KR20220071115A - 인젝터를 갖는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20220071115A
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gas
liner
interior space
injectors
injector
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KR1020210158392A
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코넬리우스 한스트라
뤼시안 이디라
리더 크리스 지.엠. 드
로빈 룰로프스
베르너르 크나펀
허버트 터호스트
Original Assignee
에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

튜브, 튜브의 내부 표면을 라이닝하는 폐쇄형 라이너, 라이너의 내부 공간에 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 인젝터, 및 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기 덕트를 갖는 기판 처리 장치가 개시된다. 라이너는, 하부 말단에서의 라이너 개구에 의해 구획되고 라이너 개구 위의 가스에 대해 실질적으로 폐쇄되는, 실질적인 원통형 벽을 가질 수 있다. 장치는, 라이너 개구를 통해 내부 공간 내에 이동 가능하게 구성되고 배열되며 내부 공간 내의 기판 지지 길이에 걸쳐 복수의 기판을 유지하기 위한 복수의 기판 홀더를 구비한, 보트를 가질 수 있다. 가스 인젝터 각각은, 상단에 단일 출구 개구를 가질 수 있고, 복수의 인젝터의 출구 개구는 기판 지지 길이에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분할된다.

Description

인젝터를 구비한 기판 처리 장치{A Substrate Processing Apparatus with an Injector}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서,
튜브;
상기 장치의 내부 공간에 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 인젝터;
상기 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기구 덕트; 및
상기 내부 공간 내에 이동 가능하게 구성되고 배열되며, 상기 내부 공간 내의 기판 지지 길이에 걸쳐 복수의 기판을 유지하기 위한 복수의 기판 홀더를 구비한 보트를 포함한다.
예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 처리하기 위한 기판 처리 장치, 예컨대 수직형 처리 장치는 벨자 형상의 공정 튜브 주위에 배치되는 히터를 포함할 수 있다. 공정 튜브의 상부 말단은, 예를 들어 돔 형상 구조에 의해 폐쇄될 수 있는 반면, 공정 튜브의 하부 말단 표면은 개방될 수 있다.
또한, 튜브를 라이닝하는 라이너가 제공될 수 있다. 라이너와 공정 튜브 사이는 작은 원주형 공간일 수 있다. 라이너는 그의 상단부에서 폐쇄되는 폐쇄형 라이너일 수 있고, 하단부는 플랜지에 의해 부분적으로 폐쇄될 수 있다. 라이너와 플랜지에 의해 구획된 내부 공간은 공정 챔버를 형성하며, 이 안에서 처리될 웨이퍼가 공정 처리될 수 있다. 플랜지는, 웨이퍼를 내부 공간으로 운반하는 웨이퍼 보트를 삽입하기 위한 유입구 개구를 구비할 수 있다. 수직 이동 가능하게 배열되며 플랜지에서 유입구 개구를 폐쇄하도록 구성된 도어 위에 웨이퍼 보트를 배치할 수 있다.
플랜지는 복수의 가스 인젝터를 지지하여 내부 공간에 가스를 제공할 수 있다. 또한, 가스 배기 덕트가 제공될 수 있다. 이 가스 배기구는 내부 공간으로부터 가스를 펌핑하기 위한 진공 펌프에 연결될 수 있다. 내부 공간 내의 인젝터에 의해 제공되는 가스는, 웨이퍼 상의 증착 반응을 위한 반응(공정) 가스일 수 있다. 이 반응 가스 또한 웨이퍼 이외의 표면 상에 증착할 수 있고, 예를 들어 수직형 퍼니스 내의 인젝터 내 및 그 위에 증착할 수 있다. 이들 증착에 의해 생성된 층은 인젝터의 막힘 및 심지어 파손을 야기할 수 있다.
개선된 기판 처리 장치로서,
튜브;
상기 튜브의 내부 표면을 라이닝하도록 구성되며 하단부에 라이너 개구를 구비하고 상기 라이너 개구 위의 가스에 대해 실질적으로 폐쇄되는 폐쇄형 라이너;
상기 폐쇄형 라이너의 내부 공간에 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 인젝터;
상기 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기구 덕트; 및
상기 라이너 개구를 통해 상기 내부 공간 내에 이동 가능하게 구성되고 배열되며, 상기 내부 공간 내의 기판 지지 길이에 걸쳐 복수의 기판을 유지하기 위한 복수의 기판 홀더를 구비한 보트를 포함한다. 가스 인젝터는 상단에 단일 출구 개구를 가질 수 있다. 복수의 인젝터의 출구 개구는 기판 지지 길이에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분할될 수 있다.
