KR20010031054A - Introducing process fluid over rotating substrates - Google Patents

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KR20010031054A
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substrate
processing chamber
axis
process fluid
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KR1020007003883A
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Inventor
브라이언 엘. 하아스
제임스 브이. 티츠
메레디스 제이. 윌리암스
Original Assignee
조셉 제이. 스위니
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 기판 처리 방식에 따르면, 기판은 처리 챔버 내에서 회전 축선을 중심으로 회전되며, 공정 유체는 처리 챔버 내로 도입되고, 공정 유체의 하나 이상의 특정 인자가 기판이 회전하는 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 선택적으로 제어된다. 공정 가스의 특정 인자는 기판 표면을 실질적으로 포함하는 기준 평면 위로 제 1거리 만큼 이격된 위치로부터 처리 챔버 내로 제 1공정 유체를 도입하는 단계 및 제 1거리 보다 큰 제 2거리 만큼 기준 평면 위로 이격된 위치로부터 처리 챔버 내로 제 2공정 유체를 도입하는 단계에 의해 선택적으로 제어될 수도 있다.According to the substrate processing scheme of the present invention, the substrate is rotated about an axis of rotation in the processing chamber, the process fluid is introduced into the processing chamber, and at least one particular factor of the process fluid is in a plane perpendicular to the axis at which the substrate is rotated It is optionally controlled along a direction substantially perpendicular to. The particular factor of the process gas is to introduce the first process fluid into the processing chamber from a location spaced a first distance above a reference plane substantially comprising the substrate surface and spaced above the reference plane by a second distance greater than the first distance. It may optionally be controlled by introducing a second process fluid from the location into the processing chamber.

Description

회전하는 기판 위로 공정 유체를 도입하는 방법 및 장치 {INTRODUCING PROCESS FLUID OVER ROTATING SUBSTRATES}Method and apparatus for introducing process fluid onto a rotating substrate {INTRODUCING PROCESS FLUID OVER ROTATING SUBSTRATES}

기판 처리 시스템은 반도체 로직 및 메모리 장치, 평면 패널 디스플레이, CD ROM, 및 다른 장치를 제조하는데 사용되고 있다. 기판을 처리하는 동안, 기판은 급열 어닐링(rapid thermal annealing; RTA), 급열 정화(rapid thermal cleaning; RTC), 급열 CVD, 급열 산화(RTO), 및 급열 질화(RTN)와 같은 급열 처리(rapid thermal processing; RTP)와, 화학 기상 증착(CVD)에 당할 수도 있다. 급열 처리 시스템은 통상적으로 예컨대 하나 이상의 램프로 구성된 가열 요소를 포함하는데, 이러한 가열 요소는 광투과창을 통해 기판을 방사식으로 가열한다. 급열 처리 시스템은 또한 기판의 후방측부에서 높은 반사 캐비티를 한정하는 광학 반사면 및 기판을 처리하는 동안 기판의 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 광학 검출기와 같은 하나 이상의 다른 광학 요소를 포함한다. 기판은 기판의 표면에 걸친 온도의 균일성을 개선시키기 위해 회전될 수도 있다. 기판을 처리하는 동안, 공정 가스는 기판의 표면과 반응하도록 처리 시스템 내로 분사될 수도 있다. 많은 공정 프로토콜은 기판의 표면이 균일하게 처리될 것을 요구한다. 이러한 이유 때문에, 기판 표면이 균일하게 가열되고 공정 가스에 균일하게 노출되는 것이 중요하다.Substrate processing systems are being used to manufacture semiconductor logic and memory devices, flat panel displays, CD ROMs, and other devices. While processing the substrate, the substrate is subjected to rapid thermal annealing (rapid thermal annealing (RTA), rapid thermal cleaning (RTC), rapid CVD, rapid oxidation (RTO), and rapid thermal nitriding (RTN). processing (RTP) and chemical vapor deposition (CVD). The quench treatment system typically includes a heating element consisting of, for example, one or more lamps, which heating the substrate radially through a light transmission window. The quench treatment system also includes an optical reflecting surface that defines a high reflective cavity at the backside of the substrate and one or more other optical elements such as one or more optical detectors for measuring the temperature of the substrate while processing the substrate. The substrate may be rotated to improve the uniformity of temperature across the surface of the substrate. During processing of the substrate, process gases may be injected into the processing system to react with the surface of the substrate. Many process protocols require that the surface of the substrate be treated uniformly. For this reason, it is important that the substrate surface is uniformly heated and evenly exposed to the process gas.

본 발명은 기판을 처리하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to processing a substrate.

도 1은 기판 처리 시스템의 개략적인 측단면도이다.1 is a schematic side cross-sectional view of a substrate processing system.

도 2는 기판의 표면 위를 흐르는 공정 가스를 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic illustration of a process gas flowing over a surface of a substrate.

도 3은 3개의 유체 분사기로부터 회전 기판을 포함하는 공정 챔버 내로 분사된 공정 가스의 개략적인 도면이다.3 is a schematic representation of a process gas injected from three fluid injectors into a process chamber including a rotating substrate.

도 4a는 기판 표면 위로 상이한 거리에 위치된 유체 분사기로부터 처리 챔버 내로 도입되는 공정 가스용 흐름 스트림라인의 개략적인 상면도이다.4A is a schematic top view of a flow streamline for process gas introduced into a processing chamber from fluid injectors located at different distances above the substrate surface.

도 4b는 기판 표면 위로 동일한 거리의 상이한 수평 위치에 위치된 유체 분사기로부터 처리 챔버 내로 공정 가스를 도입하기 위한 흐름 스트림라인의 개략적인 측면도이다.4B is a schematic side view of a flow streamline for introducing process gas into a processing chamber from a fluid injector located at different horizontal positions at the same distance above the substrate surface.

도 5a는 유체 이송 시스템의 개략도이다.5A is a schematic diagram of a fluid transfer system.

도 5b는 선 5B-5B를 따라 취한 도 5a의 유체 이송 시스템용 블록 확산기의 측단면도이다.5B is a side cross-sectional view of the block diffuser for the fluid transfer system of FIG. 5A taken along line 5B-5B.

도 5c는 도 5a의 유체 이송 시스템용 유체 분사기를 한정하는 블록 확산기의 개략적인 정면도이다.5C is a schematic front view of a block diffuser defining the fluid injector for the fluid delivery system of FIG. 5A.

도 6a 내지 도 6c는 상이한 유체 분사기를 한정하는 면판의 개략적인 정면도이다.6A-6C are schematic front views of face plates that define different fluid injectors.

도 7은 도 6c의 유체 분사기를 사용하여 처리 챔버 내로 도입되는 가스에 노출됨으로써 형성된 두 박막 성장에 대한 기판 표면을 가로지르는 방사형 위치 대 박막 두께의 그래프이다.7 is a graph of thin film thickness versus radial position across the substrate surface for two thin film growths formed by exposure to a gas introduced into the processing chamber using the fluid injector of FIG. 6C.

본 발명의 일양태에 따르면, 본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법을 구현한다. 진보된 기판 처리 개념에 따르면, 기판은 처리 챔버 내에서 회전 축선을 중심으로 회전하며, 공정 유체가 처리 챔버 내로 도입되고, 공정 유체의 하나 이상의 특정 인자가 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 선택적으로 제어된다.According to one aspect of the invention, the invention implements an apparatus and method for processing a substrate. According to an advanced substrate processing concept, the substrate rotates about an axis of rotation within the processing chamber, process fluid is introduced into the processing chamber, and at least one particular factor of the process fluid is substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. It is optionally controlled along one direction.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 공정 유체를 제 1위치로부터 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치된 제 1유체 분사기 및 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 공정 유체를 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치된 제 2유체 분사기를 갖춘 유체 이송 시스템을 포함하는 기판 처리 장치를 구현한다.According to another aspect of the invention, the invention provides a process fluid along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation and a first fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid from a first position into the process chamber. Implement a substrate processing apparatus including a fluid transfer system having a second fluid injector constructed and arranged to introduce into a processing chamber from a second location spaced from a first location.

