KR20060010759A - Ａｌｄ에서 사용되지 않은 전구체를 수집하기 위한 시스템및 방법 - Google Patents

Ａｌｄ에서 사용되지 않은 전구체를 수집하기 위한 시스템및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20060010759A
KR20060010759A KR1020057020212A KR20057020212A KR20060010759A KR 20060010759 A KR20060010759 A KR 20060010759A KR 1020057020212 A KR1020057020212 A KR 1020057020212A KR 20057020212 A KR20057020212 A KR 20057020212A KR 20060010759 A KR20060010759 A KR 20060010759A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
precursor
ald
valves
valve
trap
Prior art date
Application number
KR1020057020212A
Other languages
English (en)
Inventor
토마스 이. 세이델
프라사드 가드길
에드워드 씨. 리
케네쓰 도어링
Original Assignee
제누스 인코퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제누스 인코퍼레이티드 filed Critical 제누스 인코퍼레이티드
Publication of KR20060010759A publication Critical patent/KR20060010759A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

ALD 시스템은 ALD 반응로 및 밸브 조립체를 통해 ALD 반응로의 하류부에 연결되는 전구체 트랩을 포함한다. 전구체 트랩은 ALD 반응로에서의 반응 후에 사용되지 않은 화학 전구체를 수집하도록 구성된다.

Description

ＡＬＤ에서 사용되지 않은 전구체를 수집하기 위한 시스템 및 방법 {COLLECTION OF UNUSED PRECURSORS IN ALD}
본 출원은 2003년 4월 23일에 출원된, 미국 가출원 제 60/465,142 호를 우선권으로 주장하며 참조한 것이다.
본 발명은 사용되지 않은 원자 층 증착(ALD) 전구체의 수집 및 회수를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다수의 ALD 프로세스가 있으며, 여기서 여러 가지 화학물, 열 및 플라즈마 강화 ALD가 도입되었다. 예를 들어, 재료 과학 보고서(Material Science Reports)(1989) 제 4권 제 7호, 266 페이지에서 티. 선톨라(T. Suntola)의 "원자 층 성장(Atomic Layer Epitaxy)"; 고체 박막(Thin Solid Films)(2000) 제 360권, 145 페이지에서 제이 클라우스(J. Klaus) 등의 "손실성 스트리핑 반응을 하는 순차적인 표면 화학물을 이용한 텅스텐의 원자층 증착(Atomic layer deposition of tungsten using sequential surface chemistry with a sacrificial stripping reaction)"; 어플라이드. 서핑. 문헌 인용 색인.(Appl. Surf. Sci.)(1994) 제 82-83권, 322-326 페이지에서 에스. 이마이(S. Imai)의 "실리콘의 수소 보강 ALE(Hydrogen Assisted ALE of Silicon)"; 에스. 엠. 조지(S. M. George)의 어플라 이드 서핑. 문헌 인용 색인.(Applied Surf. Sci.)(1994)의 제 82/82권 460-467 페이지; 및 엠.에이. 티슐러 & 에스.엠. 베더 (M.A. Tischler & S.M. Bedair)의 어플라이드. 물리학, 레터(Appl. Phys. Lett.)(1986)의 "GaAs의 원자 층 성장에 있어서 자기-제한 메커니즘(Self-limiting mechanism in the atomic layer epitaxy of GaAs)" 48(24), 1681 참조. ALD 기술은 표면 상에 여러 가지 층을 성장시키도록 가열 표면 상에 순차 흡착 자기-제한 및 자가-부동화 "단층" 반응을 이용한다.
ALD 프로세스 중에, 반응성 전구체는 교대로, 가열 표면 상으로 펄스화되며, 각각의 전구체 적용은 불활성 퍼지 가스 반-사이클에 의해 분리된다. 각각의 자기-제한 화학 반-반응(예를 들어, 금속 및 비-금속 반응을 위한)은 지수형(exponential) 또는 랑뮈에 운동(Lngmuir kinetics)을 수반하여, 단층 성장을 허용한다. 초기 공정은 차례로, 다음의 단층 성장 공정의 연속적인 개시, 예를 들어, Si-OH를 얻기 위한 표면 형성이 중요하다. 개선된 DRAM 커패시터를 위한 높은 K 유전체(SiO2 보다 높은 K)의 증착과 같은, 다양한 상황에 대한 ALD의 적용이 공지되어 있다. 예를 들어, 아이이디엠(IEDM), 411 (2001)에서 엠. 구체 등의 "100 nm 이하의 트렌치 DRAMs용 커패시턴스 강화 기술(Capacitance Enhancements techniques for sub 100nm trench DRAMs)" 참조.
