KR100687373B1 - 가스 분배 장치 - Google Patents

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KR100687373B1
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옌 쿤 왕
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

어떤 실시예에서 단일체인, 다중 채널 면판(200)은 공정 챔버(100)에 가스 전달 시스템의 일부로서 공급된다. 두 개 이상의 가스 통로 세트는 면판을 통해 배열되고 공정 챔버(100) 내로 분리된 가스의 독립적인 전달을 가능케 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 수직 채널(226) 세트를 포함하는, 제 1 가스 통로는 면판(200)을 통해서 형성된다. 제 2 수직 채널(228) 세트를 포함하는 제 2 가스 통로는 면판의 부분을 통해 형성되고 면판(200)에서 교차하는 수평 채널(222) 세트에 연결되며, 가스가 공정 챔버(100) 내로 유입되기 전에, 제 2 가스 통로는 제 1 가스 통로로부터 유체의 분리 상태를 유지시킨다.

Description

가스 분배 장치 {APPARATUS FOR DISTRIBUTING GAS}
본 출원은 1998년 6월 16일에 출원된 가출원 번호 제 60/089,413호를 우선권으로 주장한다. 본 발명은 일반적으로 반도체 기판 처리 장치 분야에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 두 가지 이상의 가스를 처리 챔버로 유체 흐름 가능하게 분리하여 균일하게 제공하는 가스 분배 시스템에 관한 것이다.
집적 회로의 제조에서, 진공 공정 챔버는 일반적으로 반도체 기판을 처리하는데 이용된다. 진공 챔버에서 수행되는 공정은 통상적으로 기판 표면 상에 다중 금속, 유전체, 및 반도체 층의 증착 또는 에칭을 제공한다. 이러한 공정의 예는 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 및 에칭 공정을 포함한다. 많은 처리 챔버는 증착, 에칭, 등을 수행하는 가스 분배 시스템을 포함한다. 반도체 재료의 건식 에칭은 기판 상에 소정의 패턴 또는 구성을 형성하기 위한 재료의 소정 영역을 선택적으로 제거하는 화학 기상 전달 시스템으로 수행될 수도 있다.
처리 챔버 내에서 가스 분배 시스템의 통합(integration)을 잘 이해하기 위해서, 도 1은 통상적인 CVD 챔버(10)의 구성을 도시한 개략적인 도면이다. 챔버(10)는 일반적으로 처리 영역(12)을 형성하고 수직 이동 가능한 기판 지지 부재(14)를 수용한다. 콘테이너(20)는 챔버(10)에서 공정을 수행하는데 필요한 다양한 가스를 공급하도록 제공된다. 증발기(22)는 하나 이상의 액체 전구체(precursor)를 가열하고 증발시키도록 제공되는 반면에, 유동 제어기(24)는 가스가 챔버(10)로 전달되는 속도를 제어한다. 다양한 가스를 필요로 하는 공정에 대해, 챔버(10)는 통상적으로 상류의 예비 혼합 챔버(26)를 포함하며, 상기 공정 가스는 처리 영역(12)으로 유입되기 전에 혼합된다.
챔버(10) 내측으로의 가스 전달은 도 2에 상세히 도시된, 가스 분배 조립체(28)에 의해 수행되며, 상기 가스 분배 조립체는 가스 분기관(30), 가스 분사 덮개 판으로 공지된 가스 박스(32), 샤워헤드 조립체(34), 및 절연체(36)를 포함하며, 이들 모든 구성 요소들은 전기적으로 접지된 챔버 리드(38) 상에 장착된다. 샤워헤드 조립체(34)는 통상적으로 천공 블록커 판(40) 및 일련의 구멍(44)을 갖는 면판(42)을 포함한다. 블록커 판(40)과 면판(42)은 일반적으로 기판 표면 상으로 균일한 농도의 가스를 제공하도록 확산되거나 통과되는 편평한 원형 부재이다. 블록커 판(40)과 가스 박스(32) 사이의 공동은 공정 가스를 계속 혼합하는 부가적인 교반대로의 역할을 한다. O 형태의 링(46)은 밀폐용 시일(seal)이 가스의 누설을 방지하는데 기여하도록 다양한 부재 사이에 배열된다. 작동 중에, 공정 가스는 기판 상에 증착을 수행하기 위해 CVD 챔버(10) 내로 펌핑된다.