본 발명의 또다른 양태에 따르면, 본 발명은 공정 유체를 제 1위치로부터 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치된 제 1유체 분사기 및 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 공정 유체를 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치된 제 2유체 분사기를 갖춘 유체 이송 시스템을 포함하는 기판 처리 장치를 구현한다. 제 1 및 제 2유체 분사기는 회전 축선에 수직한 평면에 대해 평행한 각각의 라인을 따른 각각의 길이에 의해 특징되는 각각의 배출부를 갖추고 있다. 제 2유체 분사기의 길이는 제 1유체 분사기의 길이 보다 더 길다.According to another aspect of the invention, the invention provides a process fluid along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation and a first fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid from a first position into the process chamber. Implements a substrate processing apparatus comprising a fluid transfer system having a second fluid injector constructed and arranged to introduce a into a processing chamber from a second location spaced from a first location. The first and second fluid injectors have respective outlets characterized by respective lengths along each line parallel to the plane perpendicular to the axis of rotation. The length of the second fluid injector is longer than the length of the first fluid injector.

본 발명의 또다른 양태에 따르면, 본 발명은 공정 유체를 제 1위치로부터 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치된 제 1유체 분사기 및 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 공정 유체를 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치된 제 2유체 분사기를 갖춘 유체 이송 시스템을 포함하는 기판 처리 장치를 구현한다. 제 1 및 제 2유체 분사기는 회전 축선에 수직한 평면에 대해 수직한 각각의 라인을 따른 각각의 폭에 의해 특징되는 각각의 배출부를 갖추고 있다. 제 2유체 분사기의 폭은 제 1유체 분사기의 폭 보다 더 길다.According to another aspect of the invention, the invention provides a process fluid along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation and a first fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid from a first position into the process chamber. Implements a substrate processing apparatus comprising a fluid transfer system having a second fluid injector constructed and arranged to introduce a into a processing chamber from a second location spaced from a first location. The first and second fluid injectors have respective outlets characterized by respective widths along each line perpendicular to the plane perpendicular to the axis of rotation. The width of the second fluid injector is longer than the width of the first fluid injector.

실시예들은 다음과 같은 하나 이상의 특징을 포함할 수도 있다.Embodiments may include one or more of the following features.

공정 유체는 다수의 유체 분사기를 포함하는 유체 이송 시스템에 의해 처리 챔버 내로 도입될 수도 있다. 유체 이송 시스템은 기판 표면을 실질적으로 포함하는 기준 평면 위로 제 1거리에 배치되고 공정 유체를 처리 챔버 내로 도입하도록 구성된 제 1유체 분사기와, 제 1거리 보다 큰 제 1거리 만큼 기준 평면 위로 이격되고 공정 유체를 처리 챔버 내로 도입하도록 구성된 제 2유체 분사기를 포함할 수도 있다. 제 1유체 분사기는 공정 유체를 제 1위치로부터 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치될 수도 있으며, 제 2유체 분사기는 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 공정 유체를 처리 챔버 내로 도입하도록 구성되고 배치될 수도 있다. 유체 분사기 중 적어도 하나는 확장된 치수를 갖는 유체 포트를 포함할 수도 있다. 유체 분사기 중 적어도 하나는 슬롯형 유체 포트를 포함할 수도 있다. 제 1유체 분사기는 특징적인 흐름 면적을 갖는 제 1유체 포트를 갖출 수도 있고, 제 2유체 분사기는 상이한 흐름 면적을 갖는 제 2유체 포트를 갖출 수도 있다. 제 2유체 포트의 특징적인 흐름 면적은 제 1유체 포트의 특징적인 흐름 면적 보다 더 클 수도 있다.Process fluid may be introduced into the processing chamber by a fluid transfer system including a plurality of fluid injectors. The fluid transfer system comprises a first fluid injector disposed at a first distance over a reference plane that substantially includes the substrate surface and configured to introduce process fluid into the processing chamber, and spaced above the reference plane by a first distance greater than the first distance. It may also include a second fluid injector configured to introduce the fluid into the processing chamber. The first fluid injector may be configured and arranged to introduce process fluid from the first position into the processing chamber, wherein the second fluid injector is spaced from the first position along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. It may be configured and arranged to introduce process fluid into the processing chamber from the second location. At least one of the fluid injectors may include a fluid port having an extended dimension. At least one of the fluid injectors may comprise a slotted fluid port. The first fluid injector may have a first fluid port with a characteristic flow area and the second fluid injector may have a second fluid port with a different flow area. The characteristic flow area of the second fluid port may be larger than the characteristic flow area of the first fluid port.

처리 장치는 제 2거리 보다 큰 제 3거리 만큼 기준 평면 위로 이격되어 있고 유체를 처리 챔버 내로 도입하도록 구성된 제 3유체 분사기를 포함할 수도 있다. 제 1유체 분사기, 제 2유체 분사기, 및 제 3유체 분사기는 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 이격될 수도 있다. 제 1유체 분사기, 제 2유체 분사기, 및 제 3유체 분사기는 각각 상이한 흐름 면적을 갖는 유체 포트를 갖출 수도 있다.The processing apparatus may include a third fluid injector spaced above the reference plane by a third distance greater than the second distance and configured to introduce the fluid into the processing chamber. The first fluid injector, the second fluid injector, and the third fluid injector may be spaced along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. The first fluid injector, the second fluid injector, and the third fluid injector may each have a fluid port having a different flow area.

제 1공정 유체는 기판 표면을 실질적으로 포함하는 기준 평면 위로 제 1거리 만큼 이격된 위치로부터 처리 챔버 내로 도입될 수도 있으며, 제 2공정 유체는 제 1거리 보다 큰 제 2거리 만큼 기준 평면 위로 이격된 위치로부터 처리 챔버 내로 도입될 수도 있다. 제 1공정 유체가 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 처리 챔버 내로 도입되는 위치로부터 이격된 위치로부터 처리 챔버 내로 제 2공정 유체가 도입될 수도 있다. 제 1공정 유체는 제 2공정 유체와 실질적으로 동일한 조성을 가질 수도 있다. 제 1공정 유체는 제 2공정 유체와 상이한 조성을 가질 수도 있다. 제 1공정 유체는 소정 농도의 반응성 종을 포함할 수도 있으며, 제 2공정 유체는 보다 높은 농도의 동일한 반응성 종을 포함할 수도 있다. 제 2공정 유체는 반응성 종을 포함할 수도 있으며, 제 1공정 유체는 반응성 종이 실질적으로 없을 수도 있다. 기판이 회전할 때, 제 2공정 유체는 기판의 둘레 영역이 원호를 따라 진행하는 속도의 약 0.01 내지 100배의 유속으로 도입될 수도 있다. 기판은 약 50rpm 내지 240rpm의 속도로 회전될 수도 있다. 제 1공정 유체 및 제 2공정 유체는 약 0.15m/s 내지 15m/s의 유속으로, 바람직하게는 약 0.4m/s 내지 8m/s의 유속으로 처리 챔버 내로 도입될 수도 있다.The first process fluid may be introduced into the processing chamber from a location spaced a first distance above a reference plane that substantially includes the substrate surface, and the second process fluid is spaced above the reference plane by a second distance greater than the first distance. It may be introduced from the location into the processing chamber. The second process fluid may be introduced into the processing chamber from a position spaced from the position at which the first process fluid is introduced into the processing chamber along a direction substantially perpendicular to the plane perpendicular to the axis of rotation. The first process fluid may have substantially the same composition as the second process fluid. The first process fluid may have a different composition than the second process fluid. The first process fluid may comprise a predetermined concentration of reactive species, and the second process fluid may comprise a higher concentration of the same reactive species. The second process fluid may comprise reactive species, and the first process fluid may be substantially free of reactive species. When the substrate is rotated, the second process fluid may be introduced at a flow rate of about 0.01 to 100 times the speed at which the peripheral region of the substrate travels along the arc. The substrate may be rotated at a speed of about 50 rpm to 240 rpm. The first process fluid and the second process fluid may be introduced into the processing chamber at a flow rate of about 0.15 m / s to 15 m / s, preferably at a flow rate of about 0.4 m / s to 8 m / s.

