KR102542189B1 - 더 양호한 웨이퍼 균일성을 위한 비대칭 주입 - Google Patents

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비쉬와스 쿠마르 판데이
크리스토퍼 에스. 올슨
카르티크 부펜드라 사흐
한셀 로
토빈 코프만-오스본
르네 조지
라라 호릴차크
에리카 한센
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판을 처리하기 위한 가스 주입기는, 처리 챔버의 처리 용적 내에 배치된 기판 지지부 상의 기판을 처리할 때 유입구 내로 제1 방향으로 가스 유동을 제공하도록 구성된 가스 공급원에 연결가능한 유입구를 갖는 몸체, 및 몸체에 형성된 가스 주입 채널을 포함한다. 가스 주입 채널은 유입구와 유체 연통하고, 가스 유동을 처리 챔버의 유입구에 전달하도록 구성된다. 가스 주입 채널은, 제2 방향 및 제3 방향에 평행한, 제1 내부 표면 및 제2 내부 표면을 갖는다. 제2 방향 및 제3 방향은 기판의 중심과 교차하지 않고, 기판 지지부의 제1 에지를 향하여 제1 방향에 대해 비스듬하다.

Description

더 양호한 웨이퍼 균일성을 위한 비대칭 주입
본 개시내용은 일반적으로, 반도체 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이며, 더 구체적으로, 가스 유동 분배가 개선된 반응기에 관한 것이다.
집적 회로들 및 마이크로 디바이스들에서의 메모리 게이트 산화물들, 라이너 산화물들, 희생 산화물들, 측벽 산화물들, 플래시 터널 산화물들, 산화물-질화물-산화물(ONO) 스택들 등의 제조에서, 반도체 기판들은 급속 열 산화에 의해 처리될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 산화물 층은, 산소 및 수소 라디칼들을 생성하기 위해 기판을 복사 열원으로 가열하면서 기판을 산소 및 수소 기재의 반응물 가스에 노출시킴으로써 기판 상에 형성될 수 있다. 산소 라디칼들은, 산화물 층, 예를 들어, 이산화규소 층을 규소 기판 상에 형성하기 위해 기판의 표면을 타격한다.
급속 열 산화에 사용되는 기존의 처리 챔버들에서, 가스 주입 메커니즘들은 반응물 가스를 기판에 걸쳐 불균일하게 분산시키고, 기판 상의 산화물 층에 불량한 두께 균일성을 초래한다. 통상적으로, 회전가능한 기판 지지부는 반응물 가스가 기판의 중심을 향해 직선으로 도입되는 동안 기판을 회전시킨다. 반응물 가스는 기판의 중심에 더 많이 그리고 기판의 에지들 근처에 더 적게 분배되고, 따라서, 기판의 에지들 근처에서 성장된 산화물 층의 두께는 기판의 중심에서 또는 중심 근처에서보다 더 적다.
그러므로, 반응물 가스를 기판에 걸쳐 더 균일하게 분배하는 개선된 주입 메커니즘이 필요하다.
본 개시내용의 구현들은 열 처리 동안 가스 분배를 개선하기 위한 장치를 제공한다. 본 개시내용의 일 구현은 기판을 열 처리하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 몸체, 경사진 돌출부, 및 가스 주입 채널을 포함한다. 가스 주입 채널은 제1 반각 및 제2 반각을 갖는다. 제1 반각은 제2 반각과 상이하다.
본 개시내용의 다른 구현은, 처리 용적을 한정하는 챔버 몸체 및 처리 용적에 배치된 기판 지지부를 포함하는, 기판을 처리하기 위한 장치를 제공한다. 기판 지지부는 기판 지지 표면을 갖는다. 장치는 또한, 챔버 몸체의 유입구에 결합된 가스 공급원 돌출부, 챔버 몸체의 배출구에 결합된 배기 조립체, 및 챔버 몸체의 측벽에 결합된 측부 가스 조립체를 포함한다. 측부 가스 조립체는 가스 주입 채널을 포함한다. 가스 주입 유입구는 제1 반각(half-angle) 및 제2 반각을 포함한다. 제1 반각은 제2 반각과 상이하다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 구현들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 구현들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 구현들만을 예시하며, 그러므로 그의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 처리 챔버의 개략적인 평면 단면도이다.
도 2a 및 2b는, 실시예들에 따른, 기판에 걸친 산소 라디칼 농도의 수치 모의실험들을 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 가스 주입기의 개략적인 평면 단면도이다.
도 3b 및 3c는 일 실시예에 따른 가스 주입기의 3차원 개략도들이다.
도 4는 일 실시예에 따른 가스 주입기의 개략적인 평면 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일부 실시예들에 개시된 요소들이 특정 언급 없이 다른 구현들에서 유익하게 활용될 수 있다는 점이 고려된다.
본원에 설명된 실시예들은 일반적으로, 반도체 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이며, 더 구체적으로, 가스 유동 분배가 개선된 반응기에 관한 것이다. 본 개시내용의 실시예들은, 프로세스 챔버에 배치된 기판의 에지를 향하여 가스를 주입하도록 구성된 가스 주입 채널을 포함하는 비대칭 가스 주입기를 제공하고, 이에 의해, 기판의 에지에서 또는 에지 근처에서 가스와의 반응을 증가시킨다. 본 개시내용의 실시예들은, 기판의 대향 에지를 향해 가스를 재지향시키도록 구성된 측부 펌프를 추가로 제공하고, 이에 의해, 기판 표면 및 기판의 대향 에지에 걸쳐 반응을 증가시킨다. 따라서, 주입된 가스에 의해 기판 위에 형성된 층은 기판 표면에 걸쳐 균일하다.
