KR20210095059A - 불균일한 열 출력의 필라멘트 램프를 갖는 반도체 처리 챔버 - Google Patents

불균일한 열 출력의 필라멘트 램프를 갖는 반도체 처리 챔버 Download PDF

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KR20210095059A
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시바 케이.티. 라자베루 무라리다르
샘 김
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

반도체 처리 동안 기판의 온도 불균일성을 국부적으로 제어할 수 있는 선형 열 램프 배열이 제공된다. 반응기는 선형 열 램프의 상부 어레이와 하부 어레이 사이에 위치한 기판 홀더를 포함한다. 뱅크 중 적어도 하나의 램프는 램프의 길이를 따라 다양한 밀도 및 전력 출력을 갖는 필라멘트를 포함합니다. 특히, 뱅크의 적어도 하나의 램프는 램프의 주변 부분에 비해 램프의 중앙 부분 내에 더 높은 필라멘트 권선 밀도를 갖는 필라멘트를 포함한다. 일부 실시 예에서, 적어도 하나의 램프는 램프에 의해 가열된 기판의 중앙 부분을 가로 질러 연장되는 중앙 램프이다. 더욱이, 뱅크의 적어도 하나의 램프는 램프의 주변 부분에서보다 램프의 중앙 부분 내에서 더 높은 전력 출력을 갖는다.

Description

불균일한 열 출력을 갖는 필라멘트 램프를 갖는 반도체 처리 챔버{SEMICONDUCTOR PROCESSING CHAMBER WITH FILAMENT LAMPS HAVING NONUNIFORM HEAT OUTPUT}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2020년 1월 21일 출원된 미국 가출원 특허 제62/963,843호에 대해 35 USC 119(c)에 따라 이익을 주장하고, 37 C.F.R. §　1.57에 따라 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 본 출원과 함께 출원된 출원 자료서에서 외국 또는 국내 우선권 주장이 확인된 모든 출원은 37 C.F.R. § 1.57에 의거 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시는, 일반적으로 반도체 기판을 가열하기 위한 장치를 포함한 반도체 처리 장비에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원의 구현예는 반도체 기판에 불균일한 열 출력을 제공하기 위한 가열 램프를 갖는 반도체 처리 장비에 관한 것이다.
반도체 처리에서, 다양한 공정은 기판의 가열을 포함한 증착, 에칭 및 마스킹을 포함한다. 예를 들어, 화학 기상 증착(CVD)은 실리콘 기판과 같은 기판 상에 재료의 박막을 형성하기 위한 공정이다. CVD 공정에서, 증착될 재료의 가스 분자가 기판에 공급되어, 화학 반응에 의해 기판 상에 그 재료의 박막을 형성한다. 이러한 박막은 다결정질, 비정질 또는 에피택셜일 수 있다. 전형적으로, CVD 공정은, 화학 반응을 가속화하고 고품질 막을 생성하기 위해, 고온에서 수행된다. 에피택셜 실리콘 증착과 같은 일부 공정은, 매우 높은 온도(예, >450℃, <1220℃)에서 수행된다.
CVD 공정 동안에, 하나 이상의 기판이 반도체 처리 반응 챔버 내부의 기판 지지대 상에 배치된다. 예를 들어, 기판은 기판일 수 있고, 기판 지지대는 서셉터일 수 있다. 기판과 가끔 지지대 모두는 원하는 온도까지 가열된다. 전형적인 기판 처리 단계에서, 반응물 가스는 가열된 기판 위를 지나감으로써 기판 위에 원하는 재료로 이루어진 얇은 층의 화학 기상 증착(CVD)을 일으킨다. 증착된 층이 하부 실리콘 기판과 동일한 결정학적 구조를 갖는 경우, 이를 에피택셜층이라고 한다. 이는 하나의 결정 구조만을 가지기 때문에 종종 단결정질층이라고 또한 부른다. 후속 공정을 통해, 층들을 집적 회로 내에 만들고, 기판 크기와 회로의 복잡성에 따라 수십 개 내지 수백만 개의 집적 소자를 생성한다.
반도체 소자를 형성하는 경우에, 기판 위에 균일한 특성을 갖고 균일하게 두꺼운 재료가 증착되는 것이 중요하다. 예를 들어, 대형 및 초대형 스케일 집적 회로(VLSI 및 ULSI) 기술에서, 기판은 그 위에 집적 회로를 갖는 개별 칩으로 분할된다. CVD 공정 단계가 증착된 층을 불균일하게 생성하는 경우에, 기판이나 개별 칩 상의 상이한 영역에서의 소자, 또는 기판의 상이한 영역에 형성된 칩은 일관되지 않은 작동 특성을 가질 수 있거나, 완전히 실패할 수 있다.
균일한 층을 증착하기 위해, 반도체 기판을 가열하기 위한 복잡한 시스템이 이용되었는데, 이는 기판에 걸쳐 균일한 온도를 제공하는 것을 목표로 한다. 이론에 의해 제한되지 않는다면, 균일한 온도는, 기판에 걸쳐 균일한 증착 결과를 제공하는 것으로 여겨진다. 한편, 다른 열처리 동안에 기판 전체 온도의 불균일성 또는 불안정성은, 생성된 구조의 균일성에 악영향을 미치는 것으로 여겨진다. 온도 제어가 또한 중요할 수 있는 다른 공정은, 특히 산화, 질화, 도펀트 확산, 스퍼터 증착, 포토리소그래피, 건식 에칭, 플라즈마 공정, 및 고온 어닐링을 포함한다.
기판은 저항 가열, 유도 가열 또는 복사 가열을 사용하여 가열될 수 있다. 이들 중, 복사 가열은 가장 효율적인 기술이며, 따라서 특정 유형의 CVD에 대해 바람직한 방법이다. 복사 가열은, 기판이 처리되는 반응기(또는 반응 챔버)라고 불리는 고온 오븐 내에, 적외선 램프를 위치시키는 단계를 포함한다. 불행히도, 복사 에너지는, 로컬 공급원을 사용하고 이에 관련된 집속 및 간섭 효과로 인해, "핫 스팟"을 포함하여 불균일한 온도 분포를 생성하는 경향이 있다.
이들 효과를 완화시키기 위해, 반응기 내의 적외선 램프는, 반응 챔버 내의 다양한 위치에서 온도 구배의 제어를 용이하게 하도록 위치한다. 예를 들어, 일부 구성에서, 적외선 램프는 선형으로 설계되고 한 쌍의 교차 어레이로 배열된다. 교차 어레이 구성으로부터 생성된 그리드는, 임의의 특정 램프 또는 램프 그룹에 전달되는 전력을 조정함으로써 기판의 온도 균일성에 대한 제어를 용이하게 한다. 그러나, 일반적으로 요구되는 높은 온도 및 높은 온도 균일성으로 인해, 이러한 균일성을 제공하는 램프 어레이를 적절히 구성하는 것이 어려울 수 있다.
기판에 걸쳐 훨씬 더 균일한 온도 분포를 제공하기 위한 노력으로, 반사체가 램프 뒤에 장착되어 기판을 간접적으로 조사하였다. 반사체 또는 라이트 댐은 관심 로컬 영역에서 램프의 일부분을 차폐하여, 챔버 전체에 걸쳐 보다 균형 있는 온도 프로파일을 생성한다. 이들 반사체는 일반적으로 베이스 금속으로 제조되며, 가끔 이들의 반사율을 증가시키기 위해 도금된다. 그러나, 평면 반사 표면은 여전히 가열되는 기판 상에 핫 스폿을 유도하는 경향이 있다. 또한 반사체가 온도 프로파일을 개선할 수 있지만, 제조 장치로 반사체를 통합시키는 것은 조립 관점에서 그리고 에너지 효율 관점에서 어렵다. 일단 구성되면, 상이한 온도 프로파일을 제공하도록 반사체를 변형하는 것은, 해결해야 할 다양한 제조 및 설계 파라미터로 인해 도전적이고 시간 소모적일 수 있다.