본 발명은 다음과 같은 장점을 갖는다. 기판 표면을 걸친 온도는 기판 회전함에 따라 매우 균일하게 유지된다. 회전 축선에 수직한 평면에 실질적으로 수직한 방향을 따라 공정 유체의 하나 이상의 특정 인자(즉, 분사 속도, 유량 부피, 및 조성)을 선택적으로 제어함에 따라 기판 표면은 균일하게 처리될 수 있다. 일양태에 있어서, 기판의 표면은 공정 유체의 수직한 스택의 회전 유도 재배향에 따라 공정 유체에 균일하게 노출되며, 이에 의해 공정 유체는 기판 표면에 걸쳐서 균일하게 분배된다.The present invention has the following advantages. The temperature across the substrate surface remains very uniform as the substrate rotates. The substrate surface may be treated uniformly by selectively controlling one or more specific factors (ie, spray rate, flow volume, and composition) of the process fluid along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. In one aspect, the surface of the substrate is uniformly exposed to the process fluid following rotationally directed reorientation of the vertical stack of process fluid, whereby the process fluid is uniformly distributed over the substrate surface.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.Other features and advantages of the invention will be apparent from the description and claims.

도 1을 참조하면, 기판(12)을 처리하기 위한 시스템(10)은 가열 램프 조립체(16)에 의해 수냉된 석영 윈도우를 통해 방사식으로 가열되는 처리 챔버(14)를 포함할 수도 있다. 기판(12)의 둘레 에지는 약 120rpm(분당 회전수)의 속도로 회전될 수 있는 회전가능한 지지구조물(20)에 의해 지지되어 있으며, 이러한 지지구조물(20)은 바람직하게는 약 50 내지 120rpm의 속도로 회전하며, 보다 바람직하게는 약 90rpm의 속도로 회전한다. 기판(12) 아래에는 반사판 조립체(22)가 설치되어 있는데, 이러한 반사판 조립체(22)는 기판(12)의 유효 방사율을 강화시키기 위해 기판(12)의 후방측부에 접하는 광학 반사면을 갖추고 있다. 반사판 조립체는 니켈 도금된 알루미늄으로 제조될 수도 있다. 8인치(200mm)의 실리콘 웨이퍼를 처리하도록 구성된 시스템에서, 반사판 조립체(22)는 약 8.9인치의 직경을 가지고 있으며, 기판(12)과 반사판 조립체(22)의 상부면 사이의 거리는 약 5 내지 10mm이며, 기판(12)과 석영 윈도우(18) 사이의 거리는 약 25mm이다. 12인치(300mm)의 실리콘 웨이퍼를 처리하도록 구성된 시스템에서, 반사판 조립체(22)는 약 13인치의 직경을 가지며, 기판(12)과 반사판 조립체(22) 사이의 거리는 약 18mm이며, 기판(12)과 석영 윈도우(18) 사이의 거리는 약 30mm이다. 반사판 조립체(22)는 수냉식 베이스(23) 상에 장착되어 있는데, 이러한 베이스(23)는 일반적으로 약 23℃의 온도로 유지된다. 기판(12)은 포트(21)를 통해 처리 챔버 내로 적재된다(도 3).Referring to FIG. 1, the system 10 for processing a substrate 12 may include a processing chamber 14 that is radially heated through a quartz window that is water cooled by the heat lamp assembly 16. The peripheral edge of the substrate 12 is supported by a rotatable support structure 20 that can be rotated at a speed of about 120 rpm (rotation per minute), which support structure 20 is preferably between about 50 and 120 rpm. Rotate at a speed, more preferably at a speed of about 90 rpm. A reflector plate assembly 22 is provided below the substrate 12, which has an optical reflecting surface in contact with the rear side of the substrate 12 to enhance the effective emissivity of the substrate 12. The reflector plate assembly may be made of nickel plated aluminum. In a system configured to process an 8 inch (200 mm) silicon wafer, the reflector plate assembly 22 has a diameter of about 8.9 inches and the distance between the substrate 12 and the top surface of the reflector plate assembly 22 is about 5-10 mm. The distance between the substrate 12 and the quartz window 18 is about 25 mm. In a system configured to process a 12 inch (300 mm) silicon wafer, the reflector plate assembly 22 has a diameter of about 13 inches, the distance between the substrate 12 and the reflector plate assembly 22 is about 18 mm, and the substrate 12 And the distance between the quartz window 18 is about 30 mm. The reflector plate assembly 22 is mounted on a water cooled base 23, which base 23 is generally maintained at a temperature of about 23 ° C. The substrate 12 is loaded into the processing chamber through the port 21 (FIG. 3).

기판(12)의 국부 영역에서의 온도는 기판에 걸쳐서 상이한 방사형 위치에서의 기판 온도를 측정하도록 위치된 다수의 온도 탐침(24)에 의해 측정된다. 온도 탐침(24)은 반사판 조립체(22)의 상부면을 통해 연장하는 광학 포트(25,26,27)를 통해 처리 챔버 내로부터 광을 수신한다(처리 시스템(10)은 총 10개의 탐침을 가질 수도 있는데, 도 1에는 3개만이 도시되어 있다). 반사판 표면에서, 각각의 광섬유(31)는 약 0.08인치의 직경을 가질 수도 있다. 사파이어 광 파이프(29)는 광학 포트에 의해 수신된 광을 각각의 광학 검출기(예컨대, 파이로미터)로 이송하기 위해 광섬유(31)에 연결되어 있는데, 광학 검출기는 기판(12)의 국부 영역에서의 온도를 측정하는데 사용된다. 광학 검출기로부터의 온도 측정은 가열 램프 조립체(16)의 방사 출력을 제어하는 제어기(28)에 의해 수신되며, 피이드백 루프는 기판(12)을 균일하게 가열할 수 있도록 처리 시스템의 성능을 개선시킨다.The temperature at the local region of the substrate 12 is measured by a plurality of temperature probes 24 positioned to measure the substrate temperature at different radial positions across the substrate. The temperature probe 24 receives light from within the processing chamber through optical ports 25, 26, 27 extending through the top surface of the reflector assembly 22 (the processing system 10 has a total of 10 probes). Alternatively, only three are shown in FIG. 1). At the reflector plate surface, each optical fiber 31 may have a diameter of about 0.08 inches. A sapphire light pipe 29 is connected to the optical fiber 31 to transfer the light received by the optical port to each optical detector (eg, pyrometer), which is located in the local region of the substrate 12. Used to measure the temperature of The temperature measurement from the optical detector is received by a controller 28 that controls the radiated output of the heating lamp assembly 16, and the feedback loop improves the performance of the processing system to uniformly heat the substrate 12. .

작동시에, 유체 이송 시스템(30)은 공정 가스를 처리 챔버(14) 내로 도입하고, 회전 기판(12)을 향해 공정 가스를 진행시킨다. 공정 가스는 기판(12)의 상부면을 걸쳐서 흐르고, 가열된 기판과 반응하여 예컨대 에피택셜 실리콘 박막을 형성한다. 과도한 공정 가스 뿐만 아니라 어떤 반응 부산물(기판과 반응함으로써 발생된 염화수소와 같은)은 펌프 시스템(34)에 의해 배출 포트(32)를 통해 처리 챔버(14)로부터 배출된다.In operation, the fluid transfer system 30 introduces process gas into the processing chamber 14 and advances the process gas toward the rotating substrate 12. The process gas flows over the top surface of the substrate 12 and reacts with the heated substrate to form, for example, an epitaxial silicon thin film. Any reaction by-products (such as hydrogen chloride generated by reacting with the substrate), as well as excess process gas, are withdrawn from the processing chamber 14 through the discharge port 32 by the pump system 34.

