KR101501888B1 - 수직 흐름 회전 디스크 리액터를 위한 밀도 매칭 알킬 압출 흐름 - Google Patents
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Abstract
기판 상에 에피택셜층을 성장시키기 위한 회전 디스크 리액터 또는 다른 CVD 리액터 장치에서, 가스 유입구(8a 내지 8d)에서 디스크의 회전축(14)으로부터 상이한 반경 방향 거리로 기판(3a, 3b, 3c)을 향해 안내되는 가스는 각각의 유입구에서 거의 동일한 가스 유량/속도와 거의 동일한 가스 밀도 양자를 갖는다. 회전축으로부터 떨어져 있는 디스크 부분을 향해 안내되는 가스는 회전축에 근접한 디스크 부분을 향해 안내되는 가스보다 농도가 높은 반응 가스를 포함할 수 있기 때문에, 중심축으로부터 상이한 거리에 있는 기판 표면의 부분은 단위 면적당 거의 동일한 양의 반응 가스를 수용하며, 회전축으로부터 상이한 반경 방향 거리에 있는 상이한 상대 분자량을 갖는 캐리어 가스들의 조합이 채용되어 리액터의 각 영역에서의 가스 밀도를 거의 동일하게 한다. 장치에는 복수 개의 가스 유입구에서의 캐리어 가스의 조합, 복수 개의 유입구에서의 캐리어 가스와 반응 가스의 조합이 적용될 수 있고, 상기 장치는 분자량이 상이한 적어도 2개의 가스가 제공될 때 임의의 많은 개수의 가스와 함께 사용될 수 있다. 리액터 내에서는 선형 흐름 패턴이 달성되어, 층류 재순환 영역을 회피하고, 기판 상에의 균일한 증착과 에피택셜층의 성장을 허용한다.
Description
본 발명은 유기금속 화학적 기상 증착 리액터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 하나 이상의 가스를 회전 기판 표면에 주입하여, 이 회전 기판 상에 에피택셜층을 성장시키는 회전 디스크 리액터에 관한 것이다.
가스(들)가 리액터 내에서 회전하는 기판 표면 상으로 하향 주입되는 수직 고속 회전 디스크 리액터는 종종 유기금속 화학적 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)을 위해 채용된다. 수직 디스크형 CVD 리액터는 특히 레이저 및 LED와 같은 다층 구조체와 단일 반도체 필름의 다양한 조합을 포함하는 광범위한 에피택셜 화합물에 대해서 유용한 것으로 확인되었다. 이러한 리액터에서, 기판 캐리어 위에 이격되어 있는 하나 이상의 인젝터가 예정된 가스 흐름을 제공하며, 이 예정된 가스 흐름은 기판과의 접촉시에 기판의 표면 상에 에피택셜 재료층을 증착한다.
대형 웨이퍼의 경우, 회전 디스크 리액터는 기판 위에 이격되어 있는 복수 개의 인젝터를 채용한다. 인젝터는 통상적으로 기판 캐리어의 중심축에 대하여 웨이퍼의 하나 이상의 반경 방향 축을 따라 다양한 위치에서 웨이퍼 위에 이격되어 있다. 종종, 동일한 분자량의 반응물이 기판의 표면에 도달하는 것을 허용하도록 리액터에 주입되는 소스 반응물 재료의 비율은 인젝터마다 다르다. 이에 따라, 몇몇 반응물 인젝터는 다른 반응물 인젝터와 다른 가스 속도를 가질 수 있다. 반응물 유량/속도에 있어서의 이러한 변화는 관련 부분에 있어서 인젝터의 상대 배치로 인한 것이다. 기판을 유지하는 리액터 캐리어가 예정된 속도로 회전하기 때문에, 캐리어의 외측 에지 근처에 있는 인젝터는 임의의 주어진 시간 기간 동안 캐리어의 중심에 가까운 인젝터보다 캐리어 상의 보다 넓은 표면적 영역을 커버한다. 이에 따라, 다른 인젝터는 소망하는 균일성을 유지하기 위해서 통상적으로 내측 인젝터보다 큰 반응물의 가스 유량/속도를 채용한다. 예컨대, 각각의 인젝터의 가스 속도는 인접한 인젝터와 3배 내지 4배만큼 차이가 날 수 있다,
가스 유량/속도에 있어서의 이러한 변화는 보다 균일한 층 두께를 보장하는 것에 기여하는 한편, 그 다양한 속도로 인해 인젝터 흐름 간의 난류를 유발할 수도 있다. 또한, 불균일한 층 두께, 반응물의 소산 또는 반응물의 조기 응결과 같은 부작용의 위험이 증가될 수 있다.
본 출원의 양수인에게 양도되고 참고에 의해 본원에 포함되는 발명의 명칭이 "수직 흐름 회전 디스크 리액터용 알킬 압출 흐름(ALKYL PUSH FLOW FOR VERTICAL FLOW ROTATING DISK REACTORS)"인 PCT 출원 제WO/2005/019496A1호 및 대응 미국 특허 출원 제10/568,794호에서는 이러한 문제점에 대한 한가지 해결책이 논의되는데, 이 해결책에서는 총 가스 흐름의 유량/속도가 리액터의 모든 영역에서 매칭되는 한편, 각각의 영역에서의 총 가스 유량을 매칭시키기 위해 각각의 영역에서의 반응 가스 흐름과 캐리어 가스 흐름을 결합하는 것에 의해 각각의 영역에 거의 동일한 반응 가스를 제공한다. 이 기술은 가스 흐름이 안내되는 기판에 대한 반응물의 증착의 균일성을 향상시키기는 하지만, 반응물의 증착의 균일성을 더 향상시킬 여지가 있다.
총 가스 밀도에 있어서의 증가된 균일성은 실질적으로 증착 균일성을 증가시키고, CVD 반응 챔버 내의 유체 가스 흐름에 있어서의 난류와 와류를 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 일양태는 화학적 기상 증착 반응 챔버에서 총 가스 유량/속도와 총 가스 밀도가 실질적으로 매칭되고, 이에 따라 균일성을 향상시키며, 또한 비층류 가스 재순환 와류 및 난류를 감소시키는 화학적 기상 증착 리액터를 제공한다. 일양태에서, 장치는 챔버와, 이 챔버 내에서 운동하도록, 가장 바람직하게는 축을 중심으로 회전 운동하도록 설치되는 기판 캐리어를 포함한다. 기판 캐리어는 가장 바람직하게는 처리할 기판 표면이 축에 대해 거의 수직으로 놓이도록 하나 이상의 기판을 유지하도록 되어 있다. 이러한 본 발명의 양태에 따른 리액터는 바람직하게는 챔버 내에서 하나 이상의 가스 스트림을 거의 균일한 유량으로 기판 캐리어를 향해 이송하도록 구성된 가스 스트림 발생기를 포함한다. 리액터는 유리하게는 기판 캐리어를 유지하는 챔버가 거의 기지의 예정된 온도와 압력으로 유지되도록 구성된다.
가스 스트림 발생기는 가장 바람직하게는 각각의 가스 스트림이 적어도 하나, 바람직하게는 상대 분자량이 상이한 복수 개의 캐리어 가스와, 바람직하게는 적어도 하나의 반응 가스를 포함한다. 기판 캐리어가 축을 중심으로 회전 운동하도록 장착된 경우, 가스 스트림 발생기는 바람직하게는 반응 가스의 농도가 상이하고 캐리어 가스(들)의 상대 농도가 상이한 상기 하나 또는 바람직하게는 복수 개의 가스 스트림을 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에서 공급하도록 구성된다. 축에 가까운 기판 캐리어의 일부분으로 안내되는 가스는 바람직하게는 비교적 농도가 높은 캐리어 가스 세트와 비교적 농도가 낮은 반응 가스를 포함하는 반면, 기판 캐리어의 일부분으로 안내되는 가스는 바람직하게는 농도가 높은 반응 가스와 농도가 낮은 캐리어 가스(들)를 포함한다.
더욱이, 각각의 가스 스트림에 있어서, 총 가스 밀도는 가스 스트림에 있는 분자량이 상이한 각각의 캐리어 가스(들)의 상대 농도를 이전에 선택된 반응 가스의 농도와 반응 가스의 분자량에 기초하여 조정하는 것에 의해 매칭되어, 각각의 가스 스트림에서의 총 가스 스트림의 총 분자량은 거의 동일하다. 분자량이 상이한 복수 개의 캐리어 가스의 상대 농도는 유리하게는 조정 가능한 질량 유량 조절기를 통해 조정된다.
