KR101343025B1 - 회전 기판 지지부 이용 방법 - Google Patents

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Abstract

회전 기판 지지부를 이용하는 기판 프로세싱 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 기판 프로세싱 장치가 챔버내에 배치된 기판 지지부 조립체를 구비한다. 기판 지지부 조립체는 지지 표면 및 그 지지 표면 아래에 배치된 히터를 구비하는 기판 지지부를 포함한다. 샤프트가 기판 지지부에 결합되고, 모터가 로터를 통해 샤프트에 결합되어 기판 지지부로 회전 운동을 제공한다. 시일 블록이 로터 주위로 제공되어 그 사이에 시일을 형성한다. 시일 블록은 시일 블록과 샤프트 사이의 경계를 따라 배치되는 하나 이상의 채널 및 하나 이상의 시일을 구비한다. 포트가 각 채널에 결합되어 펌프로 연결시킨다. 승강 기구가 샤프트에 결합되어 기판 지지부를 상승 및 하강시킨다.

Description

회전 기판 지지부 이용 방법{METHODS FOR USING A ROTATING SUBSTRATE SUPPORT}
본 출원은 대략적으로 반도체 기판을 프로세싱하는 것에 관한 것이며, 특히 반도체 기판상에 물질을 증착하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 단일-기판 증착 챔버내에서 이용되는 회전 기판 지지부에 관한 것이다.
집적 회로는 화학기상증착을 포함하는 다양한 기술에 의해 부착(deposit; 일반적으로 '증착' 이라 함)된 물질의 다수의 층을 포함한다. 그와 같이, 화학기상증착 또는 CVD를 통해 반도체 기판상에 물질을 증착하는 것은 집적 회로 제조 프로세스에서 중요한 단계이다. 통상적인 CVD 챔버는 프로세싱 중에 기판을 가열하기 위한 가열식 기판 지지부, 챔버내로 프로세스 가스를 도입하기 위한 가스 포트, 그리고 챔버내에서 프로세싱 압력을 유지하고 과다한 가스 또는 프로세싱 부산물을 제거하기 위한 펌핑 포트를 구비한다. 프로세스 챔버내로 도입된 가스의 펌핑 포트를 향하는 유동 패턴으로 인해, 기판상에서 균일한 증착 프로파일을 유지하는 것이 곤란하다. 또한, 내부 챔버 부품의 방사율 편차(variance in the emissivity)로 인해, 챔버내에서 그에 따라 기판상에서, 불균일한 열 분산 프로파일이 초래된다. 또한, 기판의 표면에 걸친 그러한 열 분산 프로세스의 불균일도로 인해, 기판상에 증착된 물질의 불균일도가 초래된다. 다시, 이는, 추가적인 프로세싱 전의 기판의 평탄화 또는 기타 다른 복구 작업으로 인한 추가적인 비용을 초래하고, 또는 전체 집적회로의 불량을 초래할 수도 있다.
이와 같이, CVD 챔버에서 기판상에 물질을 균일하게 증착하기 위한 개선된 장치가 요구되고 있다.
회전 기판 지지부를 이용하는 기판 프로세싱 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 기판 프로세싱 장치가 챔버내에 배치된 기판 지지부 조립체를 구비한다. 기판 지지부 조립체는 지지 표면 및 그 지지 표면 아래에 배치된 히터를 구비하는 기판 지지부를 포함한다. 샤프트가 기판 지지부에 결합되고, 모터가 로터(rotor)를 통해 샤프트에 결합되어 기판 지지부로 회전 운동을 제공한다. 시일 블록(seal block)이 로터 주위로 제공되어 그 사이에 시일을 형성한다. 시일 블록은 시일 블록과 샤프트 사이의 경계를 따라 배치되는 하나 이상의 채널 및 하나 이상의 시일을 구비한다. 포트가 각 채널에 결합되어 펌프로 연결시킨다. 승강 기구가 샤프트에 결합되어 기판 지지부를 상승 및 하강시킨다.
본 발명의 다른 측면에서, 회전 기판 지지부를 이용하는 다양한 기판 프로세싱 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 기판 지지부 조립체를 이용하여 프로세싱 챔버내에서 기판을 프로세싱하는 방법은 프로세싱될 기판을 기판 지지부상에 위치시키는 단계 및 프로세스 사이클을 통해 360도 곱하기 정수(in a whole number multiple)로 기판을 회전시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 기판상에 형성될 물질 층의 증착 속도를 결정하고, 물질 층의 최종 증착 프로파일을 제어하기 위해 상기 결정된 증착 속도에 응답하여 기판의 회전 속도를 제어한다. 다른 실시예에서, 특정 변수 또는 변수들에 응답하여 기판의 회전 속도를 제어한다. 변수들은 온도, 압력, 계산된 증착 속도, 또는 측정된 증착 속도들 중 하나 이상이 될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판은 제 1 배향(orientation) 상태에서 제 1 기간 동안 프로세싱되고, 이어서 제 2 배향 상태에서 제 2 기간 동안 프로세싱될 수 있다.
