JP6195671B2 - 改善されたプラズマ強化aldシステム - Google Patents

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Description

本発明は、固体基板の露出面に薄膜材料層を堆積させるために使用可能なプラズマ強化原子層堆積(PEALD:Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)ガス堆積サイクルを行うように構成されたガス堆積システムに関する。特に、PEALDシステムは、反応チャンバーと、非プラズマ前駆体堆積サイクル中に反応チャンバー内で第1の真空圧を確立する主真空ポンプと、プラズマ前駆体堆積サイクル中に反応チャンバー内で第2のより低い真空圧を確立する第2の真空ポンプとを含む。
従来のALD及び前駆体捕獲
従来の原子層堆積(ALD)システムは、1つ又は複数の基板の露出面に薄膜材料層を堆積させるために使用可能なガス堆積又は蒸着システムとして動作する。より具体的には、原子層堆積(ALD)は、堆積基板を複数の別個の化学的及び/又はエネルギー環境で逐次露出させることによって進行する薄膜堆積技術である。通常のプロセスは、基板表面の既存の化学的部分を化学吸着する前駆体を含む気相金属原子の導入で進行する。過剰な前駆体及び反応生成物を除去するパージサイクルに続き、第1の反応物質の化学吸着部分と反応しやすい第2の前駆体が反応器内に導入される。第2のパージサイクルにより、過剰な前駆体及び反応生成物が除去される。ALDプロセスが成功するためには、第2の前駆体サイクルにより、基板表面が再び、第1の前駆体にもう一度露出される準備ができた状態になる。表面を、前駆体1、パージ、前駆体2、パージ、繰返しに逐次露出させることにより、単原子層未満の厚さの制御でコンフォーマルな膜を堆積させることができる。
動作時、基板は、実質的に封止された反応チャンバー内部に配置され、そうした反応チャンバーは、一般に、低い堆積圧力、例えば0.1ミリトル〜10ミリトルまで排気され、反応温度、例えば75℃〜750℃まで加熱される。第1の前駆体又は反応物質が反応空間内に導入されて、基板の露出面又はコーティング面と反応する。第1の前駆体の供給中に、第1の前駆体に不活性キャリアガスを混合することができる。次に、所望の露出時間の後、反応チャンバーから第1の前駆体が除去されるか又はパージされる。パージサイクルには、一般に、真空ポンプと流体連通している出口ポートを通して反応チャンバーからガスを引き出すことが含まれる。その後、第2の前駆体又は反応物質が反応空間内に導入されて、所望の露出時間、基板コーティング面の露出面と反応する。第2の前駆体の供給中に、第2の前駆体に不活性キャリアガスを混合することができる。そして、上述したような出口ポートを通して、反応チャンバーから第2の前駆体が除去されるか又はパージされる。一般に、上述した2前駆体コーティングサイクルにより、露出面に単一材料厚さ層が付与され、層厚さは0.5Å〜約2.0Åの範囲である。通常、2前駆体コーティングサイクルが繰り返されて、所望の材料厚さを達成するように、複数の単一材料厚さ層が重ねて付与される。
従来のALDシステムでは、出口ポートと真空ポンプとの間にトラップが配置されている。トラップは、真空ポンプの損傷を回避するために、流出物から未反応前駆体を除去する。特にトラップがない場合、反応チャンバー内に収容された基板の露出面に材料層を付与するために使用される同じ2前駆体コーティングサイクルが結合して、排気導管及び真空ポンプの内面に同じ薄膜材料層を形成する可能性があり、最終的に望ましくない表面汚染及び結果としての真空ポンプの故障に至る。ガス堆積又は蒸着システムの流出物から未反応前駆体及び反応副生成物を除去するために、様々なトラップ機構が知られているが、従来ALDシステムで使用されている1つの特に有用な捕獲機構は、トラップチャンバー内部に、トラップチャンバーを通過する前駆体が反応する、表面積の広い加熱金属プレー
トを設けるというものである。1つのこうしたトラップについては、「VAPOR DEPOSITION
SYSTEMS AND METHODS」と題する2012年6月19日にMonsma他に付与された米国特許第8,202,575号に開示されている。その開示では、Monsma他は、直列のALD反応チャンバー、トラップ及び真空ポンプについて記載し、そこでは、反応チャンバーからの流出物は、真空ポンプを通して引き出される前にトラップを通過する。トラップは、小さいガス流抵抗及び高い真空コンダクタンスを提供しながら、反応チャンバー内部でコーティングされている基板の露出面で発生するものと同じ堆積プロセスが、トラップの内部に設けられた金属面において発生するのを可能にするように、特に構成されている。さらに、Monsma他は、トラップ材料の表面に形成されているコーティング層に亀裂が入るか又は剥離して真空ポンプ内に搬送されるのを防止するように、堆積された材料と同様の熱膨張係数のトラップ材料を提供することが望ましいことを示している。しかしながら、Monsma他によって提案されたトラップシステムの1つの問題は、トラップ材料が流出物内の前駆体と反応するために、トラップ材料表面との反応に関与するように両方の前駆体を導入することができなければならず(must be available)、流出物に両方の前駆体を導入することができない場合、トラップ内部のALD反応は材料層を形成することができず、トラップの動作は中断し、未反応前駆体物質が真空ポンプ内に入る。
従来のPEALD及び前駆体捕獲
従来のプラズマ強化原子層堆積(PEALD)システムは、1つ又は複数の基板の露出面に薄膜材料層を堆積させるように使用可能なガス堆積又は蒸着システムとして動作する。動作時、基板は実質的に封止された反応チャンバー内部に配置され、反応チャンバーは、一般に、低い堆積圧力、例えば0.1ミリトル〜10ミリトルまで排気され、反応温度、例えば75℃〜750℃まで加熱される。第1の前駆体又は反応物質、例えば、気相金属原子含有分子等の分子化学物質が、基板コーティング面の露出面と反応するように、反応空間内に蒸気として導入される。第1の前駆体の供給中に、第1の前駆体に不活性キャリアガスを混合することができる。次に、所望の露出時間の後、第1の前駆体は、反応チャンバーから除去されるか又はパージされる。パージサイクルは、一般に、真空ポンプと流体連通している出口ポートを通して反応チャンバーからガスを引き出すことを含む。その後、プラズマ源又は他のラジカル生成技法によって供給分子ガスの解離を通して生成されたラジカルのフラックスを含む第2の前駆体又は反応物質が、基板コーティング面の露出面と反応するように反応空間に導入される。
PEALDシステムでは、第2の前駆体は、前駆体ガスをプラズマ状態に励起するか又は他のラジカル生成技法によって生成される、フリーラジカルを含む。特に、酸素、窒素、水素及び他の分子ガス又は混合ガス等の分子ガスが、プラズマ発生器によって励起され、フリーラジカルのフラックスが反応チャンバー内に供給されて、基板の露出面と反応する。フリーラジカルは、1つ若しくは複数の自由電子を有する1つ若しくは複数の原子又は原子団を含み、そのため、非常に反応性が高いが、比較的不活性の分子種に迅速に再結合することが予測されるため、それらの寿命は短い傾向がある。
従来のALDシステムと同様に、供給中のプラズマ前駆体に不活性キャリアガスを混合することができる。そして、上述したように、反応チャンバーから出口ポートを通して、第2の前駆体が除去されるか又はパージされる。一般に、上述した2前駆体プラズマコーティングサイクルは、反応チャンバー内部に配置された基板の露出面に単一材料厚さ層を付与し、単一層材料厚さは0.5Å〜約2.0Åの範囲である。通常、2前駆体サイクルが繰り返されて、複数の単一材料厚さ層を重ねて付与され、所望の材料厚さが達成される。