집적 회로의 밀도가 증가함에 따라 미세구조물(feature)의 크기가 감소하며, 플라즈마가 없는 증착에서 낮은 유전 상수를 갖는 새로운 재료가 개발되고 있기 때문에, 가스 분배 시스템의 개선이 필요하다. 예를 들어, 유전체 분야에서 이산화 규소(SiO2)는 메틸실란(SiH3CH3)과 과산화수소(H2O2)를 혼합함으로써 형성된다. 이러한 화학물질은 냉각된 기판 상에서 축합반응을 하여 다공성 산화 네트워크를 형성한다.
챔버로의 전달 중에 화학물질의 분리상태를 유지시키는 것은, 가스가 진공 챔버의 처리 영역으로 유입되기 전에 가스의 반응을 방지하기 위해 H2O2와 SiH3CH3을 이용하는데 있어 중요하다. 반응이 처리 영역의 상류에서 발생하게 하는 것은 진공 챔버 가스 분배 조립체의 면판과 블록커 판과 같은 장치 부품의 막힘을 초래한다. 가스 분배 판이 막히면, 가스는 더이상 기판 표면에 걸쳐서 균일하게 분배되지 않고 비등각의 증착 패턴이 발생하여, 결함있는 소자가 제조된다. 가스 분배 판을 세정하기 위해, 생산은 중지되며, 가스 분배 시스템은 분해되고, 수리되어, 재조립된다.
이중 채널식 전달 샤워헤드를 제공하는 한 시도가 "가스 공급 장치용 샤워헤드"라는 명칭의 미국 특허 제 5,624,494호에 설명되어 있다. 개시된 샤워헤드의 배열은 각각 분리된 가스 통로를 제공하고 계면에서 결합되는 두 개의 분리된 천공 판을 포함한다. 제 1 구멍 세트는 상부판과 바닥판 양쪽에 형성되며 상기 판들이 양 판들을 통해 연속적인 채널을 형성하도록 조립되었을때 정렬되어야 한다. 제 2 통로는 바닥판에 형성된 제 3 수직 구멍 세트에 의해 형성되고 바닥판에 형성된 수평 홈 세트에 의해 유체 흐름 가능하게 연결된다. 동심원의 가스 파이프는 반응 가스를 제 1 및 제 2 통로로 분리되게 전달하고, 가스가 기판 상에서 혼합되고 증착되는 공정 챔버로 유입되도록 루트를 정한다.
이러한 가스 판에서 발생하는 하나의 단점은 두 개의 천공 판 내에 형성된 구멍의 정렬을 달성하는 것이다. 이 정렬이 중요하나 달성하기가 어렵다. 다른 문제점은 구멍 사이의 누설을 방지하기 위해서 판 사이에 기밀식 시일을 제공하는 것이다. 결과적으로, 반응 가스는 판과 구멍 사이에 형성된 틈의 공간을 통해 이동하여 틈의 공간에 증착된다. H2O2와 SiH3CH3와 같은 반응 가스에 관계된 공정에 있어서, 최종 화합물이 가스 전달 시스템을 막고 궁극적으로 기판 상에 불균일한 증착을 초래한다. 더욱이, 상기 막힘은 샤워헤드의 최소한 세척을 필요로 하기 때문에, 기판 처리 시스템의 보수 유지 작업을 위한 시스템의 작동 중지를 초래한다. 실질적인 막힘은 상류에 배열되는 펌핑 장치의 변형을 초래하여 보수 유지 또는 교체를 요한다.
그러므로, 공정 챔버로의 분리된 가스의 유입을 제공하고 상술된 막힘에 대한 문제 없이 기판 상으로 가스를 균일하게 전달하는 가스 분배 조립체를 필요로 하게 되었다.
