KR20190013949A - 반도체 웨이퍼 처리 장치 - Google Patents

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KR20190013949A
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존 슈그루
루씨안 씨. 즈디라
크리스 쥐.엠. 드 리더
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

공간적 원자층 증착 장치에 있어서,
중심, 중심 영역 및 원주 영역을 가지는 샤워헤드 측을 갖는 샤워헤드를 포함한다. 장치는 또한 갭을 형성하는 샤워헤드 측에 평행하고 대향하게 연장되는 기판 지지 측을 가지는 서셉터를 포함한다. 서셉터 및 샤워헤드는 회전 축을 중심으로 서로에 대해 회전 가능하다. 장치는 복수의 전환 가능 샤워헤드 섹션들을 가진다. 장치는 또한 복수의 다방향 밸브 어셈블리들을 포함한다. 각 전환 가능 샤워헤드 섹션은 복수의 다방향 밸브 어셈블리들 중 하나와 유동적으로 연결되어, 복수의 상이한 가스원들 중 선택된 하나를 그 전환 가능 샤워헤드 섹션과 유동적으로 연결한다.

Description

반도체 웨이퍼 처리 장치
본 발명은 반도체 웨이퍼 처리 장치에 관한 것이다.
최신식의 공간적 원자층 증착(ALD) 툴들은 전형적으로 고정된 크기의 처리 구역(process zone)들을 갖는 샤워헤드(showerhead)들을 이용하여 작동하며, 각 처리 구역은 특정 처리 가스 또는 퍼지 가스(purge gas) 및 샤워헤드에 대해 회전하는 서셉터(susceptor)를 주입한다. 샤워헤드를 갖는 ALD 툴의 일 예시는 US-6,821,563의 도 2에 도시되어 있다. 처리 구역의 크기와 결합한 회전 속도는 샤워헤드에 대해 이동하는 기판의 처리 구역에 주입된 처리 가스의 특정 노광 시간(exposure time)을 초래한다. US-6,821,563에서, 처리 구역들의 크기는 고정되어 있다.
하나의 처리 가스가 완전 포화를 달성하기 위해 다른 처리 가스와 상이한 노광 시간을 필요로 할 수 있기 때문에, 이들 각 구역들의 최적 크기 분배는 요구되는 노광 시간에 의존된다. 고정된 크기를 가지는 처리 구역들을 갖는 샤워헤드는 처리 가스의 특정 조합을 위한 최적의 처리량을 초래할 수 있다. 그러나 처리 가스의 또 다른 조합을 위한 동일한 샤워헤드를 이용할 때, 처리량은 최적이 아닐 수 있고/있거나 처리 가스는 포화에 도달하기 위해 필요되는 것보다 긴 노광 시간에 의해 낭비될 수 있다.
사용 중에 크기가 조절 가능한 처리 구역들을 가지는 샤워헤드를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
그것을 달성하기 위해, 본 발명은 공간적 원자층 증착(SALD-) 장치를 제공하며,
이는 기판들이 놓일 수 있는 기판 지지 표면을 가지는 서셉터; 및
기판 지지 표면 및 샤워헤드 측 사이에 갭을 형성하기 위해 기판 지지 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 샤워헤드 측을 가지는 샤워헤드;
를 포함하며,
서셉터 및 샤워헤드는 샤워헤드의 중심을 교차하고 기판 지지 표면에 실질적으로 수직하게 연장되는 회전축을 중심으로 서로에 대해 회전 가능하며;
샤워헤드는 복수의 가스 채널들을 포함하며, 각 가스 채널은 갭 내로 가스를 공급 및/또는 갭으로부터 가스를 배출하기 위해 갭 내로 개방하는 샤워헤드 내의 적어도 하나의 샤워헤드 개구와 유동적으로 연결되며, 유동적으로 연결되는 적어도 하나의 개구를 갖는 각 가스 채널은 샤워헤드 섹션을 정의하여 샤워헤드는 복수의 샤워헤드 섹션들을 포함하며;
SALD-장치는 복수의 다방향 밸브 어셈블리들(multi-way valve assemblies)을 포함하고, 각 다방향 밸브 어셈블리는 샤워헤드의 복수의 가스 채널들 중 하나의 가스 채널에 유동적으로 연결되며, 각 다방향 밸브 어셈블리는 상이한 유형들의 가스를 공급하는 복수의 상이한 가스원(gas source)들 중 선택된 하나를 갖는 다방향 밸브 어셈블리에 유동적으로 연결되는 각각의 가스 채널을 유동적으로 연결하도록 전환 가능하다.
본 발명에 따른 SALD-장치의 장점은 다방향 밸브 어셈블리와 유동적으로 연결되는 각 가스 채널이 갭에 관련된 샤워헤드 섹션 및 그 가스 채널을 통해 상이한 유형들의 가스를 공급하기 위해 상이한 가스원들에 선택적으로 연결될 수 있다는 것이다. 이는 각각의 샤워헤드 섹션에 속하는 다방향 밸브 어셈블리를 간단히 전환함으로써 달성될 수 있다. 결과적으로, 하나의 전환 가능 샤워헤드 섹션 또는 복수의 전환 가능 샤워헤드 섹션들을 각각 포함하는 처리 구역들이 형성될 수 있다. 처리 구역의 크기는 다방향 밸브 어셈블리들의 적절한 전환에 의해 동일한 가스원에 연결되는 전환 가능 섹션들의 수를 다르게 함으로써 쉽게 변경될 수 있다. 그 결과, 노광 시간은 처리 가스 당 최적화될 수 있고, 결과적으로 기판 당 처리량 및/또는 가스 사용량은 특정 가스원에 연결되는 인접한 전환 가능 샤워헤드 섹션들의 수의 선택을 통한 처리 구역들의 크기를 조절함으로써 최적화될 수 있다.
실시예에서, 각 다방향 밸브 어셈블리는 각각의 다방향 밸브 어셈블리가 가스 배출과 유동적으로 연결되는 각각의 가스 채널을 유동적으로 연결하도록 전환 가능할 수 있다. 따라서, 전환 가능 샤워헤드 섹션의 기능은 가스 공급 섹션에서 가스 배출 섹션으로 변경될 수 있다. 이는 보다 자유롭게 처리 구역들에서 크기 및 분리를 변경하는 가능성을 제공한다.
다양한 실시예들이 종속항들에 청구되며, 이는 도면에 도시된 일부 예시를 참조하여 더 설명될 것이다. 상기 실시예들은 결합되거나 서로 분리되어 적용될 수 있다.
도 1은 약간 위로부터의 SALD 장치의 분해 사시도를 도시한다.
도 2는 약간 아래로부터의 도 1의 SALD 장치의 분해 사시도를 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 SALD 장치의 제1 예시의 샤프트의 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3의 샤프트의 평면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 선 V-V의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 1 및 도 2의 SALD 장치의 제1 예시의 샤워헤드의 가스 공급 플레이트의 저면도를 도시한다.
도 7은 도 6의 선 VII-VII의 단면을 도시한다.
도 8은 도 1 및 도 2의 예시의 샤워헤드의 가스 분배 플레이트의 사시도를 도시한다.
도 9는 폐쇄 상태인 SALD 장치(SALD 장치)의 제1 예시의 사시도를 도시한다.
도 10은 개방 상태인 도 1 및 도 2의 SALD 장치의 제1 예시의 사시도를 도시한다.
도 11은 도 10에 도시된 SALD 장치의 평면도를 도시한다.
도 12는 도 11의 선 XII-XII의 단면도를 도시한다.
도 13은 12에 도시된 바와 같은 단면도와 유사하지만 폐쇄 상태인 SALD 장치를 도시한다.
도 14는 SALD 장치의 제2 예시의 약간 위로부터의 분해 사시도를 도시한다.
도 15는 제2 예시의 약간 아래로부터의 분해 사시도를 도시한다.
도 16은 제2 예시의 약간 위로부터의 사시도를 도시한다.
도 17은 제2 예시의 약간 아래로부터의 사시도를 도시한다.
도 18은 제2 예시의 평면도를 도시한다.
도 19는 개방 상태인 도 18의 선 IXX-IXX의 단면도를 도시한다.
도 20은 폐쇄 상태인 도 18의 선 IXX-IXX의 단면도를 도시한다.
도 21은 크기가 모두 동일하고 배출 전환 가능 섹션(exhaust switchable section)들에 의해 분리된 수직 하향 유동을 위한 파이(pie) 형상의 전환 가능 섹션들을 가지는 샤워헤드의 제1 예시의 개략도를 도시한다.
도 22는 서셉터가 도 21의 샤워헤드에 대해 회전할 때 샤워헤드의 각각의 전환 가능 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다.
도 23은 크기가 모두 동일하고 배출 전환 가능 섹션들에 의해 분리된 수직 하향 유동을 위한 파이 형상의 전환 가능 섹션들을 가지는 샤워헤드의 제2 예시의 개략도를 도시한다.
