KR0160287B1 - 집적회로 처리를 위한 반응 가스 본사 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음
Description
제1도는 본 발명에 따른 분사장치를 포함한 에피택셜 반응로의 개략적인 정면도.
제2도는 증착 불균형이 생기는 방향을 본 발명에 따라 서로 구분하기 위해서 부호가 표시되어 있는, 제1도 에피택셜 반응로내에 지지된 3개의 웨이퍼의 확대 단면도.
제3도는 제1도 에피택셜 반응로내에 포함된 분사 장치의 개략적인 단면도 및 블록선도.
제4도는 제3도 분사 장치에 포함되어 있는 보호판의 사시도.
제5도는 부분 단면으로 도시된, 제3도 분사 장치내의 노즐 장치의 확대 부분 평면도.
제6도는 제5도 노즐 장치의 작동기의 부분 정면도, 그리고
제7도는 제5도 노즐 장치의 보올 조인트의 개략적인 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
91-99 : 웨이퍼 100 : 반응로
102 : 반응 용기 104 : 반응 챔버
106 : 서셉터(susceptor) 112 : 전자 장치
116 : 가스 링 118 : 밀봉판
120 : 보호판 132 : 회전 어셈블리
134 : 현수 장치 138 : 기판
310,320 : 노즐 장치 311,321 : 가스젯트
312,322,344 :도관 313,323 : 수축부
340 : 운반 가스 소오스 342 :제 1자동 유량제어기
346 : 보조 자동 유량제어기 348 : 처리 가스 소오스
350 : 단붙이(ridges) 408 : 탭
410 : 외면 411,412 : 슬롯
420,422 : 대각선 502 : 노즐
504 : 유입관 506 : 보올
508 : 배출관 610 :조동 작동기
612 : 조동판 614 : 미동 작동기
616 : 미동판 722 : 노즐 하우징
724, 726 : 링 728 : 잠금 너트
본 발명은 반도체 처리 방법에 관한 것이며, 특히 에피택셜 증착에 사용되는 열중성자 반응로 및 이와 유사한 조건에서의 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 주 목적은, 반응로에 대한 개선된 가스 분사를 제공하여서 에피택셜 증착 균일성(uniformity)을 향상시키는 것이다.
최근의 기술적인 진보는 대부분이 저렴한 가격으로 보다 큰 기능상의 밀집도를 가지는 소형 집적 회로에 관련된 것이다. 반도체 처리 기술은, 한편으로는 반도체 웨이퍼상에 만들어지는 보다 소형화된 형상이 허용됨으로써 그 기능이 향상되었으며, 보다 큰 웨이퍼를 취급할 수 있는 장치들을 개발함으로써 다른 한편으로 그 기능이 향상되어서, 함께 제조될 수 있는 회로의 수가 증가하였다. 소형화된 형상을 제조하는 데는, 증착될 얇은 층, 및 이에 필요한 보다 엄격한 허용오차가 지켜져야 할 필요가 있다. 이와같은 엄격한 허용오차는 웨이퍼를 가로지르는 증착 균일성을 향상시킨다. 보다 큰 웨이퍼가 사용되기 때문에, 보다 큰 균일성이 넓은 전체의 지역에 걸쳐서 얻어져야만 한다.
에피택셜 증착은 기판상의 단일 결정 구조의 증착이며, 그러한 층의 결정 구조는 기판의 결정 구조의 연장이다. 에피택셜 증착은, 양극성 집적 회로, 및 높은 개폐속도와 파괴 접압과 전류 사용 능력이 있는 다른 장치들의 제조를 가능케해 준다. 통상적으로, 실리콘 에피택셜 증착은 실리콘 기판에 증착되지만, 다른 기판 재료가 사용될 수도 있으며, 에피택셜 층이 기판과 같은 재료일 필요는 없다.
에피택셜 증착은, 고온 및 주위보다 낮은 압력으로 포함하여 주의깊게 제어된 상태하에서 반응가스를 보충하도록 기판을 노출시키는 단계를 포함한다. 통상적으로, 기판은 수소 탄화물 가스를 사용하여 부식되어서, 증착하기 전에 핵형성 장소를 준비한다. 그리고 나서, 실리콘 4염화물(SiCl4)의 수소 환원, 또는 실란(SiH4)의 열분해를 이용하여서, 실리콘 에피택셜 층이 증착될 수 있다. 혼하지는 않지만, 예를들어서 3염화실란(SiHCl3), 2염화실란(SiHCl2)같은 다른 반응가스들이 사용되기도 한다. 현재까지는 상기한 에피택셜 증착 기술이, 스퍼터링이나 증발 기술을 사용해서 얻어진 것 보다는 더 품질 좋은 에피택셜 층을 제조하였다.
에피택셜 증착에는 일반적으로 3가지 형태의 열 중성자 반응로가 사용되는데, 즉 수직형 원자로, 수평형 원자로, 및 배럴형 원자로(barrel reactor)이다. 수직형 원자로에서는, 반응가스들이 바닥부분을 통해서 수직방향으로 벨 단지 모양의 챔버로 유입되며 소모된 가스들이 배출된다. 가스들은 챔버내에서 선회하여서, 수평으로 향해진 원판형 서셉터(susceptor)에 의해 지지된 웨이퍼들과 표면에서 반응한다. 수직형 반응로 및 다른 형태의 반응로에도 있는 서셉터는, 반응 챔버 외부에 있는 소오스로 부터의 에너지를 웨이퍼에서의 소망하는 증착 반응을 촉진시키는데 필요한 열로 변환시키는 역할을 한다. 서셉터는, 서셉터에서의 일정한 온도를 유지시키고 챔버 전체에 반응 가스들을 분산시키도록 회전한다.
수평형 원자로에서는, 반응 가스가 수평으로 연장한 튜브의 일단부에서 유입되며 타단부에서 배출된다. 회전식 서셉터 및 비회전식 서셉터가 모두 사용될 수 있다. 사용되는 가스가 각각의 웨이퍼 위치에 따라서 유입될 수 있도록, 서셉터가 수평선에 대해서 약간 경사지게 배치될 수도 있다.
