KR20090083404A - 원자 층 증착을 위한 보텍스 챔버 리드 - Google Patents
원자 층 증착을 위한 보텍스 챔버 리드Info
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Abstract
본 발명의 실시예는 원자 증착 공정 동안 기판 상의 재료 증착을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판을 처리하기 위한 챔버가 제공되며, 이 챔버는 중앙에 위치하는 가스 분산 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함하며, 가스 분산 채널의 수렴 부분은 가스 분산 채널의 중앙을 향하여 테이퍼를 형성하며 가스 분산 채널의 발산 부분은 상기 중앙 부분으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성한다. 챔버 리드 조립체는 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면을 더 포함하며, 테이퍼 형성 바닥면은 기판을 실질적으로 커버하기 위한 크기 및 형상을 가지며 두 개의 도관은 가스 분산 채널의 수렴 부분 내의 가스 인렛에 결합되고 가스 분산 채널을 통한 원형 가스 유동이 제공되도록 위치된다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 원자 층 증착을 위한 개선된 가스 전달 장치 및 방법에 관한 것이다.
마이크론 이하(submicron) 및 더 작은 피쳐(feature)를 신뢰성있게 생산하는 것은 반도체 장치의 초고밀도 집적 회로(VLSI) 및 극초대규모 집적 회로(ULSI)의 다음 세대에 대한 중요 기술들 중 하나이다. 그러나, 회로 기술의 프린지(fringe)가 가압될 때, VLSI 및 ULSI 기술에서의 인터코넥트(interconnect)의 수축 크기가 처리 용량 상에서 추가 요구가 있었다. 이러한 기술의 중심에 있는 다중 레벨 인터코넥트는 비아(via) 및 다른 인터코넥트와 같은 고 종횡비 피쳐의 정밀한 처리를 요구한다. 이러한 인터코넥트의 신뢰성있는 형성은 VLSI 및 ULSI 성공 및 개별 기판의 회로 밀도 및 품질을 증가시키기 위한 계속된 노력에 매우 중요하다.
회로 밀도가 증가할 때, 비아, 트렌치(trench), 콘택(contact), 및 다른 피쳐, 뿐만 아니라 그 사이의 유전 재료와 같은 인터코넥트의 폭은 45 nm 및 32 nm 크기로 감소되며, 반면 유전 층의 두께는 실질적으로 일정하게 남아 있게 되어, 그 결과 피쳐의 종횡비가 증가한다. 다수의 종래의 증착 공정은 종횡비가 4:1을 초과하고, 특히 종횡비가 10:1을 초과하는 마이크론 이하 구조물을 채우는데 어려움이 있다. 따라서, 고 종횡비를 가지는 실질적으로 보이드(void)가 없고 시임(seam)이 없는 마이크론 이하 피쳐의 형성에 관한 진행되는 많은 노력이 있다.
원자 층 증착(ALD)은 고 종횡비를 가지는 피쳐 위의 재료 층의 증착을 조사하는 증착 기술이다. ALD 공정의 일 예는 가스의 펄스의 연속적인 도입을 포함한다. 예를 들면, 가스의 펄스의 연속적인 도입을 위한 하나의 사이클은 퍼지 가스 및/또는 펌프 배출의 펄스가 후속되고, 제 2 반응물 가스의 펄스가 후속되고, 그리고 퍼지 가스 및/또는 펌프 배출의 펄스가 후속되는 제 1 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 " 가스 "는 단일 가스 또는 다수의 가스를 포함하는 것으로 정의한다. 제 1 반응물 및 제 2 반응물의 개별 펄스의 후속적인 도입은 기판의 표면 상에 반응물의 단일층의 선택적인 자체 제한 흡수를 초래할 수 있다. 사이클은 증착 재료의 원하는 두께로 반복될 수 있다. 제 1 반응물 가스의 펄스와 제 2 반응물 가스의 펄스 사이의 퍼지 가스 및/또는 펌프 배출의 펄스는 챔버 내에 남아 있는 반응물의 초과 양에 의해 반응물의 가스 상태 반응 가능성을 감소시키기 위한 기능을 한다.
따라서, ALD 공정 동안 재료 필름을 증착하기 위해 이용되는 장치 및 방법에 대한 요구가 있다.
도 1은 실시예에서 설명된 바와 같은 원자 층 증착을 위해 적용되는 가스 전달 장치를 포함하는 공정 챔버의 개략적인 단면도이고,
도 2는 도 1의 챔버 리드의 팽창 채널의 단면도이고,
도 3은 도 1의 챔버의 팽창 채널의 단면도이고,
도 4는 도 1의 챔버 리드의 바닥면과 기판의 표면 사이의 두 개의 상이한 위치에서 가스의 유동을 도시하는 개략적인 단면도이고,
도 5는 일 실시예로 설명되는 바와 같이 단일 가스 유동을 수용하도록 하는 팽창 채널의 단면도이고,
도 6은 일 실시예로 설명되는 바와 같이 3개의 가스 유동을 수용하도록 하는 팽창 채널의 단면도이고,
도 7은 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 가스 전달 장치를 포함하는 공정 챔버의 개략적인 단면도이고,
도 8은 또 다른 실시예에서 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 가스 전달 장치를 포함하는 공정 챔버의 개략적인 단면도이고,
도 9a 내지 도 9b는 다른 실시예에서 설명되는 바와 같이 챔버 리드 쵸크의 개략적인 단면도이고,
도 10a 내지 도 10f는 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 층작을 위해 적용된 공정 챔버 리드 조립체의 개략도이고,
도 11a 내지 도 11c는 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 가스 전달 장치 및 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버의 개략적인 단면도이고,
도 12a 내지 도 12e는 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 공정 챔버 리드 조립체의 개략도이고,
도 13a 내지 도 13c는 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 도 12a 내지 도 12e의 챔버 리드 조립체의 다른 개략도이고,
도 14a 내지 도 14c는 실시예로 설명되는 바와 같이, 도 12a 내지 도 13c의 공정 챔버 리드 조립체 내에 가스 유동 패턴 및 가스 주입 조립체의 개략도이고,
도 15a 내지 도 15c는 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 가스 전달 장치 및 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버의 개략도이고,
도 16a 내지 도 16e는 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 공정 챔버 리드 조립체의 개략도이고,
도 17a 내지 도 17d는 또 다른 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 가스 전달 장치 및 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버의 개략적인 단면도이고,
도 18a 내지 도 18h는 선택적인 실시예로 설명되는 바와 같이 원자 층 증착을 위해 적용되는 챔버 리드 캡의 개략도이다.
본 발명의 실시예는 원자 층 증착(ALD) 공정 동안 기판 상에 재료를 균일하게 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 증착된 재료에 대한 높은 정도의 균일성은 보텍스 패턴과 같은, 원형 가스 유동 패턴을 가지는 증착 가스에 대한 기판의 노출에 기여한다. 일 실시예에서, 공정 챔버는 팽창 채널로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면(tapered bottom surface) 및 집중된 팽창 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함한다. 테이퍼 형성 바닥면은 기판 수용면을 실질적으로 커버(cover)하는 크기 및 형상을 가진다. 챔버의 또 다른 실시예는 수렴 채널 및 발산 채널을 포함하는 집중 가스 분산 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함한다. 챔버의 또 다른 실시예는 팽창 채널을 에워싸는 두 개 이상의 가스 통로를 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함한다. 다수의 인렛은 각각의 가스 통로로부터 팽창 통로 내로 연장하여 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치된다.
일 실시예에서, 기판 수용면 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 기판 지지부르 포함하는 기판을 처리하기 위한 챔버가 제공된다. 챔버 리드 조립체는 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 가스 분산 채널을 포함하며, 가스 분산 채널의 수렴 부분은 가스 분산 채널의 중앙 축선을 향하여 테이퍼를 형성하며, 가스 분산 채널의 분산 부분은 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하며, 테이퍼 형성 바닥면은 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하고, 테이퍼 형성 바닥면은 기판 수용면을 실질적으로 커버하도록 하는 형상 및 크기를 가진다. 챔버 리드 조립체는 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에 제 1 가스 인렛으로 결합되는 제 1 도관 및 가스 분산 채널의 수렴 부분 내의 제 2 가스 인렛에 결합되는 제 2 도관을 더 포함하며, 제 1 도관 및 제 2 도관은 가스 분산 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치설정된다.
하나의 예에서, 제 1 도관 및 제 2 도관은 가스 분산 채널의 수렴 부분의 내측면에서 가스를 지향시키도록 독립적으로 위치설정된다. 원형 가스 유동 패턴은 보텍스(vortex), 헬릭스(helix), 스파이럴(spiral), 트월(twirl), 트위스트(twist), 코일(coil), 월풀(whirlpool), 이들의 유도형 또는 이들의 조합형의 유동 패턴을 포함한다. 일부 예에서, 원형 가스 유동 패턴은 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레로 적어도 약 1회전, 바람직하게는 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레로 약 1.5, 약 2, 약 3, 약 4, 또는 그 보다 많은 회전으로 연장한다.
일부 실시예에서, 제 1 밸브는 제 1 도관에 연결되고, 제 2 밸브는 제 2 도관에 결합되고, 제 1 가스 소스(source)는 제 1 밸브에 유체 소통되고 제 2 가스 소스는 제 2 밸브에 유체 소통된다. 제 1 및 제 2 밸브는 약 0.05 초 내지 약 0.5 초의 범위 내와 같은, 약 2초 또는 그 미만의 펄스 시간을 가진 원자 층 증착 공정을 가능하게 한다. 다른 예에서, 제 1 도관 및 제 2 도관은 원형 가스 유동을 형성하기 위하여 가스 분산 채널의 중앙 축선으로부터 0°보다 큰 각도로 독립적으로 위치설정된다.
일 예에서, 공정 챔버는 약 3,000 cm3 또는 그 미만의 용적을 가지는 반응 영역을 포함할 수 있으며, 반응 영역은 테이퍼 형성 바닥면과 기판 수용면 사이에 형성된다. 용적이 약 600 cm3 또는 그 미만과 같은, 약 1,500 cm3 또는 그 미만일 수 있는 다른 예가 제공된다.
또 다른 실시예에서, 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 가스 분산 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함하는 기판을 처리하기 위한 챔버가 제공되며, 가스 분산 채널의 수렴 부분은 가스 분산 채널의 중앙 축선을 향하여 테이퍼를 형성하며 가스 분산 채널의 발산 부분은 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하며, 제 1 도관이 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에 제 1 가스 인렛으로 결합되고, 제 2 도관은 가슨 분산 채널의 수렴 부분 내에 제 2 가스 인렛으로 결합되며, 제 1 도관 및 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치설정되고, 제 1 밸브는 제 1 도관에 결합되고 제 2 밸브는 제 2 도관에 결합되며, 제 1 및 제 2 밸브는 약 2 초 또는 그 미만의 펄스 시간을 가진 원자 층 증착 공정을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 챔버 리드 조립체는 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면을 더 포함한다. 테이퍼 형성 바닥면은 기판 수용면을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가질 수 있다. 다른 예에서, 제 1 가스 소스는 제 1 밸브로 유체 소통될 수 있고 제 2 가스 소스는 제 2 밸브에 유체 소통될 수 있으며, 제 1 도관 및 제 2 도관은 가스 분산 채널의 수렴 부분의 내측면에서 가스를 지향시키도록 독립적으로 위치설정된다. 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 이들의 유도형 또는 이들의 조합형의 유동 패턴을 포함한다. 다른 예에서, 팽창 채널의 내측면의 평균 표면 거칠기는 팽창 채널을 통하여 중앙 축선을 따라 증가한다(예를 들면, 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 2 인렛으로부터-기판 지지부를 향하여).
또 다른 실시예에서, 기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 챔버 바디 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내의 기판 지지부에 기판을 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 챔버 리드 조립체는 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 가스 분산 채널을 포함하며, 상기 가스 분산 채널의 수렴 부분은 가스 분산 채널의 중앙 축선을 향하여 테이퍼를 형성하고 상기 가스 분산 채널의 발산 부분은 중앙 축선으로부터 먼쪽으로(away) 테이퍼를 형성하고, 테이퍼 형성 바닥면이 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하고, 상기 테이퍼 형성 바닥면은 기판을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지며, 제 1 도관이 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에 제 1 가스 인렛으로 연결되고, 제 2 도관이 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에 제 2 가스 인렛으로 결합되며, 제 1 도관 및 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되고, 원형 유동 가스를 형성하도록 제 1 및 제 2 도관을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스가 유동되고, 기판을 원형 유동 가스에 노출시키고 하나 이상의 전구체가 원형 유동 가스로 펄싱되고, 그리고 기판 상으로 하나 이상의 전구체로부터 유도되는 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 증착하는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 중앙 축선을 따라 연장하는 팽창 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함하는 기판을 처리하기 위한 챔버가 제공되고, 테이퍼 형성 바닥면은 팽창 채널로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하며, 테이퍼 형성 바닥면은 기판 수용면을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가진다. 챔버 리드 조립체는 제 1 가스 통로에 결합되는 제 1 도관을 포함하며, 제 1 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고(circumvent) 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 1 인렛을 포함하며 제 2 도관은 제 2 가스 통로로 결합되고, 제 2 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고, 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 2 인렛을 포함하며, 다수의 제 1 인렛 및 다수의 제 2 인렛은 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동을 제공하도록 위치설정된다.
하나의 예에서, 제 1 가스 통로는 제 2 가스 통로 바로 위에 위치시킬 수 있고, 제 2 가스 통로 및 제 1 가스 통로는 둘다 팽창 채널의 상부를 우회한다. 다수의 제 1 인렛 및 다수의 제 2 인렛은 팽창 채널의 내부면에서 가스를 지향시키도록 독립적으로 위치설정될 수 있다. 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 이들의 유도형 또는 이들의 조합형의 유동 패턴을 포함한다. 다른 예에서, 제 1 밸브는 제 1 도관에 결합될 수 있고 제 2 밸브는 제 2 도관에 결합될 수 있으며, 제 1 가스 소스는 제 1 밸브로 유체 소통되고 제 2 가스 소스는 제 2 밸브에 유체 소통된다. 제 1 및 제 2 밸브는 약 1 초 또는 그 미만과 같은 약 2초 또는 그 미만, 또는 약 0.05 초 내지 약 0.5초 범위 내의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 한다.
또 다른 실시예에서, 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 중앙 축선을 따라 연장하는 팽창 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함하는 기판을 처리하기 위한 챔버가 제공되며, 제 1 도관이 제 1 가스 통로에 결합되고, 제 1 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고 팽창 채널 내로 연장하는 제 1의 다수의 인렛을 포함하며, 제 2 도관은 제 2 가스 통로에 결합되고, 제 2 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고, 팽창 채널로 연장하는 제 2의 다수의 인렛을 포함하고, 다수의 제 1 인렛 및 다수의 제 2 인렛은 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치설정되고, 제 1 밸브는 제 1 도관에 결합되고, 제 2 밸브는 제 2 도관에 결합되고, 제 1 및 제 2 밸브는 약 1초 또는 그 미만과 같은 약 2 초 또는 그 미만, 또는 약 0.05 초 내지 약 0.5 초 범위 내의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 한다.
또 다른 실시예에서, 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 중앙 축선을 따라 연장하는 팽창 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내에 기판 지지부 상에 기판을 위치설정 단계를 포함하며, 테이퍼 형성 바닥면은 팽창 채널로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하고, 테이퍼 형성 바닥면은 기판 수용면을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지며, 제 1 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 1 인렛을 포함하며, 제 2 도관은 제 2 가스 통로에 결합되고, 제 2 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고, 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 2 인렛을 포함하고, 다수의 제 1 인렛 및 다수의 제 2 인렛은 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치시키고, 다수의 제 1 인렛 또는 다수의 제 2 인렛을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스를 유동시킴으로써 원형 유동 가스를 형성하고, 기판을 원형 유동 가스로 노출시키고, 하나 이상의 전구체를 원형 유동 가스를 펄싱(pulsing)하고, 하나 이상의 전구체로부터 유도되는 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 기판 상으로 증착한다.
또 다른 실시예에서, 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 팽창 채널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함하는 기판을 처리하기 위한 챔버가 제공되며, 팽창 채널의 상부는 팽창 채널의 중앙 축선을 따라 실질적으로 팽행하게 연장하며 팽창 채널의 팽창 부분은 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하고, 팽창 채널의 상부 내의 내부면은 팽창 채널의 팽창 부분 내의 내측면 보다 더 낮은 평균 표면 거칠기를 가지며, 테이퍼 형성 바닥면은 팽창 채널의 팽창 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하고, 테이퍼 형성 바닥면은 기판 수용면을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지며, 제 1 도관은 팽창 채널의 상부 내에 제 1 가스 인렛으로 결합되고, 제 2 도관은 팽창 채널의 상부 내에 제 2 가스 인렛으로 결합되고, 제 1 도관 및 제 2 도관은 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치설정된다.
다른 실시예에서, 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 팽창 체널을 포함하는 챔버 리드 조립체를 포함하는 기판 처리용 챔버가 제공되고, 팽창 채널의 상부가 팽창 채널의 중앙 축선을 따라 실질적으로 평행하게 연장하고 팽창 채널의 팽창 부분은 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하고, 제 1 도관은 팽창 채널의 상부 내의 제 1 가스 인렛으로 연결되고, 제 2 도관은 팽창 채널의 상부 내에 제 2 가스 인렛으로 결합되고, 제 1 도관 및 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치시키고, 제 1 밸브는 제 1 도관에 결합되고 제 2 밸브는 제 2 도관에 결합되고, 제 1 및 제 2 밸브는 약 2 초 또는 그 미만의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 한다. 챔버 리드 조립체는 팽창 채널의 팽창 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면을 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 챔버 바디 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내에 기판 지지부 상에 기판을 위치설정시키는 단계를 포함하는 기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법이 제공되며, 챔버 리드 조립체는 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 팽창 채널을 포함하며, 팽창 채널의 상부는 팽창 채널의 중앙 축선을 따라 실질적으로 팽행하게 연장하고 팽창 채널의 팽창 부분은 중앙 축선으로부터 테이퍼를 형성하며, 테이퍼 형성 바닥면은 팽창 채널의 팽창 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하며, 테이퍼 형성 바닥면은 기판을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지며, 제 1 도관은 팽창 채널의 상부 내에 제 1 가스 인렛으로 결합되고, 제 2 도관은 팽창 채널의 상부 내의 제 2 가스 인렛으로 결합되고, 제 1 도관 및 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치시키고, 원형 유동 가스를 형성하도록 제 1 및 제 2 도관을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스를 유동시키고, 기판을 원형 유동 가스에 노출시키고, 하나 이상의 전구체를 원형 유동 가스 내로 펄싱하고, 하나 이상의 전구체로부터 유도되는 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 기판 상으로 증착한다. 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 이들의 유도형 또는 이들의 조합형의 유동 패턴을 포함한다.
소정의 예에서, 제 1 도관 및 제 2 도관은 가스 분산 채널을 수렴 부분의 내부면에서 가스를 지향시키도록 독립적으로 위치한다. 따라서, 제 1 도관 및 제 2 도관은 가스 분산 채널의 중앙 축선으로부터 일정한 각도로 (예를 들면, > 0°) 독립적으로 위치할 수 있다. 선택적으로, 인렛의 제 1 도관 및 인렛의 제 2 도관은 팽창 채널의 내부면에서 가스를 지향시키도록 독립적으로 위치될 수 있다. 따라서, 다수의 제 1 인렛 및 다수의 제 2 인렛은 팽창 채널의 중앙 축선으로부터 일정한 각도로(예를 들면, > 0°) 독립적으로 위치될 수 있다. 원형 가스 유동 패턴은 보텍스 패턴, 헬릭스 패턴, 스파이럴 패턴, 트월 패턴, 트위스트 패턴, 코일 패턴, 월풀 패턴, 또는 이들의 유도형 패턴과 같은 유동 패턴일 수 있다. 원형 가스 유동 패턴은 팽창 채널의 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레를 적어도 약 1.5회전, 바람직하게는 약 2 회전, 더욱 바람직하게는 약 3회전, 그리고 더욱 바람직하게는 약 4 회전으로 연장할 수 있다. 다른 예에서, 챔버는 테이퍼 형성 바닥면과 기판 수용면 사이에 형성된 반응 존을 포함할 수 있다. 반응 존은 약 3,000 cm3 또는 그 미만의 용적을 가질 수 있다. 일 예에서, 용적은 약 1,500 cm3 또는 그 미만일 수 있다. 또 다른 예에서, 용적은 약 600 cm3 또는 그 미만일 수 있다. 용적은 기판 지지부를 측방향으로 위치시킴으로써 조정될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 기판에 재료를 증착하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 챔버 바디 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계를 포함하며, 챔버 리드 조립체는 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 가스 분산 채널을 포함한다. 가스 분산 채널은 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널의 발산 부분 및 가스 분산 채널의 중앙 축선을 향하여 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널의 수렴 부분을 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체는 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면을 더 포함할 수 있다. 테이퍼 형성 바닥면은 기판을 실질적으로 커버하도록 하는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 또한, 챔버 리드 조립체는 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에 제 1 가스 인렛에 결합되는 제 1 도관 및 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에제 제 2 가스 인렛에 결합되는 제 2 도관을 더 포함할 수 있다. 제 1 도관 및 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하기 위해 위치될 수 있다.
상기 방법은 원형 유동 가스를 형성하도록 제 1 및 제 2 도관을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스를 유동시키는 단계, 기판을 원형 유동 가스에 노출시키는 단계, 하나 이상의 전구체를 원형 유동 가스에 펄싱하는 단계, 및 하나 이상의 전구체로부터 유도되는 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 기판 상으로 증착하는 단계를 더 제공한다. 일 예에서, 두 개 이상의 화학물 전구체(chemical precursor)가 원자 증착 공정 동안 원형 유동 가스 내로 순차적으로 펄싱된다. 또 다른 예에서, 3개 이상의 전구체가 원자 층 증착 공정 동안 원형 유동 가스 내로 순차적으로 펄싱된다.
또 다른 실시예에서, 기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법이 제공되고, 이 방법은 챔버 바디 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계를 포함하며, 챔버 리드 조립체는 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 중앙 축선을 따라 연장하는 팽창 채널을 포함한다. 챔버 리드 조립체는 팽창 채널로부터 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면을 더 포함할 수 있으며, 테이퍼 형성 바닥면은 기판 수용면을 실질적으로 커버하도록 하는 형상 및 크기를 가진다. 또한, 챔버 리드 조립체는 제 1 가스 통로에 결합되는 제 1 도관을 더 포함할 수 있고, 제 1 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 1 인렛을 포함하며, 제 2 가스 통로는 팽창 채널을 우회하고, 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 2 인렛을 포함하며 다수의 제 1 인렛 및 다수의 제 2 인렛은 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치된다.
상기 방법은 다수의 제 1 인렛 또는 다수의 제 2 인렛을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스가 유동함으로써 원형 가스 유동을 형성하는 단계, 원형 유동 가스로 기판을 노출시키는 단계, 원형 유동 가스 내로 하나 이상의 전구체를 펄싱하는 단계, 및 기판 상으로 하나 이상의 전구체로부터 유동된 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 증착하는 단계를 추가로 제공한다. 하나의 예에서, 두 개 이상의 화학물 전구체는 원자 층 증착 공정 동안 원형 유동 가스 내로 순차적으로 펄싱된다. 또 다른 예에서, 3개 이상의 화학물 전구체가 원자 층 증착 공정 동안 원형 유동 가스 내로 순차적으로 펄싱된다.
또 다른 실시예에서, 기판 구조물 위에 재료 층을 증착하기 위한 방법은 제 1 가스 도관을 통하여 제 1 반응물 가스 및 제 1 퍼지 가스를 전달하는 단계를 포함하며 제 1 반응물 가스는 펄스로 제공되고 제 1 퍼지 가스는 연속 유동으로 제공된다. 상기 방법은 제 2 가스 도관을 통하여 제 2 퍼지 및 제 2 반응물 가스를 전달하는 단계를 더 포함하며 제 2 반응물 가스는 펄스로 제공되고 제 2 퍼지 가스는 연속 유동으로 제공된다.
또 다른 실시예에서, 기판 구조물 위에 재료 층을 증착하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 기판 처리 챔버 내로 하나 이상의 가스를 제공하는 것을 포함하는 기판 처리 챔버 내의 기판으로 가스를 전달하는 단계, 비 단열 팽창을 통하여 가스의 속도를 감소시키는 단계, 기판의 중앙 부분으로 가스를 제공하는 단계, 및 기판의 중앙 부분으로부터 기판의 주변 부분에 걸쳐 반지름방향으로 가스를 지향시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 상술된 피쳐가 얻어지고 상세하게 이해되도록, 위에서 간단히 요약된 본 발명이 첨부된 도면에 도시되는 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 통상적인 실시예만을 설명하며 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않으며 본 발명에 대해 다른 균등한 효과의 실시예를 인정할 수 있다.
본 발명의 실시예는 원자 층 증착(ALD) 공정 동안 재료를 증착하기 위해 이용될 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 실시예들은 ALD 공정 챔버 및 팽창 채널 리드 조립체, 수렴-발산 리드 조립체, 다중 주입 리드 조립체, 또는 연장된 캡 리드 조립체를 포함하는 가스 전달 시스템을 포함한다. 다른 실시예들은 ALD 공정 동안 이러한 가스 전달 시스템을 이용하여 재료를 증착하는 위한 방법을 제공한다.
팽창 채널 리드 조립체
도 1은 ALD 또는 순차적 층 적층을 위해 적용되는 가스 전달 시스템(230)을 포함하는 공정 챔버(200)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 공정 챔버(200)는 측벽(204) 및 바닥부(206)를 가지는 챔버 바디(202)를 포함한다. 공정 챔버(200) 내의 슬릿 밸브(208)는 200 mm 또는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판과 같은 기판(210)을 공정 챔버(200)로 및 공정 챔버로부터 전달 및 회수하기 위한 로봇(도시안됨)을 위한 접근을 제공한다.
기판 지지부(212)는 공정 챔버(200) 내의 기판 수용면(211) 상에 기판(210)을 지지한다. 기판 지지부(212)는 리프트 모터(214)에 장착되어 기판 지지부(212) 및 그 위의 기판(210)을 상승 및 하강시킨다. 리프트 모터(218)에 연결되는 리프트판(216)은 공정 챔버(200)에 장착되어 기판 지지부(212)를 통하여 가동되게 배치되는 리프트 핀(220)을 상승 및 하강시킨다. 리프트 핀(220)은 기판 지지부(212) 위로 기판(210)을 상승 및 하강시킨다. 기판 지지부(212)는 처리 동안 기판 지지부(212)에 기판(210)을 지지하기 위한 진공 척(도시안됨), 정전 척(도시안됨), 또는 클램프 링(도시안됨)을 포함할 수 있다.
기판 지지부(212)는 그 위에 배치되는 기판(210)을 가열하기 위해 가열될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지부(212)는 저항성 히터(도시안됨)와 같은 매립된 가열 요소를 이용하여 가열될 수 있거나, 기판 지지부(212) 위에 배치되는 가열 램프(도시안됨)와 같은, 방사형 히트(radiant heat)를 이용하여 가열될 수 있다. 퍼지 링(222)은 기판 지지부(212) 상에 배치될 수 있어 퍼지 채널(224)을 형성하도록 하여 기판(210)의 주변 부분으로 퍼지 가스를 제공하여 그 위의 증착을 방지하도록 한다.
가스 전달 시스템(230)은 공정 가스 및/또는 퍼지 가스와 같은, 가스를 공정 챔버(200)로 제공하도록 챔버 바디(202)의 상부에 배치된다. 진공 시스템(278)은 펌핑 채널과 소통되어 공정 챔버(200)로부터 소정의 원하는 가스를 배출하고 원하는 압력 또는 공정 챔버(200)의 펌핑 존(266) 내부의 원하는 압력 범위를 유지할 수 있도록 한다.
일 실시예에서, 가스 전달 시스템(230)은 챔버 리드 조립체(232)를 포함한다. 챔버 리드 조립체(232)는 챔버 리드 조립체(232)의 중앙 부분으로부터 연장하는 팽창 채널(234) 및 팽창 채널(234)로부터 챔버 리드 조립체(232)의 주변 부분으로 연장하는 하부면(260)을 포함한다. 하부면(260)은 기판 지지부(212) 상에 배치되는 기판(210)을 실질적으로 커버하는 크기 및 형상을 가진다. 팽창 채널(234)은 함께 및/또는 개별적으로 제공될 수 있는, 두 개의 유사한 쌍의 밸브들(242a/252a, 242b/252b)로부터 가스 유동을 제공하도록 가스 인렛(236a, 236b)을 가진다.
하나의 구성에서, 밸브(242a) 및 밸브(242b)는 바람직하게는 동일한 퍼지 가스 소스에 결합되는 개별적인 반응물 가스 소스에 결합된다. 예를 들면, 밸브(242a)는 반응물 가스 소스(238)에 결합되고 밸브(242b)는 반응물 가스 소스(239)에 결합되고, 양 밸브(242a, 242b)는 퍼지 가스 소스(240)에 결합된다. 각각의 밸브(242a, 242b)는 밸브 시트 조립체(244a, 244b)를 가지는 전달 라인(243a, 243b)을 포함하며 각각의 밸브(252a, 252b)는 밸브 시트 조립체(246a, 246b)를 가지는, 퍼지 라인(245a, 245b)을 포함한다. 전달 라인(243a, 243b)은 반응물 가스 소스(238, 239)와 유체 소통되며, 팽창 채널(234)의 가스 인렛(236a, 236b)과 유체 소통한다. 전달 라인(243a, 243b)의 밸브 시트 조립체(244a, 244b)는 반응물 가스 소소(238, 239)로부터 팽창 채널(234)로의 반응물 가스의 유동을 제어한다. 퍼지 라인(245a, 245b)은 퍼지 가스 소스(240)와 유체 소통되고 전달 라인(243a, 243b)의 밸브 시트 조립체(244a, 244b)의 하류부의 전달 라인(243a, 243b)과 교차한다. 퍼지 라인(245a, 245b)의 밸브 시트 조립체(246a, 246b)는 퍼지 가스 소스(240)로붕터 팽창 채널(234)로의 퍼지 가스의 유동을 제어한다. 캐리어 가스는 반응물 가스 소스(238, 239)로부터 반응물 가스를 전달하기 위해 이용되며, 바람직하게는 동일한 가스가 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용된다(즉, 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용되는 아르곤 가스).
각각의 밸브 시트 조립체(244a, 244b, 246a, 246b)는 다이어프램(도시안됨) 및 밸브 시트(도시안됨)를 포함할 수 있다. 다이어프램은 바이어싱되어 개방 또는 폐쇄될 수 있고 각각 작동적으로 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 다이어프램은 공기압으로 작동될 수 있거나 전기적으로 작동될 수 있다. 공기압으로 작동되는 밸브는 후지킨, 아이엔씨.(Fujikin, Inc.) 및 베리플로 디비젼, 파커 하니핀, 코포레이티드(Veriflo Division, Parker Hannifin, Corp.)로부터 입수가능한 공기압으로 작동되는 밸브를 포함한다. 전기적으로 작동되는 밸브는 후지킨, 아이엔씨.로부터 입수가능한 전기적으로 작동되는 밸브를 포함한다. 예를 들면, 이용될 수 있는 ALD 밸브는 후지킨 모델 제 FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN호 또는 후지킨 모델 호제 FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT호이다. 프로그램가능한 로직 제어기(248a, 248b)는 밸브(242a, 242b)에 결합될 수 있어 밸브(242a, 242b)의 밸브 시트 조립체(244a, 244b, 246a, 246b)의 다이어프램의 작동을 제어하도록 한다. 공기압적으로 작동되는 밸브는 약 0.020 초 만큼 적은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 약 0.005초 만큼 적은 시간 주기로 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 통상적으로 밸브와 프로그램가능한 로직 제어기 사이에 결합되는 구동기의 이용을 요구한다.
각각의 밸브(242a, 242b)는 밸브 시트 조립체(244a, 244b)가 폐쇄될 때 전달 라인(243a, 243b)으로부터 반응물 가스의 플러싱을 할 수 있는 제로 데드 체적(zero dead volume)일 수 있다. 예를 들면, 퍼지 라인(245a, 245b)은 전달 라인(243a, 243b)의 밸브 시트 조립체(244a, 244b)에 인접하여 위치될 수 있다. 밸브 시트 조립체(244a, 244b)가 폐쇄될 때, 퍼지 라인(245a, 245b)은 전달 라인(243a, 243b)을 플러시하기 위하여 퍼지 가스를 제공할 수 있다. 도시된 실시예에서, 퍼지 라인(245a, 245b)은 전달 라인(243a, 243b)의 밸브 시트 조립체(244a, 244b)로부터 약간 이격되어 위치될 수 있어 퍼지 가스가 개방될 때 밸브 시트 조립체(244a, 244b) 내로 직접 전달되지 않는다. 여기서 이용되는 제로 데드 용적 밸브는 무시가능한 데드 용적(즉, 제로 데드 용적이 필요하지 않은)을 가지는 밸브로서 형성된다.
각각의 밸브 쌍(242a/252a, 242b/2152b)은 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동 및/또는 개별 가스 유동을 제공하기 위하여 적용될 수 있다. 밸브 쌍(242a/252a)을 참조하면, 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동의 일 예는 전달 라인(243a)을 통한 반응물 가스 소스(238)로부터 반응물 가스의 펄스 및 퍼지 라인(245a)을 통한 퍼지 가스 소스(240)로부터 퍼지 가스의 연속 유동을 포함한다. 퍼지 가스의 연속 유동은 퍼지 라인(245a)의 밸브 시트 조립체(246a)의 다이어프램을 개방함으로써 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(238)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(243a)의 밸브 시트 조립체(244a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다. 밸브 쌍(242a/252a)을 참조하면, 반응물 가스 및 퍼지 가스의 개별 가스 유동의 일 예는 퍼지 라인(245a)을 통한 퍼지 가스 소스(240)로부터의 퍼지 가스의 펄스 및 전달 라인(243a)을 통한 반응물 가스 소스(238)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 퍼지 가스의 펄스는 퍼지 라인(245a)의 밸브 시트 조립체(246a)의 다이어프램의 개방 및 폐쇄에 의해 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(238)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(243a)의 밸브 시트 조립체(244a)의 다이어프램의 개방 및 폐쇄에 의해 제공될 수 있다.
밸브(242a, 242b)의 전달 라인(243a, 243b)은 가스 도관(250a, 250b)을 통하여 가스 인렛(236a, 236b)으로 결합될 수 있다. 가스 도관(250a, 250b)은 밸브(242a, 242b)와 통합될 수 있거나 분리될 수 있다. 하나의 양태에서, 밸브(242a, 242b)는 밸브(242a, 242b)와 가스 인렛(236a, 236b) 사이의 가스 도곤(250a, 250b) 및 전달 라인(243a, 243b)의 소정의 불필요한 용적을 감소시키도록 팽창 채널(234)에 매우 근접하게 결합된다.
