KR20200003098A - 밸브를 가진 장치 및 작동 방법 - Google Patents

밸브를 가진 장치 및 작동 방법 Download PDF

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Abstract

장치는, 프로세싱될 기판(600)을 수용하는 반응 챔버(530,1430); 및,
반응 챔버(530,1430)에 유체 연결된 펄스 밸브(pulsing valve, 100, 300, 900, 900', 900", 900*)를 포함한다. 펄스 밸브는, 반응 화학 물질을 수용하는 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901"); 반응 챔버(530,1430)에 대한 펄스 밸브의 제공된 유체 연결을 중재하는 반응 챔버 유출부(104,904,904"); 펄스 밸브에 있는 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901")로부터 반응 챔버 유출부(104, 904, 904")로의 유체 유동을 제어하는 폐쇄부(111, 191, 991); 및, 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안 추가적인 유동 채널을 통하여 폐쇄부(111,191)를 연속적으로 퍼지시키는 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부(103, 303, 903, 903', 903");를 포함한다.

Description

밸브를 가진 장치 및 작동 방법
본 발명은 전체적으로 기판 프로세싱 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 화학적 증착 방법 및 증착 반응기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배타적이지 않게, 본 발명은 반응 챔버에 부착된 펄스 밸브(들)를 가진 원자층 증착(atomic layer deposition(ALD)) 반응기에 관한 것이다.
본 단원은 현재 기술을 나타내고 여기에 설명된 그 어떤 기술도 받아들이지 않으면서 유용한 배경 정보를 나타낸다.
ALD 는 개스들의 엄격하게 분리된 펄스들에 기초한다. 반응 챔버 안으로 방출된 선구체 개스들은 기판 표면상에서 서로 반응하여야 한다. 개스 상에서의 그 어떤 반응도 바람직하지 않다. 반응 화학 물질(들)을 공급하는데 필요한 펄스 밸브들의 수는 사용된 기술에 의존한다. 광자 상승 프로세스(photon enhanced process) 또는 플라즈마 보조 프로세스의 경우에 오직 하나의 단일 펄스 밸브가 필요할 수 있는 반면에, 통상적인 프로세스에서는 복수개의 펄스 밸브들이 사용된다. 현대적인 반도체 제품에 필요한 최고 품질을 달성하기 위하여, 개스 상에서는 ppm 의 규모로도 선구체 개스들의 혼합이 없어야 한다. 그러한 혼합은 입자 형성을 일으킬 수 있으며, 따라서 기판상의 패턴들에 손상을 일으킬 수 있다.
개스들의 혼합을 방지하는 통상적인 접근 방식은 충분히 오랜 시간 동안 반응 챔버 및 관련된 개스 라인들을 퍼지(purge)시키는 것이다. 그러나, ALD 펄스들은 수천번의 반복을 필요로 할 수 있고, 퍼지 시간은 직접적으로 프로세스 시간을 증가시키기 때문에, 오랜 퍼지 시간을 가지는 것은 최적의 해법이 아니다. 또한, 특정의 선구체 화학 물질은 사용 온도에서 신속하게 분해되기 시작하며, 이것은 다음의 화학적 펄스를 오랜 동안 기다릴 수 없다.
미국 특허 US 9,029,244 B2 는 연속적인 퍼지 개스 유동을 위한 4 방향 밸브(4 way valve) 해법을 제시하며, 여기에서 퍼지 개스는 퍼지 개스 라인을 따라서 4 방향 밸브를 통하여 반응 챔버 안으로 연속적으로 유동한다. 그러나, 사용된 밸브 디자인에 기인하여, 4 방향 밸브는 폐쇄 상태에 있을 때 바이패싱 퍼지 개스 라인(by-passing purge gas line)으로부터 밸브 다이아프램으로 연장되는 수직 공동을 포함한다. 공동에 의해 형성된 공간은 선구체 화학 물질의 소망스럽지 않은 양을 그 안에 포함하거나 또는 벽에 흡수하기에 충분하다. 퍼지 개스 라인을 따라서 지나가는 유체는 상기의 공동 안에 난류를 생성하며, 공동 안에 포착된 선구체 화학 물질이 기판을 향한 바이패싱 퍼지 개스 유동에 의해 흡입되고 기판 표면상에 소망스럽지 않은 입자 형성을 일으킬 위험성이 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 빠른 펄스 속도를 가능하게 하면서, 선구체 화학 물질이 포착되지 않음으로써 소망스럽지 않은 입자 발생을 회피하는 향상된 장치 및 방법을 제공하거나, 또는 적어도 현존 기술에 대한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 제 1 양상에 따르면, 장치가 제공되며, 상기 장치는:
프로세싱될 기판을 수용하는 반응 챔버;
반응 챔버에 유체 연결되는 펄스 밸브;를 포함하고, 상기 펄스 밸브는:
반응 화학 물질을 수용하는 반응 화학 물질 유입부;
반응 챔버에 대한 펄스 밸브의 제공된 유체 연결을 중재하는 반응 챔버 유출부;
펄스 밸브에 있는 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 유체 유동을 제어하는 폐쇄부; 및,
전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안 추가적인 유동 채널을 통하여 폐쇄부를 연속적으로 퍼지시키는 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부를 포함한다.
본 발명의 특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 화학 물질 유입부는 "반응 화학 물질 수용 유입부"로 표시되고, 반응 챔버 유출부는 "반응 챔버를 향한 유출부"로서 표시된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하거나, 또는 적어도 부분적으로 폐쇄하는 개방 및 폐쇄 구성을 가지는 폐쇄부를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 정상 구성(steady configuration)만을 가지는 폐쇄부를 포함하고, 장치는 펄스 밸브와 유체 소통되는 유동 채널 안에 위치된 유동 제어 요소들의 보조로써 유체 유동을 조절하도록 구성된다. 따라서, 이러한 실시예들에서 "폐쇄부"는 정지 상태 유동 안내 요소일 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부는 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 및 폐쇄 구성을 가진다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 진공 증착 반응기와 같은 기판 프로세싱 장치로서, 예를 들어 원자층 증착 반응기이다. 반응 챔버는 기판 또는 복수개의 기판들을 수용할 수 있으며, 즉, 프로세싱될 적어도 하나의 기판을 수용할 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에, 프로세싱 개스들에 노출될 폐쇄부의 전체 표면 영역을 퍼지시키도록 구성된다. 특히, 이것은 증착 사이클 또는 시퀀스의 적어도 특정 기간 동안에 선구체 개스에 노출되는 폐쇄부의 모든 개방(즉, 덮이지 않은) 영역들을 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 이러한 개방 영역들은 밸브의 그 어떤 고정 부분에 의해서도 접촉되지 않는 노출 영역들을 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 펄스 밸브의 부분들을 퍼지시키도록 구성되며, 펄스 밸브의 부분들로부터 반응 화학 물질은 반응 챔버를 향하여 유동할 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 전체적인 기판 프로세싱 사이클 동안에 폐쇄부를 퍼지시키도록 구성된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 전체적인 기판 프로세싱 시퀀스 동안에 폐쇄부를 퍼지시키도록 구성된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 화학 물질 유입부에 도달한 개스는 반응 개스일 수 있거나 또는 (비활성) 캐리어 개스 또는 비활성 개스와 혼합된 반응 개스이다. 일 예로서 질소는 캐리어 및/또는 비활성 개스로서 사용될 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부는 폐기 채널 유출부이다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 폐기 채널은 펄스 밸브로부터, 반응 챔버를 우회하여, 입자 트랩 및/또는 진공 펌프로의 경로가 이루어진다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 반응 챔버를 둘러싸는 진공 챔버를 더 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버는 진공 조건에서 작동하도록 구성된다. 따라서, 특정의 예시적인 실시예들에서 반응 챔버를 둘러싸는 상기 진공 챔버는 "다른 진공 챔버"를 제공한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 진공 챔버에 의해 형성된 가열 영역에 있는 반응 챔버의 외측에서 진공 챔버 안에 펄스 밸브를 포함한다. 따라서, 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 고온 밸브이다. 여기에서, 고온 밸브라는 용어는 예를 들어 히터의 보조로 또는 둘러싸는 개스에 의해 가열되는 밸브를 의미한다. 따라서 가열은 상승된 온도에서 펄스 밸브("고온 밸브"와 같다)를 작동시키도록 구성된 펄스 밸브에 포함된 가열 장치에 의해 구현될 수 있으며, 여기에서 "상승된 온도"라는 용어는 본 명세서에서 주위 온도보다 높은 온도(즉, 대략 섭씨 20 도 보다 높은 온도)로서 정의된다. 일부 예에서, 펄스 밸브는 섭씨 22 도에서 작동될 수 있다; 일부 다른 예에서 섭씨 25 도로 작동될 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 추가적인 유동 채널은 반응 화학 물질 유입부를 제공하는 유동 채널과 비교하여, 유동 단면적에 관련하여, 작은 채널이다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 퍼지의 유동 방향은 폐쇄부의 표면을 따른다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 폐쇄부를 퍼지시키도록 구성된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 상기 "구성되는"은 장치가 소망된 바에 따라서 작동하도록 프로그램되는 것을 의미한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 컴퓨터 프로그램 코드 수단에 의해 상기 프로그래밍을 가능하게 하는 제어 시스템을 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 반응 화학 물질 유입부로부터 유동하는 유체 또는 반응 화학 물질에 의해, 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에, 폐쇄부를 퍼지시키도록 프로그램된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 폐쇄부의 반응 화학 물질 유입부 측에 흡입 채널을 구비하여 반응 화학 물질이 반응 화학 물질 유입부를 통하여 흡입 채널로 유동할 수 있게 하여 폐쇄부를 퍼지시킨다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 폐쇄부의 반응 화학 물질 유입부 측에 흡입 채널을 포함하여 반응 화학 물질이 반응 화학 물질 유입부로부터 유동할 수 있게 하여 반응 화학 물질 유입부로부터 흡입 채널로의 도중에 폐쇄부를 퍼지시킨다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 흡입 채널에 흡입을 제공하도록 구성된다 (또는 프로그램된다).
특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버 유출부를 통하여 반응 챔버에 유체 연결된 캐리어 개스 유입부를 더 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버 유출부와 유체 소통되는 캐리어 개스 유입부를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 캐리어 개스 유입부로부터 반응 챔버로의 유동 경로는 제한되지 않은 유동 경로이다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 캐리어 개스 유입부로부터 반응 챔버 유출부로 유동하도록 구성된 캐리어 개스 유동으로 반응 화학 물질이 펄스되도록 구성된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 캐리어 개스 유입부로부터 반응 챔버 유출부를 통하여 반응 챔버로 유동하는 캐리어 개스 유동으로 반응 화학 물질을 펄스시키도록 구성된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 화학 물질 유입부에 도달한 반응 화학 물질 유동은 반응 화학 물질과 캐리어 개스의 혼합물이다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부를 퍼지시키도록 사용된 캐리어 개스 또는 반응 화학 물질의 유량 또는 압력을 수정하도록 채용된 수단이 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 이들은 나가는 유동의 제어(outgoing flow control)를 포함한다. 특정의 다른 실시예들에서, 이들은 들어오는 유동 제어(incoming flow control)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 이들은 나가고 들어오는 유동 제어를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버 벽 또는 뚜껑의 일부를 형성하거나 그에 매립된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 추가적인 유동 채널은 반응 화학 물질 유입부를 제공하는 유동 채널내에 존재한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 추가적인 유동 채널은 반응 화학 물질 유입부를 제공하는 유동 채널의 유동 단면적의 25 % 보다 작은 유동 단면적을 가진다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐기 채널은 반응 화학 물질 유입부를 제공하는 유동 채널의 유동 단면적의 25 % 보다 작은 유동 단면적을 가진다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 화학 물질 유입부를 제공하는 유동 채널은 추가적인 유동 채널내에 존재한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 캐리어 개스 유입부로부터 반응 챔버로의 유동 경로는 제한되지 않는다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 불연속의 퍼지 간극(continuously purged gap) 없이 구현된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 상승된 온도에서 펄스 밸브를 작동시키도록 구성된 가열 장치를 더 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부는 볼록한 형태이다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부는 폐쇄 및 개방 구성 양쪽에서 볼록한 형태이다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 전체적인 볼록한 형태는 폐쇄 구성으로부터 개방 구성으로의 천이에서 변화되지 않는다. 예를 들어, 천이는 전체적인 형태의 변형 없이 수행되거나, 또는 천이는 폐쇄부의 좌굴(buckling) 없이 수행된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 개방 구성으로부터 폐쇄 구성으로의 천이는 작동 요소에 의해 작동된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 상기 작동은 기계적인 작동에 의해 수행된다. 다른 실시예들에서, 다른 유형의 통상적인 작동 방법들이 사용된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 개방 구성으로부터 폐쇄 구성으로의 천이는 개구를 둘러싸거나 또는 개구를 형성하는 링 또는 밀봉 표면에 대하여 폐쇄부를 밀어서 작동된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 밸브는, 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하도록 폐쇄부가 개방 및 폐쇄되도록 구성된 개구를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 상기 개구는 밀봉 표면 또는 링에 의해 둘러싸이거나 형성된 개구이다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 개방 구성으로부터 폐쇄 구성으로의 천이는 상기 개방 구성에서보다 더 복잡한 형태로 폐쇄부를 움직임으로써 구현된다. 특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부는 개구의 가장자리에 접촉한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 상기 개구는 제 1 유동 채널과 제 2 유동 채널 사이의 개구이고, 펄스 밸브를 통한 제 1 유동 채널은 반응 화학 물질 유입부 및 폐기 라인 유출부를 제공하고, 펄스 밸브를 통한 제 2 유동 채널은 비활성 또는 캐리어 개스 유입부 및 반응 챔버 유출부를 제공한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 제 2 유동 채널내의 개스 유동은 제한되지 않는다. 예를 들어, 펄스 밸브로부터 반응 챔버 벽 또는 뚜껑으로의 도중에 채널내에 (펄스 밸브에도) 유동 장애물은 없다.
