KR20220032095A - 에피택시 챔버를 위한 열 차폐 조립체 - Google Patents

에피택시 챔버를 위한 열 차폐 조립체 Download PDF

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Abstract

프로세싱 챔버를 위한 열 차폐 조립체가 본원에 개시된다. 프로세싱 챔버는, 측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 바디를 포함하며, 측벽들, 최하부 및 덮개는 내부 볼륨을 정의한다. 열 차폐 조립체는 내부 볼륨에 배치되고, 열 차폐부 및 예열 부재를 포함한다. 예열 부재는 내주를 포함하고, 열 차폐부 아래에 포지셔닝된다. 서셉터가 내부 볼륨 내에 배치되고 그리고 기판을 지지하도록 구성되고, 그리고 예열 부재의 내주 내에 포지셔닝된다. 개구가 서셉터와 예열 부재 사이에 포지셔닝된다. 개구의 제1 섹션은 가스 유입구 근처에 있고, 열 차폐부에 의해 커버된다. 환형 개구의 제2 섹션은 가스 배출구 근처에 있고, 열 차폐 부재에 의해 커버되지 않는다.

Description

에피택시 챔버를 위한 열 차폐 조립체
[0001] 본 개시내용의 예들은 일반적으로 반도체 프로세싱을 위한 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 예들은 에피택시 챔버를 위한 열 차폐 조립체에 관한 것이다.
[0002] 에피택시는 반도체 디바이스들을 위한 극도로 균일한 전기적 특성들을 갖는 고품질 재료들을 제작하기 위해 반도체 프로세싱에서 일반적으로 사용되는 프로세스이다. 반도체 디바이스들이 소형화되고, 제조 단위들이 대형화됨에 따라, 제조되는 단일 기판에 걸친 균일성이 더 중요해진다.
[0003] 에피택시 챔버에서, 프로세스 가스들은, 챔버의 일 측으로부터 가스들이 제거되는 다른 측으로, 기판을 가로질러 유동한다. 기판은 불-균일성들의 영향을 최소화하기 위해 프로세싱 동안 회전하도록 구성될 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 지속적인 불-균일성들은 반경방향 변동(radial variation)들로서 나타날 수 있다. 에피택시 챔버는 서셉터(susceptor)를 둘러싸는 열 차폐 조립체를 포함할 수 있다. 열 차폐 조립체는 서셉터 아래의 가열 엘리먼트들로부터 열을 흡수하고 그 열을 열 차폐 조립체 위로 재-방사할 수 있다.
[0004] 에피택시 챔버 내에서의 기판 프로세싱 동안, 잔류물 재료들, 이를테면, 가스상(gaseous) 전구체들 및 이들의 반응 부산물들은 에피택시 챔버의 하나 이상의 내부 표면들 상에 바람직하지 않게 재료를 증착할 수 있다. 증착물들의 두께는 모든 각각의 기판이 프로세싱될 때마다 증가할 수 있다. 잔류 재료 증착물들의 두께가 증가함에 따라, 증착물들은 결국 에피택시 프로세싱 챔버 표면들로부터 박편화(flake)되어 프로세싱 볼륨 내에 바람직하지 않은 미립자 오염을 초래한다. 미립자 오염은 기판 상에 증착되는 재료 층의 품질에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 에피택시 챔버들은 에피택시 챔버들로부터 잔류물 재료를 제거하기 위해 주기적으로 세정되어야 한다. 에피택시 프로세싱 챔버 세정은 기판 프로세싱 동작들 사이의 주기적인 세정 사이클들, 및 세정 및 스케줄링된 유지보수를 위해 챔버를 개방하는 것 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 그러한 세정 및 유지보수는 더 낮은 기판 스루풋 및 증가된 챔버 다운타임을 초래한다. 따라서, 이러한 세정 및 유지보수는 프로세싱 챔버에 대한 생산성 손실을 야기할 수 있다.
[0005] 따라서, 당해 기술분야에서는 에피택셜 프로세싱 챔버들에서 챔버 오염 및 다운타임을 감소시킬 필요성이 있다.
[0006] 프로세싱 챔버를 위한 열 차폐 조립체가 본원에 개시된다. 프로세싱 챔버는, 측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 챔버 바디를 포함하며, 측벽들, 최하부 및 덮개는 챔버 바디의 내부 볼륨을 정의한다. 열 차폐 조립체가 내부 볼륨에 배치된다. 열 차폐 조립체는 열 차폐 부재 및 환형 예열 부재를 포함한다. 환형 예열 부재는 내주(inner circumference)를 포함한다. 환형 예열 부재는 환형 열 차폐부 아래에 포지셔닝된다. 서셉터가 내부 볼륨에 배치되고, 기판을 지지하도록 구성된다. 서셉터는 환형 예열 부재의 내주 내에 포지셔닝된다. 환형 개구가 서셉터와 환형 예열 부재 사이에 포지셔닝된다. 환형 개구의 제1 섹션은 가스 유입구 근처에 있다. 제1 섹션은 열 차폐 부재에 의해 커버된다. 환형 개구의 제2 섹션은 가스 배출구 근처에 있다. 환형 개구의 제2 섹션은 열 차폐 부재에 의해 커버되지 않는다.
