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KR102396802B1 - 낮은 열 버짓 프로세싱을 위한 순환적 스파이크 어닐 화학 노출 - Google Patents

낮은 열 버짓 프로세싱을 위한 순환적 스파이크 어닐 화학 노출 Download PDF

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KR102396802B1
KR102396802B1 KR1020217038576A KR20217038576A KR102396802B1 KR 102396802 B1 KR102396802 B1 KR 102396802B1 KR 1020217038576 A KR1020217038576 A KR 1020217038576A KR 20217038576 A KR20217038576 A KR 20217038576A KR 102396802 B1 KR102396802 B1 KR 102396802B1
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KR
South Korea
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energy
gas
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region
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KR1020217038576A
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KR20210148402A (ko
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데이비드 톰슨
후이시옹 다이
패트릭 엠. 마틴
티모시 마이클슨
카드탈라 알. 나렌드나트
로버트 잔 비저
징징 수
린 창
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

단일 프로세싱 챔버 내에서의 막(film)의 순차적 증착 및 어닐링을 위한 장치 및 방법들이 제공된다. 프로세스 가스들로부터 격리되는 구역에서 프로세싱 챔버 내에 포지셔닝되는 에너지 소스가, 형성되고 있는 디바이스의 열 버짓(thermal budget)을 초과함으로 인해 하부 층들을 손상시키지 않으면서, 기판 상에 막을 급속하게 형성하고 분해(decompose)하는 데에 사용될 수 있다.

Description

낮은 열 버짓 프로세싱을 위한 순환적 스파이크 어닐 화학 노출{CYCLIC SPIKE ANNEAL CHEMICAL EXPOSURE FOR LOW THERMAL BUDGET PROCESSING}
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 특정하게는, 본 개시내용의 실시예들은, 배치 프로세서(batch processor)들을 포함하는 프로세싱 챔버들에 대해 사용하기 위한 모듈식 용량 결합 플라즈마 소스(modular capacitively coupled plasma source)들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스 형성은 일반적으로, 클러스터 툴들이라고도 또한 지칭될 수 있는, 다수의 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 시스템들 또는 플랫폼들에서 수행된다. 몇몇 경우들에서, 다중-챔버 프로세싱 플랫폼 또는 클러스터 툴의 목적은, 제어되는 환경에서 순차적으로 기판에 대해 2개 또는 그 초과의 프로세스들을 수행하는 것이다. 하지만, 다른 경우들에서, 다중 챔버 프로세싱 플랫폼은 기판들에 대해 단일 프로세싱 파트(part) 만을 수행할 수 있다. 부가적인 챔버들은, 기판들이 프로세싱되는 레이트(rate)를 최대화하기 위해 채용될 수 있다. 후자의 경우에서, 기판들에 대해 수행되는 프로세스는 전형적으로, 배치(batch) 프로세스이고, 그러한 배치 프로세스에서, 예를 들어 25개 또는 50개와 같은 비교적 많은 수의 기판들이, 주어진 챔버에서, 동시에 프로세싱된다. 배치 프로세싱은, 경제적으로 실용적인 방식으로 개별적인 기판들에 대해 수행되기에 너무 시간-소모적인 프로세스들에 대해, 이를 테면, 원자 층 증착(ALD) 프로세스들 및 몇몇 화학 기상 증착(CVD) 프로세스들에 대해, 특히 유익하다.
[0003] 기판 프로세싱 플랫폼의 유효성(effectiveness)은 종종, 소유 비용(cost of ownership)에 의해 정량화된다(quantified). 소유 비용은, 많은 요인(factor)들에 의해 영향을 받기는 하지만, 시스템 풋프린트, 즉 제조 플랜트(fabrication plant)에서 시스템을 동작시키기 위한 총 바닥 면적(floor space), 및 시스템 처리량, 즉 시간당 프로세싱되는 기판들의 개수에 의해 주로 영향을 받는다. 풋프린트는 전형적으로, 유지보수(maintenance)를 위해 사용되는, 시스템에 인접한 액세스 구역(access area)들을 포함한다. 기판 프로세싱 플랫폼이 비교적 작을 수 있다고 하더라도, 동작 및 유지보수를 위한 모든 측(side)들로부터의 액세스는 실질적인 풋프린트를 엄청나게 크게 할 수 있다.
[0004] 반도체 제조 동안, 특정 프로세스들은 다양한 화학적 및 물리적 반응들이 완료되도록 보장하기 위해 고온들을 사용한다. 고온 프로세스의 하나의 그러한 예는 실리콘의 에피택셜 성장(epitaxial growth)이다. 게이트 스택 내에, 고온들을 견디지 못하는(not tolerant) 하부(underlying) 층들이 존재할 때, 고온 반응들을 수행하는 것은 하부 층들을 손상시키거나 파괴시킬 수 있다. FEOL(front-end-of-line) 프로세스는 고온 프로세스들을 가능하게 하지만, 제품이 BEOL(back-end-of-line)에 도달할 때 까지, 종종, 고온 프로세스들을 견디지 못하여, 프로세스들이 수행될 수 있는 것을 제한하는 많은 층들이 존재한다.
[0005] 따라서, 낮은 열 버짓(thermal budget)으로 기판들 상에서 고온 반응들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 대한 계속적인 필요성이 당업계에 존재한다.
[0006] 본 개시내용의 실시예들은 프로세싱 챔버에 관한 것이며, 프로세싱 챔버는, 대체로 원형(generally circular)의 가스 분배 어셈블리, 대체로 원형의 서셉터 어셈블리 및 적어도 하나의 에너지 소스를 포함한다. 대체로 원형(general circular)의 가스 분배 어셈블리는 가스 분배 어셈블리의 전방 면(front face)에 복수의 세장형(elongate) 가스 포트들을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들은 가스 분배 어셈블리의 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장한다. 복수의 가스 포트들은, 프로세싱 챔버에 제 1 반응성 가스를 전달하기 위한 적어도 하나의 제 1 반응성 가스 포트, 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 퍼지 가스 포트, 및 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기(evacuate)시키기 위한 진공 포트를 포함하며, 진공 포트는 제 1 반응성 가스 포트와 퍼지 가스 포트 사이에 포지셔닝된다(positioned). 대체로 원형의 서셉터 어셈블리는 적어도 하나의 기판을 회전 축(rotational axis)을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시킬 수 있다. 서셉터 어셈블리는, 서셉터 어셈블리의 상단(top) 표면이 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 대해 실질적으로 평행하도록 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝된다. 서셉터 어셈블리는 내측 직경 영역 및 외측 직경 영역을 갖는다. 적어도 하나의 에너지 소스는 서셉터 어셈블리의 상단 표면 쪽으로 어닐링 에너지를 지향(direct)시키도록 방위된다(oriented).
[0007] 본 개시내용의 부가적인 실시예들은 프로세싱 챔버들에 관한 것이며, 프로세싱 챔버들은, 대체로 원형의 가스 분배 어셈블리, 대체로 원형의 서셉터 어셈블리 및 적어도 하나의 에너지 소스를 포함한다. 대체로 원형의 가스 분배 어셈블리는 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 복수의 세장형 가스 포트들을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들은 가스 분배 어셈블리의 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장한다. 복수의 가스 포트들은, 순서대로(in order), 프로세싱 챔버에 제 1 반응성 가스를 전달하기 위한 적어도 하나의 제 1 반응성 가스 포트, 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시키기 위한 제 1 진공 포트, 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 퍼지 가스 포트, 및 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시키기 위한 제 2 진공 포트를 포함한다. 대체로 원형의 서셉터 어셈블리는 적어도 하나의 기판을 회전 축을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시킬 수 있다. 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 가스 분배 어셈블리의 전방 면에 대해 실질적으로 평행하도록, 서셉터 어셈블리는 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝된다. 서셉터 어셈블리는 내측 직경 영역 및 외측 직경 영역을 갖는다. 적어도 하나의 에너지 소스는 제 1 진공 포트와 제 2 진공 포트 사이에 포지셔닝되며, 서셉터 어셈블리의 상단 표면 쪽으로 어닐링 에너지를 지향시키도록 방위된다. 어닐링 에너지는 서셉터 어셈블리의 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로의 방향으로 이동가능하다.
[0008] 본 개시내용의 추가의 실시예들은 프로세싱 방법들에 관한 것이다. 기판이 프로세싱 챔버 내의 회전가능한 서셉터 어셈블리 상에 포지셔닝된다. 기판을 가스 분배 어셈블리의 제 1 반응성 가스 포트 아래로 이동시키기 위해, 기판은 중심 축을 중심으로 측방향으로(laterally) 이동된다. 제 1 반응성 가스 포트는 프로세싱 챔버에 제 1 반응성 가스를 제공한다. 기판은, 기판 표면 상에 부분적인 막(partial film)을 형성하기 위해, 제 1 반응성 가스를 포함하는 제 1 프로세스 조건(process condition)에 노출된다. 기판은, 제 1 프로세스 조건의 경계(boundary)를 정의하는 적어도 하나의 진공 영역을 통해 중심 축을 중심으로 측방향으로 이동된다. 가스 분배 어셈블리는, 진공 영역에, 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시키기 위한 진공 포트를 갖는다. 기판 표면은 부분적인 막을 막으로 변환시키기 위해 어닐링 에너지에 노출된다.
[0009] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간단히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 하지만, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 공간적인(spatial) 원자 층 증착 챔버의 측단면도이다.
[0011] 도 2는 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 서셉터의 투시도를 도시한다.
[0012] 도 3은 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 파이-형상(pie-shaped) 가스 분배 어셈블리의 개략도를 도시한다.
[0013] 도 4는 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 로딩 스테이션과 4개의 가스 분배 어셈블리 유닛들로 구성된 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
[0014] 도 5는 3개의 가스 분배 어셈블리 유닛들로 구성된 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
[0015] 도 6은 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0016] 도 7은 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 서셉터 어셈블리 및 가스 분배 어셈블리 유닛들의 투시도를 도시한다.
[0017] 도 8은 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0018] 도 9는 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 파이-형상 가스 분배 어셈블리의 개략도를 도시한다.
[0019] 도 10은 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 파이-형상 가스 분배 어셈블리의 일부의 개략도를 도시한다.
