气相化学反应器和其使用方法
阅读说明：本技术 气相化学反应器和其使用方法 (Gas phase chemical reactor and method of using same ) 是由 A·J·尼斯坎恩 于 2019-06-03 设计创作，主要内容包括：公开了一种气相化学反应器、包括所述反应器的系统,以及使用所述反应器和系统的方法。示范性反应器包括反应室且被配置成向反应室内提供前体历时一个浸渍期,例如其中停止向所述反应室供应所述前体且在开始吹洗反应室之前的时期。这允许在衬底处理期间在反应室内获得相对较高滞留时间、相对较高前体分压和/或相对较高绝对压力。(a gas phase chemical reactor, a system including the reactor, and methods of using the reactor and system are disclosed. An exemplary reactor includes a reaction chamber and is configured to provide a precursor into the reaction chamber for an immersion period, e.g., a period in which the supply of the precursor to the reaction chamber is stopped and before purging of the reaction chamber begins. This allows relatively high residence times, relatively high precursor partial pressures, and/or relatively high absolute pressures to be obtained within the reaction chamber during substrate processing.)
技术领域
本公开大体上涉及气相装置和方法。更具体地说，本发明的示范性实施方案涉及适于前体浸渍应用的气相化学反应器、包括此类反应器的系统以及使用所述反应器和系统的方法。
背景技术
气相化学反应器能够用于多种应用，例如在衬底的表面上沉积材料和/或蚀刻材料。典型的气相化学反应器包括反应室；闸阀，其打开以接收衬底并且在衬底处理期间关闭；以及与反应室耦接的一个或多个气体源。
在衬底处理期间，一种或多种前体流入反应室中以将材料沉积到衬底表面上和/或与衬底表面上的材料反应以蚀刻材料。一般来说，在衬底处理期间，气体流达到稳定状态并且连续；即，在一段时间之后，随着气体引入到反应室中，从反应室连续地去除未反应的气体和任何气态副产物。
作为实例，在典型的原子层沉积(ALD)工艺期间，将第一前体提供到反应室，以连续方式提供一段时间或作为一个步骤提供，以便在所述步骤期间去除未反应的第一前体和/或第一前体的任何气态副产物。这促进前体在所述步骤期间流遍衬底表面。然后将衬底暴露于减压和/或吹洗气体以在吹洗步骤期间进一步去除任何过量的前体和/或副产物。当相同和/或其它前体需要时，可以重复这些步骤，直到获得所期望厚度的膜。
虽然此类技术在有些应用中起到相对良好的作用，但在其它应用中，使一种或多种前体在衬底处理期间连续流动会产生非期望的未反应前体浪费，非期望地延长衬底处理时间，和/或产生具有非期望特性的膜。另外，使用此类技术可能难以获得所期望的浓度、分压和/或绝对反应室压力以驱动一些反应。举例来说，在一些ALD工艺(例如使用SAM.24(液化空气(Air Liquide)作为硅前体)中，前体能够快速达到初始生长速率饱和水平，但前体在典型的前体分压下可能达不到完全生长速率饱和，即使脉冲时间相对较长；因此，沉积膜的生长速率可能低于期望值。在其它方法中，期望一种或多种前体的相对较高浓度/分压按所期望的速率驱动反应(例如由TiCl4和NH3沉积TiN时，NH3宜具有相对较高的浓度或分压，以在副产物形成产生非期望/毒化物质之前驱动成膜反应完成)。此类高分压可能难以利用典型反应器实现。另外，自组装单层的形成可能需要相对较长的暴露时间和/或相对较高的前体浓度/分压，以实现期望的膜特性，并且此类条件可能难以用典型反应器获得。此外，化学气相反应器通常采用相对昂贵的气体分布装置将气体均匀地分布在衬底表面上；当所述前体连续流遍衬底表面时，可能期望此类设计。因此，期望改进的气相化学处理装置和方法。