이하의 설명에서, X 축, Y 축, 및 Z 축을 포함하는 직교 좌표계가 사용된다. 도면에서 화살표들로 표현된 방향들은 편의상 양의 방향들로 가정한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 처리 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 처리 챔버(100)는 일반적으로, 램프 조립체(110), 및 처리 용적(139)을 한정하는 챔버 몸체(130)를 포함한다. 기판 지지부(138)는 X-Y 평면에서 처리 용적(139)에 배치된다. 처리 챔버(100)는 기판(101)에 대해 하나 이상의 열 프로세스, 예컨대, 열 어닐링, 열 세정, 열 화학 기상 증착, 열 산화 및 열 질화를 수행하기 위해 기판(101)을 가열하는 제어된 열 주기를 제공한다.
램프 조립체(110)는 석영 윈도우(114)를 통해 처리 용적(139)에 열을 공급하기 위해 Z 방향으로 기판 지지부(138)보다 상대적으로 위에 위치될 수 있다. 석영 윈도우(114)는 Z 방향으로 기판(101)과 램프 조립체(110) 사이에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들에서, 램프 조립체(110)는 Z 방향으로 기판 지지부(138) 아래에 배치될 수 있다. 램프 조립체(110)는 기판 지지부(138) 상에 배치된 기판(101)에 적외선 가열 수단을 제공하기 위해 가열 공급원(108), 예컨대, 텅스텐 할로겐 램프들를 수납한다. 텅스텐 할로겐 램프들은 육각형 배열로 배치될 수 있다. 가열 공급원(108)은 기판(101)에 대한 균일한 또는 맞춤식(tailored) 가열 프로파일을 달성하기 위해 제어기(107)에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 공급원(108)은 약 5 ℃/s 내지 약 280 ℃/s의 속도로 기판(101)을 급속 가열할 수 있다.
기판(101)은 약 450 ℃ 내지 약 1100 ℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 가열 공급원(108)은, 다른 위치들에서의 온도들에는 영향을 미치지 않으면서 특정 위치들에서의 기판(101)의 온도 조절을 제공할 수 있다. 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 지지부(138) 상에 배치될 수 있다. 기판 지지부(138)는 Z 방향으로 수직으로 이동하고 X-Y 평면에서 중심 축(123)을 중심으로 회전할 수 있다. 가스 유입구(또한, 챔버 가스 유입구로 지칭됨)(131)는 Z 방향으로 베이스 링(140) 위에 배치되고 가스 공급원(152)에 연결될 수 있다.
도 1b는 처리 챔버(100)의 개략적인 평면 단면도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 가스 유입구(131) 및 가스 배출구(또한, 챔버 가스 배출구로 지칭됨)(134)는 X 방향으로 처리 용적(139)의 대향 측들 상에 배치된다. 가스 유입구(131) 및 가스 배출구(134)는 기판 지지부(138)의 직경과 대략 동일한 선형 또는 방위각 폭을 가질 수 있다.
도 1a 및 1b 양쪽 모두를 참조하면, X 방향으로 가스 유입구(131)로부터 베이스 링(140)의 대향 측 상에 형성된 가스 배출구(134)는, Y 방향으로 서로 대향하는 개구부들(160A 및 136A)을 각각 갖는, 챔버 몸체(130)의 측벽들 상의 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)과 유체 연통하는 배기 조립체(124)이다. 배기 조립체(124)는 배기 용적(125)을 한정한다. 배기 용적(125)은 가스 배출구(134)를 통해 처리 용적(139)과 유체 연통한다. 일부 실시예들에서, 가스 배출구(134)는 천공된 플레이트(135)를 포함할 수 있고 천공된 플레이트는 일련의 관통 홀들을 포함하며 일련의 관통 홀들은 그를 통한 가스 유동을 제한하고, 따라서, 처리 용적(139)으로부터의 가스들의 균일한(즉, Y-Z 평면에서 균일한) 인출을 제공하도록 구성된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 천공된 플레이트(135)는 처리 챔버(100)에서 사용되지 않거나, 처리 용적(139)으로부터 배기 용적(125)으로의 가스의 유동에 대한 최소 제한을 제공하도록 구성되고, 따라서, 개구부들(160A 및 136A)의 위치가 처리 용적(139) 및 배기 용적(125) 내의 유동 패턴에 영향을 주는 것을 허용한다. 일 예에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 개구부들(160A 및 136A)의 구성은, 배기 용적(125) 및 처리 용적(139)의 나중 부분에서의 유동 패턴이, 개구부(136A)의 위치로 인해 처리 용적(139)의 좌측 범위에서(즉, 제2 에지(302) 근처에서) 더 높고, 개구부(160A)의 위치로 인해 처리 용적(139)의 우측 범위에서(즉, 제1 에지(304) 근처에서) 더 높으며, 따라서, 배기 용적(125)의 중간 및 처리 용적(139)의 나중 부분에서 비례적으로 더 작은 유동을 갖도록 하는 것이다. 다른 예에서, 배기 용적(125) 및 처리 용적(139)의 나중 부분에서의 유동 패턴이 개구부(160A)의 위치로 인해 처리 챔버의 우측 범위에서 더 높고, 따라서, 배기 용적(125) 및 처리 용적(139)의 나중 부분의 좌측으로부터 우측으로의 유동에 증가 구배를 갖도록(예를 들어, 증가 구배는 -Y 방향임), 제2 주 배기 펌프(136)는 꺼지고 제1 주 배기 펌프(160)가 개구부(160A)를 통해 처리 용적(139) 및 배기 용적(125)으로부터 가스들을 펌핑하는데 사용된다. 또 다른 예에서, 배기 용적(125) 및 처리 용적(139)의 나중 부분에서의 유동 패턴이 개구부(136A)의 위치로 인해 처리 챔버의 좌측 범위에서 더 높고, 따라서, 배기 용적(125) 및 처리 용적(139)의 나중 부분의 우측으로부터 좌측으로의 유동에 증가 구배를 갖도록(예를 들어, 증가 구배는 +Y 방향임), 제1 주 배기 펌프(160)는 꺼지고 제2 주 배기 펌프(136)가 개구부(136A)를 통해 처리 용적(139) 및 배기 용적(125)으로부터 가스들을 펌핑하는데 사용된다.