*본 발명의 상기 특징들을 보다 잘 이해할 수 있도록, 첨부 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 앞서서 간략하게 설명한 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 첨부 도면들은 단지 본 발명의 통상적인 실시예를 도시한 것이며, 그에 따라 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 본 발명은 다른 균등한 실시예들도 포함할 것임을 주지하여야 한다.
도 1은 본 발명의 회전 기판 지지부를 가지는 예시적인 화학기상증착 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회전 기판 지지부의 개략적인 단면도이다.
도 3은 회전 기판 지지부의 로터 및 지지부 샤프트 사이의 경계의 일 실시예를 도시한 부분 단면도이다.
도 4 및 도 5는 회전 및 비-회전 기판에 대한 필름 두께 불균일도를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 비-회전 및 회전 기판상에 각각 형성된 필름에 대한 필름 두께 변화 플롯(plot)을 도시한 도면이다.
본 명세서에 개시된 회전 기판 지지부와 함께 이용하기에 적합한 하나의 예시적인 프로세스 챔버는, 예를 들어, 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.가 제공하는 SiNgen 챔버와 같은 저압 열적 화학기상증착 반응기이다. 또한, 다른 프로세스 챔버들에서도 본 명세서에 기재된 회전 기판 지지부를 유리하게 이용할 수 있을 것이다.
도 1은 적합한 반응기(100)의 일 실시예를 도시한다. 반응기(100)는 반응 챔버 또는 프로세스 체적부(volume; 108)를 형성하며 챔버 본체(105)라고도 통칭되는 베이스(104), 벽(102), 및 리드(lid; 106)를 포함하며, 상기 프로세스 체적부내에서는 프로세스 가스, 전구체(precursor) 가스, 또는 반응물(reactant) 가스들이 열적으로 분해되어 기판(도시하지 않음)상에 물질 층을 형성한다.
하나 이상의 포트(134)가 리드내에 형성되고, 프로세스 체적부(108)로 하나 이상의 가스를 공급하는 가스 패널(128)에 결합된다. 통상적으로, 가스 분배 플레이트, 또는 샤워헤드(120)가 리드(106)의 아래쪽에 배치되어 포트(134)를 통해 유입되는 프로세스 가스들을 프로세스 체적부(108)를 통해 보다 균일하게 분산시킨다. 하나의 예시적인 실시예에서, 프로세싱 또는 증착이 준비되었을 때, 가스 패널(128)에 의해 제공되는 프로세스 가스 또는 전구체 가스가 프로세스 체적부(108)내로 도입된다. 프로세스 가스는 샤워헤드(120)내의 다수의 홀(도시하지 않음)을 통해 포트(134)로부터 분포된다. 샤워헤드(120)는 프로세스 가스를 프로세스 체적부(108)내로 균일하게 분포시킨다.
펌핑 포트(126)가 챔버 본체(105)내에 형성되고, 밸브, 펌프 등과 같은 펌핑 설비(도시하지 않음)에 결합되어 챔버 본체(105)내의 프로세싱 압력을 필요한 압력으로 선택적으로 유지시킨다. 압력 조정기(도시하지 않음), 센서(도시하지 않음) 등과 같은 다른 부품들을 이용하여 프로세스 체적부(108)내의 프로세싱 압력을 모니터링할 수 있을 것이다. 챔버 본체(105)는 챔버가 약 10 내지 약 350 Torr 사이의 압력을 유지할 수 있게 허용하는 물질로 구성된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 챔버 본체(105)는 알루미늄 합금 물질로 구성된다.
챔버 본체(105)는 그 챔버 본체(105)를 냉각시키기 위해 관통 펌핑되는 온도 제어 유체를 위한 통로(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 그러한 온도 제어 유체 통로를 구비하는 경우에, 반응기(100)는 "저온-벽" 또는 "웜-벽(warm-wall)" 반응기라고 지칭한다. 챔버 본체(105)를 냉각시키는 것은, 반응성 종(species)의 존재 및 높은 온도로 인해, 챔버 본체(105)를 형성하는데 사용된 물질이 부식되는 것을 방지한다. 챔버 본체(105)의 내부를 또한 온도-제어되는 라이너 또는 절연 라이너(도시하지 않음)로 라이닝하여 챔버 본체(105)의 내측 표면에 입자가 바람직하지 못하게 응축되는 것을 방지할 수도 있다.
