KR102318362B1 - 처리 챔버를 위한 개선된 측면 주입 노즐 설계 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용의 구현예들은 열 처리 동안 가스 분배를 개선하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 개시내용의 일 구현예는 기판을 처리하기 위한 장치를 제공하는데, 이 장치는 처리 용적을 정의하는 챔버 바디; 처리 용적에 배치된 기판 지지체 - 기판 지지체는 기판 지지 표면을 가짐 -; 챔버 바디의 유입구에 결합된 가스 소스 어셈블리; 챔버 바디의 유출구에 결합된 배기 어셈블리; 및 챔버 바디의 측벽에 결합된 측면 가스 어셈블리를 포함하고, 측면 가스 어셈블리는 기판 지지 표면의 에지에 접하는 방향으로 향하는 가스 유입구를 포함하고, 가스 유입구, 챔버 바디의 유입구 및 챔버 바디의 유출구는 서로에 대해 약 90°로 각도 오프셋되고, 가스 유입구, 챔버 바디의 유입구 및 챔버 바디의 유출구는 공통 평면에 의해 교차된다.

Description

처리 챔버를 위한 개선된 측면 주입 노즐 설계{IMPROVED SIDE INJECT NOZZLE DESIGN FOR PROCESSING CHAMBER}
본 개시내용은 일반적으로 반도체 처리 툴에 관한 것이며, 더 구체적으로는 개선된 가스 유동 분배를 갖는 반응기에 관한 것이다.
반도체 기판들은 집적 디바이스들 및 마이크로디바이스들의 제조를 포함한 매우 다양한 애플리케이션들을 위해 처리된다. 기판들을 처리하는 한가지 방법은 처리 챔버 내에서 기판의 상부 표면 상에 산화물 층을 성장시키는 것을 포함한다. 산화물 층은, 복사 열원으로 기판을 가열하면서 산소 및 수소 가스들에 기판을 노출시킴으로써 퇴적될 수 있다. 산소 라디칼들은 기판의 표면에 충돌하여, 실리콘 기판 상에 층, 예를 들어 실리콘 이산화물 층을 형성한다.
라디칼 산소 성장(radical oxygen growth)을 위해 이용되는 현재의 처리 챔버는 제한된 성장 제어를 가져, 불량한 처리 균일성을 초래한다. 예를 들어, 현재의 가스 유입구 설계들 및 라디칼 산소 성장을 위한 낮은 처리 챔버 압력 요건들은, 가스가 높은 속도로 기판에 도달하게 한다. 가스의 높은 속도는 기판 상의 충돌을 야기시키고, 가스가 기판의 에지에서 적절하게 가열되는 것을 방지한다. 한편, 연소로부터 발생되는 산소 라디칼들은 신속하게 재결합하여, 산소 라디칼들에 대해 짧은 라이프 사이클을 생성한다. 그러므로, 가스의 높은 속도로 인한 제한된 성장 제어가 산소 라디칼들의 짧은 라이프 사이클과 결합되면, 기판의 중심에서는 더 많은 성장이 이루어지고 기판의 에지들에서는 불량한 성장이 이루어지게 된다.
그러므로, 기판 전체에 걸쳐, 즉 중심으로부터 에지까지 더 균일한 막 성장을 위한 성장 제어를 제공하는 개선된 가스 유동 분배가 필요하다.
본 개시내용의 구현예들은 열 처리 동안 가스 분배를 개선하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 개시내용의 일 구현예는 기판을 처리하기 위한 장치를 제공하는데, 이 장치는 처리 용적을 정의하는 챔버 바디; 처리 용적에 배치된 기판 지지체 - 기판 지지체는 기판 지지 표면을 가짐 -; 챔버 바디의 유입구에 결합된 가스 소스 어셈블리; 챔버 바디의 유출구에 결합된 배기 어셈블리; 및 챔버 바디의 측벽에 결합된 측면 가스 어셈블리를 포함하고, 측면 가스 어셈블리는 기판 지지 표면의 에지에 접하는(tangential) 방향으로 향하는 가스 유입구를 포함하고, 가스 유입구, 챔버 바디의 유입구 및 챔버 바디의 유출구는 서로에 대해 약 90°로 각도 오프셋되고, 가스 유입구, 챔버 바디의 유입구 및 챔버 바디의 유출구는 공통 평면에 의해 교차된다.
본 개시내용의 다른 구현예는 기판을 처리하기 위한 장치를 제공하는데, 이 장치는 처리 용적을 정의하는 측벽들을 갖는 베이스 링 - 베이스 링은 측벽들을 통하여 형성된 유입구와 유출구를 갖고, 유입구 및 유출구는 베이스 링의 대향 측면들 상에 형성됨 -; 처리 용적에 배치된 기판 지지체 - 기판 지지체는 기판 지지 표면을 가짐 -; 처리 용적에 열 에너지를 제공하도록 위치된 열원; 베이스 링의 유출구에 결합된 배기 어셈블리; 및 베이스 링의 측면 포트에 결합된 측면 가스 어셈블리를 포함하고, 측면 가스 어셈블리는 기판 지지 표면의 접선을 향하는 가스 유입구를 포함하고, 베이스 링의 측면 포트, 유입구 및 유출구는 실질적으로 동일한 높이에 배치된다.
