KR20210145079A - 기판을 처리하기 위한 플랜지 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시서는 예를 들어 수직 가열로와 같은 기판을 처리하기 위한 장치 내 처리 튜브 용 플랜지에 관한 것이다. 플랜지에는 공정 튜브의 공정 챔버로의 접근을 제공하는데 사용되는 개구 및 냉각 유체가 흐르고 플랜지를 냉각시키는 냉각 채널이 제공될 수 있다. 열전도율이 0.1 내지 40 W/m K 인 재료는 냉각 유체와 플랜지의 나머지(rest) 사이에 적어도 부분적으로 제공될 수 있다.

Description

플랜지 및 기판 처리 장치{FLANGE AND APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATES}
본 개시는, 기판을 처리하기 위한 장치 내의 공정 튜브용 플랜지에 관한 것이다. 플랜지는, 냉각 유체가 플랜지를 흐르게 하고 냉각할 수 있게 하기 위한 냉각 채널, 및 사용 중에 공정 튜브의 내부에 대한 접근을 제공하는 개구를 구비할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 개시는 기판을 처리하기 위한 장치에 관한 것으로,
공정 챔버를 생성하고 하단부에 개구를 구비하는 공정 튜브;
상기 공정 튜브를 가열하기 위해 상기 공정 튜브를 둘러싸는 히터;
상기 공정 튜브의 개구와 정렬된 개구 및 상기 공정 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉부를 포함하는 상기 공정 튜브용 플랜지, 및
냉각 채널로서, 냉각 유체가 냉각 채널 내부를 흐르고 상기 밀봉부를 냉각시키는 것을 허용하는, 냉각 채널을 포함한다.
반도체 기판은 수직형 퍼니스에서 배치로 처리될 수 있다. 이러한 처리의 예는, 기판 상에 다양한 재료의 층을 증착하는 것이다. 전기적 및 물리적 특성의 균일성을 포함하는 다양한 이유로, 고순도 및 균일성은 일반적으로 증착된 층에 대해 요구된다. 그러나, 증착 결과는 퍼니스에서의 미립자 물질의 존재에 의해 악영향을 받을 수 있다. 일부 경우에, 입자는 층 상에 놓이거나 층 내로 혼입될 수 있어서, 증착된 층의 순도 및 균일성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 고품질 공정 결과를 일관되게 달성하기 위해서는, 일관되게 낮은 입자 수준을 달성할 수 있는 처리 방법 및 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
입자는, 공정 튜브의 개구 부근의 플랜지 중 하나 상에서 더 낮은 온도에서 응축되는 반응 부산물의 형성의 결과일 수 있다. 따라서, 플랜지의 온도는 응축을 피하기 위해 처리 동안에 증가된 온도로 유지될 수 있다. 그러나, 뜨거운 웨이퍼 적재물이 반응 튜브로부터 언로딩되는 경우에, 뜨거운 적재물은 플랜지로 열을 복사할 수 있고, 이는 플랜지를 더 가열할 수 있다. 튜브 또는 퍼니스의 다른 부분에 대해 플랜지를 밀봉하는 데 사용될 수 있는 밀봉용 O-링은 과열되고 이러한 과열에 의해 누출을 시작할 수 있다. 과열을 피하기 위해, 플랜지에 온도 제어가 제공될 수 있다.
본 발명의 내용은 선정된 개념을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이들 개념은 하기의 본 발명의 예시적 구현예의 상세한 설명에 더 상세하게 기재되어 있다. 본 발명의 내용은 청구된 요지의 주된 특징 또는 필수적인 특징을 구분하려는 의도가 아니며 청구된 요지의 범주를 제한하기 위해 사용하려는 의도 또한 아니다.
밀봉부의 과열 및/또는 부산물의 너무 많은 응축이 회피될 수 있도록, 개선된 온도 제어를 플랜지에 제공하는 것이 목표일 수 있다.
일 양태에 따라, 기판을 처리하기 위한 장치 내의 공정 튜브용 플랜지가 제공될 수 있다. 플랜지는, 냉각 유체가 내부를 흐르고 플랜지를 냉각시킬 수 있는 냉각 채널, 및 사용 중에 공정 튜브의 공정 챔버에 대한 접근을 제공하는 개구를 구비한다. 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료가, 냉각 유체와 플랜지의 나머지 부분 사이에 적어도 부분적으로 제공된다.