특허 문헌에는 ALD 반응로 구성에 대한 다양한 상황에 대한 기재되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,389,973; 5,281,274; 5,855,675; 5,879,459; 6,042,652; 6,174,377, 6,387,185 및 6,503,330 호 참조. 단일 웨이퍼 및 배치 반 응로(batch reactors)가 이용되며, 플라즈마 성능은 소정의 실시예를 수반한다. 선톨라 세미날 특허(Suntola's seminal patent) (미국 특허 제 4,389,973호)에, 펄스화된 화학 전구체의 확산 성질이 기재되어 있다. 가스의 확산에 의한 펄스의 퍼짐은 펄스 사이의 간격이 얼마나 짧을 수 있는지에 의해 기본적으로 제한된다. 더 많이 확산된 상태는 이상에 가까운 ALD를 달성하도록 ALD 사이클 중에 소정의 전구체 펄스 분리를 유지하기 위한 긴 퍼지 간격을 의미한다.
간단히 말해서, ALD는 자기 포화 반응을 이용하여 실행되는데, 자기 포화 반응에서 ALD 증착률(Å/사이클의 평균 증착률)은 노출 적량(exposure dosage)(또는 소정의 전구체 플럭스를 위한 시간)의 함수로서 증가하는 것으로 관찰된다. 종래의 ALD 작용은 "과-적량(over-dosage)"을 허용 및 촉진시켜 소정의 양에 대한 노출 시간이 적어도 기판의 모든 영역에 대해 남아돌 만큼 충분하게 한다. 1977년 이래로 ALD 기술의 일반적인 통념이 기록되어 왔으며 예를 들어, (에이치.에스.날와 판(H.S.Nalwa ed.)) 박막 재료의 핸드북(Handbook of Thin Film Materials)(2002) 제 1권, 제 2장에서의 엠. 리탈라 & 엠. 레스켈라(M. Ritala & M. Leskela)에 의한 평론의 "증착 및 공정"("Deposition and Processing") 및 오 스네에(O. Sneh) 등의 고체 박막(Thin Solid Films)(2000) 제 402/1-2권, 248-261 페이지)에서 "원자 층 증착을 위한 장치 및 반도체 공정의 적용(Equipment for Atomic Layer Deposition and Application for Semiconductor* Processing)"에서 거의 참조 되었다. 이러한 적량 초과 모드에서, 기판 상의 모든 지점에서 포화상태를 달성하는 것은 비교적 쉬우며, 기체 동역학 및 운동학은 작은 역할만을 한다. 상기 문헌 참조.
50Å 필름에서 몇 초의 사이클 시간(a cycle time of a few seconds)으로 몇 Å/사이클의 ALD 성장률(an ALD growth rate of a few Angstroms/cycle)은 단일 웨이퍼 반응로에 있어서 시간당 대략 15 개의 웨이퍼를 처리하게 한다. 현재 기술은 컴퓨터 제어 전기 구동 기압 밸브로, 노출 및 퍼지를 위한 고속 전환을 이용하는데, 이 기압밸브는 밀리초의 10s의 정밀함으로(with precision of 10s of milliseconds) 펄스화된 전구체를 제공한다. 반응로 부피를 "작게" 하여 전구체 퍼징을 촉진하고, ALD 사이클을 통해 암모니아수와 같은 바람직하지 않은 보유 전구체(retention precursors)를 회피하도록 가열 벽을 이용하는 것을 제시한다. 위의 (상술된)리탈라 & 레스켈라, (Ritala & Leskela) 참조.