본 발명의 다양한 구현예는 서로 별도로 적용되거나 조합될 수 있다. 본 발명의 구현예는 도면에 도시된 일부 실시예를 참조하여 상세한 설명에서 더 명확히 설명될 것이다.
도면의 구성 요소들은 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 도시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 확대될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 기판 처리 장치 일부의 단면도를 나타낸다.
도 2는 추가 구현예에 따른 기판 처리 장치 일부의 개략도를 나타낸다.
본원에서, 유사한 또는 대응하는 특징부는 유사한 또는 대응하는 참조 부호에 의해 표시된다. 다양한 구현예의 설명은 도면에 도시된 예에 한정되지 않으며, 상세한 설명에 사용된 참조 번호에 한정되지 않으며, 청구범위는 도면에 도시된 예에 설명되는 것을 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 일 구현예에 따른 기판 처리 장치 일부의 단면도를 나타낸다. 기판 처리 장치는,
튜브(TB);
튜브(TB)의 내부 표면을 라이닝하도록 구성되며 하단부에 라이너 개구(LO)를 구비하고 상기 라이너 개구 위의 가스에 대해 실질적으로 폐쇄되는 폐쇄형 라이너(CL);
상기 라이너 개구를 통해 상기 내부 공간 내에 이동 가능하게 구성되고 배열되며, 상기 내부 공간 내의 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 복수의 기판(W)을 유지하기 위한 복수의 기판 홀더를 구비한 보트(BT);
폐쇄형 라이너(CL)의 내부 공간에 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 인젝터(I1 내지 I3);
상기 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기구(GX) 덕트를 포함한다. 폐쇄형 라이너(CL)는, 하부 말단에서의 라이너 개구(LO)와 상부 말단에서의 상단 폐쇄부에 의해 구획되는 실질적인 원통형 벽(CW)을 포함할 수 있다. 폐쇄형 라이너(CL)는, 라이너 개구(LO) 위에서 가스가 실질적으로 폐쇄될 수 있다.
복수의 인젝터 중 가스 인젝터(I1 내지 I3)는 상단에 단일 출구 개구(O1 내지 O3)를 가질 수 있다. 복수의 인젝터 중 가스 인젝터(I1 내지 I3)는 가스 출구로서 기능하는 상단에서 단일 출구 개구(O1 내지 O3)를 제외하고는 인젝터의 길이를 따라 실질적으로 폐쇄될 수 있다. 복수의 인젝터 중 가스 인젝터(I1 내지 I3)는 가스 출구를 구비할 수 있고, 인젝터(I3)의 가스 입구(GE3)만이 도시되어 있다. 가스 출구로서 기능하는 상단에 단일 출구 개구를 구비한 가스 인젝터는, 그 다음 그의 길이를 따라 가스 출구로 기능하는 복수의 개구를 갖는 인젝터보다 더 강하다.
가스 인젝터(I1 내지 I3)는 상이한 길이(L1 내지 L3)를 가질 수 있다. 복수의 인젝터 중 가장 긴 인젝터(I3)는 폐쇄형 라이너(CL)의 상단 폐쇄부(TC)에 가깝게 연장될 수 있다. 복수의 인젝터 중 가장 긴 것은 라이너(CL)의 상단 폐쇄부(TC)의 1 내지 20 cm 이내로 연장될 수 있다. 복수의 가스 인젝터 중 가스 인젝터(I1 내지 I3) 각각은 상이한 길이를 가질 수 있어서, 인젝터 각각의 단일 출구 개구는 내부 공간 내로 상이한 높이로 가스를 배기한다.