[0020] 도 11a는 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른, 에너지 소스를 갖는 가스 분배 어셈블리의 개략적 단면도를 도시한다.
[0021] 도 11b는 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른, 에너지 소스를 갖는 가스 분배 어셈블리의 개략적 단면도를 도시한다.
[0022] 본 개시내용의 실시예들은, 처리량을 최대화하고, 프로세싱 효율 및 균일성을 개선하기 위해, 연속적인 기판 증착을 위한 기판 프로세싱 시스템을 제공한다. 기판 프로세싱 시스템은 또한, 증착-전 및 증착-후 기판 처리들에 대해 사용될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은, 배치 프로세서에서 증착 균일성을 증가시키기 위한 장치 및 방법들에 관련된다.
[0023] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "기판" 및 "웨이퍼"라는 용어는 교환가능하게 사용되고, 이들 양자 모두는, 프로세스가 작용하는, 표면, 또는 표면의 일부를 지칭한다. 기판에 대한 언급이 또한, 문맥상 명확히 다르게 지시되지 않는 한, 기판의 일부만을 언급할 수 있다는 것이 당업자에 의해 또한 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1에 대하여 설명되는 공간적으로 분리된 ALD에서, 각각의 전구체가 기판에 전달되지만, 임의의 개별적인 전구체 스트림이, 임의의 주어진 시간에서, 기판의 일부에만 전달된다. 부가적으로, 기판 상의 증착에 대한 언급은, 하나 또는 그 초과의 막들 또는 피처(feature)들이 위에 증착 또는 형성된 기판, 및 베어(bare) 기판 양자 모두를 의미할 수 있다.
[0024] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 가스", "전구체", "반응물(reactant)" 등과 같은 용어들은, 원자 층 증착 프로세스에서 반응적인 종(species)을 포함하는 가스를 의미하기 위해, 교환가능하게 사용된다. 예를 들어, 제 1 "반응성 가스"는 단순히, 기판의 표면 상에 흡착될 수 있고, 제 2 반응성 가스와의 추가적인 화학 반응을 위해 이용가능할 수 있다.
[0025] 본 개시내용의 양상들은 증착 프로세스들에 대해 짧은 시간 레이저 스파이크 어닐(short time laser spike anneal)을 활용하는 것에 관련된다. 레이저들은 웨이퍼 위를 급속하게 스캔(scan)하며, 웨이퍼를 매우 짧은 시간량 동안 매우 뜨겁게(hot) 한다. 이러한 레이저들은 전형적으로, 증착 프로세스들 동안에는 행해지지 않는데, 왜냐하면 레이저는 증착 가스들과 충돌할(interfere) 것이며 그리고 가스들은 레이저 옵틱스(laser optics)와 충돌할 것이기 때문이다.
[0026] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 레이저 스파이크 어닐은 공간적인 원자 층 증착 프로세스들과 결합된다. 막의 증착은 화학적 구역(chemical area)에서 수행될 수 있고, 웨이퍼는 레이저 구역으로 이동되어, 그 레이저 구역에서 막이 경화된(hardened) 다음, 부가적인 증착을 위해 다시 화학적 구역으로 이동된다. 예를 들어, 실란(silane)이 300℃에서 웨이퍼 표면 상에 흡착되지만, 10,000℃까지 설정되지 않는다. 레이저 스파이크 어닐 프로세스에 의해, 실란은 보다 낮은 온도에서 증착될 수 있으며, 이후, 하부 층들을 손상시키지 않으면서 고온들의 레이저에 짧게(briefly) 노출될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 스파이크 어닐은, 일시적으로(이 경우, 표면을 레이징(lasing)하기 전에 챔버로부터 가스들이 진공배기됨) 행해질 수 있거나, 또는 레이징을 위해 웨이퍼를 개별적인 프로세싱 챔버로 이동시킴으로써 행해질 수 있다.
[0027] 도 1은, 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 프로세싱 챔버(100)의 일부의 개략적인 단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는 일반적으로, 진공 또는 적어도 저압 조건들 하에서 동작되는 밀봉가능한 인클로저(sealable enclosure)이다. 시스템(100)은, 기판(60)의 상단 표면(61)에 걸쳐 하나 또는 그 초과의 가스들을 분배할 수 있는 가스 분배 어셈블리(30)를 포함한다. 가스 분배 어셈블리(30)는 당업자에게 알려져 있는 임의의 적합한 어셈블리일 수 있고, 설명되는 특정 가스 분배 어셈블리들은, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 가스 분배 어셈블리(30)의 출력 면(output face)은 기판(60)의 제 1 표면(61)을 향한다.
[0028] 본 개시내용의 실시예들에 대해 사용하기 위한 기판들은 임의의 적합한 기판일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 강성(rigid)이고 불연속적(discrete)이며 대체로 평탄한 기판이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 기판에 대해 언급하는 경우에, "불연속적인"이라는 용어는, 기판이 고정된 치수를 갖는 것을 의미한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들의 기판은, 200 mm 또는 300 mm 직경의 실리콘 기판과 같은 반도체 기판이다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 실리콘, 실리콘 게르마늄, 갈륨 비소, 질화 갈륨, 게르마늄, 인화 갈륨, 인화 인듐, 사파이어 및 실리콘 탄화물 중 하나 또는 그 초과이다.
[0029] 가스 분배 어셈블리(30)는, 기판(60)에 하나 또는 그 초과의 가스 스트림들을 전달하기 위한 복수의 가스 포트들, 및 프로세싱 챔버(100) 밖으로 가스 스트림들을 전달하기 위해 각각의 가스 포트 사이에 배치된 복수의 진공 포트들을 포함한다. 도 1의 실시예에서, 가스 분배 어셈블리(30)는 제 1 전구체 주입기(120), 제 2 전구체 주입기(130), 및 퍼지 가스 주입기(140)를 포함한다. 주입기들(120, 130, 140)은, 메인프레임과 같은 시스템 컴퓨터(미도시)에 의해, 또는 프로그램가능한 논리 제어기와 같은 챔버-특정 제어기에 의해 제어될 수 있다. 전구체 주입기(120)는, 복수의 가스 포트들(125)을 통해, 프로세싱 챔버(100) 내로, 화합물 A의 반응성 전구체의 연속적인(또는 펄스) 스트림을 주입(inject)한다. 전구체 주입기(130)는, 복수의 가스 포트들(135)을 통해, 프로세싱 챔버(100) 내로, 화합물 B의 반응성 전구체의 연속적인(또는 펄스) 스트림을 주입한다. 퍼지 가스 주입기(140)는, 복수의 가스 포트들(145)을 통해, 프로세싱 챔버(100) 내로, 비-반응성 또는 퍼지 가스의 연속적인(또는 펄스) 스트림을 주입한다. 퍼지 가스는 프로세싱 챔버(100)로부터 반응성 재료 및 반응성 부산물들을 제거한다. 퍼지 가스는 전형적으로, 질소, 아르곤, 및 헬륨과 같은 비활성 가스이다. 가스 포트들(145)은, 화합물 B의 전구체로부터 화합물 A의 전구체를 분리시켜서, 전구체들 사이의 교차-오염(cross-contamination)을 피하기 위해, 가스 포트들(125)과 가스 포트들(135) 사이에 배치된다.
[0030] 다른 양상에서, 프로세싱 챔버(100) 내로 전구체들을 주입하기 전에, 원격 플라즈마 소스(미도시)가 전구체 주입기(120) 및 전구체 주입기(130)에 연결될 수 있다. 반응성 종의 플라즈마는, 원격 플라즈마 소스 내의 화합물에 전기장을 인가함으로써 생성될 수 있다. 의도된 화합물들을 활성화시킬 수 있는 임의의 전력 소스가 사용될 수 있다. 예를 들어, DC, 무선 주파수(RF), 및 마이크로파(MW) 기반 방전 기법들을 사용하는 전력 소스들이 사용될 수 있다. RF 전력 소스가 사용되는 경우, 전력 소스는 용량성으로 또는 유도성으로 커플링될 수 있다. 활성화는 또한, 열 기반 기법, 가스 브레이크다운(gas breakdown) 기법, 고 에너지 광 소스(예를 들어, UV 에너지), 또는 x-레이 소스에 대한 노출에 의해 생성될 수 있다. 예시적인 원격 플라즈마 소스들은, MKS Instruments, Inc. 및 Advanced Energy Industries, Inc.와 같은 벤더(vendor)들로부터 입수가능하다.
[0031] 시스템(100)은, 프로세싱 챔버(100)에 연결된 펌핑 시스템(150)을 더 포함한다. 펌핑 시스템(150)은 일반적으로, 하나 또는 그 초과의 진공 포트들(155)을 통해 프로세싱 챔버(100) 밖으로 가스 스트림들을 진공배기시키도록 구성된다. 진공 포트들(155)은, 가스 스트림들이 기판 표면과 반응한 후에, 프로세싱 챔버(100) 밖으로 가스 스트림들을 진공배기시키고, 전구체들 사이의 교차-오염을 추가로 제한하기 위해, 각각의 가스 포트 사이에 배치된다.
[0032] 시스템(100)은, 각각의 포트 사이에서 프로세싱 챔버(100) 상에 배치된 복수의 파티션(partition)들(160)을 포함한다. 각각의 파티션의 하부 부분은, 기판(60)의 제 1 표면(61) 가까이로 연장되고, 예를 들어, 제 1 표면(61)으로부터 약 0.5 mm 또는 그 초과로 연장된다. 이러한 방식으로, 파티션들(160)의 하부 부분들은, 가스 스트림들이 기판 표면과 반응한 후에, 가스 스트림들이 진공 포트들(155)을 향하여 하부 부분들 주위에서 유동하게 허용하기에 충분한 거리 만큼, 기판 표면으로부터 분리된다. 화살표들(198)은 가스 스트림들의 방향을 표시한다. 파티션들(160)이 가스 스트림들에 대한 물리적인 배리어로서 동작하기 때문에, 파티션들(160)은 또한, 전구체들 사이의 교차-오염을 제한한다. 도시된 배열은 단지 예시적인 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 도시된 가스 분배 시스템이 단지 하나의 가능한 분배 시스템일 뿐이고, 다른 타입들의 샤워헤드들 및 가스 분배 어셈블리들이 채용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
[0033] 이러한 종류의 (즉, 다수의 가스들이 동시에 기판을 향하여 별개로 유동되는) 원자 층 증착 시스템들은 공간적인 ALD라고 지칭된다. 동작에 있어서, 기판(60)은, 프로세싱 챔버(100)에 (예를 들어, 로봇에 의해) 전달되고, 프로세싱 챔버 내로의 진입 전에 또는 그 후에, 셔틀(65) 상에 배치될 수 있다. 셔틀(65)은, 가스 분배 어셈블리(30) 아래를(또는 위를) 통과하면서, 프로세싱 챔버(100)를 통해, 트랙(70) 또는 어떤 다른 적합한 이동 메커니즘을 따라 이동된다. 도 1에서 도시된 실시예에서, 셔틀(65)은 챔버를 통해 선형 경로로 이동된다. 하기에서 더 설명되는 바와 같이, 도 3은 웨이퍼들이 캐러셀(carousel) 프로세싱 시스템을 통해 원형 경로로 이동되는 실시예를 도시한다.
