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KR102818685B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR102818685B1
KR102818685B1 KR1020190047410A KR20190047410A KR102818685B1 KR 102818685 B1 KR102818685 B1 KR 102818685B1 KR 1020190047410 A KR1020190047410 A KR 1020190047410A KR 20190047410 A KR20190047410 A KR 20190047410A KR 102818685 B1 KR102818685 B1 KR 102818685B1
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gas
process gas
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injectors
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아르옌 클라베르
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

반응 챔버 및 상기 반응 챔버 내에 적어도 하나의 기판을 유지하도록 구성되 고 배열되는 기판 홀더를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다. 제1 및 제2 가스 인젝 터는 소스 파이프에서 상기 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 제공한다. 가스 제어 시스템은 소스 파이프에서 제1 인젝터로 공정 가스 흐름을 제공하면서，소스 파이 프에서 제2 인젝터로 동일한 공정 가스 흐름을 제한한다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 반응 챔버 및 상기 반응 챔버 내에 적어도 하나의 기판을 유지하도록 구성되고 배열되는 기판 홀더를 갖는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 가스 인젝터 시스템은 가스 제어 시스템의 제 어 하에 소스 파이프로부터 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 제공할 수 있다.
예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 처리하기 위한 기판 처리 장치는 반 응 챔버로서 기능하는 벨자 형상의 공정 튜브 주위에 배치되는 가열 수단을 포함할 수 있다. 공정 튜브의 상부 말단은 예를 들어，돔 형상 구조에 의해 폐쇄될 수 있 는 반면， 공정 튜브의 하부 말단 표면은 개방될 수 있다. 하부 말단은 플랜지에 의 해 부분적으로 폐쇄될 수 있다. 튜브와 플랜지로 구획된 반응 챔버의 내부는 처리 될 웨이퍼가 처리되는 반응 챔버를 형성한다. 플랜지에는 웨이퍼를 내부로 운반하 는 웨이퍼 보트를 삽입하기 위한 유입 개구부가 제공될 수 있다. 웨이퍼 보트는 수 직으로 이동 가능하게 배치되고 플랜지에서 유입 개구부를 폐쇄하도록 구성되는 도 어 상에 배치될 수 있다.
상기 장치에는 반응 챔버의 내부와 유체 연통하는 가스 인젝터 시스템이 추 가로 제공될 수 있다. 인젝터 시스템은 인젝터에 적어도 하나의 개구부를 갖는 인젝터를 구비할 수 있다. 인젝터를 통해 공정 가스가 적어도 하나의 개구부를 통해 내부로 흘러서 기판과 반응할 수 있다.
내부와 유체 연통하는 가스 배기구가 제공될 수 있다. 가스 배기구는 반응 챔버의 내부로부터 가스를 펌핑하기 위한 진공 펌프에 연결될 수 있다. 이러한 구 성은 인젝터로부터의 가스 흐름이 반응 챔버를 통해 가스 배기구로 이어질 수 있 다. 유동 가스는 기판 상의 증착 반응을 위한 반응(공정) 가스일 수 있다. 이러한 반응 가스는 반응 챔버의 내부에서의 기판보다 다른 표면 상에 또한 증착할 수 있 다.
인젝터 시스템의 인젝터 내의 증착은 인젝터 또는 인젝터의 적어도 하나의 개구부를 막히게 할 수 있으며 이는 인젝터 시스템의 작동에 해로울 수 있다. 인 젝터의 추가적인 증착은 반응 챔버가 가열 및/또는 냉각하는 동안에 플레이크를 떨 어질 수 있게 하여， 기판을 오염시킬 수 있다. 장치를 보수 유지하는 동안 인젝터 를 깨끗한 새 인젝터로 교체함으로써 이들 문제점이 완화될 수 있다. 인젝터를 깨 끗한 새 인젝터로 교체하기 위해 반응 챔버가 개방되어야 하며 이는 번거로운 절 차일 수 있고， 이는 장치의 생산 중단 및 정지 시간을 유도한다.
따라서， 생산 증가를 유도하는 개선 기판 처리 장치 및 방법이 요구될 수 있다.
따라서 반응 챔버 및 상기 반응 챔버 내에 적어도 하나의 기판을 유지하도 록 구성되고 배열되는 기판 홀더를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는 가스 인젝 터 시스템을 포함할 수 있다. 가스 인젝터 시스템은 소스 파이프로부터 공정 가스 흐름을 제어하도록 구성되고 배열되는 가스 제어 시스템을 구비할 수 있다. 가스 인젝터 시스템은 반응 챔버에 동일한 공정 가스를 제공하기 위한 제1 및 제2 인젝 터를 포함할 수 있다. 가스 제어 시스템은 소스 파이프로부터 제1 및 제2 인젝터 중 하나로 공정 가스의 흐름을 제공하면서 제1 및 제 2 인젝터 중 다른 하나로 동 일한 공정 가스의 흐름을 제한하도록 구성되고/되거나 프로그래밍될 수 있다.
상기 제1 및 제2 인젝터 중 하나를 사용하면서 제1 및 제2 인젝터 중 다른 하나를 초기에 깨끗하게 유지하기 위해 제1 및 제2 인젝터 중 다른 하나를 통해 공 정 가스의 흐름을 제한함으로써，생산 기간이 증가될 수 있다. 상기 하나의 인젝터 내의 증착은 그것을 열화시킬 수 있고 깨끗한 다른 하나의 인젝터가 일정 기간 후 에 그것을 경감하기 위해 사용될 수 있다. 그 다음에 상기 하나의 제1 인젝터를 통 한 공정 가스의 흐름은 증착을 위해 상기 다른 하나의 인젝터를 사용하는 동안 제한될 수 있다.
