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KR20160125981A - Ald 코팅에 의한 가스 컨테이너 내부의 보호 방법 - Google Patents

Ald 코팅에 의한 가스 컨테이너 내부의 보호 방법 Download PDF

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KR20160125981A
KR20160125981A KR1020167023833A KR20167023833A KR20160125981A KR 20160125981 A KR20160125981 A KR 20160125981A KR 1020167023833 A KR1020167023833 A KR 1020167023833A KR 20167023833 A KR20167023833 A KR 20167023833A KR 20160125981 A KR20160125981 A KR 20160125981A
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KR
South Korea
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gas container
port
gas
interior
inlet
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KR1020167023833A
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배이노 삼멜셀그
유하나 코스타모
빌리 바이에를
얀 아리크
라우리 아리크
스벤 린드포르스
페터 아담
유호 포우티아이넨
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피코순 오와이
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Publication date
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Abstract

가스 컨테이너 내부(410)를 보호하기 위한 장치 및 방법이 제공되는바, 여기에는 상기 가스 컨테이너의 포트(port; 411)에 부착가능한 포트 조립체(port assembly)를 포함하는 유입 및 배출 매니폴드(inlet and exhaust manifold)가 제공되고, 상기 포트 조립체 및 상기 포트를 통하여 반응성 가스들을 상기 가스 컨테이너 내부로 순차적으로 유입시킴으로써 상기 가스 컨테이너 내부가 순차적인 자체-포화 표면 반응(self-saturating surface reaction)들에 노출되며, 반응 잔류물(reaction residue)은 상기 포트 및 상기 포트 조립체를 통하여 상기 가스 컨테이너로부터 외부로 펌핑(pumping)된다. 이로서 얻어지는 기술적 효과로서: 형태가 일치하는 보호 코팅, 가스 컨테이너 내부 만의 코팅, 및 주위 챔버의 클리닝 필요 저감이 얻어진다.

Description

ALD 코팅에 의한 가스 컨테이너 내부의 보호 방법{PROTECTING AN INTERIOR OF A GAS CONTAINER WITH AN ALD COATING}
일반적으로 본 발명은 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 ALD 에 의하여 보호 코팅을 제공함에 관한 것이다.
본 섹션에서는 유용한 배경 기술에 관한 정보에 대해 기술하지만, 여기에서 설명하는 내용이 종래 기술을 대표하는 것이라는 의미는 아니다.
원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy; ALE)는 1970년대 초기 투오모 순톨라(Tuomo Suntola) 박사에 의하여 개발되었다. 이 방법의 다른 일반적인 명칭은 원자층 증착(ALD)이며, 현재 이것이 ALE 대신에 사용된다. ALD 는 적어도 하나의 기판에 적어도 두 개의 반응성 전구체 종류를 순차적으로 도입시킴에 기초한 특수 화학 적층 방법이다.
ALD 에 의하여 성장된 박막(thin film)은 밀도가 높고, 핀홀(pinhole)이 없으며, 균일한 두께를 갖는다. 예를 들어, 일 실험에 따르면 물과 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum; TMA)((CH3)3Al)으로부터 열 ALD(thermal ALD)에 의하여 알루미늄 옥사이드가 성장되었고, 그 결과 기판 웨이퍼에 걸쳐서 대략 1% 정도만의 불균일도(non-uniformity)가 얻어졌다.
본 발명은 ALD 기술의 흥미로운 일 적용예로서, 종래 기술 보다 향상된 보호 코팅을 표면 상에 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 예시적인 제1 형태에 따라 제공되는 가스 컨테이너 내부의 보호 방법은:
상기 가스 컨테이너의 포트(port)에 부착가능한 포트 조립체(port assembly)를 포함하는 유입 및 배출 매니폴드(inlet and exhaust manifold)를 제공함;
상기 포트 조립체 및 상기 포트를 통하여 반응성 가스들을 상기 가스 컨테이너 내부로 순차적으로 유입시킴으로써 상기 가스 컨테이너 내부를 순차적인 자체-포화 표면 반응(self-saturating surface reaction)들에 노출시킴; 및
반응 잔류물(reaction residue)을 상기 포트 및 상기 포트 조립체를 통하여 상기 가스 컨테이너로부터 외부로 펌핑(pumping)함;을 포함한다.
상기 가스 컨테이너는, 예를 들어 가스 병 또는 가스 실린더일 수 있다. (ALD 에 의한) 상기 순차적인 자체-포화 표면 반응들에 의하여 상기 가스 컨테이너 내부 안에 요망되는 보호 코팅이 생성된다. 따라서, 상기 가스 컨테이너 내부는, 반응성 가스들이 접근하는 가스 컨테이너 내부의 모든 표면들이 결국 코팅되도록, ALD 의 이용에 의하여 코팅될 수 있다.
예시적인 소정의 실시예들에서, 상기 방법은 상기 포트 조립체를 가스 컨테이너의 상기 포트에 부착시킴을 포함한다. 상기 가스 컨테이너의 상기 포트는 가스 컨테이너 입부분일 수 있다. 상기 가스 컨테이너 입부분에는 스레드가 형성될 수 있다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 방법은 유입 및 배출 매니폴드의 배출측에 부착된 진공 펌프에 의하여 반응 잔류물 및 퍼지 가스를 상기 가스 컨테이너 내부로부터 밖으로 펌핑함을 포함한다. 상기 진공 펌프는 다음과 같은 효과들 중 한 가지 이상을 제공할 수 있다: 진공 펌프는 가스 컨테이너 내부를 진공으로 만들기 위한 펌핑에 사용될 수 있고, 반응 잔류물을 상기 포트 조립체를 통하여 가스 컨테이너로부터 펌핑하도록 구성될 수 있다.