도 2에 도시된 바와 같이, 기판을 처리하는 동안, 반응성 종(38)(즉, 트리클로로실라인 또는 디클로로실레린)을 포함하는 공정 가스(36)는 기판(12)의 표면 위로 흐르며, 기판 표면과 접촉하기 전에 박막(40)(즉, 에피택셜 실리콘)을 형성하도록 경계층(42)을 통해 확산하여야 한다. 반응성 종(38)이 기판 표면과 반응한 후에, 일반적으로 반응 부산물(44)이 생성된다. 반응 부산물(44)은 배출구(32)를 향해 공정 가스(36)의 흐름에 의해 씻겨진다. 기판 표면 상에서 박막(40)이 성장하는 속도는 다른 인자들 중에서도 반응성 종(38)이 확산되어야 하는 경계층의 두께와 반응 영역에서의 기판의 온도에 의존한다. 반응 속도 제한 체계에서, 박막 성장의 균일성은 기판 표면에 걸친 온도 균일성에 의해 제어된다. 이송 제한 체계에서, 박막 성장의 균일성은 기판 표면 위에 형성된 경계층의 균일성을 포함하는 기판 표면에 걸친 공정 가스 흐름의 균일성에 의해 제어된다. 이하에 상세하게 기술한 바와 같이, 실질적으로 균일한 박막 성장은 이송 제한 체계에서 이송 제한 처리 챔버 내의 기판 표면 위로 도입되는 공정 가스의 수직한 분배를 조절함으로써 달성된다.As shown in FIG. 2, during processing of the substrate, process gas 36 comprising reactive species 38 (ie, trichlorosilane or dichlorosilane) flows over the surface of the substrate 12, and the substrate Before contact with the surface, it must diffuse through the boundary layer 42 to form a thin film 40 (ie, epitaxial silicon). After reactive species 38 react with the substrate surface, reaction byproducts 44 are generally produced. Reaction byproduct 44 is washed by the flow of process gas 36 toward outlet 32. The rate at which thin film 40 grows on the substrate surface depends, among other factors, on the thickness of the boundary layer over which reactive species 38 should diffuse and the temperature of the substrate in the reaction region. In the reaction rate limiting scheme, the uniformity of thin film growth is controlled by the temperature uniformity across the substrate surface. In the transfer restriction scheme, the uniformity of thin film growth is controlled by the uniformity of the process gas flow across the substrate surface, including the uniformity of the boundary layer formed over the substrate surface. As described in detail below, substantially uniform thin film growth is achieved by controlling the vertical distribution of the process gas introduced over the substrate surface in the transfer restriction processing chamber in a transfer restriction scheme.

도 3을 참조하면, 일실시예에서, 처리 챔버(14) 내로 도입된 공정 가스의 수직한 분배는 기판이 회전하는 축선에 평행한 방향을 따라 서로 이격되어 있는 3개의 슬롯형 유체 분사기(46,48,50)를 갖춘 유체 이송 시스템에 의해 각각 도입되는 공정 가스의 특정 인자(즉, 분사 속도, 조성, 및 유량)을 선택함으로써 제어된다. 각각의 유체 분사기(46,48,50)는 (적어도 초기에)기판 표면 위로 상이한 거리에 놓인 각각의 흐름 경로(52,54,56)를 따라 처리 챔버(14) 내로 공정 가스를 도입한다. 본 명세서에서 사용된 공정 가스가 처리 챔버(14) 내로 도입되는 기판 표면 위로 거리는 유체 포트의 단부를 한정하는 표면의 중심으로부터 기판 표면을 실질적으로 포함하는 평면까지의 거리를 의미한다. 기판(12)의 회전에 의해 발생된 유체 역학은 공정 가스 흐름 경로(52,54,56)의 수직한 스택을 방향전환시키며, 기판 표면 위로 상이한 수평 위치로 공정 가스를 흐름을 분배한다. 이러한 공정 가스의 수평한 재분배는 기판(12)을 가로질러 반응성 종의 공급을 제어하기 위해 사용될 수 있다.Referring to FIG. 3, in one embodiment, the vertical distribution of process gas introduced into the processing chamber 14 is spaced from three slotted fluid injectors 46 spaced apart from each other along a direction parallel to the axis of rotation of the substrate. And controlled by selecting specific factors (i.e., injection rate, composition, and flow rate) of the process gases respectively introduced by the fluid transfer system with 48,50. Each fluid injector 46, 48, 50 introduces process gas into the processing chamber 14 along respective flow paths 52, 54, 56 that are at different distances (at least initially) over the substrate surface. As used herein, the distance over the substrate surface into which the process gas is introduced into the processing chamber 14 means the distance from the center of the surface defining the end of the fluid port to a plane substantially comprising the substrate surface. The hydrodynamics generated by the rotation of the substrate 12 redirect the vertical stack of process gas flow paths 52, 54, 56 and distribute the flow of the process gas to different horizontal positions over the substrate surface. This horizontal redistribution of process gas can be used to control the supply of reactive species across the substrate 12.

도 3의 실시예에 도시된 유체 이송 시스템은 3개의 유체 분사기를 갖추고 있다. 일반적으로, 유체 이송 시스템은 기판 표면 위로 상이한 높이에 위치된 2개 이상의 유체 분사기를 가질 수도 있으며, 상이한 처리 효과를 달성하기 위해 하나 이상의 다른 유체 분사기가 기판 위로 동일한 높이 또는 상이한 높이에 위치될 수도 있다.The fluid delivery system shown in the embodiment of FIG. 3 is equipped with three fluid injectors. In general, the fluid transfer system may have two or more fluid injectors positioned at different heights above the substrate surface, and one or more other fluid injectors may be positioned at the same height or different heights above the substrate to achieve different processing effects. .

도 4a는 기판 표면 위로 상이한 높이(1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 및 6.0mm)에 위치된 4개의 유체 분사기로부터 도입된 공정 가스 흐름 스트림라인의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도시하고 있다. 이러한 시뮬레이션은 0.15 in2의 흐름 면적을 갖는 유체 분사기를 통해 40 slm(standard liters per minute)로 도입된 수소 내의 트리클로로실라인의 흐름에 기초하였는데, 이 때 기판의 회전 속도는 85rpm이다. 위에서 보았을 때 기판이 반시계방향으로 회전한다고 가정하면, 공정 유체가 처리 챔버(14) 내로 도입되는 위치와 기판 표면 사이의 거리가 짧아질수록, 공정 가스 흐름 스트림라인이 회전하는 기판의 둘레 에지로 보다 많이 변위하게 된다. 기판 표면 위로 1.0mm의 거리에서 도입되는 공정 가스는 주로 기판의 둘레 에지로 공급되는 반면, 기판 표면 위로 6.0mm의 거리에서 도입되는 공정 가스는 주로 기판의 중앙 영역으로 공급된다. 기판 표면 위로 중간 위치(1.5mm 및 2.0mm)에서 도입된 공정 가스는 주로 기판의 둘레 에지와 중심 사이의 영역으로 공급된다. 따라서, 기판 표면에 걸친 공정 가스의 분배는 기판 표면 위로 상이한 거리에서 처리 챔버(14) 내로 도입되는 공정 가스의 특정 인자를 변화시킴으로써 제어될 수 있다.4A shows the results of a computer simulation of a process gas flow streamline introduced from four fluid injectors located at different heights (1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, and 6.0 mm) above the substrate surface. This simulation was based on the flow of trichlorosilline in hydrogen introduced at 40 standard liters per minute (slm) through a fluid injector with a flow area of 0.15 in 2 , with a rotational speed of 85 rpm. Assuming the substrate rotates counterclockwise when viewed from above, the shorter the distance between the substrate surface and the position at which process fluid is introduced into the process chamber 14, the process gas flow streamline is directed to the peripheral edge of the rotating substrate. More displacement. Process gas introduced at a distance of 1.0 mm above the substrate surface is mainly supplied to the peripheral edge of the substrate, while process gas introduced at a distance of 6.0 mm above the substrate surface is mainly supplied to the central region of the substrate. The process gas introduced at intermediate positions (1.5 mm and 2.0 mm) above the substrate surface is mainly fed into the region between the peripheral edge and the center of the substrate. Thus, the distribution of process gas across the substrate surface can be controlled by varying certain factors of the process gas introduced into the processing chamber 14 at different distances above the substrate surface.

