KR20150126769A - 반응 챔버 압력을 안정화하는 방법 - Google Patents

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Abstract

방법은 제 1 가스 및 제 2 가스를 사용한 프로세스 동안 반응 챔버의 압력을 안정화하며, 가스 유입구 라인은 반응 챔버에 접속되고, 제 2 가스 라인 및 제 1 가스 라인은 가스 유입구 라인의 타단에 접속된다. 방법은, 제 1 가스 라인 및 제 2 가스 라인을 통해 반응 챔버에 파형에 따른 펄스들로 제 1 가스를 주입하는 단계; 및 제 2 가스 라인 및 가스 유입구 라인을 통해 반응 챔버에 역 파형에 따른 펄스들로 제 2 가스를 주입하는 단계를 포함하며, 파형과 역 파형의 중첩된 파형들이 실질적으로 또는 거의 평탄하게 이루어지고, 이에 의해 반응 챔버의 압력을 안정화한다.

Description

반응 챔버 압력을 안정화하는 방법{METHOD FOR STABILIZING REACTION CHAMBER PRESSURE}
본 발명은 일반적으로 반응 챔버를 위한 가스 공급 시스템에 관한 것으로, 특히 반응 챔버로 가스가 공급될 때 반응 챔버 압력을 안정화하는 방법에 관한 것이다.
원자층 증착 (ALD) 프로세스에 있어서, 막을 형성하기 위한 소스 가스를 구성하는 재료의 유량 (flow rate) 및 공급 시간을 제어하는 것이 양호한 프로세스 결과 및 양호한 디바이스 안정성을 달성하는데 매우 중요하다. 주위 온도에서 비교적 낮은 증기압을 갖는 액체 재료 또는 고체 재료가 소스 재료로서 사용될 때, 원하는 증기압은 저장소 (또는 보틀) 를 가열함으로써 획득될 수 있고, 반응 챔버에 재료를 공급할 때의 압력 변동은 중요하지 않은 레벨로 억제될 수 있다. 도 1 은 배경 기술에 따른 저 증기압을 갖는 소스 가스를 반응 챔버 (RC)(1) 에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 기화된 소스 가스를 포함하지 않는 가스가 매스 플로우 제어기 (MFC)(3) 및 가스 라인 (5) 에 제공된 밸브 (v1) 를 통해 반응 챔버 (1) 에 공급되고, (b) 에서는 보틀 (BTL)(2) 에 기화된 소스 가스를 포함하는 가스가 매스 플로우 제어기 (3), 유입구 라인 (6) 에 제공된 밸브 (v2), 보틀 (2), 및 유출구 라인 (7) 에 제공된 밸브 (v3) 를 통해 반응 챔버에 공급된다. (a) 에서는, 밸브 (v1) 이 개방되고, 밸브 (v2) 및 밸브 (v3) 가 폐쇄되는 반면, (b) 에서는, 밸브 (v1) 은 폐쇄되지만, 밸브 (v2) 및 밸브 (v3) 는 개방된다. 반응 챔버 (1) 에서의 압력은 배기 라인 (9) 에 제공된 압력 제어 밸브 (4) 에 의해 프로세스 동안 제어된다.
하지만, 주위 온도에서 고 증기압을 갖는 가스 재료 또는 액체 재료가 사용될 때, 재료의 체적이 크기 때문에 재료가 반응 챔버로 과다 공급된다. 재료의 과다 공급은 역효과, 예를 들어 기판 표면 상의 재료 흡착의 낮아진 평면내 균일도, 반응 챔버로부터 재료를 제거하기 위한 장기 퍼지 시간, 반응 챔버에서의 압력 변동, 및 사용된 재료의 증가된 양을 유발한다. 따라서, 공급된 재료의 양을 제어하기 위해서, 증기압은 재료 저장소를 냉각시킴으로써 낮아질 수 있다. 하지만, 그 목적을 위해, 냉각 장비가 설치되고, 복잡한 하드웨어 및 제어가 요구된다. 도 2 는 배경 기술에 따른 고 증기압을 갖는 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도를 예시한다. 도 2 에서 이러한 가스 공급 시스템은 도 1 에 예시된 것과 실질적으로 유사하며, 고 증기압이 과도한 증기를 생성하지 않도록 냉각 재킷 (8) 이 보틀 (2) 주위에 설치되는 것을 제외하고, 도 1 에서와 동일한 참조 번호들은 동일한 부분들을 표시한다.
고 증기압을 갖는 재료를 핸들링하는 다른 접근법들이 있다. 도 3 은 변경된 배경 기술에 따른 고 증기압을 갖는 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 소스 가스가 가스 라인 (5) 에 제공된 밸브 (v4) 를 통해 매스 플로우 제어기 (MFC)(11) 를 거쳐 반응 챔버 (1) 에 공급되고, (b) 에서는 소스 가스가 밸브 (v4) 및 스로틀 (13) 을 통해 자동 압력 조절기 (APR)(12) 및 MFC (11) 를 거쳐 반응 챔버 (1) 에 공급된다. 상기에 있어서, MFC (11) 는 보틀 (2) 의 하류에 설치되거나, 보틀 없이 소스 가스 공급 라인에 제공되며, 여기서 재료는 실온에서 가스성이다. MFC (11) 의 응답 속도가 낮기 때문에, (a) 에서의 MFC (11) 를 사용하는 구성은 진보된 ALD 사이클을 제어하기에, 즉 매우 짧은 시간 주기 (예를 들어, 0.1 내지 1.0 초) 에서 가스들을 스위칭하기에 불충분하다. MFC (11) 및 APR (12) 을 사용하는 구성은, APR 과의 조합에서 밸브를 개방하고 폐쇄하는 것에 의해 플로우가 제어되는 밸브-스위치-펄싱 유형이다. APR 은 MFC 보다 높은 응답 속도를 갖기 때문에, 이 구성이 ALD 사이클에 사용될 수 있다. 하지만, 반응 챔버에서의 압력이 밸브 및 APR 의 동작에 의해 반응 챔버에 소스 가스가 공급될 때 증가되기 때문에, 가스 공급이 시작하고 종료할 때 큰 압력 변동이 발생한다. 압력 제어 밸브 (4) 는 그 후 압력 제어 밸브 (4) 를 개방하는 것에 의해 반응 챔버에서의 압력의 증가를 보상한다. 압력 제어 밸브 (4) 의 동작은 고도의 응답성이 아니고 지연을 갖기 때문에, 반응 챔버에서의 압력이 과도하게 보상된다. 그 결과, 파티클 생성의 리스크가 배기 라인 (9) 등으로의 역 송풍으로 인하여 높아지게 된다.
