KR20230035141A - 균일한 증착 - Google Patents
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Abstract
기재 가공 장치의 반응 챔버는 반응 공간을 함유한다. 적어도 3개의 측방 화학물질 유입구는 각각 상이한 방향으로부터 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하며, 상기 적어도 3개의 측방 화학물질 유입구 각각은 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 경로를 제공한다.
Description
본 발명은 일반적으로 기재 가공 방법 및 장치, 특히 화학 증착 방법 및 증착 반응기에 관한 것이다. 보다 특히, 그러나 배타적으로는 아니게, 본 발명은 원자 층 증착 (ALD; atomic layer deposition)에 의한 균일한 증착에 관한 것이다.
본 섹션은 당업계의 최신 기술을 대표하는 본원에 기술된 임의의 기술의 허용 없이 유용한 배경 정보를 예시한다.
ALD는 다양한 기재, 특히 실리콘 웨이퍼를 위한 등각 증착(conformal deposition) 방법으로서 공지되어 있다. 그러나, 웨이퍼 크기를 450 mm의 웨이퍼 크기 쪽으로 증가시키는 것 및 요구되는 낮은 불균일성은 ALD에 대해서도 설정되는 도전과제이다. 상기 도전과제는, 제한된 증착 범위(window), 제한된 안정성 또는 반응성 부산물을 갖는 전구체 화학물질에 대해 더욱 요구되고 있다.
US 20130210238 A1은 기재를 운반하는 홀더(holder)를 회전시킴으로써 증착의 균일성이 향상되는 ALD 방법을 제시한다. 그러나, 이는 불순물 입자의 불필요한 생성을 유발할 수 있으며, 비용이 큰 툴(tool) 설계를 요구한다.
개선된 균일성을 갖는 ALD 코팅을 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제공하거나, 또는 적어도, 현존하는 기술에 대한 대안책을 제공하는 것이 본 발명의 구현예의 목적이다.
본 발명의 제1의 예시적인 측면에 따르면, 하기 단계를 포함하는 방법이 제공된다:
반응 공간을 갖는 반응 챔버를 기재 가공 장치에 제공하는 단계; 및
각각 상이한 방향으로부터 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하는(pointing) 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구를 제공하는 단계로서, 상기 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 각각은 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 경로를 제공하는, 단계.
따라서, 특정의 예시적인 구현예에서, 하나의 그리고 동일한 전구체 화학물질에 적어도 3개의 상이한 측방 방향으로부터의 유입구가 제공된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 측방 전구체 화학물질 유입구는 동일한 수준(level)에서 수직으로 위치된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 측방 전구체 화학물질 유입구는 적어도 부분적으로 측방형이다. 측방 전구체 화학물질 유입구는 이의 지시 방향이 측방 성분을 갖는 경우 적어도 부분적으로 측방형이다. 지시 방향은 수평 방향, 또는 수평 방향에 대해 0이 아닌 각을 갖는 방향일 수 있다.
특정의 예시적인 구현예에서, 적어도 3개의 유입구의 지시 방향 중 3개는 상호간에 부분적으로 대향된다 (또는 이들의 측방 성분은 상호간에 부분적으로 대향된다).
특정의 예시적인 구현예에서, 각각의 측방 전구체 화학물질 유입구는 자체 공급관(in-feed tube)을 가지며, 각각의 공급관은 자체 펄싱 밸브(pulsing valve)를 갖는다. 따라서, 개별 공급관은 각각의 유입구로 제1 전구체 화학물질을 제공하고, 각각의 개별 공급관에 펄싱 밸브가 부착되어 있다. 펄싱 밸브는, 특정의 예시적인 구현예에서, 3방향 밸브(three-way valve)이다. 제1 전구체 화학물질은 공급관을 따라 각각의 유입구로 유동한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 각각의 유입구로의 제1 전구체 증기의 유동은 펄싱 밸브에 의해 개폐된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 펄싱 밸브는 제어 시스템에 의해 제어된다. 펄싱 밸브는 특정의 예시적인 구현예에서, 2개의 투입 포트(input port) 및 1개의 배출 포트(output port)를 포함한다. 투입 포트 중 1개는 제1 전구체 화학물질의 전구체 공급원 용기와 유체 연통(fluid communication)된다. 나머지 투입 포트는 불활성 기체 공급원과 유체 연통된다. 제어 시스템은, 특정의 예시적인 구현예에서, 각각의 기간에 어떤 투입 포트가 배출 포트에 연결되어야 하는지를 제어한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질의 전구체 화학물질 펄스 주기 동안, 제어 시스템은 펄싱 밸브를 작동시킴으로써, 제1 전구체 화학물질이 오직 선택된 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하도록 제어한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간은 실린더의 일반적인 형태를 갖는다. 특정의 예시적인 구현예에서, 수직 중심선 둘레의 반응 공간은 사실상 3개의 동일한 섹터(sector)로 나뉘고, 제1 전구체 화학물질의 적어도 1개의 유입구가 섹터 각각에 위치된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 폐쇄가능한 경로를 제공하는 유입구의 수는 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 9개의 유입구이다. 특정의 예시적인 구현예에서, 유입구는 반응 공간에 대해 대칭적으로 위치된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 유입구 중 적어도 3개는 중심 영역을 대칭적으로 둘러싸는 원주 상에 균등하게 분포된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질은 한 번에 하나의 방향으로부터 반응 공간 내로 펄싱된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 펄싱 방향은 펄스 주기 동안 또는 동일한 전구체 화학물질 (즉, 제1 전구체 화학물질)의 연속적인 펄스 주기 사이에 변한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질은 한 번에 2개, 3개, 4개 또는 그 초과의 방향으로부터 반응 공간 내로 펄싱된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질은 한 번에 오직 1개의 유입구를 통해 반응 공간으로 투입된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
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제1 방향으로부터 제1 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 반응 공간 내로 제1 전구체 화학물질을 위한 경로를 개방하여, 제1 기간 동안 제1 전구체 화학물질이 상기 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하도록 하고; 상기 제1 기간 동안 제1 전구체 화학물질이 다른 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하는 것을 방지하는 단계;
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제1 방향 이외의 제2 방향으로부터 제2 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 반응 공간 내로 제1 전구체 화학물질을 위한 경로를 개방하여, 제2 기간 동안 제1 전구체 화학물질이 상기 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하도록 하고; 상기 제2 기간 동안 제1 전구체 화학물질이 다른 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하는 것을 방지하는 단계; 및
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제1 및 제2 방향 둘 모두 이외의 제3 방향으로부터 제3 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 반응 공간 내로 제1 전구체 화학물질을 위한 경로를 개방하여, 제3 기간 동안 제1 전구체 화학물질이 상기 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하도록 하고; 상기 제3 기간 동안 제1 전구체 화학물질이 다른 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하는 것을 방지하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 동일한 전구체 화학물질을 위한 측방 전구체 화학물질 유입구가 4개의 방향에 존재하는 경우, 상응하는 개방 및 방지 단계는 제4 방향에 대해서도 유사하게 수행된다. 유사하게, 동일한 전구체 화학물질을 위한 4개 초과의 측방 전구체 화학물질 유입구가 존재하는 경우, 개방 및 폐쇄 단계는 목적하는 경우 각각의 방향에 대해 유사하게 수행된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 전구체 화학물질의 수는 2종이다. 특정의 예시적인 구현예에서, 먼저 제1 전구체 화학물질 (즉, 반응성 화학물질)이 2개, 3개 또는 그 초과일 수 있는 복수의 방향으로부터 펄싱된다. 제1 전구체 화학물질은 한 번에 하나의 방향으로부터 또는 한 번에 복수의 방향으로부터 펄싱된다. 이어서, 제2 전구체 화학물질이 펄싱된다. 제2 전구체 화학물질은 하나의 방향으로부터, 또는 2개, 3개 또는 그 초과일 수 있는 복수의 방향으로부터 펄싱된다. 제2 전구체 화학물질은 한 번에 하나의 방향으로부터 또는 한 번에 복수의 방향으로부터 펄싱된다. 특정 다른 구현예에서, 제2 전구체 화학물질은 제1 전구체 화학물질이 하나의 방향으로부터 펄싱된 직후 펄싱되고, 제1 전구체는 그 후에 즉시 펄싱된다. 펄스는 퍼지(purge) 단계에 의해 선택적으로(optionally) 분리될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 제시된 펄싱 대안책의 조합이 수행된다.
