化学处理、沉积和/或渗透设备及其使用方法

本申请是2020年1月20日进入中国国家阶段的PCT申请PCT/IB2018/000936(国家申请号：201880048547.5、发明名称：化学处理、沉积和/或渗透设备及其使用方法、申请人：ASM IP私人控股有限公司)的分案申请。

技术领域

本公开整体涉及用于制造电子装置的设备和方法。更具体地，本公开涉及化学处理、沉积和/或渗透设备以及用于使用此类设备在衬底的表面上和/或衬底的表面中提供化学反应的方法。

背景技术

随着半导体装置的尺寸变得越来越小的趋势，不同图案化技术已经出现。这些技术包括间隔件界定四重图案化、极紫外光刻(EUV)和EUV组合间隔件界定双重图案化。

另外，定向自组装(DSA)已经被视为未来光刻应用的选项。DSA涉及使用嵌段共聚物界定用于自组装的图案。所使用的嵌段共聚物可包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯或聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)。其他嵌段共聚物可包括新兴的“高χ”聚合物，其可能可实现小尺寸。

上文所描述的图案化技术可利用设置于衬底上的可渗透材料，诸如，EUV聚合物或DSA嵌段共聚物抗蚀剂，以实现对衬底的高分辨率图案化。为了满足高分辨率和线边缘粗糙度两方面的要求，聚合物抗蚀剂通常可以是薄层。然而，此类薄聚合物抗蚀剂可能具有若干缺点。具体地讲，高分辨率聚合物抗蚀剂可具有低耐蚀刻性，并且可能遭受高线边缘粗糙度。这种低蚀刻抗性和高线边缘粗糙度可能会使得适当图案化向底层的转移更加困难。

因此，对可渗透材料例如图案化材料抗蚀剂进行渗透以改变可渗透材料的属性可能是有利的。为了对图案化材料进行渗透，可能需要对前体进行长时间的曝光。

自组装单层(SAM)也可以用于辅助图案化。有机分子的自组装单层可以是通过吸附和自组织成更多或更少的大的有序域而在表面上自发形成的分子组合。自组装单层也可能需要长时间暴露于SAM分子。

因此，有利的是，具有一种用于在衬底的表面上和/或衬底的表面中提供化学反应的优化的化学沉积、处理和/或渗透设备。

发明内容

根据本发明的至少一个实施例，提供了一种用于在衬底的表面上和/或衬底的表面中提供化学反应的化学沉积、处理和/或渗透设备，其中所述设备包括：

一起形成可关闭反应室的顶部反应室部分和底部反应室部分；

致动器，所述致动器被构造和布置成用于在至少第一方向上将所述顶部反应室部分和所述底部反应室部分相对于彼此从打开位置移动到关闭位置以形成封闭反应室；

顶部衬底保持器，所述顶部衬底保持器连接到所述顶部反应室部分以至少在所述反应室处于所述打开位置时保持衬底；以及

底部衬底保持器，所述底部衬底保持器连接到所述底部反应室部分以在所述反应室处于所述关闭位置时保持所述衬底。

使顶部衬底保持器连接至顶部反应室部分，使底部衬底保持器连接至底部反应室部分，以及通过在至少第一方向上相对于彼此移动顶部反应室部分和底部反应室部分来关闭反应室，可以将衬底从顶部衬底保持器转移到底部衬底保持器。通过使顶部衬底保持器和底部衬底保持器分别连接到顶部反应室部分和底部反应室部分，并且使两个反应室部分相对于彼此可移动，可以有在反应室中没有活动部分或通过反应室壁没有馈通件以供衬底传递的简化设计。此类简化设计可使反应室的泄漏较少，且因此可能使前体更有效。

根据本发明的至少一个实施例，提供了一种用于在衬底的表面上和/或衬底的表面中用设备提供化学沉积、处理和/或渗透反应的方法，所述设备包括一起形成可关闭反应室的顶部反应室部分和底部反应室部分，所述方法包括：