도 4 는 도 3 의 (b) 에 예시된 가스 공급 시스템이 사용될 때, 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들 및 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다. 도 4 에 나타낸 바와 같이, 소스 가스 플로우는 급격히 또는 순간적으로 증가되고 감소된다. 도 4 에 나타낸 바와 같이, 소스 가스 플로우가 변화함에 따라 반응 챔버에서의 압력이 변화한다. 반응 챔버에서의 압력이 증가할 때, 반응 챔버의 하류에 설치된 압력 제어 밸브는 압력 증가에 응답하며, 반응 챔버에서 일정한 압력을 유지하도록 밸브를 개방함으로써 압력을 감소시키기 시작한다. 하지만, 압력이 압력 제어 밸브의 동작으로 인해 낮아지기 시작할 때, 소스 가스 플로우가 정지되며, 그 결과, 반응 챔버에서의 압력이 과도하게 보상되고 응답 지연으로 인해 더욱 낮아지게 된다. 이러한 현상이 도 4 에 예시되며, 화살표로 표시된다. 이러한 유형의 압력 헌팅 (hunting) 은 반응 챔버에서의 압력을 유지하면서 공급 가스 플로우를 변화시키는 시스템에 대해 불가피하다.
본 개시물에서는 오로지 본 발명에 대한 컨텍스트를 제공하는 목적으로만 관련 기술에서 수반되는 문제들 및 해결책들의 임의의 논의가 포함되며, 그 논의의 어느 부분 또는 전부가 발명이 이루어졌을 때에 알려졌다고 인정하는 것으로 여겨지지 않아야 한다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4 (도 1 및 도 2 는 범례 "배경 기술" 로 지정된다) 는 본 발명자들에 대한 발명의 배경을 예시하며, 본 발명이 이루어졌을 때에 알려진 종래 기술을 나타내는 것으로 고려되지 않아야 한다.
상기 문제들 중 적어도 하나를 해결하기 위해, 일부 실시형태들은 고 증기압을 갖는 케미컬들을 함유하는 소스 가스 및 비활성 가스를 공급하기 위한 메커니즘을 포함하는 가스 공급 시스템을 제공하며, 비활성 가스의 플로우는 반응 챔버에서의 소스 가스 및 비활성 가스의 전체 플로우가 프로세스 동안 항상 일정할 수 있도록 소스 가스 플로우의 변동을 보상하고, 소스 가스 또는 비활성 가스 중 하나는 반응 챔버에 공급되고, 소스 가스 또는 비활성 가스의 다른 하나는 반응 챔버의 하류에서 배기 라인에 공급됨으로써, 반응 챔버에서의 압력 변동을 억제한다. 하지만, 상기 실시형태들에서, 소스 가스 또는 비활성 가스 중 하나는 항상 배기 라인으로 공급되거나 폐기되기 때문에, 이러한 매커니즘은 비용 효율적이지 않다. 상기에서, 소스 가스 및 비활성 가스는 가스의 임의의 유형일 수도 있으며, 이에 따라 각각 "제 1 가스" 및 "제 2 가스" 로도 또한 지칭될 수도 있다.
상기 단점들을 해결하기 위한 방법으로서, 일부 실시형태들은 밸브의 동작에 의해 급속으로 또는 순간적으로 시작 및 종료하는 펄스들로 반응 챔버에 소스 가스를 공급하는 메커니즘, 및 반응 챔버에 비활성 가스를 공급하는 매커니즘을 포함하는 가스 공급 시스템을 제공하며, 비활성 가스의 플로우는 반응 챔버에서의 소스 가스 및 비활성 가스의 전체 플로우가 프로세스 동안 항상 일정할 수 있도록 소스 가스 플로우의 변동을 보상하며, 소스 가스는 반응 챔버에 공급되고, 비활성 가스는 반응 챔버의 하류에서 배기 라인에 공급되며, 소스 가스가 공급되지 않을 때, 비활성 가스가 반응 챔버에 공급됨으로써, 반응 챔버에서의 압력 변동을 억제한다. 상기 실시형태들에서, 소스 가스가 배기 라인으로 공급되거나 폐기되지 않기 때문에, 이러한 메커니즘은 첫번째 기재된 메커니즘보다 더 비용 효율적이다.
또한, 압력 변동 문제를 해결하기 위한 대안의 방법으로서, 일부 실시형태들은 밸브의 동작에 의해 급속으로 또는 순간적으로 시작 및 종료하는 펄스들로 반응 챔버에 소스 가스를 공급하는 메커니즘, 및 제 2 가스 플로우의 변동을 보상하도록 동적 압력 제어에 의해 급속으로 또는 순간적으로 시작 및 종료하는 역 펄스들로 반응 챔버에 비활성 가스를 공급하는 메커니즘을 포함하는 가스 공급 시스템을 제공하여 반응 챔버에서의 소스 가스 및 비활성 가스의 전체 플로우가 프로세스 동안 항상 일정할 수 있도록 함으로써, 첫번째 및 두번째 기재된 메커니즘들보다 반응 챔버에서의 압력 변동을 보다 효과적으로 억제한다.
개시된 실시형태들은 하나 이상의 반응 챔버들을 포함하는 장치에 적용될 수 있다. 개시된 실시형태들에 따라, 고 증기압을 갖는 케미컬들은 저렴한 하드웨어를 사용하여 반응 챔버에 안정적으로 공급될 수 있다.
본 발명의 양태들 및 관련 기술에 대해 달성된 이점들을 요약하기 위한 목적으로, 본 발명의 소정의 과제들 및 이점들이 본 개시물에 기재된다. 물론, 그러한 과제들 및 이점들 모두가 반드시 본 발명의 임의의 특정 실시형태에 따라 달성될 수 있는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어, 당업자는, 본 명세서에서 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같이 다른 과제들 또는 이점들을 반드시 달성하지 않으면서, 본 명세서에 교시된 바와 같이 하나의 이점 또는 이점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 본 발명이 실시되거나 수행될 수도 있다는 것을 알게 될 것이다.
본 발명의 추가의 양태들, 특징들 및 이점들은 이어지는 상세한 설명으로부터 명백해지게 될 것이다.
이제, 본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은, 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것으로 의도되는 바람직한 실시형태들의 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들은 예시의 목적으로 매우 간략화되며 반드시 비율대로인 것은 아니다.
도 1 은 배경 기술에 따른 저 증기압을 갖는 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 기화된 소스 가스를 포함하지 않는 가스가 반응 챔버에 공급되고, (b) 에서는 기화된 소스 가스를 포함하는 가스가 반응 챔버에 공급된다.
도 2 는 배경 기술에 따른 고 증기압을 갖는 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도를 예시한다.
도 3 은 변경된 배경 기술에 따른 고 증기압을 갖는 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 소스 가스가 매스 플로우 제어기 (MFC) 를 통해 반응 챔버에 공급되고, (b) 에서는 소스 가스가 MFC 및 자동 압력 조절기 (APR) 를 통해 반응 챔버에 공급된다.