가스 스트림 발생기는 축으로부터 상이한 거리에 챔버와 연통하는 복수 개의 가스 유입구와, 이 유입구에 연결된 하나 이상의 반응 가스 소스 및 유입구 중 적어도 하나에 연결된 하나 이상의 캐리어 가스 소스, 그리고 밀도를 제어하기 위해 각각의 반응 가스 소스와 각각의 캐리어 가스 소스에 연결된 하나 이상의 질량 유량 조절기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 챔버에서 축을 중심으로 기판 지지부를 회전시키는 동안, 기판의 표면이 상기 축에 대해 거의 수직으로 놓이도록 기판 지지부 상에서 처리할 하나 이상의 기판을 지지하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 포함한다. 기판 처리 방법은 반응 가스와 캐리어 가스가 챔버 내에서 상기 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에서 거의 균일한 유량을 갖는 하나 이상의 스트림으로 기판 표면을 향해 흐르도록 반응 가스와 복수 개의 캐리어 가스를 챔버에 도입하는 단계를 더 포함한다. 기판 처리 방법은 각각의 가스 흐름 위치에서의 기지의 분자량과 기지의 농도를 갖는 반응 가스가 주어진 경우에 단위 체적당 총 가스 분자량의 관점에서의 총 가스 밀도가 각각의 가스 흐름 위치에서 거의 동일하도록 각각의 가스 흐름 위치에서 기지의 분자량을 갖는 복수의 캐리어 가스 각각의 상대 농도를 조정하는 단계를 포함한다. 이것은 바람직하게는 챔버에서의 기지의 온도 및 압력으로 실시되어, 가스는 챔버 내에서 상기 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에서 거의 균일한 반응 가스 농도를 갖는 하나 이상의 스트림으로 기판 표면을 향해 흐르고, 이에 의해 난류를 최소화한다.
하나 이상의 가스 스트림은 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에 있는 기판 표면의 상이한 부분이 거의 동일한 양의 단위 면적당의 단위 시간당 상기 반기 반응 가스를 수용하도록 구성된다. 가장 바람직하게는, 캐리어 가스와 반응 가스의 도입 단계는 기판 표면의 반경 방향 외측을 향해 흐르는 가스가 축에 근접한 기판 표면의 반경 방향 내측을 향해 흐르는 가스보다 높은 반응 가스의 농도를 갖도록 반응 가스의 적어도 일부와 캐리어 가스를 혼합하는 것과, 최종 가스 스트림 각각의 반응 가스 밀도를 균등하게 하기 위해 각각의 캐리어 가스의 질량 유량을 조절하는 것을 포함한다.
전술한 본 발명의 양태에 따른 바람직한 리액터와 방법은 회전 디스크 기판 캐리어의 표면 전반과 같은 기판 캐리어의 처리면 전반에 걸쳐 균일한 반응 가스의 분포를 제공할 수 있는 한편, 상이한 반응 가스 속도에 의해 야기되는 난류를 회피할 수 있다. 예컨대 알킬/수소화물 증착 장치에서, 밀도와 유량 매칭의 조합이 알킬의 보다 양호한 확산으로 인해 보다 양호한 증착 균일성을 제공하여, 개별 알킬 인젝터로부터의 보다 덜 불일치하는 성장률 반응을 초래한다. 더욱이, 경계층 두께는 구역마다 더욱 균일한데, 그 이유는 경계층 두께가 밀도에 직접 비례하는 경우에 밀도에 있어서의 국부적인 변화에 의해 영향을 받지 않기 때문이다. 추가적으로, 증가된 경계층 균일성은 또한 감소된 부력 유도 재순환(buoyancy-induced recirculation)을 유발하고, 이에 따라 공정 파라메터 영역에서 보다 넓은 처리 옵션 어레이를 허용한다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 리액터를 도시한 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 실시예에 사용된 기판 캐리어의 상면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터를 도시한 부분 입단면도이다.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따른 부분도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터에 사용되는 플레이트의 부분 저면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리액터를 도시한 부분 입단면도이다.
도 5b는 도 5a의 선 5B-5B를 따른 단면도이다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 리액터에 사용되는 플레이트 부분을 도시한, 도 4와 유사한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 총 수직 방향 가스 흐름 유량의 유체 흐름 표시를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 리액터의 측면도로서, 도 9a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 9b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 수평 방향 가스 유량/속도를 통한 반응 가스 밀도의 유체 흐름 표시를 포함하는 본 발명의 일실시예의 가스 분배 헤드 및 웨이퍼 캐리어의 분해 평면도로서, 도 10a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 10b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다.
도 1b는 도 1a의 실시예에 사용된 기판 캐리어의 상면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터를 도시한 부분 입단면도이다.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따른 부분도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터에 사용되는 플레이트의 부분 저면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리액터를 도시한 부분 입단면도이다.
도 5b는 도 5a의 선 5B-5B를 따른 단면도이다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 리액터에 사용되는 플레이트 부분을 도시한, 도 4와 유사한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 총 수직 방향 가스 흐름 유량의 유체 흐름 표시를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 리액터의 측면도로서, 도 9a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 9b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 수평 방향 가스 유량/속도를 통한 반응 가스 밀도의 유체 흐름 표시를 포함하는 본 발명의 일실시예의 가스 분배 헤드 및 웨이퍼 캐리어의 분해 평면도로서, 도 10a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 10b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다.
도 1에 개략적으로 도시되어 있는 본 발명의 일실시예에 따른 장치는 반응 챔버(1)와 기판 캐리어(2)를 포함한다. 챔버는 상벽(16)과 배기구(11)를 포함한다. 기판 캐리어(2)는 중심축(14)을 중심으로 회전하도록 챔버(1) 내에 장착되고 중심축(14)을 중심으로 회전될 수 있도록 회전 구동 장치(12)에 연결된다. 기판 캐리어(2)는 중심축(14)에 대해 수직인 거의 평면형 디스크 형태로 상벽(16)을 향하는 처리면(18)을 형성한다. 도 1에는 그러한 표면(18)의 일부분만 도시되어 있다. 반응 챔버(1)에는, 예컨대 기판 캐리어를 가열하는 서스셉터(susceptor)와 같은 기판 캐리어를 고온으로 유지하는 가열 장치, 온도 모니터링 장치 및 압력 모니터링 장치와 같은, 소망하는 에피택셜 성장 반응을 용이하게 하는 다른 종래의 요소(도시하지 않음)가 장착된다. 장치의 이들 특징부는 뉴욕주 우드베리에 소재하는 Veeco Instruments Inc.가 상품명 TURBODISC®으로 시판하는 리액터와, 뉴저지주 서머셋에 소재하는 Emcore Corporation가 이전에 시판한 리액터에 사용되는 타입의 것일 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 장치와 방법은 서스셉터를 구비하는 리액터와 서스셉터를 구비하지 않는 리액터 양자와, 역전형(상하가 뒤집어짐)과 같은 다른 기하학적 형상을 갖는 리액터 또는 측방 가스 진입 CVD 리액터를 포함하는 많은 타입의 리액터와 함께 사용될 수 있고, 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판 이외의 다른 재료 상에의 CVD 증착을 위해 사용될 수 있다.
리액터는 상벽(16)을 관통하여 챔버의 내부와 연통하는 복수 개의 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)를 갖는다. 도 1의 실시예에서, 각각의 유입구는 중심축(14)과 평행한 방향으로 캐리어의 처리면(18)을 향해 하향 연장되는 단일 포트 형태이고, 각각의 유입구의 포트는 동일한 크기의 것이다. 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)는 중심축(14)으로부터 반경 방향으로 연장되는 공통면을 따라 배치된다. 공통면은 중심축(14)과 이 중심축(14)에 대해 수직으로 연장되는 반경 방향 라인(17)에 의해 형성되는 평면이다. 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)는 반경 방향으로 균일한 이격 거리(h)로 서로 이격되어 있다. 각각의 유입구는 처리면(18)의 상이한 환형 구역과 정렬된다. 이에 따라, 최외측 또는 제1 유입구(8a)는 중심축(14)에서 가장 멀리 떨어져 있는 최외측 구역(10a)과 정렬되고, 유입구(8b)는 다음 구역(10b)과 정렬되며, 유입구(8c)는 구역(10c)과 정렬되고, 유입구(8d)는 중심축(14)에 가장 근접한 최내측 구역(10d)과 정렬된다. 도시의 명확화를 위해 도 1에서는 구역의 경계가 파선으로 도시되어 있지만, 이들 구역은 통상적으로 기판 캐리어의 가시성 특징부에 의해 윤곽이 형성된다.
리액터는 복수 개의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)를 포함하며, 그러한 소스 각각은 반응 가스를 예정된 질량 유량으로 공급하도록 되어 있다. 반응 가스를 예정된 질량 유량으로 제공할 수 있는 임의의 장치가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 반응 챔버에서의 기지의 온도 및 압력을 고려하여 가스 질량 유량을 변경하기 위해 조정 가능한 질량 유량 조절기가 포함된다. 그러나, 예컨대 고정 오리피스, 수동 압력 제어와 같은 다른 압력 제어 장치를 본 발명의 장치와 함께 사용할 수도 있으며, 컴퓨터 제어식 흐름 장치를 채용할 수도 있다. 도시한 실시예에서, 각각의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c)는 흐름 제한 장치이고, 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c)는 반응 가스의 공통 공급부(4), 예컨대 그러한 가스를 소정 압력하에서 유지하는 탱크에 연결된다. 예컨대, 다음 도 5에 도시한 바와 같이 1개가 넘는 반응 가스가 사용될 때 1개가 넘는 반응 가스 공급부를 사용하는 것이 유리하다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제2 반응 가스를 유지하는 제2 반응 가스 공급부(21)는, 흐름 제한 장치이기도 한 반응 가스 소스(6d)에 연결된다. 각각의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)에 통합되는 흐름 제한 장치는 고정 오리피스, 피드백 제어 장치(도시하지 않음)에 링크된 수동 조정 밸브 또는 자동 제어 밸브 또는 정량 펌프와 같은 임의의 종래의 흐름 제어 구조체를 포함할 수 있다. 반응 가스가 액상의 증발에 의해 형성되는 경우, 각각의 반응 가스 소스는 증발율을 제어하도록 구성된 별도의 증발기를 포함할 수 있고, 그렇지 않은 경우에 각각의 가스 소스는 모두가 공통 증발기에 연결되는 앞서 논의한 바와 같은 흐름 제한 장치를 포함할 수 있다.
