니터링될 수 있다. 광학 센서는 종종, 프로세스 챔버 내의 기판 또는 표적이 모니터링되기에 유리한 지점으로, 프로세스 챔버 외부 상에 그리고 뷰포트 윈도우에 인접하게 위치된다. 프로세스 챔버에서의 광학 모니터링 프로세스들에 대한 하나의 문제는, 반응성 가스들, 중합체, 또는 종들이 프로세스 챔버의 내부 표면들, 이를테면, 상부 돔 빛 뷰포트 윈도우 상에 침착될 수 있다는 것이다. 상부 돔에서 기생 침착이 과중하게 되어 상부 돔이 탁해질 수 있으며, 이는, 광학 센서의 측정들에 영향을 미친다. 상부 돔을 포함하여 프로세스 챔버의 전체 내부 표면이 때때로 세정 또는 교체되지만, 광학 센서가 재교정될 필요가 있고, 프로세스 챔버가 재증명될 필요가 있으며, 이는 시간 소모적이고 비용이 많이 든다. 본 개시내용의 실시예들은, 반응성 환경에서의 뷰포트 윈도우 상의 기생 침착의 효과들을 감소시키거나 제거할 수 있는 개선된 인-시튜 계측 시스템을 제공한다. 다양한 접근법들이 아래에서 더 상세히 논의된다.
일 실시예에서, 인-시튜 계측 시스템은, 상부 돔(120)에 결합되는 센서 뷰 파이프(164)를 포함한다. 상부 돔(120)은, 상부 돔(120)의 두께를 통해 형성되는 하나 이상의 개구(160)를 갖는다. 센서 뷰 파이프들(164)은 개구들(160)에 결합되고, 개구들(160)로부터 상향으로 반사기 판(115)의 천공들(129)을 통해 덮개 판(103)으로 연장된다. 센서 뷰 파이프들(164)은 일반적으로 프로세스 챔버(100)의 길이방향 축(A'')을 따라 연장된다. 각각의 센서 뷰 파이프(164)의 하부 단부는 대응하는 개구(160) 주위에 용접 및 밀봉된다. 각각의 센서 뷰 파이프(164)의 상부 단부는, 센서 뷰 파이프(164)의 외측 표면으로부터 반경방향으로 연장되는 플랜지(166)를 갖는다. 플랜지(166)는, 센서 뷰 파이프(164)의 외경과 동일하거나 그보다 약간 더 작은 내경을 갖는 링 형상일 수 있다. 플랜지(166)는 센서 뷰 파이프(164)의 상부 단부에 용접될 수 있다. 플랜지(166)의 최하부 표면은 덮개 판(103)의 상부 표면(105)과 물리적으로 접촉할 수 있다. 플랜지(166)는, 석영 또는 아래에 논의될 뷰포트 윈도우를 유지하기에 적합한 임의의 물질일 수 있다. 플랜지(166)는 약 8 mm 내지 약 16 mm, 예컨대 약 12 mm의 전체 두께를 가질 수 있다. 센서 뷰 파이프(164)는 직경이 대략 8 mm 내지 약 15 mm인 사파이어 또는 석영 튜브일 수 있다. 센서 뷰 파이프(164)의 튜브 벽은 약 1 mm 내지 약 5 mm의 두께를 가질 수 있다.
뷰포트 윈도우(161)는 플랜지(166) 위에 배치되고 그에 의해 지지된다. 뷰포트 윈도우(161)는, 뷰포트 윈도우(161) 위에 배치되는 광학 센서(162)에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 갖는다. 광학 센서(162)는 갭에 의해 뷰포트 윈도우(161)로부터 분리될 수 있다. 일 예에서, 광학 센서(162)는, 덮개 판(103)에 장착되는 브래킷(도시되지 않음)에 의해 지지된다. 일부 경우들에서, 광학 센서는, 프로세스 챔버 내의 표적 영역이 관측되기에 유리한 지점으로, 프로세스 챔버(100) 외부 상에 그리고 뷰포트 윈도우(161)에 인접하게 위치된다. 광학 센서(162)는, 기판의 온도, 기판의 곡률, 기판으로부터의 반사율, 또는 이들의 임의의 조합을 측정하는 것이 가능한 임의의 센서일 수 있다. 개구들(160)은, 광학 센서들(162)의 위치들에 대응하는 위치들에 배열된다. 광학 센서들(162)은, 상이한 기판 반경들에서 선형 배열로, 또는 작업자가 관심이 있는 위치들에서 기판의 특성들을 모니터링하기 위한 임의의 바람직한 배열로 구성될 수 있다. 5개의 개구(160)가 도시되지만, 응용에 바람직한 광학 센서들(162)의 수에 따라 더 많거나 더 적은 개구(160)가 고려된다.