도 4b는 기판 표면 위로 동일한 거리에 위치되고 서로 수평하게 이격되어 있는 6개의 유체 분사기(58∼63)로부터 공정 가스가 처리 챔버(14) 내로 도입되는 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도시하고 있다. 이러한 시뮬레이션은 기판 표면 위로 14mm의 거리에 위치되고 0.15 in2의 흐름 면적을 갖는 유체 분사기를 통해 40 slm(standard liters per minute)로 도입된 수소 내의 트리클로로실라인의 흐름에 기초하였는데, 이 때 기판의 회전 속도는 85rpm이다. 위에서 보았을 때 기판이 반시계방향으로 회전한다고 가정하면, 유체 분사기(58)로부터 도입된 공정 가스는 기판의 둘레 에지로 편향된다. 다른 유체 분사기(59∼63)로부터 도입된 공정 가스는 유체 분사기(58)로부터 기판 표면 위로 실질적인 거리로의 공정 가스 흐름에 대해 편향되고, 유체 분사기(58)로부터 도입된 공정 가스의 분배에 대한 기판 표면과의 반응에 아무런 기여를 하지 못한다. 바꾸어 말하면, 이러한 배열에서, 공정 가스와 기판 표면의 반응은 유체 분사기(58)에 의해 도입된 공정 가스의 유체 역학에 의해 주로 좌우된다. 따라서, 이러한 배열에서 기판 표면에 걸친 공정 가스의 분배에 대한 제어는 현저하게 제한된다.FIG. 4B shows the results of a computer simulation in which process gas is introduced into the processing chamber 14 from six fluid injectors 58-63 located at the same distance above the substrate surface and horizontally spaced from each other. This simulation was based on the flow of trichlorosilline in hydrogen introduced at 40 standard liters per minute (slm) through a fluid injector located at a distance of 14 mm above the substrate surface and having a flow area of 0.15 in 2 , where the substrate The rotation speed of is 85 rpm. Assuming that the substrate rotates counterclockwise when viewed from above, the process gas introduced from the fluid injector 58 is deflected to the peripheral edge of the substrate. Process gas introduced from other fluid injectors 59-63 is deflected with respect to the process gas flow from fluid injector 58 a substantial distance above the substrate surface, and the substrate for distribution of process gas introduced from fluid injector 58 No contribution to the surface reaction. In other words, in this arrangement, the reaction of the process gas with the substrate surface is largely governed by the fluid dynamics of the process gas introduced by the fluid injector 58. Thus, the control over the distribution of process gases across the substrate surface in this arrangement is significantly limited.

