KR20170048578A - 분위기 에피택셜 퇴적 챔버 - Google Patents

분위기 에피택셜 퇴적 챔버 Download PDF

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폴 브릴하트
조세프 엠. 라니시
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데니스 엘. 데마르스
사티시 쿠푸라오
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Abstract

본 명세서에 설명된 실시예들은 에피택셜 퇴적 챔버들 및 그것의 컴포넌트들을 개시한다. 일 실시예에서, 챔버는 처리 영역에 위치된 기판 지지체, 복수의 복사 에너지 소스를 포함하는 복사 에너지 어셈블리, 상부 라이너와 하부 라이너를 갖는 라이너 어셈블리, 및 기판 지지체와 복사 에너지 어셈블리 사이에 위치된 돔 어셈블리를 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 에피택셜 퇴적 챔버들은, 스루풋을 유지하고 비용을 감소시키고 신뢰가능하게 균일한 퇴적 생성물을 제공하면서 더 큰 기판들의 처리를 허용한다.

Description

분위기 에피택셜 퇴적 챔버{ATMOSPHERIC EPITAXIAL DEPOSITION CHAMBER}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 반도체 제조 프로세스들에서 이용되는 에피택셜 퇴적 챔버에 관한 것이다.
반도체 디바이스들을 제조하기 위한 현대의 프로세스들은 높은 레벨의 디바이스 성능, 제품 수율 및 전체 제품 품질을 달성하기 위해 많은 프로세스 파라미터들의 정밀한 조정을 요구한다. 에피택셜("EPI") 막 성장을 이용하여 기판들 상에 반도체성 층들을 형성하는 것을 포함하는 프로세스들에 있어서, 다른 프로세스 파라미터들 중에서, 기판 온도, 프리커서 재료들의 압력들 및 유량들, 형성 시간, 및 기판 주위의 가열 요소들 간의 전력의 분배를 포함하는 다수의 프로세스 파라미터가 주의깊게 제어되어야 한다.
기판당 디바이스들의 개수뿐만 아니라, 디바이스들의 수율을 증가시키기 위한 계속적인 요구가 있다. 디바이스 형성을 위해 더 큰 표면적을 갖는 기판들을 이용하면, 기판당 디바이스들의 개수가 증가한다. 그러나, 기판의 표면적을 증가시키면 다수의 프로세스 파라미터 이슈가 생성된다. 예를 들어, 더 큰 기판 크기들을 수용하기 위한 챔버 컴포넌트들의 단순한 스케일업은 바람직한 결과들을 달성하기에 충분하지 않은 것으로 밝혀졌다.
따라서, 더 큰 이용가능한 표면적을 갖는 기판 상에서 반도체성 층들의 균일한 퇴적을 제공하는 개선된 EPI 프로세스 챔버가 필요하다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 에피택셜 퇴적 챔버들 및 그것의 컴포넌트들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 챔버는 처리 영역에 위치된 기판 지지체; 복수의 복사 에너지 소스를 포함하는 복사 에너지 어셈블리; 상부 라이너와 하부 라이너를 갖는 라이너 어셈블리; 기판 지지체와 복사 에너지 어셈블리 사이에 위치된 돔 어셈블리; 및 라이너 어셈블리에 유체 연결된 주입 인서트를 포함할 수 있고, 돔 어셈블리는 상부 돔과 하부 돔을 포함하고, 상부 돔은, 폭 및 윈도우 곡률을 갖는 볼록한 중앙 윈도우 부분 - 곡률 반경 대 폭의 비율에 의해 정의되는 윈도우 곡률은 적어도 10:1임 -; 및 평면 상부 표면, 평면 하부 표면 및 경사진 플랜지 표면을 갖는 주변 플랜지를 포함하고, 주변 플랜지는 중앙 윈도우 부분의 둘레에서 중앙 윈도우 부분에 맞물리고, 경사진 플랜지 표면은 평면 상부 표면으로부터 측정될 때 35도 미만의 제1 각도를 갖는 제1 표면을 가지며, 돔 어셈블리와 라이너 어셈블리는 처리 영역의 경계들을 형성한다.
다른 실시예에서, 챔버는 기판 지지체; 및 기판 지지체와 복사 에너지 어셈블리 사이에 위치된 돔 어셈블리를 포함할 수 있고, 기판 지지체는 포켓을 둘러싸는 외측 주변 에지 - 포켓은 외측 주변 에지로부터 리세싱되는 오목한 표면을 가짐 -; 및 외측 주변 에지와 포켓 사이에 배치된 경사진 지지 표면 - 경사진 지지 표면은 외측 주변 에지의 수평 표면에 대해 기울어짐 - 을 갖고, 돔 어셈블리는 상부 돔과 하부 돔을 포함하고, 상부 돔은, 폭, 높이 및 윈도우 곡률을 갖는 볼록한 중앙 윈도우 부분 - 폭 대 높이의 비율에 의해 정의되는 윈도우 곡률은 적어도 10:1임 -; 및 평면 상부 표면, 평면 하부 표면 및 경사진 플랜지 표면을 갖는 주변 플랜지를 포함하고, 주변 플랜지는 중앙 윈도우 부분의 둘레에서 중앙 윈도우 부분에 맞물리고, 경사진 플랜지 표면은 평면 상부 표면과 35도 미만의 제1 각도를 형성하는 제1 표면을 갖는다.
다른 실시예에서, 챔버는 라이너 어셈블리; 및 라이너 어셈블리와 유체 연결된 주입 인서트를 포함할 수 있고, 라이너 어셈블리는 외측 표면과 내측 표면을 갖는 원통형 바디 - 외측 표면은 반도체 프로세스 챔버의 둘레보다 작은 외측 둘레를 갖고, 내측 표면은 프로세스 용적의 벽들을 형성함 -; 원통형 바디와 관련하여 형성된 복수의 가스 통로; 복수의 가스 통로의 반대편에 위치된 배기 포트; 배기 포트에 평행하지 않게 위치된 직교류 포트(crossflow port); 및 직교류 포트로부터 분리되어 위치된 열 감지 포트를 포함하고, 주입 인서트는, 라이너 어셈블리와 연결하기 위한 내측 연결 표면, 및 가스 전달 디바이스와 연결하기 위한 외부 표면을 갖는 모놀리식 바디(monolithic body); 모놀리식 바디를 통하여 형성된 복수의 주입 포트; 및 복수의 주입 유입구(inject inlets) - 복수의 주입 유입구 각각은 복수의 주입 포트 중 적어도 하나와 연결됨 - 를 포함하고, 각각의 주입 포트는 내부 연결 표면과 외부 표면에 개구를 형성하고, 복수의 주입 포트는, 복수의 주입 포트 중의 제1 개수의 주입 포트를 갖는 제1 구역, 복수의 주입 포트 중의 제2 개수의 주입 포트를 갖는 제2 구역 - 제2 개수의 주입 포트는 제1 개수의 주입 포트와는 상이함 -, 및 복수의 주입 포트 중의 제3 개수의 주입 포트를 갖는 제3 구역 - 제3 개수의 주입 포트는 제1 개수의 주입 포트 및 제2 개수의 주입 포트와는 상이함 - 을 적어도 생성한다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 에피택셜 퇴적 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 2는 다른 실시예에 따른 라이너 어셈블리를 갖는 후면 가열 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 상부 라이너의 상부도를 도시한다.
도 3b는 도 3a의 실시예들에 따른 상부 라이너의 측면도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 하부 라이너의 상부도 및 측면도를 도시한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 하부 라이너의 상부도를 도시한다.
도 6a는 일 실시예에 따른 주입 인서트의 개략도를 도시한다.
도 6b는 일 실시예에 따른 주입 인서트의 측면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 주입 인서트와 가스 라인 조합의 절단 부감도(cut away overhead view)이다.
도 8은 일 실시예에 따른 다중 계층 주입 인서트(multi-tier inject insert)의 측면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 기판 지지체의 개략적인 등축도이다.
도 10은 도 9의 기판 지지체의 단면도이다.
도 11은 도 10의 기판 지지체의 확대 단면도이다.
도 12는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예비가열 링의 개략적인 등축도이다.
도 13은 도 12의 예비가열 링의 단면도이다.
도 14는 도 13의 예비가열 링의 확대 단면도이다.
도 15a는 일 실시예에 따른 상부 돔의 개략도를 도시한다.
도 15b는 일 실시예에 따른 상부 돔의 측면도이다.
도 15c는 일 실시예에 따른 주변 플랜지와 중앙 윈도우 부분 사이의 연결의 상세도를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 도면들은 일정한 비율로 그려지지는 않으며, 명료성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다고 고려된다.
다음의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 개시내용의 철저한 이해를 제공하기 위해서 다수의 특정 상세가 제시된다. 일부 경우에, 본 개시내용을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해서 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은 상세하게 도시되는 것이 아니라 블록도 형태로 도시된다. 이러한 실시예들은 본 기술분야의 통상의 기술자가 본 개시내용을 실시하는 것을 가능하게 하도록 충분히 상세하게 설명되고, 다른 실시예들이 이용될 수 있다는 점, 및 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않으면서 논리적, 기계적, 전기적 및 다른 변경들이 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 분위기 에피택셜 퇴적 챔버 및 그것의 컴포넌트들을 설명한다. 본 명세서에 개시되는 예시적인 컴포넌트들은, 램프 모듈들과 반사기들을 포함하는 열원들, 상부 돔과 하부 돔을 포함하는 돔 어셈블리들, 라이너들, 주입 인서트들, 기판 지지체 및 예비가열 링들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 명세서에 설명된 분위기 퇴적 챔버들은 아래에 설명되는 실시예들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일례에서, 분위기 퇴적 챔버는, 아래에 설명되는 바와 같이, 램프 모듈들과 반사기들을 포함하는 열원들, 및 상부 돔과 하부 돔을 포함하는 돔 어셈블리들을 포함한다. 다른 예에서, 분위기 퇴적 챔버는 아래에 설명되는 바와 같이 라이너들, 주입 인서트들, 기판 지지체 및 예비가열 링들을 포함한다. 도 1 내지 도 15c를 참조하여 설명된 바와 같은 이점들은 각각의 설명된 실시예들 중 하나 이상을 부분적으로 또는 완전하게 통합함으로써 분위기 에피택셜 퇴적 챔버들에 통합될 수 있다. 본 개시내용의 다양한 실시예들은 아래에 더 상세하게 논의된다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 에피택셜 퇴적 챔버(100)의 개략적인 단면도를 예시한다. 에피택셜 퇴적 챔버가 도시되어 있지만, 화학 기상 증착 챔버 또는 급속 열 처리 챔버와 같은 다른 챔버들도 본 개시내용의 실시예들에 의해 또한 혜택을 받을 수 있다. 예를 들어 200mm, 300mm 또는 450mm의 직경을 갖는 얇은 실리콘 웨이퍼일 수 있는 기판(103)은 챔버(100) 내에 장착되는 기판 지지체(105) 상에 지지된다. 기판 지지체(105)는 예를 들어 흑연, 실리콘 탄화물 또는 실리콘 탄화물로 코팅된 흑연으로 이루어질 수 있고, 비교적 낮은 열 질량을 갖도록 얇은 디스크의 형태로 되어 있다. 기판 지지체(105)는 처리될 기판의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 450mm 기판에 대해, 기판 지지체(105)는 약 450mm 이상의 직경을 가질 것이다. 대표적인 직경들은 460mm 내지 550mm일 수 있다.
챔버(100) 내에서 발생되는 복사 패턴들을 추가로 설명하기 위해, 기판 지지체(105)는 3개의 영역, 즉 중앙 영역(20), 주변부 영역(40) 및 중간 반경 영역(mid-radius region)(30)으로 분할된다. 이러한 영역들은 동심이며 대칭 축(115)에 대해 대칭적이다. 중앙 영역(20)은 기판 지지체(105)의 가장 중심 부분에 있는 원형 영역을 설명한다. 주변부 영역(40)은 기판 지지체(105)의 외측 에지를 따른 환형 영역을 설명한다. 중간 반경 영역(30)은, 중앙 영역(20)의 최외측 경계와 주변부 영역(40)의 가장 중심 경계에 의해 경계가 정해지는, 기판 지지체(105)의 중심과 에지 사이의 대략 중간에 있는 환형 영역을 설명한다. 기판 지지체(105)와 관련하여 설명되지만, 중앙 영역(20), 중간 반경 영역(30) 및 주변부 영역(40)은 예를 들어 챔버(100) 내에서의 처리 동작들 동안에서와 같이 기판 지지체(105) 상에 배치된 기판(103)에 적용가능하다.