반응 가스는 리액터 내에서 기판 상의 증착에 참여하도록 리액터로 주입되는 임의의 가스, 증기 또는 소망하는 재료일 수 있다. 보다 구체적으로, 반응 가스는 기판을 처리하기에 적절한 임의의 가스일 수 있다. 예컨대, 소망하는 처리가 에피택셜 성장과 같은 반도체층의 성장인 경우, 반응 가스는 성장해야 할 하나 이상의 반도체 구성물을 포함할 수 있다. 예컨대, 반응 가스는 화합물 반도체의 증착을 위한 하나 이상의 알킬 금속을 포함할 수 있다. 반응 가스는 복수의 화학물 종의 혼합물일 수 있고, 불활성 비반응 성분을 포함할 수 있다. 소망하는 반응은 기판 표면을 에칭하는 것을 포함하며, 반응 가스는 기판 표면을 이루는 재료와 반응을 일으키는 성분을 포함할 수 있다.
본 발명이 적용되는 재료 시스템의 타입은, 예컨대 GaAs, GaP, GaAsl-xPx, Gal-yAlyAs, Gal-yInyAs, AlAs, InAs, InP, InGaP, InSb, GaN, InGaN, AIxGa1- xN, InO.5(Gal-xAlx)O.5P, InxGal-xAsyPl-y 등과 같은 3족 내지 5족 반도체의 에피택셜 성장을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 이들은 ZnSe, CdTe, HgCdTe, CdZnTe, CdSeTe 등과 같은 2족 내지 4족 화합물; SiC, 다이아몬드, 및 SiGe과 같은 4족 내지 6족 화합물; YBCO, BaTiO, MgO2, ZrO, SiO2, ZnO 및 ZnSiO와 같은 산화물; 및 Al, Cu 및 W와 같은 금속을 포함한다. 더욱이, 최종 재료는 고휘도 발광 다이오드(LED), 레이저, 태양 전지, 광캐소드, HEMT 및 MESFET를 포함하는 광범위한 전자 어플리케이션 및 광전자 어플리케이션을 가질 것이다.
아래에서 설명할 가스 유량/속도 매칭과 반응 가스 밀도 매칭 양자를 포함하는 예시적인 일실시예에서는, TMG(트리메틸갈륨) 및 NH3(암모니아)가 반응 가스로서 채용되고, 캐리어 가스인 질소(N2)와 수소(H2)의 다양한 조합을 사용하는 것을 통해 웨이퍼 캐리어에서의 균일한 총 가스 유량, 균일한 총 가스 밀도 및 균일한 반응물 증착률 각각을 위해 매칭된다.
제1 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d)도 제공된다. 제1 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d)는 구조에 있어서 (조정 가능한 질량 유량 조절기를 포함하는) 반응 가스 소스와 유사할 수 있고, 캐리어 가스의 공통 공급부(5)에 연결될 수 있다. 추가적으로, 바람직하게는 구조에 있어서 (조정 가능한 질량 유량 조절기를 포함하는) 반응 가스 소스와 유사한 제2 캐리어 가스 소스(20a, 20b, 20c, 20d)가 제공되며, 이 제2 캐리어 가스 소스는 제2 캐리어 가스의 공통 공급부(19)에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 캐리어 가스(5, 19)는 상이한 분자량의 것이다. 유리하게는, 추가의 가스 소스와 가스 공급부의 사용을 통해 추가의 캐리어 가스도 또한 추가될 수 있다. 각각의 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)는 하나의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)와 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d; 20a, 20b, 20c, 20d) 각각에 연결된다. 예컨대, 유입구(8a)는 반응 가스 소스(6a), 캐리어 가스 소스(7a) 및 캐리어 가스 소스(20a)에 연결되는 반면, 유입구(8d)는 반응 가스 소스(6d), 캐리어 가스 소스(7d) 및 캐리어 가스 소스(20d)에 연결된다.
캐리어 가스는 불활성 가스 또는 반응 비참여 가스와 같은, 반응 가스가 기판에 도포되는 챔버에서 증착 반응에 참가하지 않는 바람직한 임의의 가스일 수도 있고, 대안으로서 캐리어 가스는, 예컨대 반응에 있어서의 속도 무제한 참여물로서의 역할을 하는 반응 가스 자체일 수 있고, 이에 따라 임의의 바람직한 양이 소망하는 반응 온도, 압력 및 조건에서 리액터에서 속도 제한양을 초과하는 한 임의의 바람직한 양을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 방법에서, 평탄하고 얇은 디스크 형태의 기판(3)은 기판 처리면(18)과 중첩하도록, 그리고 처리한 기판(3)의 표면이 상벽(16)을 향해 상방을 향하도록 기판 캐리어(2)의 처리면(18) 상에 배치된다. 바람직하게는, 기판(3)의 노출면은 처리면의 둘레부와 동일 평면 상에 있거나 거의 동일 평면 상에 있다. 예컨대, 처리면(18) 상에 배치되는 비교적 얇은 웨이퍼 형태의 기판(3)은 단지 웨이퍼(3)의 두께만큼 처리면의 둘레부 위로 상승된 상향 노출면을 가질 것이다. 기판 캐리어(2)의 처리면(18)은 웨이퍼(도시하지 않음)의 두께와 대략 동일한 깊이를 갖는 포켓 또는 만입부를 포함할 수 있다.
기판 캐리어(2)와 기판(3)이 반응을 위한 소망하는 온도이고, 챔버(1)의 내부가 수행할 특정 반응을 위한 소망하는 압력일 때, 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)와 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d), 그리고 캐리어 가스 소스(20a, 20b, 20c, 20d)는 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에 가스를 공급하도록 활성화된다. 가스 유입구(8a, 8b, 8c)에 공급되는 반응 가스(4) 및 캐리어 가스(5, 19)와, 가스 유입구(8d)에 공급되는 반응 가스(21)와 캐리어 가스(5, 19) 각각은 각각의 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나오는 조합된 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)를 형성하도록 혼합된다. 유입구에서 나오는 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)은 중심축(14)과 평행한 축방향으로 하방으로 챔버로 흘러들어가고, 처리면과 기판(3)의 노출면에 충돌한다. 상이한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나온 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)은 처리면(18)의 상이한 구역(10a, 10b, 10c, 10d)에 충돌한다. 예컨대, 유입구(8a)에서 나오는 스트림(9a)은 주로 최내측 구역(10a)에 충돌하는 반면, 스트림(9b, 9c, 9d)은 각각 주로 구역(10b, 10c, 10d)에 충돌한다. 이에 따라, 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)이 서로 합쳐져 기판 캐리어를 향해 흐르는 거의 연속적이고 반경 방향으로 긴 가스 스트림 또는 가스 커튼을 형성하더라도, 다양한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나온 개별 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)은 처리면(18)의 상이한 구역(10a, 10b, 10c, 10d)으로 통한다. 환언하자면, 처리면(18)의 최내측 구역(10d)에 충돌하는 가스는 주로 유입구(8d)로부터의 스트림(9d) 가스로 구성되는 반면, 구역(10b)에 충돌하는 가스는 주로 유입구(8b)로부터의 스트림(9b) 가스로 구성되는 등이다. 기판 캐리어(2)는 예정된 회전 속도(α)로 회전하기 때문에, 중심축(14) 둘레의 상이한 원주 방향 위치에 있는 캐리어(2)의 상이한 부분은 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)과 정렬되게 되어, 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)에 대한 처리면(18)의 노출이 모든 원주 방향 위치에서 동일하다.