기판의 둘레 에지에서의 공정 가스 흐름 속도가 기판이 회전할 때의 기판의 둘레 에지의 속도와 거의 동일하도록, 공정 가스가 처리 챔버(14) 내로 도입되는 속도가 선택된다. 예컨대, 공정 가스는 기판이 회전할 때 원호를 중심으로 이동하는 기판의 둘레 영역의 속도 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 100배의 속도로 도입되며, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 10배의 속도로 도입된다. 따라서, 약 50rpm 내지 240rpm의 속도로 회전하는 300mm의 기판에 대해, 공정 가스는 약 0.008∼0.04m/s 내지 약 80∼400m/s의 흐름 속도로 도입되며, 보다 바람직하게는 약 0.08∼0.4m/s 내지 약 8∼40m/s의 흐름 속도로 도입된다. 또한, 약 90rpm의 속도로 회전하는 300mm의 기판에 대해서, 공정 가스는 약 0.15 내지 15m/s의 흐름 속도로 도입된다. 공정 가스가 처리 챔버 내로 도입되는 속도는 유체 분사기의 배출부에서 측정되며, 공정 가스의 흐름 속도 및 유체 분사기의 흐름 면적으로부터 결정될 수도 있다.The rate at which the process gas is introduced into the processing chamber 14 is selected such that the process gas flow rate at the peripheral edge of the substrate is approximately equal to the speed of the peripheral edge of the substrate when the substrate rotates. For example, the process gas is introduced at a rate of about 0.01 to 100 times more preferably, and more preferably at a rate of about 0.1 to 10 times more than the speed of the peripheral region of the substrate moving around the arc as the substrate rotates. do. Thus, for a 300 mm substrate rotating at a speed of about 50 rpm to 240 rpm, the process gas is introduced at a flow rate of about 0.008 to 0.04 m / s to about 80 to 400 m / s, more preferably about 0.08 to 0.4 m It is introduced at a flow rate from / s to about 8 to 40 m / s. Also, for 300 mm substrates rotating at a speed of about 90 rpm, the process gas is introduced at a flow rate of about 0.15 to 15 m / s. The rate at which process gas is introduced into the process chamber is measured at the outlet of the fluid injector and may be determined from the flow rate of the process gas and the flow area of the fluid injector.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 유체 이송 시스템(30)은 유체 분사기(46,48,50)의 배출부를 한정하는 면판(70)을 포함하고 있다. 유체 이송 시스템(30)은 또한 처리 챔버(14)에 부착된 플랜지(74) 및 가스 공급부로부터 공정 가스를 수용하고 균일한 공정 가스 흐름을 생성하는 블록 확산기(72)를 포함하고 있다. 공정 가스는 유체 도입부(76,78,80)를 통해 유체 분사기(46,48,50)로 각각 이송된다. 각각의 유체 분사기는 유체 도입부(76,78,80) 중 하나로부터 공정 가스를 수용하는 플레넘을 포함하고 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 공정 가스는 유체 도입부(80)로부터 다수의 오리피스(82)를 통해 플레넘(84)으로 흐르고, 최종적으로 유체 분사기(50)의 배출부를 통과한다. 면판(70)은 관통홀(86,88)을 갖추고 있으며(도 5c), 확산기(72)는 면판(70)과 확산기(72)를 플랜지(74)에 고정시키는 볼트를 수용하기 위한 관통홀(90,92)을 갖추고 있다. 300mm 직경의 실리콘 기판 상에 에피택셜 실리콘을 성장시키기 위해 구성된 처리 챔버에서, 오리피스(82)는 약 0.0062인치의 직경 "d"를 가지며, 유체 분사기(46,48,50)의 배출부는 약 1.467인치의 확대된 길이 "t" 및 약 0.17인치의 폭 "w"을 가지며, 약 0.05인치의 거리 "s" 만큼 이격되어 있다. 300mm 직경의 실리콘 기판 상에 에피택셜 실리콘을 성장시키기 위해 구성된 다른 실시예에서, 오리피스(82)는 약 0.062인치의 직경을 가지며, 유체 분사기(46,48,50)의 배출부는 약 1.25인치의 확대된 길이 및 약 0.14인치의 폭을 가지며, 약 0.08인치의 거리 만큼 이격되어 있다.5A-5C, the fluid delivery system 30 includes a face plate 70 that defines the outlet of the fluid injectors 46, 48, 50. The fluid transfer system 30 also includes a flange 74 attached to the process chamber 14 and a block diffuser 72 that receives process gas from the gas supply and produces a uniform process gas flow. Process gases are delivered to fluid injectors 46, 48, and 50 through fluid introduction portions 76, 78, and 80, respectively. Each fluid injector includes a plenum that receives process gas from one of the fluid introduction portions 76, 78, 80. As shown in FIG. 5B, process gas flows from the fluid inlet 80 through the plurality of orifices 82 to the plenum 84 and finally through the outlet of the fluid injector 50. The face plate 70 has through holes 86 and 88 (FIG. 5C), and the diffuser 72 has a through hole for accommodating a bolt for fixing the face plate 70 and the diffuser 72 to the flange 74. 90,92). In a processing chamber configured to grow epitaxial silicon on a 300 mm diameter silicon substrate, the orifice 82 has a diameter "d" of about 0.0062 inches and the outlet of the fluid injectors 46, 48, 50 is about 1.467 inches It has an enlarged length "t" and a width "w" of about 0.17 inches and is spaced apart by a distance "s" of about 0.05 inches. In another embodiment configured to grow epitaxial silicon on a 300 mm diameter silicon substrate, the orifice 82 has a diameter of about 0.062 inches and the outlets of the fluid injectors 46, 48, 50 are enlarged by about 1.25 inches. It is about 0.14 inches in length and is spaced about 0.08 inches apart.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 유체 분사기는 상이한 흐름 면적을 갖는 배출부를 가질 수 있다. 이에 의해, 기판 표면 위로 상이한 거리에서의 유량이 용이하게 제어될 수 있다. 예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이, 면판(106)에 한정된 유체 분사기(100,102,104)의 배출부는 동일한 폭 칫수와 상이한 확대 길이 칫수를 가질 수 있다. 300mm 직경의 실리콘 기판 상에 에피택셜 실리콘을 성장시키기 위해 구성된 처리 챔버에서, 유체 분사기(100,102,104)의 배출부는 약 0.07인치의 폭 칫수 "w1"을 가지며, 각각 약 0.5인치, 약 0.9인치, 및 약 1.25인치의 길이 칫수 "t1", "t2", 및 "t3"를 갖는다. 배출부는 약 0.15인치의 거리 "s1" 만큼 이격되어 있다. 이와 반대로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 면판(116)에 한정된 유체 분사기(110,112,114)의 배출부는 동일한 길이 칫수와 상이한 폭 칫수를 가질 수 있다. 300mm 직경의 실리콘 기판 상에 에피택셜 실리콘을 성장시키기 위해 구성된 공정 챔버에서, 유체 분사기(110,112,114)의 배출부는 약 1.25인치의 길이 칫수 "t4"를 가지며, 각각 약 0.135인치, 약 0.09인치, 및 약 0.045인치의 폭 칫수 "w2", "w3", 및 "w4"를 갖는다. 유체 분사기(110,112)의 배출부는 약 0.11인치의 거리 "s2" 만큼 이격되어 있으며, 유체 분사기(112,114)의 배출부는 약 0.15인치의 거리 "s3" 만큼 이격되어 있다.6A and 6B, fluid injectors may have outlets with different flow areas. By this, the flow rates at different distances above the substrate surface can be easily controlled. For example, as shown in FIG. 6A, the outlets of the fluid injectors 100, 102, 104 defined in the face plate 106 may have the same width dimension and different length of extension dimensions. In a processing chamber configured to grow epitaxial silicon on a 300 mm diameter silicon substrate, the outlets of the fluid injectors 100, 102, 104 have a width dimension "w1" of about 0.07 inches, each about 0.5 inches, about 0.9 inches, and about Have length dimensions "t1", "t2", and "t3" of 1.25 inches. The outlets are spaced about 0.15 inches apart, "s1". In contrast, as shown in FIG. 6B, the outlets of the fluid injectors 110, 112, 114 defined in the face plate 116 may have the same length dimension and different width dimensions. In a process chamber configured for growing epitaxial silicon on a 300 mm diameter silicon substrate, the outlets of the fluid injectors 110, 112, 114 have a length dimension "t4" of about 1.25 inches, respectively, about 0.135 inches, about 0.09 inches, and about 0.045 inch width dimensions "w2", "w3", and "w4". The outlets of the fluid injectors 110, 112 are spaced apart by a distance "s2" of about 0.11 inch, and the outlets of the fluid injectors 112, 114 are spaced apart by a distance "s3" of about 0.15 inch.

도 6c를 참조하면, 유체 분사기(120,122)는 기판 표면 위로 상이한 거리에 위치된 흐름 경로를 따라 공정 유체를 처리 챔버(14) 내로 도입하도록 배열되어 있다. 유체 분사기(120,122)는 기판이 회전하는 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 이격되어 있다. 유체 분사기(124,126,128,130)는 유체 분사기(120)와 같이 기판(12)의 표면 위로 동일한 거리에서 공정 유체를 도입하도록 배열되어 있다.Referring to FIG. 6C, fluid injectors 120, 122 are arranged to introduce process fluid into the processing chamber 14 along flow paths located at different distances above the substrate surface. The fluid injectors 120, 122 are spaced along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis on which the substrate is rotated. The fluid injectors 124, 126, 128, 130 are arranged to introduce the process fluid at the same distance over the surface of the substrate 12 as the fluid injector 120.

작동시에, 공정 가스의 특정 인자들은 회전 축선에 실질적으로 평행한 방향을 따라 제어될 수 있다. 이들 인자들은 기판 표면에 걸쳐서 균일한 공정 가스 분배가 이루어지도록 상이한 방식으로 제어될 수 있다. 공정 가스는 상이한 유체 분사기를 통해 상이한 흐름 속도 또는 상이한 유량, 또는 이들 모두의 조건에서 도입될 수 있다.In operation, certain factors of the process gas can be controlled along a direction substantially parallel to the axis of rotation. These factors can be controlled in different ways such that uniform process gas distribution is achieved across the substrate surface. Process gases may be introduced through different fluid injectors at different flow rates or at different flow rates, or both.

상이한 유체 분사기를 통해 도입된 공정 가스는 또한 상이한 조성을 가질 수 있다. 예컨대, 희석 가스(즉, 수소, 헬륨, 및 아르곤)이 하나 이상의 유체 분사기로 공급된 반응성 가스 종에 부가될 수 있으며, 희석되지 않은 공정 가스는 기판 표면에 걸쳐 균일한 성장 속도가 달성되도록 다른 유체 분사기로 공급될 수 있다. 도 6c의 실시예에서, 반응성 공정 가스는 유체 분사기(120,124,126,128,130)을 통해 도입될 수 있으며, 불활성 공정 가스는 유체 분사기(122)를 통해 도입될 수 있다. 이러한 유체 도입 방식은 공정 가스가 기판 표면 위로 동일한 거리에 위치된 유체 분사기의 수평한 어레이로부터 도입될 때 웨이퍼의 둘레 에지에서 실험적으로 관찰된 박막 성장 속도의 증가를 보상하는 것으로 밝혀졌다.Process gases introduced through different fluid injectors may also have different compositions. For example, diluent gases (ie, hydrogen, helium, and argon) may be added to the reactive gas species supplied to one or more fluid injectors, and the undiluted process gas may be added to other fluids to achieve a uniform growth rate across the substrate surface. It can be supplied to the injector. In the embodiment of FIG. 6C, reactive process gas may be introduced through fluid injectors 120, 124, 126, 128, 130, and inert process gas may be introduced through fluid injector 122. This fluid introduction scheme has been found to compensate for the increase in experimentally observed thin film growth rate at the circumferential edge of the wafer when the process gas is introduced from a horizontal array of fluid injectors located at the same distance above the substrate surface.