[0007] 프로세싱 챔버의 다른 예는, 측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 챔버 바디를 포함하며, 측벽들, 최하부 및 덮개는 챔버 바디의 내부 볼륨을 정의한다. 열 차폐 조립체가 내부 볼륨에 배치된다. 열 차폐 조립체는 열 차폐 부재를 포함한다. 열 차폐 조립체는 또한, 내주를 갖는 환형 예열 부재를 포함한다. 환형 예열 부재는 환형 열 차폐부 아래에 포지셔닝된다. 서셉터가 내부 볼륨에 배치되고, 기판을 지지하도록 구성된다. 서셉터는 환형 예열 부재의 내주 내에 포지셔닝된다. 환형 개구가 서셉터와 환형 예열 부재 사이에 포지셔닝된다. 환형 개구의 제1 섹션은 가스 유입구 근처에 있다. 제1 섹션은 열 차폐 부재에 의해 커버된다. 환형 개구의 아크-형상 애퍼처는 가스 배출구 근처에 있다. 아크-형상 애퍼처는 열 차폐 부재에 의해 커버되지 않는다. 프로세싱 챔버 내의 아크-형상 애퍼처의 포지션은 프로세싱 챔버의 측벽들 또는 서셉터의 최하부 면 상의 코팅에 영향을 미친다.
[0008] 또 다른 예에서, 프로세싱 챔버는, 측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 챔버 바디를 포함하며, 측벽들, 최하부 및 덮개는 챔버 바디의 내부 볼륨을 정의한다. 열 차폐 조립체가 내부 볼륨에 배치된다. 열 차폐 조립체는 열 차폐 부재 및 환형 예열 부재를 포함한다. 환형 예열 부재는 내주를 포함한다. 환형 예열 부재는 환형 열 차폐부 아래에 포지셔닝된다. 서셉터가 내부 볼륨에 배치되고, 기판을 지지하도록 구성된다. 서셉터는 환형 예열 부재의 내주 내에 포지셔닝된다. 환형 개구가 서셉터와 환형 예열 부재 사이에 포지셔닝된다. 환형 개구의 제1 섹션은 가스 유입구 근처에 있다. 제1 섹션은 열 차폐 부재에 의해 커버된다. 환형 개구의 제2 섹션은 가스 배출구 근처에 있다. 제2 섹션은 열 차폐 부재에 의해 커버되지 않는다. 가스 배출구에 대한 환형 개구의 포지션은 프로세싱 챔버의 상부 돔 또는 하부 돔 상의 코팅에 영향을 미친다.
[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 본원의 예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며 다른 균등하게 유효한 예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0010] 도 1은 일 실시예에 따른 열 차폐 조립체를 갖는 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0011] 도 2는 일 실시예에 따른, 도 1의 단면 라인(A-A)을 따라 보여지는 프로세싱 챔버의 평면도이다.
[0012] 도 3은 일 실시예에 따른, 가스 유입구 부근에서의, 도 1에 묘사된 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0013] 도 4는 일 실시예에 따른, 도 1의 프로세싱 챔버에 도시된 열 차폐 조립체의 평면도이다.
[0014] 도 5는 일 실시예에 따른, 도 1의 프로세싱 챔버에서 활용되는 열 차폐 조립체의 열 차폐 부재의 개략적인 평면도이다.
[0015] 도 6은 일 실시예에 따른, 증착 두께가 도 1의 프로세싱 챔버에서 프로세싱되는 기판의 반경과 관련될 때의 증착 두께를 묘사하는 그래프이다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 특징들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0017] 프로세싱 챔버를 위한 열 차폐 조립체가 본원에 개시된다. 프로세싱 챔버의 예들은 측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 챔버 바디를 포함하며, 측벽들, 최하부 및 덮개는 챔버 바디의 내부 볼륨을 정의한다. 기판 지지부 및 열 차폐 조립체가 내부 볼륨 내에 배치된다. 열 차폐 조립체는 열 차폐 부재 및 환형 예열 부재를 포함한다. 기판 지지부와 환형 예열 부재 사이에 환형 개구가 형성된다.
[0018] 환형 개구의 일부분은 열 차폐 부재에 의해 중첩되지 않는다. 가스 유입구 및 가스 배출구에 대한 환형 개구의 비-중첩 부분의 포지션은 내부 볼륨 내의 표면들 상의 증착 재료의 코팅에 영향을 미친다. 더 구체적으로, 가스 배출구로부터 원위에 열 차폐 부재를 포지셔닝하는 것은, 기판 지지부 상의, 그리고 프로세싱 챔버의 상부 돔 표면들 및 하부 돔 표면들 상의 증착 재료의 코팅을 감소시킨다. 환형 개구의 포지션은 프로세싱 챔버의 내부 볼륨 내의 표면들 상의 재료 증착을 감소시키기 때문에, 프로세싱 챔버의 내부 볼륨 내의 표면들을 세정하기 위한 유지보수 사이클이 길어지거나 개선된다. 상부 및 하부 돔 및 기판 지지부 상의 증착 재료의 감소는 내부 볼륨에 대한 인 시튜(in situ) 세정 사이클들을 수행하는 것 사이의 더 긴 인터벌들을 가능하게 한다. 주기적인 유지보수를 감소시키고, 인 시튜 세정 사이에 더 긴 사이클들을 가짐으로써, 더 높은 스루풋이 달성된다. 본원에 개시된 예들은 추가적으로, 챔버 내의 바람직하지 않은 코팅을 감소시킴으로써 개선된 프로세스 안정성을 가능하게 한다. 따라서, 서비스 인터벌들 사이의 평균 시간이 연장됨에 따라, 프로세싱 챔버에 대한 소유 비용이 감소된다.
