KR20190059945A - 화학 기상 증착 반응기에 가스를 운반하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스를 화학 기상 증착 반응기로 운반하기 위한 가스 순환 장치(1)에 관한 것으로, 고주파 전위(V)에서 분극되고 상기 반응기로 개방되도록 의도된 제1 단부(4) 및 기준 전위(V0)에서 전기적으로 분극된 제2 단부를 갖는 도관(2)을 포함하고, 상기 장치는 상기 제1 및 제2 단부 사이의 상기 도관(2)에 적어도 하나의 결정 전위를 국부적으로 인가하기 위한 전위를 인가하는 수단(10a-10e)을 더 포함하여, 상기 고주파수 전위와 상기 기준 전위 사이의 중간 전위에서 상기 도관 내의 가스를 국부적으로 분극화하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학 기상 증착 반응기에 가스를 운반하기 위한 장치
본 발명은 도관을 흐르는 가스를 전기적으로 조절(conditioning)하기 위해 가스를 화학 기상 증착 반응기로 운반하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 이러한 도관 내에 흐르는 가스가 반응기 내로 개방되는 그 도관의 출구에서 부과되는 전위로 인해 국부적으로 과도한 전기장을 받게되는 것을 방지할 수 있는 장치에 관한 것이다.
화학 기상 증착은 Anglo-Saxon에 의해 일반적으로 "화학 기상 증착"(CVD)으로 불린다. 특히, 이 방법은 화학 반응을 통해 반응 가스로부터, 특히 반도체 제조를 위해 기판의 표면상에 박막을 증착시키는데 사용될 수 있다. 이 경우, 반응 가스는 반응기 증착 챔버 내로 주입된 전구체 가스를 포함하고, 예를 들어, 반응기 증착 챔버 내로 주입된 제1 주입 통로 및 반응 가스에 의해, 예를 들어, 제1 주입 통로와는 다른 제2 주입 통로에 의해, 증착 챔버에 일단 들어가면 단지 혼합된다.
CVD 방법의 현존하는 변형 예들 중에서, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 방법이 특히 중요하다. 이는 두 개의 전극 또는 전극으로서 작용하는 장치의 두 부분 사이에 충분히 높은 RFV(radiofrequency potential) 차이를 생성하는 고주파 소스로부터의 전기 에너지를 공급함으로써 반응 가스로부터 플라즈마를 형성하는 것을 포함한다. 플라즈마는 전자를 높은 수준의 여기(excitation) 상태로 유지함으로써 기판의 표면상에 박막을 증착시키는데 필요한 에너지를 제공하면서 열 에너지의 공급을 제한한다. 따라서, PECVD 방법은 CVD 방법의 다른 변형예 보다 상당히 낮은 온도에서 구현될 수 있으며, 양호한 품질의 층 증착이 달성될 수 있게한다.
실제로, 반응 가스를 챔버 내로 주입하는 가스 도관의 출구는 일반적으로 무선 소스에 의해 무선 주파수 전위에 도달한다. 처리될 기판은 제로의 전위 또는 적어도 전기 회로의 접지 전위에 대응하는 전위를 갖는다. 이 전위차는 반응 가스의 이온화를 일으켜 챔버 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 후자는 전구체 가스를 해리시킨 후, 전구체 가스와 반응 가스의 반응에 의해 기판 상에 원하는 층을 형성시키고, 따라서 기판의 표면상에 층을 형성시킨다.
그러나, 가스 도관 출구에서의 VRF 전위의 존재는 아마도 반응 가스의, 특히 각각의 순환 도관 내의 전구체 가스 및/또는 반응 가스, 심지어 그들이 반응기 챔버에 들어가기도 전에, 부분적인 이온화를 야기할 수 있는 단점을 가진다.
실제로, 도관의 유입구 또는 적어도 그 유출구의 상류 부분은 또한 전기 회로의 접지 전위에 대응하는 제로 전위에 있다. 도관의 출구와 도관의 상류 부분 사이의 이러한 전위차는 가스 플라스마를 가스 순환 도관 내에서 형성시키고 증착물의 품질을 저하시킬 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해, 가스 순환 도관을 둘러싸는 전기 저항 재료로 만들어진 외장의 형태를 취할 수 있는 저항성 슬리브를 사용하는 것이 알려져 있다. 슬리브의 총 전기 저항은 가스의 에너지 공급을 제한하여 파괴 및 플라즈마 형성의 위험을 피하는 방식으로 선택된다.