반응기(100)는 또한 반응기(100)의 프로세스 체적부(108)내에서 기판을 지지하기 위한 회전 승강 조립체(150)를 더 포함한다. 상기 승강 조립체(150)는 기판 지지부(110), 샤프트(112), 및 기판 지지부 모션(motion) 조립체(124)를 포함한다. 기판 지지부(110)는 통상적으로 승강 핀(114)을 수용하며, 가열 요소, 전극, 열전쌍, 후면(backside) 가스 홈 등(간단명료한 도시를 위해 모두 도시하지 않았다)을 추가로 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 기판 지지부(110)는 기판 수용 포켓(116) 아래쪽에 배치된 히터(136)를 포함한다. 기판 수용 포켓(116)은 통상적으로 기판의 두께와 대략적으로 동일한 두께를 가진다. 기판 수용 포켓(116)은 그 기판 수용 포켓(116) 표면의 약간 위쪽에서 기판을 유지하는 "범프(bumps)" 또는 스탠드-오프(stand-off)(도시하지 않음)와 같은 다수의 피쳐(features)를 구비할 수 있다.
필름 형성을 촉진하기 위해서, 프로세싱 중에, 히터(136)를 이용하여 기판 지지부(110)상에 위치된 기판의 온도를 제어할 수 있다. 일반적으로, 히터(136)는 전도성 본체내에 매립된 하나 이상의 저항 코일(도시하지 않음)을 포함한다. 저항 코일은 독립적으로 제어되어 히터 영역을 생성할 수 있을 것이다. 온도 표시부(도시하지 않음)가 제공되어 챔버 본체(105) 내부의 프로세스 온도를 모니터링할 수 있게 할 수도 있다. 일 예에서, 온도 표시부가 열전쌍(도시하지 않음)일 수 있으며, 그 열전쌍은 기판 지지부(110)의 표면에서의 온도 (또는 기판 지지부(110)에 의해 지지되는 기판의 표면에서의 온도)와 관련된 데이터를 제공하도록 위치될 수 있다.
기판 지지부 모션 조립체(124)는, 화살표(131, 132)로 표시한 바와 같이, 기판 지지부(110)를 수직방향을 따라 상하로, 그리고 회전방향으로 이동시킨다. 회전 승강 조립체(150)의 수직 운동은 기판을 챔버 본체(105) 내외로 이송하는 것과 기판을 프로세스 체적부(108)내에 정위치시키는 것(positioning)을 용이하게 한다.
예를 들어, 로봇 이송 기구(도시하지 않음)에 의해, 기판이 챔버 본체(105)의 벽(102)에 형성된 포트(122)를 통해 기판 지지부(110)상에 통상적으로 위치될 수 있다. 기판 지지부 모션 조립체(124)는 기판 지지부(110)의 지지 표면이 포트(122) 보다 낮아지도록 기판 지지부(110)를 하강시킨다. 이송 기구가 포트(122)를 통해 기판을 삽입하여 기판 지지부(110) 위쪽에 위치시킨다. 이어서, 반응기(100)의 베이스(104)에 대해 이동가능하게 결합되는 접촉 승강 플레이트(118)를 상승시킴으로써, 기판 지지부(110)내의 승강 핀(114)이 상승된다. 승강 핀(114)은 기판을 이송 기구로부터 상승시키고, 이어서 상기 이송 기구가 회수된다. 이어서, 접촉 승강 플레이트(118) 및 승강 핀(114)이 하강되어 기판을 기판 지지부(110)상에 위치시킨다.
기판이 로딩되고 이송 기구가 후퇴되면, 포트(122)가 실링되고, 기판 지지부 모션 조립체(124)가 기판 지지부(110)를 프로세싱 위치로 상승시킨다. 하나의 예시적인 실시예에서, 웨이퍼 기판이 샤워헤드(120)로부터 짧은 거리(예를 들어, 400-900 mils)에 있을 때 진행이 정지된다. 상기 단계들을 반대로 실시하여 기판을 챔버로부터 제거할 수 있을 것이다.
회전 승강 조립체(150)의 회전 운동은, 프로세싱 중에 기판상에서의 불균질한 온도 분포를 매끄럽게(smoothing), 또는 보다 균일하게 만들 수 있으며, 이하에서 설명하는 바와 같이 여러 가지 다른 프로세싱 이점을 제공한다.
도 2는 회전 승강 조립체(150)의 일 실시예의 단순화된 단면을 도시한다. 일 실시예에서, 회전 승강 조립체(150)는 반응기(100)의 베이스(104) 아래쪽에 배치된 지지부(202)에 이동가능하게 결합되는 프레임(204)을 포함한다. 프레임(204)은 선형 베어링 등과 같은 적합한 수단에 의해 지지부(202)에 이동가능하게 결합될 수 있다. 프레임은 샤프트(112)를 통해 기판 지지부(110)를 지지하며, 상기 샤프트는 반응기(100)의 베이스(104)내의 개구부를 통해 연장한다.