일부 실시예들에서, 측부 포트(122)가, 제1 주 배기 펌프(160)가 상부에 위치되는, 챔버 몸체(130)의 측벽 상의 베이스 링(140) 내에, 그리고 X 방향으로 가스 유입구(131)와 가스 배출구(134) 사이의 처리 용적(139)의 제1 에지(304) 근처에 형성될 수 있다(도 1b에 도시됨). 측부 포트(122), 가스 유입구(131), 및 가스 배출구(134)는 Z 방향으로 실질적으로 동일한 수준에 배치될 수 있다. 측부 포트(122)는 측부 배기 펌프(300)(도 1b에 도시됨)와 유체 연통한다.
가스 공급원(152)은 하나 이상의 가스 공급원, 예를 들어, 제1 가스 공급원(153) 및 제2 가스 공급원(154)을 포함할 수 있고, 이들 각각은 주입 카트리지(149) 내로 처리 가스를 제공한다. 일부 실시예들에서, 제1 가스 공급원(153)은 산소 및 수소 라디칼들을 생성하는 원격 플라즈마 공급원(RPS)이다. 램프들로 기판(101)을 가열하고 수소 및 산소 라디칼들을 처리 용적(139) 내로 주입하는 RadOx® 프로세스의 경우, 가스 유입구(131) 및 가스 공급원(152)과 유체 연통하는 가스 주입기(147)가 베이스 링(140)에 연결될 수 있다. 가스 유동(148)의 유량을 제어하기 위해 가스 공급원(152)과 가스 주입기(147) 사이에 유동 조정 디바이스(146)가 배치될 수 있다. 산화 프로세스의 수행 동안, 기판이 회전되는 동안, 수소 라디칼들의 도입이 기판(101)의 에지를 따라 반응 속도를 개선하고, 두께 균일성이 개선된 산화물 층으로 이어진다고 여겨진다. 가스 유동(148)은 5 내지 80 용적%의 수소 가스 및 20 내지 95 용적%의 산소 가스를 포함할 수 있고 약 1 slm 내지 약 50 slm 범위의 유량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 혼합물은 또한, 약 5% 내지 약 80% 범위의, 예를 들어, 약 10% 내지 약 50% 범위의 아르곤의 농도를 갖는다. 300 mm 직경을 갖는 기판의 경우, 유량은 약 0.007 slm/㎠ 내지 약 0.035 slm/㎠의 범위이다. 가스 유동(148)의 조성, 압력 및 유량은 기판(101) 상에 형성된 산화물 층의 두께 균일성에 영향을 미친다.
가스는 가스 공급원(152)으로부터 임의로 주입 카트리지(149), 가스 주입기(147) 및 가스 유입구(131)를 통해 처리 용적(139) 내로 유동한다. 일부 실시예들에서, 주입 카트리지(149)는 세장형 채널(150) 및 그에 형성된 유입구(또한, 주입기 유입구로 지칭됨)(143)를 갖는다. 주입 홀들(151)은 세장형 채널(150)을 따라 분포되고, X 방향에 대해 비스듬한 방향으로 처리 용적(139)을 향해 주 가스 유동(145)을 주입하도록 구성된다. 산화 프로세스의 일부 실시예들에서, 주 가스 유동(145)은 5 내지 80 용적%의 수소 가스 및 20 내지 95 용적%의 산소 가스를 포함할 수 있고, 챔버가 약 1 Torr 내지 약 19 Torr, 예컨대, 약 5 Torr 내지 약 15 Torr의 압력으로 유지되고 기판이 약 450 ℃ 내지 약 1100 ℃의 온도로 가열되는 동안 약 1 분당 표준 리터(slm) 내지 약 50 slm의 범위의 유량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 혼합물은 또한, 약 5% 내지 약 80% 범위의, 예를 들어, 약 10% 내지 약 50% 범위의 아르곤의 농도를 갖는다. 유량은 300 mm 직경을 갖는 기판(101)에 기초하며, 이는 약 0.011 slm/㎠ 내지 약 0.071 slm/㎠의 범위의 유량으로 이어진다.
주 가스 유동(145)은 X 방향으로 가스 유동(148)으로부터, 그리고 임의로 또한, 주입 홀들(151)로부터 가스 배출구(134)를 향해 지향된다. 주 가스 유동(145)은 배기 용적(125) 내로 유동되고, 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136) 중 하나 또는 양쪽 모두에 의해 배기된다. 처리 챔버(100)의 기하형상(예컨대, 배기 용적(125)의 위치, 형상, 방향), 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)의 개구부들(160A, 136A)의 크기 및 위치, 및 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)에 의해 달성되는 펌핑 속도들은 가스 유동 패턴에, 그리고 따라서, 처리 용적(139)에서의 유동 균일성에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있다고 여겨진다. 그러나, 일부 대안적인 실시예들에서, 배기 조립체(124)의 배기 용적(125)은, 주 가스 유동(145)에 대한 처리 용적(139)의 기하형상 영향이 감소되도록(예를 들어, 가스 유입구(131)로부터 충분히 멀리 위치되도록) 주 가스 유동(145)의 방향을 따라 연장된다.