기판 처리 장치는, 적어도 라이너(CL)를 지지하고 라이너 개구(LO)를 적어도 부분적으로 폐쇄하도록 구성되는 플랜지(FL)를 구비할 수 있다. 배기구(EX)는 라이너 개구(LO)에 가깝게 제공될 수 있고, 예를 들어 배기구(EX)는 라이너 개구(LO)에 가까운 플랜지(FL)에 제공되어 내부 공간으로부터 가스를 제거하여 내부 공간에 하향 흐름을 생성할 수 있다.
플랜지(FL)는, 폐쇄형 라이너(CL)의 내부 공간으로부터 또는 내부 공간으로의 기판 지지 길이에 걸쳐 복수의 기판(W)을 유지하도록 구성된 보트(BT)를 전달하도록 구성된 유입구 개구(IO)를 포함할 수 있다. 복수의 인젝터(I1 내지 I3)의 일부의 개구는, 보트(BT)의 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분할될 수 있다. 따라서, 각각의 인젝터(I1, I2, I3)의 단일 출구 개구는 보트(BT)에서 기판(W)에 대해 내부 공간으로 상이한 높이에서 가스를 배기한다.
보트(BT)는 반응 챔버 내로 수직 방향 연장되도록 구성되고 배열될 수 있고, 반응 챔버 내로 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 수직으로 복수의 기판을 수평 유지하기 위한 복수의 기판 홀더를 구비할 수 있다. 장치는 N개의 인젝터, 예를 들어 2, 3, 4, 5 또는 6개를 가질 수 있다.
N개의 인젝터 중 가장 긴 인젝터(L3)는, 기판 지지 길이(L0)의 0.6 내지 1배와 동일한 거리(L3)에 걸쳐 복수의 기판(W)을 따라 반응 챔버 내로 연장될 수 있다. N개의 인젝터 중 가장 짧은 인젝터(I1)는, 기판 지지 길이(L0)의 0.1 내지 0.4배와 동일한 거리(L1)에 걸쳐 복수의 기판을 따라 반응 챔버 내로 연장될 수 있다. N개의 인젝터 중 가장 짧지도 길지도 않은 인젝터(I2)는, 기판 지지 길이(L0)의 0.3 내지 0.7배와 동일한 거리(L2)에 걸쳐 복수의 기판(W)을 따라 반응 챔버 내로 연장될 수 있다. 따라서, 각각의 인젝터의 단일 출구 개구는 보트(BT)에서 기판(W)에 대해 내부 공간으로 상이한 높이에서 가스를 배기한다. 따라서, 복수의 인젝터의 출구 개구는, 보트(BT)에 걸쳐 공정 가스를 균일하게 확산시키는 것을 돕는 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분할될 수 있다. 이는, 보트(BT)에 의해 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 지지되는 기판 상에 실질적으로 균일하게 층을 증착하는 것을 돕는다. 개별 인젝터를 통해 흐르는 공정 가스의 흐름의 작은 조절은, 균일성을 추가로 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
200 mm 직경을 갖는 웨이퍼를 처리하기 위한 기판 처리 장치의 경우, 기판 지지 길이(H0)는 40 내지 90 cm, 바람직하게는 50 내지 80 cm, 가장 바람직하게는 약 60 cm일 수 있다. 300 mm 직경을 갖는 웨이퍼를 처리하기 위한 기판 처리 장치의 경우, 기판 지지 길이(H0)는 60 내지 150 cm, 바람직하게는 80 내지 130 cm, 가장 바람직하게는 약 90 또는 120 cm일 수 있다.
도 2는 추가 구현예에 따른 기판 처리 장치 일부의 개략도를 나타낸다. 도 2는 보트(BT)에서 기판 지지 길이(L0)와 인젝터(I1, I2 및 I3)의 길이(L1, L2 및 L3) 사이의 관계를 나타낸다. 가스 인젝터(I1, I2 및 I3) 각각은 상단에 하나의 출구 개구(O1, O2 및 O3)를 갖는다. 복수의 N개의 인젝터 중 출구 개구(O1, O2 및 O3)는 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분할된다. 보트(BT)는 라이너(CL)의 내부 공간 내로 수직 방향 연장되도록 구성되고 배열될 수 있다. 보트는, 내부 공간 및 장치에서 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 수직인 복수의 기판을 수평으로 유지하기 위한 복수의(40 내지 180) 기판 홀더를 구비할 수 있다.