본 발명은 일반적으로 처리 챔버 내로 두 가지 이상의 가스를 분리되고 균일하게 분배하는 가스 분배 시스템을 갖는, 기판 처리 챔버, 장치, 및 그와 관련된 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 본 발명은 단일체의 다중 채널 면판을 포함하는 공정 챔버 내로 가스를 분배하는 장치를 제공한다. 제 1 수직 채널 세트를 갖는 제 1 가스 통로는 면판을 통해 연장한다. 수평 채널 세트와 교차하는 제 2 수직 채널 세트를 갖는 제 2 가스 통로는 단일체의 면판을 통하는 제 1 가스 통로로부터 분리된다. 분리된 가스 공급원은 가스를 각각의 가스 통로로 전달한다. 면판은 플라즈마 없는 처리 챔버에서 특히 유용할 것이다. 면판은 처리 영역으로 반응 가스를 분리하여 전달하고, 처리 영역 내에서 다음의 전달 가스와 혼합되어 기판 상에 증착되며, 온도 조절 가능한 지지 부재 상에서 지지된다. 당연히, 다른 실시예도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명은 처리 챔버로 가스를 분사하는 단일체의 다중 채널 면판, 제 1 가스를 처리 챔버로 전달하는 단일체의 다중 면판을 통하는 제 1 가스 통로, 처리 챔버로 전달하기 전에 적어도 제 2 가스를 처리 챔버로 제 1 가스로부터 실질적으로 분리되게 전달하고 단일체의 다중 채널 면판을 통하는 적어도 제 2 가스 통로를 포함하는 처리 시스템 내에서 가스를 분배하는 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명은 공정 챔버 내로 가스를 분사하는 다중 채널 면판, 제 1 가스용 제 1 수직 채널 세트와 교차하는 제 1 수평 채널 세트를 포함하는 면판을 통하는 제 1 가스 통로, 및 제 1 수평 채널 세트에 대해 수직으로 오프셋(offset) 배열되고 제 1 수직 채널 세트로부터 분리된 제 2 수직 채널 세트와 교차하는 제 2 수평 채널 세트를 포함하는 면판을 통하는 적어도 제 2 가스 통로를 포함하는 처리 시스템 내로 가스를 분배하는 장치를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 본 발명은 공정 챔버 및 제 1 및 제 2 가스 공급원에 유체 흐름 가능하게 연결된 가스 공급관(feedthrough)을 포함하고 공정 챔버에 연결된 가스 분배 시스템, 가스 공급관의 상부측에 유체 흐름 가능하게 연결된 가스 분사 덮개판, 및 두 개 이상의 가스를 처리 챔버로 분리되게 전달하고 가스 분사 덮개판의 하부측에 연결된 단일체의 다중 채널 면판을 포함하는 반도체 처리 장치를 포함한다.
본 발명은 또한 제 1 가스 통로와 제 2 가스 통로를 갖는 단일체의 다중 채널 면판을 이용하는 단계, 제 1 가스를 제 1 가스 통로로 전달하는 단계, 제 2 가스를 제 2 가스 통로로 전달하는 단계, 및 처리 챔버로 분사하기까지 가스의 실질적인 분리 상태를 유지하는 단계를 포함하는, 공정 챔버로 두 개 이상의 가스를 분배하는 방법과 같은, 방법을 포함한다.
본 발명의 전술한 특징들, 장점들 및 목적들에 도달하는 방법이 자세히 이해될 수 있도록, 위에서 간략히 요약된 본 발명의 특정 설명에 대해서 참조 도면에 도시된 실시예를 참조했다.
그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 일반적인 실시예를 설명하는 것이지 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 생각해서는 안되며, 본 발명에 대해 다른 동등한 효과를 갖는 실시예가 있을 수 있다고 이해해야 한다.
도 1은 선행 기술의 CVD 챔버를 도시한 개략적인 도면.
도 2는 선행 기술의 가스 분배 시스템의 구성요소를 도시한 확대 분해도.
도 3은 공정 챔버를 도시한 부분적인 횡단면도.
도 4는 본 발명 일 실시예의 단일체의 다중 채널식 면판을 도시한 부분적인 횡단면도.
도 5는 오프셋 수직 채널을 갖는 도 4의 면판에 대한 부분적인 확대 횡단면도.
도 6은 배열된 수직 채널을 갖는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 부분적인 확대 횡단면도.
도 7은 수직 방향의 가스 공급관의 확대 단면도.
도 8은 서로 수직으로 오프셋된 다중 수평 층을 갖는 본 발명의 다른 실시예에 대한 저면도.
도 9는 도 8의 실시예에 대한 부분적인 사시도.
도 10은 분리 노즐을 갖는 본 발명의 다른 실시예에 대한 사시도.
도 11은 면판 주위 상에 배열되는 분리 노즐을 갖는 본 발명의 또다른 실시예에 대한 사시도.
도 12는 다중의 갈래진 분기관을 갖는 본 발명의 또다른 실시예에 대한 사시도이다.