제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)은 또한, 처리 용적(139)의 압력을 제어하는 데 사용될 수 있다. 하나의 일부 실시예들에서, 처리 용적(139) 내부의 압력은 약 0.5 Torr 내지 약 19 Torr, 예컨대, 약 5 Torr 내지 약 15 Torr로 유지된다. 일부 실시예들에서, 처리 용적(139)에서 수행되는 프로세스들은 점성 유동형 범위 내에서 작동한다. 이 경우, 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)은 가스의 용적을 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)의 그들 각각의 개구부들(160A, 136A)로 인출하고, 가스의 용적을 펌프 메커니즘을 통해 밀어내고, 가스의 용적을 대기압의 펌프 유입구들로 배출한다. 결과적으로, 위에서 논의된 바와 같이, 가스 농도의 구배(즉, 가스 농도는 펌프 유입구들 근처에서 더 낮고 펌프 유입구들로부터 멀어질수록 더 높음)가 생성되고, 처리 용적(139) 내부의 가스가 펌프 유입구들을 향해 유동하게 한다.
도 1b에 도시된 하나의 예시적인 실시예에서, 가스 주입기(147)는 주 가스 유동(145)의 대부분을 가스 유입구(131)로부터 처리 용적(139)의 제2 에지(302)를 향해 지향시키는 개구부를 갖는 비대칭 구조이다. 따라서, 기판(101)의 가스 노출은 처리 용적(139)의 제2 에지(302)에서 또는 제2 에지(302) 근처에서 증가된다. 일부 실시예들에서, 주 가스 유동(145)은 챔버 몸체(130)의 양 측들 상의 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)에 의해 배기된다. 일부 실시예들에서, 처리 용적(139)의 제2 에지(302)를 향해 지향되는 주 가스 유동(145)은 측부 배기 펌프(300)의 사용에 의해 처리 용적(139)의 제1 에지(304)를 향해 재지향된다. 측부 배기 펌프(300)는 가스 농도에 구배를 생성할 수 있고(즉, 가스 농도는 측부 배기 펌프(300)의 펌프 유입구 근처에서 더 낮고 측부 배기 펌프(300)의 펌프 유입구로부터 멀어질수록 더 높음), 처리 용적(139) 내부의 가스가 측부 배기 펌프(300)의 펌프 유입구를 향해 유동하게 한다.
일부 실시예들에서, 처리 용적(139)의 제1 에지(304)를 향해 재지향되는 주 가스 유동(145)가 측부 배기 펌프(300) 및 제1 주 배기 펌프(160)에 의해 배기되는 동안 제2 주 배기 펌프(136)는 꺼진다. 일부 실시예들에서, 측부 배기 펌프(300) 대 제1 주 배기 펌프(160)의 배기 유량들의 비율은 0.5:1 내지 1:0.5이다. 다른 실시예들에서, 측부 배기 펌프(300), 및 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160 및 136)이 켜진다. 따라서, 일부 실시예들에서, 측부 배기 펌프(300) 대 제1 주 배기 펌프(160) 및 제2 주 배기 펌프(136)의 배기 유량들의 비율은 0.5:1 내지 1:0.5이다.
일부 실시예들에서, 가스가 기판(101)의 에지를 향해 지향될 때, 기판(101)은 반시계 방향(197)으로 회전가능하고, 따라서, 가스가 기판(101)에 걸쳐 유동하게 하고 기판(101)에 걸쳐 더 균일한 성장을 초래한다. 가스 유동에 대향하는 방향으로의 기판(101)의 회전은, 가스 주입기(147)가 주 가스 유동(145)을 처리 용적(139)의 제2 에지(302)를 향해 지향시키는 동안 주 가스 유동(145)을 처리 용적(139)의 제1 에지(304)를 향해 재지향시키는 데 사용될 수 있다. 처리 용적(139)에서의 주 가스 유동(145)의 속도 및 유동 패턴은, 기판(101)에 걸친 주 가스 유동(145)에서의 불균일성들이 감소되도록, 기판(101)의 회전 속도 및 가스 주입기(147)의 가스 주입 채널의 경사진 각도(이하에서 원추 각도(θ)로 지칭됨)를 통해 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판의 회전 속도는 약 5 내지 300 rpm의 범위이고, 원추 각도(θ)는 10° 내지 35°일 수 있다. 결과적으로, 기판의 에지들에서의 두께 프로파일이 개선된다. 일부 실시예들에서, 기판(101)은, 상이하게 요구되는 두께 프로파일을 달성하기 위해 에지를 따라 가스 속도를 추가로 증가시키기 위해서 반시계 방향(197)에 대향하는 시계 방향으로 회전가능하다.
주 가스 유동(145)(가스 또는 라디칼들의 가스 중 어느 하나)이 처리 용적(139)의 제2 에지(302) 근처의 기판(101)의 에지(또는 기판 지지부(138)의 기판 지지 표면의 에지)를 향하는 방향으로 지향될 때, 기판이 회전되는 동안, 가스 또는 라디칼들의 가스는 기판(101)의 중심(308)에서 또는 중심 근처에서에 비해 처리 용적(139)의 제2 에지(302) 근처에서 기판(101)의 에지를 따라 반응 속도를 상당히 촉진한다. 측부 배기 펌프(300)가 있거나 없는 상태에서, 비대칭 가스 주입 채널(249)(도 3a에 도시됨)을 통해 처리 용적(139)의 제2 에지(302) 근처의 기판(101)의 에지를 향하여 가스를 지향시키는 것은, 기판(101)의 중심(308)을 향하여 가스를 지향시키는 것에 비해 기판(101) 전체에 걸쳐 두께 균일성이 개선된 산화물 층으로 이어진다. 산화 프로세스의 일 예에서, 주 가스 유동(145)은 5 내지 80 용적%의 수소 가스 및 20 내지 95 용적%의 산소 가스, 임의로 약 5% 내지 약 80%의 범위의 아르곤의 농도를 포함할 수 있고, 챔버가 약 0.5 Torr 내지 약 19 Torr의 압력으로 유지되는 동안 유량은 약 1 분당 표준 리터(slm) 내지 약 50 slm의 범위이고, 기판은 약 450 ℃ 내지 약 1100 ℃의 온도로 가열되고, 약 10 rpm 내지 300 rpm의 속도로 반시계 방향으로 회전된다.