도 4 는 도 3 의 (b) 에 예시된 가스 공급 시스템이 사용될 때, 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들 및 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 소스 가스가 반응 챔버에 공급되고 비활성 가스가 배기 라인에 공급되고, (b) 에서는 소스 가스가 배기 라인에 공급되고 비활성 가스가 반응 챔버에 공급된다.
도 6 은 도 5 에 예시된 가스 공급 시스템이 사용될 때, 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우 및 비활성 가스 플로우의 변화들 및 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 소스 가스가 반응 챔버에 공급되고 비활성 가스가 배기 라인에 공급되고, (b) 에서는 소스 가스가 공급되지 않고 비활성 가스가 반응 챔버에 공급된다.
도 8 은 도 7 에 예시된 가스 공급 시스템이 사용될 때, 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우 및 비활성 가스 플로우의 변화들과 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다.
도 9 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 소스 가스가 반응 챔버에 공급되고 비활성 가스도 또한 반응 챔버에 공급되고, (b) 에서는 소스 가스는 공급되지 않고 비활성 가스가 증가된 유량으로 반응 챔버에 공급된다.
도 10 은 도 9 예시된 가스 공급 시스템이 사용될 때, 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우 및 비활성 가스 플로우의 변화들과 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다.
도 11 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도를 예시한다.
도 12 는 도 5 에 예시된 가스 공급 시스템에서의 니들 밸브의 포지션을 핸들링하는 것에 관하여 반응 챔버 압력 변동 (△P[Pa]) 를 나타내는 그래프이다.
도 13 은 도 5 에 예시된 가스 공급 시스템이 예 1 에서 사용되었을 때, 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우 및 비활성 가스 플로우의 변화들과 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다.
본 개시물에서, "가스 (gas)" 는 기화된 고체 및/또는 액체를 포함할 수도 있고, 단일 가스 또는 가스들의 혼합물에 의해 구성될 수도 있다. 마찬가지로, 관사 "a" 또는 "an" 은 종 (species) 또는 다수의 종들을 포함하는 속 (genus) 을 지칭한다. 본 개시물에서, 샤워헤드를 통해 반응 챔버로 도입된 프로세스 가스는 소스 가스 및 첨가 가스로 이루어질 수도 있거나, 이들로 필수적으로 구성될 수도 있거나, 또는 이들로 구성될 수도 있다. 소스 가스는 기판 상의 타겟막을 구성하는 가스 공급 엘리먼트들이며 전구체로서 지칭될 수도 있다. 첨가 가스는 RF 전력이 전구체 가스에 인가될 때 전구체를 산화 및/또는 질화하기 위한 가스를 포함한다. 전구체 및 첨가 가스는 혼합된 가스로서 또는 별도로 반응 공간에 도입될 수 있다. 전구체는 희가스와 같은 반송 가스 또는 희석 가스로 도입될 수 있다. 프로세스 가스 이외의 가스, 즉 샤워헤드를 통과하지 않고 도입되는 가스는, 예를 들어 희가스와 같은 시일 가스를 포함하는, 반응 공간을 실링하기 위해 사용될 수도 있다. 또한, 본 개시물에서, 변수의 임의의 2 개의 수는 작동가능 범위가 일상적인 작업 (routine work) 에 기초하여 결정될 수 있을 때 변수의 작동가능 범위를 구성할 수 있으며, 표시된 임의의 범위들은 종점 (endpoint) 들을 포함하거나 배제할 수도 있다. 부가적으로, 표시된 변수들의 임의의 값들은 (그것들이 "약" 으로 표시되는지 아닌지 여부에 관계없이) 정밀한 값들 또는 근사 값들을 지칭할 수도 있고 등가물들을 포함할 수도 있으며, 일부 실시형태들에서는, 평균, 중간, 대표, 다수 등을 지칭할 수도 있다.
본 개시물에서, 임의의 정의된 의미들은 일부 실시형태들에서 정상적이고 관례적인 의미들을 반드시 배제하지는 않는다. 조건들 및/또는 구조들이 특정되지 않은 본 개시물에서, 당업자는 본 개시물을 고려하여, 일상적인 실험의 사항으로서 그러한 조건들 및/또는 구조들을 쉽게 제공할 수 있다. 개시된 실시형태들의 전부에서, 실시형태에 사용된 임의의 엘리먼트는 의도된 목적들을 위해 본 명세서에 명시적으로, 반드시, 또는 본질적으로 개시된 것들을 포함하는 그와 등가인 임의의 엘리먼트들로 대체될 수 있다. 또한, 본 발명은 장치들 및 방법들에 동일하게 적용될 수 있다.
실시형태들은 바람직한 실시형태들에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 바람직한 실시형태들에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태는 제 1 가스 (예를 들어, 소스 가스) 및 제 2 가스 (예를 들어, 비활성 가스) 를 사용하여 프로세스 동안 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법을 제공하며, 가스 유입구 라인이 반응 챔버에 접속되고, 제 2 가스 라인 및 제 1 가스 라인이 가스 유입구 라인의 타단에 접속되며, 상기 방법은, (i) 제 1 가스 라인 및 가스 유입구 라인을 통해 반응 챔버에 파형에 따른 펄스들로 제 1 가스를 주입 (feeding) 하는 단계; 및 (ii) 제 2 가스 라인 및 가스 유입구 라인을 통해 반응 챔버에 역 파형에 따른 펄스들로 제 2 가스를 주입하는 단계를 포함하고, 파형과 역 파형의 중첩된 파형들이 실질적으로 평탄하게 되며, 이에 의해 제 1 가스가 고 증기압을 갖더라도 프로세스 동안 반응 챔버의 압력을 안정화한다. 이하, 개시된 실시형태들은 제 1 가스로서의 소스 가스 및 제 2 가스로서의 비활성 가스에 관하여 설명된다. 하지만, 실시형태들이 소스 가스 및 비활성 가스에 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시물에서, "파형" 에 관하여, "실질적으로 평탄" 등은 검출가능한 변동보다 작은 중요하지 않은 변동, 의도된 특성들 또는 타겟에 물질적으로 영향을 미치지 않는 변동, 또는 거의 평탄한 것으로 당업자에 의해 인식되는 변동을 지칭할 수도 있어서, 그 차이가 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 1% 미만, 또는 일부 실시형태들에서의 비교 또는 참조되는 변동에 대한 그 임의의 범위들이다. 용어 "실질적으로 일정한", "실질적으로 유사한" 등도 또한 동일한 방식으로 해석될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 실질적으로 평탄한 것으로 고려되는 변동은 프로세스 동안 200 Pa, 100 Pa, 50 Pa, 10 Pa, 3 Pa, 또는 1 Pa 미만인 최대 압력과 최소 압력 사이의 차이를 지칭한다. "파형" 은 시간 축에 따른 유량의 진폭을 표시하는 파형의 형상을 나타낸 것이다. "역" 파형은 시간 축에 따른 기준 파형과 일반적으로 또는 실질적으로 반대인 파 형상을 갖는 파형을 지칭한다.