센서 뷰 파이프들(164) 및 개구들(160)은, 광학 센서(162)로부터의 하나 이상의 초점 빔이 프로세스 용적(110) 내로 그를 통과하는 것을 허용한다. 뷰포트 윈도우(161)가 긴 센서 뷰 파이프들(164)에 의해 고온 처리 챔버로부터 위로 상승되므로, 뷰포트 윈도우(161)는 전구체들의 분해 온도들 미만의 매우 낮은 온도(예컨대, 실온)로 유지될 수 있다. 따라서, 반응성 전구체들 또는 종들은 뷰포트 윈도우(161) 상의 기생 침착을 발생시키지 않는다. 긴 센서 뷰 파이프들(164)은, 뷰포트 윈도우(161)를 명확하게 유지하고 프로세스 챔버(100) 내에 배치된 기판(114)에 대한 일정한 중단되지 않는 광학적 접근을 제공하는 것을 보장할 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 따른 반사기 판(115)의 일부분의 상부 사시도이다. 덮개 판(103)은 예시의 용이성을 위해 생략된다. 이러한 실시예에서, 천공들(129)은 반사기 판(115)에 걸쳐 열을 이루어 직선을 따라 선형으로 배열된다. 반사기 판(115)은, 분할 선("B")을 따라 2개의 절반부(115a, 115b)로 분리될 수 있는 분할 설계이다. 분할 선("B")은 2개의 절반부(115a, 115b) 사이에 형성된 직선이며, 여기서, 그 2개의 절반부의 단부 표면들이 대향하는 관계로 만난다. 도 2a는 2개의 절반부(115a, 115b)의 조립 전의 스테이지를 도시한다. 2개의 절반부(115a, 115b)가 조립될 때, 분할 선("B")은 천공들(129)의 중심을 가로지른다. 일부 실시예들에서, 제2 용적(143)에 냉각을 제공하기 위한 공기 유동을 허용하기 위해 환기 구멍들(201)이 제공된다.
센서 뷰 파이프들(164)의 상부 단부는 반사기 판(115)의 천공들(129)을 통해 반사기 판(115) 위로 높이("H1")까지 연장된다. 높이("H1")는, 반사기 판(115)의 최상부 표면과 플랜지(166)의 최하부 표면 사이의 거리에 의해 정의된다. 높이("H1")는 약 5 인치 내지 약 40 인치, 예컨대, 약 25 인치 내지 약 35 인치의 범위일 수 있다. 뷰포트 윈도우(161) 및 광학 센서(162)는 예시의 용이성을 위해 생략되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 센서 뷰 파이프들(164)의 천공들(129)은 센서 뷰 파이프들(164)의 외경보다 큰 내경을 갖는다. 특히, 각각의 천공(129)은, 천공들(129)의 내측 표면과 센서 뷰 파이프들(164)의 외측 표면 사이에 간극을 제공한다. 간극은, 예컨대, 약 1 mm 내지 약 3 mm의 범위일 수 있다.
도 2b는 일 실시예에 따른, 도 2a에 도시된 플랜지(166)의 확대된 평면도이다. 플랜지(166)는 센서 뷰 파이프(164)의 외측 표면(204)으로부터 반경방향으로 연장된다. 플랜지(166)의 상부 표면은, 밀봉 부재, 이를테면 O-링을 수용하도록 크기가 정해진 홈(202)을 갖는다. 일단 O-링이 홈(202) 내에 배치되면, 뷰포트 윈도우(도시되지 않음, 이를테면, 도 1에 도시된 뷰포트 윈도우(161))가 플랜지(166)에 대해 장착되어 플랜지(166)와 뷰포트 윈도우 사이에 기밀성 밀봉을 제공한다.