従来のPEALDシステムの一例は、「PLASMA ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM AND METHOD」と題する、2010年7月22日に公開されたBecker他による米国特許出願公開
第20100183825号に開示されている。その開示において、Becker他は、反応チャンバー内に非プラズマ前駆体を導入するための第1の前駆体ポートと、反応チャンバー内にプラズマ励起前駆体物質を導入する第2の前駆体ポート又は頂部開口部とを含むプラズマ反応チャンバーについて記載している。Becker他は、図10に、図6に示すトラップアセンブリを通して反応チャンバーから流出物を除去するように動作するターボ真空ポンプを含む、真空システムを開示している。その開示は、ガス堆積チャンバーから出る流出ガスの前駆体及び/又はプラズマガスと反応するように加熱されるものとして、トラップアセンブリについて記載している。トラップ内部に配置された露出したトラップ材料表面と、流出物からのあらゆる残りの未反応前駆体蒸気及び/又は未反応プラズマラジカルとの間の反応により、流出物から未反応前駆体が除去され、反応チャンバー内部で基板上に堆積したものと同じ材料が、露出したトラップ材料表面の上に堆積する。
フリーラジカルの減衰
しかしながら、Becker他によって提案されたPEALDシステムの1つの問題は、プラズマ励起前駆体ラジカルが、反応性が高くかつ非励起状態に急速に減衰することに関し、これらの要素は、システムの動作に2つの方法で影響を与える。第1の関連する問題では、プラズマ前駆体のフリーラジカルは、コーティングされている基板の露出面と反応する前に、非励起状態に減衰するか又は反応チャンバー内部の他の表面と反応する可能性がある。その結果、反応チャンバー内部で発生すると期待される所望の自己制御ALD反応は、露出面にプラズマラジカルがないため、完了まで続かない可能性があり、そのため、基板の露出面が完全にコーティングされない。
第2の関連する問題では、プラズマ前駆体のフリーラジカルは、トラップ内部の露出したトラップ材料面を反応させる前に、非励起状態まで減衰するか又は反応チャンバー内の他の面と反応する可能性がある。結果として、流出物から未反応前駆体を除去するために使用されるトラップ材料との同じ所望の自己制御ALD反応が、完了まで続かない可能性があり、そのため、トラップ内部の露出面が完全にコーティングされず、最終的に、トラップ内部で第1の前駆体及び第2の前駆体の露出面とのあらゆる反応が中断することになる。
上述した従来の方法及び装置に関連する問題を考慮して、本発明は、プラズマ又は他の方法で生成されたフリーラジカルを利用してコーティング面と反応する、原子層堆積システムのための様々な動作方法を提供する。
具体的には、各堆積は、反応チャンバー内に収容された1つ又は複数の基板の複数の材料堆積コーティングサイクルを行うことを含む。各堆積サイクル中、第1の前駆体が反応チャンバー内に供給されて1つ又は複数の基板の露出面と反応し、反応チャンバーは、反応チャンバーから第1の流出物を除去することによってパージされ、第1の流出物は未反応の第1の前駆体を含む。第1の流出物はまた、不活性ガス及び反応副生成物も含む。そして、第1の流出物はトラップを通過する。トラップは、未反応の第1の前駆体と反応するのに適しているトラップ材料表面の広い領域を含む。しかしながら、反応チャンバー内に供給される第2の前駆体は、トラップ材料表面と反応する前に非励起状態に減衰する可能性があるフリーラジカルであるため、第2の代替的な前駆体源が提供され、トラップを通過する。代替的な第2の前駆体は、トラップ材料表面を、次のコーティングサイクルの第1の流出物からの未反応の第1の前駆体と反応しかつそれを除去することができるようにするのを完了するように、トラップ材料表面と反応するのに適している。具体的には、代替的な第2の前駆体は、別個の前駆体源であり、反応チャンバーから引き出されない。
さらに、第1の前駆体と反応チャンバー内部の露出面との間の反応は、特定の反応温度で発生するため、動作方法は、トラップ材料表面を反応温度で維持することを更に含む。
後続するステップでは、反応チャンバーから第1の流出物を除去した後、フリーラジカルを含む第2の前駆体が反応チャンバー内に供給されて、露出基板面と反応する。その後、第2の流出物は反応チャンバーから除去されるが、第2の流出物はトラップを通過しない。
上述した方法に使用可能な原子層堆積装置は、堆積材料サイクルのために1つ又は複数の基板を内部で支持するように構成された反応チャンバーを含む。第1の前駆体導管が、基板の露出面と反応するように第1の前駆体を反応チャンバー内に供給する。反応チャンバーからの未反応の第1の前駆体を含む第1の流出物をパージするか又は除去するために、真空システムが設けられている。第1の流出物は、反応チャンバーの容積に等しい1つ若しくは2つのガス体積を除去するために必要な時間の程度に短いか又はそれより長い可能性がある、第1の前駆体と基板表面との間の所望の露出時間の後に除去される。
トラップ材料表面を含むトラップが、トラップを通して第1の流出物を受け取るように配置されている。トラップ材料表面は、第1の流出物からの未反応の第1の前駆体の実質的に全てと反応してそれを除去するのに適している。代替的な第2の前駆体源が、トラップ内に代替的な第2の前駆体を供給するように設けられている。代替的な第2の前駆体は、第1の前駆体がトラップ材料表面に材料層を形成するように提示する反応を完了する一方でまた、次の堆積サイクルにおいて第1の前駆体と反応するようにトラップ材料表面を準備するように、トラップ材料表面と反応するのに適している前駆体材料である。トラップは、反応面を所望の反応温度まで加熱するヒーターを含む。
第2の前駆体導管が、基板の露出面が第1の前駆体と反応した後にこの露出面と反応するように、反応チャンバー内に第2の前駆体を供給するために設けられている。プラズマ発生器が第2の前駆体導管に関連付けられて、第2の前駆体を励起して第2の前駆体のフリーラジカルを生成する。基板表面との反応の後、真空システムは、反応チャンバーから第2の流出物を除去する。第2の流出物は、第2の流出物をトラップに通過させることなく、反応チャンバーから第2の前駆体の実質的に全てを除去する。しかしながら、第2の流出物のフリーラジカルの大部分又は全ては、反応チャンバーから出る前により低いエネルギー状態に減衰している可能性がある。
真空システムは、反応チャンバーとインターフェースする真空フランジを通して反応チャンバーと流体連通している主真空ポンプを含む。真空フランジから主真空ポンプまで、第1の真空導管が延在しており、第1の真空導管に沿ってトラップが配置され、それにより、第1の真空導管を通って流れるガスがトラップを通過する。第1の真空導管に沿って真空フランジとトラップとの間に、制御可能な第1の真空弁が配置されている。真空フランジに第2のターボ真空ポンプがインターフェースされて、反応チャンバー内、特にプラズマ強化原子層堆積のために、より低い真空圧を達成し、反応チャンバーから流出物を除去する。第2の真空導管が、トラップを通過することなくターボ真空ポンプと主真空ポンプとの間に延在している。第2の真空導管に沿ってターボ真空ポンプと主真空ポンプとの間に、第2の真空弁が配置されている。主真空ポンプは、約10ミリトルの真空圧まで反応チャンバーをポンピングするように動作可能な粗引きポンプである。第2のターボ真空ポンプは、約1.0マイクロトルの真空圧まで反応チャンバーをポンピングすることが可能な仕上げ(finishing)ポンプである。