일부 실시형태들에서, 소스 가스 라인은 메인 라인, 및 가스 유입구 라인의 타단의 상류에서 메인 라인으로부터 분기된 브랜치 라인을 갖고, 비활성 가스 라인은 메인 라인, 및 가스 유입구 라인의 타단의 상류에서 메인 라인으로부터 분기된 브랜치 라인을 갖고, 소스 가스 라인의 브랜치 라인 및 비활성 가스 라인의 브랜치 라인은 반응 챔버를 우회하는 것에 의해 가스를 방전하기 위해 벤트 라인에 접속되며, 파형은 소스 가스의 메인 라인과 브랜치 라인을 스위칭하는 것에 의해 형성되는 반면, 역 파형은 비활성 가스의 메인 라인과 브랜치 라인을 스위칭하는 것에 의해 형성된다. 벤트를 사용함으로써, 소스 가스 및 비활성 가스의 양자가 계속적으로 그리고 일정하게 각각의 메인 라인들에 공급되며, 소스 가스의 메인 라인 및 브랜치 라인의 스위칭과 비활성 가스의 메인 라인 및 브랜치 라인의 스위칭을 동기화시킴으로써, 파형과 역 파형의 중첩된 파형들이 실질적으로 평탄하게 이루어질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 소스 가스 라인에서의 매스 플로우는 분기점의 상류에서 매스 플로우 제어기에 의해 조절되고, 비활성 가스 라인에서의 매스 플로우는 분기점의 상류에서 매스 플로우 제어기에 의해 조절되며, 벤트 라인에서의 플로우는 스로틀에 의해 제어된다. 벤트 라인에 제공된 스로틀을 사용함으로써, 소스 가스의 메인 라인 및 브랜치 라인의 스위칭과 비활성 가스의 메인 라인 및 브랜치 라인의 스위칭이 유량의 현저한 변동들 없이, 순조롭게 행해질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 비활성 가스 라인은 메인 라인, 및 가스 유입구 라인의 타단의 상류에서 메인 라인으로부터 분기된 브랜치 라인을 갖고, 비활성 가스 라인의 브랜치 라인은 반응 챔버를 우회하는 것에 의해 가스를 방전하기 위한 벤트 라인이고, 파형은 소스 가스 라인을 개방 및 폐쇄하는 것에 의해 형성되는 반면 역 파형은 비활성 가스의 메인 라인 및 브랜치 라인을 스위칭하는 것에 의해 형성된다. 상기 실시형태들에서, 메인 라인 및 브랜치 라인을 스위칭하는 것은 비활성 가스에 대해서만 수행된다.
일부 실시형태들에서, 소스 가스 라인에서의 유압은 자동 압력 조절기에 의해 조절되고, 또한 소스 가스 라인에서의 플로우는 자동 압력 조절기의 하류에서 스로틀에 의해 제어되는 반면, 비활성 가스 라인에서의 매스 플로우는 분기점의 상류에서 매스 플로우 제어기에 의해 조절되고, 브랜치 라인에서의 플로우는 스로틀에 의해 제어된다. 자동 압력 조절기 및 스로틀의 조합은 브랜치 라인 없이 소스 가스 플로우를 급속으로 그리고 반응적으로 시작하고 정지한다. 매스 플로우 제어기는 2 차 측면 상의 매스 플로우를 제어하고, 통상 2 차 측면 상의 일정한 레이트의 세트로 매스 플로우를 제어하기 위한 것이다. 따라서, 매스 플로우 제어기는 낮은 반응 레이트를 갖고 하류에서 발생하는 임의의 플로우 변화들에 응답하는데 있어서 느리다. 대조적으로, 자동 압력 조절기는 세트 값으로 2 차 측면 상의 압력을 제어하며, 매스 플로우 제어기보다 다운 스트림에서의 임의의 압력 변화들에 더 반응적이다.
일부 실시형태들에서, 소스 가스 라인에서의 유압은 자동 압력 조절기에 의해 조절되고, 또한 소스 가스 라인에서의 플로우는 자동 압력 조절기의 하류에서 스로틀에 의해 조절되는 반면, 비활성 가스 라인에서의 유압은 자동 압력 조절기에 의해 조절되며, 파형 및 역 파형은 자동 압력 조절기와 스로틀 사이에서 소스 가스 라인을 개방 및 폐쇄하는 것에 의해 형성된다. 상기 실시형태들에서, 브랜치 라인들은 사용되지 않고, 2 개의 자동 압력 조절기들이 소스 가스 및 비활성 가스를 제어하기 위해 사용되며, 자동 압력 조절기와 스로틀의 조합이 소스 가스 라인을 위해 사용된다. 일부 실시형태들에서, 가스 유입구 라인에서의 플로우가 또한 스로틀에 의해 제어된다. 일부 실시형태들에서, 가스 유입구 라인에서의 스로틀의 스로틀 계량이 소스 가스 라인에서의 스로틀의 스로틀 계량보다 크다.