가스 컨테이너는 ALD 반응을 위한 반응 챔버로서 사용될 수 있다. 따라서, 소정의 예시적인 실시예에서는, 가스 컨테이너가 포트 조립체에 의하여 밀봉되는 반응 용기로서 사용된다. 따라서 상기 순차적인 자체-포화 표면 반응들이 가스 컨테이너 내부 안에서 발생하도록 제한된다.
소정의 예시적인 실시예에서는, 코팅되는 내부 벽들을 구비한 가스 컨테이너가 외부 히터에 의해서 가열되는 고온 벽 반응 챔버를 형성한다.
소정의 예시적인 실시예에서는, 가스 컨테이너의 동일한 포트 또는 개구를 통해서 가스 유입 및 가스 배출 모두가 이루어진다. 소정의 예시적인 실시예에서는, 상기 가스 컨테이너에 기밀식으로(hermetically) 연결된 유입 및 배출 매니폴드가 가스 컨테이너로 직접 개방되고, ALD 공정을 수행하기에 필요한 전구체들의 교번적인 공급이 가능하게 되며, 불활성 가스에 의한 가스 컨테이너의 내부 체적의 소거와, 가스 컨테이너로부터 전구체들, 가스 반응 생성물, 및 퍼지 가스의 제거가 이루어진다.
소정의 예시적인 실시예에서, 가스 컨테이너는 유입 및 배출 매니폴드에 의하여 폐쇄가능하거나 또는 폐쇄된다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 포트 조립체는 밀봉 부품을 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 밀봉 부품은 가스 컨테이너 스톱 밸브의 자리에서 가스 컨테이너 입부분에 탈착가능하게 부착될 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 밀봉 부품은 테이퍼진 스레드를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 테이퍼진 스레드는 가스 컨테이너 입부분에 있는 반대측 스레드에 꼭 맞도록 구성된다. 상기 밀봉 부품은 가스 컨테이너 입부분을 밀봉시키도록 가스 컨테이너 입부분 안에서 비틀릴 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서는 밀봉의 향상을 위하여 상기 스레드가 형성된 가스 컨테이너 입부분과 테이퍼진 스레드 사이에 테플론 테이프와 같은 밀봉 테이프가 제공된다. 소정의 예시적인 실시예에서는, 적어도 하나의 인-피드 라인과 배출 라인이 밀봉 부품을 통과한다. 소정의 예시적인 실시예에서는, 상기 포트 조립체가 밀봉 부품에 탈착가능하게 부착될 수 있는 피팅 부품을 포함한다. 피팅 부품은 밀봉 부품에 대해 (원통형으로) 연속을 이루는 형태를 가질 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 피팅 부품이 밀봉 부품으로부터 분리된 때에, 밀봉 부품은 가스 컨테이너 입부분에 대해 조여지도록 비틀릴 수 있다. 구현예에 따라서, 상기 피팅 부품은, 피팅 부품에 부착된 때에도 밀봉 부품의 비틀림을 허용할 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 인-피드 라인과 배출 라인 모두가 밀봉 부품과 피팅 부품을 통과한다. 소정의 예시적인 실시예에서는, 상기 피팅 부품이 밀봉 부품에 부착된 때에 상기 밀봉 부품과 피팅 부품 사이의 인터페이스가 에어타이트 방식으로 부착될 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서는, 인-피드 라인과 배출 라인 중 적어도 하나가 통과할 수 있도록 하기 위하여 피팅 부품의 반대측 단부에 에어타이트 방식의 관통구가 제공된다.
가스 컨테이너가 예를 들어 반응 챔버 또는 진공 챔버와 같은, 증착을 위한 반응기의 챔버 안에 배치되는 실시예들에서, 포트 조립체에 의한 밀봉은 코팅이 챔버 벽들에 증착됨을 방지한다. 이것은 챔버 벽을 클리닝할 필요를 저감시킨다.
소정의 예시적인 실시예들에서, 가스 컨테이너는 포트 조립체에 구비된 밀봉 부품에 의해 밀봉된 반응 용기로서 사용된다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 밀봉 부품은 스톱 밸브의 자리에서 가스 컨테이너의 상기 포트에 대해 탈착가능하게 부착될 수 있는 테이퍼진 스레드를 포함한다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 포트 조립체는 밀봉 부품에 부착가능한 피팅 부품을 포함하며, 상기 피팅 부품은 밀봉 부품이 가스 컨테이너의 상기 포트에 대해 조여지도록 비틀림됨을 허용한다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 방법은: 가스 컨테이너와 주위의 챔버 벽 사이에 있는 중간 공간 안으로 비활성 퍼지 가스를 안내함; 및 상기 비활성 퍼지 가스를 상기 중간 공간 밖으로 펌핑함;을 포함한다.
비활성 퍼지 가스를 중간 공간 안으로 안내함에 의하여 발생되는 과압은 포트 조립체의 밀봉 효과를 더 향상시킨다. 일 실시예에서 상기 중간 공간은, 중간 공간과 유체 소통되는 진공 펌프에 의하여 진공 압력으로 유지된다. 물질의 유동이 상기 중간 공간으로부터 배출 도관을 통해서 예를 들어 진공 펌프와 같은 펌프로 향하도록 구성함으로써, 상기 중간 공간 안에 도달하는 임의의 전구체 물질이 제거될 수 있다.