제1 및 제2 인젝터 사이에서 공정 가스를 스위칭하는 것은 더 긴 생산 주기 로 이어질 수 있는데 그 이유는 증착이 하나의 인젝터에만 쌓이는 상황에 비해 증 착이 제1 및 제2 인젝터 내에 쌓이는 데에 시간이 더 오래 걸리기 때문이다. 가스 제어 시스템은 제1 인젝터가 악화되는 경우 제1 인젝터로부터 제2 인젝터로 공정 가스의 흐름을 스위칭하고/하거나 단지 주기적으로 스위칭하도록 구성되고/되거나 프로그래밍될 수 있다. 제1 및 제2 인젝터 사이의 스위칭은 한 번 또는 여러 번 앞뒤로 행해질 수 있다.
제1 및 제2 인젝터 모두가 열화되는 경우에만 제1 및 제2 인젝터의 교체가 필요할 수 있고 반응 챔버가 개방될 수 있다. 2개의 인젝터를 사용함으로써, 생산 기간이 연장될 수 있어서，생산성을 증가시킬 수 있다. 인젝터 시스템 내의 인젝터 수는 생산을 더 증가시키기 위해 3개， 4개 또는 심지어 5개까지 증가될 수 있음을 이해해야 한다.
일 구현예에 따라 기판 처리 방법이 제공되며， 상기 기판 처리 방법은，
반응 챔버 내의 기판 홀더에 기판을 제공하는 단계;
제1 가스 인젝터로 소스 파이프에서 상기 반응 챔버의 내부로 공정 가스 흐 름을 제공하는 단계; 및，
상기 소스 파이프에서 제2 가스 인젝터로의 동일한 상기 공정 가스 흐름을 상기 반응 챔버의 내부로 제한하는 단계를 포함한다.
기판 처리 방법은 기판 처리 장치를 참조하여 전술한 장점을 갖는다. 장점은 생산 기간이 증가될 수 있고 정지 시간이 감소될 수 있다는 것일 수 있다.
본 발명의 다양한 구현예는 서로 분리되거나 조합될 수 있다. 본 발명의 구 현예는 도면에 도시된 일부 실시예를 참조하여 상세한 설명에서 더 명확히 설명될 것이다.
도면의 구성 요소들은 간략하게 및 명료하게 도시되어 있으며，도시된 본 개 시의 구현예의 이해를 돕기 위해 반드시 축적대로 그려지지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어，본 개시에서 도시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 기판 처리 장치의 단면도를 도시한다.
도 2a는 일 구현예에 따른 기판 처리 장치의 추가 도면을 도시한다.
도 2b는 도 1 또는 도 2a의 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 제공하도록 구 성되고 배열되는 가스 인젝터 시스템의 도면을 도시한다.
도 3은 구현예에 따라 도 1 또는 도 2a에 따른 장치의 반응 챔버 내에 위치 한 인젝터의 사시 하부도를 도시한다.
도 4는 도 1， 도 2a， 도 2b 또는 도 3에 사용하기 위한 인젝터를 도시한다.
본원에서，유사한 또는 대응하는 특정부는 유사한 또는 대응하는 참조 신호 에 의해 표시된다. 다양한 구현예의 설명은 도면에 도시된 예에 한정되지 않으며，상세한 설명에 사용된 참조 번호에 한정되지 않으며，청구범위는 도면에 도시된 실 시예와 관련하여 설명되는 것을 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 일 구현예에 따른 기판 처리 장치의 단면도를 나타낸다. 장치는 반응 챔버，및 상기 반응 챔버 내에 적어도 하나의 기판을 유지하도록 구성되고 배열되 는 기판 홀더를 포함할 수 있다.
반응 챔버는 예를 들어 내부를 한정하는 저압 공정 튜브(12) 및 내부를 가 열하도록 구성되는 히터(H)일 수 있다. 라이너(2)는 내부에서 연장될 수 있으며， 라이너는 하부 말단에서 라이너 개구부에 의해 경계가 정해지는 실질적으로 원통형 벽，및 높은 말단에서 돔 형상의 상부 밀폐부(2d)를 포함한다. 라이너는 라이너 개 구부 위의 가스에 대해 실질적으로 폐쇄될 수 있고， 튜브(12) 내부의 일부인 내부 공간(I)을 정의한다.
플랜지(3)는 저압 공정 튜브(12)의 개구부를 적어도 부분적으로 폐쇄하도록 제공될 수 있다. 수직 이동 가능하게 배열된 도어(14)는 플랜지(3) 내의 중앙 유입 개구부(0)를 폐쇄하도록 구성될 수 있고 기판(W)을 유지하도록 구성되는 웨이퍼 보트(B)를 지지하도록 구성될 수 있다. 플랜지(3)는 공정 튜브(12)의 개방 말단을 부분적으로 폐쇄할 수 있다. 도어(14)는 받침대(R)를 구비할 수 있다. 받침대(R)는 내부 공간이 회전하는 중에 웨이퍼 보트(B)를 갖도록 회전될 수 있다.