N개의 인젝터 중 가장 긴 인젝터는, 기판 지지 길이(L0)의 (1-1/N) 내지 1배인 거리(L3)에 걸쳐 복수의 기판을 따라 연장될 수 있다. n이 3인 도 2의 예시에서, 이는 L0 기판 지지 길이의 2/3 내지 1배, 바람직하게는 L0 기판 지지 길이의 약 5/6 길이(L3)를 갖는 인젝터(I3)를 초래할 것이다.
N개의 인젝터 중 가장 짧은 인젝터는, 기판 지지 길이(L0)의 0 내지 1/N배인 거리(L1)에 걸쳐 복수의 기판을 따라 연장될 수 있다. n이 3인 도 2의 예시에서, 이는 L0 기판 지지 길이의 0 내지 1/3배, 바람직하게는 L0 기판 지지 길이의 약 1/6 길이(L1)를 갖는 인젝터(I1)를 초래할 것이다.
N개의 인젝터 중 가장 짧지도 길지도 않은 인젝터는, 기판 지지 길이(L0)의 1/N 내지 (1-1/N)배와 동일한 거리에 걸쳐 복수의 기판을 따라 연장될 수 있다. n이 3인 도 2의 예시에서, 이는 L0 기판 지지 길이의 1/3 내지 2/3배, 바람직하게는 L0 기판 지지 길이의 약 3/6 길이(L2)를 갖는 인젝터(I2)를 초래할 것이다.
인젝터(I1)가 기판 지지 길이(L0)의 0 내지 1/3배의 길이(L1)를 갖고, 인젝터(I2)가 기판 지지 길이(L0)의 1/3 내지 2/3배의 길이(L2)를 갖고, 인젝터(I3)가 기판 지지 길이(L0)의 2/3 내지 1배의 길이(L3)를 갖는다면, 상기 복수의 인젝터의 출구 개구가 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분할될 수 있음을 보장할 수 있다. 따라서, 공정 가스는 보트(BT) 위로 실질적으로 균일하게 확산될 수 있다. 공정 가스를 보트(BT) 위로 균일하게 확산시키는 것은 보트(BT)에 의해 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 지지되는 기판 상에 균일하게 증착하는 것을 돕는다. 개별 인젝터를 통해 흐르는 공정 가스의 흐름의 작은 조절은, 균일성을 추가로 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
도 1로 돌아가면, 기판 처리 장치는 플랜지(FL) 내의 유입구 개구(IO)를 폐쇄하도록 구성된 수직 이동 가능한 도어(DR)가 구비될 수 있다. 도어(DR)는 보트(BT)를 지지하도록 구성될 수 있다. 하나의 인젝터(I1 내지 I3) 내부의 가스 전도 채널의 수평 내부 단면적은 100 내지 1500 mm2일 수 있다.
인젝터(I1 내지 I3) 내부의 가스 전도 채널의 수평 내부 단면은, 실질적인 원통형 라이너(CL)의 원주에 접선 방향인 치수가 반경 방향인 치수보다 더 큰 형상을 가질 수 있다. 기판 처리 장치는, 실리콘 전구체를 함유하고 인젝터(I1 내지 I3)에 작동 가능하게 연결되어 실리콘 전구체를 내부 공간 내에 가스로서 제공하기 위한 용기를 추가로 포함할 수 있다. 장치는, 균일성을 개선하기 위해 복수의 가스 인젝터(I1 내지 I3) 각각에 대한 가스의 흐름 속도를 조절하기 위한 흐름 제어기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 더 짧은 인젝터에 더 높은 유량을 제공하기 위해서, 더 긴 인젝터를 제공한다.
기판 처리 장치는, 튜브(TB)를 둘러싸고 튜브의 내부를 가열하도록 구성된 히터를 포함할 수 있다. 튜브(TB)는 저압 공정 튜브일 수 있다.