도 3을 참조하면, 각각의 가스 도관(250a 또는 250b) 및 인렛(236a 또는 236b)은 팽창 채널(234)의 종방향 축선(290)에 대해 소정의 관계로 위치될 수 있다. 각각의 가스 도관(250a 또는 250b) 및 가스 인렛(236a, 236b)은 바람직하게는 종방향 축선(290)에 대해 수직하게 위치되거나(+β, -β = 90°) 종방향 축선(290)에 대해 가스 도관(250a 및 250b)의 중앙선(302a, 302b)로부터 각도 +β 또는 각도 -β로 위치된다(0°< +β <90°, 0°< -β <90°). 따라서, 가스 도관(250a 및 250b)은 도 3에 도시된 바와 같이 종방향 축선(290)에 대해 수직방향으로 수직하게 위치될 수 있으며, 각도 +β로 하방으로 각도를 형성할 수 있거나 각도 -β로 상방으로 각도를 형성할 수 있어 기판(210)의 표면 상에 흡수되는 반응물로부터 분출 가능성을 감소시키는 기판(210)을 향하여 바로 하방이 아닌 팽창 채널(234)의 벽을 향한 가스 유동을 제공하도록 한다. 또한, 가스 도관(250a, 250b)의 직경은 밸브(242a, 242b)의 전달 라인(243a, 243b)으로부터 가스 인렛(236a, 236b)으로 증가될 수 있어 팽창 채널(234) 내로 유입 전에 가스 유동의 속도를 감소시킨다. 예를 들면, 가스 도관(250a, 250b)은 점차적으로 증가되는 내경을 포함할 수 있거나 내경이 증가하는 다수의 연결 도관을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 팽창 채널(234)은 상부(237)로부터 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260)에 인접한 팽창 채널(234)의 하부(235)로 증가되는 내경을 가지는 채널을 포함한다. 하나의 특정 실시예에서, 200 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대한 팽창 채널(234)의 내경은 팽창 채널(234)의 상부(237)에서 약 0.2 인치 내지 약 1.0 인치, 바람직하게는 약 0.3 인치 내지 약 0.9 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.3 인치 내지 약 0.5 인치이며, 팽창 채널(234)의 하부(235)에서 약 0.5 인치 내지 약 3.0 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 2.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 약 1.1 인치 내지 약 2.0 인치이다. 또 다른 특정 실시예에서, 300 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버용 팽창 채널(234)의 내경은 팽창 채널(234)의 상부(237)에서 약 0.2 인치 내지 약 1.0 인치, 바람직하게는 약 0.3 인치 내지 약 0.9 인치, 및 가장 바람직하게는 약 0.3 인치 내지 약 0.5 인치이며, 팽창 채널(234)의 하부(235)에서 약 0.5 인치 내지 약 3.0 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 2.5 인치, 및 가장 바람직하게는 약 1.2 인치 내지 약 2.2 인치이다. 대체로, 상기 치수는 약 500 sccm 내지 약 3,000 sccm 사이의 총 가스 유동을 제공하도록 적용되는 팽창 채널에 적용된다. 다른 특정 실시예에서, 치수는 소정의 가스 유동을 수용하도록 변경될 수 있다. 대체로, 더 많은 가스 유동은 더 큰 직경 팽창 채널을 요구할 것이다. 일 실시예에서, 팽창 채널(234)은 절두 원추형 콘(절두 원추형 콘과 닮은 형상을 포함하여)으로서 형성될 수 있다. 가스가 팽창 채널(234)의 벽을 향하여 또는 기판(210)을 향하여 하방으로 직접 제공되어, 가스가 가스의 팽창에 의한 팽창 채널(234)을 통하여 이동할 때 가스 유동의 속도가 감소한다. 가스 유동의 속도의 감소는 가스 유동이 기판(210)의 표면 상에 흡수되는 반응물로부터 분출될 가능성을 감소시킨다.
이론에 구속되지 않고, 팽창 채널(234)의 상부(237)로부터 하부(235)로 점차적으로 증가하는, 팽창 채널(234)의 직경은 가스의 온도를 제어하는, 팽창 채널(234)을 통한 가스의 적은 단열 팽창을 허용한다. 예를 들면, 가스 인렛(236a, 236b)을 통한 팽창 채널(234) 내로 전달되는 가슨는 가스의 온도의 하강을 초래할 수 있어 가스의 응축 및 소적(droplet)의 형성을 초래할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예들에 따른 점차적인 팽창 채널(234)은 가스의 적은 단열 팽창을 제공하는 것으로 믿어진다. 따라서, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달될 수 있어, 가스의 온도가 가스의 주변 온도를 제어함으로써 더욱 용이하게 제어될 수 있다(즉, 챔버 리드 조립체(232)의 온도를 제어). 점차적인 팽창 채널(234)은 테이퍼 형성 직선형 표면, 오목형 표면, 볼록형 표면, 또는 이들의 조합과 같은, 하나 또는 그 이상의 테이퍼 형성 내부면을 포함할 수 있거나 하나 또는 그 이상의 테이퍼 형성 내부면의 섹션을 포함할 수 있다(즉, 테이퍼 형성 부분 및 테이퍼를 형성하지 않은 부분).
일 실시예에서, 가스 인렛(236a, 236b)은 팽창 채널(234)의 상부(237)에 인접하여 위치된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 가스 인렛(236a, 236b)은 상부(237)와 하부(235) 사이의 팽창 채널(234)의 길이를 따라 위치될 수 있다.
도 2는 도 1의 챔버 리드 조립체(232)의 팽창 채널(234)의 일 실시예의 단면도이다. 각각의 가스 도관(250a 또는 250b)은 가스 도관(250a 및 250b)의 중앙선(302a, 302b)으로부터 및 팽창 채널(234)의 중앙으로부터 반경 라인(304)으로부터 일정한 각도(α)에 위치할 수 있다. 바람직하게는 일정한 각도(α)(즉, α>0°일 때)에서 위치하는 가스 도관(250a 및 250b)의 유입은 가스가 화살표(310a 및 310b)에 의해 도시된 바와 같이 원 방향으로 유동하도록 할 수 있다. 팽창 채널의 벽 상으로 바로 직선형으로 마주하는 각도(α)로 가스를 제공함으로써(즉, α=0°일 때) 난류 유동이 아닌 팽창 채널을 통한 더 많은 층류 유동을 제공하도록 한다. 팽창 채널(234)을 통한 층류 유동은 팽창 채널(234)의 내부면 및 챔버 리드 조립체(232)의 외측면의 개선된 퍼징을 초래한다. 비교시, 난류 유동은 팽창 채널(234)의 내부면 및 다른 표면을 가로지르는 균일한 유동이 아닐 수 있으며 다른 표면은 가스 유동이 없는 데드 스폿 또는 정체 스폿을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 가스 도관(250a, 250b) 및 대응하는 가스 인렛(236a, 236b)은 서로로부터 이격되어 동일한 원 방향으로(즉, 시계 방향 또는 반시계 방향) 유동을 지향시킬 수 있다.
이론에 구속되지 않고, 도 3은 두 개의 가스 유동의 단순화된 표ㅕ현을 도시하는 챔버 리드 조립체(232)의 팽창 채널(234)의 단면도이다. 비록 팽창 채널(234)을 통한 정확한 유동 패턴이 도시되지 않았지만, 원형 유동(도 2, 화살표(310a 및 310b))이 보텍스 유동, 헬릭스 유동, 스파이럴 유동, 스월 유동, 트월 유동, 트위스트 유동, 코일 유동, 코크스크류 유동(corkscrew flow), 컬 유동(curl flow), 월풀 유동, 이들의 유도체 또는 이들의 조합형과 같은 원형 유동 패턴을 가지고 화살표(402a, 402b)(앞으로, " 보텍스 " 유동(402))에 의해 도시된 바와 같은 팽창 채널(234)을 통하여 이동할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 원형 유동은 기판(210)으로부터 분리된 구획에 대응되는 " 처리 영역 "에 제공될 수 있다. 하나의 양태에서, 보텍스 유동은 팽창 채널(234)의 내부면에 걸쳐 보텍스 유동 패턴의 스위핑 작용(sweeping action)에 의해 팽창 채널(234)의 더욱 효과적인 퍼지를 설정하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 인렛(236a, 236b) 및 기판(210) 사이의 거리(410)는 기판(210)의 표면에 걸친 스파이럴 유동이 바람직하지 않을 때 보텍스 유동(402)이 화살표(404)에 의해 도시된 바와 같은 하방 유동으로 분산되도록 충분히 길게 형성된다. 보텍스 유동(402) 및 하방 유동(404)은 챔버 리드 조립체(232)의 표면 및 기판(210)의 표면을 효과적으로 퍼징하는 층류 방식으로 처리된다. 하나의 특별한 실시예에서 팽창 채널(234)의 상부(237)와 기판(210) 사이의 거리(410)의 길이는 약 5인치와 같은, 약 3 인치 내지 약 8 인치, 바람직하게는 약 3.5 인치 내지 약 7 인치, 및 더욱 바람직하게는 약 4 인치 내지 약 6 인치 범위 내에 있다.
도 1을 참조하면, 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260)의 적어도 일 부분은 팽창 채널(234)로부터 챔버 리드 조립체(232)의 주변 부분으로 테이퍼를 형성할 수 있어 팽창 채널(234)로부터 기판(210)의 표면에 걸쳐 개선된 프로파일의 가스 유동을 제공하도록 한다(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로). 하부면(260)은 직선형 표면, 볼록형 표면, 오목형 표면, 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 이상의 테이퍼 형성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부면(260)은 깔때기 형상으로 테이퍼를 형성할 수 있다.
이론에 구속되지 않고, 도 4는 기판(210)의 표면과 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260) 사이의 두 개의 상이한 위치(502, 504)에서 가스의 유동을 나타내는 개략도이다. 소정의 위치에서 가스의 속도는 이론적으로 아래 방정식에 의해 결정된다.
(1) Q/A = V
여기서, " Q "는 가스의 유동이고, " A "는 유동 섹션의 면적이고, 그리고 " V "는 가스의 속도이다. 가스의 속도는 유동 섹션(HX2πR)의 면적 " A "에 역 비례하며, 여기서 " H "는 유동 섹션의 높이고, " 2πR "은 반경 " R "을 가지는 유동 섹션의 주변이다. 즉, 가스의 속도는 유동 섹션의 높이 "H" 및 유동섹션의 반경 " R "에 역비례한다.
위치(502) 및 위치(504)에서 유동 단면의 속도를 비교하면, 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260) 사이이 위치 모든 위치에서 가스의 유동 "Q "가 동일하다는 것을 추정하면, 가스의 속도가 이론적으로 유동 다면의 면적 "A "을 가짐으로써 이론적으로 더욱 동일하게 될 수 있다. 위치(502) 및 위치(504)에서 유동 세견의 면적이 동일한 것에 대해, 위치(502)에서 높이(H1)는 위치(504)에서 높이(H2) 보다 더 커야한다.
하나의 양태에서, 기판(210)과 챔버 리드 조립체(322)의 하부면(260) 사이로 이동할 때 하부면(260)은 하방으로 경사져서 가스의 속도에서의 변화를 감소시키도록 하여 기판(210)의 표면의 반응물 가스로의 균일한 노출을 제공하도록 한다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(232)의 하방으로 경사지는 하부면(260)과 기판(210)의 표면 사이의 유동 섹션의 최소 면적에 대한 유동 섹션으 최대 면적의 비율은 약 2 보다 작고, 바람직하게는 약 1.5 보다 작고, 더욱 바람직하게는 약 1.3 보다 작고, 가장 바람직하게는 약 1이다.
이론에 구속되지 않고, 기판(210)의 표면을 가로지르는 더욱 균일한 속도로 이동하는 가스 유동은 기판(210) 상의 더욱 균일한 증착을 제공하도록 한다. 가스의 속도는 가스의 농도에 직접 비례하고 가스의 농도는 차례로 기판(210) 표면 상의 가스의 증착율에 직접 비레한다. 따라서, 기판(210)의 표면의 제 1 영역에서 대 기판의 (210)의 표면의 제 2 영역에서 가스의 더 높은 속도는 제 1 영역 상에 가스의 더 높은 증착을 제공하는 것으로 믿어진다. 하방으로 경사지는 하부면(260)을 가지는 챔버 리드 조립체(232)는 하방으로 경사지는 하부면(260)이 더욱 균일한 속도를 제공하기 때문에 기판(210)의 표면에 걸쳐 가스의 더욱 균일한 증착을 제공하여, 기판(210)의 표면에 걸쳐 가스가 더욱 균일한 증착을 위해 제공된다.
도 1은 기판(210)의 주변에 인접한 챔버 리드 조립체(232)의 주변 부분에 위치하는 초크(262)가 도시된다. 챔버 리드 조립체(232)가 기판(210) 주위에 처리 존을 형성하기 위하여 조립될 때, 초크(262)는 기판(210)의 주변에 인접한 영역에서 가스이 유동을 제한하는 소정의 부재를 포함한다. 도 9a는 초크(262)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 일 실시예에서, 쵸크(262)는 주변 측면 부분(267)을 포함한다. 하나의 양태에서, 퍼지 링(222)은 초크(262)의 측면 부분(267)을 향하여 퍼지 가스를 지향시키도록 할 수 있다. 도 9b는 초크(262)의 또 다른 실시예의 개략적인 단면도이다. 이러한 실시예에서, 초크(262)는 둘레 하방으로 연장하는 돌출부(268)를 포함한다. 하나의 양태에서, 퍼지 링(222)은 둘레 하방으로 연장하는 돌출부(268)를 향하여 퍼지 가스를 지향시키도록 적용될 수도 있다. 하나의 특정 실시예에서, 하방으로 연장하는 돌출부(268)의 두께는 약 0.01 인치 내지 약 1.0 인치이고, 더욱 바람직하게는 0.01 인치 내지 0.5 인치이다.
하나의 특정 실시예에서, 초크(262)와 기판 지지부(212) 사이의 간격은 약 0.04 인치 내지 약 2.0 인치, 바람직하게는 0.04 인치 내지 약 0.2 인치이다. 상기 간격은 증착 동안 공정 상태 및 전달되는 가스에 따라 변화될 수 있다. 초크(262)는 비균일 압력 분포의 펌핑 존(266)(도 1)로부터 반응 존(264)을 격리함으로써 기판(210)과 챔버 리드 조립체(232) 사이에 형성된 반응 존(264) 또는 용적 내의 더욱 균일한 압력 분포를 제공하도록 한다.
도 1을 참조하면, 하나의 양태에서, 반응 존(264)이 펌핑 존(266)으로부터 고립되기 때문에, 반응물 가스 또는 퍼지 가스는 반응 존(264)을 단지 적절히 채우는 것이 필요하여 반응물 가스 또는 퍼지 가스로 기판(210)의 충분한 노출을 보장하도록 한다. 종래의 화학 증착에서, 종래의 챔버는 반응물의 공(co)-반응이 기판(210)의 표면에 걸쳐 균일하게 발생하는 것을 보장하기 위하여 기판의 전체 표면으로 동시에 그리고 균일하게 반응물의 조합된 유동을 제공는 것이 요구된다. 원자 층 적층에서, 공정 챔버(200)는 순차적으로 반응물을 기판(210)의 표면으로 도입하여 기판(210)의 표면 상으로 반응물의 선택적인 얇은 층의 흡수를 제공하도록 한다. 결과적으로, 원자 층 증착은 동시에 기판(210)의 표면에 도달하는 반응물의 유동을 요구하지 않는다. 대신, 반응물의 유동은 기판(210)의 표면 상의 반응물의 얇은 층을 흡수하기에 충분한 양으로 제공되는 것이 필요하다.
반응 존(264)은 종래의 CVD 챔버의 내부 용적과 비교할 때 더 작은 용적을 포함할 수 있기 때문에, 더 작은 양의 가스가 원자 층 증착 시컨스에서 특별한 공정을 위한 반응 존(264)을 채우기 위해 요구된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 반응 존(264)의 용적은 200 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대해 약 1,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 500 cm3 또는 그 미만, 및 더욱 바람직하게는 200 cm3 또는 그 미만이다. 일 실시예에서, 반응 존(264)의 용적은 300 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대해 약 3,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 1,500 cm3 또는 그 미만, 및 더욱 바람직하게는 600 cm3 또는 그 미만이다. 일 실시예에서, 기판 지지부(212)는 증착을 위해 반응 존(264)의 용적을 조정하기 위하여 상승되거나 하강될 수 있다. 반응 존(264)의 더 작은 용적 때문에, 증착 가스 또는 퍼지 가스든지, 적은 가스가 공정 챔버(200) 내로 유동하는 것이 필요하다. 따라서, 이용된 가스의 양이 더 작아서 작동 비용이 감소되기 때문에 공정 챔버(200)의 생산량은 더 크고 소모는 최소화될 수 있다.
챔버 리드 조립체(232)는 리드 캡(272) 및 리드판(270)이 팽창 채널(234)을 형성하는 리드 캡(272) 및 리드판(270)을 포함하는 것으로서 도 1 내지 도 4에 도시된다. 부가판은 리드판(270)과 리드 캡(272)(도시안됨) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 부가판은 리드 캡(272)과 리드판(270) 사이의 거리를 조정(예를 들면, 증가)하기 위해 이용될 수 있어 팽창 채널(234)의 길리을 변화시킨다. 다른 실시예에서, 팽창 채널(234)은 단일 피스의 재료로부터 일체로로 형성될 수 있다.
챔버 리드 조립체(232)는 전달되는 특별한 가스에 따라 냉각 요소 및/또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체(232)의 온도를 제어하는 것은 챔버 리드 조립체(232) 상의 가스 분해, 침전, 또는 응축을 방지하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들면, 수(water) 채널(도시안됨)은 챔버 리드 조립체(232)를 냉각하기 위하여 챔버 리드 조립체(232) 내에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 가열 요소(도시안됨)는 챔버 리드 조립체(232)를 가열하기 위하여 챔버 리드 조립체(232)의 부품을 둘러싸거나 매립될 수 있다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(232)의 부품은 개별적으로 가열 또는 냉각될 수 있다. 예를 들면, 도 1을 참조하면, 챔버 리드 조립체(232)는 리드판(270) 및 리드 캡(272)를 포함할 수 있으며 리드판(270) 및 리드 캡(272)은 팽창 채널(234)을 형성한다. 리드 캡(272)은 하나의 온도 범위로 유지될 수 있고 또 다른 온도 범위로 유지될 수 있다. 예를 들면, 리드 캡(272)은 반응물의 응축을 방지하기 위하여 히터 테이프로 둘러싸임으로써 또는 또 다른 가열 장치를 이용함으로써 가열될 수 있고 리드판(270)은 대기 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서, 리드 캡(272)은 가열될 수 있고 리드판(270)은 리드판(270) 상의 반응물 가스의 열 분해를 방지하도록 관통 형성되는 수 채널로 냉각될 수 있다.
챔버 리드 조립체(232)는 스테인레스 강, 알루미늄, 니켈 도금 알루미늄, 니켈, 또는 수행되는 공정과 양립가능한 다른 적절한 재료로 제조될 수 있는 부품을 포함한다. 일 실시예에서, 리드 캡(272)은 알루미늄 또는 스테인레스 강을 포함하고 리드판(270)은 알루미늄을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 리드판(270)과 리드 캡(272) 사이에 배치되는 선택적인 부가판은 스테인레스 강을 포함한다.
일 실시예에서, 팽창 채널(234)의 내부면(261)(리드판(270) 및 리드 캡(272)의 양 내부면을 포함하여) 및 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260)은 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260) 및 팽창 채널(234)을 따라 가스의 층류 유동을 형성하도록 미러 연마 표면(mirror polished surface)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(250a, 250b)의 내부면은 가스의 층류 유동을 형성하도록 전해 연마될 수 있다.
선택적인 일 실시예에서, 팽창 채널(234)의 내부면(261)(리드판(270) 및 리드 캡(272)의 내부면 모두를 포함하여) 및 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260)은 표면에 걸쳐 더 많은 표면적을 형성하도록 거칠게 가공된 표면 또는 기계가공된 표면을 포함할 수 있어 표면에 걸쳐 더 많은 표면적을 형성하도록 하다. 거칠게 가공된 표면은 내부면(262) 및 하부면(260) 상의 원하지 않는 축적된 재료의 향상된 부착을 제공한다. 원하지 않는 필름은 항상 증착 공정을 수행하는 결과로서 형성되고 내부면(261) 및 하부면(260)으로부터 오염된 기판(210)을 필링(peel)하거나 플레이킹(flake)할 수 있다. 일 예에서, 하부면(260) 및/또는 내부면(261)의 평균 거칠기(Ra)는 약 10 μin(약 0.254μm)로부터 약 200 μin(약 5.08μm), 바람직하게는 약 20μin(약 0.508μm) 내지 약 100 μin(약 2.54μm), 및 더욱 바람직하게는 약 30μin(약 0.762μm) 내지 약 80μin(약 2.032μm)의 범위 내에서와 같은 적어도 약 10 마이크로인치(μin)일 수 있다. 또 다른 예에서, 하부면(260) 및/또는 내부면(261)의 평균 거칠기는 바람직하게는 약 200μin(약 5.08μm) 내지 약 500μin(약 12.7μm) 범위 내의 적어도 약 100μin(약 2.54μm)일 수 있다.
도 1을 참조하면, 프로그램가능한 퍼스널 컴퓨터, 등과 같은 제어 유닛(280)은 처리 상태를 제어하기 위하여 공정 챔버로 결합될 수 있다. 예를 들면, 제어 유닛(280)은 기판 공정 시컨스의 상이한 스테이지 동안 밸브(242a, 242b)를 통하여 가스 소스(238, 239 및 240)로부터 다양한 공정 가스 및 퍼지 가스의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 제어 유닛(280)은 중앙 처리 유닛(CPU)(282), 지지 회로(284), 및 관련된 제어 소프트웨어(283)를 포함하는 메모리(1186)를 포함한다.
제어 유닛(280)은 다양한 챔버 및 서브-프로세서를 제어하기 위해 산업적 세팅으로 이용될 수 있는 일반적인 목적의 컴퓨터 프로세서의 형태 중 하나일 수 있다. CPU(2820는 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 소정의 다른 형태의 디지털 스토리지, 로컬 또는 리모트와 같은 소정의 적절한 메모리(1186)을 이용할 수 있다. 다양한 지지 회로는 공정 챔버(200)를 지지하기 위해 CPU(282)에 결합될 수 있다. 제어 유닛(280)은 밸브(242a, 242b)의 프로그램가능한 로직 제어기(248a, 248b)와 같은, 개별 챔버 부품에 인접하에 위치되는 또 다른 제어기에 결합될 수 있다. 제어 유닛(280)과 공정 챔버(200)의 다양한 다른 부품 사이의 양-방향 소통은 일부가 도 1에 도시되는 신호 버스(288)로서 전체적으로 지칭되는 다양한 신호 케이블을 통하여 취급된다. 가스 소스(238, 239)로부터 그리고 밸브(242a, 242b)의 프로그램가능한 로직 제어기(248a, 248b)로부터 공정 가스 및 퍼지 가스의 제어에 부가하여, 제어 유닛(280)은 일부가 본 명세서에서 설명되는, 다른 작동 중에서, 웨이퍼 운반, 온도 제어, 챔버 배기와 같은 웨이퍼 처리에 이용되는 다른 작동의 자동 제어를 책임질 수 있도록 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 작동 중, 기판(210)은 로봇(도시안됨)에 의해 슬릿 밸브(208)를 통하여 공정 챔버(200)로 전달된다. 기판(210)은 리프트 핀(220) 및 로봇의 협동을 통하여 기판 지지부(212) 상에 위치된다. 기판 지지부(212)는 기판(210)을 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260)에 대해 근접되게 상승시킨다. 제 1 가스 유동은 밸브(242b)에 의해 공정 챔버(200) 내로 주입되는 제 2 가스 유동과 함께 또는 개별적으로(즉, 펄스) 밸브(242a)에 의해 공정 챔버(200)의 팽창 채널(234) 내로 주입될 수 있다. 제 1 가스 유동은 퍼지 가스 소스(240)로부터 퍼지 가스의 연속적인 유동 및 반응물 가스 소스(238)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있거나 반응물 가스 소스(238)로부터 반응물 가스의 펄스 및 퍼지 가스 소스(240)로부터 퍼지 가스의 펄스를 포함할 수 있다. 제 2 가스 유동은 퍼지 가스 소스(240)로부터 퍼지 가스의 연속적인 유동 및 반응물 가스 소스(239)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있거나 반응물 가스 소스(239)로부터의 반응물 가스의 펄스 및 퍼지 가스 소스(240)로부터의 퍼지 가스의 펄스를 포함할 수 있다. 가스 유동은 팽창 채널(234)의 내부면에 걸친 스위핑 작용을 제공하는 보텍스 유동(402)의 패턴으로서 팽창 채널(234)을 통하여 이동한다. 보텍스 유동(402)의 패턴은 기판(210)의 표면을 향하여 하장 유동(404)으로 소산한다. 가스 유동이 팽창 채널(234)을 통하여 이동할 때 가스 유동의 속도는 감소한다. 이어서 가스 유동은 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260)에 걸쳐 그리고 기판(210)의 표면에 걸쳐 이동한다. 하방으로 경사지는 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260)은 기판(210)의 표면에 걸쳐 가스 유동의 속도의 변화를 감소시킨다. 이어서 가스 유동은 초크(262)에 의해 공정 챔버(200)의 펌핑 존(266) 내로 이동한다. 과잉 가스, 부산물 등은 펌핑 채널(279) 내로 유동하여 이어서 진공 시스템(278)에 의해 공정 챔버(200)로부터 배출된다. 하나의 양태에서, 가스 유동은 팽창 채널(234)을 통하여 그리고 층류 방식으로 챔버 리드 조립체(232)의 하부면(260) 및 기판(210)의 표면 사이로 진행되어, 기판(210)의 표면으로 반응물 가스의 균일한 노출 및 챔버 리드 조립체(232)의 내부면의 효과적인 퍼징에 도움이 된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 공정 챔버(200)는 피쳐의 조합물을 가지는 것으로서 본 명세서에서 설명된다. 하나의 양태에서, 공정 챔버(200)는 종래의 CVD 챔버에 비해 소형 용적을 포함하는 반응 존(264)을 제공한다. 공정 챔버(200)는 특별한 공정을 위해 반응 존(264)을 채우기 위해, 반응물 가스 또는 퍼지 가스와 같은, 소형 양의 가스를 요구한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(200)는 하방으로 경사지는 또는 깔때기형 하부면(260)을 가지는 챔버 리드 조립체(232)를 제공하여 챔버 리드 조립체(232)의 바닥면과 기판(210) 사이로 이동하는 가스 유동의 속도 프로파일에서의 변화를 감소시키도록 한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(200)는 팽창 채널(234)을 제공하여 그 안으로 도입도는 가스 유동의 속도를 감소시키도록 한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(200)는 팽창 채널(234)의 중앙으로부터 각도(α)로 가스 도관을 제공한다. 공정 챔버(200)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 다른 피쳐를 제공한다. 원자 층 증착을 위해 적용되는 챔버의 다른 실시예는 하나 또는 그 이상의 이러한 피쳐와 결합된다.
예를 들면, 도 7은 챔버 리드 조립체(832)를 포함하는 가스 전달 장치(830)를 포함하는 공정 챔버(800)의 또 다른 실시예를 보여주며, 팽창 채널(834)을 제공하고 소형 용적을 포함하는 반응 존(864)을 제공한다. 공정 챔버(800)의 일부 부품은 상술된 도 1의 공정 챔버를 참조하여 설명된 것과 동일하거나 유사하다. 따라서, 동일한 도면부호가 적절하게 이용된다. 챔버 리드 조립체(832)는 실질적으로 평평한 하부면(860)을 포함한다. 일 실시예에서, 초크(262)와 기판 지지부(212) 사이의 간격은 약 0.04 인치 내지 약 2.0 인치, 더욱 바람직하게는 약 0.04 인치 내지 약 0.2 인치이다.
또 다른 예에서, 도 8은 소형 용적을 포함하는 반응 존(964)을 제공하고 하방으로 경사지거나 깔때기형 하부면(960)을 제공하는 챔버 리드 조립체(932)를 포함하는 가스 전달 장치(930)를 포함하는 공정 챔버(900)의 또 다른 실시예를 보여준다. 공정 챔버(900)의 일부 부품은 상술된 도 1의 공정 챔버(200)와 관련하여 설명된 것과 동일하거나 유사하다. 따라서, 동일한 도면부호가 적절하게 이용된다. 가스 소스(937)는 하나 또는 그 이상의 밸브(941)를 통하여 통로(933)에 결합된다. 하나의 양태에서, 통로(933)는 밸브(941)를 통하여 도입된 가스가 기판(210)의 표면 상에 흡수된 반응물을 분출하는 가능성을 감소시키기기 위한 긴 길이를 포함한다.
도 1 내지 도 8의 가스 전달 장치(230, 830, 930)는 챔버 바디(202)의 리드로서 작용하는 챔버 리드(232, 832, 932)로서 상술된다. 또 다른 실시예에서, 챔버 리드(232, 832, 932)는 기판 처리 동안 가스가 유동하여야 하는 용적을 낮추는 반응 존(264, 864, 964)의 윤곽을 그리는 기판 지지부(212) 위에 배치되는 소정의 커버링 부재를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기판 지지부(212) 대신 또는 기판 지지부와 함께, 챔버 리드 조립체(232, 832, 932)는 반응 존(264, 864, 964)의 용적을 조정하기 위해 상방 및 하방으로 이동하도록 적용될 수 있다.
도 1의 가스 전달 시스템은 반응물 가스 소스(238, 239) 및 퍼지 가스 소스(240)로 결합되는 두 개의 쌍의 밸브(242a/252a, 242b/252b)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 가스 전달 시스템(230)은 구성이 다양한 단일 또는 다수의 가스 소스에 결합되는 하나 또는 그 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3은 두 쌍의 밸브(242a/252a, 242b/252b)를 이용하는 두 개의 가스 인렛(236a, 236b)으로부터 개별적으로 또는 함께 두 개의 가스 유동을 제공하도록 적용되는 공정 챔버(200)를 보여준다. 도 5는 단일 또는 다수의 밸브에 결합되는 하나의 가스 도관(650)으로부터 하나의 가스 인렛(636)을 통하여 단일 가스 유동을 수용하도록 하는 챔버 리드 조립체(232)의 팽창 채널(634)의 또 다른 실시예의 평면도이다. 가스 도관(650)은 팽창 채널(634)의 중앙으로부터의 반경 라인으로부터 그리고 가스 도관(650)의 중앙선(602)으로부터 각도(α)에 위치될 수 있다. 일정한 각도(즉, α>°일 때)에 위치하는 가스 도관(650)은 가스가 화살표(610)에 의해 도시된 바와 같이 원형 방향으로 유동되도록 한다. 도 6은 각각의 도관이 단일 또는 다수의 밸브에 결합되는 3개의 가스 도관(750a, 750b, 및 750c)로부터 3개의 가스 인렛(736A, 736B, 및 736C)을 통하여 3개의 가스 유동을 함께, 부분적으로 함께(즉, 3개의 가스 유동중 두개를 함께) 또는 개별적으로 수용하도록 적용되는 챔버 리드 조립체(232)의 팽창 채널(734)의 또 다른 실시예의 평면도이다. 가스 도관(750a, 750b, 및 750c)은 팽창 채널(734)의 중앙으로부터 반경 라인(704)으로부터 그리고 가스 도관(750a, 750b, 및 750c)의 중앙선(702)으로부터 일정한 각도(α)로 위치될 수 있다. 일정한 각도(즉, α>°일 때)에 위치하는 가스 도관(750a, 750b, 및 750c)은 가스가 화살표(710)에 의해 도시된 바와 같이 원형 방향으로 유동하도록 한다.
도 1 내지 도 8에 설명된 바와 같은 가스 전달 통공(230, 830, 및 930)을 구비한 챔버(200, 800, 및 900)의 실시예, 도 10a 내지 도 17d에 설명된 바와 같은챔버 리드 조립체(1032, 1232, 및 1632) 및 공정 챔버(1100, 1500, 및 1700), 및 도 18a 내지 도 18h)에 설명된 바와 같은 가스 전달 조립체(1800a, 1800c, 1800e, 및 1800g)의 실시예는 요소의 ALD 공정을 실시하기 위해 유용하게 이용될 수 있으며, 상기 요소는 탄탈, 티타늄, 텅스텐, 루테늄, 하프늄, 및 구리를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 화합물 또는 합금/조합 필름의 원차 층 증착을 실시하기 위해 유용하게 이용될 수 있으며, 상기 화합물 또는 합금/조합 필름은 탄탈 질화물, 탄탈 실리콘 질화물, 티타늄 질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 텅스텐 질화물, 텅스텐 실리콘 질화물, 및 구리 알루미늄을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1 내지 도 8에 설명된 바와 같이 가스 전달 장치(230, 830, 및 930)를 구비한 챔버(200, 800, 및 930)의 실시예는 또한 다양한 재료의 화학적 증착을 실시하기에 유용할 수 있다.
명확성을 위해, 원자 층 증착에 의한 층의 증착은 도 1 내지 도 4에 설명되는 바와 같이 공정 챔버(200)를 이용하는 탄탈 질화물 층의 원자 층 증착을 참조하여 더 상세하게 설명하게 된다. 하나의 양태에서, 탄탈 질화물 배리어 층의 원자 층 증착은 공정 챔버로 탄탈 전구체의 펄스 및 질소 전구체의 펄스를 후속적으로 제공하는 것을 포함하며, 여기서 각각의 펄스는 퍼지 가스 및/또는 챔버 배기의 유동에 의해 분리되어 질소 전구체로 탄탈 전구체의 가스 상태 반응을제거하기 위하여 소정의 과잉 반응물을 제거하도록 하고 부산물에 의한 소정의 반응을 제거하도록 한다. 탄탈 전구체 및 질소 전구체를 후속적으로 제공함으로써 펄스의 각각의 사이클에 대해 기판 구조물 상에 탄탈 질화물의 단 층을 형성하도록 질소 전구체의 단 층 및 탄탈 전구체의 단 증의 선택적인 흡수를 초래할 수 있다. 용어 기판 구조물은 유전체 층과 같이, 그 위에 형성되는 다른 재료 층 뿐만 아니라 기판으로 지칭하기 위해 이용된다.
탄탈 전구체 및 질소 전구체와 같은, 반응물의 단 층을 흡수하기 위해 이용되는 흡수 공정은, 기판 구조물의 표면이 반응물을 흡수하기 위한 한정된 개수의 사이트를 가지기 때문에 단지 하나의 단 층이 주어진 펄스 동안 기판 구조물의 표면 상으로 흡수될 수 있다는 점에서 자체 제한된다. 한정된 개수의 사이트는 탄탈 전구체 또는 질소 전구체와 같은, 반응물에 의해 점유될 때, 반응물의 추가의 흡수가 차단된다. 사이클은 탄탈 질화물 층의 원하는 두께로 반복될 수 있다.
펜타키스(pentakis)(디메틸아미도) 탄탈(PDMAT; Ta(NMe2)5)과 같은, 탄탈 전구체의 펄스는 밸브(242a)를 통하여 가스 소스(238)에 의해 도입될 수 있다. 탄탈 전구체는 캐리어 가스에 의해 제공될 수 있으며, 캐리어 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2) 및 이들의 조합물을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 암모니아와 같은 질소 전구체의 펄스는 밸브(242a)를 통하여 가스 소스(239)로 도입될 수 있다. 캐리어 가스는 또한 질소 전구체를 전달하기 위해 이용될 수 있다. 아르곤과 같은 퍼지 가스는 밸브(242a)를 통하여 및/또는 밸브(242b)를 통하여 가스 소스(240)에 의해 도입될 수 있다. 하나의 양태에서, 퍼지 가스의 유동은 밸브(242a, 242b)를 통하여 가스 소스(240)에 의해 연속적으로 제공될 수 있어, 질소 전구체의 펄스와 탄탈 전구체의 펄스 사이의 퍼지 가스로서 작용하도록 하고 탄탈 전구체의 펄스 질소 전구체의 펄스 사이의 퍼지 가스로서 작용하도록 한다. 하나의 양태에서, 두 개의 가스 도관(250a, 250b)을 통한 퍼지 가스의 전달은 가스 도관(250a 또는 250b) 중 하나를 통하여 제공되는 퍼지 가스가 아닌 반응 존(264)의 더욱 완전한 퍼지를 제공한다. 하나의 양태에서, 탄탈 전구체 또는 질소 전구체와 같은 반응물 가스의 유동이 균일성이 기판 구조물의 표면 상의 반응물의 자체 제한 흡수 공정에 의해 퍼지 가스의 균일성 만큼 임계적이지 않기 때문에 반응물 가스는 가스 도관(250a 또는 250b) 중 하나를 통하여 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 퍼지 가스는 펄스 내에서 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 퍼지 가스는 두 개의 가스 유동 보다 많거나 작게 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 탄탈 전구체 가스는 단일 가스 유동 보다 많게 제공될 수 있다(즉, 두 개 또는 그 보다 많은 가스 유동). 다른 실시예에서, 질소 전구체 가스는 단일 가스 유동 보다 많이(즉, 두 개 또는 그 보다 많은 가스 유동) 제공될 수 있다.