도 1에 도시된 예에서 플랜지(3)는 내부 공간(I)에 공정 가스(F)를 제공하 기 위한 공정 가스 유입구(16)와 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배 기 덕트(7)를 포함한다. 공정 가스 유입구(16)에는， 높은 말단을 향해 라이너(2)의 실질적인 원통형 벽을 따라 내부 공간(I) 내로 수직으로 연장되도록 구성되고 배열 된 인젝터(17)가 구비될 수 있고 내부 공간(I) 내에 가스를 주입하기 위한 인젝터 개구부(18)를 포함하고 있다. 내부 공간으로부터 가스를 제거하기 위해 가스 배기 덕트(7)에 연결된 가스 배기 개구부(8)는 인젝터 개구부(18) 아래에 구성되고 배열 될 수 있다. 이러한 방식으로， 가스에 대한 라이너 개구부 위의 라이너(2)를 폐쇄 하고， 내부 공간(I)의 상부 말단에서 인젝터 개구부(18)를 통해 인젝터(17)로 내부 공간에 가스를 제공하고 내부 공간의 하부 말단에서 가스 배기 개구부(8)에 의해 내부 공간으로부터 가스를 제거함으로써，라이너(2)의 내부 공간 내 하향 흐름(F) 이 생성될 수 있다. 이러한 하향 흐름(F)은 반응 부산물，인젝터(17)，기판(W)，보트(B)，라이너(2) 및/또는 지지 플랜지(3)로부터의 입자를 처리된 기판으로부터 멸 리 배기 개구부(8)로 하향 운반할 수 있다.
내부 공간(I)으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기 개구부(8)는 라이 너(2)의 개방 말단 아래에 제공될 수 있다. 이는 유익할 수 있는데，그 이유는 공 정 챔버의 오염원이 라이너(2)와 플랜지(3) 사이의 접촉에 의해 형성될 수 있기 때 문이다. 보다 구체적으로，개방 말단에서의 라이너의 하부 말단 표면이 플랜지와 접촉하는 위치에 공급원이 존재할 수 있다. 라이너(2)는 실리콘 탄화물로 만들어질 수 있고，플랜지는 금속으로 만들어질 수 있으며，라이너와 플랜지는 열 팽창 중에 서로에 대해 이동할 수 있다. 라이너의 하부 말단 표면과 플랜지의 상부 표면 사이 의 마찰은 오염물 예를 들어，라이너 및/또는 플랜지로부터 깨져 떨어진 작은 입자 를 생성할 수 있다. 입자는 공정 챔버 내로 이동할 수 있고 공정 챔버와 처리되고 있는 기판을 오염시킬 수 있다.
가스에 대한 라이너 개구부 위의 라이너를 폐쇄하고 내부 공간의 상부 말단 에서 가스 인젝터로 내부 공간에 공정 가스를 제공하고 내부 공간의 하부 말단에 서 가스 배기에 의해 내부 공간으로부터 가스를 제거함으로써，내부 공간 내 하향 흐름이 생성될 수 있다. 이러한 하향 흐름은 라이너-플랜지 인터페이스에서의 입자 를 처리된 기판으로부터 멸리 배기구로 하향 이송시킬 수 있다.
가스 배기 개구부(8)는 라이너(2)와 튜브(12) 사이의 원주형 공간으로부터 가스를 제거하기 위해，라이너(2)와 튜브(12) 사이의 플랜지(3)에 구성되고 배열될 수 있다. 이러한 방식으로 원주형 공간 및 내부 공간(I)의 압력이 동일하게 만들 어질 수 있고，저압 수직형 퍼니스에서는 튜브(12)를 둘러싸는 주변 대기압보다 낮게 만들어질 수 있다. 저압 수직형 퍼니스 튜브의 내부(라이너의 내부 공간을 포 함)로부터 가스를 제거하기 위해，수직형 퍼니스는 압력 제어 시스템을 구비할 수 있다.
이러한 방식으로，라이너(2)는 대기 압력을 보상할 필요가 없기 때문에 다소 앓고 비교적 약한 재질로 만들어질 수도 있다. 이것은 라이너(2)에 대한 재질을 선 택함에 있어서 더 큰 자유도를 생성한다. 라이너(2) 재질의 열 팽창은 내부 공간 내의 기판 상에 증착된 물질과 비슷할 수 있도록 선택될 수 있다. 후자는 라이너 및 또한 라이너 상에 증착된 물질의 팽창이 동일할 수 있다는 장점을 가진다. 후자 는 라이너(2)의 온도 변화 결과로서 증착된 물질(플레이크)이 떨어지는 위험을 최 소화한다.
튜브(12)는 다소 두껍고 비교적 강한 압축 강도 재질로 만들 수 있는데，이 는 튜브 내측의 저압에 대해 대기압을 보상해야 할 수 있기 때문이다. 예를 들어，저압 공정 튜브(12)는 5mm 내지 8mm 바람직하게는 약 6mm 두께의 석영으로 만 들어질 수 있다. 석영은 0.59 X 10-6 K- 1 의 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，Si3N4 의 CTE는 3 X 10-6 K-1, Si 의 CTE 는 2.3 X 10-6 K-1 임), 차이점은 비교적 작을 수 있다. 석영으로 된 튜브 상에 막이 증착되 는 경우， 튜브가 크고 많은 열 사이클을 겪을 때에도 막은 부착될 수 있지만 오염의 위험성은 증가할 수 있다.
라이너(2)는 튜브(12)의 내부에서 임의의 증착을 피할 수 있고，따라서 튜 브(12) 상의 증착물이 떨어져 나가는 위험이 완화될 수 있다. 따라서 튜브는 석영 으로 제조될 수 있는 반면 라이너(2)는 실리콘 탄화물(SiC)로 제조될 수 있다. SiC 의 CTE는 4 X 10-6 K- 1 이고, 증착된 막과 CTE 매칭을 제공할 수 있어서，라이너로부 터 증착된 막을 제거하기 전에 더 큰 누적 두께 결과를 갖는다.
