KR20160090758A - 공간적으로 분리된 인젝터 챔버를 사용하는 막들의 원자 층 증착 - Google Patents

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KR20160090758A
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타츠야 이. 사토
이란 뉴맨
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Abstract

막을 증착하는 방법들은, 복수의 프로세싱 구역들을 갖는 프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 복수의 기판들을 위치시키는 단계를 포함하고, 각각의 프로세싱 구역은, 가스 커튼에 의해, 인접한 구역으로부터 분리된다. 막을 증착하기 위해, 프로세싱 구역들 중 적어도 하나에서의 제 1 반응성 가스들, 퍼지 가스들, 제 2 반응성 가스들, 및 퍼지 가스에 대한 노출을 교번시킨다.

Description

공간적으로 분리된 인젝터 챔버를 사용하는 막들의 원자 층 증착{ATOMIC LAYER DEPOSITION OF FILMS USING SPATIALLY SEPARATED INJECTOR CHAMBER}
[0001] 본 개시의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 개시는, 기판들에 대해 원자 층 증착(ALD) 및 화학 기상 증착(CVD)을 수행하기 위한 배치(batch) 프로세싱 플랫폼에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스들을 형성하는 프로세스는 통상적으로, 다수의 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 플랫폼들에서 실시된다. 몇몇 경우들에서, 다중-챔버 프로세싱 플랫폼 또는 클러스터 툴의 목적은, 제어되는 환경에서 순차적으로 기판에 대해 2개 또는 그 초과의 프로세스들을 수행하는 것이다. 그러나, 다른 경우들에서, 다중 챔버 프로세싱 플랫폼은 기판들에 대해 단일 프로세싱 단계만을 수행할 수 있고; 부가적인 챔버들은, 플랫폼에 의해 기판들이 프로세싱되는 레이트를 최대화하도록 의도된다. 후자의 경우에서, 기판들에 대해 수행되는 프로세스는 전형적으로, 배치 프로세스이고, 그러한 배치 프로세스에서, 예컨대 25개 또는 50개와 같은 비교적 많은 수의 기판들이, 주어진 챔버에서, 동시에 프로세싱된다. 배치 프로세싱은, 경제적으로 실용적인 방식으로 개별적인 기판들에 대해 수행되기에 너무 시간-소모적인 프로세스들에 대해, 예컨대, ALD 프로세스들 및 몇몇 화학 기상 증착(CVD) 프로세스들에 대해, 특히 유익하다.
[0003] 프로세스 변동성에 대한 반도체 산업의 허용오차는, 반도체 디바이스들의 크기가 축소됨에 따라, 계속 감소되고 있다. 이러한 더 엄격한 프로세스 제어들을 충족시키기 위해, 산업은, 더 엄격한 프로세스 윈도우를 충족시키는 다수의 새로운 프로세스들을 개발하였지만, 이러한 프로세스들은 종종, 완료되는데 더 긴 시간을 소모한다. 예컨대, ALD는 CVD와 비교하여 우수한 스텝 커버리지를 나타내는, CVD의 변형이다. ALD는, 전자발광 디스플레이(electroluminescent display)들을 제조하기 위해 원래 채용되었던 원자 층 에피택시(ALE)에 기초한다. ALD는, 기판 표면 상에 반응성 전구체 분자들의 포화된 단층(saturated monolayer)을 증착하기 위해, 화학 흡착(chemisorption)을 채용한다. 이는, 증착 챔버 내로의 적절한 반응성 전구체들의 펄싱을 순환적으로 교번(alternating)시킴으로써 달성된다. 반응성 전구체의 각각의 주입(injection)은 전형적으로, 기판의 표면 상에 균일한 재료 층을 형성하기 위해, 이전에 증착된 층들에 새로운 원자 층을 제공하도록, 비활성 가스 퍼지에 의해 분리된다. 반응성 전구체 및 비활성 퍼지 가스들의 사이클들은, 재료 층을 미리 결정된 두께로 형성하기 위해 반복된다. ALD 기법들에 대한 최대의 단점은, 증착 레이트가, 적어도 10배만큼, 전형적인 CVD 기법들보다 훨씬 더 낮다는 것이다. 예컨대, 몇몇 ALD 프로세스들은, 기판의 표면 상에 고 품질 층을 증착하기 위해, 약 10 내지 약 200 분의 챔버 프로세싱 시간을 소모할 수 있다. 더 우수한 디바이스 성능을 위해 그러한 ALD 및 에피택시 프로세스들을 선택하는 것에 있어서, 종래의 단일 기판 프로세싱 챔버에서 디바이스들을 제조하기 위한 비용은, 매우 낮은 기판 프로세싱 처리량으로 인해, 증가될 것이다. 따라서, 그러한 프로세스들을 구현하는 경우에, 경제적으로 실행가능하게 되기 위해, 연속적인 기판 프로세싱 접근법이 요구된다. 그러나, 배치 프로세싱은 종종, 웨이퍼-대-웨이퍼 및 웨이퍼-내 프로세스 불-균일성을 도입할 수 있다. 따라서, 본 기술분야에서, 균일한 막들을 증착하기 위한 장치 및 방법들에 대한 계속되는 필요성이 존재한다.
[0004] 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예들은 프로세싱 방법들에 관한 것이다. 복수의 기판들은 프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 위치된다. 프로세싱 챔버는 복수의 프로세싱 구역들을 포함하고, 각각의 프로세싱 구역은, 가스 커튼(curtain)에 의해, 인접한 구역으로부터 분리된다. 제 1 반응성 가스가 프로세싱 구역들 중 하나 또는 그 초과의 프로세싱 구역들 내로 유동되면서, 제 1 반응성 가스 유동을 갖지 않는 임의의 프로세싱 구역 내로 비활성 가스를 유동시킨다. 복수의 기판들은, 기판들 각각을, 적어도 한번, 프로세싱 구역들 각각을 통해 통과시키기 위해, 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에서 회전된다. 프로세싱 구역들 내로의 제 1 반응성 가스의 유동이 정지된다. 제 2 반응성 가스가 프로세싱 구역들 중 하나 또는 그 초과의 프로세싱 구역들 내로 유동되면서, 제 2 반응성 가스 유동을 갖지 않는 임의의 프로세싱 구역 내로 비활성 가스를 유동시킨다. 복수의 기판들은, 기판들 각각을, 적어도 한번, 프로세싱 구역들 각각을 통해 통과시키기 위해, 프로세싱 챔버 내에서 회전된다. 프로세싱 구역들 내로의 제 2 반응성 가스의 유동이 정지된다.
[0005] 본 개시의 부가적인 실시예들은 프로세싱 방법들에 관한 것이다. 복수의 기판들은 프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 위치된다. 프로세싱 챔버는 복수의 프로세싱 구역들을 포함하고, 각각의 프로세싱 구역은, 가스 커튼에 의해, 인접한 구역으로부터 분리된다. 제 1 반응성 가스가 각각의 프로세싱 구역 내로 유동된다. 복수의 기판들은, 적어도 2개의 프로세싱 구역들, 및 그 적어도 2개의 프로세싱 구역들 사이의 가스 커튼에 기판들 각각을 노출시키기 위해, 프로세싱 챔버 내에서 회전된다. 제 1 반응성 가스의 유동이 정지된다. 제 2 반응성 가스가 각각의 프로세싱 구역 내로 유동된다. 복수의 기판들은, 적어도 2개의 프로세싱 구역들, 및 그 적어도 2개의 프로세싱 구역들 사이의 가스 커튼에 기판들 각각을 노출시키기 위해, 프로세싱 챔버 내에서 회전된다. 제 2 반응성 가스의 유동이 퍼지 가스로 정지된다.