탄탈 전구체의 다른 예는 다른 금속-유기 전구체 또는 펜타키스(에틸메틸아미도) 탄탈(PEMAT; Ta(N(Et)Me)5), 펜타키스(디에틸아미도) 탄탈(PDEAT; Ta(NEt2)5), 및 PEMAT, PDEAT, 또는 PDMAT의 유도체와 같은, 금속-유기 전구체의 유도체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 탄탈 전구체는 TBTDET(Ta(NEt2)3NC4H9 또는 C16H39N4Ta) 및 탄탈 할로겐화물, 예를 들면, TaX5를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 여기서, X는 불소(F), 브롬(Br) 또는 염소(Cl), 및/또는 이들의 유도체이다. 다른 질소 전구체는 x 및 y가 정수인 NXHy(예를 들면, 히드라진(hydrazine)(N2H4)), 디메틸 히드라진((CH3)2N2H2), 터트부틸히드라진(C4H9N2H3), 페닐히드라진(C6H5N2H3), 다른 히드라진 유도체, 질소 플라즈마 소스(예를 들면, N2, N2/H2, NH3, 또는 N2H4 플라즈마), 2,2'-아조터부탄((CH3)6C2N2), 에틸아지드(C2H5N3), 및 다른 적절한 가스를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 퍼지 가스 또는 캐리어 가스의 다른 예는 헬륨(He), 질소(N2), 수소(H2), 다른 가스 및 이들의 조합체를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
탄탈 질화물 층 형성은 질소 전구체의 단일 층에 의해 후속되는 기판 상의 탄탈 전구체의 단일 층의 흡수로 시작하는 것으로 설명된다. 선택적으로, 탄탈 질화물 층 형성은 탄탈 전구체의 단일 층에 의해 후속되는 기판 상의 질소 전구체의 단일 층의 흡수로 시작할 수 있다. 더욱이, 다른 실시예에서, 반응물 가스의 펄스들 사이의 한번의 펌프 배기는 단일물 가스의 혼합을 방지하기 위하여 이용될 수 있다.
탄탈 전구체의 각각의 펄스에 대한 시간 존속, 질소 전구체의 각각의 펄스에 대한 시간 존속, 및 반응물의 펄스들 사이의 퍼지 가스 유동의 존속은 가변적이고 적용되는 증착 챔버의 용적 용량 뿐만 아니라 증착 챔버에 결합되는 진공 시스템에 종속된다. 예를 들면, (1) 가스의 낮은 챔버 압력은 더 긴 펄스 시간을 요구하게 되며, (2) 낮은 가스 유량은 챔버 압력을 상승 및 안정화시키기 위해 더 긴 시간을 요구하여 긴 펄스 시간을 요구하며, 그리고 (3) 긴-용적 챔버는 충전시키기에 더 오래 걸리고 챔버 압력을 안정화시키기에 더 오래 걸려 더 긴 펄스 시간을 요구한다. 유사하게, 각각의 펄스 사이의 시간은 또한 가변적이고 공정 챔버의 용적 용량 뿐만 아니라 공정 챔버에 결합되는 진공 시스템에 종속된다. 대체로, 탄탈 전구체 또는 질소 전구체의 펄스의 시간 존속은 화합물의 단일 층을 흡수하기에 충분히 길어야 한다. 하나의 양태에서, 질소 전구체의 펄스가 유입될 때 탄탈 전구체의 펄스는 여전히 챔버 내에 있을 수 있다. 대체로, 퍼지 가스 및/또는 펌프 배기의 존속은 탄탈 전구체 및 질소 전구체의 펄스가 반응 존에서 서로 혼합되는 것을 방지하기에 충분히 길어야 한다.
일반적으로, 탄탈 전구체에 대한 약 1.0 초 또는 그 미만의 펄스 시간 및 질소 전구체에 대한 약 1.0초 또는 그 미만의 펄스 시간은 통상적으로 기판 구조물 상의 선택적인 단일 층을 흡수하기에 충분하다. 탄탈 전구체 및 질소 전구체의 펄스들 사이의 약 1.0초 또는 그 미만의 시간은 연속 퍼스 가스 또는 퍼지 가스의 펄스든지 아니든지 통상적으로 퍼지 가스에 대해 탄탈 전구체 및 질소 전구체의 펄스가 반응 존에서 서로 혼합되는 것을 방지하기에 충분하다. 물론, 반응물의 더 긴 펄스 시간은 탄탈 전구체 및 질소 전구체의 흡수를 보장하기 위해 이용될 수 있고 반응물들의 펄스들 사이의 더 긴 시간은 반응물 부산물의 제거를 보장하기 위해 이용될 수 있다.
원자 층 증착 동안, 기판(210)은 선택된 탄탈 전구체의 열 분해 온도의 대략적으로 아래를 유지할 수 있다. 본 명세서에서 확인되는 탄탈 전구체에 이용되는 전형적인 히터 온도 범위는 약 20℃ 내지 500℃이며, 챔버 압력은 약 100 Torr 보다 작거나 바람직하게는 50 Torr 보다 작다. 탄탈을 포함하는 가스가 PDMAT일 때, 히터 온도는 바람직하게는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃, 더욱 바람직하게는 약 175℃ 내지 250℃이고, 챔버 압력은 약 1.0 Torr 내지 5.0 Torr이다. 다른 실시예에서, 다른 온도 및 압력이 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 열 분해 온도 위의 온도가 이용될 수 있다. 그러나, 온도는 증착 작용의 50 퍼센트 이상이 흡수 공정에 의하도록 선택되어야 한다. 또 다른 예에서, 열 분해 온도 위의 온도가 이용될 수 있으며, 각각의 전구체 증착 동안 분해의 양은 성장 모드가 원자 층 증착 성장 모드와 유사하게 되도록 제한된다.
도 1 내지 도 4의 공정 챔버(200) 내의 원자 층 증착에 의한 탄탈 질화물 층을 증착하는 하나의 예시적인 공정은 반응 존(264)의 더 작은 용적에 의해 약 0.5초 또는 그 미만, 약 0.1 초 또는 그 미만, 또는 약 0.05초 또는 그 미만의 펄스 시간 동안 밸브(242a)를 통하여 약 100 sccm 내지 약 1,000 sccm, 바람직하게는 약 100 sccm 내지 약 400 sccm의 유량으로 가스 소스(238)로부터 펜타키스(디메틸아미도) 탄탈(PDMAT)의 펄스를 제공하는 것을 포함한다. 암모니아의 펄스는 반응 존(264)의 더 작은 용적 때문에 약 0.5초 또는 그 미만, 약 0.1 초 또는 그 미만, 또는 약 0.05초 또는 그 미만의 펄스 시간 동안 밸브(242b)를 통하여 약 100 sccm 내지 약 1,000 sccm, 바람직하게는 200 sccm 내지 약 600 sccm의 유량으로 가스 소스(239)로부터 제공될 수 있다. 약 100 sccm 내지 1,000 sccm, 바람직하게는 약 100 sccm 내지 약 400 sccm의 유량으로 아르곤 퍼지 가스는 밸브(242a, 242b)를 통하여 가스 소스(240)로부터 연속적으로 제공될 수 있다. 탄탈 전구체 및 질소 전구체 펄스들 사이의 시간은 반응 존(264)의 더 작은 용적 때문에 약 0.5초 또는 그 미만, 약 0.1 초 또는 그 미만, 또는 약 0.07초 또는 그 미만 일 수 있다. 약 0.016초 또는 그 보다 많은 펄스 시간은 반응물 가스 및/또는 퍼지 가스로 반응 존(264)을 채울 것이 요구된다. 히터 범위는 약 1.0 Torr 내지 약 5.0 Torr의 챔버 압력에서 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 300℃로 유지된다. 이러한 공정은 사이클 당 약 0.5 Å 내지 1.0 Å의 두께로 탄탈 질화물 층을 제공한다. 선택적인 순서는 원하는 두께가 달성될 때까지 반복될 수 있다.
일 실시예에서, 탄탈 질화물 층과 같은 층은 약 50Å 또는 그 미만의 측벽 커버리지(coverage)로 증착된다. 또 다른 실시예에서, 층은 약 20Å 또는 그 미만의 측벽 커버리지로 증착된다. 또 다른 실시예에서, 층은 약 10Å 또는 그 미만의 측벽 커버리지로 증착된다. 약 10Å 또는 그 미만의 두께를 가지는 탄탈 질화물 층은 구리 확산을 방지하기 위한 배리어 층으로서 적용시 충분한 두께가 된다. 하나의 양태에서, 얇은 배리어 층은 마이크론 이하(예를 들면 0.15㎛ 보다 작은)를 채우는데 유용하게 이용될 수 있으며, 더 작은 피쳐는 고 총횡비(예를 들면, 5 대 1 보다 큰)를 가진다. 물론, 50Å 보다 큰 측벽 커버리지를 가지는 층이 이용될 수 있다.
원자 층 증착의 실시예는 기판 상의 반응물의 단일 층의 흡수로서 상술되었다. 본 발명은 또한 반응물이 단일 층 보다 더 많거나 작게 증착되는 실시예를 포함한다. 본 발명은 또한 반응물이 자체 제한 방식으로 증착되지 않는 실시예를 포함한다. 본 발명은 또한 증착이 주로 화학 증착 공정에서 발생하는 실시예를 포함하며 화학 증착 공정에서 반응물이 후속적으로 또는 동시에 전달된다.
커버리지-디버리지 리드 조립체(Coverage-Diverage Lid Assembly)
도 10a 내지 도 10f는 또 다른 실시예에 설명된 바와 같은 AND 공정에 대해 적용되는 챔버 리드 조립체(1032)의 개략도이다. 챔버 리드 조립체(1032)는 도 10a에 도시된 바와 같이, 리드판(1070)의 중앙 부분에 위치ㅐ하는 리드 캡(1072)을 포함한다. 가스 도관(1050a)은 일 단부에서 리드 캡(1072)에 결합되어 유체 소통되며, 가스 도관(1050a)의 다른 단부가 리드 플레이트(1070)를 통하여 연장되며 ALD 밸브 및 화학 전구체 소스와 유체 소통될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 도관(1050a)은 가스 분산 채널(1028)에 직접 결합되어 유체 소통될 수 있다. 이와 달리, 가스 도관(1050a)은 가스 도관(1068a)(도 10f)을 통과하는 것과 같이, 가스 분산 채널(1028)에 간접적으로 결합되어 유체소통될 수 있다.
가스 도관 커버(1052)는 하나 이상의 가스 도관을 포함하거나 두 개, 세 개, 또는 그 보다 많은 가스 도관을 포함할 수 있다. 도 10d 내지 도 10e는 가스 도관(1050b 및 1050c)을 포함하는 가스 도관 커버(1052)를 설명된다. 일 실시예에서 가스 도관(1050b)은 일 단부 상의 리드 캡(1072)을 통하여 연장하고, 가스 도관(1050b)의 타 단부는 리드판(1070)을 통하여 연장되고 ALD 밸브 및 화학 전구체 소스와 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(1050b 또는 1050c)은 가스 분산 채널(1028)에 결합되어 유체 수통된다. 이와 달리, 가스도관(1050b, 1050c)은 가스 분산 채널(1028)에 직접 결합되어 관통 가스 도관(1086b)(도 10f)를 통하는 것과 같이, 가스 분산 채널(1028)에 결합되어 유체 소통될 수 있다.
도관(1050c)은 일부 실시예에서 선택적인 도관이다. 가스 도관(1050c)은 일 단부 상에 리드 캡(1072)에 결합되어 유체 소통될 수 있으며, 가스 도관(1050c)의 다른 단부는 리드판(1070)을 통하여 연장되어 ALD 밸브 및 캐리어 가스 소스, 퍼지 가스 소스, 플라즈마 가스, 또는 화학적 전구체 소스와 같은 가스 소스와 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도관(1050c)은 리드 캡(1072)의 상부면에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도관(1050c)은 Y 조인트와 같은 도관(1050b)과 조합될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1032)는 리드 캡(1072) 및 리드판(1070)으로서 도 10a 내지 도 10f에 도시되며, 여기에서, 리드판(1070) 및 리드 캡(1072)은 가스 분산 채널(1028)을 형성한다. 부가판은 리드판(1070)과 리드 캡(1072)(도시안됨) 사이에 선택적을 배치될 수 있다. 그루브(1074) 내의 핀(1076)은 리드판(1070) 및 리드 캡(1072)(도 10d)을 연결한다. 부가판은 리드 캡(1072)과 리드판(1070) 사이의 거리를 조정(예를 들면, 증가)하기 위해 이용될 수 있어, 이를 형하여 형성된 가스 분산 채널(1028)의 길이를 각각 변화시킨다. 또 다른 실시예에서, 리드판(1070)과 리드 캡(1072) 사이에 배치되는 선택적인 부가판은 스테인레스 강을 포함한다. 다른 실시예에서, 가스 분산 채널(1028)은 재료의 단일 피스로부터 일체로 형성될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1032)는 이를 통해 전달되는 특별한 가스에 따라 냉각 요소 및/또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체(1032)의 온도를 조절하는 것은 챔버 리드 조립체(1032) 상의 가스 분해, 증착, 또는 응축을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 냉매 채널(1090)은 챔버 리드 조립체(1032)에 형성될 수 있어 챔버 리드 조립체(1032)를 냉각하도록 한다. 또 다른 예에서, 가열 요소(도시안됨)는 챔버 리드 조립체(1032)를 가열하도록 챔버 리드 조립체(1032)의 부품에 매립되거나 둘러쌀 수 있다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1032)의 부품은 개별적으로 가열 또는 냉각될 수 있다. 예를 들면, 도 10a를 참조하면, 챔버 리드 조립체(1032)는 리드판(1070) 및 리드 캡(1072)을 포함할 수 있으며 챔버 리드 조립체 내의 리드판(1070) 및 리드 캡(1072)은 가스 분산 채널(1028)을 형성한다. 리드 캡(1072)은 하나의 온도 범위에서 유지될 수 있고 리드판(1070)은 또 다른 온도 범위에서 유지될 수 있다. 예를 들면, 리드 캡(1072)은 가열 테이프를 감음으로써 또는 반응물 가스의 응축을 방지하기 위해 또 다른 가열 장치를 이용함으로써 가열될 수 있다. 또 다른 예에서, 리드 캡(1072)은 가열될 수 있고 리드판(1070)은 이를 통해 형성되는 수 채널로 냉각될 수 있어 리드판(1070) 상의 반응물 가스의 열 분해를 방지하도록 한다.
챔버 리드 조립체(1032)는 수행되는 처리와 양립가능한 스테인레스 강, 알루미늄, 니켈 도금 알루미늄, 니켈 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있는 부품을 포함한다. 일 실시예에서, 리드 캡(1072) 및 리드판(1070)은 독립적으로 제조, 기계가공, 단조될 수 있거나 그렇지 않으면 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 스테인레스 강, 이들의 합금, 또능 이들의 조합물로 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 분산 채널(1028) 및 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060)은 미러 연마 표면을 포함할 수 있어 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060) 및 가스 분산 채널(1028)을 따라 가스의 층류 유동을 형성하도록 한다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 또는 1068b)의 내부면은 이를 통한 가스의 층류 유동을 형성하도록 전기연마될 수 있다.
일 실시예에서, 분산 채널(1028)의 내부면(1035a, 1035b, 및 1035c) 및 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060)은 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060) 및 분산 채널(1028)의 층류 유동을 형성하도록 미러 연마 표면을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(1050a, 1050b, 및 1050c)의 내부면은 이를 통한 가스의 층류 유동을 형성하도록 전기연마될 수 있다.
선택적인 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060) 및 분산 채널(1028)의 내부면(1035a, 1035b, 및 1035c)은 표면에 걸쳐 더 많은 표면적을 형성하도록 거칠기가공된 표면 또는 기계가공된 표면을 포함할 수 있다. 거칠기가공된 표면은 내부면(1035a, 1035b, 및 1035c) 및 하부면(1060) 상에 원하지 않는 축적된 재료의 향상된 부착을 제공한다. 원하지 않는 필름은 항상 증착 공정을 수행하는 순서로서 항상 이용되며 기판(1010)을 오염시키도록 내부면(1035a, 1035b, 및 1035c) 및 하부면(1060)으로부터 필링하거나 플레이킹할 수 있다. 일 예에서, 내부면(1035a, 1035b, 및/또는 1035c) 및 하부면(1060)의 평균 거칠기(Ra)는 약 10μin(약 0.254μm) 내지 약 200μin(약 5.08μm), 바람직하게는 약 20μin(약 0.508μm) 내지 약 100μin(약 2.54μm), 및 더욱 바람직하게는 약 30μin(약 0.762μm) 내지 약 80μin(약 2.032μm) 범위내와 같은 적어도 약 10μin일 수 있다. 또 다른 예에서, 내부면(1035a, 1035b, 및/또는 1035c) 및 하부면(1060)의 평균 거칠기는 바람직하게는 약 200μin(약 5.08μm) 내지 약 500μin(약 12.7μm)의 범위 내의 적어도 약 약 100μin(약 2.54μm)일 수 있다.
도 10d 내지 도 10f는 리드판(1070)의 중앙 부분을 통하여 연장하는 가스 분산 채널(1028)을 포함하는 챔버 리드 조립체(1032)의 단면도이다. 가스 분산 채널(1028)은 ALD 공정 동안 챔버 리드 조립체(1032) 아래 위치하는 기판에 대해 수직하게 연장하도록 항상 위치된다. 가스 분산 채널(1028)은 리드판(1070)을 통하여 그리고 하부면(1060)으로 리드 캡(1072)의 중앙 축선을 따라 연장한다. 가스 분산 채널(1028)의 지오메트리는 수렴하는 상부 및 발산하는 하부를 포함하는 모래시계와 유사할 수 있다. 수렴하는 채널(1034a)은 가스 분산 채널(1028)의 하부(1035) 내의 중앙 축선(1033)으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1028)의 일부분이다. 발산하는 채널(1034b)은 가스 분산 채널(1028)의 하부(1035) 내의 중앙 축선(1033)으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1028)의 일 부분이다. 트로틀(1036)은 수렴하는 채널(1034a) 및 발산하는 채널(1034b)을 분리하는 좁은 통로이다. 가스 분산 채널(1028)은 하부면(1060)을 통하여 반응 존(1064) 내로 더 연장한다. 가스 분산 채널(1028)은 내부면(1035a 내지 1035c)을 포함하여, 수렴하는 채널(1034a)이 내부면(1035a)을 가지고, 분산하는 채널(1034b)이 내부면(1035b)을 가지며, 리드판(1070)이 내부면(1035c)을 가지도록 한다. 하부면(1060)은 발산하는 채널(1034)로부터 쵸크(1062)로 연장한다. 하부면(1060)은 ALD 공정 동안 챔버 리드 조립체(1032) 아래 위치되는 기판을 실질적으로 커버하도록 하는 크기 및 형상을 가진다.
도 10a 내지 도 10f는 기판을 두 개 이상의 가스 소스 또는 화학물 전구체에 노출하도록 구성된 챔버 리드 조립체(1032)를 도시한다. 다른 예에서, 가스 전달 시스템(1130)은 기판을 단일 가스 소스로(도 5에 도시된 바와 같이) 또는 3개 또는 그 보다 많은 가스 소스 또는 화학물 전구체(도 6에 도시된 바와 같이)에 노출하도록 재구성될 수 있다.
도 10e에 도시된 원형 가스 유동(1020)으로서, 공정 가스는 트로틀(1036)을 통과하는 동안 트로틀(1036)이 없는 유사하게 형성된 공정 챔버 내에서 보다 가스 분산 채널의 중앙 축선(1033) 주위를 강제로 더 많이 회전하도록 한다. 원형 가스 유동(1020)은 보텍스 패턴, 헬릭스 패턴, 스파이럴 패턴, 트월 패턴, 트위스트 패턴, 코일 패턴, 월풀 패턴, 또는 이들로부터 유도된 패턴과 같은 유동 패턴을 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1020)은 가스 분산 채널(1028)의 중앙 축선(1033) 주위를 적어도 약 1회전, 바람직하게는 적어도 약 1.5 회전, 더욱 바람직하게는, 적어도 약 2 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 3 회전, 더욱 바람직하게는, 약 4회전 또는 그 보다 많게 연장할 수 있다.
도 10a 내지 도 10f는 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 및 1068b) 및 가스 인렛(1038a 및 1038b)은 가스 분산 채널(1028)의 중앙 축선(1033)에 대한 관계에서 다양한 각도로 위치될 수 있다. 각각의 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 또는 1068b) 또는 가스 인렛(1038a 또는 1038b)은 바람직하게는 중앙 축선(1033)에 대해 수직하게(여기서, +β, -β = 90°) 위치하거나 각각의 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 또는 1068b)의 중앙 축선 또는 가스 인렛(1038a 또는 1038b)으로부터 중앙 축선(1033)까지 각도 +β 또는 -β(여기서, 중앙 축선(1133)에 대해 도 11 내에 도시된 바와 같이, 0°< +β <90°, 또는 0°< -β <90°)로 위치한다. 따라서, 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 및 1068b) 및 가스 인렛(1038a 및 1038b)은 중앙 축선(1033)에 대해 수직하게 수평으로 배치될 수 있고, 각도 +β로 하방으로 경사를 형성할 수 있거나 각도 -β로 상방으로 각도를 형성할 수 있어 기판을 향하여 하방으로 직접이 아닌 가스 분산 채널(1028)의 벽을 향하여 가스 유동을 제공하도록 하여, 기판의 표면 상에 흡수된 반응물의 제거 가능성을 감소시키도록 한다. 또한, 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 및 1068b)은 전달 라인 또는 ALD 밸브로부터 증가될 수 있어 가스 분산 채널(1028) 내로 유입되기 전에 가스 유동의 속도를 감소시킨다. 예를 들면, 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 및 1068b)은 점차적으로 증가하거나 내경을 증가시키는 다수의 연결 도관을 포함할 수 있어 내경을 포함할 수 있다.
도 10d 내지 도 10f는 상부(1037)로부터 중앙 축선(1033)을 따라, 트로틀(1036)로 수렴 채널(1034) 내에서 증가되는 내경을 포함하는 가스 분산 채널(1028)을 도시한다. 또한, 가스 분산 채널(1028)은 발산 채널(1034b) 내에서 트로틀(1036)로부터 중앙 축선(1033)을 따라, 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060)에 인접한 하부(1035)로 증가하는 내경을 포함한다.
일 예에서, 300 mm 직경 기판에 적용하는 챔버 리드 조립체(1032)는 아래의 직경을 가질 수 있다. 가스 분산 채널(1028)의 상부(1037)에서 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.8 인치 내지 약 1.2 인치의 범위 내, 예를 들면 약 1인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1028)의 트로틀(1036)에서의 직경은 약 0.1 인치 내지 약 1.5 인치, 바람직하게는 약 0.3 인치 내지 약 0.9 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.5 인치 내지 약 0.8 인치의 범위 내, 예를 들면 약 0.66 인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1028)의 하부(1035)의 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0,.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.8 인치 내지 약 1.2인치 범위 내, 예를 들면, 약 1 인치일 수 있다.
대체로, 상기 치수는 약 500 sccm 내지 약 3,000 sccm 사이의 총 가스 유동을 제공하도록 적용되는 가스 분산 채널(1028)에 적용된다. 다른 특정 실시예에서, 치수는 이를 통한 소정의 가스 유동을 수용하도록 변경될 수 있다. 대체로, 더 큰 가스 유동은 가스 분산 채널(1028)의 더 큰 직경을 요구한다.
원리로부터 벗어나지 않고, 점차적으로 가스 분산 채널(1028)의 상부(1037)로부터 트로틀(1036)로 점차적으로 감소하고 트로틀(1036)로부터 가스 분산 채널(1028)의 하부(1035)로 증가하여, 원형 유동 가스(1020)에 포함되는 공정 가스의 온도를 제어하도록 하는 가스 분산 채널(1028)을 통한 가스의 적은 단열 팽창을 허용한다. 예를 들면, 가스 인렛(1038A)을 통하여 가스 분산 채널전달되는 가스의 갑작스런 단열 팽창은 가스의 응축 및 소적의 형성을 초래할 수 있는 가스의 온도 내에서의 강하를 초래할 수 있다. 한편, 점차적으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1028)은 적은 가스의 단열 팽창을 제공한다. 따라서, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달될 수 있어, 가스의 온도가 가스의 갑작스런 온도를 제어함으로써(챔버 리드 조립체(1032)의 온도를 제어함으로써) 더욱 용이하게 제어될 수 있다. 가스 분산 채널(1028)은 점차적으로 테이퍼를 형성하여 테이퍼 형성 직선면, 오목면, 볼록면, 또는 이들의 조합면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면을 포함하거나 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면의 섹션(즉, 테이퍼 형성된 일 부분 및 테이퍼가 형성되지 않은 일 부분)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 인렛(1038A, 1038B)은 도 10f에 도시된 바와 같은, 가스 분산 채널(1028)의 상부(1037)에 인접하게 위치된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 보다 많은 가스 인렛(1038A, 1038B)은 상부(1037)와 하부(1035) 사이의 가스 분산 채널(1028)의 길이를 따라 위치될 수 있다.
각각의 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 또는 1068b)은 가스 도관(1150a 및 1150b)의 중앙선(1146a 및 1146b)로부터 그리고 가스 분산 채널(1128)의 중앙으로부터 반경 라인으로부터 각도 α로 위치될 수 있는 각각의 가스 도관(1150a 및 1150b)의 도 11c 에 도시된 것과 유사하게 가스 도관의 중앙선으로부터 그리고 가스 분산 채널(1028)의 반경 라인으로부터 각도 α에 위치될 수 있다.바람직하게는 각도 α(즉, α > 0°일 때)로 위치되는 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a, 및 1068b)의 유입은 가스가 원형 가스 유동(1020)(도 10e)에 의해 도시된 바와 같이 원형 방향으로 유동하도록 한다. 팽창 채널의 벽에 대해 바로 직선으로 마추하는 각도 α로 가스를 제공함으로써(즉, α = 0°일 때) 난류 유동이 아닌 가스 분산 채널(1028)을 통한 더 많은 층류 유동을 제공하도록 한다. 가스 분산 채널(1028)을 통한 층류 유동은 가스 분산 채널(1028)의 내부면 및 챔버 리드 조립체(1032)의 다른 표면의 개선된 퍼징을 초래한다. 비교하면, 난류 유동은 가스 분산 채널(1028)의 내부면 및 다른 표면에 걸친 균일한 유동이 아닐 수 있으며 가스 유동이 없는 정체 스폿 또는 데드 스폿을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 가스 도관(1050a, 1050b, 1050c, 1068a 및 1068b) 및 대응하는 가스 인렛(1038A, 1038B)은 서로로부터 이격되고 동일한 원형 방향(즉, 시계 방향 또는 반 시계 방향)으로 유동을 지향시킨다.
이론에 구속되지 않고, 도 10e 내지 도 10f는 챔버 리드 조립체(1032)의 가스 분산 채널(1028)의 단면도로서, 가스 분산 채널을 통한 가스 유동을 간단히 보여준다. 비록 가스 분산 채널(1028)을 통한 정확한 가스 유동이 공지되지 않았지만, 원형 가스 유동(1020)(도 10e)은 보텍스 유동, 헬릭스 유동, 스월 유동, 트월 유동, 트위스트 유동, 코일 유동, 코크스크류 유동, 컬 유동, 월풀 유동, 및 이들로부터 유동된 유동, 또는 이들의 조합 유동과 같은 원형 유동 패턴으로 가스 분산 채널(1028)을 통하여 이동할 수 있다. 원형 유동은 기판으로부터 분리된 구획에 대응되는, " 처리 영역 "에 제공될 수 있다. 하나의 양태에서, 원형 가스 유동(1020)은 가스 분산 채널(1028)의 내부면을 걸쳐 보텍스 유동 패턴의 스위핑 작용에 의해 가스 분산 채널(1028)의 더욱 효과적인 퍼지를 설정하는데 도움이 될 수 있다.
도 10d는 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060)의 적어도 일 부분은 가스 분산 채널(1028)로부터 챔버 리드 조립체(1032)의 주변 부분으로 테이퍼를 형성할 수 있어 기판의 표면에 걸쳐 가스 분산 채널(1028)로부터 가스 유동의 개선된 속도 프로파일을 제공하도록 한다(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로). 하부면(1060)은 직선형 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부면(1060)은 깔때기의 형상으로 테이퍼가 형성된다.
일 예에서, 하부면(1060)은 반응물 가스로 기판의 표면의 균일한 노출을 제공하는 것을 보조하면서 기판과 챔버 리드 조립체(1032)의 하부면(1060) 사이로 이동하는 공정 가스의 속도의 변화를 감소시키기 위해 하방으로 경사진다. 일 실시예에서, 기판의 표면과 챔버 리드 조립체(1032)의 하방 경사 하부면(1060) 사이의 유동 섹션의 최소 면적에 대한 유동 섹션의 최대 면적의 비율은 약 2 보다 작고, 바람직하게는 약 1.5 보다 작고, 바람직하게는 약 1.3 보다 작고, 그리고 더욱 바람직하게는 약 1이다.
이론에 구속되지 않고, 기판의 표면에 걸쳐 더욱 균일한 속도로 이동하는 가스 유동은 기판 상의 가스의 더욱 균일한 증착을 제공하도록 한다. 가스의 속도는 가스의 농도에 직접 비례하고 이어서 기판 표면 상의 가스의 증착율에 직접 비례한다. 따라서, 기판의 표면의 제 1 영역 대 기판의 표면 상의 제 2 영역에서 가스의 더 높은 속도는 제 1 영역 상의 가스의 더 높은 속도는 제 1 영역 상의 가스의 더 높은 증착을 제공한다. 하방으로 경사지는, 하부면(1060)을 가지는 챔버 리드 조립체(1032)는 기판의 표면에 걸쳐 가스의 더욱 균일한 증착을 제공하며, 이는 하부면(1060)이 더욱 균일한 속도 및 이에 따라 기판의 표면에 걸친 가스의 더욱 균일한 농도를 제공하기 때문이다.
도 10c 내지 도 10e는 기판이 ALD 공정 동안 위치될 수 있는 위치의 주변에 인접하여 챔버 리드 조립체(1032)의 주변 부분에 위치되는 쵸크(1062)를 도시한다. 챔버 리드 조립체(1032)가 기판 주위에 처리 영역을 형성하기 위해 조립될 때, 쵸크(1062)는 기판의 주변에 인접한 영역에 이를 통한 가스의 유동을 제한하는 소정의 부재를 포함할 수 있다.
리드 캡(1097), 가스 도관(1050a), 가스 도관 커버(1052), 및 리드판(1070)의 상부면의 일 부분은 도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이, 핸들(1082)을 가지는 챔버 리드 커버(1080)에 의해 커버될 수 있다. 챔버 리드 조립체(1032)의 온도는 리드판(1070)을 통하여 연장하는 냉매 채널(1090)과 같은, 수 재킷(water jacket)에 부착되는 액체 냉각 시스템에 의해 제어될 수 있다. 물과 같은, 유체 냉매는 냉매 채널(1090)을 통과할 수 있어 리드판(1070)으로부터 열을 제거하도록 한다. 냉매 커넥터(1092a 및 1092b)는 호스 또는 튜브에 의해 냉매 채널(1070)에 연결될 수 있다. 냉매 커넥터(1092a 및 1092b)의 다른 단부는 호스 또는 튜브에 의해 유체 소스 및 하우징 내 냉각 시스템 또는 독립적인 냉각 시스템과 같은 유체 회수부로 연결될 수 있다. 냉매 커넥터(1092a 및 1092b)는 지지 브래킷(1094)에 의해 리드판(1070)에 부착될 수 있다. 냉매 채널(1070)을 통하여 유동할 수 있는 액체는 물, 오일, 알콜, 글리콜(glycol), 글리콜 에테르, 또는 다른 유기 용매를 포함한다. 일 실시예에서, 리드판(1070) 또는 챔버 리드 조립체(1032)의 온도는 약 0℃ 내지 약 100℃, 바람직하게는 약 18℃ 내지 약 65℃, 및 더욱 바람직하게는 약 20℃ 내지 약 50℃의 범위 내에 미리결정된 온도로 유지될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 ALD 공정을 위해 적용되는 가스 전달 시스템(1130)을 포함하는 공정 챔버(1100)의 일 실시예의 개략도이다. 공정 챔버(1100)는 측벽(1104) 및 바닥부(1106)를 가지는 챔버 바디(1102)를 포함한다. 공정 챔버(1100) 내의 슬릿 밸브(1108)는 200 mm 또는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판과 같은 기판(1110)을 공정 챔버(1100)로 전달 및 공정 챔버(1100)로부터 회수하기 위한 로봇(도시안됨)을 위한 접근로를 제공한다.
기판 지지부(1112)는 공정 챔버(1100) 내의 기판 수용면(1111) 상에 기판(1110)을 지지한다. 기판 지지부(1112)는 기판 지지부(1112) 및 그 위에 배치되는 기판(1110)을 상승 및 낮추기 위해 리프트 모터(1114)에 장착된다. 리프트 모터(1118)에 연결되는 리프트판(1116)은 공정 챔버(1100) 내에 장착되고 기판 지지부(1112)를 통하여 가동되게 배치되는 리프트 핀(1120)을 상승 및 하강시킨다. 리프트 핀(1120)은 기판 지지부(1112)의 표면 위로 기판(1110)을 상승 및 하강한다. 기판 지지부(1112)는 증착 공정 동안 기판 지지부(1112)에 기판(1110)을 고정하기 위한 진공 척(도시안됨), 정전 척(도시안됨), 또는 클램프 링(도시안됨)을 포함할 수 있다.
기판 지지부(1112)의 온도는 그 위에 배치되는 기판(1110)의 온도를 제어하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지부(1112)는 저항 히터(도시안됨)와 같은, 매립된 가열 요소를 이용하여 가열될 수 있거나, 기판 지지부(1112) 위에 배치되는 가열 램프(도시안됨)과 같이, 방사 열을 이용하여 가열될 수 있다. 퍼지 링(1122)은 기판 지지부(1112) 위에 배치되어 퍼지 채널(1124)을 형성할 수 있으며, 퍼지 채널은 기판 위의 증착을 방지하기 위하여 기판(1110)의 주변 부분에 퍼지 가스를 제공한다.
가스 전달 시스템(1130)은 공정 가스 및/또는 퍼지 가스와 같은, 가스를 공정 챔버로 제공하도록 챔버 바디(1102)의 상부에 배치된다. 도 11a 내지 도 11c는 적어도 두 개의 가스 소스 또는 화학물 전구체에 기판(1110)을 노출하도록 구성된 가스 전달 시스템(1130)을 도시한다. 다른 예에서, 가스 전달 시스템(1130)은 단일 가스 소스(도 5에 도시된 바와 같은) 또는 3개 또는 그 보다 많은 소스 또는 화학물 전구체(도 6에 도시된 바와 같은)에 기판(1110)을 노출하도록 재구성될 수 있다. 진공 시스템(1178)은 펌핑 채널(1179)과 소통되어 공정 챔버(1100)로부터 소정의 원하는 가스를 배출하고 공정 챔버(1100)의 펌핑 존(1166) 내부의 원하는 압력 또는 원하는 압력 범위를 유지하도록 한다.
일 실시예에서, 가스 전달 시스템(1130)은 챔버 리드 조립체(1132)의 중앙 부분을 통하여 연장하는 가스 분산 채널(1128)을 가지는 챔버 리드 조립체(1132)를 포함한다. 가스 분산 채널(1128)은 기판 수용면(1111)에 대해 수직하게 연장하고 또한 가스 분산 채널(1128)의 중앙 축선(1133)을 따라 리드판(1170)을 통하여, 하부 표면(1160)으로 연장한다. 수렴 채널(1134a)은 가스 분산 채널(1128)의 상부(1137) 내의 중앙 축선(1133)을 통하여 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1128)의 일 부분이다. 발산 채널(1134b)은 가스 분산 채널(1128)의 하부(1135) 내의 중앙 축선(1133)으로부터 이격하여 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1128)의 일 부분이다. 트로틀(1131)은 수렴 채널(1134a) 및 발산 채널(1134b)을 분리하는 좁은 통로이다. 가스 분산 채널(1128)은 하부 표면(1160)을 통하여 반응 존(1164) 내로 추가로 연장한다. 하부 표면(1160)은 수렴 채널(1134b)로부터 쵸크(1162)로 연장한다. 하부면(1160)은 기판 지지부(1112)의 기판 수용면(1111) 상에 배치되는 기판(1110)을 실질적으로 커버하도록 하는 크기 및 형상을 가진다.
원형 가스 유동(1174)으로서 공정 가스는 트로틀(1131)을 통과하는 동안 트로틀(1131)의 부존재시 유사하게 형성된 공정 챔버 내에서 보다 가스 분산 채널(1128)의 중앙 축선(1133) 둘레를 더 많이 회전시킨다. 원형 가스 유동(1174)은 보텍스 패턴, 헬릭스 패턴, 스파이럴 패턴, 트월 패턴, 트위스트 패턴, 코일 패턴, 월풀 패턴, 또는 이들의 유도형 패턴과 같은 유동 패턴을 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1174)은 가스 분산 채널(1128)의 중앙 축선(1133) 둘레를 적어도 약 1회전, 바람직하게는 적어도 약 1.5 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 2 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 3 회전, 및 더욱 바람직하게는 약 4회전 또는 그 보다 많게 연장할 수 있다.
가스 분산 채널(1128)은 함께 및/또는 별도로 제공될 수 있는 두 개의 유사한 쌍의 밸브(1142a/11152a, 1142b/1152b)로부터 가스 유동을 제공하도록 가스 인렛(1136a, 1136b)을 가진다. 하나의 구성에서, 밸브(1142a) 및 밸브(1142b)는 개별적인 반응물 가스 소스에 결합되지만 동일한 퍼지 가스 소스에 결합된다. 예를 들면, 밸브(1142a)는 반응물 가스 소스(1138)에 결합되고 밸브(1142b)는 반응물 가스 소스(1139)에 결합되고, 양 밸브(1142a, 1142b)는 퍼지 가스 소스(1140)로 결합된다. 각각의 밸브(1142a, 1142b)는 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b)를 가지는 전달 라인(1143a)을 포함하며 각각의 밸브(1152a, 1152b)는 밸브 시트 조립체(1146a, 1146b)를 가지는 퍼지 라인(1145a, 1145b)을 포함한다. 전달 라인(1143a, 1143b)은 반응물 가스 소스(1138)와 유체 소통되고 가스 분산 채널(1128)의 가스 인렛(1136a, 1136b)과 유체 소통된다. 전달 라인(1143a, 1143b)의 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b)는 반응물 가스 소스(1138, 1143)로부터 가스 분산 채널(1128)로 반응물 가스의 유동을 제어한다. 퍼지 라인(1145a, 1145b)은 퍼지 가스 소스(1140)와 유체 소통되고 전달 라인(1143a, 1143b)의 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b)의 하류부의 전달 라인(1142a, 1143b)와 교차한다. 퍼지 라인(1145a, 1145b)의 밸브 시트 조립체(1146a, 1146b)는 퍼지 가스 소스(1140)로부터 가스 분산 채널(1128)로의 퍼지 가스의 유동을 제어한다. 캐리어 가스가 반응물 가스 소스(1138, 1143)로부터 반응물 가스를 전달하기 위해 이용하는 경우, 바람직하게는 동일한 가스가 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용된다(즉, 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용되는 아르곤 가스).
각각의 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b, 1146a, 1146b)는 다이아프램(도시안됨) 및 밸브 시트(도시안됨)를 포함할 수 있다. 다이아프램은 편향되어 개방 또는 폐쇄될 수 있고 각각 작동되어 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 다이아프램은 공기압으로 작동될 수 있거나 전기적으로 작동될 수 있다. 공기압 작동 밸브는 후지킨, 아이엔씨, 및 베리플로 디비젼, 파커 하니핀, 코포레이티드로부터 입수가능한 공기압으로 작동되는 밸브를 포함한다. 전기적으로 작동되는 밸브는 후지킨, 아이엔씨.로부터 입수가능한 전기적으로 작동되는 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이용될 수 있는 ALD 밸브는 후지킨 모델 제 FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN호 또는 후지킨 모델 제 FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT호이다. 프로그램가능한 로직 제어기(1148a, 1148b)는 밸브(1142a, 1142b)에 결합되어 밸브(1142a, 1142b)의 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b, 1146a, 1146b)의 다이아프램의 작동을 제어하도록 한다. 공기압으로 작동되는 밸브는 약 0.020 초 만큼 작은 시간에 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 약 0.005초 만큼 작은 시간에 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 통상적으로 밸브와 프로그램가능한 로직 제어기 사이에 결합되는 구동기의 이용을 요구한다.
각각의 밸브(1142a, 1142b)는 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b)가 폐쇄될 때 전달 라인(1143a, 1143b)으로부터 반응물 가스의 플러싱을 가능하게 하도록 제로 데드 용적일 수 있다. 예를 들면, 퍼지 라인(1145a, 1145b)은 전달 라인(1143a, 1143b)의 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b)에 인접하게 위치설정될 수 있다. 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b)가 폐쇄될 때, 퍼지 라인(1145a, 1145b)은 전달 라인(1143a, 1143b)을 플러싱하기 위해 퍼지 가스를 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 퍼지 라인(1145a, 1145b)은 전달 라인(1143a, 1143b)의 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b)로부터 약간 이격되어 위치하여 퍼지 가스가 개방될 때 밸브 시트 조립체(1144a, 1144b) 내로 직접 전달되지 않도록 한다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 제로 데드 용적 밸브는 무시가능한 데드 용적을 가지는(즉, 제로 데드 용적이 필요하지 않은) 밸브로서 정의된다.
각각의 밸브 쌍(1142a/1152a, 1142b/1152b)은 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동 및/또는 개별 가스를 제공하도록 적용될 수 있다. 밸브 쌍(1142a/1152a)을 참조하면, 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동의 일 예는 퍼지 라인(1145a)을 통한 퍼지 가스 소스(1140)로부터의 퍼지 가스의 연속적인 유동 및 전달 라인(1143a)을 통한 반응물 가스 소스(1138)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 퍼지 가스의 연속적인 유동은 퍼지 라인(1145a)의 밸브 시트 조립체(1146a)의 다이어프램을 개방함으로써 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(1138)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(1143a)의 밸브 시트 조립체(1144a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다. 밸브 쌍(1142a/1152a)을 참조하면, 퍼지 가스 및 반응물 가스의 개별 가스 유동의 일 예는 퍼지 라인(1145a)을 통한 퍼지 가스 소스(1140)로부터의 퍼지 가스의 펄스 및 전달 라인(1143a)을 통한 반응물 가스 소스(1138)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 퍼지 가스의 펄스는 퍼지 라인(1145a)의 밸브 시트 조립체(1146a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(1138)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(1143a)의 밸브 시트 조립체(1144a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다.
밸브(1142a, 1142b)의 전달 라인(1143a, 1143b)은 가스 도관(1150a, 1150b)을 통하여 가스 인렛(1136a, 1136b)으로 결합될 수 있다. 가스 도관(1150a, 1150b)은 밸브(1142a, 1142b)와 일체로 형성될 수 있거나 밸브(1142a, 1142b)로부터 분리될 수 있다. 하나의 양태에서, 밸브(1142a, 1142b)는 밸브(1142a, 1142b)와 가스 인렛(1136a, 1136b) 사이의 가스 도관(1150a, 1150b) 및 전달 라인(1143a, 1143b)의 소정의 불필요한 용적을 감소시키도록 가스 분산 채널(1128)에 매우 근접하게 결합된다.
도 11c는 가스 분산 채널(1128)의 중앙 축선(1133)에 대한 관계에서 다양한 각도로 위치되는 가스 도관(1150a 및 1150b) 및 가스 인렛(1136a 및 1136b)을 각각 도시한다. 각각의 가스 도관(1150a, 1150b) 및 가스 인렛(1136a, 1136b)은 바람직하게는 중앙 축선(1133)에 대해 수직하게(여기서, +β, -β = 90°) 위치하거나 가스 도관(1150a, 1150b)의 중앙선(1176a 및 1176b)으로부터 중앙 축선(1133)으로 각도(+β) 또는 각도(-β )로 위치한다(여기서, 0°< +β < 90°또는 0°< -β < 90°). 따라서, 가스 도관(1150a, 1150b)은 중앙 축선(1133)에 대해 수평방향으로 수직하게 위치될 수 있거나 각도(+β)로 하방으로 각도를 형성하거나, 각도(-β)로 상방으로 각도를 형성하여 기판의 표면 상에 흡수되는 반응물의 제거 가능성을 감소시키도록 하는 기판(1110)을 향하여 바로 하향하는 것이 아닌 가스 분산 채널(1128)의 벽을 향하여 가스 유동을 제공하도록 한다. 또한, 가스 도관(1150a, 1150b)의 직경은 밸브(1142a, 1142b)의 전달 라인(1143a, 1143b)으로부터 가스 인렛(1136a, 1136b)으로 증가할 수 있어 가스 분산 채널(1128) 내로 유입 전에 가스 유동의 속도를 감소시키도록 한다. 예를 들면, 가스 도관(1150a, 1150b)은 점차적으로 증가하는 내경을 포함할 수 있거나 증가하는 내경을 가지는 다수의 연결 도관을 포함할 수 있다.
도 11c는 상부(1137)로부터 중앙 축선(1133)을 따라 트로틀(1131)로 수렴 채널(1134a) 내에서 증가하는 내경을 포함하는 가스 분산 채널(1128)을 도시한다. 또한, 가스 분산 채널(1128)은 트로틀(1131)로부터 중앙 축선(1133)을 따라 챔버 리드 조립체(1132)의 하부면(1160)에 인접한 하부(1135)로 발산 채널(1134b) 내에서 증가하는 내경을 포함한다. 일 예에서, 300 mm 직경 기판을 처리하도록 적용되는 공정 챔버(1100)는 아래의 직경을 가질 수 있다. 가스 분산 채널(1128)의 상부(1137)에서의 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.8 인치 내지 약 1.2 인치 범위 내 , 예를 들면 약 1 인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1128)의 트로틀(1131)의 직경은 약 0.1 인치 내지 약 1.5 인치, 바람직하게는 약 0.3 인치 내지 약 0.9 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.5 인치 내지 약 0.8 인치 범위 내, 예를 들면 약 0. 66인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1128)의 하부(1135)의 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.8 인치 내지 약 1.2 인치 범위 내, 예를 들면, 약 1 인치일 수 있다.
대체로, 상기 치수는 약 500 sccm 내지 약 3,000 sccm 사이의 총 가스 유동을 제공하도록 적용된 가스 분산 채널(1128)로 적용될 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 치수는 중앙 가스 유동을 수용하도록 변경될 수 있다. 대체로, 더 큰 가스 유동은 가스 분산 채널(1128)의 더 큰 직경을 요구하게 된다.
이론에 구속되지 않고, 가스 분산 채널(1128)의 상부(1137)로부터 점차적으로 증가하고 트로틀(1131)로부터 가스 분산 채널(1128)의 하부(1135)로 증가하는 가스 분산 채널(1128)의 직경은 가스 분산 채널(1128)을 통한 가스의 단열 팽창을 감소시켜 원형 유동 가스(1174) 내에 포함되는 공정 가스의 온도를 제어하도록 한다. 예를 들면, 가스 분산 채널(1128) 내로 가스 인렛(1136a, 1136b)을 통하여 전달되는 가스의 갑작스런 단열 팽창은 가스의 온도 강하를 초래하여 가스의 응축 및 소적의 형성을 초래할 수 있다. 한편, 점차적으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1128)은 가스의 적은 단열 팽창을 제공한다. 따라서, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달될 수 있어, 가스의 온도가 가스의 주변 온도를 제어함으로써 더욱 용이하게 제어될 수 있다(즉, 챔버 리드 조립체(1132)의 온도 제어). 가스 분산 채널(1128)은 점차적으로 테이퍼를 형성하여 테이퍼 형성 직선면, 오목면, 볼록면, 또는 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면을 포함할 수 있거나, 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면의 섹션을 포함할 수 있다(즉, 테이퍼 형성 부분 및 테이퍼 형성하지 않은 부분).
일 실시예에서, 가스 인렛(1136a, 1136b)은 가스 분산 채널(1128)의 상부(1137)에 인접하게 위치된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 보다 많은 가스 인렛(1136a, 1136b)은 상부(1137)와 하부(1135) 사이의 가스 분산 채널(1128)의 길이를 따라 위치할 수 있다.
각각의 가스 도관(1150a, 1150b)은 가스 분산 채널(1128)의 중앙으로부터 반경 라인으로부터 그리고 가스 도관(1150a 및 1150b)의 중앙선(1146a 및 1146b)로부터 각도(α)로 위치될 수 있는 각각의 가스 도관(1150a 및 1150b)의 도 11에 도시된 것과 유사하게, 가스 도관(1150a, 1150b)의 중앙선으로부터 그리고 가스 분산 채널(1128)의 반경 라인으로부터 각도(α)로 위치될 수 있다. 바람직하게는 각도(α)(즉 α > 0°일 때)로 위치하는 가스 도관(1150a, 1150b)를 통한 가스의 유입은 원형 가스 유동(1174)(도 11b 내지 도 11c)에 의해 도시된 바와 같이 가스가 원형 방향으로 유동하도록 한다. 팽창 채널(즉, α = 0°일 때)은 난류 유동이 아닌 가스 분산 채널(1128)을 통한 더 많은 층류 유동을 제공하도록 한다. 가스 분산 채널(1128)을 통한 층류 유동은 가스 분산 채널(1128)의 내부면 및 챔버 리드 조립체(1132)의 다른 표면의 개선된 퍼징을 초래한다. 비교하면, 난류 유동은 가스 분산 채널(1128)의 내부면 및 다른 표면에 걸쳐 균일하지 않은 유동일 수 있으며 가스가 유동하지 않은 정체 스폿 또는 데드 스폿을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 가스 도관(1150a, 1150b) 및 대응하는 가스 인렛(1136a, 1136b)은 서로로부터 이격되어 동일한 원형 방향(즉, 시계방향 또는 반 시계 방향)으로 유동을 지향시킨다.
이론에 구속되지 않고, 도 11c는 가스 분산 채널을 통한 가스 유동의 간단한 표시를 보여주는 챔버 리드 조립체(1132)의 가스 분산 채널(1128)의 단면도이다. 가스 분산 채널(1128)을 통한 정확한 가스 패턴이 공지되어 있지 않지만, 원형 가스 유동(1174)(도 11b 내지 도 11c)은 보텍스 유동, 헬릭스 유동, 스파이럴 유동, 스월 유동, 트월 유동, 트위스트 유동, 코일 유동, 코크스크류 유동, 컬 유동, 월풀 유동, 이들의 유도형 유동, 이들의 조합형 유동과 같은 원형 유동 패턴으로 가스 분산 채널(1128)을 통하여 이동할 수 있다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 원형 유동은 기판(1110)으로부터 분리된 구획부와는 대응되는 " 처리 영역 "에 제공될 수 있다. 하나의 양태에서, 원형 가스 유동(1174)은 가스 분산 채널(1128)의 내부면에 걸친 보텍스 유동의 스위핑 작용에 의해 가스 분산 채널(1128)의 더욱 유효한 퍼지를 설정하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 도 11c는 기판(1110)의 표면에 걸친 스파이럴 유동이 바람직하지 않을 때 원형 가스 유동(1174)이 하방으로 유동하도록 소산되기에 충분히 긴 가스 인렛(1136a, 1136b)과 기판(1110) 사이의 거리(1175)를 도시한다. 원형 가스 유동(1174)이 층류 방식으로 진행되어 기판(1110) 및 챔버 리드 조립체(1132)의 표면을 효과적으로 퍼징한다. 하나의 특정 실시예에서, 가스 분산 채널(1128)의 상부(1137)와 기판(1110) 사이의 거리(1175)의 길이는, 약 5인치와 같은, 약 3 인치 내지 약 8 인치, 바람직하게는 약 3.5 인치 내지 약 7 인치, 및 더욱 바람직하게는 약 4 인치 내지 약 6 인치 범위 내에 있을 수 있다.
거리(1177a)는 가스 분산 채널(1128)의 상부(1137)와 트로틀(1131) 사이의 리드 캡(1172) 내의 중앙 축선(1133)을 따른 수렴 채널(1134a)의 길이이고, 거리(1177b)는 트로틀(1131)과 리드 캡(1172)의 하부면(1173) 사이의 리드 캡(1172) 내의 중앙 축선(1133)을 따른 발산 채널(1134b)의 길이이다. 일 실시예에서, 거리(1177a)는 약 1 인치 내지 약 4 인치, 바람직하게는 약 1.25 인치 내지 약 3 인치, 및 더욱 바람직하게는, 약 1.5 인치 내지 약 2.5 인치의 범위 내의 길이, 예를 들면, 약 2인치의 길이일 수 있으며 거리(1177b)는 약 0.5 인치 내지 약 4 인치, 바람직하게는 약 1 인치 내지 약 3인치, 더욱 바람직하게는 1.25 인치 내지 약 1.75 인치의 범위 내의 길이, 예를 들면 약 1.5 인치의 길이를 가질 수 있다.
도 11a는 기판(1110)의 표면에 걸쳐 가스 분산 채널(1128)로부터의 개선된 속도 프로파일의 가스 유동을 제공하도록 가스 분산 채널(1128)로부터 챔버 리드 조립체(1132)의 주변 부분으로 테이퍼를 형성할 수 있다(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로). 하부면(1160)은 직선형 표면, 오목형 표면, 볼록형 표면, 또는 이들의 조합물과 같은, 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부면(1160)은 깔때기 형상으로 테이퍼를 형성한다.
일 실시예에서, 하부면(1160)은 반응물 가스로의 기판(1110)의 표면의 균일한 노출을 제공하도록 보조하는 동안 챔버 리드 조립체(1132)의 하부면(1160) 및 기판(1110) 사이로 이동하는 공정 가스의 속도에서의 변화를 감소시키기 위해 하방으로 경사진다. 일 실시예에서, 기판(1110)의 표면과 챔버 리드 조립체(1132)의 하방 경사 하부면(1160) 사이의 유동 섹션의 최소 면적에 대한 유동 섹션의 최대 면적의 비율은 2보다 작고, 바람직하게는 1.5 보다 작고, 더욱 바람직하게는 1.3 보다 작다.
이론에 구속되지 않고, 가스가 기판(1100)의 표면에 걸쳐 더욱 균일한 속도로 유동한다. 가스의 속도는 가스의 농도에 직접 비례하며 이어서 기판(1110)의 표면이 차례로 기판(1110) 표면 상의 가스의 증착율에 직접 비례한다. 따라서, 기판(1110)의 표면의 제 1 영역 대 기판(1110)의 표면의 제 2 영역은 제 1 영역 상의 가스의 도 높은 증착을 제공하도록 한다. 하부면(1160)이 더욱 균일한 속도를 제공하여 따라서 기판(1110)의 표면에 걸친 가스의 더 균일한 농도를 제공하기 때문에, 기판(110)의 표면에 걸친 가스의 더욱 균일한 증착을 위해 제공딘다.
도 11a는 기판(1110)의 주변에 인접한 챔버 리드 조립체(1132)의 주변 부분에 위치하는 쵸크(1162)를 도시한다. 챔버 리드 조립체(1132)가 기판(1110) 주위의 처리 영역을 형성하도록 하고, 기판(1110)의 주에 인접한 영역에서 가스의 동을 제한하는 소정의 부재를 포함한다.
하나의 특정 실시예에서, 쵸크(1162)와 기판 지지부(1112) 사이의 간격은 약 0.04 인치 내지 약 2.0 인치, 및 바람직하게는 0.04 인치 내지 약 0.2 인치이다. 간격은 전달되는 가스 및 증착 동안 공정 상태 및 전달되는 가스에 따라 에 종속하는 것을 변화시킬 수 있다. 초크(1162)는 펌프 존(1166)의 균일하지 않은 압력 분포로부터 반응 존(1164)를 격리함으로써 챔버 리드 조립체(1132) 및 기판(1110) 사이에 형성된 영역 또는 반응 존(1164) 내에서의 더욱 균일한 압력 분포를 제공한다(도 11a).
도 11a를 참조하면, 하나의 양태에서, 반응 존(1164)이 펌핑 존(1166)으로부터 격리되기 때문에, 반응 가스 또는 퍼지 가스는 반응 존(1164)을 단지 적절히 채우는 것을 요구하여 반응물 가스 또는 퍼지 가스로 기판(1110)의 충분한 노출을 보장한다. 종래의 화학 증착에서, 종래 기술의 챔버는 반응물의 공동-반응이 기판(1110)의 표면에 걸쳐 균일하게 발생하도록 기판의 전체 표면으로 동시에 그리고 균일하게 반응물의 조합된 유동을 제공하는 것이 요구된다. 원자 층 증착에서, 공정 챔버(1100)는 기판(1110)의 표면 상으로 반응물의 얇은 층이 번갈아 형성되도록 하는 흡수를 제공하기 위하여 기판(1110)의 표면으로 반응물을 순차적으로 도입한다. 결론적으로, 원자 층 증착은 동시에 기판(1110)의 표면에 도달하는 반응물의 유동을 요구하지 않는다. 대신, 반응물의 유동은 기판(1110)의 표면 상의 반응물의 얇은 층을 흡수하기에 충분한 양으로 제공되는 것이 요구된다.
반응 존(1164)이 종래의 CVD 챔버의 내부 용적과 비교할 때 더 작은 용적을 포함할 수 있기 때문에, 원자 층 증착 시컨스의 특졀한 공정에 대해 반응 존(1164)을 채우기 위하여 더 작은 양의 가스가 요구된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 반응 존(1164)의 용적은 200 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대해 약 1,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 500 cm3 또는 그 미만, 그리고 더욱 바람직하게는 200 cm3 또는 그 미만이다. 일 실시예에서, 반응 존(1164)의 용적은 300 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대해 약 3,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 1,500 cm3 또는 그 미만, 그리고 더욱 바람직하게는 600 cm3 또는 그 미만이다. 일 실시예에서, 기판 지지부(1112)는 증착에 대해 반응 존(1164)의 용적을 조정하기 위해 상승 또는 하강될 수 있다. 반응 존(1164)의 더 작은 용적 때문에, 증착 가스 또는 퍼지 가스 든지 적은 가스가 공정 챔버(1100) 내로 유동하기 위해 필요하다. 따라서, 공정 챔버(100)의 처리량이 크고 폐기물은 작업 비용을 감소시키기 위해 이용되는 더 작은 양의 가스 때문에 최소화될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1132)는 리드 캡(1172) 및 리드판(1170)을 포함하며, 여기서 리드 캡(1172) 및 리드판(1170)은 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 가스 분산 채널(1128)을 형성한다. 부가판은 리드판(1170)과 리드 캡(1172) 사이에 기능적으로 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 가스 분산 채널(1128)은 재료의 단일 피스로부터 일체로 제조될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1132)는 이를 통하여 전달되는 특별한 가스에 따라 냉각 요소 및/또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체(1132)의 온도를 제어함으로써 챔버 리드 조립체(1132) 상에 가스 분해, 증착, 또는 응축을 방지하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들면, 수 채널(도 10a의 냉매 채널(1090)과 같은)은 챔버 리드 조립체(1132)를 냉각시키기 위해 챔버 리드 조립체(1132)에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 가열 요소(도시안됨)는 매립될 수 있거나 챔버 리드 조립체(1132)를 가열하기 위하여 챔버 리드 조립체(1132)의 부품을 둘러쌀 수 있다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1132)의 부품은 개별적으로 가열 또는 냉각될 수 있다. 예를 들면, 도 11a를 참조하면, 챔버 리드 조립체(1132)는 리드판(1170) 및 리드 캡(1172)을 포함할 수 있으며 여기에서 리드판(1170) 및 리드 캡(1172)은 가스 분산 채널(1128)을 형성한다. 리드 캡(1172)은 하나의 온도 범위로 유지될 수 있고 또 다른 온도 범위로 유지될 수 있다. 예를 들면, 리드 캡(1172)은 반응물 가스의 응축을 방지하기 위하여 히터 테이프에 감김으로써 또는 또 다른 가열 장치를 이용함으로써 가열될 수 있으며, 리드판(1170)은 대기 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서, 리드 캡(1172)은 가열될 수 있고 리드판(1170)은 리드판(1170) 상의 반응물 가스의 열 분해를 방지하기 위하여 형성되는 수 채널로 냉각될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1132)의 부품 및 부분은 스테인레스 강, 알루미늄, 니켈-도금 알루미늄, 니켈, 이들의 합금과 같은 재료, 또는 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 리드 캡(1172) 및 리드판(1170)은 독립적으로 제작, 기계가공, 단조될 수 있거나 그렇지 않으면 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 스테인레스 강, 이들의 합금, 또는 이들의 조합물과 같은 금속으로 제조된다.
일 실시예에서, 가스 분산 채널(1128)의 내부면(리드판(1170) 및 리드캡(1172)의 내부면 둘다를 포함하는) 및 챔버 리드 조립체(1132)의 하부면(1160)은 챔버 리드 조립체(1132)의 하부면(1160) 및 가스 분산 채널(1128)을 따라 가스의 층류 유동을 형성하도록 하는 미러 연마 표면을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(1150a, 1150b)의 내부면은 가스의 층류 유동을 형성하도록 전기연마될 수 있다.
선택적인 일 실시예에서, 가스 분산 채널(1128)의 내부면(리드판(1170) 및 리드 캡(1172)의 내부면 둘다 포함하는) 및 챔버 리드 조립체(1132)의 내부면(1160)은 표면에 걸쳐 더 많은 표면적을 형성하도록 거칠기 가공 표면 또는 기계 가공 표면을 포함할 수 있다. 거칠어진 표면은 리드판(1170) 및 리드 캡(1172)의 내부면 및 하부면(1160) 상의 원하지 않는 축적 재료의 향상된 부착을 제공한다. 원하지 않는 필름은 보통 증기 증착 공정을 수행하는 결과로서 기판(1110)을 오염시키기 위하여 형성되며 하부면(1160) 및 가스 분산 채널(1128)의 내부면으로부터 필링되거나 플레이킹될 수 있다. 하나의 예에서, 가스 분산 채널(1128)의 내부면 및/또는 하부면(1160)의 평균 거칠기(Ra)는 약 10μin(약 0.254μm) 내지 약 200 μin(약 5.08μm), 바람직하게는 약 20 μin(약 0.508μm) 내지 약 100 μin(약 2.54μm), 및 더욱 바람직하게는 약 30 μin(약 0.762μm) 내지 약 80 μin(약 2.032μm)의 범위와 같이 적어도 약 10μin일 수 있다. 또 다른 예에서, 하부면(1160) 및/또는 가스 분산 채널(1128)의 내부면의 평균 거칠기는 적어도 약 100 μin(약 2.54μm), 바람직하게는 약 200 μin(약 5.08μm) 내지 약 500 μin(약 12.7μm) 범위 내 일 수 있다.
도 11a는 처리 상태를 제어하기 위해 공정 챔버(1100)로 결합되는 프로그램된 퍼스널 컴퓨터, 워크 스테이션 컴퓨터 등과 같은, 제어 유닛(1180)을 도시한다. 예를 들면, 제어 유닛(1180)은 기판 처리 시컨스의 상이한 스테이지 동안 밸브(1142a 및 1142b)를 통하여 가스 소스(1138, 1143, 및 1140)로부터 다양한 공정 가스 및 퍼지 가스의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 제어 유닛(1180)은 중앙 처리 유닛(CPU)(1182), 지지 회로(1184), 및 관련된 제어 소프트웨어(1183)를 내장하는 메모리(1186)를 포함한다.
제어 유닛(1180)은 다양한 챔버 및 서브-프로세서를 제어하기 위한 산업적 세팅에 이용될 수 있는 소정의 형태의 일반적 목적의 컴퓨터 중 하나일 수 있다. CPU(1182)는 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 소정의 다른 형태의 디지털 스토리지, 로컬 또는 리모트와 같은 소정의 적절한 메모리(1186)를 이용할 수 있다. 다양한 지지 회로는 공정 챔버(1100)를 지지하기 위한 CPU(1182)에 결합될 수 있다. 제어 유닛(1180)은 밸브들(1142a, 1142b)의 프로그램가능한 로직 제어기(1148a, 1148b)와 같은, 개별 챔버 부품에 인접하게 위치되는 또 다른 제어기에 결합될 수 있다. 제어 유닛(1180)과 공정 챔버(1100)의 다른 부품 사이의 양 방향 소통은 일부가 도 11a에 도시된, 신호 버스(1188)로서 전체적으로 지칭되는 다양한 신호 케이블을 통하여 취급된다. 밸브들(1142a, 1142b) 중 프로그램가능한 로직 제어기(1148a)로부터 그리고 가스 소스(1138, 1143, 1140)로부터 퍼지 가스 및 공정 가스의 제어에 부가하여, 제어 유닛(1180)은 다른 작동들 중에서 본 명세서에서 설명되는 웨이퍼 운반, 운반 제어, 챔버 배출과 같은, 웨이퍼 처리에 이용되는 다른 작동들의 자동 제어를 책임질 수 있도록 구성될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 작동 중, 기판(1110)은 로봇(도시안됨)에 의해 슬릿 밸브(1108)를 통하여 공정 챔버(1100)로 전달된다. 기판(1110)은 리프트 핀(1120) 및 로봇의 작동을 통하여 기판 지지부(1112) 상에 위치된다. 기판 지지부(1112)는 기판(1110)을 상승시켜 챔버 리드 조립체(1132)의 하부면(1160)에 대해 근접된다. 제 1 가스 유동은 밸브(1142b)에 의해 공정 챔버(1100) 내로 주입되는 제 2 가스 유도으로 함께 또는 개별적으로(즉, 펄스) 밸브에 의해 공정 챔버(1100)의 가스 분산 채널(1128) 내로 주입될 수 있다. 제 1 가스 유동은 퍼지 가스 소스(1140)로부터 퍼지 가스의 연속 유동 및 반응물 가스 소스(1138)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있거나 퍼지 가스 소스(1140)로부터 퍼지 가스의 펄스 및 반응물 가스 소스(1138)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있다. 제 2 가스 유동은 반응물 가스 소스(1139)로부터의 반응물 가스의 펄스 및 퍼지 가스 소스(1140)로부터의 퍼지 가스의 연속적인 유동을 포함할 수 있거나 퍼지 가스 소스(1140)로부터의 퍼지 가스의 펄스 및 반응물 가스 소스(1139)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1174)은 가스 분산 채널(1128)의 내부면에 걸쳐 스위핑 작용을 제공하는 보텍스 유동으로서 가스 분산 채널(1128)을 통하여 이동한다. 원형 가스 유동(1174)는 기판(1110)의 표면을 향하는 하방 유동으로 소산된다. 가스 유동의 속도는 가스 분산 채널(1128)을 통하여 이동할 때 감소한다. 이어서 가스 유동은 챔버 리드 조립체(1132)의 하부면(1160)에 걸쳐 그리고 기판(1110)의 표면에 걸쳐 이동한다. 하방으로 경사지는 채버 리드 조립체(1132)의 하부면(1160)은 기판(1110)의 표면에 걸쳐 가스 유동의 속도의 변화를 감소시킨다. 이어서 가스 유동은 쵸크(1162)에 의해 공정 챔버(1100)의 펌핑 존(1166) 내로 이동한다. 과잉 가스, 부산물 등은 펌핑 채널(1179) 내로 유동하고 이어서 진공 시스템(1178)에 의해 공정 챔버(1100)로부터 배출된다. 하나의 양태에서, 가스 유동은 가스 분산 채널(1128)을 통하여 그리고 챔버 리즈 조립체(132)의 하부면(1160)과 기판(1110)의 표면 사이로 층류 방식으로 이동하여 기판(1110)의 표면으로 반응물 가스의 균일한 노출 및 챔버 리드 조립테(1132)의 내부면의 효과적인 퍼징에 도움이 된다.
도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(100)는 피쳐들의 조합을 가지는 것으로서 본 명세서에서 설명된다. 하나의 양태에서, 공정 챔버(1100)는 종래의 CVD 챔버와 비교하면 작은 용적을 포함하는 반응 존(1164)을 제공한다. 공정 챔버(1100)는 반응물 가스 또는 퍼지 가스와 같은 가스의 소형 양을 요구하여 특별한 공정을 위해 반응 존(1164)을 채우도록 한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1100)는 기판(1110) 및 챔버 리드 조립체(1132)의 바닥면 사이로 이동하는 가스 유동의 속도 프로파일에서의 변화를 감소시키도록 하장 경사 또는 깔때기형 하부면(1160)을 가지는 챔버 리드 조립체(1132)를 제공한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1100)는 도입되는 가스 유동의 속도를 줄이도록 가스 분산 채널(1128)을 제공한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1100)는 가스 분산 채널(1128)의 중앙으로부터 각도(α)로 가스 도관을 제공한다. 공정 챔버(1100)는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 다른 피쳐를 제공한다. 원자 층 증착을 위한 챔버의 다른 실시예는 하나 또는 그 보다 많은 이러한 피쳐와 결합한다.
다중 주입 리드 조립체
도 12a 내지 도 12e, 도 13a 내지 도 13c, 및 도 14a 내지 도 14c는 또 다른 실시예에 설명된 바와 같이 다중 주입 리드 조립체로서 이용되고 ALD 공정에 대해 적용되는 챔버 리드 조립체(1232)의 개략도이다. 챔버 리드 조립체(1232)는 도 12a에 도시된 바와 같이, 리드판(1270)의 중앙 부분에 위치되는 리드 캡(1272)을 포함한다. 가스 도관(1250a)은 일 단부에 리드 캡(1272)에 연결되어 리드 캡(1272)와 유체 소통되며, 가스 도관(1250a)의 타 단부는 리드판(1270)을 통하여 연장되어 화학물 전구체 소소 또는 가스 소스 및/또는 ALD 밸브에 결합되어 유체 소통된다. 이와 달리, 가스 도관(1250a)의 단부는 리프판(1270)을 통하여 연장하고 화학물 전구체 소스 또는 가스 소스에 결합되어 유체 소통될 수 있으며, ALD 밸브는 상술된 리드판(1270)(도시안됨)과 같이, 그 사이에 있다. 가스 도관(1250a)은 전구체 가스가 다중 주입기 베이스(1269)를 통과하도록 제공되는 가스 통로(1268a)에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 가스 통로(1268a)는 슬롯(1266a)(eh 12e, 도 13c 및 도 14a 내지 도 14c)을 통하여 가스 분산 채널(1228)과 유체 소통되는 가스 애뉴리트(gas annulet; 1264a)와 결합되어 유체 소통될 수 있다.
가스 도관 커버(1252)는 적어도 하나의 가스 도관을 포함하며, 또는 두 개, 세 개, 또는 더 많은 가스 도관을 포함할 수 있다. 도 12c는 가스 도관(1250a 및 1250b)을 포함하는 가스 도관 커버(1252)을 도시한다. 일 실시예에서, 가스 도관(1250b)은 일 단부 상에 리드 캡(1272)에 결합되어 유체 소통될 수 있으며, 가스 도관(1250b)의 다른 단부는 리드판(1270)을 통하여 연장하여 ALD 밸브 및/또는 화학물 전구체 소스 또는 가스 소스에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 이와 달리, 가스 도간(1250b)의 단부는 리드판(1270)을 통하여 연장하고 화학물 전구체 소스 또는 가스 소스에 결합되어 유체 수통될 수 있으며, ALD 밸브는 상기 리드판(1270)(도시안됨)과 같이 그 사이에 있다. 일 예에서, 가스 도관(1250b 또는 1250c)는 독립적으로 또는 함께 가스 통로(1268b)에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 가스 도관(1250b)은 전구체 가스가 다중 주입기 베이스(1269)를 통과하도록 제공되는 가스 통로(1268b)에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 가스 통로(1268b)는 슬롯(1266b)(도 14a 내지 도 14c)을 통하여 가스 분산 채널(1228)과 유체 소통되는 가스 애뉴리트(1264b)에 결합되어 유체 소통될 수 있다.