CTE 불일치는 증착된 막의 균열 및 플레이크 떨어짐 및 이에 대응하는 높은 입자 수의 결과를 가지며 이는 바람직하지 않고 SiC 라이너(2)를 사용함으로써 완 화될 수 있다. 동일한 메커니즘이 인젝터(17)에 작동할 수 있으나，인젝터(17)의 경우 상이한 열 팽창을 갖는 물질이 너무 많이 증착되면，인젝터가 파괴될 수 있는 경우도 발생할 수 있다. 따라서 실리콘 탄화물 또는 실리콘으로 인젝터(17)를 제조하는 것이 유리할 수 있다.
물질이 라이너(2) 및/또는 인젝터(17)에 적합한지 여부는 증착되는 물질에 의존할 수 있다. 따라서 라이너(2) 및/또는 인젝터(17)와 같이 증착된 물질에 대 해 실질적으로 동일한 열 팽창을 갖는 물질을 사용할 수 있는 것이 유리하다. 따라 서，라이너(2) 및/또는 인젝터(17)를 위한 열 팽창을 갖는 물질을 비교적 석영의 것보다 더 높게 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어 실리콘 탄화물(SiC)가 사용될 수 있다. 실리콘 탄화물 라이너는 대기압을 보상할 필요가 없기 때문에 4 mm 내지 6 mm， 바람직하게는 5mm 두께일 수 있다. 압력 보상은 튜브로 수행될 수 있다.
TaN，HfO2 및 Ta05 와 같이 4 X 10-6 K-1 내지 6 X 10-6 K-1 사이의 CTE 를 갖는 금속 및 금속 화합 물질을 증착하는 시스템의 경우 라이너 및 인젝터 물질은 바람 직하게는 약 4 X 10-6 K-1 내지 9 X 10-6 K- 1 의 CTE 를 가질 수 있으며 예를 들어, 실리콘 탄화물을 포함한다.
심지어 더 높은 CTE를 갖는 물질의 증착을 위해，라이너 및/또는 인젝터 물 질은 예를 들어 표 2에 의해 도시되는 바와 같이 선택될 수 있다.
어셈블리는 퍼지 가스(P)를 라이너(2b)의 외부 표면과 공정 튜브(12) 사이의 원주형 공간(S)에 제공하기 위해 플랜지(3) 상에 장착된 퍼지 가스 유입구(19)를 구비할 수 있다. 퍼지 가스 유입구는，플랜지(3)로부터 라이너의 상부 말단을 향해 라이너(2)의 원통형 벽의 외부 표면을 따라 수직으로 연장되는 퍼지 가스 노즐(20) 을 포함할 수 있다. 원주형 공간(S)으로의 퍼지 가스(P)는 가스 배기 개구부(8)에 흐름을 생성할 수 있고 배기 튜브(7)로부터 원주 공간(S)으로의 반응 가스의 확산 에 대항할 수 있다.
플랜지(3)는 상부 표면을 가질 수 있다. 라이너(2)는 라이너 벽(2a)의 외부 원통형 표면에 연결될 수 있는 지지 부재(4)에 의해 지지될 수 있고，각각 하향 지 지된 지지 표면을 가질 수 있다. 라이너는 또한 하부 표면(2c)으로 플랜지(3)의 상 부 표면 상에 직접 지지될 수 있다.
지지 부재(4)의 지지 표면은 라이너(2)의 내부 원통형 표면(2b)으로부터 반 경 방향 외향으로 위치할 수 있다. 이 예에서，지지 부재(4)의 지지 표면은 또한 부착되는 라이너(2)의 외부 원통형 표면(2a)으로부터 반경 방향 외향으로 위치할 수도 있다. 지지 부재(4)의 하향 지지 표면은 플랜지(3)의 상부 표면과 접촉할 수 있고 라이너(2)를 지지할 수 있다.
폐쇄부의 지지 플랜지(3)는 라이너(2)의 내부 공간 및 라이너(2)와 저압 튜 브(12) 사이의 원형 공간으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기 개구부(8)를 포 함할 수 있다. 가스 배기 개구부 중 적어도 일부는 라이너(2)의 반경 방향 외측으 로 플랜지(3)의 상부 표면에 제공될 수 있다. 가스 배기 개구부 중 적어도 일부는 라이너 개구부 근처에 제공될 수 있다. 가스 배기 개구부(8)는 내부 공간 및 공정 튜브(12)와 라이너(2) 사이의 원주형 공간으로부터 가스를 인출하기 위해 배기 덕 트(7)를 통해 펌프와 유체 연결될 수 있다. 지지 부재(4)와 지지 플랜지(3)의 상부 표면 부분 사이의 마찰에 의해 생성될 수 있는 임의의 입자는 가스 배기 개구부(8) 를 통해 가스와 함께 배출될 수 있다. 어떤 경우에도，방출된 입자는 기판(W) 주위 의 공정 챔버에 진입할 수 없을 것이다.
도 2a는 일 구현예에 따른 기판 처리 장치에서 사용되는 어셈블리 뷰를 도시 한다. 도 2a는 플랜지(3) 상에 위치하는 라이너(2) 및 인젝터(17a，17b)를 포함하 는 어셈블리(31)를 도시한다. 인젝터(17a，17b)는 각각 가스 인젝터 시스템에 연결 하기 위해 가스 유입구(33a 및 33b)를 각각 가지고， 공정 가스를 반응 챔버의 내부 로 제공한다. 라이너(2)는 개방형 라이너로 상부(2b)에서 개방됨을 의미하고, 이는 라이너가 상부에서 폐쇄되는 도 1의 라이너(2)와 상이하다. 기판을 유지하기 위한 보트(B)는 반응 챔버 내에서 처리될 기판을 지지하기 위해 라이너(2) 내에 위치할 수 있다.