노출된 기판(3) 표면의 다양한 영역 상에 동일한 반응 속도를 제공하기 위해서, 처리면(18)의 모든 영역(10a, 10b, 10c, 10d)은 거의 동일한 양의 반응 가스(4)와 반응 가스(21)가 각각 단위 시간당의 처리면의 단위 면적에서 반응하도록 제공되어야 한다. 그러나, 다양한 가스 유출구에 의해 공급되는 구역(10a, 10b, 10c, 10d)은 면적이 동일하지 않다. 예컨대, 처리면 둘레에 인접한 구역(10a)은 축에 인접한 구역(10d)보다 큰 표면적을 갖는다. 따라서, 소스(6a, 6b, 6c, 6d)에 의해 제공되는 반응 가스 유량은 다양한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나오는 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)의 상이한 유량의 반응 가스를 제공하도록 선택된다. 달리 지시되지 않는다면, 이러한 논의에서 언급되는 유량은 몰 유량이다. 몰 유량은 단위 시간당 가스의 분자(단원자 가스의 원자) 개수를 나타낸다. 이에 따라, 소스(6a)는 스트림(9a)을 위한 유입구(8a)에 비교적 큰 유량의 반응 가스(4)를 공급하도록 구성되는 반면, 소스(6c)는 스트림(9c)을 위한 유입구(8c)에 비교적 작은 유량의 반응 가스(4)를 공급하도록 설정된다. 소스(6b)는 중간 유량의 반응 가스(4)를 공급한다. 환언하자면, 반응 가스 유량은 직접적으로 리액터(1)의 기판 캐리어(2)를 위한 회전 중심축(14)과 반응 가스가 공급되는 가스 유입구(8a, 8b, 8c, 8d) 사이의 거리에 관하여 증가된다. 도 1a의 예에서는, 다른 반응 가스(21)가 처리면에서 반응 가스(4)와 거의 동일하게 혼합되는 것을 보장하도록 선택된 유량으로 중앙 소스(6d)를 통해 공급된다. 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d)는 상이한 유량의 캐리어 가스(5)를 다양한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에 공급하도록 설정된다. 캐리어 가스의 유량은 다양한 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)의 속도가 서로 거의 동일하도록 선택된다. 동일한 단면적의 스트림을 제공하는 동일한 구성의 유입구에 있어서, 각각의 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)로부터 나오는 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)의 체적 유량은 거의 동일해야 한다.
가스가 이상 기체에 가깝다고 가정하는 제1 접근법으로서, 각각의 스트림의 가스의 체적 유량은 스트림의 총 몰 질량, 즉 반응 가스의 몰 질량과 캐리어 가스의 몰 질량의 합에 직접 비례한다. 이에 따라, 거의 동일한 총 몰 질량과, 이에 따라 동일한 속도를 갖는 스트림을 제공하기 위해서는, 소스(7c, 19c)에 의해 유입구(8c)에 공급되는 캐리어 가스의 몰 질량은 소스(7a, 19a)에 의해 유입구(8a)에 공급되는 캐리어 가스의 몰 질량보다 커야 한다. 유입구(8c)에 공급되고 스트림(9c)에 포함되는 보다 큰 캐리어 가스의 질량 유량은 반응 가스 소스(6a)에 의해 유입구(8a)에 제공되는 반응 가스 유량에 비해 반응 가스 소스(6c)로부터의 보다 작은 반응 가스 유량을 보충한다.
환언하자면, 다양한 스트림에서 총 체적 유량을 동일하지만 반응 가스의 농도는 상이하다. 최대 구역(10a)에 충돌하는 스트림(9a)은 최고 반응 가스 유량과 최저 캐리어 가스 유량을 갖는 반편, 소규모 구역(10c)에 충돌하는 스트림(9c)은 최저 반응 가스 농도와, 이에 따라 최고 캐리어 가스 유량을 갖는다.
이러한 구성은 도 1에서 바(13a, 13b, 13c)에 의해 도식적으로 표시되어 있다. 바(13c)의 전체 길이(C)는 유입구(8c)로부터 나오는 스트림(9c)의 총 몰 유량 또는 체적 유량을 나타낸다. 이 바의 빗금친 부분의 길이는 스트림에 있는 반응 가스의 몰 유량(vc)을 나타내는 반면, 바의 백색 부분은 동일한 스트림(9c)에 있는 캐리어 가스의 몰 유량(ic)을 나타낸다. 이와 마찬가지로, 바(13a, 13b)는 스트림(9a, 9b) 각각의 구성과 유량을 나타낸다. 모든 바(13)의 전체 길이(C)는 동일하지만, 바(13a, 13b, 13c)는 스트림(9a, 9b, 9c)에서 점차 커지는 반응 가스의 몰 유량(vc, vb, va)과 점차 적어지는 캐리어 가스의 몰 유량(ic, ib, ia)를 나타낸다. 반응 가스의 농도는 상이하지만 총 스트림 유량/속도는 동일한 다양한 스트림(9a, 9b, 9c)을 공급하는 것에 의해, 안정한 층류 재순환 영역과, 몇몇 경우에는 난류와 같은 상이한 속도의 스트림에 의해 야기되는 다른 흐름 불균일성을 회피하고, 또한 단위 면적당 거의 동일한 반응 가스 유량을 처리면의 다양한 구역에 공급한다. 바(13d)는 캐리어 가스의 유량(id)과 반응 가스(21)의 몰 유량(vc)를 나타내며, 본 실시예에서 캐리어 가스의 유량과 반응 가스의 몰 유량은 총 가스 유량(vd + id)을 다른 3개의 총 가스 유량(13a, 13b, 13c)과 거의 동일한 총값(C)에 매칭되도록 선택되는 것이유리하다.
이에 따라, 처리면(18)의 모든 부분에 있는 웨이퍼(3)의 노출면은 단위 면적당, 단위 시간당 거의 동일한 양의 반응 가스를 수용한다. 이에 따라, 반응은 웨이퍼(3)의 노출면 전체에 걸쳐 거의 균일한 속도로 진행된다. 예컨대, 반응이 에피택셜 성장과 같은 층의 증착에 관련된 경우, 증착층은 다양한 노출면에서 거의 균일한 속도로 성장한다.
중요하게는, 전술한 바와 같이 총 가스 유량을 매칭하는 것뿐만 아니라 총 가스 밀도를 매칭시키는 것이 실질적으로 가스 흐름의 비선형성을 감소시키고, 에컨대 가스상 부가 생성물 형성, 가스상 입자 형성 및 측벽 증착물과 같은 잔여 증착 부산물을 감소시킨다는 것이 확인되었다. 가스 밀도를 매칭시키기 위해 찾아낸 방식은 도 1a에 도시한 바와 같이 각각의 가스 유입구에서 분자량이 상이한 2개의 캐리어 가스를 사용하는 것이다. 반응 가스(4 및/또는 21)의 반응 가스 밀도에 대해 상이한 비율로 각각의 유입구에서 분자량이 상이한 2개의 캐리어 가스를 조합하는 것에 의해, 각각의 가스 유입구(9a, 9b, 9c, 9d)에서의 총 가스 밀도를 용이하게 매칭할 수 있다.
기존의 장치는 통상 반응물이 각각의 가스 유입구를 통과하도록 가압하는 데 단지 하나의 캐리어 가스를 채용한다. GaN 증착 공정의 경우, 이것은 TMG와 같은 알킬 반응물을 가압하는 데 사용하기 위한 캐리어 가스로서 채용된 N2였다. 이에 따라, 예컨대 TMG와 같은 제1 알킬 반응물과, 예컨대 암모니아와 같은 중심축에 근접하게 배출되는 다른 반응물 간의 유량의 매칭할 때, 모든 가스 유입구에서 유량을 매칭하는 데 필요한 N2의 양은 수산화 반응물보다 알킬 반응물의 경우에 비교적 높은 가스 밀도를 초래할 수 있다. 이러한 차이는 가스 유량과 가스 밀도를 동시에 매칭하도록 분자량이 상이한 2개의 상이한 캐리어 가스의 비율을 이용하는 것에 의해 보정될 수 있다.
간략히 말하자면, 이 경우에 GaN 증착을 위한 알킬 수소화물(alkyl-hydride) 증착 공정에 있어서의 가스 유량과 가스 밀도는 다음 공정을 통해 양자가 매칭될 수 있다. 우선, 전술한 바와 같이 챔버에서 양호한 층류(및 성장면에서의 재료 특성)를 얻도록 수소화물 혼합물을 공급한다. 각각의 유입구에서의 가스에 대해 유량/속도(수소화물 구역의 단위 면적당 흐름)와 밀도(수소화물 구역의 단위 면적당 gm/mol)를 계산한다. 그 후, 수소화물에서와 같이 알킬 영역을 위해 필요한 총 흐름을 계산하는 것에 의해 각각의 알킬 가스 유입구에서 알킬 반응물과 캐리어 가스의 유량 매칭을 전술한 바와 같이 수행할 수 있다. 다음에, 유리하게는 분자량이 상이한 제2 캐리어 가스, 이 경우에는 H2를 기존의 캐리어 가스 N2에 추가하고, 알킬 반응물 유입구 각각에서의 N2 대 H2의 각각의 비를 수정하는 것에 의해 알킬 반응물 유입구에 있어서의 밀도를 독립적으로 매칭할 수 있다. 통상, TMG와 같은 알킬 반응물은 매우 작은 유기 금속 흐름을 제공하고, 이에 따라 밀도 계산에 많이 기여하지는 않겠지만, 알킬 기여는 몇몇 구성에 있어서 전체 가스 밀도의 상당 부분이 될 수 있고, 이에 따라 기여도를 고려할 것을 요구할 수 있다.