도관(1250c)은 소정의 실시예에서 선택적인 도관이다. 가스 도관(1250c)은 일 단부 상에 리드 캡(1272)에 결합되어 유체 소통될 수 있으며, 가스 도관(1250c)의 다른 단부는 ALD 밸브 및/또는 캐리어 가스 소스, 퍼지 가스 소스, 플라즈마 가스, 또는 화학물 전구체 소스와 같은 가스 소스에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도관(1250b)은 리드 캡(1272)의 상부면에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도관(1250c)은 Y-조인트와 같은 도관(1250b)과 조합될 수 있어, 가스 통로(1268b)에 결합되어 유체 소통될 수 있다.
도 12a 내지 도 12e, 도 13a 내지 도 13c, 및 도 14a 내지 도 14c는 리드 캡(1272) 및 리드판(1270) 위에 위치되는 다중 인젝터 베이스(1269)를 포함하는 챔버 리드 조립체(1232)를 도시한다. 다중 인젝터 베이스(1262), 리드 캡(1272), 및 리드판(1270)은 가스 분산 채널(1228)을 형성한다. 다중-주입기 베이스(1269)는 가스 분산 채널(1228)의 상부(1237)를 형성하고, 리드판(1270)은 가스 분산 채널(1228)의 하부(1235)를 형성한다. 부가판은 리드판(1270)과 리드 캡(1272) 상에 기능적으로 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 가스 분산 채널(1228)은 재료의 단일 피스로 일체로 제조될 수 있다.
도 12d 내지 도 12e는 다중 주입기 베이스(1269)를 통과하는 가스 통로(1268a 및 1268b)를 도시한다. 다중 주입기 캡(1267)은 이들 사이에 가스 애뉴리트(1264a)를 형성하도록 다중 주입기 베이스(1269)의 릿지(ledge; 1261) 상에 위치될 수 있다. 유사하게, 다중 주입기 베이스(1269)는 그 사이에 가스 애뉴리트(1264b)를 형성하도록 리드 캡(1272) 상에 위치설정될 수 있다. 핀(1265)은 이러한 부분들을 함께 고정하기 위하여 다중 주입기 캡(1276)의 구멍(1263)을 통하여 다중 주입기 베이스의 그루브(1275) 내로 통과될 수 있다. 유사하게, 그루브(1275) 내의 핀(1277)은 다중 주입기 베이스(1262) 및 리드 캡(1272)(도 12c)을 연결할 뿐만 아니라 그루브(1274) 내의 핀(1276)은 리드판(1270) 및 리드 캡(1277)(도 13c)을 연결한다. 증착 공정 동안, 제 1 공정 가스는 가스 통로(1268a)로부터, 가스 애뉴리트(1264a) 주위로, 슬롯(1266a)을 통하여, 가스 분산 채널(1228) 내로 이동할 수 있다. 유사하게, 제 2 공정 가스는 가스 통로(1268b)로부터, 가스 애뉴리트(1264b) 주위로, 슬롯(1266b)을 통하여, 가스 분산 채널(1228) 내로 이동할 수 있다.
슬롯(1266a 및 1266b)은 가스 애뉴리트(1264a 및 1264b)로부터 가스 분산 채널(1228)로 유체 소통을 제공한다. 슬롯(1266a 및 1266b)은 중앙 축선(1233) 또는 가스 분산 채널(1228)에 대해 거의 접선과 같이, 중앙 축선(1233)에 대해 일정한 각도로 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 슬롯(1266a 및 1266b)은 약 0°내지 약 90°, 바람직하게는 약 0°내지 약 45°, 더욱 바람직하게는 약 0°내지 약 20°의 범위 내와 같이, 가스 분산 채널(1228)에 대해 접하는 각도로 위치된다.
챔버 리드 조립체(1232)는 이를 통해 전달되는 특별한 가스에 따라 냉각 요소 및/또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체(1232) 온도의 조절은 챔버 리드 조립체(1232) 상의 가스 분해, 증착 또는 응축을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 냉매 채널(1290)은 챔버 리드 조립체(1232) 내에 형성될 수 있어 챔버 리드 조립체(1232)를 냉각시키도록 한다. 또 다른 예에서, 가열 요소(도시안됨)는 챔버 리드 조립체(1232)를 가열하기 위하여 챔버 리드 조립체(1232)의 부품에 매립되거나 챔버 리드 조립체의 부품을 둘러쌀 수 있다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1232)의 부품은 공정 동안 개별적으로 가열 또는 냉각될 수 있다. 예를 들면, 도 13c를 참조하면, 챔버 리드 조립체(1232)는 다중 주입기판(1269), 리드판(1270), 및 리드 캡(1272)을 포함할 수 있어, 가스 분배 채널(1228)을 형성한다. 다중 주입기판(1269) 및 리드 캡(1272)은 하나의 온도로 유지될 수 있고 리드판(1270)은 또 다른 온도로 유지될 수 있다. 예를 들면, 다중 주입기판(1269) 및 리드 캡(1272)은 반응물 가스의 응축을 방지하면서 히터 테이프가 감겨짐으로써 또는 또 다른 가열 장치를 이용함으로써 가열될 수 있고 대기 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서, 다중 주입기판(1269) 및 리드 캡(1272)은 가열될 수 있고 리드판(1270)은 리드판(1270) 상의 반응물 가스의 열 분해를 방지하도록 리드판을 통해 형성되는 수 채널로 냉각될 수 있다. 또 다른 예에서, 다중 주입기판(1269) 및 리드 캡(1272)은 강려 테이프 또는 다른 가열 장치에 의해 하나의 온도로 가열될 수 있고 리드판(1270)은 다중 주입기판(1269) 및 리드 캡(1272)의 온도 보다 작거나, 동일하거나 더 큰 온도로 개별적으로 가열될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1232)는 수행되는 처리와 양립가능한 스테인레스 강, 알루미늄, 니켈 도금 알루미늄, 니켈, 또는 다른 적절한 재료로 제조되는 부품을 포함한다. 일 실시예에서, 다중 주입기 베이스(1269), 리드 캡(1272), 및 리드판(1270)은 독립적으로 제조, 기계가공, 단조로 제조될 수 있거나, 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 스테인레스 강, 이들의 합금, 또는 이들의 조합 재료와 같은 금속으로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 이들 사이에 배치되는 선택적인 부가판은 스테인레스 강을 포함한다.
일 실시예에서, 가스 분산 채널(1228)의 내부면(1232)(리드판(1270) 및 리드 캡(1272)의 내부면 둘다를 포함하는) 및 챔버 리드 조립체(1232)의 하부면(1260)은 챔버 리드 조립체(1232)의 하부면(1260) 및 가스 분산 채널(1228)을 따라 가스의 층류 유동을 제공하도록 하는 미리 연마 표면을 포함할 수 있다.
선택적인 일 실시예에서, 가스 분산 채널(1228)의 내부면(1231)(리드판(1270) 및 리드 캡(1272)의 내부면 둘다를 포함하는) 및 챔버 리드 조립체(1232)의 하부면(1260)은 거칠기가공된 표면 또는 기계가공된 표면을 포함할 수 있어 표면에 걸친 더 많은 표면적을 형성하도록 한다. 거칠기가공된 표면은 내부면(1231) 및 하부면(1260) 상의 원하지 않는 축적된 재료의 향사된 부착을 제공한다. 원하지 않는 필름은 항상 증착 공정을 수행하는 결과로서 생성되고 기판(1210)을 오염시키기 위해 내부면(1231) 및 하부면(1260)을 필링하거나 플레이킹할 수 있다. 하나의 예에서, 하부면(1260) 및/또는 내부면(1231)의 평균 거칠기(Ra)는 약 10μin(약 0.254μm) 내지 약 200μin(약 5.08μm), 바람직하게는 약 20μin(약 0.508μm) 내지 약 100μin(약 2.54μm), 및 더욱 바람직하게는 약 30μin(약 0.762μm) 내지 약 80μin(약 2.032μm))의 범위 내와 같은 적어도 10μin일 수 있다. 또 다른 예에서, 하부면(1260) 및/또는 내부면(1231)의 평균 거칠기는 적어도 약 100μin(약 2.54μm), 바람직하게는 약 200μin(약 5.08μm) 내지 약 500μin(약 12.7μm) 내에 있을 수 있다.
도 13a 및 도 14a 내지 도 14c는 리드판(1270)의 중앙 부분을 통하여 연장하는 가스 분산 채널(1228)을 포함하는 챔버 리드 조립체(1232)의 단면도이다. 가스 애뉴리트(1264a 및 1264b)은 가스 분산 채널(1228) 및 중앙 축선(1233) 주위로 고리형상으로 연장한다. 가스 분산 채널(1228)은 항상 ALD 공정 동안 챔버 리드 조립체(1232) 아래 위치하는 기판에 대해 수직하게 연장하도록 위치된다. 가스 분산 채널(1228)은 리드 캡(1272)의 중앙 축선(1233)을 따라, 리드 캡(1270)을 통하여, 하부면(1260)으로 연장한다. 가스 분산 채널(1228)은 하부면(1260)을 통하여 반응 존(1064) 내로 추가로 연장한다. 하부면(1260)은 가스 분산 채널(1228)로부터 쵸크(1262)로 연장한다. 하부면(1260)은 ALD 공정 동안 챔버 리드 조립체(1232) 아래 위치되는 기판을 실질적으로 커버하도록 하는 크기 및 형상을 가진다.
도 13a 내지 도 14a 내지 도 14c는 적어도 두 개의 가스 소스 또는 화학물 전구체로 기판을 노출하도록 구성되는 챔버 리드 조립체(1232)를 도시한다. 다른 예에서, 챔버 리드 조립체(1232)는 기판을 단일 가스 소스(도 5에 도시됨) 또는 3개 또는 그 보다 많은 가스 소스 또는 화학물 전구체(도 6에 도시됨)에 노출하도록 구성될 수 있다.
도 14b 내지 도 14c에 도시된 원형 가스 유동(1220)으로서 공정 가스는 지점(1236)의 부 존재시 유사하게 형성된 공정 챔버에서 보다, 지점(1236)을 통과하는 동안, 강제로 가스 분산 채널(1228)의 중앙 축선(1233) 주위를 더 많이 회전하도록 한다. 원형 가스 유동(1220)은 보텍스 패턴, 헬릭스 패턴, 스파이럴 패턴, 트월 패턴, 트위스트 패턴, 코일 패턴, 월풀 패턴, 또는 이들의 유도형 패턴과 같은 유동 패턴을 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1220)은 가스 분산 채널(1228)의 중앙 축선(1233) 주위를 적어도 약 1회전, 바람직하게는 적어도 약 1.5 회전, 더욱 바람직하게는, 적어도 약 2 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 3 회전, 및 더욱 바람직하게는 적어도 약 4회전 또는 그 보다 많이 연장할 수 있다.
도 13c 및 도 14c는, 일 실시예에서, 상부(1237)로부터 중앙 축선(1233)을 따라, 지점(1236)으로 실질적으로 일정한 내경을 포함하는 가스 분산 채널(1228)을 도시한다. 선택적인 일 실시예에서, 가스 분산 채널(1228)은 상부(1237)로부터 중앙 축선(1233)을 따라, 지점(1236)(도시안됨)으로 증가 또는 감소하는 내경을 포함한다. 그러나, 가스 분산 채널(1228)은 지점(1236)으로부터 중앙 축선(1233)을 따라 챔버 리드 조립체(1232)의 하부면(1260)에 인접한 하부(1236)로 증가하는 내경을 포함한다.
일 예에서, 300 mm 직경 기판을 처리하도록 적용되는 챔버 리드 조립체(1232)는 아래 직경을 가질 수 있다. 가스 분산 채널(1228)의 상부(1237)에서의 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 약 0.8 인치 내지 약 1.2 인치의 범위내, 예를 들면 약 1 인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1228)의 지점(1236)에서의 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.8 인치 내지 약 1.2 인치의 범위내, 예를 들면 약 1인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1228)의 하부(1235)의 직경은 약 1 인치 내지 약 4 인치, 바람직하게는 약 1.5 인치 내지 약 3 인치, 및 더욱 바람직하게는, 1.6 인치 내지 약 2.4 인치의 범위 내, 예를 들면 약 2인치일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 치수는 약 500 sccm 내지 약 3,000 sccm 범위 내의 가스 유동을 제공하기 위해 적용되는 가스 분산 채널(1228)에 적용된다. 다른 실시예에서, 가스 분산 채널(1228)의 치수는 이를 통한 소정의 가스 유동을 수용하도록 변경될 수 있다.
점차적으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1228)은 가스의 단열 팽창을 적게 제공하도록 한다. 따라서, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달될 수 있어, 가스의 온도가 가스의 주변 온도를 제어(즉, 챔버 리드 조립체(1232)의 온도를 제어)함으로써 더욱 용이하게 제어될 수 있다. 가스 분산 채널(1228)은 점차적으로 테이퍼를 형성할 수 있어 테이퍼 형성 직선면, 오목면, 볼록면, 또는 이들의 조합형상의 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면을 포함하거나 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면(즉, 테이퍼 형성된 부분 및 테이퍼가 형성되지 않은 부분)의 섹션을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 애뉴리트(1264a 및 1264b)는 도 14a 내지 도 14b에 도시된 바와 같이, 가스 분산 채널(1228)의 상부(1237)를 둘러싼다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 보다 많은 가스 애뉴리트(1264a 및 1264b)는 상부(1237)와 하부(1235) 사이의 가스 분산 채널91228)의 길리를 따라 상이한 위치에 위치될 수 있다.
이론에 구속되지 않고, 도 14b 내지 도 14c는 가스 분산 채널을 통한 가스 유동를 간략하게 도시하는 챔버 리드 조립체(1232)의 가스 분산 채널(1228)의 상이한 도면이다. 비록 가스 분산 채널(1228)을 통한 정확한 가스 패턴이 알려져 있지 않지만, 원형 가스 유동(1220)은 보텍스 유동, 헬릭스 유동, 스파이럴 유동, 스월 유동, 트월 유동, 트위스트 유동, 코일 유동, 코크스크류 유동, 컬 유동, 월풀 유동, 이들의 유도형 유동, 또는 이들의 조합형 유동과 같은 원형 유동 패턴을 구비한 가스 분산 채널(1228)을 통하여 슬롯(1266a 및 1266b)으로부터 이동할 수 있다. 원형 유동은 기판으로부터 분리된 구획부 내에서 마주하는 바와 같은, " 처리 영역 " 내에 제공될 수 있다. 하나의 양태에서, 원형 가스 유동(1220)은 가스 분산 채널(1228)의 내부면에 걸친 보텍스 유동 패턴의 스위핑 작용 때문에 가스 분산 채널(1228)의 더욱 효과적인 퍼지를 설정하기에 도움이 된다.
도 12c, 도 13b 내지 도 13c, 및 도 14c는 챔버 리드 조립체(1232)의 하부면(1260)의 적어도 일 부분이 가스 분산 채널(1228)로부터 챔버 리드 조립체(1232)의 주변 부분으로 테이퍼를 형성할 수 있어 기판의 표면에 대한 가스 분산 채널(1228)로부터(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로) 가스의 개선된 속도 프로파일을 제공하도록 한다. 하부면(1260)은 직선형 표면, 오목형 표면, 볼록형 표면, 또는 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부면(1260)은 깔때기의 형상으로 테이퍼를 형성한다.
하나의 예에서, 하부면(1260)은 반응물 가스로 기판의 표면의 균일한 노출을 제공하는 것을 보조하는 한편, 챔버 리드 조립체(1232)의 하부면과 기판 사이로 이동하는 공정 가스의 속도에서의 변화를 감소시키도록 하방으로 경사진다. 일 실시예에서, 기판의 표면과 챔버 리드 조립체(1232)의 하방으로 경사지는 하부면(1260) 사이의 유동 섹션의 최소 면적에 대한 유동 섹션의 최대 면적의 비율은 약 2보다 작고, 바람직하게는 약 1.5 보다 작고, 더욱 바람직하게는 약 1.3 보다 작고 더욱 바람직하게는 약 1 보다 작다.
이론에 구속되지 않고, 기판의 표면에 걸친 더욱 균일한 속도로 이동하는 가스 유동은 기판 상의 가스의 더욱 균일한 증착을 제공하는데 도움이 된다. 가스이 속도는 기판 표면 상의 가스의 증착율에 직접 비례하는 가스의 농도에 직접 비례한다. 따라서, 기판의 표면의 제 1 영역 대 기판의 표면의 제 2 영역에서의 가스의 더 높은 속도는 제 1 영역 상에서 가스의 더 높은 증착을 제공하도록 한다. 하방으로 경사지는 하부면(1260)을 가지는 챔버 리드 조립체(1232)는 기판의 표면에 걸친 가스의 더욱 균일한 증착을 위해 제공되며 이는 하부면(1260)이 더욱 균일한 속도를 제공하여 기판의 표면에 걸친 가스의 더욱 균일한 농도를 제공하기 때문이다.
도 12c 및 도 13c는 ALD 공정 동안 기판이 위치될 수 있는 주변에 인접한 챔버 리드 조립체(1232)의 주변 부분에 쵸크(1262)를 도시한다. 챔버 리드 조립체(1232)가 기판 주위의 처리 존을 형성하도록 조립될 때 쵸크(1262)가 기판의 주변에 인접한 영역에서 이를 통한 가스의 유동을 제한하는 소정의 부재를 포함할 수 있다.
리드 캡(1272), 가스 도관(1250a), 가스 도관 커버(1252), 및 리드판(1270)의 상부의 일 부분은 도 13a 내지 도 13b에 도시된 바와 같이, 핸들(1282)을 가지는 챔버 리드 커버(1280)에 의해 커버될 수 있다. 챔버 리드 조립체(1232)의 온도는 리드판(1270)을 통하여 연장하는 냉매 채널(1290)과 같은, 수 재킷(water jacket)에 부착되는 액체 냉각 시스템에 의해 제어될 수 있다. 물과 같은, 액체 냉매는 리드판(1270)으로부터 열을 제거하도록 냉매 채널(1290)을 통과할 수 있다. 냉매 커넥터(1292a 및 1292b)는 호스 또는 튜브에 의해 냉매 채널에 연결될 수 있다. 냉매 커넥터(1292a 및 1292b)의 다른 단부는 호스 또는 튜브에 의해 유체 소스 및 인-하우스 냉각 시스템 또는 독립 냉각 시스템과 같은 유체 회수부로 연결될 수 있다. 냉매 커넥터(1292a 및 1292b)는 지지 브래킷(1294)에 의해 부착될 수 있다. 냉매 채널(1270)을 통하여 유동할 수 있는 액체는 물, 오일, 알콜, 글리콜, 글리콜 에테르, 또는 다른 유기 용매를 포함한다. 일 실시예에서, 리드판(1270) 또는 챔버 리드 조립체(1232)의 온도는 약 0 ℃ 내지 약 100 ℃, 바람직하게는 약 18 ℃ 내지 약 65 ℃, 및 더욱 바람직하게는 약 20 ℃ 내지 약 50 ℃ 범위 내의 미리결정된 온도로 유지될 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 ALD 공정 동안 적용되는 가스 전달 시스템(1530)을 포함하는 공정 챔버(1500)의 일 실시예의 개략도이다. 공정 챔버(1500)는 측벽(1504) 및 바닥부(1506)을 가지는 챔버 바디(1502)를 포함한다. 공정 챔버(1500) 내의 슬릿 밸브(1508)는 200 mm 또는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판과 같은, 기판(1510)을 공정 챔버(1500)로 전달 그리고 공정 챔버로부터 회수하기 위한 로봇(도시안됨)을 위한 액세스를 제공한다.
기판 지지부(1512)는 공정 챔버(1500) 내에서 기판 수용면(1511) 상에 기판(1510)을 지지한다. 기판 지지부(1512)는 기판 지지부(1512) 및 그 위에 배치되는 기판(1510)을 상승 및 하강시키기 위해 리프트 모터(1514)에 장착된다. 리프트 모터(1518) 상에 연결되는 리프트판(1516)은 공정 챔버(1500) 내에 장착되어 기판 지지부(1512)를 통하여 가동되게 배치되는 리프트 핀(1520)을 상승 및 하강시킨다. 리프트 핀(1520)은 기판 지지부(1512)의 표면 위에 기판(1510)을 상승 및 하강시킨다. 기판 지지부(1512)는 증착 공정 동안 기판(1510)을 기판 지지부(1512)에 고정시키기 위해 진공 척(도시안됨), 정전 척(도시안됨) 또는 클램핑 링(도시안됨)을 포함할 수 있다.
기판 지지부(1512)의 온도는 그 위에 배치되는 기판(1510)의 온도를 제어하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지부(1512)는 저항 히터(도시안됨)와 같은, 매립된 가열 요소를 이용하여 가열될 수 있거나, 기판 지지부(1512) 위에 배치되는 가열 램프(도시안됨)와 같은 방사성 히트를 이용하여 가열될 수 있다. 퍼지 링(1522)은 기판 상에 증착을 방지하도록 기판(1510)의 주변 부분으로 퍼지 가스를 제공하는 퍼지 채널(1524)을 형성하도록 기판 지지부(1512) 상에 배치될 수 있다.
가스 전달 시스템(1530)은 공정 챔버(150))로 공정 가스 및/또는 퍼지 가스와 같은 가스를 제공하도록 챔버 바디(1502)의 상부에 배치된다. 도 15a 내지 도 15c는 화학물 전구체 또는 두 개 이상의 가스 소스로 기판(1510)을 노출하도록 구성되는 가스 전달 시스템(1530)을 도시한다. 다른 예에서, 가스 전달 시스템(1530)은 단일 가스 소스(도 5에 도시된 바와 같이) 또는 3개 또는 그 보다 많은 가스 소스 또는 화학물 전구체(도 6에 도시된 바와 같이)로 기판(1510)을 노출하도록 구성될 수 있다. 진공 시스템(1578)은 공정 챔버(1500)로부터 소정의 원하는 가스를 배기하도록 그리고 공정 챔버(1500)의 펌핑 존(1566) 내부의 원하는 압력 범위 또는 원하는 압력을 유지하도록 하기 위해 펌핑 채널(1579)과 소통된다.
일 실시예에서, 가스 전달 시스템(1530)은 챔버 리드 조립체(1532)의 중앙 부분을 통하여 연장하는 가스 분산 채널(1534)를 가지는 챔버 리드 조립체(1532)를 포함한다. 가스 분산 채널(1534)은 기판 수용면(1511)을 향하여 수직하게 연장하며 또한 가스 분산 채널(1534)의 중앙 축선(1533)을 따라, 리드판(1570)을 통하여, 그리고 하부면(1560)으로 연장한다. 일 예에서, 가스 분산 채널(1534)의 일 부분은 가스 분산 채널(1534)의 하부(1535) 내의 중앙 축선(1533)으로부터 이격하여 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1534)의 일 부분 및 상부(1537) 내의 중앙 축선(1533)을 따라 실질적으로 원통형이다. 가스 분산 채널(1534)은 하부면(1560)을 통하여 반응 존(1564) 내로 추가로 연장한다. 하부면(1560)은 가스 분산 채널(1534)의 하부(1535)로부터 쵸크(1562)로 연장한다. 하부면(1560)은 기판 지지부(1512)의 기판 수용면(1511)에 배치되는 기판(1510)을 실질적으로 커버하도록 하는 크기 및 형상을 가진다.
원형 가스 유동(1574)으로서 공정 가스는 중앙 축선(1534)을 따라 통과하는 동안 가스 분산 채널(1534)의 중앙 축선(1533) 주위로 강제로 회전을 하도록 한다. 원형 가스 유동(1574)은 보텍스 패턴, 헬릭스 패턴, 스파이럴 패턴, 트월 패턴, 코일 패턴, 월풀 패턴, 또는 이들의 유도 형상의 패턴과 같은 유동 패턴을 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1574)은 가스 분산 채널(1534)의 중앙 축선 둘레를 적어도 약 1 회전, 바람직하게는 적어도 약 1.5 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 2 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 3회전, 및 더욱 바람직하게는 약 4회전 또는 그 보다 많게 연장할 수 있다.
가스 분산 채널(1534)은 함께 및/또는 개별적으로 제공될 수 있는 두 개의 유사한 쌍의 밸브(1542a/1552a, 1542b/1552b)로부터 가스 유동을 제공하도록 인렛(1536a, 1536b)을 가진다. 하나의 구성에서, 밸브(1542a) 및 밸브(1542b)는 반응물 가스 소스를 분리하도록 결합되지만 바람직하게는 동일한 퍼지 가스 소스에 결합된다. 예를 들면, 밸브(1542a)는 반응물 가스 소스(1538)에 결합되고 밸브(1542b)는 반응물 가스 소스(1539)에 결합되며, 양 밸브(1542a, 1542b)는 퍼지 가스 소스(1540)에 결합된다. 각각의 밸브(1542a, 1542b)는 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b)를 가지는 전달 라인(1543a, 1543b)을 포함하며 각각의 밸브(1552a, 1552b)는 밸브 시트 조립체(1546a, 1546b)를 가지는 퍼지 라인(1545a, 1545b)을 포함한다. 전달 라인(1543a, 1543b)은 반응물 가스 소스(1538 및 1539)와 유체 소통되고 가스 분산 채널(1534)의 가스 인렛(1536a, 1536b)과 유체 소통된다. 전달 라인(1543a, 1543b)의 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b)는 반응물 가스 소스(1538 및 1539)로부터 가스 분산 채널(1534)로의 유동을 제어한다. 퍼지 라인(1545a, 1545b)은 퍼지 가스 소스(1540)와 소통되고 전달 라인(1543a, 1543b)의 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b)의 하류부에서 전달 라인(1543a, 1543b)과 교차한다. 퍼지 라인(1545a, 1545b)의 밸브 시트 조립체(1546a, 1546b)은 퍼지 가스 소스(1540)로부터 가스 분산 채널(1534)로의 퍼지 가스의 유동을 제어한다. 캐리어 가스가 반응물 가스 소스(1538 및 1539)로부터 반응물 가스를 전달하기 위해 이용되는 경우, 바람직하게는 동일한 가스가 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용된다(예를 들면, 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용된 아르곤 가스).
각각의 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b, 1546a, 1546b)는 다이아프램(도시안됨) 및 밸브 시트(도시안됨)를 포함할 수 있다. 다이아프램은 편향되어 개방 또는 폐쇄될 수 있고 각각 작동되어 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 다이아프램은 공기압으로 작동될 수 있거나 전기적으로 작동될 수 있다. 공기압으로 작동되는 밸브는 후지킨, 아이엔씨. 및 베리플로 디비젼, 파커 하니핀, 코포레이션으로부터 입수가능한 공기압으로 작동되는 밸브를 포함한다. 전기적으로 작동되는 밸브는 후지킨, 아이엔씨.로부터 입수가능한 전기적으로 작동되는 밸브를 포함한다. 예를 들면, 이용될 수 있는 ALD 밸브은 후지킨 모델 제 FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN호 또는 후지킨 모델 제 FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT이다. 프로그램가능한 로직 제어기(1548a, 1548b)는 밸브(1542a, 1542b)의 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b, 1546a, 1546b)의 다이어프램의 작동을 제어하기 위해 밸브(1542a, 1542b)에 결합될 수 있다. 공기압으로 작동되는 밸브는 약 0.020 초 만큼 낮은 시간에 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 약 0.005 초 만큼 낮은 시간에 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 통상적으로 밸브와 프로그램가능한 로직 제어기 사이에 결합되는 구동기의 이용을 요구한다.
각각의 밸브(1542a, 1542b)는 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b)가 폐쇄될 때 전달 라인(1543a, 1543b)으로부터 반응물 가스의 플러싱을 가능하게 하도록 제로 데드 용적일 수 있다. 예를 들면, 퍼지 라인(1545a, 1545b)은 전달 라인(1543a, 1543b)의 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b)에 인접하게 위치될 수 있다. 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b)가 폐쇄될 때, 퍼지 라인(1545a, 1545b)은 전달 라인(1543a, 1543b)을 플러싱하기 위해 퍼지 가스를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 퍼지 라인(1545a, 1545b)은 전달 라인(1543a, 1543b)의 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b)로부터 약간 이격하여 위치되어, 퍼지 가스가 개방될 때 밸브 시트 조립체(1544a, 1544b) 내로 직접 전달되지 않도록 한다. 본 명세서에서 이용되는 제로 데드 용적 밸브는 무시가능한 데드 용적을 가지는(즉, 반드시 제로 데드 용적이 아님) 밸브로서 정의된다.
각각의 밸브 쌍(1542a/1552a, 1542b/1552b)은 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동 및/또는 개별 가스 유동을 제공하도록 적용될 수 있다. 밸브 쌍(1542a/1552a)을 참조하면, 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동의 일 예는 퍼지 라인(1545a)을 통한 퍼지 가스 소스(1540)로부터의 퍼지 가스의 연속 유동 및 전달 라인(1543a)을 통한 반응물 가스 소스(1548)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 퍼지 가스의 연속 유동은 퍼지 라인(1545a)의 밸브 시트 조립체(1546a)의 다이어프램을 개방시킴으로써 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(1538)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(1543a)의 밸브 시트 조립체(1544a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다. 밸브 쌍(1542a/1552a)을 참조하면, 반응물 가스 및 퍼지 가스의 개별 가스 유동의 일 예는 퍼지 라인(1545a)을 통한 퍼지 가스 소스(1540)로부터의 반응물 가스의 펄스 및 전달 라인(1543a)을 통한 반응물 가스 소스(1538)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 퍼지 가스의 펄스는 퍼지 라인(1545a)의 밸브 시트 조립체(1546a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(1538)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(1543a)의 밸브 시트 조립체(1544a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로서 제공될 수 있다.
밸브(1542a, 1542b)의 전달 라인(1543a, 1543b)은 가스 도관(1550a, 1550b)을 통하여 가스 인렛(1536a, 1536b)에 결합될 수 있다. 가스 도관(1550a, 1550b)은 밸브(1542a, 1542b)에 통합될 수 있거나 밸브(1542a, 1542b)로부터 분리될 수 있다. 하나의 양태에서, 밸브(1542a, 1542b)는 전달 라인(1543a, 1543b) 및 밸브(1542a, 1542b)와 가스 인렛(1536a, 1536b) 사이의 가스 도관(1550a, 1550b)의 소정의 불필요한 용적을 감소시키기 위해 가스 분산 채널(1534)에 매우 근접하게 결합된다.
이론에 구속되지 않고, 중앙 축선(1533)을 따라 소정의 지점에서 가스 분산 채널(1534)의 상부(1537)로부터 일정하고 이러한 지점으로부터 가스 분산 채널(1534)의 하부로 증가하는, 가스 분산 채널(1534)의 직경은 원형 유동 가스(1574) 내에 포함되는 공정 가스의 온도를 제어하는 가스 분산 채널(1534)을 통한 가스의 적은 단열 팽창을 허용한다. 예를 들면, 가스 분산 채널(1534) 내로 전달되는 가스의 갑작스런 단열 팽창은 가스의 응축 및 소적의 형성을 발생시킬 수 있는 가스의 온도의 강하를 초래할 수 있다. 한편, 점차적으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1534)은 가스의 단열 팽창을 적게 제공한다. 따라서, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달되어, 가스의 온도가 가스의 주위 온도를 제어함으로써(즉, 챔버 리드 조립체(1532)의 온도를 제어) 더욱 용이하게 제어될 수 있다. 가스 분산 채널(1534)은 점차적으로 테이퍼를 형성하여, 테이퍼 형성 직선면, 오목면, 볼록면, 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면을 포함하거나 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면(즉, 테이퍼 형성된 일 부분 및 테이퍼가 형성되지 않은 일 부분)의 섹션을 포함할 수 있다.
도 15b 내지 도 15c는 본 명세서의 실시예에서 설명된 바와 같이, 가스 분산 채널(1534)로의 가스 이동 경로를 도시한다. 공정 가스는 가스 도관(1550a 및 1550b)으로부터 가스 인렛(1536a 및 1536b)을 통하여 가스 애뉴리트(1568a 및 1568b), 슬롯(1569a 및 1569b)을 통하여 가스 분산 채널(1534) 내로 전달된다. 도 15b는 공정 가스 또는 전구체 가스가 이동하는 경로, 즉 가스 도관(1550a)으로부터 가스 인렛(1536a)을 통하여 가스 애뉴리트(1568a) 내로, 슬롯(1569a)을 통하여, 가스 분산 채널(1534) 내로의 경로를 도시한다. 제 2 경로(즉, 도 15b의 거울 이미지)는 도 15c에 도시된 바와 같이 가스 도관(1550b)으로부터 가스 인렛(1536b)을 통하여, 가스 애뉴리트(1568b)내로, 슬롯(1569b)을 통하여, 가스 분산 채널(1534) 내로 연장한다. 이러한 경로 모두 가스 분산 채널(1534)의 상부(1537)를 둘러싼다.
슬롯(1569a 및 1569b)은 가스 애뉴리트(1568a 및 1568b)로부터 가스 분산 채널(1534)로 유체 소통을 제공한다. 슬롯(1569a 및 1569b)은 가스 분산 채널(1534) 또는 중앙 축선(1533)에 대해 거의 접하는 것과 같이 중앙 축선(1533)에 대해 일정한 각도로 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 슬롯(1569a 및 1569b)은 약 0°내지 약 90°, 바람직하게는 약 0°내지 약 45°, 더욱 바람직하게는, 약 0°내지 약 20°의 범위 내와 같이, 가스 분산 채널(1534)에 대해 접하는 각도로 위치된다.
이론에 구속되지 않고, 도 15c는 챔버 리드 조립체(1532)의 가스 분산 채널(1534)의 단면도로서, 이를 통한 가스 유동을 간단히 도시한 도면이다. 비록 가스 분산 채널(1534)을 통한 정확한 가스 패턴을 알 수 없지만, 원형 가스 유동(1574)(도 15c)은 슬롯(1569a 및 1569b)으로부터 가스 분산 채널(1534)을 통하여 보텍스 유동, 헬릭스 유동, 스파이럴 유동, 스월 유동, 트윌 유동, 트위스트 유동, 코일 유동, 코크스크류 유동, 컬 유동, 월풀 유동, 이들의 유도형 유동, 이들의 조합 유동과 같은, 원형 유동 패턴으로 이동할 수 있다. 도 15c에 도시된 바와 같이, 원형 유동은 기판(1510)으로부터 분리된 구획부 내에서와는 대응되는 " 처리 영역 " 내에 제공될 수 있다. 하나의 양태에서, 원형 가스 유동(1574)은 가스 분산 채널(1534)의 내부면에 걸쳐 보텍스 유동 패턴의 스위핑 작용에 의해 가스 분산 채널(1534)의 더욱 효과적인 퍼지를 설정하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 도 15c는 기판(1510)의 표면의 지점(1576a)과 가스 분산 채널(1534)의 상부(1537)의 지점(1576b) 사이의 거리(1575)를 도시한다. 거리(1575)는 기판(1510)의 표면에 걸친 스파이럴 유동이 바람직하지 않을 수 있을 때 원형 가스 유동(1574)이 하방 유동으로 소산되기에 충분히 길다. 원형 가스 유동(1574)은 기판(1510) 및 챔버 리드 조립체(1532)의 표면을 충분히 퍼징하는 층류 방식으로 진행된다. 또 다른 실시예에서, 중앙 축선(1533)을 따라 연장하는 가스 분산 채널(1534) 또는 거리(1575)는 약 3인치 내지 약 9인치, 바람직하게는 약 3.5인치 내지 약 7인치, 및 더욱 바람직하게는 약 5인치와 같은 약 4인치 내지 약 6인치의 범위 내의 길이를 가진다.
도 15a는 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560)은 가스 분산 채널(1534)로부터 챔버 리드 조립체(1532)의 주변 부분으로 테이퍼를 형성할 수 있어 기판(1510)의 표면에 걸쳐 가스 분산 채널(1534)로부터 개선된 속도 프로파일의 가스 유동을 제공한다(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로). 하부면(1560)은 직선형 표면, 오목면, 볼록면, 또는 이들의 조합형 표면과 같은, 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부면(1560)은 깔때기 형상으로 테이퍼를 형성한다.