본 개시내용의 또 다른 구현예는 기판을 처리하기 위한 방법을 제공하는데, 이 방법은 처리 용적을 정의하는 프로세스 챔버를 제공하는 단계 - 프로세스 챔버는 프로세스 챔버의 대향 측면들 상에 형성된 유입 포트 및 배기 포트를 가짐 -; 처리 용적에 기판을 위치시키는 단계; 유입 포트로부터 유출 포트로 제1 가스 유동을 제공하는 단계; 유출 포트에 결합된 배기 어셈블리를 이용하여 처리 용적을 펌핑하는 단계; 및 제2 가스의 대부분이 유출구를 향하는 유동 경로를 따라 유동하도록 프로세스 챔버의 측면 포트로부터 기판의 에지에 접하는 방향으로 제2 가스 유동을 제공하는 단계를 포함한다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 구현예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 구현예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 구현예들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1a는 본 개시내용의 구현예들을 실시하기 위해 이용될 수 있는 열 처리 챔버의 개략적인 단면 표현이다.
도 1b는 본 개시내용의 일 구현예에 따른 열 처리 챔버의 개략적인 상부 단면도이다.
도 2a는 본 개시내용의 일 구현예에 따른 기울어진 가스 파이프(angled gas pipe)를 갖는 측면 주입 어셈블리의 개략적인 상부 단면도이다.
도 2b는 본 개시내용의 다른 구현예에 따른 기울어진 가스 파이프를 갖는 측면 주입 어셈블리의 개략적인 상부 단면도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 구현예에 따른 분할형 가스 파이프(split-type gas pipe)를 갖는 측면 주입 어셈블리의 개략적인 상부 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 구현예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 구현예들에서 유익하게 이용될 수 있다고 고려된다.
도 1a는 본 개시내용의 구현예들을 실시하기 위해 이용될 수 있는 열 처리 챔버(100)의 개략적인 단면 표현이다. 열 처리 챔버(100)는 램프 어셈블리(110), 처리 용적(139)을 정의하는 챔버 어셈블리(130), 및 처리 용적(139)에 배치된 기판 지지체(138)를 일반적으로 포함한다. 처리 유닛은, 예를 들어 열 어닐링, 열 세정, 열 화학 기상 증착, 열 산화 및 열 질화 등과 같은 프로세스들을 위해 기판(101)을 가열하는 제어된 열 사이클(controlled thermal cycle)을 제공할 수 있다.
램프 어셈블리(110)는 석영 윈도우(114)를 통해 처리 용적(139)에 열을 공급하기 위해 기판 지지체(138)보다 상대적으로 위에 위치될 수 있다. 석영 윈도우(114)는 기판(101)과 램프 어셈블리(110) 사이에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 램프 어셈블리(110)는 일부 구현예들에서 기판 지지체(138)보다 상대적으로 아래에 배치될 수 있다. 본 개시내용에서 이용되는 "위에(above)" 또는 "아래에(below)"라는 용어는 절대적인 방향들을 지칭하는 것이 아니라는 점에 유의한다. 램프 어셈블리(110)는, 기판 지지체(138) 상에 배치된 기판(101)에 대해 맞춤화된 적외선 가열 수단을 제공하기 위한 복수의 텅스텐-할로겐 램프와 같은 열원(heating source)(108)을 하우징하도록 구성된다. 복수의 텅스텐-할로겐 램프는 육각형 배열로 배치될 수 있다. 열원(108)은 제어기(107)에 연결될 수 있고, 제어기는 기판(101)에 대한 균일하거나 맞춤화된 가열 프로파일을 달성하기 위해 열원(108)의 에너지 레벨을 제어할 수 있다. 일례에서, 열원(108)은 약 50℃/s 내지 약 280℃/s의 속도로 기판(101)을 급속 가열할 수 있다.
기판(101)은 약 섭씨 550도 내지 약 섭씨 700도 미만의 범위의 온도로 가열될 수 있다. 열원(108)은 기판(101)의 구역화된 가열(온도 튜닝)을 제공할 수 있다. 온도 튜닝은 기판의 나머지 부분의 온도에 영향을 미치지 않으면서 특정 위치들에서 기판(101)의 온도를 변경하도록 수행될 수 있다. 일 구현예에서, 기판(101)의 중심은 기판(101)의 에지의 온도보다 섭씨 10도 내지 약 섭씨 50도 더 높은 온도로 가열된다.
로봇이 기판(101)을 처리 용적(139)의 안팎으로 이송하기 위해 슬릿 밸브(137)가 베이스 링(140) 상에 배치될 수 있다. 기판(101)은 기판 지지체(138) 상에 배치될 수 있고, 기판 지지체는 수직으로 이동하고 중심 축(123)에 대하여 회전하도록 구성될 수 있다. 가스 유입구(131)가 베이스 링(140) 위에 배치되고, 가스 소스(135)에 연결되어, 하나 이상의 처리 가스를 처리 용적(139)에 제공할 수 있다. 베이스 링(140)에서 가스 유입구(131)의 대향 측면 상에 형성된 가스 유출구(134)는 펌프 시스템(136)과 유체 소통하는 배기 어셈블리(124)에 적응된다. 배기 어셈블리(124)는 가스 유출구(134)를 통해 처리 용적(139)과 유체 소통하는 배기 용적(125)을 정의한다.