본 발명은 일반적으로 공정 챔버 내로 두 가지 이상의 가스를 분리되고 균일하게 분배하는 가스 분배 시스템을 갖는 기판 공정 챔버를 제공한다. 본 발명은 공정 챔버와 공정 챔버에 연결된 가스 분배 시스템을 갖는 반도체 처리 장치를 포함하며, 상기 가스 분배 시스템은 제 1 및 제 2 가스 공급원에 유체 흐름 가능하게 연결된 가스 공급관, 가스 공급관의 상부측에 유체 흐름 가능하게 연결된 가스 분사 덮개판 및 가스 분사 덮개판의 하부측에 연결되고 두 가지 이상의 가스를 공정 챔버로 분리되게 전달하는 단일체의 다중 채널 면판을 포함한다. 제 1 수직 채널 세트를 갖는 제 1 가스 통로는 면판을 통해 연장한다. 수평 채널 세트와 교차하는 제 2 수직 채널 세트를 갖는 제 2 가스 통로는 단일체의 면판을 통해 제 1 가스 통로로부터 분리된다. 분리된 가스 공급원은 가스를 각각의 가스 통로로 전달한다. 당연히 다른 실시예도 가능하다.
도 3은 본 발명을 형성하는 한 실시예인 공정 챔버(100)의 횡단면도를 도시한다. 챔버(100)는 일반적으로, 처리 영역(102)을 에워싸고, 챔버 몸체(101)를 포함하며 화학적 전구체가 처리 중에 유입된다. 수직 이동 가능한 온도 조절식 기판 지지 부재(130)는 기판을 지지하기 위한 챔버 몸체(101)의 하단부를 통해 배열된다. 기판 지지 부재(130)는 지지 부재(130)의 가열 및/또는 냉각을 달성하기 위해 유체가 통과하는 채널(137)을 포함한다. 진공 펌프(129)에 연결된 환형의 진공 배출 채널(132)은 공정 영역(102)으로부터 공정 가스를 배출하기 위해 제공된다. 상부 가스 분배 조립체(104)는 가스를 챔버(100) 내로 전달하기 위해 리드(106) 상에 배열된다. 가스 분배 조립체(104)는 가스 공급관(108), 가스 분사 덮개판(110), 블록커 판(112), 및 다중 채널 면판(200)을 포함한다. 면판(200)은 가스 분배 조립체(104)의 일부분으로서 챔버(100) 내에 결합되어, 면판(200)은 처리 영역(102)의 상부 경계를 형성한다. 리드(106)는 면판(200)을 장착하고 가스 분사 덮개판(110)을 지지한다. 면판의 플랜지(194)에 위치한 O 형태의 링은 플랜지(194)와 리드(106) 사이에 시일을 제공한다. 덮개(148)는 리드(106) 상에 배열된다. 상세히 후술되는, 면판(200)은 제 1 및 제 2 가스를 가스 채널을 통해 처리 영역(102) 내로 개별적으로 전달하도록 특별히 설계된다. 일반적으로, 채널은 면판(200)에 형성된 수직 및 수평 채널 세트를 포함한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 한 실시예인 면판(200)을 도시한 부분 횡단면도이다. 면판(200)은 상부면(210), 바닥면(212), 및 주변 환형 부분, 또는 측면벽(214)을 포함한다. 도 5의 실시예에서 화살표 A로 표시된 제 1 가스 통로는, 상부면(210)에 인접한 상부 영역(190)과 바닥면(212)에 인접한 하부 영역(235) 사이에 유체의 흐름을 제공하기 위해 면판(200)을 통해서 연장하는 제 1 수직 채널(226) 세트를 포함하고, 상부 영역(190)의 상부 경계는, 도 3에 도시된, 가스 분사 덮개판(110)에 의해 형성된다. 도 5의 실시예에서 화살표 B로 표시된 제 2 가스 통로는, 바닥면(212)을 통해서 연장하고 수평 채널(222) 세트와 하부 영역(235) 사이에 유체의 흐름을 제공하는 제 2 수직 채널(228) 세트를 포함한다. 수평 채널(222)은 상부면(210)과 바닥면(212) 사이에서 면판(200)에 채널 래버린스(labyrinth of channel)를 형성한다. 수평 채널(222)은 일반적으로 면판의 상부면(210) 및 바닥면(212)과 평행한 면에 가공, 즉, 측면벽(214)을 통해 장비로 드릴링 또는 보우링에 의해 형성될 수도 있다. 면판에 대한 장비의 경사각은 수평 채널(222) 세트의 최종 구성을 결정하지만, 장비의 크기는 채널의 직경을 결정한다. 본 출원에서, 수평은 기판 수용면(128)에 평행하게 배열된 각도의 적어도 어떤 부품을 갖는 각도를 포함하도록 의도되고 수직은 기판 수용면(128)에 수직하게 배열된 각도의 적어도 어떤 부품을 갖는 각도를 포함하도록 의도된다. 상부면(210)을 통해서 수직하게 배열된, 중앙 가스 입구, 또는 노즐(224)은 수평 채널(222)과 유체 교환을 하고, 도 3에 도시된, 도관(184)의 하부에 수용된다. 측면벽(214) 주위에 인접하는 환형 링(230)은 수평 채널(222) 세트의 첨단을 기밀 밀봉한다. 기밀 시일을 확보하는 것을 돕기 위해, 링(230) 및 측면벽(214)은 서로 용융될 수도 있다. 이와 달리, 수평 채널(222)의 첨단은 각각 막힐 수도 있다.