다른 양태에 따라, 기판을 처리하기 위한 장치가 제공될 수 있으며, 이는,
공정 챔버를 생성하고 하단부에 개구를 구비하는 공정 튜브;
상기 공정 튜브를 가열하기 위해 상기 공정 튜브를 둘러싸는 히터;
상기 공정 튜브의 개구와 정렬된 개구 및 상기 공정 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉부를 포함하는 상기 공정 튜브용 플랜지, 및
냉각 유체가 내부를 흐르고 상기 밀봉부를 냉각시키는 것을 허용하기 위한 냉각 채널을 포함한다. 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료가, 냉각 유체와 밀봉부 사이에 적어도 부분적으로 제공될 수 있다.
선행 기술에 비해 달성되는 장점 및 본 발명을 요약하기 위해, 본 발명의 특정 목적 및 장점이 앞서 본원에 기술되었다. 물론, 모든 목적 및 장점들이 본 발명의 임의의 특별한 구현예에 따라 반드시 달성되는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 예들 들어 당업자는, 본 발명이, 본원에 교시 또는 제안될 수 있는 다른 목적들 또는 장점들을 반드시 달성하지 않고서, 본원에 교시되거나 제시된 바와 같은 하나의 장점 또는 여러 장점들을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 구현예 모두는 본원에 개시된 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 한정되지 않으며, 이들 및 다른 구현예들은 첨부된 도면들을 참조하는 특정 구현예들의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 분명할 것이다.
본 명세서는 본 발명의 구현예로 간주되는 것을 특별히 지적하고 명백하게 주장하는 청구범위로 결론을 내지만, 본 개시의 구현예의 장점은 첨부한 도면과 관련하여 읽을 때 본 개시의 구현예의 특정 예의 설명으로부터 더욱 쉽게 확인될 수 있고, 도면 중:
도 1은, 폐쇄된 상태에서 수직형 퍼니스의 공정 튜브의 하단부의 개략도이다.
도 2는 일 구현예에 따라 플랜지 내의 냉각 채널의 상세한 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따라 플랜지 내의 냉각 채널의 개략적인 단면도이다.
도 4는 일 구현예에 따라 냉각 채널 상의 개략적인 상면도이다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 연장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다. 본원에 제시된 예시는 임의의 특정한 재료, 구조, 또는 소자의 실제 뷰를 의도하려 하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 구현예를 설명하기 위해 사용되는 이상화된 표현이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판" 또는 "웨이퍼"는, 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 용어 "반도체 소자 구조"는 반도체 기판 상에 또는 반도체 기판 내에 형성될 반도체 소자의 능동 또는 수동 구성 요소의 적어도 일부를 포함하거나 한정하는, 가공되거나 부분 가공된 반도체 구조의 임의의 부분을 지칭할 수 있다.
반도체 기판은 수직형 퍼니스에서 배치로 처리될 수 있다. 이러한 처리의 예는, 기판 상에 다양한 재료의 층을 증착하는 것이다. 일부 공정은, 예를 들어 염화물 및 암모니아에 기초할 수 있다. 암모니아를 사용하는 염화물 기반 화학물질은, 입자의 형성에 민감할 수 있다. 이론에 의해 제한되지 않는다면, 입자의 형성은 일반적으로 플랜지 상에서 퍼니스의 저온점 상에서 NH4Cl의 응축의 결과일 수 있는 것으로 여겨질 수 있다. 따라서, 플랜지는 NH4Cl의 응축을 방지하기에 충분히 높은 온도로 가열될 수 있다. 다른 공정은 응결 문제에 민감할 수 있고 플랜지를 또한 가열해야 할 수 있다. 플랜지는, 예를 들어 100°C 이상, 더 바람직하게는 120°C 이상, 더욱 더 바람직하게는 150°C 이상, 가장 바람직하게는 180°C 이상의 온도로 가열될 수 있다.
전술한 바와 같이, 가열되는 것 이외에, 플랜지는, 예를 들어 플랜지를 밀봉하는 데 사용될 수 있는 O-링에 대한 열 손상을 방지하도록 통상적으로 냉각될 수도 있다. 냉각 시스템은 바람직하게는, 기판의 과열을 효과적으로 방지하지만, 바람직하게는 플랜지를 그렇게 많이 냉각시키지 않아서, 플랜지가 응축 방지를 위해 원하는 온도 미만으로 냉각될 수 있도록 한다. 이들 충돌 요건을 고려하여, 본 발명의 바람직한 구현예는 과냉 없이 플랜지 또는 다른 퍼니스 구조를 효과적이고 균일하게 냉각시킬 수 있는 냉각 시스템을 제공한다.