[0006] 본 개시의 추가적인 실시예들은, 프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 6개의 기판들을 위치시키는 단계를 포함하는 프로세싱 방법에 관한 것이다. 프로세싱 챔버는 복수의 프로세싱 구역들을 포함하고, 각각의 프로세싱 구역은, 가스 커튼에 의해, 인접한 프로세싱 구역들로부터 분리된다. 제 1 반응성 가스는, 제 1 시간 동안, 프로세싱 구역들 각각 내로 유동되고, 기판 지지부는, 적어도 2개의 인접한 프로세싱 구역들에 각각의 기판을 노출시키기 위해 회전된다. 프로세싱 구역들 내로의 제 1 반응성 가스의 유동이 정지된다. 퍼지 가스는, 제 2 시간 동안, 프로세싱 구역들 각각 내로 유동된다. 제 2 반응성 가스가, 제 3 시간 동안, 프로세싱 구역들 각각 내로 유동되면서, 적어도 2개의 인접한 프로세싱 구역들에 각각의 기판을 노출시키기 위해, 기판 지지부를 회전시킨다. 프로세싱 구역들 내로의 제 2 반응성 가스의 유동이 정지된다. 퍼지 가스는, 제 4 시간 동안, 프로세싱 구역들 각각 내로 유동된다.
[0007] 본 개시의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된, 본 개시의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시가 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1은, 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 측단면도이다.
[0009] 도 2는, 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 파이-형상 가스 분배 섹터들을 갖는 프로세싱 챔버의 투시도를 도시한다.
[0010] 도 3은, 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 4개의 가스 분배 어셈블리들 및 로딩 스테이션으로 구성된 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
[0011] 도 4는, 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 인젝터 유닛의 개략적인 정면도를 도시한다.
[0012] 도 5는, 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 복수의 프로세싱 구역들을 포함하는 가스 분배 어셈블리의 개략적인 정면도를 도시한다.
[0013] 본 개시의 실시예들은, 기판 또는 서셉터 어셈블리와 인젝터(injector) 어셈블리 사이의 갭을 측정하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 본 개시의 몇몇 실시예들은, 재현가능한(reproducible) 방식으로, 서셉터 어셈블리 상에 웨이퍼를 배치하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예들은, 서셉터 어셈블리의 온도를 측정하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 본 개시의 몇몇 실시예들은, 다양한 파라미터들을 모니터링할 수 있게 하기 위해, 카메라들, 캐패시턴스 센서들, 및 디자인 엘리먼트들을 사용하여, 도금 영역에 걸친 갭의 정적 및 동적 3D 매핑, 뿐만 아니라, 직접적인 온도 측정, 및 웨이퍼 배치 좌표들의 온 더 플라이 조정(on the fly adjustment)을 제공한다.
[0014] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "웨이퍼", "기판" 등과 같은 용어들은 교환가능하게 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼는, 예컨대 200 mm 또는 300 mm 실리콘 웨이퍼와 같은 강성의(rigid) 별개의 기판이다.
[0015] 도 1은, 인젝터들 또는 인젝터 어셈블리라고 또한 지칭되는 가스 분배 어셈블리(120), 및 서셉터 어셈블리(140)를 포함하는 프로세싱 챔버(100)의 단면도를 도시한다. 가스 분배 어셈블리(120)는 프로세싱 챔버에서 사용되는 임의의 타입의 가스 전달 디바이스이다. 가스 분배 어셈블리(120)는 서셉터 어셈블리(140)를 향하는 전방 표면(121)을 포함한다. 전방 표면(121)은, 서셉터 어셈블리(140)를 향하여 가스들의 유동을 전달하기 위한 임의의 수의 또는 다양한 개구들을 가질 수 있다. 가스 분배 어셈블리(120)는 또한, 외측 에지(124)를 포함하며, 도시된 실시예들에서, 외측 에지(124)는 실질적으로 둥글다.
[0016] 사용되는 특정 타입의 가스 분배 어셈블리(120)는, 사용되고 있는 특정한 프로세스에 따라 변화될 수 있다. 본 개시의 실시예들은, 서셉터와 가스 분배 어셈블리 사이의 갭이 제어되는 임의의 타입의 프로세싱 시스템에 대해 사용될 수 있다. 다양한 타입들의 가스 분배 어셈블리들(예컨대, 샤워헤드들)이 채용될 수 있지만, 본 개시의 실시예들은 특히, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들을 갖는 공간적인(spatial) ALD 가스 분배 어셈블리들에 대해 유용할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 가스 채널들의 종축이 동일한 일반적인 방향으로 연장되는 것을 의미한다. 가스 채널들의 평행성에서 약간의 불완전성들이 존재할 수 있다. 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들은, 적어도 하나의 제 1 반응성 가스 A 채널, 적어도 하나의 제 2 반응성 가스 B 채널, 적어도 하나의 퍼지 가스 P 채널, 및/또는 적어도 하나의 진공 V 채널을 포함할 수 있다. 제 1 반응성 가스 A 채널(들), 제 2 반응성 가스 B 채널(들), 및 퍼지 가스 P 채널(들)로부터 유동하는 가스들은, 웨이퍼의 상단 표면을 향하여 지향된다. 가스 유동의 일부는, 웨이퍼의 표면에 걸쳐 수평으로 이동하고, 퍼지 가스 P 채널(들)을 통해 프로세싱 구역 밖으로 이동한다. 가스 분배 어셈블리의 하나의 단부로부터 다른 단부로 이동하는 기판은, 프로세스 가스들 각각에 차례로 노출되어, 기판 표면 상에 층이 형성될 것이다.
[0017] 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리(120)는, 단일 인젝터 유닛으로 제조된 강성의 고정된 바디(body)이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리(120)는, 도 2에서 도시된 바와 같이, 복수의 개별적인 섹터(sector)들(예컨대, 인젝터 유닛들(122))로 구성된다. 단일 피스 바디 또는 다중-섹터 바디가, 설명되는 본 개시의 다양한 실시예들에 대해 사용될 수 있다.
[0018] 서셉터 어셈블리(140)는 가스 분배 어셈블리(120) 아래에 위치된다. 서셉터 어셈블리(140)는, 상단 표면(141), 및 상단 표면(141)에서의 적어도 하나의 리세스(recess)(142)를 포함한다. 서셉터 어셈블리(140)는 또한, 바닥 표면(143) 및 에지(144)를 갖는다. 리세스(142)는, 프로세싱되고 있는 기판들(60)의 형상 및 크기에 따라, 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 도 1에서 도시된 실시예에서, 리세스(142)는 웨이퍼의 바닥을 지지하기 위해 평탄한 바닥을 갖지만, 리세스의 바닥은 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 리세스는 리세스의 외측 주변 에지 주위에 스텝(step) 구역들을 갖고, 그 스텝 구역들은 웨이퍼의 외측 주변 에지를 지지하도록 크기설정된다. 스텝들에 의해 지지되는, 웨이퍼의 외측 주변 에지의 정도(amount)는, 예컨대, 웨이퍼의 배면 상에 이미 존재하는 피처(feature)들의 존재, 및 웨이퍼의 두께에 따라, 변화될 수 있다.
