KR20210157451A - 공간 원자층 증착 - Google Patents

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KR20210157451A
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앤소니 딥
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

개선된 퍼지 블록 설계를 제공함으로써, 원자층 증착(ALD) 사이클의 효율을 개선하기 위한 시스템 및 방법이 본원에 제공된다. 개선된 퍼지 블록은, 퍼지 블록의 하부면 상에 하부 공동을 제공함으로써, 그리고 일부 실시형태에서, 퍼지 블록의 상부면 상에 상부 공동을 제공함으로써, 플래튼의 회전 속도와 관계없이, 가스 혼합을 방지한다. 하부/상부 공동은 가스 전도 경로를 제공하며, 가스 전도 경로는 퍼지 블록 아래/위에서 퍼지 가스를 균일하게 분산시키고, 하부/상부 공동 내에서 균일한 가스 흐름 전도율을 제공한다. 통상적인 퍼지 블록 설계와 비교하여, 본원에 설명되는 개선된 퍼지 블록 설계는 더 좁지만 더 효과적인 분리 장벽을 제공함으로써, 플래튼의 고속 회전 속도에서도 가스 혼합을 방지한다.

Description

공간 원자층 증착{SPATIAL ATOMIC LAYER DEPOSITION}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 6월 20일자로 출원된 미국 가출원 번호 제63/041,882호의 이익을 주장하며, 이에 따라 그 출원은 본원에 참조로 포함된다.
본 개시물은 기판의 공정(processing)에 관한 것이다. 특히, 이는 기판의 표면을 처리하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
원자층 증착(ALD)은 기판 상에 층을 형성하기 위한 알려진 기술이다. 원자층 증착 시에, 기판은 교번 기상 종(gaseous species)(또는 전구체)에 주기적으로 노출된다. 기상 종은 자기 제어(self-limiting) 또는 거의 자기 제어 방식으로 기판 표면과 반응한다. 교번 기상 종의 사이클을 반복함으로써, 박막이 서서히 형성될 수 있다.
다양한 공정 도구가 원자층 증착 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 배치로(batch furnace) 유형의 시스템이 사용될 수 있다. 또한, 공정 챔버가 단일 기판을 위해 가스로 충전되어 배기되는 단일 기판 시스템이 사용될 수 있다. 또 다른 시스템은 공간 ALD 시스템이다. 공간 ALD 시스템에서, 기판이 주기적인 방식으로 회전함에 따라 ALD 공정 단계를 수행하기 위해, 필요한 가스를 기판 표면에 인접하여 분사하는 복수의 가스 소스(예를 들어, 가스 분사기(injector), 가스 샤워헤드(showerhead), 또는 분사기 배출구를 갖는 가스 샤워헤드)를 통과하여 비교적 고속으로 기판이 이동한다.
공간 ALD는, 서로 분리되는 교번 가스 흐름 사이에서 기판의 급속 이동에 의존한다. 예를 들어, 실리콘 질화물을 형성하기 위한 하나의 예시적인 공간 ALD 공정은 순차적으로, 기판 표면을 실리콘 함유 전구체 가스(예를 들어, 디클로로실란(DCS))에 노출시킨 다음, 기판 표면을 질소 함유 전구체 가스(예를 들어, 암모니아(NH3))에 노출시킬 수 있다. 공간 ALD 시스템에서, 흔히 NH3 및 DCS 전구체 가스 사이에서 기판이 급속하게 연속적으로 회전됨으로써, 실리콘(Si)의 교번 층을 적층시킨 다음, 목표 두께가 달성될 때까지 NH3에 노출시킴으로써 실리콘을 실리콘 질화물(SiN)로 전환시킨다. 가스 혼합을 방지하기 위해, 전구체 가스 흐름(DCS, NH3)은 전형적으로 물리적 장벽, 퍼지 소스(purge source), 또는 이 둘의 조합에 의해 분리된다.
도 1은 원자층 증착 공정을 수행하기 위해 사용될 수 있는 통상적인 공간 ALD 시스템의 일 실시예를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 1은 기판 공정 도구(100)의 공정 챔버(105) 내부에서 보이는 바와 같은 기판 공정 도구(100)(즉, 공간 ALD 시스템)의 하향식 도면을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 기판(115)을 홀딩하기 위한 플래튼(platen)(110)이 공정 챔버(105) 내에 제공된다. 각각의 기판(115)은, 기판에 열을 공급하는 서셉터(susceptor)(112, 도 2) 상에 배치될 수 있다. 또한, 다수의 샤워헤드 및 퍼지 블록(purge block)이 공정 챔버(105) 내에 제공될 수 있으며, 다양한 가스를 기판에 제공하기 위해 플래튼(110) 위에 위치될 수 있다. 또한, 가스 배출구 펌핑 포트(130)가 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 통상적인 공간 ALD 시스템에서, 제1 샤워헤드(120)는 하나 이상의 기판(115)에 제1 전구체 가스(예를 들어, DCS)를 제공하기 위해 플래튼(110) 위에 위치되며, 제2 샤워헤드(125)는 하나 이상의 기판(115)에 제2 전구체 가스(예를 들어, NH3)를 제공하기 위해 플래튼(110) 위에 위치된다. 도 1에서, 제1 샤워헤드(120)는 360º ALD 사이클 중 약 45°를 소비하고, 제2 샤워헤드(125)는 ALD 사이클 중 약 79°를 소비한다. 플래튼(110)이 회전함에 따라(화살표로 표시된 바와 같이), 하나 이상의 기판(115)은 순차적으로 제1 샤워헤드(120) 아래로 이동된 다음, 제2 샤워헤드(125) 아래로 이동됨으로써, 원자층 증착 공정의 하나의 사이클을 수행한다. 플래튼(110) 및 기판(115)의 회전은 다수의 ALD 사이클 동안 반복될 수 있다. 도 1에 도시되지 않지만, 예를 들어, 온도, 가스 유량, 압력, 회전 속도, ALD 사이클 수 등을 포함하는 공간 ALD 시스템의 다양한 작동 파라미터를 제어하기 위한 제어기가 제공될 수 있다.
일부 ALD 공정에서, 공정 시간 및 비용을 감소시키기 위해, 플래튼(110)이 비교적 고속으로 회전될 수 있다. 플래튼(110)이 더 고속으로 회전될수록, 목표 막 두께에 더 빨리 도달될 것이다. 그러나, 회전 속도가 증가함에 따라(예를 들어, 분당 10 회전수(RPM) 초과), 현저한 대응책이 취해지지 않는 한, 가스 혼합 확률이 증가한다. 가스 혼합은 점성 항력(viscous drag force)으로 인한 것이며, 플래튼이 회전함에 따라, 서셉터 표면 상에 충돌하는 가스가 플래튼(110)에 의해 유지되는 경우 발생한다. 가스 층이 물리적 장벽에 의해 기계적으로 제한될 수 있거나 불활성 가스(예를 들어, 질소)에 의해 퍼지될 수 있지 않는 한, 또는 이 둘 모두의 적절한 조합이 이루어지지 않는 한, 회전 속도가 어느 정도를 초과하는 경우, 가스 혼합이 발생할 것이다.
도 1에 도시된 공간 ALD 시스템에서, 전구체 가스들이 혼합되는 것을 방지하기 위해, 기판(115)이 각각의 샤워헤드를 통과하여 회전한 후에, 퍼지 블록(128)은 가스 퍼지(예를 들어, 아르곤, 질소, 또는 다른 불활성 가스 퍼지)를 제공한다. 통상적인 퍼지 블록(128)은, 가스 분사기 라인, 별도의 분할된 구역의 가스 분사기 라인, 샤워헤드 등과 같은, 임의의 수의 형태로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 공간 ALD 시스템에서, 퍼지 블록(128)은, 중앙 가스 분사기 라인을 갖는 샤워헤드로 구현된다.