플랜지는 유체 냉각 시스템을 구비할 수 있고, 여기서 유체, 바람직하게는 물이 채널을 통해 흐른다. 채널은 플랜지의 공간에 배치될 수 있고, 공간의 벽으로부터 부분적으로 거리를 둘 수 있다. 채널이 공간의 벽과 접경하는 경우에, 플랜지와 채널 사이의 열 전달을 위한 주요 도관이 있을 수 있다. 적절한 냉각은, 실온 이하의 비가열수와 같은 효과적인 냉각 매체를 사용함으로써, 용이해질 수 있다. 유리하게는, 이러한 냉각 시스템은 특히 간단하고 또한 효과적일 수 있다. 채널과 벽 사이의 제한된 접촉의 사용은 플랜지의 과냉을 방지하기 위해, 따뜻한 물 또는 뜨거운 물 또는 가열된 글리콜 등과 같은 가열된 냉매를 사용하는 것보다 더 신뢰성 있고 더 간단한 것으로 밝혀졌다. 이는 또한, 냉매의 과열을 방지하는 데 도움을 줄 수 있으며, 이는 결국 냉각 유체의 분해 또는 끓임을 초래하거나 냉매가 순환하는 채널에서 침착물의 형성을 야기할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 예시적인 배치 반응기의 일부를 개략적으로 나타낸다. 예시된 반응기는 효율적인 가열 및 로딩 서열에 대한 이점을 갖는 수직형 퍼니스 유형의 반응기일 수 있지만, 당업자는 본원에 개시된 원리 및 이점이 다른 유형의 반응기에 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 수직형 퍼니스(100)의 공정 튜브(10)의 하부 섹션의 측단면도를 나타낸다. 공정 튜브(10)는 하단부에서 개방될 수 있고 상단부(미도시)에서 돔 형상으로 폐쇄될 수 있다. 공정 튜브(10)는 공정 챔버(12)를 정의할 수 있다. 히터(20)는 공정 튜브를 가열하기 위해 공정 튜브(10)를 둘러쌀 수 있다. 받침대(30)는, 복수의 웨이퍼(50), 바람직하게는 50매 이상의 웨이퍼를 보유하는, 웨이퍼 보트(40)를 지지할 수 있다. 받침대(30)는, 받침대(30)를 지지하는 도어 플레이트(90)를 포함한 수직형 퍼니스(100)의 주변 부분의 과도한 가열을 방지하기 위해, 열적으로 단열될 수 있다.
공정 튜브(10)(그들의 하단부만이 나타남)는 상부 플랜지(80) 또는 하부 플랜지(82)와 같은 플랜지 상에 지지될 수 있는 확장형 베이스(11)를 가질 수 있다. 공정 튜브를 밀봉하기 위해 공정 튜브(10)를 둘러싸는 추가 플랜지가 사용될 수 있다. 플랜지는 또한, 인젝터 또는 라이너와 같은 공정 튜브 내의 다른 구성 요소를 지지하기 위해 사용될 수 있다.
플랜지(80, 82)는, 예를 들어 복수의 웨이퍼(50)를 공정 챔버(12) 내에 유지하는 웨이퍼 보트(40)를 이용해 실질적으로 원형인 받침대(30)를 이동시키기 위해, 사용 시 공정 튜브(10)의 내부에 접근을 제공하는, 실질적으로 원형인 개구를 구비할 수 있다. 도어 플레이트(90)가 폐쇄 위치에 있을 경우에, 도어 플레이트(90)는 하부 플랜지(82)의 하단부에 대해 밀봉한다. 도어 플레이트(90)는 단일 유형의 재료, 예를 들어 금속, 또는 재료의 조합, 예를 들어 금속과 석영의 조합으로 형성될 수 있음을 이해할 것이다. 도어 플레이트(90)는 수직으로 이동 가능할 수 있고, 하부 플랜지(82)에 대한 밀봉에 의해, 공정 튜브(10)의 개구 및 플랜지를 폐쇄하기 위해 상승할 수 있다. 도어 플레이트(90)는 하부 플랜지(82)에 대해 하향 이동함으로써 개방된다. 도어 플레이트(90)의 상부 표면은 받침대(30)를 지지하며, 이는 차례로 웨이퍼 보트(40)를 지지한다. 엘리베이터(98)는, 예를 들어 도어 플레이트(90), 받침대(30), 및 웨이퍼 보트(40)를 이동시키고, 예를 들어 상승 또는 하강시켜 웨이퍼 보트(40)를 로딩하거나 언로딩하도록 제공될 수 있다.