유입 및 배출 매니폴드는 적어도 하나의 인-피드 라인과 배출 라인을 제공한다. 전구체 증기는 가스 컨테이너 내의 방출 지점에 있는 상기 적어도 하나의 인-피드 라인으로부터 방출된다. 배출 라인은 가스 컨테이너 내에 있는 배출 지점에서 시작된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 상기 가스 컨테이너 내의 방출 지점(즉, 가스 방출 지점)은 배출 지점(즉, 가스 배출 지점)과 상이한 레벨에 배치된다. 소정의 예시적인 실시예에서의 방출 지점은 가스 컨테이너의 저부(또는 저부 섹션)에 위치하고, 배출 지점은 상부(또는 상부 섹션)에 위치한다. 다른 예시적인 실시예에서는, 방출 지점이 가스 컨테이너 내부의 상부(또는 상부 섹션)에 위치하는 한편, 배출 지점이 저부(또는 저부 섹션)에 위치할 수 있다.
소정의 예시적인 실시예에서, 유입 및 배출 매니폴드는 적어도 하나의 인-피드 라인을 포함하며, 상기 인-피드 라인들의 제어 요소들은 컴퓨터로 구현된 제어 시스템에 의해 제어된다.
소정의 예시적인 실시예에서, 유입 및 배출 매니폴드는 ALD 반응기 인-피드 장비를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 상기 인-피드 장비는 인-피드 라인(들)과, 밸브(들), 질량 유동 콘트롤러(들) 등, 및 이들의 제어 시스템과 같은, 요망되는 전구체 및 비활성 가스 유동의 제어 요소들을 적어도 포함한다.
제어 시스템은 예를 들어 랩탑 컴퓨터 등에 있는 소프트웨어에 의해서 구현될 수 있다. 따라서 소정의 예시적인 실시예에서, 유입 및 배출 매니폴드는 하나 이상의 인-피드 라인들을 포함하고, 상기 인-피드 라인들의 제어 요소들은 컴퓨터로 구현된 제어 시스템에 의해 제어된다. 상기 인-피드 장비에는 적합하고 교체가능한 전구체 및 비활성 가스 소스들이 부착될 수 있다.
본 발명의 예시적인 제2 형태에 따르면 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치가 제공되는바:
상기 장치는, 가스 컨테이너의 포트에 부착가능한 포트 조립체를 구비한 유입 및 배출 매니폴드를 포함하고;
상기 장치는, 반응성 가스들을 상기 포트 조립체 및 상기 포트를 통해서 가스 컨테이너 내부 안으로 순차적으로 유입시킴으로써 가스 컨테이너 내부를 순차적인 자체-포화 표면 반응(sequential self-saturating surface reaction)들에 노출시키도록 구성되며;
상기 장치는, 반응 잔류물을 상기 포트 및 포트 조립체를 통해서 가스 컨테이너 밖으로 펌핑하도록 구성된 펌프를 포함한다.
소정의 예시적인 실시예에서, 유입 및 배출 매니폴드에 의하여 제공되는 가스 방출 지점(gas discharge point)은 유입 및 배출 매니폴드에 의하여 제공되는 가스 배출 지점(gas exhaust point)과 상이한 레벨에 배치된다. 여기에서 상이한 레벨이라 함은, 상이한 높이를 의미하는 것이 통상적이다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 유입 및 배출 매니폴드는 전구체 증기(precursor vapor) 및 퍼지 가스의 인-피드 라인들과 이들의 제어 요소들을 포함한다. 상기 펌프는 유입 및 배출 매니폴드의 배출측에 부착될 수 있다. 상기 펌프는 진공 펌프일 수 있다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 유입 및 배출 매니폴드는 가스 컨테이너에 특화된 포트 조립체를 포함하고, 상기 포트 조립체는, 유입 및 배출 매니폴드가 가스 컨테이너의 상기 포트 안으로 부착됨으로써 유입 및 배출 매니폴드와 가스 컨테이너 내부 사이에 유체 소통 경로(fluid communication path)가 형성되도록 구성된다. 유사하게, 상기 가스 컨테이너 내부와 펌프 사이에도 유체 소통 경로가 형성된다.
소정의 예시적인 실시예에서, 포트 조립체는 가스 컨테이너의 포트에 부착될 수 있는 밀봉 부품을 포함한다.
소정의 예시적인 실시예에서, 밀봉 부품은 테이퍼진 스레드를 포함한다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 장치는, 가스 컨테이너를 둘러싸는 챔버, 및 비활성 퍼지 가스를 가스 컨테이너와 주위의 챔버 벽 사이에 있는 중간 공간 안으로 안내하도록 구성된 비활성 가스의 인-피드 라인을 포함한다.
유입 및 배출 매니폴드를 포함하는 상기 장치는 이동가능한 것일 수 있는바, 이로써 사용자의 필요를 충족시키도록 이동할 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 상기 유입 및 배출 매니폴드는 별도의 유입 매니폴드와 별도의 배출 매니폴드를 포함하는데, 이들은 모두 가스 컨테이너 포트에 동시에 결합될 수 있으며 가스 컨테이너 내부를 보호하는 방법에서 함께 협력하도록 설계될 수 있다.
위에서는 본 발명의 다양하고 비제한적인 예시적 형태들 및 실시예들이 제시되었다. 상기 실시예들은 본 발명을 구현함에 있어 활용될 수 있는 선택된 형태들 또는 단계들을 설명하기 위한 것일 뿐이다. 일부 실시예들은 본 발명의 소정의 예시적인 형태들을 참조해서만 제공된다. 대응되는 실시예들이 다른 예시적인 형태에 적용될 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다. 실시예들의 임의의 적합한 조합이 가능하다.