예를 들어, 미국 특허 제6,170,430호에는 가스 도관을 따라 전압의 선형 구배를 형성하기 위해 가스 도관 주위에 저항성 덮개(외장)를 사용하는 것이 기재되어 있다.
그러나, 이러한 저항성 외장은 도관 내의 플라즈마 형성의 위험을 방지하기에 충분하지 않으며, 특히 도관 내의 압력이 변화하는 PECVD 공정(예를 들어, 펄스 가스 주입으로 인해...)에서 충분하지 않다. 실제로, 도관 내의 가스의 국부 임피던스는 압력에 의존하기 때문에, 선형 전압 구배를 부과하여도 국부적으로 브레이크 다운 전압에 도달할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 가스 순환 도관에서 플라즈마의 형성을 방지하고자 하는 도관을 흐르는 가스의 전기적 조절(electrical conditioning)을 가능하게 하는 가스 순환 장치를 제안함으로써 종래 기술의 단점을 개선하는 것이다.
본 발명의 목적은 화학 기상 증착 반응기로 가스를 운반하기 위한 가스 순환 장치로서, 무선 주파수 전위에서 분극화되는 동안 상기 반응기로 개방되도록 의도된 제1 단부 및 기준 전위에서 전기적으로 분극된 제2 단부를 갖는 도관을 포함하며, 상기 장치는 적어도 하나의 결정된 전위를 상기 제1 및 제2 단부 사이의 도관에 국부적으로 인가하는 전위인가 수단을 더 포함하여, 상기 무선 주파수 전위와 상기 기준 전위 사이의 중간 전위에서 상기 도관 내의 가스를 국부적으로 분극화하는 것을 특징으로 한다.
이 문서에서 "전기(적) 조절(electrical conditioning)"은 도관을 흐르는 가스에 하나 이상의 결정된 전압을 부과하는 것을 의미한다..
본 발명에 따른 장치는 또한 예를 들어 상기 가스의 펄스 주입 동안 가스 분사 압력의 현저한 변화의 존재하에 가스 순환 도관에서 플라즈마의 형성을 방지하는 것을 목적으로 한다.
일 실시 예에 따르면, 전위인가 수단은 도관의 일부분에 전위를 부과하도록 배치된 적어도 하나의 전압원을 포함한다.
다른 실시 예에 따르면, 전위인가 수단은 2개의 단자에 따라 도관의 제1 및 제2 단부의 전위에 각각 전기적으로 접속된 전압 분배기를 포함하고, 상기 전압 분배기는 직렬로 연결된 복수의 전기 임피던스 모듈을 포함하며, 2개의 연속적인 전기 임피던스 모듈들 사이의 적어도 하나의 접합부는 도관에 전기적으로 연결된다.
상기 장치는 유리하게는 저항기, 인덕터, 코일, 캐패시터 중 적어도 하나를 갖는 전기 임피던스 모듈을 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 도관은 상기 도관을 유동하는 가스와 접촉하도록 배치되고 전기 절연 부분에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 전기 도전부(electrically conductive portion)를 포함한다.
상기 도관은 상기 도관의 섹션(section)의 형상을 갖는 전기 절연부(electrically insulating portion)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도관은 상기 도관의 섹션 형상을 갖는 전기 도전부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도관은 실질적으로 균일한 내부 섹션을 갖는다.
특히, 도관은 튜브 섹션의 형상을 갖는 전기 절연부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도관은 챔버를 통해 적어도 하나의 가스 순환을 갖는 전기 도전재(electrically conductive material)로 만들어진 부분의 형상을 갖는 적어도 하나의 전기 도전부를 포함한다.
상기 관통 챔버는 상기 전기 도전부에서 비선형 가스 경로를 한정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도관은 가스 순환을 가능하게 하는 복수의 개구를 갖는 전기 도전재로 만들어진 부분의 형상을 갖는 적어도 하나의 전기 도전부를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 전기 조절 장치를 갖는 하나 이상의 가스 순환 장치(들)를 포함하는 화학 가스 증착을 위한 반응기를 제안하여, 가스 순환 도관 또는 도관에 플라즈마 형성을 피할 수 있게하는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반응기는 두 개의 전극을 포함하는데, 제1 전극은 고주파 소스(radiofrequency source)에 연결되고, 제2 전극은 접지에 연결되어,제1 및 제2 전극 사이의 전위차가 반응기에 주입된 가스의 플라즈마 형성을 가능하게 한다.