예컨대, 대략 200 토르의 대기압 미만 압력에서의 Veeco Turbodisc E300 GaNZiIIa slm(standard liters per minute)으로 나타냈을 때, 각각의 외측 알킬 유입구에서 각각의 가스를 대략 H2 = 100 slm, N2 = 17 slm, 및 144 gms/mole(= 0.1 gms/min)의 분자량에서 TMGa = 7.7e-4 moles/min으로 설정하고, 수소화물 유입구(들)에서는 NH3 = 30 slm로 설정한 것으로 확인되었다. 이와 유사하게, Veeco Enterprise 450LDM의 경우 50 토르 성장에서, 내측 유입구(들)에서 반응물 ASH3 = 최대 2 slm일 때 외측 유입구에서 H2 = 108 slm이고 반응물 TMGa = 2.8e-3 moles/min(= 0.4 gms/min)인 것으로 확인되었다. 2개 이상의 캐리어 가스에 대한 적절한 비율의 결정은 종종 증착 챔버 압력, 반응 챔버의 기하학적 형상 등을 포함하는 특정 증착 구성의 개별 특징에 좌우될 것이다. 그러나, 각각의 캐리어 가스의 적절한 레벨은 그 분자량에 관한 지식, 반응물에 관한 지식 및 이상 기체 법칙의 가정에 기초하여 제1 근사치로 결정될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 제1 반응 가스는 R1으로 명명하고, 제2 반응 가스는 R2로 명명하며, 제1 캐리어 가스는 C1으로 명명하고, 제2 캐리어 가스는 C2로 명명한다. 각각의 가스는 분자량 mw(R1), mw(R2), mw(C1) 및 mw(c2)를각각 갖는다. 4개의 가스 흐름 스트림 유출구(8a, 8b, 8c, 8d)를 갖는 장치에서, 각각의 가스 흐름 스트림 유출구(8a, 8b, 8c, 8d)는 면적a, 면적b, 면적c 및 면적d의 유출 영역(유입구마다 다를 수 있음)을 갖는다. 각각의 스트림 역시 총 가스 흐름(Va, Vb, Vc, Vd)를 가지며, 각각의 총 가스 흐름은 각각의 개별 가스 유출구 영역에 의해 분할되는 각각의 가스 흐름(각각의 스트림 a 내지 d에 대한 흐름 6a 내지 6d, 7a 내지 7d 및 20a 내지 20d 각각)의 합계와 같다. 4개의 가스 흐름 스트림 위치 각각에 있어서의 총 가스 밀도(da, db, dc, dd)는 각각의 위치(8a, 8b, 8c, 8d)에 공급되는 반응물과 캐리어 가스 각각의 개별 밀도와 반응물과 캐리어 가스의 각각의 분자량을 곱한 값의 합계와 같다. 이에 따라, 예컨대 도 1에 있는 장치의 구성에 기초하여 대략 이상 기체라고 가정하면,
Va(cm/min) = (흐름6a(cm3/min) + 흐름7a(cm3/min) +
흐름20a(cm3/min))/면적a(cm) [식 1]
Vb = (흐름6b + 흐름7b + 흐름20b)/면적b [식 2]
Vc = (흐름6c + 흐름7c + 흐름20c)/면적c [식 3]
Vd = (흐름6d + 흐름7d + 흐름20d)/면적d [식 4]
V = Va = Vb = Vc = Vd = 각각의 수소화물 섹션의 속도(유량) [식 5]
R1 및 R2와 C1 및 C2가 소스(6a 내지 6d, 7a 내지 7d, 20a 내지 20d)와 다른 소스로부터 나온 2개의 반응물과 2개의 캐리어 가스를 나타내는 간단한 용어를 사용하여 다음과 같이 속도의 근사치를 구할 수 있다.
이와 유사하게, 각각의 가스 흐름 스트림 위치에서의 총 가스 밀도의 경우:
da = Xa(R1)mw(R1) + Xa(C1)mw(C1) + Xa(C2)mw(C2) [식 7]
db = Xb(R1)mw(R1) + Xb(C1)mw(C1) + Xb(C2)mw(C2) [식 8]
dc = Xc(R1)mw(R1) + Xc(C1)mw(C1) + Xc(C2)mw(C2) [식 9]
dd = Xd(R2)mw(R2) + Xd(C1)mw(C1) + Xd(C2)mw(C2) [식 10]
여기서 d = da = db = dc = dd = 수소화물 섹션의 각각의 단면에 대한 총 가스 밀도 [식 11]
반응 가스 흐름(Va)은 가스 흐름 스트림(a) 아래의 처리 영역에 있어서 단위 면적당 거의 동일한 증착을 제공하도록 예정되며, 총 가스 흐름(v)은 분자량 mw(R1), mw(C1), mw(C2)과 같이 일정하다. 이에 따라, 식 1, 식 5 식 6 및 식 7로부터 기초적인 대수 처리 방법에 의해
Va(C1) = V - Va(R1) - Va(C2) [식 12]
dv = Va(R1)mwa(R1) + Va(C1)mwa(C1) + Va(C2)mwa(C2) [식 13]
인 것이 확인되며, 여기서 Va(C1)은 상기 식 12를 재적용하는 것을 통해 계산될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 가스 흐름 스트림에서의 각각의 캐리어 가스에 대해 동일한 총 가스 유량/속도 및 동일한 총 가스 밀도를 보장하는 적절한 가스 유량을 결정할 수 있다.
더욱이, 장치는 필요한 경우에 단위 시간당의 단위 면적당 비동일한 양의 반응 가스를 이송하도록 변경될 수 있다. 이것은, 예컨대 (a) 가스상 고갈이 발생하고, 이에 의해 반응물이 기판 상에 증착되고 있을 때 상대 농도가 감소되거나, (b) 디스크 배면에 있는 표면 종의 가스상으로의 재증발이 일어날 때, 이것이 기판 상에의 재증착을 더 유발할 수 있는 경우에 필요할 수 있다. 예컨대, 리액터에서의 가스 흐름 패턴은 기판 표면이나 기판 표면 근처에서 중심축(14)으로부터 떨어지게 반경 방향 외측 방향의 어떠한 흐름을 포함할 수 있다. 그러한 흐름은 최내측 구역(10a)에서부터 최외측 구역(10d)으로 일부 비반응 반응 가스를 이송하는 경향이 있을 수 있다. 이러한 효과를 상쇄하기 위해서, 가스 소스는 최내측 스트림(9d)에서의 반응 가스의 농도를 증가시키는 것과 같은 것에 의해 약간 더 많은 반응 가스를 최내측 구역으로 이송하도록 조정될 수 있고, 이것은 단위 시간당 정확히 동일한 반응 가스 흐름을 얻는 것을 요구할 것이다. 이 경우, 반응 가스 흐름과 반응 가스 농도는 중심축(14)으로부터의 반경 방향 거리에 정확히 비례하지 않을 것이다. 그러나, 장치는 여전히 농도는 상이하지만 유량은 동일한 복수 개의 가스 스트림을 이용하여 거의 균일한 유량을 갖지만 상이한 반경 방향 위치에서의 반응 가스 농도는 동일하지 않은 하방 또는 축방향 흐름 가스 커튼을 제공한다. 예컨대, 중앙 가스 유입구가 수소화물 반응물을 배출하는 한편, 외측 유입구는 알킬 등을 배출하는 경우에도 동일하지 않은 양의 반응물이 필요하다.
더욱이, 장치는 반응 가스를 포함하지 않고도 밀도가 매칭되고 유량/속도가 매칭된 캐리어 가스를 제공하도록 되어 있을 수 있다. 몇몇 환경에서, 밀도가 매칭되고 유량/속도가 매칭된 캐리어 가스가 포함되어 독립적으로 제어식 알킬 및 수소화물 포트를 에워싸는 캐리어 가스 "슈라우드"를 형성한다. 이와 유사하게, 단일 반응 포트가 분자량이 높은 반응 가스를 주입하는 경우, 이 포트는 단일 반응물 포트와 독립적으로 제어되거나 단일 반응물 포트에 매칭되는 전술한 바와 같은 밀도 매칭 및 유량/속도 매칭 포트에 의해 둘러싸일 수 있다. 유리하게는, 본 명세서에서 설명하는 장치는 4개보다 많은 가스가 사용되는 경우에, 즉 2개 보다 많은 캐리어 가스가 존재할 때 및/또는 2개보다 많은 반응 가스가 존재할 때 사용될 수 있다. 몇몇 장치에서는, 예컨대 8개 또는 9개의 가스가 반응 챔버에 제공되며, 캐리어 가스의 선택을 통해 모든 가스와 가스 유입구는 본 명세서에서 설명하는 과정마다 밀도 매칭 및 유량/속도 매칭될 수 있다.