과-적량의 현 ALD 관습은 비효과적인 프로세스이며 여러 가지의 제한점을 가지고 있다. 예를 들어, 기판의 소정의 영역에서 화학 전구체의 양은 필름이 이미, 상기 위치에서 포화상태에 도달하였지만 반드시 계속해서 적용되어야 하는 반면 반응로의 일부 다른 부분을 포화상태에 도달한다. 이는 이러한 과잉 전구체가 사용되지 않고 소모되어서, 과잉 화학물 이용에 대한 비용을 추가시키게 된다. 부가적으로, ALD 사이클의 퍼지 부분은 전체적인 필름 적용 범위에 있어서 전구체의 필요한 양 보다 많이 제거하여야 한다. 게다가, 첫번째 노출 영역에 있어 적량초과 하는 동안 기판을 전체적으로 과도하게 덮는데 이용되는 추가 시간은 전구체 펄스의 확산 퍼짐을 증가시킬 것이며, 가스상에서의 소정의 유용한 최소 공존의 전구체의 농도 도달하도록 퍼지의 간격을 증가시킨다. 본 발명의 몇몇 발명가는 ALD 중에 비효과적인 노출의 어려움을 극복하도록 과도 촉진 ALD(Transient Enhanced ALD)(TE-ALD)에 관한 계획을 제안했다. 본원에 전체가 참조 되며 본 발명의 양수인에게 양도된, 2004년 3월 1일 출원된 미국 가출원 제 10/791,334 호 참조.
효과적인 ALD 작용의 이점에 있어서, ALD 시스템을 설계하는 것은 전구체 반응물의 효과적인 이용을 우선으로 해야한다. 오늘날의 과량 모드 반응로는 약 5 내지 20 % 만이 효과적이다. 즉, 유입되는 전구체에서 금속의 약 5 내지 20 % 만이 필름으로 결합된다. TE-LED로, 소모되는 전구체의 양을 최소로 하면 전체 프로세스는 약 50 % 정도가 효율적으로 된다. 항상 몇몇의 사용되지 않으며 소모되는 전구체가 있으며, 전구체는 매우 고가이거나 Pt와 같은 비싼 금속으로 구성되어서, 사용되지 않은 전구체의 회수를 고려할 필요가 있을 것이다.
ALD 시스템은 ALD 반응로 및 밸브 조립체를 통해 ALD 반응로의 하류부에 연결되는 전구체 트랩을 포함한다. 전구체 트랩은 ALD 반응로에서의 반응 후에 사용되지 않은 화학 전구체를 수집하도록 구성된다. 몇몇의 실시예에서, 밸브 조립체는 제 1 전구체 노출 및 퍼지의 주기 중에 한 쌍의 밸브 중 제 1 밸브가 개방하며, 한 쌍의 밸브 중 제 2 밸브가 폐쇄되어, 제 1 전구체의 사용되지 않은 부분을 전구체 트랩으로 지향시키도록 시간 위상으로 작동되도록 구성되는 한 쌍의 밸브를 포함할 수 있다. 밸브 조립체용 밸브는 고속 전환 드로틀 밸브일 수 있다. 소형 ALD 반응로가 이용되는 경우에, 밸브 조립체는 반응로의 방출 표면에 부착될 수 있다.
바람직하게, 밸브 조립체는 상류부의 주입 밸브와 하류부의 트랩 사이에서 제 1 전구체가 이동하는 시간과 실질적으로 동일한 시간 간격만큼 제 1 전구체 노출 개시 시간 보다 늦게 작동한다. 따라서, 본 발명의 여러 가지의 실시예는 ALD 반응로로부터 하류부에 연결되는 한 쌍의 밸브가 시간위상으로 작동하는 방법을 포함하며 제 1 전구체의 노출 주기 및 퍼지 주기 중에 한 쌍의 밸브 중 제 1 밸브가 개방하며, 실질적으로 동시에 한 쌍의 밸브 중 제 2 밸브가 폐쇄되어, 제 1 전구체의 사용되지 않은 부분을 ALD 반응로의 하류부의 전구체 트랩에 의해 선택적으로 수집되게 한다. 이와 달리, 또는 게다가, 본 발명의 방법은 ALD 반응로에서의 제 1 전구체의 퍼지 및 체류 시간과 실질적으로 동일한 시간 간격만큼 제 1 전구체 노출 개시 시간 보다 늦은 시간에 ALD 반응로의 하류부 및 전구체 트랩 상류부에 연결되는 밸브를 작동하는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면에 제한되지 않으며 실례로서 기재된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성되는 전구체 트랩을 구비한 ALD 반응로 시스템의 예를 도시한 도면이며,
도 2는 도 1에 도시된 ALD 시스템의 선택된 포인트에서 가스 압력 변동 및 밸브 타이밍의 예를 도시한 도면이다.