일부 실시형태들에서, 반응 챔버에서 수행된 타겟 프로세스는 순환 막형성 프로세스, 특히 반도체 프로세싱이다. 순환 막형성 프로세스를 수행할 때, 가스들은 반복적으로 스위칭되고, 이에 따라 반응 챔버에서의 압력이 현저하게 변동한다. 하지만, 개시된 실시형태들에 의하면, 압력 변동이 프로세스 동안 현저하게 억제될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 순환 프로세스는 순환 CVD, 플라즈마 강화 원자층 증착 (ALD), 열적 ALD, 라디칼 강화 ALD, 또는 임의의 다른 순환 박막 증착 방법들을 포함한다. 대안으로, 다른 실시형태들에서, 다른 프로세스는 플라즈마 강화 CVD, 열적 CVD, 또는 임의의 다른 박막 증착 방법들을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 소스 가스를 구성하는 케미컬들은 실온에서 액체 또는 가스이며, 고 증기압을 갖는다. 용어 "고 증기압" 은 0℃ 에서 약 1 kPa 이상, 통상 0℃ 에서 약 5 kPa 이상의 증기압을 지칭한다. 일부 실시형태들에서, 소스 가스의 체적이 증가되더라도, 프로세스 동안 압력 변동이 효과적으로 억제될 수 있다. 예를 들어, 소스 가스를 구성하는 케미컬들은 실란, 트리실릴아민, 및 헥산을 포함하며, 이들은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 대안으로, 다른 실시형태들에서, 소스 가스를 구성하는 케미컬들은 저 증기압을 가지며 실온에서 고체 또는 액체이다. 비활성 가스에 관해서는, (비스(디에틸아미노)실란) 및 테트라에톡시실란이 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
개시된 실시형태들은 도면들을 참조하여 하기에서 더 설명된다. 하지만, 도면들은 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다. 당업자는 장치가 프로그래밍된 또는 그렇지 않으면 증착 및 반응기 세정 프로세스 등이 수행되게 하도록 구성된 하나 이상의 제어기(들)(미도시) 을 포함하다는 것을 알게 될 것이다. 당업자가 알게 되는 바와 같이, 제어기(들) 은 다양한 전력 소스들, 가열 시스템, 펌프들, 로보틱스들 및 가스 플로우 제어기들 또는 반응기의 밸브들과 통신한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들이고, (a) 에서는 소스 가스가 반응 챔버에 공급되고 커버 가스가 배기 라인에 공급되며, (b) 에서는 소스 가스가 배기 라인에 공급되고 커버 가스가 반응 챔버에 공급된다. 이 시스템에서, 가스 유입구 라인 (55) 은 반응 챔버 (51) 에 접속되고, 비활성 가스 라인 (55a) 및 소스 가스 라인 (55b) 은 가스 유입구 라인 (55) 의 타단에 접속된다. 소스 가스 라인 (55b) 은 메인 라인 (55b), 및 가스 유입구 라인 (55) 의 타단의 상류에서 메인 라인 (55b) 으로부터 분기된 브랜치 라인 (63b) 을 갖고, 비활성 가스 라인 (55a) 은 메인 라인 (55a) 및 가스 유입구 라인 (55) 의 타단의 상류에서 메인 라인 (55a) 으로부터 분기된 브랜치 라인 (63a) 을 갖으며, 소스 가스 라인의 브랜치 라인 (63b) 및 비활성 가스 라인의 브랜치 라인 (63a) 은 반응 챔버 (51) 를 우회하는 것에 의해 가스를 충전하기 위해 벤트 라인 (63) 에 접속된다. 소스 가스 라인 (55b) 에서의 매스 플로우는 분기점 (브랜치 라인 (63b) 이 메인 라인 (55b) 과 만나는 지점) 의 상류에서 매스 플로우 제어기 (MFC)(62) 에 의해 조정되고, 비활성 가스 라인 (55a) 의 매스 플로우는 분기점 (브랜치 라인 (63a) 이 메인 라인 (55a) 과 만나는 지점) 의 상류에서 매스 플로우 제어기 (MFC)(61) 에 의해 조절되며, 벤트 라인 (63) 에서의 플로우는 스로틀 (64)(오리피스, 니들 밸브 등일 수 있음) 에 의해 제어된다. 압력 제어 밸브 (54) 는, 반응 챔버 (51) 에서의 압력이 압력 제어 밸브 (54) 의 동작에 의해 제어되도록 반응 챔버 (51) 의 하류에서 배기 라인 (59) 에 제공된다. 비활성 가스 라인의 메인 라인 (55a) 및 브랜치 라인 (63a) 에는 밸브 (v6) 및 밸브 (v5) 가 각각 제공된다. 소스 가스 라인의 메인 라인 (55b) 및 브랜치 라인 (63b) 에는 밸브 (v7) 및 밸브 (v8) 이 각각 제공된다.
이러한 구성에서, 먼저, 도 5 의 (b) 에 예시된 바와 같이, 밸브 (v5) 및 밸브 (v7) 은 폐쇄되는 반면 밸브 (v6) 및 밸브 (v8) 은 개방되고, 비활성 가스가 밸브 (v6) 를 거쳐 MFC (61), 비활성 가스 라인 (메인 라인)(55a) 및 가스 유입구 라인 (55) 을 통해 반응 챔버 (51) 에 주입되고, 소스 가스가 밸브 (v8) 및 스로틀 (64) 를 거쳐 MFC (62), 소스 가스 라인 (55b), 브랜치 라인 (63b) 및 벤트 라인 (63) 을 통해 배기 라인 (59) 으로 전환된다. 다음, 도 5 의 (a) 에 예시된 바와 같이, 비활성 가스 및 소스 가스의 일정한 유량들을 유지하면서, 밸브 (v6) 및 밸브 (v8) 가 폐쇄되는 반면 순간적인 그리고 동기화 방식으로 밸브 (v5) 및 밸브 (v7) 가 개방되고, 비활성 가스는 밸브 (v5) 및 스로틀 (64) 를 거쳐 MFC (61), 비활성 가스 라인 (55a), 브랜치 라인 (63a), 및 벤트 라인 (63) 을 통해 배기 라인 (59) 으로 전환되고, 소스 가스는 밸브 (v7) 을 거쳐 MFC (62), 소스 가스 라인 (55b), 및 가스 유입구 라인 (55) 을 통해 반응 챔버 (51) 에 주입된다. (b) 및 (a) 에 예시된 상태들은 소스 가스가 펄스들로 반응 챔버에 주입되고 비활성 가스가 소스 가스 펄스들과 반대인 역 펄스들로 반응 챔버에 주입되도록 교번하여 반복된다. 반응 챔버에서의 소스 가스 및 비활성 가스의 전체 플로우가 일정하기 때문에, 반응 챔버에서의 압력도 또한 일정하여 압력 제어 밸브 (54) 가 압력 변동을 야기하지 않는다. 본 개시물에서, 비활성 가스는 또한 그 플로우가 소스 가스의 플로우의 변동을 보상하는 "커버 가스" 로서 지칭될 수도 있다. 소스 가스는 실온에서 고체 또는 액체인 기화된 케미컬들, 또는 희석 또는 반송 가스에 의해 또는 이러한 가스 없이 실온에서 가스인 가스성 케미컬들의 혼합물일 수도 있다.
스로틀 (64) 은 MFC (61) 에 의해 조절되는 매스 플로우를 더 정확하게 제어하도록 벤트 라인 (63) 에 제공된다. 배기 라인과 벤트 라인의 사이에서 압력의 차이가 있다면, 도 5 의 (b) 및 (a) 에 예시된 상태들을 스위칭할 때, MFC 의 2차 측면 상의 압력이 변화되고, 이에 따라 MFC 로부터 출력된 일정한 매스 플로우를 유지하는 것이 어렵다. 즉, (a) 에 예시된 상태에서 벤트 라인을 통과하는 경로에서보다 (b) 에 예시된 상태에서 반응 챔버를 통과하는 경로에서 더 많은 압력 손실이 발생하고, 이에 따라 MFC 의 개방이 (a) 에 예시된 상태에서 보다 (b) 에 예시된 상태에서 더 넓어지는 경향이 있다. 상기 문제를 완화하기 위해, 스로틀이 반응 챔버의 바로 하류에서 배기 라인 보다 압력 손실이 적은 벤트 라인에 제공되어, 벤트 라인에서의 압력 손실 및 반응 챔버의 바로 하류에서 배기 라인에서의 압력 손실이 매칭됨으로써, 도 5 의 (b) 및 (a) 에 예시된 상태들을 스위칭할 때, MFC 로부터 매스 플로우를 일정한 값으로 조절한다.