도 2a 및 2b는, 300 mm 직경을 갖는 기판(101)에 걸친 산소 라디칼 농도의 수치 모의실험들을, Y 방향으로 기판(101)의 중심(308)과 교차하는 라인을 따른 위치의 함수들로서 도시한다. "0"으로 표시된 위치는 기판(101)의 중심(308)에 대응한다. 도 2a에서, 측부 배기 펌프(300)는 꺼지고, 제1 및 제2 주 배기 펌프들(160, 136)은 켜진다. 도 2b에서, 측부 배기 펌프(300) 및 제1 주 배기 펌프(160)가 켜진다. 도 2a 및 2b에서, 원추 각도들(θ)은 (a)에 의해 표시된 수치 모의실험들에서는 15°인 것으로, 그리고 (b)에 의해 표시된 수치 모의실험들에서는 25°인 것으로 가정된다. 도 2a에서, 산소 라디칼 농도는, 각각, 15° 및 25°의 원추 각도(θ)의 경우 기판(101)의 중심(308)(즉, "0"으로 표시된 위치)에서 감소되고, 기판(101)의 에지들(즉, "150" 및 "-150"으로 표시된 위치들)을 향해 확산된다. 도 2b에서, 산소 라디칼 농도는, 각각, 15° 및 25°의 원추 각도(θ)의 경우 기판(101)의 중심(308)(즉, "0"으로 표시된 위치)에서 감소되고, 기판들(101)의 에지들(즉, "150" 및 "-150"으로 표시된 위치들)을 향해 확산된다.
도 3a는 일 실시예에 따른 가스 주입기(147)의 개략적인 평면 단면도이다. 가스 주입기(147)는 임의의 적합한 물질, 예컨대, 석영, 세라믹, 알루미늄, 스테인리스 강, 강철 등으로 만들어질 수 있다.
가스 주입기(147)는 가스 주입 채널(249) 및 개구부(246)가 형성된 몸체(230)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 개구부(246)는 직사각형이다.
일부 실시예들에서, 몸체(230)는 평행육면체이다. 몸체(230)는 제2 측(234)에 대향하는 제1 측(232)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 측(232) 및 제2 측(234)은 X 축에 평행하고 실질적으로 동일한 길이를 갖는다. 몸체(230)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제3 측(224), 제4 측(222), 제5 측(226), 및 제6 측(282)을 갖는다.
가스 주입 채널(249)은 임의의 원하는 단면 형상, 예컨대, 직사각형(도 3b에 도시됨), 정사각형, 원형, 다각형, 육각형, 사다리꼴 또는 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 가스 주입기(147)는 주 가스 유동(145)의 대부분을 처리 용적(139)의 제2 에지(302)로 지향시키도록 적응된다. 가스 주입 채널(249)은 2개의 내부 표면들(279, 280)(도 3a)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 내부 표면(279)은 처리 용적(139)의 제2 에지(302) 근처의 기판 지지부(138)의 기판 지지 표면의 에지에 실질적으로 접하는 방향(306)을 따라 연장된다. 가스 주입 채널(249)의 내부 표면(280)은 축 선(210)으로부터 원추 각도(θ)만큼 내부 표면(279)을 향해 경사진다. 축 선(210)은 개구부(246)를 통해 연장되고, X 방향에 평행하고 제5 측(226)(도 3b에 도시됨)에 수직이다. 내부 표면들(279, 280)은 축 선(210)으로부터 제2 에지(302)를 향해 경사진 방향들을 따르고, 모두 X-Y 평면에 평행한, 이러한 표면들의 돌출부들은 기판(101)의 중심(308)과 교차하지 않도록 구성된다. 원추 각도(θ)는 5° 내지 45°일 수 있다. 내부 표면들(279, 280)은 개구부(246)로부터 제6 측(282)(도 3b에 도시됨)로 연장된다. 제6 측(282)은 만곡되고 기판(101)에 인접하며 개구부(246)의 대향 측 상에 있다.
일부 실시예들에서, 개구부(246)는 (도 3b에 도시된 바와 같이) 원형 유입구(216)를 갖는다. 원형 유입구(216)는 가스 주입 채널(249)과 유체 연통하는 확장된 내부 공간(214)(도 3a)으로 이어진다. 일부 실시예들에서, 확장된 내부 공간(214)은 Y-Z 평면에서 직사각형 단면 형상을 갖는다.
도 3b 및 3c는 가스 주입기(147)의 3차원 개략도들이다. 가스 주입기(147)는 주 가스 유동(145)에서 발견되는 가스 또는 라디칼들의 가스의 대부분을 처리 용적(139)의 제2 에지(302)를 향하여 지향시키도록 기능한다.