도 7을 참조하면, 실선은 동일한 반응성 가스 종(수소 캐리어 내의 트리클로로실라인)이 유체 분사기(120,124,126,130)로부터 도입되고 유체 분사기(122)를 통해 어떠한 공정 가스도 흐르지 않을 때 얻어지는 박막 성장 균일성을 나타낸다. 점선은 동일한 반응성 가스 종(수소 캐리어 내의 트리클로로실라인)이 유체 분사기(120,124,126,128,130)으로부터 처리 챔버(14) 내로 도입되고 또한 불활성 공정 가스(수소)가 유체 분사기(122)로부터 처리 챔버(14) 내로 도입될 때 얻어지는 개선된 박막 성장 균일성을 나타낸다. 도 4a에 도시된 흐름 스트림라인에 기초하여, 수소 가스 흐름은 기판의 둘레 에지로 편향되며, 이에 의해 둘레 에지에서의 박막 성장 속도가 느려지도록 반응성 가스 농도를 희석되는 것으로 여겨진다.Referring to FIG. 7, the solid line shows the thin film growth uniformity obtained when the same reactive gas species (trichlorosilane in the hydrogen carrier) is introduced from the fluid injectors 120, 124, 126 and 130 and no process gas flows through the fluid injector 122. Indicates. Dotted lines indicate that the same reactive gas species (trichlorosilane in the hydrogen carrier) are introduced from the fluid injectors 120, 124, 126, 128, 130 into the processing chamber 14 and inert process gas (hydrogen) from the fluid injector 122 into the processing chamber 14. Improved thin film growth uniformity obtained when introduced. Based on the flow streamline shown in FIG. 4A, it is believed that the hydrogen gas flow is deflected to the circumferential edge of the substrate, thereby diluting the reactive gas concentration to slow the film growth rate at the circumferential edge.

따라서, 본 명세서에 개시된 장치 및 방법은 기판이 회전되는 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 하나 이상의 공정 유체의 특정 인자(즉, 분사 속도, 유량, 및 조성)에 대해 선택적인 제어를 제공한다. 일양태에서, 기판의 표면은 공정 유체의 수직한 스택의 회전 유도 재배향에 따라 공정 유체에 균일하게 노출되며, 이에 의해 공정 유체는 기판 표면에 걸쳐서 균일하게 분배된다.Thus, the devices and methods disclosed herein are selective for certain factors (ie, spray rate, flow rate, and composition) of one or more process fluids along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis on which the substrate is rotated. Provide control. In one aspect, the surface of the substrate is uniformly exposed to the process fluid following rotationally induced reorientation of the vertical stack of process fluid, whereby the process fluid is uniformly distributed over the substrate surface.

다른 실시예들은 청구범위의 범위 내에 있다.Other embodiments are within the scope of the claims.

Claims (27)