ALD 반응로의 하류부의 트랩 내의 사용되지 않은 전구체의 수집 및 회수(CUP)를 위한 장치 및 방법이 본 원에 기재되어 있다. 이러한 방법 및 장치는 여러 가지 도시된 실시예를 참조하여 기재될 것이지만, 이러한 실시예는 단지, 본 발 명의 방법 및 시스템의 예로서 나타내는 것이며 어떻게 해서든지 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해하여야 한다. 본 원에 기재된 CUP 기술은 (비교해서 말하자면)상당량의 전구체가 사용되지 않은 경우에, 종래의 ALD 프로세스 및 반응로와 관련하여 이용될 수 있다. 이와 달리, CUP는 전술된 TEALD 프로세스와 같은 소정의 개선된 ALD 장치 및 프로세스와 협력하여 이용될 수 있으며, 전구체의 보다 효과적인 이용이 달성되는 경우이다.
CVD(화학 증착)와는 현저히 다른 ALD는 ALD 반응물이 반응로 내측으로 개별적으로 전해져서 개별적으로 수집되기 때문에, 거의 순수하며, 사용되지 않은 전구체를 수집하도록 하는 특별한 기회를 제공한다. 도 1에 있어서, 본 발명의 실시예에 따라 구성되는 ALD 반응로 시스템(후단에 CUP 반응로 시스템으로서 언급됨)(10)이 도시된다. CUP 반응로 시스템(10)은 가스 다기관(12)을 포함하며, 화학 전구체(예를 들어, 전구체 A, B) 및/또는 중성 퍼지 가스(P)의 적용을 허용한다. 다기관(12)을 이용하여, 반응성 전구체 및 중성 퍼지 가스 및 캐리어 가스가 ALD 반응로(14) 내측으로 도입된다. 가스는 펌프(도시되지 않음)를 통해 ALD 반응로(14)로부터 펌핑된다. 제거 중에, 가스는 고속 전환 밸브(또는 밸브들의 조합 또는 밸브 전환 모듈 또는 조립체)를 이용하여 선택적으로 전환될 수 있다. 가스가 임의의(수집될), 사용되지 않은 전구체를 포함하는 경우에, 밸브(16)는 사용되지 않은 전구체를 수집하도록 (도관(22))을 통해 가스를 냉각제 또는 다른 트랩핑 메커니즘을 구비한 하류부의 전구체 트랩(18) 내측으로 전환시키도록 작동된다. 하류부의 트랩(18)은 차례로, 도관(20)을 통해 배출 펌프에 연결된다. 배출되는 가스가 임의 의(수집되지 않을), 사용되지 않은 전구체를 포함하지 않는 경우에, 밸브(16)는 보조 도관(19)을 통해 가스를 직접, 배출 도관(20)으로 전환시키도록 작동된다.
ALD 시스템(10)은 ALD 반응로(14) 및 하류부의 전구체 트랩(18)을 포함한다. 전구체 트랩(18)은 ALD 반응로(14)에서의 반응 후에 사용되지 않은 화학 전구체를 수집하도록 구성된다. 고속 전환 밸브(16)는 제 1 전구체 (예를 들어 전구체 A) 노출 주기 및 전구체의 퍼지 중에, 한 쌍의 밸브 중 제 1 밸브가 개방하며 한 쌍의 밸브 중 제 2 밸브가 폐쇄되어 제 1 전구체(A)의 사용되지 않은 부분을 전구체 트랩(18)으로 지향시키도록 시간 위상으로 작동되도록 구성되는 한 쌍의 밸브로서 실행될 수 있다. 바람직하게, 하류부의 전환 밸브(16)의 작동 속도(즉, 전기 작동 신호의 적용 및 밸브의 실제 개방/폐쇄 사이의 시간)는 전구체가 트랩되기 위한 퍼지 시간 주기보다 짧다. 이러한 작동 속도는 CUP가 효과적으로 작동할 수 있게 한다. 최근에, 고속 전환 드로틀 밸브는 반응 시간을 대략 100 msec 정도로 상용가능하게 되었다. 이러한 밸브는 개방 상태일 때 높은 전도성을 가져 사용되지 않은 전구체를 트랩(18)으로 통과시키는데 적합할 수 있으며, 사용되지 않은 처분할 수 있는 전구체를 펌프로 직접 통과시키는데 적합할 수 있다. 소형 ALD 반응로(14)(예를 들어, 이후에 기재되는 형태로)가 이용되는 경우에, 밸브 조립체는 반응로의 방출 표면에 부착될 수 있다.