특정의 예시적인 실시예에서, (폐쇄 구성에서) 폐쇄부의 중심 영역을 퍼지시키는 유동 채널 안내 개스는 (펄스 밸브의 영역내에서) 유동 방향에서의 예리한 변화 없이 구현된다. 특정의 예시적인 실시예에서, 상기 채널내에서 유동 방향의 변화는 원활하다. 특정의 예시적인 실시예에서, 유동 채널내의 유동 경로는 그 어떤 각도 없는 만곡된 경로이다. 특정의 예시적인 실시예에서, 펄스 밸브내의 유동 방향들에서의 모든 변화는 원만하며, 즉, 예리하지 않다. 특정의 예시적인 실시예에서, 유동 방향들에서의 모든 변화는 90 도 미만이고, 특정의 예시적인 실시예에서 60 도 미만이고, 특정의 예시적인 실시예에서 45 도 미만이다.
특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부는 부착 지점 또는 영역에서 밸브 동체에 대하여 부착되거나 또는 밀봉된다. 특정의 예시적인 실시예에서, 부착은 고정된 부착이다. 특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부는 폐쇄 구성에서 그것의 이동 방향(폐쇄부 또는 액튜에이터가 개방 구성으로부터 폐쇄 구성으로의 천이에서 움직이는 방향)으로, 밸브가 밸브 동체에 부착된 영역 또는 부착 지점의 레벨보다 더 멀리에 있는 레벨로 연장된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부의 상기 연속적인 퍼지는 추가적인 유동 채널을 통해 발생되지 않거나 또는 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 추가적인 유동 채널을 통하여 발생되지 않는다. 예를 들어, 폐쇄부가 개방 구성에 있을 때, 특정의 예시적인 실시예에서 퍼지는 유입부(들)로부터 반응 챔버 유출부로 구현된다. 특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부가 개방 구성에 있을 때 추가적인 유동 채널은 폐쇄되거나 또는 적어도 부분적으로 폐쇄된다.
본 발명의 예시적인 제 2 양상에 따르면,
펄스 밸브를 통하여 반응 화학 물질 유입부로부터 펄스 밸브의 반응 챔버 유출부로 연장된 경로를 따라서 반응 화학 물질을 공급하는 단계;
펄스 밸브 폐쇄부에 의하여 경로의 폐쇄를 제어하는 단계; 및,
전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스를 통하여 추가적인 유동 채널을 통하여 폐쇄부를 연속적으로 퍼지시키는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 반응 화학 물질은 펄스 밸브의 반응 챔버 유출부를 통하여 반응 챔버로 더 안내된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부의 연속적인 퍼지는 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부를 통하여 구현된다. 따라서, 유동의 방향은 추가적인 유동 채널(의 방향)로일 수 있거나 또는 추가적인 유동 채널(의 방향)로부터일 수 있다.
특정의 예시적인 실시예에서, 상기 방법은:
전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 상기 반응 화학 물질에 의해 연속적으로 폐쇄부를 반응 화학 물질 유입부의 영역에서 퍼지시키는 단계; 및,
상기 영역 둘레에서 캐리어 개스에 의하여 연속적으로 폐쇄부를 퍼지시키는 단계;를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 상기 방법은:
상승된 온도에서 펄스 밸브를 작동시키도록 가열 장치를 펄스 밸브에 제공하는 단계를 포함한다.
다른 예시적인 양상 및 실시예들은 다음과 같다.
본 발명의 예시적인 제 3 양상에 따르면 기판 프로세싱 장치의 제어 시스템에 있는 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행 가능한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품(또는 컴퓨터 프로그램)이 제공되며, 프로그램 코드는, 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행될 때, 기판 프로세싱 장치가 제 2 양상의 방법 및/또는 그것의 실시예들중 어느 하나를 수행하게 된다.
본 발명의 예시적인 제 4 양상에 따르면, 펄스 밸브가 제공되며, 상기 펄스 밸브는:
반응 화학 물질을 수용하는 반응 화학 물질 유입부;
펄스 밸브를 반응 챔버에 유체 연결하는 반응 챔버;
펄스 밸브에 있는 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부의 유체 유동을 제어하는 폐쇄부; 및,
전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 추가적인 유동 채널을 통하여 폐쇄부를 연속적으로 퍼지시키는 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부;를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부는 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄시키도록 개방 및 폐쇄 구성을 가진다.
예시적인 제 5 양상에 따르면, 장치가 제공되는데, 상기 장치는,
프로세싱될 기판을 수용하는 반응 챔버;
반응 챔버에 유체 연결된 유동 안내 장치;를 포함하고 유동 안내 장치는:
반응 화학 물질 유입부;
반응 챔버 유출부; 및,
반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로 또는 다른 유출부로 오는 개스의 경로를 정하기 위한 유동 안내 요소;를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 유동 안내 장치는 비활성 또는 캐리어 개스 유입부를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 상기 다른 유출부는 폐기 라인 유출부이다. 특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로 그리고 상기 다른 유출부로의 유량에 대하여 압력에 기초한 제어를 제공하는 제어 시스템을 포함한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 제어 시스템은 (파이프라인 안에서) 압력의 변화를 야기하는 압력 변화 장치를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 압력의 변화를 야기하는 장치는 상기 다른 유출부를 제공하는 파이프라인에 위치한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 비활성 또는 캐리어 개스 유입부로부터 반응 챔버 유출부로 그리고 비활성 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 유동을 유지하도록 프로그램된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 선구체가 밸브 멤브레인을 우회하는 실린더 루트 및, 선구체 라인의 측에서 멤브레인의 면으로부터 시작되는 폐기 라인을 가진 펄스 밸브가 제공된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 유동 제한기를 내부에 가지는 밸브 멤브레인에 걸쳐 라인 루프(line loop)가 이루어지는 편위(deviation)가 제공된다.
예시적인 제 6 양상에 따르면,
반응 챔버;
반응 챔버에 부착된 펄스 밸브;를 구비한 장치가 제공되고, 상기 펄스 밸브는:
반응 화학 물질 유입부;
반응 챔버 유출부; 및,
반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 및 폐쇄 구성을 가지는 폐쇄부;를 구비하고, 상기 장치는:
폐쇄부를 퍼지시키도록 폐쇄부의 반응 챔버 측에 있는 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 더 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부는 반응 챔버를 향하거나 또는 지향하는 밸브 유출 표면을 제공하고, 장치는 밸브 유출 표면을 퍼지시키도록 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 밸브 유출 표면은 반응 챔버 유출부의 유출 방향으로 지향하는 폐쇄부의 표면이다. 따라서, 특정의 예시적인 실시예에서, 밸브 유출 표면은 반응 챔버(반응 챔버 내부 또는 기판)를 향하여 지향되는 폐쇄부의 일부로서 형성된다. 특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부는 멤브레인, 다이아프램 또는 오리피스 플런저와 같은 폐쇄 부재이다. 특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부 또는 폐쇄 부재는 고체 물질이다. 다른 실시예들에서, 폐쇄부는 유체와 같은 비 고체 물질이거나, 또는 고체 및 비-고체 물질의 조합이다. 따라서, 폐쇄부는 예를 들어 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 폐쇄할 수 있는 액체 금속의 액적에 의해 대안으로 구현될 수 있다. 특정의 예시적인 실시예에서, 멤브레인(또는 다른 폐쇄부)은 기판, 또는 반응 챔버 내부를 향한다. 멤브레인이라는 표현은 폐쇄부와 서로 교체 가능한 것으로 간주되어야 하며, 플런저 또는 유체 폐쇄부와 같은 상이한 형태와 서로 교체 가능한 것으로 간주되어야 한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면은 세정 화학 물질 또는 불활성 개스와 유체 유동 패스 접촉(fluid-flowing-pass contact)을 이룬다.
특정의 예시적인 실시예에서, 추가적인 세정 화학 물질 유입부는 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면을 직접적으로 또는 적어도 경사지게 지향한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 추가적인 세정 화학 물질 유입부는 폐쇄부의 반응 챔버 측으로부터 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면을 향하여 지향한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 반응 챔버 유출부는 반응 챔버를 향하여 반응 챔버 유출 채널을 제공한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 반응 챔버 유출부 또는 반응 챔버 유출 채널은 반응 챔버를 향하는 개구를 제공한다. 예시적인 실시예에서 펄스 밸브의 반응 챔버 유출부는 중간 부분 없이 반응 챔버의 내부로 직접적으로 개방된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 추가적인 세정 화학 물질 투입부는 펄스 밸브가 전형적으로 가지게 되는 부분들에 대하여 추가적이다. 따라서, 특정의 예시적인 실시예에서, 추가적인 세정 화학 물질 투입부는 반응 챔버 유출부 및/또는 반응 챔버 유출 채널에 추가적이다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 챔버 유출부 채널 벽에 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 챔버 유출부 채널 안에 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면을 향하여 연장된 파이프(세정 화학 물질 유입 파이프)를 포함하며, 파이프는 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 제공한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 불활성 퍼지 개스는 반응 공간과 같은 공간으로부터 파이프로써 멤브레인에 인접하게 지향된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면의 연속적인 퍼지를 제공하도록 구성된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면을 따라서 퍼지를 제공하도록 구성된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 세정 화학 물질의 유동 방향은 처음에 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면에 대하여 직각이거나 또는 경사지며, 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면에 닿을 때 유동 방향은 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면에 평행하게 전환된다. 세정 화학 물질이 차후에 반응 챔버의 방향으로 배출될 때, 반응 챔버 유출 채널의 나머지도 퍼지된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 필요에 따라 세정 화학 물질 유량을 변화시키도록, 질량 유동 콘트롤러(mass flow controller)와 같은 펄스 밸브 또는 다른 수단을 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 세정 화학 물질 유동은 반응 화학 물질 펄스와 동기화(synchronize)된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 펄스 밸브를 통해 반응 챔버로 제 1 유동 경로를 제공하며, 밸브 유출 표면을 퍼지시키도록 밸브 유출 표면에서 제 1 유동 경로와 교차하는 제 2 유동 경로를 제공한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 챔버 둘레에서 가열된 외측 챔버를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 챔버의 외측을 제외하고 외측 챔버내의 가열된 중간 공간에 펄스 밸브를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 펄스 밸브는 화학 물질 폐기 라인 유출부를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 화학 물질 유입부로부터 폐기 라인 유출부로 폐쇄부를 우회하는 경로를 제공하고, 상기 경로는 폐쇄부의 폐쇄 구성에서 개방된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 챔버내 압력과 비교하여 폐기 라인 유출부에서 시작되는 화학 물질 폐기 라인에서 더 높은 압력을 유지하도록 구성된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 폐쇄부는 개방 구성에 있을 때 반응 화학 물질이 화학 물질 폐기 라인 유출부로 유동하는 것을 방지하도록 구성된다.
특정의 예시적인 실시예에서, 화학 물질 폐기 라인은 협소한 통로이거나 또는 모세관일 수 있는 유동 제한기(flow restrictor)를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 챔버 유출부가 아닌 유출부를 포함한다. 다른 유출부는 상기 언급된 폐기 라인 유출부일 수 있다. 특정의 예시적인 실시예에서, 다른 유출부는, 반응 챔버가 연결된, 동일한 포어라인(foreline) 또는 배기 라인에 연결된다. 특정의 예시적인 실시예에서, 다른 유출부는 포어라인으로의 연결 이전에 위치된 (화학적 중화 또는 연소(chemical neutralization or combustion)를 위한) 트랩(trap)을 통하여, 동일한 포어라인에 연결된다. 특정의 예시적인 실시예에서, 다른 유출부는 상이한 포어라인에 연결된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 다른 유출부는 선구체 화학 물질 회수 장치(precursor chemical recovery arrangement)에 연결된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는: 반응 챔버로 이어지는 구조체, 반응 챔버 구조체, 반응 챔버 벽 및, 반응 챔버 뚜껑을 포함하는 그룹으로부터 선택된 구조체에 매립되거나 또는 부착된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버 구조체, 반응 챔버 벽 및, 반응 챔버 뚜껑을 포함하는 그룹으로부터 선택된 복수개의 구조체들에 매립되거나 또는 부착된 복수개의 펄스 밸브들이 있다.