도 6 은 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우 및 커버 가스 플로우의 변화들, 및 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다. 도 6 에 예시된 바와 같이, 소스 가스가 파형에 따른 펄스들로 반응 챔버에 주입되는 반면, 도 6 에 예시된 바와 같이 커버 가스는 역 파형에 따른 역 펄스들로 반응 챔버에 주입되며, 파형과 역 파형의 중첩된 파형은 실질적으로 평탄하며, 이에 의해 도 6 에 예시된 바와 같이 반응 챔버의 압력을 실질적으로 일정한 값으로 안정화한다. 파형은 소스 가스의 메인 라인 (55b) 및 브랜치 라인 (63b) 을 스위칭하는 것에 의해 형성되는 반면, 역 파형은 비활성 가스의 메인 라인 (55a) 및 브랜치 라인 (63a) 을 스위칭하는 것에 의해 형성된다.
도 7 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 소스 가스가 반응 챔버에 공급되고 커버 가스가 배기 라인에 공급되며, (b) 에서는 소스 가스는 공급되지 않고 커버 가스가 반응 챔버에 공급된다. 이 시스템에서, 비활성 가스 라인은 메인 라인 (55a), 및 가스 유입구 라인 (55) 의 타단의 상류에서 메인 라인 (55a) 으로부터 분기된 브랜치 라인 (63) 을 갖고, 비활성 가스 라인의 상기 브랜치 라인 (63) 은 반응 챔버 (51) 를 우회하는 것에 의해 가스를 방전하기 위한 벤트 라인인 반면, 소스 가스 라인 (55b) 은 벤트 라인 (63) 에 접속되지 않는다. 소스 가스 라인 (55b) 에서의 유압은 자동 압력 조절기 (APR)(62a) 에 의해 조절되고, 또한 소스 가스 라인 (55b) 에서의 플로우는 자동 압력 조절기 (62a) 의 하류에서 밸브 (v9) 및 스로틀 (65) 에 의해 제어되는 반면, 비활성 가스 라인 (55a) 에서의 매스 플로우는 분기점 (브랜치 라인 (63) 이 메인 라인 (55a) 과 만나는 지점) 의 상류에서 매스 플로우 제어기 (MFC)(61) 에 의해 조절되며, 브랜치 라인 (63) 에서의 플로우는 스로틀 (64) 에 의해 제어된다.
이러한 구성에서, 먼저, 도 7 의 (b) 에 예시된 바와 같이, 밸브 (v5) 및 밸브 (v9) 는 폐쇄되는 반면 밸브 (v6) 는 개방되고, 비활성 가스가 밸브 (v6) 를 거쳐 MFC (61), 비활성 가스 라인 (메인 라인)(55a), 및 가스 유입구 라인 (55) 을 통해 반응 챔버에 주입되고, 소스 가스는 공급되지 않는다. 다음, 도 7 의 (a) 에 예시된 바와 같이, 비활성 가스의 일정한 유량을 유지하면서, 순간적인 그리고 동기화 방식으로 밸브 (v6) 가 폐쇄되는 반면 밸브 (v5) 및 밸브 (v9) 는 개방되고, 비활성 가스가 밸브 (v5) 및 스로틀 (64) 을 거쳐 MFC (61), 비활성 가스 라인 (55a), 브랜치 라인 (벤트 라인)(63) 을 통해 배기 라인 (59) 으로 전환되고, 소스 가스는 밸브 (v9) 및 스로틀 (65) 을 통해 APR (62a), 소스 가스 라인 (55b) 및 가스 유입구 라인 (55) 을 통해 반응 챔버에 주입된다. (b) 및 (a) 에 예시된 상태들은 소스 가스가 펄스들로 반응 챔버에 주입되고 비활성 가스가 소스 가스 펄스들과 반대인 역 펄스들로 반응 챔버에 주입되도록 교번하여 반복된다. 반응 챔버에서의 소스 가스 및 비활성 가스의 전체 플로우가 일정하기 때문에, 압력 제어 밸브 (54) 가 압력 변동을 야기하지 않도록 반응 챔버에서의 압력이 또한 일정하다.
스로틀 (65) 은 밸브 (v9) APR (62a) 의 하류에서 소스 가스 라인 (55b) 에 제공된다. APR 의 2 차 측면이 불충분한 압력 손실을 갖는다면, APR 이 2 차 측면 상의 압력을 증가시킬 수 없을 수도 있고, APR 에 진입하는 소스 가스의 인플로우 양이 증가한다. 상기 문제를 완화하기 위해, 스로틀 (65) 은 APR 의 제어능력을 증가시키도록 소스 가스 라인 (55b) 에 제공된다.
도 8 은 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우 및 커버 가스 플로우에서의 변화들, 및 시간에 따른 반응 챔버 압력에서의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다. 도 8 에 예시된 바와 같이, 소스 가스가 파형에 따른 펄스들로 반응 챔버에 주입되는 반면, 도 8 에 예시된 바와 같이, 커버 가스는 역 파형에 따른 역 펄스들로 반응 챔버에 주입되고, 파형과 역 파형의 중첩된 파형들은 실질적으로 평탄하며, 이에 의해 도 8 에 예시된 바와 같이 반응 챔버의 압력을 실질적으로 일정한 값으로 안정화한다. 파형은 소스 가스 라인 (55b) 을 개방 및 폐쇄하는 것에 의해 형성되는 반면, 역 파형은 비활성 가스의 메인 라인 (55a) 및 브랜치 라인 (63) 을 스위칭하는 것에 의해 형성된다. 도 8 에서, 소스 가스 플로우의 파형에서의 펄스들은 완전히 미러링하지 않지만, 커버 가스 플로우의 역 파형에서의 역 펄스들과 실질적으로 유사하다. 파형들이 서로 실질적으로 유사하다면, 반응 챔버에서의 전체 가스 플로우가 안정화될 수 있고, 거기에서의 갑작스런 압력 변화들이 효과적으로 회피될 수 있어서, 파티클들의 생성을 억제한다. 도 7 에서와 같이 APR, 스위치 밸브, 및 스로틀이 반응 챔버 쪽으로 이 순서로 배열된 것을 사용할 때, 스로틀의 사이즈, APR 의 1 차 측면 상의 압력, APR 의 반응성에 의존하여, 가스 플로우의 펄스가 시작되고 약 0.1 초 내에서 안정화될 수 있다.