퍼지 가스 노즐(20)은 퍼지 가스 유입구(19)로부터 반응 챔버 내에 질소 가 스와 같은 불활성 가스를 퍼지하기 위해 제공될 수 있다. 퍼지 노즐(20)은 퍼지 가 스가 반응 챔버의 내부를 통해 하향으로 흐를 수 있게 하고 플랜지 내의 배기구(7) 를 통해 빠져나갈 수 있도록 상부 말단(34)에 개구부를 갖는다. 퍼지 가스에 대한 퍼지 노즐(20)은 바람직하게 상부 개방 말단을 갖는 튜브일 수 있고 그 측벽에 가 스 방출 구멍이 없어서，모든 퍼지 가스가 반응 챔버의 상부에서 방출된다. 퍼지 인젝터는 생략될 수 있고 퍼지 가스는 인젝터(17a 및 17b) 중 하나에 공급될 수 있다.
다른 구현예에서，배기구(7)는 반응 챔버의 상부에 있을 수 있고 퍼지 가스 는 반응 챔버의 하부에서 방출될 수 있다.
도 2b는 도 1 또는 도 2a의 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 제공하도록 구 성되고 배열되는 가스 인젝터 시스템(35)의 도면을 도시한다. 가스 인젝터 시스템 은 동일한 공정 가스에 대해 각각 제1 및 제2 가스 유입구(33a，33b)를 통해 소스 파이프(37)로부터 제1 및 제2 인젝터(17a，17b)로 공정 가스 흐름을 제어하도록 구 성되고 배치된 가스 제어 시스템(36)과 제1 및 제2 인젝터(17a，17b)를 구비한다.
가스 제어 시스템(36)은 소스 파이프로부터 제1 및 제2 인젝터 중 하나(예, 제1 인젝터(17a)) 로 공정 가스의 흐름을 제공하면서 제1 및 제 2 인젝터 중 다른 하나(예，제2 인젝터(17b))로 동일한 공정 가스의 흐름을 제한하도록 구성되고/되 거나 프로그래밍될 수 있다. 가스 제어 시스템(36)은 본 실시예에서 소스 파이 프(37)로부터 제1 가스 유입구(33a)로의 공정 가스의 흐름을 제공하면서 제2 가스 유입구(33b)로 동일한 공정 가스의 흐름을 제한하도록 구성되고 배열된 공정 가스 밸브(39)를 포함할 수 있다.
제2 인젝터(17b)는 퍼지 가스 밸브(43) 및 제2 가스 유입구(33b)를 통해 퍼 지 가스 소스(41)로부터 계속된 퍼지 가스 흐름을 제공받을 수 있어서，사용되지 않는 동안 공정 가스가 제2 인젝터(17b)의 내부로 흐를 수 없어서 증착되지 않는 것을 보장한다. 공정 가스 밸브(39)와 퍼지 가스 밸브(43)은 제어기(45)로 제어될 수 있으며，제어기는 소스 파이프로부터 제1 및 제2 인젝터(17a，17b) 중 하나로 공정 가스의 흐름을 제공하면서 제1 및 제 2 인젝터(17a，17b) 중 다른 하나로 동일한 공정 가스의 흐름을 제한하기 위해 밸브(39，43)를 제어하도록 구성되고/되거나 프로그래밍될 수 있다.
제1 인젝터로부터 제2 인젝터(17a， 17b)로의 공정 가스 흐름은， 예를 들어，소정의 시간 후에， 또는 공정 가스의 흐름이 소정의 임계치보다 낮게 되는 경우，제어기(45)의 제어 하에 공정 가스 밸브(39)와 퍼지 가스 밸브(43) 둘 모두를 스위 칭함으로써 스위칭될 수 있다. 제어 시스템(45)은 소정의 시간 후에 스위칭하기 위 한 타이머를 구비할 수 있다. 그런 다음 공정 가스의 흐름이 소스 파이프(37)로부 터 제2 가스 유입구(33b)로 향하게 되는 반면， 제1 가스 유입구(33a)로 흐르는 동 일한 공정 가스를 공정 가스 밸브(39)로 제한한다. 선택적으로， 제1 인젝터(17a)에 는 퍼지 가스 공급원(41)으로부터 퍼지 가스 밸브(43) 및 제1 가스 유입구(33a)를 통해 계속되는 퍼지 가스 흐름이 제공될 수 있다.
제1 인젝터로부터 제2 인젝터로의 공정 가스 흐름은 앞 뒤로 여러 번 스위칭 될 수 있다. 인젝터 시스템 내의 인젝터 수는 생산 주기를 더 증가시키기 위해 3 개， 4개 또는 심지어 5개까지 증가될 수 있다.
가스 제어 시스템은 공정 가스 흐름을 측정하기 위한 가스 흐름 측정 장치를 구비할 수 있고，가스 제어 시스템은 공정 가스 흐름이 특정 임계 값보다 낮게 되 는 경우에 공정 가스 흐름을 제1 인젝터로부터 제2 인젝터로 스위칭하도록 구성되 고/되거나 프로그래밍될 수 있다. 인젝터에 기인하는 플레이크의 입자 수가 입자 수 임계치 위로 있는 경우 제1 인젝터로부터 제2 인젝터로의 공정 가스 흐름이 스위칭될 수 있다.