도 4 및 도 5는 또한, 수평 채널(222) 세트의 교차점으로부터 시작되고 제 1 수직 채널(226) 세트로부터 오프셋된 제 2 수직 채널(228) 세트를 도시한다. 그러나, 제 2 수직 채널(228) 세트는 수평 채널(222)의 어떤 지점으로부터 시작할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 도시된 것처럼, 제 2 수직 채널(228) 세트는 제 1 수직 채널(226) 세트와 함께 배열되거나 인접하게 도시된다.
면판(200)은 바람직하게 단일체의, 즉, 단일 재료로 가공되거나 제조되고, 구멍의 크기와 공간은 특별 분야에 따라 변할 수 있어서, 공정 챔버 내로의 균일한 전달이 달성된다. 단일 재료로 면판을 제조함으로써 분리된 판을 배열하는 데에서 발생하는 문제점을 피할 수 있고 판 사이와 분리된 채널에서의 가스 누출을 방지할 수 있다.
도 7에 수직 확대 횡단면도로 도시된, 가스 공급관(108)은 가스 분사판(110)에 장착되고 입구 분기관(150), 출구 분기관(152), 및 이들 사이에 삽입된 하우징(154)을 포함한다. 제 1 가스 튜브(156) 및 제 2 가스 튜브(158)는 두 개의 공정 가스가 통하는 분리된 루트를 제공하기 위해 하우징(154)을 통해 연장한다. 두 쌍의 포트(159)는 입구 분기관(150)과 출구 분기관(152)에 형성되어 각각의 첨단에서 제 1 가스 튜브(156)와 제 2 가스 튜브(158)를 수용한다. 가스 튜브(156, 158)는 도 3에 도시된 것처럼, 서로 평행하게 도시되지만, 동심원일 수 있어서 가스를 가스 공급관(108)을 통해 개별적으로 동축 상으로 전달한다. 입구 분기관(150)에 형성된 포트(159)는 챔버 몸체와 리드를 통해 형성된 가스 전달 채널(162, 164)과 배열된다. 가스 전달 채널(162, 164)은 챔버 몸체(101)의 바닥에서, 각각 제 1 공급 라인(120)과 제 2 공급 라인(122)에 연결된다. 제 1 콘테이너(116)와 제 2 콘테이너(118)는 가스를 제 1 공급 라인(120)과 제 2 공급 라인(122) 각각을 통해 가스 분배 조립체(104)로 공급하기 위해 상류에 위치된다. 유동 제어기(124)는 가스의 유속을 조절하기 위해 공급 라인(120, 122)에 배열된다. 증발기(126)는, 과산화수소와 같은, 액체 전구체를 증발시키기 위해 제 1 공급 라인(120)에 배열된다.
가스 공급관(108)은, 도 3에 도시된 것처럼, 한 쌍의 신속 분리 피팅(fitting, 174)으로부터 유체 전달 호스(172)에 각각 연결되는 제 1 유체 공급 튜브(168)와 제 2 유체 공급 튜브(170)를 제공한다. 유체 공급 튜브(168, 170)는 유체 입구 채널(176)과 유체 출구 채널(178)을 통해 가스 분사 덮개판(110)에 형성된 환형의 유체 통로(180)를 통해 열 전달 유체를 순환시킨다.