아래에서는 하기의 첨부 도면들을 참조로 하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 에는 예시적인 일 실시예에 따라서 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 용도를 갖는 장치의 개략도가 도시되어 있다.
도 2a 내지 도 2b 에는 예시적인 소정 실시예들에 따른 대안적인 인-피드 구성(in-feed arrangement)이 도시되어 있다.
도 3 에는 다른 예시적인 실시예가 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4b 에는 예시적인 소정 실시예들에 따른 밀봉 구성(sealing arrangement)이 도시되어 있다.
도 5 에는 예시적인 실시예에 따른 방법이 도시되어 있다.
아래의 상세한 설명에서, 원자층 증착(ALD) 기술은 일 예로서 사용된다. ALD 성장 메카니즘의 기본 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 것이다. 본원의 도입 부분에서 설명된 바와 같이, ALD 는 적어도 하나의 기판에 적어도 두 가지의 반응성 전구체 종류를 순차적으로 도입시킴에 기초한 특수 화학 증착 방법이다. 상기 적어도 하나의 기판은 반응 용기 안에서 일시적으로 분리된 전구체 펄스(precursor pulse)들에 노출되어, 순차적인 자체-포화 표면 반응들에 의하여 상기 기판 표면 상에 물질이 증착된다. 본원에 있어서, 상기 적어도 하나의 기판은 예를 들어 가스 병인 가스 컨테이너의 내부(내측 표면)에 해당된다. 또한, 본원에 있어서 ALD 라는 용어는 적용가능한 모든 ALD 기반 기술과 이와 동등한 기술, 또는 예를 들어 분자층 증착(Molecular Layer Deposition; MLD) 기술과 같이 밀접한 관계를 갖는 기술을 포괄한다.
기본적인 ALD 증착 사이클은 네 개의 순차적인 단계들, 즉 펄스 A(pulse A), 퍼지 A(purge A), 펄스 B, 퍼지 B 를 포함한다. 펄스 A 는 제1 전구체 증기로 이루어지고, 펄스 B 는 다른 전구체 증기로 이루어진다. 퍼지 A 및 퍼지 B 동안에 반응 공간으로부터 잔류 반응 분자들과 가스 반응 부산물들을 소거(퍼지; purge)하기 위하여 통상적으로 비활성 가스 및 진공 펌프가 사용된다. 증착 시퀀스(deposition sequence)에는 적어도 하나의 증착 사이클이 포함된다. 증착 사이클들은, 증착 시퀀스에 의하여 요망되는 두께의 박막 또는 코팅이 생성될 때까지 반복된다. 또한 증착 사이클들은 보다 복잡할 수도 있다. 예를 들어 증착 사이클들은 퍼지 단계들에 의하여 분리된 셋 이상의 반응 증기 펄스들을 포함할 수 있다. 이와 같은 증착 사이클들 모두가 로직 유닛(logic unit) 또는 마이크로프로세서에 의하여 제어되는 시간이 정해진 증착 시퀀스를 형성한다.
아래에서 설명되는 소정의 예시적인 실시예들에서, (예를 들어 가스 실린더, 또는 가스 병과 같은) 가스 컨테이너의 내부를 보호 코팅으로 보호하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 여기에서 상기 가스 컨테이너는 압력 용기이다. 가스 컨테이너 자체가 반응 챔버(또는 반응 공간)를 형성하고, 통상적으로는 별도의 기판이 존재하지 않으며 가스 컨테이너 내부의 표면들이 기판을 형성한다 (여기에서 기판이라 함은, 공정이 수행되는 재료를 의미함). 이 표면들 모두가, 유입 및 배출 매니폴드에 의하여 가스 컨테이너 내부로 순차적으로 유입되는 전구체 증기들을 사용하는 ALD 공정에 의하여 코팅될 수 있다. 반응 잔류물은 상기 유입 및 배출 매니폴드의 배출측을 거쳐서 가스 컨테이너 내부로부터 펌핑되어 내보내진다. 상기 가스 컨테이너는 상기 가스 컨테이너 주위에 배치된 히터에 의해서, 선택에 따라 ALD 공정 동안 및/또는 그 전에 가열될 수 있다.
도 1 에는 예시적인 소정 실시예들의 방법 및 이와 관련된 장치가 도시되어 있다. 가스 컨테이너(10)의 내부를 보호하기 위하여 사용되는 상기 장치는 유입 및 배출 매니폴드(20)를 포함한다. 상기 장치는 이동가능한(mobile) 장치일 수 있다. 필요하다면, 이동가능한 장치가, 보호되어야 할 가스 컨테이너의 근처로 편리하게 이동될 수 있다.
상기 유입 및 배출 매니폴드(20)는 가스 컨테이너 포트(11)에 탈착가능하게 부착되도록 구성된다. 도 1 에는 포트 조립체(24)에 의하여 가스 컨테이너 포트(11)에 부착된 유입 및 배출 매니폴드(20)가 도시되어 있다. 상기 포트 조립체(24)는 가스 컨테이너에 특화된 부품일 수 있다. 상기 포트 조립체는 가스 컨테이너 포트(11)와 포트 조립체(24) 사이의 인터페이스(interface)를 밀봉하는 밀봉 구성(미도시)을 포함한다. 예시적인 일 실시예에서 상기 포트 조립체가 포함하는 밀봉재(미도시)는 그 반대측 표면이 가스 컨테이너 포트(11)에 조여진다.