반응 챔버 내의 기판(W) 상에 증착 균일성이 열화되거나 예를 들어 기판(W) 의 표면 상에서 계수된 입자의 수가 증가되는 경우 제1 인젝터로부터 제2 인젝터로 의 공정 가스 흐름은 스위칭될 수 있다. 기판 상의 입자 수 또는 균일성을 측정하 기 위해，장치 외부 또는 내부에 선택적으로 있는 측정 시스템에 기판이 제공될 수 있다.
제1 인젝터 및 제2 인젝터는 모두 막혔을 경우，새로운 제1 인젝터 및 제2 인젝터로 교체될 수 있다. 모두 막히는 경우는 예를 들어，제1 및 제2 인젝터를 통 한 공정 가스 흐름이 제2 임계치보다 낮게 된다.
도 3은 구현예에 따라 도 1 또는 도 2a에 따른 장치의 반응 챔버(12) 내에 위치한 인젝터의 사시 하부도를 도시한다. 하나의 제1 인젝터(17)만이 2개의 인젝 터 분지(22， 23)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 또 다른 제2 인젝터는 라이너(2) 내에 위치할 수 있다.
인젝터(2)는 또한 3개 또는 4개의 분지를 가질 수 있다. 하나 이상의 인젝터 는 다중 홀 가스 인젝터일 수 있다. 유리하게는 다중 홀 가스 인젝터를 사용하여, 반응 챔버(12) 내로의 가스 분배 균일성이 개선될 수 있음으로써 증착 결과의 균일 도가 개선된다.
인젝터(17)에는 개구부(26)의 패턴이 제공될 수 있으며，상기 패턴은 실질적 으로 웨이퍼 적재 위로 연장된다. 본 발명에 따라，개구부의 총 단면은 예를 들어，100 내지 600，바람직하게는 200 내지 400 mm2 으로 비교적 크다. 소스 가스의 전도에 이용가능한 인젝터(17)의 내부 단면은 100 내지 600， 바람직하게는 200 내지 500 mm2 또는 이상일 수 있다. 인젝터 (17) 의 내부 단면은 나선 형상일 수 있다.
개구부 직경은 1 내지 15 mm， 바람직하게는 3 내지 12 mm， 더 바람직하게는 4 내지 lO mm 일 수 있다. 개구부 면적은 1 내지 200 mm2, 바람직하게는 7 내지 100 mm2, 더욱 바람직하게는 13 내지 80 mm2 일 수 있다. 큰 개구부는 개구부 내의 증착된 층 때문에 개구부가 막히는 데에 시간이 더 오래 걸리는 장점을 가질 수 있다.
도 3 에 도시된 예에서 인젝터는 전체적으로 40개의 개구부를 포함할 수 있 다. 3 mm의 직경의 경우 개구부의 총 단면은 40 x 3 x 3 x π / 4 = 282 mm2 일 수 있다. 인젝터의 각 분지 단면은 약 11 x 30 = 330 mm2 이다. 다른 인젝터는 251 mm2 의 총 면적을 제공하는 4 mm 직경을 갖는 20 개의 개구부를 가질 수 있다. 다른 인젝터는 251 mm2 의 총 면적을 제공하는 8 mm 직경을 갖는 5 개의 개구부를 가질 수도 있다.
인젝터의 각 분지(22， 23)에서，개구부는 동일한 높이에서 쌍으로 제공될 수 있고，2개의 개구부는 반경 방향의 균일성을 개선하기 위해， 약 90도의 각도로 가 스를 두 방향으로 주입할 수 있다.
개구부는 수직 및 수평으로 이격된 관계로 인젝터 상에 위치할 수 있다. 하 나의 인젝터 분지 상의 개구부 패턴은 더 높은 부분에서의 감소되는 가스 흐름을 보상하기 위해 분지의 더 높은 부분에서 더 높은 농도를 갖는 개구부로 수직 연장 될 수 있다. 인젝터 분지는 인젝터 튜브일 수 있으며，인젝터 각 튜브는 별도의 가 스 공급 도관에 연결된 공급 말단을 갖는다. 인젝터 튜브는 별도의 가스 공급 도관을 통해 2개 이상의 소스 가스를 별도로 주입하기 위한 별도의 가스 공급원에 연결될 수 있다. 하나의 인젝터 분지 상의 개구부 패턴은 보트의 일부 위에만 수직 연장될 수 있다. 인젝터(17)는 라이너(2) 내의 돌출부(2e)에 수용될 수 있다.
어셈블리는 플랜지 상에 장착된 온도 측정 시스템을 구비할 수 있고，온도를 측정하기 위해 라이너의 상부 말단을 향해 라이너(2)의 원통형 벽의 내부 또는 외 부 표면을 따라 연장된다. 온도 측정 시스템은 라이너를 따라 상이한 높이에서 온 도를 측정하기 위해 빔의 길이를 따라 제공된 복수의 온도 센서를 갖는 빔을 포함 할수 있다.
라이너의 내부 표면을 따라 구성되는 경우 내부 공간 내측의 온도를 측정하 기 위한 복수의 온도 센서를 갖는 빔을 수용하기 위해，제2 돌출부(2f)가 라이 너(2) 내에 제공된다. 도시된 바와 같이 돌출부는 외향 연장되어 라이너 내측에 온 도 측정 시스템을 수용하지만 돌출부는 또한 내측 연장되어 라이너 외측에 온도 측정 시스템을 수용할 수도 있다. 인젝터 및 온도 시스템을 돌출부(2e 및 2f)에 각 각 수용함으로써，내부 공간은 실질적으로 원통형 대칭으로 유지될 수 있으며, 이 는 증착 공정의 균일성에 유리하다. 반응 챔버(12)는 확장 플랜지(27)로 하단 말단 에 제공될 수 있다.