배럴형 반응로는 수평형 및 수직형 모두의 특징을 결합한 것이다. 수직축에 대해서 약간 경사진 면을 가지는 서셉터가 벨단지형 챔버내에서 회전한다. 웨이퍼는 수직한 배열로 각각의 서셉터 표면상에 놓여져 있으며, 챔버의 윗쪽에서 유입되는 반응 가스는 웨이퍼를 지나서 아랫쪽으로 흐르며, 챔버의 아랫쪽에서 배출된다. 배럴형 반응로는, 한 번에 많은 웨이퍼들상에서 정확한 증착을 제공하기 때문에 대체로 바람직하다. 많은 웨이퍼 처리능력의 잇점에 더하여, 각각의 웨이퍼를 가로지르는 균일성 뿐만 아니라 웨이퍼와 웨이퍼 사이의 증착 균일성을 제공하려는 시도가 이루어진다.
배럴형 반응로에서의 증착 균일성은 반응가스 유동 패턴에 매우 민감하여, 반응 가스 유동 패턴은 가스가 챔버안으로 유입되는 방식에 따라서 좌우된다. 배럴형 반응로에 대한 가스 분사의 한 방법에서, 한 쌍의 노즐이 챔버의 윗면 근처에 배치되며, 챔버를 수직 방향으로 양분하는 평면에 대해서 대칭을 이룬다. 노즐은 각각의 가스젯트들이 충돌하도록 향해져 있으며, 수직하게 지지된 웨이퍼들과 챔버를 지나서 주로 아랫쪽으로 향하는 혼합 가스 유동이 된다.
웨이퍼에서의 챔버 가스 유동이 가스 젯트의 충돌로 인하여 발생하기 때문에, 가스 젯트의 균형 및 방향에 대한 정확한 제어는 증착 균일성에 결정적이다. 한쪽의 젯트가 강하면 가스 유등에 대한 측면 혹은 선회 성븐이 발생하며 증착 균일성을 해친다. 노즐이 대칭되게 향해 있지 않으면 유사한 문제가 생긴다. 젯트가 균형을 이루고 있으며 노즐이 대칭을 이루고 있으면, 증착 균일성을 제공하기 위해서는 노즐의 정확한 방향에 대하여 주의를 기울여야 한다. 그러므로, 노즐의 높이 및 방위각 방향의 위치가 결정되어야 한다. 올바른 노즐의 방향은 가스 유황 열적 조건, 및 소정의 증착 반응에 대한 반응 속도 등에 따라서 변할 수 있다.
예시적인 배럴형 반응로에서, 각각의 노즐은 보올 조인트의 역할을 하는 구면 요소로부터 뻗은 튜브를 포함한다. 평상시의 작동중에 보올 조인트는 금속링과 노즐에 대한 관형 하우징 앞벽과의 사이에 고정되어 있다. 금속링은 셋트 스크루에 의해 제자리에 보유되며, 셋트 스크루가 풀어져서 노즐의 방향을 조절 할 수 있다. 보호판의 목표 교차점 부근에 카티이션 그리드(cartesian grid)를 삽입하여 평면을 양분시킴으로써 적절한 정렬이 이루어질 수 있다. 니들(needle)이 각각의 노즐안으로 삽입될 수 있으며, 니들의 말단이 그리드상의 소정 지점에 정렬 될 수 있다. 소망 방향이 얻어진 후에 셋트 스크루가 조여지며 니들이 제거된다. 이러한 절차가 다른 노즐에 대해서도 반복된다. 노즐들은 유사한 도관 및 밸브를 통해서 공동의 가스 소오스에 연결된다. 소망하는 젯트유동 균형을 얻기 위해서 밸브가 조절될 수 있다.
예시적인 배럴형 반응로가 상업적인 관점 및 기술적인 관점에서 매우 성공적이기는 하지만, 진보적인 기술 및 시장 수요에 따라서 갖추어져야 할 엄격한 허용 오차를 수용하기에는 개선이 필요하다. 상기한 노즐 정렬 방법은, 예를 들어서 반응 챔버에 연결된 가스라인을 제거시키는 경우와 같이, 일반적으로 분해 작업이 수행되어야 할 필요가 있기 때문에 다소 불편하고 바람직하지 못하다. 반응 변수에 있어서의 변화는, 각각의 노즐과 밸브에 대한 분해 및, 특히 조정이 필요하며, 각각의 노즐과 밸브에 대한 조정은 다시 다른 밸브 또는 노즐에 대한 조정을 필요로 하기 때문에, 조정 장치가 복잡하다. 그러므로, 올바른 노즐 방향 및 밸브 위치를 결정하는 것은 시간이 많이 걸린다. 마지막으로, 적절한 젯트 강도와 노즐 방향이 얻어진 경우라해도, 소망하는 크기의 증착 균일성을 얻는데 여전히 문제점이 생긴다.
개개의 웨이퍼 증착 균일성 및 웨이퍼들 간의 증착 균일성 양자를 모두 향상시키는 반응 가스 유등을 제공할 수 있는, 배럴형 에피택셜 반응로에 대한 가스 분사 장치가 요구된다, 바람직하게, 그러한 장치는 보다 편리함과, 정확한 노즐 방향 정렬, 및 가스 젯트 유량 조절을 제공할 것이다.
본 발명은 반도체 처리용 반응로에 대한 가스 본사에 있어서 일련의 개선을 제공한다. 본 발명은, 보호 수단 상에 있는 단붙이 혹은 다른 수단을 사용하여서 선회운등 및 측방향가스 유등 성분을 제한하며, 저 마찰 체결구를 사용하여 노즐 방향의 보다 편리한 조정을 제공하며, 미등 및 조동(coarse and fine) 대각선의 노즐 조정 작동기를 사용함으로써 노즐 방향을 보다 빠르고 정밀하게 선택하게 되며, 미등 균형 유등과 혼합된 불균형 미등 가스 유등을 사용함으로써 젯트 유량이 편리하고 정밀하게 균형을 이루게 한다.