따라서, 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버 구조체 또는 벽의 내부에 위치되거나 또는 적어도 부분적으로 그 내부에 위치된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버 구조체는 반응 챔버 벽 또는 뚜껑과 같은 반응 챔버를 한정하는 구조체이다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 폐쇄부를 퍼지시키도록 폐쇄부의 반응 챔버 측에 복수개의 추가적인 세정 화학 물질 유입부들을 포함한다. 다른 예시적인 실시예들에서 폐쇄부는 완전하지 않은 폐쇄 부재이어서 폐쇄 구성에 있을 때 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 완전하게 폐쇄하지 않는다.
특정의 예에서 펄스 밸브는 파이프라인이 사이에 없이 반응 공간에 연결된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버에 의해 한정된 반응 공간으로 직접 개방된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브 반응 챔버 유출부는, 팽창 체적 또는 반응 공간을 향한 통로 확장에 의하여, 그리고/또는 샤워헤드(showerhead)에 의하여, 반응 공간의 내측에 직접적으로 연결된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브로부터 반응 공간으로의 경로는 굽혀지지 않는다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버의 표면 부분이다 (반응 챔버는 적어도 하나의 기판을 수용하는 반응 공간을 형성한다).
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 기판 프로세싱 장치이다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 증착 반응기(deposition reactor)이다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 화학적 증착 반응기(chemical deposition reactor)이다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 ALD 반응기(ALD reactor)이다.
예시적인 제 7 양상에 따르면,
펄스 밸브를 통하여 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로 연장되는 경로를 따라서 반응 화학 물질을 공급하는 단계;
펄스 밸브 폐쇄부에 의하여 경로의 폐쇄를 제어하는 단계; 및,
폐쇄부의 반응 챔버 측에서 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 통하여 세정 화학 물질을 공급하고 세정 화학 물질에 의하여 폐쇄부를 퍼지시키는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
반응 챔버 유출부에 추가되는 추가적인 세정 화학 물질 유입부로부터 배출된 세정 화학 물질에 의하여, 기판, 또는 반응 챔버에 직접적으로 지향되거나 또는 반응 챔버를 향하여 지향되는 폐쇄부에 의해 제공된 밸브 유출 표면을 퍼지시키는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 세정 화학 물질의 상기 공급 단계는 세정 화학 물질을 펄스 밸브 유출 표면상으로 배출하는 단계를 포함하고, 상기 세정 화학 물질은 고체 입자를 생성하지 않으면서 표면상에서 반응 화학 물질과 반응한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 추가적인 세정 화학 물질 유입부는 폐쇄부 및/또는 밸브 유출 표면을 직접적으로 지향하거나 또는 적어도 경사지게 지향한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은 반응 챔버 유출부 채널 벽에 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 제공하는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은
반응 챔버 유출부 채널내의 밸브 유출부 표면 및/또는 폐쇄부를 향하여 연장된 파이프로부터 세정 화학 물질을 공급하는 단계를 포함하고, 파이프는 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 제공한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
폐쇄부 및/또는 밸브 유출부 표면을 연속적으로 퍼지시키는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
폐쇄부를 따라서 그리고 반응 챔버 유출부 채널 벽을 따라서 퍼지시키는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
폐쇄부를 따라서 그리고 반응 챔버 유출부 채널 벽을 따라서 퍼지시키는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
반응 챔버 둘레의 외측 챔버를 가열하는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
반응 화학 물질 유입부로부터 폐기 라인 유출부로의 폐쇄부를 우회하는 경로를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 경로는 폐쇄부의 폐쇄 구성에서 개방된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
반응 챔버내 압력과 비교하여 폐기 라인 유출부에서 시작되는 화학 물질 폐기 라인내에 더 높은 압력을 유지하는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
폐쇄부가 개방 구성에 있을 때 반응 화학 물질이 화학 물질 폐기 라인 유출부로 유동하는 것을 완전히 방지하거나 또는 적어도 부분적으로 방지하는 단계를 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 방법은:
반응 챔버내의 ALD 증착을 수행하는 단계를 포함한다.
예시적인 제 8 양상에 따르면, 제 6 양상 및 실시예들중 어느 하나의 장치에서 사용되는 밸브가 제공되며, 상기 밸브는:
반응 화학 물질 유입부;
반응 챔버 유출부; 및
반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하도록 개방 및 폐쇄 구성을 가진 폐쇄부;를 포함하고, 상기 밸브는:
폐쇄부를 퍼지시키도록 폐쇄부의 하류측에 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 더 포함한다.
상기에서 상이한 조합되지 않은 예시적인 양상들 및 실시예들이 설명되었다. 상기 실시예들은 본 발명의 구현에서 이용될 수 있는 선택적인 양상 및 단계들을 설명하기 위하여서만 사용된다. 일부 실시예들은 특정의 예시적인 양상들만을 참조하여 제시될 수 있다. 상응하는 실시예들이 다른 예에도 적용된다는 점이 이해되어야 한다. 실시예들의 그 어떤 적절한 조합들이라도 형성될 수 있다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하며 오직 하나의 예로서 설명될 것이다.
도 1 은 예시적인 특정 실시예에 따라서 폐쇄부가 폐쇄 구성에 있는 펄스 밸브를 도시한다.
도 2 는 폐쇄부가 개방 구성에 있는 도 1 의 펄스 밸브를 도시한다.
도 3 은 다른 예시적인 특정 실시예에 따라서 폐쇄부가 폐쇄 구성에 있는 펄스 밸브를 도시한다.
도 4 는 폐쇄부가 개방 구성에 있는 도 3 의 펄스 밸브를 도시한다.
도 5 는 예시적인 특정 실시예에 따라서 반응 챔버 구조체에 부착된 펄스 밸브를 도시한다.
도 6 은 예시적인 특정 실시예에 따른 기판 프로세싱 장치를 도시한다.
도 7 은 예시적인 특정 실시예에 따른 방법을 도시한다.
도 8 은 예시적인 다른 실시예를 도시한다.
도 9 는 펄스 밸브의 폐쇄부가 퍼지된 예시적인 다른 실시예를 도시한다.
도 10 은 폐쇄부가 개방 구성에 있는 도 9 의 펄스 밸브를 도시한다.
도 11 은 예시적인 특정 실시예에 따른 캐리어 개스 경로를 도시한다.
도 12 는 펄스 밸브의 폐쇄부가 퍼지되고 있는 예시적인 다른 실시예를 도시한다.
도 13 은 폐쇄부가 개방 구성에 있는 도 12 의 펄스 밸브를 도시한다.
도 14 는 예시적인 특정 실시예에 따른 다른 기판 프로세싱 장치를 도시한다.
도 15 는 예시적인 특정 실시예에 따른 제어 시스템의 블록 다이아그램을 도시한다.
도 16 은 도 14 의 기판 프로세싱 장치를 특정의 개조와 함께 도시한다.
도 17 은 예시적인 특정 실시예에 따른 특정의 유동 제어 장치들이 설치된 기판 프로세싱 장치를 도시한다.
도 18 은 기판 프로세싱 장치내의 대안의 위치를 도시한다.
도 19 는 펄스 밸브의 폐쇄부가 퍼지되는 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 20 은 폐쇄부가 개방 구성에 있는 도 19 의 펄스 밸브를 도시한다.
도 21 은 예시적인 특정 실시예들에 따른 펄스 밸브의 특정 상세를 도시한다.
도 22 는 도 19 및 도 20 의 밸브의 다른 디자인을 도시한다.
도 23 은 다른 실시예를 도시한다.
도 24 는 예시적인 특정 실시예에 따른 방법을 도시한다.
다음의 명세서에서, 원자층 증착(ALD) 기술은 일 예로서 사용된다. 그러나, 본 발명은 ALD 기술에 제한되지 않으며, 예를 들어 화학적 증기 증착(CVD) 반응기와 같은 다양한 기판 프로세싱 장치에서 이용될 수 있다.
ALD 성장 메커니즘의 기본은 당업자에게 공지되어 있다. ALD 는 적어도 하나의 기판으로 적어도 2 개의 반응 선구체 종(reactive precursor species)들을 순차 도입하는 것에 기초한 특수한 화학적 증착 방법이다. 그러나, 예를 들어, PEALD 와 같은 플라즈마 보조 ALD 또는 광자 상승(photon enhanced) ALD 를 사용할 때 반응 선구체들중 하나는 에너지로 대체될 수 있어서, 단일 선구체 ALD 프로세스로 이어진다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 금속과 같은 순수 요소의 증착은 오직 하나의 선구체만을 필요로 한다. 선구체 화학 물질이 증착될 바이너리 물질의 요소들 양쪽 모두를 포함할 때, 산화물과 같은 바이너리 화합물은 하나의 선구체 화학 물질로 만들어질 수 있다. ALD 로 성장된 얇은 필름은 밀도 짙고, 핀홀(pinhole)이 없으며 균일한 두께를 가진다.
적어도 하나의 기판은 순차적인 자체 포화 표면 반응(sequential self-saturating surface reactions)에 의하여 기판 표면상에 물질을 증착하도록 통상적으로 반응 용기내에서 일시적으로 분리된 선구체 펄스(precursor pulse)들에 노출된다. 이러한 적용예와 관련하여, ALD 라는 용어는 모든 적용 가능한 ALD 기초 기술 및 그 어떤 등가의 기술 또는 밀접하게 관련된 기술 모두를 포함하며, 예를 들어 다음의 ALD 하위 유형(sub-type)을 포함한다: MLD(분자 층 증착) 및 광자 상승 원자 층 증착(플래쉬 상승 ALD(flash enhanced ALD)로 공지됨).
기본적인 ALD 증착 사이클은 4 개의 순차적인 단계들인, 펄스 A, 퍼지 A, 펄스 B, 퍼지 B 로 이루어진다. 펄스 A 는 제 1 선구체 증기(precursor vapor)로 이루어지고, 펄스 B 는 다른 선구체 증기로 이루어진다. 퍼지 A(purge A) 및 퍼지 B 동안에 반응 공간으로부터의 잔류 반응 물질 분자 및 기체 반응 부산물을 퍼지(purge)시키도록 불활성 기체 및 진공 펌프가 통상적으로 사용된다. 증착 시퀀스는 적어도 하나의 증착 사이클을 포함한다. 증착 시퀀스가 얇은 필름 또는 소망 두께의 코팅을 생성할 때까지 증착 사이클들이 반복된다. 증착 사이클들은 단순하거나 또는 보다 복잡할 수도 있다. 예를 들어, 사이클들은 퍼징 단계들에 의해 분리된 3 개 이상의 반응 증기 펄스들을 포함할 수 있거나, 또는 특정의 퍼지 단계들이 생략될 수 있다. 모든 이러한 증착 사이클들은 논리 유닛(logic unit) 또는 마이크로프로세서에 의해 제어되는 시간 증착 시퀀스(timed deposition sequence)를 형성한다.
반응 공간은 반응 챔버내의 정해진 체적이다. 이러한 반응 공간에서 소망의 화학적 반응이 발생된다. 화학 물질이 반응 공간으로 유동하는 기본적인 ALD 유입 툴(inlet tool)은 일반적으로 샤워 헤드(shower head)로서 알려져 있다. 선구체 화학 물질의 유입부는 상부로부터일 수 있거나, 또는 화학 물질이 적어도 일 측부로부터의 유입되는, 횡방향 유동(cross flow)일 수 있다.
도 1 은 특정의 예시적인 실시예에 따른 펄스 밸브(pulsing valve)를 도시하며, 그것의 폐쇄부는 폐쇄 구성을 이룬다. 펄스 밸브(100)는 밸브 동체(110)을 구비하며, 상기 밸브 동체는 선구체 화학 물질과 같은 반응 화학 물질을 위한 유입부(101) 및, 반응 챔버를 향하는 유출부(104)(도 1 에서는 미도시)를 포함한다. 펄스 밸브에 포함된 폐쇄부(111)는 반응 화학 물질 유입부(101)로부터 반응 챔버 유출부(104)로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 및 폐쇄 구성을 가진다.