[0019] 몇몇 실시예들에서, 도 1에서 도시된 바와 같이, 서셉터 어셈블리(140)의 상단 표면(141)에서의 리세스(142)는, 리세스(142)에서 지지되는 기판(60)이 서셉터(140)의 상단 표면(141)과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 상단 표면(61)을 갖도록, 크기설정된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상"이라는 용어는, 웨이퍼의 상단 표면과 서셉터 어셈블리의 상단 표면이 ±0.2 mm 내에서 동일 평면 상에 있는 것을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 상단 표면들은, ±0.15 mm, ±0.10 mm, 또는 ±0.05 mm 내에서 동일 평면 상에 있다.
[0020] 도 1의 서셉터 어셈블리(140)는, 서셉터 어셈블리(140)를 리프팅할 수 있고, 하강시킬 수 있고, 회전시킬 수 있는 지지 포스트(160)를 포함한다. 서셉터 어셈블리는, 지지 포스트(160)의 중심부 내에 가열기, 또는 가스 라인들, 또는 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 지지 포스트(160)는, 서셉터 어셈블리(140)를 적절한 위치로 이동시켜서, 서셉터 어셈블리(140)와 가스 분배 어셈블리(120) 사이의 갭을 증가시키거나 또는 감소시키는 주된 수단일 수 있다. 서셉터 어셈블리(140)는 또한, 서셉터 어셈블리(140)와 가스 분배 어셈블리(120) 사이에 미리 결정된 갭(170)을 생성하기 위해, 서셉터 어셈블리(140)에 대한 마이크로-조정들을 행할 수 있는 미세 튜닝 액추에이터들(162)을 포함할 수 있다.
[0021] 몇몇 실시예들에서, 갭(170)의 거리는, 약 0.1 mm 내지 약 5.0 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.1 mm 내지 약 3.0 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.2 mm 내지 약 1.8 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1.7 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.4 mm 내지 약 1.6 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.6 mm 내지 약 1.4 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1.3 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1.1 mm의 범위에 있거나, 또는 약 1 mm이다.
[0022] 도면들에서 도시된 프로세싱 챔버(100)는, 서셉터 어셈블리(140)가 복수의 기판들(60)을 홀딩(hold)할 수 있는 캐러셀(carousel)-타입 챔버이다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 가스 분배 어셈블리(120)는 복수의 별개의 인젝터 유닛들(122)을 포함할 수 있고, 각각의 인젝터 유닛(122)은, 웨이퍼가 인젝터 유닛 아래로 이동되는 경우에, 웨이퍼 상에 막을 증착할 수 있다. 2개의 파이-형상 인젝터 유닛들(122)이, 서셉터 어셈블리(140) 위에 그리고 서셉터 어셈블리(140)의 대략적으로 대향하는 측들 상에 위치된 것으로 도시된다. 이러한 수의 인젝터 유닛들(122)은 단지 예시적인 목적들을 위해 도시된다. 더 많거나 또는 더 적은 인젝터 유닛들(122)이 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 어셈블리(140)의 형상과 일치하는 형상을 형성하기에 충분한 수의 파이-형상 인젝터 유닛들(122)이 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 개별적인 파이-형상 인젝터 유닛들(122) 각각은, 다른 인젝터 유닛들(122) 중 어느 것에도 영향을 미치지 않으면서, 독립적으로 이동, 제거, 및/또는 교체될 수 있다. 예컨대, 로봇이 기판들(60)을 로딩/언로딩하기 위해 서셉터 어셈블리(140)와 가스 분배 어셈블리(120) 사이의 구역에 접근하게 허용하도록, 하나의 세그먼트가 상승될 수 있다.
[0023] 다수의 가스 인젝터들을 갖는 프로세싱 챔버들은, 웨이퍼들이 동일한 프로세스 플로우를 겪도록, 다수의 웨이퍼들을 동시에 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 도 3에서 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(100)는 4개의 가스 인젝터 어셈블리들 및 4개의 기판들(60)을 갖는다. 프로세싱의 초기에, 기판들(60)은 인젝터 어셈블리들(30) 사이에 위치될 수 있다. 45°만큼 서셉터 어셈블리(140)를 회전시키는 것(17)은, 인젝터 어셈블리들(120) 사이에 있는 각각의 기판(60)이, 인젝터 어셈블리들(120) 아래에 점선 원에 의해 예시된 바와 같이, 막 증착을 위해 인젝터 어셈블리(120)로 이동되게 할 것이다. 부가적인 45° 회전은 기판들(60)을 인젝터 어셈블리들(30)로부터 벗어나게 이동시킬 것이다. 공간적인 ALD 인젝터들의 경우에, 인젝터 어셈블리에 관한 웨이퍼의 이동 동안에, 웨이퍼 상에 막이 증착된다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터 어셈블리(140)는, 기판들(60)이 인젝터 어셈블리들(120) 아래에서 정지하는 것을 방지하는 증분(increment)들로 회전된다. 기판들(60) 및 가스 분배 어셈블리들(120)의 수는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들의 수는 가스 분배 어셈블리들의 수와 동일하다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세싱되고 있는 웨이퍼들의 수는, 가스 분배 어셈블리들의 수의 정수 배수, 또는 분수(fraction)이다. 예컨대, 4개의 가스 분배 어셈블리들이 존재하는 경우에, 프로세싱되고 있는 4x개의 웨이퍼들이 존재하고, 여기에서, x는 1과 동등한 또는 그 초과의 정수 값이다.
[0024] 도 3에서 도시된 프로세싱 챔버(100)는 단지, 하나의 가능한 구성을 표현하는 것일 뿐이고, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 여기에서, 프로세싱 챔버(100)는 복수의 가스 분배 어셈블리들(120)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 프로세싱 챔버(100) 주위에 균등하게 이격된 (인젝터 어셈블리들(30)이라고 또한 호칭되는) 4개의 가스 분배 어셈블리들이 존재한다. 도시된 프로세싱 챔버(100)는 팔각형이지만, 이는 하나의 가능한 형상이고, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 도시된 가스 분배 어셈블리들(120)은 사다리꼴이지만, 단일 원형 컴포넌트일 수 있거나, 또는 도 2에서 도시된 바와 같은 복수의 파이-형상 세그먼트들로 구성될 수 있다.
[0025] 도 3에서 도시된 실시예는, 로드 락 챔버(180), 또는 버퍼 스테이션과 같은 보조 챔버를 포함한다. 이러한 챔버(180)는, 예컨대, 챔버(100)에서 (기판들(60)이라고 또한 지칭되는) 기판들이 로딩/언로딩되게 허용하기 위해, 프로세싱 챔버(100)의 측면에 연결된다. 웨이퍼 로봇은, 기판을 서셉터 상으로 이동시키기 위해, 챔버(180)에 위치될 수 있다.
[0026] 캐러셀(예컨대, 서셉터 어셈블리(140))의 회전은 연속적일 수 있거나 또는 불연속적일 수 있다. 연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은, 이들이 인젝터들 각각에 차례로 노출되도록, 계속 회전한다. 불연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은, 인젝터 구역으로 이동되고 정지될 수 있고, 그 후에, 인젝터들 사이의 구역(84)으로 이동되고 정지될 수 있다. 예컨대, 캐러셀은, 웨이퍼들이 인젝터-간(inter-injector) 구역으로부터 인젝터를 횡단하고(또는, 인젝터 근처에서 정지하고), 캐러셀이 다시 멈출 수 있는 다음 인젝터-간 구역으로 이동하도록, 회전할 수 있다. 인젝터들 사이에서 멈추는 것은, 각각의 층 증착 사이의 부가적인 프로세싱 단계들(예컨대, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
[0027] 도 4는, 인젝터 유닛(122)이라고 지칭될 수 있는 가스 분배 어셈블리(220)의 섹터 또는 부분을 도시한다. 인젝터 유닛들(122)은, 개별적으로, 또는 다른 인젝터 유닛들과 조합하여 사용될 수 있다. 예컨대, 도 5에서 도시된 바와 같이, 4개의, 도 4의 인젝터 유닛들(122)이, 단일 가스 분배 어셈블리(220)를 형성하도록 조합된다(4개의 인젝터 유닛들을 분리시키는 라인들은 명료성을 위해 도시되지 않는다). 도 4의 인젝터 유닛(122)이, 진공 포트들(145) 및 퍼지 가스 포트들(155)에 부가하여, 제 1 반응성 가스 포트(125) 및 제 2 반응성 가스 포트(135) 양자 모두를 갖지만, 인젝터 유닛(122)은 이러한 컴포넌트들 전부를 요구하지 않는다.
[0028] 도 4 및 도 5 양자 모두를 참조하면, 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 가스 분배 어셈블리(220)는, 각각의 섹터가 동일하거나 또는 상이한 복수의 섹터들(또는 인젝터 유닛들(122))을 포함할 수 있다. 가스 분배 어셈블리(220)는, 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 가스 분배 어셈블리(220)의 전방 표면(121)에 복수의 세장형(elongate) 가스 포트들(125, 135, 145)을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들(125, 135, 145, 155)은, 가스 분배 어셈블리(220)의 내측 주변 에지(123)에 인접한 영역으로부터, 외측 주변 에지(124)에 인접한 영역을 향하여 연장된다. 도시된 복수의 가스 포트들은, 제 1 반응성 가스 포트(125), 제 2 반응성 가스 포트(135), 제 1 반응성 가스 포트들 및 제 2 반응성 가스 포트들 각각을 둘러싸는 진공 포트(145), 및 퍼지 가스 포트(155)를 포함한다.
[0029] 도 4 또는 도 5에서 도시된 실시예들을 참조하면, 포트들이 적어도 대략 내측 주변 구역으로부터 적어도 대략 외측 주변 구역으로 연장된다고 말하는 경우에, 그러나, 포트들은, 단지, 내측 구역으로부터 외측 구역으로 방사상으로 연장되는 것에 그치지 않고 연장될 수 있다. 포트들은, 진공 포트(145)가 반응성 가스 포트(125) 및 반응성 가스 포트(135)를 둘러싸는 바와 같이, 접선 방향으로(tangentially) 연장될 수 있다. 도 4 및 도 5에서 도시된 실시예에서, 웨지(wedge) 형상 반응성 가스 포트들(125, 135)은, 내측 주변 구역 및 외측 주변 구역 근처의 에지들을 포함하는 모든 에지들이, 진공 포트(145)에 의해 둘러싸인다.
[0030] 도 4를 참조하면, 기판이 경로(127)를 따라 이동함에 따라, 기판 표면의 각각의 부분은 다양한 반응성 가스들에 노출된다. 경로(127)를 따르기 위해, 기판은, 퍼지 가스 포트(155), 진공 포트(145), 제 1 반응성 가스 포트(125), 진공 포트(145), 퍼지 가스 포트(155), 진공 포트(145), 제 2 반응성 가스 포트(135), 및 진공 포트(145)에 노출될 것이거나, 또는 그러한 포트들과 "마주칠(see)" 것이다. 따라서, 도 4에서 도시된 경로(127)의 끝에서, 기판은, 층을 형성하도록, 제 1 반응성 가스(125) 및 제 2 반응성 가스(135)에 노출되었다. 도시된 인젝터 유닛(122)은 사분원을 형성하지만, 더 클 수 있거나 또는 더 작을 수 있다. 도 5에서 도시된 가스 분배 어셈블리(220)는, 연속하여 연결된 도 4의 인젝터 유닛들(122) 4개의 조합으로서 고려될 수 있다.
[0031] 도 4의 인젝터 유닛(122)은, 반응성 가스들을 분리시키는 가스 커튼(150)을 도시한다. "가스 커튼"이라는 용어는, 반응성 가스들을 혼합으로부터 분리시키는, 가스 유동들 또는 진공의 임의의 조합을 설명하기 위해 사용된다. 도 4에서 도시된 가스 커튼(150)은, 제 1 반응성 가스 포트(125) 바로 옆의 진공 포트(145)의 일부, 중간의 퍼지 가스 포트(155), 및 제 2 반응성 가스 포트(135) 바로 옆의 진공 포트(145)의 일부를 포함한다. 가스 유동과 진공의 이러한 조합은, 제 1 반응성 가스와 제 2 반응성 가스의 가스 상 반응들을 방지하거나 또는 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
[0032] 도 5를 참조하면, 가스 분배 어셈블리(220)로부터의 가스 유동들과 진공의 조합은, 복수의 프로세싱 구역들(250)로의 분리를 형성한다. 프로세싱 구역들은 개별적인 반응성 가스 포트들(125, 135) 주위에서 대략적으로 정의되고, 250 사이에 가스 커튼(150)이 존재한다. 도 5에서 도시된 실시예는, 8개의 별개의 가스 커튼들(150)이 사이에 있는 8개의 별개의 프로세싱 구역들(250)을 구성한다. 프로세싱 챔버는 적어도 2개의 프로세싱 구역을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 또는 12개의 프로세싱 구역들이 존재한다.
[0033] 프로세싱 동안에, 기판은, 임의의 주어진 시간에서, 하나 초과의 프로세싱 구역(250)에 노출될 수 있다. 그러나, 상이한 프로세싱 구역들에 노출되는 부분들은, 이 둘을 분리시키는 가스 커튼을 가질 것이다. 예컨대, 기판의 선행 에지가, 제 2 반응성 가스 포트(135)를 포함하는 프로세싱 구역에 진입하는 경우에, 기판의 중간 부분은 가스 커튼(150) 하에 있을 것이고, 기판의 후행 에지는, 제 1 반응성 가스 포트(125)를 포함하는 프로세싱 구역에 있을 것이다.
[0034] 예컨대 로드 락 챔버일 수 있는 팩토리 인터페이스(280)가, 프로세싱 챔버(100)에 연결된 것으로 도시된다. 기판(60)은, 레퍼런스(reference)의 프레임을 제공하기 위해, 가스 분배 어셈블리(220)와 중첩된 것으로 도시된다. 기판(60)은 종종, 가스 분배 플레이트(120)의 전방 표면(121) 근처에서 홀딩되도록, 서셉터 어셈블리 상에 놓일 수 있다. 기판(60)은, 팩토리 인터페이스(280)를 통해, 프로세싱 챔버(100) 내로, 그리고 기판 지지부 또는 서셉터 어셈블리 상으로 로딩된다(도 3 참조). 기판(60)은 프로세싱 구역 내에 위치된 것으로 도시될 수 있고, 이는, 기판이, 제 1 반응성 가스 포트(125) 근처에 그리고 2개의 가스 커튼들(150a, 150b) 사이에 위치되기 때문이다. 경로(127)를 따라 기판(60)을 회전시키는 것은, 프로세싱 챔버(100) 주위에서 반시계 방향으로 기판을 이동시킬 것이다. 따라서, 기판(60)은, 제 1 프로세싱 구역(250a)과 제 8 프로세싱 구역(250h) 사이의 모든 프로세싱 구역들을 포함하여, 제 1 프로세싱 구역(250a) 내지 제 8 프로세싱 구역(250h)에 노출될 것이다. 도시된 가스 분배 어셈블리를 사용하는 프로세싱 챔버 주위의 각각의 사이클에 대해, 기판(60)은 제 1 반응성 가스와 제 2 반응성 가스의 4개의 ALD 사이클들에 노출될 것이다.
[0035] 도 5의 배치 프로세서와 같은 배치 프로세서에서의 종래의 ALD 시퀀스는, 펌프/퍼지 섹션이 사이에 있는 공간적으로 분리된 인젝터들로부터의 각각의 화학물질 A 및 B 유동을 유지한다. 종래의 ALD 시퀀스는, 증착된 막의 불-균일성을 야기할 수 있는, 시작 및 종료 패턴을 갖는다. 본 발명자들은 놀랍게도, 공간적인 ALD 배치 프로세싱 챔버에서 수행되는 시간 기반 ALD 프로세스가, 더 높은 균일성을 갖는 막을 제공하는 것을 발견하였다. 가스 A, 무 반응성 가스, 가스 B, 무 반응성 가스에 대한 노출의 기본적인 프로세스는, 막에서 시작 및 종료 패턴 형성을 갖는 것을 피하기 위하여, 화학물질 A 및 B 각각으로 표면을 포화시키기 위해, 인젝터들 아래에서 기판을 스위핑(sweep)하는 것일 것이다. 본 발명자들은 놀랍게도, 시간 기반 접근법이 특히, 시작 및 종료 패턴이 웨이퍼 내 균일성 성능에 상당한 영향을 미치는, 타겟 막 두께가 얇은 경우에(예컨대, 20 ALD 사이클들 미만), 유익하다는 것을 발견하였다.
[0036] 따라서, 본 개시의 실시예들은, 각각의 프로세싱 구역이 가스 커튼(150)에 의해 인접한 구역으로부터 분리된 복수의 프로세싱 구역들(250a 내지 250h)을 갖는 프로세싱 챔버(100)를 포함하는 프로세싱 방법들에 관한 것이다. 예컨대, 도 5에서 프로세싱 챔버가 도시된다. 프로세싱 챔버 내의 가스 커튼들 및 프로세싱 구역들의 수는, 가스 유동들의 배열에 따라, 임의의 적합한 수일 수 있다. 도 5에서 도시된 실시예는 8개의 가스 커튼들(150) 및 8개의 프로세싱 구역들(250a 내지 250h)을 갖는다. 가스 커튼들의 수는 일반적으로, 프로세싱 구역들의 수와 동등하거나 또는 그 초과이다. 예컨대, 구역(250a)이 반응성 가스 유동을 갖지 않았고, 단지, 로딩 영역의 역할을 하였다면, 프로세싱 챔버는 7개의 프로세싱 구역들 및 8개의 가스 커튼들을 가졌을 것이다.
[0037] 복수의 기판들(60)이, 예컨대, 도 1 및 도 2에서 도시된 서셉터 어셈블리(140)와 같은 기판 지지부 상에 위치된다. 복수의 기판들(60)은 프로세싱을 위해 프로세싱 구역들 주위에서 회전된다. 일반적으로, 가스 커튼들(150)은, 반응성 가스가 챔버 내로 유동하지 않는 기간들을 포함하여, 프로세싱 전반에 걸쳐 관여된다(engaged)(가스 유동 및 진공 온(on)).
[0038] 제 1 반응성 가스 A는 프로세싱 구역들(250) 중 하나 또는 그 초과 내로 유동되는 한편, 비활성 가스는, 제 1 반응성 가스 A가 유동되지 않는 임의의 프로세싱 구역(250) 내로 유동된다. 예컨대, 제 1 반응성 가스가 프로세싱 구역(250b) 내지 프로세싱 구역(250h) 내로 유동하고 있는 경우에, 비활성 가스는 프로세싱 구역(250a) 내로 유동될 것이다. 비활성 가스는 제 1 반응성 가스 포트(125) 또는 제 2 반응성 가스 포트(135)를 통해 유동될 수 있다.
[0039] 프로세싱 구역들 내의 비활성 가스 유동은 일정할 수 있거나 또는 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반응성 가스는 비활성 가스와 함께 공동-유동된다. 비활성 가스는 캐리어 및 희석제로서 작용할 것이다. 캐리어 가스에 비하여 반응성 가스의 양이 적기 때문에, 공동-유동은, 인접한 구역들 사이의 압력에서의 차이들을 감소시킴으로써, 프로세싱 구역들 사이의 가스 압력들을 밸런싱하는 것을 더 용이하게 만들 수 있다.
[0040] 몇몇 실시예들에서, 제 1 반응성 가스 A는 프로세싱 챔버 내의 프로세싱 구역들 각각 내로 유동된다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 반응성 가스는 프로세싱 챔버의 교번하는 구역들 내로 유동된다. 따라서, 제 1 반응성 가스 A는, 제 1 프로세싱 구역(250a), 제 3 프로세싱 구역(250c), 제 5 프로세싱 구역(250e), 및 제 7 프로세싱 구역(250g) 내로 유동된다. 다른 프로세싱 구역들은 반응성 가스 유동을 갖지 않을 것이지만, 비활성 가스 유동(예컨대, N2, Ar, He)을 가질 수 있다.
[0041] 복수의 기판들(60)은, 프로세싱 구역들(250) 중 적어도 하나를 통해 통과하기 위해, 프로세싱 챔버 내에서 회전된다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 기판들 각각은, 적어도 한번, 프로세싱 구역들 각각을 통해 통과된다. 몇몇 실시예들에서, 기판들(60) 각각은, 구역들을 분리시키는 가스 커튼을 통해 통과하여, 적어도 2개의 프로세싱 구역들에 노출된다. 기판은, 기판의 어떠한 부분이라도 구역에 있었던 경우에, 프로세싱 구역에 노출된다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 전체 기판이, 한번에 또는 통과하면서, 프로세싱 구역에 있었던 경우에, 프로세싱 구역에 노출된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 각각의 기판은, 반응성 가스를 갖는 적어도 2개의 프로세싱 구역들에 노출된다. 예컨대, 교번하는 구역들이 제 1 반응성 가스 A를 유동시키고 있고, 다른 구역들이 비활성 가스를 유동시키고 있는 경우에, 기판은, 제 1 반응성 가스 A를 갖는 적어도 2개의 프로세싱 구역들, 및 비활성 가스를 갖는 그 사이의 임의의 프로세싱 구역에 노출될 것이다.
[0042] 기판(60)이 노출될 프로세싱 구역들(250)의 수는 다수의 인자들에 따라 좌우될 것이다. 예컨대, 이는, 유동하는 반응성 가스의 표면 포화에 대해 허용되는 시간, 및 서셉터 어셈블리(140)의 회전 속력이다. 서셉터 어셈블리의 회전 속력은 정지 상태(stationary)로부터 약 30 내지 60 rpm까지 변화될 수 있다. 프로세싱 동안에, 서셉터 어셈블리의 회전 속도는 0(예컨대, 회전하지 않음) 내지 약 30 rpm의 범위에 있다. 서셉터 어셈블리의 회전 속도는 반응성 가스들에 대한 기판의 노출 시간에 영향을 미칠 수 있다. 더 짧은 회전 속력은 일반적으로, 더 긴 노출 시간을 야기하고, 그 역도 마찬가지이다. 서셉터 어셈블리가 너무 빠르게 회전하는 경우에, 반응성 가스에 대한 기판 노출은, 반응성 종으로 웨이퍼 표면을 포화시키기에 충분하지 않을 수 있다.
[0043] 제 1 반응성 가스 A 노출이 종료되는 제 1 시간 후에, 프로세스 챔버는, 잔여의 제 1 반응성 가스를 제거하기 위해 퍼지된다. 제 1 반응성 가스 A 유동이 정지되고, 퍼지 가스가 프로세싱 구역들 내로 유동된다. 퍼지 가스는 반응성 가스를 위한 캐리어 가스의 일부로서 계속 유동하고 있을 수 있거나, 또는 반응성 가스 유동을 정지시킨 후에 턴 온될(turned on) 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 퍼지 가스 유동은 전반에 걸쳐 일정하게 유지되고, 그에 따라, 프로세싱 구역에서의 압력은, 반응성 가스가 공동-유동되는 경우에, 그렇지 않은 경우보다 약간 더 높게 될 것이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세싱 구역에서의 압력은 전반에 걸쳐 실질적으로 동일하게 유지되고, 그에 따라, 반응성 가스의 공동-유동 동안에, 압력을 유지하기 위해, 퍼지 가스 유동의 양은, 퍼지 가스와 함께 공동-유동하는 반응성 가스의 양만큼 감소된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로 동일한"이라는 용어는, 개별적인 프로세싱 구역에서의 압력이 상대적으로 10 % 초과만큼 변화되지 않는 것을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 반응성 가스가 퍼지 가스 또는 캐리어 가스와 함께 공동-유동하는 경우에, 반응성 가스의 유동을 정지시키는 것은, 반응성 가스의 볼륨을 보충하기 위해 부가적인 퍼지 가스를 부가하는 것을 포함한다. 퍼지 가스 시간 동안에, 기판들은 정지 상태에 있을 수 있거나 또는 회전될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판들은, 제 1 반응성 가스 A 및 제 2 반응성 가스 B에 대한 노출 동안에만 회전된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 기판들은, 증착 전반에 걸쳐, 일관된 레이트로 프로세싱 구역들을 통해 회전된다. 몇몇 실시예들에서, 기판들은, 제 1 반응성 가스 A 및 제 2 반응성 가스 B 노출들 각각에 대해, 상이한 속도들로 회전된다.
[0044] 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 구역들 내로의 제 1 반응성 가스 A 또는 프로세싱 구역들 내로의 제 2 반응성 가스 B의 유동을 정지시키는 것은, 프로세싱 구역들 내로 비활성 가스를 유동시키는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 비활성 가스 유동이 반응성 가스 유동을 대체한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 비활성 가스는, 반응성 가스와의 공동-유동 전반에 걸쳐, 일정한 압력으로 프로세싱 구역 내로 유동하고, 그에 따라, 프로세스 구역에서의 압력은, 반응성 가스가 정지되는 경우에 비해, 반응성 가스가 유동하는 경우에, 변화한다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 프로세스 구역은 독립적으로, 프로세싱 동안에, 실질적으로 일정한 압력을 유지한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로 일정한 압력"이라는 용어는, 개별적인 프로세싱 구역에서의 압력이 상대적으로 10 % 초과만큼 변화되지 않는 것을 의미한다.
[0045] 제 2 시간 후에, 퍼지 가스 유동은, 프로세싱 챔버로부터, 실질적으로 모든 잔여의 제 1 반응성 가스 A를 제거하였다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로 모든"이라는 용어는, 제 2 반응성 가스와의 어떠한 가스 상 반응도, 증착된 막의 성능에 악영향을 미치지 않을 정도로 충분한 제 1 반응성 가스가 제거된 것을 의미한다. 제 2 반응성 가스 B가 프로세싱 구역들(250) 중 하나 또는 그 초과 내로 유동되는 한편, 비활성 가스는, 제 2 반응성 가스 B가 유동되지 않는 임의의 프로세싱 구역(250) 내로 유동된다. 예컨대, 제 2 반응성 가스가 프로세싱 구역(250b) 내지 프로세싱 구역(250h) 내로 유동하고 있는 경우에, 비활성 가스는 프로세싱 구역(250a) 내로 유동하고 있을 것이다. 비활성 가스는 제 1 반응성 가스 포트(125) 또는 제 2 반응성 가스 포트(135)를 통해 유동될 수 있다.
[0046] 제 2 반응성 가스 B가 유동하고 있으면서, 복수의 기판들(60)은, 프로세싱 구역들(250) 중 적어도 하나를 통해 통과하기 위해, 프로세싱 챔버 내에서 회전된다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 기판들 각각은, 적어도 한번, 프로세싱 구역들 각각을 통해 통과된다. 몇몇 실시예들에서, 기판들(60) 각각은, 구역들을 분리시키는 가스 커튼을 통해 통과하여, 적어도 2개의 프로세싱 구역들에 노출된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 각각의 기판은, 반응성 가스를 갖는 적어도 2개의 프로세싱 구역들에 노출된다. 기판은, 기판의 어떠한 부분이라도 구역에 있었던 경우에, 프로세싱 구역에 노출된다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 전체 기판이, 한번에 또는 통과하면서, 프로세싱 구역에 있었던 경우에, 프로세싱 구역에 노출된다. 예컨대, 교번하는 구역들이 제 2 반응성 가스 B를 유동시키고 있고, 다른 프로세싱 구역들이 비활성 가스를 유동시키고 있는 경우에, 기판은, 제 2 반응성 가스 B를 갖는 적어도 2개의 프로세싱 구역들, 및 비활성 가스를 갖는 그 사이의 임의의 프로세싱 구역에 노출될 것이다.
[0047] 제 2 반응성 가스 B 노출이 종료되는 제 3 시간 후에, 프로세스 챔버 내로의 제 2 반응성 가스의 유동이 정지된다. 프로세싱 챔버는, 잔여의 제 2 반응성 가스를 제거하기 위해 퍼지될 수 있다. 제 2 반응성 가스 B 유동이 정지되고, 퍼지 가스가 프로세싱 구역들 내로 유동된다. 퍼지 가스는 반응성 가스를 위한 캐리어 가스의 일부로서 계속 유동하고 있을 수 있거나, 또는 반응성 가스 유동을 정지시킨 후에 턴 온될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 퍼지 가스 유동은 전반에 걸쳐 일정하게 유지되고, 그에 따라, 프로세싱 구역에서의 압력은, 반응성 가스가 공동-유동되는 경우에, 그렇지 않은 경우보다 약간 더 높게 될 것이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세싱 구역에서의 압력은 전반에 걸쳐 실질적으로 동일하게 유지되고, 그에 따라, 반응성 가스의 공동-유동 동안에, 압력을 유지하기 위해, 퍼지 가스 유동의 양이 감소된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로 동일한"이라는 용어는, 개별적인 프로세싱 구역에서의 압력이 상대적으로 30 % 초과만큼 변화되지 않는 것을 의미한다. 퍼지 가스 시간 동안에, 기판들은 정지 상태에 있을 수 있거나 또는 회전될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판들은, 제 1 반응성 가스 A 및 제 2 반응성 가스 B에 대한 노출 동안에만 회전된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 기판들은, 증착 전반에 걸쳐, 일관된 레이트로 프로세싱 구역들을 통해 회전된다. 몇몇 실시예들에서, 기판들은, 제 1 반응성 가스 A 및 제 2 반응성 가스 B 노출들 각각에 대해, 상이한 속도들로 회전된다.
[0048] 프로세싱 챔버는, 실질적으로 모든 잔여의 제 2 반응성 가스를 제거하기 위해, 제 4 시간 동안 퍼지된다. 제 1 시간, 제 2 시간, 제 3 시간, 및 제 4 시간은 동일할 수 있거나, 또는 각각, 독립적으로, 상이할 수 있다. 예컨대, 제 1 시간 및 제 2 시간이 동일할 수 있고, 제 3 시간 및 제 4 시간이 동일할 수 있지만, 제 1 시간 및 제 2 시간과 상이할 수 있다.
[0049] 몇몇 실시예들에서, 각각의 프로세싱 구역은 독립적으로, 제 1 반응성 가스와 제 2 반응성 가스 중 하나에 노출되고, 그에 따라, 어떠한 프로세싱 구역도 제 1 반응성 가스 및 제 2 반응성 가스 양자 모두에 노출되지 않는다. 예컨대, 프로세스 구역들(250a 내지 250d)은 제 1 반응성 가스에 노출될 수 있고, 프로세스 구역(250e 내지 250h)은 제 2 반응성 가스에 노출될 수 있다. 한번에 하나의 반응성 가스만이 유동하면서, 챔버는, 반응성 가스 유동에 기초하여, 프로세스 구역들로 분리될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 반응성 가스에 노출되는 프로세싱 구역들은, 제 2 반응성 가스에 노출되는 프로세싱 구역들과 교번한다.
[0050] 넓은 양상에서, 프로세싱 챔버는 적어도 2개의 프로세싱 구역들을 포함하고, 기판 지지부는 적어도 2개의 기판들을 지지할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 도 5에서 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버는 8개의 프로세싱 구역들을 포함하고, 기판 지지부는 최대 6개의 기판들을 지지할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 기판 지지부는, 적어도 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 또는 12개의 기판들을 지지할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 프로세싱 구역(250a), 제 3 프로세싱 구역(250c), 제 5 프로세싱 구역(250e), 및 제 7 프로세싱 구역(250g)은, 본질적으로 제 1 반응성 가스로 구성된 반응성 가스들에 노출되고, 제 2 프로세싱 구역(250b), 제 4 프로세싱 구역(250d), 제 6 프로세싱 구역(250f), 및 제 8 프로세싱 구역(250h)은, 본질적으로 제 2 반응성 가스로 구성된 반응성 가스들에 노출된다. 몇몇 실시예들에서, 교번하는 프로세싱 구역들은, 본질적으로 제 1 반응성 가스로 구성된 반응성 가스들에 노출되거나(예컨대, 짝수 번호 구역들), 또는 본질적으로 제 2 반응성 가스로 구성된 반응성 가스들에 노출된다(예컨대, 홀수 번호 구역들).
[0051] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 알루미늄 산화물 막은, 트리메틸알루미늄(TMA) 및 물에 대한 순차적인 노출에 의해 증착된다. 비활성 가스는, N2를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 비활성 가스일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, TMA가 프로세싱 구역들 중 적어도 하나 내로 유동되고, 기판은 제 1 시간 동안 TMA에 노출된다. 몇몇 실시예들의 제 1 시간, 즉, 제 1 반응성 가스에 대한 노출의 시간은 약 10 s 미만이다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 시간은, 약 6 초, 5 초, 4 초, 3 초, 또는 2 초와 동등하거나 또는 그 미만이다.
[0052] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 티타늄 질화물 막은, 티타늄 사염화물 및 암모니아에 대한 순차적인 노출에 의해 증착된다. 비활성 가스는, N2를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 비활성 가스일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 티타늄 사염화물이 프로세싱 구역들 중 적어도 하나 내로 유동되고, 기판은 제 1 시간 동안 티타늄 사염화물에 노출된다. 몇몇 실시예들의 제 1 시간은, 약 6 초, 5 초, 4 초, 3 초, 또는 2 초와 동등하거나 또는 그 미만이다.
[0053] 회전 속력은 노출을 증가시키거나 또는 감소시키기 위해 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판들은, 약 5 rpm, 6 rpm, 7 rpm, 8 rpm, 9 rpm, 10 rpm, 11 rpm, 12 rpm, 13 rpm, 14 rpm, 또는 15 rpm의 속력으로 기판 지지부 상에서 회전된다. 몇몇 실시예들에서, 기판 지지부는, 약 5 rpm 내지 약 15 rpm의 범위에서의, 또는 약 7 rpm 내지 약 13 rpm의 범위에서의 속력으로 회전된다.
[0054] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, TMA는 8개의 프로세싱 구역들 각각 내로 유동된다. 6개의 기판들은 약 8 rpm 내지 약 12 rpm의 범위에서의 속력으로 회전된다. 기판들은, 1 초 내지 2 초의 범위에서의 길이를 갖는 제 1 시간 동안, TMA에 노출된다. TMA 유동이 모든 프로세싱 구역들에 대해 정지되고, 캐리어 가스로서 유동하고 있었던 질소가, 약 1 초 내지 약 2 초의 범위에서의 제 2 시간 동안, 프로세싱 구역들을 퍼지한다. 물이 프로세싱 구역들 각각 내로 유동되고, 약 6 초 초과의 제 3 시간 동안, 기판들에 노출된다. 물이 정지되고, 캐리어 가스로서 유동하고 있었던 질소가, 적어도 약 6 초의 제 4 시간 동안, 프로세싱 구역들을 퍼지한다. 그 후에, 미리 결정된 두께를 갖는 막을 형성하기 위해, 사이클이 반복된다. 몇몇 실시예들에서, 사이클은, 약 50 Å, 45 Å, 40 Å, 35 Å, 30 Å, 25 Å, 또는 20 Å 미만의 평균 두께를 갖는 막을 증착하기 위해 반복된다. 몇몇 실시예들에서, 기판에 걸친, 최소 두께로부터 최대 두께까지의 막 두께들의 범위는, 평균에 비하여 약 6 % 미만, 또는 평균에 비하여 약 5 % 미만, 또는 평균에 비하여 약 4 % 미만이다. 몇몇 실시예들에서, 15 사이클들 후의 평균 두께는 약 27 Å 내지 약 28.5 Å의 범위에 있고, 총 증착 시간은 약 250 초 미만이다.
[0055] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 티타늄 사염화물은 8개의 프로세싱 구역들 각각 내로 유동된다. 6개의 기판들은 약 8 rpm 내지 약 12 rpm의 범위에서의 속력으로 회전된다. 기판들은, 1 초 내지 2 초의 범위에서의 길이를 갖는 제 1 시간 동안, 티타늄 사염화물에 노출된다. 티타늄 사염화물 유동이 모든 프로세싱 구역들에 대해 정지되고, 캐리어 가스로서 유동하고 있었던 질소가, 약 1 초 내지 약 2 초의 범위에서의 제 2 시간 동안, 프로세싱 구역들을 퍼지한다. 암모니아가 프로세싱 구역들 각각 내로 유동되고, 약 6 초 초과의 제 3 시간 동안, 기판들에 노출된다. 암모니아가 정지되고, 캐리어 가스로서 유동하고 있었던 질소가, 적어도 약 6 초의 제 4 시간 동안, 프로세싱 구역들을 퍼지한다. 그 후에, 미리 결정된 두께를 갖는 막을 형성하기 위해, 사이클이 반복된다. 몇몇 실시예들에서, 사이클은, 약 50 Å, 45 Å, 40 Å, 35 Å, 30 Å, 25 Å, 또는 20 Å 미만의 평균 두께를 갖는 막을 증착하기 위해 반복된다. 몇몇 실시예들에서, 기판에 걸친, 최소 두께로부터 최대 두께까지의 막 두께들의 범위는, 평균에 비하여 약 6 % 미만, 또는 평균에 비하여 약 5 % 미만, 또는 평균에 비하여 약 4 % 미만이다. 몇몇 실시예들에서, 15 사이클들 후의 평균 두께는 약 27 Å 내지 약 28.5 Å의 범위에 있고, 총 증착 시간은 약 250 초 미만이다.
[0056] 예들
[0057] 알루미늄 산화물이, 트리메틸알루미늄(TMA)과 물의 교번하는 펄스들에 의해, 실리콘 웨이퍼들 상에 증착되었다. 질소 유동이 모든 시간들에서 캐리어 가스 또는 퍼지 가스로서 온되었다. 기판들은 약 10 rpm의 속력으로 회전되었다. 결과들은 테이블 1에서 나타내어진다.
테이블 1
Figure pat00001
[0058] 전술한 바가 본 개시의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있고, 본 개시의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 프로세싱 방법으로서,
    프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 복수의 기판들을 위치시키는 단계 ― 상기 프로세싱 챔버는 복수의 프로세싱 구역들을 포함하고, 각각의 프로세싱 구역은, 가스 커튼(curtain)에 의해, 인접한 구역으로부터 분리됨 ―;
    상기 프로세싱 구역들 중 하나 또는 그 초과의 프로세싱 구역들 내로 제 1 반응성 가스를 유동시키면서, 제 1 반응성 가스 유동을 갖지 않는 임의의 프로세싱 구역 내로 비활성 가스를 유동시키는 단계;
    상기 기판들 각각을, 적어도 한번, 상기 프로세싱 구역들 각각을 통해 통과시키기 위해, 상기 프로세싱 챔버 내에서 기판 지지부 상의 상기 복수의 기판들을 회전시키는 단계;
    상기 프로세싱 구역들 내로의 상기 제 1 반응성 가스의 유동을 정지시키는 단계;
    상기 프로세싱 구역들 중 하나 또는 그 초과의 프로세싱 구역들 내로 제 2 반응성 가스를 유동시키면서, 제 2 반응성 가스 유동을 갖지 않는 임의의 프로세싱 구역 내로 비활성 가스를 유동시키는 단계;
    상기 기판들 각각을, 적어도 한번, 상기 프로세싱 구역들 각각을 통해 통과시키기 위해, 상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 복수의 기판들을 회전시키는 단계; 및
    상기 프로세싱 구역들 내로의 상기 제 2 반응성 가스의 유동을 정지시키는 단계
    를 포함하는,
    프로세싱 방법.
  2. 프로세싱 방법으로서,
    프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 복수의 기판들을 위치시키는 단계 ― 상기 프로세싱 챔버는 복수의 프로세싱 구역들을 포함하고, 각각의 프로세싱 구역은, 가스 커튼에 의해, 인접한 구역으로부터 분리됨 ―;
    각각의 프로세싱 구역 내로 제 1 반응성 가스를 유동시키는 단계;
    적어도 2개의 프로세싱 구역들, 및 상기 적어도 2개의 프로세싱 구역들 사이의 가스 커튼에 상기 기판들 각각을 노출시키기 위해, 상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 복수의 기판들을 회전시키는 단계;
    상기 제 1 반응성 가스의 유동을 정지시키는 단계;
    각각의 프로세싱 구역 내로 제 2 반응성 가스를 유동시키는 단계;
    적어도 2개의 프로세싱 구역들, 및 상기 적어도 2개의 프로세싱 구역들 사이의 가스 커튼에 상기 기판들 각각을 노출시키기 위해, 상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 복수의 기판들을 회전시키는 단계; 및
    퍼지 가스로 상기 제 2 반응성 가스의 유동을 정지시키는 단계
    를 포함하는,
    프로세싱 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 프로세싱 구역은 독립적으로, 프로세싱 동안에, 실질적으로 일정한 압력을 유지하는,
    프로세싱 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 구역들 내로 제 1 반응성 가스를 유동시키는 것은, 상기 프로세싱 구역들 모두를 포함하는,
    프로세싱 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 구역들 내로 제 2 반응성 가스를 유동시키는 것은, 상기 프로세싱 구역들 모두를 포함하는,
    프로세싱 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 프로세싱 구역은 독립적으로, 상기 제 1 반응성 가스와 상기 제 2 반응성 가스 중 하나에 노출되고, 그에 따라, 어떠한 프로세싱 구역도, 상기 제 1 반응성 가스 및 상기 제 2 반응성 가스 양자 모두에 노출되지 않는,
    프로세싱 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 반응성 가스에 노출되는 프로세싱 구역들은, 상기 제 2 반응성 가스에 노출되는 프로세싱 구역들과 교번(alternate)하는,
    프로세싱 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 적어도 2개의 프로세싱 구역들을 포함하고, 상기 기판 지지부는 적어도 2개의 기판들을 지지할 수 있는,
    프로세싱 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    교번하는 프로세싱 구역들은, 본질적으로 상기 제 1 반응성 가스로 구성된 반응성 가스들, 또는 본질적으로 상기 제 2 반응성 가스로 구성된 반응성 가스들에 노출되는,
    프로세싱 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 반응성 가스에 대한 노출에 관하여, 상기 제 1 반응성 가스에 대한 노출 동안에, 상기 기판 지지부의 회전 속력을 교번시키는 단계를 더 포함하는,
    프로세싱 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 반응성 가스 및 상기 제 2 반응성 가스의 유동을 정지시키는 것은, 정지된 유동의 볼륨을 보충하기 위해, 퍼지 가스의 부가적인 양을 부가하는 것을 포함하는,
    프로세싱 방법.
  12. 프로세싱 방법으로서,
    프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 6개의 기판들을 위치시키는 단계 ― 상기 프로세싱 챔버는 복수의 프로세싱 구역들을 포함하고, 각각의 프로세싱 구역은, 가스 커튼에 의해, 인접한 프로세싱 구역들로부터 분리됨 ―;
    제 1 시간 동안, 상기 프로세싱 구역들 각각 내로 제 1 반응성 가스를 유동시키고, 적어도 2개의 인접한 프로세싱 구역들에 각각의 기판을 노출시키기 위해, 상기 기판 지지부를 회전시키는 단계;
    상기 프로세싱 구역들 내로의 상기 제 1 반응성 가스의 유동을 정지시키는 단계;
    제 2 시간 동안, 상기 프로세싱 구역들 각각 내로 퍼지 가스를 유동시키는 단계;
    제 3 시간 동안, 상기 프로세싱 구역들 각각 내로 제 2 반응성 가스를 유동시키면서, 적어도 2개의 인접한 프로세싱 구역들에 각각의 기판을 노출시키기 위해, 상기 기판 지지부를 회전시키는 단계;
    상기 프로세싱 구역들 내로의 상기 제 2 반응성 가스의 유동을 정지시키는 단계; 및
    제 4 시간 동안, 상기 프로세싱 구역들 각각 내로 퍼지 가스를 유동시키는 단계
    를 포함하는,
    프로세싱 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는, 프로세싱 전반에 걸쳐, 실질적으로 일정한 속력으로 회전되는,
    프로세싱 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 반응성 가스는 트리메틸알루미늄을 포함하고, 상기 제 2 반응성 가스는 물을 포함하는,
    프로세싱 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 시간 및 상기 제 2 시간은 약 3 초 미만이고, 상기 제 3 시간 및 상기 제 4 시간은 약 12 초 미만인,
    프로세싱 방법.
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