특정 다른 구현예에서, 전구체 화학물질의 수는, 예를 들어 광-강화 또는 플라즈마-강화 공정을 적용하는 경우 1종이다. 특정 다른 구현예에서, 전구체 화학물질의 수는 3종 이상이다.
측방 전구체 화학물질 유입구는 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 반경방향으로 지시할 수 있다. 상이한 화학물질의 유입구는 이들이 동일한 수직 수준에서 교대되도록 위치될 수 있거나, 또는 이들은 상이한 높이에서, 예를 들어 제2 전구체 화학물질의 유입구가 제1 전구체 화학물질의 유입구 위에 있도록 위치될 수 있다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 기재를 고정식 기재 홀더에 의해 운반하는 단계를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 복수의 기재를 고정식 기재 홀더에 의해 운반하는 단계를 포함한다. 복수의 기재는 서로의 상부 상에 스택(stack)으로서 수평으로 배향될 수 있거나, 또는 서로에 인접한 동일한 수준에서 수평으로 배향될 수 있거나, 또는 서로에 평행하게 수직으로 배향될 수 있다.
특정의 예시적인 구현예에서, 기재는 평면상, 즉 2차원 (2D) 물체이다. 특정의 예시적인 구현예에서, 기재는 3D 물체이다. 특정의 예시적인 구현예에서, 기재는 복수의 2D 및/또는 3D 물체를 포함한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
기재를 고정식 기재 홀더에 의해 운반하는 단계; 및
사전결정된 방식으로 개별 유입구를 개폐함으로써, 기재를 회전시키는 것에 필적할 만한 효과를 기재에 제공하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
반응 챔버의 측으로부터 기재 표면 상으로의 제1 전구체 화학물질의 유입되는 유동, 및 기재의 에지(edge)를 통과한 후 배출구(exhaust)로 아래쪽으로 유출되는 유동을 제공하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은, 반응 챔버의 측으로부터 기재 표면을 따라 제1 전구체 화학물질의 유동을 제공하고, 기재의 에지를 통과하였을 때 배출구 쪽으로 아래쪽으로 방향을 바꾸는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 측방 전구체 화학물질 유입구는 기재 홀더의 (가장 높은) 기재 홀딩 수준보다 위의 수준 상에 위치된다. 복수의 수평으로 배향된 기재가 상이한 수준 (높이)에 존재하는 경우, 특정의 예시적인 구현예에서, 가장 높은 기재 홀딩 수준 및 가장 높은 기재 홀딩 수준 아래의 수준 둘 모두 상에 제1 전구체 화학물질의 측방 전구체 화학물질 유입구가 제공된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
반응 공간 내로 유동하는 적어도 1종의 화학물질을 가열하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
반응 챔버를 둘러싸며, 이에 의해 반응 챔버 및 외부 챔버 사이의 중간 공간을 폐쇄하는 외부 챔버를 제공하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 중간 공간은 가열된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간으로 유동하는 적어도 1종의 화학물질은 (중간 공간에서 또는 따로) 가열된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
반응 챔버를 둘러싸며, 이에 의해 반응 챔버 및 외부 챔버 사이의 중간 공간을 폐쇄하는 외부 챔버를 제공하는 단계; 및
화학물질 공급관 (상기 공급관은 공급관의 단부에 유입구를 가짐)을 중간 공간을 통해 반응 챔버 쪽으로 향하게 하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
반응 공간에 대칭적인 기체 유동 분포를 제공하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
증착 사이클에서 하나의 단계로부터 또 다른 단계로 (예를 들어, 전구체 펄스로부터 퍼지로) 진행될 때 반응 챔버 내 유체 유량(또는 기체 유동)을 변하지 않은 채로 유지하는 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 기재 홀더는 반응 챔버 또는 반응 공간의 측방으로 중심 영역에 대칭적으로 위치된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 배출구 라인(exhaust line)은 반응 챔버의 저부 섹션에 위치된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 배출구 라인 또는 기체 제거는 대칭성의 이유로 인하여 기재 홀더 또는 기재 둘레의 모든 곳에서 기체 유동에 대한 동일한 효과를 유발한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질은 개별 펄싱 밸브를 사용하여 1개 초과의 반응 챔버 유입구 (상기 측방 화학물질 유입구)에 연결된다. 펄싱 밸브는 제어 시스템에 의해 따로 (또는 개별적으로) 제어 또는 작동된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 또한 또 다른 전구체 화학물질은 1개 초과의 반응 챔버 유입구에 연결된다. 또한 이들 유입구는 개별 유입구 밸브에 의해 개별적으로 제어될 수 있다.
특정의 예시적인 구현예에서, 단일 기재는 반응 챔버 내에서 한 번에 가공된다. 기재는, 예를 들어 300 mm 또는 450 mm의 직경을 갖는 웨이퍼, 예컨대 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 반응 공간 내 기재 또는 복수의 기재에 순차적인 자기 포화(self-saturating) 표면 반응을 제공하는 단계를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은, 공간적(spatial) ALD과 대조적으로 기재를 회전시키지 않으면서 시간적 원자 층 증착(temporal atomic layer deposition)을 수행하는 단계를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 시간적 원자 층 증착은 기재 표면을 다중 반응 구역으로 나누지 않고 한 번에 기재의 전체 표면 상에서 수행된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 상기 방법은 열간벽 반응 챔버(hot wall reaction chamber)를 작동시키는 단계를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 사용된 증착 기술은 화학 증기 증착 (CVD)이다.
본 발명의 제2의 예시적인 측면에 따르면, 하기를 포함하는 장치가 제공된다:
반응 공간을 갖는 반응 챔버; 및
각각 상이한 방향으로부터 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하는 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구로서, 상기 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 각각은 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 경로를 제공하는, 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구.
특정의 예시적인 구현예에서, 적어도 3개의 유입구의 지시 방향 중 3개는 상호간에 부분적으로 대향된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 폐쇄가능한 경로를 제공하는 유입구의 수는 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 9개의 유입구이다.
특정의 예시적인 구현예에서, 유입구 중 적어도 3개는 중심 영역을 대칭적으로 둘러싸는 원주 상에 균등하게 분포된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 장치는 하기를 포함한다:
기재를 운반하도록 구성된 고정식 기재 홀더; 및
사전결정된 방식으로 개별 유입구를 개폐하여, 기재를 회전시키는 것에 필적할 만한 효과를 기재에 제공하도록 구성된 제어 시스템.