本発明の特徴は、例示の目的で選択されかつ添付図面に示す本発明の詳細な説明及びその実施形態例から最もよく理解されるであろう。
本発明によるPEALDシステムの例示的な概略図である。
概要
本発明は、プラズマ強化原子層堆積(PEALD)システム及び関連する動作方法とともに、記載する方法によってコーティングされる基板の限定しない例示的な実施形態について記載する。特に、本システムは、反応チャンバー内部に配置された基板の露出面での薄膜成長に適した反応チャンバーを含む。反応チャンバーは、2つの異なる真空ポンプによって真空圧までポンピングされる真空チャンバーである。各真空ポンプは、異なる出口ポート及び異なる真空導管路を通して真空チャンバーに接続されている。特に、種々の流出物ライン及び/又はフォアラインが各真空ポンプに関連付けられており、別個の真空導管路は各々、1つ又は複数の弁を含み、それらの弁は、電子コントローラーにより、反応チャンバーからの流出ガスを、異なる真空導管路に沿ってシステムから流れ出るように調整し方向を変えるように動作可能である。特に、非プラズマ前駆体を除去し捕獲するために使用される第1の真空導管路は、従来のALDトラップを含むが、プラズマ前駆体を除去するために使用される第2の真空導管路は、トラップを含まない。結果として、第1の前駆体のみがALDトラップに入る。しかしながら、本発明は、トラップチャンバー内部に配置されたトラップ材料の露出面とのALD反応を完了するために、第2の前駆体、例えば水蒸気をALDトラップ内に供給する代替的な第2の前駆体源を含む。したがって、次のALDコーティングサイクルで第1の前駆体と反応するようにトラップ内部の露出したトラップ材料表面の準備を続けるために、本発明の代替的な第2の前駆体源が用いられる。本発明で使用するために適した限定しないPEALD反応チャンバー例は、全ての目的でその全体が本明細書の一部をなす、「PLASMA ATOMIC LAYER DEPOSITION SYSTEM AND METHOD」と題する、2010年7月22日に公開されたBecker他による米国特許出願公開第20100183825号に開示されている。
定義
以下の定義は、特に別段の定めのない限り、全体を通して使用される。
Figure 0006195671
符号リスト
以下の符号は、特に別段の定めのない限り、全体を通して使用される。
Figure 0006195671
例示的なシステムアーキテクチャー
ここで図1を参照すると、本発明による限定しない例示的なPEALDシステム100が概略的に示されている。PEALDシステム100は、加熱チャック111によって提供される基板支持面の上に支持された基板110を収容しているPEALD構成反応チャンバー105を含む。基板は、反応チャンバー内に供給される前駆体蒸気及び/又はプラズマフリーラジカルが上方を向いたコーティング面115に突き当たるように、コーティング位置に支持される。他の限定しない例示的な実施形態では、反応チャンバーは、加熱チャック111によって提供される支持面の上で複数の基板110を支持することができ、各基板は、本発明から逸脱することなく上方を向いたコーティング面115を有している。
ガス供給モジュール
ガス及び前駆体供給モジュール120は、様々なプロセス蒸気及びガスの供給物を含み、それらは、液体及び固体の前駆体物質を保管するために使用される封止されたキャニスター内に保管され、及び/又は、限定されないがO、N、H、NH等を含む反応性プラズマガス及びガス状の第1の前駆体、並びにキャリアガス及び/又はパージガスとして使用可能な不活性ガス等の前駆体ガスを保管するために使用される加圧ガスシリンダーに保管される。ガスモジュール120はまた、制御可能な弁又は質量流量調節器145及び150も含み、それらは、電子コントローラー125によって、選択された前駆体、キャリアガス及び/又はパージガスを反応チャンバー105内に供給する要求に応じて、開放するか、閉鎖するか、又は投入混合ガスの所望の質量流量を確立するように動作可能である。
液体及びガス前駆体キャニスターは、ガスバブラー又は他の気化装置を含むことができ
、それらは、前駆体を気化させるか又は他の方法でその蒸気圧を上昇させるように、及び/又は反応チャンバー内に迅速な蒸気流を促進するように使用可能である。ガス及び前駆体モジュール120は、液体又は固体の前駆体から収集された前駆体蒸気物質、及び/又はキャリアガス及び/又はパージガス又は両方として使用可能な不活性ガスを、混合し、方向付け、及び/又は調整する必要に応じて、電子コントローラー125によって制御可能な他のガス及び蒸気流調整要素を更に含むことができる。
本実施形態では、ガス及び前駆体供給モジュール120は、蒸気圧を上昇させ各前駆体を所望の前駆体温度で供給する必要に応じて、前駆体キャニスターを予熱するか又は他の方法で前駆体物質を加熱するために設けられた、図示しない前駆体ヒーターを更に含む。1つの限定しない実施形態例では、前駆体は、約70℃の温度、好ましくは前駆体蒸気の熱破壊温度未満の温度まで加熱される。さらに、ガス及び前駆体モジュール120は、電子コントローラー125にフィードバック信号を提供しかつ複数の異なる動作モードでPEALDシステムを動作させる必要に応じて、図示しない、1つ又は複数の圧力調節器、質量流量調節器又は流量制限器、並びに様々な圧力センサー、温度センサー及び流量センサー等を含むことができ、上記動作モードは、1種又は複数種の異なる基板表面材料を1つ又は複数の異なる固体材料層でコーティングするように複数の異なる材料コーティングサイクルを行うための必要に応じて、異なる前駆体の組合せを提供することを含む。
限定しない例示的なPEALDシステム100は、反応チャンバー105への後述するような2つの前駆体供給路を含むが、本発明から逸脱することなく、1つの供給路が使用可能である。第1の前駆体ポート及び投入導管130は、反応チャンバー105内に非プラズマ前駆体を供給する。第1の前駆体ポート及び投入導管130は、基板コーティング面115の上方の位置に配置され、基板110が、加熱チャック111によって提供される基板支持面によって支持されているときに、前駆体投入流が基板コーティング面115の中心に近接して突き当たるようにする投入角度で、好ましくは前駆体投入物質を方向付ける角度に向けられる。第2の前駆体ポート及び投入導管135は、プラズマ発生器140内部に配置された、図示しないプラズマ励起チューブを含むプラズマ発生器140を通過する。プラズマ発生器140は、電子コントローラー125によって、プラズマ励起チューブ内部で第2の前駆体を励起するか又は励起しないように制御される。したがって、非プラズマ前駆体及び/又はパージガスもまた、単にプラズマ発生器140を動作させないことにより、第2の前駆体ポート及び投入導管135を通して反応チャンバー105内に供給可能である。