배럴형 에피택셜 반응로에 있어서, 가스 젯트가 충돌하는 지역 부근에서 보호 수단상에 수직 단붙이(ridges)가 형성되어 있다. 단붙이는, 혼합 가스 유동을 수직 방향으로 안내하며, 선회작용을 일으키는 측방향 가스 유동 성분을 제한한다. 본 발명에 따르면, 선회운동을 최소화시킴으로써 이 단붙이가 웨이퍼를 가로지르는 측방향 균일성을 향상시킨다.
의도적으로 균형을 이루지 못하게 하는 가스 운반 장치를 사용함으로써, 젯트 유동은 균형을 이룬다. 한 쌍의 노즐들 각각에 대한 도관이 공동 유량 제어기를 통해서 공동가스 유동에 연결될 수 있으며, 이 공동 유량 제어기는 반응로에 대한 전체 젯트 유량을 설정하는데 이용된다. 도관들은, 예를 들어서 서로 다른 밸브를 사용하도록 설계되어 있어서, 가스가 제 2노즐로 더 많이 유동하도록 상대적으로 제1노즐 쪽으로 제한되어 있다. 제1노즐에 대한 유동은, 제1노즐을 지나는 전체 유동을 미세하게 제어하는 보조 유량 제어기를 가지는 제3도관을 통하여서 부차적인 유량이 보충된다. 그러므로, 공동 유량 제어기에 의해서 전체의 가스 유동이 정해질 수 있는 동시에, 보조 유량 제어기를 사용하여 균형이 이루어질 수 있다.
유량 제어에 대한 불균형 방법은 일반적으로 유량 및 유동 균형을 깨뜨린다. 소망하는 유량 또는 유동 균형을 얻기 위하여, 일련의 해결 방법을 필요로 하는 것 보다는 이러한 불균형 방법에 의해서, 단일 조정이 소망하는 결과, 즉 유량 변화 또는 유동 균형 변화가 더 잘 이루어질 수 있다.
또한 본 발명에 따라서, 각각의 노즐은 저마찰표면들, 예를들면 테프론(Teflon)링의 표면들 사이에 체결되어 있는 보올 조인트(ball joint)를 포함한다. 마찰력과 체결력이 서로 동일하게 선책되어서, 노즐 방향은 반응로의 작동중에 확실히 고정될수 있으며, 예를들어서 수동 작동력과 같이 웬만한 힘이 작용해도 원하는 만큼만 조절될 수 있다. 이러한 장치는, 셋트 스크루를 조이고 반응로를 분해하는 불편함이 없이도 조정이 될 수 있다. 실제로 노즐은, 도관이 밖으로 나와있는 챔버의 바깥쪽에서 제어될 수 있다.
각각의 노즐에 대한 한 쌍의 작동기를 사용함으로써 노즐의 제어가 가능하다. 한 쌍의 작동기는 2차원 이동을 얻기 위해서 사용되는 것이다. 이러한 2차원 이동이 챔버에 대한 대각선을 따라서 이루어질 수 있다. 더욱 편리한 방법은, 보호 수단상의 중앙 목표 지점을 지나는 측선 방향 분사 선에 대한 방위각 방향의 제어 및, 목표지점을 지나는 분사 평면에 대한 높이 방향의 제어를 챔버축에 수직하게 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 증착 두께의 수직 방향 변화가 노즐 방향 변화와 매우 밀접하게 상관 관계가 있으며, 노즐 방향 변화는 본사 평면 아래의 노즐 근처의 지점들로부터 분사 평면 위의 노즐과 떨어져 있는 지점들까지 뻗은 대각선을 따라서 바뀐다. 이러한 조동(粗動 coarse) 대각선을 따라서 노즐 방향을 변화시키도록 고안된 작동기가 사용되어서 증착 균일성에 대한 조동 조정을 제공한다. 조동 조정을 미세하게 제어하도록 다른 대각선을 제어하는 작동기가 사용되어서, 웨이퍼 내부의 균일성 및 웨이퍼들 간의 균일성이 함께 일치하게 해준다. 그러므로 본 발명은 미동 및 조동 균일성에 대한 각각의 분리된 작동에 의해서 보다 빠른 노즐 방향의 조정을 제공한다.
요약하면, 본 발명은 반응 챔버내의 반응 가스 유동의 감소된 선회운동, 전반적인 가스 유량 및 균형의 보다 편리한 제어, 및 보다 편리하고 빠른 노즐 방향 조정을 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 실시하는 에피택셜 반응로(100)는, 반응 챔버(104)를 형성하는 반응 용기(102)와, 서셉터(suscepeor)(106)와,테이블 윗면(110)을 포함한 케이스(108)와, 전자 장치(112)와, 리프트 어셈블리(114)와로 구성되어 있다. 웨이퍼(91-99)는 서셉터(106)의 표면에 있는 홈에 실려있다. 6개의 표면들, 및 이 표면들이 실어 나르는 웨이퍼들은 수직 방향에 대해서 약간 기울어져 있어서, 그 아랫부분 보다도 윗부분이 챔버축(115)에 더 근접해 있다. 가스는 가스 링(116)을 통해서 반응 챔버(104)안으로 유입되며, 가스링 (116)은 밀봉판(118) 및 보호판(120)으로 덮여 있다. 혼합 유동(119)이 반응 챔버(104)의 아랫쪽으로 축방향을 따라서 진행하며, 소모된 가스는 반응 챔버(104)로부터 배출플랜지(122)를 지나서 배출관로(121)를 통하여 배출된다. 다수의 적외선 램프(126) 및 반사기(reflector)(127)를 포함하고 있는 램프 장치(124)가 에너지를 제공하여 웨이퍼(91-99)와 서셉터(106)를 가열시켜서, 소망하는 에피택셜 증착 반응을 촉진시킨다.