특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질의 화학물질 공급 라인(in-feed line)은, 각각 상기 상이한 방향으로부터 반응 공간 쪽으로 지시하는 제1, 제2 및 제3 측방 전구체 화학물질 유입구로 연장되는 제1, 제2 및 제3 공급관으로 분기된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 상기 장치는 제1, 제2 및 제3 공급관 각각에 개별적으로 제어되는 펄싱 밸브를 포함한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 전구체 화학물질 공급원 (또는 용기)으로부터 기원하는 1개의 전구체 화학물질 공급 라인은 복수의 측방 전구체 화학물질 유입구 내로 이어지는 복수의 전구체 화학물질 공급관, 예를 들어 3개, 4개, 5개, 6개 등의 공급관으로 나뉜다. 특정의 예시적인 구현예에서, 각각의 공급관은 자체 펄싱 밸브를 갖는다. 특정의 예시적인 구현예에서, 각각의 펄싱 밸브는 나머지 펄싱 밸브와 상이한 시간에 펄싱된다 (그를 통해 전구체 화학물질이 통과하도록).
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 장치는 하기를 포함한다:
반응 공간 내로 유동하는 적어도 1종의 화학물질을 가열하도록 구성된 가열기.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 장치는 하기를 포함한다:
반응 챔버를 둘러싸며, 이에 의해 반응 챔버 및 외부 챔버 사이의 중간 공간을 폐쇄하는 외부 챔버; 및
중간 공간을 통해 반응 챔버 쪽으로 향하는 화학물질 공급관.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 장치는 하기를 포함한다:
증착 사이클에서 하나의 단계로부터 또 다른 단계로 진행될 때 반응 챔버 내 유체 유량을 변하지 않은 채로 유지하도록 구성된 제어 시스템.
특정의 예시적인 구현예에서, 나머지 화학물질 공급관 중 적어도 하나와 동일한 전구체 화학물질을 운반하는 각각의 화학물질 공급관은, ON/OFF 펄스로서 또는 운반 기체 스트림에 대한 펄스로서, 전구체 화학물질 또는 전구체 증기를 반응 챔버 내로 방출하기 위한 개별 펄싱 밸브를 갖는다.
특정의 예시적인 구현예에서, 측방 전구체 화학물질 유입구(들)로부터 방출된 기체는 단독의 반응성 기체이고, 다른 구현예에서는 운반 기체와 혼합된 반응성 기체이다.
특정의 예시적인 구현예에서, 동일한 공급관은 2종 또는 적어도 2종의 전구체 화학물질 (반응성 화학물질)을 반응 공간 내로 공급한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 2개의 개별 전구체 화학물질 공급원 (또는 용기)으로부터 기원하는 2종의 전구체 화학물질은, 각각 자체 펄싱 밸브를 갖는, 각각의 측방 전구체 화학물질 유입구로 이어지는 복수의 (즉, 적어도 2개 또는 적어도 3개의) 공급관 내로 공급된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상기 장치는 열간벽 반응 챔버를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 상기 장치는 반응 챔버 벽의 양측 상에 주위 공기로부터 밀봉된 가열된 공간을 포함한다.
본 발명의 제3의 예시적인 측면에 따르면, 하기 단계를 포함하는 방법이 제공된다:
반응 공간을 갖는 반응 챔버를 기재 가공 장치에 제공하는 단계; 및
상이한 방향으로부터 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하는 2개의 측방 전구체 화학물질 유입구를 제공하는 단계로서, 각각의 측방 전구체 화학물질 유입구는 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 경로를 제공하는, 단계.
특정의 예시적인 구현예에서, 2개의 유입구의 지시 방향은 부분적으로 대향되거나 또는 서로에 직접 대향된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체는 제1 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 반응 공간 내로 방출되고, 후속으로 동일한 기재 가공 순서 동안 동일한 제1 전구체 화학물질은 또 다른 방향으로부터 상이한 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 반응 공간 내로 방출된다.
본 발명의 제4의 예시적인 측면에 따르면, 하기를 포함하는 장치가 제공된다:
반응 공간을 갖는 반응 챔버; 및
상이한 방향으로부터 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하는 2개의 측방 전구체 화학물질 유입구로서, 각각의 측방 전구체 화학물질 유입구는 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 경로를 제공하는, 2개의 측방 전구체 화학물질 유입구.
특정의 예시적인 구현예에서, 전구체 화학물질 공급원 (또는 용기)으로부터 기원하는 1개의 전구체 화학물질 공급 라인은 2개의 공급관으로 나뉘며, 이들 중 1개는 2개의 측방 전구체 화학물질 유입구의 제1 유입구로 이어지고, 이들 중 나머지는 2개의 측방 전구체 화학물질 유입구의 제2 유입구로 이어진다. 특정의 예시적인 구현예에서, 2개의 공급관 모두는 자체 펄싱 밸브를 갖는다. 특정의 예시적인 구현예에서, 각각의 펄싱 밸브는 나머지 펄싱 밸브와 상이한 시간에 펄싱된다 (그를 통해 전구체 화학물질이 통과하도록).
적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구를 갖는 구현예와 관련되어 제시된 것은, 2개의 측방 전구체 화학물질 유입구가 사용되는 구현예에 또한 적용가능하다.
본 발명의 상이한 비결합의 예시적인 측면 및 구현예가 상기에 예시되었다. 상기 구현예는 단지, 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 선택된 측면 또는 단계를 설명하기 위해 사용된다. 일부 구현예는 본 발명의 특정의 예시적인 측면에 관하여서만 제시될 수 있다. 상응하는 구현예는 다른 예시적인 측면에도 또한 적용된다는 것을 알아야 한다. 구현예의 임의의 적합한 조합이 형성될 수 있다.
본 발명은 이제 첨부되는 도면에 관하여 오직 예시로서 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 측방 전구체 화학물질 유입구를 제공하는 모식도를 나타내고;
도 2는 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 추가의 유입구를 제공하는 모식도를 나타내고;
도 3은 직접 대향되는 방향 및 부분적으로 대향되는 방향을 나타내고;
도 4는 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 기재 가공 장치의 측면 모식도를 나타내고;
도 5는 본 발명의 특정의 다른 예시적인 구현예에 따른 기재 가공 장치의 측면 모식도를 나타내고;
도 6은 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 방법의 순서도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 측방 전구체 화학물질 유입구를 제공하는 모식도를 나타내고;
도 2는 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 추가의 유입구를 제공하는 모식도를 나타내고;
도 3은 직접 대향되는 방향 및 부분적으로 대향되는 방향을 나타내고;
도 4는 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 기재 가공 장치의 측면 모식도를 나타내고;
도 5는 본 발명의 특정의 다른 예시적인 구현예에 따른 기재 가공 장치의 측면 모식도를 나타내고;
도 6은 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 방법의 순서도를 나타낸다.
하기 설명에서, 원자 층 증착 (ALD) 기술이 예로서 사용된다. 그러나, 본 발명은 ALD 기술에 제한되지 않으며, 매우 다양한 증착 장치, 예를 들어 화학 증기 증착 (CVD) 반응기에서 활용될 수 있다.
ALD 성장 메커니즘의 기본은 통상의 기술자에게 공지되어 있다. ALD는 적어도 하나의 기재에의 적어도 2종의 반응성 전구체 종의 순차적인 도입을 기초로 하는 특수한 화학 증착 방법이다. 그러나, 이들 반응성 전구체 중 1종은, 예를 들어 광-강화 ALD 또는 플라즈마-보조 ALD, 예를 들어 PEALD를 사용하는 경우 에너지에 의해 치환될 수 있으며, 이는 단일 전구체 ALD 공정을 낳을 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 순수 원소, 예컨대 금속의 증착은 오직 1종의 전구체를 요구한다. 2원 화합물, 예컨대 산화물은, 전구체 화학물질이 증착되는 2원 재료의 원소 둘 모두를 함유하는 경우 1종의 전구체 화학물질을 사용하여 생성될 수 있다. ALD에 의해 성장한 얇은 필름은 조밀하며, 핀홀(pinhole) 무함유이고, 균일한 두께를 갖는다.