플랜지(FL)는 저 튜브(TB)의 개구를 적어도 부분적으로 폐쇄하도록 제공될 수 있다. 수직 이동 가능하게 배열된 도어(DR)는, 플랜지(3) 내의 중앙 유입구 개구(IO)를 폐쇄하도록 구성될 수 있고, 기판(W)을 유지하도록 구성된 웨이퍼 보트(B)를 지지하도록 구성될 수 있다. 플랜지(3)는 공정 튜브(TB)의 개방 말단을 부분적으로 폐쇄할 수 있다. 도어(DR)는 받침대(PD)가 제공될 수 있다. 내부 공간에서 웨이퍼 보트(BT)가 회전하도록 받침대(PD)를 회전시킬 수 있다. 보트(BT)의 가장 바닥에 있는 기판 아래에, 흐름 공간이 제공되어 보트(BT)의 기판(W) 사이에서 반응 가스의 흐름을 방지할 수 있다.
가스 배기구(GX)는 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위해 구성되고 배열될 수 있고, 인젝터 아래에 구성되고 배열될 수 있다. 가스에 대해 라이너 개구(LO) 위의 라이너(CL)를 폐쇄하고, 내부 공간의 상부 말단에서 인젝터 개구(O1 내지 O3)를 통해 내부 공간에 인젝터(I1 내지 I3)를 이용해 가스를 제공하고, 내부 공간의 하부 말단에서 가스 배기구(GX)에 의해 내부 공간으로부터 가스를 제거함으로써, 폐쇄형 라이너(CL)의 내부 공간 내의 하향 흐름이 생성될 수 있다. 이러한 하향 흐름은, 기판(W), 보트(B), 라이너(CL) 및/또는 지지 플랜지(FL)로부터의 반응 부산물과 입자의 오염물을 처리된 기판(W)으로부터 멀리 가스 배기구(GX)로 하향 운반할 수 있다.
내부 공간(I)으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기구(GX)는 폐쇄형 라이너(CL)의 개방 말단 아래에 제공될 수 있다. 이는 유익할 수 있는데, 그 이유는 폐쇄형 라이너(CL)와 플랜지(FL) 사이의 접촉에 의해 공정 챔버의 오염원을 형성할 수 있기 때문이다. 보다 구체적으로, 개방 말단에서의 폐쇄형 라이너(CL)의 하부 말단 표면이 플랜지(FL)와 접촉하는 위치에 오염원이 존재할 수 있다. 기판(W)의 처리 중에, 특히 처리 이후 보트(BT)를 언로딩하는 중에, 폐쇄형 라이너(CL)와 플랜지(FL)는, 폐쇄형 라이너(CL)와 플랜지(FL) 둘 모두의 온도를 증가시키는 열을 받을 수 있다. 온도 증가로 인해, 폐쇄형 라이너(CL) 및 플랜지(FL)는 열팽창을 겪을 수 있으며, 이는 이들이 반경 방향으로 팽창시킨다. 폐쇄형 라이너(CL) 및 플랜지(FL)는 상이한 열팽창 계수를 가질 수 있기 때문에, 예를 들어 폐쇄형 라이너(CL)는 실리콘 카바이드로, 플랜지(FL)는 금속으로 만들어질 수 있기 때문에, 폐쇄형 라이너(CL) 및 플랜지(FL)는 팽창하는 동안 서로에 대해 이동할 수 있다. 이는 폐쇄형 라이너(CL)의 하부 말단 표면과 플랜지(FL)의 상부 표면 사이의 마찰을 초래할 수 있고, 이는 오염물, 예를 들어 폐쇄형 라이너(CL) 및/또는 플랜지(FL)로부터 부서져 떨어진 작은 입자를 생성할 수 있다. 입자는 공정 챔버 내로 이동할 수 있고 공정 챔버와 처리 중인 기판을 오염시킬 수 있다.
가스에 대해 라이너 개구 위의 폐쇄형 라이너를 실질적으로 폐쇄하고, 라이너 개구 위로 인젝터의 단일 출구 개구를 이용해 내부 공간으로 공정 가스를 제공하고, 라이너 개구 아래로 가스 배기구(GX)에 의해 내부 공간으로부터 가스를 제거함으로써, 내부 공간에서의 하향 흐름이 생성될 수 있다. 이러한 하향 흐름은 라이너-플랜지 인터페이스로부터의 입자를 처리된 기판(W)으로부터 멀리 배기구로 하향 운반시킬 수 있다.