뷰포트 윈도우(161)의 더 낮은 온도가 전구체 가스의 분해를 촉진시키진 않지만, 뷰포트 윈도우(161)는 여전히 가스 상 반응 생성물을 초래하여 뷰포트 윈도우(161)의 표면 상에 흡착되게 할 수 있다. 흡착을 억제하기 위해서, 프로세스 챔버(100)의 내부에 노출되는 뷰포트 윈도우(161)의 표면 상에 가스 상 반응 생성물이 흡착되는 것을 방지하거나 최소화하기 위해 퍼지 가스가 센서 뷰 파이프(164) 내로 도입될 수 있다. 적합한 퍼지 가스는, 질소, 헬륨, 아르곤, 임의의 불활성 가스 또는 비-반응성 가스를 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 투시도를 예시한다. 인-시튜 계측 시스템은, 광학 센서(162), 뷰포트 윈도우(161), 플랜지(166), 센서 뷰 파이프(164), 및 홈(202)의 관점에서 인-시튜 계측 시스템과 실질적으로 동일한 설정을 갖는다. 센서 뷰 파이프(164) 내로 퍼지 가스를 도입하기 위해 퍼지 가스 튜브(302)가 센서 뷰 파이프(164)에 추가로 제공된다. 퍼지 가스 튜브(302)는, 퍼지 가스 소스(304)와 유체 연통하는 제1 단부, 및 센서 뷰 파이프(164)의 측부에 연결되는 제2 단부를 갖는다. 퍼지 가스의 유동을 제어하기 위해 퍼지 가스 소스(304)와 퍼지 가스 튜브(302) 사이에 질량 유동 제어기(306)가 배치된다. 퍼지 가스의 분압은, 퍼지 가스의 유동이 단지 뷰포트 윈도우 보호에 충분하고 프로세스 챔버(100)에서의 전구체 가스들의 교차 유동 및/또는 증착 프로세스에 간섭할 만큼 충분히 높지는 않도록 하는 범위로 제어된다. 예시적인 실시예에서, 퍼지 가스의 분압은 챔버 압력보다 약 0.5 % 내지 약 10 % 더 높은데, 예컨대, 약 1 % 내지 약 5 % 더 높다. 챔버 압력은, 약 0.001 Torr 내지 약 1000 Torr, 이를테면, 약 0.1 Torr 내지 약 400 Torr, 예컨대, 약 20 Torr 내지 약 150 Torr의 범위일 수 있다. 그러나, 퍼지 가스의 분압은 프로세스 및 프로세스 챔버 내에 유지되는 챔버 압력에 따라 변할 수 있는 것으로 고려된다.
일부 실시예들에서, 센서 뷰 파이프(164)는, 프로세스 챔버(100) 내에서의 프로세스에 대한 퍼징 가스 유동의 영향을 더 최소화하기 위해 상이한 내경들을 가질 수 있다. 도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 단면도를 예시한다. 이러한 실시예에서, 센서 뷰 파이프(464)는, 상이한 내경들을 갖는 상부 부분(402) 및 하부 부분(404)으로 구성된다. 퍼지 가스 튜브(302)는 센서 뷰 파이프(464)의 상부 부분(402)에 결합된다. 상부 부분(402) 및 하부 부분(404)은 함께 용접된 2개의 센서 뷰 파이프 또는 일체형 몸체로서 형성될 수 있다. 센서 뷰 파이프(464)는, 센서 뷰 파이프(464)의 길이방향 축을 따라 균일한 외경을 갖는다. 상부 부분(402)은 제1 내경(D1)을 갖고, 하부 부분(404)은, 제1 내경(D1)보다 큰 제2 내경(D2)을 갖는다. 제1 내경(D1)은, 뷰포트 윈도우(161)에 정해진 광학 센서(162)의 최소 광학 경로 폭 요건을 고려함으로써 설계된다. 더 큰 제2 내경(D2)은, 퍼지 가스 튜브(302)로부터의 퍼지 가스의 유동이 상부 부분(402)으로부터 하부 부분(404)으로 유동할 때 반경방향으로 확장됨에 따라 그러한 퍼지 가스의 유동이 개구(예컨대, 도 1에 도시된 개구들(160))에 도달하기 전에 둔화되는 것을 허용한다. 결과적으로, 프로세스 챔버(100)에서의 전구체 가스 유동에 대한 퍼징 유동의 영향이 감소된다. 일 실시예에서, 제1 내경(D1) 대 제2 내경(D2)은 약 1:1.1 내지 약 1:3, 예컨대, 약 1:1.5 내지 약 1:2의 비율이다.