일 구현예에서, 하나 이상의 측면 포트(122)가 가스 유입구(131)와 가스 유출구(134) 사이에서 베이스 링(140) 위에 형성될 수 있다. 측면 포트(122), 가스 유입구(131) 및 가스 유출구(134)는 실질적으로 동일한 레벨 또는 높이에 배치될 수 있다. 즉, 측면 포트(122), 가스 유입구(131) 및 가스 유출구(134)는 공통 평면에 의해 교차될 수 있다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 측면 포트들(122)은 기판(101)의 에지 영역들 근처에서 가스 분배 균일성을 개선하도록 구성된 측면 가스 소스에 연결된다.
도 1b는 본 개시내용의 일 구현예에 따른 열 처리 챔버(100)의 개략적인 상부 단면도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 가스 유입구(131) 및 가스 유출구(134)는 처리 용적(139)의 대향 측면들 상에 배치된다. 가스 유입구(131) 및 가스 유출구(134) 둘 다는 기판 지지체(138)의 직경과 대략 동일한 선형(linear) 또는 방위각(azimuthal) 폭을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 가스 소스(135)는 처리 가스를 제공하도록 각각 구성된 복수의 가스 소스, 예를 들어 제1 가스 소스(141) 및 제2 가스 소스(142)를 포함할 수 있다. 동작 동안, 제1 가스 소스(141) 및 제2 가스 소스(142)로부터의 처리 가스들은 유입구(131)에 배치된 주입 카트리지(149)에 진입하기 이전에 함께 혼합될 수 있다. 대안적으로, 제2 가스 소스(142)로부터의 처리 가스는, 제1 가스 소스(141)로부터의 처리 가스가 주입 카트리지(149)에 도입된 이후에 주입 카트리지(149)에 도입될 수 있다. 제1 가스 소스(141)는, 더 낮은 열 전도율을 가져서 연소 반응을 제어하는 가스를 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 제1 가스 소스(141)는 산소 가스와 같은 산소 함유 가스를 제공하고, 제2 가스 소스(142)는 수소 가스와 같은 수소 함유 가스를 제공한다. 제2 가스 소스(142)는 산소, 질소 또는 이들의 혼합물을 또한 제공할 수 있다. 제1 가스 소스(141)로부터의 가스는 주입 카트리지(149)에 진입하기 이전에 제1 온도로 가열될 수 있다. 제1 온도는 약 300℃ 내지 약 650℃, 예를 들어 약 550℃일 수 있다. 제2 가스 소스(142)로부터의 가스는 실온에서 주입 카트리지(149)에 제공될 수 있다. 대안적으로, 제1 가스 소스(141)로부터의 가스 및 제2 가스 소스(142)로부터의 가스 둘 다는 실온에서 주입 카트리지(149)에 제공될 수 있다.
일 구현예에서, 주입 카트리지(149)는 내부에 형성된 긴 채널(elongated channel)(150), 및 긴 채널(150)의 대향 단부들 상에 형성된 2개의 유입구(143, 144)를 갖는다. 복수의 주입 홀(151)이 긴 채널(150)을 따라 고르게 분포되고, 처리 용적(139)을 향하여 메인 가스 유동(main gas flow)(145)을 주입하도록 구성된다. 카트리지(149)의 2-유입구 설계는 복수의 주입 홀(151) 각각으로부터의 가스 유동 간의 균일성을 개선한다. 메인 가스 유동(145)은 30 내지 50 체적 퍼센트의 수소 가스 및 50 내지 70 체적 퍼센트의 산소 가스를 포함할 수 있고, 약 20 slm(standard liters per minute) 내지 약 50 slm의 범위의 유량을 가질 수 있다. 이 유량은 300mm 직경을 갖는 기판(101)에 기초하며, 이것은 약 0.028 slm/㎠ 내지 약 0.071 slm/㎠의 범위의 유량을 초래한다.
펌프 시스템(136)으로부터의 진공력(vacuum force) 하에서, 메인 가스 유동(145)은 가스 유입구(131)로부터 가스 유출구(134)를 향하여 지향된다. 일 구현예에서, 배기 어셈블리(124)의 배기 용적(125)은, 메인 가스 유동(145)에 대한 챔버 구조물의 기하형상 영향(geometry influence)을 감소시키기 위해 처리 용적(139)을 연장시키도록 구성된다. 구체적으로, 배기 용적(125)은 메인 가스 유동(145)의 방향을 따라 처리 용적(139)을 연장시키도록 구성된다. 배기 용적(125)은 유입구(131)로부터 유출구(134)까지 처리 용적(139)에 걸친 메인 가스 유동(145)의 균일성을 개선할 수 있다. 펌프 시스템(136)은 처리 용적(139)의 압력을 제어하기 위해 또한 이용될 수 있다. 일 구현예에서, 처리 용적 내부의 압력은 약 1 Torr 내지 약 19 Torr, 예컨대 약 5 Torr 내지 약 15 Torr의 범위이다.