본 발명의 제3 목적은 전술한 반응기와 같은 화학 기상 증착 반응기의 가스 주입 도관에서 플라즈마의 형성을 피하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 반응기는 고주파 전위로 분극된 상기 반응기 내로 개구하는 제1 단부 개구부 및 기준 전위에 전기적으로 분극된 제2 단부를 갖는 도관을 포함한다.
상기 방법은 적어도 하나의 결정된 전위를 제1 및 제2 단부 사이의 도관에 국부적으로인가하는 단계를 포함하여, 상기 고주파 전위와 상기 기준 전위 사이의 중간 전위에서 상기 도관 내의 가스를 국부적으로 분극화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 요지는 전술한 반응기에 의해 구현되는 화학 기상 증착 방법에 관한 것이다.
이 방법은 전술한 바와 같이 가스 순환 장치를 통해 반응기 반응 챔버 내에 이전에 위치된 기판의 표면상에서 반응하도록 의도된 하나 이상의 가스(들)의 주입을 포함한다.
따라서, 본 발명은 도관 내의 위치에 따라 가스 상에 소정의 전위를 부과하는 것을 가능하게 한다. 따라서 도관을 따라 어떤 전위 프로파일을 부과할 수 있다. 따라서 전위 프로파일은 선형, 비선형, 2차, 로그 등이 될 수 있다.
전위 프로파일은 도관의 위치에 따라 비례, 반비례, 또는 가스 압력 프로파일의 함수일 수 있다.
부과된 전위 프로파일은 본질적으로 조각으로 선형이다. 각각의 전기 도전부에 특정 전위를 인가함으로써, 유사하게 결정된 전위차가 두 개의 연속하는 도전부분들 사이의 가스에 부과된다. 이것은 도전부분들 사이의 거리 및 전위차에 의존하는 국부 전기장을 생성한다.
국부 전위 또는 전계의 프로파일은 예를 들면 다음과 같이 변조될 수 있다:
- 연속하는 도전부를 비-등거리 방식으로 배열함으로써, 또는 다시 말하면, 도전부들 사이에 가변 또는 상이한 길이의 절연부를 삽입함으로써; 및/또는
- 상이한 절연부에 대해 상이한 전위차를 생성하는 도전부에 전위를 인가함으로써, 예를 들어, 이 목적을 위해 분압기는 서로 다른 값의 연속적인 전기 임피던스 모듈과 함께 사용될 수 있다.
물론, 본 발명은 또한 다음과 같이 구현될 수 있다:
- 도관의 전부 또는 일부에 동일한 길이를 갖는 절연부; 및/또는
- 도관 전체 또는 일부에 대해 동일한 값을 갖는 연속적인 전기 임피던스 모듈.
바람직하게는, 도전부는 가스와 직접 접촉하여, 인가된 전위의 도관의 섹션 상에서 전하의 최적 흐름 및 양호한 균질성을 보장한다.
본 발명의 다른 장점 및 특징은 첨부 된 도면을 참조하여 예시적이고 비-포괄적 인 예로서 주어진 다음의 설명을 읽을 때 나타날 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 목적에 따른 가스 순환 도관의 전기 조절 장치의 구조를 나타내는 도면이며, 상기 도관은 본 발명의 제2 목적에 따른 플라즈마 보조 화학 기상 증착(PECVD) 반응기 내로 개방되며;
도 2는 도관의 전기 도전부의 일 실시 예를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 첫 번째 주제는 가스를 화학 기상 증착 반응기로 운반하기 위한 가스 순환 장치(1)에 관한 것으로, 그 구조는 도 1에 도시된다.
상기 장치는 상기 도관의 대칭축과 혼동된 화살표의 방향으로 소스(도시되지 않음)로부터 반응기 챔버로 가스를 가져 오도록 의도된 가스 도관(2)을 포함한다.
가스 도관의 입구(3)는 제1 단부에 위치하고, 도시된 실시 예에서는 전기 회로의 접지(G)에 대응하는 기준 전위에 연결된다. 그러므로 그 전위(Vo)는 0이다.