기판 처리 장치로서,As a substrate processing apparatus, 공정 챔버와,Process chamber, 상기 공정 챔버 내에 위치되고 회전 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전가능한 기판 지지물과, 그리고A rotatable substrate support located in the process chamber and configured to rotate the substrate about an axis of rotation, and 공정 유체를 상기 처리 챔버 내로 도입하고 상기 회전 축선에 대해 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 상기 공정 유체의 하나 이상의 특정 인자를 선택적으로 제어하도록 구성되고 배치된 유체 이송 시스템을 포함하는 장치.An apparatus comprising a fluid transfer system configured and arranged to introduce process fluid into the processing chamber and to selectively control one or more specific factors of the process fluid along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation . 제 1항에 있어서, 상기 유체 이송 시스템은 공정 유체를 상기 처리 챔버 내로 도입하기 위한 다수의 유체 분사기를 포함하는 장치.The apparatus of claim 1, wherein the fluid transfer system comprises a plurality of fluid injectors for introducing process fluid into the processing chamber. 제 1항에 있어서, 상기 유체 이송 시스템은,The fluid transport system of claim 1, wherein 상기 기판 표면을 실질적으로 포함하는 기준 평면 위로 제 1거리에 위치되고 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 1유체 분사기와, 그리고A first fluid injector positioned at a first distance over a reference plane substantially comprising the substrate surface and configured and arranged to introduce a process fluid into the processing chamber; and 상기 기준 평면 위로 상기 제 1거리 보다 더 큰 제 2거리에 위치되고 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 2유체 분사기를 포함하는 장치.And a second fluid injector positioned and arranged to introduce a process fluid into the processing chamber at a second distance greater than the first distance above the reference plane. 제 3항에 있어서, 상기 제 1유체 분사기는 제 1위치로부터 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치되어 있으며, 상기 제 2유체 분사기는 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 상기 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 상기 처리 챔버 내로 유체를 도입하도록 구성되고 배치되어 있는 장치.4. The method of claim 3, wherein the first fluid injector is configured and arranged to introduce process fluid into the processing chamber from a first position, the second fluid injector being substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. And configured to introduce fluid into the processing chamber from a second location spaced from the first location along a direction. 제 2항에 있어서, 상기 유체 분사기 중 하나 이상이 확대된 칫수를 갖는 유체 포트를 포함하는 장치.3. The apparatus of claim 2, wherein at least one of the fluid injectors comprises a fluid port having an enlarged dimension. 제 3항에 있어서, 상기 유체 분사기 중 하나 이상이 슬롯형 유체 포트를 포함하는 장치.4. The apparatus of claim 3, wherein at least one of the fluid injectors comprises a slotted fluid port. 제 3항에 있어서, 상기 제 1유체 분사기는 특정한 흐름 면적을 갖는 제 1유체 포트를 갖추고 있고, 상기 제 2유체 분사기는 상이한 특정 흐름 면적을 갖는 제 2유체 포트를 갖추고 있는 장치.4. The apparatus of claim 3, wherein the first fluid injector has a first fluid port having a specific flow area and the second fluid injector is equipped with a second fluid port having a different specific flow area. 제 7항에 있어서, 상기 제 2유체 포트의 특정한 흐름 면적은 상기 제 1유체 포트의 특정한 흐름 면적 보다 큰 장치.8. The apparatus of claim 7, wherein the specific flow area of the second fluid port is greater than the specific flow area of the first fluid port. 제 3항에 있어서, 상기 기준 평면 위로 상기 제 2거리 보다 큰 제 3거리에 위치되고 상기 처리 챔버 내로 유체를 도입하도록 구성되고 배열된 제 3유체 분사기를 더 포함하는 장치.4. The apparatus of claim 3, further comprising a third fluid injector positioned and arranged to introduce fluid into the processing chamber at a third distance greater than the second distance above the reference plane. 제 9항에 있어서, 상기 제 1유체 분사기, 상기 제 2유체 분사기, 및 상기 제 3유체 분사기는 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 이격되어 있는 장치.10. The apparatus of claim 9, wherein the first fluid injector, the second fluid injector, and the third fluid injector are spaced along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. 제 9항에 있어서, 상기 제 1유체 분사기, 상기 제 2유체 분사기, 및 상기 제 3유체 분사기는 각각 상이한 흐름 면적을 갖는 유체 포트를 갖추고 있는 장치.10. The apparatus of claim 9, wherein the first fluid injector, the second fluid injector, and the third fluid injector are each equipped with fluid ports having different flow areas. 기판 처리 장치로서,As a substrate processing apparatus, 처리 챔버와,Processing chamber, 상기 공정 챔버 내에 위치되고 회전 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전가능한 기판 지지물과, 그리고A rotatable substrate support located in the process chamber and configured to rotate the substrate about an axis of rotation, and 제 1위치로부터 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 1유체 분사기 및 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 상기 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 상기 처리 챔버 내로 상기 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 2유체 분사기를 갖춘 유체 이송 시스템을 포함하는 장치.The first fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid into the processing chamber from a first position and from a second position spaced from the first position along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation; And a fluid transfer system having a second fluid injector constructed and arranged to introduce said process fluid into a processing chamber. 기판 처리 장치로서,As a substrate processing apparatus, 처리 챔버와,Processing chamber, 상기 공정 챔버 내에 위치되고 회전 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전가능한 기판 지지물과, 그리고A rotatable substrate support located in the process chamber and configured to rotate the substrate about an axis of rotation, and 제 1위치로부터 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 1유체 분사기 및 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 상기 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 2유체 분사기를 갖춘 유체 이송 시스템을 포함하며,The first fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid into the processing chamber from a first position and from a second position spaced from the first position along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation; A fluid transfer system having a second fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid into the processing chamber, 상기 제 1 및 제 2유체 분사기는 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 평행한 각각의 라인을 따라 각각의 길이 칫수에 의해 특징화된 각각의 배출부를 갖추고 있으며, 상기 제 2유체 분사기의 길이 칫수가 상기 제 1유체 분사기의 길이 칫수 보다 큰 장치.The first and second fluid injectors have respective outlets characterized by respective length dimensions along each line parallel to a plane perpendicular to the axis of rotation, the length dimension of the second fluid injector being A device larger than the length dimension of the first fluid injector. 기판 처리 장치로서,As a substrate processing apparatus, 처리 챔버와,Processing chamber, 상기 공정 챔버 내에 위치되고 회전 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전가능한 기판 지지물과, 그리고A rotatable substrate support located in the process chamber and configured to rotate the substrate about an axis of rotation, and 제 1위치로부터 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 1유체 분사기 및 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 상기 제 1위치로부터 이격된 제 2위치로부터 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하도록 구성되고 배치된 제 2유체 분사기를 갖춘 유체 이송 시스템을 포함하며,The first fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid into the processing chamber from a first position and from a second position spaced from the first position along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation; A fluid transfer system having a second fluid injector constructed and arranged to introduce process fluid into the processing chamber, 상기 제 1 및 제 2유체 분사기는 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 수직한 각각의 라인을 따라 각각의 폭 칫수에 의해 특징화된 각각의 배출부를 갖추고 있으며, 상기 제 2유체 분사기의 폭 칫수가 상기 제 1유체 분사기의 폭 칫수 보다 큰 장치.The first and second fluid injectors have respective outlets characterized by respective width dimensions along each line perpendicular to the plane perpendicular to the axis of rotation, the width dimension of the second fluid injector being Apparatus larger than the width dimension of said first fluid injector. 기판 처리 장치로서,As a substrate processing apparatus, 처리 챔버와,Processing chamber, 상기 공정 챔버 내에 위치되고 회전 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전가능한 기판 지지물과, 그리고A rotatable substrate support located in the process chamber and configured to rotate the substrate about an axis of rotation, and 상기 기판 표면을 실질적으로 포함하는 기준 평면 위로 제 1거리에 위치된 제 1유체 분사기 및 상기 기준 평면 위로 상기 제 1거리 보다 더 큰 제 2거리에 위치된 다수의 다른 분사기들을 갖춘 유체 이송 시스템을 포함하는 장치.A fluid delivery system having a first fluid injector positioned at a first distance above a reference plane that substantially includes the substrate surface and a plurality of other injectors positioned at a second distance that is greater than the first distance above the reference plane. Device. 기판 처리 방법으로서,As a substrate processing method, 회전 축선을 중심으로 처리 챔버 내의 기판을 회전시키는 단계와,Rotating the substrate in the processing chamber about an axis of rotation; 상기 처리 챔버 내로 공정 유체를 도입하는 단계와, 그리고Introducing a process fluid into the processing chamber, and 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 상기 공정 유체의 하나 이상의 특정 인자를 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 방법.Selectively controlling one or more specific factors of the process fluid along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. 제 15항에 있어서, 상기 공정 가스의 특정 인자는,The method of claim 15, wherein the specific factor of the process gas, 상기 기판 표면을 실질적으로 포함하는 기준 평면 위로 제 1거리 만큼 이격된 위치로부터 상기 처리 챔버 내로 제 1공정 유체를 도입하는 단계 및 상기 제 1거리 보다 큰 제 2거리 만큼 상기 기준 평면 위로 이격된 위치로부터 상기 처리 챔버 내로 제 2공정 유체를 도입하는 단계에 의해 선택적으로 제어되는 방법.Introducing a first process fluid into the processing chamber from a position spaced a first distance above a reference plane that substantially includes the substrate surface and from a position spaced above the reference plane by a second distance greater than the first distance And optionally controlled by introducing a second process fluid into the processing chamber. 제 16항에 있어서, 상기 제 1공정 유체가 상기 회전 축선에 수직한 평면에 대해 실질적으로 수직한 방향을 따라 상기 처리 챔버 내로 도입되는 위치로부터 이격된 위치로부터 상기 제 2공정 유체가 상기 처리 챔버 내로 도입되는 방법.17. The process chamber of claim 16 wherein the second process fluid is introduced into the process chamber from a position spaced apart from the position at which the first process fluid is introduced into the process chamber along a direction substantially perpendicular to a plane perpendicular to the axis of rotation. How it is introduced. 제 16항에 있어서, 상기 제 1공정 가스는 상기 제 2공정 유체와 실질적으로 동일한 조성을 갖는 방법.The method of claim 16, wherein the first process gas has a composition substantially the same as the second process fluid. 제 16항에 있어서, 상기 제 1공정 가스는 상기 제 2공정 유체와 상이한 조성을 갖는 방법.17. The method of claim 16, wherein the first process gas has a different composition than the second process fluid. 제 16항에 있어서, 상기 제 1공정 유체는 소정 농도의 반응성 종을 포함하며, 상기 제 2공정 유체는 보다 큰 농도의 동일한 반응성 종을 포함하는 방법.18. The method of claim 16, wherein the first process fluid comprises a predetermined concentration of reactive species and the second process fluid comprises a greater concentration of the same reactive species. 제 20항에 있어서, 상기 제 1공정 유체는 희석제를 포함하는 방법.21. The method of claim 20, wherein said first process fluid comprises a diluent. 제 16항에 있어서, 상기 제 2공정 유체는 반응성 종을 포함하며, 상기 제 1공정 유체는 실질적으로 어떠한 반응성 종도 포함하지 않는 방법.The method of claim 16, wherein the second process fluid comprises reactive species and the first process fluid comprises substantially no reactive species. 제 16항에 있어서, 상기 기판이 회전할 때, 상기 제 1공정 유체 및 상기 제 2공정 유체는 기판의 둘레 영역이 원호를 따라 이동하는 속도의 약 0.01 내지 100배의 유속으로 도입되는 방법.The method of claim 16, wherein when the substrate is rotated, the first process fluid and the second process fluid are introduced at a flow rate of about 0.01 to 100 times the speed at which the circumferential region of the substrate moves along an arc. 제 16항에 있어서, 상기 기판은 약 50rpm 내지 240rpm의 속도로 회전되는 방법.The method of claim 16, wherein the substrate is rotated at a speed of about 50 rpm to 240 rpm. 제 16항에 있어서, 상기 제 1공정 유체 및 상기 제 2공정 유체는 약 0.15m/s 내지 15m/s의 유속으로 상기 처리 챔버 내로 도입되는 방법.The method of claim 16, wherein the first process fluid and the second process fluid are introduced into the processing chamber at a flow rate between about 0.15 m / s and 15 m / s. 제 16항에 있어서, 상기 제 1공정 유체 및 상기 제 2공정 유체는 약 0.4m/s 내지 8m/s의 유속으로 상기 처리 챔버 내로 도입되는 방법.The method of claim 16, wherein the first process fluid and the second process fluid are introduced into the processing chamber at a flow rate between about 0.4 m / s and 8 m / s.
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