반응 챔버를 향하여 지향된 폐쇄부(111)의 표면은 밸브 유출 표면(112)으로서 형성된다. 펄스 밸브(100)는 폐쇄부(111)를 퍼지(purge)하도록, 특히 밸브 유출 표면(112)을 퍼지하도록, 폐쇄부(111)의 반응 챔버 측에 추가적인 세정 화학 물질 유입부(103)를 더 포함하여, 그 곳에서의 물질 성장을 억제하거나 또는 최소화시킴으로써 세정 효과를 제공한다. 세정 화학 물질이 측벽을 따라서 반응 챔버를 향하여 배출될 때 유출부(또는 유출 채널 또는 개구)(104)의 측벽들상에서 동일한 효과가 달성된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 유출부(104)의 측벽을 통하여 세정 화학 물질 유입부(103)가 구현된다. 밸브 동체내에서 이동하는 세정 화학 물질 유입 파이프 또는 채널은 측벽을 통과하며 폐쇄부(111) 및/또는 밸브 유출 표면(112)을 향하여 지향된다.
세정 화학 물질은 프로세스 단계(process stage)동안 반응 챔버 안에서 퍼징 개스로서 사용되는 것과 동일한 개스일 수 있다. 세정 화학 물질은 다른 화학 물질이 사용하는 경로와 분리된 경로(route)를 통하여 유입부(103)로 이르게 된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 세정 화학 물질 경로는 펄스 제어(pulsing control), 질량 유동 제어(mass flow control) 및/또는 밸브 제어를 가짐으로써 프로세스 단계에서의 펄스들에 대한 세정 화학 물질의 유동을 변화 및/또는 제한한다.
펄스 밸브(100)는 선택적인 화학 물질 폐기 라인 유출부(chemical waste line outlet, 102)를 더 포함한다. 폐쇄부(111)를 바이패싱(by-passing)하는 경로는 반응 화학 물질 유입부(101)로부터 폐기 라인 유출부(102)로 형성된다.
펄스 밸브(100)는 기판 프로세싱 장치의 반응 챔버 구조와 그것의 부착 표면(115)에서 부착되고 그리고/또는 밀봉될 수 있다.
도 2 는 폐쇄부(111)가 개방 구성에 있는 펄스 밸브(100)를 도시한다. 반응 화학 물질은 반응 화학 물질 유입부(101)로부터 반응 챔버 유출부(104)로 유동한다.
도 3 은 특정의 다른 예시적인 실시예에 따라서 폐쇄부가 폐쇄 구성에 있는 펄스 밸브를 도시한다. 펄스 밸브(300)는 밸브 동체(110)를 구비하며, 밸브 동체는 선구체 화학 물질과 같은 반응 화학 물질을 위한 유입부(101) 및, 반응 챔버(도 3 에 미도시)를 향하는 유출부(104)를 가진다. 펄스 밸브에 포함된 폐쇄부(111)는 반응 화학 물질 유입부(101)로부터 반응 챔버 유출부(104)로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 및 폐쇄 구성을 가진다. 도 3 은 폐쇄 구성에 있는 폐쇄부(111)를 도시한다.
반응 챔버를 향하여 지향되는 폐쇄부(111)의 표면은 다시 밸브 유출부 표면(112)으로서 형성된다. 펄스 밸브(300)는 폐쇄부(111)를 퍼지하도록, 특히 밸브 유출 표면(112)을 퍼지하도록, 폐쇄부(111)의 반응 챔버측에 추가적인 세정 화학 물질 유입부(303)를 더 포함하여, 그 곳에서의 물질 성장을 억제하거나 또는 최소화시킴으로써 세정 효과를 제공한다. 세정 화학 물질이 측벽을 따라서 반응 챔버를 향하여 배출될 때 유출부(또는 유출 채널 또는 개구)(104)의 측벽들에서 동일한 효과가 달성된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 세정 화학 물질 유입부(103)는 유출부(104)내에서 폐쇄부(111) 및/또는 밸브 유출 표면(112)을 향하여 연장되는 분리된 파이프라인으로서 구현된다.
펄스 밸브(300)는 선택적인 화학 물질 폐기 라인 유출부(102)를 더 포함한다. 폐쇄부(111)를 바이패싱하는 경로는 반응 화학 물질 유입부(101)로부터 폐기 라인 유출부(102)로 형성된다.
펄스 밸브(300)는 기판 프로세싱 장치의 반응 챔버 구조체에 부착 표면(115)에서 부착될 수 있다. 펄스 밸브(300)의 작동과 관련하여 펄스 밸브(100)와 관련된 선행의 설명을 참조하기로 한다.
도 4 는 폐쇄부(111)가 개방 구성에 있는 펄스 밸브(300)를 도시한다. 반응 화학 물질은 반응 화학 물질 유입부(101)로부터 반응 챔버 유출부(104)로 유동한다.
도 5 는 특정의 예시적인 실시예들에 따라서 반응 챔버 구조체에 부착된 펄스 밸브를 도시한다. 펄스 밸브(100)(300)는 반응 챔버의 표면의 일부를 형성할 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버 구조체(520)는 요부를 포함하며 상기 요부 안으로 펄스 밸브(100)(유사하게는 300)가 매립된다. 펄스 밸브(100)(300)는 부착 표면(115)에서 구조체(520)에 대하여 조여질 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버 벽에 부착된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버 측벽에 부착된다. 도 5 는 펄스 밸브가 반응 챔버 상부 벽 또는 뚜껑에 매립되는 실시예를 상세하게 도시한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버의 일체화 부분을 형성한다. 다른 예시적인 실시예들에서, 펄스 밸브는 반응 챔버에 이르는 파이프 또는 다른 구조체에 부착된다.
도 5 는 세정 화학 물질 유입 파이프(또는 채널)의 경로를 구현하도록 특정의 경로 대안을 화살표로 도시한다. 파이프는 벽 구조체 및/또는 반응 챔버 뚜껑 및/또는 밸브 구조체의 일부일 수 있거나, 또는 반응 챔버 뚜껑/벽을 통하여 또는 반응 챔버 뚜껑/벽에 부착된 분리된 파이프일 수 있다. 경로는 구조체의 외측에 있는 벽 구조체 또는 반응 챔버 뚜껑에 평행하게 연장되고, 그리고/또는 구조체를 통하여 구조체의 반응 챔버 측부로 침투할 수 있고, 그리고/또는 뚜껑 또는 벽 구조체 내에서 그리고/또는 밸브 동체내에서 연장될 수 있다. 반응 화학 물질 인피드 파이핑(in-feed piping)과 같은 다른 배관이 유사하게 구현될 수 있다.
도 6 은 특정의 예시적인 실시예들에 따른 기판 프로세싱 장치를 도시한다. 기판 프로세싱 장치(500)는 반응 챔버(530)에 의해 형성된 반응 공간(521)내에 기판(600)을 수용하도록 구성된 반응 챔버(530)를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 반응 챔버(530)를 둘러싸는 외측 챔버(540)를 구비함으로써 반응 챔버(530)와 외측 챔버(540) 사이의 중간 공간(522)를 폐쇄한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 중간 공간(522)은 공간(522)에 위치하는 히터(heater, 545)에 의해 가열된다.
반응 화학 물질 인피드 라인(in feed line, 501)(복수개의 파이프들을 포함할 수 있다)은 반응 화학 물질 소스(미도시)로부터 (존재한다면) 중간 공간을 통하여 펄스 밸브(100)의 반응 화학 물질 유입부(도 1 내지 도 4의 유입부(101))로 연장된다. 화학 물질 폐기 라인(502)은 펄스 밸브(100)의 화학 물질 폐기 라인 유출부(도 1 내지 도 4 의 유출부(102))로부터 (존재한다면) 중간 공간을 통하여 배출부로 연장된다. 특정의 예시적인 실시예에서 폐기 라인(502)은 반응 챔버(530)로부터 진공 펌프(미도시)로 연장되는 배기 라인(555)에 접합된다.
펄스 밸브(100)는 도 1 및 도 2 와 관련하여 설명된 것과 유사한 구조 및 작동을 가진다. 따라서, 펄스 밸브(100)는 반응 화학 물질의 유입부 및 반응 챔버(530)를 향하는 유출부를 가진 밸브 동체를 포함한다. 펄스 밸브에 포함된 폐쇄부는 반응 화학 물질 유입부로부터 반응 챔버 유출부를 향한 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 및 폐쇄 구성을 가진다. 펄스 밸브(100)는 폐쇄부를 퍼징하도록 폐쇄부의 반응 챔버 측에 추가적인 세정 화학 물질 유입부를 더 포함한다. 펄스 밸브(100)는 선택적인 화학 물질 폐기 라인 유출부를 더 포함한다. 폐쇄부를 바이패싱하는 경로는 인피드 라인(501)으로부터 반응 화학 물질 유입부를 통하여 폐기 라인(502)으로 폐기 라인 유출부를 통해 형성된다.
도 6 에 오직 하나의 펄스 밸브가 도시되어 있을지라도, 유사한 구조 및 작동 특성을 가진 복수개의 펄스 밸브들 및/또는 상이한 공지된 구조를 가진 하나 이상의 다른 펄스 밸브가 있을 수 있다는 점은 명백하다. 펄스 밸브(100) 대신에, 도 3 및 도 4 와 관련하여 설명된 펄스 밸브(300)(들)가 이용될 수 있다. 펄스 밸브(들)는 도면 번호 100'로 표시된 바와 같이 반응 챔버(530)의 측벽에 위치될 수 있거나, 또는 뚜껑 구조 또는 상부벽(520)에 위치될 수 있거나, 또는 측벽 및 뚜껑 구조/상부벽(520) 양쪽에 위치될 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 적어도 하나의 펄스 밸브는 반응 챔버(530)의 내측에 위치될 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 하나 이상의 펄스 밸브들 모두는 측벽에 위치되고 반응 챔버는 상부로부터 기판 표면에 있는 표면 반응에 필요한 에너지를 수용하도록 상부로부터 개방되며, 에너지는 예를 들어 플라즈마 또는 광자의 형태일 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버(530)는 기판을 로딩하고 언로딩(unloading)하기 위하여 측벽에 해치(hatch, 531)를 포함한다. 구조체(520)는 고정된 챔버 상부벽 또는 제거 가능한 뚜껑일 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 구조체(520)는 제거 가능한 뚜껑이다. 기판 또는 기판들(600)은 뚜껑(520)을 들어올림으로써 반응 챔버의 상부 측으로부터 로딩된다. 펄스 밸브(들)의 바람직한 위치는 측벽에 있다. 제거 가능한 뚜껑이 펄스 밸브(들)를 뚜껑에 가지는 경우에, 파이프(501,502)는 필요하다면 예를 들어 도 6 의 라인(560)에서 연결되거나 또는 연결 해제되도록 설계될 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 챔버(530)와 뚜껑(520) 사이에 기판 로딩 경로를 형성하도록 예를 들어 벨로우즈 구조체(570)에 의하여 반응 챔버(520)가 내려진다. 유사한 구성은 동일한 출원으로써 제출되어 함께 계류중인 국제 출원 PCT/FI2017/050071에 설명되어 있다. 이것은 반응 챔버의 측부로부터 로딩을 가능하게 한다.
도 7 은 특정의 예시적인 실시예들에 따른 방법을 도시한다. 단계(701)에서, 반응 화학 물질은 증착을 위하여 펄스 밸브를 통해서 반응 챔버로 공급된다. 반응 챔버로의 반응 화학 물질의 공급은 단계(702)에서 중단된다. 밸브 유출 표면은 세정 화학 물질에 의해 퍼지되며, 세정 화학 물질에 의한 퍼지는 단계(703)에서 계속된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버로의 반응 화학 물질 펄스는 세정 화학 물질 주기에 의해 이어진다. 세정 화학 물질은 개스 또는 유체일 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 세정 화학 물질은 연속적으로 유동한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 선구체 화학 물질 펄스의 적어도 일부 동안에 세정 화학 물질의 유량이 감소된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 문제가 되는 펄스 밸브를 통하여 반응 챔버 안으로 선구체 증기가 배출되지 않는 주기 동안에 세정 화학 물질은 상승된 비율로 유동한다.
세정 화학 물질은 여기에서 개스 또는 유체를 지칭할 수 있으며, 이것은 공간으로부터 유체 원자 또는 분자를 밀어낼 수 있고, 그리고/또는 그것을 표면으로부터 제거할 수 있다. 세정 화학 물질은 아르곤 개스(Ar) 또는 질소 개스(N2)와 같이 중성적이거나 또는 가열된 개스 또는 이온 개스 또는 래디컬 개스(radical gas)와 같이 반응성일 수 있다. 이것은 반응 화학 물질과 반응하지 않는 그 어떤 기체일 수 있거나, 또는 고체 종(solid species)을 생성하지 않는 (또는 일부 경우에 기판과 반응하는 액체 종도 생성하지 않는) 방식으로, 세정될 화학 물질과 반응하는 그 어떤 개스일 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 세정 기체는 헬륨 개스(He)일 수 있다. 개스의 전부 또는 일부는 캐리어 개스(carrier gas)로 간주될 수 있다.
특정의 실시예 또는 모든 상기의 실시예들에서 다음과 같은 것이 적용된다.
-유입부(101) 안으로 유동하는 화학 물질은 순수한 선구체(또는 반응성) 화학 물질로 이루어질 수 있거나, 또는 선구체 화학 물질과 캐리어 개스의 혼합물로 이루어질 수 있다.