도 24는 서셉터가 도 23의 샤워헤드에 대해 회전할 때 샤워헤드의 각각의 전환 가능 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다.
도 25는 크기가 모두 동일하고 배출 전환 가능 섹션들에 의해 분리된 수직 하향 유동을 위한 파이 형상의 전환 가능 섹션들을 가지는 샤워헤드의 제3 예시의 개략도를 도시한다.
도 26은 서셉터가 도 25의 샤워헤드에 대해 회전할 때 샤워헤드의 각각의 전환 가능 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다.
도 27은 반경 가스 유동 구성(radial gas flow configuration)을 갖는 동일한 크기의 파이 형상인 전환 가능 섹션들을 가지는 샤워헤드의 제4 예시의 개략도를 도시한다.
도 28은 서셉터가 도 27의 샤워헤드에 대해 회전할 때 샤워헤드의 각각의 전환 가능 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다.
도 29는 반경 가스 유동 구성을 갖는 동일한 크기의 파이 형상인 전환 가능 섹션들을 가지는 샤워헤드의 제4 예시의 개략도를 도시한다.
도 30은 서셉터가 도 29의 샤워헤드에 대해 회전할 때 샤워헤드의 각각의 전환 가능 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다.
도 31는 반경 가스 유동 구성을 갖는 동일한 크기의 파이 형상인 가스 주입 전환 가능 섹션들을 가지는 샤워헤드의 제4 예시의 개략도를 도시한다.
도 32는 서셉터가 도 31의 샤워헤드에 대해 회전할 때 샤워헤드의 각각의 전환 가능 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다.
본 출원에서 유사하거나 대응하는 특징들은 유사하거나 대응하는 참조 부호에 의해 표시된다. 다양한 실시예들의 설명은 도면들에 도시된 예시들로 한정되지 않고 상세한 설명 및 청구범위에 사용된 참조 번호들은 실시예들의 설명을 제한하려는 것이 아니다. 참조 번호들은 도면들에 도시된 예시들을 참조함으로써 실시예들을 명료하게 하도록 포함된다.
도 1 내지 도 13은 공간적 원자층 증착 장치(이하 SALD-장치)의 제1 예시에 관한 것이다. 도 14 내지 도 20은 SALD-장치의 제2 예시에 관한 것이다. 2개의 예시들은 모두 다양한 실시예들을 포함하고 본 발명의 주요 양태를 포함한다. 도 21 내지 도 32는 다양한 이용 가능한 가스원들(28-34)에 또는 가스 배출(36), 예를 들어 전구체(A, precursor), 전구체(B), 전구체(C), 퍼지(P) 및 배출(E)에 샤워헤드의 다양한 섹션들(s1 내지 s12)을 연결함으로써 실현될 수 있는 샤워헤드(10)의 상이한 가스 공급 구성들의 예시들을 도시한다.
본 발명에 관한 SALD-장치(10)의 2개의 예시들은 도 1 내지 도 20에 도시된다. 일반적으로 SALD 장치는 처리될 기판이 놓일 수 있는 기판 지지 표면(14)을 가지는 서셉터(14)를 포함한다. SALD-장치는 추가적으로 기판 지지 표면(14a)과 샤워헤드 측(18) 사이에 갭(20)을 형성하기 위해 기판 지지 표면(14)에 마주하고 실질적으로 평행하게 연장되는 샤워헤드 측(18)을 가지는 샤워헤드(16)를 포함한다(도 12, 13 및 19, 20 참조). 서셉터(12) 및 샤워헤드(16)는 샤워헤드(16)의 중심을 교차하고 기판 지지 표면(14)에 실질적으로 수직하게 연장되는 회전 축(A)을 중심으로 서로에 대해 회전 가능하다(도 7, 10 참조). 도 1 내지 도 13에 도시된 제1 예시가 예시인 실시예에서, 예를 들어 서셉터(12) 상의 기판들을 로딩 및 언로딩하기 위해, 샤워헤드(16)는 회전 가능하고 서셉터(12)는 회전 방향으로 고정되거나 간헐적으로 회전 가능하다. 도 14 내지 도 20에 도시된 제2 예시가 예시인 대안적인 실시예에서, 샤워헤드(16)는 회전 방향으로 고정될 수 있고 서셉터(12)는 회전 가능할 수 있다.
도 7, 도 9, 도 19 및 도 20에 명확하게 도시된 바와 같이, 샤워헤드(16)는 복수 가스 채널들(64, 68; 96')을 포함한다. 각 가스 채널은 갭(20) 내로 가스를 공급하기 위해서 및/또는 갭(20)으로부터 가스를 배출하기 위해서 갭(20) 내로 개방하는 샤워헤드(16) 내의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)와 유동적으로 연결된다. 유동적으로 연결된 적어도 하나의 개구(22)를 갖는 각 가스 채널은 샤워헤드 섹션(s1-s12)을 정의하여 샤워헤드(16)는 복수의 샤워헤드 섹션들(s1-s12)을 포함한다. 도 1 내지 도 20에 도시된 2개의 예시들에서, 샤워헤드 섹션들(s1-s8)의 수는 8개다. 도 21 내지 도 32에 도시된 예시들에서 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12)의 수는 12개다. 만일 보다 높은 수가 생성될 수 있는 가스 구역 조합들에 대해 개선된 유연성을 제공한다면 임의의 수의 샤워헤드 섹션들(s1-s12)이 가능하다는 것을 유의해야 한다. 전형적으로, 6개의 가스 섹션들이 최소일 것이다. 각 샤워헤드 섹션(s1-s12)은 샤워헤드 측(18)의 중심에 인접한 중심 영역부터 샤워헤드 측(18)의 원주 영역까지 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 갭 섹션을 결정한다. 일반적으로, 섹션 개구들(22)은 도 2, 도 12, 도 8, 도 15, 도 17, 도 19에 도시된 바와 같이 샤워헤드 측(18)에 제공될 것이다. 그러나, 대안적으로, 섹션들 개구들(22)은 또한 샤워헤드 측(18)의 반경 내측 에지(radial inner edge) 또는 반경 외측 에지(radial outer edge)에 인접한 갭(20)을 경계 짓는 원주 벽에 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, SALD-장치(10)는 복수의 다방향 밸브 어셈블리(24)를 포함한다. 각 다방향 밸브 어셈블리(24)는 샤워헤드(16)의 복수의 가스 채널들 중 하나의 가스 채널(64, 68 또는 96')에 유동적으로 연결된다. 각 다방향 밸브 어셈블리(24)는 상이한 유형들의 가스를 공급하는 복수의 상이한 가스원들(28, 30, 32, 34) 중 선택된 하나를 갖는 다방향 밸브 어셈블리(24)에 유동적으로 연결된 각각의 가스 채널(64, 68 또는 96')을 유동적으로 연결하기 위해 전환 가능하다.
도 1 내지 도 20에 도시된 예시들에서, 샤워헤드(16)는 가스 공급 플레이트(16a) 및 가스 분배 플레이트(16b)를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 샤워헤드(16)는 단일 부분을 구성할 수 있다. 구체적으로, 이는 샤워헤드(16)가 회전 가능하게 고정될 때 쉽게 실행 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 SALD-장치의 장점은 참조로 만들어진 요약에 설명되었다.
샤워헤드(10)의 다양한 실시예들이 가능하다. 각 전환 가능 섹션(s1-s12)은 예를 들어 중심 영역부터 원주 영역까지 반경 방향으로 연장되는 섹션 개구들(22)의 단일 열이 제공될 수 있다. 그러나, 섹션 개구들(22)은 또한 도 1 내지 도 13의 제1 예시에 도시된 바와 같이 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s12)을 형성하기 위해 삼각형 또는 쐐기 형상 패턴으로 제공될 수 있다. 게다가, 섹션 개구들(22)의 크기는 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s8) 내에서 또는 사이에서 변경될 수 있다. 또한 섹션 개구들(22)의 유출 방향은 샤워헤드 측(18)에 수직인 것 이외에도 비수직, 즉 각을 이룰 수 있다. 샤워헤드 측(18)의 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s8)의 섹션 내의 상이한 위치들에서의 상이한 크기들의 섹션 개구들(22) 및/또는 상이한 각도의 섹션 개구들(22)을 사용함으로써, 섹션 개구들(22)을 통해 공급된 가스 유동의 양 및 방향은 영향을 받을 수 있다. 실시예에서, 다양한 섹션들(s1-s8)은 공동으로 상이한 섹션 개구 패턴들, 공동으로 상이한 섹션 개구 치수들 또는 공동으로 상이한 섹션 개구 각도들을 가질 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 20에 도시된 제1 및 제2 예시가 설명될 것이다. 그 후, 일부 프로그램 가능성 예시들이 도 21 내지 도 32를 참조하여 논의될 것이다. 마지막으로, 독립항에 청구된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들이 도면들을 참조하여 논의될 것이다.