예를 들어 석영과 같은 투명 재료로 이루어진 상부 윈도우(107)가 기판 지지체(105) 및 기판(103)의 최상부 표면을 인클로징하는 한편, 하부 윈도우(109)가 그것의 최하부 표면을 인클로징한다. 단순화된 개략적인 형태로 예시되어 있는 베이스 플레이트들(111)이 상부 및 하부 윈도우(107 및 109)를 접합하여 기밀 접합부(gas-tight joint)를 형성하기 위해 이용된다.
동작 시에, 프로세스 및 세정/퍼징 가스들은 베이스 플레이트들(111) 내에 형성된 포트들을 통해 챔버(100) 내로 제공된다. 가스들은 챔버(100)의 일 측 상의 유입 포트를 통해 챔버(100)에 들어가고, 실질적으로 층류로 기판 지지체(105) 및 기판(103)을 가로질러 유동한 다음, 유입 포트의 반대편에 있는 배기 포트를 통해 빠져나간다.
하부 윈도우(109)의 넥(113) 내에서, 기판 지지체(105)에 부착되고 기판 지지체를 지지하는 축(115)을 따라 지지 샤프트(117)가 상향 연장된다. 샤프트(117) 및 기판 지지체(105)는 처리 동작들 동안 모터(도시되지 않음)에 의해 회전될 수 있다.
챔버(100)의 반응기 가열기 시스템은 하부 열원(119) 및 상부 열원(121)을 포함한다. 상부 열원(121) 및 하부 열원(119)은, 챔버(100) 내에서 수행되는 처리 동작들 동안, 가열을 위해, 기판(103) 및 기판 지지체(105)를 각각 커버하는 상부 윈도우(107) 및 하부 윈도우(109)에 인접하여 위치된다. 하부 열원(119)은 복사 램프들(127)의 내측 어레이(160), 복사 램프들(127)의 외측 어레이(180), 및 내측 어레이(160)와 외측 어레이(180) 사이에 배치된 복사 램프들(127)의 중간 어레이(170)를 포함한다. 복사 램프들(127)은 예를 들어 약 1.25 인치의 직경 및 약 4 인치의 길이를 갖는 2kW 텅스텐 필라멘트 적외선 전구들일 수 있다. 대안적으로, 복사 램프들(127)은 약 섭씨 200도 내지 약 섭씨 1600도의 범위 내의 온도로 기판(103)을 가열할 수 있는 임의의 적합한 가열 요소일 수 있다. 복사 램프들(127)을 위한 전기적 인터페이싱은 소켓들(129)에 의해 제공된다. 대표적인 450mm 기판들에 대해, 도 1의 챔버(100)에서 이용되는 내측 어레이(160)를 위한 복사 램프들(127)의 개수는 약 8개 내지 약 16개, 예를 들어 12개일 수 있고, 중간 어레이(170)를 위한 복사 램프들(127)의 개수는 약 24개 내지 약 40개, 예를 들어 약 32개일 수 있고, 외측 어레이(180)를 위한 복사 램프들(127)의 개수는 약 32개 내지 약 52개, 예를 들어 약 44개일 수 있다. 내측 어레이(160), 중간 어레이(170) 및 외측 어레이(180)는 동심의 환형 배열로 되어 있고, 각각은 챔버(100)의 둘레 주위에 동등하게 이격된 복사 램프들을 갖는다.
하부 열원(119)은 외측 어레이(180) 내의 복사 램프들(127)에 의해 발생되는 복사의 방향성(directivity)을 증대시키기 위한 반사 표면(147)뿐만 아니라, 복사 램프들(127)의 기계적 부착을 제공하는 외측 반사기(145)와 같은 복수의 반사기를 또한 포함한다. 반사기들은 상부 열원(121)을 위해 적응될 수 있다. 도 1의 챔버(100)에 대해, 외측 반사기(145)는 약 4.5 인치 내지 약 7.2 인치 높이일 수 있고, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 황동과 같은 강성의 열적으로 내구성있는 재료로 형성될 수 있다. 추가적으로, 외측 반사기(145)의 반사 표면들은 금이나 구리와 같이 복사에 대해 양호한 반사 품질들을 갖는 재료로 코팅될 수 있다.
내측 어레이(160)는 외측 어레이(180)보다 작은 직경을 갖는다. 내측 어레이(160)는 기판(103) 또는 기판 지지체(105)의 중앙 부분을 둘러싼다. 외측 어레이(180)는 기판(103) 및 기판 지지체(105)의 주변부를 둘러싸고, 이와 같이 대략 기판(103) 및 지지체(105) 둘 다의 직경만큼 크거나 그보다 큰 직경을 갖는다. 중간 어레이(170)는 내측 어레이(160)의 주변부를 둘러싸고, 외측 어레이(180)보다 작은 직경을 갖는다. 복사 램프들(127)의 내측, 중간 및 외측 어레이는 기판(103) 및 기판 지지체(105)에 실질적으로 평행한 평면들 내에 배치되고, 기판 및 기판 지지체로부터 수직으로 배치되어, 복사 에너지 어셈블리를 생성한다. 예를 들어 450mm 직경들을 갖는 기판들을 처리하도록 설계된 챔버(100)에서, 내측 어레이(160)는 기판 지지체(105)로부터 약 15-18 인치에 배치될 수 있고, 약 220mm 내지 280mm의 직경을 가질 수 있다. 중간 어레이(170)는 기판 지지체(105)로부터 약 12-14 인치에 배치될 수 있고, 약 300mm 내지 360mm의 직경을 가질 수 있다. 외측 어레이(180)는 기판 지지체(105)로부터 약 8-11 인치에 배치될 수 있고, 약 380mm 내지 480mm의 직경을 가질 수 있다. 이러한 직경들, 및 램프 어레이와 기판 지지체 사이의 거리는 예시적이며, 응용에 종속하여 달라질 수 있다.
예시적인 라이너 어셈블리
아래에 논의되는 실시예들은 반도체 프로세스 시스템들에서 이용하기 위한 라이너를 설명한다. 라이너는 더 큰 유동 구역성(flow zonality)을 허용하기 위해 적어도 6개의 구역을 포함하는 직교류 설계를 통합한다. 또한, 라이너와 관련하지만 라이너로부터 분리되어 온도 감지 디바이스가 이용되어, 라이너들의 교환의 더 큰 용이성, 더 복원력있는 라이너 및 감소된 비용을 허용한다. 또한, 중심선으로부터 중심을 벗어난 직교류 포트의 위치지정(예를 들어, 0도 위치가 아닌 위치)은 유동의 구역들 사이의 간격에서의 증가된 가변성을 허용한다.
도 2는 다른 실시예에 따른 라이너 어셈블리(1250)를 갖는 가열 프로세스 챔버(1200)의 개략적인 단면도를 예시한다. 일례에서, 이것은 후면 가열 프로세스 챔버일 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들로부터 혜택을 받도록 적응될 수 있는 프로세스 챔버의 일례는 캘리포니아주 산타 클라라에 위치된 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 에피(Epi) 프로세스 챔버이다. 다른 제조자들로부터의 처리 챔버들을 포함하여 다른 처리 챔버들도 본 실시예들을 실시하도록 적응될 수 있다고 고려된다.
프로세스 챔버(1200)는, 기판(1208)의 상부 표면 상의 재료의 퇴적을 포함하여, 하나 이상의 기판을 처리하는데 이용될 수 있다. 프로세스 챔버(1200)는, 다른 컴포넌트들 중에서, 프로세스 챔버(1200) 내에 배치된 기판(1208)의 후면 또는 기판 지지체(1206)의 후면(1204)을 가열하기 위한 복사 램프들(1202)의 어레이와 같은 프로세스 챔버 가열 디바이스를 포함할 수 있다. 기판 지지체(1206)는 도시된 바와 같이 디스크-유사 기판 지지체(1206)일 수 있거나, 기판을 기판의 에지로부터 지지하는 링-유사 기판 지지체일 수 있거나, 또는 최소 접촉 포스트들 또는 핀들에 의해 기판을 최하부로부터 지지하는 핀형 지지체일 수 있다.
본 실시예에서, 기판 지지체(1206)는 프로세스 챔버(1200) 내에서 상부 돔(1214)과 하부 돔(1212) 사이에 위치된 것으로 도시되어 있다. 상부 돔(1214) 및 하부 돔(1212)은, 상부 돔(1214)과 하부 돔(1212) 사이에 배치되는 베이스 링(1218)과 함께, 프로세스 챔버(1200)의 내부 영역을 정의할 수 있다. 기판(1208)은 로딩 포트를 통해 프로세스 챔버(1200) 내로 이동되어 기판 지지체(1206) 상에 위치될 수 있으며, 이 로딩 포트는 도 2의 도면에서는 기판 지지체(1206)에 의해 가려져 있다.
베이스 링(1218)은 일반적으로 로딩 포트, 프로세스 가스 유입구(1236) 및 가스 유출구(1242)를 포함할 수 있다. 베이스 링(1218)은, 프로세스 가스 유입구(1236) 및 가스 유출구(1242) 각각 상의 단측들과 로딩 포트 상의 장측을 갖는 대체로 타원(oblong) 형상을 가질 수 있다. 베이스 링(1218)은, 로딩 포트, 프로세스 가스 유입구(1236) 및 가스 유출구(1242)가 서로에 대해 약 90도로 각도 오프셋되는 한, 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 로딩 포트는 프로세스 가스 유입구(1236)와 가스 유출구(1242) 사이의 측부에 위치될 수 있고, 프로세스 가스 유입구(1236) 및 가스 유출구(1242)는 베이스 링(1218) 상에서 서로 대향하여 배치된다. 다양한 실시예들에서, 로딩 포트, 프로세스 가스 유입구(1236) 및 가스 유출구(1242)는 서로에 대해 정렬되며, 챔버(1200)의 기준 평면(basis plane)에 대해 실질적으로 동일한 레벨에 배치된다. "위에(above)", "아래에(below)", "최상부(top)", "최하부(bottom)", "상부(upper)", "하부(lower)" 등과 같은 단어들은 절대적인 방향들에 대한 언급들이 아니라, 챔버(1200)의 기준 평면에 대한 것이다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "반대편(opposite)"이라는 용어는 A와 B 사이에 연장되는 참조 평면(reference plane) P에 대해 A가 B의 반대편에 있도록 수학적 용어들로 정의된다. 반대편은 일반적으로 의도되며, 따라서 명백하게 언급되지 않는 한, A와 B가 정확히 반대편에 있는 것을 요구하지는 않는다.
기판 지지체(1206)는 상승된 처리 위치에 있는 것으로 도시되어 있지만, 리프트 핀들(1205)이 하부 돔(1212)에 접촉하고 기판 지지체(1206) 내의 홀들을 통하여 그리고 중앙 샤프트(1216)를 따라 연장되고 기판(1208)을 기판 지지체(1206)로부터 상승시키는 것을 허용하기 위해서 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 처리 위치 아래에 있는 로딩 위치까지 수직으로 병진 이동될 수 있다. 다음에, 로봇(도시되지 않음)이 프로세스 챔버(1200)에 들어가서, 기판(1208)에 맞물리고, 로딩 포트를 통하여 프로세스 챔버로부터 기판을 제거할 수 있다. 다음에, 기판 지지체(1206)는, 기판(1208)의 디바이스 측(1217)을 위로 향하게 한 채로 기판을 기판 지지체(1206)의 정면(front side)(1210) 상에 배치하기 위해서 처리 위치까지 상향으로 작동될 수 있다.