작동 중에, 화학 전구체는 종래의 방식으로 펄스화될 수 있으며 또는 ALD 사이클은 보다 나은 CUP 달성을 위한 보다 긴 시간으로 느슨해질 수 있다. (기압 밸브일 수 있거나 아닐 수 있는)고속-전환 밸브(16)는 ALD 반응로(14)와 도관(22)을 구비한 전구체 트랩 사이에 연결된다. 이러한 적용에 있어서 하류부의 전환을 위한 적합한 전도성을 구비한 적합하게 큰 밸브가 아주 높은 속도 작동에 있어서 이용할 수 없으면, 일반적으로 이용 가능한 (예를 들어 10 msec 이하의 전환 시간을 갖는 기압 설계의)전환 밸브 세트를 사용할 수 있으며 필요한 전도성을 제공하도록 밸브를 병렬식으로 위치시킨다. 이와 달리, 큰 전도성 벨로우즈로 구성된(또는 "연결/중단") 밸브가 이용될 수 있다.
하류부의, 사용되지 않은 전구체는 배출 펌프로 가는 도중에 가스의 확산에 의해 퍼질 수 있다. CUP 작용에 있어서, 화학 전구체가 퍼짐 확산된다면, 순수한 형태로 수집하는 것은 더욱 어렵다. 이러한 어려움을 극복하기 위해서, 본 발명의 실시예는 작은 풋프린트(footprint) 작동을 위해 설계되는 소형의 ALD 반응로(14)를 이용할 수 있다. 이러한 반응로는 본원에 전체적으로 참조되고 본 발명의 양수인에게 양도된, 2002년 10월 29일 출원되어 계류 중인 미국 특허 제 10/282,609 호에 기재되어 있다. (크고 평행하며 수직이며 적층된 ALD 반응로(Massively Parallel Vertically Stacked ALD Reactor)로 알려져 있는) 이러한 소형 ALD 반응로는 사용되지 않은 전구체가 ALD 반응로로부터 트랩까지 이동하는 짧은 통로 때문에 CUP 실행에 있어서 특히 적합할 수 있다. 특히, 배출 도관은 극히 짧으며 고속 전환 밸브에 직접 연결될 수 있으며, 차례로, 트랩에 직접 연결된다.
CUP 반응로 시스템(10) 내의 제어 통로(24)는 ALD 반응로(14)로부터 사용되지 않은 전구체 가스를 배출하면서 가스를 시간 위상으로 전구체 트랩(18) 내에 트랩되도록 전환시키기기 위한 밸브(16) 및 다기관(12)을 위한 타이밍을 제공한다. 즉, 밸브 조립체(16)는 다기관(12) 내의 상류부의 주입 밸브와 하류부의 트랩(18)(즉, 밸브 조립체(16) 입구) 사이에서 이동하는 제 1 전구체가 이동하는 시간과 실질적으로 동일한 시간 간격만큼 제 1 전구체 노출 개시 시간 보다 늦게 작동될 수 있다. 따라서, 본 발명의 여러 가지의 실시예는 (전술된 바와 같이, ALD 반응로(14)로부터 하류부에 연결되는 한 쌍의 밸브일 수 있는)시간 위상 작동의 밸브(16)를 구비하여 도관(22)을 통하는 트랩(18)으로의 통로가 제 1 전구체의 노출 및 제 1 전구체의 퍼지 주기 중에 개방되게 한다. 한 쌍의 밸브가 이용되는 경우에, 트랩(18)에 이르는 밸브는 실질적으로, (보조 도관(19)에 이르는)한 쌍의 밸브 중 제 2 밸브가 폐쇄되면서 동시에 개방된다. 이런 방식으로, 전구체 트랩(18)에 의한 제 1 전구체의 사용되지 않은 이러한 선택적인 수집이 실행될 수 있다. 전구체 수집이 바람직하지 않은 경우에, 보조 도관(19)에 이르는 밸브는 개방되며, 도관(22)에 이르는 밸브는 폐쇄된다.