튜브(TB)는 다소 두껍고 비교적 강한 압축 강도 재질로 만들 수 있는데, 이는 튜브(TB) 내부의 저압에 대해 대기압을 보상해야 할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 저압 공정 튜브(TB)는 5 mm 내지 8 mm, 바람직하게는 약 6 mm 두께의 석영으로 만들어질 수 있다. 석영은 0.59 Х 10-6 K-1의 매우 낮은 열 팽창 계수(CTE)를 가지며(표 1 참조), 이는 장치의 열 변동에 대처하는 것을 더욱 용이하게 한다. 증착된 물질의 CTE는 더 높을 수 있지만(예, Si3N4의 CTE = 3 Х 10-6 K-1, Si의 CTE = 2.3 Х 10-6 K-1임), 차이는 비교적 작을 수 있다. 석영으로 된 튜브 상에 막이 증착되는 경우, 튜브가 크고 많은 열 사이클을 겪을 때에도 막은 부착될 수 있지만 오염의 위험성은 증가할 수 있다.
폐쇄형 라이너(CL)는 튜브(TB) 내부 위에 증착되는 것을 막을 수 있고, 따라서 튜브(TB)위의 증착물이 떨어져 나가는 위험을 완화시킬 수 있다. 따라서 튜브(TB)는 석영으로 제조될 수 있다.
실리콘 카바이드(SiC의 CTE = 4 Х 10-6 K-1)인 폐쇄형 라이너(CL)는 증착된 막과 폐쇄형 라이너 사이의 양호한 CTE 매칭을 제공할 수 있어서, 라이너로부터 증착된 막을 제거하는 것이 필요할 수 있기 전에 더 큰 누적 두께 결과를 갖는다. CTE의 불일치는 증착된 막의 균열 및 플레이크의 떨어짐, 및 이에 대응하는 높은 입자 수의 결과를 가지며, 이는 바람직하지 않고 SiC 라이너(CL)를 사용함으로써 완화될 수 있다. 동일한 메커니즘이 인젝터(I1 내지 I3)에 작동할 수 있으나, 상이한 열 팽창을 갖는 물질이 너무 많이 증착되면, 인젝터가 파괴될 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드 또는 실리콘으로 인젝터(I1 내지 I3)를 제조하는 것이 유리할 수 있다. 대안적으로, 인젝터는 석영으로 제조될 수 있다.
표 1
반도체 공정에서 재료의 열 팽창 계수(CTE)
Figure pat00001
재질이 라이너(CL) 및/또는 인젝터(I1 내지 I3)에 적합한 지의 여부는 증착되는 물질에 의존할 수 있다. 따라서, 증착된 물질에 대해 실질적으로 동일한 열 팽창을 갖는 재질을 라이너(CL) 및/또는 인젝터(I1 내지 I3)의 경우에서처럼 사용할 수 있으면 유리하다. 따라서, 라이너(CL) 및/또는 인젝터(I1 내지 I3)를 위한 열 팽창을 갖는 재질을 비교적 석영의 것보다 더 높게 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 카바이드(SiC)가 사용될 수 있다. 실리콘 카바이드 라이너는, 대기압을 보상할 필요가 없기 때문에 4 mm 내지 6 mm, 바람직하게는 5 mm 두께일 수 있다. 압력 보상은 튜브(TB)로 수행될 수 있다.
TaN, HfO2 및 TaO5와 같이 약 4 Х 10-6 K-1 내지 6 Х 10-6 K-1의 CTE를 갖는 금속 및 금속 화합물 물질을 증착하는 시스템의 경우, 라이너 및 인젝터 재질은 바람직하게는 약 4 Х 10-6 K-1 내지 9 Х 10-6 K-1의 CTE를 가질 수 있으며 예를 들어, 실리콘 카바이드를 포함한다.
심지어 더 높은 CTE를 갖는 물질을 증착하는 경우, 폐쇄형 라이너(CL) 및/또는 인젝터(I1 내지 I3)재질은 예를 들어 표 2에 의해 나타낸 바와 같이 선택될 수 있다.