-캐리어 개스로의 반응 개스의 유동 및 혼합은, 예를 들어 동일한 양수인에게 양도된 미국 특허 US 8,211,235 에 제시된 바와 같이, 증착 사이클 단계의 지속 기간으로 그 어떤 동기화라도 이루어지거나 또는 전체 프로세스와 동기화된 밸브이거나, 또는 질량 유동 콘트롤러(mass flow controller)를 가진 콘트롤러일 수 있다;
- 펄스 밸브(100 또는 300)는 밸브 영역내에서 선택적인 폐기 라인(501)에 모세관과 같은 유동 제한기(flow restrictor)를 포함할 수 있다;
-밸브(100 또는 300)는 3 웨이 밸브 또는 4 웨이 밸브일 수 있으며, 여기에서 유체 유동은 폐쇄부(111)를 타격한다.
- 유체 유동은 (도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이) 밸브의 측부에 위치된 추가적인 세정 화학 물질 유입부로부터 배출될 수 있고, 그리고/또는 추가적인 세정 화학 물질 유입부는 (도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이) 밸브 동체의 외측으로부터 오는 세정 화학 물질 유입 파이프에 의해 제공될 수 있다.
-세정 화학 물질 유입 파이프는 가열될 수 있으며, 상기 열은 반응 챔버 열보다 더 높을 수 있다
- 세정 화학 물질 유입 파이프에는 예열 개스(pre-heated gas)가 제공될 수 있다.
- 반응 챔버를 향하여 제공된 반응 챔버 유출 채널(또는 개구)(104)은 반응 챔버로의 유일한 유입부일 수 있다 (즉, 반응 챔버로의 다른 개스 유입부들이 없다)-이러한 유출 채널은 반응 챔버내의 반응들에 필요한 모든 화학 물질을 제공할 수 있다.
- 폐쇄부(111)가 반응 공간(또는 기판 표면)을 향하도록 (또는 보도록) 펄스 밸브가 지향될 수 있다.
- 개구는 폐쇄 표면으로부터 반응 챔버를 향하여 확장될 수 있다
-확장은 원추형 개구의 형태일 수 있다.
- 펄스 밸브는 반응 챔버(또는 반응 용기) 구조체의 일부를 형성할 수 있다- 반응 챔버 구조체는 반응 챔버 뚜껑일 수 있다.
-중간 공간(522)내의 압력은 1000-0.1 mBar이고, 바람직스럽게는 100-1 mBar 이고, 보다 바람직스럽게는 20-2 mBar 일 수 있다.
-반응 챔버 압력은 주위 압력 내지 1마이크로Bar 이고, 보다 바람직스럽게는 10-0.01 mBar 이고, 가장 바람직스럽게는 1-0.1 mBar 일 수 있다.
-반응 챔버 압력은 챔버(530)로부터의 밖으로 이어지는 포어라인(foreline)(배기 라인)(555)에서의 진공을 변경하는 것의 보조로 변화될 수 있거나, 또는 반응 공간(521)으로의, 그리고 가능하게는 중간 공간(522)으로의 전체적인 개스 유동에 의하여 변화될 수 있다.
-여기에서 지칭된 반응 챔버 압력은 프로세스와 동기화될 수 있거나, 또는 증착 사이클의 단계의 지속 기간으로의 그 어떤 동기화라도 적용될 수 있다.
도 8 은 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 폐쇄부(111)는, 반응 화학 물질 유입부(101)로부터 반응 챔버 유출부(104)로의 경로가 개방되어 있는 동안, 폐기 라인 유출부(102')를 폐쇄하도록, 또는 폐기 라인 유출부(102')를 적어도 부분적으로 폐쇄하도록, 또는 폐기 라인으로의 유동을 감소시키도록 구성될 수 있다. 폐기 라인 유출부(102')는 폐쇄부(111)의 다른 측에 위치될 수 있어서, 폐쇄부(111)가 반응 챔버 유출부(104)로부터 멀어지게 움직일 때 그것은 폐기 라인 유출부(개구)(102')에 대하여 민다.
다른 실시예들에서, 약간 개량된 밸브 디자인에서, 폐쇄부(111)는 예를 들어 유입부(101)를 밀어서 반응 챔버로의 통로를 폐쇄하는 동안 반응 화학 물질 유입부(개구)(101)를 폐쇄할 것이다. 이것은 폐쇄부(111) 위의 공간으로부터 폐기 라인으로 반응 개스를 비우기 위한 것이다. 만약 폐쇄부(111)가 폐쇄부를 지나서 반응 챔버 안으로 유동하는 반응 화학 물질을 완전하게 차단할 수 없다면 (즉, 폐쇄부(111)가 완전하게 폐쇄되지 않을 때) 상기와 같은 것이 특히 적용될 수 있다. 다음에 폐쇄부(111) 위의 공간내 압력은 반응 챔버내의 압력에 비교하여 낮으며, 잔류 반응 화학 물질은 폐기 라인의 방향으로 유동한다.
그 어떤 특정의 상기 실시예에 관한 설명은 다른 개시된 실시예들에 직접적으로 적용될 수 있다. 이것은 개시된 장치의 구조 및 작동과 관련하여 적용된다.
특허 청구범위의 해석 및 범위를 제한하지 않으면서, 여기에 개시된 실시예들의 하나 이상의 특정한 기술적 효과는 다음에 열거된다. 기술적인 효과는 포착된(trapped) 선구체 화학 물질의 최소량을 제공함으로써, 높은 펄스 속도를 가능하게 하면서, 예를 들어 1 초당 한번 이상의 펄스 및 퍼지를 가능하게 하면서, 바람직스럽지 않은 입자 발생을 회피한다. 다른 기술적인 효과는 기계적으로 작은 펄스 밸브의 구현으로서, 예를 들어 10 세제곱 센티미터보다 작은, 예를 들어 4 세제곱센티미터인 펄스 밸브의 구현이다. 다른 기술적 효과는 표면으로부터 반응 물질을 퍼지시킴으로써 이루어지는 세정 효과이다. 펄스 밸브 유출부 및 펄스 밸브 구조체의 고체 표면들상에 흡수된 물질의 바람직스럽지 않은 개스 상 반응(gas phase reaction)들은 최소화될 수 있다.
주목되어야 하는 바로서, 상기에서 설명된 방법 단계들 또는 기능들의 일부는 상이한 순서로 수행될 수 있고 그리고/또는 서로 동시에 수행될 수 있다. 더욱이, 상기 설명된 기능들 또는 방법 단계들의 하나 이상은 선택적일 수 있거나 또는 조합될 수 있다.
상기 도 1 내지 도 4 및 도 8 에서, 폐쇄부(111)가 움직이는 밸브(100 또는 300) 내부의 공간은 각각의 경우에 폐쇄 체적으로 간주되어야 한다.
도 1 내지 도 8 에 도시된 실시예들과 관련하여 위에서 설명된 것은 일반적으로 다음의 실시예들에 대해서도 적용된다. 또한, 다음의 실시예들중 그 어떤 것과도 관련하여 설명된 바는 위에서 설명되고 도시된 실시예들 뿐만 아니라 다음의 다른 실시예들에 적용된다.
도 9 는 다른 예시적인 실시예로서, 펄스 밸브의 폐쇄부가 퍼지된다. 펄스 밸브(900)는, 선구체 화학 물질과 같은, 반응 화학 물질을 위한 유입부(901) 및, 반응 챔버(도 9 에서 도시되지 않은 반응 챔버)를 향한 유출부(904)를 가지는 밸브 동체(910)를 포함한다. 펄스 밸브(900)에 의해 포함된 폐쇄부(191)는 반응 화학 물질 유입부(901)로부터 반응 챔버 유출부(904)로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 구성 및 폐쇄 구성을 가진다. 도 9 는 그것의 폐쇄 구성에서의 폐쇄부(191)를 도시한다.
펄스 밸브(900)는 폐쇄부를 퍼지시키도록 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부를 더 포함한다. 도 9 에서 추가적인 유동 채널 유출부(903)가 도시되어 있다. 유출부(903)는 반응 화학 물질 유입부(901)와 같은 폐쇄부(191)의 측에 있다. 이러한 실시예에서, 유출부(또는 파이프 단부)(903)는 반응 챔버를 바이패싱하는 폐기 라인의 시작 지점을 형성한다. 폐기 라인은 예를 들어 입자 트랩 또는 진공 펌프(미도시)로 연장될 수 있다.
유동 채널 또는 유출부(903)는 반응 화학 물질 유입부(901)를 제공하는 유동 채널 안에 존재하도록 위치된다. 따라서, 유출 파이프(903)는 반응 화학 물질 유입부(901)를 제공하는 유동 채널(유입 파이프)의 대응하는 유동 단면적보다 작은 유동 단면적을 가진다.
일 실시예에서, 유동 채널 또는 유출부(903)는 반응 화학 물질 유입부(901)를 제공하는, 둘러싸는 유동 채널의 유동 단면적의 25 % 보다 작은 유동 단면적을 가진다.
폐쇄부(191)의 폐쇄 구성에서, 반응 화학 물질 유입부(901)로부터의 반응 화학 물질은 반응 화학 물질 유입부(901)로부터 밸브의 폐기 채널 유출부(903)로의 경로상에서 폐쇄부(191)를 퍼지시키도록 유동한다. 퍼지의 유동 방향은 폐쇄부의 표면을 따라서 이루어진다.
펄스 밸브(900)는 반응 챔버 유출부(904)와 (폐쇄부(191)를 통해) 유체 소통되는 캐리어 개스 유입부(911)를 더 포함할 수 있다. 폐쇄부(191)가 폐쇄 구성에 있을 때, 폐쇄부(191)는 반응 화학 물질 유입부(901)상에 놓이거나 또는 폐쇄 밀봉 링(미도시)상에 놓여서, 반응 화학 물질 유입부(901)로부터 반응 챔버 유출부(904)로의 경로를 폐쇄한다. 동시에, 이러한 경로는 폐쇄부(901)와 밸브 동체(910) 사이의 유입부(911)로부터 유출부(904)로의 만곡된 경로(도 11 참조)를 제공한다. 이러한 경로를 따라서 유동하는 캐리어 개스/비활성 개스는 반응 화학 물질 유입부(901)의 영역 둘레에 있는 영역에서 폐쇄부(191)를 퍼지시킨다.
도 10 은 폐쇄부(191)가 개방 구성에 있는 펄스 밸브(900)를 도시한다. 반응 화학 물질은 반응 화학 물질 유입부(901)로부터 반응 챔버 유출부(904)로 유동한다. 실시예에 따라서, 반응 화학 물질은 유입부(911)로부터 도달하는 캐리어 개스와 혼합된다. 추가적인 유동 채널 유출부(903)로의 흡입(suction)은 반응 화학 물질이 그 안에 정체(stagnating)되는 것을 방지하도록 유지된다.
도 11 은 유입부(911)로부터 유출부(904)로 캐리어(또는 비활성) 개스의 유체 소통을 도시한다. 폐쇄부(191)가 폐쇄 구성에 있을 때 경로는 반응 화학 물질 유입 영역을 바이패스하고, 폐쇄부(191)가 개방 구성에 있을 때 캐리어 개스 유동은 폐쇄부(191)의 전체 영역을 퍼지한다는 차이점을 가지면서, 경로는 전체 증착 사이클 또는 시퀀스 동안 개방된다. 경로는 폐쇄부(191) 둘레의 환상형 유동 경로(도넛 링 구조)에 의해 구현될 수 있다.
도 12 는 펄스 밸브의 폐쇄부가 퍼지되는 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 펄스 밸브(900')는 펄스 밸브(900)의 구조 및 작동에 대응하되, 예외적으로 반응 화학 물질 유입 파이프(901')가 유동 채널(폐기 라인)(903') 안에 존재하며, 그것의 역은 성립하지 않는다. 따라서, 이러한 실시예에서, 밸브 동체(910)는 폐기 라인 유출부(903')를 제공하고, 반응 화학 물질 유입 파이프(901')는 유출 파이프(903')내에 위치된 소형 파이프이다.
도 12 는 폐쇄 구성에 있는 밸브 폐쇄부(191)를 도시한다. 폐쇄부(191)의 폐쇄 구성에서, 반응 화학 물질 유입부(901')로부터의 반응 화학 물질은 반응 화학 물질 유입부(901')로부터 유동 채널(903')(밸브(900')의 폐기 라인 유출부)로의 경로상에서 폐쇄부(191)를 퍼지하도록 유동한다.
도 13 은 폐쇄부(191)가 개방 구성에 있는 펄스 밸브(900')를 도시한다. 반응 화학 물질은 반응 화학 물질 유입부(901')로부터 반응 챔버 유출부(904)로 유동한다. 실시예에 따라서, 반응 화학 물질은 유입부(911)로부터 도달하는 캐리어 개스와 혼합된다. 폐기 라인(903')으로의 흡입은 반응 화학 물질이 라인에서 정체되는 것을 방지하도록 유지된다.