일 예에서, 하부면(1560)은 반응물 가스로 기판(1510)의 표면의 균일한 노출을 제공하도록 하는 반면 기판(1510)과 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560) 사이로 이동하는 공정 가스의 속도에서의 변화를 감소시키기 위해 하방으로 경사진다. 일 실시예에서, 기판(1510)의 표면과 챔버 리드 조립체(1532)의 하방으로 경사지는 하부면(1560) 사이의 유동 섹션의 최소 면적에 대한 유동 섹션의 최대 면적의 비율은 약 2보다 작고, 바람직하게는 약 1.5 보다 작고, 더욱 바람직하게는 약 1.3 보다 작고 더욱 바람직하게는 약 1이다.
이론에 구속되지 않고, 기판(1510)의 표면에 걸쳐 더욱 균일한 속도로 이동하는 가스 유동이 기판(1510) 상의 가스의 더욱 균일한 증착을 제공하도록 한다. 가스의 속도가 가스의 농도에 직접 비례하고, 가스의 농도는 기판(1510) 표면 상의 가스의 증착율에 직접 비례한다. 따라서, 기판(1510)의 표면의 제 2 면적 대 기판(1510)의 표면의 제 1 면적에서의 가스의 더 높은 속도는 제 1 면적 상에 가스의 더 높은 증착을 제공하게 한다. 하방으로 경사지는 하부면(1560)을 가지는 챔버 리드 조립체(1532)는 기판(1510)의 표면에 걸쳐 가스의 더욱 균일한 증착을 제공하며 이는 하부면(1560)이 더욱 균일한 속도를 제공하여 기판(1510)의 표면에 걸쳐 가스의 더욱 균일한 농도를 제공한다.
도 15a는 기판(1510)의 주변에 인접한 챔버 리드 조립체(1532)의 주변 부분에 위치하는 쵸크(1562)를 도시한다. 챔버 리드 조립체(1532)가 조립되어 기판(1510) 주위에 처리 존을 형성할 때 쵸크는 기판(1510)의 주변에 인접한 면적에서 이를 통한 가스의 유동을 제한하는 소정의 부재를 포함한다.
하나의 특정 실시예에서, 쵸크(1562)와 기판 지지부(1512) 사이의 간격은 약 0.04 인치 내지 약 2.0 인치, 바람직하게는 0.04 인치 내지 약 0.2 인치이다. 간격은 증착 동안 공정 상태 및 전달되는 가스에 따라 변화될 수 있다. 쵸크(1562)는 펌핑 존(1566)(도 15a)의 비 균일 압력 분포로부터 반응 존(1564)을 격리함으로써 기판(1510)과 챔버 리드 조립체(1532) 사이에 형성된 용적 또는 반응 존(1564) 내에 더욱 균일한 압력 분포를 제공하도록 한다.
도 15a를 참조하면, 하나의 양태에서, 반응 존(1564)이 펌핑 존(1566)으로부터 격리되기 때문에, 반응 가스 또는 퍼지 가스는 반응 가스 또는 퍼지 가스로 기판(1510)의 충분한 노출을 보장하도록 반응 존(1564)을 적절히 채울 것 만을 요구한다. 종래의 화학 증착에서, 종래의 챔버는 반응물의 공동 반응이 기판(1510)의 표면에 걸쳐 균일하게 발생하는 것을 보장하도록 기판의 전체 표면에 동시에 그리고 균일하게 반응물의 조합된 유동을 제공하는 것이 요구된다. 원자 층 증착에서, 공정 챔버(1500)는 기판(1510)의 표면 상으로 반응물의 얇은 층을 교대로 흡수하는 것을 제공하도록 기판(1510)의 표면에 반응물을 순차적으로 도입한다. 결론적으로, 원자 층 증착은 동시에 기판(1510)의 표면에 도달하는 반응물의 유도을 요구하지 않는다. 대신, 반응물의 유동은 기판(1510)의 표면 상에 반응물의 얇은 층ㅇㄹ 흡수하기에 충분한 양으로 제공되는 것이 요구된다.
반응 존(1564)이 종래의 CVD 챔버의 내부 용적과 비교할 때 더 작은 용적을 포함할 수 있기 때문에, 더 작은 양의 가스가 원자 층 증착 시컨스에서의 특별한 공정을 위해 반응 존(1564)를 채울 것이 요구된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 반응 존(1564)의 용적은 200 mm 직경 기판을 처리하도록 적용되는 챔버에 대해 약 1,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 500 cm3 또는 그 미만, 및 더욱 바람직하게는 200 cm3 또는 그 미만이다. 일 실시예에서, 반응 존(1564)의 용적은 300 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대해 약 3,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 1,500 cm3 또는 그 미만, 및 더욱 바람직하게는 600 cm3 또는 그 미만이다. 일 실시예에서, 기판 지지부(1512)는 증착을 위해 반응 존(1564)의 용적을 조정하기 위해 상승 또는 하강할 수 있다. 더 작은 용적의 반응 존(1564) 때문에, 증착 가스 든지 또는 퍼지 가스 든지, 적은 가스가 공정 챔버(1500) 내로 유동하기 위해 필요하다. 따라서, 공정 챔버(1500)의 처리량은 더 크고 더 작은 양가 이용되기 때문에 폐기물이 최소화된다.
챔버 리드 조립체(1532)는 리드 캡(1572) 및 리드판(1570)을 포함하는 것으로 도 15a 내지 도 15c에 도시되며, 도 15c에서, 리드 캡(1572) 및 리드판(1570)은 가스 분배 채널(1534)을 형성한다. 일 실시예에서, 공정 챔버(1500)는 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 가스 애뉴리트(1568a 및 1568b) 및 슬롯(1569a 및 1569b)을 가지는 리드 캡(1572)을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 공정 챔버(1500)는 도 12a 내지 도 14c에 도시된 바와 같이 리드 캡, 가스 애뉴리트, 및 슬롯을 포함할 수 있다. 부가판은 리드판(1570)과 리드 캡(1572)(도시안됨) ㅅ하이에 선택적으로 배치될 수 있다. 부가판은 리드 캡(1572)과 리드판(1570) 사이의 거리를 조정(예를 들면, 증가)하기 위해 이용될 수 있어 이에 따라 각각 이를 따라 형성된 분산 채널(1534)의 길이를 변화시킨다. 또 다른 실시예에서, 리드판(1570)과 리드 캡(1572) 사이에 배치되는 선택적인 부가판은 스테인레스 강을 포함한다. 다른 실시예에서, 가스 분산 채널(1534)은 단일 피스의 재료로 일체로 제조될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1532)는 이를 통해 전달되는 특별한 가스에 따라 냉각 요소 및/또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체(1532)의 온도의 제어는 챔버 리드 조립체(1532) 상에 가스 분해, 증착, 또는 응축을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 수 채널(도 12a의 수 채널(1290)과 같이)은 챔버 리드 조립체(1532)를 냉각시키기 위해 챔버 리드 조립체(1532) 내에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 가열 요소(도시안됨)는 챔버 리드 조립체(1532)를 가열하기 위해 챔버 리드 조립체(1532)의 부품에 매립되거나 둘러쌀 수 있다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1532)의 부품은 개별적으로 냉각 또는 가열될 수 있다. 예를 들면, 도 15a를 참조하면, 챔버 리드 조립체(1532)는 리드판(1570) 및 리드 캡(1572)을 포함할 수 있으며, 리드판(1570) 및 리드 캡(1572)은 가스 분산 채널(1534)을 형성한다. 리드 캡(1572)은 하나의 온도 범위로 유지될 수 있고 리드 판(1570)은 또 다른 온도 범위로 유지될 수 있다. 예를 들면, 리드 캡(1572)은 반응물 가스의 응축을 방지하기 위하여 히터 테이프로 감겨짐으로써 또는 또 다른 가열 요소를 이용함으로써 가열될 수 있으며 리드판(1570)은 대기 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서, 리드 캡(1572)은 가열될 수 있고 리드판(1570)은 리드판(1570) 상에 반응물 가스의 열 분해를 방지하기 위해 이를 통해 형성된 수 채널로 냉각될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1532)의 부품 및 부분은 스테인레스 강, 알루미늄, 니켈 도금 알루미늄, 니켈, 이들의 합금, 또는 다른 적절한 재료와 같은 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 리드 캡(1572) 및 리드판(1570)은 독립적으로 제조, 기계가공, 단조될 수 있거나 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 스테인레스 강, 이들의 합금, 또는 이들의 조합물과 같은 금속으로부터 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 분산 채널(1534)의 내부면(1531)(리드판(1570) 및 리드 캡(1572)의 양 내부면을 포함하여) 및 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560)은 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560) 및 가스 분산 채널(1534)을 따른 가스이 층류 유동을 형성하도록 미러 연마 표면을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(1550a 및 1550b)의 내부면은 이를 통한 가스의 층류 유동을 형성하도록 전기연마될 수 있다.
선택적인 일 실시예에서, 가스 분산 채널(1534)의 내부면(1531)(리드판(1570) 및 리드 캡(1572)의 양 내부면을 포함하여) 및 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560)은 표면에 걸쳐 더 많은 표면적을 형성하도록 거칠기가공된 표면 또는 기계가공된 표면을 포함할 수 있다. 거칠기 가공된 표면은 내부면(1531) 및 하부면(1560) 상의 바람직하지 않게 축적된 재료의 향상된 부착을 제공한다. 바람직하지 않은 필름은 항상 증착 공정을 수행하는 시컨스로서 형성되어 기판(1510)을 오염시키도록 내부면(1531) 및 하부면(1560)으로부터 필링되거나 플레이킹될 수 있다. 일 예에서, 하부면(1560) 및/또는 내부면(1531)의 평균 거칠기(Ra)는 적어도 약 10μin(약 0.254μm) 내지 약 200μin(약 5.08μm), 바람직하게는 약 20μin(약 0.508μm) 내지 약 100μin(약 2.54μm), 및 더욱 바람직하게는 약 30μin(약 0.762μm) 내지 약 80μin(약 2.032μm))의 범위 내와 같은 적어도 10μin일 수 있다. 또 다른 예에서, 하부면(1560) 및/또는 내부면(1531)의 평균 거칠기는 적어도 약 100μin(약 2.54μm), 바람직하게는 약 200μin(약 5.08μm) 내지 약 500μin(약 12.7μm) 내에 있을 수 있다.
도 15a는 처리 상태를 제어하기 위하여 공정 챔버(1500)으로 결합되는 프로그램가능한 퍼스널 컴퓨터, 워크 스테이션 컴퓨터, 등과 같은 제어 유닛(1580)을 도시한다. 예를 들면, 제어 유닛(1580)은 기판 공정 스컨스의 상이한 스테이지 동안 가스 소스(1538)로부터 퍼지 가스 및 다양한 공정 가스의 제어 유동으로 구성될 수 있다. 도시적으로, 제어 유닛(1580)은 중앙 처리 유닛(CPU), 지지 회로(1584), 및 관련된 제어 스포트웨어(1583)를 포함하는 메모리(1586)을 포함한다.
제어 유닛(1580)은 다양한 챔버 및 서브-프로세서를 제어하기 위한 산업적 세팅에서 이용될 수 있는 일반적 목적의 컴퓨터 프로세서의 소정의 형태 중 하나일 수 있다. CPU(1582)는 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 소정의 다른 형태의 디지털 스토리지, 로컬 또는 리모트와 같은, 소정의 적절한 메모리(1586)를 이용할 수 있다. 다양한 지지 회로는 공정 챔버(1500)를 지지하기 위해 CPU(1582)로 결합될 수 있다. 제어 유닛(1580)은 밸브(1542a, 1542b)의 프로그램가능한 로직 제어기(1548a, 1548b)와 같은, 개별 챔버 부품에 인접하게 위치되는 또 다른 제어기에 결합될 수 있다. 제어 유닛(1580)과 공정 챔버(1500)의 다양한 다른 부품 사이의 양 방향 소통은 신호 버스(1588)로서 총괄적으로 지칭되는 다양한 신호 케이블을 통하여 취급되며, 신호 버스들 중 일부가 도 15a에 도시된다. 가스 소스(1538, 1539, 1540)로부터 및 밸브(1542a, 1542b)의 프로그램가능한 로직 제어기(1548a, 1548b)로부터의 퍼지 가스 및 공정 가스의 제어에 부가하여, 제어 유닛(1580)은 일부가 본 명세서에서 설명되는, 다른 작용 중에서 웨이퍼 운반, 온도 제어, 챔버 배기와 같은 웨이퍼 처리에 이요되는 다른 작용의 자동화된 작용을 책임지도록 구성될 수 있다.
도 15a 내지 도 15c를 참조하면, 작동 중, 기판(1510)은 로봇(도시안됨)에 의해 슬릿 밸브(1508)을 통해 공정 챔버(1500)로 전달된다. 기판(1510)은 리프트 핀(1520) 및 로봇의 협동을 통하여 기판 지지부(1512) 상에 위치된다. 기판 지지부(1512)는 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560)에 근접되게 기판(1510)을 상승시킨다. 제 1 가스 유동은 밸브(1542b)에 의해 공정 챔버(1500) 내로 주입되는 제 2 가스 유동과 함께 또는 개별적으로(즉, 펄스) 밸브(1542a)에 의해 공정 챔버(1500)의 가스 분산 채널(1534) 내로 주입될 수 있다. 제 1 가스 유동은 퍼지 가스 소스(1540)로부터의 퍼지 가스의 연속적인 유동 및 반응물 가스 소스(1538)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있거나 퍼지 가스 소스(1540)로부터 퍼지 가스의 펄스 및 반응물 가스 소스(1538)로부터 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있다. 제 2 가스 유동은 퍼지 가스 소스(1540)로부터 퍼지 가스의 연속적인 유동 및 반응물 가스 소스(1539)로부터 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있거나 반응물 가스 소스(1539)로부터 반응물 가스의 펄스 및 퍼지 가스 소스(1540)로부터 퍼지 가스의 펄스를 포함할 수 있다.
원형 가스 유동(1574)은 가스 분산 채널(1534)의 내부면에 걸친 스위핑 작용을 제공하는 보텍스 유동으로서 가스 분산 채널(1534)을 통하여 이동한다. 원형 가스 유동(1574)은 기판(1510)의 표면을 향하는 하방 유동으로 소산한다. 가스 유동의 속도는 가스 유동이 가스 분산 채널(1534)을 통하여 이동할 때 감소한다. 이어서 가스 유동은 기판(1510)의 표면을 가로질러 그리고 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560)을 가로질러 이동한다. 하방으로 경사지는 챔버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560)은 기판(1510)의 표면에 걸친 가스 유동의 속도의 변화를 감소시키도록 한다. 이어서 가스 유동은 쵸크(1562)에 의해 그리고 공정 챔버(1500)의 펌핑 존(1566) 내로 이동한다. 과잉 가스, 부산물 등은 펌핑 채널(1579) 내로 유동하고 진공 시스템(1578)에 의해 공정 챔버(1500)으로부터 배출된다. 하나의 양태에서, 가스 유동은 가스 분산 채널(1534)을 통하여 그리고 팸버 리드 조립체(1532)의 하부면(1560)과 기판(1510)의 표면 사이로 기판(1510)의 표면에 대해 반응물 가스의 균일한 노출 및 챔버 리드 조립체(1532)의 내부면의 효과적인 퍼징에 도움이 되는 층류 방식으로 진행된다.
도 15a 내지 도 15c에 도시된, 공정 챔버(1500)는 피쳐의 조합을 가지는 것으로서 본 명세서에서 설명된다. 하나의 양태에서, 공정 챔버(1500)는 종래의 CVD 챔버와 비교하여 작은 용적을 포함하는 반응 존(1564)을 제공한다. 공정 챔버(1500)는 반응물 가스 또는 퍼지 가스와 같은, 작은 양의 가스를 요구하여, 특별한 공정 동안 반응 존(1564)을 채운다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1500)는 하방으로 경사지는 또는 깔때기 형상의 하부면(1560)을 가지는 챔버 리드 조립체(1532)를 제오하여 챔버 리드 조립체(1532)의 바닥부와 기판(1510) 사이로 이동하는 가스 유동의 속도 프로파일에서의 변화를 감소시키도록 한다. 여전히 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1500)는 가스 분산 채널(1534)를 제공하여 이를 통해 도입되는 가스 유동의 속도를 감소시킨다. 여전히 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1500)는 가스 분산 채널(1534)의 중앙으로부터 각도(α)로 가스 도관을 제공한다. 공정 챔버(1500)는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 다른 피쳐를 제공한다. 원자 층 증착을 위해 적용되는 챔버의 다른 실시예는 이러한 피쳐들 중 하나 또는 그 보다 많이 결합된다.
연장된 캡 리드 조립체
또 다른 실시예에서, 도 16a 내지 도 16e는 ALD 공정에 대해 적용되는 연장된 캡을 구비한 챔버 리드 조립체(1632)의 개략도이다. 도 17a 내지 도 17d는 또 다른 실시예에서 설명되는 바와 같은 ALD 공정을 위해 적용되는 가스 전달 시스템(1730) 및 연장된 리드 캡(1772)을 포함하는 공정 챔버(1700)의 개략적인 단면도이다.
일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1632)는 도 16a에 도시된 바와 같이, 리드판(1670)의 중앙 부분에 위치하는 리드 캡(1672)을 포함한다. 가스 도관(1650a)은 일 단부 상에 리드 캡(1672)에 결합되어 유체 소통될 수 있으며 가스 도관(1650a)의 다른 단부는 리드판(1672)을 통하여 연장되어 ALD 밸브 및 화학물 전구체 소스에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 도관(1650a)은 가스 분산 채널(1628)에 직접 결합되어 유체 소통될 수 있다. 이와 달리, 가스 도관(1650a)은 가스 분산 채널(1628)에 간접적으로 결합되어 유체 소통될 수 있다.
가스 도관 커버(1652)는 하나 이상의 가스 도관을 포함하거나, 두 개, 세 개, 또는 그 보다 많은 가스 도관을 포함할 수 있다. 도 16b 내지 도 16d는 가스 도관(1650b 및 1650c)을 포함하는 가스 도관 커버(1652)를 도시한다. 일 실시예에서, 가스 도관(1650b)은 일 단부에서 리드 캡(1672)에 결합되어 유체 소통될 수 있으며, 가스 도관(1650b)의 다른 단부는 리드판(1670)을 통하여 연장되어 ALD 밸브 및 화학물 전구체 소스에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(1650b 또는 1650c)은 가스 분산 채널(1628)에 직접 결합되어 유체 소통될 수 있다. 이와 달리, 가스 도관(1650b 또는 1650c)은 가스 분산 채널(1628)에 간접적으로 결합되어 유체 소통될 수 있다.
도관(1650c)은 소정의 실시예에서 선택적인 도관이다. 가스 도관(1650c)은 일 단부에 리드 캡(1672)에 결합되어 유체 소통될 수 있으며, 가스 도관(1650c)의 다른 단부는 리드판(1670)을 통하여 연장되어 ALD 밸브 및 캐리어 가스 소스, 퍼지 가스 소스, 플라즈마 가스, 또는 화학물 전구체 소스와 같은 가스 소스에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도관(1650c)은 리드 캡(1672)의 상부면에 결합되어 유체 소통될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도관(1650c)은 Y-조인트와 같은, 도관(1650b)와 조합될 수 있으며 가스 통로(1668b)에 결합되어 유체 소통될 수 있다.
도 16d 내지 도 16e는 리드 캡(1672) 및 리드판(1670)을 포함하는 챔버 리드 조립체(1632)를 도시하며 리드 캡(1672) 및 리드판(1670)은 가스 분산 채널(1628)을 형성한다. 부가판이 리드판(1670)과 리드 캡(1672)(도시안됨) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 그루브(1674) 내의 핀(1676)은 리드판(1670) 및 리드 캡(1672)(도 10d)을 연결한다. 부가판이 리드 캡(1672)과 리드판(1670) 사이의 거리를 조정(예를 들면, 증가)하기 위해 이용될 수 있어, 이를 통해 형성되는 가스 분산 채널(1628)의 길이를 각각 변화시킬 수 있다. 또 다른 예에서, 리드판(1670) 및 리드 캡(1672) 사이에 배치되는 선택적인 부가판은 스테인레스 강을 포함한다. 다른 실시예에서, 가스 분산 채널(1628)은 재료의 단일 피스로부터 일체로 제조될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1632)는 이를 통해 전달되는 특별한 가스에 따라 냉각 요소 및/또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체(1632)의 온도 제어는 챔버 리드 조립체(1632) 상의 가스 분해, 증착, 또는 응축을 방지하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들면, 냉매 채널(1690)은 챔버 리드 조립체(1632)를 냉각시키 위해 챔버 리드 조립체(1632) 내에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 가열 요소(도시안됨)가 챔버 리드 조립체(1632)를 가열하도록 챔버 리드 조립체(1632)의 부품에 매립되거나 챔버 리드 조립체의 부품을 둘러 쌀 수 있다.
일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1632)의 부품은 개별적으로 가열 또는 냉각된다. 예를 들면, 도 16d 내지 도 16e를 참조하면, 챔버 리드 조립체(1632)는 리드판(1670) 및 리드 캡(1672)을 포함할 수 있으며, 리드판(1670) 및 리드 캡(1672)은 가스 분산 채널(1628)을 형성한다. 리드 캡(1672)은 하나의 온도 범위로 유지될 수 있고 리드판(1670)은 또 다른 온도 범위로 유지될 수 있다. 예를 들면, 리드 캡(1672)은 반응물 가스의 응축을 방지하도록 또 다른 가열 장치를 이용함으로써, 또는 가열 테이프 내에 감겨짐으로써 가열될 수 있으며 리드판(1670)은 대기 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서, 리드 캡(1672)은 가열될 수 있고 리드판(1670)은 리드판(1670) 상의 반응물 가스의 열 분해를 방지하기 위해 이를 통해 형성되는 수 채널로 냉각될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1632)는 스테인레스 강, 알루미늄, 니켈 도금 알루미늄, 니켈, 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있는 부품을 포함한다. 리드 캡(1672) 및 리드판(1670)은 독립적으로 제조, 기게가공, 단조, 또는 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 스테인레스 강, 이들의 합금, 또는 이들의 조합물과 같은 금속으로 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 분산 채널(1628)의 내부면(1631)(리드판(1670) 및 리드 캡(1672)의 내부면 모두를 포함하여) 및 챔버 리드 조립체(1632)의 하부면(1660)은 챔버 리드 조립체(1632)의 하부면(1660) 및 팽창 채널(1634)을 따른 가스의 층류 유동을 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 도관(1650a, 1650b)은 이를 통한 가스의 층류 유동을 형성하도록 전기 연마될 수 있다.
선태적인 일 예에서, 가스 분산 채널(1628)의 내부면(1631)(리드판(1670) 및 리드 캡(1672)의 내부면을 포함) 및 챔버 리드 조립체(1632)의 하부면(1660)은 거칠기 가공된 표면 및 기계 가공된 표면을 포함할 수 있어 표면에 걸쳐 더 많은 표면적을 제공하도록 한다. 거칠기 가공된 표면은 내부면(1631) 및 하부면(1660) 상의 원하지 않게 축적된 재료의 향상된 부착을 제공한다. 원하지 않는 필름은 증착 공정을 수행하는 결과로서 항상 형성되고 기판(1610)을 오염시키도록 내부면(1631) 및 하부면(1660)으로부터 필링되거나 플래이킹할 수 있다. 하나의 예에서, 하부면(1660) 및/또는 내부면(1631)의 평균 거칠기(Ra)는 적어도 약 10μin(약 0.254μm) 내지 약 200μin(약 5.08μm), 바람직하게는 약 20μin(약 0.508μm) 내지 약 100μin(약 2.54μm), 및 더욱 바람직하게는 약 30μin(약 0.762μm) 내지 약 80μin(약 2.032μm))의 범위 내와 같은 적어도 10μin일 수 있다. 또 다른 예에서, 하부면(1560) 및/또는 내부면(1531)의 평균 거칠기는 적어도 약 100μin(약 2.54μm), 바람직하게는 약 200μin(약 5.08μm) 내지 약 500μin(약 12.7μm) 내에 있을 수 있다.
도 16d 내지 도 16e는 리드판(1670)의 중앙 부분을 통하여 연장하는 가스 분산 채널(1628)을 포함하는 챔버 리드 조립체(1632)의 단면도이다. 가스 분산 채널(1628)은 보통 ALD 공정 동안 챔버 리드 조립체(1632) 아래 위치되는 기판에 대해 수직하게 연장되도록 위치된다. 가스 분산 채널(1628)은 리드 캡(1672)의 중앙 축선(1633)을 따라, 리드판(1670)을 통하여 하부면(1660)으로 연장한다. 가스 분산 채널(1628)은 하부면(1660)을 통하여 반응 존(1064) 내로 더 연장한다. 하부면(1660)은 가스 분산 채널(1628)로부터 쵸크(1662)로 연장한다. 하부면(1660)은 ALD 공정 동안 챔버 리드 조립체(1632) 아래 위치되는 기판을 실질적으로 커버하도록 하는 크기 및 형상을 가진다.
도 16a 내지 도 16e는 두 개 이상의 소스 또는 화학물 전구체에 기판을 노출시키도록 구성된다. 다른 예에서, 챔버 리드 조립체(1632)는 단일 가스 소스(도 5에서 설명된 바와 같이) 또는 세 개 또는 그 보다 많은 가스 소스 또는 화학물 전구체(도 6에서 설명된 바와 같이)를 기판을 노출시키도록 재구성될 수 있다.
도 16e에 도시된 원형 가스 유동(1620)으로서, 공정 가스는 충앙 축선(1633)을 통과하는 동안 가스 분산 채널(1628)의 중앙 축선(1633) 주위를 회전할 수 있다. 원형 가스 유동(1620)은 보텍스 패턴, 헬릭스 패턴, 스파이럴 패컨, 트월 패턴, 트위스트 패턴, 코일 패턴, 월풀 패턴, 또는 이들의 유도형 패턴과 같은 유동 패턴을 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1620)은 가스 분산 채널(1628)의 중앙 축선(1633) 주위를 적어도 약 1회전, 바람직하게는 적어도 약 1.5 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 2회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 3 회전, 및 더욱 바람직하게는 약 4회전 또는 그 보다 많게 연장할 수 있다.
일 실시예에서, 도 16a 내지 도 16e는 가스 도관(1650a, 1650b, 및 1650c) 및 가스 통로(1688a 및 1688b)를 도시하며, 이들은 가스 분산 채널(1628)의 중앙 축선(1633)에 대해 다양한 각도로 위치될 수 있다. 가스 도관(1650a, 1650b, 및 1650c) 및/또는 가스 통로(1668a 및 1668b)는 공정 가스를 가스 인렛(1638a 및 1638b)을 통하여 가스 분산 채널(1628) 내로 제공된다. 각각의 가스 도관(1650a, 1650b, 또는 1650c) 또는 가스 통로(1668a 또는 1668b)는 바람직하게는 중앙 축선(1633)에 대해 수직하게 위치되거나(+β, -β = 90°) 중앙 축선(1633)에 대해 각각의 가스 도관(1650a, 1650b, 또는 1650c) 또는 가스 통로(1688a 또는 1688b)의 중앙선으로부터 각도 +β 또는 각도 -β로 위치된다(0°< +β <90°, 0°< -β <90°). 따라서, 가스 도관(1650a, 1650b, 또는 1650c) 및 가스 통로(1668a 및 1668b)는 중앙 축선(1633)에 대해 수평방향으로 수직하게 위치될 수 있으며, 각도 +β로 하방으로 각도를 형성할 수 있거나 각도 -β로 상방으로 각도를 형성할 수 있어, 기판의 표면 상에 흡수되는 반응물의 제거(blow off) 가능성을 감소시키도록 하는 기판을 향하여 직접 하향이 아닌 가스 인렛(1638a 및 1638b)으로부터 가스 분산 채널(1628)의 벽을 향하여 가스 유동을 제공하도록 한다.
또한, 가스 도관(1650a, 1650b, 및 1650c) 및 가스 통로(1668a 및 1668b)의 직경은 전달 라인 또는 ALD 밸브로부터 가스 인렛(1638a 및 1638b)으로 증가될 수 있어 가스 분산 채널(1628) 내로 유입 전에 가스 유동의 속도를 감소시키도록 한다. 예를 들면, 가스 도관(1650a, 1650b, 1650c) 및 가스 통로(1668a 및 1668b)는 점차적으로 증가할 수 있거나 증가하는 내경을 가지는 다수의 연결된 도관을 포함할 수 있다.
도 16d 내지 도 16e는 일 실시예에서 상부(1637)로부터 중앙 축선(1633)을 따라 지점(1636)으로 실질적으로 일정하게 유지되는 내경을 포함하는 가스 분산 채널(1628)을 도시한다. 선택적인 일 실시예에서, 가스 분산 채널(1628)은 상부(1637)로부터 중앙 축선(1633)을 따라 지점(1636)(도시안됨)으로 증가하거나 감소되는 내경을 포함한다. 그러나, 가스 분산 채널(1628)은 지점(1636)으로부터 중앙 축선(1633)을 따라 챔버 리드 조립체(1632)의 하부면(1660)에 인접하여 하부(1635)로 증가하는 내경을 포함한다.
하나의 예에서, 300 mm 직경 기판에 적용되는 챔버 리드 조립체(1632)는 아래의 직경을 가질 수 있다. 가스 분산 채널(1628)의 상부(1637)에서의 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.8 인치 내지 약 1.2 인치 내의 범위, 예를 들면 1 인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1628)의 지점(1636)에서의 직경은 약 0.5 인치 내지 약 2 인치, 바람직하게는 약 0.75 인치 내지 약 1.5 인치, 및 더욱 바람직하게는 0.8 인치 내지 약 1.2 인치 내의 범위, 예를 들면 약 1 인치일 수 있다. 가스 분산 채널(1628)의 하부(1635)에서의 직경은 약 1 인치 내지 약 4 인치, 바람직하게는 약 1.5 인치 내지 약 3 인치, 및 더욱 바람직하게는 1.6 인치 내지 약 2.4 인치 내의 범위, 예를 들면 2 인치일 수 있다.
대체로, 상기 치수는 약 500 sccm 내지 약 3,000 sccm의 총 가스 유동을 제공하도록 하는 가스 분산 채널(1628)에 적용된다. 다른 특정 실시예에서, 치수는 이를 통하여 소정의 가스 유동을 수용하도록 변경될 수 있다. 대체로, 더 큰 가스 유동이 가스 분산 채널(1628)의 더 큰 직경을 요구한다.
점차적으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1628)은 가스의 단열 팽창을 적게 제공한다. 따라서, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달될 수 있어, 가스의 온도는 가스의 주변 온도를 제어함으로써(즉, 챔버 리드 조립체(1632)의 온도를 제어함으로써) 더욱 용이하게 제어될 수 있다. 가스 분산 채널(1628)은 점차적으로 테이퍼를 형성하고 테이퍼 형성 직선면, 오목면, 볼록면, 또는 이들의 조합면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면을 포함할 수 있거나 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면의 섹션(즉, 테이퍼 형성 부분 및 테이퍼가 형성되지 않은 부분)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 인렛(1638a 및 1638b)은 도 16e에 도시된 바와 같이, 가스 분산 채널(1628)의 상부(1637)에 인접하게 위치된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 보다 많은 가스 인렛(1638a 및 1638b)은 가스 분산 채널(1628)의 상부(1637)에 위치될 수 있다.
각각의 가스 도관(1650a, 1650b, 및 1650c) 및 가스 통로(1668a 및 1668b)는, 가스 분산 채널(1734)의 중앙으로부터 반경 라인으로부터 그리고 가스 도관(1750a 및 1750b)의 중앙 라인(1776a 및 1776b)으로부터 각도(α)로 위치될 수 있는 각각의 가스 도관(1750a 및 1750b)의 도 17b 내지 도 17c에 도시된 것과 유사하게, 가스 도관의 중앙선으로부터 그리고 가스 분산 채널(1628)의 반경 라인으로부터 일정한 각도(α)로 위치될 수 있다. 가스 도관(1650a, 1650b, 및 1650c) 및 바람직하게는 각도(α)(즉, α>0°일 때)로 위치하는 가스 통로(1668a 및 1668b)를 통한 가스의 유입은 가스가 원형 가스 유동(1620)(도 16e)에 의해 도시된 바와 같이 원형 방향으로 유동하도록 한다. 팽창 채널의 벽에 대해 직접 직선형인 것(즉,α=0°일 때)과 대응되는 각도(α)로 가스를 제공하는 것은 난류성 유동이 아닌 가스 분산 채널(1628)을 통한 더 많은 층류 유동을 제공하도록 한다. 가스 분산 채널(1628)을 통한 층류 유동은 챔버 리드 조립체(1632)의 다른 면 및 가스 분산 채널(1628)의 내부면의 개선된 퍼징을 초래한다. 비교하면, 난류성 유동은 가스 분산 채널(1628)의 내부면 및 챔버 리드 조립체(1632)의 다른 면의 개선된 퍼징을 초래한다. 하나의 양태에서, 가스 도관(1650a, 1650b, 및 1650c) 및 가스 통로(1668a 및 1668b) 및 대응하는 가스 인렛(1638a 및 1638b)은 서로로부터 이격되어 동일한 원형 방향으로 유동을 지향시킨다(즉, 시계 방향 또는 반시계 방향).
이론에 구속되지 않고, 도 16e는 챔버 리드 조립체(1632)의 가스 분산 채널(1628)의 단면도로서, 이를 통한 가스의 유동을 표시한다. 비록 가스 분산 채널(1628)을 통한 정확한 유동 패턴이 공개되어 있지 않지만, 원형 가스 유동(1620)은 보텍스 유동, 헬릭스 유동, 스파이럴 유동, 스위럴 유동, 트월 유동, 트위스트 유동, 코일 유동, 코크스크류 유동, 컬 유동, 월풀 유동, 이들의 유도형 유동, 또는 이들의 조합 유동과 같은 원형 유동 패턴으로 가스 분산 채널(1628)을 통하여 이동할 수 있다. 원형 유동은 기판으로부터 분리된 구획과 대응되는 " 처리 영역 "에 제공될 수 있다. 하나의 양태에서, 원형 가스 유동(1620)은 가스 분산 채널(1628)의 내부면에 걸친 보텍스 유동 패턴의 스위핑 액션에 의해 가스 분산 채널(1628)의 더욱 효율적인 퍼지를 설정하도록 할 수 있다.
도 16c 내지 도 16e는 챔버 리드 조립체(1632)의 하부면(1660)의 적어도 일 부분이 가스 분산 채널(1628)로부터 챔버 리드 조립체(1632)의 주변 부분으로 테이퍼를 형성할 수 있어 가스 분산 채널(1628)로부터 기판의 표면에 걸쳐 개선된 프로파일의 가스 유동을 제공하도록 한다(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로). 하부면(1660)은 직선형 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부면(1660)은 깔때기 형상으로 테이퍼를 형성한다.
일 예에서, 하부면(1660)은 챔버 리드 조립체(1632)의 하부면(1660)과 기판 사이로 이동하는 공정 가스의 속도에서의 변화를 감소시키도록 하방으로 경사지는 반면, 기판의 표면을 반응물 가스로의 균일한 노출을 제공하는 것을 보조한다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1632)의 하방 경사 하부면(1660)과 기판의 표면 사이의 유동 섹션의 최소 면적에 대한 유동 섹션의 최대 면적의 비율은 약 2 보다 작고, 바람직하게는 약 1.5 보다 작고, 더욱 바람직하게는 약 1.3 보다 작고, 더욱 바람직하게는 약 1이다.
이론에 구속되지 않고, 기판의 표면에 걸쳐 더욱 균일한 속도로 이동하는 가스 유동은 기판 상의 가스의 더욱 균일한 증착을 제공하게 한다. 가스의 속도는 가스의 농도에 직접 비례하고, 가스의 농도는 기판 표면 상의 가스의 증착율에 직접 비례한다. 따라서, 기판의 표면의 제 2 면적 대 기판의 표면의 제 1 면적에서의 더 높은 속도는 제 1 면적 상의 가스의 더 높은 증착을 제공하도록 한다. 하방으로 경사지는, 하부면(1660)을 가지는 챔버 리드 조립체(1632)는 기판의 표면에 걸친 가스의 더욱 균일한 증착을 위해 제공되는데, 이는 하부면(1660)이 기판의 표면에 걸친 가스의 더욱 균일한 속도 및 더욱 균일한 농도를 제공하기 때문이다.