가스 주입기(147)는 측들(226, 232, 234, 282, 224 및 222)을 포함한다. 제1 측(232)은 제2 측(234)에 대향한다. 일부 실시예들에서, 제1 측(232) 및 제2 측(234)은 X 축에 평행하고 실질적으로 동일한 길이를 갖는다. 제1 만곡된 표면(236)은 제1 측(232)과 제3 측(224) 사이에 배치된다. 제3 측(224)은 제1 측(232)에 직교로 배치된다. 제2 만곡된 표면(240)은 제2 측(234)과 제3 측(224) 사이에 배치된다. 제3 만곡된 표면(238)은 제1 측(232)과 제4 측(222) 사이에 배치된다. 제4 측(222)은 제1 측(232)에 직교한다. 제4 만곡된 표면(228)은 제2 측(234)과 제4 측(222) 사이에 배치된다. 제3 측(224)은 제4 측(222)에 대향한다. 제5 측(226)은 제6 측(282)에 대향한다. 일부 실시예들에서, 제6 측(282)은 만곡된다. 일 예에서, 제6 측(282)의 곡률 반경은 약 160 mm 내지 약 230 mm일 수 있다. 다른 예에서, 제6 측(282)의 곡률 반경은 처리 용적(139)에서 처리될 기판의 반경보다 약 10 mm 내지 약 80 mm 더 클 수 있다. 가스 주입 채널(249)은 기판(101)을 향하는 제6 측(282) 상에 배치된다. 제1 측(232) 및 제2 측(234)은 제4 측(222)에 실질적으로 수직일 수 있고, 처리 챔버(100) 내에서의 더 응집된 밀봉을 허용한다. 곡률이 기판(101)의 곡률의 윤곽을 이루도록 제6 측(282)이 만곡될 때, 기판(101)을 향한 가스 유동에서 난류 가스 유동이 감소되고, 가스 유동에서의 균일성으로 이어진다.
도 4는 다른 실시예에 따른 가스 주입기(147)의 개략적인 평면 단면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 가스 주입기(147)는 가스 주입 채널(249)이 형성된 몸체(230)를 포함한다. 가스 주입 채널(249)은 2개의 내부 표면들(279, 280) 및 복수의 선형 러더들(linear rudders; 220)을 갖는다. 도 4에 예시된 실시예에서는 오직 2개의 선형 러더들(220)만 도시되지만, 임의의 개수의 선형 러더들(220)이 가스 주입기(147)에 포함될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 몸체(203) 및 선형 러더들(220)은 석영 또는 반응물 가스에 비반응성인 임의의 다른 물질로 만들어질 수 있다. 가스 주입기(147)는 분할선(215)에 의해 제1 부분(231) 및 제2 부분(229)으로 분할되며, 여기서 분할선(215)은 Y 방향에 평행하다. 복수의 선형 러더들(220)은 제1 부분(231)에 배치된다. 제1 부분(231) 및 제2 부분(229)은 가스 주입기(147)를 만들기 위해 조합되는 2개의 별개의 조각들일 수 있거나, 제1 부분(231) 및 제2 부분(229)은 동일한 조각으로 만들어질 수 있다. 가스 주입기(147)는 유입구(143)에 결합되고, 유입구(143)는 반응 가스를 가스 주입기(147)에 전달한다. 가스 주입기(147)는 반응 가스를 기판(101)에 전달하도록 구성된다.
가스 주입기(147)는 축 선(210)에 의해 최상부 부분(235) 및 바닥 부분(233)으로 분할되며, 여기서 축 선(210)은 X 방향에 평행하다. 선형 러더들(220)은, 일 실시예에 따라, 반응 가스가 가스 주입기(147)의 최상부 부분(235)을 통해 대부분 또는 완전히 유동하도록 하는 방식으로 배치되고 경사진다. 반응물 가스가 가스 주입기(147)의 바닥 부분(233)을 통해 유동하도록 허용되는 경우, 반응 가스의 대부분은 기판 영역의 대부분을 누락하고 미반응 상태로 유지되거나 측부 포트(122) 내로 그리고 측부 배기 펌프(300) 내로 인출되어, 반응물 가스를 낭비하고, 처리 용적(139)의 우측 범위(즉, 제1 에지(304) 근처)에 걸쳐 배치된 기판의 부분 상에 불균등한 막 성장을 초래한다. 추가적으로, 러더들이 없는 가스 주입기(147)는 제트 스트림형 유동을 나타내고, 여기서 주 가스 유동(145)은 하나의 협소한 스트림으로 집중된다. 본원에 개시된 러더들(220)을 갖는 가스 주입기(147)는, 주 가스 유동(145)이, 처리 용적(139)의 좌측 범위(즉, 제2 에지(302) 근처)에 여전히 집중되면서도, 훨씬 더 넓은 영역에서 확산되는 것을 허용한다.
가스 주입기(147)의 최상부 부분(235)을 통한 주 가스 유동(145)은, 처리 용적(139)의 좌측 범위(즉, 제2 에지(302) 근처)에 있는 기판(101)의 부분 상에서 대부분 또는 전체적으로 막 성장을 허용한다. 추가적으로, 선형 러더들(220)로 인한 반응물 가스의 증가된 순환은 반응 가스와 기판(101)의 반응 속도를 증가시키고, 더 빠른 막 성장으로 이어진다. 선형 러더들(220)은, 제2 에지(302) 근처의 처리 용적(139)의 좌측 범위에 걸친 반응물 가스의 통합 속도가 가능한 한 높으면서, 통합 속도는 제2 에지(302) 근처의 처리 용적(139)의 좌측 범위에서 가능한 한 여전히 균일하도록 배치된다. 선형 러더들(220)은 다른 러더 형상들, 예컨대, 웨지들보다 더 높은 속도의 주 가스 유동(145)을 허용한다.
복수의 선형 러더들(220)은 가스 주입기(147)의 제1 부분(231) 내에 임의의 배열로 배치될 수 있다. 복수의 선형 러더들(220)은 처리 용적(139)의 제2 에지(302)를 향하여 축 선(210)에 대해 각도 α를 갖는다. 일부 실시예들에 따르면, 선형 러더들(220) 각각은 동일한 각도 α 또는 상이한 각도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 각도 α는 약 5° 내지 약 85°, 예컨대, 약 25° 내지 약 55°, 또는 약 35° 내지 약 45°로 다양하다. 일 실시예에 따르면, 복수의 선형 러더들(220) 중 적어도 하나의 러더의 단부(220E)는 바닥 표면(202)으로부터 약 15 mm 내지 약 60 mm의 거리만큼 분리된다. 일 실시예에 따르면, 복수의 선형 러더들(220) 중 적어도 하나의 러더의 단부(220E)는 분할선(215)으로부터 약 35 mm 내지 약 45 mm의 거리만큼 분리된다. 일 실시예에 따르면, 복수의 선형 러더들(220)의 선형 러더들은 약 25 mm 내지 약 75 mm의 길이를 갖는다. 일 실시예에 따르면, 복수의 선형 러더들(220)은, 가스 주입기(147)로부터의 반응물 가스의 주 가스 유동(145)이 약 100 이하의 레이놀즈 수(Re)를 갖고, 주 가스 유동(145)이 층류이도록 배치된다.