도 14 는 특정의 예시적인 실시예에 따른 다른 기판 프로세싱 장치를 도시한다. 기판 프로세싱 장치(1400)는 반응 챔버(1430)에 의해 형성된 반응 공간(1421)내에 기판(600)을 수용하도록 구성된 반응 챔버(1430)를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 장치는 반응 챔버(1430)를 둘러싸는 외측 챔버(1440)를 구비함으로써 반응 챔버(1430)와 외측 챔버(1440) 사이의 중간 공간(1422)을 폐쇄한다. 특정의 예시적인 실시예에서, 중간 공간(1422)은 공간(1422) 안에 위치된 히터(1445)에 의해 가열된다.
고온 밸브로서 작용하는 펄스 밸브(900)는 가열된 중간 공간(1422) 안에 위치된다. 반응 화학 물질 인피드 라인(1401)은 반응 화학물질 소스(미도시)로부터 펄스 밸브(900)의 반응 화학 물질 유입부(901)로 연장된다. 폐기 라인(1402)은 펄스 밸브(900)의 폐기 라인 유출부(903)에서 시작되고, 중간 공간(1422)을 통하여 배기부로 연장된다. 특정의 예시적인 실시예들에서 폐기 라인(1402)은 반응 챔버(1430)로부터 진공 펌프(미도시)로 연장되는 배기 라인(1455)에 접합된다. 대신에, 다른 실시예들에서, 폐기 라인(1402)은 라인을 위하여 진공을 형성하는 분리된 수단의 도움으로 화학 물질 추출부로 연장된다 (미도시).
펄스 밸브(900)는 도 9 내지 도 11 과 관련하여 설명된 것과 유사한 구조 및 작동을 가진다. 따라서, 펄스 밸브(900)는 캐리어 개스 라인(1403)으로부터 도달하는 캐리어 개스를 위한 유입부(911)를 가진 밸브 동체를 포함한다. 펄스 밸브는 유출부(904)를 더 가지고, 상기 유출부를 통하여 (프로세싱 사이클의 단계에 따라서) 펄스 비활성 화학 물질 및 캐리어 개스의 혼합물 또는 비활성 개스가 반응 챔버 인피드 라인(1404)를 따라서 반응 챔버(1430)를 향하여 유동한다. 펄스 밸브에 포함된 폐쇄부는 반응 화학 물질 유입부(901)로부터 반응 챔버 유출부(904)로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 구성 및 폐쇄 구성을 가진다. 반응 챔버 인피드 라인(1404)는 반응 챔버(1430)의 상부 벽 또는 뚜껑(1420)까지 끝날 수 있고 그곳에서 유동하는 유체는 그로부터 반응 챔버(1430)의 내부로 전달된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 도 14 에 도시된 바와 같이, 인피드 라인(1404)은 반응 챔버(1430)의 측벽을 따라서 부착 지점으로 이동하도록 경로가 정해진다. 금속-금속 접촉이 부착 지점에서 제공될 수 있어서 기판을 반응 챔버(1430) 안으로 상부 로딩(top loading)하도록 라인(1460)에서 반응 챔버 뚜껑(1420)이 들어올려질 때 인피드 라인(in-feed line, 1404)의 불연속성이 허용된다.
도 14 는 펄스 밸브(900)의 작동 요소(1480)를 더 도시한다. 작동 요소(1480)는 폐쇄부(191)의 움직임이 폐쇄부(191)의 개방 및 폐쇄 구성을 제공하도록 한다. 작동 요소(1480)는 가열 및/또는 진공의 중간 공간(1422)의 내측 또는 외측에 위치될 수 있다. 작동 요소가 외측에 위치되는 경우에, 기계적인 바아(mechanical bar), 공압 수단, 유압 수단 또는 자석과 같은 방법에 의하여 작동이 밸브(900)로 안내될 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 작동 요소(1480)는 장치(1400)의 작동을 제어하는 제어 시스템(1450)으로부터 신호 형태의 명령을 수신한다. 제어 시스템(1450)(도 15 참조)은 적어도 하나의 프로세서(1451)를 포함하여 장치(1400)의 작동을 제어하고 컴퓨터 프로그램 또는 소프트웨어(1453)를 포함하는 적어도 하나의 메모리(1452)를 제어한다. 소프트웨어(1453)는 장치(1400)를 제어하도록 적어도 하나의 프로세서(1451)에 의해 수행되는 프로그램 코드 또는 명령을 포함한다. 소프트웨어(1453)는 통상적으로 작동 시스템 및 상이한 적용예들을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 메모리(1451)는 장치(1400)의 일부를 형성할 수 있거나 또는 부착 가능한 모듈을 포함할 수 있다. 제어 시스템(1450)은 적어도 하나의 통신 유닛(1454)을 더 포함한다. 통신 유닛(1454)은 장치(1400)의 내부 통신을 위한 인터페이스를 제공한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 제어 유닛(1450)은 예를 들어, 측정 및 제어 장치들, 밸브, 펌프 및 히터들과 같은 장치(1400)의 상이한 부분들로 지시 또는 명령을 송신하고 그로부터 데이터를 수신하도록 통신 유닛(1454)을 사용한다.
제어 시스템(1450)은 예를 들어 사용자로부터 프로세스 파라미터와 같은 입력을 수신하도록 사용자와 함께 작용하는 사용자 인터페이스(1456)를 더 포함할 수 있다.
장치(1400)의 작동에 대하여, 제어 시스템(1450)은 예를 들어 장치의 프로세스 타이밍을 제어한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 장치(1400)는 프로그램에 의하여, 예를 들어, 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에, 프로세싱 개스에 노출된 폐쇄부의 전체 표면 영역들을 퍼지시키도록 구성된다. 특히, 이것은 증착 사이클 또는 시퀀스의 적어도 특정 기간 동안에, 선구체 개스에 노출된 폐쇄부의 모든 개방 영역들(즉, 덮이지 않은 영역들)을 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 이러한 개방 영역들은 밸브(900)의 그 어떤 고정된 부분에 의해 접촉되지 않는 노출 영역들을 포함한다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치(1400)는 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 상기 반응 화학 물질에 의해 연속적으로 반응 화학 물질 유입부(901)의 영역에서 폐쇄부를 퍼지하도록, 그리고 캐리어 개스에 의해 연속적으로 상기 영역 둘레의 폐쇄부를 퍼지하도록 프로그램된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치(1400)는 흡입 채널로 표시될 수도 있는 채널(1402)에 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 흡입을 제공하도록 프로그램된다. 더욱이, 특정의 예시적인 실시예들에서 장치는 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 반응 화학 물질 인피드 라인(1401) 안에 개스 유동을 제공하도록 프로그램된다. 따라서 장치(1400)는 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 반응 화학 물질 유입부(901)의 영역에서 폐쇄부를 퍼지하도록 프로그램되며, 이러한 퍼지는 특정 실시예들에서 반응 개스에 의한 것이다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 장치는 유입부(911)로부터 유출부(904)로 유동하도록 구성된 캐리어 개스 유동으로 반응 화학 물질을 펄스(pulse)시키도록 프로그램된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부의 상기 연속적인 퍼지는, 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 추가적인 유동 채널(1402)을 통하여 발생되지 않거나 또는 추가적인 유동 채널(폐기 라인)(1402)을 통해 발생되지 않는다. 예를 들어, 폐쇄부가 개방 구성에 있을 때, 특정의 예시적인 실시예들에서 퍼지는 유입부(들)(901, 911)로부터 반응 챔버 유출부로 구현된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 추가적인 유동 채널(1402)은 폐쇄부가 개방 구성에 있을 때 폐쇄되거나 또는 적어도 부분적으로 폐쇄된다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부가 개방 구성에 있는 기간 동안에 폐기 라인(1402)으로의 유동은 감소되지만 정지되지 않는다.
각각의 유동 채널은 관련된 유동 채널내에서의 유동을 변화 및/또는 제한하도록 자체의 펄싱 제어(pulsing control), 압력 제어, 질량 유동 제어 및/또는 밸브 제어를 포함할 수 있다. 정적(static) 또는 동적(dynamic) 유동 또는 압력에 따라서, 상기 유동 제어 수단은 장치 또는 밸브내에서 하나 또는 임의의 채널의 소망 유동 방향을 보장하도록 이용될 수 있다.
도 14 에 도시된 오직 하나의 펄스 밸브가 있을지라도, 유사한 구조 및 작동 특성을 가진 복수개의 펄스 밸브 및/또는 상이한 공지 구조를 가진 하나 이상의 다른 펄스 밸브들이 있을 수 있다는 점은 명백하다.
도 16 은 기판 프로세싱 장치(1400)에 대한 특정의 변경을 포함하는 기판 프로세싱 장치(1600)를 도시한다. 펄스 밸브(900) 대신에, 도 12 및 도 13 과 관련하여 설명된 펄스 밸브(900')(들)가 사용될 수 있다. 인피드 라인(in-feed line)의 자유 부분들에 펄스 밸브들을 부착하는 대신에 또는 펄스 밸브들을 부착하는 것에 더하여, 도면 번호 900* 으로 표시된 바와 같이 펄스 밸브(들)가 반응 챔버(1430)의 측벽에 번갈아서 위치될 수 있거나, 또는 뚜껑 구조 또는 상부 벽(1420)에 위치될 수 있거나, 또는 측벽 및 뚜껑 구조/상부 벽(1420) 양쪽 모두에 위치될 수 있다. 더욱이, 특정의 예시적인 실시예들에서, 적어도 하나의 펄스 밸브는 반응 챔버(1430)의 내부에 위치될 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 하나 이상의 펄스 밸브들 모두는 측벽 및/또는 챔버(1430, 1440)들 사이의 자유 부분에 위치되고, 반응 챔버(1430)는 상부로부터의 기판 표면에서의 표면 반응에 필요한 에너지를 수용하도록 상부로부터 개방되는데, 에너지는 예를 들어 플라즈마 또는 광자의 형태일 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버(1430)는 기판을 로딩 및 언로딩하기 위하여 측벽에서 해치(hatch, 1431)를 포함한다. 구조체(1420)는 고정된 챔버 상부 벽 또는 제거 가능한 뚜껑일 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 구조체(1420)는 제거 가능한 뚜껑이다. 기판 또는 기판들(600)은 뚜껑(1420)을 들어올림으로써 반응 챔버의 상부측으로부터 로딩된다. 펄스 밸브(들)의 바람직한 위치는 인피드 라인의 자유 부분들이거나 또는 측벽에 있다. 제거 가능한 뚜껑이 뚜껑에 펄스 밸브(들)를 가지는 경우에, 파이프(1401,1402)들은 예를 들어 필요하다면 도 16 의 라인(1460)에서 연결 및 연결 해제되도록 설계될 수 있다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 챔버(1430)는 예를 들어 벨로우즈 구조체(1470)에 의해 내려져서 챔버(1430)와 뚜껑(1420) 사이에 기판 로딩 경로를 형성한다. 유사한 구성은 동일한 출원으로 제출된 국제 출원 PCT/FI2017/050071에 설명되어있다. 이것은 반응 챔버의 측부로부터의 로딩을 가능하게 한다.
제시된 실시예들에서, 제시된 라인 또는 유동 채널들의 어느 것에 있는 유동 제어 장치(또는 구성부들)를 가지는 유동 조절 또는 제한 수단이 있을 수 있다. 그러한 장치들의 예는, 밸브, 질량 유동 콘트롤러, ALD 밸브, 불완전 폐쇄 밸브(non-completely closing valves), 다단계 디지털 밸브(multi-stage digital valves) 및 제한된 개스 유동을 가진 경로들이 평행하게 있는 밸브들과 같은 것이다. 이러한 장치들은 제어 시스템(1450)의 제어하에 작동한다. 제시된 라인 또는 유동 채널들은, 예를 들어 필요하다면, 인피드 라인(1401)에 있는 반응 화학 물질에 압력 표시기를 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 폐쇄부(991)는 정상(steady)의 (일정한) 구성을 가지며, 여기에서 펄스 밸브를 통한 유체 유동은 펄스 밸브와 유체 소통되는 유동 채널들에 위치한 유동 제어 요소들의 보조로 조절된다. "정상(steady)"이라는 용어는 여기에서 폐쇄부의 구성이 작동중에 일정하게 유지됨으로써 개방 구성 및 폐쇄 구성이 제공되지 않는 폐쇄부를 나타내도록 사용된다.
도 17 은 특정의 예시적인 실시예들에 따른 특정의 유동 제어 장치들이 설치된 기판 프로세싱 장치를 도시한다. 도 17 에 도시된 기판 프로세싱 장치(1700)는 전체적으로 도 14 또는 도 16 과 관련하여 설명된 유형이다. 이것은 가열된 중간 공간 안에 위치된 펄스 밸브(900)의 고온 밸브 유형을 포함한다.