도 2는 서셉터(112) 상에 배치된 기판(115)이 퍼지 블록(128) 아래에서 회전되는 경우, 도 1에 도시된 퍼지 블록(128) 중 하나를 통하는 단면도를 제공한다. 도 2에 도시된 통상적인 설계에서, 퍼지 블록(128)은 넓은(예를 들어, 60°) 기계적 장벽(200)을 중앙에 위치된 퍼지 가스 분사기(210)와 조합한다. 퍼지 블록(128)의 하부면 상에 제공된 좁은 전도 경로(220) 내에 위치되는 퍼지 가스 분사기(210)는, 기판(115) 위에 배치된 공정 공간(240)으로 퍼지 가스를 분사하기 위한 다수의 포트(230)를 포함한다. 경우에 따라, 퍼지 블록이 챔버 덮개(260)에 직접 볼트로 접합되지 않는 경우, 퍼지 블록(128) 위에 퍼지 가스를 분사하기 위한 제2 퍼지 가스 분사기(250)도 제공될 수 있다. 이러한 경우, 제2 퍼지 가스 분사기(250)는, 챔버 덮개(260)와 퍼지 블록(128)의 상부면 사이의 갭을 통하는 전구체 확산을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
전구체 가스들이 공정 공간(240) 내에서 혼합되는 것을 방지하기 위해, 플래튼(110)이 기판 공정 도구(100)의 중심축을 중심으로 회전함에 따라, 퍼지 블록(128)은 기판 표면에 퍼지 가스(예를 들어, 아르곤, 질소 또는 다른 불활성 가스)를 제공한다. 저속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 미만)에서, 넓은 기계적 장벽(200)과 조합된 퍼지 가스 분사기(210)에 의해 제공되는 퍼지 가스는, 전구체 가스들이 혼합되는 것을 방지하기 위한 효과적인 분리 장벽을 제공할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128)은 저속 회전 속도에서 전구체 가스들을 효과적으로 분리시킬 수 있지만, 이들은 ALD 사이클의 많은 부분을 차지하고, 효율이 부족하며, 흔히 보다 고속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 초과)에서 가스 혼합을 방지하지 못한다.
예를 들어, 전도 경로(230)를 통하는 가스 흐름 전도율(gas flow conductance)은, 전도 경로(230)의 측면 에지와 퍼지 블록(128)의 측면 에지 사이의 벽 두께(T)에 선형적으로 비례하며, 벽 두께(T)가 증가함에 따라 감소한다(그리고 그 반대의 경우도 마찬가지이다). 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록 설계에서, 플래튼(110)의 외측 에지 근처(T가 더 큼)의 가스 흐름 전도율은, 중심축 근처(T가 더 작음)의 가스 흐름 전도율 미만이다. 가스 흐름 전도율이 균일하지 않고, 퍼지 블록(128)의 반경 방향 축을 따라 크게 가변되기 때문에, 플래튼(110)이 저속 회전 속도로 회전되는 경우에도, 가스 혼합을 방지하기 위해 퍼지 블록(128)의 외측 영역으로 더 많은 퍼지 가스가 분사되어야 한다. 보다 고속 회전 속도는 (특히, 플래튼(110)의 외측 에지 근처에서) 더 큰 반경 방향 속도를 야기하기 때문에, 점성 항력을 견디고 보다 고속 회전 속도에서 가스 혼합을 방지하기 위해, 비례적으로 더 많은 양의 퍼지 가스가 필요하다.
도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128)은, 더 많은 퍼지 가스 양이 필요한 플래튼(110)의 외측 에지 근처에 더 고밀도의 포트(230)를 배치하는, 퍼지 가스 분사기(210) 설계에 의존한다. 이러한 분사기 설계는 플래튼(110)의 외측 에지 근처에서 퍼지 가스의 양을 증가시키기 위해 사용될 수 있지만, 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128) 설계는 흔히, 퍼지 블록의 반경 방향 축을 따라 제공되는 불균일한 가스 흐름 전도율로 인해, 고속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 초과)에서 가스 혼합을 방지하지 못한다.
고속 회전 속도에서 가스 혼합을 효과적으로 방지하지 못하는 것과 더불어, 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128)은, ALD 사이클의 많은 부분을 차지한다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128)에 따라, ALD 사이클 중 약 1/3(예를 들어, 120°)이 소비됨으로써, 전구체 가스로의 노출을 위해 사이클 중 2/3만이 남는다. 그러나, 일반적으로, ALD 사이클 시간을 최소화하기 위해, 전구체 가스 흐름에 따라 소비되는 시간을 최대화하는 것이 바람직하다. 퍼지가 보다 효율적인 경우, 주어진 고정된 전구체 노출 시간 동안 더 짧은 ALD 사이클이 달성될 수 있으므로, 더 높은 웨이퍼 처리량을 갖는 더 적은 비용의 공정을 제공할 수 있다.
따라서, 개선된 퍼지 블록 설계를 제공함으로써, ALD 사이클의 효율을 개선하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
개선된 퍼지 블록 설계를 제공함으로써, 원자층 증착(ALD) 사이클의 효율을 개선하기 위한 시스템 및 방법이 본원에 제공된다. 개선된 퍼지 블록은, 퍼지 블록의 하부면 상에 하부 공동(cavity)을 제공함으로써, 그리고 일부 실시형태에서, 퍼지 블록의 상부면 상에 상부 공동을 제공함으로써, 플래튼의 회전 속도와 관계없이, 가스 혼합을 방지한다. 하부/상부 공동은 가스 전도 경로를 제공하며, 가스 전도 경로는 퍼지 블록 아래/위에서 퍼지 가스를 균일하게 분산시키고, 하부/상부 공동 내에서 균일한 가스 흐름 전도율을 제공한다. 통상적인 퍼지 블록 설계와 비교하여, 본원에 설명되는 개선된 퍼지 블록 설계는 더 좁지만 더 효과적인 분리 장벽을 제공함으로써, 플래튼의 고속 회전 속도에서도 가스 혼합을 방지한다.
일 실시형태에 따라, 공간 원자층 증착(ALD) 시스템이 본원에 제공되고, 공간 원자층 증착(ALD) 시스템은, 하나 이상의 기판을 유지하는 플래튼으로서, 플래튼은 공간 ALD 시스템의 중심축을 중심으로 360° 회전하는, 플래튼; 플래튼이 회전함에 따라, 하나 이상의 기판에 제1 공정 가스를 제공하도록 플래튼 위에 위치된 제1 샤워헤드; 및 제1 공정 가스가 하나 이상의 기판에 제공된 후에, 하나 이상의 기판에 퍼지 가스를 제공하도록 플래튼 위에 위치된 퍼지 블록을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 퍼지 블록은, 퍼지 블록의 하부면 상에 형성된 하부 공동, 및 퍼지 블록 아래에 퍼지 가스를 분사하기 위해 하부 공동 내에 제공된 제1 퍼지 가스 분사기를 포함한다. 하부 공동은, 퍼지 가스가 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 퍼지 블록의 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 퍼지 블록 아래에서 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공한다.
일부 실시형태에서, 대부분의 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 하부 공동의 윤곽은 퍼지 블록의 윤곽과 유사하지만, 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작을 수 있다. 이러한 실시형태에서, 균일한 벽 두께는, 하부 공동의 측면 에지와 퍼지 블록의 측면 에지 사이에서 측정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 균일한 벽 두께는 20 mm 내지 80 mm를 포함하는 범위로부터 선택될 수 있다. 다른 실시형태에서, 퍼지 블록의 하나 이상의 영역 내의 벽 두께는, 퍼지 블록의 하나 이상의 영역에서 하부 공동 내에 제공되는 가스 흐름 전도율을 가변시키도록 퍼지 블록의 다른 영역 내의 벽 두께와 상이할 수 있다.