第1の前駆体ポート及び導管130並びに第2の前駆体ポート及び導管135の各々は、第1の前駆体ポート及び投入導管130を通る第1の前駆体の流れを調整する第1のパルス弁150、第2の前駆体ポート及び投入導管135を通るプラズマ前駆体の流れを調整する質量流量コントローラー146、及び/又は任意選択的な第2のパルス弁145等の制御可能なガス調整要素を含むか又はそれに関連付けられている。好ましい実施形態では、第1のパルス弁150、質量流量コントローラー146及び任意選択的な第2のパルス弁145の各々は、ガス流モジュール120内部に前駆体供給容器に近接して収容されている。しかしながら、明確にするために、図1は、第1のパルス弁150が、内部を通過するガス流を調整するように第1の投入前駆体ポート及び導管130に沿って配置されているように示す。第1の前駆体パルス弁150は、電子コントローラー125によって、反応チャンバー105内に供給されるように選択された第1の前駆体ガスの所望の体積に対応するパルス持続時間、開閉するように制御可能である。プラズマ前駆体の場合、明確にするために、図1は、質量流量コントローラー146が第2の前駆体ポート及び導管135に沿って配置されているように示すが、それは、好ましくは、ガス供給モジュール120内部に配置される。質量流量コントローラー146を用いて、反応チャンバー105内に供給されるように選択された所望の質量流量のプラズマ前駆体を供給するために、
第2の投入前駆体ポート及び導管135を通過するプラズマガス前駆体の質量流量が調整される。質量流量コントローラー146は、電子コントローラー125によって制御可能であり、内部を通過するガスの質量流量を変更するように動作可能である。
PEALDシステム100は、電子コントローラー125によって制御可能な任意選択的な第2のパルス弁145を更に含むことができる。第2のパルス弁145は、基板110の露出面と反応するように非プラズマの第2の前駆体を使用して熱ALD堆積サイクルを行うように使用可能である。熱ALD堆積サイクル中、質量流量コントローラー146は、第2の前駆体の質量流量を調整するために使用されない。代りに、任意選択的な第2のパルス弁145は、電子コントローラー125によって、反応チャンバー105内に供給されるように選択された所望の体積の第2の前駆体ガスに対応するパルス持続時間開閉するように制御可能である。
図1に示すように、任意選択的な第2のパルス弁145は、第2の前駆体ポート及び投入導管135を通して反応チャンバー105内に第2の非プラズマ前駆体を供給することができることを強調するために、第2の前駆体ポート及び投入導管135に関連付けられて示されているが、任意選択的な第2のパルス弁145は、ガス及び前駆体供給モジュール120内部に配置されることが好ましい。代替的に、任意選択的な第2のパルス弁145は、第2の非プラズマ前駆体を、第1の前駆体ポート及び投入導管130を通して反応チャンバー105内に供給するように、第1の前駆体ポート及び投入導管130に関連付けることができる。したがって、1つの任意選択的な熱ALD動作実施形態では、第1の非プラズマ前駆体は、第1の前駆体ポート及び投入導管130を通して反応チャンバー105内に供給され、第1のパルス弁150によって調整され、第2の非プラズマ前駆体は、第2の前駆体ポート及び導管135を通して反応チャンバー105内に供給され、プラズマ励起なしに任意選択的な第2のパルス弁145によって調整される。
別の任意選択的な熱ALD実施形態では、第1の非プラズマ前駆体が、第1の前駆体ポート及び投入導管130を通して反応チャンバー105内に供給され、第1のパルス弁150によって調整され、第2の非プラズマ前駆体が、第1の前駆体ポート及び導管130を通して反応チャンバー105内に供給され、任意選択的な第2のパルス弁145によって調整される。1つの限定しない実施形態例では、第1のパルス弁150及び任意選択的な第2のパルス弁145のパルス持続時間は、1ミリ秒〜15ミリ秒の範囲である。さらに、各第1のパルス弁150及び第2のパルス弁145のパルス弁持続時間は、電子コントローラー125によって、ユーザー入力によって、又はパルス弁150及び145の機械的調整によって、独立して制御可能である。
第2のパルス弁145及び第1のパルス弁150並びに質量流量コントローラー146の各々は、不活性ガス供給ライン210に接続された不活性ガス入口ポート211を含むことができる。第2のパルス弁145及び第1のパルス弁150の各々にかつ質量流量コントローラー146に設けられた不活性ガス入口ポート211は、不活性ガス供給ライン210から不活性ガスを受け取り、その不活性ガスを、第1の前駆体ポート及び導管130又は第2の前駆体ポート及び導管135の対応する一方を通して反応チャンバー105内に供給する。好ましい実施形態では、不活性ガス入口ポート211は常に開放しており、それにより、不活性ガスの連続した流れが、各不活性ガスポート211を通って反応チャンバー105まで移動することができる。他の実施形態では、第1のパルス弁150及び第2のパルス弁145は、対応するパルス弁が制御モジュール125によって駆動される場合を除き、対応する不活性ガスポート211を閉鎖するように動作可能である。いずれの場合も、不活性ガス入口ポート211を通って入る不活性ガスは、反応チャンバー105まで流れる前駆体と混合する。
真空システム
限定しない例示的なPEALDシステム100は、主真空ポンプ155及びターボ分子真空ポンプ180を含む。主真空ポンプ155は、真空フランジ160に、真空フランジ160と主真空ポンプ155との間に延在する第1の真空導管165によって、流体接続されている。第1の真空弁170が、電子コントローラー125の制御の下で、第1の真空導管165を開閉するように動作可能である。第1の真空導管165に沿って従来のALDトラップ175が配置され、それにより、第1の真空導管165を通過する反応チャンバー105からのいかなる流出物も、主真空ポンプ155に達する前にALDトラップ175を通過する。特に、ALDトラップ175は、トラップによって形成されるトラップチャンバー又は流れ導管の内部に配置された、大きい内部材料表面領域、例えば、複数の密接して配置された金属プレート又は箔を含み、大きい内部表面領域の材料は、第1の真空導管165を通過する流出物に含まれるあらゆる未反応前駆体と反応し、それにより、流出物が主真空ポンプ155に達する前に流出物から未反応前駆体を実質的に除去するように提供される。本実施形態例では、主真空ポンプ155は、約10ミリトル(10−2トル)まで反応チャンバーをポンピングすることができる、より低コストの粗引きポンプである。
ターボ分子真空ポンプ180は、真空ゲート弁185を通して真空フランジ160に流体接続されている。ターボ分子真空ポンプ180は、真空ゲート弁185が開放されているときに、反応チャンバー105から流出物を引き出す。ターボ分子真空ポンプ180は、主真空ポンプ155によって提供することができる真空圧より低い真空圧を反応チャンバー105内に提供するように動作する。圧力が低いことは、基板の露出面へのプラズマ励起した第2の前駆体の供給を促進することにより、プラズマ強化原子層堆積の性能を向上させる傾向がある。真空ゲート弁185は、電子コントローラー125により、真空フランジ160によって形成される反応チャンバー105の出口ポートを開閉するように動作可能であり、ターボ分子ポンプ180に関連する反応チャンバー105の出口ポートは、第1の真空導管165との接続に関連する真空フランジ160を通過する出口ポートより大幅に大きい。更に後述するように、真空ゲート弁185は、第1の流出物を反応チャンバー105からALDトラップ175を通して除去するように閉鎖される。第2の真空導管190又はフォアラインが、ターボ分子真空ポンプ180から主真空ポンプ155まで、電子コントローラー125の制御の下で第2の真空導管190を開閉するように動作可能な第2の真空弁195を含む第2の真空導管190を介して延在している。本実施形態例では、ターボ分子真空ポンプ180は、反応チャンバーを約1.0マイクロトル(10−6トル)までポンピングすることができる、よりコストの高い仕上げポンプである。さらに、従来のPEALDシステムと比較して、ターボ分子真空ポンプ180は、トラップを通して真空を引かず、それにより、したがって、本発明のターボ分子真空ポンプ180は、トラップを通して真空を引く従来のPEALD真空システムより効率的になる。さらに、本発明の一態様に従って更に後述するように、第1の前駆体は、ターボ分子真空ポンプ180を決して通過せず、これにより、前駆体で汚染された環境で動作するように構成される必要のない、より低コストのターボ分子真空ポンプ180を使用することができる。