일 구현예에서, 가스가 측면 포트(122)를 통해 측면 가스 유동(148)을 따라 처리 용적(139)으로 유동되도록 측면 주입 어셈블리(147)가 베이스 링(140)에 결합된다. 측면 주입 어셈블리(147), 주입 카트리지(149) 및 배기 어셈블리(124)는 서로에 대해 약 90°로 각도 오프셋된다. 예를 들어, 측면 주입 어셈블리(147)는 주입 카트리지(149)와 배기 어셈블리(124) 사이에서 베이스 링(140)의 측면 상에 위치될 수 있고, 주입 카트리지(149) 및 배기 어셈블리(124)는 베이스 링(140)의 대향 단부들에 배치된다. 측면 주입 어셈블리(147), 주입 카트리지(149) 및 배기 어셈블리(124)는 공통 평면에 의해 교차될 수 있다. 일 구현예에서, 측면 주입 어셈블리(147), 주입 카트리지(149) 및 배기 어셈블리(124)는 서로 정렬되고, 실질적으로 동일한 레벨에 배치된다.
측면 주입 어셈블리(147)는 측면 가스 유동(148)의 유량을 제어하도록 구성된 유동 조정 디바이스(146)를 통해 가스 소스(152)와 유체 소통한다. 가스 소스(152)는 하나 이상의 가스 소스를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 가스 소스(152)는 수소 가스와 같은 수소 함유 가스를 제공하는 단일 가스 소스이다. 일 구현예에서, 가스 소스(152)는 산소 가스와 같은 산소 함유 가스를 제공하는 단일 가스 소스이다. 일 구현예에서, 가스 소스(152)는, 수소 가스와 같은 수소 함유 가스 및 산소 가스와 같은 산소 함유 가스의 혼합 가스를 제공하는 단일 가스 소스이다. 다른 구현예에서, 가스 소스(152)는 측면 포트(122)에 대해 라디칼들을 생성하는 원격 라디칼 소스이거나 이러한 원격 라디칼 소스에 결합된다.
일례에서, 가스 소스(152)는 측면 포트(122)에 대해 수소 라디칼들을 생성하는 원격 플라즈마 소스(RPS)이다. 램프들로 기판을 가열하고, 슬릿 밸브(137)로부터 처리 챔버(100) 내로 수소 및 산소를 주입하는 프로세스에 있어서, 측면 주입 어셈블리(147)는 수소 라디칼들을 처리 용적(139) 내로 주입하도록 구성된다. 측면 주입 어셈블리(147)로부터 도입되는 수소 라디칼들은 기판(101)의 에지를 따라 반응 속도를 개선하여, 개선된 두께 균일성을 갖는 산화물 층을 초래한다. 측면 가스 유동(148)은 약 5 slm 내지 약 25 slm의 범위의 유량을 가질 수 있다. 300mm 직경을 갖는 기판에 대해, 이 유량은 약 0.007 slm/㎠ 내지 약 0.035 slm/㎠의 범위이다.
일부 대안적인 구현예들에서, 가스 소스(152)는 처리 가스를 제공하도록 각각 구성된 복수의 가스 소스, 예를 들어 제1 가스 소스(153) 및 제2 가스 소스(154)를 포함할 수 있다. 제1 가스 소스(153) 및 제2 가스 소스(154)는 화학적 조성에 있어서 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 가스 소스(153) 및 제2 가스 소스(154)로부터의 처리 가스들은 유동 조정 디바이스(146)에 진입하기 이전에 함께 혼합될 수 있다. 일 구현예에서, 측면 가스 유동(148)은 독립적으로 제어될 수 있고, 메인 가스 유동(145)과 동일한 가스 성분들을 포함할 수 있다. 측면 가스 유동(148)의 조성 및 유량은 개선된 두께 균일성을 갖는 산화물 층을 형성하는 데에 있어서 중요한 인자들이다.
도 1b에 도시된 구현예에서, 측면 주입 어셈블리(147)는 처리 용적(139)을 향하여 펼쳐지는 깔때기 형상 구조물(funnel-shaped structure)이다. 즉, 측면 포트(122)는 기판(101)을 향하여 점진적으로 증가하는 내측 직경을 갖는다. 측면 주입 어셈블리(147)는 측면 가스 유동(148)의 대부분을 중공 원뿔(hollow cone)의 형상으로 기판(101)의 에지에 지향시키도록 적응된다. 기판(101)의 에지는 기판(101)의 에지로부터 0mm 내지 15mm, 예를 들어 10mm로 측정되는 주변 영역을 지칭할 수 있다. 측면 주입 어셈블리(147)의 깔때기 형상 구조물이 기판(101)의 에지를 겨냥하여 측면 가스 유동(148)의 대부분을 확산시키기 때문에, 기판(101)의 가스 노출은 에지 영역에서 또는 에지 영역 근처에서 증가된다. 일 구현예에서, 측면 주입 어셈블리(147)의 내측 표면(179)은, 기판(101)의 에지에 실질적으로 접하거나 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면의 에지에 실질적으로 접하는 방향(189)을 따라 연장되도록 구성된다.