기판 지지체(1206)는, 처리 위치에 위치되어 있는 동안, 프로세스 챔버(1200)의 내부 용적을, 기판 위에 있는 처리 영역(1220) 및 기판 지지체(1206) 아래에 있는 퍼지 가스 영역(1222)으로 분할한다. 기판 지지체(1206)는, 프로세스 챔버(1200) 내에서의 열 및 프로세스 가스 유동의 공간적 비정상(thermal and process gas flow spatial anomalies)의 영향을 최소화하고, 그에 의해 기판(1208)의 균일한 처리를 용이하게 하기 위해서, 처리 동안 중앙 샤프트(1216)에 의해 회전될 수 있다. 기판 지지체(1206)는 중앙 샤프트(1216)에 의해 지지되고, 중앙 샤프트는 기판(1208)의 로딩 및 언로딩 동안에 그리고 일부 경우들에서는 기판의 처리 동안에 기판(1208)을 상하 방향으로 이동시킨다. 기판 지지체(1206)는, 램프들(1202)로부터의 복사 에너지를 흡수하고 이 복사 에너지를 기판(1208)에 지향시키기 위해서 실리콘 탄화물 또는 실리콘 탄화물로 코팅된 흑연으로 형성될 수 있다.
일반적으로, 상부 돔(1214)의 중앙 윈도우 부분 및 하부 돔(1212)의 최하부는 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료(optically transparent material)로 형성된다. 상부 돔(1214)의 곡도(degree of curvature) 및 두께는 프로세스 챔버에서의 유동 필드의 균일성을 조작하도록 구성될 수 있다.
램프들(1202)은, 프로세스 가스가 위로 지나갈 때 기판(1208)의 다양한 영역들에서 온도를 독립적으로 제어함으로써 기판(1208)의 상부 표면 상으로의 재료의 퇴적을 용이하게 하기 위해서, 중앙 샤프트(1216) 주위에서, 특정 방식으로 하부 돔(1212)에 인접하여 하부 돔 아래에 배치될 수 있다. 램프들(1202)은 약 섭씨 200도 내지 약 섭씨 1600도의 범위 내의 온도로 기판(1208)을 가열하기 위해 이용될 수 있다. 여기서 상세하게 논의되지는 않지만, 퇴적된 재료는 실리콘, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 도핑된 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 도핑된 실리콘 게르마늄, 갈륨 비화물, 갈륨 질화물 또는 알루미늄 갈륨 질화물을 포함할 수 있다.
프로세스 가스 공급 소스(1234)로부터 공급된 프로세스 가스는 베이스 링(1218)의 측벽에 형성된 프로세스 가스 유입구(1236)를 통하여 처리 영역(1220) 내로 도입된다. 프로세스 가스 유입구(1236)는 라이너 어셈블리(1250)를 통하여 형성된 복수의 가스 통로(1254)를 통해 프로세스 가스 영역에 연결된다. 프로세스 가스 유입구(1236), 라이너 어셈블리(1250) 또는 이들의 조합은 대체로 방사상 내측일 수 있는 방향으로 프로세스 가스를 지향시키도록 구성된다. 막 형성 프로세스 동안, 기판 지지체(1206)는, 프로세스 가스 유입구(1236)에 인접하며 프로세스 가스 유입구와 대략 동일한 높이에 있을 수 있는 처리 위치에 위치되어, 프로세스 가스가 기판(1208)의 상부 표면을 가로질러 유동 경로(1238)를 따라 상방으로 그리고 주변으로(up and round) 유동할 수 있게 한다. 프로세스 가스는 프로세스 챔버(1200)에서 프로세스 가스 유입구(1236)의 반대측에 위치된 가스 유출구(1242)를 통하여 (유동 경로(1240)를 따라) 처리 영역(1220)에서 빠져나간다. 가스 유출구(1242)를 통한 프로세스 가스의 제거는 가스 유출구에 결합된 진공 펌프(1244)에 의해 용이하게 될 수 있다.
퍼지 가스 소스(1224)로부터 공급된 퍼지 가스는 베이스 링(1218)의 측벽에 형성된 퍼지 가스 유입구(1226)를 통하여 퍼지 가스 영역(1222)에 도입된다. 퍼지 가스 유입구(1226)는 라이너 어셈블리(1250)를 통해 퍼지 가스 영역에 연결된다. 퍼지 가스 유입구(1226)는 프로세스 가스 유입구(1236) 아래의 높이에 배치된다. 원형 쉴드(1252)가 이용되는 경우, 원형 쉴드(1252)는 프로세스 가스 유입구(1236)와 퍼지 가스 유입구(1226) 사이에 배치될 수 있다. 어느 경우에도, 퍼지 가스 유입구(1226)는 대체로 방사상 내측 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성된다. 원하는 경우, 퍼지 가스 유입구(1226)는 상측 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성될 수 있다. 막 형성 프로세스 동안, 기판 지지체(1206)는, 퍼지 가스가 기판 지지체(1206)의 후면(1204)을 가로질러 유동 경로(1228)를 따라 하방으로 그리고 주변으로(down and round) 유동하도록 하는 위치에 위치된다. 임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 퍼지 가스의 유동은, 프로세스 가스의 유동이 퍼지 가스 영역(1222)에 진입하는 것을 방지 또는 실질적으로 회피하거나 퍼지 가스 영역(1222)(즉, 기판 지지체(1206) 아래의 영역)에 진입하는 프로세스 가스의 확산을 감소시키는 것으로 여겨진다. 퍼지 가스는 (유동 경로(1230)를 따라) 퍼지 가스 영역(1222)에서 빠져나가고, 프로세스 챔버(1200)에서 퍼지 가스 유입구(1226)의 반대측에 위치된 가스 유출구(1242)를 통하여 프로세스 챔버의 밖으로 배기된다.
라이너 어셈블리(1250)는 베이스 링(1218)의 내측 둘레 내에 배치되거나 이러한 내측 둘레에 의해 둘러싸일 수 있다. 라이너 어셈블리(1250)는 석영 재료로 형성될 수 있고, 일반적으로 처리 영역(1220) 및 퍼지 가스 영역(1222)에서의 상태들로부터 프로세스 챔버(1200)의 벽들을 차폐한다. 금속성일 수 있는 벽들은 프리커서들과 반응하여, 처리 용적에서 오염을 야기시킬 수 있다. 기판(1208)의 통과를 허용하기 위해서 개구가 라이너 어셈블리(1250)를 통하여 배치되고 로딩 포트와 정렬될 수 있다. 라이너 어셈블리(1250)는 단일 부분으로서 도시되어 있지만, 라이너 어셈블리(1250)는 복수의 부분으로 형성될 수 있다고 고려된다. 도 2에 도시된 라이너 어셈블리(1250)는 상부 라이너(1300) 및 하부 라이너(1400)로 구성되고, 이들은 도 3 및 도 4에서 더 상세하게 설명된다.
도 3a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 상부 라이너(1300)의 상부도를 도시한다. 상부 라이너(1300)는 상부 바디(1301)를 포함하고, 상부 바디는 내측 표면(1302) 및 내측 표면(1302)의 반대편에 있는 외측 표면(1304)을 갖는다. 복수의 상부 유입구(1308)가 바디(1301)의 외측 표면(1304)을 통하여 형성된다. 배기 포트(1310)가 복수의 상부 유입구(1308)의 반대편에 형성된다. 상부 직교류 포트(1312)가 복수의 상부 유입구(1308)와 배기 포트(1310) 사이에 형성된다.
복수의 상부 유입구(1308)는 상부 바디(1301)에 형성된 리세스들 또는 홈들로서 설명될 수 있다. 여기에는 복수의 상부 유입구(1308)가 실질적으로 직사각형이며 서로에 평행한 것이 도시되어 있다. 복수의 상부 유입구(1308)는, 사용자의 요구, 유동 역학 또는 다른 파라미터들에 기초하여, 수량, 크기 및 형상이 달라질 수 있다. 여기에는 열세(13)개의 상부 유입구(1308)가 상부 바디(1301)에 형성되는 것이 도시되어 있다. 복수의 상부 유입구(1308)는 처리 영역(1220)에서 복수의 유동 구역을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 3b는 도 3a의 실시예들에 따른 상부 라이너(1300)의 측면도를 도시한다. 복수의 상부 유입구(1308)는 프로세스 가스 공급 소스(1234)로부터 처리 영역(1220)으로 가스 유동을 전달한다. 도 3b는 상부 유입 돌출부(1320) 및 배기 돌출부(1322)와 같은 복수의 상부 돌출부를 추가로 도시한다. 상부 유입 돌출부(1320) 및 배기 돌출부(1322)는 상부 라이너의 임의의 위치에 형성된 추가 돌출부들을 동반할 수 있다. 또한, 상부 유입 돌출부(1320), 배기 돌출부(1322) 또는 둘 다는 상부 바디(1301) 상의 상이한 위치들에서 상부 돌출부들로 교체되거나, 배제될 수 있다. 상부 유입 돌출부(1320) 및 배기 돌출부(1322)는 아래에 설명되는 하부 라이너(1400)와 관련한 상부 라이너(1300)의 적절한 위치지정을 돕는다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 하부 라이너(1400)를 도시한다. 하부 라이너(1400)는 내측 표면(1402)과 외측 표면(1404)을 갖는 하부 바디(1401)를 포함한다. 내측 표면(1402)은, 내측 표면(1302)과 함께, 처리 영역(1220)과 퍼지 가스 영역(1222)의 경계들을 형성한다. 복수의 하부 유입구(1408)가 바디(1401)의 외측 표면(1404)을 통하여 형성된다. 프로세스 가스 공급 소스(1234)로부터 공급된 가스는 복수의 하부 유입구(1408)를 통하여 처리 영역(1220) 내로 도입된다.
복수의 하부 유입구(1408)는 하부 바디(1401)의 외부(exterior)를 통하여 방사상으로 위치된다. 복수의 하부 유입구(1408)는 하나 이상의 개별 가스 유동을 전달할 수 있다. 여기에는 열세(13)개의 하부 유입구(1408)가 하부 바디(1401)에 형성되는 것이 도시되어 있다. 그러나, 하나 이상의 실시예에서는 더 많거나 더 적은 유입구들이 이용될 수 있다. 하부 유입구들은 복수의 유동 구역을 생성하도록 위치 및 배향될 수 있다. 유동 구역들은 하부 유입구들(1408) 및 상부 유입구들(1308)을 통해 전달되는 바와 같은 상이한 가스 유동의 영역들이다. 더 많은 구역들을 생성함으로써, 기판에 걸친 가스 전달은 더 적은 유동 구역들을 이용하는 것보다 더 튜닝가능하다.
복수의 하부 유입구(1408)는 속도, 밀도 또는 조성과 같은 가변 파라미터들을 갖는 개별 가스 유동들을 제공하도록 구성될 수 있다. 복수의 하부 유입구(1408)는 대체로 방사상 내측 방향으로 프로세스 가스를 지향시키도록 구성되며, 이 가스는 처리 영역의 중앙 영역에 전달된다. 복수의 하부 유입구(1408) 각각은 프로세스 가스 공급 소스(1234)로부터의 가스의 속도, 밀도, 방향 및 위치와 같은 하나 이상의 파라미터를 조정하기 위해 이용될 수 있다. 복수의 하부 유입구(1408)는 배기 포트(1410)의 바로 맞은 편에 위치되고, 직교류 포트(1412)로부터 적어도 25도 떨어져 위치된다. 일 실시예에서, 직교류 포트는 이등분선(1340)으로부터 측정될 때 0도 위치에 위치된다. 복수의 하부 유입구(1408)는 정중선(1350)과 이등분선(1340) 사이에서 측정될 때 90도에 위치될 수 있다. 배기 포트(1410)는 정중선(1350)과 이등분선(1340) 사이에서 측정될 때 270도에 위치될 수 있다.
도 4b에는 하부 라이너(1400)의 하부 연결 표면(1420)이 도시되어 있다. 하부 연결 표면(1420)은 상부 연결 표면(1324)을 위한 수용 표면을 제공한다. 이와 같이, 하부 연결 표면(1420)은, 하부 연결 표면(1420)이 상부 연결 표면(1324)과 적절하게 정합될 수 있도록 홈들, 평탄한 영역들 또는 다른 영역들을 가질 수 있다. 여기에는 유입구 홈(1424)이 복수의 하부 유입구(1408)에서 하부 연결 표면(1420)을 통하여 형성되는 것이 도시되어 있다. 챔버에 접촉하고 하부 라이너(1400)를 지지하는 하부 표면(1422)이 추가로 도시되어 있다.