[0019] 본 개시내용에서, "최상부", "최하부", "측부", "위", "아래", "위쪽", "아래쪽", "상향", "하향", "수평", "수직" 등의 용어들은 절대적인 방향들을 지칭하지 않는다. 대신, 이러한 용어들은, 챔버의 기본 평면, 예컨대 프로세싱 챔버의 기판의 표면에 평행한 평면에 대한 방향들을 지칭한다.
[0020] 도 1은 열 차폐 조립체(160)를 갖는 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는 챔버 바디(105)를 갖는다. 챔버 바디(105)는 측벽들(136), 최하부(106), 및 덮개(130)를 포함하며, 측벽들(136), 최하부(106), 및 덮개(130)는 챔버 바디(105)의 인클로저(enclosure)(109)를 정의한다. 상부 돔(128), 하부 돔(114), 및 라이너들(163)이 인클로저(109)에 배치된다. 라이너들(163)은 측벽들(136)에 부착된다. 챔버 바디(105)의 내부 볼륨(101)은 상부 돔(128), 하부 돔(114), 및 라이너들(163)에 의해 정의된다. 내부 볼륨(101)은 프로세싱 볼륨(111) 및 퍼지 볼륨(113)을 포함한다.
[0021] 프로세싱 챔버(100)의 측벽들(136)을 관통해 프로세스 가스 유입구(174)가 형성된다. 프로세스 가스 유입구(174)는 또한, 라이너(163)를 관통해 형성되며, 프로세싱 볼륨(111) 내로 프로세스 가스들을 유동시키기 위한 경로를 제공한다. 프로세스 가스들은 가스 소스(172)로부터 프로세스 가스 유입구(174)를 통해 그리고 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(101) 내에 배치된 기판 지지부(104)를 가로질러 유동한다.
[0022] 퍼지 가스 유입구(164)가 퍼지 가스 소스(162)에 커플링된다. 퍼지 가스 유입구(164)는 또한, 라이너(163)를 관통해 형성되며, 퍼지 볼륨(113) 내로 퍼지 가스들을 유동시키기 위한 경로를 제공한다. 퍼지 가스들은 퍼지 가스 소스(162)로부터 퍼지 가스 유입구(164)를 통해 유동한다.
[0023] 가스 배출구(178)가 측벽(136) 및 라이너(163)를 관통해 배치되고, 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(101) 내의 프로세스 가스 유입구(174)와 실질적으로 대향한다. 가스 배출구(178)는 내부 볼륨(101)의 프로세싱 볼륨(111) 내의 프로세스 가스들이 프로세싱 챔버(100)로부터 진공배기될(evacuated) 수 있게 한다. 내부 볼륨(101)의 퍼지 볼륨(113) 내의 퍼지 가스들은 가스 배출구(178)를 통해 프로세싱 챔버(100)로부터 진공배기된다. 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(101)으로부터 프로세스 및 퍼지 가스들을 진공배기시키기 위해, 진공 소스(180)가 가스 배출구(178)에 커플링된다.
[0024] 기판 지지부(104)는, 프로세싱 챔버(100)에서의 프로세싱 동작들 동안 기판 지지부(104)의 상부 표면(110) 상에 배치된 기판(108)을 지지하도록 구성된다. 기판 지지부(104)는 기판(108) 상에 증착되는 재료의 균일성을 개선하기 위해 프로세싱 동안 기판(108)을 회전시킬 수 있다. 상부 돔(128)은 기판 지지부(104) 위에 배치되고, 기판 지지부(104)의 상부 표면(110) 및 라이너(163)와 함께 프로세싱 볼륨(111)을 추가로 정의한다. 퍼지 볼륨(113)은, 하부 돔(114), 기판 지지부(104)의 최하부 표면(미도시), 및 라이너(163)에 의해 추가로 정의된다.
[0025] 열 모듈(145)이 프로세싱 동안 프로세싱 챔버(100)에 열을 제공한다. 열 모듈(145)은 기판 지지부(104) 위에 또는 아래에 포지셔닝될 수 있다. 도 1에 예시된 프로세싱 챔버(100)에서, 열 모듈(145)은 기판 지지부(104) 아래에 제공된다. 열 모듈(145)은 광학 엘리먼트들(115), 이를테면, 렌즈들, 광 파이프들, 또는 다른 반사 및 굴절 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 열 모듈(145)은 복수의 열 소스들(102)을 포함한다. 복수의 열 소스들(102)은 하부 돔(114) 내에 배치된다. 열 소스들(102)은 램프들, LED(light emitting diode)들, 및 레이저들의 임의의 조합일 수 있다. 반사 및 굴절 엘리먼트들은 열 소스(102)에 의해 방출된 에너지를 기판 지지부(104) 쪽으로 지향시키도록 개별적으로 형상화된다. 열 모듈(145)로부터의 열은 기판 지지부(104)를 가열하며, 이는, 기판(108)이 기판 지지부(104)와 접촉하는 경우, 전도에 의해 기판(108)에 열을 전달한다. 일부 경우들에서, 열은 또한, 예컨대 기판(108)이 기판 지지부(104)와 접촉하지 않는 경우, 방사에 의해 전달될 수 있다.