도 2에 도시된 타이밍을 나타내는 도면에 있어서, ((a)로 분류된) 제 1 선은 하류부의 가스 전환 다기관(12)에 전해지는 신호의 작동으로 인한 ALD 반응로(14)에서의 전구체 변동을 도시하며, 작동 신호는 ((b)로 분류된) 제 2 선으로 도시되어 있다. 전구체 변동의 상대적인 높이는 중요하지 않다. ((c)로 분류된) 제 3 선은 예를 들어, 배출 도관(20)에서의 ALD 반응로(14)의 하류부의 압력 변화량을 도시하고 있다. 이러한 압력 변동은 사용되지 않은 반응물 및 반응 부산물의 통행 때문이며, 일반적으로, 제 1 선(a)보다 나은 확산 퍼짐으로 낮은 압력에서 일어날 것이다. 하류부의 전환 밸브 또는 밸브들에 있어서 작동 신호는 ((C)로 분류된) 제 4 선으로 도시되어 있다. (한 쌍의 밸브가 이용된다면, 또는 단일 밸브의 흐름 통로 중 하나가 이용된다면) 밸브들 중 하나는 트랩이 사용되지 않은 전구체를 수집하는데 이용될 때 개방되며 다른 밸브(또는 흐름 통로)는 이때 폐쇄된다. 수집 작동의 시간 주기는 대략, 전구체 펄스 및 전구체 퍼지의 주기와 동일하다. 따라서, 밸브 개/폐 상태는 보조관 작동을 위해 전환된다.
상류부 및 하류부의 밸브 작동 신호(선(b), (d))는 "직각 형상"으로 도시되며 대략 1 msec 선명도(sharpness)로 제어된다. (선(a)로 도시되어 있는)ALD 반응로에서의 이에 상응하는 압력 변동은 수천 밀리초 지연되지만, 압력 선은 전구체 밸브 작동을 수반하여 짧은 시간 퍼지는 전구체 확산의 결과를 나타낸다. CUP 작용에서, 하류부의 고속 전환 밸브(16)의 타이밍 지연은 반응로 배출 도관을 통하는 사용되지 않은 전구체의 통과 시간과 일치하도록 조절된다. 따라서, 밸브 조립체는 제 1 전구체가 상류부의 주입 밸브와 하류부의 트랩 사이에서 이동하는 시간과 실질적으로 동일한 시간 변동 간격으로, 제 1 전구체 노출 시간의 개시에 대해 변하는 시간에서 최적으로 작동할 수 있다. 이러한 변동은 시스템을 통해 전구체의 이동을 위한 체류 시간으로 언급될 수 있다. 이는 변동 선 (c, d)으로 도시된다. 이러한 선은 단지 도시되며, 특히, 선 (c)는 선 (a)보다 퍼진 확산일 수 있다. 이러한 방식으로, 사용되지 않은 전구체는 트랩(18)으로 통과할 수 있다. 밸브(16)는 흐름 통로 중 하나가 (필수적으로)항상 개방되도록 작동된다. 즉, 트랩(18)으로의 통로 또는 도관(19)을 통하는 보조 통로는 ALD 반응로(14)로부터 배출이 중단되지 않도록 항상 개방되어 있다. 도 2에 있어서, 선(d)은 대략 이들의 중심점에 서 하강 에지의 제 1 펄스가 상승 에지의 제 2 펄스와 교차하도록 도시되어 있다. 펄스는 더욱 겹쳐질 수 있으며, 중단되지 않는 배출을 보장하지만, 극도의 겹침은 임의의 바람직한 전구체를 보조 도관 내측으로 보낼 수 있으며, 트랩 내측에 잠겨있게 한다.
본원에 기재된 CUP 반응로 시스템을 실행하는 것이 가능한 다수의 상용 트랩 설계가 있다. 일반적으로, 트랩은 "비활성(passive)" 또는 "활성(active)" 상태일 수 있다. 비활성 트랩은 사용되지 않은 전구체가 낮은 온도 또는 물리적으로 흡수하는 표면에 의해 트랩될 수 있는 트랩이다. 이와 달리, 활성 트랩은 표면 촉매 프로세스가 전구체와 반응하도록 이용되거나 제 2 전구체가 사용되지 않은 전구체의 바람직한 소자로 촉진되도록 반응하는 방식으로 트랩 내측에 주입될 수 있다. 유익하게는, 다수의 ALD 프로세스는 두 개의 매우 높은 반응성 전구체로 작동하지만, ALD 반응로에서 이들은 시간 및 공간에 있어서 혼합되지 않는다. 그러나, 두 개의 보완 반응물은 CVD 방식으로 반응하여, 트랩 내의 보완 반응물의 시간 위상적 주입이 이용될 수 있어서, 트랩은 본질적으로 CVD 반응로가 될 수 있으며, 기상 반응이 일어나서 추출될 수 있는 침전물을 형성한다.