도관의 출구(4)는 제2 단부에 위치하고, 높은 주파수(전형적으로 13.56MHz)에서 전위 V5 = VRF를 부과하는 무선 주파수 소스(RF)에 연결된다.
따라서, 가스 도관(2)은 V5-Vo와 동일한 단자들(3 및 4) 사이의 전위차를 받게된다.
도관을 흐르는 가스의 전기 조절은 상기 가스상에 결정된 적어도 하나의 전위를 국부적으로 부과하는 것으로서, 상기 전위는 무선 주파수 전위 V5와 기준 전위 Vo 사이의 중간이다.
따라서, 도관을 흐르는 가스는 전위가 가해진 두 구역 사이에서 전위차 V5-Vo보다 낮은 전위차로 도관 내에서 플라즈마 생성의 위험을 최소화하기에 충분히 낮아진다.
전위차 V5-Vo는 필요에 따라 도관을 따라 위치하는 많은 전위차로 유리하게 분할될 수 있다. 이것은 도관 내의 전계의 국부적인 값을 더 잘 감시하거나 제어할 수 있게 하며, 이 전계가 플라즈마를 생성하기에 충분한 강도를 국부적으로 도달하지 못하게 한다.
이 목적을 위해, 도관은 상기 도관을 흐르는 가스와 접촉하도록 배치되고 전기 절연부에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 전기 도전부를 포함해야 한다. 도 1의 실시 예에서, 전기 도전부는 회색이고 마크 11에 의해 표시되고, 전기 절연부는 흰색이고 마크 12에 의해 표시된다.
바람직하게는, 각각의 전기 도전부는 채널을 관통하는 적어도 하나의 가스 순환을 내부적으로 한정하는 전기 전도성 재료로 만들어진 부분의 형상을 갖는다. 외부에서, 상기 전기 도전부는 전위를 인가하기 위한 임의의 수단을 포함한다. 당업자는 이러한 목적을 위해 임의의 적절한 전기 커넥터를 설계할 수 있다.
가스와 전기 도전부 사이의 접촉면이 클수록 가스에 대한 상기 전위의 적용이보다 효과적이다. 그러므로, 전기 도전부가 상기 가스 흐름을 완전히 둘러싸는 것에 의해 가스 흐름의 특정 길이에 걸쳐 연장되도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 바람직하게는, 상기 전기 도전부는 상기 도관의 섹션을 형성한다.
이 전기 도전부의 양측면에는 전기 절연부들이 있고, 각각은 바람직하게는 도관의 섹션을 형성한다.
각각의 전기 절연부는 바람직하게 종래의 도관에서와 같이 튜브 섹션의 형상을 갖는다.
바람직하게는, 도관은 실질적으로 균일한 내부 섹션을 갖는다. 특히, 순환 장치는 전기 도전부와 전기 절연부 사이의 가스 통로의 섹션의 변화를 피하도록 설계된다. 이는 도관에서의 가스 유동의 난류를 제한할 수 있게 하며, 따라서 벽에 잔류물이 증착될 위험이 있다.
상기 장치(1)는 적어도 하나의 결정된 전위를 각 전기 도전부에서 제1 고 단부(3)와 제2 저 단부(4) 사이의 도관에 국부적으로 인가하는 수단을 포함한다. 잠재적인 적용 수단은 도 1의 V1, V2, V3, V4로 표시된 도관을 따라 여러 전위를 적용할 수 있다.
2개의 연속적인 포텐셜 Vo, V1, V2, V3, V4 및 V5 사이의 차이는 도관(2)이 받게되는 전위차 VRF의 일부를 나타낸다. 따라서, 이들 전위차의 합은 가스 도관(2)의 전위차(VRF)와 동일하다.
바람직하게는, 전위의 값은 그 전위의 전위보다 크거나 같고, 그 전위의 다음의 전위의 값보다 작거나 같으며, 제1 단부(3)로부터 제2 단부(4)까지의 도관에서의 가스 순환 방향을 고려한다. 이 경우 다음 부등식이 입증된다:
Vo = 0 ≤ V1 ≤ V2 ≤ V3 ≤ V4 ≤ V5 = VRF.
따라서, (상류 방향의) 제1 도관 부분은 V1-Vo와 동일한 전위차를 받고, 연속적인 인접 도관 부분은 V2-V1, V3-V2, V4-V3, 및 V5-V4와 동일한 전위차를 받는다.
따라서, 가스 도관(2)의 전위차를 적어도 2개의 분수로 나누어 상기 도관을 흐르는 가스에 위치한 적어도 하나의 특정 전위를 인가함으로써 "전위 단계(potential steps)"가 형성된다.
본 발명의 제1 실시 예(도시되지 않음)에 따르면, 전위 인가 수단은 가스 도관을 따라 전위 값을 인가하기 위한 적어도 하나의 전압원(source)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 전위인가 수단은 가스 도관을 따라 2개의 연속적인 전기 도전부들 사이에 분포되고 직렬로 연결된 복수의 임피던스 모듈을 포함한다.
"임피던스 모듈"은 전류의 통과를 방지하는 특성을 가진 전기 또는 전자 부품을 의미한다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 임피던스 모듈은 예를 들어 저항, 인덕터, 코일 또는 커패시터, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시 예에서, 전압원은 가스 도관(2)의 제1 단부(3)와 제2 단부(4) 사이에 직렬로 연결된 5개의 저항(10a, 10b, 10c, 10d 및 10e)을 포함한다. 연속적인 임피던스는 가스와 접촉하는 도관의 전기 도전부(11)에 전기적으로 연결된다.
도 1에서 관으로서의 도관(2)의 표현은 완전히 개략적인 것임을 유의해야 한다. 도관의 내부 및/또는 외부 기하학적 구조가 상술한 중간 전위(들)의 인가를 허용하고 및/또는 도관의 상이한 부분을 서로 연결하도록 적용될 수 있음은 물론이다. 당업자라면 이러한 적응을 정의할 수 있을 것이다.
또한, 비록 도 1에서 도관(2)이 직선으로 도시되어 있지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도관의 기하 구조를 변경할 수 있음은 물론이다. 특히, 본 발명은 비-직선 가스 경로를 한정하도록 배치된, 소위 "비-직선(non-rectilinear)" 관통 챔버를 갖는 적어도 하나의 전기 도전부(11)를 포함할 수 있다.
이러한 비선형 관통 챔버는, 장치의 길이에는 영향을 미치지 않고, 한편으로는 부과된 전위와 접촉하는 가스 표면을 증가시키며, 다른 한편으로는 부과된 전위와 접촉하는 가스의 양을 증가시키기 위해 가스 유동에서 난류를 발생시킨다.
실시 예에 따르면, 이 관통 챔버는 특히 다음을 포함할 수 있다:
- 가스 흐름의 방향에 대해 (적어도) 오프셋 된 가스 유입구 및 가스 유출구.
- 가스 흐름의 방향에 대해 (적어도) 오프셋 된 가스 유입구 및 가스 유출구를 갖는 원통형 단면(또는 임의의 다른 유형의 단면)을 갖는 캐비티(cavity). 도 2에 도시된 다른 실시 예에 따르면, 전기 도전부(11)는 예를 들어 하나 이상 또는 적은 두드러진 굴곡부(bend)를 포함하고 가스 흐름의 방향에 대해 오프셋 된 가스 유입구 및 가스 유출구를 연결하는 비 직선(non-rectilinear)(110) 관통 채널 형태의 관통 챔버를 포함한다. 당연히, 언급된 기하학 및 특히 도 2에 제시된 기하학은 특정 실시 예에만 해당하며, 당업자는 주입 조건 및 플라즈마 생성의 위험성에 따라 가스 경로를 조절할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 컷 아웃 또는 격자 전기 도전부(11)를 포함하거나, 상기 도전부(11)를 통한 가스의 통과를 허용하는 복수의 개구를 포함할 수 있다. 이러한 개구는 가스 유동과 동일한 방향으로 배향된다는 의미에서 종 방향 일 수 있다. 이러한 장치는 또한 장치의 길이에 영향을 주지 않으면서 부과된 전위와 접촉하는 가스의 양을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
또한, 상이한 도전부들(11)은 반드시 동일한 기하학적 구조(형상)를 가질 필요는 없다. 유사하게, 상이한 전기 절연부들(12)은 반드시 동일한 기하학적 구조 또는 길이를 가질 필요는 없다.