도 16c 내지 도 16e는 기판이 ALD 공정 동안 위치될 수 있는 장소의 주변에 인접한 챔버 리드 조립체(1632)의 주변 부분에서 쵸크(1662)를 도시한다. 챔버 리드 조립체(1632)가 기판 주위에 처리 영역을 형성하도록 조립될 때, 쵸크(1662)는 기판의 주변에 인접한 영역에 이를 통한 가스의 유동을 제한하는 소정의 부재를 포함할 수 있다.
리드 캡(1672), 가스 도관(1650a), 가스 도관 커버(1652), 및 리드판(1670)의 상부의 일 부분은 도 16b 내지 도 16d에 도시된 바와 같이, 핸들(1682)을 가지는 챔버 리드 커버(1680)에 의해 커버될 수 있다. 챔버 리드 조립체(1632)의 온도는 리드판(1670)을 통하여 연장하는 냉매 채널(1690)과 같은, 수 재킷에 부착되는 액체 냉각 시스템에 의해 제어될 수 있다. 물과 같은, 유체 냉매는 리드판(1670)으로부터 열을 제거하기 위해 냉매 채널(1690)을 통해과할 수 있다. 냉매 커넥터(1692a 및 1692b)는 호스 또는 튜브에 의해 냉매 채널(1670)에 연결될 수 있다. 냉매 커넥터(1692a 및 1692b)의 다른 단부는 인-하우스(in-house) 냉각 시스템 또는 독립 냉각 시스템과 같은, 유체 소스 및 유체 회수부로 호스 또는 튜브에 의해 연결될 수 있다. 냉매 커넥터(1692a 및 1692b)는 지지 브래킷(1694)에 의해 리드판(1670)에 부착될 수 있다. 냉매 채널(1670)을 통하여 유동할 수 있는 액체는 물, 오일, 알콜, 글리콜, 글리콜 에테르, 또는 다른 유지 용매를 포함한다. 일 실시예에서, 리드 플레이트(1670) 또는 챔버 리드 조립체(1632)의 온도는 약 0 ℃ 내지 약 100 ℃, 바람직하게는 약 18 ℃ 내지 약 65 ℃, 및 더욱 바람직하게는 약 20 ℃ 내지 약 50 ℃ 범위 내의 미리결정된 온도로 유지될 수 있다.
도 17a 내지 도 17d는 ALD 공정을 위해 적용되는 가스 전달 시스템(1730)을 포함하는 공정 챔버(1700)의 일 실시예의 개략도이다. 공정 챔버(1700)는 측벽(1704) 및 바닥부(1706)를 가지는 챔버 바디(1702)를 포함한다. 공정 챔버(700)의 슬릿 밸브(1708)는 200 mm 또는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판과 같은 기판(1710)을 공정 챔버(1700)로 및 공정 챔버로부터 기판(1710)을 전달 및 회수하기 위한 로봇(도시안됨)을 위한 액세스가 제공된다.
기판 지지부(1712)는 공정 챔버(1700) 내의 기판 수용면(1711) 상에 기판(1710)을 지지한다. 기판 지지부(1712)는 기판 지지부(1712) 및 그 위에 배치되는 기판(1710)을 상승 및 하강시키기 위해 리프트 모터(1714)에 장착된다. 리프트 모터(1718)에 연결되는 리프트 핀(1716)은 공정 챔버(1700) 내에 장착되고 기판 지지부(1712)을 통하여 가동되게 배치되는 리프트 핀(1720)을 상승 및 하강시킨다. 리프트 핀(1720)은 기판 지지부(1712)의 표면에 걸쳐 기판(1710)을 상승 및 하강시킨다. 기판 지지부(1712)는 종착 공정 동안 기판 지지부(1712)에 기판(1710)을 고정하기 위한 진공 척(도시안됨), 또는 클램프 링(도시안됨)을 포함할 수 있다.
기판 지지부(1712)의 온도는 그 위에 배치되는 기판(1710)의 온도를 제어하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지부(1712)는 저항성 히터(도시안됨)와 같은, 매립된 가열 요소를 이용하여 가열될 수 있거나, 기판 지지부(1712) 위에 배치되는 가열 램프(도시안됨)와 같은, 방사 히트를 이용하여 가열될 수 있다. 퍼지 링(1722)은 기판 지지부(1712) 상에 배치될 수 있어 그 위에 증착을 방지하기 위해 기판(1710)의 주변 부분으로 퍼지 가스를 제공하는 퍼지 채널(1724)을 형성하도록 한다.
가스 전달 시스템(1730)은 챔버(1700)를 처리하도록 공정 가스 및/또는 퍼지 가스와 같은, 가스를 제공하도록 챔버 바디의 상부에 배치될 수 있다. 도 17a 내지 도 17d는 두 개 이상의 소스 또는 화학물 전구체로 기판(1710)을 노출하도록 구성된 가스 전달 시스템(1730)을 도시한다. 다른 예에서, 가스 전달 시스템(1730)은 단일 가스 소스(도 5에 도시된 바와 같은) 또는 세 개 또는 더 많은 가스 소스 또는 화학물 전구체(도 6에 도시된 바와 같은)로 기판(1710)을 노출하도록 재구성될 수 있다. 진공 시스템(1778)은 펌핑 채널(1779)과 소통되어 공정 챔버(1700)로부터 소정의 원하는 가스를 배기하고 공정 챔버(1700)의 펌핑 존(1766) 내부의 원하는 압력 범위 또는 원하는 압력을 유지하도록 한다.
일 실시예에서, 가스 전달 시스템(1730)은 챔버 리드 조립체(1732)의 중앙 부분을 통하여 연장하는 가스 분산 채널(1734)을 가지는 챔버 리드 조립체(1732)를 포함한다. 리드 캡(1772)은 좁은 부분(1754)과 같은, 가스 분산 채널(1734)의 원통형 부분을 포함할 수 있다. 리드 캡(1772)은 또한 팽창 부분(1756)에서와 같이, 가스 분산 채널(1734)의 발산 또는 팽창 부분을 포함한다. 가스 분산 채널(1734)은 기판 수용면(1711)을 통하여 그리고 가스 분산 채널(1734)의 중앙 축선(1733)을 따라, 리드판(1770)을 통하여 하부 표면(1760)으로 연장한다. 일 예에서, 가스 분산 채널(1734)의 일 부분은 상부(1737) 내의 중앙 축선(1733) 및 가스 분산 채널(1734)의 하부(1735) 내의 중앙 축선(1733)으로부터 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1734)의 일 부분을 따라 실질적으로 원통형으로 남아 있게 된다. 가스 분산 채널(1734)은 하부면(1760)을 통과하여 반응 존(1764) 내로 더 연장한다. 하부면(1760)은 가스 분산 채널(1734)의 하부(1735)로부터 쵸크(1762)로 연장한다. 하부면(1760)은 기판 지지부(1712)의 기판 수용면(1711) 상에 배치되는 기판(1710)을 실질적으로 커버하도록 하는 크기 및 형상을 가진다.
원형 가스 유동(1774)으로서 공정 가스는 중앙 축선(1733)을 따라 통과하는 한편, 가스 분산 채널(1734)의 중앙 축선(1733) 주위를 회전하도록 강제된다. 원형 가스 유동(1774)은 보텍스 패턴, 헬릭스 패턴, 스파이럴 패턴, 트월 패턴, 트위스트 패턴, 코일 패턴, 월풀 패턴, 또는 이들의 유도체와 같은, 유동 패턴을 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1774)은 가스 분산 채널(1734)의 중앙 축선(1733) 주위를 적어도 약 1회전, 바람직하게는 적어도 약 1.5 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 2 회전, 더욱 바람직하게는 적어도 약 3 회전, 및 더욱 바람직하게는 약 4회전 또는 그 보다 많게 연장할 수 있다.
가스 분산 채널(1734)은 함께 및/또는 개별적으로 제공될 수 있는 두 개의 유사한 쌍의 밸브(1742a/1752a, 1742b/1752b)로부터 가스 유동을 제공하기 위한 가스 인렛(1736a, 1736b)을 가진다. 하나의 구성에서, 밸브(1742a) 및 밸브(1742b)는 개별적인 반응물 가스 소스에 결합되지만 동일한 퍼지 가스 소스에 결합된다. 예를 들면, 밸브(1742a)는 반응물 가스 소스(1738)에 결합되고 밸브(1742b)는 반응물 가스 소스(1739)에 결합되고, 양 밸브(1742a, 1742b)는 퍼지 가스 소스(1740)에 결합된다. 각각의 밸브(1742a, 1742b)는 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)를 가지는 전달 라인(1743a, 1743b)를 포함하고 각각의 밸브(1752a, 1752b)는 밸브 시트 조립체(1746a, 1746b)를 가지는 퍼지 라인(1745a, 1745b)을 포함한다. 전달 라인(1743a, 1743b)은 반응물 가스 소스(1738, 1739)와 유체 소통되고, 가스 분산 채널(1734)의 가스 인렛(1736a, 1736b)과 유체 소통된다. 전달 라인(1743a, 1743b)의 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)는 반응물 가스 소스(1738, 1739)로부터 가스 분산 채널(1734)로 유동을 제어한다. 퍼지 라인(1745a, 1745b)은 퍼지 가스 소스(1740)와 유체 소통되고 전달 라인(1743a, 1743b)의 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)의 하류부의 전달 라인(1743a, 1743b)과 교차한다. 퍼지 라인(1745a, 1745b)의 밸브 시트 조립체(1746a, 1746b)는 퍼지 가스 소스(1740)로부터 가스 분산 채널(1734)로 퍼지 가스의 유동을 제어한다. 캐리어 가스가 반응물 가스 소스(1738, 1739)로부터 반응물 가스를 전달하기 위해 이용하는 경우, 바람직하게는 동일한 가스가 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용된다(즉, 아르곤 가스는 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 이용됨).
각각의 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b, 1746a, 1746b)는 다이어프램(도시안됨) 및 밸브 시트(도시안됨)를 포함할 수 있다. 다이어프램은 편향되어 개방 또는 폐쇄될 수 있거나 각각 작동되어 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 다이어프램은 공기압으로 작동될 수 있거나 전기적으로 작동될 수 있다. 공기압으로 작동되는 밸브는 후지킨, 아이엔씨. 및 베리플로 디비젼, 파커 하니핀, 코포레이션으로부터 입수가능한 공기압으로 작동되는 밸브를 포함한다. 전기적으로 작동되는 밸브는 후지킨, 아이엔씨.로부터 입수가능한 전기적으로 작동되는 밸브를 포함한다. 예를 들면, 사용될 수 있는 ALD 밸브는 후지킨 모델 제 FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN호 또는 후지킨 모델 제 FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT호이다. 프로그램가능한 로직 제어기(1748a, 1748b)는 밸브(1742a, 1742b)의 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b, 1746a, 1746b)의 다이어프램의 작동을 제어하도록 밸브(1742a, 1742b)에 결합될 수 있다. 공기압으로 작동되는 밸브는 약 0.020 초 만큼 작은 시간에 공기의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 약 0.005초 만큼 작은 시간에 가스의 펄스를 제공할 수 있다. 전기적으로 작동되는 밸브는 통상적으로 밸브와 프로그램가능한 로직 제어기 사이에 결합되는 드라이버의 이용을 요구한다.
각각의 밸브(1742a, 1742b)는 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)가 폐쇄될 때 전달 라인(1743a, 1743b)으로부터 반응물 가스의 플러싱을 가능하게 하기 위한 제로 데드 용적 밸브일 수 있다. 예를 들면, 퍼지 라인(1745a, 1745b)은 전달 라인(1743a, 1743b)의 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)에 인접하여 위치될 수 있다. 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)가 폐쇄될 때, 퍼지 라인(1745a, 1745b)은 전달 라인(1743a, 1743b)을 플러싱하기 위해 퍼지 가스가 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 퍼지 라인(1745a, 1745b)은 전달 라인(1743a, 1743b)의 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)로부터 약간 이격되어 위치하여 퍼지 가스가 밸브 시트 조립체가 개방될 때 밸브 시트 조립체(1744a, 1744b)에 바로 전달되지 않도록 한다. 이용되는 제로 데드 용적 밸브는 무시가능한 데드 용적(즉, 반드시 제로 데드 용적이 아님)을 가지는 밸브로서 형성된다.
각각의 밸브 쌍(1742a/1752a, 1742b/1752b)은 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동 및/또는 개별적인 가스 유동을 제공하도록 적용될 수 있다. 밸브 쌍(1742a/1752a)을 참조하면, 반응물 가스 및 퍼지 가스의 조합된 가스 유동의 일 예는 퍼지 라인(1745a)을 통한 퍼지 가스 소스(1740)로부터의 퍼지 가스의 연속 유동 및 전달 라인(1743a)을 통한 반응물 가스 소스(1783)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 퍼지 가스의 연속 유동은 퍼지 라인(1745a)의 밸브 시트 조립체(1746a)의 다이어프램을 개방함으로써 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(1783)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(1743a)의 밸브 시트 조립체(1744a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다. 밸브 쌍(1742a/1752a)을 참조하면, 반응물 가스 및 퍼지 가스의 개별 가스 유동의 일 예는 퍼지 라인(1745a)을 통한 퍼지 가스 소스(1740)로부터의 퍼지 가스의 펄스 및 전달 라인(1743a)을 통한 반응물 가스 소스(1738)로부터의 반응물 가스의 펄스를 포함한다. 퍼지 가스의 펄스는 퍼지 라인(1745a)의 밸브 시트 조립체(1746a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다. 반응물 가스 소스(1738)로부터의 반응물 가스의 펄스는 전달 라인(1743a)의 밸브 시트 조립체(1744a)의 다이어프램을 개방 및 폐쇄함으로써 제공될 수 있다.
밸브(1742a, 1742b)의 전달 라인(1743a, 1743b)은 가스 도관(1750a, 1750b)을 통하여 가스 인렛(1736a, 1736b)에 결합될 수 있다. 가스 도관(1750a, 1750b)은 밸브(1742a, 1742b)에 통합될 수 있거나 밸브로부터 분리될 수 있다. 하나의 양태에서, 밸브(1742a, 1742b)는 밸브(1742a, 1742b)와 가스 인렛(1736a, 1736b) 사이의 가스 도관(1750a, 1750b) 및 전달 라인(1743a, 1743b)의 소정의 불필요한 용적을 감소시키기 위해 가스 분산 채널(1743)에 매우 근접되게 결합된다.
이론에 구속되지 않고, 가스 분산 채널(1734)의 상부(1737)로부터 중앙 축선(1733)을 따라 소정의 지점으로 일정하고 이 지점으로부터 가스 분산 채널(1734)의 하부(1735)로 증가하는 가스 분산 채널(1734)의 직경은 원형 유동 가스(1774)에 포함되는 공정 가스의 온도를 제어하도록 하는 가스 분산 채널(1734)을 통한 가스의 적은 단열 팽창을 허용한다. 예를 들면, 가스 분산 채널(1734) 내로 가스 인렛(1736a, 1736b)을 통하여 전달되는 가스의 갑작스런 단열 팽창은 가스의 응축 및 소적의 형성을 초래할 수 있는 가스의 온도의 강하를 초래할 수 있다. 한편, 점차적으로 테이퍼를 형성하는 가스 분산 채널(1734)은 가스의 적은 단열 팽창을 제공한다. 따라서, 더 많은 열이 가스로 또는 가스로부터 전달되어, 가스의 온도가 가스의 주변 온도를 제어(즉, 챔버 리드 조립체(1732)의 온도를 제어)함으로써 더욱 용이하게 제어될 수 있다. 가스 분산 채널(1734)은 점차적으로 테이퍼를 형성하고 테이퍼 형성 직선형 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면을 포함하며, 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 내부면(즉, 테이퍼 형성 부분 및 테이퍼 형성하지 않은 부분)의 섹션을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가스 인렛(1736a, 1736b)은 가스 분산 채널(1734)의 상부(1737)에 인접하여 위치된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 보다 많은 가스 인렛(1736a, 1736b)은 상부(1737)와 하부(1735) 사이의 가스 분산 채널(1734)의 길이를 따라 위치될 수 있다.
도 17b는 각각의 가스 도관(1750a, 1750b)은 중앙 라인(1766a 및 1766b)으로부터 가스 분산 채널(1734)의 중앙 축선(1733)으로 각도(α)로 위치될 수 있다. 바람직하게는 각도(α)(즉, α>0°일 때)로 위치되는 가스 도관(1750a, 1750b)을 통한 가스의 유입은 원형 가스 유동(1774)에 의해 도시된 바와 같이 가스가 원형 방향으로 유동하도록 한다. 팽창 채널의 벽에 대해 바로 직선(즉, α=0°일 때)에 대비되는 각도(α)로 가스를 제공하는 것은 난류 유동이 아닌 가스 분산 채널(1734)을 통한 더 많은 층류 유동을 제공하도록 한다. 가스 분산 채널(1734)을 통한 층류 유동은 챔버 리드 조립체(1732)의 다른 표면 및 가스 분산 채널(1734)의 내부면의 개선된 퍼징을 초래한다. 비교하면, 난류 유동은 가스 분산 채널(1734)의 내부면 및 다른 표면에 걸쳐 균일하게 유동하지 않을 수 있으며 가스 유동이 없는 데드 스폿 또는 정체 스폿을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 가스 도관(1750a, 1750b) 및 대응하는 가스 인렛(1736a, 1736b)은 서로 이격되고 동일한 원형 방향(즉, 시계 방향 또는 반 시계 방향)으로 유동을 지향시킨다.
도 17c는 각각의 가스 도관(1750a 또는 1750b) 또는 가스 인렛(1736a 또는 1736b)이 가스 분산 채널(1734)의 중앙 축선(1733)에 대한 소정의 관계로 위치될 수 있다. 각각의 가스 도관(1750a 또는 1750b) 및 가스 인렛(1736a, 1736b)은 바람직하게는 중앙 축선(1733)에 대해 수직(+β, -β = 90°)으로 위치되고 가스 도관(1750a 및 1750b)의 중앙 라인(1776a, 1776b)으로부터 중앙 축선(1733)으로 각도 +β 또는 각도 -β로 위치된다(0°< +β <90°, 0°< -β <90°). 따라서, 가스 도관(1750a 및 1750b)은 도 17c에 도시된 바와 같이 중앙 축선(1733)에 대해 수평방향으로 수직하게 위치될 수 있으며, 하방으로 각도(+β)로, 또는 상방으로 각도(-β)로 각도를 형성할 수 있어 기판(1710)의 표면 상에 흡수되는 반응물의 제거 가능성을 감소시키도록 하는 기판(1710)을 향하여 직접 하향하지 않고 가스 분산 채널(1734)의 벽을 향하여 가스 유동을 제공하도록 한다. 또한, 가스 도관(1750a, 1750b)의 직경은 밸브(1742a, 1742b)의 전달 라인(1743a, 1743b)으로부터 가스 인렛(1736a, 1736b)으로 증가할 수 있어 가스 분산 채널(1734) 내로의 유입 전에 가스 유동의 속도를 감소시키도록 한다. 예를 들면, 가스 도관(1750a, 1750b)은 점차적으로 증가하는 내경을 포함할 수 있거나 증가하는 내경을 가지는 다수의 연결 도관을 포함할 수 있다.
이론에 구속되지 않고, 도 17c는 챔버 리드 조립체(1732)의 가스 분산 채널(1734)의 단면도로서, 이를 통한 가스 유동을 간단하게 보여준다. 비록 가스 분산 채널(1734)을 통한 정확한 유동 패턴이 공개되어 있지 않지만, 원형 가스 유동(1774)(도 17c)은 보텍스 유동, 헬릭스 유동, 스파이럴 유동, 스월 유동, 트월 유동, 트위스트 유동, 코일 유동, 코크스크류 유동, 컬 유동, 월풀 유동, 이들의 유도형 유동, 또는 이들의 조합 유동과 같은 원형 유동 패턴으로 가스 분산 채널(1734)을 통하여 이동할 수 있다. 도 17c에 도시된 바와 같이, 원형 유동은 기판(1710)으로부터 분리된 구획부 내에서 대응되는 " 처리 영역 "에 제공될 수 있다. 하나의 양태에서, 원형 가스 유동(1774)은 가스 분산 채널(1734)의 내부면에 걸쳐 보텍스 유동 패턴의 스위핑 작용에 의해 가스 분산 채널(1734)의 더욱 효과적인 퍼지를 설정하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 도 17c는 기판(1710)의 표면과 가스 도관(1750a 및 1750b)의 중앙 라인(1776a 및 1776b) 사이의 거리(1775)를 보여준다. 거리(1777)는 리드 캡(1772)의 하부면(1773)과 가스 분산 채널(1734)의 상부(1737) 사이에 도시된다. 거리(1775 및 1777)는 기판(1710)의 표면에 걸친 스파이럴 유동이 바람직하지 않을 때 원형 가스 유동(1774)이 하방 유동으로 소산되기에 충분히 길다. 원형 가스 유동(1774)이 기판(1710) 및 챔버 리드 조립체(1732)의 표면을 효율적으로 퍼징하는 층류 방식으로 처리된다. 일 실시예에서, 거리(1777)의 길이는 약 5.5 인치와 같이 약 4 인치 내지 약 8 인치, 바람직하게는 약 4.5 인치 내지 약 7인치, 및 더욱 바람직하게는 약 5 인치 내지 약 6인치의 범위 내에 있다. 또 다른 실시예에서, 중앙 축선(1733)을 따라 연장하는 가스 분산 채널(1734) 또는 거리(1775)의 길이는 약 8인치와 같이 약 5 인치 내지 약 12인치, 바람직하게는 약 6인치 내지 약 10인치, 및 더욱 바람직하게는 약 7 인치 내지 약 9 인치의 범위 내에 있다.
도 17a 및 도 17c는 가스 분산 채널(1734)로부터 챔버 리드 조립체(1732)의 주변 부분으로 테이퍼를 형성할 수 있어 기판(1710)의 표면에 걸친 가스 분산 채널(1734)로부터의 가스 유동의 개선된 속도 프로파일을 제공하도록 한다(즉, 기판의 중앙으로부터 기판의 에지로). 하부면(1760)은 직선형 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이들의 조합형 표면과 같은 하나 또는 그 보다 많은 테이퍼 형성 표면을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부면(1760)은 깔때기 형상으로 테이퍼를 형성한다.
일 실시예에서, 하부면(1760)은 하방으로 경사져서 챔버 리드 조립체(1732)의 하부면(1760)과 기판(1710) 사이로 이동하는 공정 가스의 속도에서의 변화를 감소시키며, 기판(1710)의 표면의 균일한 노출을 제공한다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1732)의 하방 경사 하부면(1760)과 기판(1710)의 표면 사이의 유동 섹션의 최소 면적에 대한 유동 섹션의 최대 면적의 비율은 약 2 보다 작고 바람직하게는 약 1,5 보다 작고, 더욱 바람직하게는 약 약 1.3 및 그 보다 크며 더욱 바람직하게는 약 1이다.
이론에 구속되지 않고, 기판(1710)의 표면에 걸쳐 더욱 균일한 속도로 이동하는 가스 유동은 기판(1710) 상의 가스의 더욱 균일한 증착을 도와준다. 가스의 속도는 가스의 농도에 직접 비례하고 가스의 농도는 기판(1710) 상의 가스의 증착에 직접 비례한다. 따라서, 기판(1710)의 표면의 제 2 영역 대 기판(1710)의 표면의 제 1 영역에서 가스의 더 높은 속도가 제 1 영역 상에 가스의 더 높은 증착을 제공한다. 하방으로 경사지는 하부면(1760)을 가지는 챔버 리드 조립체(1732)는 기판(1710)의 표면에 걸쳐 가스의 더 많이 균일한 증착을 제공하며, 이는 하부면(1760)이 더 많이 균일한 속도 및 기판(1710)의 표면에 걸쳐 가스의 더욱 균일한 농도를 제공한다.
도 17a는 기판(1710)의 주변에 인접한 챔버 리드 조립체(1732)의 주변 부분에 위치한다. 챔버 리드 조립체(1732)가 조립되어 기판(1710) 주위에 처리 존을 형성할때, 쵸크(1762)는 기판(1710)의 주변에 인접한 영역에서 이를 통하는 가스의 유동을 제한하는 소정의 부재를 포함한다.
하나의 특정 실시예에서, 쵸크(17652)와 기판 지지부(1712) 사이의 간격은 약 0.04 인치 내지 약 2.0 인치, 더욱 바람직하게는 0.04 인치 내지 약 0.2 인치이다. 간격은 증착 동안 공정 상태 및 전달되는 가스에 따라 변할 수 있다. 쵸크(1762)는 펌핑 존(1766)의 비 균일 압력 분포로부터 반응 존(1764)을 격리시킴으로써 챔버 리드 조립체(1732)와 기판(1760) 사이에 형성된 용적 또는 반응 영역 내에 더욱 균일한 압력 분포를 제공하도록 한다.
도 17a를 참조하면, 하나의 양태에서, 반응 존(1764)이 펌핑 존(1766)으로붙어 격리되기 때문에, 반응물 가스 또는 퍼지 가스는 반응물 가스 또는 퍼지 가스로 기판(1710)의 충분한 노출을 보장하도록 반응 존(1764)을 적절히 채우는 것만이 요구된다. 종래의 화학 증착에서, 종래 기술의 챔버는 반응물의 공동 반응이 기판(1710)의 표면에 걸쳐 규일하게 발생하는 것을 보장하도록 기판의 전체 표면에 대해 동시에 그리고 균일하게 반응물의 조합된 유동을 제공하기 위해 요구된다. 원자 층 증착에서, 공정 챔버(1700)는 반응물을 기판(1710)의 표면으로 순차적으로 도입하여 기판(1710)의 표면으로 반응물의 교차하는 얇은 층의 흡수를 제공한다. 결론적으로, 원자 층 증착은 기판(1710)의 표면에 동시에 도달하는 반응물의 유동을 요구하지 않는다. 대신, 반응물의 유동은 기판(1710)의 표면 상에 반응물의 얇은 층을 흡수하기에 충분한 양으로 제공되는 것이 필요하다.
반응 존(1764)이 종래의 CVD 챔버의 내부 용적과 비교할 때 더 작은 용적을 포함하기 때문에, 더 작은 양의 가스가 원자 층 증착 시컨스에서 특별한 공정을 위해 반응 존(1764)을 채우기 위해 요구된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 반응 존(1764)의 용적은 200 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대해 약 1,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 약 500 cm3 또는 그 미만, 및 더욱 바람직하게는 약 200 cm3 또는 그 미만이다. 일 실시예에서, 반응 존(1764)의 용적은 300 mm 직경 기판을 처리하기 위해 적용되는 챔버에 대해 약 3,000 cm3 또는 그 미만, 바람직하게는 약 1,500 cm3 또는 그 미만, 및 더욱 바람직하게는 약 600 cm3 또는 그 미만이다. 더 작은 용적의 반응 존(1764) 때문에, 증착 가스 또는 퍼지 가스든지 적은 가스가 공정 챔버(1700) 내로 유동하는 것이 필요하다. 따라서, 가스의 더 작은 양이 사용되기 때문에 공정 챔버(1700)의 처리량은 더 크고 폐기물은 최소화되어 작업 비용이 감소된다.
챔버 리드 조립체(1732)는 리드 캡(1772) 및 리드판(1770)을 포함하는 것으로서 도 17a 내지 도 17d에 도시되며, 여기에서 리드 캡(1772) 및 리드판(1770)은 가스 분산 채널(1734)를 형성한다. 부가판은 리드판(1770)과 리드 캡(1772)(도시안됨) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 부가판은 리드 캡(1772)과 리드판(1770) 사이의 거리를 조정하기 위해 이용되어 이를 통해 형성된 가스 분산 채널(1734)의 길이를 각각 변화시킨다. 또 다른 실시예에서, 리드 판(1770)과 리드 캡(1772) 사이에 배치되는 선택적인 부가판은 스테인레스 강을 포함한다. 다른 실시예에서, 가스 분산 채널(1734)은 재료의 단일 피스로 일체로 형성될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1732)는 이를 통하여 전달되는 특별한 가스에 따라 냉각 요소 및/또는 가열 요소를 포함할 수 있다. 챔버 리드 조립체(1732)의 온도 제어는 챔버 리드 조립체(1732) 상의 가스 분해, 증착, 또는 응축을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 수 채널(도 16a에 도시된 냉매 채널(1690)과 같은)은 챔버 리드 조립체(1732)를 냉각하기 위하여 챔버 리드 조립체(1732) 내에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 가열 요소(도시안됨)는 챔버 리드 조립체(1732)를 가열하기 위하여 챔버 리드 조립체(1732)의 부품에 매립되거나 챔버 리드 조립체의 부품을 둘러 쌀 수 있다. 일 실시예에서, 챔버 리드 조립체(1732)의 부품은 개별적으로 가열되거나 냉각될 수 있다. 예를 들면, 도 17a를 참조하면, 챔버 리드 조립체(1732)는 리드판(1770) 및 리드 캡(1772)을 포함할 서 있으며, 여기에서 리드 판(1770) 및 리드 캡(1772)는 가스 분산 채널(1734)을 형성한다. 리드 캡(1772)은 하나의 온도 범위를 유지할 수 있으며 리드 판(1770)은 또 다른 온도 범위를 유지할 수 있다. 예를 들면, 리드 캡은 반응물 가스의 응축을 방지하기 위하여 히터 테이프로 감겨짐으로써 또는 또 다른 가열 장치를 이용함으로써 가열될 수 있으머 리드판(1770)은 대기 온도로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서, 리드 캡(1772)은 가열될 수 있고 리드판(1770)은 리드판(1770) 사이의 반응물 가스의 열 분해를 방지하기 위하여 이를 통해 형성되는 수 채널로 냉각될 수 있다.
챔버 리드 조립체(1732)의 부품 및 부분은 스테인레스 강, 알루미늄, 니켈 도금 알루미늄, 니켈, 이들의 합금, 또는 다른 적절한 재료와 같은 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 리드 캡(1772) 및 리드판(1770)은 독립적으로 제조, 기계가공, 단조, 또는 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 스테인레스 강, 이들의 합금, 또는 이들의 조합물과 같은 금속으로 제조된다.
도 17a는 처리 상태를 제어하기 위해 공정 챔버(1700)으로 결합되는, 프로그램가능한 퍼스널 컴퓨터, 워크 스테이션 컴퓨터, 등과 같은 제어 유닛(1780)을 도시한다. 예를 들면, 제어 유닛(1780)은 기판의 상이한 시컨스의 상이한 단계 동안 가스 소스(1738, 1739, 및 1740)으로부터 밸브(1742a 및 1742b)를 통하여 다양한 공정 가스 및 퍼지 가스의 유도을 제어하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 제어 유닛(1780)은 중앙 처리 유닛(COU)(1782), 지지 회로계(1784), 및 관련된 제어 소프트웨어(1783)를 포함하는 메모리(1786)를 포함한다.
제어 유닛(1780)은 다양한 챔버 및 서브-프로세서를 제어하기 위한 산업적 세팅에서 이용될 수 있는 일반적 목적의 컴퓨터 프로세서의 소정의 형태 중 하나일 수 있다. CPU(1782)는 램덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 소정의 다른 형태의 디지털 스토리지, 로컬 또는 리모트와 같은 소정의 적절한 메모리(1786)를 이용할 수 있다. 다양한 지지 회로는 공정 챔버(1700)를 지지하기 위해 CPU(1782)에 결합될 수 있다. 제어 유닛(1780)은 밸브(1742a, 1742b)의 프로그램가능한 로직 제어기(1748a, 1748b)와 같은 개별 챔버 부품에 인접하여 위치되는 또 다른 제어기에 결합될 수 있다. 제어 유닛(1780) 및 공정 챔버(1700)의 다른 부품 사이의 양 방향 소통은 도 17a에서 일부가 도시되는 신호 버스(1788)로서 전체적으로 지칭되는 다양한 신호 케이블을 통하여 취급된다. 밸브 (1742a, 1742b)의 프로그램가능한 로직 제어기(1748a, 1748b)로부터 그리고 가스 소스(1738, 1739)로부터 공정 가스 및 퍼지 가스의 제어에 부가하여, 제어 유닛(1780)이 일부가 본 명세서에서 설명되는 다른 작동 중에서 웨이퍼 운반, 온도 제어, 챔버 배기와 같은 웨이퍼 처리에서 이용되는 다른 작동의 자동화된 제어를 책임지도록 구성될 수 있다.
도 17a 내지 도 17c를 참조하면, 작동 중, 기판(1710)은 로봇(도시안됨)에 의해 슬릿 밸브(1708)를 통하여 공정 챔버(1700)로 전달된다. 기판(1710)은 리프트 핀(1720) 및 로봇의 협동을 통하여 기판 지지부(1712) 상에 위치된다. 기판 지지부(1712)는 챔버 리드 조립체(1732)의 하부면(1760)에 대해 근접되게 기판(1710)을 상승시킨다. 제 1 가스 유동은 밸브(1742b)에 의해 공정 챔버(1700) 내로 주입되는 제 2 가스 유동으로 함께 또는 개별적으로(즉, 펄스) 밸브(1742a)에 의해 공정 챔버(1700)의 가스 분산 채널(1734) 내로 주입될 수 있다. 제 1 가스 유동은 퍼지 가스 소스(1740)로부터 퍼지 가스의 연속 유동 및 반응물 가스 소스(1738)로부터 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있거나 반응물 가스 소스(1738)로부터 반응물 가스의 펄스 및 퍼지 가스 소스(1740)로부터 퍼지 가스의 펄스를 포함할 수 있다. 제 2 가스 유동은 퍼지 가스 소스(1740)로부터 퍼지 가스의 연속 유동 및 반응물 가스 소스(1739)로부터 반응물 가스의 펄스를 포함할 수 있거나 반응물 가스 소스(1739)로부터 반응물 가스의 펄스 및 퍼지 가스 소스(1740)로부터 퍼지 가스의 펄스를 포함할 수 있다. 원형 가스 유동(1774)은 가스 분산 채널(1734)의 내부면에 걸친 스위핑 작용을 제공하는 보텍스 유동으로서 가스 분산 채널(1734)을 통하여 이동한다. 원형 가스 유동(1774)은 기판(1710)의 표면을 향한 하방 유동으로 소산된다. 가스 유동의 속도는 가스 유동이 가스 분산 채널(1734)을 통하여 이동할 때 감소된다. 이어서 가스 유동은 기판(1710)의 표면을 가로질러 그리고 챔버 리드 조립체(1732)의 하부면(1760)을 가로질러 이동한다. 하방으로 경사지는 챔버 리드 조립체(1732)의 하부면(1760)은 기판(1710)의 표면에 걸친 가스 유동의 속도의 변화를 감소시킨다. 이어서 가스 유동은 쵸크(1762)에 의해 공정 챔버(1700)의 펌핑 존(1766) 내로 이동한다. 과잉 가스, 부산물, 등은 펌핑 채널(1779) 내로 유동하고 이어서 진공 시스템(1778)에 의해 공정 챔버(1700)로부터 배기된다. 하나의 양태에서, 가스 유동은 층류 방식으로 가스 분산 채널(1734)을 통하여 그리고 챔버 리드 조립체(1732)의 하부면(1760) 및 기판(1710)의 표면 사이로 진행되어 기판(1710)의 표면으로 반응물 가스의 균일한 노츨 및 챔버 리드 조립체(1732)의 내부면의 효과적인 퍼징에 도움이 된다.
도 17a 내지 도 17d에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(1700)는 피쳐의 조합을 가지는 것으로서 본 명세서에서 설명된다. 하나의 양태에서, 공정 챔버(1700)는 종래의 CVD 챔버에 비해 작은 용적을 포함하는 반응 존(1764)을 제공한다. 공정 챔버(1700)는 특별한 공정을 위해 반응 존(1764)을 채우기 위해 반응물 가스 또는 퍼지 가스와 같은 더 작은 양의 가스를 요구한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1700)는 하방으로 경사지는 또는 깔때기 형상의 하부면(1760)을 가지는 챔버 리드 조립체(1732)를 제공하여 기판(1710)과 챔버 리드 조립체(1732)의 바닥면 사이로 이동하는 가스 유동의 속도 프로파일에서의 변화를 감소시키도록 한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1700)는 가스 분산 채널(1734)을 제공하여 이를 통해 도입되는 가스 유동의 속도를 감소시키도록 한다. 또 다른 양태에서, 공정 챔버(1700)는 가스 분산 채널(1734)의 중앙으로부터 각도(α)로 가스 도관을 제공한다. 공정 챔버(1700)는 설명되는 다른 피쳐를 제공한다. 원자 층 증착을 위해 적용되는 챔버의 다른 실시예가 하나 또는 그 보다 많은 이러한 피쳐와 결합된다.