불활성 및 반응성 전구체 가스를 포함한 가스가, 가스 공급원(95)으로부터 공정 챔버(12)에 제공될 수 있으며, 이는 다양한 가스를 보유하기 위한 복수의 용기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전구체 가스는 암모니아(NH3) 및/또는 염화물 함유 가스, 예컨대 SiH2Cl2, TiCl4, HfCl4, 및/또는 AlCl3을 포함할 수 있다. 가스 공급원(95)으로부터 공정 챔버(12) 내로의 전구체 가스의 흐름은, 제어기(94)에 의해 제어될 수 있다. 가스 개구(미도시)가 플랜지(80, 82)에 제공되어 가스 공급원(95)으로부터 공정 챔버(12)로, 예를 들어 인젝터를 이용해 가스를 제공할 수 있다.
플랜지 내의 가스 개구는, 공정 챔버(12)로부터 가스를 제거하는 데 사용될 수도 있다. 반응성 전구체 가스는, 예를 들어 플랜지(80, 82) 및/또는 도어 플레이트(90)와 같은 수직형 퍼니스(100)의 냉각기 부분에 응축을 야기할 수 있는, 반응 부산물을 생성할 수 있다.
도어 플레이트(90)는 온도 제어하기 어려울 수 있다. 웨이퍼 보트(40)의 각각의 언로딩에 의해, 도어 플레이트(90)는 뜨거운 퍼니스(100)로부터 하향으로 멀리 이동하고 상당히 냉각된다. 새로 로딩된 보트(40)를 퍼니스(100)에 다시 로딩한 후, 도어 플레이트(90)는, 도어 플레이트(90) 위의 퍼니스의 뜨거운 부분 및 가열된 플랜지(80, 82)로부터 나오는 열로 가열될 것이다. 받침대(30)의 단열 값은 도어 플레이트(90)에 도달하는 열을 증가시키기 위해, 도어 플레이트(90)를 충분히 가열하여 응축을 방지하기 위해, 특정 한계 내에서 조절될 수 있다.
도 1을 참조하면, 도어 플레이트(90)에 충분한 열을 공급하기 위해 받침대(30)의 단열 값을 조절하는 것에 더하거나 이에 대한 대안으로서, 도어 플레이트 히터(92)가 제공될 수 있다. 도어 플레이트 히터(92)는 바람직하게는 받침대(30) 아래에 제공된다.
도어 플레이트(90)의 온도는 다양한 방식으로 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 도어 플레이트 온도를 능동적으로 모니터링하고 제어하기 위해, 온도 센서(96)가 제공되는 것이 바람직하다. 온도 센서(96)는 제어기(94)와 통신한다. 원하는 도어 플레이트 온도에 도달한 후, 제어기(94)는 반응물 가스를 가스 공급원(95)으로부터 공정 챔버(12) 내로 흘려 기판 상에 막의 화학 기상 증착을 포함하여 다양한 공정을 수행시킨다.
상부 및 하부 플랜지(80, 82)는, 플랜지의 온도를 증가시키기 위해 전기 히터(88)를 구비하여 플랜지 상의 응축을 최소화할 수 있다. 300 mm 웨이퍼를 처리하는 퍼니스를 위한 예시적인 설계에서, 플랜지(80, 82)는 20개 초과의 히터를 구비할 수 있으며, 각각의 히터는 최대 약 100 와트의 열을 제공한다. 히터의 수는 플랜지의 설계, 히터의 설계와 전력, 받침대(30)의 단열, 및 튜브(10)와 플랜지(80, 82)의 외측에 제공된 절연 재료의 양에 따라 달라진다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 히터가 덜 강력하다면, 받침대(30)가 매우 단열적이고 따라서 퍼니스(100)의 상부에서 플랜지(80, 82)에 도달하는 열을 최소화하면, 그리고/또는 플랜지(80, 82)가 이들 플랜지의 최소 단열로 인해 상당한 양의 열을 상실한다면, 더 많은 히터가 사용될 수 있다. 역으로, 히터가 더 강력하다면, 받침대(30)가 퍼니스(100)의 상부로부터 플랜지(80, 82)를 상당히 열적으로 단열시키지 않으면, 그리고/또는 플랜지(80, 82)가 열 손실로부터 잘 단열된다면, 더 적은 히터가 사용될 수 있다.