하부 라이너(1400)와 상부 라이너(1300)는 라이너 어셈블리(1250)를 생성하기 위해 결합된다. 일 실시예에서, 상부 연결 표면(1324)은 하부 연결 표면(1420)과 관련하여 배치된다. 상부 연결 표면(1324)은 하부 연결 표면(1420)의 적어도 일부와 밀봉부(seal)를 형성한다. 상부 연결 표면(1324)이 하부 연결 표면(1420)과 관련하여 배치될 때, 복수의 하부 유입구(1408)는 상부 라이너(1300)의 복수의 상부 유입구(1308)를 통해 가스 유동을 전달하도록 상향으로 연장된다. 따라서, 가스 유동은 처리 영역(1220)으로 재지향된다. 동등한 개수의 하부 유입구들(1408) 및 상부 유입구들(1308)이 도시되었지만, 하부 유입구들(1408)의 개수 및 위치지정은 도시된 것과 상이할 수 있거나 또는 상부 유입구들(1308)과 비교하여 상이할 수 있다.
상부 직교류 포트(1312)는 직교류 포트를 생성하기 위해 하부 직교류 포트(1412)와 결합한다. 직교류 포트는 복수의 가스 통로(1254)로부터의 가스의 유동에 실질적으로 수직인 가스 유동을 전달할 수 있다. 직교류 포트의 위치는 복수의 상부 유입구(1308), 상부 직교류 포트(1312), 하부 직교류 포트(1412), 상부 배기 포트(1310), 하부 직교류 포트(1412) 또는 이들의 조합과 동일 평면 상에 있을 수 있다. 직교류 포트의 배향은 복수의 가스 통로(1254)로부터의 유동에 실질적으로 수직이며 이러한 유동과 교차할 수 있다(예를 들어, x 및 y 평면에서 수직이며 z 평면에서 교차함). 다른 실시예에서, 직교류 포트는 복수의 가스 통로(1254)로부터의 가스 유동으로부터의 평면에서 벗어나서 가스를 전달하도록 배향된다(예를 들어, x 및 y 평면에서 수직이며 z 평면에서 교차하지 않음).
열 감지 포트(1414)가 하부 바디(1401)에 위치될 수 있다. 열 감지 포트(1414)는 프로세스 챔버(1200)를 위한 열 감지 디바이스, 예컨대 열전쌍(thermocouple)을 하우징할 수 있다. 열 감지 포트(1414)는, 기판의 온도 및 프로세스 가스들로부터의 퇴적이 미세 튜닝될 수 있도록 처리 동안 온도 측정을 허용한다. 열 감지 포트(1414)는 하부 직교류 포트(1412) 근처에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 열 감지 포트(1414)는, 외측 둘레에서, 도 4b에 도시된 이등분선(1440)으로부터 측정될 때 5도 위치에 위치된다. 열 감지 포트(1414)와 직교류 포트(1412)의 조합은 비정상적인 마모를 생성할 수 있다고 여겨진다. 열 감지 포트(1414)를 직교류 포트(1412)로부터 분리함으로써, 이 조합에 관련된 비정상적인 마모가 회피될 수 있다.
처리 동안, 기판 지지체(1206)는, 복수의 가스 통로에 인접하며 복수의 가스 통로와 대략 동일한 높이에 있는 처리 위치에 위치되어, 가스가 기판 지지체의 상부 표면을 가로질러 유동 경로를 따라 상방으로 그리고 주변으로 유동하는 것을 허용할 수 있다. 직교류 포트(1412)는, 제2 가스 유동이 복수의 가스 통로에 의해 생성되는 유동 영역들 중 적어도 하나와 교차하도록, 복수의 가스 통로의 유동을 가로질러 제2 가스 유동을 전달한다. 프로세스 가스는 바디(1401)를 통하여 형성된 배기 포트(1410)를 통해 처리 영역에서 빠져나간다. 배기 포트(1410)를 통한 프로세스 가스의 제거는 배기 포트에 결합된 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 용이하게 될 수 있다. 복수의 가스 통로 및 배기 포트(1410)가 서로에 대해 정렬되며 대략 동일한 높이에 배치되므로, 이러한 평행 배열은 기판에 걸쳐 대체로 평면의 균일한 가스 유동을 가능하게 하는 것으로 여겨진다. 또한, 기판 지지체를 통한 기판의 회전에 의해 반경방향 균일성이 제공될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 하부 라이너(1500)를 도시한다. 하부 라이너(1500)는 내측 표면(1502)과 외측 표면(1504)을 갖는 하부 바디(1501)를 포함한다. 위에서와 같이, 내측 표면(1502)은, 내측 표면(1302)과 함께, 처리 영역(1220)과 퍼지 가스 영역(1222)의 경계들을 형성한다. 복수의 하부 유입구(1508)가 하부 바디(1501)의 외측 표면(1504)을 통하여 형성된다. 하부 라이너(1500)는 배기 포트(1510), 하부 직교류 포트(1512) 및 열 감지 포트(1514)를 더 포함한다. 열 감지 포트(1514)는 하부 직교류 포트(1512) 근처에 위치될 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 하부 유입구(1508)는 2개의 별개의 행(row)을 갖는다. 복수의 하부 유입구(1508)를 통해 전달되는 바와 같은 2개의 별개의 가스 유동은, 2개의 별개의 가스 유동이 처리 영역(1220)으로의 전달 이전에 결합되는 것을 허용한다. 본 실시예에서, 제1 행 및 제2 행은 상부 라이너와 결합하여 생성된 동일한 채널 내로 피딩된다. 라이너 어셈블리(1250)의 가스 통로들(1254)을 통해 2개의 가스 유동을 결합함으로써, 가스들의 온도는 프로세스 챔버로의 전달 이전에 조절될 수 있고, 기판에 악영향을 미치지 않으면서 복합 화학물질들(complex chemistries)이 활성화 및 전달될 수 있으며, 프로세스 챔버 내의 유동 역학들에서의 변화가 회피될 수 있다.
본 명세서에 설명된 라이너 어셈블리는, 현재의 기판 크기들 모두, 예컨대 300mm 직경 및 450mm 직경과 같이 더 큰 직경에 대해 퇴적 균일성의 더 미세한 제어를 허용한다. 유동 구역들은 기판의 특정 영역들에서의 퇴적의 더 미세한 제어를 허용한다.
예시적인 주입 인서트들
아래에 개시되는 실시예들은 반도체 프로세스 시스템들에서 이용하기 위한 주입 인서트를 설명한다. 주입 인서트는 적어도 6개의 구역과 연결되고 이러한 구역들을 통합한다. 새롭게 생성되는 구역들은 단일 층으로 되어 있거나 다중 층으로 되어 있을 수 있다. 주입 인서트에 의해 생성되는 구역들은 프로세스 챔버 내에서의 더 큰 유동 제어를 허용한다. 유동 제어를 증가시킴으로써, 프로세스 가스 낭비를 감소시키고 제조 시간을 감소시키면서, 더 균일한 에피택셜 성장이 달성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 주입 인서트(1620)를 갖는 라이너 어셈블리(1600)를 도시한다. 도 6a는 라이너 어셈블리(1600)와 관련하여 주입 인서트(1620)의 상부도를 도시한다. 도 6b는 주입 인서트(1620)의 측면도를 도시한다. 라이너 어셈블리(1600)는 내측 표면(1604)과 외측 표면(1606)을 갖는 라이너 바디(1602)를 포함한다. 내측 표면(1604)은 도 2를 참조하여 설명된 처리 영역(1220)과 같은 처리 영역의 경계들을 형성한다. 파선 원들로서 도시되는 복수의 라이너 유입구(1608)가 라이너 바디(1602)의 내측 표면(1604)과 외측 표면(1606)을 통하여 형성된다. 주입 인서트(1620)(여기에는 2개의 주입 인서트(1620)가 도시되어 있음)는 복수의 라이너 유입구(1608)와 유체 연결된다. 가스 공급 소스로부터 공급된 가스는, 주입 인서트(1620)를 통해 그리고 다음에 복수의 라이너 유입구(1608)를 통해 처리 영역 내로 도입되고, 그에 의해 복수의 라이너 유입구(1608)는 하나 이상의 개별 가스 유동을 전달할 수 있다. 주입 인서트(1620), 복수의 라이너 유입구(1608) 또는 둘 다는 속도, 밀도 또는 조성과 같은 가변 파라미터들을 갖는 개별 가스 유동들을 제공하도록 구성될 수 있다. 복수의 라이너 유입구(1608)는 대체로 방사상 내측 방향으로 프로세스 가스를 지향시키도록 구성되며, 이 가스는 처리 영역의 중앙 영역에 전달된다. 주입 인서트(1620) 및 복수의 라이너 유입구(1608) 각각은 가스 공급 소스로부터의 가스의 속도, 밀도, 방향 및 위치와 같은 하나 이상의 파라미터를 조정하기 위해 개별적으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.
주입 인서트(1620)는 금속, 세라믹, 또는 알루미늄이나 석영과 같은 다른 불활성 조성물의 단일 부분으로 형성될 수 있다. 주입 인서트(1620)는 실질적으로 평면 상부 표면(1622) 및 실질적으로 평면 하부 표면(1624)을 가질 수 있다. 주입 인서트(1620)는 내부에 형성된 다수의 주입 포트(1626)를 가질 수 있다. 여기에는 주입 인서트(1620)의 단부 부분들이 도시되어 있고, 단순성을 위해 중간 부분들은 생략되어 있다. 본 실시예에서, 주입 인서트(1620)는 일곱(7)개의 주입 포트(1626)를 갖는 것으로서 도시되어 있다. 주입 포트들(1626)은 유량, 유동 속도 및 다른 유동 파라미터들이 제어될 수 있도록 임의의 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 또한, 복수의 주입 포트(1626)는 복수의 라이너 유입구(1608) 중 임의의 개수의 라이너 유입구와 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 라이너 유입구(1608) 중 단일 포트는 주입 포트들(1626) 중 하나보다 많은 주입 포트에 의해 서빙된다. 다른 실시예에서, 복수의 라이너 유입구(1608) 중 복수의 포트는 주입 포트들(1626) 중 단일 포트에 의해 서빙된다. 주입 인서트(1620)는 연결 표면(1628)을 갖는다. 연결 표면(1628)은, 주입 인서트(1620)를 관통하는 주입 포트들(1626)이 복수의 라이너 유입구(1608)에 대해 유체 밀봉되도록 하는 표면 곡률을 가질 수 있다. 주입 인서트(1620)는 외부 표면(1630)을 가질 수 있다. 외부 표면(1630)은 하나 이상의 가스 라인(1701) 또는 다른 가스 전달 디바이스에 연결되도록 구성될 수 있다.
주입 포트들(1626) 및 라이너 유입구들(1608)은 적어도 제1 구역, 제2 구역 및 제3 구역을 생성한다. 제1 구역은 제1 개수의 통로를 갖는다. 제2 구역은 제2 개수의 통로를 갖고, 제2 개수의 통로는 제1 개수의 통로와는 상이하다. 제3 구역은 제3 개수의 통로를 갖고, 제3 개수의 통로는 제1 개수의 통로 및 제2 개수의 통로와는 상이하다. 더 큰 기판들은, 그들의 증가된 표면적으로 인해, 프로세스 파라미터들의 더 엄격한 제어를 요구한다. 따라서, 구역들의 개수를 증가시킴으로써, 단일 구역에 의해 제어되는 면적이 감소되어, 프로세스 파라미터들의 더 미세한 튜닝을 허용한다.
도 7은 일 실시예에 따른 주입 인서트(1700)의 절단 부감도를 도시한다. 주입 인서트(1700)는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명된 주입 인서트(1620)와 동일하거나 유사한 조성을 가질 수 있다. 주입 인서트(1700)는 내부에 형성된 복수의 주입 포트(1726), 예컨대 7개의 주입 포트(1726)를 가질 수 있다. 주입 인서트(1620)와 관련하여 도시된 바와 같이, 여기에는 주입 인서트(1700)의 단부 부분들이 도시되어 있고, 단순성을 위해 중간 부분들은 생략되어 있다. 주입 인서트(1700)는, 여기에 제1 다중 연결(multi-connect) 가스 라인(1702), 제2 다중 연결 가스 라인(1704) 및 제3 다중 연결 가스 라인(1706)으로서 도시되어 있는 하나 이상의 다중 연결 가스 라인을 가질 수 있다. 다중 연결 가스 라인들(1702, 1704 및 1706)은 복수의 주입 포트(1726)(연결된 포트들(connected ports)이라고도 지칭됨) 중 하나보다 많은 주입 포트와 연결된다.