도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 단면도를 예시한다. 이러한 실시예에서, 센서 뷰 파이프(564)는, 센서 뷰 파이프(564)의 길이방향 축을 따라 상이한 내경들 및 외경들을 갖는 상부 부분(502) 및 하부 부분(504)으로 구성된다. 상부 부분(402) 및 하부 부분(504)은 함께 용접된 2개의 센서 뷰 파이프 또는 일체형 몸체로서 형성될 수 있다. 상부 부분(502)은 제1 내경(D3)을 갖고, 하부 부분(504)은, 제1 내경(D3)보다 큰 제2 내경(D4)을 갖는다. 마찬가지로, 더 큰 제2 내경(D4)은, 퍼지 가스 튜브(302)로부터의 퍼지 가스의 유동이 상부 부분(502)으로부터 하부 부분(504)으로 유동할 때 반경방향으로 확장됨에 따라 그러한 퍼지 가스의 유동이 개구(예컨대, 도 1에 도시된 개구들(160))에 도달하기 전에 둔화되는 것을 허용한다. 결과적으로, 프로세스 챔버(100)에서의 전구체 가스 유동에 대한 퍼징 유동의 영향이 감소된다. 일 실시예에서, 제1 내경(D3) 대 제2 내경(D4)은 약 1:1.1 내지 약 1:3, 예컨대, 약 1:1.5 내지 약 1:2의 비율이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 센서 뷰 파이프(664)에 결합되는 플랜지(666)를 도시하는 인-시튜 계측 시스템의 일부분의 단면도를 예시한다. 플랜지(666) 및 센서 뷰 파이프(664)는, 플랜지(666)의 최상부 표면(622)이 기판 지지부(112)의 최상부 표면(112a)에 대해 기울어지거나 경사진다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 5와 관련하여 위에 논의된 플랜지 및 센서 뷰 파이프들과 유사하거나 동일하다. 기울어진 또는 경사진 최상부 표면(622)은, 플랜지(666)의 최하부 표면(620)에 함몰부(618)를 형성함으로써 획득될 수 있다. 함몰부(618)는, 함몰부(618)의 측벽(624)이 플랜지(666)의 일 단부를 향해 테이퍼링되거나 점진적으로 감소되도록 최하부 표면(620) 내로 비스듬히 드릴링될 수 있다. 따라서, 함몰부(618)의 최하부 표면(626)은 플랜지(666)의 최상부 표면(622) 또는 최하부 표면(620)과 평행하지 않은 관계에 있다. 함몰부(618)의 최하부 표면(626) 및 센서 뷰 파이프(664)의 최상부 표면(628)은 서로 평행하다. 이 각도는, 센서 뷰 파이프(664)가 플랜지(666)에 비스듬히 결합되는 것을 허용하여, 그 결과, 플랜지(666)가 기울어진 또는 경사진 최상부 표면(622)을 갖게 된다. 플랜지(666)의 기울어진 최상부 표면(622)은, 뷰포트 윈도우(661), 이를테면 위에 논의된 임의의 뷰포트 윈도우가 또한 상부에 비스듬히 배치되는 것을 허용한다. 이러한 각진 배열은, 인-시튜 계측 시스템이 기판(114)으로부터 다시 반사된 대부분의 광을 수신하는 것을 도울 수 있는 한편, 반사성 뷰포트 윈도우(661)로부터의 광 반사는 뷰포트 윈도우(661) 상에 또는 그에 인접하게 배치된 광학 센서 이외의 영역들로 재지향된다. 뷰포트 윈도우(661)로부터의 광 반사에 의해 야기되는 잡음은, 뷰포트 윈도우(661)를 의도적으로 수 도의 작은 각도 오프셋으로 장착함으로써 제거될 수 있다는 것이 관측되었다.
일 실시예에서, 함몰부(618)의 최하부 표면(626)은 제1 방향을 따라 연장되고, 플랜지(666)의 최하부 표면(620)은 제2 방향을 따라 연장되고, 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도는 약 1° 내지 약 10°, 예컨대, 약 2° 내지 약 7°이다. 대안적으로, 일단 플랜지(666)가 센서 뷰 파이프(664)에 결합되고 뷰포트 윈도우(661)가 플랜지(666) 상에 배치되면, 뷰포트 윈도우(661)의 길이방향 축("E")은 센서 뷰 파이프(664)의 길이방향 축("F")에 대해 각도("
Figure pct00001
")로 있고, 각도("
Figure pct00002
")는 약 91° 내지 약 100°, 예컨대, 약 92° 내지 약 97°일 수 있다.