動作モード
限定しない例示的なPEALDシステム100は、単数又は複数の基板110の露出面に、特に基板コーティング面115に複数の材料層を自動的に堆積させるように動作可能である。単層堆積サイクルとは、基板110の上に単層の堆積材料を堆積させることを言う。コーティングラン又はコーティングプロセスとは、複数の堆積サイクルを言う。1つの限定しないコーティングラン例では、所望のコーティング厚さ又は数の個々の材料層が達成されるまで、同じコーティング材料を用いて基板110の上に同じ堆積材料の多くの単層を堆積させることにより、複数の堆積サイクルが行われる。第2の限定しないコーテ
ィングラン又はコーティングプロセス例では、コーティング面に複数の層厚さの第1の堆積材料を堆積させるように、複数の第1の堆積サイクルが行われる。その後、PEALDシステム100は、第1の堆積材料の層にわたってコーティング面に複数の層厚さの第2の堆積材料を堆積させるように行われる複数の第2の堆積サイクルを行うように自動的に再構成される。コーティングラン又はコーティングプロセスの最後に、基板110は取り除かれて、別のコーティングされていない基板と交換される。様々なチャンバー実施形態では、コーティングするために複数の基板を支持することができ、コーティングラン又はコーティングプロセスにより基板110の全てにコーティングすることができる。
上述したように、単層堆積サイクルは、4つの基本ステップ、すなわち、1)第1の前駆体にコーティング面を露出させるステップと、2)反応チャンバー105から第1の前駆体をパージするステップと、3)第2の前駆体にコーティング面を露出させるステップと、4)反応チャンバー105から第2の前駆体をパージするステップとを含む。従来の熱ALDシステム及びPEALDシステムでは、単一のターボ真空ポンプが連続的に動作して、反応チャンバーから流出物を除去し、ALDトラップを通して流出物全体を引き出す。PEALDシステムの特定の場合では、第2の前駆体は、高エネルギーラジカルを含むプラズマ前駆体である。
本発明の1つの限定しない動作実施形態によれば、上記ステップ1及びステップ2からの流出物のみ(流出物は第1の前駆体を含む)が、主真空ポンプ155によってALDトラップ175を通して引き出され、これは、反応チャンバー105から主真空ポンプ155を通して流出物を排他的に引き出すように真空ゲート弁185を閉鎖することによって行われる。そうでない場合、流出物がプラズマ前駆体を含むステップ3及びステップ4の間、流出物は、ALDトラップ175を通して引き出されず、代りに、ターボ分子真空ポンプ180によって反応チャンバー105から引き出され、その後、両ポンプが同時に動作しているとき、主真空ポンプ155によってシステムから排出される。特に、ステップ3及びステップ4の間、真空ゲート弁185は開放され、第1の真空弁170は閉鎖される。さらに、プラズマ前駆体を含む流出物は、トラップを全く通過せず、それは、プラズマラジカルが、真空フランジ160に達する時点まで本質的に非反応性であるように十分迅速に減衰する傾向があるためである。
本発明の改善された動作に関連するプロセスステップは以下の通りである。すなわち、1)第1の前駆体ポート及び投入導管130を通して供給される第1の前駆体にコーティング面115を露出させるステップ、及び2)真空ゲート弁185及び第2の真空弁195が閉鎖されており、第1の真空弁170が開放されている間に、反応チャンバー105から第1の前駆体をパージするステップであって、それにより、真空フランジ160から出る全ての流出物が第1の真空導管165に供給され、ALDトラップ175を通して引き出される、ステップである。特に、第1の非プラズマ前駆体は、ALDトラップ175を通るように仕向けられ、これにより、ALDトラップ175内に配置されたトラップ材料の表面が、流出物からの未反応の第1の前駆体と反応してそれを除去する。これによってまた、反応チャンバー105を通して、圧力が上昇し蒸気流量が低減し、それは、第1の前駆体露出ステップ中に、ALDトラップ175を通して引き込む主真空ポンプ155によって、流出物が反応チャンバー105から排他的に引き出されているためである。主真空ポンプ155を通過した後、第1の真空導管165からの流出物は、排気部に排出される。
1)第1の前駆体にコーティング面115を露出させること、及び2)真空ゲート弁185及び第2の真空弁195が開放されており、第1の真空弁170が閉鎖されている間に、反応チャンバー105から第1の前駆体をパージすることであって、それにより、反応チャンバー105からの全ての流出物が迂回して、ターボ分子真空ポンプ180を通り
、その後、第2の真空導管190を通って主真空ポンプ155を通して排気口まで流れることの後。したがって、第2の前駆体露出ステップ中、未反応前駆体を捕獲するためにトラップは使用されず、それは、プラズマ前駆体ラジカルが真空フランジ160に達する時点まで、高反応性ラジカル材料の実質的に全てが、反応チャンバー内部の表面と反応しているか、又は非反応状態まで減衰しているためである。したがって、本出願人は、プラズマ前駆体の場合、反応チャンバーからの流出物に未反応プラズマ前駆体が実質的に残っていないため、ステップ3及びステップ4のプラズマ前駆体露出からもたらされる反応チャンバーから出る流出物を、ターボ分子真空ポンプ180を損傷することなく、ターボ分子真空ポンプ180を通してポンピングすることができ、最終的に、主真空ポンプ155によって排気するように排出することができる。さらに、本発明の構成により、ターボ分子真空ポンプ180を通過する流出物に未反応プラズマ前駆体があった場合であっても、ステップ1及びステップ2においてポンプが第1の前駆体に露出していなかったため、ターボ分子真空ポンプ180の表面は、第2の前駆体と反応する準備はできておらず、したがって、ターボ分子真空ポンプ180の内面又は第2の真空導管190の内面に、有害な膜堆積反応は発生せず、そのため、より安価なターボポンプを使用することができる。
第2の前駆体源
上述した真空システムは、ターボ分子真空ポンプ180のポンピング効率を向上させ、汚染のリスクが低いため、より低コストのターボ真空ポンプを使用することを可能にするが、2真空ポンプ真空システムにより、第2の前駆体をALDトラップ175内に注入するように設けられた代替的な第2の前駆体供給部200を追加しなければ、ALDトラップ175による連続した第1の前駆体除去は可能ではない。特に、上述したように、第1の前駆体は、ALDトラップ175によって、第1の真空導管165を通過する流出物から除去される。これは、第1の前駆体がトラップ材料表面と反応し、流出物から除去されるときに発生する。さらに、流出物から第1の前駆体を除去する同じ反応により、トラップ材料表面が第2の前駆体と反応する準備ができ、一方でまた、トラップ材料表面は第1の前駆体と非反応性になる。その結果、第1の前駆体のみが第1の真空導管165及びALDトラップ175を通過する後続する堆積サイクルにおいて、それ以上、流出物から第1の前駆体が除去されず、それは、トラップ内部のこのとき反応性であるトラップ材料表面と第2の前駆体との間の反応を完了するために、ALDトラップ175に第2の前駆体が流れないためである。したがって、後述するように、代替的な第2の前駆体供給部200が設けられる。