다른 변형예에서, 최외측 유입구(8a)로부터의 가스 스트림에 있는 반응 가스 농도는 100 %일 수 있기 때문에, 최외측 구역에 충돌하는 하향 흐름 가스는 전체가 캐리어 가스가 없는 반응 가스로 구성된다. 이 경우, 유입구(8a)와 관련된 캐리어 가스 소스(7a)는 생략할 수 있다. 또한, 앞서 논의한 원리가 더 많거나 더 작은 구역을 향하는 더 많거나 더 작은 가스 유입구에 적용될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치에서, 가스 스트림 유입구는 도 1을 참고하여 앞서 논의한 바와 같이 회전축의 일면 상의 반경 방향면에 배치되지 않는다. 대신에, 도 2 및 도 3의 실시예에서는 기판 캐리어(102)의 회전축(114)의 일측면 상에서 회전축으로부터 큰 반경 방향 거리를 두고 최외측 가스 유입구(108a)가 배치되는 한편, 다음 가스 유입구(108b)는 회전축(114)의 반대측에 회전축으로부터 보다 작은 반경 방향 거리를 두고 배치된다. 유입구(108c, 108d) 역시 회전축(114)으로부터 보다 작은 반경 방향 거리를 두고 공통 직경(219)을 따라 회전축의 반대측에 배치된다. 여기에서도, 상이한 가스 스트림(109a, 109b, 109c, 109d)은 상이한 면적을 갖는 처리면(118)의 상이한 구역에 충돌한다. 캐리어 가스는 가스 소스(107a 내지 107d 및 119a 내지 119d) 각각으로부터 흐르고, 하나 이상의 반응 가스는 반응 가스 소스(106a 내지 106d)로부터 흐르며, 이들 가스의 가스 유량은 반응 가스 농도 및 유량은 상이하지만 총 가스 속도가 유사하고 가스 밀도가 거의 유사한 가스 스트림(109a, 109b, 109c, 109d)을 제공하도록 전술한 것과 동일한 방식으로 선택된다. 다른 변형예에서, 가스 유입구는 2개의 완벽한 세트로서 제공될 수 있으며, 하나는 중심축의 각 측면 상에 있고, 각각의 그러한 세트는 가스를 처리면의 구역 모두로 안내하도록 되어 있는 가스 유입구의 완전한 보완물을 포함한다. 2개보다 많은 가스 유입구 세트가, 2개의 직경 상에 배치된 4개의 세트로서 제공될 수 있다. 다른 변형예(도 4)에서, 다양한 가스 유입구(36a 내지 36g)가 다양한 반경(17a 내지 17g)를 따라 중심축(114)으로부터 상이한 반경 방향 거리에 분포될 수 있다.
앞서 논의한 장치에서, 각각의 가스 스트림은 혼합 가스를 반응 챔버에 도입하기 전에 캐리어 가스와 반응 가스를 혼합하는 것에 의해 형성된다. 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니다. 도 5a 및 도 5b의 장치에서, 최내측 가스 유입구(208d)는 리액터 상벽(216)을 관통하는 2개의 별도의 포트 개구와, 반응 가스 포트(230d) 및 캐리어 가스 포트(232d)를 포함한다. 반응 가스 포트(230d)는 반응 가스 소스(206d)에 연결되는 한편, 캐리어 가스 포트(232d)는 캐리어 가스 소스(207d)와 제2 캐리어 가스 소스(219a) 양자에 연결되며, 전술한 바와 같이 제1 캐리어 가스와 제1 캐리어 가스는 상이한 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 포트(230d, 232d)는 서로 인접 배치되기 때문에, 포트(232d)를 통해 도입되는 캐리어 가스는 가스가 반응 챔버(201) 내부에 진입한 직후에 포트(230d)를 통해 도입되는 반응 가스와 통합되고, 처리면의 관련 구역으로 하방으로 통과하는 결합 가스 스트림을 형성한다. 다른 유입구(208a 내지 208c) 각각은 유사한 포트 쌍에 의해 구성되며, 동일한 방식으로 작동한다.
도 5a 및 도 5b의 장치는 또한 반응 챔버(210) 내에서 상벽(216)과 처리면 사이에 장착되는 다공성 판(215)를 포함한다. 참고에 의해 그 개시물이 본원에 포함되는 미국 특허 제6,197,121호에서 보다 상세히 논의하는 바와 같이, 그러한 다공성 판은, 예컨대 한세트의 냉각제 도관에 의해 지지되는 와이어 메쉬 스크린을 포함할 수 있다. 다공성 판은 상벽(216)을 향하는 상류측, 즉 유입구측과, 기판 캐리어(202)(도 5a의 도면의 저부)를 향하는 하류측을 갖는다. 다공성 판(215)은 상벽으로부터 이격되어 있다. 배리어벽(250) 세트가 유입구(208a 내지 208d) 근처에서 상벽(216)과 다공성 판(215) 사이에서 연장된다. 배리어벽(250)은 다공성 판의 상류에 있는 공간을 공간(254a 내지 254d)으로 세분한다. 각각의 가스 유입구(208a 내지 208d)는 그러한 하나의 공간으로 개방된다. 추가의 벽(256)이 다공성 판의 상류에 배치된 다른 공간(258)(도 5b)으로부터 공간(254a 내지 254d)을 분리한다.
작동시에, 각각의 유입구를 통해 제공되는 캐리어 가스와 반응 가스는 유입구와 관련된 공간(254) 내에서 혼합되고, 그러한 공간과 정렬된 다공성 판의 영역을 통과한다. 예컨대, 포트(230d)로부터의 반응 가스와 포트(232d)로부터의 캐리어 가스를 포함하는, 유입구(280d)에 의해 제공되는 결합 가스는 다공성 판(215)을 하향 통과하고, 스트림(209d)와 같이 주입판의 하류측에서 처리면으로 통하기 때문에, 이 스트림은 주로 처리면(218)의 최내측 영역(210d)에 충돌한다. 동일한 방식으로, 유입구(208c, 208b, 208d)로부터의 가스가 공간(254c, 254b, 254a)에서 각각 혼합되어 처리면의 다른 구역에 충돌하는 스트림(209c, 209b, 209a)을 형성한다. 예시의 명확성을 위해 도 5a에는 개별 스트림이 각각 도시되어 있지만, 실제로 스트림은 반경 방향으로 퍼지고 다공성 판(215)에서 처리면으로 가는 도중에 서로 통합된다. 여기에서도, 각각의 가스 소스에 의해 공급되는 캐리어 가스와 반응 가스의 유량은 각각의 스트림(209)에서의 총 유량과, 이에 따라 각 스트림의 유량이 거의 동일하고, 2개의 캐리어 가스(219, 207)가 각각의 스트림(209)의 가스 밀도를 균등하게 하도록 변동되지만, 다양한 스트림에 있는 반응 가스의 농도는 동일하지 않도록 선택된다. 이러한 구성에서도, 캐리어 가스와 반응 가스를 위한 추가의 유입구(208') 세트가 중심축(214) 둘레의 원주 방향으로 이격되어 있는 다른 부위에 마련될 수 있다. 그러한 세트 각각은 유입구(208a 내지 208d)와 동일한 방식으로 구성된다. 또한, 성장 과정에 사용되는 다른 가스가 추가의 공간(258)에 연결된 추가의 유입구(도시하지 않음)를 통해 유입될 수 있다. 그러한 다른 가스는 공정의 다른 단계 동안에 캐리어 가스 및 반응 가스와 동시에 또는 다른 시기에 도입될 수 있다.
유사한 다공성 판이 도 1a 및 도 2를 참고하여 앞서 논의한 것과 같은 유입구와 함께 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따른 장치(도 6)에서, 유입구를 구성하는 포트는 각각의 가스 스트림의 가스의 양을 제어하도록 작용한다. 본 실시예에서, 최외측 가스 유입구(308a)는 반응 가스 포트(330a)와 캐리어 가스 포트(332a)를 포함하는 반면, 다른 가스 유입구(308b, 308c) 각각은 유사한 포트쌍을 포함한다. 여기에서도, 각각의 유입구를 구성하는 포트는 서로 인접하게 배치된다. 포트는 공통 반경선(317)을 따라 배치된다. 반응 가스 포트(330a, 330b, 330c, 330d) 모두는 공통 도관(306)에 연결되고, 또한 반응 가스 공급부에 연결되기 때문에, 반응 가스 포트 모두에 실질적으로 동일한 압력으로 반응 가스가 공급된다. 이와 마찬가지로, 캐리어 가스 포트(332a, 332b, 332c, 332d) 모두는 공통 도관(307)에 연결되고, 또한 캐리어 가스 공급부에 연결되기 때문에, 반응 가스 포트 모두에는 실질적으로 동일한 압력으로 캐리어 가스가 공급된다. 포트의 크기와, 이에 따라 포트의 흐름 저항은 상이하다. 최외측 가스 유입구(308a)의 반응 가스 포트(330a)는 비교적 크고 비교적 낮은 흐름 저항을 갖는 반면, 최외측 가스 유입구의 캐리어 가스 포트(332a)는 비교적 작고, 이에 따라 높은 흐름 저항을 갖는다. 따라서, 이들 포트로부터, 그리고 이에 따라 가스 유입구(308a)로부터 나오는 가스 스트림은 큰 비율의 반응 가스와 작은 비율의 캐리어 가스를 통합할 것이다. 반대로, 최내측 가스 유입구(308d)의 반응 가스 포트(330d)는 비교적 작고 높은 흐름 저항을 갖는 반면, 동일한 유입구의 캐리어 가스 포트(332d)는 비교적 크고 높은 흐름 저항을 갖는다. 유입구(308d)로부터 나오는 가스 스트림은 비교적 큰 비율의 캐리어 가스를 포함할 것이다. 도 6을 참고하여 이해할 수 있다시피, 반응 가스 포트(330)의 포트는 중심축(314)으로부터 멀어지는 반경 방향 외측으로, 즉 처리면의 최소 구역에서 최대 구역을 향하는 방향으로 점진적으로 증가하기 때문에, 반응 가스 포트의 흐름 저항은 이 방향으로 점진적으로 감소한다. 반대로, 캐리어 가스 포트의 흐름 저항은 동일한 방향으로 점진적으로 증가한다. 이에 따라, 장치는 거의 동일한 총 유량(캐리어 가스와 반응 가스의 합)을 갖지만 반응 가스의 농도는 상이한, 처리면의 상이한 구역에 충돌하는 가스 스트림을 제공할 것이다. 챔버의 원주 둘레에 그러한 복수의 스트림을 제공하도록 전술한 바와 같은 복수 개의 포트 세트가 많은 반경선을 따라 제공될 수 있다.