처리된 웨이퍼 적재물을 언로딩하는 동안에, 고온 웨이퍼(50) 및 고온 웨이퍼 보트(40)는 플랜지(80, 82)를 통과할 수 있다. 예방 조치 없이, 다른 표면과 접촉하여 진공 밀봉을 제공하는 플랜지(80, 82) 내의 O-링은, 과열될 수 있다. O-링의 성능 저하는, 공정 튜브(10) 내부의 분위기를 주변 환경으로부터 격리시키는 능력을 바람직하지 않게 감소시킬 수 있으며, 잠재적으로 오염을 초래하거나 달리 공정 결과에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 냉각 채널(86)은 O-링의 과열을 방지하기 위해 제공될 수 있다.
채널(86)은 플랜지(80, 82)로부터 열을 제거하기 위한 흐름 유체를 구비하여 이들 플랜지와 접촉하는 O-링을 냉각시킬 수 있다. 채널(86)용으로 가능한 유체는 물일 수 있다. 그러나, 물은 100°C에서 끓고, 큰 냉각 용량을 가지며, 이는 플랜지를 너무 많이 냉각시킬 수 있으며, 이는 개구를 생성하는 플랜지(80, 82)의 실질적인 원형 내부 표면 상의 생성물에 의한 응축 반응을 초래할 수 있다. 일부 바람직한 구현예에 따른 설계는 이들 및 다른 단점을 회피할 수 있고, 수냉의 사용을 허용할 수 있다. 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 수냉 채널(86)은 플랜지(80, 82)와 덜 밀접하게 접촉하여 제공될 수 있다. 냉각 채널(86)은 도 2, 도 3 및 도 4에 보다 상세하게 나타낼 수 있다.
도 2를 참조하면, 플랜지(800)의 단면은 외부 표면(802) 및 내부 표면(804)을 갖는 것으로 나타나 있다. 내부 표면(804)은 실질적으로 원형일 수 있다. 플랜지(800)는, 예를 들어 도 1의 상부 및 하부 플랜지(80, 82) 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 플랜지(800)가 도 1의 하부 플랜지(82)일 수 있는 경우에, 히터(88)(도 1)에 대응하는 히터(812)가 제공될 수 있다. 플랜지는, O-링이 플랜지(82)를, 이웃하는 구조에 대해 밀봉시킬 수 있도록 공간을 제공하기 위해 오목부(810)가 형성될 수 있는, 상단 및 하단 표면을 구비할 수 있다. 이러한 구조는, 예를 들어 도어 플레이트(90), 상부 플랜지(80) 및/또는 튜브(10)일 수 있다(도 1).
계속해서 도 2를 참조하면, 냉각제 유체를 유지하기 위한 인클로저(821)의 벽(822)은 냉각 채널(86)을 정의한다. 인클로저(821)는, 플랜지(800)의 주변부 주위로 부분 연장될 수 있고, 냉각 채널(86)은 또한, 플랜지(800)의 주변부 주위로 부분 연장되어 플랜지의 균일한 냉각을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 플랜지(800)가 수평 횡단면에서 원형으로 나타낸 구현예에서, 인클로저(821)는 부분적으로 환형 링의 형상일 수 있다. 인클로저(821)는, 예를 들어 퍼니스 유지보수를 용이하게 하기 위해 탈착식일 수 있다.