일부 실시형태에서, 퍼지 블록은, 퍼지 블록의 상부면 상에 형성된 상부 공동, 및 퍼지 블록 위에 제2 퍼지 가스를 분사하기 위한 제2 퍼지 가스 분사기를 더 포함할 수 있다. 제2 퍼지 가스가 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 퍼지 블록의 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상부 공동(포함된 경우)은, 퍼지 블록 위에서 제2 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 대부분의 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 상부 공동의 윤곽은 퍼지 블록의 윤곽과 유사하지만, 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작을 수 있다. 이러한 실시형태에서, 균일한 벽 두께는, 상부 공동 내에 제공된 가스 전도 경로와 퍼지 블록의 측면 에지 사이에서 측정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 균일한 벽 두께는 20 mm 내지 80 mm를 포함하는 범위로부터 선택될 수 있다. 다른 실시형태에서, 퍼지 블록의 하나 이상의 영역 내의 벽 두께는, 퍼지 블록의 하나 이상의 영역에서 상부 공동 내에 제공된 가스 흐름 전도율을 가변시키도록 퍼지 블록의 다른 영역 내의 벽 두께와 상이할 수 있다.
일부 실시형태에서, 퍼지 블록의 폭은 플래튼의 360° 회전 중 일부분을 커버할 수 있으며, 일부분은 플래튼의 360° 회전 중 10° 내지 40°를 포함하는 범위로부터 선택된다. 예시적인 일 실시형태에서, 퍼지 블록의 폭은 플래튼의 360° 회전 중 20°를 커버할 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 퍼지 블록의 폭은 플래튼의 360° 회전 중 30°를 커버할 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 공간 ALD 시스템이 본원에 제공되고, 공간 ALD 시스템은, 하나 이상의 기판을 유지하는 플래튼으로서, 플래튼은 공간 ALD 시스템의 중심축을 중심으로 360° 회전하는, 플래튼; 플래튼이 회전함에 따라, 하나 이상의 기판에 제1 공정 가스를 제공하도록 플래튼 위에 위치된 제1 샤워헤드; 및 제1 공정 가스가 하나 이상의 기판에 제공된 후에, 하나 이상의 기판에 퍼지 가스를 제공하도록 플래튼 위에 위치된 퍼지 블록을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 퍼지 블록의 폭은 플래튼의 360° 회전 중 일부분을 커버할 수 있으며, 일부분은 플래튼의 360° 회전 중 10° 내지 40°를 포함하는 범위로부터 선택된다. 예를 들어, 일 구현예에서, 퍼지 블록의 폭은 플래튼의 360° 회전 중 20° 내지 30°를 커버할 수 있다.
일부 실시형태에서, 퍼지 블록은, 퍼지 블록의 하부면 상에 형성된 하부 공동, 및 퍼지 블록 아래에 퍼지 가스를 분사하기 위해 하부 공동 내에 제공된 제1 퍼지 가스 분사기를 포함할 수 있다. 하부 공동은, 퍼지 가스가 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 퍼지 블록의 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 퍼지 블록 아래에서 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 대부분의 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 하부 공동의 윤곽은 퍼지 블록의 윤곽과 유사하지만, 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작을 수 있다. 이러한 실시형태에서, 균일한 벽 두께는, 하부 공동 내에 제공되는 가스 전도 경로와 퍼지 블록의 측면 에지 사이에서 측정될 수 있다.
일부 실시형태에서, 퍼지 블록은, 퍼지 블록의 상부면 상에 형성된 상부 공동, 및 퍼지 블록 위에 제2 퍼지 가스를 분사하기 위한 제2 퍼지 가스 분사기를 더 포함할 수 있다. 상부 공동은, 제2 퍼지 가스가 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 퍼지 블록의 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 퍼지 블록 위에서 제2 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 대부분의 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 하부 공동의 윤곽 및 상부 공동의 윤곽은 퍼지 블록의 윤곽과 유사하지만, 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작을 수 있다. 이러한 실시형태에서, 균일한 벽 두께는, 하부 공동 및 상부 공동의 측면 에지와 퍼지 블록의 측면 에지 사이에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 균일한 벽 두께는 20 mm 내지 80 mm를 포함하는 범위로부터 선택될 수 있다. 다른 실시형태에서, 퍼지 블록의 하나 이상의 영역 내의 벽 두께는, 퍼지 블록의 하나 이상의 영역에서 하부 공동 및 상부 공동 내에 제공된 가스 흐름 전도율을 가변시키도록 퍼지 블록의 다른 영역 내의 벽 두께와 상이할 수 있다.
또 다른 실시형태에 따라, 공간 ALD 시스템 내에서 기판을 처리하기 위한 방법이 본원에 제공되고, 공간 ALD 시스템은 플래튼 및 퍼지 블록을 포함하며, 퍼지 블록은, 기판 위의 공정 공간에 퍼지 가스를 제공하도록 플래튼 위에 위치된다. 대체로, 방법은, 플래튼 상에 기판을 제공하는 단계; 플래튼이 공간 ALD 시스템의 중심축을 중심으로 회전함에 따라, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스에 기판을 순차적으로 노출시키는 단계; 제1 공정 가스에 기판을 노출시킨 후에 그리고 제2 공정 가스에 기판을 노출시키기 전에, 퍼지 블록의 하부면 상에 형성된 하부 공동 내에 퍼지 가스를 분사하는 단계; 및 퍼지 가스가 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 퍼지 블록의 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 하부 공동 내에서 퍼지 가스를 분산시킴으로써, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스가 공정 공간 내에서 혼합되는 것을 방지하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 퍼지 가스가 하부 공동 내에 분사되는 경우, 방법은, 퍼지 블록의 상부면 상에 형성된 상부 공동 내에 제2 퍼지 가스를 분사하는 단계; 및 제2 퍼지 가스가 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 퍼지 블록의 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상부 공동 내에서 제2 퍼지 가스를 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법은, 분당 10 회전수(RPM) 초과의 고속 회전 속도로 플래튼을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 하부 공동 내에 퍼지 가스를 분사하고, 하부 공동 내에서 퍼지 가스를 분산시킴으로써, 플래튼이 고속 회전 속도로 회전되는 경우에도, 제1 공정 가스가 제2 공정 가스와 분리된다.
본 발명 및 이의 장점의 보다 완전한 이해는 첨부된 도면과 함께 고려되는 이하의 설명을 참조함으로써 달성될 수 있으며, 첨부된 도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 특징부를 나타낸다. 그러나, 첨부된 도면은 개시된 개념의 예시적인 실시형태만을 도시하므로 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 개시된 개념에 대해 동일하게 효과적인 다른 실시형태가 허용될 수 있음을 유의해야 한다.
도 1(종래기술)은 반응물 가스가 혼합되는 것을 방지하기 위해 다수의 퍼지 블록이 사용되는 통상적인 공간 원자층 증착(ALD) 시스템을 도시하는 하향식 도면이다.
도 2(종래기술)는 도 1에 도시된 퍼지 블록 중 하나를 통하는 단면도이다.
도 3은 더 좁고 더 효율적인 퍼지 블록을 갖는 공간 ALD 시스템의 일 실시형태를 도시하는 하향식 도면이다.
도 4는 더 좁고 더 효율적인 퍼지 블록을 갖는 공간 ALD 시스템의 다른 실시형태를 도시하는 하향식 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 퍼지 블록 중 하나를 통하는 단면도로서, 퍼지 블록 내에 형성된 상부 공동 및 하부 공동을 도시한다.
도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 퍼지 블록 중 하나의 하부면의 사시도로서, 그 안에 형성된 하부 공동의 일 실시예를 도시한다.
도 7은 도 3 및 도 4에 도시된 퍼지 블록 중 하나의 상부면의 사시도로서, 그 안에 형성된 상부 공동의 일 실시예를 도시한다.