本発明は、第2の前駆体がALDトラップ175内に供給されるときに、ALDトラップ175内部でトラップ材料表面との反応を完了するように、1つ又は複数の適切な第2の前駆体の供給物で充填された、代替的な第2の前駆体供給モジュール200を含む。特に、第2の前駆体供給モジュール200は、ALDトラップ175内に第2の前駆体蒸気を注入するように動作可能であり、第2の前駆体は、トラップ材料表面と反応して、第1の前駆体によって開始されたALD反応を完了する。したがって、第2の前駆体とトラップ表面との間の反応により、トラップ材料表面に材料層が形成され、一方でまた、トラップ材料表面が次の堆積サイクルで第1の前駆体と反応する準備ができる。
1つの限定しない実施形態例では、代替的な第2の前駆体供給モジュール200は、水蒸気(HO)源を備えている。代替的な第2の前駆体供給モジュール200は、電子コントローラー125によって操作される制御可能な弁205を通して代替的な第2の前駆体をALDトラップ175内に供給するように構成されている。弁205は、第1の真空弁170とALDトラップ175との間の位置で、代替的な第2の前駆体を第1の真空導管165内に放出するように開放される。弁205が開放されている間、好ましくは、代替的な第2の前駆体が反応チャンバー105を汚染しないように、第1の真空弁170は閉鎖されている。さらに、弁205が開放されている間、主真空ポンプ155は動作して
おり、それにより、第1の真空導管165を通して流出物を引き出し、ALDトラップ175を通して代替的な第2の前駆体を引き出す。
代替的な第2の前駆体供給モジュール200は、好ましくは、代替的な第2の前駆体を不活性キャリアガス、例えば窒素又はアルゴンと混合するように構成され、不活性キャリアガスは、第1の真空弁170とALDトラップ175との間に配置された位置で第1の真空導管165と嵌合する不活性ガス供給ライン210にわたって、ガス及び代替的な第2の前駆体供給モジュール120から受け取られる。制御可能な弁215又は他のガス流調整要素は、キャリアガス流を調整するために、不活性ガス供給ライン210に沿ってガス及び前駆体供給モジュール120と第1の真空導管165との間に配置されている。
代替的な第2の前駆体供給モジュール200は、必要な場合に、代替的な第2の前駆体を気化させるか又はその蒸気圧を上昇させるように動作可能な、バブラー又は気化装置202を含むことができる。さらに、代替的な第2の前駆体供給部200は、必要な可能性がある場合に異なる堆積化学作用で使用されるように異なる前駆体容器に保管された複数の異なる代替的な第2の前駆体を収容することができる。好ましくは、各代替的な前駆体容器は、1つ又は複数のガス流制御要素を含み、それは、電子コントローラー125によって、使用されている特定の堆積化学作用の第1の前駆体に一致した代替的な第2の前駆体を選択し、各ガス堆積サイクルの適切な期間に、選択された代替的な第2の前駆体をALDトラップ175に供給するように動作可能である。さらに、代替的な第2の前駆体供給モジュール200は、ガス及び前駆体モジュール120の一部を構成し、かつその内部に収容され得る。この構成では、本発明から逸脱することなく、代替的な第2の前駆体は、ガス及び前駆体供給モジュール120において不活性キャリアガスと混合することができ、その混合物は、不活性ガス供給ライン210を通してALDトラップ175に供給され、弁215によって調整される。
動作時、堆積サイクルの最初の2つのステップの間、すなわち、1)第1の非プラズマ前駆体にコーティング面115を露出させるステップ、及び2)反応チャンバー105から非プラズマの第1の前駆体をパージするステップの間、第1の真空弁170は開放し、真空ゲート弁185及び第2の真空弁195は閉鎖されている。これにより、第1の前駆体流出物は、第2のターボ分子真空ポンプ180を通過することなく、ALDトラップ175を通過して、主真空ポンプ155を通してシステムから排気口に出ることができる。一方、ALDトラップ175内部に設けられたトラップ材料表面と反応することにより、流出物からいかなる未反応の第1の前駆体も除去される。
堆積サイクルの第3のステップ及び第4のステップの間、すなわち、3)第2の(プラズマ)前駆体にコーティング面115を露出させるステップ、及び4)反応チャンバー105から第2の(プラズマ)前駆体をパージするステップの間、第1の真空弁170は閉鎖されており、真空ゲート弁185及び第2の真空弁195は開放されている。これにより、第2の前駆体流出物は、ターボ分子真空ポンプ180を通過し、その後、第2の真空導管190を通過して、主真空ポンプ155を通ってシステムから排気口に出る。代替的に、本発明から逸脱することなく、反応チャンバー105から除去された排気物質を、主真空ポンプ155を通過することなく排気口に直接排出するように、第2の真空導管190を構成することができる。一方で、堆積サイクルのステップ3)及びステップ4)の間、弁205は開放されて、供給するように開放された代替的な第2の前駆体を、トラップ内部に設けられたトラップ材料表面と反応するようにALDトラップ175内に放出し、弁215もまた開放されて、代替的な第2の前駆体をALDトラップ175に搬送するために、不活性キャリアガスを第1の真空導管165内に提供する。代替的に、本発明から逸脱することなく、弁215を必要とすることなく(すなわち、弁215は除去するか又は開放したままにすることができる)、不活性ガス供給ライン210を通して不活性ガス
の連続流を流すことができる。更なる代替実施形態では、弁215は、代替的に、質量流量コントローラー、制限器、又は内部を通過するガス流量を調整するのに適した他の要素を備えることができる。
他の任意選択的な要素としては、主真空ポンプ155からトラップを隔離するように使用可能な操作可能な又は手動の弁220と、様々な位置でガス圧を検知するように配置された、電子コントローラー125によって読取可能な1つ又は複数の圧力検知要素196とが挙げられる。さらに、第1の真空導管165及び第2の真空導管190は、2つの位置で主真空ポンプ155に接続しているように示されているが、これは、単なる概略表現であり、実際の構成は、本発明から逸脱することなく異なる可能性がある。特に、第2の真空導管190は、第1の真空導管165のみが主真空ポンプ155の単一フランジに接続された状態で、第1の真空導管165をALDトラップ175と主真空ポンプ155との間に接合することができる。
トラップ構成
ALDトラップアセンブリ175は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす、2005年1月27日に出願された、「VAPOR DEPOSITION SYSTEMS AND METHODS」と題する、2012年6月19日にMonsma他に対して付与された米国特許第8,202,575号に開示されているもの等、従来のALDトラップ又はフィルタを備えている。ALDトラップアセンブリ175は、トラップ材料で充填された流体流導管を備えている。理想的には、ALDトラップ175アセンブリは、小さいガス流抵抗及び高い真空コンダクタンスを提供するように構成されている。
ALDトラップアセンブリ175は、トラップヒーター198及び関連する温度センサーを含み、各々、電子コントローラー125と電気的に通信する。トラップ材料は、長期の動作期間、例えば、堆積サイクルの何万倍の期間、内部に導入される第1の前駆体及び第2の前駆体と反応するために十分な表面領域があるように形成された、複数の異なる要素又は単一の要素を構成している。経時的に、トラップ表面領域に構築された材料層はトラップ性能を低下させる可能性があるため、優れたトラップ性能を維持する必要に応じて、トラップ要素を除去して交換することができる。