다른 변형예(도 7)에서, 각각의 포트와 유입구는 상판(416)을 관통하여 연장되는 캐리어 가스 통로(432)와 반응 가스 통로(430)로 대체된다. 이들 통로의 하류 단부(반응 챔버로의 통로 개구의 단부)는 도 7에서 볼 수 있다. 통로는 나란히 배치된다. 캐리어 가스 통로(432)는 캐리어 가스 도관(407)에 연결되는 반면, 반응 가스 통로(430)는 반응 가스 도관(406)에 연결된다. 도관(407, 406)은 캐리어 가스의 공급부와 반응 가스의 공급부에 각각 연결된다. 캐리어 가스 통로(432)는 중심축(414)에서 멀어지는 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 감소되는 폭(w432)을 갖는다. 이에 따라, 통로의 하류 방향(도 7의 도면의 평면 외측 방향)으로의 캐리어 가스 흐름에 대한 캐리어 가스 통로의 저항은 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 증가한다. 반응 가스는 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 증가하는 폭(w430)을 갖기 때문에, 반응 가스의 하류 흐름에 대한 반응 가스 통로의 저항은 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 감소한다. 작동시에, 비교적 많은 양의 반응 가스가 반응 가스 통로(430)의 반경 방향 외측부를 통과하는 반면, 비교적 적은 양의 캐리어 가스가 캐리어 가스 통로9432)의 반경 방향 외측부를 통과한다. 반대로, 적은 양의 반응 가스와 많은 양의 캐리어 가스가 통로의 반경 방향 내측부를 통과한다. 캐리어 가스와 반응 가스가 합쳐져 하류(도 7의 도면의 평면 외측 방향)로 통과하는 가스 스트림을 형성하며, 그러한 가스 스트림은 (각각의 가스 유입구의) 단위 단면적당 또는 단위 반경 거리당 거의 일정한 총 유량과, 모든 반경 방향 위치에서는 거의 동일한 유량/속도를 갖지만 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 증가하는 반응 가스 농도를 갖는다.
도 8에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터는 도 7을 참고하여 앞서 논의한 통로와 유사한 반응 가스 통로(530)와 캐리어 가스 통로(532)를 갖는다. 그러나, 도 8의 리액터에서는, 통로가 그 반경 방향 길이에 걸쳐 일정한 폭을 갖는다. 반응 가스 통로(530)는 축(514)에서 멀어지는 반경 방향 외측 방향으로 다공도가 점진적으로 증가하는 메쉬 또는 다른 다공성 구조체(531)로 충전된다. 따라서, 반응 가스의 하류 흐름에 대한 통로(530)의 저항은 반경 방향 외측 방향으로 감소한다. 캐리어 가스 통로(532)는 반경 방향 외측 방향으로 다공도가 점진적으로 감소하고, 이에 따라 흐름 저항이 점진적으로 증가하는 다공성 구조체(533)로 충전된다. 순(純) 효과는 도 7을 참고하여 논의한 것과 동일하다. 통로의 다른 특징은 통로의 반경 길이를 따라 유사한 흐름 저항의 변화를 얻도록 변동될 수 있다. 예컨대, 통로는 다양한 반경 부위에 배치된 배플 또는 부분적인 장애물을 포함할 수 있다. 또 다른 변형예에서, 각각의 통로는 통로의 하류 방향으로 내측 에지 및 외측 에지에서 상이한 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 통로가 판을 관통하여 연장되는 경우, 플레이트의 두께는 통로의 길이와, 이에 따라 통로의 흐름 저항이 반경 방향으로 변하도록 반경 방향으로 변할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 가스 유입구의 단위 단면적당 수직 가스 유량에 있어서의 반응 가스 밀도에 관한 개략적인 도시를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 리액터의 측면도를 제공하며, 도 9a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 9b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다. 내부 리액터 챔버(900)는 주입 포트 세트(10)와, 총 가스 흐름의 모델 표시(920)를 포함하며, 선형 흐름 영역이 흐름 패턴(940)으로 도시되어 있고, 바람직하지 않은 안정한 층류 재순환 영역을 제공하는 비선형 가스 흐름의 와류는 총 가스 흐름 모델(920)의 개방 영역(930)으로 도시되어 있다. 도 9a에 도시한 바와 같이 비선형 가스 흐름 와류(930)는 가스 흐름이 단위 면적당 유량(예컨대, 선형 속도) 매칭되지만 밀도 매칭은 되지 않는 경우에 큰 한편, 밀도 매칭이 실시되는 경우에 사라진다. 유량 매칭과 밀도 매칭 양자가 모델링되는 도 9b에서는, 어떠한 많은 비선형 가스 흐름 와류도 나타나지 않는다.
도 10a 및 도 10b는 가스 유입구의 단위 면적당 수평 가스 유량/속도에 있어서의 반응 가스 밀도의 개략적인 도시를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분배 헤드와 웨이퍼 캐리어의 분해 평면도를 제공하며, 도 10a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 10b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다. 대안으로서, 수평 가스 유량은 리액터의 단위 면적에 대해서 측정될 수 있다. 일실시예는, 예컨대 본 출원의 양수인에게 양도되고, 전체가 참고에 의해 본원에 포함되는, 2005년 7월 29일자로 출원된 발명의 명칭이 "화학적 기상 증착 리액터를 위한 복수 가스 분배 인젝터(MULTI-GAS DISTRIBUTION INJECTOR FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION REACTORS)"인 미국 특허 출원 제11/192,483호에 설명되어 있는 바와 같이 밀도가 대략 1.55 유입구/cm2인 가스 유입구 세트를 구비할 수 있다. 유입 가스 유입구의 단면적은 사용되는 유입구에 따라 변한다. 일실시예에서, 인젝터에 있는 알킬 튜브 및 수소화물 튜브는 직경이 각각 대략 0.047"(0.18 mm) 및 0.089"(0.35mm)이거나, 면적이 각각 1.73e-3 제곱인치 및 6.2e-3 제곱인치이다. 인젝터 사이의 공간은 대략 0.35"(1.3 mm)이다. 사용할 수 있는 다른 인젝터는 내경이 대략 0.04"(면적 = 1.2e-3 제곱인치)이고, 약 0.11"의 동일한 간격으로 이격되어 있는 인젝터나, 직경이 1/4" 내지 3/8"이고 다양한 크기(폭이 0.5 내지 0.75", 깊이가 0.125 내지 0.25 ", 및 길이가 0.5 내지 3")의 공급 공동을 갖는 인젝터일 수 있다. 이와 같이, 가스 유입구와 반응 챔버 간의 인터페이스에서의 단면적은 구현과 용례에 따라 변할 수 있다. 본 명세서에서 단면적이라고 일컬어지는 것은 통상 가스 스트림이 흐르는 유입구의 내부 단면적이다.
도 10a에는, 상부에 주입 포트 세트(101)를 갖는, 증착을 위한 유량 매칭(그러나 밀도 매칭은 되지 않음) 가스가 주입되는 반응 챔버(900)가 도시되어 있다. 증착면 흐름 모델(1000)이 제공되며, 여기에서 바람직하지 않은 안정한 층류 재순환과, 그리고 이에 따라 불균일한 증착이 개방 영역(1020)으로서 도시되어 있다. 도 10b에는, 주입 포트(1030)에서의 (유입 가스 주입 포트의 단위 단면적당) 유량 매칭뿐만 아니라 밀도 매칭도 수행될 때, 밀도 매칭 증착면 흐름 모델(1040)은 와류, 바람직하지 않은 안정한 층류 재순환, 난류, 또는 개방 영역이 없는 것으로 도시되어 있으며, 이에 따라 유량/속도 매칭 및 밀도 매칭의 조합을 통해 얻어지는 증착의 균일성에 있어서의 증가를 보여준다. 여기에서 본 발명은 특정 실시예를 참고하여 설명하였지만, 이들 실시예는 단지 본 발명의 원리와 응용을 예시한 것이라는 점을 이해해야 한다. 따라서, 예시적인 실시예를 다양하게 수정할 수 있으며, 첨부된 청구 범위에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 다른 구성을 꾀할 수 있다는 점을 이해해야 한다.
본 발명은 상부에 에피택셜 성장을 통해 대량의 전자 구성품을 제조하는 것이 바람직한 전자 제품 제조 산업에 적용 가능하다. 본 발명은, 예컨대 전자 구성품을 위한 실리콘 웨이퍼 상에의 재료의 에피택셜 성장을 위한 수직 디스크 리액터에 적용 가능하다.