표 2
세라믹 구성 재료의 열 팽창 계수(CTE)
Figure pat00002
플랜지(FL)는, 플랜지(FL)와 튜브(TB) 사이의 양호한 밀봉을 제공하도록 내부에 O-링(OR)과 같은 밀봉부를 제공하도록 구성되고 배열된 홈을 구비할 수 있다. 플랜지(FL), 튜브(TB) 및 O-링(OR)은 외부 대기압과 튜브(TB) 내부의 저압 사이의 압력 장벽의 일부를 형성할 수 있기 때문에 이러한 양호한 밀봉은 필요하다. O-링(OR)은 석영의 경계면에 제공될 수 있는데, 그 이유는 석영이 비교적 낮은 열팽창을 가져서 O-링(OR)의 마모를 일으킬 수 있는, O-링(OR)에 대한 석영의 움직임이 거의 없기 때문이다. 플랜지(FL)와 플랜지(FL) 및 도어(DR) 사이에 상이한 O-링이 사용될 수 있다.
인젝터로 압력을 감소시키면, 인젝터 내의 반응 속도가 감소될 수 있는데, 그 이유는 반응 속도가 압력이 증가함에 따라 통상적으로 증가하기 때문이다. 인젝터 내부가 저압인 경우의 추가적인 이점은, 인젝터를 통한 가스 부피가 저압에서 팽창하고, 소스 가스의 일정한 흐름에 대해 인젝터 내부의 소스 가스의 체류 시간이 대응적으로 감소한다는 것이다. 둘 모두의 조합때문에 소스 가스의 분해는 감소될 수 있고, 이에 의해 인젝터 내의 증착이 또한 감소될 수 있다.
인젝터 내의 증착은 인젝터에 인장 강도를 야기하여 온도가 변화하는 경우 인젝터를 파괴시킬 수 있다. 따라서, 인젝터 내의 적은 증착량은 인젝터의 수명을 연장시킨다. 인젝터는 공정 가스로 증착된 물질의 열 팽창 계수를 갖는 재질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 가스 인젝터는 실리콘 나이트라이드가 증착되는 경우에 실리콘 나이트라이드로부터 만들어질 수 있거나, 실리콘이 공정 가스에 의해 증착되는 경우 실리콘으로부터 만들어질 수 있다. 따라서, 인젝터 내에 증착된 층의 열 팽창은 인젝터의 열 팽창과 일치할 수 있어, 가스 인젝터가 온도 변화 동안 파괴될 수 있는 기회를 감소시킨다. 실리콘 카바이드는 인젝터에 적합한 재료일 수 있는데, 그 이유는 이것이 많은 증착 물질과 일치할 수 있는 열 팽창을 갖기 때문이다.
인젝터의 길이 방향을 따라, 인젝터 내부의 소스 가스의 흐름을 용이하게 하기 위해, 인젝터는 큰 내부 단면적을 구비할 수 있다. 본 발명에 따라 반응 공간 내부에 인젝터를 수용할 수 있도록, 인젝터의 접선 방향 크기는 반경 방향 크기보다 클 수 있고, 반응 공간을 구획하는 라이너는 인젝터를 수용하기 위해 외향 연장되는 돌기를 구비할 수 있다.
구현예에서, 이성분계 막의 구성 원소 두 개를 제공하는 두 개의 소스 가스는, 인젝터에 들어가기 전에 가스 공급 시스템에서 혼합된다. 이는 보트(BT)의 길이에 걸쳐 주입된 가스의 균질한 조성을 보장하는 가장 쉬운 방법일 수 있다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니다. 대안적으로, 두 개의 상이한 소스 가스는 별도의 인젝터를 통해 주입될 수 있고, 반응 공간 내로 주입된 후에 혼합될 수 있다.
복수의 인젝터(I)에 대한 복수의 흐름 제어기의 사용은 가스 흐름의 일부 조정 가능성을 허용한다. 후자는 보트(BT)에 걸쳐 기판(W) 상에서 증착 속도의 균일성을 미세 조정하는 것이 필요할 수 있다. 유량은 50 내지 1000 sccm의 값으로 조절될 수 있다.