전자 장치(112)는 전원 스위치(128) 및 액주계 눈금(manometer readout)(130)을 포함하며, 이 액주계 눈금(130)은 반응챔버(104) 안으로 탐침(probe)이 삽입되어 있는 액주계에 의해서 압력값을 나타낸다. 전자장치(112)는, 회전 어셈블리(132)를 통해 서셉터(106)에 연결되어 있는 스텝 모터(도시않됨)에 의해서 서셉터(106)의 회전을 제어한다. 또한, 전자장치(112)는 보호판(120)을 관통하여 연장하는 현수장치(134)를 통해서 뻗어 있는 라인에 의해서 서셉터(106)내에 설치된 방사능 측정기에 대한 신호 조절을 제공한다. 밀봉판(118) 및 서셉터(106)에 기계적으로 연결된 리프트 케이싱(136)상에 회전 어셈블리(132)가 장착되어 있어서, 서셉터(106)는 웨이퍼(91-99)를 적재하도록 리프트 어셈블리(114)에 의하여 반응 챔버(106) 밖으로 들어 올려질 수 있다. 반응 용기(102)는, 기판(138)에 의하여 케이스(108)에 장착되어 있다. 유압 실린더(140)가 배출 플랜지(122) 부근에 밀봉을 제공한다.
제2도에 표시된 바와같이, 웨이퍼(91)는 가장 자리 지역(A,B,C 및 D)을 포함하며, 웨이퍼(93)는 가장 자리 지역(E,F,G, 및 H)을 포함한다. 이렇게 쌍을 이룬 지역들 간의 증착 변화를 최소화함으로써 증착 균일성이 얻어진다. 지역(A와 C)간의변화 및 지역(E와 G)간의 변화는 수직 방향의 내부 웨이퍼 변화이다. 지역(B와 D)간의 변화 및 지역 (F와 H)간의 변화는 측방향의 내부 웨이퍼 변화이다. 지역(A와 G)간의 변화는 수직 방향의 웨이퍼 간의 변화이다. 지역(B와 H)간의 변화 및 지역(D와 F)간의 변화는 대각선 방향의 웨이퍼간의 변화이며, 대체로 반응 챔버(104)를 통하여 나선형으로 하강하는 가스 유동을 반영하는 것이다.
제3도에 도시된 바와같이, 가스 링(116)은 가스 젯트(311과 312)를 각각 제공하는 2개의 노즐 장치(310과 320)를 지지한다. 가스 소오스(340)가 가스젯트(311과 321)를 위한 운반 가스를 제공한다. 가스 소오스(340)의 유출은, 제1자동 유량 제어기(AFC)(342)에 의해서 일정하게 제어된다. 제1자동 유량 제어기(342)는, 제1도관(312)을 통해서 노즐 장치(310)에, 그리고 제2도관(322)을 통해서 노즐 장치(320)에 각각 연결되어있다. 제1도관(312)은 수축부(313)를 포함하고 있으며, 이수축부(313)는 제2도관(322)의 수축부(323)보다 폭이 좁다. 따라서, 제1자동 유량제어기(342)로부터 노즐 장치(310)를 지나는 가스 유량은 노즐 장치(320)를 지나는 가스 유량보다도 적다.
노즐 장치(310)를 지나는 가스 유동은, 수축부(313)를 우회하여 흐르는 동안에 가스 소오스(340)로부터 가스를 운반하는 제3도관(344)에 의해서 유량이 보충된다. 제3도관(344)을 지나는 유량은 보조 자동 유량 제어기(346)에 의해서 제어된다. 제1자동 유량 제어기(342)의 용량은 대체로 보조 자동 유량 제어기(346)의 용량 보다 크다. 그러므로, 제1자동 유량 제어기(342)는 노즐 장치(310 과 320)를 지나서 반응 챔버(104)안으로 흐르는 전체 가스 유동을 제어하는데 사용될 수 있으며, 보조 자동 유량제어기(346)는 노즐 장치(310)를 지나는 유동을 미세하게 제어 하는데 사용될 수 있어서, 가스젯트(311과 312)가 균형을 이루게 된다.
노즐 장치(310과 320)는, 가스젯트(311와 321)가서로 충돌하여서 그 측방향 유동 성분들이 대부분을 상쇄시키도록 향하여져 있다. 가스젯트(311과 321)가 균형을 이루면 그러한 상쇄 작용이 최대화되어서, 혼합 가스 유동(119)은 대체로 수직 방향이며 측방향의 유동은 비교적 작다. 그러므로 작업자는, 제1자동 유량 제어기(342)를 조절하여 반응 챔버(104)를 지나는 가스 유량을 제어할 수 있으며, 보조 자동 유량 제어기(346)를 조절하여 혼합 가스 유동(119)에서의 측방향 유동 성분을 최소화 시킬 수 있다. 처리 가스 소오스(348)는, 운반 가스에 의해서 반응 챔버(104)로 운반되는 처리 가스를 유입시킨다.
측방향 유동 성분을 최소화시키는 것은 반응 챔버(104)를 통해서 하강하는 가스의 선회작용을 감소시킨다. 선회작용은, 측방향의 내부 웨이퍼 불균일성, 즉B-D 및 F-H 불균일성, 및 B-H 불균일성 혹은 D-F 불균일성 또는 B-H,D-F 불균일성과 같은 대각선 방향의 웨이퍼 간의 불균일성을 이르킬 수가 있다.
그러나, 젯트 충돌이 모든 측방향 유동성분을 제거시키지는 못하기 때문에, 가스 젯트 유동의 균형을 잡는 것은 선회작용을 최소화시키기에 불충분하다. 혼합 가스 유동을 수직 방향으로 흐르게 하는 수직 방향 단붙이(350)를 보호판 (120)상에 제공함으로써 선회작용이 보다 최소화 될 수 있다.