유입 및 배출 매니폴드(20)는 ALD 반응기 인-피드 장비(ALD reactor in-feed equipment; 70)를 포함한다. 상기 인-피드 장비(70)는 필요한 인-피드 라인들 및 이들의 제어 요소들을 포함한다. 도 1 에서 포트 조립체(24)에 부착된 것은 제1 전구체 증기 인-피드 라인(41), 제2 전구체 인-피드 라인(42), 및 퍼지 가스 인-피드 라인(43)이다. 상기 제1 전구체 증기 인-피드 라인(41)은 제1 전구체 소스(21)로부터 시작된 것이고, 제2 전구체 인-피드 라인(42)은 제2 전구체 소스(22)로부터 시작된 것이며, 퍼지 가스 인-피드 라인(43)은 퍼지/비활성 가스 소스(23)로부터 시작된 것이다. 상기 인-피드 라인들(41-43)은 상기 포트 조립체(24) 및 가스 컨테이너 포트(11)를 경유하여, 소스들(21-23)로부터 가스 컨테이너(10)의 내부로 이어진다. 상기 인-피드 라인들(41-43)은 개별의 방출 지점들에서 종료된다. 배출 라인(32)은 가스 컨테이너 내부 내의 배출 지점에서 시작된다. 상기 방출 지점들은, 균일한 증착을 효과적으로 얻기 위하여, 상기 배출 지점과 상이한 레벨에 위치하여야 한다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 인-피드 라인들(41-43)의 방출 지점들은 가스 컨테이너(10)의 저부 섹션에 있고, 배출 지점은 상부 섹션에 있다.
인-피드 라인 제어 요소들은 유동 및 타이밍 제어 요소들을 포함한다. 상기 제1 전구체 인-피드 라인(41) 내의 제1 전구체 인-피드 밸브(61) 및 질량(또는 체적) 유동 콘트롤러는 제1 전구체 펄스의 타이밍 및 유동을 제어한다. 이에 대응되게, 제2 전구체 인-피드 라인(42) 내의 제2 전구체 인-피드 밸브(62)와 질량(또는 체적) 유동 콘트롤러(52)는 제2 전구체 펄스의 타이밍 및 유동을 제어한다. 마지막으로, 퍼지 가스 인-피드 밸브(63) 및 질량(또는 체적) 유동 콘트롤러(53)는 퍼지 가스의 타이밍 및 유동을 제어한다.
도 1 에 도시된 실시예에서, 인-피드 장비(70)의 작동은 제어 시스템에 의하여 제어된다. 도 1 에는 인-피드 장비(70)와 제어 시스템(71) 사이에 제어 연결부(72)가 있는 것으로 도시되어 있다. 제어 시스템(71)은 예를 들어 랩탑 컴퓨터 또는 이와 유사한 것의 소프트웨어에 의하여 구현될 수 있다.
소정의 예시적인 실시예에서, 상기 가스 컨테이너 내부 안의 ALD 공정은 진공 압력에서 수행된다. 상기 유입 및 배출 매니폴드(20)는 진공 펌프(33)를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 상기 진공 펌프(33)는 유입 및 배출 매니폴드(20)에 의하여 제공된 배출 라인(32)의 단부에 위치한다. 진공 펌프(33)는 (제어 시스템(71)과 진공 펌프(33) 사이에 있는) 선택적인 전기 연결부(73)를 거쳐서 제어 시스템(71)에 의해 선택적으로 제어될 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 가스 컨테이너는 외부의 히터(미도시)에 의하여 가열된다.
작동시, 진공 펌프(33)는 상기 가스 컨테이너(10)의 내부를 진공으로 만들기 위하여 펌핑한다. 제1 전구체 및 제2 전구체의 전구체 증기는 각각, 상기 제1 전구체 인-피드 라인(41) 및 제2 전구체 인-피드 라인(42)의 방출 지점들로부터 가스 컨테이너 내부 안으로 순차적으로 방출된다. 퍼지 단계들에서는, 비활성 퍼지 가스가 퍼지 가스 인-피드 라인(43)의 방출 지점으로부터 가스 컨테이너 내부 안으로 방출된다. 화살표(15)들은, 상기 가스 컨테이너 안의 전구체 증기 및 퍼지 가스가 개별의 방출 지점들로부터 배출 지점(이를 거쳐서 배출 라인(32)으로 펌핑됨)을 향하는 유동 방향을 나타낸다. 상기 가스 컨테이너 내측 표면 상에서 보호 코팅의 요망되는 두께는 증착을 필요한 만큼 반복함으로써 얻어진다.
또한 도 1 을 참조할 때, 다른 실시예에서는 상기 유입 및 배출 매니폴드(20)이 상이하게 배치될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 인-피드 라인들이 별도로 제공되는 대신에, 상기 인-피드 라인들 중 적어도 일부가 공통적인 것으로서 구성될 수 있다. 밸브 유형도 다른 것일 수 있다. 유동 제어 요소 위치 등이 다르게 될 수 있다. 예를 들어, 2방향 밸브 대신에 3방향 밸브가 사용될 수 있는바, 이것은 인-피드 라인의 루트 변화를 즉각적으로 반영한다. 전구체 소스들 및 퍼지 가스에 관하여, 이들의 선택은 구체적인 적용예 및 요망되는 코팅에 따라 결정된다. 가스 컨테이너(10)는 가스 컨테이너(10)의 외부로부터 선택적인 히터(16)에 의해서 가열될 수 있다. 상기 히터는 가스 컨테이너(10) 주위에 배치된 나선 코일 히터일 수 있다. 상기 히터의 작동은, 연결부를 거쳐서 제어 시스템(71)에 의해 선택적으로 제어될 수 있다.