도 1 및 도 2에 명확하게 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 13에 도시된 제1 예시는 서로 연결되고 고정 샤프트(44) 상에 회전 가능하게 장착된 가스 분배 플레이트(16b) 및 가스 공급 플레이트(16a)를 포함하는 샤워헤드(16)를 포함한다. 서셉터(12)는 또한 샤프트(44) 상에 장착되고 샤프트(44) 상에서 상향으로 및 하향으로 이동할 수 있다. 선택적으로, 서셉터(12)는 예를 들어 그 기판 지지 표면(14) 상에 기판들을 놓기 위해, SALD-장치(10) 옆에 위치될 수 있는 기판 핸들링 로봇과 함께, 간헐적으로 회전 가능할 수 있다. 도 1 내지 도 13의 예시에서, 기판 지지 표면(14)은 원형 기판이 위치될 수 있는 4개의 원형 형상의 공동들(14a)을 가진다. 사용 중에, 즉 ALD-처리 동안, 샤워헤드(16)는 회전할 수 있고 서셉터(12)는 고정일 수 있다. 서셉터(12)는 기판 지지 표면(14)으로 지향되는 샤워헤드 측(18) 및 서셉터(12)의 기판 지지 표면(14) 사이에 작은 갭(20)이 있는 SALD-장치의 폐쇄된 위치에서 상향으로 이동될 것이다. 도 9 및 도 13은 폐쇄 상태인 SALD-장치(10)의 제1 예시를 도시한다. 도 10 및 도 12는 개방 상태인 SALD-장치(10)의 제1 예시를 도시한다.
도 3 내지 도 5는 샤프트(44)를 보다 상세하게 도시한다. 샤프트는 고정이고 샤프트의 축에 평행하게 연장되는 다수의 축 채널들(46)을 포함한다. 축 채널들(46)은 가스 선들을 통해 가스원들(28-34) 및/또는 가스 배출(36)에 연결 가능하다. 샤프트의 복수의 축 레벨들 상에 환형 형상의 홈들(48)이 제공된다. 각 홈(48)에서 적어도 하나의 횡 방향 채널(50)이 개방한다. 횡 방향 채널(50)은 축 채널(46)과 관련된 환형 홈(48)을 갖는 축 채널(46)을 유동적으로 연결한다. 가스는 횡 방향 채널(50) 및 축 채널(46)을 통해 환형 홈(48)에 공급되거나 환형 홈(48)으로부터 배출될 수 있다.
도 6 및 도 7은 가스 공급 플레이트(16a)를 보다 상세하게 도시한다. 도 6은 가스 공급 플레이트(16a)의 저면도를 도시하고 도 7은 도 6의 선 VII-VII의 단면도를 도시한다.
도 8은 샤워헤드(16)의 가스 분배 플레이트(16b)의 사시도를 도시한다. 이미 언급된 바와 같이, 가스 공급 플레이트(16a) 및 가스 분배 플레이트(16b)는 사용 시 서로에 고정적으로 연결되거나 함께 샤워헤드(16)를 형성하다. 제1 예시에서 샤워헤드(16)는 샤프트(44) 상에 회전 가능하게 장착된다. 가스 분배 플레이트(16)의 상부 측의 구조물은 도 8에서 명확하게 볼 수 있고 샤워헤드 측(18)과 같이 여기서 참조될 서셉터(12)를 마주하는 반대 측의 구조물은 실질적으로 동일하다.
도 6에 명확하게 도시된 바와 같이, 가스 공급 플레이트(16a)의 하부는 상대적으로 작은 반경 상의 4개의 개구들(52)을 포함한다. 이 개구들(52)은 내측 링 개구들(42)이 제공되는 가스 분배 플레이트(16b)의 링 형상의 챔버(54, 도 8 참조) 내로 개방한다. 가스 공급 플레이트(16a)의 하부는 또한 상대적으로 큰 반경 상의 4개의 개구들(56)을 포함한다. 이 개구들(56)은 외측 링 개구들(40)이 제공되는 가스 분배 플레이트(16b)의 링 형상의 챔버(58) 내로 개방한다. 작은 반경 상의 4개의 개구들(52) 및 상대적으로 큰 반경 상의 4개의 개구들(56) 대신에, 가스의 충분한 유동을 공급하거나 배출하기에 충분한 임의의 수의 개구들이 제공될 수 있다. 도 7에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 개구들(52, 56)은 반경 방향으로 연장되는 채널(60)을 통해 연결된다. 반경 채널(60)은 가스 공급 플레이트(16a)의 중심 개구(74) 내로 개방한다. 중심 개구(74)는 중심 개구(74)를 통해 연장되는 샤프트(44)를 수용한다. 가스 공급 플레이트(16a)는 중심 개구(74)가 통과하여 연장되는 허브(66)를 포함한다. 반경 방향 채널(60)은 샤프트(44) 상의 환형 홈들(48) 중 하나와 유동적으로 연결된다. 그 결과, 예를 들어 퍼지 가스는 샤프트(44)의 축 채널(46) 통해, 횡 방향 채널(50)을 통해 샤프트(44)의 환형 홈(48)에 공급될 수 있다. 이 환형 홈(48)으로부터, 퍼지 가스는 반경 방향 채널(60)에 공급될 수 있고 반경 방향 채널(60) 및 개구들(52, 56)을 통해 상대적으로 작은 반경을 갖는 링 형상의 챔버(54) 및 상대적으로 큰 반경을 갖는 링 형상의 챔버(58)에 공급될 수 있다. 퍼지 가스는 샤워헤드 측(18) 및 기판 지지 표면(14) 사이의 갭(20) 내로 유동하여 퍼지 가스가 공급된 갭(20) 내에 내측 링 섹션(si) 및 외측 링 섹션(so)(도 21, 23, 25, 참조)을 형성하도록 외측 링 개구들(40) 및 내측 링 개구들(42)을 통해 가스 분배 플레이트(16b)를 통과할 것이다. 퍼지 가스를 공급하는 대신에, 동일한 루트가 또한 내측 링 섹션(si) 및 외측 링 섹션(so)으로부터 가스를 배출하기 위해 사용될 것이다.
가스 분배 플레이트(16b)의 하부는 또한 가스 공급 플레이트(16a)의 허브(66) 내에 축 방향으로 연장되는 가스 채널들(64)에 의해 형성된 8개의 개구들(62)을 포함한다. 허브(66) 내의 각 축 방향 가스 채널(64)은 중심 개구(74)로 연장되는 허브(66) 내의 횡 방향 가스 채널(68)에 연결된다. 허브(66) 내의 각 횡 방향 가스 채널(68)은 샤프트(44) 상의 환형 홈들(48) 중 하나와 관련된다. 가스 공급 플레이트(16b)의 하부 내의 각 개구(62)는 가스 분배 플레이트(16b)의 상부 측 상의 섹션 챔버(70)와 관련된다. 섹션 챔버들(70)은 반경 리브들(72, radial ribs)에 의해 서로로부터 분리된다. 도 8에서, 리브들(72)은 섹션 챔버들(70)과 유사한 치수로 상당히 넓지만 리브들은 또한 섹션 챔버들(70)보다 횡 방향으로 매우 작은 치수로 상대적으로 얇을 수 있다. 각 섹션 챔버(70)에서 가스 분배 플레이트(16b)의 상부 측으로부터 샤워헤드 측(18)을 형성하는 하부 측으로 연장되는 섹션 개구들(22)이 제공된다. 따라서 갭(20) 내에서 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s8)은 가스가 공급될 수 있는 것으로 또는 가스가 배출될 수 있는 것으로 제시된다. 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s8)으로의 가스의 공급은 샤프트(44) 내의 축 방향으로 연장되는 가스 채널들(46) 및 횡 방향 가스 채널들(50)을 통해 샤프트(44) 상의 환형 홈들(48)에 가스를 공급함으로써 영향을 받을 수 있다. 그 후, 환형 홈들에 공급된 가스는 허브(66) 내의 횡 방향 가스 채널(68) 및 허브(66) 내의 축 방향 가스 채널들(64) 중 하나에 들어갈 것이다. 가스는 관련된 섹션 챔버(70) 내의 가스 공급 플레이트(16b)의 하부 측 내의 개구들(62)을 통해 유동할 것이다. 가스는 섹션 챔버(70) 내에 쉽게 분배될 것이고 그 후 그 섹션 챔버(70) 내의 섹션 개구들(22)을 통과하여 갭(20)에 들어가고 갭(20) 내의 반경 방향으로 연장되는 섹션을 채울 것이다. 대안적으로, 동일한 루트는 진공 펌프와 같은 배출을 갖는 샤프트(44) 내의 반경 방향으로 연장되는 가스 채널들(46) 중 하나를 연결함으로써 갭(20) 내의 반경 방향으로 연장되는 섹션으로부터 가스를 배출하기 위해 사용될 수 있다.