[0034] 도 1을 다시 참조하면, 기판(60)이 프로세싱 챔버(100)를 통해 이동함에 따라, 기판(60)의 제 1 표면(61)은, 가스 포트들(125)로부터 유래하는 반응성 가스 A, 및 가스 포트들(135)로부터 유래하는 반응성 가스 B, 및 그 사이의 가스 포트들(145)로부터 유래하는 퍼지 가스에 반복적으로 노출된다. 퍼지 가스의 주입은, 다음의 전구체에 기판 표면(61)을 노출시키기 전에, 이전의 전구체로부터의 반응되지 않은 재료를 제거하도록 설계된다. 다양한 가스 스트림들(예를 들어, 반응성 가스들 또는 퍼지 가스)에 대한 각각의 노출 후에, 가스 스트림들은, 펌핑 시스템(150)에 의해 진공 포트들(155)을 통해 진공배기된다. 진공 포트가 각각의 가스 포트의 양 측들 상에 배치될 수 있기 때문에, 가스 스트림들은 양 측들 상에서 진공 포트들(155)을 통해 진공배기된다. 따라서, 가스 스트림들은, 각각의 가스 포트들로부터, 기판(60)의 제 1 표면(61)을 향하여 수직으로 하방으로 유동하고, 기판 표면(61)에 걸쳐 그리고 파티션들(160)의 하부 부분들 주위에서 유동하고, 마지막으로, 진공 포트들(155)을 향하여 상방으로 유동한다. 이러한 방식으로, 각각의 가스는 기판 표면(61)에 걸쳐 균일하게 분배될 수 있다. 화살표들(198)은 가스 유동의 방향을 표시한다. 기판(60)은 또한, 다양한 가스 스트림들에 노출되면서, 회전될 수 있다. 기판의 회전은 형성된 층들에서의 스트립들의 형성을 방지하는데 유용할 수 있다. 기판의 회전은, 연속적일 수 있거나 또는 불연속적인 단계들로 이루어질 수 있고, 기판이 가스 분배 어셈블리(30) 아래를 통과하고 있는 동안에, 또는 기판이 가스 분배 어셈블리(30) 전의 및/또는 후의 영역에 있는 경우에 발생할 수 있다.
[0035] 마지막 가스 포트에 대한 완전한 노출을 보장하기 위해, 가스 분배 어셈블리(30) 후에, 충분한 공간이 일반적으로 제공된다. 기판(60)이 가스 분배 어셈블리(30) 아래를 완전히 통과하였다면, 제 1 표면(61)은 프로세싱 챔버(100)에서의 모든 각각의 가스 포트에 완전히 노출된 것이다. 그 후에, 기판은 반대 방향으로 다시 운반될 수 있거나, 또는 앞으로(forward) 운반될 수 있다. 기판(60)이 반대 방향으로 이동하는 경우에, 기판 표면은, 제 1 노출과 역순으로, 반응성 가스 A, 퍼지 가스, 및 반응성 가스 B에 다시 노출될 수 있다.
[0036] 기판 표면(61)이 각각의 가스에 노출되는 정도는, 예를 들어, 가스 포트로부터 유래하는 각각의 가스의 유량들, 및 기판(60)의 이동의 레이트에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 가스의 유량들은, 기판 표면(61)으로부터, 흡착된 전구체들을 제거하지 않도록 제어된다. 각각의 파티션 사이의 폭, 프로세싱 챔버(100) 상에 배치된 가스 포트들의 수, 및 기판이 가스 분배 어셈블리를 횡단하여 통과되는 횟수가 또한, 기판 표면(61)이 다양한 가스들에 노출되는 정도를 결정할 수 있다. 결과적으로, 증착된 막의 양 및 품질은 위에서-참조된 요인들을 변화시킴으로써 최적화될 수 있다.
[0037] 프로세스의 설명이, 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝된 기판을 향하여 하방으로 가스의 유동을 지향시키는 가스 분배 어셈블리(30)에 대해 이루어졌지만, 이러한 배향(orientation)은 상이하게 될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리(30)는 기판 표면을 향하여 상방으로 가스의 유동을 지향시킨다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "횡단하여 통과된(passed across)"이라는 용어는, 기판의 전체 표면이 가스 분배 플레이트로부터의 각각의 가스 스트림에 노출되도록, 기판이 가스 분배 어셈블리의 하나의 측으로부터 다른 측으로 이동된 것을 의미한다. 부가적인 설명의 부재 시에, "횡단하여 통과된"이라는 용어는, 가스 분배 어셈블리들, 가스 유동들, 또는 기판 포지션(position)들의 임의의 특정한 배향을 암시하지 않는다.
[0038] 몇몇 실시예들에서, 셔틀(65)은 기판(60)을 운반하기 위한 서셉터(66)이다. 일반적으로, 서셉터(66)는, 기판에 걸쳐 균일한 온도를 형성하는 것을 돕는 캐리어이다. 서셉터(66)는, (도 1의 배열에 관하여, 좌측에서 우측으로의 그리고 우측에서 좌측으로의) 양 방향들로 이동가능하거나, 또는 (도 3에 관하여) 원형 방향으로 이동가능하다. 서셉터(66)는 기판(60)을 운반하기 위한 상단 표면(67)을 갖는다. 서셉터(66)는, 기판(60)이 프로세싱을 위해 가열될 수 있도록, 가열형 서셉터일 수 있다. 예로서, 서셉터(66)는, 서셉터(66) 아래에 배치된, 복사 열 램프들(90), 가열 플레이트, 저항성 코일들, 또는 다른 가열 디바이스들에 의해 가열될 수 있다.
[0039] 또 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터(66)의 상단 표면(67)은 기판(60)을 수용하기 위한 오목부(recess)(68)를 포함한다. 일반적으로, 서셉터(66)는 기판의 두께보다 더 두꺼우며, 그에 따라 기판의 아래에 서셉터 재료가 존재하게 된다. 몇몇 실시예들에서, 기판(60)이 오목부(68) 내에 배치될 때, 기판(60)의 제 1 표면(61)이 서셉터(66)의 상단 표면(67)과 같은 높이가 되도록 또는 실질적으로 동일 평면 상에 있도록, 오목부(68)의 크기가 정해진다(sized). 다르게 설명하면, 기판(60)이 내부에 배치될 때, 기판(60)의 제 1 표면(61)이 서셉터(66)의 상단 표면(67) 위로 돌출하지 않도록, 몇몇 실시예들의 오목부(68)의 크기가 정해진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상"이라는 용어는, 웨이퍼의 상단 표면과 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 ±0.2 mm 내에서 동일 평면 상에 있는 것을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 상단 표면들은, ±0.15 mm, ±0.10 mm, 또는 ±0.05 mm 내에서 동일 평면 상에 있다.
[0040] 도 1은, 개별적인 가스 포트들이 도시된, 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다. 이러한 실시예는, 개별적인 가스 포트들의 폭이 가스 분배 플레이트의 전체 폭에 걸쳐 실질적으로 동일한 선형 프로세싱 시스템, 또는 개별적인 가스 포트들이, 파이 형상과 일치하기 위해 폭을 변화시키는 파이-형상 세그먼트일 수 있다. 도 3은, 파이-형상 가스 분배 어셈블리(30)의 일부를 도시한다. 기판은 이러한 가스 분배 어셈블리(30)를 가로질러서 호(arc) 형상 경로(32)로 통과될 것이다. 각각의 개별적인 가스 포트들(125, 135, 145, 155)은 가스 분배 어셈블리(30)의 내측 주변 에지(33) 근처에서 더 좁은 폭을 가지며, 가스 분배 어셈블리(30)의 외측 주변 에지(34) 근처에서 더 큰 폭을 갖는다. 개별적인 포트들의 형상 또는 종횡비는, 가스 분배 어셈블리(30) 세그먼트의 형상 또는 종횡비에 비례할 수 있거나, 또는 가스 분배 어셈블리(30) 세그먼트의 형상 또는 종횡비와 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 포트들은, 경로(32)를 따라 가스 분배 어셈블리(30)를 횡단하여 통과하는 웨이퍼의 각각의 지점이, 각각의 가스 포트 아래에서 대략 동일한 체류 시간을 갖게 되도록, 형상화된다(shaped). 기판들의 경로는 가스 포트들에 대해 수직적일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리들 각각은, 기판에 의해 횡단되는 경로에 대해 실질적으로 수직적인 방향으로 연장되는 복수의 세장형 가스 포트들을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 수직적인"이라는 용어는, 이동의 대략적인 방향이, 가스 포트들의 축에 대해 대략적으로 수직적인 것을 의미한다. 파이-형상 가스 포트의 경우에, 가스 포트의 축은, 포트의 폭의 중간-지점이 포트의 길이를 따라 연장되는 것으로서 정의되는 라인인 것으로 고려될 수 있다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 개별적인 파이-형상 세그먼트들 각각은, 단일 반응성 가스를 전달하거나, 또는 다수의 반응성 가스들을 공간적으로 분리시켜서 또는 조합하여(예를 들어, 전형적인 CVD 프로세스에서와 같이) 전달하도록 구성될 수 있다.