도 3에서 도시된 것처럼, 가스 분사 덮개판(110)을 통해 배열된 중앙 보어(182)는 동일축 상에 배열된 가스 전달관(184)을 수용한다. 가스 전달관(184)은 제 2 가스를, 가스 전달관(184)의 하단부에 수용된, 노즐(224)로 흐르게 하고, 제 2 수평 채널(222) 세트를 포함하는 제 2 가스 통로로 가스를 전달한다. 중앙 보어(182)와 가스 전달관(184)의 외측변은, 천공 블록커 판(112) 상으로 가스를 전달하는, 환형과 같은, 가스 전달 통로(186)를 형성하고, 가스는 블록커 판을 통해 제 1 수직 채널 세트로 흐른다. 나사(196)에 의해 현수 지지된 블록커 판(112)은 상부 영역(190) 내에 수평으로 배열된다. 블록커 판(112)은 상부 영역(190)을 가로질러 상부면(210) 근처에서 종결되는 가스 전달관(184)에 의해 수직으로 교차되어, 가스 전달관(184)과 상부면(210)은 맞대기 결합되고 O 형태의 링(198)에 의해 기밀 밀봉된다. "냉각기" 및 "냉각"이라는 용어가 공정에서 일반적으로 사용되나, 온도 조절의 개념에는 "가열기" 및 "가열"이라는 용어가 또한 포함된다고 이해해야 한다.
도 3은 또한 냉각제 라인(135)에 의해 기판 지지 부재(130)에 연결된 원격 작동의 냉각기(134)를 도시한다. 물, 에틸렌, 글리콜, 등과 같은 액체 냉각제는 기판 지지 부재(130)에 전달되고, 나선형 채널(137)을 통해 순환되고, 그 후에 냉각기(134)로 역 순환된다. 유체의 순환은 기판 지지 부재(130)의 온도가 조절되도록 한다. 고효율의 열교환을 확보하기 위해서, 화학적 전구체의 부식 효과에 대한 저항성 뿐만 아니라 우수한 열 전도성 때문에, 기판 지지 부재(130)는 바람직하게 알루미늄으로 제조된다.
도 3은 또한 기판 장착면(128)에 형성된 복수의 그루브(138)를 도시한다. 기판 배면의 진공 상태는 그루브(138)와 연결되는 기판 지지 부재(130)에 진공 펌프(140)를 부착함으로써 달성된다. 이와 달리, 지지 부재는 기판이 처리되도록 위치되는 홈을 포함하는 "포켓" 형의 지지 부재일 수도 있다. 더욱이, 정전기적 척 등과 같은 다른 지지 메카니즘이 처리 중에 기판을 제자리에 지지하고 유지하는데 이용될 수도 있다.
제조 공정 중에, 기판(103)은 챔버 몸체(101)에 형성된 슬릿 밸브 구멍(도시 않음)을 통해 외부 로봇(도시 않음)에 의해 기판 지지 부재(130) 상에 위치된다. 제 1 가스는 제 1 콘테이너(116)로부터 공급되고 제 2 가스는 제 2 콘테이너(118)로부터 공급된다. 제 1 및 제 2 가스는 챔버 몸체(101)에 내장된 가스 전달 채널(162, 164) 각각을 통해서 전해지고, 가스 공급관(108)을 통해 흐른다. 제 1 가스는 가스 전달 통로(186)를 통해 루트가 정해지지만, 제 2 가스는 가스 전달관(184)을 통해 루트가 정해진다. 제 1 가스는 블록커 판(112) 상의 상부 영역(190)으로 전달되고, 블록커 판(112)은 초기 분사 단계로 작용하여, 제 1 가스가 상부 영역(190)에 퍼져 블록커 판(112)의 상부면 상으로 확산되도록 한다. 제 1 가스는 구멍을 통해서 블록커 판(112)으로 이동하고, 상부면(210)에 실질적으로 균일하게 충돌하며, 결국 제 1 수직 채널(226) 세트를 통해 도 5의 화살표 "A"로 표시된 통로로 도시된 공정 영역(102)으로 이동한다. 동시에, 제 2 가스는 노즐(224)을 통해 전달되고, 도 5에 도시된 것처럼, 교차된 수평 채널(222) 세트를 포함하는, 제 2 가스 통로를 통해 확산된다. 제 2 가스는 제 2 수직 채널(228) 세트를 통해서 공정 영역(102)으로 흐르고, 제 2 가스는 제 1 가스와 반응한다. 제 2 가스의 통로는 도 5에서 화살표 "B"로 도시된다.
사용된 가스와, 온도와 압력과 같은, 선택된 특정 챔버의 조건은 소정의 반응과 박막의 조성에 의존한다. 그러나, 챔버(100)는 메틸실란과 과산화수소 사이에서와 같이, 플라즈마 없는 축합 반응에 적당하고, 반응물은 처리 영역(102)에 들어가기 전에 혼합되지 않고, 기판(103)은 바람직하게 저온에서 유지된다. 메틸실란과 과산화수소와 관계된 특정 증착 공정은 바람직하게 기판(103)이 약 -20℃ 내지 25℃ 범위에 유지되고 있는 중에 수행된다.