반응 화학 물질 인피드 라인(1401)은 반응 화학 물질 소스(미도시)로부터 밸브(900)로의 유동을 제어하도록 적어도 하나의 유동 제어 장치(1)를 포함한다. 적어도 하나의 유동 제어 장치는 제어 시스템(1450)에 의해 제어되는 밸브를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 밸브는 소스와 연결되어 위치된다. 적어도 하나의 유동 제어 장치(1)는 제어 시스템(1450)에 의해 제어되는 질량 유동 콘트롤러를 추가적으로 포함할 수 있다.
마찬가지로, 캐리어 개스 라인(1403)은 캐리어 개스(또는 비활성 개스) 소스(미도시)로부터 밸브(900)로의 유동을 제어하도록 적어도 하나의 유동 제어 장치(3)를 포함한다. 적어도 하나의 유동 제어 장치는 제어 시스템(1450)에 의해 제어되는 밸브를 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 밸브는 캐리어 개스 소스와 연결되어 위치된다. 적어도 하나의 유동 제어 장치(3)는 제어 시스템(1450)에 의해 제어되는 질량 유동 콘트롤러를 추가적으로 포함할 수 있다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐기 라인(1402)은 밸브(900)로부터 나가는 유동을 제어하도록 적어도 하나의 유동 제어 장치(2)를 포함한다. 적어도 하나의 유동 제어 장치(2)는 제어 시스템(1450)에 의해 제어된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 진공 증착 사이클 또는 진공 증착 시퀀스와 같은 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안, 제어 시스템(1450)은 적어도 하나의 유동 제어 장치(2)를 통하여 폐기 라인(1402)을 따라서 선구체 화학 물질이 유동할 수 있도록 프로그램된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 제어 시스템(1450)은 반응 화학 물질이 반응 챔버(1430) 안에 존재하도록 소망되는 기간 동안에 (예를 들어, 문제가 되는 선구체의 선구체 증기 펄스 기간 동안에) 폐기 라인(1402)에서의 유동을 제한하도록 프로그램된다. 이러한 시간 동안에, 문제가 되는 증기 또는 선구체 화학 물질의 폐기 라인(1402)으로의 유동은 감소되지만, 정체(stagnation)를 회피하도록 완전하게 정지되지 않는다.
배기 라인(1455)은 제어 시스템(1450)에 의해 제어되는 적어도 하나의 유동 제어 장치(5)를 가질 수도 있다. 반응 챔버 인피드 라인(1404)은 (도 17 에 도시되지 않았을지라도) 제어 시스템(1450)에 의해 제어되는 적어도 하나의 유동 제어 장치를 가질 수도 있다.
다른 실시예는 도 18 에 도시된 바와 같이 반응 및/또는 진공 챔버(1430, 1440)의 외부에 또는 적어도 부분적으로 외부에 밸브(900)등의 사용을 포함한다. 소스(미도시)로부터 반응 챔버(1430)로의 전체에 연장된 가열 유입 라인(들)이 있을 수 있다. 예를 들어 미국 특허 US 8,741,062 B2에 제시된 바와 같이, 라인(들)은 외부로부터 또는 내부로부터 가열될 수 있다. 가열된 챔버(1430,1440)들의 외측에 있는 가열된 영역은 도면 번호 180 으로 표시되어 있다. 진공 챔버(1440)의 외부에 위치된 다른 밸브(900)등은 상기 종래 기술 특허 공보에 개시된 방식으로 분리된 가열을 가질 수 있다.
도 19 는 펄스 밸브의 폐쇄부가 퍼지되는 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 펄스 밸브(900")는 밸브 동체(910)를 구비하며, 밸브 동체는 선구체 화학 물질과 같은 반응 화학 물질을 위한 유입부(901") 및, 반응 챔버를 향한 유출부(904")를 가진다 (반응 챔버는 도 19 에 도시되지 않았다). 펄스 밸브(900")에 포함된 소스(191)는 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 반응 챔버 유출부(904")로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하는 개방 구성 및 폐쇄 구성을 가진다. 도 19 는 폐쇄 구성에서의 폐쇄부(191)를 도시한다.
펄스 밸브(900")는 폐쇄부를 퍼지하는 추가적인 유동 채널 유출부를 더 포함한다. 도 19 에서 폐기 채널 유출부(903")가 도시되어 있다. 반응 화학 물질 유입부(901")의 같은 측에 유출부(903")와 폐쇄부(191)가 있다. 이것은 폐쇄부가 폐쇄 구성에 있을 때 유입부(901") 및 유출부(903")가 유체 소통되지만, 유입부(901") 및 유출부(903")로부터 유출부(904")로의 유동은 (밸브(900")의 2 개 측을 분리하는 개구를 덮는 폐쇄부(191)에 의하여) 방지됨을 의미한다. 도 11 및 도 12 에 도시된 실시예에서 만곡된 경로(환상형 유동 경로)를 통하여 유입부(911)가 유출부(904)와 유체 소통되는 것과 유사한 방식으로 유입부(901")는 유출부(903")와 유체 소통된다.
폐쇄부(191)의 폐쇄 구성에서, 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 밸브의 폐기 채널 유출부(903")로의 경로상에서 (개구의 반응 화학 물질 측상의) 폐쇄부(191)를 퍼지하도록, 반응 화학 물질 유입부(901")로부터의 개스가 유동한다. 퍼지의 유동 방향은 폐쇄부의 표면을 따른다.
특정의 예시적인 실시예들에서 펄스 밸브(900")는 반응 챔버 유출부(904")와 (폐쇄부(191)를 통하여) 유체 소통되는 캐리어 개스 유입부(911")를 더 포함한다. 캐리어 개스 유입부(911")를 제공하는 유동 채널은 경사진 각도로 폐쇄부에 접근하여, 폐쇄부에서 꺽어지고 반응 챔버를 향하여 연속된다 (그리고 밸브의 반응 챔버 유출부(904")를 제공한다). 따라서 채널은 L 형상 채널일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 펄스 밸브로부터 반응 챔버로의 유동은 제한되지 않는다. 펄스 밸브로부터 반응 챔버로의 유동 경로는 밸브 또는 필터와 같은 그 어떤 중간 유동 제한 요소들도 없이 구현된다.
폐쇄부(191)가 폐쇄 구성에 있을 때, 폐쇄부(191)는 폐쇄 밀봉 링(1905)상에 놓이고 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 반응 챔버 유출부(904")로의 경로를 폐쇄한다. (개방 또는 밀봉 링(1905)의) 캐리어 개스 유입 및 반응 챔버 유출 측상의 폐쇄부의 표면은 캐리어 개스 유입부(911")로부터 도달하는 캐리어 개스(또는 비활성 개스)에 의해 퍼지된다. 개방 또는 밀봉 링(1905)의 다른 측에 있는 (즉, 반응 화학 물질 유입부 및 폐기 라인 유출 측상의) 폐쇄부는 상기에서 설명된 바와 같이 반응 및/또는 캐리어 개스에 의해 퍼지된다.
도 20 은 폐쇄부(191)가 개방 구성에 있는 펄스 밸브(900")를 도시한다. 반응 화학 물질은 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 반응 챔버 유출부(904")로 유동한다. 실시예에 따라서, 반응 화학 물질은 유입부(911")로부터 도달하는 캐리어 개스(비활성 개스)와 혼합된다. 더욱이, 반응 화학 물질 자체는 반응 화학 물질 유입부(901")에 도달할 때 반응 화학 물질과 캐리어 개스의 혼합물일 수 있다 (이것은 다른 실시예들에도 적용된다). 폐기 채널 유출부(903")로의 흡입은 반응 화학 물질이 그 안에서 정체되는 것을 방지하도록 유지된다. 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 반응 챔버 유출부(904")로의 경로를 따른 전환(turn)은, 반응 화학 물질에 대한 최소의 유동 장애를 제공하기 위하여, 캐리어 개스 유입부(911")로부터 반응 화학 물질 유출부(904")로의 경로를 따른 전환보다 덜 예리하도록, 반응 화학 물질의 유동 기하 형상이 이루어진다.
도 19 및 도 20 에 도시된 실시예들에서 폐기 채널 유출부(903")에서 시작되는 폐기 라인은 밸브(900")로부터 나가는 유동을 제어하도록 선택적으로 적어도 하나의 유동 제어 장치(2)를 포함한다. 적어도 하나의 유동 제어 장치(2)는 제어 시스템(1450)에 의해 제어된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 진공 증착 사이클 또는 진공 증착 시퀀스와 같은, 전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에, 적어도 하나의 유동 제어 장치(2)를 통하여 폐기 라인을 따라서 선구체 화학 물질이 유동할 수 있도록 제어 시스템(1450)이 프로그램된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 반응 화학 물질이 반응 챔버(1430)에 존재하도록 소망되는 기간 동안에 (예를 들어, 문제가 되는 선구체의 선구체 증기 펄스 기간 동안에) 폐기 라인에서의 유동을 제한하도록 제어 시스템(1450)이 프로그램된다. 이러한 시간 동안에는 문제가 되는 선구체 화학 물질 또는 증기의 폐기 라인으로의 유동이 감소되지만, 정체를 회피하도록 완전하게 정지되지는 않는다.
특정의 구현예에서, 캐리어 개스 유입부(911") 및 반응 챔버 유출부(904")를 제공하는 유동 채널은 반응 화학 물질 유입부(901") 및 폐기 라인 유출부(903")를 제공하는 유동 채널보다 큰 용량의 채널이다.
도 21 은 환상형 유동 경로를 허용하는 3 차원 구조를 보다 상세하게 도시한다. 유입부(A)로부터 유출부(B)로의 구조를 따른 만곡된 경로(21a)는 폐쇄부(미도시)가 밀봉 링(1905)상에 놓일 때 (폐쇄 구성) 형성된다. 유입부(A)로부터 링의 다른 측으로의 밀봉 링(1905)을 통하는 유출부(C)로의 경로는 폐쇄부가 링(1905)으로부터 멀어지게 움직일 때 (개방 구성) 형성된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 퍼지 경로(21a)는 적어도 부분적으로 폐쇄부의 후방측으로 연장된다.
도 22 는 도 21 에 도시된 환상형 유동 경로의 장점을 취한, 도 19 및 도 20 의 펄스 밸브의 다른 디자인을 도시한다. 유동 제어 장치(2) 및 제어 시스템(1450)은 도 22 에 도시되어 있지 않다. 캐리어 개스 유입부(911") 및 반응 챔버 유출부(904")를 제공하는 채널에서의 예리한 각도가 예리하지 않은, 만곡된 채널로 대체되었다는 점에서 유일하게, 제시된 디자인은 도 19 및 도 20 에 도시된 디자인과 상이하다. 도 19 내지 도 21 에 관하여 설명된 것은 도 22 에 도시된 실시예에 적용된다.
도 22 는 도 21의 펄스 밸브의 2 차원 도면을 나타내며, 여기에서 반응 화학 물질 유입부(901")는 도 21 의 유입부(A)에 대응하고, 폐기 라인 유출부(903")는 도 21 의 유출부(B)에 대응한다.
작동 요소(1480)는 폐쇄부(191)를 움직임으로써 폐쇄부는 반응 화학 물질 유입부 & 폐기 채널 유출측과 비활성(캐리어) 개스 유입부 & 밸브의 반응 챔버 유출측 사이의 개구를 밀봉하거나 또는 개방(파선)한다. 일 실시예에서, 밸브 동체(910)는 금속으로 만들어지고, 도 22 의 줄이 그어진 영역에 의해 도시되어 있다. 폐쇄부(191)의 폐쇄 구성에서, 비활성 (캐리어) 개스 유입부(911")로부터 오는 개스는 비활성(캐리어) 개스 유입부 및 폐쇄부(191)의 반응 챔버 유출측을 퍼지하고, 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 오고 개구의 다른 측에서 환상형 유동 경로 또는 만곡된 유동 경로를 가지는 개스는 개구의 다른 측에서 폐쇄부(191)를 퍼지한다 (즉, 폐쇄부(191)의 중심 영역 둘레의 폐쇄부(191)의 영역을 퍼지한다). 밸브 동체(910)는 캐리어 개스 유입부(911") 및 반응 챔버 유출부(904")를 제공하는 채널로부터 만곡되거나 또는 환상형인 유동 경로를 분리한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부(191)의 개방 구성에서, 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 오는 개스는 폐쇄부(191)의 전체 표면을 퍼지하고 주로 반응 챔버 유출부(904")를 통하여 유동하지만 폐기 라인 유출부(903")를 통하여서도 유동한다. 퍼지 효과는 비활성(캐리어) 개스 유입부(911")로부터 오는 개스에 의해 보충된다. 따라서, 제시된 디자인은 연속적으로 퍼지되지 않는 간극(gap)을 회피한다.