[0041] 다수의 가스 주입기들을 갖는 프로세싱 챔버들은, 웨이퍼들이 동일한 프로세스 플로우를 겪도록, 다수의 웨이퍼들을 동시에 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(100)는 4개의 가스 주입기 어셈블리들(30) 및 4개의 웨이퍼들(60)을 갖는다. 프로세싱의 초기에, 웨이퍼들(60)은 주입기 어셈블리들(30) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 45°만큼 캐러셀의 서셉터(66)를 회전시키는 것은, 각각의 웨이퍼(60)가, 막 증착을 위해 주입기 어셈블리(30)로 이동되도록 초래할 것이다. 이는 도 4에서 도시된 포지션(position)이다. 부가적인 45°회전은 웨이퍼들(60)을 주입기 어셈블리들(30)로부터 벗어나게 이동시킬 것이다. 공간적인 ALD 주입기들의 경우, 주입기 어셈블리에 대한 웨이퍼의 이동 동안에, 웨이퍼 상에 막이 증착된다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터(66)는, 웨이퍼들(60)이 주입기 어셈블리들(30) 아래에서 정지하지 않도록 회전된다. 웨이퍼들(60) 및 가스 분배 어셈블리들(30)의 수는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들의 수는 가스 분배 어셈블리들의 수와 동일하다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들의 수는, 가스 분배 어셈블리들의 수의 정수 배수이다. 예를 들어, 4개의 가스 분배 어셈블리들이 존재하는 경우에, 프로세싱되고 있는 4x개의 웨이퍼들이 존재하고, 여기에서, x는 1과 동등한 또는 그 초과의 정수 값이다.
[0042] 도 4에서 도시된 프로세싱 챔버(100)는 단지, 하나의 가능한 구성을 표현하는 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 여기에서, 프로세싱 챔버(100)는 복수의 가스 분배 어셈블리들(30)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 프로세싱 챔버(100) 둘레에 균등하게 이격된 4개의 가스 분배 어셈블리들(30)이 존재한다. 도시된 프로세싱 챔버(100)는 팔각형이지만, 당업자라면, 이는 하나의 가능한 형상이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 도시된 가스 분배 어셈블리들(30)은 직사각형이지만, 당업자라면, 가스 분배 어셈블리들이 도 3에 도시된 것과 같은 파이-형상 세그먼트들일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 부가적으로, 각각의 세그먼트는, 동일한 세그먼트로부터 다수의 상이한 반응성 가스들이 유동하면서, 공간적인 타입 배열로 가스들을 전달하도록 구성될 수 있거나, 또는 단일 반응성 가스, 또는 반응성 가스들의 혼합물을 전달하도록 구성될 수 있다.
[0043] 프로세싱 챔버(100)는, 둥근 서셉터(66) 또는 서셉터 어셈블리로서 도시된 기판 지지 장치를 포함한다. 기판 지지 장치 또는 서셉터(66)는, 가스 분배 어셈블리들(30) 각각 아래에서 복수의 기판들(60)을 이동시킬 수 있다. 로드 락(82)은, 기판들(60)이 챔버(100) 내로 로딩되도록/챔버(100)로부터 언로딩되도록 허용하기 위해, 프로세싱 챔버(100)의 측면에 연결될 수 있다.
[0044] 프로세싱 챔버(100)는, 복수의 가스 분배 어셈블리들(30) 각각 또는 복수의 가스 분배 어셈블리들(30) 중 임의의 것 사이에 포지셔닝된, 복수의 제 1 처리 스테이션들(80), 또는 제 1 처리 스테이션들(80)의 세트를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 처리 스테이션들(80) 각각은 기판(60)에 동일한 처리를 제공한다.
[0045] 처리 스테이션들의 수, 및 상이한 타입들의 처리 스테이션들의 수는, 프로세스에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배 어셈블리들(30) 사이에 포지셔닝된, 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 또는 그 초과의 처리 스테이션들이 존재할 수 있다. 각각의 처리 스테이션들은 독립적으로, 처리 스테이션의 하나 걸러의 세트마다 상이한 처리를 제공할 수 있거나, 또는 동일한 타입 및 상이한 타입들의 처리들의 혼합이 존재할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 처리 스테이션들 중 하나 또는 그 초과는, 다른 개별적인 처리 스테이션들 중 하나 또는 그 초과와 상이한 처리를 제공한다. 도 4에 도시된 실시예는, 공간들을 중간에 갖는 4개의 가스 분배 어셈블리들을 도시하며, 이러한 공간들은 몇몇 타입의 처리 스테이션을 포함할 수 있다. 하지만, 이러한 도면으로부터, 프로세싱 챔버가, 중간에 가스 커튼들을 갖는 8개의 가스 분배 어셈블리들을 갖도록 용이하게 구체화될(incorporated) 수 있음을 용이하게 구상할 수 있다.
[0046] 도 5에 도시된 실시예에서, 제 2 처리 스테이션들(85)의 세트가 제 1 처리 스테이션들(80)과 가스 분배 어셈블리들(30) 사이에 포지셔닝되며, 그에 따라, 프로세싱 챔버(100)를 통해 회전되는 기판(60)은, 기판(60)이 어디에서 시작하느냐에 따라서, 가스 분배 어셈블리(30), 제 1 처리 스테이션(80) 및 제 2 처리 스테이션(85) 중 임의의 것의 두 번째 것을 마주치기(encounter) 전에, 가스 분배 어셈블리(30), 제 1 처리 스테이션(80) 및 제 2 처리 스테이션(85)을 마주치게 될 것이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판이 제 1 처리 스테이션(80)에서 시작되는 경우, 기판 표면은 순서대로, 두번째의 제 1 처리 스테이션(80)을 마주치기 전에, 제 1 처리 스테이션(80), 가스 분배 어셈블리(30) 및 제 2 처리 스테이션(85)을 "만나거나(see)" 또는 이들에 노출될 것이다.
[0047] 처리 스테이션들은, 기판, 기판 상의 막, 또는 서셉터 어셈블리에 임의의 적합한 타입의 처리를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이는, UV 램프들, 플래시 램프들, 플라즈마 소스들, 및 가열기들이다. 그 후에, 웨이퍼들은, 가스 분배 어셈블리들(30)에 대한 포지션들과, 예를 들어 웨이퍼에 플라즈마를 전달하는 샤워헤드에 대한 포지션 사이에서 이동된다. 플라즈마 스테이션은 처리 스테이션(80)이라고 지칭된다. 하나 또는 그 초과의 예에서, 실리콘 질화물 막들은, 각각의 증착 층 후에, 플라즈마 처리로 형성될 수 있다. 이론적으로, ALD 반응은, 표면이 포화되는 한, 자기-제한적(self-limiting)이므로, 증착 가스에 대한 부가적인 노출은 막을 손상시키지 않을 것이다.
[0048] 캐러셀의 회전은 연속적일 수 있거나 또는 불연속적일 수 있다. 연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은, 이들이 주입기들 각각에 차례로 노출되도록, 계속 회전한다. 불연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은, 주입기 영역으로 이동되고 정지될 수 있고, 그 후에, 주입기들 사이의 영역(84)으로 이동되고 정지될 수 있다. 예를 들어, 캐러셀은, 웨이퍼들이 주입기-간(inter-injector) 영역으로부터 주입기를 횡단하고(또는, 주입기 근처에서 정지하고), 회전이 다시 멈출 수 있는 다음 주입기-간 영역으로 이동하도록, 회전할 수 있다. 주입기들 사이에서 멈추는 것은, 각각의 층 증착 사이의 부가적인 프로세싱(예를 들어, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
[0049] 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 복수의 가스 커튼들(40)을 포함한다. 각각의 가스 커튼(40)은, 가스 분배 어셈블리들(30)로부터의 프로세싱 가스들의 이동이 가스 분배 어셈블리 영역들로부터 이동하는 것, 및 처리 스테이션들(80)로부터의 가스들이 처리 스테이션 영역들로부터 이동하는 것을 방지하거나 또는 최소화하기 위한 배리어를 생성한다. 가스 커튼(40)은, 개별적인 프로세싱 섹션들을 인접한 섹션들로부터 격리시킬 수 있는, 가스 및 진공 스트림들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 커튼(40)은 퍼지(또는 비활성) 가스 스트림이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 커튼(40)은 프로세싱 챔버로부터 가스들을 제거하는 진공 스트림이다. 몇몇 실시예들에서, 가스 커튼(40)은, 순서대로, 퍼지 가스 스트림, 진공 스트림, 및 퍼지 가스 스트림이 존재하도록 하는, 퍼지 가스 및 진공 스트림들의 조합이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 커튼(40)은, 순서대로, 진공 스트림, 퍼지 가스 스트림, 및 진공 스트림이 존재하도록 하는, 진공 스트림들 및 퍼지 가스 스트림들의 조합이다. 도 4에서 도시된 가스 커튼들(40)은 처리 스테이션들(80)과 가스 분배 어셈블리들(30) 각각 사이에 포지셔닝되지만, 커튼들은, 프로세싱 경로를 따르는 임의의 지점 또는 지점들에 포지셔닝될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0050] 도 6은, 주입기들이라고 또한 지칭되는 가스 분배 어셈블리(220), 및 서셉터 어셈블리(230)를 포함하는 프로세싱 챔버(200)의 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 서셉터 어셈블리(230)는 강성 바디(body)이다. 몇몇 실시예들의 강성 바디는 0.05 mm 이하의 드룹(droop) 허용오차를 갖는다. 액추에이터들(232)은, 예를 들어, 서셉터 어셈블리(230)의 외측 직경 영역에서의 3개의 위치들에 배치된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "외측 직경" 및 "내측 직경"이라는 용어들은, 외측 주변 에지 및 내측 에지 각각 근처의 영역들을 지칭한다. 외측 직경은 서셉터 어셈블리(230)의 말단 외측 에지(예를 들어, 샤프트(240) 근처)에서의 특정 포지션에 대한 것이 아니고, 서셉터 어셈블리(230)의 외측 에지(231) 근처의 영역에 대한 것이다. 이는, 도 6에서, 액추에이터들(232)의 배치로부터 볼 수 있다. 액추에이터들(232)의 수는, 1개로부터, 이용가능한 물리적인 공간 내에서 적합할 임의의 수까지 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들은, 외측 직경 영역(231)에 포지셔닝된 액추에이터들(232)의 2개, 3개, 4개, 또는 5개의 세트들을 갖는다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "액추에이터"라는 용어는, 서셉터 어셈블리(230), 또는 서셉터 어셈블리(230)의 일부를 가스 분배 어셈블리(220)를 향하여, 또는 가스 분배 어셈블리(220)로부터 멀어지게 이동시킬 수 있는 임의의 단일 또는 다중-컴포넌트 메커니즘을 지칭한다. 예를 들어, 액추에이터들(232)은, 서셉터 어셈블리(230)가 가스 분배 어셈블리(220)에 대해 실질적으로 평행하도록 보장하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 컴포넌트들의 평행성이 컴포넌트들 사이의 거리에 관하여 5 % 초과만큼 변화되지 않는 것을 의미한다.