승강 기구(206)가 프레임(204)에 결합되고 지지부(202)내에서 프레임(204)을 이동시키며, 그에 따라 반응기(100)내에서 기판 지지부(110)의 상승 및 하강 운동 범위를 제공한다. 승강 기구(206)는 기판 지지부(110)에 대한 희망 운동 범위를 제공하기 위한 스텝퍼 모터 또는 다른 적합한 기구일 수 있다.
프레임(204)은 샤프트(112) 및 기판 지지부(110)와 동축적으로 정렬되는 모터(208)를 지지하는 하우징(230)을 추가로 포함한다. 모터(208)는 상기 모터(208)의 샤프트(209)에 결합된 로터(210)를 통해 기판 지지부(110)로 회전 운동을 제공한다. 냉각수, 전력, 열전쌍 신호, 등이 모터(208)를 통해 동축적으로 통과할 수 있도록 허용하기 위해, 샤프트(209)가 중공형일 수 있다. 드라이브(232)가 결합되어 모터(208)에 대한 제어를 제공할 수 있다.
통상적으로, 모터(208)는 분당 약 0 내지 약 60 회전(rpm)의 범위내에서 작동되고 약 1 퍼센트의 안정상태 회전 속도 변동 값을 갖는다. 일 실시예에서, 모터(208)는 약 1 내지 약 15 rpm으로 회전된다. 모터(208)는 정확하게 회전 제어되고 약 1도 이내로 인덱스(index)될 수 있다. 그러한 회전 제어로 인해, 프로세싱 중에 기판을 배향시키는데 사용되는 기판상에 형성된 노치 또는 기판의 평평한 부분과 같은 피쳐가 정렬될 수 있다. 또한, 그러한 회전 제어는 반응기(100) 내부의 고정 좌표에 대한 기판의 임의 지점의 정위치(position) 상태를 알 수 있게 허용한다.
기판 지지부(110)는 샤프트(112) 및 로터(210)를 통해 모터(208)에 의해 지지되며, 모터(208)의 베어링이 기판 지지부(110)를 지지하고 정렬한다. 기판 지지부(110)가 모터(208)에 장착되고 그 모터(208)에 의해 지지됨에 따라, 부품의 개체수가 최소화될 수 있고 다수의 베어링 세트들 사이의 정렬 및 결합 문제가 감소되거나 해소될 수 있다. 그 대신에, 기판 지지부(110)를 회전시키기 위한 기어, 벨트, 풀리 등을 이용하여, 모터(208)를 기판 지지부(110)로부터 오프셋(offset)시킬 수도 있다.
선택적으로, 광학 센서와 같은 센서(도시하지 않음)를 제공하여, 승강 핀(114)이 승강 플레이트(118)(도 1에 도시됨)와 결합되었을 때 기판 지지부(110)가 회전하는 것을 방지한다. 예를 들어, 광학 센서가 회전 승강 조립체(150)의 외부에 배치되고 그 조립체가 소정 높이(예를 들어, 상승된 프로세싱 위치 또는 하강된 기판 이송 위치)에 있을 때를 감지하도록 구성될 수 있다.
통상적으로, 로터(210)는 마찰 및 마모를 줄여 회전을 용이하게 하며 프로세스에 견딜 수 있는(compatible) 내식성 물질을 포함하며, 그러한 물질의 예를 들면 경화된 스테인리스 스틸, 양극처리된 알루미늄, 세라믹 등이 있다. 로터(210)는 추가로 폴리싱될 수 있다. 일 실시예에서, 로터(210)는 가공되고, 연마되며, 경화되고, 폴리싱된 174PH 스틸을 포함한다. 샤프트(112)와 로터(210) 사이의 경계에서의 안착(seating) 표면들은 통상적으로 연마(ground)되어 로터(210)와 모터(208)의 중심 축선에 대해 기판 지지부(110)가 적절하게 정렬될 수 있게 한다.
기판 지지부(110)의 정렬은 정밀한 가공에 의해 달성될 수 있을 것이다. 대안적으로, 또는 정밀 가공과 조합하여, 잭 볼트(jack bolt)와 같은 조정 기구를 이용하여 기판 지지부(110)의 정렬을 도울 수 있다. 그러한 정렬은 모터(208) 및 기판 지지부(110)의 중심 축선들이 평행하도록 보장하며, 그에 따라 기판 지지부(110)의 회전 요동(wobble)을 감소시킨다. 일 실시예에서, 기판 지지부(110)는 약 0.002 내지 약 0.003 인치의 표면 런-아웃(run-out)을 가진다. 일 실시예에서, 기판 지지부(110)는 200 mm 직경의 지지부 표면에 걸쳐 약 0.005 인치 미만의 높이 편차를 가진다. 양호한 베어링을 가지는 고품질 모터(208)를 이용하면, 기판 지지부 요동을 더욱 줄일 수 있을 것이다.