적어도 하나의 기재는 전형적으로, 순차적인 자기 포화 표면 반응에 의해 재료를 기재 표면 상에 증착하기 위해 반응 용기에서 일시적으로 분리된 전구체 펄스에 노출된다. 본원의 문맥에서, 용어 ALD는 모든 적용가능한 ALD 기반 기술 및 임의의 균등한 또는 밀접하게 관련된 기술, 예컨대 예를 들어 하기 ALD 하위 유형을 포함한다: MLD (분자 층 증착), 플라즈마-보조 ALD, 예를 들어 PEALD (플라즈마 강화 원자 층 증착) 및 광-강화 원자 층 증착 (또한 플래시 강화(flash enhanced) ALD로서 공지되어 있음).
기본적인 ALD 증착 사이클은 펄스 A, 퍼지 A, 펄스 B 및 퍼지 B의 4개의 순차적인 단계로 이루어진다. 펄스 A는 제1 전구체 증기로 이루어지고, 펄스 B는 또 다른 전구체 증기로 이루어진다. 불활성 기체 및 진공 펌프는 전형적으로 퍼지 A 및 퍼지 B 동안 반응 공간으로부터 기체 반응 부산물 및 잔류 반응물 분자를 퍼징시키는 데 사용된다. 증착 순서는 적어도 하나의 증착 사이클을 포함한다. 증착 사이클은 증착 순서가 목적하는 두께의 얇은 필름 또는 코팅을 생성할 때까지 반복된다. 증착 사이클은 또한 보다 간단하거나 또는 보다 복잡할 수 있다. 예를 들어, 사이클은 퍼징 단계에 의해 분리된 3종 이상의 반응물 증기 펄스를 포함할 수 있거나, 또는 특정 퍼지 단계는 생략될 수 있다. 모든 이러한 증착 사이클은 로직 유닛(logic unit) 또는 마이크로프로세서(microprocessor)에 의해 제어되는, 때에 알맞는 증착 순서를 형성한다.
반응 공간은 반응 챔버 내의 규정된 부피이다. 목적하는 화학 반응은 반응 공간에서 일어난다. 화학물질이 그를 통하여 반응 공간 내로 비산되는 기본적인 ALD 유입구 툴은 일반적으로 샤워 헤드(shower head)로서 공지되어 있다. 전구체 화학물질의 유입은 상부로부터일 수 있거나 또는 직교류(cross flow)일 수 있으며, 여기서 화학물질은 적어도 하나의 측으로부터 유입된다.
도 1은 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 측방 전구체 화학물질 유입구를 제공하는 모식도를 나타낸다.
웨이퍼, 예컨대 실리콘 웨이퍼일 수 있는 기재(101)는 반응 공간 (도 1에 미도시됨) 내 중심으로 위치된다.
3개의 측방 유입구(131, 132 및 133)는 각각 상이한 방향으로부터 반응 공간 (및/또는 기재(101))의 중심 영역 쪽으로 지시하도록 위치되었다. 지시 방향은 상호간에 부분적으로 대향된다. 도 3은 방향(300)에 직접 대향되는 방향 및 부분적으로 대향되는 방향을 나타낸다. 점선에 의해 도시된 방향은 방향(300)에 부분적으로 대향되는 방향을 나타내는 반면, 실선에 의해 도시된 방향은 방향(300)에 직접 대향되는 방향을 나타낸다. 방향(300)에 부분적으로 대향되는 방향은 방향(300)에 직접 대향되는 성분 및 방향(300)에 수직인 성분 둘 모두를 갖는다.
도 1에서 유입구(131 내지 133)는 반응 공간 (및/또는 기재(101))에 대해 대칭적으로 위치된다. 이들은 중심 영역을 대칭적으로 둘러싸는 원주 상에 균등하게 분포된다. 따라서, 도 1에서 유입구(131 내지 133)의 각 간격(angular separation)은 120도이다.
제1 전구체 화학물질은 유입구(131 내지 133) 각각에 연결된다. 각각의 유입구(131, 132 및 133)는 목적하는 표면 반응이 기재 표면에서 일어날 수 있도록 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 폐쇄가능한 경로를 제공한다.
유입구는 상응하는 공급관의 단부에 위치된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질은 한 번에 오직 1개의 유입구를 통해 반응 공간에 투입된다. 따라서, 제1 전구체 화학물질의 제1 펄스 주기 동안, 특정의 예시적인 구현예에서 제1 전구체 화학물질은 제1 유입구(131)를 통해 투입되고, 동일한 전구체 화학물질의 후속 펄스 주기 동안 제2 유입구(132)를 통해 투입된다. 대안적으로, 제1 전구체 화학물질의 제1 펄스 주기 동안, 제1 전구체 화학물질은 먼저 제1 유입구(131)를 통해 투입되지만, 동일한 펄스 주기 동안, 제1 전구체 화학물질의 유입이 제2 유입구(132)를 통해 일어나도록 스위칭된다(switched).
제1 전구체 화학물질은 운반 기체 (이는 전형적으로 불활성 기체임)와 함께 반응 공간 내로 유입될 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질이 운반 기체와 함께 또는 운반 기체 없이 하나의 유입구(131 내지 133)를 통해 반응 공간에 투입되는 동안, 제1 전구체 화학물질이 없는 운반 기체 또는 불활성 기체는 나머지 유입구(131 내지 133)를 통해 반응 공간 내로 유동한다.
유입구(131 내지 133) 각각은 개별적으로, 예를 들어 상응하는 공급 라인 내로 위치된 개별 펄싱 밸브 (도 1에 미도시됨)에 의해 제어될 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서 개별적인 제어는 증착의 균일성을 개선하기 위해 각각의 유입구(131 내지 133)를 통해 유입되는 유체의 유량 및 화학 조성을 제어하는 단계를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 개별 펄싱 밸브는,
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불활성 운반 기체 및 제1 전구체 화학물질의 혼합물 (또는 제1 전구체 화학물질 단독, 즉 운반 기체 없이), 또는
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제1 전구체 화학물질이 없는 불활성 운반 기체
가 상응하는 유입구를 통해 한 번에 반응 공간 내로 유동하도록 한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 대칭의 수직축을 중심으로 대칭적인 기체 유동 분포가 반응 공간에 제공된다.
언급된 바와 같이, 종래 ALD 공정은 전형적으로 퍼지 단계 (특정 경우에 퍼지 단계(들)가 생략될 수 있을지라도)에 의해 분리된 전구체 화학물질 A 및 B, 예컨대 트리메틸알루미늄 (TMA) 및 물의 순차적인 펄스의 반복된 사이클을 함유한다. US 8211235 B1에 개시된 바와 같이 전형적인 경우에, 각각의 화학물질은 자체 공급관을 통해 반응 챔버 내로 공급된다. 그러나, 2종의 전구체 화학물질을 동일한 공급관(들)을 통해 공급하는 것이 가능하지만, 이에 의해 증착 품질은 감소될 수 있다. 그러나, 증착 품질에서의 감소는, 예컨대 상기 언급된 광-강화 또는 플라즈마 강화 증착에서 표면 반응을 촉진하기 위해 추가적인 에너지가 사용되는 증착 공정에서 방지될 수 있다. 이어서, 전구체 화학물질은, 이들이 동일한 공급관을 통해 공급될지라도 공급관에서 서로 반응하지 않도록 선택될 수 있다. 2종 (또는 그 초과)의 전구체 화학물질은 일시적으로 분리되어 또는 혼합물로서 하나 이상의 동일한 공급관을 통해 공급될 수 있다.