此章节中所提供的问题的任何论述仅为了提供本发明的背景而包括于本公开中，并且不应视为承认在完成本发明时已知任何或所有论述。
发明内容
本公开的各种实施方案提供一种装置和方法，其能够在气相化学反应器的反应室内提供延长的滞留时间、分压和/或一种或多种前体的绝对压力。如下文更详细地阐述，与传统装置和方法相比，各种系统和方法允许相对较少的前体使用和浪费，从而能降低与处理衬底相关的成本。示范性系统和方法还能够促进高生长速率和/或驱动原本可能不发生的反应。另外或替代地，示范性实施方案能够实现从气相化学反应器内的反应区或反应室中相对快速地抽吸/抽空气体。此外，一些示范性系统和方法不需要使用相对昂贵的气体分布装置来实现期望的过程均一性。
根据本公开的至少一个示例性实施方案，气相化学反应器包括用于处理衬底的反应室；装载/卸载室，其包含接收衬底的开口和密封开口的阀门(例如闸阀)；顶表面接收衬底的基座，其中所述基座能在装载/卸载室内移动，且其中当衬底处于处理位置时，所述基座的顶表面界定反应室底部区段的至少一部分；和用于将装载/卸载室抽真空的真空源。气相化学反应器能进一步包括控制器，例如来控制前体递送过程和抽真空过程。所述控制器包含存储器，所述存储器经编程而使控制器能够执行以下步骤：在基座处于处理位置时，将前体提供到反应室中，同时将装载/卸载室抽真空；停止前体流动；以及通过将基座移动到装载/卸载室中而将反应室抽真空。另外，气相化学反应器可以包括保护罩(例如板)以保护阀门。保护罩能够附接到阀门。根据这些实施方案的各个方面，保护罩延伸超出闸阀的至少顶表面。根据另外的示范性方面，气相化学反应器包括惰性气体源，其中来自惰性气体源的惰性气体提供于装载/卸载室的内壁与保护罩的表面之间。气相化学反应器还可以包括与基座耦接的可移动轴。在这些情况下，气相化学反应器可以包括围绕可移动轴的至少一部分的保护盖(例如波纹管)和位于装载/卸载室底部内的轴开口。如下文更详细地论述，根据各种实例，反应室和装载/卸载室的容积能够配置成促进反应室的快速抽吸。例如，反应室内部容积与装载/卸载室内部容积的容积比可以在约1:5至约1:160、约1:10至约1:80或约1:20至约1:60的范围内。本文所述的气相化学反应器可以包括喷淋头气体分布装置。在至少一些情况下，示范性气相化学反应器可以不包括喷淋头气体分布或类似装置，并且因此与其它气相化学反应器相比，复杂程度更低和/或更便宜。根据其它方面，气相化学反应器包括引导件以将气体流从反应室引导到装载/卸载室——例如在吹洗步骤期间。引导件能够进一步被配置成缓和来自反应室的气体与装载/卸载室壁的接触。在这些情况下，气相化学反应器可以不包括保护罩。
根据本公开的其它示范性实施方案，一种系统包括气相化学反应器，例如本文描述的气相化学反应器，以及一种或多种其它组分，例如真空源、一种或多种前体源、一种或多种吹洗气体源、一种或多种运载气体源、转移或机械臂等。
根据本公开的又一示范性实施方案，一种方法(例如用于处理衬底)包括以下步骤：将基座从装载/卸载位置移动到处理位置；当基座处于处理位置时，向反应室中提供前体(例如在通过向装载/卸载室内提供真空或维持真空的同时)；停止前体流动；以及将基座移动到装载/卸载室中。将衬底移动到装载/卸载室中时，可以使衬底暴露于第二压力——例如低于第一压力的压力。所述方法还能进一步包括以下步骤：打开阀门以接收衬底，关闭阀门以密封开口和/或用保护罩保护阀门。另外或替代地，所述方法可以包括在提供前体的步骤的全部或一部分期间提供运载气体。
前述发明内容和下述
具体实施方式
仅具有示范性和解释性，且不限制本公开或本发明。
附图说明
参考具体实施方式和权利要求书，同时结合以下说明性图式考虑，可以更完整地理解本公开的实施方案。
图1示出了一种系统，其包括根据本公开的至少一个实施方案的处于装载/卸载位置的气相化学反应器。
图2示出了一种系统，其包括根据本公开的至少一个实施方案的处于处理位置的气相化学反应器。
图3示出了系统的一部分，其包括根据本公开的至少一个实施方案的处于吹洗位置的气相化学反应器。
图4示出了根据本公开的至少一个实施方案的阀门和保护罩。
图5示出了根据本公开的至少一个实施方案的方法。
图6示出了根据本公开的至少一个实施方案的压力图。
图7示出了另一系统的一部分，其包括根据本公开的至少一个实施方案的气相化学反应器。
应了解，图中的元件仅为了简单和清晰起见而示，且不一定按比例绘制。举例来说，图中一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大以有助于改进对本公开的所示实施方案的理解。
具体实施方式
下文提供的方法和系统的示范性实施方案的描述仅具示范性，且仅用于说明的目的；以下描述不希望限制本公开或权利要求书的范围。此外，对具有所述特征的多个实施方案的引述并非旨在排除具有其它特征的其它实施方案或合并所述特征的不同组合的其它实施方案。
本公开中指示的任何范围可包含或排除端点。另外，所指示的任何变量值(不论它们是否用“约”指示)可以指精确值或近似值且包括等效值，且可指平均值、中值、代表值、多数值等。
如本文所用，前体是指参与化学反应的一种或多种气体。化学反应可以在气相中和/或气相与衬底表面和/或衬底表面上的物质之间发生。
本文所述的系统、反应器和方法能够用于多种应用，其中举例来说，期望一种或多种气体(例如一种或多种前体)在反应室内具有相对较高的浓度、相对较高的分压和/或相对较高的滞留时间；期望原本会发生的前体浪费减少；且/或期望反应室内存在相对较高的绝对压力。作为实例，例示性系统、反应器和方法能够用于原子层沉积(ALD)应用中，其中期望一种或多种前体的分压和/或浓度增加，例如使用典型的ALD处理技术(例如使用SAM.24前体和氧气电浆)使前体达到软生长速率饱和度时；用于ALD反应中，其中期望高分压来驱动成膜过程和/或减少非期望的副产物形成/中毒，例如使用TiCl4和NH3进行ALD沉积TiN；用于其中期望前体存在高分压的反应(例如单一前体反应)中，例如在自组装单层的形成期间；和常规ALD工艺(例如利用三甲基铝(TMA)和氧化剂(例如水)形成氧化铝)，其中通常使用相对昂贵的气体分布装置(例如喷淋头)使一种或多种前体遍布于衬底表面上。尽管下文在ALD反应器的背景下描述了系统、反应器和方法，但除非另外指出，否则系统、反应器和方法不限于此。
现转向附图，图1-3示出了根据本公开的至少一个实施方案的系统100。图1示出了处于装载/卸载位置的系统100。图2示出了处于处理位置的系统100。图3示出了处于吹洗位置的系统100的一部分。
系统100包括气相化学反应器102，其包括反应室104和装载/卸载室106、第一前体源107、第二前体源108、吹洗气体源110、气体分布装置112、基座114、真空源116和控制器134。系统100还包括阀门(例如闸阀)124，以密封装载/卸载室106内的开口120；和保护罩126，以保护阀门124免于暴露于反应室104内使用的处理气体并且通过装载/卸载室106吹洗。可以与控制器134耦接的阀门致动器136可用于促使阀门124打开和关闭。系统100可以任选地包括远程等离子体单元144以激活一个或多个气体前体源1-7、1-8和/或吹洗/运载气体源110。另外或替代地，系统100可以包括直接等离子体系统，其中例如基座144或其一部分形成直接等离子体装置的电极，气体分布装置112可以形成另一电极，且/或系统100可以包括电感耦合等离子体装置。
如下文更详细所述，在系统100操作期间，衬底(未图示)能够通过开口120转移到装载/卸载室106内的基座上并且移动到反应室104中(例如使用轴128)。在处理期期间，可以将反应室104与装载/卸载室106隔离，且可以使衬底暴露于反应室104内的一种或多种前体(例如来自来源107、108)，同时维持装载/卸载室106内的真空(例如压力低于反应室104中的压力)。如本文所用，术语隔离不要求完全密封，而且还包括反应室104与装载/卸载室106之间的实质性密封和/或迂曲路径，使得来自前体源107、108的气体不能连续地流经反应室104，而是相反，前体的数量在一段时间内继续升高且在浸渍期间能够保持基本上恒定(例如在峰值减去因反应室104内化学反应所致的任何减少的百分之十、百分之五或百分之一内)。衬底能保留在反应室104内，同时将前体引入到反应室104中且用于浸渍期。如本文所用，浸渍期是指来自前体源的气体停止流动之后的一段时间，同时反应室104与装载/卸载室106隔离，使得衬底在前体流关闭之后的一段时间内与反应室104内的前体保持接触。在浸渍期结束时，将衬底降低到装载/卸载室106中。此时，利用反应室104与装载/卸载室106之间的压力差和/或真空源116提供的真空能够将反应室104抽成真空。可以任选地提供吹洗气体(例如来自吹洗气体源110)以进一步促进吹洗任何未反应的前体和/或副产物。可以针对相同或不同前体重复这些步骤，直到所期望的膜在衬底的表面上形成。
再次参看图1，反应器102可以由例如不锈钢、钛和/或铝等形成。此外，反应器102可以是独立的反应器，或形成集结式机台的一部分，所述集结式机台可以包括类似或不同反应室。根据本公开的示范性实施方案，反应室104相对较小(例如，用于处理具有约300mm直径的衬底，反应室104的内部容积可以是约0.5到约1或约0.7dm3)。相对较小的内部容积允许使用相对较少量的前体快速地达到高部分和/或绝对压力，这继而促进衬底的快速、廉价处理。根据另外的实例，装载/卸载室106的内部容积与反应室104的内部容积的内部容积比可以相对较高。例如，装载/卸载室106的内部容积与反应室104的内部容积的容积比可以在约5:1到约160:1、约10:1至约80:1、或约20:1至约60:1的范围内或大于5、60或160。当装载/卸载室106维持在比反应室104更低的压力下时，相对较高的容积比允许反应室104快速吹洗，这又促进对衬底的快速处理。
根据本公开的一些实例，装载/卸载室106可具有相对简单的设计——例如，底部部分(装载/卸载室下方的一部分，其中闸阀附接到致动器136)能具有含有底部的基本上中空圆筒形状。这允许底部部分容易地去除和更换和/或清洁。另外或替代地，系统100可以包括可拆卸(例如一次性)的衬里，如图7中所示。另外或替代地，装载/卸载室106可以包括与反应室104接口附近的吹洗气体入口。进一步促进对任何反应物的吹洗并且缓和反应物与装载/卸载室106的内表面的接触。装载/卸载室106的壁(例如壁146、148和/或150中的一个或多个)可以加热(例如加热到高于前体和/或任何反应副产物的冷凝温度的温度)以减少其上的任何冷凝。
第一前体源107和第二前体源108可以包括适用于气相反应的任何物质。源107、108内的前体最初可以是固体、液体或气体。在固体和液体的情况下，前体能通过加热、使用鼓泡机等转化为气态。
吹洗/运载气体源110可以包括任何适合的气体或材料，所述材料变成能够吹洗反应室104和/或适合作为运载气体的气体。示范性吹洗和/或运载气体包括氩气、氮气和/或氢气。提供运载气体时，运载气体可以与一种或多种气体(例如来自第一前体源107和/或第二前体源108)在混合器122处和/或在其之前混合。虽然系统100示有两种前体源和一种吹洗/运载气体源，但系统100可以包括任何适量的前体源、吹洗气体源和/或运载气体源，并且在一些情况下，不需要包括吹洗气体源和/或运载气体源。此外，尽管图示为与气体分布装置112耦接，但是吹洗气体源110或另一吹洗气体源可以另外或替代地与装载/卸载室106耦接，以直接吹洗装载/卸载室106和/或用作下文描述的气帘。
气体分布装置112可以配置成向反应室104提供垂直(如图所示)或水平的气体流动。2012年4月10日授予Schmidt等人的名称为“用于ALD反应器的气体混合器和歧管组合件(Gas Mixer and Manifold Assembly for ALD Reactor)”的美国专利第8,152,922号中描述了一种示范性气体混合和气体分布装置，其内容在与本公开无冲突的情况下，通过引用的方式并入本文中。作为实例，气体分布系统112可以包括喷淋头。然而，根据其它实施方案，气体分布装置112不需要包括喷淋头，而是可以包括相对简单的气体入口。
基座114可以由例如SiC或SiC涂布的石墨形成。根据本公开的一些实例，基座114可以包括孔口，以允许提升销在处理期间缩回到基座114中并且在衬底转移过程期间在基座114的顶表面115上方伸出。示范性基座和提升销机构在名称为“衬底提升机构和包含其的反应器(SUBSTRATE LIFT MECHANISM AND REACTOR INCLUDING SAME)”的美国申请第15/672,096号中已公开，其内容在与本公开无冲突的情况下以引用的方式并入本文中。
真空源116可以包括能够在反应室104中提供期望压力的任何适合真空源。真空源116可以包括例如单独的或与涡轮分子泵组合的干燥真空泵。根据本公开的各种实例，真空源116被配置成向反应器102内且尤其装载/卸载室106提供约1到约10-6、约0.1至约10-4或约10-2至约10-3托的压力。一个或多个真空源116可以与反应室104和/或装载/卸载室106耦接。
阀门124可以包括任何适合的阀门，例如闸阀，以将装载/卸载室106内的开口120密封。根据本公开的示范性实施方案，阀门124是闸阀，包括板402，如图4中所示。可以使用可与控制器134耦接的致动器136促使阀门124开启或关闭(例如上下移动)。
保护罩126可以用于在吹洗反应室104到装载/卸载室106的物质时保护阀门124免受反应性物质影响。保护罩126可以由例如不锈钢、钛或铝形成，其高度(H)和/或长度(L)的尺寸稍微(例如约2％、5％、10％、15％或20％)大于阀门124。如图4所示，保护罩126可以使用一个或多个紧固件404、406固定地或可拆卸地附接到阀门124，所述紧固件可以是或包括例如焊接、螺栓、螺钉等。或者，阀门124和保护罩126可具有整体构造。为了进一步保护阀门124，可以在阀门124和/或反应器102/装载/卸载室106的内壁137与保护罩126之间提供惰性气体(例如氮气、氩气等)的流动(例如25到100sccm)以形成气帘，所述气帘防止或减少来自反应室104的气体在吹洗过程期间到达阀门124。此外，保护罩126可以配置成使得当保护罩126移动时，保护罩126不接触装载/卸载室106的内壁。可替代地，保护罩126可以配置成使得当阀门124被部分地或完全地关闭时，保护罩126在装载/卸载室106的最顶部内表面上(例如开口120上方)形成硬密封，从而减少对密封气流的需要。
轴128可以被配置成向上和向下移动以促进衬底通过开口120装载和卸载且将衬底移动到反应室104内的处理位置。在一些实施方案中，轴128还可以在衬底处理期间和/或在衬底装载/卸载操作期间旋转；然而，在一些实例中，可能不需要或不期望旋转轴128。轴128还可以接收并且保留各种接线，例如嵌入和/或附接到基座114的加热器、热电偶等。尽管系统100结合向上和向下移动的轴描述，但根据本公开的其它示范性实施方案，基座可以在装载/卸载室与反应室之间水平移动，或基座可以保持固定并且反应室且/或装载/卸载室可以相对于基座移动。
在示出的实例中，系统100还包括保护盖130(例如波纹管)以将轴128和装载/卸载室106密封，从而避免暴露于反应器102外部的环境，并且保护轴的一部分和/或与其附接的组件以免暴露于化学物质。
系统100还可以包括引导件132以在吹洗过程期间将气体的流动从反应室104引导到装载/卸载室106以及离开阀门120。引导件132可以由例如不锈钢、钛或铝形成，且包括倾斜或弯曲表面以引导来自反应室104的气流离开阀门124。
控制器134可以耦接到轴128、阀门致动器136和/或阀门138-142中的一个或多个、与第一前体源107、第二前体源108和吹洗/运载气源110中的一个或多个耦接的质量流控制器等，以执行如本文中所述的各种步骤。例如，控制器134可以包括被编程以使控制器134能够执行以下步骤的存储器：
在基座处于处理位置时，
向反应室提供前体，同时用真空源将装载/卸载室抽成真空；
停止前体流动，以及
通过将基座移动到装载/卸载室中将反应室抽真空。
存储器可经编程以使得控制器能够在停止前体流动之后执行以下步骤：
将衬底暴露于反应室中的前体一个浸渍期；和
浸渍期之后，通过将基座移动到装载/卸载室将反应室抽真空。
另外或替代地，控制器134可被配置成促使系统100自动执行本文所述的任一种方法。
如上所述，图1示出了处于装载/卸载位置的系统100。处于此位置时，阀门124处于打开位置，从而允许使用机械臂或转移臂118将衬底装载到基座114的表面115上和/或从所述表面移走。一旦衬底装载到基座上，阀门124就闭合以密封装载/卸载室106，并且使装载/卸载室106(和反应室104)暴露于真空源116。例如，可以使装载/卸载室106暴露于真空源116以使装载/卸载室106内的压力达到约1至约10-6、约0.1至约10-4或约10-2至约10-3托。
在衬底已被装载到基座114上之后，基座114升高到处理位置，如图2所示。处于此位置时，基座114的顶表面115形成反应室104的至少一部分或底部。一旦衬底处于处理位置时，则使一种或多种前体气体流遍衬底表面。然后使前体流动停止一个浸渍期。在此期间，通过将反应室104密封以与装载/卸载室106隔离能够维持反应室104内的一种或多种前体的分压和/或绝对压力。密封可以在基座表面302与反应室104的内表面304之间形成。可以对表面302和304进行机械加工和配合(例如，具有如图所示的线性匹配的倾斜表面)以在反应室104与装载/卸载/卸载室106之间提供实质性密封。
然后可以降低基座114以吹洗反应室104，如图3中所示。反应室104的吹洗可以至少部分地由装载/卸载室106与反应室104之间的压力差和/或通过供应吹洗气体(例如由吹洗气体源110通过气体分布装置112供应吹洗气体)而产生。
图7示出了根据本公开的示范性实施方案的另一系统700。系统700类似于系统100，例外之处在于系统700包括相对简单的入口722，而非气体分布装置112。系统700还包括反应室704，所述反应室由反应室的上表面702、而非气体分布装置界定。相对于系统100，此相对简单的设计可以使制造更容易和/或不太昂贵。系统700还示出了衬里740和冷却/冷凝板716，其可以用于在吹洗步骤期间收集前体和/或副产物。衬里740和冷却/冷凝板716的任何组合都可以类似地包括在系统100中。
图5示出了根据本公开的示范性实施方案的方法500。方法500包括将衬底装载到基座上(步骤502)；关闭阀门(步骤504)；使反应器装载/卸载室内的压力降低(步骤506)；将基座移动到处理位置(步骤508)；视情况降低，即，进一步降低反应室内的压力(步骤510)；起始前体气体的流动(步骤512)；视情况使运载气体流动(步骤514)停止前体气体的流动且视情况停止运载气体的流动(步骤516)；将衬底在一种或多种前体存在下浸渍(步骤518)；降低基座以开始吹洗过程(步骤520)；视情况针对相同或不同前体重复步骤506-520(步骤522)；以及卸载衬底(步骤524)。
在步骤502期间，阀门(例如阀门124)处于打开位置以允许将衬底放置到反应器装载/卸载室(例如装载/卸载室106)中的基座(例如基座114)上。然后在步骤504期间关闭阀门。一旦阀门关闭，则可在阀门或反应器内表面(例如装载/卸载室内表面)与保护板之间提供惰性气体，以保护阀门以免暴露于在衬底处理期间使用的化学物质。替代地，气帘可以连续地提供于阀门/内表面与保护板之间，或者在吹洗过程之前的任何时间提供。关闭阀门之后，在步骤506期间，可以使装载/卸载室以及反应室暴露于真空源(例如真空源116)以在反应器和/或装载/卸载室内获得所期望的压力。然后可以在步骤508期间通过移动基座将衬底放置在反应室内，并且在步骤510期间，可以任选地使反应室暴露于相同或不同真空源一段时间。在步骤508期间，可以在反应室与装载/卸载室之间形成密封或基本上密封(例如扭曲路径)，使得在这些腔室之间流动的气体相对很少。替代地，在除了下述浸渍步骤之外还可以执行的或能够代替下述浸渍步骤执行的流式反应步骤期间，可以维持反应室与装载/卸载室之间的小空间。在步骤512，使一种或多种前体气体在衬底表面上流动一段时间。为了有助于提供一种或多种前体，可以向一个或多个前体源施加热且/或可以使用鼓泡器。可以使运载气体与一种或多种前体气体并行流动并且可以在混合器122处混合，且/或可以使载气与前体源(例如源107、108)内的前体气体混合。根据本公开的一些实例，运载气体仅在前体气体流动的时间的一部分(例如后一半)流动。在步骤516，使前体气体和任选的任何运载气体的流动停止一个浸渍期(步骤518)。在浸渍期期间，反应室可以非等温运行——例如，基座可处于一个温度，且反应室的顶表面可处于另一温度，从而使得反应室内的温度随着前体、载气和/或吹洗气体引入到反应室而改变。例如，反应室顶表面的温度可以高于基座的温度，这可以使衬底表面在基座移动到处理位置时接收来自顶表面的热量。同样，衬底可以随着其移动离开顶表面而冷却。浸渍期的持续时间(步骤518)可以根据应用而变化，并且可以在例如约0.2到约600秒、约1到约60秒或约5到约30秒的范围内。浸渍期之后，降低基座(步骤520)，以便能够将未反应的前体和/或反应副产物从反应室中吹出，通过装载/卸载室并且吹向真空源。在步骤506到520期间，反应室和/或装载/卸载室可以继续暴露于真空源以便在在步骤520期间移动基座时促进吹洗反应室。例如，在步骤506-518或520中的一个或多个期间，可以使装载/卸载室维持在期望的压力。另外或替代地，在移动基座之前可以使反应室暴露于真空源；这具有保持装载/卸载室相对清洁的优点。如图所示，方法500可以针对相同(例如，用于自组装单层)或不同前体(例如，ALD沉积中使用的不同前体)重复执行步骤506-520。为了促进吹洗步骤，可以将一种或多种吹洗气体供应到反应室和/或装载/卸载室。然后，在步骤524，可以通过将基座移动到装载/卸载位置并且打开阀门来移出衬底。
步骤520期间的吹洗时间可以相对较短。作为实例，持续的吹洗时间可以在约0.1到约300秒、约1到约60秒、或约2到约10秒的范围内。
可能期望偶尔清洁系统的一部分，例如反应室和/或装载/卸载室。在这些情况下，装载/卸载室需要清洁的频率通常小于反应室，因为任何沉积反应物在装载/卸载室中大大稀释，并且反应物的滞留时间可能会短得多。任何示范性清洁化合物包括NF3。
图6示出了压力图，其示出了装载/卸载室(例如装载/卸载室106)内的示范性压力602、反应室(例如反应室104)内的压力604，和工艺期间前体源容器内的压力606。所示工艺始于基座处于处理位置时。如图所示，装载/卸载室内的压力在工艺开始时可以降低，并且随着前体流动而继续降低直到压力达到低值为止。压力可以保持在低值或低值附近直到吹洗过程开始为止，此时，装载/卸载室内的压力升高。同时，反应室内的压力最初可以较低，并且随着前体和/或运载气体引入到反应室中而上升。在图示实例中，运载气体流动在前体流动开始之后开始。反应室内的压力然后在浸渍期期间保持基本上恒定，且随后在衬底从处理位置移动到吹洗位置时下降(例如，如图3中所示)。可以进一步降低反应室内的压力，从而在浸渍期之后以及在移动基座的步骤之前或期间，使反应室暴露于真空源。并且，前体源容器内的压力最初可以较高(例如作为加热容器的结果)，并且随着前体气体引入反应室而降低。前体源容器内的压力然后可以再次上升——例如将源前体与反应室切断(例如在浸渍期开始时)和/或在浸渍期结束时。
如上所述，对于一些类型的反应来说，可能期望一种或多种前体在反应室内具有相对高的分压和/或绝对压力。获得所期望前体分压的一种技术是加热前体源以增加前体的蒸发速率并且增加前体的饱和蒸气压。另外或替代地，惰性气体垫可用于在浸渍期期间增大反应室内的压力。示范性惰性气体衬垫在名称为“前体递送系统(PRECURSOR DELIVERYSYSTEM)”的美国申请第12/763,037中公开，其内容在与本公开无冲突的情况下以引用方式并入本文。虽然使用气体垫未必增加反应室中的前体剂量，但是可以使用气体垫增加反应室内的总压力，并且因此可以使用前体气体垫增加气体表面碰撞的量。
尽管本文中阐述了本公开的示范性实施方案，但应了解，本公开不限于此。举例来说，尽管所述装置和方法是结合各种特定组件描述，但本公开不一定限于这些配置。可以对本文中阐述的装置和方法进行各种修改、变更和增强而这些均不脱离本公开的精神和范围。