好ましくは、第1の前駆体及び第2の前駆体をトラップ材料表面領域と反応させ、ガス堆積反応チャンバー105内で行われているコーティングプロセスによって基板表面115にコーティングされているものと同じ材料層をトラップ材料表面に形成するために、トラップ材料表面領域は、コーティング面115と実質的に同じ温度まで加熱される。動作中、ALDトラップ175は、通常、高温で維持される。幾つかの実施形態では(例えば、ALDトラップ175が少なくとも部分的に出口ポートに配置される場合)、ALDトラップ175は、反応チャンバー105(例えば、管状ヒーターによって加熱される)からの熱コンダクタンスによって十分な温度まで加熱される。したがって、これらの実施形態では、ALDトラップ175は、別個のヒーター198を有する必要はない。
様々な形態の金属トラップ材料が好ましいが、他の適切なトラップ材料を使用することができる。トラップ材料形態としては、ガス流抵抗を低下させるように高い割合の表面領域がガス流方向に対して平行であるように仕向けられた薄い金属箔が挙げられる。波形金属箔も使用可能である。箔を用いる場合、ALDトラップ175の表面領域の実質的に全て(すなわち、99%を超える)が、ガス流方向に対して平行である。波形又はロール状箔要素の長さ、直径を増大させ、波形を増加させることにより、箔トラップの表面積を増大させることができる。ALDトラップ175の材料の選択における考慮事項は、ALDトラップ175内部のコーティング材料の亀裂及び剥離を回避するために、トラップ材料の熱膨張係数をコーティング材料と一致させることである。したがって、トラップ材料は
、コバール、インバー、並びに他の耐熱及び耐食合金等、加工金属の箔を含むことができる。
トラップ材料の他の形態としては、ステンレス鋼、アルミニウム又は銅を含むメタルウール又はメッシュスクリーンが挙げられる。活性炭及び活性アルミナ等の粒状材料も使用可能であるが、これらはガス流抵抗を上昇させる。本発明について好ましい実施形態に関して上述したが、本発明はそれに限定されないということもまた、当業者には理解されるであろう。上述した発明の様々な特徴及び態様は、個々に又は合わせて使用することができる。さらに、本発明について、特定の環境においてその実施態様に関連して、かつ特定の用途(例えば、ALD及びPEALDガス堆積システム)に対して記載したが、当業者は、本発明の有用性がそれに限定されず、未反応前駆体を流出物から除去するようにそれらの未反応前駆体を反応させることが望ましいあらゆる環境及び実施態様で、本発明を有益に利用することができることを理解するであろう。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本明細書に開示する本発明の全範囲及び趣旨を考慮して解釈されるべきである。

Claims (20)

  1. 原子層堆積方法であって、
    堆積ランに対して反応チャンバー内で1つ又は複数の基板を支持することであって、該堆積ランは複数の材料堆積コーティングサイクルを行うことを含むことと、
    各堆積コーティングサイクルに対して、
    前記1つ又は複数の基板の露出面と反応するように、前記反応チャンバー内に第1の前駆体を供給することと、
    前記反応チャンバーから第1の流出物を除去することであって、該第1の流出物は未反応の第1の前駆体を含むことと、
    前記第1の流出物をALDトラップに通過させることであって、該ALDトラップは、前記未反応の第1の前駆体と反応するトラップ材料表面を含むことと、
    前記第1の流出物から前記未反応の第1の前駆体を除去した後に、代替的な第2の前駆体を前記ALDトラップに通過させることであって、該代替的な第2の前駆体は、前記トラップ材料表面を、次のコーティングサイクルの前記第1の流出物からの前記未反応の第1の前駆体と反応しかつそれを除去することができるようにするように、前記トラップ材料表面と反応し、前記代替的な第2の前駆体は、前記反応チャンバーから引き出されないことと、
    前記反応チャンバーから前記第1の流出物を除去した後、フリーラジカルを含む第2の前駆体を、前記1つ又は複数の基板の前記露出面と反応するように前記反応チャンバー内に供給することと、
    を含む原子層堆積方法。
  2. 前記第1の前駆体と前記1つ又は複数の基板の前記露出面との間の前記反応は、反応温度で発生し、前記方法は、前記トラップ材料表面を該反応温度で維持するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記反応チャンバーから前記第1の流出物を除去するステップは、前記ALDトラップを含む第1の真空導管を通して前記第1の流出物を引き出すように主真空ポンプを動作させることを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 各堆積コーティングサイクルに対して、前記反応チャンバーから前記第1の流出物を除去した後、前記反応チャンバーから第2の流出物を除去することと、
    を更に含み、
    前記第2の流出物は前記ALDトラップを通過しない、請求項3に記載の方法。
  5. 前記反応チャンバーから第2の流出物を除去するステップは、第2の真空導管を通して前記第2の流出物を引き出すように前記主真空ポンプを動作させることを含む、請求項4に記載の方法。
  6. 前記代替的な第2の前駆体を前記ALDトラップに通過させるステップと、前記フリーラジカルを含む前記第2の前駆体を前記反応チャンバー内に供給するステップとが、同時に行われる、請求項5に記載の方法。
  7. 前記代替的な第2の前駆体を前記ALDトラップに通過させるステップは、前記第1の流出物から前記未反応の第1の前駆体を除去した後に、かつ次のコーティング堆積サイクルを開始するように前記反応チャンバー内に前記第1の前駆体を供給する前に発生する、請求項6に記載の方法。
  8. 前記反応チャンバーから前記第2の流出物を除去する前に、前記第1の真空導管に沿って前記ALDトラップと前記反応チャンバーとの間に配置された第1の真空弁を閉鎖することと、ターボ分子真空ポンプを通して前記第2の流出物を除去するアクセスを可能にするように真空ゲート弁を開放することであって、該ターボ分子真空ポンプは該ターボ分子真空ポンプと前記前記主真空ポンプとの間に延在する第2の真空導管と流体連通していることと、前記第2の真空導管に沿って配置された第2の真空弁を開放することとを更に含む、請求項4に記載の方法。
  9. 前記反応チャンバーから前記第1の流出物を除去する前に、ターボ分子真空ポンプを通して前記第1の流出物を除去するアクセスを阻止するように真空ゲート弁を閉鎖することであって、該ターボ分子真空ポンプは該ターボ分子真空ポンプと前記主真空ポンプとの間に延在する第2の真空導管と流体連通していることと、前記第2の真空導管に沿って前記反応チャンバーと前記主真空ポンプとの間に配置された第2の真空弁を閉鎖させることとを更に含む、請求項4に記載の方法。
  10. 原子層堆積方法であって、
    反応チャンバー内に支持された1つ又は複数の基板の露出面を第1の非プラズマ前駆体に露出させるステップと、
    前記反応チャンバーから第1の流出物を引き出すように主真空ポンプを動作させるステップであって、該第1の流出物は、前記反応チャンバー内に残っている未反応の第1の非プラズマ前駆体の実質的に全てを含むステップと、