[0051] 액추에이터들(232)로부터 서셉터 어셈블리(230)에 압력이 가해지면, 서셉터 어셈블리(230)는 레벨링될(levelled) 수 있다. 액추에이터들(232)에 의해 압력이 가해지면, 갭(210)의 거리는, 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm의 범위 내에 있도록, 또는 약 0.2 mm 내지 약 1.8 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1.7 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.4 mm 내지 약 1.6 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.6 mm 내지 약 1.4 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1.3 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm의 범위에 있도록, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1.1 mm의 범위에 있도록, 또는 약 1 mm이도록, 설정될 수 있다.
[0052] 서셉터 어셈블리(230)는 가스 분배 어셈블리(220) 아래에 포지셔닝된다. 서셉터 어셈블리(230)는, 상단 표면(241), 및 선택적으로, 상단 표면(241) 내의 적어도 하나의 오목부(243)를 포함한다. 오목부(243)는, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들(260)의 형상 및 크기에 따라, 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 도시된 실시예에서, 오목부(243)는 오목부(243)의 외측 주변 에지 주위에 스텝(step) 영역을 갖는다. 스텝들은 웨이퍼(260)의 외측 주변 에지를 지지하도록 크기가 정해질 수 있다. 스텝들에 의해 지지되는, 웨이퍼(260)의 외측 주변 에지의 정도(amount)는, 예를 들어, 웨이퍼의 배면 상에 이미 존재하는 피처들의 존재, 및 웨이퍼의 두께에 따라, 변화될 수 있다.
[0053] 몇몇 실시예들에서, 도 6에서 도시된 바와 같이, 서셉터 어셈블리(230)의 상단 표면(241) 내의 오목부(243)는, 오목부(243) 내에 지지되는 웨이퍼(260)가 서셉터 어셈블리(230)의 상단 표면(241)과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 상단 표면(261)을 갖도록, 크기가 정해진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상"이라는 용어는, 웨이퍼의 상단 표면과 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 ±0.2 mm 내에서 동일 평면 상에 있음을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 상단 표면들은, ±0.15 mm, ±0.10 mm, 또는 ±0.05 mm 내에서 동일 평면 상에 있다.
[0054] 도 6의 서셉터 어셈블리(230)는, 서셉터 어셈블리(230)를 리프팅할 수 있고, 하강시킬 수 있고, 회전시킬 수 있는 지지 포스트(240)를 포함한다. 서셉터 어셈블리(230)는, 지지 포스트(240)의 중심부 내에 가열기, 또는 가스 라인들, 또는 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 지지 포스트(240)는, 서셉터 어셈블리(230)를 대략적인 포지션으로 이동시켜서, 서셉터 어셈블리(230)와 가스 분배 어셈블리(220) 사이의 갭을 증가시키거나 또는 감소시키는 주된 수단일 수 있다. 그 후에, 액추에이터들(232)은, 요구되는 갭을 생성하기 위해, 서셉터 어셈블리의 포지션에 대한 마이크로-조정들을 행할 수 있다.
[0055] 도 6에서 도시된 프로세싱 챔버(200)는, 서셉터 어셈블리(230)가 복수의 웨이퍼들(260)을 홀딩(hold)할 수 있는 캐러셀-타입 챔버이다. 가스 분배 어셈블리(220)는 복수의 별개의 주입기 유닛들(221)을 포함할 수 있고, 각각의 주입기 유닛(221)은, 웨이퍼가 주입기 유닛(221) 아래로 이동됨에 따라, 웨이퍼(260) 상에 막, 또는 막의 파트(part)를 증착할 수 있다. 도 7은, 캐러셀-타입 프로세싱 챔버(200)의 투시도를 도시한다. 2개의 파이-형상 주입기 유닛들(221)이, 서셉터 어셈블리(230) 위에 그리고 서셉터 어셈블리(230)의 대략적으로 대향하는 측들 상에 포지셔닝된 것으로 도시된다. 이러한 수의 주입기 유닛들(221)은 단지 예시적인 목적들을 위해 도시된다. 더 많거나 또는 더 적은 주입기 유닛들(221)이 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 어셈블리(230)의 형상과 일치하는 형상을 형성하기에 충분한 수의 파이-형상 주입기 유닛들(221)이 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 파이-형상 주입기 유닛들(221) 각각은, 다른 주입기 유닛들(221) 중 어느 것에도 영향을 미치지 않으면서, 독립적으로 이동, 제거, 및/또는 교체될 수 있다. 예를 들어, 로봇이 웨이퍼들(260)을 로딩/언로딩하기 위해 서셉터 어셈블리(230)와 가스 분배 어셈블리(220) 사이의 영역을 액세스하게 허용하도록, 하나의 세그먼트가 상승될 수 있다.
[0056] 도 8은, 서셉터 어셈블리(230)가 강성 바디가 아닌, 본 개시내용의 다른 실시예를 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 어셈블리(230)는, 약 0.1 mm 이하, 또는 약 0.05 mm 이하, 또는 약 0.025 mm 이하, 또는 약 0.01 mm 이하의 드룹 허용오차를 갖는다. 여기서, 서셉터 어셈블리(230)의 내측 직경 영역(239) 및 외측 직경 영역(231)에 배치되는 액추에이터들(232)이 존재한다. 액추에이터들(232)은, 서셉터 어셈블리(230)의 내측 및 외측 주변부 주위의 임의의 적합한 수의 장소(place)들에 포지셔닝될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 액추에이터들(232)은, 외측 직경 영역(231) 및 내측 직경 영역(239) 양자 모두에서의 3개의 위치들에 배치된다. 외측 직경 영역(231) 및 내측 직경 영역(239) 양자 모두에서의 액추에이터들(232)은 서셉터 어셈블리(230)에 압력을 가한다.
[0057] 도 9는 본 개시내용의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 가스 분배 어셈블리(220)를 도시한다. 대체로 원형의 가스 분배 어셈블리(220)의 일부 또는 세그먼트의 전방 면(225)이 도시된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "대체로 원형의(generally circular)"라는 용어는 컴포넌트의 전체적인 형상이 80°미만의 임의의 각도들을 갖지 않음을 의미한다. 따라서, "대체로 원형"은 정사각형, 오각형, 육각형, 7각형, 8각형 등을 포함하는 임의의 형상을 가질 수 있다. "대체로 원형"은 형상을 원형 또는 완전한 다각형으로 제한하는 것으로 취해지지 않아야 하며, 타원형 및 불완전한 다각형들을 또한 포함할 수 있다. 가스 분배 어셈블리(220)는 전방 면(225)에 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145)을 포함한다. 가스 포트들은 가스 분배 어셈블리(220)의 내측 직경 영역(239)으로부터 외측 직경 영역(231)로 연장한다.
[0058] 복수의 가스 포트들은 프로세싱 챔버에 제 1 반응성 가스를 전달하기 위한 제 1 반응성 가스 포트(125) 및 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 퍼지 가스 포트(145)를 포함한다. 도 9에 도시된 실시예는 또한, 프로세싱 챔버에 제 2 반응성 가스를 전달하기 위한 제 2 반응성 가스 포트(135)를 포함한다.
[0059] 진공 포트(155)는 제 1 반응성 가스 포트(125) 및 제 2 반응성 가스 포트(135)를 인접하는 퍼지 가스 포트들(145)로부터 분리시킨다. 다르게 설명하면, 진공 포트는, 제 1 반응성 가스 포트(125)와 퍼지 가스 포트(145) 사이에 그리고 제 2 반응성 가스 포트(135)와 퍼지 가스 포트(145) 사이에 포지셔닝된다. 진공 포트들은 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시킨다. 도 9에 도시된 실시예에서, 진공 포트들(155)은 반응성 가스 포트들의 모든 측(side)들 둘레로 연장하며, 그에 따라, 제 1 반응성 가스 포트(125) 및 제 2 반응성 가스 포트(135) 각각의 내측 주변 에지(227) 및 외측 주변 에지(228) 상에 진공 포트(155)의 일부가 있다.
[0060] 사용시, 기판은 경로(272)를 따라 가스 분배 플레이트(220)에 인접하게 통과된다. 통과(transit)시, 기판은, 챔버 내로 또는 챔버 밖으로 유동하는 가스 유동들, 순서 대로, 퍼지 가스 포트(145), 제 1 진공 포트(155a), 제 1 반응성 가스 포트(125), 제 2 진공 포트(155b), 퍼지 가스 포트(145), 제 1 진공 포트(155a), 제 2 반응성 가스 포트(135) 및 제 2 진공 포트(155b)를 마주칠(encounter) 것이다. 제 1 진공 포트(155a) 및 제 2 진공 포트(155b)는 단일 진공 포트(155)로서 연결된 것으로 도시된다.