추가로, 기판(101)이 반시계 방향(197)을 따라 회전되기 때문에, 측면 주입 어셈블리(147)로부터 들어오는 측면 가스 유동(148)의 대부분의 가스 속도는 5배 이상, 예를 들어 10배만큼 감속될 수 있고, 이것은 기판(101)의 에지에서 더 많은 성장을 초래한다. 측면 가스 유동(148)의 가스 속도는, 측면 가스 유동(148)이 메인 가스 유동(145)과 적절하게 반응되는 것을 방지할 정도로 측면 가스 유동(148)이 너무 빠르게 진행하지 않거나, 또는 기판(101)의 회전이 측면 가스 유동(148)을 메인 가스 유동(145)과 적절하게 반응되지 않고서 기판(101)의 에지로부터 멀리 드래깅할 수 있을 정도로 측면 가스 유동이 너무 느리게 진행하지 않도록, 측면 가스 유동(148)의 유량, 기판(101)의 회전 속도 및 측면 주입 어셈블리(147)의 확산 각도 중 하나 이상을 통해 조정될 수 있다. 결과적으로, 기판의 에지들에서의 두께 프로파일이 개선된다.
측면 주입 어셈블리(147)는 석영, 석영 라이닝(quartz lined), 세라믹, 세라믹 코팅(ceramic coated), 알루미늄, 스테인리스 스틸, 스틸 등과 같은 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있다.
도 1b는 기판(101)이 반시계 방향을 따라 회전하는 것을 도시하고 있지만, 기판(101)은 시계 방향을 따라 회전될 수 있고, 또한 측면 가스 유동(148)으로부터 혜택을 받을 수 있다.
기판(101)의 에지에서의 측면 가스 유동의 효과를 더 증가시키기 위해서, 측면 주입 어셈블리(147)는 기판(101)의 에지를 향하는 하나 이상의 가스 유입구를 갖도록 구성될 수 있다. 도 2a는 본 개시내용의 일 구현예에 따른 기울어진 가스 파이프를 갖는 측면 주입 어셈블리(247)의 개략적인 상부 단면도이다. 측면 주입 어셈블리(247)는 도 1b에 도시된 측면 주입 어셈블리(147)를 대신하여 이용될 수 있다. 명료성을 위해, 측면 주입 어셈블리(247) 및 기판(101)만이 예시되어 있다. 그러나, 측면 주입 어셈블리(247)는 가스 유입구(131)와 가스 유출구(134) 사이에서 베이스 링(140)에 결합될 수 있다고 고려된다. 측면 포트(122), 가스 유입구(131) 및 가스 유출구(134)는 도 1b와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 공통 평면에 의해 교차될 수 있다.
도 2a의 구현예에서, 측면 주입 어셈블리(247)는 가스 유입구(249)가 내부에 형성되어 있는 긴 구조물이다. 가스 유입구(249)는 직사각형, 정사각형, 원형(round), 다각형, 육각형 또는 임의의 다른 적합한 형상과 같은 임의의 원하는 단면 형상을 갖는 긴 채널일 수 있다. 가스 유입구(249)는 측면 포트(122)(도 1b)를 통해 처리 용적(139)(도 1b)에 측면 가스 유동(248)을 제공하도록 기울어진다. 측면 가스 유동(248)은 처리 중인 기판(101)의 에지 프로파일을 조정하는 유동 경로를 따라 유동한다. 일 구현예에서, 가스 유입구(249)는, 가스 또는 라디칼들의 가스가 가스 유입구(249)를 빠져나간 이후에, 기판(101)의 에지에 실질적으로 접하거나 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면의 에지에 실질적으로 접하는 방향으로 유동하도록 구성된다. 가스 유입구(249)의 각도는, 측면 가스 유동(248)이 기판(101)(또는 기판 지지체(138))의 중심을 향하여, 기판(101)(또는 기판 지지체(138))의 주변부에 근접하여, 또는 임의의 원하는 위치에서 기판(101)(또는 기판 지지체(138)) 상에 공간적으로 분포되어 유동하도록 조정될 수 있다고 고려된다.
측면 주입 어셈블리(247)는 도시된 바와 같이 단일 가스 유입구(249)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 측면 주입 어셈블리(247)는 복수의 가스 유입구를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 가스 유입구들의 개수는 약 2개의 유입구 내지 약 10개의 유입구일 수 있고, 이것은 측면 주입 어셈블리(247)의 크기 및 처리될 기판의 크기에 종속하여 달라질 수 있다. 복수의 가스 유입구가 적응되는 경우, 하나 이상의 가스 유입구(249)는 원하지 않는 성장 또는 다른 반응들이 발생하는 것을 방지하거나 제한하기 위해 석영 윈도우(114)(도 1a)를 향하여 상방으로 향하도록 구성될 수 있는 한편, 다른 가스 유입구들은 기판(101)의 에지를 향하거나 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면의 에지를 향한다. 대안적으로, 복수의 가스 유입구 각각은 동일한 방향으로 향할 수 있다.