따라서, 특정의 예시적인 구현예에서, 개별 펄싱 밸브는,
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운반 기체와 함께 또는 운반 기체 없이, 혼합물로서의 또는 일시적으로 분리된 적어도 2종의 전구체
가 상응하는 유입구를 통해 한 번에 반응 공간 내로 유동하도록 한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 전구체 화학물질 유동 방향은 하나의 유입구로부터 후속 유입구 등으로 순환되며, 이에 의해, 기재(101)를 회전시킴으로써 달성될 전구체 화학물질의 동일한 확산 효과(spreading effect)를 달성한다.
도 1은 오직 제1 전구체 화학물질의 유입구를 나타내지만, 공정에 따라 유입구(131 내지 133)에 더하여 1개 이상의 측방 유입구가 존재할 수 있다는 것은 명확하다. 도 2는 측방 (전구체) 유입구(131 내지 133)에 더하여 복수의 다른 측방 유입구를 함유하는 보다 상세한 구성을 나타낸다. 측방 유입구(231, 232 및 233)는 120도의 각 간격을 가지며 유입구(131 내지 133)와 유사하게 배열되지만, 유입구(231 내지 233)의 위치는, 상기 언급된 원주에서의 이들의 위치가 유입구(131 내지 133)의 인접 유입구 사이의 중간에 있도록 60도만큼 회전된다. 따라서, 원주는 원주 상에 균등하게 분포된 6개의 유입구를 포함한다. 모든 유입구(131 내지 133, 및 231 내지 233)는 개별적으로 제어된다. 어떤 화학물질을 반응 공간 내로 향하게 하기 위해 어떤 유입구를 사용하는지는 실시에 따라 다르다. 일 구현예에서, 제1 펄스 주기 동안 제1 전구체 화학물질을 반응 공간 내로 향하게 하기 위해 유입구(131 내지 133)가 사용되고, 제2 펄스 주기 동안 제2 전구체 화학물질을 향하게 하기 위해 유입구(131)에 직접 대향되는 유입구(232)가 사용되고, 퍼지 기체를 반응 공간 내로 연속으로 향하게 하기 위해 유입구(231 및 233)가 사용된다. 전구체 화학물질 유입구(131 내지 133, 및 231)를 통하는 반응 공간 내로의 전구체 화학물질 유입이 존재하지 않는 경우, 이들 유입구를 통해 반응 공간 내로 유동하는 불활성 기체가 존재할 수 있다.
도 2는 선택적인(optional) 측방 유입구(331, 332 및 333)뿐만 아니라 선택적인 측방 유입구(431, 432 및 433)를 추가로 나타낸다. 유입구(331 내지 333, 및 431 내지 433)는 120도의 각 간격을 가지며 유입구(131 내지 133)와 유사하게 배열되지만, 유입구(331 내지 333)의 위치는 30도만큼 회전되고, 유입구(431 내지 433)의 위치는 90도만큼 회전되어, 원주가 12개의 균등하게 분포된 유입구를 포함하도록 한다. 모든 유입구(131 내지 133, 231 내지 233, 331 내지 333, 및 431 내지 433)는 (예를 들어, 제어 시스템에 의해 작동되는 개별 펄싱 밸브에 의해) 개별적으로 제어된다. 어떤 화학물질을 반응 공간 내로 향하게 하기 위해 어떤 유입구를 사용하는지는 실시에 따라 다르다. 제1 또는 제2 전구체 화학물질, 또는 퍼지 기체를 향하게 하기 위해 상기 유입구들이 사용될 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서, 기재 표면 상에 전구체 화학물질의 보다 균일한 분포를 제공하기 위해, 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 폐쇄가능한 경로를 제공하는 유입구의 수는 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 9개의 유입구이다.
특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질에 연결된 유입구 중 3개의 지시 방향은 상호간에 부분적으로 대향된다. 이는, 임의의 제1 유입구의 지시 방향이 나머지 2개의 유입구의 두 지시 방향 모두에 부분적으로 대향된다는 것을 의미한다. 특정 다른 구현예에서, 제1 전구체 화학물질에 연결된 유입구는 상이하게 배열된다. 이들은 균등하게 분포될 필요가 없다. 예를 들어, 특정의 예시적인 구현예에서 제1 전구체 화학물질에 연결된 유입구 중 3개의 지시 방향은, 지시 방향 중 2개가 서로에 직접 대향되고, 나머지 유입구의 지시 방향이 두 지시 방향 모두에 수직이도록 하는 것이다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질에 연결된 유입구 중 적어도 3개는 각각 상이한 방향으로부터 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하지만, 모든 지시 방향은 상호간에 부분적으로 그리고 직접 대향될 필요가 없다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질에 연결된 유입구는, 반응 공간이 360/n의 동일한 섹터 (여기서, n = 120, 90, 72, 60, 45, 40, 36 또는 30, 예를 들어 즉 섹터의 수는 각각 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 또는 12임)로 나뉘어 각각의 섹터가 제1 전구체 화학물질에 연결된 적어도 1개의 유입구를 함유하도록 반응 공간의 중심 영역을 둘러싸는 원주 상에 분포된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 유입은 서로의 옆에 동일한 위치에서 복수의 개별 유입구를 포함하는 유입구 그룹에 의해 실시된다.
도 4는 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 기재 가공 장치(100)의 측면 모식도를 나타낸다. 기재 가공 장치(100)는, 특정의 예시적인 구현예에서, 증착 장치, 증착 반응기, 예를 들어 ALD 또는 CVD 반응기이다.
장치(100)는 반응 공간(111)을 규정하는 반응 챔버(110)를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 장치는, 반응 챔버(110)를 둘러싸며, 이에 의해 반응 챔버(110) 및 외부 챔버(120) 사이의 중간 공간(121)을 폐쇄하는 외부 챔버(120)를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 중간 공간(121)은 상기 공간(121)에 위치한 가열기(145)에 의해 가열된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간(111)은 실린더의 일반적인 형태를 갖는다. 특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간(111)은 원형 단면을 갖는다. 특정의 다른 예시적인 구현예에서, 반응 공간은 직사각형의 일반적인 형태를 갖는다. 특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간은 정사각형의 단면을 갖는다. 특정의 예시적인 구현예에서, 고정식 (즉, 비회전형) 기재 홀더(102)가 반응 공간 내 중심으로 위치된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 기재 홀더는 기재(101), 또는 특정의 예시적인 구현예에서 복수의 기재를 운반한다. 기재(101)는 도 1 및 2에 관하여 개시된 형태, 즉 웨이퍼일 수 있다.
특정의 다른 예시적인 구현예에서, 서로의 상부 상에 수평으로 배열되어 기체가 수평 방향으로 이들 사이에서 유동할 수 있도록 하는 다중의 웨이퍼가 존재한다. 특정의 다른 예시적인 구현예에서, 수직으로 위치된 단일 웨이퍼가 존재하거나, 또는 서로에 평행하게 수직으로 배열되어 기체가 이들 사이에서 유동할 수 있도록 하는 다중 웨이퍼가 존재한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 반응 챔버(110)는 반응 챔버 덮개(lid)(113)에 의해 상부로부터 밀봉된다. 다른 구현예, 예컨대 도 5에 도시된 구현예에서, 상기 덮개는 생략될 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서 덮개(113)는, 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 개방을 제공하도록 승강기(elevator)에 의해 수직으로 이동가능한 이동식 덮개이다. 승강기는 도 4에서 화살표(480)에 의해 표시되어 있다. 특정의 예시적인 구현예에서 로딩은 로딩 포트(loading port; 114) 또는 외부 챔버(120)의 측벽에 위치된 유사한 것을 통해 수행된다.