적용예에 따라 적용가능한 코팅들의 예로서는, 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 탄탈륨 옥사이드, 및 텅스텐 옥사이드와 같은 금속 산화물과, 이들의 조합물이 있지만, 코팅이 이 재료들에 의한 것으로만 국한되는 것은 아니다.
도 2a 및 도 2b 에는 가스 컨테이너(10) 내의 인-피드 라인 및 배출 라인의 배치에 관한 두 개의 대안적인 실시예들이 도시되어 있다. 가스 컨테이너(10)는 저압 가스의 자유로운 움직임을 허용하는 내측 벽 형상을 갖는다.
도 2a 는 도 1 에 도시된 구성에 대응된다. 따라서, 인-피드 라인들(41-43) 및 배출 라인(32)은 가스 컨테이너 포트(11)를 통해 경유한다. 상기 인-피드 라인들(41-43)은 개별의 방출 지점들에서 종료된다. 배출 라인(32)은 배출 지점에서 시작된다. 상기 인-피드 라인들(41-43)의 방출 지점들은 가스 컨테이너(10)의 저부 섹션(bottom section)에 있고, 배출 지점은 상부 섹션에 있다. 가스 유동의 방향은 화살표(15)들에 의하여 표시되어 있다.
도 2b 에 도시된 바람직한 실시예에서는, 대조적으로 배출 라인이 가스 컨테이너(10)의 저부 섹션에서 시작되는 한편, 인-피드 라인들(41-43)의 방출 지점들이 상부 섹션에 있다. 상기 인-피드 라인들(41-43) 및 배출 라인(32)은 가스 컨테이너 포트(11)를 통해 경유한다. 상기 인-피드 라인들(41-43)은 개별의 방출 지점들에서 종료된다. 상기 배출 라인(32)은 배출 지점에서 시작된다. 가스 유동의 방향은 화살표(15)들에 의해 표시되어 있다.
도 3 에는 다른 예시적인 실시예에 따른 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 방법 및 장치가 도시되어 있다. 이 실시예는 기본적으로 도 1 에 도시된 실시예에 대응되지만, 일부 다른 특징들을 갖는다.
도 3 에는 가스 컨테이너(10)를 둘러싸는 챔버(30)와 같은 압력 용기가 도시되어 있다. 상기 챔버(30)는, 예를 들어 ALD 분야에서 일반적으로 사용되는 ALD 반응 챔버 또는 진공 챔버일 수 있다. 가스 컨테이너(10)는 로딩 해치(loading hatch; 31) 등을 통하여 챔버(30) 안으로 로딩되고, 그것의 포트(11)에 의하여 포트 조립체(24)에 부착된다. 인-피드 라인들(41-43)은 챔버(30) 벽 안으로 마련된 관통구(feedthrough; 36)를 통해서 챔버(30) 안으로 통과한다. 배출 라인(32)은 챔버(30) 벽 안으로 마련된 관통구(46)를 통해서 챔버(30)로부터 밖으로 나아간다. 관통구들(36, 46)의 위치는 구현예에 따라 다르게 될 수 있다. 관통구들(36, 46)은 단일의 관통구로서 구현될 수도 있다. 관통구들(36, 46)은 밀봉된다.
가스 컨테이너(10) 안에서 보호 코팅을 증착시킴과 관련된 기본적인 작동은 도 1 과 관련하여 설명된 바와 같다.
도 3 에 도시된 실시예는 선택적으로 퍼지 가스 인-피드 도관(44)을 포함하는데, 비활성 퍼지 가스는 상기 퍼지 가스 인-피드 도관(44)을 통해서 가스 컨테이너(10)와 주위의 챔버(30) 벽 사이에 있는 중간 공간(40)으로 안내(방출)된다. 퍼지 가스는 예를 들어 퍼지 가스 인-피드 라인(43)으로부터 분기된 가지부(43a)를 따라서 도관(44)으로 유동한다.
상기 중간 공간(40)은 중간 공간(40)의 반대측에 마련된 배출 도관(45)을 거쳐서 진공 펌프(33)에 의해 펌핑된다. 배출 펌프(33)는, 배출 도관(45)으로부터 배출 펌프(33) 까지 연장된 배출 라인(47)을 통하여 중간 공간(40)과 유체 소통된다. 배출 라인들(32, 47)은 배출 펌프(33)까지의 도중에 소정 지점에서 합쳐질 수 있다.
펌핑으로 인하여 중간 공간(40) 내에서 유동이 유발되며, 이것은 중간 공간(40) 안으로 들어온 임의의 전구체 재료를 배출 라인(47)으로 전달한다. 비활성 퍼지 가스를 중간 공간(40) 안으로 안내함으로써 발생된 과압은 포트 조립체(24)의 밀봉 효과를 더 향상시킨다. 화살표(35)들은 중간 공간(40) 내의 유동 방향을 나타낸다.
도 4a 에는 예시적인 실시예에 따른 밀봉 구성이 도시되어 있다. 가스 컨테이너(410)는 가스 컨테이너 포트(411)를 포함하고, 여기에서 이것은 가스 컨테이너의 입부분에 해당된다. 유입 및 배출 매니폴드는 밀봉 부품(424)을 구비한 포트 조립체를 포함한다. 상기 밀봉 부품은 예를 들어 비틀기에 의하여 가스 컨테이너 스톱 밸브의 자리에 있는 가스 컨테이너 입부분(411)에 탈착가능하게 부착된다. 이를 위하여, 밀봉 부품(424)은 테이퍼진 스레드를 구비한 부품이다. 상기 밀봉 부품의 테이퍼진 스레드는 가스 컨테이너 입부분(411)의 조임 및 밀봉을 위하여 가스 컨테이너 입부분(411)에 있는 반대 스레드(미도시)에 꼭맞도록 구성된다. 설명된 바와 같이, 상기 밀봉 부품(424)은 예를 들어 비틀기에 의하여 상기 가스 컨테이너 입부분의 밀봉을 위해서 가스 컨테이너 입부분에 부착될 수 있다.