기판 지지부(110)의 샤프트(112)는 피닝(pinning), 볼팅, 스크류잉(screwing), 용접, 블레이징, 등과 같은 적합한 수단에 의해 로터(210)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 필요한 때에 기판 지지부(110)를 신속하고 용이하게 분리 및 교체할 수 있도록, 샤프트(112)가 로터(210)에 분리가능하게 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 핀(304)(단순명료함을 위해 도 3에는 하나만을 도시함)이 샤프트(112)의 베이스(104)로부터 연장된다. 핀(304)이 개구부(301)내로 연장하는 상태에서 샤프트가 로터(210)상으로 (화살표(318)를 따라서) 하강될 수 있도록 각 핀(304)에 대응하는 위치에서, 개구부(310)가 로터(210)의 본체(308)내에 형성된다.
회전가능한 샤프트(312)가 개구부(310)내로 부분적으로 연장한다. 노치(316)가 개구부(310)의 내측 벽과 정렬될 수 있는 위치에서, 노치(316)가 샤프트(312)내에 형성된다. 그렇게 정렬되었을 때, 핀(304)은 샤프트(312)에 의해 막히지 않은 개구부(310)내로 연장할 것이다. 완전히 삽입되었을 때, 핀(304)에 형성된 노치(316)는 샤프트(312)와 정렬된다. 이어서, 샤프트(312)는 화살표(320)로 표시된 방향으로 회전될 수 있으며, 그에 따라 샤프트(312)의 본체가 핀(304)의 노치(316)내로 이동된다. 샤프트(312)의 회전시에, 샤프트(312)의 본체가 샤프트(112)를 정위치에 록킹(lock)한다. 샤프트(312)는 핀(304)의 노치(316)에 대해 편심적이 되며, 그에 따라 샤프트(312)의 회전시에 핀(304)이 용이하게 결합되게 한다. 그 대신에, 또는 그와 조합하여, 샤프트(312)가 샤프트(312)가 회전될 때 핀(304)과 결합되는 캠(도시 하지 않음)을 구비할 수 있다. 샤프트(312)의 회전을 용이하게 하기 위해, 샤프트(312)의 외측 단부가 6각형(hex) 헤드(314)와 같은 피쳐를 구비할 수 있다. 공구를 이용하여 샤프트(312)를 보다 용이하게 회전시킬 수 있도록, 육각형 헤드(314)가 배치된다.
도 2를 참조하면, 반응기(100) 내부의 프로세스 체적부(108)와 반응기(100) 외부의 분위기 사이의 압력차를 유지하기 위해, 시일 블록(212)이 로터(210)를 둘러싸고 그 사이에 시일을 형성한다. 또한, 벨로우즈(216)가 베이스(104)와 시일 블록(212) 사이에 결합된다. 장착 플레이트(214)가 선택적으로 시일 블록(212)의 상부에 제공되어 샤프트(112)의 베이스가 로터(210)와 정렬되는 것을 보조할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 벨로우즈(216)는 시일 블록(212)의 상부에 배치된 장착 플레이트(214)에 결합된다.
시일 블록(212)은 시일 블록(212)과 로터(210) 사이의 경계에 제공되는 하나 이상의 시일(228), 예를 들어, 립(lip) 시일을 포함할 수 있다. 통상적으로, 시일(228)은 내마모성을 가지며 폴리에틸렌 또는 프로세스에 견딜 수 있는 다른 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 시일이 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 형성된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 3개의 시일(228)이 시일 블록(212)과 로터(210) 사이에 배치된다. 시일 블록(212)을 로터(210)와 동축적으로 제조하는 것을 돕기 위해, 시일 블록(212)이 설치 중에 부유(float)되게 할 수 있으며, 그에 따라 시일(228)의 압력에 의해 중심에 배치될 수 있게 된다. 이어서, 설치 프로세스가 완료되면, 시일 블록(212)이 볼트체결, 클램핑, 또는 기타의 방법으로 고정된다.
하나 이상의 홈 또는 채널(226)이 시일 블록(212)과 로터(210) 사이의 경계를 따라 추가로 제공될 수 있다. 채널(226)은 시일 블록(212)과 로터(210) 중 하나 또는 양자에 형성될 수 있고 라인(225)을 통해 펌프(224)로 연결된다. 펌프(224)가 채널(226)내의 압력을 적절한 범위내로 계속적으로 유지하여, 반응기(100) 내부의 프로세스 체적부(108)와 반응기(100) 외부의 분위기 사이에 시일이 유지되게 한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 두 개의 채널(226)이 3개의 시일(228) 사이의 공간내에 배치되고 2개의 라인(225)에 의해 펌프(224)에 결합된다.