[0061] 적어도 하나의 에너지 소스(310)가 서셉터 어셈블리의 상단 표면 쪽으로 어닐링 에너지를 지향시키도록 방위된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "에너지 소스(energy source)"라는 용어는, 서셉터 어셈블리의 일부에, 또는 보다 구체적으로는, 서셉터 어셈블리 상에 지지되는 기판에 충분한 에너지를 제공할 수 있는 디바이스를 설명하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에 따르면, "어닐링 에너지"라고도 지칭되는, 제공되는 에너지는, 약 100 나노초 미만, 또는 약 50 나노초 미만, 또는 약 40 나노초 미만, 또는 약 30 나노초 미만, 또는 약 20 나노초 미만, 또는 약 10 나노초 미만의 시간 프레임(time frame) 동안, 기판 표면의 일부의 온도를 약 1000℃, 또는 900℃, 또는 800℃, 또는 700℃, 또는 600℃, 또는 500℃ 또는 400℃ 까지 증가시킬 수 있다. 어닐링 에너지로부터의 온도에 있어서의 스파이크(spike)는, 하부 층들을 손상시키지 않으면서, 표면에 흡착된 분자를 분해하기에 충분하다. 에너지 소스(310)에 의해 제공되는 어닐링 에너지는, 약 100 나노초 미만 동안 약 200-350℃로부터 약 700-900℃로의 온도 스파이크(temperature spike) 및 약 200-350℃로의 복귀(return)를 야기하기 위한 표면 가열을 제공한다. 어닐링 에너지에 대한 노출 이후, 냉각 레이트(rate)는, 열이 벌크 기판(즉, 하부 층들) 내로 전달될 수 있는 레이트보다 더 빠르다.
[0062] 에너지 소스는 일반적으로, 기판 표면의 특정의 요구되는 영역들을 어닐링하기 위해 전자기 에너지를 전달하도록 적응된다. 전자기 에너지의 전형적인 소스들은, 비제한적으로, 광학 방사 소스들(즉, 레이저들), 전자 빔 소스들, 이온 빔 소스들, 마이크로파 에너지 소스들, 가시광선 소스들 및 적외선 소스들을 포함한다. 에너지 소스는 연속적이거나 또는 펄스형(pulsed)일 수 있다. 실리콘 함유 기판 상에서 수행되는 레이저 어닐 프로세스들에 대해, 방사의 파장은 전형적으로, 약 800 nm 미만일 수 있으며, 그리고 심자외선, 적외선 또는 다른 파장들로 전달될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예에서, 에너지 소스는, 약 500 nm 내지 약 11 마이크로미터의 파장에서 방사를 전달하도록 적응되는 강렬한(intense) 광 소스, 이를 테면 레이저일 수 있다.
[0063] 몇몇 실시예들에서, 에너지 소스는 레이저를 포함한다. 레이저들은, 열이 벌크 기판(bulk substrate)에 전달되어 벌크 기판을 손상시키는 시간을 허용하지 않으면서, 기판 표면의 일부를, 흡착된 화합물들을 분해(degrade)하기에 충분한 온도로 급속하게 가열하기에 충분한 고 전력 레이저 방사를 전달할 수 있는 임의의 적합한 타입의 레이저일 수 있다. 적합한 레이저들은, 비제한적으로, 고상 레이저(solid state laser)들, 이를 테면 Nd:YAG, Nd:글래스(Nd:glass), 티타늄-사파이어, 또는 다른 희토류(rare earth) 도핑된 결정(crystal) 레이저들, 가스 레이저들, 이를 테면 엑시머 레이저들, 예를 들어 XeCl2, ArF 및 KrF를 포함한다.
[0064] 에너지 소스(310) 및 임의의 지원 컴포넌트(supporting component)들(예를 들어, 미러들, 액추에이터들, 프리즘들, 렌즈들)의 포지션은, 가스 분배 어셈블리의 구성에 따라 달라질 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 실시예에서, 에너지 소스(310)는 가스 분배 어셈블리의 외측 주변 에지(228) 바깥쪽에 또는 외측 주변 영역(231)에 포지셔닝된다. 도 1 및 도 10에 도시된 다른 실시예들에서, 에너지 소스(310)는 퍼지 가스 포트(145) 내에 포지셔닝된다.
[0065] 몇몇 실시예들에서, 어닐링 에너지가 서셉터 어셈블리의 회전 축에 대해 수직인 방향으로 이동되도록, 적어도 하나의 액추에이터(312)가 에너지 소스를 이동시킨다. 어닐링 에너지의 이동은, 내측 직경 영역 및 외측 직경 영역의 극단(extreme)들 사이에서, 또는 내측 주변 에지로부터 외측 주변 에지로 이동한다. 극단들 간의 거리가 어닐링 에너지의 이동의 길이를 정의한다. 액추에이터(312)는, 에너지 소스(310)의 방위(orientation)를 물리적으로 변경시키거나 또는 에너지 소스에 의해 방출되는 어닐링 에너지를 재지향(redirect)시킬 수 있는 모터일 수 있다. 에너지 소스를 이동시키는 것에 대해 언급할 때, 당업자라면, 에너지 소스는 정지된 채로 유지될 수 있고 단지 어닐링 에너지가 이동한다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 11a는 퍼지 가스 포트(145) 내로의 뷰(view)를 갖는 가스 분배 플레이트(220)의 단면을 도시하며, 여기서, 에너지 소스(310)는 어닐링 에너지(311)를 방출한다. 액추에이터(312)는, 가상선(phantom)으로 도시된 바와 같이, 어닐링 에너지(311)가 아랫쪽으로 각을 이루도록(angle) 에너지 소스(310)를 이동시킨다. 도 11b에서, 에너지 소스(310)는 미러(314) 쪽으로 어닐링 에너지(311)를 지향시키며, 미러(314)는 어닐링 에너지를 서셉터 쪽으로 재지향시킨다. 미러(314)는 액추에이터(312)에 연결되며, 액추에이터(312)는 어닐링 에너지(311)를 상이한 방향으로 재지향시키기 위해 미러(314)의 각도를 변화시킬 수 있다.
[0066] 도 11a 또는 도 11b를 통해, 액추에이터(312)는 어닐링 에너지(311)가, 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 서셉터 어셈블리의 표면을 가로질러서, 또는 다르게 설명하면, 경로(272)에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 래스터링되거나(rastered) 또는 스캐닝되게(scanned) 한다. 서셉터 어셈블리를 가로지르는 어닐링 에너지의 이동은 매끄럽거나(smooth) 또는 래스터화될(rasterized) 수 있다. 예를 들어, 이러한 이동은, 매끄러운 이동(smooth movement)으로서 보이도록 충분히 빠르게 일어나는 다수의 작은 스텝(tiny step)들로 구성될 수 있다.
[0067] 몇몇 실시예들은 액추에이터(312)를 제어하기 위한 제어기(320)를 포함한다. 제어기(320)는 액추에이터를 정확하게 제어할 수 있는 임의의 적합한 제어기일 수 있다. 제어기(320)는, 어닐링 에너지가 서셉터 어셈블리의 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 실질적으로 일직선(straight) 경로로 이동하도록, 액추에이터(312)를 조정함으로써 어닐링 에너지를 이동시키도록 프로그램될 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 일직선(substantially straight)"이라는 용어는 이동의 길이에 걸쳐 선형성(linearity)에 있어서 1% 미만의 절대 편차가 존재함을 의미한다.
[0068] 어닐링 에너지의 이동 레이트는, 채용되는 특정의 에너지 소스, 프로세싱되고 있는 막 및 프로세싱 챔버에 따라 조정될 수 있다. 도 1의 프로세싱 챔버와 같은, 일직선 경로를 갖는 프로세싱 챔버에서, 제어기는 어닐링 에너지를 실질적으로 균일한 레이트로 이동시킬 수 있다.
[0069] 도 9의 것과 같은 섹터 타입(sector type) 시스템에서, 어닐링 에너지의 이동은 어닐링 에너지의 포커스에 따라, 균일하거나 또는 그레이딩될(graded) 수 있다. 서셉터 어셈블리의 회전 이동이 고려될 때, 서셉터 어셈블리의 외측 주변 에지는 내측 주변 에지보다 더 빨리 이동한다. 따라서, 서셉터 어셈블리에 걸친 균일한 이동은, 내측 직경 영역에서보다 외측 직경 영역 근방에서 단위 면적당 어닐링 에너지에 대한 비교적 더 적은 노출이 존재함을 의미할 것이다. 이는 막의 전체 프로세싱에 대해 큰 영향을 미치지 않을 수 있는데, 왜냐하면 에너지 소스는 서셉터 어셈블리의 회전보다 훨씬 더 빠른 레이트로 이동할 수 있어서, 내측 영역과 외측 영역에서의 체류 시간들의 차이가 무시해도 될 정도이거나, 또는 열이 벌크 기판을 손상시키도록 허용하면서 막의 완전한 형성에 영향을 미치지 않기 때문이다.
[0070] 몇몇 실시예들에서, 제어기는, 어닐링 에너지가 내측 직경 영역에서보다 외측 직경 영역에서 더 느리게 이동하도록, 에너지 소스, 및 그에 따라 어닐링 에너지를 이동시킨다. 이동의 가변 레이트(variable rate)는, 어닐링 에너지의 체류 시간 및/또는 단위 면적당 에너지의 양이 이동의 범위에 걸쳐서 실질적으로 균일하도록 튜닝될(tuned) 수 있다.
[0071] 몇몇 실시예들에서, 내측 직경 영역에서의 어닐링 에너지의 크기가 외측 직경 영역에서의 어닐링 에너지의 크기보다 더 작도록, 가변 포커스 렌즈(variable focus lens)(314)가 포함될 수 있다. 어닐링 에너지의 크기는, 임의의 주어진 시간에 어닐링 에너지에 의해 점유되는 면적(area)과 관련된다. 예를 들어, 레이저 에너지 소스는 서셉터 어셈블리 상에 콜리메이트 광(collimated light)을 투사한다. 이러한 콜리메이트 광이 영향을 미치는 면적이 어닐링 에너지의 크기이다.
[0072] 도 10을 참조하면, 몇몇 실시예들에 따른 가스 분배 어셈블리의 일부가 도시된다. 여기에서, 퍼지 가스 포트(145)는 그 내에 포지셔닝된 3개의 에너지 소스들(310)을 갖는다. 단일 제어기(312)가 도시되어 있지만, 각각의 에너지 소스는 개별적인 제어기를 가질 수 있거나, 또는 모든 에너지 소스들이 단일 제어기에 의해 공동으로 또는 독립적으로 제어될 수 있다. 도 10의 실시예에서, 3개의 에너지 소스들은, 각각의 소스로부터 투사되는 어닐링 에너지가 서셉터 어셈블리의 동일한 영역 또는 상이한 영역들을 커버(cover)하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 3개의 모든 에너지 소스들은, 이들의 결합된 에너지가 단일 포인트에서 서셉터 어셈블리를 접촉하여, 서셉터 어셈블리의 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 이동하도록, 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 소스는 독립적으로 이동하며, 그에 따라, 각각의 소스는 서셉터 어셈블리의 상이한 영역들에 에너지를 지향시킨다. 상이한 영역들은 오버랩핑되거나 또는 분리될 수 있다.