도 9는 폐쇄 상태인 제1 예시를 도시한다. 가스 공급 플레이트(16a)는 그 안에서 연장되는 가스 채널들 및 가스 분배 플레이트(16b)의 상부 측이 보이도록 투명하게 만들어졌다. 이 도 9로부터 가스 공급 플레이트(16a)의 하부 측 내의 다양한 개구들(52, 56, 62)이 가스 분배 플레이트(16b)의 상부 측 상의 다양한 챔버들(54, 58, 70)에 어떻게 연결되는지가 명확하다. 도 9는 가스 도관(98)이 샤프트(44) 내의 축 방향으로 연장되는 채널(46)에 연결되는 것을 개략적으로 표시한다. 이 가스 도관(98)은 축 방향으로 연장되는 가스 채널들(46)이 선택의 가스원(28, 30, 32, 34)에 또는 가스 배출(36)에 연결될 수 있는 다방향 밸브 어셈블리(24)에 연결된다. 각 축 방향으로 연장되는 가스 채널(46)은 가스원들(28, 30, 32, 34) 중 선택된 하나에 또는 가스 배출에 연결 가능하도록 관련된 가스 도관(98) 및 관련된 다방향 밸브 어셈블리(24)에 유사한 방식으로 연결된다.
제1 예시만이 8개의 가스 섹션들(s1-s8)을 포함한다는 것을 알아야 한다. 실제로, 가스 섹션들의 수는 일반적으로 더 높을 것이다.
도 10은 개방된 상태인 제1 예시의 사시도를 도시한다. 이 개방 상태에서, 기판들은 서셉터(12)로부터 놓이고/놓이거나 제거될 수 있다. 이는 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 로봇과 함께 수동으로 또는 자동으로 시행될 수 있다.
도 11은 SALD-장치의 제1 예시의 평면도를 도시하고 도 12 및 도 13에 도시된 단면도의 단면 선들을 표시하는 단면 선 XII-XII을 표시한다. 도 12에서 SALD-장치(10)는 개방된 상태이고 도 13에서 SALD-장치는 폐쇄된 상태이다.
도 14 내지 도 20은 본 발명에 따른 SALD-장치(10)의 제2 예시를 도시한다. 제2 예시의 장치(10)의 다양한 부분들은 도 14 및 도 15에 제공된 분해도에 명확하게 도시된다. 제2 예시에서 샤워헤드(16)는 고정이고 서셉터(12)는 ALD-처리 동안 회전한다. 추가적으로, 각 섹션 내의 가스의 상하 유동 대신에, 각 섹션 내의 유도의 주요 방향은 반경 내향이다.
도 14 및 도 15는 SALD-장치의 제2 예시의 다양한 부분들을 명확하게 도시한다. 샤워헤드(16)는 사용 중에 서로 고정적으로 연결된 가스 공급 플레이트(16a) 및 가스 분배 플레이트(16b)를 포함한다. 서셉터(12)는 모터(78)에 의해 회전될 수 있는 중심 샤프트(76)에 연결된다. 중심 샤프트(76)는 또한 상향으로 및 하향으로 이동될 수 있다. 이는 동일한 모터(78)에 의해 시행될 수 있다. 대안적인 실시예들에서 제2 구동은 서셉터(12)의 상향 및 하향 이동을 수행하도록 제시될 수 있다. 예를 들어, 모터(78)는 상향으로 및 하향으로 이동 가능한 지지 상에 장착될 수 있다. 제2 예시에서 모터(78)는 하우징(80) 내에, 더 구체적으로는 그 하부 챔버(82) 내에 수용된다(도 19 및 도 20 참조). 하우징(80)의 측벽(84)은 상향으로 연장되고 샤워헤드(16)는 측벽(84)의 상부 에지 상에 고정적으로 장착된다. 서셉터는 하우징(80)의 상부 챔버(86) 내에 수용된다. 상부 챔버(86) 및 하부 챔버(82)는 중심 샤프트(76)가 통과하여 연장되는 중심 개구(90)를 갖는 분리벽(88)에 의해 서로로부터 실질적으로 분리된다. 측벽(84)은 기판들이 서셉터(12)로 이동되거나 서셉터(12)로부터 이동될 수 있는 개구(92)를 포함한다. 개구(92)는 클로져(closure, 미도시)가 제공될 수 있어서, 개방 위치에서 기판들은 챔버(86)의 내외로 이동될 수 있고 폐쇄 상태에서 챔버(86)는 기밀하게 밀폐된다. 기판들의 이동은 픽-앤-플레이스 유닛(미도시)과 함께 수동으로 또는 대안적으로, 자동으로 될 수 있다. 기판을 서셉터(12) 상에 놓거나 서셉터(12)로부터 제거할 때, 서셉터(12)는 SALD-장치가 개방된 상태에 있도록 하향 위치로 이동될 것이다. 이 개방된 상태는 도 16, 도 17 및 도 19에 도시된다. ALD-처리 동안, 서셉터(12)는 상향으로 이동되어 서셉터(12)의 기판 지지 표면(14)과 샤워헤드(16)의 샤워헤드 측(18) 사이에 작은 갭(20)을 남긴다. 이 갭(20)은 도 19에 표시된다.
도 14에 명확하게 도시된 바와 같이, 가스 분배 플레이트(16b)의 상부 측은 다수의 링 세그먼트 형상의 챔버(ring segment shaped chamber)들(94)을 포함한다. 이 예시에서, 링 세그먼트 형상의 챔버들(94)은 가스 분배 플레이트(16b)의 반경 외향 위치에 위치된다. 가스 공급 플레이트(16a)는 다수의 각각의 가스 도관들(98)이 연결될 수 있는 연결 니플들(96, connection nipples)을 가진다. 하나의 가스 도관(98)이 도 16에 개략적으로 도시된다. 각 연결 니플(96)은 관련된 링 세그먼트 형상의 챔버(94) 내로 개방되는 가스 채널(96', 도 19 참조)을 포함한다. 각 링 세그먼트 형상의 챔버(94)에는 가스 분배 플레이트(16b)를 통해 샤워헤드 측(18)으로써 여기에 표시되는 그 하부 측으로 연장되는 섹션 개구들(22)이 제공된다. 도 15에 명확하게 도시된 바와 같이, 샤워헤드 측(18)은 반경 방향으로 연장되는 리브들(100)에 의해 서로로부터 분리된 다수의 반경 방향으로 연장되는 섹션 형상의 챔버들을 포함한다. 각 반경 방향으로 연장되는 섹션 형상의 챔버는 갭(20) 내의 가스 섹션(s1-s8)을 정의한다. 샤워헤드 측(18) 상의 각 섹션 형상의 챔버는 중심 배출 개구(26, 도 19, 도 20 참조)를 통해 가스 분배 플레이트(16b) 내의 중심 배출 채널(102) 내로 개방한다. 중심 배출 채널(102)은 또한 가스 공급 플레이트(16a) 내에서 연장되어 샤워헤드(16)가 중심 배출 채널(102)을 포함한다. 대안적으로, 중심 배출 채널(102)은 서셉터(12)를 통과하고 샤프트(76)를 적어도 부분적으로 통과하여 연장될 수 있다.
제2 예시를 사용할 때, 가스는 연결 니플들(96)의 가스 채널들(96')을 통해 링 세그먼트 형상의 챔버들(94)에 공급될 수 있다. 이러한 링 세그먼트 형상의 챔버들(94)에서 가스는 균등하게 분배될 수 있어서 링 세그먼트 형상의 챔버(94)와 연결된 모든 섹션 개구(22)는 실질적으로 동일한 양의 가스가 공급될 것이다. 가스는 섹션 개구들(22)을 떠나 샤워헤드 측(18) 및 서셉터(12)의 기판 지지 표면(14) 사이의 갭(20) 내에 도착한다. 샤워헤드(16)의 중심 배출 채널(102)은 배출(36), 예를 들어 진공 소스에 연결된다. 그 결과, 가스는 갭(20) 내의 각 섹션(s1-s8) 내에서 반경 내향으로 유동할 것이다. 그것은 가장 작은 유동 저항을 갖는 경로를 따라 흐를 것이고 따라서 매우 작은 양만이 리브들(100) 사이의 영역들보다 작은 공간을 서셉터(12)에 가지는 반경 방향으로 연장되는 리브들(100) 중 하나를 통과할 수 있다. 주요 부분은 갭(20) 내의 반경 방향으로 연장되는 섹션들(s1-s8)을 정의하고 반경 외향에서 중심 배출 채널(102)까지 유동하는 반경 방향으로 연장되는 섹션 챔버들에 남아있을 것이다.
연결 니플들(96)의 일부는 또한 배출(36)에 연결될 수 있다.
도 16에 명확하게 도시된 바와 같이, 가스 도관(98)은 가스 도관(98)이 상이한 유형의 가스를 공급하기 위해 다양한 가스원들(28-34)에 선택적으로 연결될 수 있는 다방향 밸브 어셈블리(24)를 포함한다. 대안적으로, 다방향 밸브 어셈블리(24)는 또한 가스 도관(98)을 배출(36)에 연결할 수 있다. 다방향 밸브 어셈블리(24)를 전환함으로써, 관련된 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s8)은 원하는 가스가 공급될 수 있거나, 실시예에서 배출 섹션으로 전환될 수 있다. 따라서 가스의 다양한 구역들(Z)은 갭(20) 내에 생성될 수 있다. 다양한 가스 구역들(Z)의 순서 및 길이는 다양한 다방향 밸브 어셈블리들(24)을 전환함으로써 간단히 변경될 수 있다.
이제 도 21, 도 23, 도 25에 도시된 예시들을 참조한다. 이 예시들은 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12)의 수가 8개 대신 12개이면, 도 1 내지 도 13에 도시된 제1 예시에 기반으로 한다. 이 도면들에서 정상적으로는 하향으로 지향하는 샤워헤드 측(18)이 개략적으로 도시된다. 줄무늬의 원들은 처리될 기판들(W)의 위치를 나타내고 서셉터(12) 상에 위치된다. 샤워헤드(16)는 배출 섹션(E)에 의해 각각 분리되는 12개의 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12)을 포함한다. 외측 링 섹션(so) 및 내측 링 섹션(si) 또한 도시된다. 해칭은 각 섹션(s1-s12)에 공급되는 가스의 유형을 도시한다.
도 21에 도시된 예시에서, 섹션들(s1, s5, s9)은 전구체 가스(A,)가 공급된다. 섹션들(s3, s7 및 s11)은 전구체 가스(B)가 공급된다. 섹션들(s4, s6, s8, s10 및 s12)은 전구체 가스(A 및 B) 사이에 양호한 가스 분리를 생성하도록 퍼지 가스가 공급된다. 외측 링 섹션(so) 및 내측 링 섹션(si)은 퍼지 가스가 공급된다. 대안적으로, 외측 링 섹션(so) 내측 링 섹션(si)은 배출(36)에 연결될 수 있다.
도 22는 서셉터가 도 21의 샤워헤드에 대해 회전하는 동안 샤워헤드의 각 전환 가능 샤워헤드 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다. 도 22는 기판의 어느 유형의 가스 또는 배출 부분들이 순차적으로 노광되는지를 명확하게 도시한다. 이 예시에서 기판의 각 부분의 순차적인 노광은 전구체 가스(A), 배출(E), 퍼지 가스, 배출(E), 전구체 가스(B), 배출(E), 퍼지 가스, 배출(E)이고 그런 다음 동일한 순서의 노광이 반복될 것이다. 기판의 상이한 부분들이 동일한 순서의 가스에 순차적으로 노광될 것이지만 한 순간에 기판의 상이한 부분들이 상이한 가스에 노광될 수 있도록 순서가 제때에 바뀔 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 23에 도시된 예시에서, 섹션들(s1 및 s7)은 전구체 가스(A)가 공급된다. 섹션들(s3, s4, s5, s9, s10, s11)은 전구체 가스(B)가 공급된다. 섹션들(s2, s6, s8 및 s12)은 전구체 가스(A 및 B) 사이에 양호한 가스 분리를 생성하도록 퍼지 가스가 공급된다. 다시, 외측 링 섹션(so) 및 내측 링 섹션(si)은 퍼지 가스가 공급된다. 이 예시에서, 3개의 후속 섹션들에 의해 각각 형성된 2개의 상대적으로 큰 구역들이 생성된다. 제1 큰 구역을 위한 섹션들(s3, s4, s5) 및 전구체 가스(B)가 공급되는 제2 큰 구역을 위한 섹션들(s9, s10, s11). 이 2개의 큰 구역들 사이에는 단일 섹션에 의해 각각 형성되고 전구체 가스(A)가 공급되는 2개의 작은 구역들이 연장된다. 구역들은 모두 하나의 섹션, 즉 섹션(s2, s6, s8 및 s12)의 크기를 가지는 퍼지 가스 구역들에 의해 분리된다.
도 24는 서셉터가 도 23의 샤워헤드에 관해 회전할 때 샤워헤드의 각각의 전환 가능 샤워헤드 구역들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다. 도 24는 기판의 어느 유형의 가스 또는 배출 부분들이 순차적으로 노광되는지를 명확하게 도시한다. 이 예시에서 기판의 부분의 순차적인 노광은 전구체 가스(A), 배출(E), 퍼지 가스, 배출(E), 전구체 가스(B), 배출(E), 전구체 가스(B), 배출(E), 전구체 가스, 배출(E), 퍼지 가스, 배출(E)이고 그런 다음 다시 동일한 순서의 노광이다.
도 25에 도시된 예시에서, 섹션(s1)은 제1 구역을 형성하기 위해 전구체 가스(A)가 공급된다. 섹션들(s3, s4)은 제2 구역을 형성하기 위해 전구체 가스(B)가 공급된다. 섹션들(s6 및 s7)은 제3 구역을 형성하기 위해 전구체 가스(C)가 공급되고 마지막으로, 섹션들(s9, s10 및 s11)은 제4 구역을 형성하기 위해 전구체 가스(D)가 공급된다.
도 26은 서셉터가 도 25의 샤워헤드에 관해 회전하는 동안 샤워헤드의 각각의 전환 가능 샤워헤드 섹션들을 통한 기판의 순차적인 통과를 도시한다. 도 26은 기판의 어느 유형의 가스 또는 배출 부분들이 순차적으로 노광되는지를 명확하게 도시한다. 이 예시에서 기판의 부분의 순차적인 노광은 전구체 가스(A), 퍼지 가스, 전구체 가스(B), 전구체 가스(B), 퍼지 가스, 전구체 가스(C), 전구체 가스(C), 퍼지 가스, 전구체 가스(D), 전구체 가스(D), 전구체 가스(D)다. 전구체 가스 및/또는 퍼지 가스로의 각 노광 사이에서, 기판의 상기 부분은 배출 섹션(E)을 통과한다.
도 27, 도 29, 도 31에 도시된 예시들은 전환 가능 샤워헤드 가스 섹션들(s1-s12)의 수가 8개 대신 12개이면, 도 14 내지 도 20에 도시된 제2 예시를 기반으로 한다. 도 27, 도 29, 도 31의 예시들에서, 반경 내향으로 지향된 유동이 가스 섹션들(s1-s12) 내에 존재한다. 가스는 도 14 내지 도 20의 제2 예시를 참조하여 설명된 바와 같이 갭(20)의 원주 링 영역 내에 공급된다. 도 27, 도 29, 도 31에서 링 영역의 해칭이 섹션마다 달라지고 어느 유형의 가스가 특정 섹션 내에 공급되는지 표시하는 것을 명확하게 볼 수 있다. 다시, 줄무늬 원들은 샤워헤드(16)에 대해 처리될 기판들의 위치를 나타낸다. 중심 배출 채널(102)은 또한 도면들에 명확하게 도시된다.
도 27의 예시에서 가스 섹션들(s1, s5 및 s9)은 전구체 가스(A)가 공급되는 3개의 구역들을 형성하도록 전구체 가스(A)가 공급된다. 가스 섹션들(s3, s7 및 s11)은 전구체 가스(B)가 공급되는 3개의 구역들을 생성하도록 전구체 가스(B)가 공급된다. 전구체 가스 구역들(A 및 B)은 가스 섹션들(s2, s4, s6, s8, s10 및 s12)에 의해 형성된 퍼지 가스 구역들에 의해 각각 분리된다. 도 28로부터 쉽게 알 수 있듯이, 기판의 부분들은 전구체 가스(A), 퍼지 가스, 전구체 가스(B), 퍼지 가스 및 그런 다음 다시 노출의 동일한 순서에 순차적으로 노광될 것이다.
도 29의 예시에서, 전구체 가스(A)의 제1 구역은 섹션들(s1, s2 및 s3)에 의해 생성된다. 전구체 가스(A)의 제2 구역은 섹션들(s7, s8 및 s9)에 의해 생성된다. 이 2개의 구역들 사이에는 가스 섹션들(s5 및 s11)에 의해 형성되는 전구체 가스(B)의 2개의 구역들이 있다. 각 전구체 가스 구역들은 섹션들(s4, s6, s10 및 s12)에 의해 형성되는 퍼지 가스 구역들에 의해 분리된다. 도 30으로부터 명확하듯이, 기판의 부분들은 전구체 가스(A)의 큰 구역, 작은 퍼지 가스 구역, 전구체 가스(B)의 작은 구역, 퍼지 가스 구역 및 그런 다음 다시 노광의 동일한 순서에 순차적으로 노광될 것이다.
도 31의 예시에서, 전구체 가스(A)의 작은 제1 구역은 섹션(s1)에 의해 생성된다. 섹션(s2)은 퍼지 가스 구역을 생성한다. 섹션들(s3 및 s4)은 전구체 가스(B)의 구역을 생성한다. 섹션(s5)은 퍼지 가스 구역을 생성한다. 섹션들(s6 및 s7)은 전구체 가스(C)의 구역을 생성한다. 섹션(s8)은 퍼지 가스 구역을 생성한다. 섹션들(s9, s10 및 s11)은 전구체 가스(D)의 구역을 생성하고, 마지막으로 섹션(s12)은 퍼지 가스 구역을 생성한다. 도 32로부터 쉽게 알 수 있듯이, 기판의 부분들은 전구체 가스(A)의 작은 구역, 퍼지 가스, 전구체 가스(B)의 보다 큰 구역, 퍼지 가스, 전구체 가스(C)의 보다 큰 구역, 퍼지 가스, 전구체 가스(D)의 보다 큰 구역 및 마지막으로 퍼지 가스에 순차적으로 노광될 것이다.
모든 이러한 변형들 및 더 많은 것들은 각 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s12)이 유동적으로 연결된 다양한 다방향 밸브 어셈블리들(24)을 전환함으로써 쉽게 얻어질 수 있다.
이하에서, 종속항의 주제이기도 한 다양한 실시예들이 설명될 것이다.
예시가 도 9 및 도 16에 도시된 예시 실시예에서, 각 다방향 밸브 어셈블리(24)는 가스 배출(36)을 갖는 각각의 다방향 밸브 어셈블리에 유동적으로 연결되는 각각의 가스 채널(64, 68; 96')을 유동적으로 연결하도록 전환 가능하다. 따라서, 전환 가능 샤워헤드 섹션은 전구체 또는 퍼지 가스 공급의 기능을 가질 수 있을 뿐만 아니라 배출 구역으로써 사용될 수도 있다. 중간 배출 구역들(E)은 다양한 유형의 전구체 가스(A, B, C, D)의 개선된 분리를 얻기에 유용할 수 있다. 도 21, 도 23 및 도 25의 예시들에서 배출 구역들(E)은 고정되고 상이한 유형의 가스가 공급되도록 전환 가능하지 않다. 이는 모두 동일한 전구체 가스(B)를 주입한, 섹션(s3, s4 및 s5)에 의해 형성된 가스 구역이 배출 구역들(E)에 의해 중단된다는 것을 의미한다. 이것이 공간을 차지할지라도, 화학 반응들의 완료에 긍정적인 영향을 줄 수 있는 가스 구역 내의 반응 부산물들의 집중을 감소시킨다. 그러나, 이러한 배출 구역들(E)이 또한 전환 가능하다면, 생성될 수 있는 전구체 구역들(A, B 및 선택적으로 C 및 D)은 배출 구역들(E)에 의해 중단될 필요가 없다. 이는 특정 유형의 가스의 구역 내에서, 가스가 그 구역 내에 배출될 필요가 없기 때문에 샤워헤드(16)의 효율성을 개선할 것이다. 그 결과, 가스 소비는 이러한 시스템에서 더 적을 것이다.
도 1 내지 도 13에 도시된 제1 예시가 예시이고 도 21, 도 23 및 도 25에 도시된 샤워헤드들이 예시들인 실시예에서, 상기 샤워헤드 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)는 샤워헤드 측(18)의 중심 영역에서 샤워헤드 측(18)의 원주 영역까지 반경 방향으로 연장되는 섹션 영역과 대응하는 샤워헤드 측(18)의 표면 영역에 걸쳐 분배되는 복수의 샤워헤드 개구들(22)을 포함한다. 이는 사용 중에, 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s12)의 실질적으로 전체 섹션 영역은 각각의 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s12)이 관련된 다방향 밸브 어셈블리(24)를 통해 유동적으로 연결되는 복수의 섹션 개구들(22)이 가스원으로부터 가스가 공급되는 효과를 가진다. 따라서 상기 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s12)에 의해 가스가 공급되는 갭(20)의 전체 섹션 영역에 걸쳐 하향으로 지향된 유동이 생성될 수 있다.
도면들에 예시가 도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 상기 샤워헤드 섹션의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)는 샤워헤드 측(18)의 중심 영역 내로 개방한다. 그 실시예에서, 각 샤워헤드 섹션(s1-s12)은 샤워헤드 측(18)의 원주 영역 내로 개방하는 적어도 하나의 배출 개구를 포함하여, 사용 중에 갭(20) 내의 반경 외향으로 지향된 가스 유동은 각 샤워헤드 섹션(s1-s12)과 관련된다.
반경 외향 유동은 양호한 범위의 기판 영역을 제공할 수 있다.
도 14 내지 도 20의 제2 예시가 예시이고 도 27, 도 29 및 도 31에 도시된 샤워헤드들이 또한 예시들인 또 다른 대안적인 실시예에서, 상기 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)는 샤워헤드 측(18)의 원주 영역 내로 개방하고, 여기서 각 섹션(s1-s12)은 샤워헤드 측(18)의 중심 영역 내로 개방하는 적어도 하나의 배출 개구(26)를 포함하여, 사용 중에 갭(20) 내의 반경 내향으로 지향된 가스 유동은 각 샤워헤드 섹션(s1-s12)과 관련된다.
가스의 반경 내향 유동은 훨씬 더 나은 범위의 기판 영역도 제공할 수 있다.
예시들이 도 14 내지 도 20 및 도 27, 도 29, 도 31에 도시된, 전환 가능 샤워헤드 섹션들 내의 가스의 반경 내향으로 지향된 유동을 가지는 실시예에서, 중심 배출 채널(102)이 상기 갭(20) 내의 일 단부와 개방하고 배출(36)에 또 다른 단부와 연결되는 서셉터(12) 및 샤워헤드(16) 중 적어도 하나의 회전 축(A)을 따라 연장되는 중심 배출 채널(102)이 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 중심 배출 개구(26)는 중심 배출 채널(102)과 직접 연통하는 갭 섹션의 반경 방향으로 내측에 의해 형성될 수 있다.
이러한 실시예는 모든 전구체 가스들 및 퍼지 가스가 중심으로 배출되기 때문에 상대적으로 건설이 간단한 이점을 가진다. 이는 전구체 가스의 충분한 분리가 퍼지 가스 구역들과 전구체 구역들을 간단히 분리함으로써 얻어질 수 있기 때문에 중간 배출 구역들이 억제될 수 있는 유용한 효과를 가진다. 갭(20) 내에서는 사용된 전구체 가스들이 중심으로 배출될 것이다.
예시가 도시되지 않은 실시예에서, 샤워헤드(16)는 갭(20)의 원주 외향 경계를 실질적으로 폐쇄하는 원주 벽을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 샤워헤드 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)는 원주 벽에 수용될 수 있다. 특히, 갭(20) 내의 가스 유동이 반경 내향으로 있는 변형예에서, 이러한 구성은 건설적인 관점으로부터 유용할 수 있다.
도 1 내지 도 13에 도시된 제1 예시가 예시인 실시예에서, 샤워헤드(16)는 기판들을 처리하는 동안 샤워헤드(16) 및 서셉터(12) 사이의 상대적인 회전에 영향을 주기 위해 중심 축(A)을 주임으로 회전 가능하게 장착될 수 있다.
이러한 건설은 샤워헤드(16)에 대한 가스의 공급의 관점에서 상대적으로 복잡하다. 그러나, 장점은 처리되는 동안 기판들이 고정이고 서셉터의 회전으로부터 초래된 원심력을 받지 않는다는 것이다.
도 14 내지 도 20에 도시된 제2 예시가 예시인 대안적인 실시예에서, 서셉터(12)는 기판들을 처리하는 동안 샤워헤드(16) 및 서셉터(12) 사이의 상대적인 회전에 영향을 주기 위해 중심 축(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있고 여기서 샤워헤드(10)는 비회전 가능하게 장착된다.
이러한 실시예는 보다 다소 간단한 구조를 가진다. 그러나, 처리 동안 기판들을 회전시키는 것은 요구되지 않을 것이다.
이 2개의 최신의 실시예들 사이의 선택은 처리되어야 하는 기판의 유형에 의존될 수 있다.
사용하는 동안, 구역들은 배출(36) 또는 원하는 가스원(28-34)을 갖는 각 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s12)을 연결하도록 원하는 위치 내의 각각의 샤워헤드 섹션들(s1-s12)의 다방향 밸브 어셈블리들(24)을 전환함으로써 갭(20) 내에 생성된다. 중심 축(A)을 중심으로 접선 방향에서 볼 때, 각 구역은 하나 또는 다수의 연속적인 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12)을 포함한다.
이 섹션들의 전환 가능성은 공급될 수 있는 가스 유형들 및 동일한 SALD-장치와 생성될 수 있는 노광 시간에 대한 매우 높은 적응성을 제공하여, 하나의 SALD-장치에서, 상이한 전구체들 및 화학 물질들을 갖는 다중 ALD-처리는 샤워헤드에 대한 서셉터의 회전의 속도 및 섹션 너비의 최적의 조합을 각 전구체를 위해 선택함으로써 각 전구체를 위한 노광 시간을 최적화하는 동안 수행될 수 있다.
예시가 도 21에 도시된 실시예에서, 갭(20)에서 복수의 상이한 구역들이 존재할 수 있으며, 중심 축(A)을 중심으로 접선 방향에서 볼 때, 제1 전구체 가스 구역, 가스 배출 구역, 퍼지 가스 구역, 가스 배출 구역, 제2 전구체 가스 구역, 가스 배출 구역, 퍼지 가스 구역 및 가스 배출 구역을 순차적으로 포함할 수 있다.
이러한 구성은 단순한 SALD-증착 처리에 충분할 수 있다.
예시가 도 9 및 도 16에 도시된 실시예에서, 각각의 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12)의 다방향 밸브(24)는 적어도 주요 연결을 가지고 적어도 3개의 분기 연결들을 가질 수 있다. 주요 연결은 샤워헤드(16)의 복수의 가스 채널들 중 하나의 가스 채널(64, 68 또는 96')에 유동적으로 연결되는 가스 도관(8)에 연결된다. 3개의 분기 연결들은 각각 제1 전구체 가스원(28), 제2 전구체 가스원(30), 및 퍼지 가스원(34)에 유동적으로 연결될 수 있다.
전술한 실시예의 상세한 설명에서, 각 다방향 밸브(24)는 적어도 하나의 추가적인 분기 연결을 가질 수 있다. 제4 분기 연결은 가스 배출(36)에 유동적으로 연결될 수 있다.
또 다른 상세한 설명에서, 각 다방향 밸브(24)는 적어도 2개의 추가적인 제5 및 제6 분기 연결들을 가질 수 있다. 제5 분기 연결은 제3 전구체 가스원(34)에 유동적으로 연결될 수 있다. 제6 분기 연결은 제4 전구체 가스원(D)에 유동적으로 연결될 수 있다.
예시들이 도 21, 도 23 및 도 25에 도시된 실시예에서, 샤워헤드 측(18)은 중심 영역에서 원주 영역까지 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 비전환 가능 샤워헤드 섹션들을 정의하도록 단일 가스원(28-34) 또는 배출(36)에 영구적으로 연결되는 제2 복수의 섹션 개구들을 포함할 수 있다. 각 비전환 가능 샤워헤드 섹션은 상기 다방향 밸브 어셈블리(24)와 각각 관련된 2개의 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12) 사이에 위치될 수 있다. 도 21, 도 23 및 도 25에 도시된 예시들에서, E로 지정된 섹션들은 비전환 가능 샤워헤드 배출 섹션들이다.
도 1 내지 도 20에 도시된 제1 및 제2 예시가 예시들인 실시예에서, 샤워헤드(16) 및 서셉터(12) 중 적어도 하나가 상향으로 및 하향으로 이동 가능하며, 갭(20)의 높이는 조절 가능하다. 따라서 서셉터(12) 및 샤워헤드(16) 사이의 갭(20)은 예를 들어 기판들을 서셉터(12)로부터 제거하거나 서셉터(12) 상에 기판들을 놓기 위한 예시를 위해 증가될 수 있다.
도 1 내지 도 13에 도시된 제1 예시 및 도 21, 도 23 및 도 25의 예시들이 예시인 또 다른 실시예에서, 샤워헤드 개구들(22)의 반경 외향으로 샤워헤드는 샤워헤드 측(18)의 반경 외측 에지에 인접한 샤워헤드 측(18) 내의 샤워헤드(16)의 전체 원주를 따라 연장되는 외측 링 섹션(so)을 정의하는 외측 링 개구들(40)이 제공될 수 있다. 외측 링 개구들(40)은 배출(36) 및/또는 퍼지 가스원(34)에 유동적으로 연결될 수 있다. 이러한 외측 링 섹션(so)은 잠재적으로 위험한 전구체 가스가 환경으로 누출되는 것을 방지한다.
미도시된 또 다른 실시예에서, 샤워헤드는 제1 외측 링 개구들 및 제2 외측 링 개구들이 제공될 수 있으며, 샤워헤드 측의 외측 에지에 인접한 샤워헤드 측에서, 샤워헤드의 전체 원주를 따라 연장되는 제1 외측 링 섹션 및 제2 외측 링 섹션을 각각 정의한다. 하나의 외측 링 섹션은 다른 링 섹션에 인접하게 및 반경 외향으로 각각 위치될 수 있고 하나의 외측 링 섹션은 배출에 다른 쪽은 퍼지 가스원에 유동적으로 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 13에 도시된 제1 예시 및 도 21, 도 23 및 도 25의 예시들이 예시인 또 다른 실시예에서, 섹션 개구들(22)의 반경 내향으로 샤워헤드(16)는 샤워헤드 측(18)의 반경 내측 에지에 인접한 샤워헤드 측(18) 내의 샤워헤드(16)의 전체 원주를 따라 연장되는 내측 링 섹션(si)을 정의하는 내측 링 개구들(42)이 제공될 수 있다. 내측 링 개구들(42)은 배출(36) 또는 퍼지 가스원(34)에 유동적으로 연결될 수 있다. 따라서 잠재적으로 위험한 전구체 가스의 반경 내향으로 누출은 또한 방지된다. 다시, 대안적으로 샤워헤드 측(18)의 인접한 내측 에지를 따라 샤워헤드 측(18)의 전체 원주에 걸쳐 연장되는 2개의 내측 링 섹션들을 정의하는 2개의 세트의 내측 링 개구들이 또한 제공될 수 있다. 제1 내측 링 섹션은 배출(36)에 연결될 수 있고 제2 내측 링 섹션은 퍼지 가스원(34)에 연결될 수 있다.
본 발명이 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 설명들은 제한하는 것이 아니라 설명하도록 의도된다. 따라서, 이하에 설명된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 전술한 바와 같이 본 발명을 변형할 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 다양한 실시예들이 조합되어 적용될 수 있거나 서로 독립적으로 적용될 수 있다. 상기 상세한 설명에서 사용된 참조 번호는 실시예에 대한 설명을 도면에 도시된 예시로 제한하려는 것이 아니다. 도면은 단지 예시를 나타내며 실시예는 도면의 예시에 도시된 특정 방법과 다른 방법으로 구현될 수 있다.
10: 공간적 원자 증착 장치
12: 서셉터
14: 기판 지지 표면
16: 샤워헤드
16a: 가스 공급 플레이트
16b: 가스 분배 플레이트
18: 샤워헤드 측
20: 갭
22: 섹션 개구
24: 다방향 밸브 어셈블리
26: 중심 배출 개구들
28: 가스원
30: 가스원
32: 가스원
34: 가스원
36: 가스 배출
40: 외측 링 개구들
42: 내측 링 개구들
44: 샤프트
46: 샤프트 내의 축 채널들
48: 샤프트 상의 환형 홈들
50: 샤프트 내의 횡 방향 채널들
52: 작은 반경의 개구들
54: 작은 반경을 갖는 가스 분배 플레이트 내의 링 형상의 챔버
56: 큰 반경 상의 개구들
58: 큰 반경을 갖는 가스 분배 플레이트 내의 링 형상의 챔버
60: 가스 분배 플레이트를 갖는 반경 방향 채널
62: 섹션들과 관련된 가스 공급 플레이트 내의 개구들
64: 가스 공급 플레이트의 허브 내의 축 방향으로 연장되는 가스 채널들
66: 가스 공급 플레이트의 허브
68: 허브 내의 횡 방향 가스 채널
70: 가스 분배 플레이트의 상부 측 상의 섹션 챔버
72: 가스 분배 플레이트의 상부 측 상의 반경 리브들
74: 허브를 통해 연장되는 가스 공급 플레이트의 중심 개구
76: 중심 샤프트
78: 모터
80: 하우징
82: 하우징의 하부 챔버
84: 측벽
86: 하우징의 상부 챔버
88: 하우징의 분리벽
90: 분리벽 내의 중심 개구
92: 측벽 내의 개구
94: 링 세그먼트 형상의 챔버
96: 연결 니플들
96': 연결 니플 내의 가스 채널
98: 가스 도관
100: 반경 방향으로 연장되는 리브들(100)
102: 샤워헤드(16) 내에서 연장되는 중심 배출 채널
s1-s12: 전환 가능 샤워헤드 섹션들
si: 내측 링 섹션
so: 외측 링 섹션
A: 회전 축

Claims (18)

  1. 공간적 원자층 증착 장치(10)에 있어서,
    상기 SALD-장치(10)는,
    기판들이 놓일 수 있는 기판 지지 표면(14)을 가지는 서셉터(12); 및
    상기 기판 지지 표면(14a) 및 샤워헤드 측(18) 사이의 갭(20)을 형성하기 위해 상기 기판 지지 표면(14)에 실질적으로 평행하게 연장되는 샤워헤드 측(18)을 가지는 샤워헤드(16);
    를 포함하고,
    상기 서셉터(12) 및 상기 샤워헤드(16)는 상기 기판 지지 표면(14)에 실질적으로 수직하게 연장되고 상기 샤워헤드(16)의 중심을 교차하는 회전 축(A)을 중심으로 서로에 대해 회전 가능하며,
    상기 샤워헤드(16)는 복수의 가스 채널들(64, 68; 96')을 포함하며,
    각 가스 채널은 상기 갭(20) 내로 가스를 공급하고/하거나 상기 갭(20)으로부터 가스를 배출하기 위해 상기 갭(20) 내로 개방하는 상기 샤워헤드(16) 내의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)와 유동적으로 연결되며,
    유동적으로 연결된 적어도 하나의 개구(22)를 갖는 각 가스 채널은 샤워헤드 섹션(s1-s12)을 정의하여 상기 샤워헤드(16)는 복수의 샤워헤드 섹션들(s1-s12)을 포함하며,
    상기 SALD-장치는 복수의 다방향 밸브 어셈블리들(24)을 포함하고, 각 다방향 밸브 어셈블리(24)는 상기 샤워헤드(16)의 복수의 가스 채널들 중 하나의 가스 채널(64, 68; 96')에 연결되며,
    각 다방향 밸브 어셈블리(24)는 상이한 유형들의 가스를 공급하는 복수의 상이한 가스원들(28, 30, 32, 34) 중 선택된 하나를 갖는 다방향 밸브 어셈블리(24)에 유동적으로 연결되는 각각의 가스 채널(64, 68; 96')을 유동적으로 연결하도록 전환 가능한, SALD-장치(10).