기재 홀더(102)는 특정의 예시적인 구현예에서, 덮개(113)에 부착되거나 또는 일체화된다 (이는 도 4에 미도시되어 있음). 다른 구현예에서, 기재 홀더는 아래로부터 지지된다 (또한 도 4에 미도시되어 있음).
장치(100)는, 각각 상이한 방향으로부터 반응 공간(111)의 중심 영역 쪽으로 지시하는 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구를 포함하며, 상기 적어도 3개의 측방 화학물질 유입구 각각은 반응 공간(111)으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 폐쇄가능한 경로를 제공한다. 유입구의 수 및 위치결정은, 예를 들어 도 1 및 2에 관하여 도시된 대안물 중 임의의 것에 나타낸 바와 동일할 수 있다 (도 4에는 오직 단일 유입구(131)가 도시되어 있음).
특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질은 개별 펄싱 밸브를 사용하여 전구체 공급원으로부터 1개 초과의 반응 챔버 유입구 (상기 측방 전구체 화학물질 유입구)에 연결된다. 펄싱 밸브는 제어 시스템(160)에 의해 따로 (또는 개별적으로) 제어되고, 이들은 반응 챔버(110)의 외측 상에 위치된다. 제어 시스템(160)은 메모리 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성된 처리기를 포함한다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제어 시스템(160)은, 컴퓨터 프로그램에 의한 지시에 따라 펄싱 밸브의 목적하는 투입 및 배출(들)을 개폐하도록 제어 신호를 펄싱 밸브 또는 펄싱 밸브 작동 부재(actuation member)에 전송하도록 구성된다.
도 4는 상응하는 공급관(141)의 단부에 위치된 측방 전구체 화학물질 유입구(131)를 나타낸다. 공급관(141)의 제1 분기(141a)는 제1 전구체 화학물질의 공급원(151)과 유체 연통된다. 공급관(141)의 제2 분기(141b)는 불활성 또는 운반 기체 공급원(152)과 유체 연통된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 제1 전구체 화학물질, 또는 제1 전구체 화학물질 및 운반 기체의 혼합물은 제1 분기(141a)를 따라 펄싱 밸브(142)의 제1 유입구로 유동한다. 펄싱 밸브(142)의 위치결정은 실시에 따라 다르다. 외부 챔버(120)가 존재하는 경우, 펄싱 밸브(142)는 외부 챔버(120)의 외측 상에 위치될 수 있다. 불활성 또는 운반 기체는 제2 분기(141b)를 따라 펄싱 밸브(142)의 제2 유입구로 유동한다. 제어 시스템(160)은, 전구체 증기 (또는 전구체 증기 및 운반 기체의 혼합물) 또는 불활성 기체가 펄싱 밸브(142)의 배출구를 통해 공급관(141)을 따라 유입구(131)로 그리고 그로부터 반응 공간(111) 내로 유동하도록 펄싱 밸브(142)를 제어한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 모든 유입구로부터 반응 공간 내로의 기체 유량은 증착 사이클에서 하나의 단계로부터 또 다른 단계로 (예를 들어, 전구체 펄스로부터 퍼지로) 진행할 때 변하지 않은 채로 유지된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 또한 또 다른 화학물질은 1개 초과의 반응 챔버 유입구로 연결된다. 또한, 이들 유입구는 개별 유입구 또는 펄싱 밸브에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 언급된 바와 같이, 1종 초과의 전구체 화학물질이 존재할 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서, 반응 공간(111)으로 유동하는 적어도 1종의 화학물질, 예를 들어 전구체 화학물질은 (중간 공간(121)에서, 예를 들어 가열기(145)에 의해 또는 개별적으로) 가열된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 반응 챔버(110)의 측으로부터 기재 표면 상으로의 제1 전구체 화학물질의 유입되는 유동, 및 기재(101)의 에지를 통과한 후 배출구 라인(115) 또는 포어라인(foreline)으로 아래쪽으로 유출되는 유동이 제공된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 배출구 라인(115)은 기재(101) 아래에 위치된다.
특정의 예시적인 구현예에서, 화학물질 유입구 및 선택적으로 공급관은 US 8211235 B1에 기술된 바와 유사하에 기재 상의 덮개(113) 내부 내로 연장된다 (도 5 참조).
특정의 예시적인 구현예에서, 장치는, 예를 들어 덮개(113)에 부착된 개별 유입구(131, 132 및 133)에 요구되는 펄싱 밸브를 포함한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 도 4에 또한 나타낸 바와 같이, 기재 홀더(102)는 반응 챔버(110) 또는 반응 공간(111)의 중심 영역에 대칭의 수직축에 대해 대칭적으로 위치된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 배출구 라인(115)은 반응 챔버(110)의 저부 섹션에 위치된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 배출구 라인(115) 또는 기체 제거는 대칭의 이유로 인하여 기재 홀더(102) 또는 기재(101) 둘레의 모든 곳에서 기체 유동에 대해 동일한 효과를 유발한다.
도 5는 본 발명의 특정의 다른 예시적인 구현예에 따른 기재 가공 장치, 예컨대 증착 또는 세정 장치의 측면 모식도를 나타낸다. 도 5에 나타낸 것은, 도 5에 나타낸 장치는 측 상에 반응 챔버 유입구(131) 등에 더하여 상부 공급부(590)를 포함한다는 점에서 도 4에 나타낸 것과 상이하다. 상부 공급부(590)는 특정의 예시적인 구현예에서, 에너지를 플라즈마 라디칼 또는 광자의 형태로 반응 공간(111) 내로 공급하여, 예를 들어 기재 표면 상에서, 예를 들어 PEALD 또는 광-강화 ALD에 따라 표면 반응을 촉진하도록 사용된다. 다르게는, 도 4에 관하여 제시된 설명은 도 5에 예시된 구현예에 적용될 수 있다. 도 1 내지 3에 관하여 기술된 것은 도 4 및 5에 나타낸 구현예에 또한 적용가능하다. 이는 기술된 구조 및 작동 둘 모두에 적용된다.
도 6은 본 발명의 특정의 예시적인 구현예에 따른 방법의 순서도를 나타낸다. 단계(601)에서, 기재는 로딩 경로를 통해 반응 챔버 내로 로딩된다. 도 4에 나타난 바와 같은 예시적인 구현예에서, 로딩은, 예를 들어 로딩 포트(114)를 통해 그리고 덮개(113)를 들어올림으로써 형성된 경로를 통해 일어난다. 도 5에 나타낸 바와 같은 예시적인 구현예에서, 로딩은, 예를 들어 유사한 로딩 포트를 통해 그리고 동일한 출원인에 의해 제출된 동시계류 중인 특허 출원 PCT/FI2017/050071에 기술된 바와 유사하게 챔버를 낮춤으로써 형성된 경로를 통해 일어난다. 단계(602)에서, ALD 증착 순서는, 제1 전구체 화학물질이 한 번에 하나의 방향으로부터만 유동하도록 제1 전구체 화학물질이 적어도 3개의 측방 방향으로부터 반응 챔버 또는 반응 공간 내로 유동하도록 수행된다. 증착 후, 단계(603)에서 기재는 반응 챔버로부터 언로딩된다.