[0026] 열 차폐 조립체(160)는 기판 지지부(104)를 둘러싼다. 열 차폐 조립체(160)는 기판 지지부(104)와 동심인 환형 또는 링형 구조이다. 열 차폐 조립체(160)의 외경(outer radius)(120)은 라이너(163)의 내경(inner radius)(121)보다 더 작고, 그에 따라, 열 차폐 조립체(160)는 라이너(163)의 내경 내에 피팅(fit)된다.
[0027] 열 차폐 조립체(160)는 환형 예열 부재(167) 및 열 차폐 부재(168)를 포함한다. 환형 예열 부재(167)는 환형 또는 링 형상이다. 환형 예열 부재(167)는 기판 지지부(104)의 외경(133)보다 더 큰 내경(132)을 갖는다. 열 차폐 부재(168)는 환형 링의 섹터(sector) 같이 형상화되며, 즉, 아크 형상이다. 열 차폐 부재(168)는 섹터의 단부들을 정의하는 에지들(도 2의 236)을 갖는다. 환형 개구(134)가 환형 예열 부재(167)와 기판 지지부(104) 사이에 배치된다. 아래에서 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 열 차폐 부재(168)는 환형 개구(134)의 일부분과 수직으로 중첩된다.
[0028] 도 2는 도 1의 단면 라인(A-A)을 따라 보여지는 프로세싱 챔버(100)의 평면도이다. 기판 지지부(104)는 서셉터(204)를 갖는다. 일부 예들에서, 서셉터(204)는 기판 지지부(104)에 통합되거나 또는 기판 지지부(104)의 일부이다. 대안적으로, 서셉터(204)는, 서셉터(204)가 기판 지지부(104)로부터 이동가능하게 분리될 수 있게 하는 방식으로 기판 지지부(104)에 커플링될 수 있다. 서셉터(204)는 반경(212)에 의해 정의되는 외주(outer circumference)(214)를 갖는다. 환형 예열 부재(167)의 내주(216)는 환형 예열 부재(167)의 내경(132)에 의해 정의된다. 환형 개구(134)는 서셉터(204)의 외주(214)와 환형 예열 부재(167)의 내주(216) 사이의 공간에 의해 정의된다. 환형 개구(134)는 제1 부분(224) 및 제2 부분(228)을 포함한다. 환형 개구(134)의 제1 부분(224)은 열 차폐 부재(168)에 의해 커버된다. 프로세스 가스 유입구(174)는 환형 개구(134)의 제1 부분(224) 근처에 있다. 환형 개구(134)의 제2 부분(228)은 열 차폐 부재(168)에 의해 커버되지 않는다. 가스 배출구(178)는 환형 개구(134)의 제2 부분(228) 근처에 있다. 환형 개구(134)의 제2 부분(228)은 아크-형상 애퍼처(232)이다. 아크-형상 애퍼처(232)는, 서셉터(204)의 외주, 환형 예열 부재(167)의 내주(216), 및 열 차폐 부재(168)의 에지들(236)에 의해 정의된 공간이다. 따라서, 열 차폐 부재(168)는, 환형 개구(134)의 제1 부분(224)만을 통과하는 프로세싱 볼륨(111)으로부터 퍼지 볼륨(113)으로의 직접적인 가시선(line of sight)을 차폐한다.
[0029] 프로세스 가스 유입구(174) 및 퍼지 가스 유입구(164)로부터 유동하는 가스들은, 가스 배출구(178)를 통해 빠져나가는 가스들의 속도보다 더 빠른 속도로 프로세싱 챔버(100)에 진입한다. 가스 배출구(178) 근처의 퍼지 볼륨(113) 내의 가스들은 더 낮은 속도 및 질량 유량을 갖는다. 유사하게, 가스 배출구(178) 근처의 프로세싱 볼륨(111) 내의 가스들은 더 낮은 속도 및 질량 유량을 갖는다. 가스 배출구(178)에서의 더 낮은 속도들 및 질량 유량들은 아크-형상 애퍼처(232)에 걸친 압력 변화(pressure variance)들(도 3과 관련하여 아래에서 설명됨)을 감소시키는 것을 돕는다. 환형 개구(134)에서의 더 낮은 압력 변화들은 프로세싱 볼륨 내의 기판(108) 상의 균일한 재료 증착을 가능하게 하는데, 왜냐하면 환형 개구(134)에서의 압력 변화의 감소가 퍼지 가스가 프로세싱 볼륨(111)에 진입할 기회를 감소시키기 때문이다. 유사하게, 환형 개구(134)에 걸친 압력 변화의 감소는 프로세싱 가스가 퍼지 볼륨(113)에 진입할 기회를 감소시킨다. 따라서, 열 차폐 조립체(160)의 아크-형상 애퍼처(232)에서의 압력 변화는 기판(108)에 걸친 프로세싱 가스들의 방위각 압력 프로파일에 영향을 미친다. 이러한 방식으로, 아크-형상 애퍼처(232)의 포지션은 하부 돔(114), 상부 돔(128), 및 라이너(163)의 내부 표면들 상의 원하지 않는 재료 증착을 감소시킨다. 가스 배출구(178) 근처에 아크-형상 애퍼처(232)를 포지셔닝하는 것은 프로세싱 챔버(100)의 내부 표면들 상의 원하지 않는 증착 재료들의 양의 감소를 가능하게 한다.