함몰부(618)는 직경(D5)을 갖는다. 플랜지(666)는 중앙 개구(616)를 갖고, 중앙 개구(616)의 내경(D6)은 함몰부(618)의 직경(D5)보다 작다. 센서 뷰 파이프(664)는 외경(D7)을 갖는다. 함몰부(618)의 직경(D5)은 센서 뷰 파이프(664)의 외경(D7)과 동일하거나 그보다 약간 더 작을 수 있다. 센서 뷰 파이프(664)는 용접과 같은 임의의 적합한 접근법을 사용하여 플랜지(666)에 결합될 수 있다. 뷰포트 윈도우(661)를 플랜지(666)에 고정하기 위해 클램프(670)가 사용될 수 있다. 클램프(670)는 2개의 반원형 링의 형태이고 플랜지(666) 및 뷰포트 윈도우(661)의 외측 표면들을 둘러싸도록 크기가 정해질 수 있다. 2개의 반원형 링은, 조임 너트 또는 다른 적합한 접근법을 사용하여 함께 힌지결합될 수 있다. 클램프(670)는, 플라스틱 물질, 또는 뷰포트 윈도우(661)에 해를 끼치지 않는 임의의 적합한 물질로 만들어질 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 일부분의 평면도를 예시한다. 논의의 용이성 목적들을 위해, 상부 돔(120), 클램프 링(117), 반사기 판(115), 및 덮개 판(103)만이 도시된다. 반사기 판(115) 및 덮개 판(103)은 점선들로 표현된다. 클램프 링(117)은 상부 돔(120)의 가장자리 주위에 배치되어 그를 덮는다. 클램프 링(117) 및 상부 돔(120)은, 상부 돔(120)에 대한 클램프 링(117)의 정확한 정렬을 돕기 위해 클록킹 피쳐를 갖는다. 일 실시예에서, 예컨대, 클램프 링(117)의 가장자리에서, 니플 또는 페그(722)가 클램프 링(117)의 최하부에 제공된다. 대응하는 노치(702)가 상부 돔(120)의 가장자리에서 상부 돔(120)에 제공될 수 있다. 설치 동안, 상부 돔(120)은 프로세스 챔버(100)의 측벽(예컨대, 측벽(134)) 상에 배치된다. 이어서, 상부 돔이 상부 돔(120)과 각지게 배향되는 것을 보장하기 위해, 니플 또는 페그(722) 및 대응하는 노치(702)를 사용하여 클램프 링(117)이 측벽 상에 장착된다. 니플 또는 페그(722) 및 대응하는 노치(702)는, 개구들(160)이 덮개 판(103) 위에 배치된 광학 센서들(이를테면, 도 1에 도시된 광학 센서들(162))과 정렬되는 것을 보장하도록 위치된다. 2개의 절반부(115a, 115b)가 결합될 때 분할 선("B")이 개구들(160)의 중심을 통과하도록 상부 돔(120)과 적절한 각도 배향을 갖는 것을 보장하기 위해, 니플 또는 페그(722)와 유사한 피쳐(724)가 반사기 판(115)에 제공될 수 있다.
본 개시내용의 다양한 실시예들은, 프로세스 챔버의 덮개 판 위에 배치된 광학 센서와 석영 돔의 개구 사이에서 연장되는 센서 뷰 파이프를 사용하는 인-시튜 계측 시스템을 제공한다. 센서 뷰 파이프는, 뷰포트 윈도우가 고온 처리 챔버로부터 멀어지게 위로 상승되는 것을 허용한다. 뷰포트 윈도우 상으로의 전구체 가스의 흡착을 억제하기 위해 퍼지 가스가 또한 센서 뷰 파이프 내로 도입될 수 있다. 따라서, 뷰포트 윈도우는 낮은 온도들에서, 뷰포트 윈도우 상의 전구체들의 기생 침착을 발생시킴이 없이 깨끗하게 유지될 수 있다. 결과적으로, 기판에 대한 일정하고 중단되지 않는 광학적 접근이 획득된다.
전술한 내용이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 개시된 주제의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 개시된 주제의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 개시된 주제의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 계측 시스템으로서,
    기판 처리 챔버의 석영 돔에 결합되는 센서 뷰 파이프;
    상기 센서 뷰 파이프의 외측 표면으로부터 반경방향으로 연장되는 플랜지; 및
    상기 플랜지 상에 배치되는 뷰포트 윈도우를 포함하며, 상기 뷰포트 윈도우는, 상기 뷰포트 윈도우 상에 또는 상기 뷰포트 윈도우에 인접하게 배치되는 광학 센서에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 갖는, 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 뷰 파이프는 상기 석영 돔을 통해 형성되는 개구에 결합되는 제1 단부를 갖는, 계측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지 및 상기 뷰포트 윈도우는 클램프에 의해 고정되고, 상기 클램프는 함께 힌지결합될 수 있는 2개의 반원형 링을 포함하는, 계측 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지의 길이방향 축은 상기 센서 뷰 파이프의 길이방향 축에 대해 약 91° 내지 약 100°의 각도로 있는, 계측 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 뷰 파이프는 제1 내경, 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 갖고, 상기 제2 내경은 상기 제1 내경보다 상기 플랜지로부터 더 멀리 떨어져 배치되는, 계측 시스템.