ALD 화학물질 (예컨대, 제1 또는 제2 전구체 화학물질, 운반 또는 퍼지 기체)이 기체상으로 반응 챔버로 방출될 때, 바람직한 유동 패턴은 화학물질 및 공정 조건에 따라 달라질 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서, 전구체 펄스 주기의 개시는 반응 공간 내 유체 유량을 변화시키지 않는다. 이는, 일반적으로 > 0.1 mbar의 압력 범위가 반응 챔버 내에서 사용되고, 반응 공간 내의 유동이 난류인 경우 바람직할 수 있다. 특정의 다른 예시적인 구현예에서, 개시 시 또는 전구체 펄스 주기 동안의 유체 유량은 의도적으로 변화된다. 이는, 예를 들어 < 1 mbar (1 μbar에 이르기까지)의 압력이 반응 챔버 내에서 사용되고, 반응 공간 내의 펄싱된 화학물질의 유동이 보다 층류인 것이 요구되는 경우 바람직할 수 있다. 유체 유량은 특정의 예시적인 구현예에서, 펄싱된 화학물질 (즉, 제1 또는 제2 전구체 화학물질)을 방출하는 유입구 이외의 1개 이상의 유입구의 유량을 감소시킴으로써 변화된다. 펄싱된 화학물질은 유체 유량이 변하지 않는 상황과 비교하여 기재 표면 상의 보다 큰 영역에 도달하고, 펄싱된 화학물질은 특정의 예시적인 구현예에서 기재 상에서 층류로서 유동하며, 이는 기재 상에 난류 또는 회전을 생성하지 않는다.
특정의 예시적인 구현예에서, 각각의 유입구의 유량은 각각의 공급관에 위치된 질량 유량 제어기에 의해 제어된다. 특정의 예시적인 구현예에서, 당해 펄싱 유입구 이외의 유입구의 유량은 복수의 사전정의된 값 사이에서 달라진다. 예를 들어, 모든 다른 유입구는 퍼지 단계 동안 50 sccm, 하나의 방향으로부터의 제1 전구체 화학물질의 제1 펄스 동안 40 sccm, 및 동일한 화학물질의 제2 펄스 동안 20 sccm의 유량을 가질 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서, 동일한 화학물질은 다중 방향으로부터 (그러나, 한 번에 하나의 방향으로부터) 펄싱되며, 다른 유입구의 유량은 변하지 않은 채로 남아있다. 대안적으로, 다른 유입구의 유량은, 펄싱된 화학물질이 하나의 방향으로부터 또 다른 방향으로 변하기 전에 변한다.
특정의 예시적인 구현예에서, 상이한 화학물질 (본원에서 전구체 화학물질 A 및 B로서 나타냄)은 각각 상이한 유입구로부터 반응 챔버 (반응 공간) 내로 공급된다. 그러나, 동일한 출원인에 의해 제출된 공개된 특허 출원 WO2016102748 (A1)에 기술된 바와 같이, 전구체 화학물질 B는 에너지가 광자에 의해 또는 다르게는 도 5에 나타낸 것과 유사한 배열에서 상부로부터 공급되는 경우 전구체 화학물질 A의 운반체일 수 있다. 이러한 배열에서, 화학물질 공급관에서 전구체 화학물질 A 및 B 사이의 원치 않는 화학 반응을 갖지 않으면서, 1개, 2개 또는 3개 또는 그 초과의 유입구가 전구체 화학물질 A 및 B 둘 모두에 공통될 수 있다.
또한, 상이한 화학물질은, 예를 들어 상이한 반응성을 갖는다. 특정의 예시적인 구현예에서, 모든 전구체 화학물질은 복수의 방향으로부터 펄싱될 필요가 없다. 예를 들어, 4개의 유입구를 사용하여, 전구체 화학물질 A는 3개의 방향으로부터 펄싱되고, 전구체 화학물질 B는 오직 하나의 나머지 방향으로부터 펄싱되는 해결책을 실현하는 것이 가능하다.
특정의 예시적인 구현예에서, 적어도 상기 1종의 전구체 화학물질의 유입구는 반응 챔버 또는 반응 공간의 수평 주변부(perimeter)를 따라 동일한 분할로 나뉜다. 특정의 예시적인 구현예에서, 상기 주변부 상에 6개의 측방 유입구가 존재하며, 이들 중 3개는 전구체 화학물질 A (제1 전구체 화학물질)를 펄싱하는 데 사용되고, 나머지 3개는 전구체 화학물질 B (제2 전구체 화학물질)를 펄싱하는 데 사용된다. 도 2에 관하여, 유입구(131 내지 133)는 전구체 화학물질 A를 반응 공간 내로 방출하는 데 사용될 수 있고, 유입구(231 내지 233)는 전구체 화학물질 B를 반응 공간 내로 방출하는 데 사용될 수 있다. 특정의 예시적인 구현예에서, 관련된 유입구를 통해 펄싱되는 전구체 화학물질이 존재하지 않는 경우, 상기 유입구를 통해 반응 공간 쪽으로의 불활성 (또는 퍼지) 기체 유동이 존재한다.
임의의 특정한 선행 구현예에 관한 설명은 다른 개시된 구현예에 직접 적용가능하다. 이는 개시된 장치의 구조 및 작동 둘 모두에 관하여 적용된다. 전구체 화학물질(들)의 펄싱 작동에 관하여 앞에서 기술된 교시는 개시된 장치 내 퍼징 작동에 유사하게 적용될 수 있다.
특허 청구범위의 범위 및 해석을 제한하지 않으면서, 본원에 개시된 예시적인 구현예 중 하나 이상의 특정 기술적인 효과는 하기에 열거된다. 기술적인 효과는 단일 유입구 해결책과 비교하여, 큰 기재를 가공하는 경우 ALD 증착의 균일성에서의 개선이다. 또 다른 기술적인 효과는 단일 유입구 해결책과 비교하여, 기재로의 기체상 화학물질의 고품질 전달이다. 또 다른 기술적인 효과는, 기재를 회전시키는 경우보다, 대신에 전구체 화학물질이 반응 챔버 또는 반응 공간 내로 방출되는 방향을 순환시킴으로써 유사한 효과를 제공하는 것이다.
종래 접근법은 불균일성을 감소시키기 위해 기재를 회전시켰지만, 본 발명의 상기 제시된 구현예는 반응 챔버로의 밸브와 함께 추가적인 화학물질 유입구를 갖는 반직관적인(counterintuitive) 접근법을 제공한다. 상기 제시된 해결책은 상당히 더 고가인 툴 구성 없이 그리고 첨가된 입자 (기재 그자체를 회전시키는 경우에서와 같이) 없이 균일성을 개선하는 것에서 동일한 이점을 제공할 수 있다. 또한, 기재가, 예를 들어 3D 물체인 경우, 상기 제시된 해결책의 구현예에서는 기체 유동이, 예를 들어 3D 물체가 공간적 ALD 챔버에서 회전될 때 변할 가능성이 있는 것과 유사하게 변하지 않는다.
앞에서 논의된 기능 또는 방법 단계 중 일부는 서로 상이한 순서로 및/또는 동시에 수행될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 상술한 기능 또는 방법 단계 중 하나 이상은 선택적일 수 있거나 또는 조합될 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 특정한 실시 및 구현예의 비제한적인 예시로서, 본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에 의해 현재 고려되는 최상의 방식의 완전한 유익한 설명을 제공하였다. 그러나, 본 발명은 상기 제시된 구현예의 상세사항에 제한되지 않으며, 다른 구현예에서 본 발명의 특징으로부터 벗어나지 않으면서 균등한 수단을 사용하여 실시될 수 있다는 것이 당업계의 통상의 기술자에게 명확하다.