[0030] 도 3은 도 1에 묘사된, 가스 유입구 근처에서의 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 일부 예들에서, 서셉터(204)는 기판 지지부(104)에 의해 지지될 수 있다. 서셉터(204)는 스루-홀(through-hole)들(320)을 갖는 오목부(recessed portion)(312)를 가질 수 있다. 오목부(312)는 수직 방향으로 기판(108)을 지지하도록 구성된다. 서셉터(204)는 또한, 복수의 개구들(324)을 갖는 융기부(raised portion)(316)를 가질 수 있다. 기판 지지부(104)의 융기부(316)는 기판(108)을 측방향으로 홀딩함으로써, 기판이 수평 또는 반경 방향으로 슬라이딩하는 것을 방지한다. 각각의 개구(324)의 직경은 각각의 스루-홀(320)의 직경보다 더 크다. 융기부(316)는 기판(108)을 둘러싼다.
[0031] 프로세스 가스(304)는 주어진 압력으로 프로세스 가스 유입구(174)로부터 프로세싱 볼륨(111)에 진입한다. 프로세스 가스(304)는 일반적으로, 가스 배출구(178) 쪽으로 기판(108) 위로 끌어당겨진다. 퍼지 가스(328)가 가압되어 퍼지 가스 유입구(164)를 통해 퍼지 볼륨(113)에 진입한다. 프로세스 가스(304) 및 퍼지 가스(328)가 압력 하에서 프로세싱 챔버(100)에 진입하기 때문에, 압력 차이들은 환형 개구(134)의 구역에서 압력 변화(332)를 생성할 수 있다. 더욱이, 퍼지 가스(328) 및 프로세스 가스(304)의 속도들이 프로세스 가스 유입구(174) 및 퍼지 가스 유입구(164) 근처에서 더 높기 때문에, 질량 유량은 또한, 프로세스 가스 유입구(174) 및 퍼지 가스 유입구(164) 근처의 영역에서 증가된다.
[0032] 열 차폐 부재(168)는 환형 개구(134)의 영역에서의 압력 변화(332)를 감소시키기 위해 환형 개구(134) 위에 수직으로 포지셔닝된다. 압력 변화(332)의 감소는 퍼지 가스(328)가 프로세싱 볼륨(111)에 진입할 기회를 감소시킨다. 따라서, 더 낮은 압력 변화(332)는 프로세싱 볼륨(111) 내의 기판(108) 상의 균일한 재료 증착을 가능하게 한다.
[0033] 도 4는 도 1의 프로세싱 챔버에서 활용되는 열 차폐 조립체(160)의 평면도이다. 열 차폐 부재(168)는 환형 예열 부재(167) 상에 놓인다. 열 차폐 부재(168)의 내주(216)는 환형 개구(134)를 커버하도록 안쪽으로 연장된다. 따라서, 환형 예열 부재(167)의 내주(216)는 열 차폐 부재(168)의 내경(412)보다 더 크다. 환형 예열 부재(167)의 외경(416)은 또한, 열 차폐 부재(168)의 외경(424)보다 더 크다.
[0034] 열 차폐 부재(168)는 환형 예열 부재(167)의 일부분(422)을 노출시키는 갭(420)을 갖는다. 즉, 갭(420)은, 열 차폐 부재(168)에 추가하여 환형 링 형상을 완성할 섹터를 나타낸다. 그러나, 갭(420)은 세그먼트 또는 다른 형상이 아니라 단지 열 차폐 부재(168)의 개구이며, 따라서 열 차폐 부재(168)의 상기 개구를 통해 수용될 임의의 형상으로서 동일하게 설명될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 노출된 부분(422)은 가스 배출구(178) 근처에 노출된 부분(422)을 배치함으로써, 프로세스 가스 유입구(174)로부터 가스 배출구(178) 쪽으로, 환형 예열 부재(167)를 가로질러 기판 지지부(104)로 유동하는 가스들에 대해 더 직접적인 열 노출을 제공한다. 프로세스 가스 유입구(174)로부터 가스 배출구(178) 쪽으로 유동하는 프로세스 가스(304)는 퍼지 가스 유입구(164)로부터 가스 배출구(178) 쪽으로 유동하는 퍼지 가스(328)에 직접 노출된다. 열 차폐 부재(168)의 내주(216)는 300 mm의 공칭 직경을 갖는 기판을 수용하기 위해 150 mm 초과일 수 있다. 예컨대, 내주(216)는, 직경이 300 mm인 기판에 대해 약 151 mm 내지 약 155 mm일 수 있다. 일부 예들에서, 기판은 6 인치 또는 8 인치일 수 있다. 따라서, 기판은 약 150 mm 내지 약 300 mm의 직경을 가질 수 있다. 갭(420)은, 가스 배출구(178)에서 프로세싱 챔버(100)를 빠져나가는 가스들에 대해 원하는 양의 열 노출을 제공하도록 선택된 치수를 가질 수 있다.