일부 실시예들에서, 기판(101)의 표면으로의 반응물 가스의 전달 동안, 기판(101)은 약 23 ℃ 내지 약 1200 ℃의 온도로부터 가열될 수 있다. 반응물 가스는, 반응물 가스가 제2 에지(302) 근처의 처리 용적(139)의 좌측 범위의 기판(101)의 부분 상에 막을 성장시키도록 전달될 수 있다. 막의 용적의 약 60% 내지 약 90% 이상이 제2 에지(302) 근처의 처리 용적(139)의 좌측 범위에 배치된다.
본 출원에서는 열 처리 챔버가 논의되지만, 본 개시내용의 구현들은 균일한 가스 유동이 요구되는 임의의 처리 챔버에서 사용될 수 있다.
본 개시내용의 이점들은, 기판 전체에 걸친 성장 균일성을 제어하기 위해 가스를 기판의 에지 쪽으로 지향시키기 위해서 처리 챔버에서 비대칭 가스 주입기를 사용하는 것을 포함한다. 비대칭 가스 주입기는 처리 용적의 에지를 향한 가스 유동을 가리킨다. 가스 유동은 측부 펌프에 의해 처리 용적의 다른 에지로 추가로 재지향될 수 있다. 구체적으로, 비대칭 가스 채널을 통해 가스를 지향시키는 것은 RadOx® 프로세스에서 기판의 에지에서의 또는 에지 근처에서의 반응을 상당히 증가시킬 것이고, 이에 의해, 기판의 에지를 따른 개선된 두께 균일성뿐만 아니라 기판의 개선된 전체 두께 균일성으로 이어진다는 것을 관찰하였다.
전술한 내용은 본 개시내용의 구현들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 구현들은 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판을 처리하기 위한 가스 주입기로서,
    가스 공급원에 연결가능한 유입구를 갖는 몸체 - 상기 가스 공급원은 처리 챔버의 처리 용적 내에 배치된 기판 지지부 상의 기판을 처리할 때 상기 유입구 내로 제1 방향으로 가스 유동을 제공하도록 구성되고, 상기 기판 지지부는 제1 에지 및 상기 제1 방향에 직교하는 방향으로 상기 제1 에지에 대향하는 제2 에지를 가짐 -; 및
    상기 몸체에 형성된 가스 주입 채널
    을 포함하고,
    상기 가스 주입 채널은 상기 유입구와 유체 연통하고,
    상기 가스 주입 채널은 상기 가스 유동을 상기 처리 챔버의 처리 챔버 유입구에 전달하도록 구성되고,
    상기 가스 주입 채널은 제2 방향에 평행한 제1 내부 표면 및 제3 방향에 평행한 제2 내부 표면을 갖고,
    상기 제1, 제2, 및 제3 방향들은 제1 평면에 평행하고,
    상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 상기 기판의 중심과 교차하지 않고, 상기 기판 지지부의 상기 제2 에지를 향하여 상기 제1 방향에 대해 비스듬하고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향으로부터 상기 기판 지지부의 상기 제2 에지를 향해 15° 내지 35°만큼 경사지고,
    상기 제3 방향은 상기 제2 에지 근처의 상기 기판 지지부의 에지에 접하는, 가스 주입기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 평행한 제1 측;
    상기 제1 방향에 평행하고 상기 제1 방향에 직교하는 제4 방향으로 상기 제1 측에 대향하는 제2 측 - 상기 제2 측은 상기 제1 측과 동일한 길이를 가짐 -;
    상기 제4 방향에 평행한 제3 측;
    상기 제1 측과 상기 제3 측 사이에 연장되는 제1 만곡된 표면;
    상기 제3 측과 상기 제2 측 사이에 연장되는 제2 만곡된 표면;
    상기 제4 방향에 평행하고 상기 제1 방향 및 상기 제4 방향에 직교하는 제5 방향으로 상기 제3 측에 대향하는 제4 측;
    상기 제1 측과 상기 제4 측 사이에 연장되는 제3 만곡된 표면;
    상기 제4 측과 상기 제2 측 사이에 연장되는 제4 만곡된 표면;
    상기 제4 방향에 평행한 제5 측; 및
    상기 제4 방향에 평행하고 상기 제1 방향으로 상기 제5 측에 대향하는 제6 측
    을 더 포함하고, 상기 유입구는 상기 제5 측 상에 배치되고 상기 가스 주입 채널은 상기 제6 측 상에 배치되는, 가스 주입기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주입 채널 내에 배치된 복수의 선형 러더들을 더 포함하는, 가스 주입기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 선형 러더들의 각각의 선형 러더는 상기 기판 지지부의 상기 제2 에지를 향해 25° 내지 55°만큼 상기 제1 방향으로부터 경사지고,
    상기 복수의 선형 러더들 중 적어도 하나의 선형 러더의 단부는 상기 가스 주입 채널의 내부 표면으로부터 15 mm 내지 60 mm의 거리만큼 분리되는, 가스 주입기.