도 8 및 도 9는 면판(200)의 대안적인 실시예를 도시한다. 이 실시예는 다중 층 접근 방식을 포함하며, 제 1 가스 통로의 제 1 수직 채널 세트는 제 2 가스 통로의 제 2 수평 채널 세트로부터 수직으로 오프셋된다. 면판(200)은 제 2 수평 채널(316) 세트와 동일 평면상의 제 1 수평 채널(314) 세트를 갖는 것으로 도시된다. 중앙에 위치한 제 1 가스 공급 파이프(318)는 제 1 가스를 제 1 수평 채널(314) 세트로 전달하지만, 동축의 제 2 가스 공급 파이프(320)는 제 2 가스를 제 2 수평 채널(316)로 전달한다. 제 1 수직 채널(322) 세트는 제 1 수평 채널(314) 세트로부터 면판(200) 하부 영역으로 유체 흐름을 제공하기 위해 하부면(324)을 통해 형성된다. 유사하게, 제 2 수직 채널(326) 세트는 제 2 수평 채널(316) 세트로부터 면판(200) 하부 영역으로 유체 흐름을 제공하기 위해 하부면(324)에 형성된다.
도 8은 수평 채널(314, 316)이 시작하는 중앙 허브(hub; 328), 또는 공동으로부터 반경 방향으로 연장하는 수평 채널(314, 316)을 갖는 면판(200)의 저면도이다. 도 8 및 도 9의 다중층의 개념은 분리된 수직 채널과 각각 연결되는 부가적인 수평 채널 층을 단지 첨가함으로써 세 가지 이상의 가스를 개별적으로 전달할 수 있는 면판을 고안한다고 추정된다.
후자의 실시예는, 도 3에 도시된, 블록커 판(112)의 필요성을 제거하는 부가적인 장점을 갖는다. 반응 가스는 파이프(318, 320)에 의해 반경 방향의 수평 채널(314, 316)에 직접 전달되기 때문에, 블록커 판은 불필요하다. 그러므로, 도 3의 챔버(100)는 제 1 가스 공급 파이프(318)와 제 2 가스 공급 파이프(320)가 도 6에 도시된 것처럼, 출구 분기관(150)에 형성된, 분기 도관(159)에 직접 연결되도록 수정될 수도 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 부가적인 실시예를 도시한다. 도 10은 면판(200)의 중앙 부분 주위에 균일하게 위치된 복수의 노즐(330, 세 개가 도시됨)을 도시한다. 이와 달리, 도 11은 면판(200)의 주변 부분 주위에 배열된 노즐(330)을 도시한다. 다중 노즐은 부가적인 분사 균일성을 촉진할 수도 있다. 단지 두 개의 패턴이 도시되었지만, 당업자는 부가적인 기하학적 구성을 인식할 것이다.
도 12는 본 발명의 부가적인 실시예인 가스 전달 시스템의 사시도이다. 다중의 갈래진 분기관(332)은 중앙 공급부로부터 가스 면판의 외측부분으로 가스를 전달하도록 제공된다. 분기관의 입구(334)는, 도 3에 도시된 것처럼, 노즐(224)과 유사한 도관(184)에 장착된다. 복수의 분기 출구 도관(336)은, 도 6에 도시된 것처럼, 제 2 가스 통로로 가스를 전달하도록 노즐에 연결된다. 처리 공정 중에, 제 1 가스는, 도 3에 도시된 것처럼, 제 1 수직 채널(226) 세트를 통해 처리 영역(102) 내로 흐른다. 동시에, 제 2 가스는 분기관 입구(334)로 흐른다. 제 2 가스는, 도 3에 도시된 것처럼, 분기 출구 도관(336)에 의해 면판(200)의 제 2 분기관으로 전달되고 제 2 수직 채널(228) 세트를 통해서 처리 영역(102)으로 균일하게 전달된다.
실시예
상술된 것처럼, 본 발명은 메틸실란과 과산화수소를 반응시켜 SiO2 박막을 형성하는데 특히 적합하다. 메틸실란과 과산화수소는 공정 챔버로 개별적으로 전달된다. 반응의 처리 단계는 다음과 같다고 믿어진다.