플랜지(800)는, 냉각 채널(86)을 적어도 부분적으로 또는 완전히 수용하기 위한 공간을 구비할 수 있다. 예를 들어, 냉각 채널(86)을 정의한 인클로저(821)는, 플랜지(800) 내의 공간을 정의하는 오목부(823) 내에 수용될 수 있다. 오목부(823)는, 플랜지(800) 주위로 부분적으로 또는 완전히 연장될 수 있다. 인클로저(821)는 오목부(823)를 따라 연장되어 플랜지(800)의 균일한 냉각을 허용할 수 있다. 오목부(823)는 플랜지(800)의 상단, 하단 또는 외부 표면(802)에 제공될 수 있다. 오목부(823)는 인클로저(821)보다 클 수 있다. 따라서, 오목부(823), 예를 들어 냉각 채널(86)은 인클로저(821)의 외벽으로부터 이격된 내벽을 가질 수 있어서, 개방 공간(830, 831 및 832)이 인클로저(821)와 플랜지(800) 사이에 존재할 수 있다.
따라서, 오목부(823)에 의해 형성된 냉각 채널(86)을 수용하기 위한 공간은, 개방 공간을 남기는 냉각 채널(86)에 필요한 공간보다 클 수 있다. 개방 공간은 0.1 내지 40, 바람직하게는 0.5 내지 10, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 6 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료를 구비할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 냉각 채널(86)을 형성하는 인클로저(821)의 벽(822)은 0.1 내지 40, 바람직하게는 0.5 내지 10, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 6 W/m의 유사한 열 전도성을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 0.1 내지 40, 바람직하게는 0.5 내지 10, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 6 W/m의 열 전도성을 갖는 재료를 가짐으로써, 적어도 부분적으로 냉각 유체와 플랜지(800)의 나머지 사이에서 냉각 채널(86)용 적절한 냉각 유체는 물이 될 수 있다. 물은 큰 냉각 용량을 갖지만, 0.1 내지 40, 바람직하게는 0.5 내지 10, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 6 W/m의 열 전도성을 갖는 재료를 사용함으로써, 플랜지(800)는 과냉되지 않을 것이다. 이에 따라, 플랜지(800)의 실질적인 원형 내부 표면 상의 반응 부산물의 응축 위험이 최소화될 수 있다. 한편, 이에 따라 냉각 채널(86)에서 물이 끓을 위험 또한, 최소화될 수 있다. 재료는 동일한 두께로 플랜지(800)의 주변부 위로 오목부(821) 전체에 걸쳐 균일하게 적용될 수 있다. 이러한 방식으로, 플랜지(800)의 주변부 주위의 열 전도성은, 플랜지(800) 내의 냉점 및 열점을 피하기 위해 동일하다. 유리하게도, 이러한 방법에 의한 과냉 방지는, 온수 또는 고온수 또는 가열된 글리콜과 같이 가열된 냉매를 포함하는, 더 적은 냉각 용량을 갖는 매체를 사용하는 것보다 더 신뢰성 있고 더 간단하다.
도 2에 나타낸 배열은, 상이한 처리 요건을 수용하기 위해 플랜지(800)와 냉각 채널(86) 사이의 열 전도성의 맞춤을 허용한다. 인클로저(821) 사이의 개방 공간(830, 831 및 832)의 크기, 예를 들어 냉각 채널(86)과 플랜지(800)는 냉각 채널(86)과 플랜지(800) 사이의 열 전달을 변화시키도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 오목부(823)의 크기는 증가 또는 감소될 수 있고/있거나 냉각 채널(86)의 크기는 감소 또는 증가되어, 플랜지(800)와 링(821) 사이의 개방 공간(830, 831 및 832)의 크기를 각각 감소 또는 증가시켜 열 전도성을 감소 또는 증가시킬 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따라, 플랜지(800) 내의 냉각 채널(86)의 개략적인 단면도이다. 냉각 채널(86)은 실질적으로 원형 단면을 가질 수 있다. 냉각 채널(86)은 플랜지(800) 내의 공간을 정의하는 오목부(823) 내에 부분적으로 또는 완전히 수용될 수 있다. 공간의 일부 또는 오목부(823)는 냉각 채널(86)을 수용할 수 있고, 다른 부분은 개방되어 오목부(823)에 개방 공간을 생성할 수 있다. 개방 공간은, 0.1 내지 40, 바람직하게는 0.5 내지 10, 보다 더 바람직하게는 1 내지 6 W/m의 열 전도성을 갖는 재료를 구비할 수 있다. 이러한 방식으로, 재료는 냉각 유체와 플랜지(800)의 나머지 사이에 적어도 부분적으로 제공된다.