Claims (18)
- 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
처리할 기판의 하나 이상의 표면이 가스 처리 챔버에서 소정 축에 대해 수직으로 놓이도록 기판 지지부 상에서 하나 이상의 기판을 지지하면서 상기 축을 중심으로 상기 기판 지지부를 회전시키는 단계;
각기 입력 단면적을 갖는 복수 개의 가스 입력부를 통해 복수 개의 가스를 챔버로 도입하는 단계;
적어도, 반응 가스와, 제1 캐리어 분자량을 갖는 제1 캐리어 가스를 가스 입력부 중 제1 가스 입력부를 통해 단위 입력 단면적당 제1의 총 가스 유량과 제1의 총 가스 밀도를 갖는 제1 가스 스트림으로 챔버로 도입하는 단계;
적어도, 반응 가스와, 상기 제1 캐리어 분자량과 상이한 제2 캐리어 분자량을 갖는 제2 캐리어 가스를 가스 입력부 중 제2 가스 입력부를 통해 단위 입력 단면적당 제2의 총 가스 유량과 제2의 총 가스 밀도를 갖는 제2 가스 스트림으로 챔버로 도입하는 단계로서, 상기 제2 가스 스트림은 상기 제1 가스 스트림과 상기 축으로부터의 반경방향 거리가 상이하고, 상기 제2 가스 스트림에 있는 반응 가스의 농도는 상기 제1 가스 스트림에 있는 반응 가스의 농도와 상이한 것인 제2 가스 스트림으로 챔버로 도입하는 단계;
제1의 총 가스 유량과 제2의 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계; 및
제1의 총 가스 밀도와 제2의 총 가스 밀도를 동일하게 유지하는 단계
를 포함하는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서, 제1의 총 가스 유량과 제2의 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계 및 제1의 총 가스 밀도와 제2의 총 가스 밀도를 동일하게 유지하는 단계는,
제1의 조정 가능한 질량 유량 조절기를 통해 제1 가스 입력부로의 제1 캐리어 가스의 흐름을 조절하는 단계; 및
제2의 조정 가능한 질량 유량 조절기를 통해 제1 가스 입력부로의 반응 가스의 흐름을 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서, 제1의 총 가스 유량과 제2의 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계 및 제1의 총 가스 밀도와 제2의 총 가스 밀도를 동일하게 유지하는 단계는 가스 입력부 중 제1 가스 입력부의 입력 단면적을 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 기판 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 기판과 평행하게 연장되며 신장된 통로들을 통해 반응 가스, 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스를 반응 챔버로 도입하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판과 평행한 챔버의 벽 내에 있는 포트들에 의해 반응 가스, 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스를 반응 챔버로 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 포트들은 기판을 향해 배향된 것인 기판 처리 방법.
- 제5항에 있어서, 제1 캐리어 가스를 반응 가스 및 제2 캐리어 가스와 함께 제2 가스 스트림으로 제공하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
- 제5항에 있어서,
적어도 반응 가스를 제3 가스 입력부를 통해 단위 입력 단면적당 제3의 총 가스 유량과 제3의 총 가스 밀도를 갖는 제3 가스 스트림으로 챔버로 도입하는 단계로서, 상기 제3 가스 스트림에 있는 반응 가스의 농도는 상기 제1 가스 스트림 및 제2 가스 스트림에 있는 반응 가스의 농도와 상이한 것인 제3 가스 스트림으로 챔버로 도입하는 단계;
제1의 총 가스 유량, 제2의 총 가스 유량 및 제3의 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계; 및
제1의 총 가스 밀도, 제2의 총가스 밀도 및 제3의 총 가스 밀도를 동일하게 유지하는 단계
를 더 포함하는 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서, 제2 캐리어 가스를 반응 가스 및 제1 캐리어 가스와 함께 상기 제1 가스 스트림으로 제공하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
- 제7항에 있어서, 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스 중 하나 이상을 반응 가스와 함께 상기 제3 가스 스트림으로 제공하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
제2 캐리어 가스를 반응 가스 및 제1 캐리어 가스와 함께 상기 제1 가스 스트림으로 제공하는 단계; 및
제1 캐리어 가스를 반응 가스 및 제2 캐리어 가스와 함께 제2 가스 스트림으로 제공하는 단계
를 더 포함하고, 상기 제1의 총 가스 유량과 제2의 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계 및 제1의 총 가스 밀도와 제2의 총 가스 밀도를 동일하게 유지하는 단계는 제1 가스 스트림 및 제2 가스 스트림 각각에서 반응 가스, 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스의 흐름을 조절하는 단계를 포함하는 것인 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서, 적어도 제2 반응 가스를 상기 가스 입력부 중 제3 가스 입력부를 통해 단위 입력 단면적당 제3의 총 가스 유량과 제3의 총 가스 밀도를 가진 제3 가스 스트림으로 상기 챔버에 도입하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 제1 캐리어 가스 및 제2 캐리어 가스 중 적어도 하나를 제2 반응 가스와 함께 제3 가스 스트림으로 제공하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
- 기판을 처리하는 기판 처리용 리액터에 있어서,
반응 챔버;
반응 챔버 내에서 소정 축을 중심으로 회전하도록 장착되어, 그 상부에 적어도 하나의 기판이 설치될 수 있는 기판 캐리어;
반응 챔버와 가스 연통하는 복수 개의 가스 유입구로서, 각각의 유입구가 가스 스트림을 기판 캐리어를 향해 반응 챔버로 안내하도록 구성 및 배치되고, 각각의 가스 유입구는 이 가스 유입구와 반응 챔버 간의 인터페이스에서 반응 챔버와 가스 연통하는 가스 유입구 단면인 각각의 가스 유입구 면적을 갖고, 각각의 가스 유입구는 가스 유입구를 통과하는 가스에 대한 가스 유입구의 단위 면적당 총 가스 유량과 총 가스 밀도를 갖는 것인 복수 개의 가스 유입구;
가스 유입구 중 적어도 제1 가스 유입구에 연결된, 제1 캐리어 분자량을 갖는 제1 캐리어 가스의 제1 소스;
가스 유입구 중 적어도 제1 가스 유입구에 연결된, 상기 제1 캐리어 분자량과 상이한 제2 캐리어 분자량을 갖는 제2 캐리어 가스의 제2 소스;
제1 가스 유입구에 연결된 반응 가스의 제3 소스; 및
제1 가스 유입구와 축으로부터의 반경방향 거리가 상이한 제2 가스 유입구에 연결된 반응 가스의 제4 소스
를 포함하고, 제1 가스 유입구에서 반응 가스의 단위 면적당 유량이 제2 가스 유입구에서 반응 가스의 단위 면적당 유량과 상이하도록, 가스 유입구 중 제1 가스 유입구에서 총 가스 유량이 가스 유입구 중 제2 가스 유입구에서 총 가스 유량과 동일하도록, 그리고, 가스 유입구 중 제1 가스 유입구에서 총 가스 밀도가 가스 유입구 중 제2 가스 유입구에서 총 가스 밀도와 동일하도록 제1 소스, 제2 소스, 제3 소스 및 제4 소스가 각각의 제1 가스 유입구 및 제2 가스 유입구에 연결되는 것인 기판 처리용 리액터. - 제13항에 있어서, 가스 유입구 각각은 단일 포트, 포트의 쌍, 신장된 통로, 및 다공성 판의 상류에 있는 혼합 공간에 대해 개방된 포트로부터 선택되는 것인 기판 처리용 리액터.
- 제13항에 있어서, 제1 캐리어 가스와 관련되고 적어도 제1 가스 유입구로의 제1 캐리어 가스의 유량을 제어하는 제1 유량 제어 장치와, 제2 캐리어 가스와 관련되고 적어도 제1 가스 유입구로의 제2 캐리어 가스의 유량을 제어하는 제2 유량 제어 장치와, 적어도 제1 가스 유입구로의 반응 가스의 유량을 제어하는 제3 유량 제어 장치와, 적어도 제2 가스 유입구로의 반응 가스의 유량을 제어하는 제4 유량 제어 장치를 더 포함하는 기판 처리용 리액터.
- 제15항에 있어서, 유량 제어 장치는 조정 가능한 질량 유량 제어기인 것인 기판 처리용 리액터.
- 제13항에 있어서,
적어도 제2 가스 유입구와 연결된 제1 캐리어 가스의 제5 소스; 및
적어도 제2 가스 유입구와 연결된 제2 캐리어 가스의 제6 소스
를 더 포함하는 기판 처리용 리액터. - 제17항에 있어서,
가스 유입구 중 적어도 제3 가스 유입구와 연결된 제2 반응 가스의 제7 소스로서, 상기 제3 가스 유입구는 제1 가스 유입구 및 제2 가스 유입구와 상기 축으로부터 반경방향 거리가 상이한 것인 제2 반응 가스의 제7 소스;
적어도 제3 가스 유입구와 연결된 제1 캐리어 가스의 제8 소스; 및
적어도 제3 가스 유입구와 연결된 제2 캐리어 가스의 제9 소스
를 더 포함하고, 상기 총 가스 유량이 제1, 제2 및 제3 가스 유입구에서 동일하도록, 그리고 상기 총 가스 밀도가 제1, 제2 및 제3 가스 유입구에서 동일하도록 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8 및 제9 소스가 각각의 상기 제1, 제2 및 제3 가스 유입구와 연결되는 것인 기판 처리용 리액터.
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