도 4는 도 1， 도 2a 또는 도 3의 기판 처리 장치에 사용하기 위한 인젝 터(17)를 도시한다. 5개의 인젝터 개구부(18)가 상부로부터 하향으로 인젝터(17) 번호(55， 57， 59， 61， 63)에 제공된다. 인젝터(17) 상부 근처의 개구부 간격은 인 젝터(17)의 하부 말단에서의 거리에 비해 감소될 수 있어서 인젝터 상부에서의 감소된 압력을 보상한다. 압력 감소를 보상하기 위해，제1 및 제2 개구부(55，57) 간격은 45 내지 49，바람직하게는 47 mm일 수 있고，개구부(57，59) 간격은 50 내지 56，바람직하게는 53 mm일 수 있고，개구부(59，61) 간격은 55 내지 59，바람직하게는 57 mm 일 수 있고，개구부(61， 63) 간격은 70 내지 100，바람직하게는 81 mm 일 수 있다.
개구부 총 단면은，인젝터 내부의 압력이 비교적 낮은 값으로 유지되도록 비 교적 클 수 있다. 개구부(18) 직경은 4 내지 15 mm일 수 있다. 예를 들어，개구부 는 8mm의 직경을 가질 수 있다. 인젝터 개구부 내의 증착은 인젝터 개구부를 막히 게 할 수 있다. 예를 들어 4 내지 15 mm，바람직하게는 8mm의 더 큰 개구부를 가 짐으로써，인젝터 개구부가 막히는 데 시간이 더 오래 걸리며，이는 인젝터의 수명 을 증가시킨다.
인젝터 내부의 가스 전도 채널의 수평 내부 단면은 실질적으로 원통형 라이 너의 원주에 접선 방향으로 반경 방향으로의 치수보다 큰 치수를 갖는 길쭉한 형상 을 가질 수 있다. 인젝터(17)의 하부 부분(28)은 더 작은 단면을 가질 수 있고 이 에 따라 더 높은 압력을 가질 수 있다. 일반적으로，이는 추가적인 증착을 야기할 수 있지만，온도가 이 부분에서 낮을 수 있기 때문에，증착률은 여전히 허용 가능 한 수준일 수 있다.
가스 인젝터(17)의 개구부(18)는 개구부의 막힘을 감소시키도록 구성될 수 있다. 개구부는 내측에서 외측으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 인젝터의 외측 상 의 개구부(18)의 표면적보다 더 큰 인젝터의 내측 표면 상의 개구부의 표면적을 갖는 오목한 형상은 막힘을 감소시킬 수 있다. 내측의 더 큰 영역은，압력 및 이에 따라서 증착이 커지는 내부 측면에서 더 많은 증착을 허용한다. 외측 상에서 압력 이 감소되고 따라서 증착이 또한 더 느리고，더 작은 영역이 내측 상의 더 큰 직경 과 동일한 증착량을 모을 수도 있다.
인젝터로 압력을 감소시키면 인젝터(17) 내의 반응 속도가 감소될 수 있는 데 이것은 반응율이 압력이 증가함에 따라 통상적으로 증가하기 때문이다. 인젝터 내부가 저압인 경우 추가적인 이점은 인젝터를 통한 가스 부피가 저압에서 팽창하 고，소스 가스의 일정한 흐름에 대해 인젝터 내부의 소스 가스의 체류 시간이 대응 적으로 감소한다는 것이다. 둘 모두의 조합으로 인해 소스 가스의 분해는 감소됨으 로써，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 인젝터(17)의 수 명을 연장시킨다. 인젝터는 공정 가스로 증착된 물질의 열 팽창 계수를 갖는 물질 로 제조될 수 있다. 예를 들어 인젝터는 실리콘 질화물이 증착되는 경우 실리콘 질화물로부터 만들어질 수 있거나 실리콘이 공정 가스에 의해 증착되는 경우 실리 콘으로부터 만들어질 수 있다. 따라서, 인젝터 내의 증착된 층의 열 팽창은 인젝터 의 열 팽창과 일치할 수 있어，가스 인젝터가 온도 변화 동안 파괴될 수 있는 기회 를 감소시킨다. 실리콘 탄화물은 인젝터(17)에 적합한 재료일 수 있는데，그 이유 는 이것이 많은 증착된 재료와 일치할 수 있는 열 팽창을 갖기 때문이다.
인젝터 내부가 저압인 단점은 인젝터의 전도가 상당히 감소한다는 것이다. 이는 인젝터의 길이에 걸쳐 개구부 패턴 위로 소스 가스 흐름이 불량한 분포를 유 도할 수 있다. 대부분의 소스 가스는 인젝터의 유입구 말단 근처에서 구멍 밖으로 흐른다. 인젝터의 길이 방향을 따라，인젝터 내부의 소스 가스의 흐름을 용이하게 하기 위해，인젝터는 큰 내부 단면을 구비할 수 있다. 본 발명에 따라 반응 공간 내측에 인젝터를 수용할 수 있도록 인젝터의 접선 방향 크기는 방사상 크기보다 클 수 있고，반응 공간을 구획하는 라이너는 인젝터를 수용하기 위해 외향 연장되 는 돌출부를 구비할 수 있다.