    なお、前記第1の流出物は、前記反応チャンバーと前記主真空ポンプとの間に延在する第1の真空導管を通して引き出され、
    なお、前記未反応の第1の非プラズマ前駆体と反応しやすいトラップ材料表面を備えたALDトラップが、前記第1の流出物からの前記未反応の第1の非プラズマ前駆体の実質的に全てを除去するように、前記第1の真空導管に沿って配置され、
    フリーラジカルを含む第2のプラズマ励起前駆体に前記露出面を露出させるステップと、
    前記反応チャンバーから第2の流出物を引き出すようにターボ分子真空ポンプを動作させるステップであって、該第2の流出物は、前記反応チャンバーから前記第2のプラズマ励起前駆体の実質的に全てをパージするステップと、
    なお、前記第2の流出物は、前記ターボ分子真空ポンプを通して、かつ該ターボ分子真空ポンプと前記主真空ポンプとの間に延在する第2の真空導管を通して引き出され、該第2の流出物は、前記ALDトラップを通して引き出されず、
    前記第1の流出物から前記未反応の非プラズマ第1の前駆体を除去した後に、前記トラップ材料表面と反応するように前記ALDトラップ内に代替的な第2の前駆体を供給するステップと、
    を含み、
    前記代替的な第2の前駆体は、前記トラップ材料表面を前記第1の流出物からの未反応の第1の前駆体と反応しかつそれを除去することができるようにするように、該トラップ材料表面と反応する、原子層堆積方法。
  11. 材料堆積サイクルを行う原子層堆積装置であって、
    1つ又は複数の基板を内部に支持するように構成された反応チャンバーと、
    前記1つ又は複数の基板の露出面と反応するように前記反応チャンバー内に第1の前駆体を供給するように設けられた第1の前駆体導管及びポートと、
    前記反応チャンバーから第1の流出物を除去するように構成された真空システムであって、該第1の流出物を除去することにより、前記反応チャンバーから前記未反応の第1の前駆体の実質的に全てが除去される、真空システムと、
    前記第1の流出物を内部に受け取るように配置されたトラップ材料表面を備えるALDトラップであって、該トラップ材料表面は、前記第1の流出物からの前記未反応の第1の前駆体の実質的に全てと反応しかつそれを除去する、ALDトラップと、
    前記ALDトラップ内に代替的な第2の前駆体を供給する、該ALDトラップと流体連通している代替的な第2の前駆体源と、
    前記1つ又は複数の基板の前記露出面が前記第1の前駆体と反応した後、前記露出面と反応するように前記反応チャンバー内に第2の前駆体を供給するように設けられた第2の前駆体導管及びポートと、
    動作時には、前記第2の前駆体を励起し前記第2の前駆体のフリーラジカルを生成するように構成され、動作しないときには、前記第2の前駆体を励起せず前記第2の前駆体のフリーラジカルを生成しないように構成されている、前記第2の前駆体導管及びポートと関連するプラズマ発生器と、
    を備え、
    前記代替的な第2の前駆体は、前記第1の流出物から前記未反応の第1の前駆体を除去した後に、前記トラップ材料表面を前記第1の前駆体と反応することが可能なものとするように該トラップ材料表面と反応する材料を含む、原子層堆積装置。
  12. 前記1つ又は複数の基板は、前記材料堆積サイクル中に反応温度で維持され、前記原子層堆積装置は、電子コントローラーと通信するトラップヒーター及び温度検知素子を更に備え、該トラップヒーター及び該温度センサーは、前記トラップ材料表面を前記反応温度で維持するように動作可能である、請求項11に記載の原子層堆積装置。
  13. 前記トラップ材料は、1つ又は複数の薄い金属箔を含み、該箔は、該箔の表面領域の99%以上の割合が前記ALDトラップを通るガス流方向に対して平行に配置されるように方向付けられている、請求項11に記載の原子層堆積装置。
  14. 記真空システムは、前記反応チャンバーから第2の流出物を除去し、
    前記第2の流出物を除去すること前記第2の流出物を前記ALDトラップに通過させることなく、前記反応チャンバーから前記第2の前駆体の実質的に全て除去するか、または、前記第2の流出物を前記ALDトラップに通過させることによって、前記反応チャンバーから前記第2の前駆体の実質的に全てを除去する、請求項11に記載の原子層堆積装置。
  15. 前記真空システムは、
    真空フランジを通して前記反応チャンバーと流体連通している主真空ポンプと、
    前記真空フランジと前記主真空ポンプとの間に配置された第1の真空導管であって、前記ALDトラップは該第1の真空導管に沿って配置されている、第1の真空導管と、
    前記第1の真空導管に沿って前記真空フランジと前記ALDトラップとの間に配置された第1の真空弁と、
    を備える、請求項14に記載の原子層堆積装置。
  16. 前記真空フランジを通して前記反応チャンバーと流体連通しているターボ分子真空ポンプと、
    前記反応チャンバーと前記ターボ分子真空ポンプとの間に配置された真空ゲート弁であって、前記真空フランジを通してガス流を阻止するか又は可能にするように動作可能な真空ゲート弁と、
    前記ALDトラップを通過することなく前記ターボ分子真空ポンプと前記主真空ポンプとの間に配置された第2の真空導管と、
    前記第2の真空導管に沿って前記ターボ分子真空ポンプと前記主真空ポンプとの間に配置された第2の真空弁と、
    を更に備える、請求項15に記載の原子層堆積装置。
  17. 前記主真空ポンプは、10ミリトル(1.3パスカル)の真空圧まで前記反応チャンバーをポンピングすることができる粗引きポンプを含み、前記ターボ分子真空ポンプは、1.0マイクロトル(0.000133パスカル)の真空圧まで前記反応チャンバーをポンピングすることができる仕上げポンプを含む、請求項16に記載の原子層堆積装置。
  18. 前記代替的な第2の前駆体源と前記ALDトラップとの間に延在する流体導管に沿って配置された制御可能な弁を更に備える、請求項11に記載の原子層堆積装置。
  19. 前記代替的な第2の前駆体源に関連する不活性ガス供給部であって、該代替的な第2の前駆体を該不活性ガス供給部によって供給される不活性ガスと混合する不活性ガス供給部を更に備える、請求項11に記載の原子層堆積装置。
  20. 前記第1の前駆体導管及びポートを通る第1の前駆体流を調整するように動作可能な第1の制御可能なパルス弁と、
    前記第2の前駆体がプラズマ前駆体である場合、前記第2の前駆体導管及びポートを通る第2の前駆体流を調整するように動作可能な、制御可能な質量流量コントローラーと、
    第2の前駆体がプラズマ前駆体でない場合、前記第2の前駆体導管及びポートを通る第2の前駆体流を調整するように動作可能な、第2の制御可能なパルス弁と、
    を備え、
    前記原子層堆積装置は、プラズマ強化原子層堆積サイクル、または熱原子層堆積サイクルを行うように動作可能であり、
    前記プラズマ強化原子層堆積サイクルを行うとき、前記原子層堆積装置は、前記プラズマ発生器が動作されて前記第2の前駆体励起、前記第1の流出物のみが前記トラップを通して除去されるように構成され、
    熱原子層堆積サイクルを行うとき、前記原子層堆積装置は、前記プラズマ発生器が動作されず前記第1の前駆体又は前記第2の前駆体のいずれも前記プラズマ発生器によって励起されず、前記第1の流出物及び前記第2の流出物の両方が前記ALDトラップを通して除去されるように構成されている、請求項14に記載の原子層堆積装置。
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