[0035] 도 5를 참조하면, 도 5는 도 1의 프로세싱 챔버(100)에서 활용되는 열 차폐 조립체(160)의 열 차폐 부재(168)의 개략적인 평면도이다. 치수(502)를 갖는 갭(420)이 도시된다. 치수(502)는 약 50 mm 내지 약 180 mm의 폭을 가질 수 있다. 갭(420)의 치수(502)는 도 2에 묘사된 아크-형상 애퍼처(232)에 대응한다. 따라서, 갭(420) 대 기판 반경(240)의 비(ratio)(620)는 또한, 도 6에서 관찰되고 아래에서 논의되는 증착 두께의 균일성에 대응한다.
[0036] 갭(420)은 제1 에지(504) 및 제2 에지(506)를 갖는다. 갭(420)의 제1 에지(504) 및 제2 에지(506)는 열 차폐 부재(168)의 에지들(236)에 대응한다. 제1 에지(504) 및 제2 에지(506)는 일반적으로, 갭(420)과 마주하는(subtend) 각도(510)를 양분하는 반경방향 라인(508)에 평행하다. 갭(420)은 프로세스 가스(304) 및 퍼지 가스(328)의 균일한 층류 유동(laminar flow)을 촉진한다. 다른 예들에서, 에지들(504 및 506)은 임의의 원하는 방향성을 가질 수 있다. 예컨대, 각각의 에지(504 또는 506)는 개개의 에지(504 또는 506)와 교차하는 반경방향 라인(508)에 평행할 수 있다. 제1 에지(504) 또는 제2 에지(506)는 프로세싱 챔버(100)의 동작 동안 열 차폐 부재(168)의 이동을 방지하기 위한 피처(feature)(512)를 가질 수 있다. 다른 예에서, 갭(420)의 양측 상의 에지들(504 및 506)의 2개의 외측 코너들은 둥근 형상, 즉, 피처들(512)을 갖는다. 피처들(512)의 둥근 코너들은 원형이지만, 임의의 원하는 형상이 에지(504 또는 506)의 코너들에 추가될 수 있다. 예컨대, 피처들(512)은 임의의 적절한 각도의 챔퍼(chamfer)일 수 있다. 피처들(512)의 둥근 코너들은 약 0.01 mm 내지 약 1.5 mm, 이를테면, 약 0.1 mm 내지 약 1.0 mm, 예컨대 약 0.3 mm, 0.4 mm, 또는 0.5 mm의 곡률 반경을 갖는다.
[0037] 도 6은 증착 두께가 프로세싱 챔버(100)에서 프로세싱되는 기판의 반경과 관련될 때의 증착 두께를 묘사하는 그래프(600)이다. 그래프(600)는 기판 반경을 묘사하는 x-축(604) 및 증착 두께를 묘사하는 y-축(608)을 갖는다. 그래프(600)는, 가스 배출구(178) 근처에 포지셔닝된 아크-형상 애퍼처(232)를 갖는 열 차폐 조립체(160)를 갖는 프로세싱 챔버(100)로부터 획득되었다. 기판(108)에 걸친 증착 균일성은 아크-형상 애퍼처(232)의 포지션에 대응한다. 이전에 논의된 바와 같이, 아크-형상 애퍼처(232)에서의 압력 변화(332)를 감소시키는 것은 기판(108)에 걸친 프로세싱 가스들의 방위각 압력 프로파일을 증가시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(108)은 주어진 기판 반경(240)을 갖는다.
[0038] 그래프(600)의 가로좌표, 즉, x-축(604)에 묘사된 변수 x는 그래프에서 프로세스 실행들의 수에 대한 승수(multiplier)이며, 6 이상 내지 12 미만일 수 있다. 예컨대, x = 10인 경우, x-축(604) 상의 식별자들은 20, 40, 60 등으로 해석될 것이다. 반경이 4x 이하일 때, 기판(108)에 걸친 증착 균일성은 주어진 범위 내에서 관찰되었다. 그러나, 반경이 4x보다 더 클 때, 기판(108)에 걸친 증착 균일성의 감소가 관찰되었다.
[0039] 기판 반경(240)이 임계치(612) 이하일 때, 열 차폐 조립체(160)는 하부 돔(114), 상부 돔(128), 및 라이너(163)의 내부 표면들 상의 원하지 않는 재료 증착을 감소시킨다. 일 예에서, 갭(420)의 폭 대 기판 반경(240)의 비(620)는 약 1 내지 약 3(즉, 1/3 또는 0.33)이다. 비(620)는 또한, 6 대 5, 또는 약 1.2일 수 있다. 비(620)는 또한 0.33 내지 1.2의 값들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 기판(108) 상에 증착되는 증착 재료의 균일성을 증가시킨다. 그러나, 기판 반경이 임계치(612)를 넘어서 증가할 때, 그러한 내부 표면들 상의 재료 증착이 증가하기 시작한다.