본 발명의 두 번째 주제는 전술한 하나 이상의 장치(1)를 포함하는 플라즈마-보조 화학 기상 증착(PECVD) 방법을 구현하기 위한 반응기(5)에 관한 것이다.
반응기(5)는 가스 개구를 반응기 챔버(13) 내로 분배하기 위한 샤워헤드(6)를 구비하는 것이 유리하다. 이 샤워(6)는 바람직하게는 2개의 가스 주입 채널을 포함한다. 그것은 하나 이상의 가스 라인(들)(2)로부터 가스를 수용하고 이를 반응기 챔버로 주입한다. 그렇게 함으로써, 샤워기에 의해 분배된 가스는 반응기 챔버에 들어갈 때 RF와 동일한 전위를 갖는다. 분배 샤워는 후속 증착이 수행되어야 하는 반응 챔버(13)의 기판 홀더(7) 상에 미리 배치된 기판(9)의 표면상에 가스를 균일하게 분배하도록 적합하게 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용될 수 있는 분배 샤워는 문헌 FR2930561에 기술되어 있다.
유리하게는, 반응기는 2개의 평행 전극을 가지며, 제1 전극은 무선 주파수 소스에 접속되고, 제2 전극은 접지에 연결된다. 제1 및 제2 전극 사이의 전위차는 가스 주입 도관을 통해 반응기(5) 내로 주입된 가스(들)의 플라즈마를 형성할 수 있게한다.
바람직하게는, 제1 전극은 주입 채널을 갖는 가스 분배 샤워(6)를 포함한다. 제2 전극은 기판(9) 및 기판 홀더(7)를 포함한다.
전술한 바와 같은 하나 이상의 가스 순환 장치(들)을 포함하는 반응기의 장점은 이 반응기에 의해 구현되는 플라즈마 보조 가스 증착(PECVD) 방법의 파라미터에 적합한 전계 프로파일을 형성할 수 있다는 것이다.
PECVD 방법의 파라미터는, 예를 들어, 전구체 가스의 성질 및 그 주입 압력, 반응 가스의 성질 및 그 주입 압력, 온도 작동 방법, 반응기의 크기, 반응기 챔버의 전극에 의해 형성된 전계의 세기, 또는 가스 주입 도관 출구에서의 고주파 전위(RF)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 가스가 반응기 챔버 내로 충동식 또는 펄스 형태로, 시간 상에서 위상이나 위상이 벗어나서 주입되는 플라즈마-보조 가스 증착(PECVD) 공정을 효율적으로 구현하는 것을 가능하게 한다. 이 경우, 도관 내의 가스 밀도는 가스 펄스가 반응기 챔버로 주입되는지 여부에 따라 시간 상에서 매우 가변적이다. 그 결과, 도관 내의 매질의 전기적 임피던스는 또한 공간적 및/또는 일시적으로 가변적 일 수 있고 플라즈마의 점화를 트리거링 할 수 있을 정도로 충분히 강한 전계의 출현을 국부적으로 허용할 수 있다. 이 경우, 본 발명은 도관의 임의의 지점에 존재하는 전위차를 국부적으로 제어함으로써, 그러한 과도한 전계의 출현을 회피 할 수 있게 한다.