  6. 장치로서,
    내부에 프로세스 용적을 정의하는 석영 챔버;
    상기 프로세스 용적 내에 배치되는 기판 지지부; 및
    상기 석영 챔버와 광학 센서 사이에서 연장되는 센서 뷰 파이프를 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 석영 챔버는 하나 이상의 개구를 갖는, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센서 뷰 파이프의 제1 단부는 상기 개구에 결합되고, 상기 센서 뷰 파이프의 제2 단부는 플랜지에 결합되는, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플랜지는 상기 기판 지지부의 상부 표면에 대해 비스듬히 위치되는 최상부 표면을 갖는, 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 플랜지 상에 배치되는 뷰포트 윈도우를 더 포함하며, 상기 뷰포트 윈도우는, 상기 뷰포트 윈도우 상에 또는 상기 뷰포트 윈도우에 인접하게 배치되는 상기 광학 센서에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 갖는, 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 센서 뷰 파이프에 결합되는 퍼지 가스 튜브를 더 포함하며, 상기 퍼지 가스 튜브는 불활성 가스 소스와 유체 연통하는, 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 센서 뷰 파이프는 상부 부분 및 하부 부분으로 구성되며, 상기 상부 부분은 제1 내경을 갖고 상기 하부 부분은 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 갖는, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상부 부분 및 상기 하부 부분은 함께 용접된 2개의 개별 구성요소인, 장치.
  14. 기판 처리 챔버로서,
    상부 돔;
    상기 상부 돔에 대향하는 하부 돔;
    상기 상부 돔과 상기 하부 돔 사이에 배치되는 측벽 ― 상기 상부 돔, 상기 하부 돔, 및 상기 측벽은 상기 기판 처리 챔버 내부의 프로세스 용적을 정의함 ―;
    상기 프로세스 용적 내에 배치되는 기판 지지부;
    상기 상부 돔과 광학 센서 사이에서 연장되는 센서 뷰 파이프;
    상기 센서 뷰 파이프 위에 배치되는 뷰포트 윈도우 ― 상기 뷰포트 윈도우는, 상기 뷰포트 윈도우 상에 또는 상기 뷰포트 윈도우에 인접하게 배치되는 상기 광학 센서에 대해 선택된 스펙트럼 범위들을 가짐 ―; 및
    상기 하부 돔 아래에 배치되는 방사선 소스를 포함하는, 기판 처리 챔버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 상부 돔은 하나 이상의 개구를 갖고, 상기 센서 뷰 파이프의 제1 단부는 상기 개구에 결합되고, 상기 센서 뷰 파이프의 제2 단부는 플랜지에 결합되는, 기판 처리 챔버.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 플랜지의 길이방향 축은 상기 센서 뷰 파이프의 길이방향 축에 대해 약 91° 내지 약 100°의 각도로 있는, 기판 처리 챔버.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 센서 뷰 파이프는 상부 부분 및 하부 부분으로 구성되며, 상기 상부 부분은 제1 내경을 갖고 상기 하부 부분은 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 갖는, 기판 처리 챔버.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 센서 뷰 파이프에 결합되는 퍼지 가스 튜브를 더 포함하며, 상기 퍼지 가스 튜브는 불활성 가스 소스와 유체 연통하는, 기판 처리 챔버.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 상부 돔 위에 배치되는 반사기 판 ― 상기 반사기 판은 복수의 천공들을 가짐 ―; 및
    상기 반사기 판 위에 배치되는 덮개 판 ― 상기 센서 뷰 파이프는 상기 반사기 판의 천공을 통해 상향으로 상기 덮개 판 위로 연장됨 ― 을 더 포함하는, 기판 처리 챔버.
  20. 제14항에 있어서,
    반사기 판은, 분할 선을 따라 2개의 절반부로 분리될 수 있는 분할 설계인, 기판 처리 챔버.
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