[0073] 에너지 소스들은 도면들에서 도시된 바와 같이 퍼지 가스 포트(145) 내에 포지셔닝될 수 있거나, 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 포트 바깥쪽에 포지셔닝될 수 있다. 프로세스 가스들과 어닐링 에너지 간에 어떠한 상호 작용도 없도록 보장하기 위해, 몇몇 실시예들의 에너지 소스는 퍼지 가스 포트(145)의 양 측(either side)에 포지셔닝되는 진공 포트들(155) 사이에 포지셔닝된다.
[0074] 몇몇 실시예들에서, 기판 또는 서셉터 어셈블리의 하나 또는 그 초과의 부분들의 온도를 감지 또는 측정하기 위해, 적어도 하나의 검출기(330)가 시스템에 포함된다. 검출기는, 비제한적으로, 고온계(pyrometer)들을 포함하는 임의의 적합한 타입의 검출기일 수 있다. 도 10은, 퍼지 가스 포트(145) 내에 포지셔닝된 단일 검출기(330) 및 퍼지 가스 포트 바깥쪽에 포지셔닝된 단일 검출기(330)를 갖는 실시예를 도시한다. 증착 가스들이 검출기와 충돌(foul)하지 않도록 보장하는 것을 돕기 위해, 몇몇 실시예들에서, 검출기는 퍼지 가스 포트(145)의 양 측 상의 진공 포트들(155) 사이에 포지셔닝된다.
[0075] 본 개시내용의 몇몇 실시예들은 기판을 프로세싱하는 방법들에 관한 것이다. 기판은 복수의 섹션들을 갖는 프로세싱 챔버 내에 배치되고, 각각의 섹션은, 가스 커튼에 의해, 인접하는 섹션들로부터 분리된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "섹션", "영역" 및 "섹터"라는 용어들은 배치 프로세싱 챔버 내의 구역을 설명하기 위해 교환가능하게 사용된다. 예를 들어, 도 9에 도시된 컴포넌트는 2개의 섹션들을 갖는다. 프로세싱 챔버에 들어가게 되면, 기판(또한 웨이퍼라고도 불림)은 개별적인 섹션들 중 임의의 섹션에 있을 수 있다. 각각의 섹션은, 인접하는 섹션들과 동일하거나 또는 상이한 프로세싱 조건들을 가질 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "프로세싱 조건"이라는 용어는 개별적인 섹션 내에서의 조건들 전체를 의미한다. 예를 들어, 프로세싱 조건들은, 비제한적으로, 가스 조성, 압력, 유량, 온도 및 플라즈마를 포함한다. 프로세싱 조건들은, 예를 들어, 증착, 에칭 및 처리(예를 들어, 치밀화(densification), 어닐링)에 대해 설정될(configured) 수 있다.
[0076] 제 1 섹션에서, 기판, 또는 기판의 일부가, 기판의 표면에 제 1 막을 증착하기 위해, 제 1 프로세스 조건에 노출된다. 기판 표면은 베어(bare) 기판 표면일 수 있거나 또는 표면 상에 이전에 증착된 임의의 층일 수 있다. 예를 들어, 하나의 파트는 금속이고 다른 파트는 유전체인 상태로, 표면은 혼합된 조성(mixed composition)을 가질 수 있다. 개별적인 표면 조성을 달라질 수 있으며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다.
[0077] 형성되거나 증착되는 막들 중 임의의 막은, 금속 또는 유전체 막과 같은 완전한(complete) 막일 수 있거나, 또는 2-파트(part) 반응의 첫 번째 절반에서와 같이 부분적인(partial) 막일 수 있다. 부분적인 막의 예는 기판 표면에 대한 화합물의 화학 흡착(chemisorption)일 것이며, 이는 이후, 최종 막을 생성하기 위해 에너지 소스 및 어닐링 에너지에 의해 분해될 것이다.
[0078] 제 1 막의 형성은, 예를 들어, 기판의 표면 상으로의 금속 수소화물(metal hydride)(예를 들어, SiH4)의 증착일 수 있다. 제 1 막의 형성 이후, 기판은, 가스 커튼을 통해, 프로세싱 챔버의 제 2 섹션으로 측방향으로(laterally) 이동된다. 제 2 섹션에서, 제 1 막은 제 2 막을 형성하기 위해 제 2 프로세스 조건들에 노출된다. 몇몇 실시예들의 제 2 프로세스 조건은, 제 1 막을 분해시키기 위해, 에너지 소스로부터의 어닐링 에너지에 대한 노출을 포함한다. 예를 들어, 표면 상에 증착된 실란은 실리콘 막을 형성하기 위해 레이저에 의해 분해될 수 있다.
[0079] 제 1 섹션으로부터 제 2 섹션으로 이동하는 동안, 기판은 제 1 프로세스 조건들, 제 2 프로세스 조건들 및 이 둘을 분리하는 가스 커튼에 노출된다. 제 1 프로세스 조건들과 제 2 프로세스 조건들 사이에, 만일 있더라도, 최소의 기체상 반응이 있도록 보장하기 위해, 가스 커튼은, 예를 들어, 진공과 비활성 가스들의 조합일 수 있다. 이동 중의 어떠한 시간에서, 표면의 파트는 제 1 프로세스 조건들에 노출되고, 표면의 다른 파트는 제 2 프로세스 조건들에 노출되며, 그리고 나머지 2개의 부분들 사이의, 기판의 중간 부분은 가스 커튼에 노출된다.
[0080] 몇몇 실시예들에서, 가스 커튼은, 가스 커튼 내의 기판의 일부를 어닐링 에너지에 노출시키는 에너지 소스를 포함한다. 이러한 종류의 실시예에서, 기판이 프로세싱 챔버를 통해 회전할 때, 더 두꺼운 막이 증착 및 어닐링될 수 있도록, 제 2 프로세스 조건은 제 1 프로세스 조건과 동일할 수 있다.
[0081] 제 1 프로세스 조건들 및 제 2 프로세스 조건들에 대한 노출은, 요구되는 두께의 막을 성장시키기 위해 순차적으로 반복될 수 있다. 예를 들어, 배치 프로세싱 챔버는, 제 1 프로세스 조건들을 갖는 2개의 섹션들 및 제 2 프로세스 조건들의 2개의 섹션들을 교번하는 패턴(alternating pattern)으로 포함할 수 있으며, 그에 따라, 프로세싱 챔버의 중심 축을 중심으로 한 기판의 회전은 표면으로 하여금 제 1 및 제 2 프로세스 조건들에 순차적으로 그리고 반복적으로 노출되게 하고, 각각의 노출은 (증착들을 위한) 막 두께가 성장되게 한다.
[0082] 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 층들은, 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD) 프로세스 동안에 형성될 수 있다. 몇몇 프로세스들에서, 플라즈마의 사용은, 표면 반응들이 유리하게 되고 가능성이 있게 되는 여기된 상태로 종을 촉진하기에 충분한 에너지를 제공한다. 프로세스에 플라즈마를 도입하는 것은 연속적일 수 있거나 또는 펄싱될(pulsed) 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 및 전구체들(또는 반응성 가스들)의 순차적인 펄스들이, 층을 프로세싱하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 시약(reagent)들은, 국부적으로(즉, 프로세싱 구역 내에서), 또는 원격으로(즉, 프로세싱 구역 외부에서) 이온화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 원격 이온화는, 이온들 또는 다른 에너제틱(energetic) 또는 발광 종이, 증착되는 막과 직접적으로 접촉하지 않도록, 증착 챔버의 상류에서 발생할 수 있다. 몇몇 PEALD 프로세스들에서, 플라즈마는, 프로세싱 챔버 외부에서, 이를 테면 원격 플라즈마 생성기 시스템에 의해 생성된다. 플라즈마는, 당업자에게 알려져 있는 임의의 적합한 플라즈마 생성 프로세스 또는 기법을 통해 생성될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는, 마이크로파(MW) 주파수 생성기 또는 무선 주파수(RF) 생성기 중 하나 또는 그 초과에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마의 주파수는, 사용되고 있는 특정 반응성 종에 따라 튜닝될(tuned) 수 있다. 적합한 주파수들은, 비제한적으로, 2 MHz, 13.56 MHz, 40 MHz, 60 MHz, 및 100 MHz를 포함한다. 본원에서 개시되는 증착 프로세스들 동안에 플라즈마들이 사용될 수 있기는 하지만, 플라즈마들이 요구되지 않을 수도 있다. 실제로, 다른 실시예들은, 플라즈마를 이용하지 않는, 매우 온화한(mild) 조건들 하에서의 증착 프로세스들에 관한 것이다.
[0083] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은, 층을 형성하기 전에, 그리고/또는 층을 형성한 후에, 프로세싱을 받는다. 이러한 프로세싱은, 동일한 챔버에서, 또는 하나 또는 그 초과의 별개의 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 추가적인 프로세싱을 위해, 제 1 챔버로부터 별개의 제 2 챔버로 이동된다. 기판은, 제 1 챔버로부터 별개의 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 또는 기판은, 제 1 챔버로부터 하나 또는 그 초과의 이송 챔버들로 이동될 수 있고, 그 후에, 요구되는 별개의 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 이송 스테이션과 소통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터링된 시스템" 등이라고 지칭될 수 있다.