도 8은 본원에 개시된 기술을 사용하는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
개선된 퍼지 블록 설계를 제공함으로써, 원자층 증착(ALD) 사이클의 효율을 개선하기 위한 시스템 및 방법이 본원에 제공된다. 통상적인 퍼지 블록 설계와 비교하여, 본원에 설명되는 개선된 퍼지 블록 설계는 더 좁지만 더 효과적인 분리 장벽을 제공함으로써, 고속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 초과)에서도 가스 혼합을 방지한다.
개시된 실시형태에서, 개선된 퍼지 블록은, 퍼지 블록의 하부면 상에 하부 공동을 제공함으로써, 그리고 일부 실시형태에서, 퍼지 블록의 상부면 상에 상부 공동을 제공함으로써, 플래튼의 회전 속도와 관계없이, 가스 혼합을 방지한다. 하부 공동(및 상부 공동)은 가스 전도 경로를 제공하며, 가스 전도 경로는 퍼지 블록 아래(및 위)에서 퍼지 가스를 균일하게 분산시키고, 하부 공동(및 상부 공동) 내에서 균일한 가스 흐름 전도율을 제공한다.
퍼지 가스가 유동하기 위한 비교적 넓은 전도 경로를 제공함으로써, 하부 공동(및 상부 공동) 내에서 균일한 가스 흐름 전도율이 제공된다. 개시된 실시형태에서, 하부/상부 공동의 윤곽이 퍼지 블록의 윤곽과 유사하지만 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작도록 하부/상부 공동을 형성함으로써, 넓은 전도 경로가 제공된다. 이에 따라, 실질적으로 균일한 벽 두께(T)가 대부분의 퍼지 블록을 따라 달성될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 균일한 두께는, 15% 이하의 편차를 갖는다. 하부/상부 공동 내에 제공된 넓은 전도 경로에 따라, 퍼지 가스가 하부/상부 공동의 체적을 균일하게 가압할 수 있으며, 이에 따라 결과적으로, 퍼지 가스는, (a) 퍼지 블록의 주변부를 따라 보다 균일하게 유동할 수 있고, (b) 퍼지 블록의 측면 에지에 실질적으로 수직인 방향으로 유동할 수 있다. 이에 따라, 개선된 퍼지 블록 설계는 보다 효과적인 분리 장벽을 제공할 수 있으므로, 고속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 초과)에서도 가스 혼합을 방지할 수 있다.
도 3 및 도 4는 더 좁고 더 효율적인 퍼지 블록을 갖는 공간 ALD 시스템의 다양한 실시형태를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 3 및 도 4는 기판 공정 도구(300)의 공정 챔버(305) 내부에서 보이는 바와 같은 기판 공정 도구(300)(즉, 공간 ALD 시스템)의 평면도를 제공한다. 도 1에 도시된 기판 공정 도구(100)와 유사하게, 도 3 및 도 4에 도시된 기판 공정 도구(300)는, 하나 이상의 기판(315)을 유지하기 위한 공정 챔버(305) 내의 플래튼(310)을 포함한다. 플래튼(310)은, ALD 공정의 하나 이상의 사이클을 수행하기 위해 기판 공정 도구(300)의 중심축을 중심으로 360° 회전한다. 또한, 플래튼이 회전함에 따라 기판에 다양한 가스를 제공하기 위해, 다수의 샤워헤드(320, 325) 및 다수의 퍼지 블록(328)이 공정 챔버(305) 내에 제공되어 플래튼(310) 위에 위치된다. 또한, 기판 공정 도구(300)로부터 배출 가스를 제거하기 위한 가스 배출구 펌핑 포트(340)가 공정 챔버(305) 내에 제공된다.
도 3 및 도 4에 도시된 공간 ALD 시스템에서, 제1 샤워헤드(320) 및 제2 샤워헤드(325)는, 기판(315)에 다양한 공정 가스를 제공하기 위해 플래튼(310) 위에 위치된다. 일부 실시형태에서, 제1 샤워헤드(320)는 기판(315)에 제1 전구체 가스를 제공할 수 있고, 제2 샤워헤드(325)는 하나 이상의 기판(315)에 제2 전구체 가스를 제공할 수 있다. 실리콘 질화물을 형성하기 위한 하나의 예시적인 ALD 공정에서, 제1 전구체 가스는 실리콘 함유 전구체 가스(예를 들어, 디클로로실란(DCS))일 수 있으며, 제2 전구체 가스는 질소 함유 전구체 가스(예를 들어, 암모니아(NH3))일 수 있다. 그러나, 다른 ALD 공정을 수행하는 경우, 제1 샤워헤드(320) 및 제2 샤워헤드(325)는 기판(315)에 다른 공정 가스(예를 들어, 반응성 전구체, 비-반응성 전구체, 및/또는 불활성 가스를 포함함)를 제공할 수 있음을 인식한다.
플래튼(310)이 회전함에 따라(화살표로 표시된 바와 같이), 기판(315)은 순차적으로 제1 샤워헤드(320) 아래로 이동된 다음 제2 샤워헤드(325) 아래로 이동됨으로써, 원자층 증착 공정의 하나의 사이클을 수행한다. 전술한 예시적인 ALD 공정에서, 기판(315)은, 기판 표면을 제2 전구체 가스(예를 들어, NH3)에 노출시키기 위해 이들이 제2 샤워헤드(325) 아래로 회전되기 전에, 기판 표면을 제1 전구체 가스(예를 들어, DCS)에 노출시키기 위해 제1 샤워헤드(320) 아래로 회전된다. 제1 및 제2 전구체 가스가 혼합되는 것을 방지하기 위해, 기판(315)이 각각의 샤워헤드(320, 325)를 통과하여 회전한 후에, 퍼지 블록(328)은 기판 표면에 가스 퍼지(예를 들어, 아르곤(Ar), 질소(N2), 퍼지 또는 다른 불활성 가스 퍼지)를 제공한다. 이러한 공정은, 실리콘 질화물 층의 목표 두께가 달성될 때까지 다수의 ALD 사이클 동안 반복될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시되지 않지만, 예를 들어, 온도, 가스 유량, 압력, 회전 속도, ALD 사이클 수 등을 포함하는, 공간 ALD 시스템의 다양한 작동 파라미터를 제어하기 위한 제어기가 기판 공정 도구(300) 내에 제공될 수 있거나, 기판 공정 도구(300)에 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 기판 공정 도구(100)와 달리, 도 3 및 도 4에 도시된 기판 공정 도구(300)는 더 좁고 더 효율적인 퍼지 블록(328)을 사용한다. 일부 실시형태에서, 도 3 및 도 4에 도시된 퍼지 블록(328)은, 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128) 설계보다 최대 67% 더 적은 면적을 소비할 수 있다. 기판 공정 도구(300)에서 더 좁은 퍼지 블록(328) 설계를 사용함으로써, ALD 사이클 시간이 감소될 수 있거나/감소될 수 있고, 전구체 노출 양/시간이 증가될 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128) 설계와 비교하여, 퍼지 블록에 의해 소비되는 면적을 약 50%만큼 감소시키는 좁은 퍼지 블록(328) 설계의 일 실시형태를 도시한다. 도 3에 도시된 실시형태에서, 각각의 퍼지 블록(328)은 ALD 사이클 중 30°를 소비한다. 도 3에 도시된 좁은 퍼지 블록(328) 설계에 따라, 퍼지 블록은, 기판 공정 도구(300) 내에 포함된 하나 이상의 샤워헤드(예를 들어, 제1 샤워헤드(320) 및/또는 제2 샤워헤드(325))로부터 이격되어 물리적으로 분리될 수 있다. 퍼지 블록과 샤워헤드(들) 사이의 물리적 분리는, 샤워헤드 커버 플레이트 아래의 퍼지 가스 섭입(subduction)을 감소시킴으로써, 샤워헤드(들)에 의해 제공되는 전구체 투입량을 개선한다.