다중 연결 가스 라인들(1702, 1704 및 1706)은 상이한 가스들 또는 상이한 조건들 하의 가스들을 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 다중 연결 가스 라인(1702)은 제1 가스를 연결된 포트들에 전달하고, 제2 다중 연결 가스 라인(1704)은 제2 가스를 연결된 포트들에 전달하고, 제3 다중 연결 가스 라인(1706)은 제3 가스를 연결된 포트들에 전달한다. 제1 가스, 제2 가스 및 제3 가스는 서로 상이한 가스들일 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 다중 연결 가스 라인(1702)은 제1 압력 및/또는 제1 온도에서 연결된 포트들에 가스를 전달하고, 제2 다중 연결 가스 라인(1704)은 제2 압력 및/또는 제2 온도에서 연결된 포트들에 가스를 전달하고, 제3 다중 연결 가스 라인(1706)은 제3 압력 및/또는 제3 온도에서 연결된 포트들에 가스를 전달한다. 제1 압력, 제2 압력 및 제3 압력은 서로 상이할 수 있다. 또한, 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도도 서로 상이할 수 있다. 또한, 임의의 개수의 주입 포트들(1726)이 임의의 개수의 다중 연결 가스 라인들에 연결될 수 있다. 추가 실시예들에서, 하나 이상의 가스 라인(1701) 및/또는 다중 연결 가스 라인(1702, 1704 및 1706)은 동일한 주입 포트(1726)와 연결될 수 있다.
주입 포트들(1726) 중 하나 이상이 하나 이상의 가스 라인(1701) 및 다중 연결 가스 라인(1702, 1704 및 1706)을 통해 연결되는 것으로서 도시되어 있지만, 주입 포트들(1726)은 주입 인서트(1700) 내에서 상호연결될 수 있고, 그에 의해 다중 연결 가스 라인들(1702, 1704 및 1706) 중 하나 이상은 불필요하다. 이 경우, 주입 포트들(1726)의 그룹은 분기(branch)(1730)에 의해 도시된 바와 같이 주입 인서트(1700) 내부에서 분기할 수 있고, 그에 의해 이러한 주입 포트들(1726)의 그룹은 단일 가스 라인(1701)으로부터 가스를 수용한다.
주입 인서트(1700)는 여기에 주입 유입구들(1708a-1708g)로서 도시되어 있는 복수의 주입 유입구를 더 포함할 수 있다. 주입 유입구들(1708a-1708g)은 주입 인서트(1700)에서 대략 동등하게 이격되고 위치될 수 있다. 주입 유입구들(1708a-1708g)은 가변 폭을 가질 수 있고, 그에 의해 주입 유입구(1708a-1708g)는 비례하여 변화하는(proportionally changed) 속도로 상이한 용적의 가스를 전달한다. 표준 압력에서 2개의 주입 포트(1726)를 통해 가스를 전달할 때, 증가된 폭은, 가스를 표준 폭보다 감소된 속도로 그러나 더 큰 용적으로 처리 영역에 전달할 것으로 예상된다. 위에서와 동일한 조건들 하에서, 감소된 폭은, 가스를 표준 폭보다 증가된 속도로 그러나 더 작은 용적으로 처리 영역에 전달할 것으로 예상된다.
여기에는 주입 유입구(1708a)가 주입 포트(1726)의 폭(1712c)과 비교하여 볼 때 증가된 폭(1712a)을 갖는 것이 도시되어 있다. 또한, 주입 유입구(1708a)는 단계적인 증가(graded increase)를 가져서, 원뿔의 외양을 생성한다. 관련된 주입 포트(1726)로부터 외측으로 연장되는 파선에 의해 나타나는 바와 같이, 여기에는 주입 유입구(1708a)의 폭(1712a)의 증가가 중심선(1710)으로부터 5도의 단계적인 증가로부터 기인하는 것이 도시되어 있다. 단계적인 증가는 5도보다 더 크거나 더 작을 수 있다. 또한, 폭(1712a)에서의 증가의 형성을 위해 단계적인 증가가 필요하지는 않다. 일 실시예에서, 폭(1712a)은 단순히 주입 유입구(1708a) 이전의 지점에서 증가되어, 주입 포트(1726)에 약간 더 큰 원통을 형성한다.
중심선(1710)은 주입 포트(1726)를 참조하여서만 설명되지만, 본 명세서에 설명된 바와 같은 모든 좌우대칭(bisymmetrical) 개체들 또는 형성물들이 중심선을 갖는다는 점이 이해된다. 또한, 중심선(1710)은 주입 유입구(1708a)에 관련하여서만 도시되어 있지만, 주입 유입구들(1708a-1708g) 각각은 개별 주입 포트들(1726) 각각을 양분하는 관련된 중심선(1710)을 갖는다는 점이 이해된다.
다른 예에서, 주입 유입구(1708b)는 주입 포트들(1726)의 폭(1712c)과 비교하여 볼 때 감소된 폭(1712b)을 갖는다. 위에서와 같이, 주입 유입구(1708b)는 단계적인 감소(graded decrease)를 가져서, 거꾸로 된 원뿔의 외양을 생성한다. 관련된 주입 포트(1726)로부터 내측으로 연장되는 파선에 의해 나타나는 바와 같이, 여기에는 주입 유입구(1708b)의 감소된 폭(1712b)이 중심선(1710)으로부터 5도의 단계적인 감소로 형성되는 것이 도시되어 있다. 단계적인 감소는 5도보다 더 크거나 더 작을 수 있다.
증가된 폭(1712a), 감소된 폭(1712b), 및 관련된 단계적인 증가 및 감소가 중심선(1710)에 대해 대칭인 것으로서 도시되어 있지만, 이것은 본 명세서에 설명된 실시예들을 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 크기 및 형상의 변화는 위치 및 회전의 완전한 자유를 갖고서 생성될 수 있고, 그에 의해 가스는 최종 사용자에 의해 요구된 임의의 각도에서 임의의 방향으로 전달될 수 있다. 또한, 도 6a 및 도 6b의 라이너 유입구들(1608)은 주입 유입구들(1708a-1708g)을 참조하여 설명된 설계들을 보완하거나 복제하는 설계를 가질 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 다중 계층 주입 인서트(1800)의 측면도를 도시한다. 여기에 2개의 행의 주입 포트들(1826)을 갖는 것으로 도시되어 있는 다중 계층 주입 인서트(1800)는 하나보다 많은 행의 주입 포트들(1826)을 가질 수 있고, 그에 의해 가스는 더 균일하게 처리 영역에 전달될 수 있다. 주입 인서트(1620)와 관련하여 도시된 바와 같이, 여기에는 주입 인서트(1800)의 단부 부분들이 도시되어 있고, 단순성을 위해 중간 부분들은 생략되어 있다. 다중 계층 주입 인서트(1800)는 실질적으로 평면 상부 표면(1822) 및 실질적으로 평면 하부 표면(1824)을 가질 수 있다. 다중 계층 주입 인서트(1800)는 행마다 내부에 형성된 다수의 주입 포트(1826)를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 다중 계층 주입 인서트(1800)는 열네(14)개의 주입 포트(1826)를 갖는 것으로서 도시되어 있다. 본 실시예에서, 대응하는 행들 각각에서 이용되는 주입 포트들(1826) 각각의 개수 또는 형상은 가변 형상들, 크기들 및 위치들을 가질 수 있다.
또한, 복수의 주입 포트(1826)는 복수의 주입 유입구 중 임의의 개수의 주입 유입구와 연결될 수 있다. 도 8을 참조하여 설명된 주입 유입구들은 도 7을 참조하여 설명된 주입 유입구들(1708)과 실질적으로 유사하다. 다중 계층 주입 인서트(1800)는 연결 표면(1828)을 갖는다. 연결 표면(1828)은, 다중 계층 주입 인서트(1800)를 관통하는 주입 포트들(1826)이 아래에 설명되는 상부 라이너 및 하부 라이너에 대해 유체 밀봉되도록 하는 표면 곡률을 가질 수 있다. 다중 계층 주입 인서트(1800)는 도 7에서 설명된 바와 같은 가스 라인에 연결되도록 구성될 수 있는 외부 표면(1830)을 갖는다.
현재 세대 및 다음 세대의 반도체 디바이스들에 대해서는, 화학물질 및 가스 유동 둘 다에 대한 엄격한 제어가 요구된다. 위에서 설명된 실시예들을 이용하면, 주입 포트들로의 가스의 전달, 및 주입 유입구들을 통한 주입 포트들로부터의 가스의 유동 둘 다에 대한 제어가 증가되어, 기판의 대부분에 대한 프로세스 파라미터들의 증가된 제어를 초래할 수 있다. 챔버에 전달되는 가스들의 속도 및 후속 구역 형성의 제어를 포함하여, 프로세스 파라미터들의 증가된 제어는, 다른 이점들 중에서, 개선된 에피택셜 퇴적 및 감소된 제품 낭비(product waste)를 초래할 것이다.
예시적인 기판 지지체 및 예비가열 링
도 9는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 기판 지지체(1900)의 개략적인 등축도이다. 기판 지지체(1900)는 기판이 지지될 수 있는 리세싱된 포켓(1910)을 둘러싸는 외측 주변 에지(1905)를 포함한다. 기판 지지체(1900)는 화학 기상 증착 챔버 또는 에피택셜 퇴적 챔버와 같은 반도체 프로세스 챔버에 위치될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들을 실시하기 위해 이용될 수 있는 하나의 예시적인 프로세스 챔버가 도 1에 예시되어 있다. 리세싱된 포켓(1910)은 기판의 대부분을 수용하는 크기를 갖는다. 리세싱된 포켓(1910)은 외측 주변 에지(1905)로부터 리세싱되는 표면(2000)을 포함할 수 있다. 따라서, 포켓(1910)은 처리 동안 기판이 미끄러져 나오는 것을 방지한다. 기판 지지체(1900)는 실리콘 탄화물로 코팅될 수 있는 흑연과 같은 흑연 재료 또는 세라믹 재료로 이루어진 환형 플레이트(annular plate)일 수 있다. 리프트 핀 홀들(1903)이 포켓(1910)에 있는 것으로 도시되어 있다.
도 10은 도 9의 기판 지지체(1900)의 측단면도이다. 기판 지지체(1900)는 기판 지지체(1900)의 외측 직경으로부터 측정된 제1 치수 D1을 포함한다. 기판 지지체(1900)의 외측 직경은 도 1의 프로세스 챔버와 같은 반도체 프로세스 챔버의 내측 둘레보다 작다. 제1 치수 D1은 외측 주변 에지(1905)의 내측 직경으로부터 측정된 포켓(1910)의 제2 치수 D2보다 크다. 기판 지지체(1900)는 표면(2000)의 외측 직경과 외측 주변 에지(1905)의 내측 직경 사이에 배치된 렛지(ledge)(2100)(도 11 참조)를 포함할 수 있다. 포켓(1910)은 렛지(2100)의 내측 직경으로부터 측정된 제3 치수 D3을 또한 포함한다. 제3 치수 D3은 제2 치수 D2보다 작다. 치수들 D1, D2 및 D3 각각은 기판 지지체(1900)의 직경들일 수 있다. 일 실시예에서, 제3 치수 D3은 제2 치수 D2의 약 90% 내지 약 97%이다. 제2 치수 D2는 제1 직경 D1의 약 75% 내지 약 90%이다. 450mm 기판에 대해, 제1 치수 D1은 약 500mm 내지 약 560mm, 예컨대 약 520mm 내지 약 540mm, 예를 들어 약 535mm일 수 있다. 일 실시예에서, 포켓(1910)(즉, 치수 D2 및/또는 치수 D3)은 450mm 기판을 수용하는 크기를 가질 수 있다.
표면(2000)의 깊이 D4는 외측 주변 에지(1905)의 최상부 표면(1907)으로부터 약 1mm 내지 약 2mm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 처리 동안 새깅 기판(sagging substrate)의 밑면의 부분들이 기판 지지체에 접촉하는 것을 방지하기 위해 표면(2000)은 약간 오목하다. 표면(2000)은 약 34,000mm 내지 약 35,000mm, 예컨대 약 34,200mm 내지 약 34,300mm의 포켓 표면 반경(구면 반경(spherical radius))을 포함할 수 있다. 포켓 표면 반경은, 처리 동안, 기판이 굴곡된 때에도 기판 표면과 표면(2000)의 적어도 일부 사이의 접촉을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 리세싱된 포켓(1910)의 높이 및/또는 포켓 표면 반경은 기판 지지체(1900)에 의해 지지되는 기판의 두께에 기초하여 가변가능하다.
도 11은 도 10의 기판 지지체의 일부를 도시하는 확대 단면도이다. 외측 주변 에지(1905)는 기판 지지체의 상부 표면으로부터 돌출된다. 일부 실시예들에서, 기판을 위한 지지 표면의 일부의 역할을 하는 경사진 지지 표면(2102)이 포켓(1910)과 외측 주변 에지(1905) 사이에 배치된다. 구체적으로, 경사진 지지 표면(2102)은 외측 주변 에지(1905)의 내측 직경(즉, 치수 D2)과 렛지(2100)의 내측 직경(즉, 치수 D3) 사이에 있다. 경사진 지지 표면(2102)은, 기판의 에지가 경사진 지지 표면(2102)에 의해 지지될 때 기판과 기판 지지체(1900) 사이의 접촉 표면적을 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 외측 주변 에지(1905)의 최상부 표면(1907)은 경사진 지지 표면(2102)보다 치수 D5만큼 높고, 이 치수는 약 3mm 미만, 예컨대 약 0.6mm 내지 약 1.2mm, 예를 들어 약 0.8mm일 수 있다.
일 실시예에서, 외측 주변 에지(1905)와 경사진 지지 표면(2102)이 만나는 계면에 필렛 반경(fillet radius) "R1"이 형성된다. 필렛 반경 R1은 연속적으로 만곡되는 오목형(continuously curved concave)일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 필렛 반경 "R1"은 약 0.1 인치 내지 약 0.5 인치, 예컨대 약 0.15 인치 내지 약 0.2 인치의 범위이다.
경사진 지지 표면(2102)은 수평 표면, 예를 들어 외측 주변 에지(1905)의 최상부 표면(1907)에 대해 기울어질 수 있다. 경사진 지지 표면(2102)은 약 1도 내지 약 10도, 예컨대 약 2도 내지 약 6도로 경사질 수 있다. 경사진 지지 표면(2102)의 기울기 또는 치수를 변화시키면, 포켓(1910)의 표면(2000)과 기판의 최하부 사이의 갭의 크기, 또는 포켓(1910)에 대한 기판의 최하부의 높이가 제어될 수 있다. 도 11에 도시된 실시예에서, 단면도는 경사진 지지 표면(2102)이 필렛 반경 R1로부터 표면(2000)을 향하여 치수 D6으로 도시된 높이만큼 방사상 내측으로 연장되는 것을 도시하며, 이 치수는 약 1mm 미만일 수 있다. 경사진 지지 표면(2102)은 표면(2000)의 외측 직경에서 끝난다. 표면(2000)은 렛지(2100)의 최하부로부터 치수 D7로서 도시된 높이만큼 리세싱될 수 있다. 치수 D7은 치수 D6보다 클 수 있다. 일 실시예에서, 치수 D6은 치수 D7의 약 65% 내지 약 85%, 예를 들어 치수 D7의 약 77%이다. 다른 실시예들에서, 치수 D7은 치수 D6으로부터 약 30% 증가한다. 일례에서, 치수 D6은 약 0.05mm 내지 약 0.15mm, 예를 들어 약 0.1mm이다. 일부 실시예들에서, 최상부 표면(1907)은 약 5 Ra 내지 약 7 Ra로 조면화될 수 있다.
본 명세서에 설명된 피쳐들(예를 들어, 경사진 지지 표면 및 포켓 표면 반경)을 갖는 기판 지지체(1900)가 테스트되었고, 결과들은 기판과 표면(2000) 사이의 접촉 없이 기판과 표면(2000) 사이의 양호한 열 전달을 나타낸다. 렛지(2100)의 이용은 기판과 경사진 지지 표면(2102) 사이의 최소 접촉에 의한 열 전달을 제공한다.
도 12는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 예비가열 링(2200)의 개략적인 등축도이다. 예비가열 링(2200)은 화학 기상 증착 챔버 또는 에피택셜 퇴적 챔버와 같은 반도체 프로세스 챔버에 위치될 수 있다. 구체적으로, 예비가열 링(2200)은 기판 지지체(예를 들어, 도 9 내지 도 11의 기판 지지체(1900))가 처리 위치에 있는 동안 기판 지지체의 주변부 주위에 배치되도록 구성된다. 본 개시내용의 실시예들을 실시하기 위해 이용될 수 있는 하나의 예시적인 프로세스 챔버가 도 1에 예시되어 있다. 예비가열 링(2200)은, 도 9 내지 도 11의 기판 지지체(1900)와 같은 기판 지지체가 위치될 수 있는 개구(2210)를 둘러싸는 외측 주변 에지(2205)를 포함한다. 예비가열 링(2200)은, 실리콘 탄화물로 코팅될 수 있는 흑연과 같은 탄소 재료 또는 세라믹 재료로 이루어진 원형 바디를 포함한다.
도 13은 도 12의 예비가열 링(2200)의 측단면도이다. 예비가열 링(2200)은 외측 주변 에지(2205)의 외측 직경으로부터 측정된 제1 치수 D1, 및 외측 주변 에지(2205)의 내측 직경으로부터 측정된 제2 치수 D2를 포함한다. 외측 주변 에지의 외측 직경은 도 1의 프로세스 챔버와 같은 반도체 프로세스 챔버의 둘레보다 작은 둘레를 갖는다. 제2 치수 D2는 개구(2210)의 직경과 실질적으로 동등할 수 있다. 제1 치수 D1은 도 1의 프로세스 챔버와 같은 반도체 프로세스 챔버의 내측 둘레보다 작다. 예비가열 링(2200)은 외측 주변 에지(2205)의 최하부 표면(예를 들어, 최하부 표면(2209))에 형성된 리세스(2215)를 또한 포함한다. 리세스(2215)는 리세스(2215)의 외측 직경으로부터 측정된 제3 치수 D3을 포함한다. 제3 치수 D3은 제1 치수 D1보다는 작지만 제2 치수 D2보다는 크다. 치수들 D1, D2 및 D3 각각은 예비가열 링(2200)의 직경들일 수 있다. 리세스(2215)는, 이용 중에, 도 9를 참조하여 설명된 바와 같은 기판 지지체(1900)와 같은 기판 지지체에 접촉하기 위해 이용될 수 있고, 제3 치수 D3은 기판 지지체의 외측 직경(예를 들어, 도 10의 치수 D1)과 실질적으로 동등하거나 그보다 약간 더 클 수 있다.
일 실시예에서, 치수 D3은 제1 치수 D1의 약 90% 내지 약 98%, 예를 들어 제1 치수 D1의 약 94% 내지 약 96%이고, 제2 치수 D2는 제1 치수 D1의 약 80% 내지 약 90%, 예를 들어 제1 치수 D1의 약 84% 내지 약 87%이다. 450mm 기판에 대해, 제1 치수 D1은 약 605mm 내지 약 630mm, 예컨대 약 615mm 내지 약 625mm, 예를 들어 620mm일 수 있다. 일 실시예에서, 예비가열 링(2200)은 450mm 기판의 처리에서 이용되는 크기를 가질 수 있다.
도 14는 도 13의 예비가열 링(2200)의 확대 단면도이다. 원형 바디인 예비가열 링(2200)은 치수 D4로서 도시된 제1 두께(즉, 외측 두께), 및 치수 D5로서 도시된 제2 두께(즉, 내측 두께)를 포함할 수 있다. 치수 D4는 치수 D5보다 크다. 일 실시예에서, 치수 D5는 치수 D4의 약 75% 내지 약 86%, 예를 들어 치수 D4의 약 81%이다. 예비가열 링(2200)의 외측 주변 에지(2205)는 실질적으로 평행한(즉, 약 1.0mm 미만의 평행성(parallelism)) 최상부 표면(2207)과 최하부 표면(2209)을 포함한다. 최상부 표면(2207)은 예비가열 링(2200)의 에지로부터 개구(2210)까지 내측으로 제1 반경방향 폭만큼 연장되는 한편, 최하부 표면(2209)은 예비가열 링(2200)의 에지로부터 리세스(2215)까지 내측으로 제2 반경방향 폭만큼 연장된다. 제1 반경방향 폭은 제2 반경방향 폭보다 크다. 일 실시예에서, 제1 반경방향 폭은 약 5mm 내지 약 20mm, 예컨대 약 8mm 내지 약 16mm, 예를 들어 약 10mm이다. 일부 실시예들에서, 적어도 최하부 표면(2209)은 약 1.0mm 미만의 평탄도(flatness)를 포함한다. 필렛 반경 "R"이 리세스(2215)의 코너에 형성된다. 챔퍼(chamfer) "R'"가 또한 예비가열 링(2200)의 코너들 상에, 예를 들어 개구(2210)의 외측 에지와 외측 주변 에지(2205)의 내측 에지가 만나는 계면 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, R 및 R' 중 하나 또는 둘 다는 약 0.5mm 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 치수 D5는 약 6.00mm이다.
외측 주변 에지(2205)의 반경방향 폭은 도 1에 도시된 복사 램프들(127)과 같은 에너지 소스들로부터의 열을 흡수하기 위해 이용된다. 전형적으로, 프리커서 가스들은 최상부 표면(2207)에 실질적으로 평행한 방식으로 외측 주변 에지(2205)를 가로질러 유동하도록 구성되고, 이러한 가스들은 처리 챔버에서 도 9 내지 도 11의 기판 지지체(1900)와 같은 기판 지지체 상에 위치된 기판에 도달하기 이전에 예비가열된다. 예비가열 링(2200)이 테스트되었고, 결과들은 프리커서 가스의 유동이 예비가열 링(2200)의 최상부 표면(2207) 위에서 그리고 예비가열 링의 최상부 표면에 걸쳐 층류 경계 층(laminar-flow boundary layer)을 확립할 수 있다는 것을 나타낸다. 구체적으로, 프리커서 가스가 기판에 도달하기 이전에, 예비가열 링(2200)으로부터 프리커서 가스로의 열 전달을 개선하는 경계 층이 완전히 전개된다. 결과적으로, 프리커서 가스는 프로세스 챔버에 들어가기 이전에 충분한 열을 얻고, 이것은 결국 기판 스루풋 및 퇴적 균일성을 증가시킨다.
본 개시내용의 이점들은 개구를 둘러싸는 외측 주변 에지를 갖는 개선된 예비가열 링을 포함한다. 외측 주변 에지는, 프리커서 가스가 기판에 도달하기 이전에, 프리커서 가스의 유동이 예비가열 링의 최상부 표면 위에서 층류 경계 층으로 완전히 전개되는 것을 허용하는 반경방향 폭을 갖는다. 경계 층은 예비가열 링으로부터 프리커서 가스로의 열 전달을 개선한다. 결과적으로, 프리커서 가스는 프로세스 챔버에 들어가기 이전에 충분한 열을 얻고, 이것은 결국 기판 스루풋 및 퇴적 균일성을 증가시킨다. 예비가열 링의 개구는 또한 개선된 기판 지지체가 내부에 위치되는 것을 허용한다. 기판 지지체는 경사진 지지 표면에 의해 둘러싸이는 리세싱된 포켓을 갖고, 이것은 기판과 기판 지지체 사이의 접촉 표면적을 감소시킨다. 리세싱된 포켓은 기판이 굴곡된 때에도 기판과 리세싱된 포켓 사이의 접촉을 방지하기 위해 약간 오목한 표면을 갖는다.
예시적인 돔 어셈블리
돔 어셈블리의 예시적인 실시예가 아래에 설명된다. 돔 어셈블리는 반도체 프로세스 시스템들에서 이용하기 위한 만곡된 상부 돔을 포함한다. 상부 돔은 중앙 윈도우, 및 중앙 윈도우에 맞물리고 중앙 윈도우의 외측 둘레와 연결되는 주변 플랜지를 갖고, 여기서 중앙 윈도우는 기판 지지체에 대해 볼록하고, 주변 플랜지는 주변 플랜지의 상부 표면에 의해 정의되는 평면에 대해 약 10° 내지 약 30°의 각도로 이루어진다. 중앙 윈도우는 기판을 향하여 만곡되고, 이것은 처리 용적을 감소시키는 역할을 하면서도 열 처리 동안 기판의 신속한 가열 및 냉각을 허용하는 역할도 한다. 주변 플랜지는 균열 또는 파열 없이 중앙 윈도우의 열 팽창을 허용하는 복수의 곡률을 갖는다.
도 15a 및 도 15b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 열 프로세스 챔버에서 이용될 수 있는 상부 돔(2500)의 개략적인 예시들이다. 일 실시예에서, 상부 돔의 실시예들과 함께 이용되도록 적응될 수 있는 열 프로세스 챔버는 도 2의 프로세스 챔버(1200)이다. 도 15a는 상부 돔(2500)의 상부 사시도를 예시한다. 도 15b는 상부 돔(2500)의 단면도를 예시한다. 상부 돔(2500)은 실질적으로 원형인 형상(도 15a)을 갖고, 약간 오목한 외부 표면(2502) 및 약간 볼록한 내부 표면(2504)(도 15b)을 갖는다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 오목한 외부 표면(2502)은 기판 처리 동안 프로세스 챔버 내의 감소된 내부 압력에 대한 외부 분위기 압력(atmosphere pressure)의 압축력(compressive force)에 대항(oppose)하도록 충분히 만곡되는 한편, 프로세스 가스의 규칙적인 유동(orderly flow) 및 반응물질 재료의 균일한 퇴적을 촉진하기에 충분히 평탄하다.
상부 돔(2500)은 적외선 복사에 실질적으로 투명한 중앙 윈도우 부분(2506), 및 중앙 윈도우 부분(2506)을 지지하기 위한 주변 플랜지(2508)를 일반적으로 포함한다. 중앙 윈도우 부분(2506)은 대체로 원형인 주변부를 갖는 것으로서 도시되어 있다. 주변 플랜지(2508)는 지지 계면(2510)을 따라 중앙 윈도우 부분(2506)의 둘레에서 그리고 이러한 둘레 주위에서 중앙 윈도우 부분(2506)에 맞물린다. 중앙 윈도우 부분(2506)은 주변 플랜지의 수평 평면(2514)과 관련하여 볼록한 곡률을 가질 수 있다.
상부 돔(2500)의 중앙 윈도우 부분(2506)은 원하는 파장의 복사의 상당한 흡수 없이 램프들로부터의 직접적인 복사들에 대체로 광학적으로 투명한 재료, 예컨대 투명한 석영으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 중앙 윈도우 부분(2506)은 협대역 필터링 능력을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 가열된 기판 및 기판 지지체로부터 재복사되는 열 복사의 일부는 중앙 윈도우 부분(2506)에 의해 상당히 흡수되면서 중앙 윈도우 부분(2506) 내를 통과할 수 있다. 이러한 재복사들은 중앙 윈도우 부분(2506) 내에서 열을 발생시켜, 열 팽창력들을 생성한다.
중앙 윈도우 부분(2506)은 여기에 길이 및 폭 방향에서 원형인 것으로서 도시되어 있고, 여기서 둘레는 중앙 윈도우 부분(2506)과 주변 플랜지(2508) 사이에 경계를 형성한다. 그러나, 중앙 윈도우 부분(2506)은 사용자에 의해 요구된 바와 같은 다른 형상들을 가질 수 있다.
주변 플랜지(2508)는 불투명한 석영 또는 다른 불투명한 재료로 이루어질 수 있다. 불투명하게 이루어질 수 있는 주변 플랜지(2508)는 중앙 윈도우 부분(2506)보다 상대적으로 더 차갑게 유지되고, 그에 의해 중앙 윈도우 부분(2506)이 초기의 실온에서의 굴곡을 넘어서 외측으로 굴곡되게 한다. 결과적으로, 중앙 윈도우 부분(2506) 내에서의 열 팽창은 열 보상 굴곡(thermal compensation bowing)으로서 표현된다. 프로세스 챔버의 온도가 증가함에 따라, 중앙 윈도우 부분(2506)의 열 보상 굴곡이 증가한다. 중앙 윈도우 부분(2506)은 얇게 이루어지고, 굴곡을 수용하기에 충분한 가요성을 갖는 한편, 주변 플랜지(2508)는 두껍고, 중앙 윈도우 부분(2506)을 한정하기에 충분한 강성을 갖는다.
일 실시예에서, 상부 돔(2500)은 중앙 윈도우 부분(2506)이 호형(arc)인 방식으로 구성되며, 여기서 중앙 윈도우 부분(2506)의 곡률 반경 대 폭 "W"의 비율은 적어도 5:1이다. 일례에서, 곡률 반경 대 폭 "W"는 10:1보다 크고, 예컨대 약 10:1 내지 약 50:1이다. 다른 실시예에서, 곡률 반경 대 폭 "W"는 50:1보다 크고, 예컨대 약 50:1 내지 약 100:1이다. 폭 "W"는, 중앙 윈도우 부분(2506)의 중심을 통해 측정된, 주변 플랜지(2508)에 의해 설정되는 경계들 사이의 중앙 윈도우 부분(2506)의 폭이다. 상기 비율의 맥락에서 더 크다는 것 또는 더 작다는 것은 전항(antecedent)의 값(즉, 곡률 반경)이 후항(consequent)(즉, 폭 "W")에 비례하여 증가 또는 감소되는 것을 지칭한다.
도 15b에 도시된 다른 실시예에서, 상부 돔(2500)은 중앙 윈도우 부분(2506)이 호형인 방식으로 구성되며, 여기서 중앙 윈도우 부분(2506)의 폭 "W" 대 높이 "H"의 비율은 적어도 5:1이다. 일례에서, 폭 "W" 대 높이 "H"의 비율은 10:1보다 크고, 예를 들어 약 10:1 내지 약 50:1이다. 다른 실시예에서, 폭 "W" 내 높이 "H"의 비율은 50:1보다 크고, 예컨대 약 50:1 내지 약 100:1이다. 높이 "H"는, 제1 경계선(2540)과 제2 경계선(2542)에 의해 설정되는 경계들 사이의 중앙 윈도우 부분(2506)의 높이이다. 제1 경계선(2540)은 처리 영역(1220)을 향하는 중앙 윈도우 부분(2506)에서의 곡선의 부분의 피크 지점에 대한 접선이다. 제2 경계선(2542)은 처리 영역(1220)으로부터 가장 먼 지지 계면(2510)의 지점들과 교차한다.
상부 돔(2500)은 약 200mm 내지 약 500mm, 예컨대 약 240mm 내지 약 330mm, 예를 들어 약 295mm의 전체 외측 직경을 가질 수 있다. 중앙 윈도우 부분(2506)은 약 2mm 내지 약 10mm, 예를 들어 약 2mm 내지 약 4mm, 약 4mm 내지 약 6mm, 약 6mm 내지 약 8mm, 약 8mm 내지 약 10mm의 일정한 두께를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 중앙 윈도우 부분(2506)은 약 3.5mm 내지 약 6.0mm의 두께이다. 일례에서, 중앙 윈도우 부분(2506)은 약 4mm 두께이다.
중앙 윈도우 부분(2506)의 두께는 더 작은 열 질량을 제공하여, 상부 돔(2500)이 급속하게 가열 및 냉각될 수 있게 한다. 중앙 윈도우 부분(2506)은 약 130mm 내지 약 250mm, 예를 들어 약 160mm 내지 약 210mm의 외측 직경을 가질 수 있다. 일례에서, 중앙 윈도우 부분(2506)은 약 190mm 직경이다.
주변 플랜지(2508)는 약 25mm 내지 약 125mm, 예를 들어 약 45mm 내지 약 90mm의 두께를 가질 수 있다. 주변 플랜지(2508)의 두께는 평면 상부 표면(2516)과 평면 최하부 표면(2520) 사이의 두께로서 일반적으로 정의된다. 일례에서, 주변 플랜지(2508)는 약 70mm 두께이다. 주변 플랜지(2508)는 약 5mm 내지 약 90mm, 예를 들어 약 12mm 내지 약 60mm의 폭을 가질 수 있고, 이것은 반경에 따라 달라질 수 있다. 일례에서, 주변 플랜지(2508)는 약 30mm 폭이다. 라이너 어셈블리가 프로세스 챔버에서 이용되지 않는 경우, 주변 플랜지(2508)의 폭은 약 50mm 내지 약 60mm만큼 증가될 수 있고, 중앙 윈도우 부분(2506)의 폭은 동일한 양만큼 감소된다.
중앙 윈도우 부분(2506)은 5mm 내지 8mm의 두께, 예컨대 6mm 두께를 갖는다. 상부 돔(2500)의 중앙 윈도우 부분(2506)의 두께는, 주변 플랜지(2508)와 중앙 윈도우 부분(2506) 사이의 계면에서 전개되는 전단 응력(shear stresses)이 처리되는 것을 보장하기 위해 위에서 논의된 바와 같은 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 더 얇은 석영 벽(즉, 중앙 윈도우 부분(2506))은 더 효율적인 열 전달 매체이고, 그에 의해 석영에 의해 더 적은 에너지가 흡수된다. 그러므로, 상부 돔은 상대적으로 더 차갑게 유지된다. 더 얇은 벽의 돔들은 또한 온도에 있어서 더 빠르게 안정화될 것이고, 대류 냉각에 더 신속하게 반응할 것인데, 왜냐하면 더 적은 에너지가 저장되고 외부 표면까지의 전도 경로가 더 짧기 때문이다. 그러므로, 상부 돔(2500)의 온도는, 중앙 윈도우 부분(2506)에 걸쳐 더 양호한 열 균일성을 제공하기 위해 원하는 설정점에 더 가깝게 유지될 수 있다. 추가로, 중앙 윈도우 부분(2506)은 주변 플랜지(2508)에 방사상으로 전도하지만, 더 얇은 돔 벽은 기판에 걸쳐 개선된 온도 균일성을 초래한다. 또한, 중앙 윈도우 부분(2506)을 반경 방향으로 과도하게 냉각하지 않는 것이 유리한데, 왜냐하면 이것은 처리 중인 기판의 표면 상에 반영될 원하지 않는 온도 경사들을 초래하고, 막 균일성이 손상되게 하기 때문이다.
도 15c는 일 실시예에 따른 주변 플랜지(2508)와 중앙 윈도우 부분(2506) 사이의 연결의 상세도를 도시한다. 주변 플랜지(2508)는 표면 선(surface line)(2518)에 의해 표시된 제1 표면(2517)을 적어도 갖는 경사진 플랜지 표면(2512)을 갖는다. 제1 표면(2517)은 평면 상부 표면(2516)과 약 20° 내지 약 30°의 제1 각도(2532)를 형성한다. 제1 표면(2517)의 각도는 평면 상부 표면(2516) 또는 수평 평면(2514)에 대해 정의될 수 있다. 평면 상부 표면(2516)은 수평이다. 수평 평면(2514)은 주변 플랜지(2508)의 평면 상부 표면(2516)에 평행하다.
제1 각도(2532)는, 중앙 윈도우 부분(2506)과 주변 플랜지(2508)의 교차점을 통과하는 중앙 윈도우 부분(2506)의 볼록한 내부 표면(2504) 상의 표면 선(2518)과 주변 플랜지(2508)의 평면 상부 표면(2516)(또는 수평 평면(2514)) 사이의 각도로서 더 구체적으로 정의될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 수평 평면(2514)과 표면 선(2518) 사이의 제1 각도(2532)는 일반적으로 35° 미만이다. 따라서, 제1 표면(2517)은 평면 상부 표면(2516)과 일반적으로 35° 미만의 각도를 형성한다. 일 실시예에서, 제1 각도(2532)는 약 6° 내지 약 20°, 예컨대 약 6° 내지 약 8°, 약 8° 내지 약 10°, 약 10° 내지 약 12°, 약 12° 내지 약 14°, 약 14° 내지 약 16°, 약 16° 내지 약 18°, 약 18° 내지 약 20°이다. 일례에서, 제1 각도(2532)는 약 10°이다. 다른 예에서, 제1 각도(2532)는 약 30°이다. 약 20°의 제1 각도(2532)를 갖는 경사진 플랜지 표면(2512)은 주변 플랜지(2508)에 의해 지지되는 중앙 윈도우 부분(2506)에 대해 구조적 지지를 제공한다.