도 9 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도들을 예시하며, (a) 에서는 소스 가스가 반응 챔버에 공급되고 커버 가스도 또한 반응 챔버에 공급되며, (b) 에서는 소스 가스가 공급되지 않고 커버 가스가 증가된 유량으로 반응 챔버에 공급된다. 이 시스템에서 벤트 라인은 제공되지 않는다. 비활성 가스 라인은 가스 유입구 라인 (55) 의 타단에 접속된 메인 라인 (55a) 을 갖는다. 소스 가스 라인 (55b) 에서의 유압은 자동 압력 조절기 (APR)(62a) 에 의해 조절되고, 또한 소스 가스 라인 (55b) 에서의 플로우는 자동 압력 조절기 (62a) 의 하류에서 밸브 (v9) 및 스로틀 (65) 에 의해 제어되는 반면, 비활성 가스 라인 (55a) 에서의 매스 플로우는 자동 압력 조절기 (APR)(61a) 에 의해 조절되고, 비활성 가스 라인 (55a) 또는 가스 유입구 라인 (55) 에는 밸브가 제공되지 않는다.
이러한 구성에서, 먼저, 도 9 의 (b) 에 예시된 바와 같이, 밸브 (v9) 는 폐쇄되며, 비활성 가스가 APR (61a), 비활성 가스 라인 (55a), 및 가스 유입구 라인 (55) 을 통해 반응 챔버 (51) 에 주입되고, 소스 가스는 공급되지 않는다. 다음, 도 9 의 (a) 에 예시된 바와 같이, 밸브 (v9) 가 개방되고, APR (61a) 이 순간적이고 그리고 동기화 방식으로 가스 유입구 라인 (55) 에서의 압력의 증가에 응답하여 아웃 플로우를 감소시키며, 소스 가스가 밸브 (v9) 를 거쳐 APR (62a), 소스 가스 라인 (55b) 및 가스 유입구 라인 (55) 을 통해 반응 챔버 (51) 에 주입되고, 비활성 가스가 또한 감소된 유량으로 반응 챔버 (51) 에 주입된다. (b) 및 (a) 에 예시된 상태들은 소스 가스가 펄스들로 반응 챔버에 주입되고 비활성 가스가 소스 가스 펄스들과 반대인 역 펄스들로 반응 챔버에 주입되도록 교번하여 반복된다. 반응 챔버에서의 소스 가스 및 비활성 가스의 전체 플로우가 일정하기 때문에, 반응 챔버에서의 압력도 또한 일정하여 압력 제어 밸브 (54) 가 압력 변동을 야기하지 않는다.
도 10 은 반응 챔버에서의 소스 가스 플로우 및 커버 가스 플로우의 변화들 및 시간에 따른 반응 챔버 압력의 변화들을 나타내는 챠트들을 예시한다. 도 10 에 예시된 바와 같이 소스 가스가 파형에 따른 펄스들로 반응 챔버에 주입되는 반면, 도 10 에 예시된 바와 같이 커버 가스가 역 파형에 따른 역 펄스들로 반응 챔버에 연속적으로 주입되며, 파형과 역 파형의 중첩된 파형들이 실질적으로 평탄하게 이루어지고, 이에 의해 도 10 에 예시된 바와 같이 반응 챔버의 압력을 실질적으로 일정한 값으로 안정화한다. 파형 및 역 파형은 자동 압력 조절기 (62a) 및 스로틀 (65) 사이에서 소스 가스 라인 (55b) 에서의 밸브 (v9) 를 개방 및 폐쇄하는 것에 의해 형성된다. 도 10 에서는, 도 6 및 도 8 과 마찬가지로, 소스 가스 플로우의 파형에서의 펄스들이 완전히 미러링하지 않지만, 커버 가스 플로우의 역 파형에서의 역 펄스들과 실질적으로 유사하다. 도 9 에서와 같이, 제 1 APR, 스위치 밸브 및 스로틀이 반응 챔버 쪽으로 이 순서대로 배열된 것을 사용할 때, 제 1 가스 플로우의 펄스가 시작하고 약 0.1 초 내에서 안정화될 수 있으며, 또한 도 9 에서와 같이 제 1 APR 에 평행하게 제 2 가스 라인에 배열된 제 2 APR 을 사용할 때, 제 2 APR 은 동기화 방식으로 제 2 가스의 아웃 풀로우를 조정할 수 있어서, 제 1 가스 플로우의 펄스들에 응답하여 제 1 및 제 2 가스들의 전체 하류 압력을 유지한다.
도 11 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 소스 가스를 반응 챔버에 공급하는 가스 공급 시스템의 개략도를 예시한다. 이 구성은 스로틀 (66) 이 가스 유입구 라인 (55) 에 제공되는 것을 제외하고, 도 9 에 예시된 것과 동일하다. 스로틀 (66) 은 비활성 가스 라인 (55a) 과 소스 가스 라인 (55b) 이 만나는 병합 지점의 하류에서 가스 유입구 라인 (55) 에 제공된다. APR (61a) 의 2 차 측면의 하류에서의 압력 손실이 불충분하다면, APR 은 2 차 측면 상의 압력을 증가시킬 수 없을 수도 있고, APR 을 통과하는 소스 가스의 양이 증가한다. 상기 문제를 완화하기 위해, 스로틀 (66) 이 APR (61a) 의 제어능력을 증가시키도록 가스 유입구 라인 (55) 에 제공된다. 하지만, 스로틀 (66) 의 스로틀 계량이 너무 작다면, 비활성 가스의 플로우가 너무 낮아서, 반응 챔버로부터 소스 가스를 퍼지하기 위한 퍼지시간을 장기화시킨다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 가스 유입구 라인 (55) 에서의 스로틀 (66) 의 스로틀 계량은 소스 가스 라인 (55b) 에서의 스로틀 (65) 의 스로틀 계량 보다 크다.