또한, 본 발명의 상기 개시된 구현예의 특징 중 일부는 다른 특징의 상응하는 사용 없이 유리하도록 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 설명은 단지 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것으로 간주되어야 하며, 이를 제한하는 것으로서 간주되어서는 안 된다. 따라서, 본 발명의 범위는 오직 첨부된 특허 청구범위에 의해 제한된다.
Claims (24)
- 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
기재 가공 장치에 반응 공간을 제공하는 단계;
제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구를 제공하는 단계로서, 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 각각은 각각 상이한 방향으로부터 상기 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하고(pointing), 상기 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 각각은 상기 반응 공간으로의 상기 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 경로를 제공하는, 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구를 제공하는 단계; 및
개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 중 각각의 유입구로 연장되는 각각의 공급관(in-feed tube)을 제공하는 단계로서, 상기 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구는 반응 챔버의 측으로부터 반응 공간 내로 전구체 화학물질을 방출하도록 구성된, 각각의 공급관을 제공하는 단계. - 제1항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
상기 반응 공간 내 기재에 순차적인 자기 포화(self-saturating) 표면 반응을 제공하는 단계. - 제1항에 있어서, 상기 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구의 지시 방향 중 3개가 상호간에 부분적으로 대향되는, 기재 상에 재료의 증착 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 공간으로의 상기 제1 전구체 화학물질을 위한 폐쇄가능한 경로를 제공하는 유입구의 수가 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 9개의 유입구인, 기재 상에 재료의 증착 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유입구 중 적어도 3개가 상기 중심 영역을 대칭적으로 둘러싸는 원주 상에 균등하게 분포되는, 기재 상에 재료의 증착 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 전구체 화학물질이 한 번에 하나의 방향으로부터 상기 반응 공간 내로 펄싱(pulsing)되는, 기재 상에 재료의 증착 방법.
- 제6항에 있어서, 펄싱 방향이 펄스 주기 동안 또는 동일한 전구체 화학물질의 연속적인 펄스 주기 사이에 변하는, 기재 상에 재료의 증착 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
제1 방향으로부터 제1 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 제1 전구체 화학물질을 위한 경로를 개방하여, 제1 기간 동안 상기 제1 전구체 화학물질이 상기 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 유동하도록 하고; 상기 제1 기간 동안 상기 제1 전구체 화학물질이 다른 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 유동하는 것을 방지하는 단계;
상기 제1 방향 이외의 제2 방향으로부터 제2 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 상기 제1 전구체 화학물질을 위한 경로를 개방하여, 제2 기간 동안 상기 제1 전구체 화학물질이 상기 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 유동하도록 하고; 상기 제2 기간 동안 상기 제1 전구체 화학물질이 다른 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 유동하는 것을 방지하는 단계; 및
상기 제1 및 상기 제2 방향 둘 모두 이외의 제3 방향으로부터 제3 측방 전구체 화학물질 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 상기 제1 전구체 화학물질을 위한 경로를 개방하여, 제3 기간 동안 상기 제1 전구체 화학물질이 상기 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 유동하도록 하고; 상기 제3 기간 동안 상기 제1 전구체 화학물질이 다른 유입구를 통해 상기 반응 공간 내로 유동하는 것을 방지하는 단계. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
기재를 고정식 기재 홀더(holder)에 의해 운반하는 단계; 및
사전결정된 방식으로 개별 유입구를 개폐함으로써, 상기 기재를 회전시키는 것에 필적할 만한 효과를 상기 기재에 제공하는 단계. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
상기 반응 공간을 갖는 반응 챔버의 측으로부터 기재 표면 상으로의 상기 제1 전구체 화학물질의 유입 유동, 및 상기 기재의 에지(edge)를 통과한 후 배출구(exhaust)로 아래쪽으로 유출 유동을 제공하는 단계. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
상기 반응 공간 내로 유동하는 적어도 1종의 화학물질을 가열하는 단계. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
상기 반응 공간을 갖는 반응 챔버를 둘러싸며, 이에 의해 상기 반응 챔버 및 외부 챔버 사이의 중간 공간을 폐쇄하는 외부 챔버를 제공하는 단계; 및
화학물질 공급관을 상기 중간 공간을 통해 상기 반응 챔버 쪽으로 향하게 하는 단계. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
상기 반응 공간에 대칭적인 기체 유동 분포를 제공하는 단계. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 단계를 포함하는, 기재 상에 재료의 증착 방법:
증착 사이클에서 하나의 단계로부터 또 다른 단계로 진행될 때 상기 반응 공간을 갖는 반응 챔버 내 유체 유량을 변하지 않은 채로 유지하는 단계. - 하기를 포함하는 장치:
반응 공간을 갖는 반응 챔버;
제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구로서, 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 각각은 각각 상이한 방향으로부터 상기 반응 공간의 중심 영역 쪽으로 지시하고, 상기 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 각각은 상기 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 경로를 제공하는, 제1 전구체 화학물질을 위한 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구; 및
개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구 중 각각의 유입구로 연장되는 각각의 공급관(in-feed tube)으로서, 상기 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구는 반응 챔버의 측으로부터 반응 공간 내로 전구체 화학물질을 방출하도록 구성된, 각각의 공급관. - 제15항에 있어서, 상기 개별적으로 폐쇄가능한 적어도 3개의 측방 전구체 화학물질 유입구의 지시 방향 중 3개가 상호간에 부분적으로 대향되는, 장치.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 반응 공간으로의 제1 전구체 화학물질을 위한 폐쇄가능한 경로를 제공하는 유입구의 수가 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 9개의 유입구인 장치.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 유입구 중 적어도 3개가 상기 중심 영역을 대칭적으로 둘러싸는 원주 상에 균등하게 분포되는, 장치.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 하기를 포함하는 장치:
기재를 운반하도록 구성된 고정식 기재 홀더; 및
사전결정된 방식으로 개별 유입구를 개폐하여, 상기 기재를 회전시키는 것에 필적할 만한 효과를 상기 기재에 제공하도록 구성된 제어 시스템. - 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제1 전구체 화학물질의 화학물질 공급 라인(in-feed line)이, 각각 상기 상이한 방향으로부터 상기 반응 공간 쪽으로 지시하는 제1, 제2 및 제3 측방 전구체 화학물질 유입구로 연장되는 제1, 제2 및 제3 공급관으로 분기되는, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 공급관 각각에 개별적으로 제어되는 펄싱 밸브(pulsing valve)를 포함하는 장치.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 하기를 포함하는 장치:
상기 반응 공간 내로 유동하는 적어도 1종의 화학물질을 가열하도록 구성된 가열기. - 제15항 또는 제16항에 있어서, 하기를 포함하는 장치:
반응 챔버를 둘러싸며, 이에 의해 상기 반응 챔버 및 외부 챔버 사이의 중간 공간을 폐쇄하는 외부 챔버; 및
상기 중간 공간을 통해 상기 반응 챔버 쪽으로 향하는 화학물질 공급관. - 제15항 또는 제16항에 있어서, 하기를 포함하는 장치:
증착 사이클에서 하나의 단계로부터 또 다른 단계로 진행될 때 상기 반응 챔버 내 유체 유량을 변하지 않은 채로 유지하도록 구성된 제어 시스템.
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