다른 실시예에서, 경사진 플랜지 표면(2512)은, 표면 선(2521)에 의해 도시된 바와 같이, 제2 표면(2519)으로부터 형성된 제2 각도(2530)로서 여기에 도시된 하나 이상의 추가적인 각도를 가질 수 있다. 경사진 플랜지 표면(2512)의 제2 각도(2530)는 주변 플랜지(2508)의 지지 각도(2534)와 제1 각도(2532) 사이의 각도이다. 지지 각도(2534)는, 지지 계면(2510)에서 볼록한 내부 표면(2504)으로부터 형성되는 접선 표면(2522)과 수평 평면(2514) 사이의 각도이다. 예를 들어, 지지 각도(2534)가 3°이고 제1 각도(2532)가 30°인 경우, 제2 각도(2530)는 3° 내지 30°이다. 제2 각도(2530)는, 단일 재지향(single redirection)이 아니라, 2회의 순차적인 재지향으로 힘들을 재지향시킴으로써 추가적인 응력 감소를 제공하는데, 이는 팽창과 압력에 의해 생성되는 힘들을 추가로 분산시킨다.
지지 각도(2534), 제1 각도(2532) 및 제2 각도(2530)는 제1 표면(2517), 제2 표면(2519) 및 접선 표면(2522) 사이의 단부 표면들(end surfaces) 간의 유체 전이(fluid transition)를 생성하는 각도들을 가질 수 있다. 일례에서, 접선 표면(2522)은 제2 표면(2519)의 단부 표면과의 유체 전이를 갖는 단부 표면을 갖는다. 다른 예에서, 제2 표면(2519)은 제1 표면(2517)의 단부 표면과의 유체 전이를 갖는 단부 표면을 갖는다. 본 명세서에서 이용되는 단부 표면은 제1 표면(2517), 제2 표면(2519) 또는 접선 표면(2522) 중 임의의 것 사이의 가상 분리부(imaginary separation)에서 형성된다. 단부 표면들 간의 유체 전이는 가시적인 에지들(visible edges)을 형성하지 않고서 연결되는 표면들 사이의 전이이다.
경사진 플랜지 표면(2512)의 각도는 처리 영역(1220)에서의 처리 용적을 감소시키면서 상부 돔(2500)의 열 팽창을 허용하는 것으로 여겨진다. 이론에 얽매이는 것을 의도하지 않고서, 열 처리를 위한 기존 상부 돔들의 스케일링은 처리 용적을 증가시킬 것이고, 따라서 반응물질 가스들을 낭비하고, 스루풋을 감소시키고, 퇴적 균일성을 감소시키며, 비용을 증가시킨다. 경사진 플랜지 표면(2512)은 위에서 설명된 비율을 변경하지 않고서 팽창 응력들의 흡수를 허용한다. 경사진 플랜지 표면(2512)을 추가함으로써, 중앙 윈도우 부분(2506)의 곡률 반경 대 폭의 비율의 전항이 증가될 수 있다. 이 비율의 전항을 증가시킴으로써, 중앙 윈도우 부분(2506)의 곡률이 더 평탄하게 되어, 더 작은 챔버 용적을 허용한다.
상부 돔의 이점들은 응력 보상, 및 프로세스 챔버의 처리 영역 내로의 침입(intrusion)의 최소화 둘 다에서 많은 이점을 제공한다. 상부 돔은 만곡된 중앙 윈도우, 및 복수의 각도를 갖는 주변 플랜지를 적어도 포함한다. 만곡된 중앙 윈도우는 처리 영역 내의 공간을 감소시키고, 기판은 열 처리 동안 더 효율적으로 가열 및 냉각될 수 있다. 주변 플랜지는, 중앙 윈도우와 함께 그리고 처리 영역으로부터 떨어져서 형성되는 복수의 각도를 갖는다. 복수의 각도는 가열 및 냉각 단계들 동안 중앙 윈도우에 대한 응력 완화(stress relief)를 제공한다. 또한, 주변 플랜지의 각도들은 더 얇은 플랜지 및 더 얇은 중앙 윈도우를 허용하여, 프로세스 용적을 추가로 감소시킨다. 프로세스 용적 및 컴포넌트 크기를 감소시킴으로써, 돔 어셈블리의 라이프 사이클 또는 최종 생성물의 품질을 손상시키지 않고서, 제조 및 처리 비용이 감소될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 분위기 에피택셜 챔버를 개시한다. 분위기 에피택셜 챔버는 돔 어셈블리, 라이너 어셈블리, 예비가열 링, 기판 지지체, 주입 인서트들, 반사기들을 포함하는 램프 어셈블리들 또는 이들의 조합들 중 하나 이상을 통합할 수 있다. 따라서, 위에서 설명된 컴포넌트들의 이점들을 통해 그리고 이러한 이점들의 조합으로, 본 명세서에 설명된 에피택셜 퇴적 챔버들은, 스루풋을 유지하고 비용을 감소시키고 신뢰가능하게 균일한 퇴적 생성물을 제공하면서 더 큰 기판들의 처리를 허용한다.
전술한 것은 개시된 디바이스들, 방법들 및 시스템들의 실시예들에 관한 것이지만, 개시된 디바이스들, 방법들 및 시스템들의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 챔버로서,
    처리 영역에 위치된 기판 지지체;
    복수의 복사 에너지 소스를 포함하는 복사 에너지 어셈블리;
    라이너 어셈블리;
    돔 어셈블리 - 상기 돔 어셈블리의 적어도 일부는 상기 기판 지지체와 상기 복사 에너지 어셈블리 사이에 위치됨 -; 및
    상기 라이너 어셈블리에 결합된 주입 인서트(inject insert)
    를 포함하고,
    상기 돔 어셈블리는 상부 돔과 하부 돔을 포함하고,
    상기 상부 돔은,
    폭, 높이 및 윈도우 곡률을 갖는 만곡된 중앙 윈도우 부분 - 상기 폭 대 상기 높이의 비율에 의해 정의되는 상기 윈도우 곡률은 적어도 10:1임 -; 및
    평면 상부 표면, 평면 하부 표면 및 경사진 플랜지 표면을 갖는 주변 플랜지 - 상기 주변 플랜지는 상기 중앙 윈도우 부분의 둘레에서 상기 중앙 윈도우 부분에 맞물리고, 상기 경사진 플랜지 표면은 상기 평면 상부 표면과 35도 미만의 제1 각도를 형성하는 제1 표면을 가짐 -
    를 포함하는, 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사진 플랜지 표면은 상기 중앙 윈도우 부분의 둘레와 상기 제1 표면 사이에 제2 표면을 더 포함하는, 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 표면은 상기 평면 상부 표면과 15도 미만의 제2 각도를 형성하고, 상기 중앙 윈도우 부분은 지지 각도(support angle)를 갖는 접선 표면(tangent surface)을 갖고, 상기 지지 각도는 10도 미만인, 챔버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주변 플랜지는 50mm 미만의 두께를 갖는, 챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 높이 대 상기 폭의 비율은 50:1보다 큰, 챔버.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 각도의 크기 대 상기 제2 각도의 크기의 비율은 약 3:1인, 챔버.
  7. 챔버로서,
    기판 지지체; 및
    상기 기판 지지체와 복사 에너지 어셈블리 사이에 위치된 돔 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 기판 지지체는,
    포켓을 둘러싸는 외측 주변 에지 - 상기 포켓은 상기 외측 주변 에지로부터 리세싱되는 오목한 표면을 가짐 -; 및
    상기 외측 주변 에지와 상기 포켓 사이에 배치된 경사진 지지 표면 - 상기 경사진 지지 표면은 상기 외측 주변 에지의 수평 표면에 대해 기울어짐 -
    을 갖고,
    상기 돔 어셈블리는 상부 돔과 하부 돔을 포함하고,
    상기 상부 돔은,
    폭, 높이 및 윈도우 곡률을 갖는 볼록한 중앙 윈도우 부분 - 상기 폭 대 상기 높이의 비율에 의해 정의되는 상기 윈도우 곡률은 적어도 10:1임 -; 및
    평면 상부 표면, 평면 하부 표면 및 경사진 플랜지 표면을 갖는 주변 플랜지 - 상기 주변 플랜지는 상기 중앙 윈도우 부분의 둘레에서 상기 중앙 윈도우 부분에 맞물리고, 상기 경사진 플랜지 표면은 상기 평면 상부 표면과 35도 미만의 제1 각도를 형성하는 제1 표면을 가짐 -
    를 포함하는, 챔버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오목한 표면의 외측 직경과 상기 외측 주변 에지의 내측 직경 사이에 배치된 렛지(ledge)를 더 포함하는 챔버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 렛지의 내측 직경은 상기 외측 주변 에지의 내측 직경의 약 90% 내지 약 97%이고, 상기 외측 주변 에지의 내측 직경은 상기 외측 주변 에지의 외측 직경의 약 75% 내지 약 90%인, 챔버.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 외측 주변 에지와 상기 경사진 지지 표면 사이의 계면에 형성된 필렛 반경(fillet radius)을 더 포함하는 챔버.
  11. 내측 둘레를 갖는 챔버로서,
    라이너 어셈블리; 및
    상기 라이너 어셈블리와 유체 연결된 주입 인서트
    를 포함하고,
    상기 라이너 어셈블리는,
    외측 표면과 내측 표면을 갖는 원통형 바디 - 상기 외측 표면은 상기 내측 둘레보다 작은 외측 둘레를 갖고, 상기 내측 표면은 프로세스 용적의 벽들을 형성함 -;
    상기 원통형 바디와 관련하여 형성된 복수의 가스 통로;
    상기 복수의 가스 통로의 반대편에 위치된 배기 포트;
    상기 배기 포트에 평행하지 않게 위치된 직교류 포트(crossflow port); 및
    상기 직교류 포트로부터 분리되어 위치된 열 감지 포트
    를 포함하고,
    상기 주입 인서트는,
    상기 라이너 어셈블리와 연결하기 위한 내부 연결 표면, 및 가스 전달 디바이스와 연결하기 위한 외부 표면을 갖는 모놀리식 바디(monolithic body);
    상기 모놀리식 바디를 통하여 형성된 복수의 주입 포트 - 각각의 주입 포트는 상기 내부 연결 표면 및 상기 외부 표면에 개구를 형성함 -; 및
    복수의 주입 유입구(inject inlets) - 상기 복수의 주입 유입구 각각은 상기 복수의 주입 포트 중 적어도 하나와 연결됨 -
    를 포함하고,
    상기 복수의 주입 포트는,
    상기 복수의 주입 포트 중의 제1 개수의 주입 포트를 갖는 제1 구역;
    상기 복수의 주입 포트 중의 제2 개수의 주입 포트를 갖는 제2 구역 - 상기 제2 개수의 주입 포트는 상기 제1 개수의 주입 포트와는 상이함 -; 및
    상기 복수의 주입 포트 중의 제3 개수의 주입 포트를 갖는 제3 구역 - 상기 제3 개수의 주입 포트는 상기 제1 개수의 주입 포트 및 상기 제2 개수의 주입 포트와는 상이함 -
    을 적어도 생성하는, 챔버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열 감지 포트, 상기 직교류 포트, 상기 배기 포트 및 상기 복수의 가스 통로는 상기 내측 표면에서 공유 평면(shared plane)에 있는, 챔버.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 가스 통로는 각각 상기 외측 표면을 통하여 형성된 입구 및 상기 내측 표면을 통하여 형성된 출구를 갖고, 상기 입구들은 상기 출구들과 동일 평면 상에 있지 않은, 챔버.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 직교류 포트는 약 0도 위치에 위치되고, 상기 복수의 가스 통로의 중간점은 90도 위치에 위치되고, 상기 0도 위치 및 상기 90도 위치는 상기 직교류 포트의 이등분선으로부터 측정되는, 챔버.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 가스 통로는 복수의 유동 구역을 생성하고, 상기 복수의 유동 구역은 서로 평행하며 상기 직교류 포트로부터의 이등분선에 수직인, 챔버.
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