Figure 112000026811923-pct00001
단계 1은 실라놀 형의 화합물을 생성하기 위해, 바람직하게 약 -20℃ 내지 25℃ 범위에서, 냉각 기판 상에서 형성된다. 단계 2는 등각의 다공성 SiO2 네트워크를 얻는 축합반응을 나타낸다. 다음에 기판은 박막을 건조시키도록 가열되고 다공성 산화물을 형성한다.
전술한 설명들은 본 발명의 양호한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예가 본 발명의 기본 범위로부터 벗어남이 없이 고안될 수도 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다. 더욱이, 특히 청구의 범위를 포함하는, 명세서에서, 관사 "(a, 또는 the)"와 함께 "포함하는(comprising)"의 용도, 및 변화는 참조된 아이템 또는 리스트가 적어도 열거된 아이템(들) 또는 리스트(들)를 포함하고 더욱이, 표시되지 않지만, 복수의 열거된 아이템(들) 또는 리스트(들)를 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

Claims (20)

  1. 처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치로서,
    a) 가스를 공정 챔버 내로 분사하는 단일체의 다중 채널 면판,
    b) 제 1 가스를 상기 공정 챔버 내로 전달하도록 상기 단일체의 다중 채널 면판을 통해 배열된 제 1 가스 통로; 및
    c) 상기 단일체의 다중 채널 면판을 통해 배열되며, 상기 공정 챔버 내로 전달되기 전에 상기 제 1 가스로부터 분리되어 상기 공정 챔버 내로 적어도 제 2 가스를 전달하는 제 2 가스 통로를 포함하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 통로는 제 1 수직 채널 세트를 포함하고, 상기 제 2 가스 통로는 상기 제 1 수직 채널 세트로부터 분리된 제 2 수직 채널 세트와 교차하는 수평 채널 세트를 포함하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스를 상기 면판으로 전달하도록 상기 다중 채널 면판으로부터 상류에 있는 제 1 분기관과, 상기 제 2 가스를 상기 제 2 가스 통로로 전달하도록 상기 제 1 분기관으로부터 분리된 제 2 가스 도관을 더 포함하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 분기관의 적어도 일부분이 상기 제 2 가스 통로로의 상기 제 2 가스 도관과 동축인,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 수직 채널 세트가 상기 수평 채널과 수직으로 교차하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 수직 채널 세트가 상기 제 2 수직 채널 세트와 정렬되는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 수직 채널 세트가 상기 제 2 수직 채널 세트로부터 오프셋되는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 통로를 위한 제 1 수직 채널 세트: 및
    상기 제 1 수직 채널 세트로부터 분리된, 상기 제 2 가스 통로를 위한 제 2 수직 채널 세트를 더 포함하며,
    상기 제 1 가스 통로는 상기 제 1 수직 채널 세트와 교차하는 제 1 수평 채널 세트를 포함하며, 상기 제 2 가스 통로는 상기 제 1 수평 채널 세트로부터 수직으로 배열되고 제 2 수직 채널 세트와 교차하는 제 2 수평 채널 세트를 포함하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가스를 상기 제 2 가스 통로로 전달하도록 상기 제 2 가스 통로에 유체 흐름 가능하게 연결된 복수의 분리 노즐을 더 포함하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    다중의 갈래진 분기관에 유체 흐름 가능하게 연결된 중앙 공급부를 더 포함하며,
    상기 다중의 갈래진 분기관이 상기 제 2 가스를 상기 제 2 가스 통로에 전달하는 복수의 분리 노즐에 유체 흐름 가능하게 연결된,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 면판의 주위에 배열된 시일을 더 포함하여 상기 면판의 주위에서 연장하는 상기 수평 채널을 밀봉하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    가스를 공정 챔버 내로 분사하는 상기 단일체의 다중 채널 면판이 반도체 처리 장치 내에 배열되며, 상기 반도체 처리 장치는,
    (a) 공정 챔버; 및
    (b) 상기 공정 챔버에 연결된 가스 분배 시스템을 포함하며,
    상기 가스 분배 시스템은,
    (ⅰ) 제 1 및 제 2 가스 공급원에 유체 흐름 가능하게 연결된 가스 공급관; 및
    (ⅱ) 상기 가스 공급관에 유체 흐름 가능하게 연결되고 상기 단일체의 다중 채널 면판에 연결되는 가스 분사 덮개판을 포함하는,
    처리 시스템 내에 가스를 분배하는 장치.
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