[0084] 일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심-발견 및 배향, 탈기(degassing), 어닐링, 증착, 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈식 시스템이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은, 적어도 제 1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는, 로드 락 챔버들과 프로세싱 챔버들 사이에서 그리고 이들 간에서 기판들을 셔틀링할 수 있는 로봇을 하우징(house)할 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로 진공 조건에서 유지되며, 그리고 기판들을, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로, 그리고/또는 클러스터 툴의 전방 단부에 포지셔닝된 로드 락 챔버로 셔틀링하기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 본 발명에 대해 적응될 수 있는 2개의 잘-알려진 클러스터 툴들은 Centura® 및 Endura®이고, 이들 양자 모두는, 캘리포니아, 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다. 그러한 하나의 스테이지형(staged)-진공 기판 프로세싱 장치의 상세사항들은, 1993년 2월 16일 발행되었으며 그 명칭이 "Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method"인 Tepman 등의 미국 특허 제 5,186,718호에 개시되어 있다. 하지만, 챔버들의 정확한 배열 및 조합은, 본원에서 설명되는 바와 같은 프로세스의 특정 파트들을 수행하는 목적들을 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, 비제한적으로, 순환 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 사전-세정, 화학 세정, RTP와 같은 열 처리, 플라즈마 질화(nitridation), 탈기, 배향, 히드록실화(hydroxylation), 및 다른 기판 프로세스들을 포함한다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행함으로써, 대기 불순물들에 의한 기판의 표면 오염이, 후속 막을 증착하기 전의 산화 없이, 피해질 수 있다.
[0085] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은 지속적으로 진공 또는 "로드 락" 조건들 하에 있고, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동되는 경우에, 주변 공기에 노출되지 않는다. 따라서, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 하에서 "펌핑 다운(pump down)"된다. 비활성 가스들이 프로세싱 챔버들 또는 이송 챔버들에 존재할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비활성 가스는, 기판의 표면 상에 층을 형성한 후에, 반응물들의 일부 또는 전부를 제거하기 위해, 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 퍼지 가스는, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버로 그리고/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해, 증착 챔버의 출구에서 주입된다. 따라서, 비활성 가스의 유동은 챔버의 출구에서 커튼을 형성한다.
[0086] 프로세싱 동안에, 기판은 가열 또는 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 비제한적으로, 기판 지지부(예를 들어, 서셉터)의 온도를 변화시키는 것, 및 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면으로 유동시키는 것을 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판 지지부는, 기판 온도를 전도성으로 변화시키도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 채용되는 가스들(반응성 가스들 또는 비활성 가스들)은, 기판 온도를 국부적으로 변화시키도록 가열 또는 냉각된다. 몇몇 실시예들에서, 가열기/냉각기는, 기판 온도를 대류성으로 변화시키기 위해, 챔버 내에서 기판 표면 근처에 포지셔닝된다.
[0087] 기판은 또한, 프로세싱 동안에, 정지되어 있을 수 있거나 또는 회전될 수 있다. 회전되는 기판은, 연속적으로 또는 불연속적인 단계들로 회전될 수 있다. 예를 들어, 기판은 전체 프로세스 전반에 걸쳐 회전될 수 있거나, 또는 기판은, 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출 사이에서 소량만큼 회전될 수 있다. (연속적으로 또는 단계들로) 프로세싱 동안에 기판을 회전시키는 것은, 예를 들어, 가스 유동 기하형상들에서의 국부적인 변동성의 영향을 최소화함으로써, 더 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는 것을 도울 수 있다.
[0088] 전술한 바가 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (13)

  1. 프로세싱 챔버로서,
    원형의 가스 분배 어셈블리 ― 상기 원형의 가스 분배 어셈블리는 상기 가스 분배 어셈블리의 전방 면(front face)에 복수의 세장형(elongate) 가스 포트들을 포함하고, 상기 복수의 세장형 가스 포트들은 상기 가스 분배 어셈블리의 내측 직경 영역으로부터 외측 직경 영역으로 연장하며, 상기 복수의 가스 포트들은, 상기 프로세싱 챔버에 제 1 반응성 가스를 전달하기 위한 적어도 하나의 제 1 반응성 가스 포트, 상기 프로세싱 챔버에 퍼지 가스를 전달하기 위한 퍼지 가스 포트, 및 상기 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기(evacuate)시키기 위한 진공 포트를 포함하며, 상기 진공 포트는 상기 제 1 반응성 가스 포트와 상기 퍼지 가스 포트 사이에 포지셔닝됨(positioned) ― ;
    적어도 하나의 기판을 회전 축(rotational axis)을 중심으로 실질적으로 원형의 경로로 회전시키기 위한 원형의 서셉터 어셈블리 ― 상기 서셉터 어셈블리는, 상기 서셉터 어셈블리의 상단(top) 표면이 상기 가스 분배 어셈블리의 상기 전방 면에 대해 실질적으로 평행하도록 상기 가스 분배 어셈블리 아래에 포지셔닝되고, 상기 서셉터 어셈블리는 내측 직경 영역 및 외측 직경 영역을 가짐 ― ;
    상기 서셉터 어셈블리의 상단 표면의 상이한 영역들 쪽으로 어닐링 에너지를 지향(direct)시키도록 방위되는(oriented) 복수의 에너지 소스들 ― 상기 복수의 에너지 소스들은 제 1 에너지 소스 및 제 2 에너지 소스를 포함하고, 상기 제 1 에너지 소스는 상기 퍼지 가스 포트 내에 포지셔닝되며, 상기 어닐링 에너지는, 상기 서셉터 어셈블리 상에 상기 어닐링 에너지를 포커싱(focus)하기 위해 상기 퍼지 가스 포트 내에 포지셔닝되는 가변 포커스 렌즈(variable focus lens)를 통해 지향되고, 그리고 상기 제 2 에너지 소스는 상기 퍼지 가스 포트와 상기 진공 포트 사이에 포지셔닝됨 ― ; 및
    상기 어닐링 에너지가 상기 서셉터 어셈블리의 내측 직경 영역보다 상기 서셉터 어셈블리의 외측 직경 영역에서 더 느리게 이동하도록 상기 복수의 에너지 소스들을 독립적으로 이동시키도록 구성되는 제어기를 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 어닐링 에너지가 상기 서셉터 어셈블리의 회전 축에 대해 수직인 방향으로 이동되도록 상기 복수의 에너지 소스들 중 적어도 하나의 에너지 소스를 이동시키기 위한 적어도 하나의 액추에이터를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 액추에이터를 제어하는,
    프로세싱 챔버.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 어닐링 에너지를 실질적으로 일직선(straight) 경로로 상기 서셉터 어셈블리의 상기 내측 직경 영역으로부터 상기 외측 직경 영역으로 상호간에(reciprocally) 이동시키는,
    프로세싱 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 어닐링 에너지를 실질적으로 균일한 레이트로 이동시키는,
    프로세싱 챔버.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내측 직경 영역에서의 어닐링 에너지의 크기는 상기 외측 직경 영역에서의 크기보다 더 작은,
    프로세싱 챔버.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 서셉터 어셈블리의 회전 동안, 상기 어닐링 에너지는 상기 내측 직경 영역으로부터 상기 외측 직경 영역까지 실질적으로 균일한 체류 시간(residence time)을 갖는,
    프로세싱 챔버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 하나 또는 그 초과의 부분들의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 검출기를 더 포함하는,
    프로세싱 챔버.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 퍼지 가스 포트 내에 포지셔닝되는,
    프로세싱 챔버.
  10. 프로세싱 방법으로서,
    프로세싱 챔버 내의 회전가능한 서셉터 어셈블리 상에 기판을 포지셔닝하는 단계;
    상기 기판을 가스 분배 어셈블리의 제 1 반응성 가스 포트 아래로 이동시키기 위해, 상기 기판을 중심 축을 중심으로 측방향으로(laterally) 이동시키는 단계 ― 상기 제 1 반응성 가스 포트는 상기 프로세싱 챔버에 제 1 반응성 가스를 제공함 ― ;
    기판 표면 상에 부분적인 막(partial film)을 형성하기 위해, 상기 제 1 반응성 가스를 포함하는 제 1 프로세스 조건(process condition)에 상기 기판을 노출시키는 단계;
    상기 제 1 프로세스 조건의 경계(boundary)를 정의하는 적어도 하나의 진공 영역을 통해 상기 기판을 중심 축을 중심으로 측방향으로 이동시키는 단계 ― 상기 가스 분배 어셈블리는, 상기 진공 영역에, 상기 프로세싱 챔버로부터 가스들을 진공배기시키기 위한 진공 포트를 가짐 ― ; 및
    상기 부분적인 막을 막으로 변환시키기 위해 상기 기판 표면을 복수의 에너지 소스들로부터의 어닐링 에너지에 노출시키는 단계 ― 상기 복수의 에너지 소스들은 제 1 에너지 소스 및 제 2 에너지 소스를 포함하고, 상기 제 1 에너지 소스는 상기 가스 분배 어셈블리의 퍼지 가스 포트 내에 포지셔닝되며, 상기 어닐링 에너지는, 상기 서셉터 어셈블리 상에 상기 어닐링 에너지를 포커싱하기 위해 상기 퍼지 가스 포트 내에 포지셔닝되는 가변 포커스 렌즈를 통하여 지향되고, 그리고 상기 제 2 에너지 소스는 상기 퍼지 가스 포트와 상기 진공 포트 사이에 포지셔닝됨 ― ;를 포함하고,
    상기 기판 표면을 복수의 에너지 소스들로부터의 어닐링 에너지에 노출시키는 단계는, 상기 어닐링 에너지가 상기 서셉터 어셈블리의 내측 직경 영역보다 상기 서셉터 어셈블리의 외측 직경 영역에서 더 느리게 이동하도록 상기 제 1 에너지 소스 및 상기 제 2 에너지 소스를 독립적으로 이동시키는 단계를 포함하는,
    프로세싱 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제 1 프로세스 조건으로부터, 상기 진공 영역, 퍼지 가스 영역 및 제 2 진공 영역을 통해, 제 2 프로세스 조건으로 이동되는,
    프로세싱 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 제 2 프로세스 조건 또는 상기 퍼지 가스 영역 중 하나 또는 그 초과에서 상기 어닐링 에너지에 노출되는,
    프로세싱 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    측방향 이동(lateral movement) 동안, 상기 기판이 상기 제 1 프로세스 조건, 진공 영역, 퍼지 가스 영역 또는 제 2 진공 영역 중 적어도 2개에 노출될 수 있도록, 상기 진공 영역, 상기 퍼지 가스 영역 및 상기 제 2 진공 영역은 상기 기판의 직경보다 작은 폭을 갖는,
    프로세싱 방법.
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