예 1
더미 레시피는, 도 5 에 예시된 PEALD 장치에 대해 생성되었고, 반응 챔버의 압력이 500 Pa 로 제어되고, 소스 가스가 SiH4 이고, 반응 챔버로 소스 가스를 공급하는 펄스의 지속기간이 0.2 초 이고, 커버 가스가 Ar 이고, 반응 챔버로 커버 가스를 공급하는 펄스의 지속 시간이 2.0 초 이고, 소스 가스의 유량 (FR) 및 커버 가스의 유량이 동일하고 하기 표 1 에 나타낸 바와 같이 설정되며, 벤트 라인에 제공된 니들 밸브의 핸들 포지션 (도 5 에서 스로틀 (64)) 이 하기 표 1 에 나타낸 바와 같이 설정되는 조건들 하에서 수행되었다. 도 13 에 예시된 바와 같이 소스 가스 및 커버 가스의 펄스들을 조정하면서, 도 5 의 (b) 에 예시된 상태 및 도 5 의 (a) 에 예시된 상태를 교번하여 반복하는 것에 의해 20 사이클들이 조건들의 각 세트에 대해 수행되었다. 도 13 에 예시된 바와 같이, 반응 챔버에서의 압력 변동은 최대 압력과 최소 압력 사이의 차이가 되도록 정의되었고, 델타 P (△P[Pa]) 로서 프로세스 동안 측정되었다. 결과들이 표 1 및 도 12 에 나타나 있다. 표에서, "CV" 는 밸브를 통한 대략적인 플로우를 표시하는 플로우 계수로서 알려져 있으며, 인가된 압력에 기초하여 계산될 수 있다 ((CV=F(SG/dP)1/2, 식중 F = 유량 [US gallons per minute], SG = 유체의 비중 [물에 대해서는 1], dP = 밸브에 걸친 압력 드롭 [psi] 이다).
Figure pat00001
표 1 및 도 12 에 나타낸 바와 같이, 벤트 라인을 통한 플로우가 제로일 때, 반응 챔버에서의 압력 변동이 상당하였다 (500 Pa 의 반응 챔버 압력 세트에서 1 slm 에 대해 △P = 114.3 Pa, 2 slm 에 대해 △P = 158.9 Pa). 벤트 라인을 통한 플로우가 증가하였을 때, 반응 챔버에서의 압력 변동이 효과적으로 억제되었으며, 특히 CV 값이 0.025 이상이었을 때 (1 slm 에 대해 △P = 8.3 Pa 이하, 2 slm 에 대해 △P = 15.8 Pa 이하), 프로세스 동안 발생되는 압력 변동이 실질적으로 없음을 표시하였다. 하지만, 벤트 라인에 어떠한 니들 밸브도 제공되지 않았다면, 벤트 라인 측면 (낮은 압력 손실) 과 반응 챔버 측면 (높은 압력 손실) 사이의 압력 차이로 인해, 반응 챔버에 진입하는 플로우가 변동되었다.
당업자는 많은 그리고 다양한 수정들이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것을 행해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 형태들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니라는 것을 명백하게 이해하여야 한다.

Claims (12)

  1. 제 1 가스 및 제 2 가스를 사용하여 프로세스 동안 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법으로서,
    가스 유입구 라인이 상기 반응 챔버에 접속되고, 제 2 가스 라인 및 제 1 가스 라인이 상기 가스 유입구 라인의 타단에 접속되며,
    상기 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법은,
    상기 제 1 가스 라인 및 상기 가스 유입구 라인을 통해 상기 반응 챔버에 파형에 따른 펄스들로 제 1 가스를 주입 (feeding) 하는 단계; 및
    상기 제 2 가스 라인 및 상기 가스 유입구 라인을 통해 상기 반응 챔버에 역 파형에 따른 펄스들로 제 2 가스를 주입하는 단계를 포함하고,
    상기 파형과 역 파형의 중첩된 파형들이 실질적으로 또는 거의 평탄하며, 이에 의해 상기 반응 챔버의 압력을 안정화하는, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 라인은 메인 라인 및 상기 가스 유입구 라인의 타단의 상류에서 상기 메인 라인으로부터 분기된 브랜치 라인을 갖고,
    상기 제 2 가스 라인은 메인 라인 및 상기 가스 유입구 라인의 타단의 상류에서 상기 메인 라인으로부터 분기된 브랜치 라인을 갖으며,
    상기 제 1 가스 라인의 브랜치 라인 및 상기 제 2 가스 라인의 브랜치 라인이 상기 반응 챔버를 우회하는 것에 의해 가스를 방전하는 벤트 라인에 접속되며,
    상기 파형은 상기 제 1 가스의 메인 라인과 브랜치 라인을 스위칭하는 것에 의해 형성되는 반면, 상기 역 파형은 상기 제 2 가스의 메인 라인과 브랜치 라인을 스위칭하는 것에 의해 형성되는, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 라인에서의 매스 플로우는 분기점의 상류에서 매스 플로우 제어기에 의해 조절되고,
    상기 제 2 가스 라인에서의 매스 플로우는 상기 분기점의 상류에서 매스 플로우 제어기에 의해 조절되며,
    상기 벤트 라인에서의 플로우는 스로틀 (throttle) 에 의해 제어되는, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 라인은 메인 라인 및 상기 가스 유입구 라인의 타단의 상류에서 상기 메인 라인으로부터 분기된 브랜치 라인을 갖고,
    상기 제 2 가스 라인의 상기 브랜치 라인은 상기 반응 챔버를 우회하는 것에 의해 가스를 방전하는 벤트 라인인 반면, 상기 제 1 가스 라인은 상기 벤트 라인에 접속되지 않으며,
    상기 파형은 상기 제 1 가스 라인을 개방 및 폐쇄하는 것에 의해 형성되는 반면, 상기 역 파형은 상기 제 2 가스의 메인 라인 및 브랜치 라인을 스위칭하는 것에 의해 형성되는, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 라인에서의 유압은 자동 압력 조절기에 의해 조절되고, 또한 상기 제 1 가스 라인에서의 플로우는 상기 자동 압력 조절기의 하류에서 스로틀에 의해 제어되는 반면, 상기 제 2 가스 라인에서의 매스 플로우는 분기점의 상류에서 매스 플로우 제어기에 의해 조절되고, 상기 브랜치 라인에서의 플로우가 스로틀에 의해 제어되는, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 라인에서의 유압은 자동 압력 조절기에 의해 조절되고, 또한 상기 제 1 가스 라인에서의 플로우는 상기 자동 압력 조절기의 하류에서 스로틀에 의해 제어되는 반면, 상기 제 2 가스 라인에서의 유압은 자동 압력 조절기에 의해 조절되며,
    상기 파형 및 상기 역 파형은 상기 자동 압력 조절기와 상기 스로틀 사이에서 상기 제 1 가스 라인을 개방 및 폐쇄하는 것에 의해 형성되는, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 유입구 라인에서의 플로우가 또한 스로틀에 의해 제어되는, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 유입구 라인에서의 상기 스로틀의 스로틀 계량이 상기 제 1 가스 라인에서의 상기 스로틀의 스로틀 계량보다 큰, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스는 순환 막형성 프로세스인, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세스는 원자층 증착 (ALD) 인, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 소스 가스이고, 상기 제 2 가스는 비활성 가스인, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소스 가스를 구성하는 케미컬들은 실온에서 액체 또는 가스이고, 상기 비활성 가스는 희가스인, 반응 챔버의 압력을 안정화하는 방법.
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