일부 실시예에서, 공정 챔버(1700) 내의 가스 분산 채널(1734)은 표면에 걸쳐 더 많은 표면적을 형성하도록 거칠기 가공되거나 기계가공된 표면을 가질 수 있다. 거칠기 가공된 표면은 리드판(1770)의 하부면(1760) 및 리드 캡(1772)의 내부면(1790) 상에 원하지 않는 축적된 재료의 향상된 부착을 제공한다. 원하지 않는 필름은 보통 증착 공정을 수행하는 결과로서 형성되고 기판(1710)을 오염시키기 위해 하부면(1760) 및 내부면(1760)으로부터 필링하거나 플레이킹할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 다중 표면은 도 17d에 도시된 바와 같이, 리드판(1770)의 하부면(1760) 및 리드 캡(1772)의 내부면(1790 및 1792) 상의 영역(R1 내지 R10)에 걸친 거칠기 가공된 표면의 구배를 형성한다. 예를 들면, 리드 캡(1772)의 좁은 부분(1754)은 내부면(1790)을 포함하고 영역(R1 내지 R2)에 도시된다. 리드 캡(1772)의 팽창 부분(1756)은 내부면(1792)을 포함하고 영역(R3 내지 R8)에 도시된다. 또한, 리드판(1770)의 하부(1758)는 하부면(1760)을 포함하고 영역(R9 내지 R10)에 도시된다.
일부 실시예에서, 가스 분산 채널(1734)의 평균 표면 거칠기는 중앙 축선(1733)을 따라 예를 들면, R1 내지 R10으로 증가될 수 있다. 또 다른 예에서, 가스 분산 채널(1734)의 평균 표면 거칠기는 기판 수용면(1711)을 향하여 중앙 축선(1733)을 따라 연장하는 가스 인렛(1736a 및 1736b)으로부터 증가될 수 있다. 또 다른 예에서, 가스 분산 채널(1734)의 평균 표면 거칠기는 내부면(1790)으로부터 내부면(1792)로 그리고 추가로 하부면(1760)으로 증가될 수 있다. 또 다른 예에서, 가스 분산 채널(1734)의 평균 표면 거칠기는 상부(1737)로부터 하부(1735)로 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 리드 캡(1772)의 좁은 부분(1754)은 약 10 μin(약 0.254μm)내지 약 50 μin(약 1.27μm), 바람직하게는 약 20μin(약 0.508μm) 내지 약 45 μin(약 1.143μm), 및 더욱 바람직하게는 약 30μin(약 0.762μm) 내지 약 40μin(약 1.016μm)의 범위 내에서와 같은 적어도 약 10 μin(약 0.254μm)의 평균 거칠기(Ra)를 가지는 내부면(1790)을 포함한다. 리드 캡(1772)의 팽창 부분(1756)은 약 35 μin(약 0.89 μm)내지 약 70 μin(약 1.78μm), 바람직하게는 약 40μin(약 1.016μm) 내지 약 65 μin(약 1.65μm), 및 더욱 바람직하게는 약 45μin(약 1.143μm) 내지 약 60μin(약 1.52μm)의 범위 내에서와 같은 적어도 약 35 μin(약 0.89μm)의 평균 거칠기(Ra)를 가지는 내부면(1792)을 포함한다. 리드판(1770)의 하부(1758)은 약 35 μin(약 0.89μm)내지 약 70 μin(약 1.78μm), 바람직하게는 약 40μin(약 1.016μm) 내지 약 65 μin(약 1.65μm), 및 더욱 바람직하게는 약 45μin(약 1.143μm) 내지 약 60μin(약 1.52μm)의 범위 내에서와 같은 적어도 약 35 μin(약 0.89μm)의 평균 거칠기(Ra)를 가지는 하부면(1760)을 포함한다.
일 예에서, 리드 캡(1772)의 좁은 부분(1754)은 약 34μin와 같은 약 32μin 내지 약 36μin의 범위 내의 내부면(1790)의 Ra를 가지는 영역(R1), 및 약 38μin와 같은 약 34μin 내지 약 42μin의 범위 내의 내부면(1790)의 Ra를 가지는 영역(R2)를 포함한다. 리드 캡(1772)의 팽창 부분(1756)은 약 45μin와 같은 약 40μin 내지 약 50μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R3), 약 51μin와 같은 약 44μin 내지 약 60μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R4), 약 58μin와 같은 약 48μin 내지 약 68μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R5), 약 55μin와 같은 약 46μin 내지 약 64μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R6), 약 57μin와 같은 약 48μin 내지 약 68μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R7), 및 약 57μin와 같은 약 48μin 내지 약 68μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R8)를 포함한다. 또한, 리드판(1770)의 하부(1758)는 약 55μin와 같은 약 46μin 내지 약 64μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R9), 및 약 55μin와 같은 약 46μin 내지 약 64μin의 범위 내의 내부면(1792)의 Ra를 가지는 영역(R10)을 포함한다.
도 18a 내지 도 18h는 선택적인 실시예로서 설명되는 ALD 공정에 대해 적용되는 챔버 리드 캡의 개략도이다. 가스 전달 조립체(1800a, 1800c, 1800e, alc 1800g)는 ALD 공정을 실시하기 위해 유용하게 이용될 수 있으며 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같은 가스 전달 시스템(230, 830, 및 930)을 구비한 공정 챔버(200, 800, 및 900), 도 10a 내지 도 17d에 도시된 바와 같이 챔버 리드 조립체(1032, 1232, 및 1632) 및 공정 챔버(1100, 1500 및 1700)과 같이 본 명세서에서 설명되는 다른 실시예와 결합될 수 있다.
도 18a 내지 도 18b는 일 실시예에서 설명되는 바와 같이, 가스 인렛(1862)과 결합되어 유체 소통되는 메인 가스 도관(1864)를 포함하는 가스 전달 조립체(1800a)가 도시된다. 가스 인렛(1862)은 가스 분산 채널(1828) 위에 축방향으로 위치되어, 증착 챔버의 공정 영역을 향하여 팽창한다. 메인 가스 도관(1864)은 90°각도(도 18a 내지 도 18b에 도시된 바와 같이) 또는 90°보다 크거나 작은 각도(도시안됨)로 가스 인렛과 연결될 수 있다. 가스 도관(1866a, 1866b, 및 1866c)은 메인 가스 도관(1864)에 결합되어 유체 소통된다. 가스 도관(1866a, 1866b, 및 1866c) 각각은 전구체 가스 소스, 공정 가스 소스, 캐리어 가스 소스, 또는 퍼지 가스 소스와 같은 하나 이상의 가스 소스로 연결될 수 있다. 가스 소스로부터 나오는 가스는 메인 가스 도관(1864)로 유입되기 전에 가스 도관(1866a, 1866b, 및 1866c)을 통하여 유동한다. 가스는 가스 도관(1866a, 1866b, 및 1866c)로부터 동시에 유동하는 경우, 지점(1830a)에서 합쳐질 수 있다. 후속적으로, 가스는 가스 인렛(1862)에 의해 가스 분산 채널(1828) 내로 유동한다.
도 18c 내지 도 18d는 가스 전달 조립체(1800a)의 구성과 유사하게, 가스 전달 조립체(1800c)를 도시하지만, 또 다른 실시예에서 도시된 바와 같이 메인 가스 도관(1864)이 없다. 가스 전달 조립체(1800c)는 가스 분산 채널(1828) 위에 축방향으로 위치되는 가스 인렛(1862)을 포함하며, 증착 챔버의 공정 영역을 향하여 팽창한다. 가스 도관(1868a, 1868b, 및 1868c)은 가스 인렛(1862)에 결합되어 직접 유체 소통된다. 가스 인렛(1862)은 90°각도로(도 18b 내지 도 18c에 도시된 바와 같이) 또는 90°보다 크거나 작은 각도(도시안됨)로 가스 도관(1868a 및 1868b)과 연결될 수 있다. 각각의 가스 도관(1868a, 1868b, 및 1868c)은 전구체 가스 소스, 공정 가스 소스, 캐리어 가스 소스, 또는 퍼지 가스 소스와 같은, 하나 이상의 가스 소스로 연결될 수 있다. 가스는 가스 도관(1868a, 1868b, 및 1868c)으로부터 동시에 유동하는 경우, 가스 인렛(1862) 바로 위에서, 지점(1830c)에서 합쳐질 수 있다. 그 후, 가스는 가스 인렛(1862)에 의해 가스 분산 채널(1828) 내로 유동한다.
도 18e 내지 도 18f는 가스 전달 조립체(1800c)의 구성과 유사하지만 또 다른 실시예에서 설명된 바와 같이, 가스 도관이 없는 가스 전달 조립체(1800e)가 도시된다. 가스 전달 조립체(1800e)는 가스 분산 채널(1828) 위에 축방향으로 위치하는 가스 인렛(1862)을 포함하며, 증착 챔저의 공정 영역을 향하여 팽창한다. 가스 도관(1870a 및 1870b)은 가스 인렛(1862)에 결합되어 직접 유체 소통된다. 일 실시예에서, 가스 인렛(1862)은 약 10°내지 약 85°, 바람직하게는 약 20° 내지 약 75°, 및 더욱 바람직하게는 약 30°내지 약 60°의 범위 내, 예를 들면 약 45°와 같은, 가스 분산 채널(1828)의 중앙 축선으로부터 측정된, 90°보다 작은 각도로 가스 도관(1870a 및 1870b)로 연결된다. 가스 도관(1870a 및 1870b) 각각은 전구체 가스 소스, 공정 가스 소스, 캐리어 가스 소스, 또는 퍼지 가스 소스와 같은 하나 이상의 가스 소스로 연결될 수 있다. 가스는, 가스 도관(1870a 및 1870b)으로부터 동시에 유동하는 경우, 가스 인렛(1862) 바로 위, 지점(1830e)에서 합쳐 질 수 있으며, 이어서 가스 분산 채널(1828) 내로 유동한다.
도 18g 내지 도 18h는 또 다른 실시예에서 설명되는 바와 같이, 가스 전달 조립체(1800g)를 도시한다. 가스 전달 조립체(1800g)는 가스 분산 채널(1828) 위에 축방향으로 위치되는 가스 인렛(1862)을 포함하며, 증착 챔버의 공정 영역을 향하여 팽창한다. 가스 도관(1872a 및 1872b)은 가스 인렛(1862)에 결합되어 직접 유체 소통된다. 일 실시예에서, 가스 인렛(1862)은 가스 분산 채널(1828)의 중앙 축선으로부터 측정된, 약 90°의 각도로 가스 도관(1872a 및 1872b)으로 연결된다(도 18g 내지 도 18h에 도시된 바와 같이). 이와 달리, 도관(1872a 및 1872b)은 90°보다 크거나 작은 각도로 가스 인렛(1862)과 연결될 수 있다(도시안됨). 배플(1880a 및 1880b)은 도관(1872a 및 1872b)의 기상 유동 경로 내에 위치설정될 수 있고 서로를 향하여 및/또는 상방으로 가스가 지향될 수 있다. 각각의 가스 도관(1872a 및 1872b)은 전구체 가스 소스, 공정 가스 소스, 캐리어 가스 소스, 또는 퍼지 가스 소스와 같은, 하나 이상의 가스 소스로 연결될 수 있다. 가스는, 가스 도관(1872a 및 1872b)으로부터 동시에 유동하는 경우 가스 인렛(1862) 및 배플(1880a 및 1880b) 바로 위, 지점(1830g)에서 합쳐질 수 있다. 후속적으로, 공정 가스는 가스 분산 채널(1828) 내로 유동한다.
본 명세서에서 이용된 바와 같은 " 원자 층 증착(ALD) ", " 주기적 증착 ", 또는 " 주기적 층 증착 "은 기판 표면 상의 재료의 층을 증착하기 위하여 두 개 또는 그 보다 많은 반응성 화합물의 순차적인 도입을 지칭한다. 두 개, 세 개 또는 그 보다 많은 반응성 화합물은 선택적으로 공정 챔버의 반응 존 또는 공정 영역 내로 도입될 수 있다. 반응성 화합물은 가스, 플라즈마, 증기, 유체 또는 증착 공정에 유용한 다른 상태의 물질일 수 있다. 통상적으로, 각각의 반응성 화합물은 각각의 화합물이 기판 표면 상에 부착 및/또는 반응하도록 시간 지연에 의해 분리된다. 하나의 양태에서, 제 1 전구체 또는 화합물(A)은 반응 존 내로 펄싱되고 제 1 시간 지연이 후속된다. 다음으로, 제 2 전구체 또는 화합물(B)은 반응 존 내로 펄싱되고 제 2 지연이 후속된다. 화합물(A) 및 화합물(B)는 증착된 재료를 형성하도록 반응한다. 각각의 시간 지연 동안 퍼지 가스는 공정 챔버 내로 도입되어 반응 존을 퍼징하거나 그렇지 않으면 반응 존으로부터 잔류 반응성 화합물 또는 부산물을 제거한다. 이와 달리, 퍼지 가스는 증착 공정을 통하여 연속적으로 유동할 수 있어 단지 퍼지 가스가 반응 화합물의 펄스들 사이의 지연 시간 동안 유동하도록 한다. 증착된 재료는 기판 표면 상에 형성된다. 또한, 화합물(A) 펄싱, 퍼지 가스, 화합물(B) 펄싱, 및 퍼지 가스의 ALD 공정은 사이클이다. 사이클은 화합물(A) 또는 화합물(B) 어느 하나로 시작될 수 있고 필름이 원하는 두께가 될 때까지 사이클의 각각의 순서를 계속한다. 선택적인 일 실시예에서, 화합물(A)을 포함하는 제 1 전구체, 화합물(B)을 포함하는 제 2 전구체 및 화합물(C)을 포함하는 제 3 전구체는 각각 공정 챔버 내로 개별적으로 펄싱된다. 이와 달리, 제 1 전구체의 펄스는 제 2 전구체의 펄스와 시간이 중복될 수 있으며 제 3 전구체의 펄스는 제 1 및 제 2 저구체의 어느 펄스와 시간이 중복되지 않는다. 본 명세서에서 이용되는 " 공정 가스 "는 단일 가스, 다중 가스, 플라즈마를 포함하는 가스, 가스 및/또는 플라즈마의 조합물을 지칭한다. 공정 가스는 증착 공정을 위해 하나 이상의 반응성 화합물을 포함할 수 있다. 반응성 화합물은 가스, 플라즈마, 증기, 유체의 상태 또는 증착 공정에 유용한 다른 물질 상태일 수 있다. 또한, 공정은 퍼지 가스 또는 캐리어 가스를 포함할 수 있고, 반응성 화합물을 포함하지 않을 수 있다.
본 명세서에서 이용된 " 기판 " 또는 " 기판 표면 "은 필름 처리가 수행되는 기판에 형성되는 재료 표면 또는 소정의 기판을 지칭한다. 예를 들면, 처리가 수행될 수 있는 기판 표면은 분야에 따라, 실리콘, 실리콘 산화물, 집적된 실리콘(strained silicon), 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator; SOI), 탄소 도핑 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 도핑 실리톤, 게르마늄, 비화 갈륨, 유리, 사파이어, 석영, 및 금속, 금속 질화물, 금속 합금과 같은 소정의 다른 재료, 및 다른 전도성 재료와 같은 재료를 포함할 수 있다. 기판 표면 상의 배리어 층, 금속 또는 금속 질화물은 티타늄, 티타늄 질화물, 티타늄 실리사이드 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 텅스텐 실리사이드 질화물, 탄탈, 탄탈 질화물, 또는 탄탈 실리사이드 질화물을 포함할 수 있다. 기판은 200 mm 또는 300 mm 직경 웨이퍼, 뿐만 아니라 직사각형 또는 정사각형 페인(pane)과 같은 다양한 치수를 가질 수 있다. 기판은 반도체 기판, 디스플레이 기판(예를 들면, LCD), 솔라 패널 기판, 및 다른 타입의 기판을 포함한다. 다르게 표시되지 않으면, 본 명세서의 실시예들 및 예들은 바람직하게는 200 mm 직경 또는 300 mm 직경을 가진 기판 상에 실행되며, 더욱 바람직하게는 300 mm 직경을 가진 기판 상에 실행된다. 본 발명에 유용할 수 있는 실시예 상의 기판은 크리스탈 실리콘(예를 들면, Si <100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 유리, 석영, 접적된 실리콘, 실리콘 게르마늄, 도핑 또는 언도핑 폴리 실리콘, 도핑 또는 언도핑 실리콘 웨이퍼 및 패턴형 또는 언패턴형 웨이퍼를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판은 기판 표면을 연마, 에칭, 감소화, 산화, 수산화, 어닐링 및/또는 베이킹하기 위해 예비 처리 공정을 받을 수 있다.
전술된 것은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예는 본 발명의 기본 범위로부터 이탈하지 않고 발명될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술되는 청구범위에 의해 결정된다.
Claims (78)
- 기판 처리용 챔버로서,기판 수용면을 포함하는 기판 지지부, 및챔버 리드 조립체를 포함하며,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 있는 가스 분산 채널로서, 상기 가스 분산 채널의 수렴 부분은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선을 향하여 테이퍼를 형성하고 상기 가스 분산 채널의 발산 부분은 상기 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는, 가스 분산 채널,상기 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면으로서, 상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판 수용면을 실질적으로 커버(cover)하는 형상 및 크기를 가지는, 테이퍼 형성 바닥면,상기 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에서 제 1 가스 인렛(inlet)에 결합되는 제 1 도관, 및상기 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에서 제 2 가스 인렛에 결합되는 제 2 도관을 포함하며,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 상기 가스 분산 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 가스를 상기 가스 분산 채널의 수렴 부분의 내부면으로 지향시키도록 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 2 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 보텍스(vortex), 헬릭스(helix), 스파이럴(spiral), 트월(twirl), 트위스트(twist), 코일(coil), 월풀(whirlpool), 및 이들의 유도형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 유동 패턴을 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 3 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레를 약 1.5 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 4 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레를 약 4 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 도관에 제 1 밸브가 결합되고 상기 제 2 도관에 제 2 밸브가 결합되고, 상기 제 1 밸브로 제 1 가스 소스(source)가 유체 소통되고 상기 제 2 밸브로 제 2 가스 소스가 유체 소통되는,기판 처리용 챔버.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 밸브는 약 2 초 또는 그 미만의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 하는,기판 처리용 챔버.
- 제 7 항에 있어서,상기 펄스 시간은 약 0.05초 내지 약 0.5초 범위 내인,기판 처리용 챔버.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선으로부터 0°보다 큰 각도로 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 9 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 및 이들의 유도형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 유동 패턴을 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 1 항에 있어서,약 3,000cm3 또는 그 미만의 용적을 가지는 반응 존을 더 포함하고, 상기 반응 존은 상기 테이퍼 형성 바닥면과 상기 기판 수용면 사이에 형성되는,기판 처리용 챔버.
- 제 11 항에 있어서,상기 용적은 약 1,500 cm3 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 제 12 항에 있어서,상기 용적은 약 600 cm3 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 기판 처리용 챔버로서,기판 수용면을 가지는 기판 지지부, 및챔버 리드 조립체를 포함하며,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 있는 가스 분산 채널로서, 상기 가스 분산 채널의 수렴 부분은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선을 향하여 테이퍼를 형성하고 상기 가스 분산 채널의 발산 부분은 상기 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는, 가스 분산 채널,상기 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에서 제 1 가스 인렛에 결합되는 제 1 도관,상기 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에서 제 2 가스 인렛에 결합되는 제 2 도관, 및상기 제 1 도관이 결합되는 제 1 밸브와 상기 제 2 도관이 결합되는 제 2 밸브를 포함하며,상기 제 1 도관 및 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치하며,상기 제 1 및 제 2 밸브는 약 2초 또는 그 미만의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 하는,기판 처리용 챔버.
- 제 14 항에 있어서,상기 챔버 리드 조립체는 상기 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면을 더 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 15 항에 있어서,상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판 수용면을 실질적으로 커버하도록 하는 형상 및 크기를 가지는,기판 처리용 챔버.
- 제 14 항에 있어서,상기 펄스 시간은 약 1 초 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 제 17 항에 있어서,상기 펄스 시간은 약 0.05 초 내지 약 0.5 초의 범위 내인,기판 처리용 챔버.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1 밸브로 제 1 가스 소스가 유체 소통되고 상기 제 2 밸브로 제 2 가스 소스가 유체 소통되고, 상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 가스를 상기 가스 분산 채널의 수렴 부분의 내부면으로 지향시키도록 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 19 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 및 이들의 유도형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 유동 패턴을 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 20 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레를 약 1.5 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 21 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레를 약 4 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선으로부터 0°보다 큰 각도로 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 14 항에 있어서,약 3,000cm3 또는 그 미만의 용적을 가지는 반응 존을 더 포함하고, 상기 반응 존은 상기 테이퍼 형성 바닥면과 상기 기판 수용면 사이에 형성되는,기판 처리용 챔버.
- 기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법으로서,챔버 바디 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내에 있는 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계로서,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 있는 가스 분산 채널로서, 상기 가스 분산 채널의 수렴 부분은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선을 향하여 테이퍼를 형성하고 상기 가스 분산 채널의 발산 부분은 상기 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는, 가스 분산 채널,상기 가스 분산 채널의 발산 부분으로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면으로서, 상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지는, 테이퍼 형성 바닥면,상기 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에 있는 제 1 가스 인렛에 결합되는 제 1 도관, 및상기 가스 분산 채널의 수렴 부분 내에 있는 제 2 가스 인렛에 결합되는 제 2 도관을 포함하며, 상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되는, 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계,원형 유동 가스를 형성하도록 상기 제 1 및 제 2 도관을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스를 유동시키는 단계,상기 원형 유동 가스로 상기 기판을 노출시키는 단계,상기 원형 유동 가스 내로 하나 이상의 전구체를 펄싱하는 단계, 및상기 하나 이상의 전구체로부터 유도된 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 상기 기판 상으로 증착하는 단계를 포함하는,기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법.
- 기판 처리용 챔버로서,기판 수용면을 포함하는 기판 지지부, 및챔버 리드 조립체를 포함하며,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 중앙 축선을 따라 연장하는 팽창 채널,상기 팽창 채널로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면으로서, 상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판 수용면을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지는, 테이퍼 형성 바닥면,제 1 가스 통로에 결합되는 제 1 도관으로서, 상기 제 1 가스 통로는 상기 팽창 채널을 우회하고 상기 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 1 인렛을 포함하는, 제 1 도관, 및제 2 가스 통로에 결합되는 제 2 도관으로서, 상기 제 2 가스 통로는 상기 팽창 채널을 우회하고, 상기 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 2 인렛을 포함하는, 제 2 도관을 포함하며,상기 다수의 제 1 인렛 및 상기 다수의 제 2 인렛은 상기 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 26 항에 있어서,상기 제 1 가스 통로는 상기 제 2 가스 통로 위에 직접 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 27 항에 있어서,상기 제 1 가스 통로 및 상기 제 2 가스 통로는 모두 상기 팽창 채널의 상부를 우회하는,기판 처리용 챔버.
- 제 26 항에 있어서,상기 다수의 제 1 인렛 및 상기 다수의 제 2 인렛은 가스를 상기 팽창 채널의 내부면으로 지향시키도록 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 29 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 및 이들의 유도형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 유동 패턴을 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 30 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 팽창 채널의 중앙 축선 둘레를 약 1.5 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 31 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 팽창 채널의 중앙 축선 둘레를 약 4 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 26 항에 있어서,상기 제 1 도관에 제 1 밸브가 결합되고 상기 제 2 도관에 제 2 밸브가 결합되고, 상기 제 1 밸브로 제 1 가스 소스가 유체 소통되고 상기 제 2 밸브로 제 2 가스 소스가 유체 소통되는,기판 처리용 챔버.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 밸브는 약 2 초 또는 그 미만의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 하는,기판 처리용 챔버.
- 제 34 항에 있어서,상기 펄스 시간은 약 0.05초 내지 약 0.5초 범위 내인,기판 처리용 챔버.
- 제 26 항에 있어서,약 3,000cm3 또는 그 미만의 용적을 가지는 반응 존을 더 포함하고, 상기 반응 존은 상기 테이퍼 형성 바닥면 및 상기 기판 수용면 사이에 형성되는,기판 처리용 챔버.
- 제 36 항에 있어서,상기 용적은 약 1,500 cm3 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 제 37 항에 있어서,상기 용적은 약 600 cm3 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 기판 처리용 챔버로서,기판 수용면을 포함하는 기판 지지부, 및챔버 리드 조립체를 포함하며,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 중앙 축선을 따라 연장하는 팽창 채널,제 1 가스 통로에 결합되는 제 1 도관으로서, 상기 제 1 가스 통로는 상기 팽창 채널을 우회하고 상기 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 1 인렛을 포함하는, 제 1 도관,제 2 가스 통로에 결합되는 제 2 도관으로서, 상기 제 2 가스 통로는 상기 팽창 채널을 우회하고, 상기 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 2 인렛을 포함하는 제 2 도관, 및상기 제 1 도관에 결합되는 제 1 밸브 및 상기 제 2 도관에 결합되는 제 2 밸브를 포함하며,상기 다수의 제 1 인렛 및 상기 다수의 제 2 인렛은 상기 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되며,상기 제 1 및 제 2 밸브는 약 2 초 또는 그 미만의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 하는,기판 처리용 챔버.
- 제 39 항에 있어서,상기 펄스 시간은 약 0.05 초 내지 약 0.5 초의 범위 내인,기판 처리용 챔버.
- 제 39 항에 있어서,상기 챔버 리드 조립체는 상기 팽창 채널로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면을 더 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 41 항에 있어서,상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판 수용면을 실질적으로 커버하도록 하는 형상 및 크기를 가지는,기판 처리용 챔버.
- 제 39 항에 있어서,상기 제 1 밸브에 제 1 가스 소스가 유체 소통되고 상기 제 2 밸브에 제 2 가스 소스가 유체 소통되는,기판 처리용 챔버.
- 제 39 항에 있어서,상기 다수의 제 1 인렛 및 상기 다수의 제 2 인렛은 가스를 상기 팽창 채널의 내부면으로 지향시키도록 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 44 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 및 이들의 유도형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 유동 패턴을 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 45 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레를 약 1.5 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 46 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 가스 분산 채널의 중앙 축선 둘레를 약 4 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 47 항에 있어서,약 3,000cm3 또는 그 미만의 용적을 가지는 반응 존을 더 포함하고, 상기 반응 존은 상기 테이퍼 형성 바닥면과 상기 기판 수용면 사이에 형성되는,기판 처리용 챔버.
- 제 48 항에 있어서,상기 용적은 약 1,500 cm3 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법으로서,챔버 바디 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내에 있는 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계로서,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에서 중앙 축선을 따라 연장하는 팽창 채널,상기 팽창 채널로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면으로서, 상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판 수용면을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지는, 테이퍼 형성 바닥면,제 1 가스 통로에 결합되는 제 1 도관으로서, 상기 제 1 가스 통로는 상기 팽창 채널을 우회하고 상기 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 1 인렛을 포함하는, 제 1 도관, 및제 2 가스 통로에 결합되는 제 2 도관으로서, 상기 제 2 가스 통로는 상기 팽창 채널을 우회하고, 상기 팽창 채널 내로 연장하는 다수의 제 2 인렛을 포함하는 제 2 도관을 포함하며,상기 다수의 제 1 인렛 및 상기 다수의 제 2 인렛은 상기 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되는, 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계,상기 다수의 제 1 인렛 또는 상기 다수의 제 2 인렛을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스를 유동시킴으로써 원형 유동 가스를 형성하는 단계,상기 기판을 상기 원형 유동 가스에 노출시키는 단계,상기 원형 유동 가스 내로 하나 이상의 전구체를 펄싱하는 단계, 및상기 하나 이상의 전구체로부터 유도된 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 상기 기판 상으로 증착하는 단계를 포함하는,기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법.
- 기판 처리용 챔버로서,기판 수용면을 포함하는 기판 지지부, 및챔버 리드 조립체를 포함하며,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 있는 팽창 채널로서, 상기 팽창 채널의 상부는 상기 팽창 채널의 중앙 축선을 따라 실질적으로 평행하게 연장하고 상기 팽창 채널의 팽창 부분은 상기 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는, 팽창 채널,상기 팽창 채널의 팽창 부분 내의 내부면 보다 낮은 평균 표면 거칠기를 가지는 상기 팽창 채널의 상부 내의 내부면,상기 팽창 채널의 팽창 부분으로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면으로서, 상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판 수용면을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지는, 테이퍼 형성 바닥면,상기 팽창 채널의 상부 내에서 제 1 가스 인렛과 결합되는 제 1 도관, 및상기 팽창 채널의 상부 내에서 제 2 가스 인렛에 결합되는 제 2 도관을 포함하며,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 상기 팽창 채널을 통하여 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 51 항에 있어서,상기 팽창 채널의 상부의 영역 내의 내부면은 약 10 μin 내지 약 50 μin의 범위 내의 평균 표면 거칠기를 가지는,기판 처리용 챔버.
- 제 51 항에 있어서,상기 팽창 채널의 팽창 부분의 영역 내의 내부면은 약 35 μin 내지 약 70 μin의 범위 내의 평균 표면 거칠기를 가지는,기판 처리용 챔버.
- 제 51 항에 있어서,상기 팽창 채널의 내부면의 평균 표면 거칠기는 상기 팽창 채널을 통하여 상기 중앙 축선을 따라 증가하는,기판 처리용 챔버.
- 제 54 항에 있어서,상기 평균 표면 거칠기는 상기 팽창 채널 내로 연장하는 상기 다수의 제 2 인렛으로부터 상기 기판 지지부를 향하여 증가하는,기판 처리용 챔버.
- 제 51 항에 있어서,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 가스가 상기 팽창 채널의 상부의 내부면으로 지향되도록 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 56 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 보텍스, 헬릭스, 스파이럴, 트월, 트위스트, 코일, 월풀, 및 이들의 유도형으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 유동 패턴을 포함하는,기판 처리용 챔버.
- 제 57 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 팽창 채널의 중앙 축선 둘레를 약 1.5 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 58 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 팽창 채널의 중앙 축선 둘레를 약 4 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 51 항에 있어서,상기 제 1 도관에 제 1 밸브가 결합되고 상기 제 2 도관에 제 2 밸브가 결합되는,기판 처리용 챔버.
- 제 58 항에 있어서,상기 제 1 밸브에 제 1 가스 소스가 유체 소통되고 상기 제 2 밸브에 제 2 가스 소스가 유체 소통되는,기판 처리용 챔버.
- 제 61 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 밸브는 약 2 초 또는 그 미만의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 하는,기판 처리용 챔버.
- 제 51 항에 있어서,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 상기 팽창 채널의 중앙 축선으로부터 0°보다 큰 각도로 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 제 51 항에 있어서,약 3,000cm3 또는 그 미만의 용적을 가지는 반응 존을 더 포함하고, 상기 반응 존은 상기 테이퍼 형성 바닥면과 상기 기판 수용면 사이에 형성되는,기판 처리용 챔버.
- 제 64 항에 있어서,상기 용적은 약 1,500 cm3 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 기판 처리용 챔버로서,기판 수용면을 포함하는 기판 지지부, 및챔버 리드 조립체를 포함하며,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 있는 팽창 채널로서, 상기 팽창 채널의 상부는 상기 팽창 채널의 중앙 축선을 따라 실질적으로 평행하게 연장하고 상기 팽창 채널의 팽창 부분은 상기 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는, 팽창 채널,상기 팽창 채널의 상부 내에서 제 1 가스 인렛과 결합되는 제 1 도관,상기 팽창 채널의 상부 내에서 제 2 가스 인렛에 결합되는 제 2 도관, 및상기 제 1 도관에 결합되는 제 1 밸브 및 상기 제 2 도관에 결합되는 제 2 밸브를 포함하며,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되며상기 제 1 및 제 2 밸브는 약 2 초 또는 그 미만의 펄스 시간으로 원자 층 증착 공정을 가능하게 하는,기판 처리용 챔버.
- 제 66 항에 있어서,상기 펄스 시간은 약 2 초 또는 그 미만인,기판 처리용 챔버.
- 제 67 항에 있어서,상기 펄스 시간은 약 0.05초 내지 약 0.5초 범위 내인,기판 처리용 챔버.
- 제 66 항에 있어서,상기 팽창 채널의 상부 영역 내의 내부면은 약 10 μin 내지 약 50 μin의 범위 내의 평균 표면 거칠기를 가지는,기판 처리용 챔버.
- 제 69 항에 있어서,상기 평균 표면 거칠기는 약 20 μin 내지 약 45 μin의 범위 내인,기판 처리용 챔버.
- 제 66 항에 있어서,상기 팽창 채널의 팽창 부분의 영역 내의 내부면은 약 35 μin 내지 약 70 μin의 범위 내의 평균 표면 거칠기를 가지는,기판 처리용 챔버.
- 제 71 항에 있어서,상기 평균 표면 거칠기는 약 40 μin 내지 약 65 μin의 범위 내인,기판 처리용 챔버.
- 제 66 항에 있어서,상기 팽창 채널의 내부면의 평균 표면 거칠기는 상기 기판 지지부를 향하여 연장하는 다수의 제 2 인렛으로부터 중앙 축선을 따라 증가하는,기판 처리용 챔버.
- 제 73 항에 있어서,상기 팽창 채널의 상부의 내부면은 약 20 μin 내지 약 45 μin의 범위 내의 평균 표면 거칠기를 가지며, 상기 팽창 채널의 상부의 내부면은 약 40 μin 내지 약 65 μin의 범위 내의 평균 표면 거칠기를 가지는,기판 처리용 챔버.
- 제 66 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 팽창 채널의 중앙 축선 둘레를 약 1.5 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 75 항에 있어서,상기 원형 가스 유동 패턴은 상기 팽창 채널의 중앙 축선 둘레를 약 4 회전 이상 연장하는,기판 처리용 챔버.
- 제 66 항에 있어서,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 상기 팽창 채널의 중앙 축선으로부터 0°보다 큰 각도로 독립적으로 위치되는,기판 처리용 챔버.
- 기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법으로서,챔버 바디 및 챔버 리드 조립체를 포함하는 공정 챔버 내에 있는 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계로서,상기 챔버 리드 조립체는,상기 챔버 리드 조립체의 중앙 부분에 있는 팽창 채널로서, 상기 팽창 채널의 상부는 상기 팽창 채널의 중앙 축선을 따라 실질적으로 평행하게 연장하고 상기 팽창 채널의 팽창 부분은 상기 중앙 축선으로부터 먼쪽으로 테이퍼를 형성하는, 팽창 채널,상기 팽창 채널의 팽창 부분으로부터 상기 챔버 리드 조립체의 주변 부분으로 연장하는 테이퍼 형성 바닥면으로서, 상기 테이퍼 형성 바닥면은 상기 기판을 실질적으로 커버하는 형상 및 크기를 가지는, 테이퍼 형성 바닥면,상기 팽창 채널의 상부 내에서 제 1 가스 인렛으로 결합되는 제 1 도관, 및상기 팽창 채널의 상부 내에서 제 2 가스 인렛으로 결합되는 제 2 도관을 포함하며,상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관은 원형 가스 유동 패턴을 제공하도록 위치되는, 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계,원형 유동 가스를 형성하도록 상기 제 1 및 제 2 도관을 통하여 하나 이상의 캐리어 가스를 유동시키는 단계,상기 기판을 상기 원형 유동 가스로 노출시키는 단계,상기 원형 유동 가스 내로 하나 이상의 전구체를 펄싱하는 단계, 및상기 하나 이상의 전구체로부터 유도된 하나 이상의 요소를 포함하는 재료를 상기 기판 상으로 증착하는 단계를 포함하는,기판 상에 재료를 증착하기 위한 방법.
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