따라서, 처리 중에 반도체 기판에 걸쳐 균일한 온도를 달성하기 위한, 간단한 시스템에 대한 필요성이 지속적으로 존재한다.
본원의 일부 양태는 반도체 처리 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 반응 챔버를 포함하되, 상기 반응 챔버는, 반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더; 및 선형 가열 램프의 상단 어레이를 포함하되, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 전력 출력을 제공하도록 구성되고, 상기 전력 출력은 상기 적어도 하나의 램프의 길이 전체에 걸쳐 가변하고, 상기 전력 출력은 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내의 전력 출력에 비해 중심부 내에서 더 높다. 일부 구현예에서, 반도체 처리 시스템은 기판 홀더 아래에 놓인 선형 가열 램프의 하단 어레이를 포함한다. 일부 구현예에서, 중심부의 길이는 30 mm이다. 일부 구현예에서, 주변부의 전력 출력에 대한 중심부의 전력 출력의 비율은 5 내지 200이다. 일부 구현예에서, 중심부의 전력 출력은 2000 W이다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장된다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이의 적어도 하나의 램프는. 상단 어레이의 중심 램프를 포함한다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 램프는 상단 어레이의 에지로부터 제6 램프이다. 일부 구현예에서, 반응 챔버는 포물선 반사체를 추가로 포함한다.
본원의 일부 양태는 반도체 처리 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 반응 챔버를 포함하되, 상기 반응 챔버는, 반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더; 및 선형 가열 램프의 상단 어레이를 포함하되, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이의 적어도 하나의 램프는 상기 적어도 하나의 램프의 길이에 걸쳐 가변 밀도를 갖는 필라멘트를 포함하고, 상기 밀도는 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내의 밀도에 비해 중심부 내에서 더 높다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 램프의 필라멘트는, 중심부에 권취부를 포함하고 주변부에 실질적으로 선형부를 포함한다. 일부 구현예에서, 반도체 처리 시스템은 선형 가열 램프의 하단 어레이를 포함하고, 기판 홀더는 선형 가열 램프의 하단 어레이와 선형 가열 램프의 상단 어레이 사이에 위치한다. 일부 구현예에서, 중심부의 길이는 15 mm 내지 30 mm이다. 일부 구현예에서, 주변부 내의 필라멘트 밀도에 대한 중심부 내의 필라멘트 밀도의 비율은 5 내지 200이다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는, 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장된다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는, 상단 어레이의 중심 램프를 포함한다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 램프는 상단 어레이의 에지로부터 제6 램프이다.
본원의 일부 양태는 반도체 기판을 가열하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 상기 반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더 상에 기판을 배치하는 단계; 상기 반도체 기판 위에 놓이는 선형 가열 램프의 상단 어레이를 이용해 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하되, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 상기 적어도 하나의 램프의 길이에 걸쳐 가변적인 권취 밀도를 갖는 필라멘트를 포함하고, 상기 권취 밀도는 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내의 밀도에 비해 중심부 내에서 더 높다. 일부 구현예에서, 상기 방법은, 선형 가열 램프의 하단 어레이로 기판을 가열하면서 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이로 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 기판 홀더는 상기 선형 가열 램프의 하단 어레이와 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 사이에 위치한다. 일부 구현예에서, 주변부의 권취 밀도에 대한 중심부의 권취 밀도의 비율은 5 내지 200이다. 일부 구현예에서, 중심부의 길이는 30 mm이다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는, 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장된다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는, 상단 어레이의 중심 램프를 포함한다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함한다.
일부 양태는 반도체 기판을 가열하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 상기 반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더 상에 기판을 배치하는 단계; 상기 반도체 기판 위에 놓이는 선형 가열 램프의 상단 어레이를 이용해 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하되, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 전력 출력을 포함하고, 상기 전력 출력은 적어도 하나의 램프의 길이에 걸쳐 가변하고, 상기 전력 출력은 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내에서의 전력 출력에 비해 중심부 내에서 더 높다. 일부 구현예에서, 상기 방법은, 선형 가열 램프의 하단 어레이로 기판을 가열하면서 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이로 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 기판 홀더는 상기 선형 가열 램프의 하단 어레이와 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 사이에 위치한다. 일부 구현예에서, 주변부의 전력 출력에 대한 중심부의 전력 출력의 비율은 5 내지 200이다. 일부 구현예에서, 중심부의 길이는 30 mm이다. 일부 구현예에서, 중심부의 전력 출력은 2000 W이다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장된다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는, 상단 어레이의 중심 램프를 포함한다. 일부 구현예에서, 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함한다.
도 1a는 가열 램프의 상단 어레이 및 하부 어레이와 함께 나타낸 종래의 반응 챔버의 단면도로, 상기 챔버는 그 안의 기판 홀더 상에 지지된 기판을 갖는다.
도 1b는 종래의 기판 홀더의 상부 평면도이다.
도 1c는, 도 1b의 1C-1C 선을 따라 취한, 도 1b의 기판 홀더의 부분 단면도이다.
도 1d는, 기판이 그 위에 유지되는 것을 나타낸, 도 1b 및 도 1c의 기판 홀더의 부분 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는, 반응기의 상단 어레이(2a) 및 하단 어레이(2b)에서의 램프의 종래 배열을 보여주는 개략적인 상단(2a) 및 하단(2b) 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는, 반응기의 상단 어레이(3a) 및 하단 어레이(3b)에서의 램프의 대안적 배열을 보여주는 개략적인 상단(3a) 및 하단(3b) 평면도이다.
도 4는 예시적인 기판의 위와 아래에 배치된 복사 가열 램프의 어레이를 예시하는, 처리 시스템 환경의 일부분에 대한 개략적인 상부 평면도이다.
도 5a는 단일 선형 복사 가열 램프의 상부 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 선형 램프의 측면도이다.
도 6은 기판의 표면에 걸쳐 증착된 막의 두께를 중심에 대해 비교하는, 증착 두께 곡선을 나타낸다.
도 7a는 본원에 개시된 일부 구현예에 따라 예시적인 단일 선형 복사 가열 램프의 상부 평면도이다.
도 7b는 본원에 개시된 일부 구현예에 따라, 단일 선형 복사 가열 램프의 다른 예시의 상부 평면도이다.
도 8은 본원에 개시된 일부 구현예에 따라, 예시적인 기판의 위와 아래에 배치된 복사 가열 램프의 어레이를 나타내는, 처리 시스템 환경의 일부분에 대한 개략적인 상부 평면도이다.
CVD 반응기를 포함하여, 반도체 공정 처리에 사용되는 반응기는, 일반적으로 기판에서 원하는 고온을 달성하기 위해 반응 챔버 주위에 위치한 복사 가열 램프를 사용한다. 불행히도, 본원에서 논의된 바와 같이, 복사 에너지는 로컬 복사 에너지 공급원의 사용으로 인해, "핫 스폿" 및 "콜드 스폿"을 포함하여 온도 분포를 불균일하게 생성하는 경향을 갖는다. 기판 및 기판 홀더의 외부 에지 근처에서의 증가된 표면적은, 대류 열 손실을 초래하여, 추가 온도 불균일성을 초래한다. 또 다른 온도 불균일성은, 기판을 지지하는 스파이더에 대한 열 손실 또는 기판 아래에 스윕 가스를 사용함으로써 야기되는 열 손실로부터, 초래될 수 있다. 유리하게는, 본원의 일부 구현예는 반도체 기판의 중심부에서 "콜드 스폿"으로 인한 온도 불균일성을 해결할 수 있다. 온도 불균일성은, 증착된 막의 두께 변화 및 기판 전체에 걸쳐 증착된 층의 전기적 특성의 변화와 같이, 기판에서의 바람직하지 않은 처리 불균일성을 초래한다.
많은 시스템이 기판에 균일한 가열을 제공하도록 제안되었다. 예를 들어, 처리 중에 기판의 균일한 온도를 촉진하기 위해, 일부 반응기는 별도로 제어 가능한 가열 구역에서 그룹화된 램프를 포함하여, 상이한 수준의 전력이 각각의 개별 구역에 공급될 수 있게 한다. 일부 경우에, 기판에 걸쳐 부분적으로 또는 전체적으로 연장된 상이한 램프가 별도로 제어되어, 상이한 양의 열 에너지를 기판에 제공할 수 있다. 바람직하지 않게, 이러한 시스템은 과도하게 복잡할 수 있고/있거나 기판 가열에 대해 원하는 제어를 제공하지 않을 수 있다.
본원에 개시된 일부 구현예는, 기판에 높은 수준의 열 에너지를 제공하도록 구성된 중심부, 및 또한 기판에 낮은 수준의 열 에너지를 제공하고 중심부의 양 측면 상에 있는 주변부를 갖는, 램프를 포함한다. 바람직하게는, 램프는, 램프로 가열될 기판의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 일부 구현예에서, 중심부는 약 7.5 mm 내지 약 15.0 mm를 포함하여 약 5.0 mm 내지 약 30.0 mm의 반경을 가지며, 약 1000 W 내지 약 2000 W의 열 출력을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 중심부(242) 내의 전력 출력 밀도는 약 60 W/mm 내지 약 125 W/mm일 수 있는 반면, 주변부 내의 전력 출력은 약 0 W/mm 내지 약 10 W/mm이다. 일부 구현예에서, 중심부에서의 더 높은 열 출력은, 주변부에 비해 중심부에서의 더 높은 필라멘트 권취 밀도에 의해 제공된다. 예를 들어, 중심부는 권취 필라멘트를 가질 수 있는 반면, 주변부는 권취되지 않은 선형 필라멘트를 갖는다. 일부 다른 구현예에서, 중심부와 주변부 모두의 필라멘트는 권취되고, 중심부는 주변부보다 더 높은 권취 밀도를 갖는다.
바람직하게는, 중심부에 더 높은 열 출력을 갖는 램프를 제공함으로써, 반응 챔버의 상당한 재조작을 필요로 하지 않고 중심부의 콜드 스폿을 해결하기 위한 간단한 메커니즘이 제공된다. 오히려, 증가된 열 출력 및 중심부의 크기의 원하는 양은, 램프에 의해 가열될 기판 내의 중심 콜드 스폿의 예상 크기에 맞춰질 수 있다. 또한, 이러한 맞춤은, 램프의 교환에 의한 간단한 교체로 반응 챔버에서 달성될 수 있다. 이는, 예를 들어 재구성이 어렵고 시간 소모적일 수 있는 복사 가열용 반사체와 같은 보조 특징부를 재조작할 필요성을 피할 수 있다.
이제 도면을 참조할 것이며, 여기서 유사 번호는 전체적으로 유사한 부분을 지칭한다.
도 1a 내지 도 1d는 CVD 처리에 사용될 수 있고, 일부 본 구현예가 실시될 수 있는 반응기(10)를 나타낸다. 도 1a에서 알 수 있는 바와 같이, 반응기(10)는 열 에너지에 투명한 재료, 예컨대 석영으로 형성된 수평 유동형의 반응 챔버(12)를 포함한다. 가스는, 화살표 40(유입구) 및 42(유출구)로 표시된 방향으로, 일반적으로 수평인 흐름으로, 챔버(12) 내부 및 외부로 흐른다.
반응기(10)는 가열 램프(14)의 배열로 나타내고, 상단 어레이(36)는 챔버(12) 위에 그리고 하단 어레이(38)는 챔버 아래에 배치된다. 대안적으로, 이러한 뱅크 하나만이 제공될 수 있는데, 예를 들어, 반응기(12)는 상단 어레이(36)만을 포함할 수 있다. 어레이(36, 38)는 챔버 벽을 통해 챔버(12)에 열 에너지를 제공하기 위해 챔버(12)의 외부에 지지되며, 바람직하게는 챔버 벽에 의한 상당한 흡수가 없다. 반응기(10)는, 기판 홀더(1)를 포함한 기판 지지 구조체(20)를 포함하며, 반도체 기판(16)은 그 위에 놓일 수 있다. 스파이더(22)는 홀더(1)를 지지하도록 제공될 수 있다. 스파이더(22)는 투명 재료로 제조될 수 있다. 재료는 또한 오염의 위험을 감소시키기 위해 금속이 아닐 수 있다. 스파이더(22)는, 챔버(12) 하부 벽으로부터 매달린 튜브(26)를 통해 하향 연장되는 샤프트(24)에 장착된다. 기판 공정 처리 동안에, 샤프트(24), 스파이더(22), 및 홀더(1)는 홀더(1)의 수직 중심 축을 중심으로 함께 회전되도록 구성된다.
본 개시는 임의의 특정 이론에 한정되지 않지만, 반응기(10)의 일부 구성에서, 바람직하지 않은 온도 불균일성은 기판 홀더(1) 및/또는 지지 구조물(20)로부터 석영을 포함할 수 있는 스파이더(22) 및/또는 샤프트(24)로의 복사열 손실에 기인하는 것으로 여겨진다. 석영은 비교적 낮은 열 전도성 계수를 가지며 반응기의 많은 부분이 석영으로 또한 형성되나, 심지어 하부 스폿 램프가 기판의 중심 영역에 열을 제공하기 위해 이용되는 경우에도, 매우 높은 온도의 증착 동안에 이용되는 높은 처리 온도로 인해 지지 구조물(20)을 통해 스파이더(22) 및/또는 샤프트(24)로의 상당한 열 손실이 존재하는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 이러한 매우 높은 온도의 증착을 위한 처리 온도는 약 1000°C 내지 1200°C의 범위일 수 있다. 일부 구현예에서, 본원에 개시된 바와 같이, 더 높은 권취 밀도를 갖는 램프 필라멘트의 중심부의 폭은 스파이더(22)의 폭에 대략 대응할 수 있다.
도 1b 내지 도 1d는 반응기(10)의 기판 홀더(1)의 예시를 추가로 나타낸다. 홀더(1)는 일반적으로 원형 형상을 가질 수 있고, 기판(16)을 수용하도록 구성된 포켓(3)을 포함할 수 있다. 기판 처리 동안에, 기판 홀더(1)는 반응 챔버(12)를 둘러싸는 복사 가열 램프(14)(도 1a)로부터 열을 흡수할 수 있다. 기판 홀더(1)는 또한 주변 환경에 열을 잃을 수 있다(예를 들어, 챔버 벽으로의 열은 전형적으로 완벽하게 반사되지 않음). 이러한 열의 일부는 홀더(1)로부터 재복사될 수 있는 반면, 나머지는 대류 및 전도에 의해 손실될 수 있다. 도 1d를 참조하면, 홀더(1)는 그의 상부 표면(3 및 5), 측부 표면(6), 및 하단 표면(7)으로부터 열을 잃고, 기판(16)은 그의 상부 표면(9) 및 그의 에지(8)로부터 열을 잃는다. 화살표(HT)는 상부 표면(3, 5 및 9)에서 손실된 열을 개략적으로 나타낸다. 유사하게, 화살표 HS 및 HB는 측부 표면(6) 및 하단 표면(7)에서의 열 손실을 개략적으로 나타낸다. 홀더/기판 조합의 대부분 전체에 걸쳐, 열 손실 HT 및 HB는 일반적으로 조합 표면 전체에 걸쳐 램프(14)로부터 균일한 열의 입력과 평형을 이룬다. 그러나, 홀더/기판 조합의 외측 반경 방향 에지에서 추가적인 열 손실 HS가 있으며, 이는 직접 복사선을 덜 수용한다. 또한, 국부적인 온도 불균일성은 또한, 스파이더(22)로의 전도성 열 손실 또는 기판(16) 아래의 기판 홀더(1) 내의 구멍을 통한 스윕 가스의 도입으로 인한 대류성 열 손실로부터 발생할 수 있다.
가열 램프(14)에 대한 전력 출력의 국부적인 제어 없이, 이들 온도 불균일성은 저보상 또는 과보상일 수 있다. 결과적으로, 램프는 공정 처리된 기판에서 일부의 불균일성을 야기할 수 있으며, 이는 기판의 일부를 사용할 수 없게 한다. 예를 들어, 기판(16)의 외부 반경 방향 에지(8) 근처의 면적은 일반적으로 "배제 구역"으로 지칭되는데, 이는 이 면적이 만족스러운 칩을 제조하는 데 사용될 수 없기 때문이다.
도 1a를 다시 한 번 참조하면, 예시적인 반응기(10)는, 기판 홀더(1)에 근접하여 샤프트(24) 및 스파이더(22)를 통해 연장된 중심 온도 센서 또는 열전대(28)를 포함한다. 추가적인 주변 열전대(30)는 또한, 기판 홀더(1) 및 기판(16)을 둘러쌀 수 있는 슬립 링 또는 온도 보상 링(32) 내에 수용될 수 있다. 열전대(28, 30)는 온도 제어기(미도시)에 연결될 수 있으며, 이는 열전대(28, 30)의 판독 값에 응답하여 다양한 가열 요소(14)의 전력을 선택적으로 설정할 수 있다.
램프를 사용하는 다양한 가열 방식이, 기판에 걸쳐 균일한 온도를 제공하도록 제안되었다. 이들 가열 방식 중 일부가 이제 더 논의될 것이다.
도 2a와 도 2b를 이제 참조하면, 가열 램프(14)의 배열의 예시가 추가로 나타나 있다. 배열은, 적어도 기판 홀더(1)의 직경에 걸쳐 있는, 긴 램프(14)를 포함한다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상단 어레이(36)의 램프(14)는 서로 평행하게 배열될 수 있고 하단 어레이(38)의 램프(14)에 수직하게 배열될 수 있다. 도 1a는, 챔버(12)를 통해 흐르는 가스의 방향에 평행하게 배향된 램프(14)를 갖는 상단 어레이(36), 및 가스 흐름의 방향에 수직으로 배향된 램프(14)를 갖는 하부 어레이(38)를 나타내지만, 이들 방향이 역전될 수 있음을 이해할 것이다. 즉, 상단 어레이(36)는 챔버(12)를 통해 흐르는 가스의 방향에 수직일 수 있고, 하단 어레이(38)는 챔버(12)를 통해 흐르는 가스의 방향에 평행할 수 있다. 대안적으로, 두 뱅크(36, 38)는 일부 구현예에서 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 또한, 램프(14)는 선형으로 배열될 필요가 없고, 그 대신에 램프는 서로로부터 측방향으로 또는 수직으로 오프셋될 수 있다. 또한, 램프는 서로 평행하게 배열될 필요는 없고, 오히려 특정 으용의 요건에 따라 서로 비스듬하게 배치될 수 있다.
램프(14)는 균일한 패턴으로 배치되지만, 온도 불균일성이 기판 내에서 여전히 발생할 수 있다. 바람직하지 않게, 긴 램프(14)의 배열은 온도의 국부적 제어를 어렵게 할 수 있는데, 그 이유는 전체 램프(14)에 대한 전력이 국부적 불균일성을 해결하기 위해 조절되어야 하기 때문이다.
이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 램프의 대안적인 제안된 배열이 나타나 있다. 상단 어레이(36) 및 하단 어레이(38)는, 실질적으로 원형 기판 홀더(1)의 직경보다 각각 더 짧은 선형 가열 램프(54, 56)를 포함할 수 있다. 램프(54, 56)는 또한, 포켓(3)의 직경보다 짧을 수 있다. 램프(56)는, 예를 들어 기판 홀더(1)의 직경의 대략 절반일 수 있고, 램프(54)는 램프(56)의 길이의 대략 절반일 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 각각의 어레이(36, 38)의 램프(54, 56)는 실질적으로 평행한 열의 반복 패턴으로 배열될 수 있다. 상단 어레이(36)의 램프(54, 56)는 하단 어레이(38)의 램프(54, 56)에 실질적으로 수직이 되도록 위치할 수 있다. 상단 어레이(36)의 램프(54, 56)는 반응기(10)에 장착된 천장 플레이트 또는 프레임워크(미도시)로부터 매달리거나 이에 부착될 수 있다. 유사하게, 하단 어레이의 램프(54, 56)는 반응기(10)에 장착된 바닥 플레이트 또는 프레임워크(미도시)에 부착될 수 있다. 더 짧은 램프를 더 많이 제공하면, 기판의 더 작은 부분에 대한 입사 전력의 제어를 가능하게 하여, 인접한 영역에 걸쳐 온도에 영향을 미치지 않고 더 작은 영역에 걸쳐 온도를 조절할 수 있다. 그러나, 더 짧은 램프는 추가적인 설치, 제조 및 제어 복잡성을 도입할 수 있어서, 특정 구현예에서 가열 램프의 더 간단한 배열이 바람직할 수 있다.
도 4를 이제 참조하면, 램프(36)의 상단 어레이 및 램프(38)의 하단 어레이로 만들어진, 가열 램프의 그리드가 그 안에 나타나 있다. 나타낸 배열에서, 기판은, 일반적으로 램프의 상단 어레이(36)와 램프의 하단 어레이(38) 사이의 위치에 있는, 반응 챔버(12) 내에 배치된다. 일부 챔버에서, 상단 어레이와 하단 어레이는 다르게 구성될 수 있음을 주목해야 한다. 예를 들어, 하단 어레이(38)는 일반적으로 스폿 램프, 회전 샤프트(24) 및 가스 공급 튜브를 수용할 수 있다. 따라서, 하단 어레이의 중심 영역은, 일 측면으로부터 다른 측면으로 통과하는 완전 선형 램프를 허용하지 않을 수 있다. 반대로, 이러한 구성에서, 상단 어레이는 이러한 방해물을 갖지 않을 것이고, 일 측면으로부터 다른 측면으로 통과하는 완전 선형 램프는 쉽게 수용되고 구현될 수 있다. 더 적은 수의 램프 또는 더 많은 램프가 사용될 수 있고/있거나 램프에 의해 제공되는 열을 증가시키기 위해 다른 가열 장치가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어 일부 구현예에서, 램프의 하단 어레이(38)는, 가열 구역(23)(미도시)을 형성하는 추가 선형 램프 및/또는 가열 구역(24)(미도시)을 형성하는 하나 이상의 스폿 램프를 포함하여 기판의 아래면으로부터 기판의 중심부로 열을 유도할 수 있다.
도 4를 계속 참조하면, 그리드의 한 배열에서, 램프는 선형이고, 11개의 램프는 상단 어레이와 하부 어레이 각각을 구성한다. 다른 수의 램프도 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 상단 어레이의 램프(36)는 바람직하게는 하단 어레이의 램프(38)에 일반적으로 수직 연장된다. 일반적으로, 램프(36, 38)는 기판에 걸쳐 온도 구배를 변화시킬 수 있는 다른 현상 및 말단 효과를 설명하기 위해 상이한 전력 수준을 수용할 수 있다. 상이한 전력 수준은 다수의 구역을 초래한다. 나타낸 배열에서, 6개의 구역이 상단 어레이(즉, 구역 1 내지 11)에 제공되고 9개의 구역이 하단 어레이(즉, 구역 12 내지 22)에 제공된다. 일부 구현예에서, 구역(23)을 제공하기 위해 하단 어레이(38)의 램프에 추가적인 램프가 추가된다. 이들 구역은 상이한 수준의 전력을 수용할 수 있어, 기판에 걸친 온도 구배가 기판 표면의 모든 부분에 걸쳐 실질적으로 균일할 수 있도록 한다. 램프(36, 38)는 예시된 그룹 또는 구역에서 제어되거나 개별적으로 제어될 수 있다. 각각의 구역은 온도 센서(예, 도 1a의 열전대 28, 30)로부터의 피드백에 기초하여 온도 제어 모듈과 연관될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 이제 참조하면, 램프(230)가 나타나 있다. 나타낸 램프(230)는, 일반적으로 튜브(236)의 대향 말단에 배치된 두 개의 커넥터(232, 234)를 포함한다. 도 5a 내지 도 5b에 개략적으로 나타낸 필라멘트(238)는, 튜브(236)를 통해 연장되고 말단 커넥터(232, 234) 각각에 전기적으로 연결된다. 따라서, 전력 공급원이 커넥터(232, 234) 양단에 연결되는 경우에, 필라멘트(238)는 전류를 수용하고 열 에너지를 방출한다.
램프(230)는 원하는 응용 분야 및 크기에 따라 다양한 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 램프는, 튜브(236)의 대향 말단에서 커넥터(232, 234) 사이에 연장된 길이를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 램프의 길이는 약 420 mm일 수 있다. 일부 구현예에서, 램프의 길이는 약 100 mm 내지 약 1200 mm일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 램프의 길이는 약 100 mm, 약 120 mm, 약 140 mm, 약 160 mm, 약 180 mm, 약 200 mm, 약 220 mm, 약 240 mm, 약 260 mm, 약 280 mm, 약 300 mm, 약 320 mm, 약 340 mm, 약 360 mm, 약 380 mm, 약 400 mm, 약 420 mm, 약 440 mm, 약 460 mm, 약 480 mm, 약 500 mm, 약 520 mm, 약 540 mm, 약 560 mm, 약 580 mm, 약 600 mm, 약 620 mm, 약 640 mm, 약 660 mm, 약 680 mm, 약 700 mm, 약 720 mm, 약 740 mm, 약 760 mm, 약 780 mm, 약 800 mm, 약 820 mm, 약 840 mm, 약 860 mm, 약 880 mm, 약 900 mm, 약 920 mm, 약 940 mm, 약 960 mm, 약 980 mm, 약 1000 mm, 약 1020 mm, 약 1040 mm, 약 1060 mm, 약 1080 mm, 약 1100 mm, 약 1120 mm, 약 1140 mm, 약 1160 mm, 약 1180 mm, 약 1200 mm, 또는 전술한 값 중 어느 하나 사이의 값을 포함할 수 있다.
국부적인 온도 제어 메커니즘, 스폿 램프, 및/또는 회전 서셉터 기술의 발전에도 불구하고, 기판의 표면에 걸쳐 균일한 열 분포를 달성함에 있어서 문제가 남을 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 기판의 상단 표면의 중심부는, 기판 전체에 걸친 온도 프로파일에 온도 강하(dip)를 가질 수 있다. 바람직하지 않게도, 구역 기반 가열 방식은, 이러한 온도 강하를 해결하기에 불충분하다. 도 6을 참조하면, 구역 가열을 사용하더라도, 기판의 표면을 가로질러 증착된 두께는 기판의 중심에 (즉, 곡선의 x-축을 따라 0에서) 온도 강하를 갖는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 온도 강하는 실리콘(예, 에피택셜 실리콘)을 증착하는 경우에 발생할 수 있다.
유리하게는, 일부 구현예에 따른 램프 구성은, 기판의 중심에서의 두께 프로파일에서 이러한 온도 강하를 완화시키거나 제거할 수 있다. 반사체의 변형은, 그 중심에서 온도를 증가시키도록 기판의 중심에 열 에너지를 유도하고 집중시키기 위해 일부 경우에 사용될 수 있지만, 이들 변화는 반응기 및 램프의 설계에 상당한 변화를 필요로 하며, 구현하는 데 바람직하지 않게 시간 소모적일 수 있다. 그러나, 본원에 설명된 일부 구현예는, 기판 가열 시스템에 대한 간단한 변형으로 기판의 중심에서의 온도의 강하를 완화하거나 제거하여, 기판 전체에 걸쳐 보다 균일한 증착 두께를 가능하게 한다. 예를 들어, 본원에 설명된 구현예는, 반응기에서 일반적으로 사용되는 램프의 봉지 및 폼 팩터 또는 선형 램프 어레이의 배열을 변경시키지 않고 구현될 수 있다. 일부 구현예에서, 일부 구현예에 따른 램프 구성은 중심 온도 강하를 감소시켜, 반도체 처리 시스템에서 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 일부 구현예에 따른 램프 구성은 기판의 표면 상의 중심부에서 온도 프로파일의 온도 강하 또는 감소를 감소, 완화 또는 제거할 수 있다. 일부 구현예에서, 중심부는, 기판과 동심축으로 위치한 표면의 실질적인 원형 부분을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 실질적으로 원형인 부분은 약 7.5 mm 내지 약 15.0 mm의 반경을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 실질적으로 원형인 부분은 약 5.0 mm 내지 약 30.0 mm의 반경을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 실질적으로 원형인 부분은 약 5 mm, 약 7.5 mm, 약 10 mm, 약 12.5 mm, 약 15 mm, 약 17.5 mm, 약 20 mm, 약 22.5 mm, 약 25 mm, 약 27.5 mm, 약 30 mm, 약 32.5 mm, 약 35 mm, 약 37.5 mm, 약 40 mm, 약 42.5 mm, 약 45 mm, 약 47.5 mm, 약 50 mm, 또는 전술한 임의의 값 사이의 반경을 포함할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 다양한 구현예에 따른 예시적인 램프 구성이 그 안에 나타나 있다. 일부 구현예에서, 램프(230)는 명확히 주변부(240) 및 중심부(242)을 포함한다. 일부 구현예에서, 중심부는 주변부에 비해 비교적 더 높은 밀도의 전도성 권취 필라멘트를 포함하여, 열 출력이 주변부에 비해 램프의 중심에서 더 높다. 도 7a에 나타낸 구현예와 같은 일부 구현예에서, 주변부(240)는 말단 커넥터(232, 234)에서 중심부로 연장되는 직선 와이어를 포함할 수 있다. 이들 구현예에서, 와이어는, 주변부(240) 내의 와이어와 중심부(242) 내의 전도성 필라멘트 사이의 부착점 또는 접합부에서, 필라멘트와 선형 접촉을 포함할 수 있다.
램프의 전력량 및 분포에 따라, 도 7a의 구성은 주변부(240)에서의 선형 필라멘트와 중심부(242)에서의 권취 또는 코일형 필라멘트 사이에 부적합하게 높은 온도 구배를 초래할 수 있다. 예를 들어, 과도한 구배는, 필라멘트, 와이어 또는 램프 봉지의 베이킹, 용융 또는 버블링에 기인한 와이어, 필라멘트 또는 램프의 기계적 완전성을 손상시킬 수 있다. 따라서, 도 7b에 나타낸 것과 같이, 다른 구현예에서, 주변부(240)와 중심부(242) 모두는 전도성 권취 필라멘트를 포함할 수 있다. 그러나, 중심부(242)에서의 전도성 필라멘트의 권취 밀도는, 주변부(240)에서의 전도성 필라멘트의 권취 밀도보다 상대적으로 높을 수 있다.
도 7a 또는 도 7b의 구성 중 어느 하나에서, 램프의 중심부(242)는 약 15 mm 내지 약 30 mm의 길이를 포함할 수 있으며, 이는 램프를 사용하여 가열될 기판 상의 콜드 스폿에 대응할 수 있다. 일부 구현예에서, 램프의 중심부(242)는 약 15 mm의 길이를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 램프의 중심부(242)는 약 30 mm의 길이를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 램프의 중심부(242)는 약 5 mm, 약 5.5 mm, 약 6 mm, 약 6.5 mm, 약 7 mm, 약 7.5 mm, 약 8 mm, 약 8.5 mm, 약 9 mm, 약 9.5 mm, 약 10 mm, 약 10.5 mm, 약 11 mm, 약 11.5 mm, 약 12 mm, 약 12.5 mm, 약 13 mm, 약 13.5 mm, 약 14 mm, 약 14.5 mm, 약 15 mm, 약 15.5 mm, 약 16 mm, 약 16.5 mm, 약 17 mm, 약 17.5 mm, 약 18 mm, 약 18.5 mm, 약 19 mm, 약 19.5 mm, 약 20 mm, 약 20.5 mm, 약 21 mm, 약 21.5 mm, 약 22 mm, 약 22.5 mm, 약 23 mm, 약 23.5 mm, 약 24 mm, 약 24.5 mm, 약 25 mm, 약 25.5 mm, 약 26 mm, 약 26.5 mm, 약 27 mm, 약 27.5 mm, 약 28 mm, 약 28.5 mm, 약 29 mm, 약 29.5 mm, 약 30 mm, 약 30.5 mm, 약 31 mm, 약 31.5 mm, 약 32 mm, 약 32.5 mm, 약 33 mm, 약 33.5 mm, 약 34 mm, 약 34.5 mm, 약 35 mm, 약 35.5 mm, 약 36 mm, 약 36.5 mm, 약 37 mm, 약 37.5 mm, 약 38 mm, 약 38.5 mm, 약 39 mm, 약 39.5 mm, 약 40 mm, 약 40.5 mm, 약 41 mm, 약 41.5 mm, 약 42 mm, 약 42.5 mm, 약 43 mm, 약 43.5 mm, 약 44 mm, 약 44.5 mm, 약 45 mm, 약 45.5 mm, 약 46 mm, 약 46.5 mm, 약 47 mm, 약 47.5 mm, 약 48 mm, 약 48.5 mm, 약 49 mm, 약 49.5 mm, 약 50 mm, 또는 전술한 값 중 어느 하나 사이의 값의 길이를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 중심부의 길이 및 그 안의 더 높은 밀도의 필라멘트 권취는 기판의 중심부의 직경과 일치하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 더 작은 길이의 중심부(242)는 더 큰 길이의 중심부(242)보다 더 많이 표적화된 열 전달을 제공할 것이다.
중심부(242)에서 고밀도 필라멘트 권선을 위치시키고, 램프(230)의 주변부(240)에서 와이어 또는 저밀도 필라멘트 권선을 위치시키면, 중심부에서 램프의 전력 출력이 집중될 수 있다. 일부 구현예에서, 4200 W 정격 램프의 경우, 중심부는 약 1000 W 내지 약 2000 W의 전력 출력을 포함할 수 있다. 예를 들어, 30 mm의 길이를 포함하고 중심부(242)를 갖는 램프는, 중심부에서 약 1000 W의 전력 출력을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 15 mm의 길이를 포함하고 중심부(242)를 갖는 램프는, 중심부에 약 2000 W의 전력 출력을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 중심부에서의 전력 출력은 약 1000 W, 약 1025 W, 약 1050 W, 약 1075 W, 약 1100 W, 약 1125 W, 약 1150 W, 약 1175 W, 약 1200 W, 약 1225 W, 약 1250 W, 약 1275 W, 약 1300 W, 약 1325 W, 약 1350 W, 약 1375 W, 약 1400 W, 약 1425 W, 약 1450 W, 약 1475 W, 약 1500 W, 약 1525 W, 약 1550 W, 약 1575 W, 약 1600 W, 약 1625 W, 약 1650 W, 약 1675 W, 약 1700 W, 약 1725 W, 약 1750 W, 약 1775 W, 약 1800 W, 약 1825 W, 약 1850 W, 약 1875 W, 약 1900 W, 약 1925 W, 약 1950 W, 약 1975 W, 약 2000 W, 또는 전술한 값 중 어느 하나 사이의 값일 수 있다. 중심부(242)에서의 전력 출력은 램프(238)의 전력량에 따라 달라질 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
중심부(242)의 길이가 램프(230)의 총 길이에 비해 작기 때문에, 중심부(242)의 전력 출력 밀도는 주변부(240)의 전력 출력 밀도보다 비교적 높을 수 있다. 일부 구현예에서, 중심부(242) 내의 전력 출력 밀도는 약 60 W/mm 내지 약 125 W/mm일 수 있다. 예를 들어, 상기 중심부(242) 내의 전력 출력 밀도는 약 60 W/mm, 약 62.5 W/mm, 약 65 W/mm, 약 67.5 W/mm, 약 70 W/mm, 약 72.5 W/mm, 약 75 W/mm, 약 77.5 W/mm, 약 80 W/mm, 약 82.5 W/mm, 약 85 W/mm, 약 87.5 W/mm, 약 90 W/mm, 약 92.5 W/mm, 약 95 W/mm, 약 97.5 W/mm, 약 100 W/mm, 약 102.5 W/mm, 약 105 W/mm, 약 107.5 W/mm, 약 110 W/mm, 약 112.5 W/mm, 약 115 W/mm, 약 117.5 W/mm, 약 120 W/mm, 약 122.5 W/mm, 약 125 W/mm, 또는 전술한 값 중 어느 하나 사이의 값일 수 있다.
주변부(240)에서의 전력 출력 밀도는 비교적 낮을 수 있다. 일부 구현예에서, 주변부(240) 내의 전력 출력 밀도는 약 0 W/mm 내지 약 10 W/mm일 수 있다. 예를 들어, 주변부(240) 내의 전력 출력 밀도는 약 0.00 W/mm, 약 0.25 W/mm, 약 0.5 W/mm, 약 0.75 W/mm, 약 1 W/mm, 약 1.25 W/mm, 약 1.5 W/mm, 약 1 75 W/mm, 약 2 W/mm, 약 2.25 W/mm, 약 2.5 W/mm, 약 2.75 W/mm, 약 3 W/mm, 약 3.25 W/mm, 약 3.5 W/mm, 약 3.75 W/mm, 약 4 W/mm, 약 4 25 W/mm, 약 4.5 W/mm, 약 4.75 W/mm, 약 5 W/mm, 약 5.25 W/mm, 약 5.5 W/mm, 약 5.75 W/mm, 약 6 W/mm, 약 6.25 W/mm, 약 6.5 W/mm, 약 6.75 W/mm, 약 7 W/mm, 약 7.25 W/mm, 약 7.5 W/mm, 약 7.75 W/mm, 약 8 W/mm, 약 8.25 W/mm, 약 8.5 W/mm, 약 8.75 W/mm, 약 9 W/mm, 약 9.25 W/mm, 약 9.5 W/mm, 약 9.75 W/mm, 약 10 W/mm, 또는 전술한 값 중 어느 하나 사이의 값일 수 있다.
일부 구현예에서, 중심부(242)에서의 전력 출력과 주변부(240)에서의 전력 출력 사이의 비율은 약 5 내지 약 200의 범위일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 중심부(242)에서의 전력 출력과 주변부(240)에서의 전력 출력 사이의 비율은 약 5, 약 10, 약 15, 약 20, 약 25, 약 30, 약 35, 약 40, 약 45, 약 50, 약 55, 약 60, 약 65, 약 70, 약 75, 약 80, 약 85, 약 90, 약 95, 약 100, 약 105, 약 110, 약 115, 약 120, 약 125, 약 130, 약 135, 약 140, 약 145, 약 150, 약 155, 약 160, 약 165, 약 170, 약 175, 약 180, 약 185, 약 190, 약 195, 약 200, 또는 전술한 값 중 어느 하나 사이의 값일 수 있다.
일부 구현예에서, 중심부(242)에서의 필라멘트 권취 밀도와 주변부(240)에서의 필라멘트 권취 밀도 사이의 비율은 약 5 내지 약 200의 범위일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 중심부(242)에서의 필라멘트 권취 밀도와 주변부(240)에서의 필라멘트 권취 밀도 사이의 비율은 약 5, 약 10, 약 15, 약 20, 약 25, 약 30, 약 35, 약 40, 약 45, 약 50, 약 55, 약 60, 약 65, 약 70, 약 75, 약 80, 약 85, 약 90, 약 95, 약 100, 약 105, 약 110, 약 115, 약 120, 약 125, 약 130, 약 135, 약 140, 약 145, 약 150, 약 155, 약 160, 약 165, 약 170, 약 175, 약 180, 약 185, 약 190, 약 195, 약 200, 또는 전술한 값 중 어느 하나 사이의 값일 수 있다.
일부 구현예에서, 도 7a 및 도 7b의 램프 구성은, 도 4에 나타낸 예시적인 램프 어레이 중 하나 이상의 램프를 포함하는, 교차 어레이 중 하나 이상의 램프로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 도 7a 또는 도 7b에 따른 램프 구성은, 도 4의 램프의 상단 어레이(36)의 구역 6에 위치한 램프를 대체할 수 있다. 일부 구현예에서, 상단 어레이의 구역 6에 위치한 램프만이 교체될 수 있다. 이러한 램프 구성은 도 8에 나타나 있다. 램프의 상단 어레이(36) 중 램프의 나머지는 서로 유사할 수 있다(예를 들어, 이들 램프들의 길이에 걸쳐 일정한 필라멘트 권취 밀도를 가질 수 있음). 그러나, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 도 7a 및/또는 도 7b의 램프 구성은 상단 램프 어레이(36)의 램프 중 임의의 하나 이상 또는 도 4의 하단 램프 어레이(38)의 램프 중 하나 이상을 교체하는 데 사용될 수 있다. 또한, 도 7a 또는 도 7b의 램프 구성은, 비선형 어레이, 단축 또는 세그먼트형 램프 어레이, 또는 전술한 임의의 다른 구성을 포함하는 대안적인 램프 구성에 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 또한, 램프 구성은 본원에 설명된 어레이 중 어느 하나에 여분 또는 추가 램프로서 추가될 수 있다(즉, 종래 램프를 전혀 제거하지 않음). 예를 들어, 램프 구성은 도 4에 나타낸 램프 중 어느 하나에 인접하거나, 위, 또는 아래에 추가되어, 기판의 특정 위치에서 추가적이고 국부적인 열 제어를 제공할 수 있다.
도 8의 램프 구성은, 반도체 기판의 중심에 위치한 온도 프로파일 강하를 완화시키거나 제거할 수 있다. 구역 6에 위치한 램프 중심부의 고 전력 출력은, 도 8의 상단 및 하단 램프 어레이 사이에 위치한 반도체 기판의 온도 프로파일의 강하를 감소, 완화, 또는 제거할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 다시 참조하면, 다양한 구현예에 따른 램프의 사용은, 유리하게는 증착된 실리콘 막 두께의 집중된 증가를 제공하는 것으로 밝혀졌고, 위에 나타낸 곡선(제로 지점에서 더 높게 연장되는 곡선)에 나타낸 바와 같이, 기판의 원하는 중심부에 국소화 증가된다. 상부 곡선은, 높은 권취 밀도 중심부를 갖는 본원에 기술된 구현예에 따른 램프 구성을 갖는 증착을 나타내고, 하부 곡선은 램프 전체에 걸쳐 분포된 종래의 권취를 갖는 램프 구성을 갖는 증착을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 본원에 기술된 구현예에 따른 램프 구성은 반도체 기판의 중심에서 증착 두께를 효과적으로 증가시키면서, 또한 두께가 중심에서 강하되는 정도를 감소시킨다.
전술한 설명에서, 다양한 구현예가 설명되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범주를 벗어나지 않으면 여기에 다양한 수정 및 변경을 할 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적 의미보다는 예시적인 것으로 간주된다.
실제로, 본 개시의 시스템 및 방법은 각각 몇 가지 혁신적인 양태를 가지며, 그 중 단 하나도 본원에 개시된 바람직한 속성에 대해 요구하거나 책임지지 않음을 이해할 것이다. 전술한 다양한 특징부 및 공정을 서로 독립적으로 사용할 수 있거나, 다양한 방식으로 조합할 수 있다. 모든 가능한 조합 및 하위 조합은 본 개시의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.
또한, 본원에 개시된 램프는 유리하게는 램프에 의해 방출되는 열을 유도하기 위한 반사체의 복잡한 재설계를 피할 수 있지만, 램프는 그럼에도 불구하고 이러한 반사체와 양립할 수 있음을 이해할 것이다. 결과적으로, 일부 구현예에서, 처리 시스템은, 처리 시스템의 램프로부터의 복사 열을 기판의 중심 영역을 향해 우선적으로 유도하도록 설계된 반사체와 함께, 램프의 중심부에 비교적 높은 열 출력 및 권취 밀도를 갖는 램프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사체는 기판의 중심 영역을 향해 복사 열을 집중시키도록 만곡될 수 있다.
별도의 구현예의 맥락에서 본 명세서에 설명된 특정 특징부는 또한 단일 구현예에서 조합하여 구현될 수도 있다. 역으로, 단일 구현예의 문맥에서 설명되는 다양한 특징부는 또한 다수의 구현예에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 특징부는 특정 조합에서 작용하는 것으로 상술되고 심지어 처음에 이와 같이 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터 하나 이상의 특징부는 일부 경우에 조합으로부터 실시될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형에 관한 것일 수 있다. 각각의 모든 구현예에 있어서 단일 특징부 또는 특징부의 그룹이 필요하지 않거나 필수적이지 않다.
"할 수 있다", "예를 들어", 등과 같이, 무엇보다 본원에서 사용되는 조건적인 언어는, 특히 달리 언급되지 않는 한 또는 사용된 문맥 내에서 이해되지 않는 한, 다른 구현예가 특정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하지 않는 동안에 특정 구현예는 포함할 수 있음을 일반적으로 의도한다. 따라서, 특징부, 요소 및/또는 단계가 하나 이상의 구현예에 필요한 임의의 방식이거나, 하나 이상의 구현예가 발명자 입력 또는 프롬프트 유무에 따라 이러한 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하는지 또는 임의의 특정 구현예에서 수행해야 하는지 여부를 결정하기 위한 로직을 반드시 포함하는 것을 의미하기 위해 이러한 조건적인 언어를 의도한 것은 아니다. 용어 "포함하는", "포함한", "갖는" 등은 동의어이며, 개방된 방식으로 포용적으로 사용되며, 추가 요소, 특징부, 동작, 작동 등을 배제하지 않는다. 또한, 용어 "또는"은 그의 포용적인 의미(및 배제하는 의미가 아님)로 사용되어, 예를 들어 요소의 리스트를 연결하기 위해 사용되는 경우에 "또는"이라는 용어는 리스트 내의 요소 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미하도록 한다. 또한, 본 출원 및 첨부된 청구 범위에 사용된 관사 "한", "하나", 및 "그"는 달리 특정되지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 유사하게, 작동이 특정 순서로 도면에 도시될 수 있지만, 원하는 결과를 달성하기 위해 이러한 작동은 도시된 또는 순차적인 순서로, 또는 도시된 모든 작동이 수행되어야 하는 특정 순서로 수행될 필요가 없음을 인식해야 한다. 또한, 도면은 흐름도의 형태로 하나 이상의 예시적인 공정을 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 작동은 개략적으로 도시되는 예시적인 방법 및 공정에 포함될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 작동은 도시된 작동 중 임의의 작동 이전, 이후, 동시 및 사이에 수행될 수 있다. 또한, 작동은 다른 구현예에서 재배열되거나 재순서화될 수 있다. 특정 상황에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수 있다. 또한, 전술한 구현예에서의 다양한 시스템 구성 요소의 분리는 모든 구현예에서의 이러한 분리를 필요로 하는 것으로 이해해서는 안되며, 설명된 프로그램 구성 요소 및 시스템이 일반적으로 단일 소프트웨어 제품에서 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 다른 구현예는 다음의 청구범위의 범주 내에 있다. 일부 경우에, 청구범위에 인용된 동작은 상이한 순서로 수행될 수 있고 여전히 바람직한 결과를 달성한다.
따라서, 청구범위는 본원에 나타낸 구현예에 한정하기 위해 의도된 것은 아니고, 본 개시와 일치하는 가장 넓은 범주, 본원에 개시된 특징 및 특징에 부여되어야 한다.

Claims (34)

  1. 반도체 처리 시스템으로서,
    반응 챔버를 포함하고, 상기 반응 챔버는,
    반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더; 및
    선형 가열 램프의 상단 어레이를 포함하되, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 전력 출력을 제공하도록 구성되고, 상기 전력 출력은 상기 적어도 하나의 램프의 길이에 걸쳐 변하고,
    상기 전력 출력은, 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내의 전력 출력에 비해 중심부 내에서 더 높은, 반도체 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 홀더 아래에 놓인 선형 가열 램프의 하단 어레이를 추가로 포함하는 반도체 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중심부의 길이는 30 mm인, 반도체 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중심부의 전력 출력 대 상기 주변부의 전력 출력의 비는 5:1 내지 200:1인, 반도체 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중심부의 전력 출력은 약 2000 W인, 반도체 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는 상기 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장되는, 반도체 처리 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 상기 상단 어레이의 중심 램프를 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 램프는 상기 상단 어레이의 에지로부터 제6 램프인, 반도체 처리 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 포물선 반사체를 추가로 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  11. 반도체 처리 시스템으로서,
    반응 챔버를 포함하고, 상기 반응 챔버는,
    반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더; 및
    선형 가열 램프의 상단 어레이를 포함하되, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는, 상기 적어도 하나의 램프의 길이에 걸쳐 다양한 밀도를 갖는 필라멘트를 포함하고,
    상기 밀도는, 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내의 밀도에 비해 중심부 내에서 더 높은, 반도체 처리 시스템
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 램프의 필라멘트는 상기 중심부 내에 권취부를 포함하고 상기 주변부 내에 실질적인 선형부를 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 선형 가열 램프의 하단 어레이를 추가로 포함하되, 상기 기판 홀더는 상기 선형 가열 램프의 하단 어레이와 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 사이에 위치하는, 반도체 처리 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 중심부의 길이는 15 mm 내지 30 mm인, 반도체 처리 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 상기 중심부의 필라멘트 밀도 대 상기 주변부의 필라멘트 밀도의 비는 5:1 내지 200:1인, 반도체 처리 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는 상기 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장되는, 반도체 처리 시스템.
  17. 제11항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 상기 상단 어레이의 중심 램프를 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  18. 제11항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 램프는 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이의 에지로부터 제6 램프인, 반도체 처리 시스템.
  20. 반도체 기판을 가열하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더 상에 상기 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 반도체 기판 위에 놓인 선형 가열 램프의 상단 어레이로 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하되,
    상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는, 상기 적어도 하나의 램프의 길이에 걸쳐 변하는 권취 밀도를 갖는 필라멘트를 포함하고,
    상기 권취 밀도는, 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내의 밀도에 비해 중심부 내에서 더 높은, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 선형 가열 램프의 하단 어레이로 상기 기판을 가열하면서 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이로 상기 기판을 가열하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 기판 홀더는 상기 선형 가열 램프의 하단 어레이와 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 사이에 위치하는, 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 중심부의 권취 밀도 대 상기 주변부의 권취 밀도의 비는 5:1 내지 200:1인, 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 중심부의 길이는 30 mm인, 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는 상기 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장되는, 방법.
  25. 제20항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 상기 상단 어레이의 중심 램프를 포함하는, 방법.
  26. 제20항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함하는, 방법.
  27. 반도체 기판을 가열하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 반도체 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
    상기 반도체 기판 위에 놓인 선형 가열 램프의 상단 어레이로 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하되,
    상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 전력 출력을 포함하되, 상기 전력 출력은 상기 적어도 하나의 램프의 길이에 걸쳐 가변하고,
    상기 전력 출력은, 상기 적어도 하나의 램프의 주변부 내의 전력 출력에 비해 중심부 내에서 더 높은, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 선형 가열 램프의 하단 어레이로 상기 기판을 가열하면서 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이로 상기 기판을 가열하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 기판 홀더는 상기 선형 가열 램프의 하단 어레이와 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 사이에 위치하는, 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 중심부의 전력 출력 대 상기 주변부의 전력 출력의 비는 5:1 내지 200:1인, 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 중심부의 길이는 30 mm인, 방법.
  31. 제27항에 있어서, 상기 중심부의 전력 출력은 약 2000 W인, 방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이의 각각의 램프는 상기 가열 램프의 상단 어레이의 다른 모든 램프에 실질적으로 평행하게 연장되는, 방법.
  33. 제27항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이 중 적어도 하나의 램프는 상기 상단 어레이의 중심 램프를 포함하는, 방법.
  34. 제27항에 있어서, 상기 선형 가열 램프의 상단 어레이는 11개의 램프를 포함하는, 방법
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