공간 또는 오목부(823)는 실질적으로 직사각형 단면을 가질 수 있다. 냉각 채널(86)을 수용하기 위한 공간은, 플랜지(800)의 외부 표면(802) 내의 오목부(823) 내에 제공될 수 있다. 오목부(823)의 개구는 냉각 채널(86)의 원형 단면의 외부 반경보다 약간 작을 수 있어서, 냉각 채널(86)이 도 3에 나타낸 바와 같이 오목부 개구를 접한다. 이는 냉각 채널을 오목부(823) 내에 위치시키는 것을 보조한다. 오목부 개구는 대안적으로 냉각 채널의 원형 단면의 외부 반경보다 또한 크거나 동일할 수 있어서 냉각 채널이 오목부에 끼워맞춤될 수 있다.
냉각 채널(86)의 벽(822)은 금속을 포함할 수 있다. 냉각 채널(86)은 적어도 부분적으로, 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료에 의해 둘러싸일 수 있다. 이러한 열 전도성은 냉각 채널(86)의 금속의 열 전도성보다 낮을 수 있다.
냉각 채널(86)은 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료를 포함하는 벽(822)을 가질 수 있다. 벽(822)은 다층, 예를 들어 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료의 층과 금속 층을 조합하는 이중 층을 포함할 수 있다. 이는 제조가 용이하거나 상용 제품으로부터 구매될 수 있다.
0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료는, 예를 들어 납(35 W/m K), 유리(0.8 W/m K), 콘크리트(0.8 W/m K) 및 폴리머, 예컨대 실리콘(3 W/m K)과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(0.2 내지 0.6 W/m K)을 포함하는 재료의 군으로부터 선택될 수 있다. 실리콘, 예를 들어 폴리실록산은 실록산(-R2Si-O-SiR2-, 여기서 R = 유기기)으로 이루어진 실리콘 포함 폴리머이다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 불소 포함 폴리머이다. 플랜지는, 예를 들어 (스테인리스) 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속으로 만들 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따라 냉각 채널 상의 개략적인 상부도이다. 냉각 채널(86)은, 예를 들어 도 1-3의 플랜지에서와 같이 플랜지(800)의 주변부를 따라 제공된 오목부(823) 내에 제공될 수 있다. 플랜지(800)는, 사용 시 공정 튜브(10)의 내부에 대한 접근을 제공하는 개구(841)를 구비할 수 있다.
가열 및 냉각 동안에, 플랜지(800)는 열 팽창으로 인해 팽창 및 수축할 수 있다. 냉각 채널은 온도에서 매우 안정적으로 유지될 수 있고, 크게 팽창하거나 수축하지 않을 수 있다. 이는, 플랜지가 뜨거운 경우에 냉각 채널(86)이 플랜지(800)에 대해 강하게 가압될 수 있는 상황을 초래할 수 있다. 이는 열 전도성을 변경할 수 있고/있거나 열 전도성이 0.1 내지 40 W/m K인 재료 및/또는 냉각 채널(86)의 품질을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 스프링(840)과 같은 일정 힘의 액추에이터(F)가 냉각 채널(86)에 일정한 힘을 가하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 일정한 힘은, 플랜지(800)의 넓은 온도 범위에 걸쳐 그리고 전체 주변부에 걸쳐 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료 및/또는 플랜지(800)에 대해 동일한 힘으로 냉각 채널(86)이 가압되는 것을 초래할 수 있다.
바람직한 구현예는, 염소-함유 반응물이 암모니아(NH3)와 조합하여 사용되는 화학물질에 특히 적용 가능하다. 염소 함유 반응물의 예시는 다음과 같다: TiCl4, SiCl2H2, HfCl4 및 AlCl3. 구현예가 염소 화학물질의 맥락에서 개발되었지만, 응축 가능한 반응 부산물이 생성되는 다른 상황에서, 유기 반응물 재료(예, 알콕시금속 또는 알콕시실란)의 경우와 같이, 본원에 설명된 원리가 유리하게 적용될 수 있음을 생각해볼 수 있다.
본 발명의 예시적인 구현예가 첨부된 도면들을 참조하여 부분적으로 전술되었지만, 본 발명은 이들 구현예들에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 개시된 구현에 대한 변형은 도면, 개시물, 및 첨부된 청구범위에 대한 연구로부터 청구된 발명을 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 영향을 받을 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 참조는, 본 구현예와 관련하여 설명된 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"의 외관은 반드시 동일한 구현예를 지칭하지 않는다. 또한, 하나 이상의 구현예의 특정 특징부, 구조, 또는 특징은, 새롭고 명시적으로 설명되지 않은 구현예를 형성하도록 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있음을 유의한다.