하나 이상의 도관(242)이 중공 샤프트(112)내에 배치되어 필요한 설비를 기판 지지부(110)에 결합시킨다. 예를 들어, 도관(242)이 히터(136), 열전쌍, 및 기판 지지부로의 다른 전기 연결부를 위한 전력을 제공하기 위한 전기 배선을 포함할 수 있을 것이다. 배선을 차폐하고 보호가 위해, 각 도관은 세라믹과 같은 절연 물질로 제조될 수 있을 것이다. 또한, 각 전기 연결부에 대해 각각 하나의 도관(242)을 사용하여, 각 배선을 격리시킬 수도 있을 것이다. 다른 도관(도시 하지 않음)이 기판 지지부(110)를 위해 사용될 수 있는 냉각 가스 또는 유체를 제공할 수도 있을 것이다. 슬립 링(234)을 제공하여, 전기 공급부(240)로부터 기판 지지부(110)로 전기를 연결시킨다.
로터리 유니언(236)이 냉매 공급부 및 복귀부(238)에 결합되어, 로터(210), 샤프트(112)의 베이스, 및/또는 히터(136)의 냉각에 사용하기 위한 냉매를 회전 승강 조립체(150)로 제공할 수 있다. 그 대신에, 또는 그와 조합하여, 로터(210)가 로터(210)의 복사 냉각을 돕는 공냉식 핀(fin)(도시 하지 않음)을 추가로 구비할 수 있다. 공냉식 핀이 이용되는 실시예에서, 냉각 핀에 걸친 공기 유동을 증대시키기 위해, 팬(도시 하지 않음)이 추가적으로 이용될 수 있다. 회전 승강 조립체(150)를 구비하는 반응기(100) 또는 다른 프로세싱 챔버와 함께 조합하여 다른 냉각 기구를 이용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 팬(도시 하지 않음)이 반응기(100)의 외부에 제공되어 공기를 순환시키고 벨로우즈(216)를 냉각시킬 수 있을 것이다.
비록, 제한 없이, 기판을 회전시키는 방법에 슬립 링(234) 및 로터리 유니언(236) 또는 그 균등물이 필요하지만, 모터(208)에 의해 제공되는 회전 운동이 단일 방향으로 계속적으로 회전하는 것이 아니라 왕복될 수 있는 것이 고려된다. 그와 같은 경우에, 만약 왕복 운동만이 요구된다면, 슬립 링(234) 및 로터리 유니언(236)이 선택적인 것으로 간주된다. 그러한 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 및 냉각 설비들이 가요성(flexible) 도관(도시 하지 않음)에 의해서 그리고 슬립 링(234) 및 로터리 유니언(236)을 통해서 제공될 수 있을 것이다.
퍼지 가스 공급 라인(225)이 퍼지 가스 공급부(220)에 결합되어, 질소 또는 다른 프로세스-불활성 가스와 같은 퍼지 가스를 벨로우즈(216)와 샤프트(112) 사이에 배치된 반응기(100)의 내부 체적부(218)로 제공한다. 내부 체적부(218)내의 퍼지 가스는 반응기(100)내로 도입된 물질이 벨로우즈(216) 및/또는 샤프트(112)의 내측부에 증착되는 것을 방지한다. 선택적으로, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급부(220)로부터 공급 라인(223)을 통해 채널(226)로 공급될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 제어부(130)가 챔버 본체(105)에 결합되어 챔버 압력을 나타내는 신호를 센서로부터 수신한다. 제어부(130)는 또한, 프로세스 체적부(108)로의 가스 또는 가스들의 유동을 제어하기 위해 가스 패널(128)에 결합될 수 있을 것이다. 제어부(130)는 압력 조정기 또는 조정기들과 협력하여 프로세스 체적부(108)내의 압력을 원하는 압력으로 유지 또는 조정할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 기판 지지부(110)의 온도를 제어할 수 있고, 그에 따라 그 위에 배치된 기판의 온도를 제어할 수 있다. 제어부는 또한 회전 승강 조립체(150)에 결합되어 프로세싱 중에 그 회전 승강 조립체(150)의 회전을 제어할 수 있다. 본 발명에 따라 기판상에 물질 층을 형성하기 위해서, 챔버내의 압력 및 가스 유동 그리고 기판 지지부(110)의 온도를 앞서 설명한 파라미터들 이내로 제어하기 위해, 제어부(130)는 컴퓨터 판독 포맷의 명령어들을 포함하는 메모리를 포함한다.