[0040] 도 2 및 도 3과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 프로세싱 볼륨(111)과 퍼지 볼륨(113) 사이의 환형 개구(134)에서의 압력 변화(332)는 프로세싱 챔버(100) 내의 아크-형상 애퍼처(232)의 포지션에 대응한다.
[0041] 기판(108) 상의 증착 재료의 균일성은 프로세싱 챔버(100) 내에서의 다수의 프로세스 실행들 사이에서 증가된다. 이 예에서, 변수 x는 그래프에서 프로세스 실행들의 수에 대한 승수이다. 변수 x는 2 이상 내지 10 미만일 수 있다. 예컨대, x = 2인 경우, 식별자들은 2, 4, 6, 8 등으로 해석될 것이다. x에서의 초기 프로세스 실행들과 5x에서의 프로세스 실행들 사이의 증착 두께의 평균차(average difference)는 약 0.05 ㎛이다. 0.05 ㎛의 이러한 동일한 평균차는 x에서의 초기 프로세스 실행들과 7x에서의 최종 프로세스 실행들 사이에서 관찰된다. x에서의 초기 프로세스 실행들로부터 7x에서의 최종 프로세스 실행들까지의 평균 증착 두께의 변화는 약 0.0408이다. 이 예에서, x에서의 초기 프로세스 실행들과 7x에서의 최종 프로세스 실행들 사이에 약 0.08%의 평균차가 있다. 달리 말하면, 아크-형상 애퍼처(232)를 갖는 열 차폐 조립체(160)는 적어도 7x 프로세스 실행들에 대해 최대 0.08%의 증착 균일성을 가능하게 한다.
[0042] 본 개시내용은 프로세싱 챔버를 위한 열 차폐 조립체에 관한 것이다. 전술한 바가 특정 예들에 관한 것이지만, 다른 예들이, 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 프로세싱 챔버로서,
    측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 챔버 바디 ― 상기 측벽들, 상기 최하부 및 상기 덮개는 상기 챔버 바디의 내부 볼륨을 정의함 ―;
    상기 내부 볼륨에 배치된 열 차폐 조립체 ― 상기 열 차폐 조립체는,
    열 차폐 부재;
    내주(inner circumference)를 갖는 환형 예열 부재를 포함하고, 상기 환형 예열 부재는 상기 열 차폐 부재 아래에 포지셔닝됨 ―;
    상기 내부 볼륨 내에 배치되고 그리고 상부에 기판을 지지하도록 구성된 서셉터(susceptor) ― 상기 서셉터는 상기 환형 예열 부재의 내주 내에 포지셔닝됨 ―; 및
    상기 서셉터와 상기 환형 예열 부재 사이의 환형 개구를 포함하며,
    상기 환형 개구의 제1 섹션은 가스 유입구 근처에 있고, 상기 제1 섹션은 상기 열 차폐 부재에 의해 커버되고, 그리고
    상기 환형 개구의 제2 섹션은 가스 배출구 근처에 있고, 상기 제2 섹션은 상기 열 차폐 부재에 의해 커버되지 않는,
    프로세싱 챔버.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 차폐 부재는 상기 열 차폐 부재의 각도와 마주하는(subtend) 갭을 갖고, 상기 환형 개구의 에지들은 상기 각도를 이등분하는 상기 열 차폐 부재의 반경에 평행하고, 그리고 상기 환형 예열 부재는 상기 열 차폐 부재를 수용하는 오목부(recessed portion)를 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 환형 예열 부재의 내경(inner radius)은 상기 열 차폐 부재의 내경보다 더 큰,
    프로세싱 챔버.
  4. 제1 항에 있어서,
    일정 반경을 갖는 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부;
    상기 열 차폐 부재에 형성된 갭을 포함하며,
    상기 갭은 일정 폭을 갖고, 그리고
    상기 폭 대 상기 반경의 비(ratio)는 0.3 이상인,
    프로세싱 챔버.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 환형 개구의 제2 섹션은 상기 열 차폐 부재의 제1 에지 및 제2 에지로부터 연장되는 아크(arc)인,
    프로세싱 챔버.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 아크의 포지션은 상기 서셉터의 최하부 면 상의 코팅에 영향을 미치는,
    프로세싱 챔버.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 아크의 포지션은 상기 프로세싱 챔버의 상부 돔 또는 하부 돔 상의 코팅에 영향을 미치는,
    프로세싱 챔버.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 환형 개구의 제2 섹션은 상기 열 차폐 부재의 제1 에지 및 제2 에지로부터 연장되는 아크이고; 그리고
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 아크의 포지션은 기판 상의 증착 재료의 두께 균일성에 영향을 미치도록 구성되는,
    프로세싱 챔버.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 기판 상의 증착 재료의 두께 균일성은 상기 기판의 중심과 상기 기판의 외경(outer radius) 사이에서 0.75% 이하의 표준 편차를 갖는,
    프로세싱 챔버.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 환형 개구의 제2 섹션은 상기 열 차폐 부재의 제1 에지 및 제2 에지로부터 연장되는 아크이고; 그리고
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 아크의 포지션은 상기 기판의 제1 반경 내의 제1 증착 두께 범위, 및 상기 기판의 제2 반경 내의 제2 증착 두께 범위에 대응하고, 상기 제1 증착 두께 범위는 상기 제2 증착 두께 범위보다 더 작은,
    프로세싱 챔버.