일 실시형태에서, 제1 샤워헤드(320) 및/또는 제2 샤워헤드(325)에 의해 소비되는 면적(또는 ALD 사이클 중 일부분)은, 도 1에 도시되고 전술한 것과 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 샤워헤드(320)는 ALD 사이클 중 45°를 소비할 수 있고, 제2 샤워헤드(325)는 ALD 사이클 중 79°를 소비할 수 있다. 이러한 실시형태에서 사용되는 경우, 도 3에 도시된 좁은 퍼지 블록(328) 설계는, 샤워헤드 커버 플레이트 아래의 퍼지 가스 섭입을 감소시킴으로써, 동일한 ALD 사이클 시간 동안(플래튼(110)의 회전 속도가 유지되는 경우) 샤워헤드(들)에 의해 제공되는 전구체 투입량을 개선할 수 있다. 대안적으로, 도 3에 도시된 좁은 퍼지 블록(328) 설계는, N2 섭입 영향의 감소로 인한 전구체 투입량 증가에 의해 가능해지는 정도까지, (플래튼(110)의 회전 속도를 증가시킴으로써) ALD 사이클 시간을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 도 3에 도시된 좁은 퍼지 블록(328) 설계에 따라, 보다 대형 샤워헤드(들)를 위한 공간을 확보함으로써, 전구체 투입량/시간이 증가될 수 있다. 이의 일 실시예가 도 4에 도시된다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 퍼지 블록(128) 설계와 비교하여, 퍼지 블록에 의해 소비되는 면적을 약 67%만큼 감소시키는 좁은 퍼지 블록(328) 설계의 다른 실시형태를 도시한다. 도 4에 도시된 실시형태에서, 퍼지 블록(328)은 ALD 사이클 중 20°를 각각 소비한다. 도 4에 도시된 더 좁은 퍼지 블록(328) 설계에 따라, 샤워헤드(들)의 크기를 증가시킴으로써, 하나 이상의 샤워헤드(예를 들어, 제1 샤워헤드(320) 및/또는 제2 샤워헤드(325))에 의해 제공되는 전구체 투입량이 증가될 수 있다.
도 4에 도시된 실시형태에서, 좁은 퍼지 블록(328) 설계에 따라, 훨씬 더 대형의 제1 샤워헤드(320)가 사용될 수 있으므로, 제1 샤워헤드에 의해 제공되는 전구체 투입량(및/또는 전구체 노출 시간)을 증가시킬 수 있다. 예시적인 일 구현예에서, 도 4에 도시된 제1 샤워헤드(320)는 ALD 사이클 중 135°를 소비할 수 있고, 제2 샤워헤드(325)는 ALD 사이클 중 79°를 소비할 수 있다. 제1 샤워헤드(320)에 의해 소비되는 면적(또는 ALD 사이클 중 일부분)을 증가시킴으로써(예를 들어, 45° 내지 135°), 도 4에 도시된 실시형태는 제1 샤워헤드(320)에 의해 제공되는 전구체 투입량을 3배만큼 증가시킬 수 있다.
좁은 퍼지 블록(328) 설계의 실시예가 도 3 및 도 4에 도시되고 위에 설명되지만, 본원에 설명된 기술은 전술한 몇몇 실시예로 절대적으로 제한되지 않는다. 다른 실시형태에서, 본원에 설명된 기술에 따른 좁은 퍼지 블록(328)은, ALD 사이클 중 더 많거나 더 적은 일부분을 소비할 수 있다. 예를 들어, 좁은 퍼지 블록(328)은 본원에 설명된 이점을 유지하면서, ALD 사이클 중 약 10° 내지 40°를 소비할 수 있다.
위에 제공된 실시예에서, 제1 샤워헤드(320), 제2 샤워헤드(325) 및 퍼지 블록(328)의 폭은, 하나의 ALD 사이클의 각도 측정치(도 단위로 표현됨)로서 설명된다. 이러한 설명은 플래튼(310)의 360° 회전마다 하나의 ALD 사이클이 수행된다고 가정한다. 그러나, 일부 공간 ALD 시스템은, 플래튼(310)의 360° 회전당 하나 초과의 ALD 사이클을 수행할 수 있다. 이러한 시스템을 설명하기 위해, 제1 샤워헤드(320), 제2 샤워헤드(325) 및 퍼지 블록(328)의 폭은, 플래튼(310)의 360° 회전의 각도 측정치(도 단위로 표현됨)로서 대안적으로 설명될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 블록(328)의 폭은, 플래튼(310)의 360° 회전 중 일부분을 커버하는 것으로 대안적으로 설명될 수 있으며, 일부분은 플래튼(310)의 360° 회전 중 약 10° 내지 약 40°를 포함하는 범위로부터 선택된다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시형태에서, 퍼지 블록(328)의 폭은, 플래튼(310)의 360° 회전 중 약 30° 및 약 20°를 각각 커버한다. 대안적인 각도 측정치를 커버하는 다른 폭도 퍼지 블록(328)을 위해 사용될 수 있다.
가스 퍼지에 의해 소비되는 ALD 사이클 중 일부분을 감소시키는 것과 더불어, 본원에 설명된 기술은 퍼지 가스 효율을 개선하고, 고속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 초과)에서도 가스 혼합을 방지한다. 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 개시된 기술은, 퍼지 블록 아래에서 퍼지 가스를 균일하게 분산시키기 위해 높은 가스 전도율 경로를 제공하는, 퍼지 블록(328)의 하부면 상의 하부 공동을 제공함으로써 퍼지 가스 효율을 개선한다. 일부 실시형태에서, 유사하게, 퍼지 블록 위에서 퍼지 가스를 균일하게 분산시키기 위해, 퍼지 블록(328)의 상부면 상에 상부 공동이 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서, 플래튼(310)의 속도의 반경 방향 편차를 보정하기 위해, 필요에 따라 퍼지 가스 유동을 분산시키는 맞춤형 가스 전도 경로를 하부 공동(및 선택적으로, 상부 공동)에 제공함으로써, 퍼지 블록(328)으로부터의 퍼지 가스 흐름이 추가로 제어될 수 있다. 이에 따라, 개시된 퍼지 블록(328) 설계는, 퍼지 가스 양을 증가시키지 않으면서, 고속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 초과)에서도 공정 가스들을 분리시킬 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본원에 설명된 기술에 따른 개선된 퍼지 블록 설계의 다양한 실시형태를 제공한다. 구체적으로, 도 5는 서셉터(312) 상에 배치된 기판(315)이 퍼지 블록 아래로 회전된 경우, 도 3 또는 도 4에 도시된 퍼지 블록(328) 중 하나를 통하는 단면도를 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 퍼지 블록(328)은 상부 공동(327) 및 하부 공동(329)을 모두 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하부 공동만이 사용될 수 있다. 퍼지 블록(328)의 하부면 상에 형성된 하부 공동(329)은 하부 체적(VL)을 포함한다. 퍼지 블록(328)의 상부면 상에 형성된 상부 공동(327)은 상부 체적(VU)을 포함한다.
도 5에 도시된 실시형태에서, 대체로 시스템의 중심축에 인접한 가스 투입 위치로부터 퍼지 블록(328) 아래 및 기판(315) 위에 위치된 공정 공간(360)으로 퍼지 가스를 분사하기 위해, 제1 퍼지 가스 분사기(350)가 하부 공동(329) 내에 제공된다. 일 실시형태에서, 제1 퍼지 가스 분사기(350)는 하부 공동(329)을 통하여 완전히 연장될 수 있다. 대안적으로, 제1 퍼지 가스 분사기(350)는 하부 공동(329)을 통하여 부분적으로 연장될 수 있다.
대체로 제1 퍼지 가스 분사기(350)는, 퍼지 가스(예를 들어, Ar, N2 또는 다른 불활성 퍼지 가스)를 공정 공간(360)으로 분사하기 위한 다수의 포트(355)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 퍼지 가스 분사기(350)는, 플래튼(310)의 외측 에지 근처에서 보다 고밀도의 포트(355)를 포함할 수 있으므로, 제1 퍼지 가스 분사기(350)가 플래튼(310)의 외측 에지 근처에 더 많은 퍼지 가스 양을 분사한다. 일부 실시형태에서, 포트(355)의 밀도는 서셉터(312)의 중심에 접근함에 따라 감소할 수 있다. 전술한 바와 같이, 플래튼(310)의 외측 에지 근처에 보다 고밀도의 포트(355)를 제공함으로써, 점성 항력을 견디고 보다 고속 회전 속도에서 가스 혼합을 방지하기 위해 필요한 경우, 더 많은 퍼지 가스 양을 제공할 수 있다. 다른 실시형태에서, 포트(355)는 제1 퍼지 가스 분사기(350)의 반경 방향 축을 따라 균일하게 이격될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 본원에 설명된 개선된 퍼지 블록 설계는 점성 항력을 견딜 수 있으며, 보다 고속 회전 속도에서 가스 혼합을 방지할 수 있다.
일부 실시형태에서, 퍼지 가스(예를 들어, Ar, N2 또는 다른 불활성 퍼지 가스)를 퍼지 블록(328) 위에 분사하기 위한 제2 퍼지 가스 분사기(370)도 제공될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 블록(328)이 챔버 덮개(380)에 직접 연결되지 않는 경우, 챔버 덮개(380)의 하부면과 퍼지 블록(328)의 상부면 사이에 갭(G)이 형성될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 퍼지 블록(328)의 상부 공동(327) 내로 퍼지 가스를 분사하기 위해 제2 퍼지 가스 분사기(370)가 사용될 수 있으므로, 갭을 통하는 전구체 확산을 방지할 수 있다. 그러나, 제2 퍼지 가스 분사기(370)가 절대적으로 필요한 것은 아니며, 일부 실시형태에서, 퍼지 블록(328)이 챔버 덮개(380)에 직접 연결되는 경우 생략될 수 있다. 또한, 퍼지 블록(328)이 챔버 덮개(380)에 직접 연결되는 경우, 상부 공동(327)은 생략될 수 있다.
플래튼(310)이 기판 공정 도구(300)의 중심축을 중심으로 회전함에 따라, 전구체 가스들(예를 들어, DCS 및 NH3)이 공정 공간(360) 내에서 혼합되는 것을 방지하기 위해, 제1 퍼지 가스 분사기(350)는 퍼지 가스(예를 들어, Ar, N2 또는 다른 불활성 퍼지 가스)를 기판(315)의 표면에 제공한다. 전술한 바와 같이, 가스 혼합은 점성 항력으로 인해 야기되며, 플래튼이 회전함에 따라, 서셉터(312)의 표면 상에 충돌하는 가스가 플래튼(310)에 의해 유지되는 경우 발생한다. 또한 전술한 바와 같이, 플래튼(310)의 회전 속도가 증가함에 따라, 가스 혼합 확률이 증가한다. 따라서, 고속 회전 속도(예를 들어, 10 RPM 초과)에서는, 현저한 대응책이 취해지지 않는 한, 가스 혼합이 발생할 가능성이 있다.
도 3 내지 도 7에 도시된 퍼지 블록(328) 설계는, 퍼지 블록(328)의 하부면 상의 하부 공동(329) 및 (일부 실시형태에서) 퍼지 블록의 상부면 상의 상부 공동(327)을 제공함으로써, 플래튼(310)의 회전 속도와 관계없이, 가스 혼합을 효과적으로 방지한다(즉, 제1 및 제2 전구체 가스 간의 거의 완전한 분리를 제공한다). 도 1 및 도 2에 도시된 좁은 전도 경로(220)와 달리, 퍼지 블록(328) 내에 형성된 상부 공동(327) 및 하부 공동(329)은, 퍼지 가스가 유동하기 위한 비교적 넓은 전도 경로를 제공한다(도 5 내지 도 7 참조). 상부 공동(327) 및 하부 공동(329) 내에 제공된 넓은 전도 경로에 따라, 퍼지 가스는 상부 체적(VU) 및 하부 체적(VL)을 균일하게 각각 가압할 수 있으며, 이에 따라 결과적으로, 퍼지 가스는, (a) 퍼지 블록(328)의 주변부를 따라 보다 균일하게 유동할 수 있고, (b) 퍼지 블록(328)의 측면 에지(330)에 실질적으로 수직인 방향으로 유동할 수 있다(도 3 및 도 4의 화살표로 도시된 바와 같이). 상부 공동(327) 및/또는 하부 공동(329) 내에서 균일한 가스 흐름 전도율을 제공함으로써, 도 3 내지 도 7에 도시된 퍼지 블록(328) 설계는, 도 1 및 도 2에 도시된 통상적인 퍼지 블록(128) 설계보다, (예를 들어, 전구체 구역 내로의 퍼지 가스 섭입, 또는 퍼지 가스 구역 내로의 전구체 가스 섭입으로 인한) 가스 혼합을 방지하는 데 보다 효과적이다.
도 6 및 도 7은 도 3 내지 도 5에 도시된 퍼지 블록(328) 설계의 사시도를 제공한다. 보다 구체적으로, 도 6은 그 안에 형성될 수 있는 하부 공동(329)의 일 실시예를 도시하는 퍼지 블록(328)의 하부면의 사시도를 제공한다. 퍼지 블록(328)의 상부면 도면은, 퍼지 블록(328)의 상부면 상에 형성될 수 있는 상부 공동(327)의 일 실시예를 도시하는 도 7에 도시된다. 그러나, 도 6 및 도 7에 도시된 하부 공동(329) 및 상부 공동(327)은 단지 예시적인 것일 뿐이며, (a) 퍼지 블록(328) 아래/위에서 퍼지 가스를 균일하게 분산시키기 위해, 및/또는 (b) 플래튼(310)의 속도의 반경 방향 편차를 보정하도록 가스 전도율을 제어하기 위해, 퍼지 블록(328) 내에 포함될 수 있는 높은 가스 전도율 경로 또는 맞춤형 가스 전도 경로의 일 실시예만을 나타냄을 인식한다. 다른 실시형태에서, 본원에 개시된 이점을 제공하기 위해, 하부 공동(329) 및/또는 상부 공동(327)의 대안적인 구성이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 도 5 및 도 7에 도시된 상부 공동(327)은, 예를 들어, 퍼지 블록이 챔버 덮개(380)에 직접 연결되는 경우 생략될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 좁은 전도 경로(220)와 비교하여, 벽 두께(T)를 감소시키고, 퍼지 가스가 유동하는 전도 경로를 확대시킴으로써, 퍼지 블록(328)의 상부 공동(327) 및/또는 하부 공동(329) 내에서 가스 흐름 전도율이 개선된다. 전술한 바와 같이, 전도 경로를 통하는 가스 흐름 전도율은, 전도 경로의 측면 에지와 퍼지 블록의 측면 에지 사이의 벽 두께(T)에 선형적으로 비례하며, 벽 두께(T)가 감소함에 따라 증가한다(그리고 그 반대의 경우도 마찬가지이다). 도 3 내지 도 7에 도시된 퍼지 블록(328) 설계에서, 퍼지 블록(328)의 상부 공동(327) 및 하부 공동(329)에 의해 전도 경로가 제공된다. 따라서, 벽 두께(T)는, 예를 들어 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부/하부 공동의 측면 에지와 퍼지 블록의 측면 에지 사이에서 측정된다.
도 6 및 도 7에 도시된 실시형태에서, 상부 공동(327) 및 하부 공동(329)의 윤곽은 퍼지 블록(328)의 윤곽과 유사하므로, 대부분의 퍼지 블록(328)을 따라, 균일한 벽 두께(예를 들어, T1, T2, T3, 및 T4는 약 15% 내에서 실질적으로 동일할 수 있음)가 달성된다. 퍼지 블록(328)의 원위 단부에서, 벽 두께(T5)가 증가될 수 있으며, 제1 퍼지 가스 분사기(350)를 수용하기 위한 관통 개구(pass-through)(326)가 제공될 수 있다.
일부 실시형태에서, 상부 공동(327) 및/또는 하부 공동(329) 내의 가스 흐름 전도율은, 퍼지 블록(328)의 하나 이상의 영역 내의 벽 두께(T)를 가변시킴으로써 그러한 영역(들)에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 퍼지 블록의 하나 이상의 영역 내에 더 많은(또는 더 적은) 퍼지 가스 흐름을 제공함으로써, 하부 공동(329) 내의 가스 흐름 전도율을 제어하기 위해, 벽 두께(T)가 퍼지 블록(328)의 반경 방향 축을 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 벽 두께(T)는 일부 영역(들)에서 가스 흐름 전도율을 증가시키기 위해 감소될 수 있거나/감소될 수 있고, 다른 영역(들)에서 가스 흐름 전도율을 감소시키기 위해 증가될 수 있다.
일부 실시형태에서, 상부 공동(327) 및/또는 하부 공동(329)의 벽 두께(T)는 약 20 내지 80 mm의 범위일 수 있다. 바람직한 일 실시형태에서, 상부 공동(327) 및/또는 하부 공동(329)의 벽 두께(T)는 주로 약 40 내지 50 mm의 범위이다. 이러한 실시형태의 예시적인 일 구현예에서, T1은 44.0 mm일 수 있고, T2는 41.3 mm일 수 있으며, T3는 42.5 mm일 수 있고, T4는 43.7 mm일 수 있으며, T5는 78 mm일 수 있다. 벽 두께(T5)는 원위 단부(즉, 플래튼(310)의 외측 에지에 가장 가까운 퍼지 블록(328)의 단부)에서 더 넓지만, 이러한 영역이 가스 배출구 펌핑 포트(340)(도 3 및 도 4 참조)에 인접함으로 인해, 가스 흐름 전도율은 이러한 영역에서 더 클 수 있다.
또한, ALD 시스템 설계 및 작동 파라미터에 기초하여, 퍼지 블록(328)의 다른 치수가 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 퍼지 블록(328)의 최상부와 챔버 덮개(380) 사이의 갭(G)은, 퍼지 블록(328)의 바닥부와 서셉터(312) 사이의 갭(예를 들어, 약 3 mm)보다 더 작을 수 있다(예를 들어, 약 1 mm). 퍼지 블록(328) 위의 갭(G)은 퍼지 블록 아래의 갭보다 더 작기 때문에, 제2 퍼지 가스 분사기(370)로부터의 가스 유량(예를 들어, 분당 1 표준 리터(slm))은, 제1 퍼지 가스 분사기(350)로부터의 가스 유량(예를 들어, 5 내지 10 slm) 미만일 수 있다. 상부 공동(327)에 공급되는 가스 유량은 하부 공동(329)에 공급되는 가스 유량 체적(VL)보다 체적(VU)이 더 작기 때문에, 가스 흐름 전도율에 영향을 주지 않으면서, 상부 공동(327)의 깊이는 하부 공동(329)의 깊이 미만일 수 있다. 예시적인 일 구현예에서, 상부 공동(327)의 깊이는 5 mm일 수 있고, 하부 공동(329)의 깊이는 16 mm일 수 있다. ALD 시스템 설계 및 작동 파라미터에 기초하여, 다른 깊이 및 치수가 선택될 수 있다.
도 8은 본원에 설명된 기술을 사용하는 예시적인 방법의 일 실시형태를 도시한다. 도 8에 도시된 실시형태는 단지 예시적인 것일 뿐이며, 추가적인 방법이 본원에 설명된 기술을 사용할 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 설명된 단계는 한정적인 것으로 의도되지 않기 때문에, 추가적인 공정 단계가 도 8에 도시된 방법에 추가될 수 있다. 더욱이, 상이한 순서로 수행될 수 있거나/수행될 수 있고 다양한 단계가 조합하여 또는 동시에 수행될 수 있기 때문에, 단계의 순서는 도면에 도시된 순서로 제한되지 않는다.
도 8은 공간 원자층 증착(ALD) 시스템 내에서 기판을 처리하기 위한 일 실시형태의 방법(400)을 도시한다. 전술한 바와 같이, 그리고 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 공간 ALD 시스템은 대체로 플래튼 및 퍼지 블록을 포함할 수 있으며, 퍼지 블록은, 기판 위의 공정 공간에 퍼지 가스를 제공하도록 플래튼 위에 위치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 방법(400)은, 단계(410)에서, 플래튼 상에 기판을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(420)에서, 방법(400)은, 플래튼이 공간 ALD 시스템의 중심축을 중심으로 회전함에 따라, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스에 기판을 순차적으로 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 단계(430)에서, 방법(400)은, 제1 공정 가스에 기판을 노출시킨 후에 그리고 제2 공정 가스에 기판을 노출시키기 전에, 퍼지 블록의 하부면 상에 형성된 하부 공동 내에 퍼지 가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(440)에서, 방법(400)은, 퍼지 가스가 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 퍼지 블록의 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 하부 공동 내에서 퍼지 가스를 분산시킴으로써, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스가 공정 공간 내에서 혼합되는 것을 방지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 추가적인 변형예 및 대안적인 실시형태는 본 설명을 고려하여 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 본 발명을 수행하는 방식을 당업자에게 교시하기 위한 목적이다. 본원에 도시되고 설명된 본 발명의 형태 및 방법은 현재의 바람직한 실시형태로 간주되는 것으로 이해되어야 한다. 본원에 도시되고 설명된 것들은 동등한 기술로 대체될 수 있으며, 본 발명의 이러한 설명의 이점을 얻은 후에 당업자에게 모두 명백해지는 바와 같이, 본 발명의 특정한 특징은 다른 특징의 사용과 무관하게 사용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 공간 원자층 증착(ALD) 시스템으로서,
    하나 이상의 기판을 유지하기 위한 플래튼으로서, 상기 플래튼은 상기 공간 ALD 시스템의 중심축을 중심으로 360° 회전하도록 구성되는, 플래튼;
    상기 플래튼이 회전함에 따라, 상기 하나 이상의 기판에 제1 공정 가스를 제공하도록 상기 플래튼 위에 위치된 제1 샤워헤드; 및
    상기 제1 공정 가스가 상기 하나 이상의 기판에 제공된 후에, 상기 하나 이상의 기판에 퍼지 가스를 제공하도록 상기 플래튼 위에 위치된 퍼지 블록을 포함하며,
    상기 퍼지 블록은,
    상기 퍼지 블록의 하부면 상에 형성된 하부 공동; 및
    상기 퍼지 블록 아래에 상기 퍼지 가스를 분사하기 위해 상기 하부 공동 내에 제공된 제1 퍼지 가스 분사기를 포함하고,
    상기 퍼지 가스가 상기 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상기 하부 공동은, 상기 퍼지 블록 아래에서 상기 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공하도록 구성되는,
    공간 원자층 증착(ALD) 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    대부분의 상기 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 상기 하부 공동의 윤곽은 상기 퍼지 블록의 윤곽과 유사하고, 상기 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작으며,
    상기 균일한 벽 두께는, 상기 하부 공동의 측면 에지와 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지 사이에서 측정되는, 공간 ALD 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 균일한 벽 두께는, 20 mm 내지 80 mm를 포함하는 범위로부터 선택되는, 공간 ALD 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 퍼지 블록의 하나 이상의 영역 내의 벽 두께는, 상기 퍼지 블록의 상기 하나 이상 영역에서 상기 하부 공동 내에 제공되는 가스 흐름 전도율을 가변시키도록 상기 퍼지 블록의 다른 영역 내의 벽 두께와 상이한, 공간 ALD 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 블록은,
    상기 퍼지 블록의 상부면 상에 형성된 상부 공동; 및
    상기 퍼지 블록 위에 제2 퍼지 가스를 분사하기 위한 제2 퍼지 가스 분사기를 더 포함하며,
    상기 제2 퍼지 가스가 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지에 수직인 상기 방향으로 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상기 상부 공동은, 상기 퍼지 블록 위에서 상기 제2 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공하도록 구성되는, 공간 ALD 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    대부분의 상기 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 상기 상부 공동의 윤곽은 상기 퍼지 블록의 윤곽과 유사하고, 상기 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작으며,
    상기 균일한 벽 두께는, 상기 상부 공동 내에 제공되는 상기 가스 전도 경로와 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지 사이에서 측정되는, 공간 ALD 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 균일한 벽 두께는, 20 mm 내지 80 mm를 포함하는 범위로부터 선택되는, 공간 ALD 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 퍼지 블록의 하나 이상의 영역 내의 벽 두께는, 상기 퍼지 블록의 상기 하나 이상 영역에서 상기 상부 공동 내에 제공되는 가스 흐름 전도율을 가변시키도록 상기 퍼지 블록의 다른 영역 내의 벽 두께와 상이한, 공간 ALD 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 블록의 폭은 상기 플래튼의 360° 회전 중 일부분을 커버하며,
    상기 일부분은, 상기 플래튼의 360° 회전 중 10° 내지 40°를 포함하는 범위로부터 선택되는, 공간 ALD 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 퍼지 블록의 상기 폭은 상기 플래튼의 360° 회전 중 20°를 커버하는, 공간 ALD 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 퍼지 블록의 상기 폭은 상기 플래튼의 360° 회전 중 30°를 커버하는, 공간 ALD 시스템.
  12. 공간 원자층 증착(ALD) 시스템으로서,
    하나 이상의 기판을 유지하기 위한 플래튼으로서, 상기 플래튼은 상기 공간 ALD 시스템의 중심축을 중심으로 360° 회전하도록 구성되는, 플래튼;
    상기 플래튼이 회전함에 따라, 상기 하나 이상의 기판에 제1 공정 가스를 제공하도록 상기 플래튼 위에 위치된 제1 샤워헤드; 및
    상기 제1 공정 가스가 상기 하나 이상의 기판에 제공된 후에, 상기 하나 이상의 기판에 퍼지 가스를 제공하도록 상기 플래튼 위에 위치된 퍼지 블록을 포함하며,
    상기 퍼지 블록의 폭은 상기 플래튼의 360° 회전 중 일부분을 커버하고,
    상기 일부분은, 상기 플래튼의 360° 회전 중 10° 내지 40°를 포함하는 범위로부터 선택되는,
    공간 원자층 증착(ALD) 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 퍼지 블록의 상기 폭은 상기 플래튼의 360° 회전 중 20° 내지 30°를 커버하는, 공간 ALD 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 퍼지 블록은,
    상기 퍼지 블록의 하부면 상에 형성된 하부 공동; 및
    상기 퍼지 블록 아래에 상기 퍼지 가스를 분사하기 위해 상기 하부 공동 내에 제공된 제1 퍼지 가스 분사기를 포함하며,
    상기 퍼지 가스가 상기 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상기 하부 공동은, 상기 퍼지 블록 아래에서 상기 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공하도록 구성되는, 공간 ALD 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    대부분의 상기 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 상기 하부 공동의 윤곽은 상기 퍼지 블록의 윤곽과 유사하고, 상기 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작으며,
    상기 균일한 벽 두께는, 상기 하부 공동 내에 제공되는 상기 가스 전도 경로와 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지 사이에서 측정되는, 공간 ALD 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 퍼지 블록은,
    상기 퍼지 블록의 상부면 상에 형성된 상부 공동; 및
    상기 퍼지 블록 위에 제2 퍼지 가스를 분사하기 위한 제2 퍼지 가스 분사기를 더 포함하며,
    상기 제2 퍼지 가스가 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지에 수직인 상기 방향으로 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상기 상부 공동은, 상기 퍼지 블록 위에서 상기 제2 퍼지 가스를 분산시키는 가스 전도 경로를 제공하도록 구성되는, 공간 ALD 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    대부분의 상기 퍼지 블록을 따라 균일한 벽 두께가 달성되도록, 상기 하부 공동의 윤곽 및 상기 상부 공동의 윤곽은 상기 퍼지 블록의 윤곽과 유사하고, 상기 퍼지 블록의 윤곽보다 더 작으며,
    상기 균일한 벽 두께는, 상기 하부 공동 및 상기 상부 공동의 측면 에지와 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지 사이에서 측정되는, 공간 ALD 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 균일한 벽 두께는, 20 mm 내지 80 mm를 포함하는 범위로부터 선택되는, 공간 ALD 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 퍼지 블록의 하나 이상의 영역 내의 벽 두께는, 상기 퍼지 블록의 상기 하나 이상 영역에서 상기 하부 공동 및 상기 상부 공동 내에 제공되는 가스 흐름 전도율을 가변시키도록 상기 퍼지 블록의 다른 영역 내의 벽 두께와 상이한, 공간 ALD 시스템.
  20. 공간 원자층 증착(ALD) 시스템 내에서 기판을 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 공간 ALD 시스템은 플래튼 및 퍼지 블록을 포함하며,
    상기 퍼지 블록은, 상기 기판 위의 공정 공간에 퍼지 가스를 제공하도록 상기 플래튼 위에 위치되고,
    상기 방법은,
    상기 플래튼 상에 상기 기판을 제공하는 단계;
    상기 플래튼이 상기 공간 ALD 시스템의 중심축을 중심으로 회전함에 따라, 제1 공정 가스 및 제2 공정 가스에 상기 기판을 순차적으로 노출시키는 단계;
    상기 제1 공정 가스에 상기 기판을 노출시킨 후에 그리고 상기 제2 공정 가스에 상기 기판을 노출시키기 전에, 상기 퍼지 블록의 하부면 상에 형성된 하부 공동 내에 상기 퍼지 가스를 분사하는 단계; 및
    상기 퍼지 가스가 상기 퍼지 블록의 측면 에지에 수직인 방향으로 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상기 하부 공동 내에서 상기 퍼지 가스를 분산시킴으로써, 상기 제1 공정 가스 및 상기 제2 공정 가스가 상기 공정 공간 내에서 혼합되는 것을 방지하는 단계를 포함하는,
    공간 원자층 증착(ALD) 시스템 내에서 기판을 처리하기 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 퍼지 가스가 상기 하부 공동 내에 분사되는 경우, 상기 방법은,
    상기 퍼지 블록의 상부면 상에 형성된 상부 공동 내에 제2 퍼지 가스를 분사하는 단계; 및
    상기 제2 퍼지 가스가 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지에 수직인 상기 방향으로 상기 퍼지 블록의 상기 측면 에지를 따라 균일하게 유동하도록, 상기 상부 공동 내에서 상기 제2 퍼지 가스를 분산시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    분당 10 회전수(RPM) 초과의 고속 회전 속도로 상기 플래튼을 회전시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 하부 공동 내에 상기 퍼지 가스를 분사하는 단계, 및 상기 하부 공동 내에서 상기 퍼지 가스를 분산시키는 단계는, 상기 플래튼이 상기 고속 회전 속도로 회전되는 경우에도, 상기 제1 공정 가스를 상기 제2 공정 가스와 분리시키는, 방법.
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