특정 구현예가 상기에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 바와 달리 실시될 수 있는 점을 이해할 것이다. 위의 설명은 예시적이나 제한적이지 않다. 따라서, 이하에서 설명된 청구범위의 범주를 벗어나지 않고서, 전술한 바와 같이 본 발명에 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다양한 구현예가 조합되어 적용될 수 있거나 서로 독립적으로 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 처리 장치로서,
    튜브;
    상기 튜브의 내부 표면을 라이닝하도록 구성되며 하단부에 라이너 개구를 구비하고 상기 라이너 개구 위의 가스에 대해 실질적으로 폐쇄되는 폐쇄형 라이너;
    상기 폐쇄형 라이너의 내부 공간에 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 인젝터;
    상기 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기구 덕트; 및
    상기 라이너 개구를 통해 상기 내부 공간 내에 이동 가능하게 구성되고 배열되며, 상기 내부 공간 내의 기판 지지 길이에 걸쳐 복수의 기판을 유지하기 위한 복수의 기판 홀더를 구비한 보트를 포함하되, 상기 가스 인젝터 각각은 상단에 단일 출구 개구를 갖고 상기 복수의 인젝터의 출구 개구는 상기 기판 지지 길이에 걸쳐 실질적으로 균등하게 분할되는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보트는 상기 내부 공간 내로 수직 방향 연장되도록 구성되고 배열되며, 상기 내부 공간 내의 기판 지지 길이(L0)에 걸쳐 수직인 상기 복수의 기판을 수평 유지하기 위한 복수의 기판 홀더를 구비하고, 상기 장치는 N개의 인젝터를 갖는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 N개의 인젝터 중 가장 긴 인젝터는, 기판 지지 길이(L0)의 (1-1/N) 내지 1배의 거리(L3)에 걸쳐 상기 복수의 기판을 따라 상기 내부 공간 내로 연장되는, 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 N개의 인젝터 중 가장 짧은 인젝터는, 기판 지지 길이(L0)의 0 내지 1/N배의 거리(L1)에 걸쳐 상기 복수의 기판을 따라 상기 내부 공간 내로 연장되는, 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 N개의 인젝터 중 가장 길지도 가장 짧지도 않은 인젝터는, 기판 지지 길이(L0)의 1/N 내지 (1-1/N)배의 동일한 거리에 걸쳐 상기 복수의 기판을 따라 상기 내부 공간 내로 연장되는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 적어도 상기 라이너를 지지하기 위한 플랜지를 구비하고, 상기 라이너 개구를 적어도 부분적으로 폐쇄하도록 구성되며, 상기 배기 덕트는 상기 내부 공간으로부터 가스를 제거하여 상기 내부 공간 내에 하향 흐름을 생성하도록 상기 라이너 개구에 가까운 플랜지 내에 제공되는, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 플랜지는,
    상기 라이너의 내부 공간에 또는 이로부터 상기 복수의 기판을 운반하도록 구성된 보트를 삽입하고 제거하도록 구성된 유입구 개구를 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는, 상기 플랜지 내의 유입구 개구를 폐쇄하도록 구성되고 상기 보트를 지지하도록 구성된 수직 이동식 도어를 구비하는, 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 인젝터 내부의 가스 전도 채널의 수평 내부 단면은, 실질적인 원통형 라이너의 원주에 접선 방향인 치수가 반경 방향인 치수보다 더 큰 형상을 갖는, 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 인젝터 내부의 가스 전도 채널의 수평 내부 단면적은 100 내지 1500 mm2인, 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 실리콘 전구체를 함유하고 상기 인젝터에 작동 가능하게 연결되어 상기 실리콘 전구체를 상기 내부 공간에 가스로서 제공하기 위한 용기를 추가로 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 복수의 가스 인젝터 각각에 대한 상기 가스의 흐름 속도를 조절하기 위한 복수의 흐름 제어기를 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 산화물로 구성되는, 기판 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가스 인젝터는 세 개의 인젝터를 포함하는, 기판 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 인젝터의 단일 출구 개구는 상기 라이너 개구 위에 구성되고 배열되고, 상기 가스 배기구는 상기 라이너 개구 아래에 구성되고 배열되는, 기판 처리 장치.
KR1020210158392A 2020-11-23 2021-11-17 인젝터를 갖는 기판 처리 장치 KR20220071115A (ko)

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