  11. 프로세싱 챔버로서,
    측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 챔버 바디 ― 상기 측벽들, 상기 최하부 및 상기 덮개는 상기 챔버 바디의 내부 볼륨을 정의함 ―;
    상기 내부 볼륨에 배치된 열 차폐 조립체 ― 상기 열 차폐 조립체는,
    열 차폐 부재;
    내주를 갖는 환형 예열 부재를 포함하고, 상기 환형 예열 부재는 상기 열 차폐 부재 아래에 포지셔닝됨 ―;
    상기 내부 볼륨 내에 배치되고 그리고 상부에 기판을 지지하도록 구성된 서셉터 ― 상기 서셉터는 상기 환형 예열 부재의 내주 내에 포지셔닝됨 ―; 및
    상기 서셉터와 상기 환형 예열 부재 사이의 환형 개구를 포함하며,
    상기 환형 개구의 제1 섹션은 가스 유입구 근처에 있고, 상기 제1 섹션은 상기 열 차폐 부재에 의해 커버되고, 그리고
    상기 환형 개구의 아크-형상 애퍼처는 가스 배출구 근처에 있고, 상기 아크-형상 애퍼처는 상기 열 차폐 부재에 의해 커버되지 않으며,
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 아크-형상 애퍼처의 포지션은 상기 프로세싱 챔버의 측벽들 또는 상기 서셉터의 최하부 면 상의 코팅에 영향을 미치는,
    프로세싱 챔버.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 열 차폐 부재는 상기 열 차폐 부재의 각도와 마주하는 갭을 갖고, 상기 환형 개구의 에지들은 상기 각도를 이등분하는 상기 열 차폐 부재의 반경에 평행하고, 그리고 상기 환형 예열 부재는 상기 열 차폐 부재를 수용하는 오목부를 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 환형 예열 부재의 내경은 상기 열 차폐 부재의 내경보다 더 큰,
    프로세싱 챔버.
  14. 제11 항에 있어서,
    일정 반경을 갖는 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부;
    상기 열 차폐 부재에 형성된 갭을 포함하며,
    상기 갭은 일정 폭을 갖고, 그리고
    상기 폭 대 상기 반경의 비는 0.3 이상인,
    프로세싱 챔버.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 아크-형상 애퍼처는 상기 열 차폐 부재(168)의 제1 에지(304) 및 제2 에지(306)로부터 연장되는,
    프로세싱 챔버.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 아크-형상 애퍼처의 포지션은 상기 서셉터의 최하부 면 상의 코팅에 영향을 미치는,
    프로세싱 챔버.
  17. 프로세싱 챔버로서,
    측벽들, 최하부 및 덮개를 갖는 챔버 바디 ― 상기 측벽들, 상기 최하부 및 상기 덮개는 상기 챔버 바디의 내부 볼륨을 정의함 ―;
    상기 내부 볼륨에 배치된 열 차폐 조립체 ― 상기 열 차폐 조립체는,
    열 차폐 부재;
    내주를 갖는 환형 예열 부재를 포함하고, 상기 환형 예열 부재는 상기 열 차폐 부재 아래에 포지셔닝됨 ―;
    상기 내부 볼륨 내에 배치되고 그리고 상부에 기판을 지지하도록 구성된 서셉터 ― 상기 서셉터는 상기 환형 예열 부재의 내주 내에 포지셔닝됨 ―; 및
    상기 서셉터와 상기 환형 예열 부재 사이의 환형 개구를 포함하며,
    상기 환형 개구의 제1 섹션은 가스 유입구 근처에 있고, 상기 제1 섹션은 상기 열 차폐 부재에 의해 커버되고, 그리고
    상기 환형 개구의 제2 섹션은 가스 배출구 근처에 있고, 상기 제2 섹션은 상기 열 차폐 부재에 의해 커버되지 않으며,
    상기 가스 배출구에 대한 상기 환형 개구의 포지션은 상기 프로세싱 챔버의 상부 돔 또는 하부 돔 상의 코팅에 영향을 미치는,
    프로세싱 챔버.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 환형 개구의 포지션은 기판 상의 증착 재료의 두께 균일성에 영향을 미치도록 구성되는,
    프로세싱 챔버.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 기판 상의 증착 재료의 두께 균일성은 상기 기판의 중심과 상기 기판의 외경 사이에서 0.75% 이하의 표준 편차를 갖는,
    프로세싱 챔버.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버 내의 상기 환형 개구의 포지션은 상기 기판의 제1 반경 내의 제1 증착 두께 범위, 및 상기 기판의 제2 반경 내의 제2 증착 두께 범위에 대응하고, 상기 제1 증착 두께 범위는 상기 제2 증착 두께 범위보다 더 작은,
    프로세싱 챔버.
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