바람직한 구현예에서，이성분계 막의 구성 원소 2개를 제공하는 2개의 소스 가스는 인젝터에 들어가기 전에 가스 공급 시스템에서 혼합된다. 이는 보트의 길이 에 걸쳐 주입된 가스의 균질한 조성을 보장하는 가장 쉬운 방법이다. 그러나，이는 필수적인 것은 아니다. 대안적으로，2개의 상이한 소스 가스는 별도의 인젝터를 통 해 주입될 수 있고，반응 공간 내로 주입된 후에 혼합될 수 있다.
인젝터의 2개 분지를 사용하면 일부 미세 조절 가능성을 허용한다. 실질적으 로 동일한 조성의 가스가 분리된 소스 가스 공급부를 통해 인젝터의 양쪽 부분 모 두에 공급되는 경우，상이한 인젝터 분지에 공급된 흐름은 상이하게 선택될 수 있 어서 보트 위의 증착률의 균일성을 미세 조정한다. 또한，상이한 조성의 가스를 인 젝터의 2개 라인에 공급하는 것도 가능하여서 보트에 걸쳐 이성분계 막의 조성을 미세 조정한다. 그러나 주입된 가스의 조성이 두 인젝터 라인에 모두 동일한 경우 최상의 결과가 달성될 수 있다.
특정 구현예가 상기에서 설명되었지만，본 발명은 설명된 바와 달리 실시될
수 있는 점을 이해할 것이다. 위의 설명은 예시적이나 제한적이지 않음을 의도하고 자 한 것이다. 따라서，이하에서 설명된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고서，전술 한 바와 같이 본 발명에 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이 다. 다양한 구현예가 조합되어 적용될 수 있거나 서로 독립적으로 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 처리 장치로，
    반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내에 적어도 하나의 기판을 유지하도록 구성되고 배열되는 기판 홀더; 및，
    상기 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되며 소스 파이프로부터 상기 공정 가스 흐름을 제어하도록 구성되고 배열되는 가스 제어 시 스템을 구비한 가스 인젝터 시스템을 포함하되，상기 가스 인젝터 시스템은 동일한 상기 공정 가스에 대해 제1 및 제2 인젝터를 포함하고，상기 가스 제어 시스템은 상기 소스 파이프로부터 상기 제1 및 제2 인젝터 중 하나에 동일한 상기 공정 가스 흐름을 제공하면서 상기 제1 및 제2 인젝터 중 다른 하나에 동일한 상기 공정 가스 흐름을 멈추게 하도록 구성되며,
    상기 가스 제어 시스템은 상기 제1 및 제2 인젝터 중 상기 하나에서 상기 제1 및 제2 인젝터 중 상기 다른 하나로 상기 공정 가스 흐름을 스위칭하도록 구성되고,
    상기 가스 제어 시스템은 상기 공정 가스 흐름을 측정하기 위해 가스 흐름 측정 장치를 구비하고 상기 공정 가스 흐름이 특정 임계치보다 낮게 되는 경우 스위칭하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스 제어 시스템은 상기 제1 및 제2 인젝터 중 상기 하나에서 상기 제1 및 제2 인젝터 중 상기 다른 하나로 상기 공정 가스 흐름을 스위칭한 후에 상기 소스 파이프에서 상기 제1 및 제2 인젝터 중 상기 하나로의 상기 공정 가스 흐름을 멈추게 하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 벽을 포함하고, 상기 장치는 상기 반응 챔버의 상기 벽을 따라 상기 반응 챔버의 내부에서 연장되도록 구성되고 배열되는 라이너를 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 라이너는 하부 말단에서의 라이너 개구부 및 상부 말단에서의 상부 밀폐부에 의해 구획되는 원통형 벽을 포함하고，상기 라이너는 가스에 대해 상기 라이너 개구부 위로 밀폐되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 인젝터는 상기 라이너의 원통형 벽을 따라 상기 상부 말단을 향해 구성되고 배열되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 인젝터는 세장형이고 개구부의 패턴을 구비하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 인젝터의 각각의 내부의 가스 전도 채널의 내부 단면적은 100 내지 600 mm2 인 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 인젝터의 각각의 내부의 가스 전도 채널의 내부 단면은，원통형인 반응 챔버의 원주에 접선 방향으로 반경 방향의 치수보다 큰 치수를 갖는 형상을 갖는 기판 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 개구부 영역은 1 내지 200 mm2 일 수 있는 기판 처리 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 인젝터의 하부 말단에서 상부 말단으로 가면서 상기 개구부 간격이 감소하는 기판 처리 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 개구부는 가스가 적어도 2개의 상이한 방향으로 주입되도록 구성되는 기판 처리 장치.
  15. 기판 처리 방법으로서，
    반응 챔버 내의 기판 홀더 상에 기판을 제공하는 단계;
    제1 인젝터로 소스 파이프에서 상기 반응 챔버의 내부로 공정 가스 흐름을 제공하는 단계;
    상기 소스 파이프에서 제2 인젝터로의 상기 반응 챔버의 내부로의 동일한 상기 공정 가스 흐름을 멈추게 하는 단계; 및
    상기 공정 가스 흐름이 특정 임계치보다 낮게 되는 경우, 상기 제1 인젝터로부터 상기 제2 인젝터로 상기 공정 가스 흐름을 스위칭하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 인젝터로부터 상기 제2 인젝터로 상기 공정 가스 흐름을 스위칭한 후에 상기 소스 파이프로부터 상기 제1 인젝터로 상기 공정 가스 흐름을 멈추게 하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 인젝터 및 제2 인젝터를 새로운 제1 인젝터 및 제2 인젝터로 교체하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
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