동작 중에, 프로세싱 챔버의 고유한 유동 불균일성 및 온도 충격을 최소화하도록 회전 승강 조립체가 채용될 수 있다. 예를 들어, 회전 승강 조립체(150)의 이용에 의해 유동 및 온도 불균일성에 미치는 완화(smoothing) 효과에 의해서, 가공(machining) 및 물질 공차 또는 여러 부품의 설치 정밀도와 같은 설치 공차 및 하드웨어 제조에 기인하는 충격(impact)이 감소될 수 있을 것이다. 회전은 이러한 불균일들을 시간-평균화(time-averages) 시키는 기판 분위기를 생성하며, 이는 기판에 걸친 보다 균일한 필름 두께를 초래한다. 필름 두께 균일도 개선사항은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 위쪽에 배치된 가스 유동 유입구를 가지는 챔버에, 그리고 기판 직경에 평행한 또는 교차하는 유동을 제공하도록 정렬된 가스 유동 유입구를 가지는 프로세스 챔버에 적용된다.
예를 들어, 도 4는 퍼센티지로 표시된 필름 두께 불균일도(축선 402) 대 프로세싱 조건을 나타내는 번호(축선 404)로 구성된 그래프(400)를 도시한다. 이러한 차트에 대한 데이터는, 도 1 및 도 2와 관련하여 전수한 것과 유사한 CVD 챔버내에서, 실란(SiH4) 및 암모니아(NH3)를 이용하여 300 mm 베어(bare) 실리콘 기판상에 실리콘 질화물 필름을 증착함으로써 얻어졌다. 데이터 지점(406)은 회전 없이 처리된 기판을 나타낸다. 데이터 지점(408)은 기판을 회전시키면서 프로세싱한 기판을 나타낸다. 데이터 지점(408)은, 측정된 모든 프로세싱 조건에서(예를 들어, 축선(404)를 따라), 데이터 지점(406)에 비해서, 기판을 회전시키면서 프로세싱된 기판의 낮은 불균일도 퍼센티지를 보여준다.
다른 예로서, 도 5는 축선(504)을 따라 연속적으로 번호가 부여된 회전되면서 또는 회전되지 않으면서 프로세싱된 몇 개의 기판에 대해서, 퍼센티지로 표시된 필름 두께 불균일도(축선 502)를 나타낸 그래프(400)를 도시한다. 이러한 차트에 대한 데이터는, 도 1 및 도 2와 관련하여 전수한 것과 유사한 CVD 챔버내에서, 비스(터트-부틸아미노)실란(BTBAS) 및 암모니아(NH3)를 이용하여 300 mm 베어(bare) 실리콘 기판상에 실리콘 질화물 필름을 증착함으로써 얻어졌다. 데이터 지점(506)은 회전 없이 처리된 기판을 나타낸다. 데이터 지점(508)은 기판을 회전시키면서 프로세싱한 기판을 나타낸다. 데이터 지점(508)은, 회전 없이 프로세싱된 기판(예를 들어, 데이터 지점(506))에 비교하여, 기판을 회전시키는 것이 보다 개선시킨다는 것, 즉 필름 두께 불균일도 퍼센티지를 보다 낮춘다는 것을 보여준다.
다른 예로서, 도 6a 및 도 6b는 정지된 기판과 회전되는 기판 각각에 증착된 필름에 대한 기판 표면에 걸친 두께 변화를 나타낸다. 기판을 회전시키면서 프로세싱된 기판에 대응하는 도 6b의 플롯(620)에 비교할 때, 도 6a에 도시된 플롯(610)은 회전 없이 프로세싱한 기판에 대한 기판 표면에 걸친 필름 두께 변화가 보다 크다는 것을 보여 준다.
회전 승강 조립체(150)의 다른 이점은, 기판의 회전에 의해 유동 증가가 이루어질 수 있다는 것이며, 이는 기판상의 입자 오염을 추가적으로 감소시킨다. 또한, 회전 승강 조립체(150)에 의한 기판의 회전에 의해 생성된 추가적인 유동 성분때문에, 보다 낮은 총 유량을 이용할 수 있게 되며, 그에 따라 프로세스 챔버내에서 비교적 균일한 유동 또는 균일한 유동을 유지하기 위해 반응제 가스에 첨가되는 불활성 가스 및 기타 희석제를 줄일 수 있게 된다. 반응기(100)의 프로세스 체적부(108)내의 반응제 종의 보다 높은 농도로 인해, 희석제 가스의 감소는, 바람직하게, 증착 속도를 높인다.
전술한 회전 승강 조립체(150)의 이용 방법의 예를 이하에서 설명한다. 일 실시예에서, 특정 프로세스 사이클을 통해, 기판이 360도 곱하기 정수(in a whole number multiple)(360도 포함)로 회전된다. 그 대신에, 기판이 특정 프로세스 사이클의 프로세스 램프-업(ramp-up) 부분, 정상-상태 부분, 및/또는 램프-다운 부분 중 하나 이상을 통해서 360도 곱하기 정수 만큼 회전될 수 있다.