도 21 및/또는 도 22 에 도시된 것과 같은 일부 실시예들에서, 예를 들어, 퍼지 작용이 펄스 밸브의 상태에 독립적이라는 의미에서 펄스 밸브(100, 300, 900, 900', 900", 900*)는 불연속의 퍼지 갭(또는 "포켓(pocket)") 없이 구현된다. 따라서, 상기 펄스 밸브가 개방되거나 또는 폐쇄된 것에 독립적으로, 밸브에 있는 모든 표면들이 개스 유동을 겪는다.
특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부의 개방 및 폐쇄 구성 대신에, 밸브를 통해 흐르는 유동과 관련하여 개방 및 부분 폐쇄 작동을 허용하도록 폐쇄부의 개방 및 부분 폐쇄 구성이 제공된다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 폐쇄부의 개방, 부분 폐쇄 및 폐쇄 구성이 제공된다.
도 23 은 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 펄스 밸브는 통상적인 의미로 "펄스 밸브"가 아니지만 다른 유동 안내 장치이다. 유동 안내 장치(2300)는 프로세싱될 기판을 수용하는 반응 챔버(도 23에 미도시)에 유체 연결된다. 유동 안내 장치는 반응 화학 물질 유입부(901"), 반응 챔버를 향한 유출부 (즉, 반응 챔버 유출부(904")) 및, 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 반응 챔버 유출부(904") 또는 장치(2300)의 다른 유출부(903")로 오는 개스의 경로를 위한 유동 안내 요소(991)를 포함한다. 이러한 실시예에서 유동 안내 요소(991)는 정지 상태 폐쇄부(stationary closure)이다. 유동 안내 요소(991)는 에지(edge)와 같은 유동 분리부(flow divider)일 수 있으며, 이것은 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 오는 유동이 상이한 유출부들(여기에서는 반대의 (상이한) 방향에 있는 유출부들(903", 904"))을 향하는 유동으로 분기되는 지점에 위치된다. 상기 다른 유출부(903")는 폐기 라인 유출부일 수 있다. 상이한 유동 방향들(그리고 상기 방향들로의 유체 유동의 진입)은 요소(991)의 형상에 의해 야기될 수 있거나 또는 요소(991)의 형상에서의 변화에 의해 야기될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 유동 방향들(그리고 상기 방향들로의 유체 유동의 진입)은 장치(2300) 안의 유동 채널 합류 영역(flow channel junction area)에서의 압력 편차에 의해 야기된다. 일부 실시예에서, 상이한 유동 방향들(그리고 상기 방향들로의 유체 유동의 진입)은, 캐리어 개스 유입부(911")로부터 반응 챔버 유출부(904") 및 상기 다른 유출부(폐기 채널 유출부)(903")로 이어지는 유동 채널에 유동 채널이 연결되는 합류 영역에서의 압력 차이에 의해 야기된다.
장치(2300)는 비활성 또는 캐리어 개스 유입부(911")를 더 포함한다. 유입부(911")로부터 반응 챔버 유출부(904")로의 비활성 또는 캐리어 개스의 유동은 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 유지된다.
장치(2300)를 포함하는 기판 프로세싱 장치는 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(1450))을 포함한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 제어 시스템은 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 반응 챔버 유출부(904") 및 상기 다른 유출부(903")로의 유량에 대하여 압력에 기초한 제어를 제공한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 제어 시스템은 파이프라인 안에 위치된 압력 변화 장치(예를 들어, 도시되지 않은 펌프, 질량 유동 콘트롤러 등)를 포함하여 파이프라인 안의 압력 변화를 일으키는 상기 다른 유출부(903")를 제공한다. 장치(2300) 내의 압력 조건에 따라서, 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 유동하는 개스는 유출부(903") 또는 유출부(904")로 유동하거나 (유입부(911")로부터 유동하는 비활성 캐리어 개스와 혼합된다) 또는 양쪽 유출부(903",904")로 유동한다. 특정의 예시적인 실시예들에서, 만약 반응 화학 물질 유입부(901")로부터 유동하는 개스가 오직 유출부(903")로만 유동하면, 유입부(911")로부터 유동하는 개스는 유출부(904")로의 유동에 더하여 유출부(903")로도 유동한다. 그러한 방식으로 장치(2300)의 표면들은 (전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안) 연속적으로 퍼지된다. 장치내의 압력 조건들은 상기 압력 변화 장치 및, 장치의 적절한 부분에 위치하는 가능한 다른 압력 변화 장치들에 의하여 변경된다.
도 24 는 본 발명의 특정의 예시적인 실시예들에 따른 방법을 도시한다. 단계(2401)에서, 반응 화학 물질은 기판 프로세싱을 위한 펄스 밸브/유동 안내 장치를 통하여 반응 챔버로 공급된다. 반응 챔버로의 반응 화학 물질의 공급은 단계(2402)에서 중단된다. 폐쇄부/유동 안내 요소의 퍼지 작용은 단계(2403)에서 계속된다.
특허 청구항의 해석 및 범위를 제한하지 않으면서, 여기에 개시된 예시적인 실시예들에 대한 하나 이상의 특정한 다른 기술적 효과들이 다음에 열거된다. 기술적인 효과는 연속적인 퍼지가 이루어지는 반응 개스를 가진 밸브 표면들을 제공하는 것이다. 이것은 특히 반응 챔버의 방향으로 반응 개스를 전도시킬 수 있는 표면들이다. 다른 기술적인 효과는 퍼지되지 않는 파이프라인 부분들의 형성을 제거하는 펄스 밸브내의 기하 형상을 제공하는 것이다. 다른 기술적인 효과는 조인트/연결부의 양측에 사공간(dead space) 없이 화학적 인피드 라인(chemical in-feed line)과 주 비활성 개스 라인(main inactive gas line)사이의 조인트 또는 밸브 연결을 제공하는 것이다. 다른 기술적인 효과는 작동의 신뢰성을 향상시키는 것이다.
상기의 설명은 본 발명의 특정의 구현예들 및 실시예들에 대한 비제한적인 예로써 본 발명을 수행하기 위하여 발명자들이 현재 고려하는 최상의 태양에 대한 완전하고 유용한 정보의 설명을 제공하였다. 그러나, 본 발명이 상기에 제시된 실시예들의 세부 사항에 제한되지 않고, 본 발명의 특징으로부터 벗어나지 않으면서 등가 수단을 이용하여 다른 실시예로 구현될 수 있다는 점은 당업자에게 명백하다.
더욱이, 본 발명의 상기 설명된 실시예들의 특징중 일부는 다른 특징들의 대응하는 이용 없이도 이용될 수 있다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 원리에 대한 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 그것을 제한하여서는 아니된다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한된다.
600. 기판 530. 1430. 반응 챔버
101.901.901'.901". 반응 화학 물질 유입부

Claims (23)

  1. 프로세싱될 기판(600)을 수용하는 반응 챔버(530,1430); 및,
    반응 챔버(530,1430)에 유체 연결된 펄스 밸브(pulsing valve, 100, 300, 900, 900', 900", 900*)를 포함하는 장치로서, 상기 펄스 밸브는:
    반응 화학 물질을 수용하는 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901");
    반응 챔버(530,1430)에 대한 펄스 밸브의 제공된 유체 연결을 중재하는 반응 챔버 유출부(104,904,904");
    펄스 밸브에 있는 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901")로부터 반응 챔버 유출부(104, 904, 904")로의 유체 유동을 제어하는 폐쇄부(111, 191, 991); 및,
    전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안 추가적인 유동 채널을 통하여 폐쇄부(111,191)를 연속적으로 퍼지시키는 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부(103, 303, 903, 903', 903");를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901")로부터 반응 챔버 유출부(104,904,904")로의 경로를 각각 개방 및 폐쇄하거나, 또는 적어도 부분적으로 폐쇄하는 개방 및 폐쇄 구성을 가진 폐쇄부(111,191)를 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 정상 구성(steady configuration)만을 가진 폐쇄부(991)를 포함하고, 상기 장치는 펄스 밸브와 유체 소통되는 유동 채널들 안에 위치된 유동 제어 요소들의 보조로써 유체 유동을 조절하도록 구성되는, 장치.
  4. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안, 프로세싱 개스에 노출되는 폐쇄부(111,191)의 전체 표면 영역을 퍼지하도록 구성되는, 장치.
  5. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 반응 챔버(530,1430)를 둘러싸는 진공 챔버(540,1440)를 더 포함하는, 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 진공 챔버에 의해 형성된 가열 영역에서 반응 챔버(530,1430)의 외측에 있는 진공 챔버(540,1440) 안에 펄스 밸브(100, 300, 900, 900', 900", 900*)를 포함하는, 장치.
  7. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 퍼지의 유동 방향은 폐쇄부(111,191,991)의 표면을 따르는, 장치.
  8. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 폐쇄부(111,191)를 퍼지시키도록 구성된, 장치.
  9. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 폐쇄부(191)를 퍼지시키도록 반응 화학 물질을 반응 화학 물질 유입부(901,901',901")를 통하여 흡입 채널(1402)로 유동시킬 수 있는, 폐쇄부(191)의 반응 화학 물질 유입부 측상의 흡입 채널(1402)을 포함하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 전체 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안에 흡입 채널(1402)에 흡입을 제공하도록 구성된, 장치.
  11. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 펄스 밸브는 반응 챔버 유출부(904,904")를 통하여 반응 챔버에 유체 연결된 캐리어 개스 유입부(911,911")를 더 포함하는, 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 캐리어 개스 유입부(911)로부터 반응 챔버를 향하여 반응 챔버 유출부(904, 904")를 통해 유동하는 캐리어 개스 유동으로 반응 화학 물질을 펄스(pulse)시키도록 구성된, 장치.
  13. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 펄스 밸브는 반응 챔버 벽 또는 뚜껑(1420)의 일부를 형성하거나 또는 반응 챔버 벽 또는 뚜껑(1420)의 일부에 매립되는, 장치.
  14. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 유동 채널(1402)은 반응 화학 물질 유입부(901)를 제공하는 유동 채널(1401) 안에 존재하는, 장치.
  15. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 추가적인 유동 채널(1402)은 반응 화학 물질 유입부(901)를 제공하는 유동 채널(1401)의 유동 단면적의 25 % 보다 작은 유동 단면적을 가지는, 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 반응 화학 물질 유입부(901')를 제공하는 유동 채널은 추가적인 유동 채널(903') 안에 존재하는, 장치.
  17. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 캐리어 개스 유입부(911,911")로부터 반응 챔버(1430)로의 유동 경로는 제한되지 않는, 장치.
  18. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 펄스 밸브(100, 300, 900, 900', 900", 900*)는 불연속적으로 퍼지된 간극(gap) 없이 구현되는, 장치.
  19. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 펄스 밸브(100, 300, 900, 900', 900", 900*)는 펄스 밸브를 상승된 온도에서 작동시키도록 구성된 가열 장치(545,1445)를 더 포함하는, 장치.
  20. 펄스 밸브(100, 300, 900, 900', 900" 900*)를 통하여 펄스 밸브의 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901")로부터 반응 챔버 유출부(104, 904, 904")로 연장된 경로를 따라서 반응 화학 물질을 공급하는 단계;
    펄스 밸브 폐쇄부(111,191)에 의하여 경로의 폐쇄를 제어하는 단계; 및,
    전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안 추가적인 유동 채널(103,303,1402)을 통하여 폐쇄부(111,191)를 연속적으로 퍼지시키는 단계;를 포함하는, 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안 상기 반응 화학 물질에 의하여 반응 화학 물질 유입부(901,901')의 영역에서 폐쇄부(191)를 연속적으로 퍼지시키는 단계; 및,
    캐리어 개스에 의하여 상기 영역 둘레에서 폐쇄부(191)를 연속적으로 퍼지시키는 단계;를 포함하는, 방법.
  22. 기판 프로세싱 장치의 제어 시스템(1450)에 있는 적어도 하나의 프로세서(1451)에 의해 수행될 수 있는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품(1453)으로서, 적어도 하나의 프로세서(1451)에 의해 수행될 때 상기 프로그램 코드는 기판 프로세싱 장치가 제 20 항 또는 제 21 항의 방법을 수행하게 하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  23. 반응 화학 물질을 수용하는 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901");
    펄스 밸브를 반응 챔버(530,1430)에 유체 연결하는 반응 챔버 유출부(104,904,904");
    펄스 밸브에 있는 반응 화학 물질 유입부(101, 901, 901', 901")로부터 반응 챔버 유출부(104,904,904")로의 유체 유동을 제어하는 폐쇄부(111,191,991); 및,
    전체적인 기판 프로세싱 사이클 또는 시퀀스 동안 추가적인 유동 채널을 통하여 폐쇄부(111,191)를 연속적으로 퍼지시키는 추가적인 유동 채널 유입부 또는 유출부(103, 303, 903, 903', 903");를 포함하는, 펄스 밸브(100, 300, 900, 900', 900", 900*).

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