일부 구현예들에서, 가스 유입구(249)의 각도는, 가스 또는 라디칼들의 가스 중 어느 하나인 측면 가스 유동(248)이 기판(101) 또는 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면의 접선에 근접하는 방향으로 유동하도록 구성된다. 본 명세서에 설명된 "근접(proximate)"이라는 용어는 측면 가스 유동(248)과 기판(101)의 에지 사이의 거리를 지칭한다. 이 거리는 기판(101)의 에지의 약 20mm, 예를 들어 약 5mm 내지 약 10mm 내에 있을 수 있다. 즉, 가스 또는 라디칼들의 가스(즉, 측면 가스 유동(248))의 유동 경로와, 가스 또는 라디칼들의 가스의 유동 경로에 평행한 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면 또는 기판(101)에 대한 접선은 약 5mm 내지 약 10mm 떨어져 있다. 기판의 접선에 근접한 방향으로의 가스 또는 라디칼들의 가스의 유동은 기판(101)의 에지를 따라 재료 농도를 증분적으로 상승시킬 수 있는 것으로 관측되었다.
측면 가스 유동(248)(가스 또는 라디칼들의 가스 중 어느 하나)이 기판(101)의 에지(또는 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면의 에지)에 근접하거나 접하는 방향으로 유동되는지에 관계없이, 가스 또는 라디칼들의 가스는 기판(101)의 에지를 따라 반응 속도를 상당히 촉진하는 것으로 관측되었다. 램프들로 기판을 가열하고, 슬릿 밸브(137)로부터 처리 챔버(100) 내로 수소 및 산소를 주입하는 프로세스에 있어서, 측면 주입 어셈블리(247)는 수소 라디칼들의 측면 가스 유동(248)을 제공하도록 구성된다. 기판(101)의 에지에서 또는 기판의 에지 근처에서 수소 라디칼들을 제공하는 것은 기판(101)의 에지에서 또는 기판의 에지 근처에서 산소를 조기에 활성화하여, 기판(101)의 에지를 따라 개선된 두께 균일성을 갖는 산화물 층을 초래한다.
하나의 예시적인 구현예에서, 측면 주입 어셈블리(247)는 가스 유입구(249)가 처리 챔버(100)의 가스 주입 측, 예를 들어 슬릿 밸브(137)를 향하도록 구성된다. 즉, 가스 유입구(249)는 처리 챔버의 가스 주입 측을 향하는 방향을 따라 연장된다. 이러한 방식으로, 가스의 대부분은 측면 가스 유동(248)을 따라 처리 챔버(100)의 가스 주입 측을 향하여 유동하고, 기판(101)(또는 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면)의 에지에서 또는 이러한 에지 근처에서 주입 카트리지(149)(도 1b) 밖으로 나오는 처리 가스(들)와 반응한다.
도 2b는 다른 예시적인 구현예를 도시하는데, 여기서 측면 주입 어셈블리(257)는 가스 유입구(259)가 처리 챔버(100)의 가스 배기 측, 예를 들어 펌프 시스템(136)을 향하도록 구성된다. 즉, 가스 유입구(259)는 처리 챔버의 가스 배기 측을 향하는 방향을 따라 연장된다. 이러한 방식으로, 가스의 대부분은 측면 가스 유동(258)을 따라 처리 챔버(100)의 가스 배기 측을 향하여 유동하고, 기판(101)(또는 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면)의 에지에서 또는 이러한 에지 근처에서 주입 카트리지(149)(도 1b)로부터 나오는 처리 가스(들)와 반응한다. 놀랍게도, 가스 배기 측을 향하여 수소 라디칼들의 가스를 지향시키면, 산소 및 수소가 슬릿 밸브로부터 처리 챔버 내로 도입되는 프로세스에 있어서 기판의 에지에서 또는 기판의 에지 근처에서 산소와의 반응이 상당히 증가할 것이고, 이는 기판의 에지를 따라 개선된 두께 균일성을 갖는 산화물 층을 초래한다는 것이 관측되었다.
유사하게, 측면 주입 어셈블리(247 또는 257)는 가스 소스(152)와 유체 소통한다. 그러므로, 측면 가스 유동(248, 258)은, 측면 주입 어셈블리(147)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 수소 가스와 같은 수소 함유 가스, 또는 수소 라디칼들과 같은 라디칼들의 가스일 수 있다. 어느 경우에도, 측면 가스 유동(248, 258)은 약 5 slm 내지 약 25 slm의 범위의 유량을 가질 수 있다. 이 유량은 300mm 직경을 갖는 기판(101)에 기초하며, 이것은 약 0.007 slm/㎠ 내지 약 0.035 slm/㎠의 범위의 유량을 초래한다.
가스 유입구들(249, 259)은 위에서 논의된 유량을 제공하는 크기를 갖는 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 가스 유입구들(249, 259)은 약 1mm 내지 약 2cm의 범위, 예컨대 약 5mm 내지 약 1cm의 범위, 예를 들어 약 7mm의 직경을 가질 수 있다. 가스 유입구들(249, 259)의 직경은 응용에 필요한 가스 또는 가스 라디칼들의 원하는 가스 유량에 종속하여 달라질 수 있다.
측면 주입 어셈블리(247, 257)는 석영, 석영 라이닝, 세라믹, 세라믹 코팅, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 스틸 등과 같은 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 기판(101)이 반시계 방향을 따라 회전하는 것을 도시하고 있지만, 기판(101)은 시계 방향을 따라 회전될 수 있고, 또한 측면 가스 유동(248, 258)으로부터 혜택을 받을 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 다른 구현예에 따른 분할형 가스 파이프를 갖는 측면 주입 어셈블리(347)의 개략적인 상부 단면도이다. 측면 주입 어셈블리(347)는 2개의 가스 유입구(349a, 349b)로 갈라지는 가스 파이프(369)를 갖는다. 측면 주입 어셈블리(347)는, 측면 주입 어셈블리(247, 257)와 유사하게, 측면 가스 유동(348) 및 측면 가스 유동(358)을 따라 유동하는 가스 또는 라디칼들의 가스의 대부분을 처리 챔버(100)의 가스 주입 측(예를 들어, 슬릿 밸브(137)) 및 처리 챔버(100)의 가스 배기 측(예를 들어, 펌프 시스템(136))을 향하여 각각 지향시키도록 기능한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가스 유입구들(349a 및 349b)은, 측면 가스 유동(348) 및 측면 가스 유동(358)이 기판(101)의 에지(또는 기판 지지체(138)의 기판 지지 표면의 에지)에 접하는 방향으로 또는 이러한 에지에 근접한 방향으로 유동하도록 구성될 수 있다.
유사하게, 가스 또는 라디칼들의 가스의 측면 가스 유동(348, 358)은 기판(101)의 에지를 따라 반응 속도를 촉진한다. 램프들로 기판을 가열하고, 슬릿 밸브(137)로부터 처리 챔버(100) 내로 수소 및 산소를 주입하는 프로세스에 있어서, 측면 주입 어셈블리(347)는 수소 라디칼들의 측면 가스 유동(348, 358)을 제공하도록 구성될 수 있다. 기판(101)의 에지에서 또는 기판의 에지 근처에서 수소 라디칼들을 제공하는 것은 기판(101)의 에지에서 또는 기판의 에지 근처에서 산소를 조기에 활성화하여, 기판(101)의 에지를 따라 개선된 두께 균일성을 갖는 산화물 층을 초래한다.
본 출원에서는 열 처리 챔버가 논의되지만, 본 개시내용의 구현예들은 균일한 가스 유동이 요구되는 임의의 처리 챔버에서 이용될 수 있다.
본 개시내용의 혜택들은, 기판 전체에 걸쳐, 즉 중심으로부터 에지까지 성장 균일성을 제어하도록 가스 또는 라디칼들의 가스를 기판의 에지를 향하여 지향시키기 위해 처리 챔버에서 개선된 측면 가스 어셈블리를 이용하는 것을 포함한다. 측면 가스 어셈블리는 처리 챔버의 가스 주입 측(예를 들어, 슬릿 밸브) 및/또는 처리 챔버의 가스 배기 측(예를 들어, 펌프 시스템)을 향하도록 구성된 기울어진 가스 유입구를 갖는다. 구체적으로는, 놀랍게도, 기판의 에지에 근접하거나 접하는 방향으로 수소 라디칼들의 가스를 유동시킴으로써 가스 배기 측을 향하여 수소 라디칼들의 가스를 지향시키면, 산소 및 수소가 슬릿 밸브로부터 처리 챔버 내로 도입되는 프로세스에 있어서 기판의 에지에서 또는 기판의 에지 근처에서 산소와의 반응이 상당히 증가할 것이고, 그에 의해 기판의 에지를 따라 개선된 두께 균일성을 갖는 산화물 층을 초래한다는 것이 관측되었다. 결과적으로, 기판의 전체 두께 균일성이 개선된다.
전술한 것은 본 개시내용의 구현예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 구현예들 및 추가 구현예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    처리 용적을 정의하는 챔버 어셈블리;
    처리 용적에 배치된 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 기판 지지 표면을 가짐 -;
    상기 챔버 어셈블리의 유입구와 유체 소통(fluid communication)하는 가스 소스 어셈블리;
    상기 챔버 어셈블리의 유출구와 유체 소통하는 배기 어셈블리; 및
    상기 챔버 어셈블리의 측벽에 결합된 측면 주입 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 측벽은 상기 챔버 어셈블리의 상기 유입구 및 상기 유출구와 상이한 측면 상에 있고, 상기 측면 주입 어셈블리는 하나 이상의 가스 유입구들을 포함하고, 상기 하나 이상의 가스 유입구들은 상기 처리 용적을 향하여 펼쳐지는 깔때기 형상 구조물(funnel-shaped structure)을 포함하고,
    상기 깔때기 형상 구조물은:
    상기 처리 용적을 향해 점진적으로 증가하는 내측 직경을 갖는 포트, 및
    상기 챔버 어셈블리의 상기 유입구를 향하는 방향 및 상기 챔버 어셈블리의 상기 유출구를 향하는 방향 모두를 따라 기울어지고 연장되는 내측 표면을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 소스 어셈블리는 제1 가스 소스와 유체 소통하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 소스 어셈블리는 제2 가스 소스와 추가로 유체 소통하고, 상기 제1 가스 소스 및 상기 제2 가스 소스는 화학적 조성에 있어서 상이한, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측면 주입 어셈블리는 화학적 조성에 있어서 상기 제1 가스 소스와는 상이한 제3 가스 소스와 유체 소통하고, 상기 챔버 어셈블리의 상기 유입구 및 상기 챔버 어셈블리의 상기 유출구는 공통 평면에 의해 교차되고, 상기 하나 이상의 가스 유입구들은 각각 상기 기판 지지 표면의 에지에 근접하거나 접하는 방향으로 가스 유동을 제공하도록 동작 가능한, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 가스 소스는 산소 함유 가스를 포함하고, 상기 제2 가스 소스 및 상기 제3 가스 소스 각각은 수소 라디칼들을 포함하는 수소 함유 가스를 포함하고, 상기 제3 가스 소스는 원격 플라즈마 소스를 포함하고, 상기 유입구는 상기 챔버 어셈블리의 제1 측면에 배치되고, 상기 유출구는 상기 챔버 어셈블리의 제2 측면에 배치되고, 상기 측면 주입 어셈블리는 상기 챔버 어셈블리의 제3 측면에 배치되고, 상기 제3 측면은 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이에 위치하고, 상기 제3 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 대하여 90도로 각도 오프셋되는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측면 주입 어셈블리는 가스 소스와 유체 소통하고, 상기 가스 소스는 산소 함유 가스, 또는 수소 함유 가스와 산소 함유 가스의 가스 혼합물을 포함하고, 상기 측면 주입 어셈블리의 상기 하나 이상의 가스 유입구들은 각각 상기 기판 지지 표면의 에지를 향하는 방향으로 향하고, 상기 하나 이상의 가스 유입구들은 각각 상기 기판 지지 표면의 에지에 근접하거나 접하는 방향으로 가스 유동을 제공하도록 동작 가능한, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측면 주입 어셈블리는 상기 하나 이상의 가스 유입구들로부터 유동 경로를 따라 가스 유동을 제공하도록 동작 가능하고, 상기 유동 경로는 상기 기판 지지 표면의 접선(tangent line)으로부터 5mm 내지 10mm의 거리에 있고, 상기 접선은 상기 유동 경로에 평행한, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 챔버 어셈블리의 대향 측면들 상에 배치되고, 상기 챔버 어셈블리의 상기 유입구 및 상기 유출구 둘 다는 상기 기판 지지체의 직경과 동일한 선형(linear) 또는 방위각(azimuthal) 폭을 갖는, 장치.
  9. 기판을 열 처리하기 위한 장치로서,
    처리 용적을 정의하는 챔버 어셈블리 - 상기 챔버 어셈블리는 상기 챔버 어셈블리의 제1 측면 상에 배치된 유입구 및 상기 챔버 어셈블리의 제2 측면 상에 배치된 유출구를 포함하고, 상기 제2 측면은 상기 제1 측면에 대향함 -;
    상기 챔버 어셈블리 내에 배치된 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 기판 지지 표면을 가짐 -;
    상기 챔버 어셈블리의 상기 유출구에 결합된 배기 어셈블리; 및
    상기 챔버 어셈블리의 제3 측면 상의 상기 챔버 어셈블리의 측벽에 결합된 측면 주입 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 제3 측면은 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이에 위치되고, 상기 측면 주입 어셈블리는 2개의 갈라진 가스 유입구들을 포함하는 분할형 가스 파이프를 포함하고,
    상기 2개의 갈라진 가스 유입구들 중 제1 가스 유입구는 상기 챔버 어셈블리의 상기 유입구를 향하는 방향을 따라 기울어지고 연장되고,
    상기 2개의 갈라진 가스 유입구들 중 제2 가스 유입구는 상기 챔버 어셈블리의 상기 유출구를 향하는 방향을 따라 기울어지고 연장되는, 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 측면은 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 대하여 90도로 각도 오프셋되는, 장치.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 유입구에서 상기 챔버 어셈블리에 결합된 주입 카트리지를 더 포함하고, 상기 주입 카트리지는 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 포함하는 제1 가스 소스와 유체 소통하는, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 측면 주입 어셈블리는 수소 라디칼들을 포함하는 제2 가스 소스와 유체 소통하는, 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 가스 유입구 및 상기 제2 가스 유입구는 각각 상기 기판 지지 표면의 에지에 근접하거나 접하는 방향으로 가스 유동을 제공하도록 동작 가능하고, 상기 챔버 어셈블리의 상기 유입구 및 상기 챔버 어셈블리의 상기 유출구는 공통 평면에 의해 교차되는, 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 유입구는 제1 가스 소스 및 제2 가스 소스와 유체 소통하고, 상기 제1 가스 소스와 상기 제2 가스 소스는 화학적 조성이 상이하고, 상기 측면 주입 어셈블리는 제3 가스 소스와 유체 소통하고, 상기 제3 가스 소스는 원격 플라즈마 소스인, 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지체는 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라 회전하도록 동작 가능한, 장치.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 기판 지지체는 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라 회전하도록 동작 가능한, 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 가스 소스 어셈블리는 상기 처리 용적을 향해 메인 가스 유동을 주입하기 위한 제1 가스 라인과 유체 소통하고, 상기 측면 주입 어셈블리는 상기 메인 가스 유동과 화학 조성이 상이한 측면 가스 유동을 상기 처리 용적을 향해 주입하기 위한 제2 가스 라인과 유체 소통하는, 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 측면 주입 어셈블리는 상기 측면 가스 유동을 제어하도록 구성되는 유동 조정 디바이스와 유체 소통하는, 장치.
  20. 삭제
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