보호판(120)은 대체로 후라이팬 모양이며, 제4도에 도시된 바와 같이 둘레로 수직하게 뻗은 원주방향 벽(402),상부 벽(404), 및 중앙에 수직하게 뻗은 원주방향 벽(406)을 포함하고 있다. 벽(406)은, 제1도의 현수 장치(134)가 안으로 연장할 수 있는 방사능 측정기 구멍(407)을 형성하고 있다. 벽(402)의 외면(410)에 달린 방사상으로 뻗은 탭(408)에 의해서, 보호판(120)이 제1도의 밀봉판(118)에 장착된다. 슬롯(411과 412)은 각각의 노즐 장치(310과 320)를 수용한다.
단붙이(350)는 술롯(411과 412)사이로 연장하는 벽(402)의 국선부 둘레로 약 1인치(2.54㎝) 정도의 간격을 두고 있으며, 벽(402)의 곡선부는 분사 원점(414)을 포함하고 있다. 이러한 단붙이(350)는 선회작용을 최소화시키도록 길어야 하지만, 가스젯트(311,321)의 상호작용을 방해할 정도로 길지는 않아야 한다.단붙이(350)는 벽(402)으로부터 방사상 안쪽으로 4-6㎜정도 뻗어 있다. 분사 원점(414)은 노즐 장치(310 과 320)를 정렬 시키는 기준이다. 분사 선(416)이 분사 원점(414)을 지나서 수직하게 연장하며, 보호판(120)과의 교점의 일부가 도시되어 있는 분사 평면(418)이 분사선(416)에 수직하게 분사 원점(414)을 지나면서 연장한다. 단붙이(350)는 보호판(120)에 달려 있다. 보호판(120)과 단붙이(350)는 모두가 비이드 블래스팅 처리된 백 석영으로 제조되어서 스테인레스 강으로 제조된 밀봉판(118)의 직접 방사 가열을 배제시킨다. 제3도에 도시된 가스 링(116)의 단면도는 분사 평면(418)을 따라서 취해진 것이다.
본 발명에 따르면, 에피택셜 반응기(100)에 대해서 노줄 장치의 높이를 변화시키는, 즉 노즐 장치의 목표 지점을 보호판(120)에서 본사 평면(418)에 대하여 윗쪽으로 이동시키는 것은, 제2도의 지역(G)에서의 증착 속도보다 지역(A)에서의 증착 속도를 증가시킴으로써 수직 방향의 내부 웨이퍼 균일성에 영향을 준다. 또한, 주어진 노즐 장치에 대한 각각의 슬롯으로부터 목표 지점의 방위각 방향의 위치를 증가시키는 것은 수직 방향의 내부 웨이퍼 균일성에 영향을 주는데, 즉 지역(G)에서의 증착 속도를 지역(C)에서의 증착 속도보다 증가시킨다.
본 발명은, 수직 방향 및 방위각 방향에 대한 별도의 제어 수단을 제공하기 보다는, 수직방향 및 방위각 방향에 대해서 대각선 방향을 따르는 독자적인 제어 방법을 제공한다. 대각선(402과 422)은 이러한 방향들을 나타내는 것이다. 대각선(420)은 노즐 장치(310)에 대한 조동(粗動, coarse) 대각선인데, 이를 따라서 가스젯트(311)에 대한 목표를 변화시키면 상대적으로 수직 방향 증착 속도가 최대로 변화된다. 특히, 가스젯트(311)에 대한 목표 지점을 노즐 장치(310)로부터 멀어지는 윗쪽으로 이동시키면, 지역(A)에 대한 내부 웨이퍼 증착 및 웨이퍼간의 증착이 증가한다. 그러므로, 대각선(420)을 따르는 이동은 수직 방향의 증착 속도를 크게 조절하는데 사용될 수 있다.
일단 조동 대각선(420)을 따라서 자리가 선정되고 나면, 내부 웨이퍼 증착속도 및 웨이퍼 간의 증착 속도의 균형을 조절하도록 대각선(422)을 따르는 이동이 사용될 수 있다. 예를 들어서, 대각선(422)이 아랫쪽으로 멀어지게 이동하면 내부웨이퍼 차이는 증가하며 웨이퍼 간의 차이는 감소하는데, 즉 지역(A)에서의 증착속도가 지역(C)에서의 증착속도 보다는 증가하고 지역(G)에서의 증착 속도 보다는 감소한다. 그러므로 대각선(422)을 따르는 이동은 수직 방향의 증착 균일성을 미동(微動, fine)조절하는데 사용될 수 있다. 대각선(420과 422)이 노즐 장치(320)에 대해서는 역으로 작용함에 유의해야 한다. 대각선(422)은 노즐 장치(320)의 조동 대각선이며, 대각선(420)은 노즐 장치(320)의 미동 대각선이 된다.
노즐 장치(310)에 있어서, 대각선(420과 422)을 따르는 가스젯트의 목표 지점을 이동시키는 장치가 제5도 내지 제7도에 도시되어 있다. 제5도 및 제7도에 도시된 바와 같이, 노즐 장치(310)에는 노즐(502)이 있으며, 노즐(502)에는 유입관(504)과, 틈새가 있는 보올(506)과,배출관(508)과를 포함하고 있다. 또한 제6도에 도시된 바와같이 노즐 장치(310)는 조동 작동기(610), 조동판(612), 미동 작동기, 및 미동판(616)을 포함한다. 조동판(612)은 슬롯(618)을 포함하며 미동판(616)은 슬롯(620)을 포함한다. 슬롯(620)의 길이 방향은 슬롯(618)의 길이 방향과 직교한다. 유입관(504)은 각각의 슬롯(618 과 620)을 통하여 연장한다.
조동 작동기(610)가 반시계 방향으로 회전되면 조동판(612)은 조동 작동기(610)쪽으로 (제6도에서 오른쪽) 이동한다. 이는 유입관(504)을 조동 작동기(610) 쪽으로 아래로 이동시킨다. 노즐(502)이 보올(506)상에서 피봇은동하여서, 배출관(508)은 제4도의 대각선(420)을 따라서 조동 작동기(610)로부터 멀어지는 쪽으로(제6도에서 왼쪽) 위로 이동되며, 조동 작동기(610)를 시계방향으로 회전시키면 대각선(420)을 따라서 정반대로 이동된다. 그러므로, 조동 작동기(610)는 대략적인 균일성의 제어를 제공한다. 미동 작동기(614)도 대각선(422)을 따르는 방향의 변화를 제공하여서, 내부 웨이퍼 균일성 및 웨이퍼 간의 균일성을 제공한다. 노즐 장치(320)에 대한 유사한 작동기들이 유사한 제어를 제공한다.
제7도에 도시된 바와같이, 노즐 장치(310)에는 노즐(520)과 인접한, 노즐 하우징(722),전방 링(724), 및 후방 링(726)이 있다. 각각의 링(724 과 726)은 약간씩 모서리가 깍여있는데 (깍인 모서리가 제7도에 도시됨), 모서리가 너무 많이 깍이면 잠금 작용이 저하될 수 있다. 잠금 너트(728)는, 노즐(502)을 지지해주는 마찰력이 생기도록 충분히 조여주며, 작동기(610과 614)를 통해 적절한 크기의 힘이 노즐(502)에 작용될 때 노즐이 재정렬되게 한다.
이들 링(724와 726)은 마찰이 작은 재료, 폴리테트라 폴루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE-Teflon)으로 제조 된다. 베스펠(vespel)과 피이크(peek)도 저마찰재료로 적합하다. 링(724)은 축방향 길이가 1/4인치(0.635㎝)이며, 내경이 약 5/16인치(0.794㎝)이고 외경이 약 1/2 인치(1.27㎝)이다. 링(726)은 축선상 길이가 약 1인치(2.54㎝)인 점을 제외하면 링(724)과 유사하다. 보올(506)은 316 스테인레스 강으로 제조되며 직경이 약 7/16인치(1.11㎝)이다. 배출관(508)은 길이가 약 1인치(2.54㎝)이다. 종래 기술의 것과 유사한 반응로(100)의 형상은 어플라이드 머티어리얼 인코프레이티드(Applied Material,Incorporated)가 제조한 에피택셜 반응로 Precision 7810 EPI에 상용하는 것으로 한정된다.
당업자들에게 잘 공지된 바와같이, 본 발명의 필수적인 특징을 유지시키는 한, 개시된 실시예에 대한 많은 변경이 행해질 수 있다. 에피택셜 즐착 이외의 반응이 제공될 수도 있다. 비실리콘 처리가 수행될 수도 있다. 여러 부품들에 대해서 서로 다른 재료 및 칫수들이 사용될 수도 있다.
Claims (10)
- 반도체 처리용 열 중성자 반응로내에 있는 가스 분사 장치로서; 대체로 평행한 대칭 챔버 축을 가지며, 상기 챔버축에 평행한 반응 가스 유동이 반도체 웨이퍼의 주 표면과 상호작용 하도록 상기 반도체 웨이퍼가 배열되어 있는 반응 챔버로서, 분사된 가스 유동을 변화시키는 보호 수단을 가지며, 상기 보호수단이 상기 챔버 측에 수직한 분사 평면과 상기 챔버 측에 평행한 분사 선과를 형성하는 분사 원점을 포함하고 있는 반응챔버; 제1경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽의 상기 보호수단쪽으로 제1가스젯트를 분사시키는 제1노즐; 제2경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽의 상기 보호수단쪽으로 제2가스젯트를 분사시키는 제2노즐; 상기제1 및 제2가스젯트의 적어도 일부가 각각 서로에 반하여 그리고 상기 보호수단에 반하여 유동하도록 상기 제1 및 제2노즐을 제어하여서 상기 챔버 축에 대체로 평행한 혼합 가스 유동을 촉진시키며, 상기 제1 및 제2가스젯트의 방향이 상기 분사 선에 대해서 방위각 방향으로 그리고 상기 분사 평면에 대해서 높이 방향으로 변화할 수 있도록 상기 제1 및 제2노즐의 방향을 제어하여서 상기 혼합 가스 유동을 제어 하는 노즐 제어 수단; 상기 반응 챔버 안으로 유입될 반응 가스 유동을 상기제1 및 제2노즐에 제공하는 가스 소오스 수단; 상기 가스 소오스 수단으로부터 비교적 대체적으로 제어된 가스 유동을 제어하며, 가스 유량을 제어하는 대체적인 제어 입력을 가지는 제1조동(粗動,coarse) 유량 제어기; 상기 제1유량 제어기에 의해서 제공된 가스를 상기 제1노즐로 운반시키는 제1도관; 상기 제1조동 유량 제어기에 의해서 제공된 가스를 상기 제2노즐로 운반시키는 제2도관으로서, 상기 제1도관에 의해서 제공된 가스 유동이 상기 제2도관 보다는 상기 제1도관을 통해서 흐르도록 설계되어 있는 제2도관; 상기 가스 소오스 수단으로부터 상기 제1노즐로 가스를 운반시키는 제3도관; 및 상기 가스 소오스 수단으로부터 상기 제3도관을 통해서 비교적 미세하게 제어된 가스 유동을 제공하는 미동(微動, fine) 유량 조절기로소, 상기 제3도관을 통하여 가스 유량을 제어하는 미세 제어 입력을 포함하여서 상기 제1 및 제2노즐을 지나는 가스 유동이 정확히 균형을 이룰 수 있게 하는 미동 유량 조절기; 로 구성된 가스 분사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2노즐이 보올 조인트상에 성치된 노즐 출구관을 각각 포함하고 있으며, 상기 보올 조인트가 저마찰 베어링에 의해서 지지되어서, 상기 노즐출구관에 직교하는 상당한 힘이 작용하지 않는 경우에도 상기 노즐 출구관의 방향이 유지되며, 상기 노즐 출구간에 직교하는 상당한 힘의 작용에 의해서 상기 노즐 출구관의 방향이 변화될 수 있는 가스 분사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐 제어 수단이 대체로 동일한 제1 및 제2젯트 제어 수단을 각각 포함하고 있으며, 상기 제1젯트 제어 수단이 상기 제1젯트의 방향을 제어하도록 상기 제1노즐에 연결되어 있고, 상기 제2젯트 제어 수단이 상기 제2젯트의 방향을 제어하기 위하여 상기 제2 노즐에 연결되어 있으며, 상기 제1젯트 제어 수단이 조동(粗動, coarse) 작동기와 미동(微動, fine) 작동기와를 포함하고 있으며, 상기 조동 작동기가 상기 제1노즐에 연결되어 있어서 상기 분사 평면 아래로 비교적 상기 제1노즐 근처에 있는 상기 보호수단상의 한 지점으로부터 상기 분사 평면위의 비교적 상기 제1노즐과 떨어져 있는 상기 보호 수단상의 다른 한 지점까지 뻗은 조동 대각선을 따라서 상기 제1젯트의 방향을 제어하며, 상기 미동 작동기가 상기 제1노즐에 연결되어 있어서 상기 분사 평면위로 비교적 상기 제1노즐 근처에 있는 상기 보호 수단상의 한 지점으로부터 상기 분사 평면 아래의 비교적 상기 제1노즐과 떨어져 있는 상기 보호 수단상의 다른 한 지점까지 뻗은 미동 대각선을 따라서 상기 제1젯트의 방향을 제어하는 가스 분사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 보호 수단이 상기 챔버축에 평행하게 뻗은 단붙이(ridges)를 포함하여서, 상기 혼합 가스 유동을 상기 노즐로부터 상기 챔버측에 대체로 평행하게 안내하면서 상기 혼합 가스 유동의 비축선 방향 성분들을 제한하는 가스 분사 장치.
- 반도체 처리용 열 중성자 반응로내에 있는 가스 분사 장치로서; 대체로 평행한 대칭 챔버 축을 가지며, 상기 챔버 축에 평행한 반응 가스 유동이 반도체 웨이퍼의 주 표면과 상호작용하도록 상기 반도체 웨이퍼가 배열되어 있는 반응 챔버; 제1경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽으로 제1가스 젯트를 분사시키는 제1노즐; 제2경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽으로 제2가스 젯트를 분사시키는 제2노즐로서, 상기 제2경로가 상기 제1경로와 교차하여서 상기 제1 및 제2가스젯트가 상호작용하여 혼합 가스 유동을 형성하는 제2노즐; 및 분사된 가스 유동을 변화시키는 보호수단으로서, 상기 챔버 축에 대체로 평행하게 정렬된 단붙이를 포함하여서 상기 반응 챔버내에서 상기 혼합 가스 유동의 선호운동을 제한하는 보호 수단; 으로 구성된 가스 분사 장치.
- 반도체 처리용 열 중성자 반응로내에 있는 가스 분사 장치로서; 대체로 평행한 대칭 챔버 축을 가지며, 상기 챔버 축에 평행한 반응 가스 유동이 반도체 웨이퍼의 주 표면과 상호 작용하도록 상기 반도체 웨이퍼가 배열되어 있는 반응 챔버로서, 분사된 가스 유동을 변화시키는 보호 수단을 가지며, 상기 보호 수단이 상기 챔버 축에 수직한 분사 평면과 상기 챔버 축에 평행한 분사 선과를 형성하는 분사 원점을 포함하고 있는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 안으로 유입될 반응 가스 유동을 상기 제1 및 제2노즐에 제공하는 가스 소오스 수단; 제1경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽의 상기 보호 수단쪽으로 제1가스젯트를 분사시키며, 상기 가스 소오스 수단 및 상기 반응 챔버와 유체를 소통시키는 제1노즐; 제2경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽의 상기 보호 수단쪽으로 제2가스젯트를 분사시키는 제2노즐로서, 상기 제1 및 제2노즐이 보올 조인트상에 설치된 노즐관을 각각 포함하고 있으며, 상기 보올 조인트가 저마찰 베어링에 의해서 지지되어서, 상기 노즐관에 직교하는 상당한 힘이 작용하지 않는 경우에도 상기 노즐관의 방향이 유지되며, 상기 노즐관에 직교하는 상당한 힘의 작용에 의해서 상기 노즐관의 방향이 변화될 수 있으며, 상기 가스 소오스 및 상기 반응 챔버와 유체를 소통시키는 제2 노즐; 및 상기 제1 및 제2가스젯트의 적어도 일부가 각각 서로에 반하여 그리고 상기 보호수단에 반하여 유동하도록 상기 제1 및 제2노즐을 제어하여서 상기 챔버 축에 대체로 평행한 혼합 가스 유동을 촉진시키며, 상기 제1 및 제2가스젯트의 방향이 상기 분사 선에 대해서 방위각 방향으로 그리고 상기 분사 평면에 대해서 높이 방향으로 변화할 수 있도록 상기 제1 및 제2노즐의 방향을 제어하여서 상기 혼합 가스 유동을 제어하는 노즐 제어 수단; 으로 구성된 가스 분사 장치.
- 반도체 처리용 열 중성자 반응로내에 있는 가스 분사 장치로서; 대체로 평행한 대칭 챔버 대칭축을 가지며, 상기 챔버 축에 평행한 반응 가스 유동이 반도체 웨이퍼의 주 표면과 상호 작용하도록 상기 반도체 웨이퍼가 배열되어 있는 반응 챔버로서, 분사된 가스 유동을 변화시키는 보호 수단을 가지며, 상기 보호수단이 상기 챔버 축에 수직한 분사 평면과 상기 챔버 축에 평행한 분사 선과를 형성하는 분사 원점을 포함하고 있는 반응 챔버; 제1경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽의 상기 보호 수단쪽으로 제1가스젯트를 분사시키는 제1노즐; 제2경로를 따라서 상기 반응 챔버 안쪽의 상기 보호 수단쪽으로 제2가스젯트를 분사시키는 제2노즐; 상기 반응 챔버 안으로 유입될 반응 가스 유동을 상기 제1 및 제2노즐에 제공하는 가스 소오스 수단; 및 상기 제1 및 제2가스젯트의 적어도 일부가 각각 서로에 반하여 그리고 상기 보호수단에 반하여 유동하도록 상기 제1 및 제2노즐을 제어하여서 상기 챔버 축에 대체로 평행한 혼합 가스 유동을 촉진시키며, 상기 제1 및 제2가스젯트의 방향이 상기 분사 선에 대해서 방위각 방향으로 그리고 상기 분사 평면에 대해서 높이 방향으로 변화할 수 있도록 상기 제1 및 제2노즐의 방향을 제어하여서 상기 혼합 가스 유동을 제어하는 노즐 제어 수단으로서, 대체로 동일한 제1 및 제2젯트 제어 수단을 각각 포함하고 있으며, 상기 제1 젯트 제어 수단이 상기 제1 젯트의 방향을 제어하도록 상기 제1노즐에 연결되어 있고, 상기 제2 젯트 제어수단이 상기 제2 젯트을 방향을 제어 하기 위하여 상기 제2노즐에 연결되어 있으며, 상기 제1 젯트 제어 수단이 조동(粗動, coarse) 작동기와 미동(微動, fine) 작동기와를 포함하고 있으며, 상기 조동 작동기가 상기 제1노즐에 연결되어 있어서 상기 분사 평면 아래로 비교적 상기 제1노즐 근처에 있는 상기 보호수단상의 한 지점으로부터 상기 분사 평면위의 비교적 상기 제1노즐과 떨어져 있는 상기 보호 수단상의 다른 한 지점까지 뻗은 조동 대각선을 따라서 상기 제1젯트의 방향을 제어하며, 상기 미동 작동기가 상기 제1노즐에 연결되어 있어서 상기 분사 평면위로 비교적 상기 제1노즐 근처에 있는 상기 보호 수단상의 한 지점으로부터 상기 분사 평면 아래의 비교적 상기 제1노즐과 떨어져 있는 상기 보호 수단상의 다른 한 지점까지 뻗은 미동 대각선을 따라서 상기 제1젯트의 방향을 제어하도록 되어 있는 노즐 제어 수단; 으로 구성된 가스 분사 장치.
- 제1 및 제2노즐이 있는 배럴형(barrel-type) 반응 챔버안으로 가스를 분사시키는 방법으로서; 상기 반응 챔버안으로 분사시킬 가스의 주 유동을 제공하는 단계; 상기 제2노즐을 지나는 유동이 상기 제1노즐을 지나는 유동 보다 크도록 상기 주 유동을 각각 상기 제1 및 제2노즐쪽으로 분리시키는 단계; 상기 제1노즐을 지나는 보조 유동을 상기 주 유동에 보충하는 단계; 및 상기 제1노즐을 지나는 혼합된 주 유동 및 보조 유동이 대체로 상기 제2노즐을 지나는 유동과 같아지도록 상기 보조 유동을 조절하는 단계; 로 구성된 방법.
- 챔버축이 있는 배럴형 반응 챔버 안으로 가스를 분산시키는 방법으로서; 제1노즐을 통한 제1가스 젯트가 상기 챔버축에 수직한 평면에 대체로 평행하게 흐르도록 상기 제1노즐을 지향시키는 단계; 제2노즐을 통한 제2가스 젯트가 상기 챔버 축에 수직한 평면에 대해서 대체로 평행하게 흘러서 상기 제1젯트와 충돌하도록 상기 제2노즐을 지향시키는 단계; 상기 제1 및 제2젯트가 보호 수단 근처에서 충돌하여 혼합 가스 유동을 형성하도록 상기 반응 챔버안으로 가스를 분사시키는 단계; 및 상기 보호수단에 부착되어 있으며 상기 챔버 축에 대체로 평행하게 뻗은 단붙이(ridges)에 의해서 상기 혼합 가스 유동이 상기 챔버 축에 대하여 평행하게 안내되도록 변화시키는 단계; 로 구성된 방법.
- 대체로 평행한 대칭 챔버 축을 가지며, 상기 챔버 축에 평행한 반응 가스 유동이 제1 및 제2반도체 웨이퍼의 주 표면과 상호작용하도록 상기 제1 및 제2반도체 웨이퍼가 배열되어 있는 배럴형 반응 챔버로서, 분사된 가스 유동을 변화시키는 보호 수단을 가지며, 상기 보호 수단이 상기 챔버 축에 수직한 분사 평면과 상기 챔버 축에 평행한 분사 선과를 형성하는 배럴형 반응 챔버의 가스 분사 노즐을 지향시키는 방법으로서; 상기 분사 평면 아래의 비교적 각각의 노즐 근처에 있는 상기 보호 수단상의 한 지점으로부터 상기 분사 평면위의 비교적 상기 각각의 노즐과 떨어져 있는 상기 보호 수단상의 다른 한 지점까지 뻗은 조동 대각선을 따라서, 상기 제1 및 제2웨이퍼들 간의 전반적인 수직 처리 균일성 및 상기 제1 및 제2웨이퍼 각각의 내부에서의 전반적인 수직 처리 균일성이 최적화될때까지, 상기 각각의 노즐의 방향을 변화시키는 단계; 및 상기 분사 평면 위의 비교적 상기 제1노즐 근처의 상기 보호 수단상의 한 지점으로부터 상기 분사 평면 아래의 비교적 상기 제1노즐과 떨어져 있는 상기 보호 수단상의 다른 한 지점까지 뻗은 미동 대각선을 따라서 상기 각각의 노즐의 방향을 변화시켜서 웨이퍼들간의 수직 처리 균일성 및 각각의 웨이퍼 내의 수직 처리 균일성이 균형을 이루게 하는 단계; 로 구성된 방법.
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