다른 실시예에서, 물질의 시드(seed) 층을 균일하게 증착하기 위해, 기판 지지부(110)상에서 지지되는 기판을 특정 프로세스 중에 회전시킬 수 있다. 시드 층의 증착에 이어서, 기판 지지부(110)를 회전시키면서 또는 회전시키지 않으면서 시드 층에 걸쳐 벌크 증착을 실시한다.
각 프로세스 사이클내에서 원하는 증착 프로파일을 얻기 위해 회전 승강 조립체(150)상에 지지되는 기판의 회전이 다수 프로세스 사이클의 경로에 걸쳐서 제어될 수 있도록, 적절한 프로파일링 장비를 이용하여 기판을 모니터링할 수 있다. 전체 증착 두께 프로파일이 원하는 프로파일(예를 들어, 평평한 프로파일)과 같아지도록, 각 후속 증착 사이클에 맞춰 증착 프로파일을 모니터링하고 적절히 조정할 수 있을 것이다.
또한, 회전 승강 조립체(150)의 회전 속도가 기판의 프로세싱 중에 측정 또는 모니터링되는 특정 변수들에 따라서 변화될 수 있을 것이다. 예를 들어, 온도나 압력과 같이 증착 속도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는 프로세스 변수들, 또는 측정되거나 계산된 증착 속도를 이용하여 프로세싱 중에 기판 지지부(110)에 의해 지지되는 기판의 회전 속도를 제어할 수 있을 것이다. 예를 들어, 느린 증착 속도 기간 동안에는 기판이 느리게 회전될 수 있을 것이고, 빠른 증착 속도 기간 동안에는 보다 빠른 속도로 회전될 수 있을 것이다.
또한, 회전 승강 조립체(150)에 의해 지지되는 기판은, 균일하게 회전되지 않고, 프로세싱 중에 점진적으로 인덱싱(incrementally indexed)될 수 있을 것이다. 예를 들어, 특정 기간 동안에 기판을 하나의 위치에서 프로세스할 수 있고, 이어서 후속 기간 동안에는 기판을 새로운 위치로 인덱싱할 수 있을 것이다. 예를 들어, 기판을 제 1 기간 동안에 제 1 배향으로 유지하고, 제 2 기간 동안에 제 2 배향으로 180도 회전시켜 프로세싱할 수 있을 것이다.
챔버로부터 제거할 수 있도록 기판을 정렬하기 위해, 기판을 다시 인덱싱할 수 있을 것이다. 기판상에서 탐지된 프로세스 불균일성 또는 결함을 반응기(100)의 특정 영역에 관련시킬 수 있도록, 인덱싱 능력을 이용하여 챔버내에서의 기판 배향에 관한 데이터를 확보할 수 있을 것이다.
전술한 방법 및 장치가 저온 화학기상증착과 관련된 것이지만, 다른 챔버 및 다른 박막-필름 증착 프로세스들도 회전 기판 지지부(150)를 유리하게 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 회전 승강 조립체를 이용하여 원자층증착(ALD) 프로세스에서 두께 균일성을 개선할 수 있을 것이며, 그러한 원자층증착에서는 사이클마다 하나의 원자 층으로 필름을 증착하기 위해서 가스 전구체들을 각각 펄스화할 수 있을 것이다. 그 대신에, 회전 승강 조립체를 이용하여, 화학적 반응 반응성을 높이기 위해 자외선(UV) 광 또는 플라즈마를 각각 이용하는 자외선(UV) 광- 또는 플라즈마-열 증착 프로세스에서 필름 두께 균일성을 개선할 수 있을 것이다.
이상의 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 기본 범위내에서도 본 발명의 다른 추가적인 실시예들을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 그러한 범위는 특허청구범위에 의해서 결정될 것이다.

Claims (15)

  1. 기상증착챔버;
    상기 기상증착챔버 내에 배치된 회전 기판 지지부;
    상기 회전 기판 지지부에 결합된 히터;
    상기 기상증착챔버에 연결된 벨로우즈;
    상기 회전 기판 지지부를 상승 및 하강시키는 제 1 모터;
    상기 회전 기판 지지부를 회전시키는 제 2 모터; 그리고
    상기 회전 기판 지지부를 상기 벨로우즈에 연결하는 시일 블록을 포함하고
    상기 시일 블록은 채널 및 시일을 포함하는
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벨로우즈는 상기 시일 블록과 접촉하는 장착 플레이트를 구비하는
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 모터를 둘러싸는 하우징을 구비하는 프레임을 더 포함하는
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 모터가 상기 프레임에 결합되는
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 기판 지지부에 결합된 로터리 유니언을 더 포함하는
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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