소정의 예시적인 실시예에서는, 도 4a 의 소정 부분들을 확대하여 도시한 도 4b 에 나타나있는 밀봉을 개선하기 위하여, 상기 스레드가 있는 가스 컨테이너 입부분(411)와 상기 테이퍼진 스레드 사이에 있는, 테이퍼진 스레드 주위의 테플론 테이프(Teflon tape)와 같은 밀봉 테이프(425)가 제공된다.
도 4a 및 도 4b 에는 도 2b 에 도시된 것과 유사하게 구성된 배출 라인(432) 뿐만 아니라 두 개의 인-피드 라인들(441, 443)이 도시되어 있다. 따라서, 가스 방출 지점은 상기 가스 컨테이너의 반대측 단부(즉, 저부)에 있는 배출 지점과 가스 컨테이너 입부분에 매우 인접하게 위치한다. 상기 인-피드 라인들 및 배출 라인은 상기 밀봉 부품을 통하여 가스 컨테이너(410) 의 내부 안으로 연장된 밀봉 부품(424)을 통과한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 포트 조립체는 밀봉 부품에 탈착가능하게 부착될 수 있는 피팅 부품(426)을 더 포함한다. 상기 피팅 부품(426)은 밀봉 부품(424)에 대한 (원통형의) 연속부를 형성한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 상기 피팅 부품(426)이 밀봉 부품(424)로부터 분리된 때에, 밀봉 부품(424)은 상기 가스 컨테이너 입부분(411)에 대해 조여지도록 비틀릴 수 있다. 구현예에 따라서는, 상기 피팅 부품(426)이, 피팅 부품(426)에 부착된 때에 밀봉 부품(424)의 비틀림도 허용할 수 있다. 상기 배출 라인(432) 뿐만 아니라 인-피드 라인들(441, 443)은 모두 밀봉 부품(424) 및 피팅 부품(426)을 통과한다. 상기 피팅 부품(426)이 밀봉 부품(424)에 대해 부착된 때에, 상기 밀봉 부품(424)과 피팅 부품(426) 사이의 인터페이스는 에어타이트 방식으로(즉, 공기가 통과하지 못하도록) 밀착된다. 소정의 예시적인 실시예에서는, 인-피드 라인(441, 443)과 배출 라인(432) 중 적어도 하나가 통과할 수 있도록 하기 위하여, (도 4a 의 상측 부분에 도시된 바와 같이) 피팅 부품(426)의 밀봉 부품 단부의 반대측 단부에 에어타이트 방식의 관통구가 제공된다. 여기에서 에어타이트 방식의 관통구라 함은 기본적으로, 부품(426)의 외측과 부품의 내측 사이에서는 파이프라인을 통해서만 가스가 유동할 수 있는 관통구를 의미한다. 유사하게, 에어타이트 방식의 인터페이스라 함은, 해당 인터페이스의 제1 측부에 있는 부품(예를 들어 피팅 부품(426))으로부터 다른 측부의 부품(예를 들어, 밀봉 부품(426))까지는 그 인터페이스만을 통하여 가스가 유동할 수 있는 인터페이스를 의미한다.
피팅 부품이 생략되어 있는 실시예에서는, 밀봉 부품(424)의 (상측) 단부에 관통구(들)이 마련되는 것이 바람직하다.
도 4a 및 도 4b 에 도시된 실시예들의 일반적인 작동에 관하여는, 도 1 내지 도 3 에 도시된 실시예에 관한 설명을 참조하면 된다.
도 5 에는 예시적인 일 실시예에 따른 방법이 도시되어 있다. 단계(81)에서는, 유입 및 배출 매니폴드가 가스 컨테이너에 부착된다. ALD 공정은 단계(82)에서 수행된다. ALD 공정은 가스 컨테이너 내부를 순차적인 자체-포화 표면 반응들에 노출시킴과, 반응 잔류물을 가스 컨테이너로부터 펌핑하여 내보냄을 포함한다. 마지막으로 단계(83)에서는, 유입 및 배출 매니폴드가 가스 컨테이너로부터 분리된다.
아래에서는 여기에서 제시된 예시적인 실시예들 중 하나 이상의 기술적 효과들에 대해 기술하는바, 이는 특허청구범위의 범위 및 해석을 제한하지 않는 것이다. 형태가 일치하는 보호 코팅에 의하여 가스 컨테이너 내부가 보호된다. 다른 기술적 효과로서, 가스 컨테이너의 외부는 코팅되지 않은 채 가스 컨테이너의 내부만이 코팅된다는 점이 있다. 또 다른 기술적 효과는, 주위 챔버를 클리닝(cleaning)할 필요가 감소한다는 것이다.
위에서 설명된 방법의 단계들 또는 기능들 중 일부는 상이한 순서 및/또는 서로에 대해 동시에 수행될 수 있다. 또한, 전술된 방법의 단계들 또는 기능들 중 하나 이상은 선택적인 것이거나 조합될 수 있는 것이다.
상기 상세한 설명은 본 발명의 특정 구현예 및 실시예에 관한 비제한적인 예로서 제공된 것이며, 본 발명의 실시를 위하여 현재 발명자들에 의해 고찰된 최선의 형태에 관한 충분한 설명으로서 제공된 것이다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명이 위에서 제시된 실시예들의 상세사항들에 의하여 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 균등한 수단을 활용하는 다른 실시예도 포괄한다는 것이 이해될 것이다.
또한, 본 발명의 전술된 실시예들의 특징들 중 일부는 다른 특징들의 대응되는 이용없이 유리하게 이용될 수 있다. 그렇기 때문에, 상기 상세한 설명은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것으로서 고려되어야 하며, 본 발명을 제한하는 것으로 고려되어서는 안 될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해진다.

Claims (17)

  1. 가스 컨테이너 내부의 보호 방법으로서,
    상기 가스 컨테이너의 포트(port)에 부착가능한 포트 조립체(port assembly)를 포함하는 유입 및 배출 매니폴드(inlet and exhaust manifold)를 제공함;
    상기 포트 조립체 및 상기 포트를 통하여 반응성 가스들을 상기 가스 컨테이너 내부로 순차적으로 유입시킴으로써 상기 가스 컨테이너 내부를 순차적인 자체-포화 표면 반응(self-saturating surface reaction)들에 노출시킴; 및
    반응 잔류물(reaction residue)을 상기 포트 및 상기 포트 조립체를 통하여 상기 가스 컨테이너로부터 외부로 펌핑(pumping)함;을 포함하는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포트 조립체를 가스 컨테이너의 상기 포트에 부착시킴을 포함하는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유입 및 배출 매니폴드의 배출측(exhaust side)에 부착된 진공 펌프에 의하여, 가스 컨테이너 내부로부터 반응 잔류물 및 퍼지 가스(purge gas)를 펌핑함을 포함하는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  4. 임의의 앞선 청구항에 있어서,
    상기 가스 컨테이너 내부의 가스 방출 지점(gas discharge point)은 가스 배출 지점(gas exhaust point)과 상이한 레벨(level)에 배치되는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  5. 임의의 앞선 청구항에 있어서,
    상기 가스 컨테이너는, 포트 조립체에 포함된 밀봉 부품(sealing part)에 의해서 밀봉된 반응 용기(reaction vessel)로서 이용되는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밀봉 부품은, 스톱 밸브(stop valve)의 자리에서 가스 컨테이너의 상기 포트에 탈착가능하게 부착될 수 있는 테이퍼진 스레드(tapered thread)를 포함하는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 포트 조립체는 밀봉 부품에 부착가능한 피팅 부품(fitting part)을 포함하고, 상기 피팅 부품은 밀봉 부품이 비틀려 가스 컨테이너의 상기 포트에 대해 조여짐을 허용하는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  8. 임의의 앞선 청구항에 있어서,
    가스 컨테이너와 주위의 챔버 벽(chamber wall) 사이에 있는 중간 공간 안으로 비활성 퍼지 가스를 안내함; 및
    상기 비활성 퍼지 가스를 상기 중간 공간으로부터 밖으로 펌핑함;을 포함하는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  9. 임의의 앞선 청구항에 있어서,
    상기 유입 및 배출 매니폴드는 적어도 하나의 인-피드 라인(in-feed line)을 포함하고, 상기 인-피드 라인(in-feed line)에 구비된 제어 요소는 컴퓨터로 구현된(computer-implemented) 제어 시스템에 의하여 제어되는, 가스 컨테이너 내부의 보호 방법.
  10. 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치로서,
    상기 장치는, 가스 컨테이너의 포트에 부착가능한 포트 조립체를 구비한 유입 및 배출 매니폴드를 포함하고,
    상기 장치는, 반응성 가스들을 상기 포트 조립체 및 상기 포트를 통해서 가스 컨테이너 내부 안으로 순차적으로 유입시킴으로써 가스 컨테이너 내부를 순차적인 자체-포화 표면 반응(sequential self-saturating surface reaction)들에 노출시키도록 구성되며,
    상기 장치는, 반응 잔류물을 상기 포트 및 포트 조립체를 통해서 가스 컨테이너 밖으로 펌핑하도록 구성된 펌프를 포함하는, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    유입 및 배출 매니폴드에 의하여 제공되는 가스 방출 지점(gas discharge point)은 유입 및 배출 매니폴드에 의하여 제공되는 가스 배출 지점(gas exhaust point)과 상이한 레벨에 배치되는, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 유입 및 배출 매니폴드는 전구체 증기(precursor vapor) 및 퍼지 가스의 인-피드 라인들과 이들의 제어 요소들을 포함하는, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입 및 배출 매니폴드는 가스 컨테이너에 특화된 포트 조립체를 포함하고, 상기 포트 조립체는, 유입 및 배출 매니폴드가 가스 컨테이너의 상기 포트 안으로 부착됨으로써 유입 및 배출 매니폴드와 가스 컨테이너 내부 사이에 유체 소통 경로(fluid communication path)가 형성되도록 구성된, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 컨테이너를 둘러싸는 챔버, 및 비활성 퍼지 가스를 가스 컨테이너와 주위의 챔버 벽 사이에 있는 중간 공간 안으로 안내하도록 구성된 비활성 가스의 인-피드 라인을 포함하는, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포트 조립체는 가스 컨테이너의 포트에 부착가능한 밀봉 부품을 포함하는, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 밀봉 부품은 테이퍼진 스레드를 포함하는, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
  17. 제10항 내지 제16항에 있어서,
    가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치는 이동가능한, 가스 컨테이너 내부를 보호하기 위한 장치.
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