참고 문헌
- US 6,170,430
- FR 2930561

Claims (16)

  1. 가스를 화학 기상 증착 반응기로 운반하기 위한 가스 순환 장치(1)로서, 고주파 전위(V5)에서 분극되고 상기 반응기로 개방되도록 의도된 제1 단부(4) 및 기준 전위(V0)에서 전기적으로 분극된 제2 단부를 갖는 도관(2)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 단부 사이의 상기 도관(2)에 적어도 하나의 결정 전위를 국부적으로 인가하기 위한 전위 인가 수단(10a-10e)을 더 포함하여, 상기 고주파수 전위와 상기 기준 전위 사이의 중간 전위에서 상기 도관 내의 가스를 국부적으로 분극화하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전위 인가 수단은 도관의 일부분에 전위를 부과하도록 배치된 적어도 하나의 전압원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전위 인가 수단은, 도관의 제1 및 제2 단부의 전위에 각각 2개의 단자에 따라 전기적으로 접속된 분압기를 포함하고, 상기 분압기는 직렬로 접속된 복수의 전기 임피던스 모듈을 포함하고, 2개의 연속적인 전기 임피던스 모듈들 사이의 적어도 하나의 접합부는 도관에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    저항, 인덕터, 코일, 커패시터 중 적어도 하나를 갖는 전기 임피던스 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
    상기 도관은 전기 절연부(12)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 전기 도전부(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도관은 상기 도관의 섹션의 형상을 갖는 전기 절연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항 또는 제6항 중 한 항에 있어서,
    상기 도관은 상기 도관의 섹션의 형상을 갖는 전기 도전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서,
    상기 도관은 실질적으로 균일한 내부 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 한 항에 있어서,
    상기 도관은 튜브 섹션의 형상을 갖는 전기 절연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 도관은 가스 순환을 위한 적어도 하나의 관통 챔버(110)를 갖는 전기 도전 물질로 만들어진 부분의 형상을 갖는 적어도 하나의 전기 도전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관통 챔버는 상기 전기 도전부에서 비선형 가스 경로를 한정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 도관은 가스 순환을 가능하게 하는 복수의 개구부를 갖는 전기 도전 재료로 만들어진 부분의 형상을 갖는 적어도 하나의 전기 도전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 화학 기상 증착 방법을 구현하기 위한 반응기로서, 반응 챔버 및 제1항 내지 제12항 중 한 항에 따른 적어도 하나의 가스 순환 장치를 포함하는 것을 특징으로하는 반응기.
  14. 제13항에 있어서,
    제1 및 제2 전극 사이의 전위차가 반응기에 주입된 가스의 플라즈마를 형성할 수 있도록, 제1 전극이 고주파 소스에 연결되고 제2 전극이 접지에 연결되는 2개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  15. 화학 기상 증착 반응기로 가스를 운반하기 위한 가스 순환 장치에서 플라즈마 형성을 방지하는 방법으로서, 고주파 전위(V5)에서 분극화되는 동안 상기 반응기 내로 개방되는 제1 단부와, 기준 전위(Vo)에서 전기적으로 분극된 제2 단부를 갖는 도관을 포함하고, 무선 주파수 전위와 기준 전위 사이의 중간 전위에서 상기 도관 내의 가스를 국부적으로 분극화하도록 적어도 하나의 결정된 전위를 제1 및 제2 단부 사이의 도관에 국부적으로 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 화학 기상 증착 방법으로서, 제13항 또는 제14항 중 한 항에 따른 반응기에서 수행되고, 제1항 내지 제12항 중 한 항에 따른 가스 순환 장치를 통해, 상기 반응기 반응 챔버 내에 사전에 위치된 기판의 표면상에 반응시키기 위한 가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010534390A (ja) * 2007-07-20 2010-11-04 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド プラズマ処理装置内のｒｆ駆動型電極へのガス配送用のｒｆチョーク

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5755886A (en) * 1986-12-19 1998-05-26 Applied Materials, Inc. Apparatus for preventing deposition gases from contacting a selected region of a substrate during deposition processing
US5000113A (en) * 1986-12-19 1991-03-19 Applied Materials, Inc. Thermal CVD/PECVD reactor and use for thermal chemical vapor deposition of silicon dioxide and in-situ multi-step planarized process
US6170430B1 (en) 1999-04-13 2001-01-09 Applied Materials, Inc. Gas feedthrough with electrostatic discharge characteristic
US20070051388A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-08 Applied Materials, Inc. Apparatus and methods for using high frequency chokes in a substrate deposition apparatus
US20070264443A1 (en) * 2006-05-09 2007-11-15 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for avoidance of parasitic plasma in plasma source gas supply conduits
WO2009065016A1 (en) * 2007-11-16 2009-05-22 Applied Materials, Inc. Rpsc and rf feedthrough
FR2930561B1 (fr) 2008-04-28 2011-01-14 Altatech Semiconductor Dispositif et procede de traitement chimique en phase vapeur.
EP2360716A1 (en) * 2008-11-20 2011-08-24 Evatech Co., Ltd. Plasma processing apparatus
WO2011149615A2 (en) * 2010-05-24 2011-12-01 Applied Materials, Inc. Hybrid hotwire chemical vapor deposition and plasma enhanced chemical vapor deposition method and apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010534390A (ja) * 2007-07-20 2010-11-04 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド プラズマ処理装置内のｒｆ駆動型電極へのガス配送用のｒｆチョーク

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