  2. 제1항에 있어서,
    각 다방향 밸브 어셈블리(24)는 가스 배출(36)을 갖는 각각의 다방향 밸브 어셈블리(24)에 유동적으로 연결되는 각각의 가스 채널(64, 68; 96')을 유동적으로 연결하도록 전환 가능한, SALD-장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤워헤드 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)는 상기 샤워헤드 측(18)의 중심 영역에서 상기 샤워헤드 측(18)의 원주 영역까지 반경 방향으로 연장되는 섹션 영역과 대응하는 상기 샤워헤드 측(18)의 표면 영역을 걸쳐 분배되는 복수의 샤워헤드 개구들(22)을 포함하는, SALD-장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤워헤드 섹션의 적어도 하나의 샤워헤드 개구는 상기 샤워헤드 측(18)의 중심 영역 내로 개방하고,
    각 샤워헤드 섹션(s1-s12)은 상기 샤워헤드 측(18)의 원주 영역 내로 개방하는 적어도 하나의 배출 개구(26)를 포함하여, 사용 중에 상기 갭(20) 내의 반경 외향으로 지향된 가스 유동이 각 샤워헤드 섹션(s1-s12)과 관련되는, SALD-장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)는 상기 샤워헤드 측(18)의 원주 영역 내로 개방하고,
    각 섹션(s1-s12)은 상기 샤워헤드 측(18)의 중심 영역 내로 개방하는 적어도 하나의 배출 개구(26)를 포함하여, 사용 중에 상기 갭(20) 내의 반경 내향으로 지향된 가스 유동이 각 샤워헤드 섹션(s1-s12)과 관련되는, SALD-장치.
  6. 제5항에 있어서,
    중심 배출 채널(102)이 상기 갭(20) 내의 일 단부와 개방하고 배출(36)에 또 다른 단부가 연결되는 서셉터(12) 및 샤워헤드(16) 중 적어도 하나의 회전 축(A)을 따라 연장되는 중심 배출 채널(102);
    을 포함하며,
    각 샤워헤드 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 중심 배출 개구(26)는 반경 내측이 상기 중심 배출 채널(102)과 직접 연통하는 상기 샤워헤드 섹션에 의해 정의되는 갭 섹션의 반경 내측에 의해 형성되는, SALD-장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 샤워헤드(16)는 상기 갭(20)의 반경 외향 경계를 실질적으로 폐쇄하는 원주 벽을 포함하며,
    상기 샤워헤드 섹션(s1-s12)의 적어도 하나의 샤워헤드 개구(22)는 상기 원주 벽을 수용하는, SALD-장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 기판들을 처리하는 동안 상기 샤워헤드(16) 및 상기 서셉터(12) 사이의 상대적인 회전에 영향을 주기 위해 상기 중심 축(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착되는, SALD-장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터(12)는 기판들을 처리하는 동안 상기 샤워헤드(16) 및 상기 서셉터(12) 사이의 상대적인 회전에 영향을 주기 위해 상기 중심 축(A)을 중심으로 회전 가능하게 장착되고 상기 샤워헤드(10)는 비회전 가능하게 장착되는, SALD-장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용 중에, 구역들은 원하는 위치 내의 각각의 샤워헤드 섹션들(s1-s12)의 상기 다방향 밸브 어셈블리들(24)을 전환함으로써 상기 갭(20) 사이에 생성되어 원하는 가스원(28-34) 또는 배출(36)을 갖는 각 전환 가능 샤워헤드 섹션(s1-s12)을 연결하며,
    상기 중심 축(A)을 중심으로 접선 방향에서 볼 때 각 구역은 하나 또는 다수의 연속적인 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12)을 포함하는, SALD-장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 갭(20) 내에는 복수의 상이한 구역들이 존재하며,
    상기 중심 축(A)을 중심으로 접선 방향에서 볼 때, 제1 전구체 가스 구역, 가스 배출 구역, 퍼지 가스 구역, 가스 배출 구역, 제2 전구체 가스 구역, 가스 배출 구역, 퍼지 가스 구역 및 가스 배출 구역을 포함하는, SALD-장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 전환 가능 샤워헤드 섹션들(s1-s12)의 상기 다방향 밸브(24)는 적어도 하나의 주요 연결 및 적어도 3개의 분기 연결들을 가지며,
    상기 주요 연결은 상기 샤워헤드(16)의 복수의 가스 채널들 중 하나의 가스 채널(64, 68; 98')에 유동적으로 연결되는 가스 도관(98)에 유동적으로 연결되며,
    상기 3개의 분기 연결들은,
    - 제1 전구체 가스원(28);
    - 제2 전구체 가스원(30); 및
    - 퍼지 가스원(34)
    에 각각 유동적으로 연결되는, SALD-장치.
  13. 제12항에 있어서,
    각 다방향 밸브(24)는 가스 배출(36)에 유동적으로 연결되는 하나의 추가적인 제4 분기 연결을 가지는, SALD-장치.
  14. 제13항에 있어서,
    각 다방향 밸브(24)는 적어도 2개의 추가적인 제5 분기 연결 및 제6 분기 연결들을 가지며,
    상기 제5 분기 연결은 제3 전구체 가스원(34)에 유동적으로 연결되고 상기 제6 분기 연결은 제4 전구체 가스원에 유동적으로 연결되는, SALD-장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 측(18)은 단일 가스원(28-34) 또는 배출(36)에 영구적으로 연결되는 제2 복수의 섹션 개구들을 포함하여 중심 영역에서 원주 영역까지 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 비전환 가능 섹션들을 정의하며,
    각 비전환 가능 섹션은 상기 다방향 밸브 어셈블리(24)와 각각 관련되는 2개의 샤워헤드 섹션들(s1-s12) 사이에 위치되는, SALD-장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤워헤드(16) 및 상기 서셉터(12) 중 적어도 하나는 상향으로 및 하향으로 이동 가능하여, 상기 갭(20)의 높이가 조절 가능한, SALD-장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섹션 개구들(22)의 반경 외향으로 상기 샤워헤드는 상기 샤워헤드 측(18)의 반경 외측 에지에 인접한 상기 샤워헤드 측(18) 내의 상기 샤워헤드(16)의 전체 원주를 따라 연장되는 외측 링 섹션(so)을 정의하는 외측 링 개구들(40)이 제공되며,
    상기 외측 링 개구들(40)은 배출(36) 및/또는 퍼지 가스원(34)에 유동적으로 연결되는, SALD-장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섹션 개구들(22)의 반경 내향으로 상기 샤워헤드(16)는 상기 샤워헤드 측(18)의 반경 내측 에지에 인접한 상기 샤워헤드 측(18) 내의 상기 샤워헤드(16)의 전체 원주를 따라 연장되는 내측 링 섹션(si)을 정의하는 내측 링 개구들(42)이 제공되며,
    상기 내측 링 개구들(42)은 배출(36) 및/또는 퍼지 가스원(34)에 유동적으로 연결되는, SALD-장치.
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