교체 부산물은 일반적으로, 사이클의 퍼지 부분에서의 ALD 중에 사용되지 않은 전구체를 수반한다. 따라서, 트랩이 전술된 바와 같이 설계되지 않았다면, 사용되지 않은 전구체는 순수한 형태 및 개별적으로 수집된 부산물로 수집될 수 있다. 별도로 언급된 바와 같이, 트랩이 전구체 및 교환 부산물을 그렇게 분리시키도록 구성된다면, 순수한 사용되지 않은 전구체는 개별적인 ALD 부산물로 수집될 수 있을 것 같지 않다. 유해한 방출물의 감소는 개별적으로 화학적 근거에 따라서 고려되어야만 한다. CUP는 백금과 같은 값비싼 성분 및 값비싼 전구체 초-고순도의 이용에 있어서 가장 적합하다.
이와 같이, ALD 반응로의 하류부의 트랩에서의 사용되지 않은 전구체의 수집 및 회수를 위한 장치 및 방법이 기재되어 있다. 소정의 도시된 실시예를 참조하여 기재되었지만, 본 발명의 범위는 다음의 청구 범위만으로 판단되어야 한다.

Claims (7)

  1. ALD 반응로 및 밸브 조립체를 통해 상기 ALD 반응로의 하류부에 연결되며 상기 ALD 반응로에서의 반응 후 사용되지 않은 화학 전구체를 수집하도록 구성되는 전구체 트랩을 포함하는,
    ALD 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 조립체는 시간-위상으로 작동되도록 구성된 한 쌍의 밸브를 포함하며,
    제 1 전구체의 노출 및 퍼지 주기 중에 상기 한 쌍의 밸브 중 제 1 밸브가 개방되고, 상기 주기 중에 상기 한 쌍의 밸브 중 제 2 밸브가 폐쇄되어서, 상기 제 1 전구체의 사용되지 않은 부분을 상기 전구체 트랩으로 지향시키는,
    ALD 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 밸브 중 제 1 및 제 2 밸브는 고속 전환 드로틀 밸브인,
    ALD 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 조립체는 상기 ALD 반응로의 방출 표면에 부착되는,
    ALD 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 조립체는 상기 제 1 전구체 노출 개시 시간 보다, 상류부의 주입 밸브와 상기 하류부의 트랩 사이에서 상기 제 1 전구체가 이동하는 시간과 실질적으로 동일한 시간 간격만큼 늦은 시간으로 작동하는,
    ALD 시스템.
  6. ALD 반응로로부터 하류부에 연결되는 한 쌍의 밸브를 시간 위상으로 작동시키는 단계를 포함하여, 상기 제 1 전구체의 노출 및 퍼지 주기 중에 상기 한 쌍의 밸브 중 제 1 밸브가 개방되고 실질적으로 동시에 상기 한 쌍의 밸브 중 제 2 밸브가 폐쇄되어, 상기 제 1 전구체의 사용되지 않은 부분이 상기 ALD 반응로의 하류부의 전구체 트랩에 의해 선택적으로 수집되는,
    방법.
  7. ALD 반응로의 하류부 및 전구체 트랩의 상류부에 연결되는 밸브를 상기 제 1 전구체 노출 개시 시간 보다 상기 ALD 반응로에서의 상기 제 1 전구체의 퍼지 및 체류 시간과 실질적으로 동일한 시간 간격만큼 늦게 작동시키는 단계를 포함하는,
    방법.