Claims (20)

  1. 기판을 처리하기 위한 장치 내의 공정 튜브용 플랜지로서, 상기 플랜지는, 사용 시 상기 공정 튜브의 공정 챔버에 대한 접근을 제공하는 개구, 및 냉각 유체가 흐르고 상기 플랜지를 냉각시키는 것을 허용하는 냉각 채널을 구비하되, 상기 냉각 유체와 상기 플랜지의 나머지 사이에 0.1 내지 40 W/m K 사이의 열 전도성을 갖는 재료가 적어도 부분적으로 제공되는, 플랜지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 유체와 상기 플랜지의 나머지 사이에 0.5 내지 10 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료가 적어도 부분적으로 제공되는, 플랜지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각 유체와 상기 플랜지의 나머지 사이에 1 내지 6 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료가 적어도 부분적으로 제공되는, 플랜지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는 O-링용 오목부를 구비한 상단부 및 하단부를 갖는, 플랜지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는, 상기 개구를 생성하는 실질적인 원형 내부 표면을 갖는, 플랜지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는, 상기 냉각 채널을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 공간을 갖는, 플랜지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 냉각 채널을 수용하기 위한 상기 공간의 일부는 개방되어 개방 공간을 생성하는, 플랜지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 개방 공간은 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료를 구비하는, 플랜지.
  9. 제6항에 있어서, 상기 냉각 채널은 실질적으로 원형 단면을 갖고, 상기 공간은 실질적으로 직사각형 단면을 갖는, 플랜지.
  10. 제6항에 있어서, 상기 냉각 채널을 수용하기 위한 공간을 상기 플랜지의 외부 표면의 오목부 내에 생성하는, 플랜지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 냉각 채널은 실질적으로 원형 단면을 갖고, 상기 오목부는 상기 냉각 채널의 원형 단면의 외부 반경보다 약간 작은 오목부 개구를 갖는 실질적인 직사각형 단면을 가져서, 상기 냉각 채널이 상기 오목부 개구와 접촉하는, 플랜지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 냉각 채널은 금속으로 만들고, 금속보다 낮은 열 전도성을 갖는 재료에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인, 플랜지.
  13. 제10항에 있어서, 상기 냉각 채널은 실질적으로 원형 단면을 갖고, 상기 오목부는 상기 냉각 채널의 원형 단면의 외부 반경보다 크거나 같은 오목부 개구를 갖는 실질적인 직사각형 단면을 가져서, 상기 냉각 채널이 상기 오목부에 끼워맞춤되는, 플랜지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 냉각 채널을 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료로 만든, 플랜지.
  15. 제1항에 있어서, 히터는 상기 플랜지의 외부 표면의 오목부 내에 제공되는, 플랜지.
  16. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는, 상기 반응 튜브로부터 가스를 제공하거나 제거하기 위한 가스 개구를 구비하는, 플랜지.
  17. 제1항에 있어서, 상기 냉각 유체와 상기 플랜지의 나머지 사이에 적어도 부분적으로 제공되는 재료가 폴리머인, 플랜지.
  18. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    공정 챔버를 생성하고 하단부에 개구를 구비하는 공정 튜브;
    상기 공정 튜브를 가열하기 위해 상기 공정 튜브를 둘러싸는 히터;
    상기 공정 튜브의 개구로의 접근을 부여하는 개구, 및 상기 공정 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉부를 포함하는 상기 공정 튜브용 플랜지; 및
    냉각 유체가 흐르고 밀봉부를 냉각시키기는 것을 허용하는 냉각 채널을 포함하되, 상기 냉각 유체와 상기 밀봉부 사이에 0.1 내지 40 W/m K의 열 전도성을 갖는 재료가 적어도 부분적으로 제공되는, 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 장치는,
    상기 공정 튜브에서 웨이퍼 보트를 지지하도록 구성된 도어 플레이트를 포함하고, 상기 플랜지는, 상기 공정 챔버를 밀봉하는 밀봉부로서 기능하도록 O-링용 오목부를 구비한 상단부 및 하단부 표면을 갖는, 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 장치는 상기 냉각 채널을 통해 상기 냉각 유체로서 물을 제공하도록 구성되고 배열되는, 장치.
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