  6. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    챔버 가스 유입구, 챔버 가스 배출구, 및 상기 챔버 가스 유입구와 상기 챔버 가스 배출구 사이의 처리 용적을 제1 방향으로 갖는 챔버 몸체;
    상기 처리 용적 내에 배치된 기판 지지부;
    주입기 유입구 및 가스 주입 채널을 갖는 가스 주입기,
    - 상기 주입기 유입구는 상기 기판 지지부 상의 기판을 처리할 때 상기 주입기 유입구 내로 제1 방향으로 가스 유동을 제공하도록 구성되는 가스 공급원에 연결가능하고,
    상기 가스 주입 채널은 상기 주입기 유입구와 유체 연통하고,
    상기 가스 주입 채널은 상기 가스 유동을 상기 챔버 가스 유입구에 전달하도록 구성됨 -;
    상기 챔버 가스 배출구에 결합된 배기 조립체 - 상기 배기 조립체는 제1 주 배기 펌프를 포함함 -; 및
    상기 챔버 몸체의 측부 포트를 통해 상기 처리 용적에 결합된 측부 배기 펌프
    를 포함하고,
    상기 측부 포트는 상기 기판 지지부의 제1 에지 근처에 배치되고,
    상기 가스 주입 채널은 제2 방향에 평행한 제1 내부 표면 및 제3 방향에 평행한 제2 내부 표면을 갖고,
    상기 제1, 제2, 및 제3 방향들은 제1 평면에 평행하고,
    상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 상기 기판의 중심과 교차하지 않고, 상기 제1 방향에 직교하는 제4 방향으로 상기 제1 에지에 대향하는 상기 기판 지지부의 제2 에지를 향하여 상기 제1 방향에 대해 비스듬한, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 상기 기판의 중심을 중심으로 회전가능한, 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향으로부터 상기 기판 지지부의 상기 제2 에지를 향해 15° 내지 35°만큼 경사지고,
    상기 제3 방향은 상기 제2 에지 근처의 상기 기판 지지부의 에지에 접하는, 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배기 조립체는 제2 주 배기 펌프를 더 포함하는, 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 가스 주입기는 상기 가스 주입 채널 내에 배치된 복수의 선형 러더들을 더 포함하는, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 선형 러더들의 각각의 선형 러더는 상기 기판 지지부의 상기 제2 에지를 향해 25° 내지 55°만큼 상기 제1 방향으로부터 경사지고,
    상기 복수의 선형 러더들 중 적어도 하나의 선형 러더의 단부는 상기 가스 주입 채널의 내부 표면으로부터 15 mm 내지 60 mm의 거리만큼 분리되는, 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 기판을 처리하기 위한 방법으로서,
    처리 챔버의 처리 용적 내에 배치된 기판 지지부 상의 기판을 처리할 때, 가스 공급원으로부터 가스 주입기 내로 제1 방향으로 가스 유동을 주입하는 단계 - 상기 기판 지지부는 제1 에지, 및 상기 제1 방향에 직교하는 방향으로 상기 제1 에지에 대향하는 제2 에지를 가지고,
    상기 처리 챔버는 챔버 가스 유입구 및 챔버 가스 배출구를 갖고, 상기 기판 지지부는 상기 챔버 가스 유입구와 상기 챔버 가스 배출구 사이에 상기 제1 방향으로 배치됨 -;
    상기 가스 주입기로부터 상기 처리 챔버 내로 상기 가스 유동을 주입하는 단계 - 상기 가스 주입기로부터의 가스 유동은 제2 방향과 제3 방향 사이로 지향되고,
    상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 상기 기판 지지부 상에 배치된 기판의 중심과 교차하지 않고, 상기 기판 지지부의 상기 제2 에지를 향하여 상기 제1 방향에 대해 비스듬함 -;
    상기 기판의 중심을 중심으로 상기 기판 지지부를 회전시키는 단계; 및
    상기 처리 챔버의 제1 측 상에 배치된 제1 주 배기 펌프 및 상기 처리 챔버의 제2 측 상에 배치된 제2 주 배기 펌프에 의해 상기 챔버 가스 배출구로부터 상기 가스 유동을 배기하는 단계를 포함하고, 상기 제2 측은 상기 제1 방향에 직교하는 제4 방향으로 상기 제1 측에 대향하는, 방법.
  15. 기판을 처리하기 위한 방법으로서,
    처리 챔버의 처리 용적 내에 배치된 기판 지지부 상의 기판을 처리할 때, 가스 공급원으로부터 가스 주입기 내로 제1 방향으로 가스 유동을 주입하는 단계 - 상기 기판 지지부는 제1 에지, 및 상기 제1 방향에 직교하는 방향으로 상기 제1 에지에 대향하는 제2 에지를 가지고,
    상기 처리 챔버는 챔버 가스 유입구 및 챔버 가스 배출구를 갖고, 상기 기판 지지부는 상기 챔버 가스 유입구와 상기 챔버 가스 배출구 사이에 상기 제1 방향으로 배치됨 -;
    상기 가스 주입기로부터 상기 처리 챔버 내로 상기 가스 유동을 주입하는 단계 - 상기 가스 주입기로부터의 가스 유동은 제2 방향과 제3 방향 사이로 지향되고,
    상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 상기 기판 지지부 상에 배치된 기판의 중심과 교차하지 않고, 상기 기판 지지부의 상기 제2 에지를 향하여 상기 제1 방향에 대해 비스듬함 -;
    상기 기판의 중심을 중심으로 상기 기판 지지부를 회전시키는 단계; 및
    상기 처리 챔버의 제1 측 상에 배치된 제1 주 배기 펌프에 의해 상기 챔버 가스 배출구로부터 그리고 상기 기판 지지부의 상기 제1 에지 근처의 상기 처리 챔버의 상기 제1 측 상에 배치된 측부 배기 펌프에 의해 상기 처리 용적으로부터 상기 가스 유동을 배기하는 단계를 포함하는, 방법.
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