KR1020057020212A 2003-04-23 2004-04-23 Ａｌｄ에서 사용되지 않은 전구체를 수집하기 위한 시스템및 방법 KR20060010759A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US46514203P 2003-04-23 2003-04-23
US60/465,142 2003-04-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060010759A true KR20060010759A (ko) 2006-02-02

Family

ID=33310997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057020212A KR20060010759A (ko) 2003-04-23 2004-04-23 Ａｌｄ에서 사용되지 않은 전구체를 수집하기 위한 시스템및 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20050016453A1 (ko)
EP (1) EP1620579A2 (ko)
JP (1) JP2006524752A (ko)
KR (1) KR20060010759A (ko)
WO (1) WO2004094694A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220181143A1 (en) * 2015-10-20 2022-06-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd Apparatus for manufacturing a thin film and a method therefor

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6936086B2 (en) * 2002-09-11 2005-08-30 Planar Systems, Inc. High conductivity particle filter
US8137464B2 (en) * 2006-03-26 2012-03-20 Lotus Applied Technology, Llc Atomic layer deposition system for coating flexible substrates
US8187679B2 (en) * 2006-07-29 2012-05-29 Lotus Applied Technology, Llc Radical-enhanced atomic layer deposition system and method
US20100075037A1 (en) * 2008-09-22 2010-03-25 Marsh Eugene P Deposition Systems, ALD Systems, CVD Systems, Deposition Methods, ALD Methods and CVD Methods
JP5921168B2 (ja) 2011-11-29 2016-05-24 株式会社日立国際電気 基板処理装置
TWI588286B (zh) 2013-11-26 2017-06-21 烏翠泰克股份有限公司 經改良的電漿強化原子層沉積方法、周期及裝置
JP2015151564A (ja) * 2014-02-13 2015-08-24 東洋製罐グループホールディングス株式会社 原子層堆積成膜装置
KR102441431B1 (ko) * 2016-06-06 2022-09-06 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 표면을 갖는 기판을 프로세싱 챔버에 포지셔닝하는 단계를 포함하는 프로세싱 방법
US10167558B1 (en) * 2017-10-13 2019-01-01 International Business Machines Corporation Phase shifted gas delivery for high throughput and cost effectiveness associated with atomic layer etching and atomic layer deposition

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5451260A (en) * 1994-04-15 1995-09-19 Cornell Research Foundation, Inc. Method and apparatus for CVD using liquid delivery system with an ultrasonic nozzle
JP3287730B2 (ja) * 1995-04-20 2002-06-04 東京エレクトロン株式会社 混入物の除去装置、これを用いた処理装置の真空排気系及びそのメンテナンス方法
US6174377B1 (en) * 1997-03-03 2001-01-16 Genus, Inc. Processing chamber for atomic layer deposition processes
JPH10284474A (ja) * 1997-04-02 1998-10-23 Sony Corp 半導体製造装置
CN1256755C (zh) * 2000-08-11 2006-05-17 东京毅力科创株式会社 基板处理装置及处理方法
US6461436B1 (en) * 2001-10-15 2002-10-08 Micron Technology, Inc. Apparatus and process of improving atomic layer deposition chamber performance
JP4099092B2 (ja) * 2002-03-26 2008-06-11 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置および基板処理方法、高速ロータリバルブ
WO2004083485A2 (en) * 2003-03-14 2004-09-30 Genus, Inc. Methods and apparatus for atomic layer deposition
US7087497B2 (en) * 2004-03-04 2006-08-08 Applied Materials Low-thermal-budget gapfill process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220181143A1 (en) * 2015-10-20 2022-06-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd Apparatus for manufacturing a thin film and a method therefor
US12014922B2 (en) * 2015-10-20 2024-06-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Apparatus for manufacturing a thin film and a method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
US20050016453A1 (en) 2005-01-27
JP2006524752A (ja) 2006-11-02
EP1620579A2 (en) 2006-02-01
WO2004094694A2 (en) 2004-11-04
WO2004094694A3 (en) 2005-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6461436B1 (en) Apparatus and process of improving atomic layer deposition chamber performance
EP1613792B1 (en) Methods and apparatus for atomic layer deposition
JP7413258B2 (ja) 金属表面上の金属酸化物のａｌｄのための方法
KR101320256B1 (ko) 증착 시스템, ａｌｄ 시스템, ｃｖｄ 시스템, 증착 방법, ａｌｄ 방법 및 ｃｖｄ 방법
KR100723078B1 (ko) 원료 가스와 반응성 가스를 사용하는 처리 장치
JP4965247B2 (ja) 促進されたａｌｄプロセス
KR20060010759A (ko) Ａｌｄ에서 사용되지 않은 전구체를 수집하기 위한 시스템및 방법
KR100683441B1 (ko) 원자층 증착 장치 및 방법
KR102411152B1 (ko) Ald 장치, 방법 및 밸브
JP2010018889A (ja) 処理装置
TW202129064A (zh) 半導體處理裝置以及沉積方法
TW202039905A (zh) 用於脈衝薄膜沉積的方法
TWI821363B (zh) 前驅物遞送系統
TWI247344B (en) Thin-film deposition apparatus and method for rapidly switching supply of source gases
EP1561842A2 (en) Apparatus and method for atomic layer deposition
KR102108966B1 (ko) 원자층 증착 시스템
KR20240032233A (ko) 원자층 증착 장치
JPH07235495A (ja) 成膜装置の排気系の運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid