KR20050091776A - 증착 챔버의 표면 강화방법 및 당해 방법으로 제조한 증착챔버 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 위에 박막을 증착시키는 장치 내에서 노출된 표면을 부동화하는 방법에 관한 것이다. 증착 챔버의 내부 표면 및 이에 연결된 도관은 증착 공정에서 사용되는 반응물 및 반응 생성물이 내부 표면에 흡착하거나 화학적으로 흡착하는 것을 방지하기 위해 부동화된다. 당해 표면은 표면 처리, 라이닝(lining), 온도 조절 또는 이들의 조합에 의하여 본 목적을 위해 부동화될 수 있다. 반응물 및 반응 생성물의 축적을 최소화하도록 표면을 유지하는 온도 또는 온도 범위를 측정하는 방법에 대해서도 또한 기재되어 있다. 증착 챔버 및 가스 유동 통로 내에 부동화된 표면을 가지는 증착 장치가 또한 기재되어 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 증기 및 가스 이송 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 산업에서 박막의 증착용으로 사용되는 증착 챔버에 관한 것이다.
반도체 산업에서의 반도체 소자의 크기가 지속적으로 감소하기 때문에, 개선된 시스템 및 소자 위의 박막의 생성 방법이 개발되어야 한다. 박막을 생성하기 위해 사용된 종래 기술은 화학적 증착법(CVD) 및 플라즈마-강화 화학적 증착법(PECVD)를 포함한다.
CVD 방법은 박막을 증착하기 위해 반도체 산업에서 광범위하게 사용되고 있다. 종래 CVD 공정에서, 박막 및 층들은, "반응 챔버"로 또한 정의될 수 있는 밀폐된 증착 챔버 내에서 바람직한 두께로 기판 위에 증착된다. 박막을 증착시키기 위해, 당해 기판을 증착 챔버 내에 놓고, 챔버를 봉함하고, 당해 기판을 가열하고, 가스의 혼합물을 챔버 내로 주입한다. 챔버 내에서의 화학적 반응은 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이 기판 위의 바람직한 박막 또는 재료의 층을 증착시킨다. CVD가 효과적인 박막의 증착법으로 증명됐지만, 더욱 소형의 반도체 소자에 대한 요구가, 종래 CVD 공정이 지속적으로 생성할 수 없는, 더욱 고품질이고, 더욱 얇은 막을 필요로한다.
본원에서, 본 발명자들은 종래 CVD 챔버가 특히 원자층 증착법(ALD)으로의 전환에 도움이 되지 않음을 인식하고 있다. 따라서, ALD 방법의 극도로 얇은 막을 생성하는데 더욱 적합한 개선된 증착 챔버를 제공하기 위해, 연구 및 개발이 지속되어 왔다. ALD 공정은 CVD 공정에 비해, CVD 공정에 의한 막 증착을 위해 사용되는 공정 보다 저온에서 조절된 두께의 막을 증착시킬 수 있다는 장점을 나타낸다. 또한, ALD 공정은, 증착된 재료의 하나 또는 몇몇 원자층의 위에, CVD 공정에 의해 형성된 것보다 훨씬 얇은 막(즉, 게이트 산화막, 세포 유전체막 또는 확산 방지막)을 형성하는데 사용될 수 있다. 추가로, ALD는 CVD 공정에 의해 형성된 막 보다 더욱 우수한 균일성 및 적용성으로 재료를 피복하는데 사용될 수 있다. 그러나, ALD 공정에서 사용된 화학 반응은 CVD 공정 보다 증착 챔버의 내부 표면 위에 더 많은 부수적인 첨가물을 축적시킨다. 또한, 당해 내부 표면은 ALD 특성을 손상시키는 원인으로서 작용할 수 있다. 부수적인 축적물은 입자 오염 문제를 발생기키기 때문에, 챔버 내의 축적물은 과량의 부수적인 잔여물을 제거하기 위해 습식 청소 또는 세척되어야 한다. 그러므로, 종래 CVD 방법을 위해 사용된 증착 챔버는 ALD 공정에 적합하지 않다.
ALD 공정에서, 증착되는 재료로의 전구체를 포함하는 반응 가스는 일반적으로, 둘 이상의 전구 반응 가스가 동시에 반응 챔버 내로 주입될 수 있는 CVD 공정과는 달리, 한번에 하나씩 반응 챔버 내로 주입되고, 박막을 형성하기 위해 반응한다. ALD 공정에서, 제1 반응 가스 또는 전구체는 가스 관 또는 일명 "샤워 헤드"(이의 물리적 외형 때문에)로 불려지는 분산 헤드를 통해 반응 챔버 내로 주입되고, 제1 반응 가스 또는 수증기 같은 증기의 단일층이 화학적 흡착을 통해 기판의 표면 위에 흡착된다. 그러나, 증착 챔버의 내부 표면은 또한 제1 반응 가스, 예를 들어 수증기에 의해 피복될 수 있다. 이후에, 수증기는 반응 챔버로부터 제거되고, 불활성 기체는 반응 챔버로부터 물을 제거 또는 펌핑하는데 사용될 수 있고, 불활성 제거 가스는 기판 또는 반응 챔버의 표면 위에 흡착하지 않는다. 이후에, 제2 반응 가스 또는 증기가, 다수의 원자로 측정될 수 있는 두께를 가진 재료 층을 생성하기 위해, 반응 챔버 내로 주입되고, 기판 표면 위의 물 및 제2 반응 가스는 기판 또는 물이 내부 표면에 흡착하는 경우 증착 챔버의 표면 위에서 반응한다. 본 방법에서, 반응 가스는, 바람직한 재료의 원자층을 한번에 하나씩 형성하는 연속적인 방법으로 증착 챔버 내의 기판의 표면 위에서 "진동한다".
그러나, ALD 공정에서 사용된 반응 가스의 반응성이 높기 때문에, 반응 가스가 기판의 표면을 제외한 챔버 내의 임의의 곳에서 서로에게 노출될 때, 반응 가스는 반응하기 쉽고, 따라서, 입자 또는 반응 가스가 물리적 흡착, 화학적 흡착 또는 응축에 의해 표면에 접착 또는 "흡착"함으로써 접촉하는 임의의 표면 위의 막을 형성한다. 따라서, 반응 챔버는 챔버의 다양한 내부 표면 위에 증착되는 잔여 반응 가스를 가질 수 있고, 이는 바람직하지 않은 화학적 반응의 원인이 될 수 있다. 바람직하지 않은 화학적 반응은 증착 공정의 감소된 효율, 증착 챔버의 내부 표면(즉, 가스 라인, 샤워 헤드, 챔버 벽면 등)의 부식 및 ALD 챔버의 수명 단축(즉, 2 내지 5년)의 원인이 된다. 증착 공정을 비효율적으로 하는 것 이외에, 잔여 반응물은 기판 위에 형성된 박막을 더럽힐 수 있다.
ALD에 관한 또 다른 문제는 공정이 반복적으로 수행되어야 하는 광범위한 단계에서의 공정의 지연이고, 이는 시간집약적 공정의 원인이 된다. ALD 공정 자체가 시간집약적이기 때문에, 반응 챔버로부터 증착된 반응물을 부수적으로 세척함으로써 소요되는 추가의 시간 또는 ALD 증착 챔버의 구성 부품의 손실은 세척으로 인한 비가동 시간 또는 ALD 증착 공정에 사용되는 부식된 부품의 대체 때문에 ALD 공정을 비효율적으로 만든다.
ALD 및 CVD 유형 증착 공정에 관한 또 다른 문제는 증착 챔버 부품 부식이다. 예를 들어, TiCl4 티탄을 증착시키는 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD) 또는 공정 가스로 WF6 및 NH3을 사용하여 WNx을 증착시키는 ALD 공정은 각각 반응물에 노출된 챔버의 표면을 부식시키고, 이러한 부식은 챔버의 수명을 단축시킨다. 종래 알루미늄의 산화가, 어느 정도 성공적으로, 전형적인 CVD 공정을 위해 사용된 증착 챔버 부품의 내부 금속 표면 위에 사용되었지만, 결과는 불충분한 것으로 판명됐다.
그러므로, 물리적 흡착 또는 화학적 흡착에 의한 부수적인 반응물의 증착을 최소화 하도록 제작된 증착 챔버를 제공하고, 결과적으로 챔버의 오염 및 이의 구성 부품의 부식을 감소시켜, 챔버 부품 수명을 최대화하고, 세척 및 다른 유지 운전에 대한 필요를 최소화하면서 바람직한 증착 공정이 증가된 시간 동안 반복적으로 수행되도록 하는 것이 바람직하다.
발명의 개요
본 발명은, 공정 반응물에 노출된 실질적으로 비반응성 또는 부동화된 부품 표면을 가지는 반응 또는 증착 챔버를 포함하는, 증착 장치 제작방법을 포함한다. 실질적으로 비반응성 표면은, 증착 공정에서 사용되는 반응 가스가 임의의 실제 양으로 반응 챔버의 표면 위에 흡착할 수 없고, 비반응성 표면이 실질적으로 반응 챔버의 표면 또는 증착 장치의 임의의 다른 부분 위의 부수적인 재료층 또는 오염(공정 오염 및 챔버 부품의 부식에 대한 가능성)의 발생을 예방하도록 설계된다. 본 발명은 또한 반응 가스에 노출될 수 있고, 증착 공정에서 사용되는 반응 가스가 실질적으로 흡착하지 않는 매우 단단하고, 마찰력이 낮은, 비흡착 표면을 생성하기 위해 부동화된 비반응성 부품의 표면을 가지는 증착 장치를 포함한다.
본 발명은, 또한 본원에서 "증착 챔버"로 언급되고, 기판 위에 박막을 형성하기 위해 사용되는 증착 장치 및 증착 챔버를 제작하는 방법을 또한 포함한다. 몇몇 양태에서, 증착 챔버의 표면은 증착 공정에서 사용되는 임의의 반응 가스가 실질적으로 증착 챔버의 표면에 흡착하지 않도록 하는 하나 이상의 표면 처리를 이용하여 부동화된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 증착 챔버는 증착 공정에서 사용되는 반응 가스가 실질적으로 증착 챔버의 표면에 흡착할 수 없도록 하는 증착 챔버 부품의 내부 표면의 온도 조절의 이용을 포함한다. 당해 표면 온도 조절은 실질적으로 반응 챔버 내의 온도를 증가시키지 않고, 실질적으로 증착 공정의 수행을 방해하지 않으면서 효과적일 수 있다.
본 발명은 또한 증착 챔버의 표면에 반응물의 흡착 및 화학적 흡착을 최소화하는 증착 챔버 내에 위치한 증착 챔버의 하나 이상의 내부 표면에 대한 최적화 온도 또는 온도 범위를 측정하는 방법을 포함한다. 당해 방법은 다양한 온도 및 다양한 공정 조건하에서 증착 챔버의 표면 위에 물리적 흡착, 화학적 흡착 또는 응축하는 특정 반응 재료에 대해 사전에 측정된 양에 기초할 수 있다. 반응물의 최소량이 상기 표면에 흡착하는 상기 온도 또는 온도 범위는 측정될 수 있고, 표면은 증착 공정 동안에 상기 온도 또는 온도 범위로 유지될 수 있다.
본 발명의 본질 뿐만 아니라 본 발명의 다른 양태는 하기 발명의 상세한 설명, 첨부된 청구의 범위 및 본원의 몇몇 도면을 참조로 하여 더욱 명백히 이해될 수 있다:
도 1은 본 발명에 따른 증착 챔버의 부분적 단면도를 도시하고,
도 2는 라이너를 추가한 도 1의 증착 챔버의 단면도를 도시하고,
도 3A는 재료의 표면에 대한 반응물의 물리적 흡착을 설명하는 그래프를 도시하고,
도 3B는 재료의 표면에 대한 반응물의 화학적 흡착을 설명하는 그래프를 도시하고,
도 4는 반응 재료가 증착 챔버의 표면에 흡착하지 않도록 하는 가열 소자를 가지는 증착 챔버의 부분적 단면도를 도시한다.
본 발명을 수행하는 최적의 방식
일반적으로 본 발명은, 제한됨이 없이 반도체 기판을 포함하는 다양한 기판 위에 재료의 박막을 형성하는 증착 장치, 이러한 증착 장치를 제작하는 방법, 당해 장치의 표면에 대한 반응 가스 및 생성물의 흡착을 감소시키는 방법 및 증착 장치를 사용하는 방법을 포함한다. 본 발명이 특정한 예시적인 양태의 형태로 기술될 때, 이들 양태의 특정한 세부 사항은, 본 발명의 전체적인 이해를 제공하기 위해 미리 제시된다. 그러나, 본 발명은 본원에 존재하는 특정한 예시적인 양태의 다양한 조합으로 실시될 수 있음은 명백할 것이다.
하기 양태를 기술함에 있어서, "웨이퍼" 및 "기판"은 절연체 또는 절연층이 형성될 수 있는 노출된 표면을 가지는 임의의 구조를 포함한다. "기판"은 또한 반도체 웨이퍼 및 다른 벌크 반도체 기판을 포함한다. "기판"은 공정 동안의 반도체 구조를 언급하기 위해 또한 사용되고, 이들 위에 형성하는 다른 층을 포함할 수 있다. "웨이퍼" 및 "기판" 모두는 도핑된 또는 도핑되지 않은 반도체, 반도체 기재 또는 절연체에 의한 에피택시얼 반도체 층 뿐만 아니라 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 반도체 구조를 포함한다.
다음 상세한 설명에서, "증착 챔버"는 기판 위의 막 또는 층으로 반응 재료를 증착하기 위해 사용되는 임의의 증착 챔버 및 이의 부품을 의미하고, 포함한다. 막 또는 층을 증착하기 위한 증착 챔버를 사용하는 공지된 공정은, 이하에 제한되지 않고, 원자층 증착법(ALD) 및 화학증착법(CVD)를 포함하고, 플라즈마 강화 화학증착법(PECVD) 및 급열 화학증착법(RTCVD)을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "부동화" 및 "부동화하는"은 표면을 더욱 경질 또는 연질로 만들고, 표면 위의 틈, 홈 또는 공백을 채우거나 그렇지 않다면 반응 가스 같은 물질이 실질적으로 표면에 흡착하지 않도록 표면을 경질, 낮은 마찰력, 비접착성으로 함을 의미한다.
본 발명은, 실질적으로 재료를 증착 장치의 표면 위에 증착시키지 않고, 기판의 표면 위에 기상 또는 증발된 반응물로부터의 재료의 막 또는 층을 형성하는데 적합한 증착 챔버를 포함한다. 증착 챔버의 내부 표면은, 반응 가스 및 증기가 증착 챔버의 표면 위에 흡착 또는 응축되지 않도록 유동화 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 증착 챔버 내에서 수행되는 증착 공정은, 잔여 반응물로부터 덜 오염되고, 잔여 반응물로부터 바람직하지 않은 화학적 반응물이 덜 생성되기 때문에, 더욱 효과적일 수 있다. 추가로, 본원에서 기술된 증착 챔버는, 내부 표면이 잔여 반응물의 증착에 의해 부식되지 않거나 세척 공정에 의해 손상되지 않기 때문에, 더욱 긴 작동 수명을 가질 것이다. 본원에서 기술된 부동화 표면은 제한 없는 예시의 방법으로, ALD, CVD, PECVD, RTCVD를 위한 증착 챔버 및 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 증착 공정에서 사용될 수 있다.
현재, 도 1을 참조할 때, 예시적인 증착 챔버의 도시된 예가 존재하고, 이로써 본 발명의 지침이 일반적으로 증착 챔버(10)에서 사용될 수 있다. 예시된 양태에서, 증착 챔버(10)는 ALD를 위해 사용되지만, 증착 챔버(10)가 제한없이 다양한 유형의 CVD(예를 들어, PECVD, RTCVD 등)를 포함하는 다른 증착 공정을 위해 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 당업자에 의해 이해될 것이다.
본원에서 기술된 예시의 증착 챔버(10)는 금속으로 제작되고, 이는 당해 기술분야의 당업자에게 주지되어 있다. 증착 챔버(10) 및 증착 챔버(10)의 다양한 부품은 제한없이 강, 스테인레스 강, 니켈, 알루미늄 및 이들 재료의 하나 이상을 포함하는 합금을 포함한다. 또한, 증착 챔버(10) 또는 이의 부품은 세라믹 또는 석영으로부터 제작될 수 있다.
상기한 바와 같이, 예시적인 증착 챔버(10)는 챔버 본체(12) 및 챔버 리드(14)를 포함한다. 챔버 본체(12)는 챔버 공동(16)을 수반하고, 이 내에서 증착 공정이 수행된다. 챔버 리드(14)는, 챔버 공동(16)이 챔버 내의 기판(30)의 배치 뿐만 아니라 유지 및 세척을 위해 증가할 수 있도록 챔버 본체(12)로부터 제거될 수 있다. 챔버 본체(12)를 통과하는 가스 이송 통로(28)는 챔버 본체(12) 내의 운반 통로(22) 내에 증착된 주입 장치(20)를 포함한다. 주입 장치(20)는 또한 증착 챔버(10)의 최상단 위의 챔버 리드(14)를 통해 추가의 증기 배관(26)과 결합된다. 가스 이송 통로(18)는 궁극적으로 샤워 또는 챔버 공동(16) 내로 정화 가스를 방출하기 위한 헤드(28) 및 기판(3)을 지지하는 플랫폼(32) 위에 위치한 실리콘 웨이퍼 같은 기판(30) 위의 재료의 증착을 위해 챔버 공동(16) 내로 반응 가스를 방출하는 헤드(28)에 연결된다.
가스 이송 통로(18)는 증착 챔버 10과 관련된 하나 이상의 관련 반응 가스 원천(24)과 이어진다. 도시되지 않았지만, 가스 이송 통로(18)가 다수의 반응 가스 원천(24)과 연결될 때, 챔버 공동(16)은 다양한 종류의 반응 가스를 당해 기술분야에서 공지된 바와 같이 동시 또는 연속적으로 제공할 수 있다. 가스 이송 통로(18)는 또한 정화 가스 이송 원천(36)과 연결되어, 정화 가스는 가스 이송 통로(18)를 통해 증착 챔버(10) 내로 주입될 수 있다.
플랫폼(32)은 증착 공정 동안에 기판(30)을 가열하기 위한 당해 기술분야에서 공지된 바와 같은 가열 장치를 포함하고, 이는 당해 기술분야의 당업자에게 주지되어 있다. 추가로, 증착 챔버(10)는 증착 챔버(10) 내에 위치한 다수의 기판(30)을 지지하기 위한 다수의 플랫폼(32)을 포함할 수 있다. 자동화 기판 처리 장치는, 증착 챔버(10) 내에 하나 이상의 기판(30)을 놓고, 가공 후에 당해 기판을 제거하는 공정이 자동화 될 수 있도록, 플랫폼(32)와 관련하여 제공될 수 있다.
상기한 바와 같이, 증착 챔버(10)는 또한 펌프(나타나지 않음)를 이용하여 증착 챔버(10)로부터 가스를 배출하기 위한 배출관(34)을 포함한다. 예시된 증착 챔버(10)가 하나의 가스 이송 통로(18) 및 하나의 배출관(34)을 포함하여도, 증착 챔버(10)가 다수의 가스 이송 통로(18) 및/또는 다수의 배출관(34)을 포함할 수 있고, 이것이 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 것임이 명백하다. 예를 들어, 분리된 가스 이송 통로(18)는 정화 가스 이송 원천(36)으로부터 정화 가스를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
예시된 양태에서, 가스 이송 통로(18) 및 배출관(34)는 금속으로 제작된 관을 포함하지만, 증착 챔버(10)로부터 가스 또는 증기를 이송 및 배출하기 위해 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 임의의 형태의 도관이 본 발명에 포함됨이 이해될 것이다. 증착 챔버(10)는 또한 다양한 밸브, 플랜지, 커플링, 봉인 재료, O형 고리, 개스킷 및 다양한 통로를 봉인하고, 다양한 가스를 누출없이 증착 챔버(10)로 주입하고, 증착 챔버(10)로부터 배출하는, 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 봉인 장치(나타나지 않음)를 포함한다.
본 발명에 따라서, 가스 또는 증기에 노출된 증착 챔버(10)의 다양한 부품의 표면은 임의의 가스, 증기 또는 반응 생성물이 이에 흡착됨을 방지하고, 노출된 표면의 부식을 방지하기 위해 부동화될 수 있다. 임의의 표면 또는 표면의 부분이 부동화되지 않는 경우, 당해 지역은, 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 부동화 공정이 보호된 지역을 부동화하지 않도록 마스킹될 수 있다. 부동화 공정은, 본 공정에서 사용되는 반응 가스 및 정화 가스가 임의의 방식으로 물리적으로 흡착, 화학적으로 흡착 또는 노출된 표면에 접착하지 않도록, 노출된 표면을 비반응성으로 만든다. 부동화 공정은 또한, 임의의 재료가 부수적으로 부동화된 표면에 접착된 경우 증착 챔버(10)를 세척하기 용이하도록, 노출 표면을 더욱 경질 및 연질로 만들고, 증착 챔버(10)의 세척을 더욱 신속하고 더욱 효과적인 공정으로 만든다. 추가호, 부동화 공정은, 증착 챔버(10)가 유지를 위해 사용된 도구와 세척을 위해 사용된 연마제로 부터의 마모 및 증착 챔버(10) 내에 형성된 부산물로부터의 부식에 대해 내성을 나타내도록 당해 표면을 더욱 내구적으로 만든다. 내부 표면의 부동화 처리는 마모 및 부식에 저항하는 낮은 표면 에너지를 가지는, 마찰력이 낮고, 비부착성인 경질의 부동화 표면을 제공할 것이고, 증착 챔버(10)의 열순환에 의한 경우와 같이, 압축될 때 껍질이 벗겨지거나 박편이 되지 않을 것이다. 추가로, 본원에서 기술된 부동화 공정은 증착 챔버(10)의 수명을 연장할 것이다.
본 발명의 양태에서, 증착 챔버(10) 내의 가스 또는 증기에 노출된 금속 표면은 피복 재료를 당해 표면에 흡착시킴으로써 부동화될 수 있다. 노출된 표면을 피복하기 위해 사용될 수 있는 재료의 한 분류는 테프론(TEFLON®) 피복물이다. 사용하기에 적합할 수 있는 테프론 피복물은 제한없이 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 불화 에틸렌 프로필렌 공중합체(FEP), 퍼플루오로알콕시(PFA) 및 에틸렌 및 테트라플루오로에틸렌의 공중합체(ETFE)를 포함한다. 증착 챔버의 금속 표면에 대한 테프론의 상품명을 가지는 피복물의 흡착은, 금속의 표면을 거칠게하고(예를 들어, 금속 표면에 샌드블라스팅(sandblasting)하고), 테프론의 상품명을 가지는 피복물과 함께 사용하는 것으로 특화된 테프론의 상품명을 가지는 전처리제 기술을 이용하여 설계되고, 데라웨어의 윌밍턴에 위치한 이.아이. 듀퐁 드 네모어스(E.I. duPont de Nemours) 및 회사에 의해 제공되는 전처리제 같은 전처리제를 당해 거친 금속 표면에 적용하고, 테프론의 상품명을 가지는 피복물을 전처리된 금속 표면에 형성된 함몰부 내의 기계적 결합에 삽입하는 것과 같은, 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 방식으로 강화될 수 있다. 증착 공정에서 사용된 다양한 가스 및 증기는 노출된 테프론-피복된 표면에 흡착하지 않도록, 테프론-피복된 표면은 일반적으로 임의의 재료에 흡착하거나 결합하지 않음이 추가로 이해될 것이다.
본 발명의 증착 챔버(10)의 표면에 대한 몇몇 피복 재료의 사용은 특정 반응물 또는 정화 가스와 함께 사용될 수 없고, 몇몇 피복물 및 피복 재료는 상승하는 온도 또는 증착 챔버(10)가 사용될 증착 공정에서 사용된 다른 공정 조건을 견딜 수 없을 것이다. 그러므로, 증착 챔버(10)의 표면에 사용되는 피복물 또는 피복 재료의 선택은 증착 챔버(10)가 사용될 증착 공정에 필요한 반응물 및 온도 모두에 의존할 것이다. 예를 들어, 예시된 양태에서, ALD 공정에서 사용하기 위한 증착 챔버의 금속 표면을 피복하기 위해 사용되는 중합체는 약 150 내지 약 200℃의 온도인 일반적으로 ALD 공정을 위해 사용되는 온도를 견딜 수 있어야 한다. 또한 본원에서 기술된 증착 챔버(10)가 CVD 공정을 위해 사용되는 경우, 상기 중합체는 약 200 내지 약 300℃의 온도를 견딜 수 있어야 한다. 추가로, 하나 이상의 피복 재료의 선택은 증착 공정에서 사용되는 반응물 및 피복 재료가 각각의 증착 및 정화 공정에서 사용되는 반응물 또는 정화 물질과 반응하지 않도록 하기 위해 사용되는 정화 물질에 의존할 것이다.
테프론 피복물 이외에, 다른 재료는 증착 챔버(10)의 노출된 표면을 피복하기 위해 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 피복 재료는 제한 없이 다양한 중합체 재료 뿐만 아니라 금속을 포함한다. 예를 들어, 뉴저지, 린덴에 법인 본사가 있는 제너럴 마그나플레이트 코포레이션(General Magnaplate Corp.)에 의해 시판되고 있는 특정 소유 중합체가 증착 챔버(10) 내의 노출된 금속 표면을 피복하기 위해 사용될 수 있다. 제너럴 마그나플레이트 코포레이션의 이들 중합체는 처음으로 당해 기술분야의 당업자에게 주지된 금속 세척 공정(예를 들어, 용매, 기계적 세척, 불꽃 세척, 샌드 블라스팅을 이용한 세척 등)을 이용하여 금속 표면을 전체적으로 세척하고, 금속 표면을 텍스쳐라이징 또는 에칭(예를 들어, 샌드 블라스팅 또는 거친 제분 같은 기계적 에칭 및 산-기재 에칭제를 이용한 화학적 에칭 등)하고, 다음으로 당해 기술분야의 당업자에게 주지된 금속 증착 공정(예를 들어, 무전해 또는 전해도금 공정)을 이용하여 금속의 표면에 니켈(Ni)을 흡착함으로써 적용될 수 있다. 일단, Ni이 흡착되면, Ni 표면 내의 공극은, 중합체가 표면등에 주입되고, 이에 결합될 수 있도록 확대된다(예를 들어, 금속 표면을 처리하기 위해 산 용액을 이용한다). 적합한 피복 두께는 약 1 내지 2.5mils일 수 있다.
증착 챔버(10)의 노출된 내부 표면에 흡착할 수 있는 또 다른 중합체는 투프람(TUFRAM®)의 상품명을 가지는 피복물이고, 이 또한 뉴저지의 린덴에 위치한 제너럴 마그나플레이트 코포레이션으로부터 구입할 수 있다. 투프람의 상품명을 가지는 피복물은 제조업자에 의해 상승의 피복물로서 기술된다. 본원에서 사용된 바와 같이, "공동의"는 중합체, 양극산화처리, 도금 또는 열분무의 이점과 건식 윤활제 또는 합성 피복제에 개선된 보호를 제공한는 다른 재료의 조절된 주입을 결합시킨 피복물을 의미하기 위해 사용될 것이다. 투프람의 상품명을 가지는 피복물은 알루미늄 표면을 Al2O3H2O로 변화시키고, H2O를 투프람의 상품명을 가지는 피복물로 대체한 후에 알루미늄 표면에 흡착될 수 있다. 투프람의 상품명을 가지는 피복물은 +/- 0.005㎜(+/- 0.0002inch)의 허용오차를 가지고, 약 0.01 내지 약 0.076㎜(약 0.0004 내지 약 0.003inch)의 두께에 적용될 수 있다. 투프람의 상품명을 가지는 피복물의 일반적인 피복 두께는 일반적으로 금속의 표면 위에 재료의 50% 증가 및 금속 표면 내로 재료의 50% 흡수를 포함한다. 피복물은 경질된 경우의 강의 경도와 유사한 경도를 가지는 연속적으로 봉인되고 윤활제로 처리된 표면을 형성하기 위해 결정 매트릭스 내 및 위에 고착한다. 투프람의 상품명을 가지는 피복물로 피복된 금속 표면은 약 록웰(Rockwell) C 65의 경도, 마모 및 마멸 속도 및 테이퍼 마모법(예를 들어, CS17 휠)을 이용하여 측정된 바와 같이, 1,000 순환 당 약 0.5 내지 1.5㎎과 동일한 마모 속도를 가질 수 있다. 추가로, 투프람-피복된 금속은 또한 0.05의 낮은 마찰 계수를 가질 수 있고, "스틱-슬립"이 제거되도록 하중이 증가할 수록, 정지 마찰계수는 감소한다. 그러나, 마찰계수는 사용된 무광 표면의 유형에 따라 다양할 수 있다. 추가로, 투프람의 상품명을 가지는으로 피복된 금속은, 당해 금속을 피복하기 위해 사용된 공정 및 사용된 금속 합금에 따라 약 -360 내지 약 800°F의 간헐적 작동 온도에서 사용될 수 있다. 투프람의 상품명을 가지는 피복물 또한 일반적으로 MIL-A-8625의 기본 336시간 동안의 염 분무 실험 필요성을 충족시키고, 심지어 2,200시간 동안의 염 분무 실험의 필요성을 충족시킬 수 있다. 추가로, 사용될 수 있는 몇몇 투프람의 상품명을 가지는 피복물(즉, R-66, 604, 611 및 615)는 또한 대부분의 알칼리 용액 및 산 용액에 내성이 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 것으로 현재 판단되는 투프람의 상품명을 가지는 피복물은 투프람 104 피복물이다.
그러나, 알루미늄 같은 금속의 표면을 피복하기 위해 사용될 수 있고, 본 발명에서 사용하기에 적합하다고 현재 판단되는 또 다른 유형의 중합체는 뉴저지의 린덴에 위치한 제너럴 마그나플레이트 코포레이션으로부터 구입할 수 있는 마그나플레이트(MAGNAPLATE) HCR®의 상품명을 가지는 피복물이다. 마그나플레이트 HCR의 상품명을 가지는 피복물은 +/- 0.005㎜(+/- 0.0002inch)의 허용오차를 가지고, 약 0.025 내지 약 0.063㎜(약 0.001 내지 약 0.0025inch)의 두께로 금속에 흡착할 수 있는 상승의 피복물이다. 마그나플레이트 HCR의 상품명을 가지는 피복물의 증가는 또한 약 두께의 50%이고, 나머지는 관통한다. 마그나플레이트 HCR의 상품명을 가지는 피복물로 피복된 금속은 록웰 C 65 이하의 경도, 마모 및 마멸 속도 및 테이퍼 마모법(예를 들어, CS-17 휠)을 이용하여 측정된 바와 같이, 1,000 순환 당 약 1㎎과 동일한 마모 속도를 가질 수 있다. 마그나플레이트 HCR의 상품명을 가지는 피복물로 피복한 금속은 0.12의 낮은 마찰 계수 및 -200 내지 약 600°F의 작동 온도를 가진다. 6061-T6 위에서 수행되는 ASTM B-117 염 분무(5%)를 이용한, 마그나플레이트 HCR의 상품명을 가지는 피복물로 피복된 금속의 부식 내성 실험은 15,000시간을 초과할 수 있다.
구리, 니켈, 카드뮴, 아연, 주석 또는 이들의 합급 같은 다른 금속 피복 재료는, 예를 들어 전해, 액침 또는 비전해도금에 의해 증착 챔버의 내부 표면에 놓여질 수 있다. 금속 피복 공정은 표면 위의 금속층을 증착함으로써 표면을 부동화 할 수 있고, 금속층은 표면 내의 함몰부, 구멍 및 감춰진 구멍에 금속을 증착시킴으로써 표면에 균일성을 제공하고, 또한 전구 가스 및 증기에 의한 오염에 거의 영향받지 않는 재료 및 생성물을 제공한다. 금속 피복이 적용된 후에, 제너럴 마그나플레이트 코포레이션에 의해 제공되는 것과 같은 추가의 테프론의 상품명을 가지는 피복물 또는 다른 중합체 피복물이, 본원에서 앞서 기술된 바와 같이, 공극을 충전하고 그렇지 않다면 도금된 금속을 매끄럽게 하고, 오염에 적대적인 표면을 제공하기 위해, 도금된 금속 위에 적용될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 증착 챔버(10)의 표면은 제거할 수 있는, 비반응성 라이너로 순화되거나 뒤덮을 수 있다. 현재, 도 2를 참조로 할 때, 증착 챔버(10)의 챔버 공동(16) 내에 위치한 라이너(31)가 나타난다. 박막이 형성되는 기판(30)의 위치는, 증착 챔버(10)가 작동할 때, 참조 목적으로 파선에 의해 나타난다. 도 2에 예시된 증착 챔버(10)는 도 1의 증착 챔버(10)과 실질적으로 동일하나, 단 챔버 리드(14)가 제거됐다. 라이너(31)는, 가스가 라이너(31)에 의해 한정된 챔버 내부(16)를 출입할 수 있도록, 샤워 헤드(28) 및 배출관(34) 각각의 배치를 위해 형성된 입구(33) 및 입구(35)를 가진다. 설명된 바와 같이, 라이너(31)은, 라이너(31)이 오염됐을 때, 세척 또는 교체를 위해 제거될 수 있도록, 제거 가능하다. 또한, 설명된 바와 같이, 라이너(31)는 챔버 내부(16)로의 설치 및 접근을 용이하게 하기 위한 다수의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 설명된 바와 같이, 라이너(31)의 상단 부분(31a)은, 라이너(31)의 하단 부분(31b)이 상단과 하단이 개방되고, 배출관(34)으로 입구를 노출시키는 하단 끝에 노치 또는 입구(35)를 가지는 프러스토코니칼(frustoconocal) 구조로 형성될 수 있는 반면, 챔버 리드(14)에 결합하도록 형성될 수 있다. 물론, 임의의 라이너 형태 및 증착 챔버 내부(16)의 형태 및 이와 관련된 입구 및 출구의 형태와 상용할 수 있는 라이너를 형성하는 다수의 라이너 부분이 사용될 수 있다. 라이너를 위해 사용될 수 있는 적합한 재료의 예는 제한 없이 부동화 금속, 석영, 유리, 세라믹, 중합체 및 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 실제로 화학적으로 비반응성의 다른 재료(적어도 증착 챔버(10)에서 사용되는 정화 및/또는 증착 공정에 비반응성의 재료)를 포함한다. 라이너(31)의 사용은, 라이너(31)가 손상되거나, 과도하게 마모되거나, 부산물에 의해 과도하게 오염된 경우, 간단하게 증착 챔버(10)로부터 제거되거나 교체될 수 있는 이점을 가진다. 따라서, 사용자는 라이너(31)만 교체해야 하고, 증착 챔버(31) 전체를 세척하거나 교체하면 않된다. 설명된 바와 같이, 일단 라이너(31)가 안전하게 증착 챔버(10)의 챔버 내부(16)에 놓여지면, 뚜껑(14)(필요에 따라, 라이너 부분(31a)과 결합된다)은 증착 챔버(10)의 작동을 위해 교체될 수 있다(도 1에 도시된다). 물론, 다중-부분 라이너의 다른 부분이 이들의 의도된 배치에 따라서 다른 재료로부터 제작될 수 있음이 예상된다.
그러나, 본 발명의 또 다른 양태에서 증착 챔버(10)의 표면을 피복 또는 라이닝(lining) 하는 대신에 또는 증착 챔버(10)의 몇몇 내부 표면을 피복 또는 라이닝 하는 외에, 증착 챔버(10)의 다양한 성분 중의 하나 이상이, 적어도 증착 챔버(10) 내에서 사용되는 증착 및 정화 공정에 실제로 비반응성인 재료로부터 제작될 수 있다. 예를 들어, 샤워 헤드(28) 및 기판 플랫폼(32)는, 반응 재료 및 정화 재료가 이들 부품 위에 흡착되지 않도록 석영으로 제작될 수 있다.
추가로, 반응 가스 이송 통로(18), 배출관(34), 샤워 헤드(28) 및 기판 플랫폼(32)는, 이들이 반응물 또는 부식된 반응물로 과도하게 오염된다면, 교체를 용이하게 하는 방식으로 증착 챔버(10)에 결합될 수 있도록 제작될 수 있다.
그러나, 본 발명의 또 다른 양태에서, 증착 챔버(10)의 노출된 표면은 이를 부동화하기 위해 화학적으로 처리될 수 있다. 당해 표면을 처리하기 위해 사용된 화학적 처리의 유형은 증착 챔버(10)을 제작하기 위해 사용되는 금속 또는 다른 재료의 유형에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄이 증착 챔버(10)을 제작하기 위해 사용된 경우, 알루미늄의 표면은 균일하고, 경질이고, 원소 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면 보다 조밀한 표면을 형성하기 위해 부동화될 수 있다. 알루미늄 표면의 부동화는 앞서 본원에서 밝힌 바와 같은 임의의 방식에서 효과적일 수 있다.
증착 챔버(10)의 노출된 표면을 부동화 하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 예시적인 화학적 처리는 "크롬산염 변환"으로 공지되어 있다. 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 크롬산염 변환은 금속의 표면을 수용성 염의 존재하에서 크롬산에 의해 처리함으로써 효과적이다. 금속 표면 위의 얇고, 겔 같은 금속 산화물 막 생성물은 다양한 재료에 대한 우수한 접착층으로서 작용하고, 부동화 층으로서의 이의 용도를 제외하고, 본원에서 앞서 기술된 바와 같이, 표면에 대한 또 다른 부동화 피복물(예를 들어 금속 또는 중합체)의 후속적인 접착을 위해 사용될 수 있다. 제한 없이, 알루미늄, 카드뮴, 구리, 마그네슘, 은 및 아연을 포함하는 금속은 크롬산염 변환에 의해 부동화될 수 있다.
강, 다른 철-함유 금속 합금 또는 알루미늄이 증착 챔버(10)를 제작하는데 사용되는 경우, 표면은 질소화 될 수 있고, 질소화물의 경화된 표면은 질소가 표면에 분산되고, 표면에 경질 피복을 형성하도록, 질소-함유 재료 내에서 금속 표면을 가열함으로써 형성된다. 이후에, 질소화 금속 표면은, 본원에서 앞서 기술된 바와 같이, 테프론 피복물 같은 불화 중합체, 또 다른 비접착 중합체 피복물 또는 라이너로 이를 피복함으로써 추가로 부동화될 수 있다.
노출된 금속 표면은 또한 당해 표면을 질소 트리플루오라이드, 텅스텐 헥사플루오라이드 또는 수소 브로마이드 같은 부동화 가스에 노출시키거나, 증착 또는 정화 공정이 유효할 때, 당해 표면을 따라 부동화 가스를 유동시킴으로써 화학적으로 부동화될 수 있다. 가스로 부동화될 수 있는 금속 표면은 제한 없이 스테인레스 강, 니켈 및 인디아나의 코코모에 본사가 있는 하인즈 인터내셔녈 인코포레이티드(Haynes International Inc.)로부터 구입할 수 있는 하스텔로이(HASTELLOY®)의 상품명을 가진 니켈-기재 합금을 포함한다. 단순한 예시의 방법으로, 부동화 가스는 금속의 표면 위의 금속 산화물과 반응할 수 있고, 금속의 표면 위에 비투과성 불화물 또는 브롬화물 층을 각각 형성하기 위해 금속 산화물을 불화 또는 브롬화 할 수 있다. 금속 표면은, 당해 기술분야의 당업자에게 주지된 방식으로 표면을 전해 연마하거나 화학적으로 세척함으로써 불소화 또는 브롬화를 위해 제조될 수 있다. 본 발명에서, 부동화 가스는, 증착 공정이 시작되기 전에 비투과성 층이 형성되도록, 증착 공정에서의 단계처럼 증착 챔버(10)을 통과할 수 있거나, 증착 챔버(10)를 세척한 후에 시스템을 통해 이송될 수 있다.
부동화 가스를 사용하는 대신에, 가스 플라즈마가 또한 금속 표면을 부동화하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 아르곤, 아르곤/헬륨 또는 아르곤/수소가 가열된 원자, 분자, 양이온 및 전자의 혼합물을 형성하기 위해 전기 활석을 통과할 수 있고, 혼합물은 금속 표면을 부동화하기 위해 금속 표면에 투영된다. 스테인레스 강의 경우에, 활성화된 산소는 부동화제로서 사용될 수 있다. 추가로, 분말 금속, 산화물, 카바이드 또는 내화성 재료(예를 들어, 니오브, 몰리브덴, 붕소, 실리콘)가, 내화성 재료 이온을 생성하기 위해 이온 원천과 결합하여 플라즈마와 함께 주입될 수 있다. 생성된 내화성 재료 이온은 표면을 피복하고 부동화하기 위해 금속 표면에 투영될 수 있다. 가스 이송 통로(18) 또는 배출관(34) 내부의 부동화는 곤란할 수 있고, 플라즈마에 의해 부동화될 수 있는 관의 길이 및 넓이에 대한 제한이 존재할 수 있음이 이해될 것이다. 그러므로, 원격 플라즈마 공정이 상기 도관의 내부를 부동화 하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 플라즈마를 형성하는 부류가 도관을 통해 이송될 수 있고, 도관의 내부를 부동화 하기 위해 도관 내에서 후속적으로 활성화 될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에서, 증착 챔버(10) 내에서 노출된 금속 표면은, 균일한 표면을 제공하기 위해 금속 표면으로부터 함몰부, 돌출부, 틈, 구멍 및 기타 표면 조도 특성을 실질적으로 제거하기 위한 다양한 기술을 이용하여 표면에 대한 반응물 흡착을 감소 또는 제거하기 위해 충분한, 바람직하고 측정가능한 RMS 수치로 연마될 수 있다. 예를 들어, 공지된 전기적 연마 기술은 증착 챔버(10)의 표면을 가능한 매끄럽게 하기 위해 이들 중 몇몇을 연마하는데 사용될 수 있다. 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 전기적 연마는, 화학적 전해질 수조에 금속을 놓고, 매끄러운 표면을 생성하기 위해 금속의 표면으로부터 금속 이온을 제거하기 위해 수조에 전류를 흐르게함으로써 수행된다.
전기적 연마의 대안으로서, 또는 이외에, 금속 표면은 물리적(예를 들어, 불꽃, 플라즈마, 전기방출 또는 레이저), 화학적, 기계적 또는 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 연마 방법을 이용하여 연마될 수 있다. 불꽃 연마는 국소적 가열에 의한 표면 손상을 방지하기 위해 본 발명의 다양한 양태에서 사용된 금속, 유리, 세라믹 또는 석영 표면 위에서 수행될 수 있다. 불꽃 분무의 형태에 의한 불꽃 연마는 또한 금속 표면 위에서 사용될 수 있고, 매끄럽고 경질의 표면을 제공하기 위해 와이어, 금속 분말 또는 펠릿은 고온의 옥시아세틸 토치 건을 통해 주입되고, 용융되고, 반용융 상태로 금속 표면을 덮는다. 레이저 연마는 매끄러운 층을 생성하기 위해 표면 층을 용융시키고, 다시 고형화하기 위해 단파의 레이저를 사용한다. 화학적 연마 기술은, 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 조절된 화학 반응물을 이용하여 금속 표면을 연마한다. 예를 들어, 인산, 질산, 불화물 용액 또는 이들의 배합물은 금속 표면의 돌출부를 용해시키고 매끄러운 표면을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 기계적 연마는 연마 패드 위의 연마재, 연마 슬러리 또는 완충제를 이용하거나 그리트-블라스팅(grit-blasting) 장치를 이용함으로써 수행될 수 있다.
본원에서 기술된 다양한 금속 연마 방법은 연합될 수 있다. 예를 들어, 거대한 표면적은 기계적 연마 방법으로 연마될 수 있고, 기계적 연마에 적용될 수 없는 지역은 다른 방법(즉, 도관의 내부의 전기적 연마)을 이용하여 연마될 수 있다. 추가로, 표면이 연마된 후에, 표면은 피복될 수 있거나 그렇지 않다면 본원에서 앞서 기술된 바와 같이 처리될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에서, 증착 챔버(10)의 노출된 표면은, 반응 가스가 표면 위에 응축되거나, 물리적으로 표면에 흡착되거나 화학적으로 표면에 흡착되지 않는 특정 온도 또는 온도 범위 내로 가열되거나 유지될 수 있다. 현재, 도 3A를 참조로 할 때, 예시적인 반응 가스의 표면에 대한 물리적 흡착 및 화학적 흡착을 도시하는 그래프가 나타난다. 당해 그래프에서, X 축은 표면의 증가하는 온도를 의미하고, Y 축은 표면에 흡착하는 반응 가스의 증가하는 농도를 의미한다. 도 3A에 설명된 바와 같이, 그래프 상의 제1 최고점(100)에 의해 나타난 것처럼, 반응물은 일반적으로 더욱 저온에서 표면에 물리적으로 흡착하고, 그래프 상의 제2 최고점(102)에 의해 나타난 것처럼, 화학적 흡착은 일반적으로 더욱 고온에서 발생한다. 당해 기술분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 화학적 흡착 최고점은 증착이 ALD 공정 동안에 발생하는 온도를 나타낸다. 그러므로, 화학적 흡착의 최고점에 관한 증착 챔버 표면 온도는 반응물이 증착 챔버(10)(도 1)의 표면 위에 화학적 흡착되지 않도록 하기 위해 회피되어야 한다.
도 3A의 그래프에서 추가로 나타난 바와 같이, 표면에 흡착하는 반응물의 양이 최소로 하는 온도 범위의 최저점(104)이 나타난다. 당해 최저점(104)은 물리적 흡착 최고점(100)과 화학적 흡착 최고점(102)의 사이에 위치하고, 증착 챔버(10)의 표면에 대한 반응물의 흡착을 최소화 하기 위해 가열될 수 있는 최적의 온도 범위를 나타낸다. 최고점(100) 및 최고점(102)과 최저점(104)은증착 공정에서 사용되는 반응물 뿐만 아니라 상이한 증착 챔버(100)의 부품 재료에 따라 다양할 수 있음이 이해될 것이다. 그러므로, 상이한 최적화된 표면 온도 프로필은 증착 챔버(10) 내에서 사용될 각각의 증착 반응물 뿐만 아니라 증착 챔버(10)의 다양한 부품을 제작하기 위해 사용된 각각의 재료를 위해 존재할 수 있다. 일단, 각각의 표면 재료에 대한 최적화 온도 또는 온도 범위 및 특정 증착 공정에서 사용될 다양한 반응물이 결정되면, 당해 표면은, 증착 챔버(10)의 표면에 대한 반응물 또는 생성물의 증착을 최소화 하기 위해 증착하는 동안 상기 온도 또는 온도 범위 내에서 유지될 수 있다.
그러나, 몇몇 표면 및 반응물의 경우에, 물리적 흡착 최고점(100)이 화학적 흡착 최고점(102)와 중첩되거나 부분적으로 중첩될 수 있고, 도 3B에 나타난 바와 같이, 반응물 흡착을 최소화 할 수 있는 어떠한 결정적 온도 또는 온도 범위가 존재하지 않을 수 있음이 당해 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. 도 3B에서 설명된 바와 같이, 금속 표면에 대한 반응물 흡착의 최소량은 고온에서 일어날 수 있고, 본 발명의 당해 양태의 활용은 특정 증착 공정에서 사용될 특정 표면 및 반응물에 대해 바람직하지 않을 수 있다.
반응물의 물리적 흡착을 최소화 하기 위해 표면을 유지할 최적의 온도 또는 온도 범위를 결정하기 위해, 표면에 물리적으로 흡착하는 반응물의 양은 다양한 온도에서 측정될 수 있다. 다양한 온도에서 화학적으로 표면에 흡착하는 반응물의 양 또한 측정될 수 있다. 도 3A에서의 최저점(104)에 의해 도시된 바와 같이, 최소량의 반응물이 표면에 흡착하는 온도는 증착 챔버(10)의 하나 이상의 표면이 가열되어 역동적으로 부동화되는 온도를 포함한다.
현재, 도 4를 참조로 할 때, 증착 챔버 내의 또는 증착 챔버와 집합적으로 또는 개별적으로(예를 들어, 증착 챔버(110)의 상이한 표면을 상이한 온도로 가열함이 바람직할 때) 결합하여 다양한 표면을 가열하기 위해 사용되는 가열 소자(50)를 가지는 증착 챔버(120)가 나타난다. 가열 소자(50)는, 예를 들어 다양한 부품 및 표면 형태에 배열하기 용이한 전기 저항 유형의 가열 소자를 포함할 수 있다. 도 4의 증착 챔버(110)은 도 1을 참조로 본원에서 기술된 증착 챔버(10)와 실질적으로 동일하게 제작될 수 있다. 그러나, 도 4의 증착 챔버(110)는 하나 이상의 가열 소자(50)의 추가된 특징을 포함한다. 도시된 바와 같이, 가열 소자(50)는 반응물 및 정화 가스가 증착 공정 동안에 접촉하는 증착 챔버(110)의 모든 내부 표면을 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 가열 소자(50)은 챔버 내부(16)의 노출된 내부 표면(52), 배출관(34)의 노출된 내부 표면 및 가스 이송 통로(18) 및 가스 이송 헤드(28)의 노출된 내부 표면(56)을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 노출된 내부 표면(52), (54) 및 (56)을 이상적인 온도로 가열함은 도 3A를 참조로 본원에서 앞서 기술된 최저점(104)에 의해 나타난 바와 같이 반응물 또는 반응 생성물의 물리적 흡착 및 화학적 흡착을 최소화하여, 내부 표면(52), (54) 및 (56)을 부동화한다.
도 4의 증착 챔버(110)는 또한 증착 챔버(110)의 내부 표면(52) 위의 하나 이상의 위치에서의 온도가 측정될 수 있어서, 내부 표면(52), (54) 또는 (56) 각각의 온도를 나타내는 신호를 받기 위해 각각의 온도 검지기(57)와 연결되어 있고, 배출 온도를 조절하기 위해 각각의 가열 소자(50)에 대한 전압을 제공, 제거 또는 조절하는 피드백 시스템(60)(예를 들어, 연산 장치 또는 논리 회로의 더 작은 그룹)에 의해 더욱 효과적으로 조절되도록 하기 위해, 공지된 유형의 열전쌍 또는 칩-기반의 온도 검지기 같은 하나 이상의 온도 검지기(57)를 포함할 수 있다.
열교환기(58)가 또한 증착 챔버(110)의 노출된 내부 표면 온도를 조절하기 위해 가열 소자(50)과 결합하여 또는 이에 대신하여 사용될 수 있고, 표면 온도는 다시 하나 이상의 온도 검지기(57)의 출력에 응답하는 피드백 시스템(60)에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 포함된 공정 및 이의 온도 범위에 의해, 증착 챔버 부품 표면은, 전구 재료의 증착 및 침전 오염물의 결과적 형성을 방지하기 위해 최적화된 표면 온도 조건을 유지하기 위해, 냉각될 수 있을 뿐만 아니라 가열될 수 있음이 예상된다. 종래의 유동-충전 열교환기 회로는 온도를 조절하거나 소형의 가역 열전 열교환기가 사용될 수 있고, 선택된 열교환기의 유형은 발명을 실시하는데 중요하지 않다. 하나의 열교환기(58)가 예시되지만, 본 발명의 정신을 벗어나지 않으면서 임의의 수의 열교환기(58)가 사용될 수 있다. 온도 검지기(57)가 증착 챔버(110)의 내부 표면(52) 위에 배치되는 것으로 명백하고 간결하게 설명되지만, 온도 검지기(57)는 또한 내부 표면(52) 밑에 또는 가열 소자(50)와 함께 배치될 수 있다. 가열 소자(50) 또는 열교환기(58)를 이용하여 증착 챔버(110)의 내부 표면(52)을 유동화 하는것 이외에, 증착 챔버(110)의 내부 표면(52)은 또한 본원에서 앞서 기술된 바와 같이 화학적으로 처리되거나, 연마되거나, 피복될 수 있다.
본원에서 기술된 다양한 양태는 증착 챔버(10)의 표면을 유동화 하는 다수의 방법에서 결합될 수 있다. 예를 들어, 가열 소자(50)을 사용하는 증착 챔버(110)의 표면은 또한 가능한한 부수적인 증착을 최소화 하기 위해 본원에서 앞서 기술된 바와 같이 연마되고, 화학적으로 처리되고, 피복될 수 있다.
본 발명이 다양한 예시적 양태에 관하여 나타나고 기술되지만, 본 발명에 관한 기술분야의 당업자에게 명백하고 다양한 부가, 삭제 및 변경은, 본원에서 나타나거나 특정하여 기술되지 않는다 하여도, 하기 청구의 범위에 의해 포함된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.
Claims (45)
- 내부에 하나 이상의 기판을 수용할 수 있도록 배치된 증착 챔버 및당해 증착 챔버와 연결된 다수의 도관을 포함하고,증착 챔버 및 다수의 도관이, 증착 챔버가 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키기 위해 작동하는 경우, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기에 노출된 내부 표면을 포함하고,내부 표면의 적어도 일부가 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타냄을 포함하는, 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키는 장치.
- 제1항에 있어서, 다수의 도관이증착 챔버 내에 위치한 출구를 가지는 하나 이상의 증기 이송 헤드,하나 이상의 증기 이송 헤드를 통해 증착 챔버와 연결된 하나 이상의 가스 이송 통로 및증착 챔버와 연결된 하나 이상의 배출관을 포함하는 장치.
- 제2항에 있어서, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부가 하나 이상의 가스 이송 통로, 하나 이상의 증기 이송 헤드 및 증착 챔버 중의 하나 이상의 내부에 놓여져 있는 장치.
- 제1항에 있어서, 증착 챔버로의 접근을 위해 개방될 수 있고, 표면이 내부 표면의 일부인, 증착 챔버를 봉함할 수 있도록 배치된 챔버 리드(lid)를 추가로 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부가 피복물을 포함하는 장치.
- 제5항에 있어서, 피복물이 중합체, 금속 산화물, 질화물, 불화물 및 브롬화물 중의 하나 이상을 포함하는 장치.
- 제5항에 있어서, 피복물 중의 하나 이상의 성분이 가스로서 내부 표면의 적어도 일부에 적용되는 재료를 포함하는 장치.
- 제7항에 있어서, 가스가 내부 표면의 적어도 일부에 흡착되어 피복물을 형성하는 장치.
- 제7항에 있어서, 막이 하나 이상의 기판 위에 증착되는 동안, 가스가 내부 표면의 적어도 일부를 횡단하여 유동하는 장치.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부가 내부 표면의 적어도 일부에 걸쳐 제거가능하게 고정된 라이너를 포함하는 장치.
- 제10항에 있어서, 라이너가 유리, 석영, 세라믹 및 금속 중의 하나 이상을 포함하는 장치.
- 제10항에 있어서, 라이너가 다수의 구획을 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부가 사실상 함몰부, 돌출부, 공극, 구멍 및 기타 표면 조도 특성이 없는 장치.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부가 이와 관련된 하나 이상의 온도-조절 소자를 포함하는 장치.
- 제14항에 있어서, 하나 이상의 온도-조절 소자가 가열 소자 및 열교환기 중의 하나 이상을 포함하는 장치.
- 제14항에 있어서, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부에 근사한 온도를 검지하기 위해 배치된 하나 이상의 온도 검지기를 추가로 포함하는 장치.
- 제16항에 있어서, 하나 이상의 온도-조절 소자 및 하나 이상의 온도 검지기에 작동 가능하도록 연결되어 있고, 하나 이상의 온도 검지기로부터의 신호에 적어도 부분적으로 응답하는 하나 이상의 온도-조절 소자의 작동에 영향을 미침으로써 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부의 온도를 조절하기 위해 배치된 피드백 시스템을 추가로 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 증착 챔버 본체가 금속을 포함하는 장치.
- 제18항에 있어서, 금속이 강철, 스테인레스 강, 니켈, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 증착 챔버 본체가 석영을 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부가 내부 표면의 표면 처리를 포함하는 장치.
- 제21항에 있어서, 표면 처리가 전기적 연마, 화학적 연마, 기계적 연마, 불꽃 연마, 전기방출 연마, 레이저 연마, 화학적 부동화 및 플라즈마 부동화 중의 하나 이상을 포함하는 장치.
- 하나 이상의 기판을 수용할 수 있도록 배치된 증착 챔버 및 이에 연결된 다수의 도관을 포함하고, 당해 증착 챔버 및 다수의 도관이, 증착 챔버가 하나 이상의 재료로 이루어진 막이 하나 이상의 기판 위에 증착되도록 작동하는 경우, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기에 노출된 내부 표면을 포함하는 장치를 제공하는 단계 및하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키는 데 사용되는 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 적어도 일부를 제공하도록 내부 표면의 적어도 일부를 처리하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키기 위한 장치 내에서 표면을 부동화시키는 방법.
- 제23항에 있어서, 처리단계가 하나 이상의 재료로 이루어진 층을 내부 표면의 적어도 일부에 적용하는 단계를 포함하는 방법.
- 제24항에 있어서, 적용단계가내부 표면의 적어도 일부를 거칠게 하는 단계,전구체를 내부 표면의 적어도 일부에 적용하는 단계 및불화 중합체를 내부 표면의 적어도 일부에 함입하는 단계를 포함하는 방법.
- 제24항에 있어서, 적용단계가내부 표면의 적어도 일부를 세정하는 단계,내부 표면의 적어도 일부를 에칭하는 단계,내부 표면의 적어도 일부 위에 니켈을 증착시키는 단계,니켈 내의 공극을 확대시키는 단계 및확대된 공극 속으로 중합체를 함입시켜 중합체를 내부 표면의 적어도 일부에 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제24항에 있어서, 적용단계가 상승 피복물을 내부 표면의 적어도 일부에 적용함을 포함하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상승 피복물을 내부 표면의 적어도 일부에 적용시키는 단계가 투프람(TUFRAM®) 피복물 및 마그나플레이트(MAGNAPLATE) HCR®피복물 중의 하나를 적용시킴을 포함하는 방법.
- 제24항에 있어서, 적용단계가 내부 표면의 적어도 일부에 라이너를 증착시킴을 포함하는 방법.
- 제29항에 있어서, 라이너를 증착시키는 단계가 다수의 구획을 포함하는 라이너를 증착시킴을 포함하는 방법.
- 제29항에 있어서, 유리, 석영, 세라믹 및 금속 중의 하나 이상으로부터 라이너를 선택하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제23항에 있어서, 처리단계가 내부 표면을 연마하는 단계를 포함하는 방법.
- 제32항에 있어서, 연마가 전기적 연마, 기계적 연마, 화학적 연마, 전기방출 연마, 레이저 연마 및 불꽃 연마 중의 하나 이상을 포함하는 방법.
- 제23항에 있어서, 처리단계가 화학적 부동화 및 플라즈마 부동화 중의 하나 이상을 포함하는 방법.
- 제23항에 있어서, 처리단계가 금속 산화물 층을 내부 표면의 적어도 일부에 형성함을 포함하는 방법.
- 제23항에 있어서, 처리단계가 내부 표면의 적어도 일부를 수용성 염 중의 크롬산으로 처리함을 포함하는 방법.
- 제23항에 있어서, 처리단계가 내부 표면의 적어도 일부를 질화시킴을 포함하는 단계.
- 제23항에 있어서, 불소-함유 층 또는 브롬-함유 층을 내부 표면의 적어도 일부에 형성함을 추가로 포함하는 방법.
- 하나 이상의 기판을 수용할 수 있도록 배치된 증착 챔버 및 이에 연결된 다수의 도관을 포함하고, 당해 증착 챔버 및 다수의 도관이, 증착 챔버가 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착되도록 작동하는 경우, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기에 노출된 내부 표면을 포함하는 장치를 제공하는 단계,하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적에 대해 내성을 나타내는 내부 표면의 적어도 일부를 제공할 수 있도록 증착 공정 동안에 소정의 온도 범위 이상에서 내부 표면의 적어도 일부를 유지시키는 단계를 포함하여, 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키기 위한 장치 내에서 하나 이상의 내부 표면을 역동적으로 부동화시키는 방법.
- 제39항에 있어서, 내부 표면의 적어도 일부의 온도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제40항에 있어서, 측정된 결과에 따라, 내부 표면의 적어도 일부에 열을 가하거나 열을 제거하는 단계 중의 하나 이상을 추가로 포함하는 방법.
- 온도 범위의 적어도 일부에 걸쳐 다수의 각각의 온도에서 내부 표면의 적어도 일부 위에서 사용하도록 제공된 재료에 물리적으로 흡착된 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 양을 측정하는 단계,온도 범위의 적어도 일부에 걸쳐 다수의 각각의 온도에서 내부 표면의 적어도 일부 위에서 사용하도록 제공된 재료에 화학적으로 흡착된 하나 이상의 반응물 또는 반응 생성물의 양을 측정하는 단계 및온도 범위 내에서, 물리적 흡착 및 화학적 흡착의 조합으로 인해 재료 위의 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적이 최소화되는 하나 이상의 온도가 존재하는지 여부를 측정하는 단계를 포함하여, 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키기 위한 장치의 내부 표면의 적어도 일부 위에 축적되는 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 양을 최소화하는 방법.
- 제42항에 있어서, 온도 범위 내에서 물리적 흡착 및 화학적 흡착의 조합으로 인해 재료 위의 하나 이상의 반응 가스 또는 증기의 축적이 최소화되는 또 다른 온도가 존재하는지의 여부를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제43항에 있어서, 내부 표면의 적어도 일부를 실질적으로 또 다른 온도에서 유지시키면서, 하나 이상의 재료로 형성된 내부 표면의 적어도 일부를 갖는 장치를, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기를 이용하여, 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키기 위해 작동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제42항에 있어서, 내부 표면의 적어도 일부를 실질적으로 하나 이상의 온도에서 유지시키면서, 하나 이상의 재료로 형성된 내부 표면의 적어도 일부를 갖는 장치를, 하나 이상의 반응 가스 또는 증기를 이용하여, 하나 이상의 재료로 이루어진 막을 하나 이상의 기판 위에 증착시키기 위해 작동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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