在第一方向上将所述顶部反应室部分和所述底部反应室部分相对于彼此从关闭位置移动到打开位置；

在基本上垂直于所述第一方向的第二方向上在连接到所述顶部反应室部分的顶部衬底保持器上方移动所述衬底；

将所述衬底沿所述第一方向移动到所述顶部衬底保持器上；

使所述顶部反应室部分和所述底部反应室部分沿所述第一方向相对于彼此从打开位置移动到关闭位置，由此所述底部衬底保持器从所述顶部衬底保持器接收所述衬底；

用前体分配系统提供至少第一前体以用于在所述衬底的表面上进行化学反应。

出于概述本发明和优于现有技术而实现的优势的目的，上文中描述了本发明的某些目的和优点。当然，应当理解，未必所有这些目的或优点都可以根据本发明的任何特定实施例来实现。因此，例如，所属领域的技术人员将认识到，可以按实现或优化如本文中所教示或建议的一个优点或一组优点但不一定实现如本文中可能教示或建议的其它目的或优点的方式来实施或进行本发明。

所有这些实施例都旨在落入本文中所公开的本发明的范围内。对于所属领域的技术人员来说，通过参考附图的某些实施例的以下详细描述，这些和其它实施例将变得显而易见，本发明不限于所公开的任何特定实施例。

附图说明

应了解，图中的元件仅为了简单和清晰而示出的，且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大，以有助于改进对本公开所说明实施例的理解。

图1描绘了根据实施例的化学沉积和/或渗透设备的反应室的侧视图。

图2a到图2e描绘了使用图1的反应室的衬底加载顺序。

图3a到图3d部分地描绘了可用于图1的反应室中的顶部反应室部分。

图4描绘了可用于图1的反应室中的底部衬底保持器。

图5示出了结合图1到图4所描述的用于实施反应室的化学沉积和/或渗透设备的俯视图。

具体实施方式

尽管下文公开了某些实施例和实例，但所属领域的技术人员将理解，本发明延伸超出了本发明具体公开的实施例和/或用涂及其显而易见的修改和等效物。因此，希望本发明所公开的范围不应受下文所描述特定公开实施例的限制。

图1描绘了根据实施例的化学沉积和/或渗透设备的反应室1的侧视图，其中所有不同部分断开连接以实现可见性。所述设备包括顶部反应室部分3和底部反应室部分5，他们一起形成由合适材料制成的可关闭反应室1，所述材料例如(不锈)钢、钛、铝或石英。O形环12可设置在顶部反应室部分3与底部反应室部分5之间，以在顶部反应室部分3和底部反应室部分5相对彼此移动时密封反应室1。下部区段2连同盖4可形成顶部反应室部分3，所述盖可与O形环(未示出)接合。可将顶部衬底保持器11提供到顶部反应室部分3以至少在反应室1处于打开位置时保持衬底。

顶部反应室部分3可连接到前体分配系统以用于向反应室提供前体。前体分配系统可以包括用于向反应室提供前体的第一前体递送入口6和第二前体递送入口8。顶部反应室可设置有移除系统，所述移除系统包括出口10以例如用泵(未示出)从反应室移除前体。

底部衬底保持器13可提供到底部反应室部分5以当反应室1处于关闭位置时保持衬底。底部衬底保持器13可设置有凹部14。顶部衬底保持器11可在顶部反应室部分3与底部反应室部分5朝向彼此移动以在衬底加载序列期间形成反应室1时部分地移动到凹部14中。

图2a到图2e描绘了使用图1的反应室的衬底加载顺序。图2a描绘了顶部反应室的下部区段2和底部反应室部分5的侧视图。致动器7可用于将底部反应室部分5相对于下部区段2在至少第一方向Z上从打开位置移动到关闭位置以形成关闭反应室，或反之亦然从关闭位置移动到打开位置。致动器7可包括可移动地安装在圆筒9中的活塞16。

顶部衬底保持器11可设置到顶部反应室部分3以至少在反应室1处于打开位置时保持衬底。优选地，至少两个顶部衬底保持器11可在相对于要由顶部衬底保持器11保持的衬底中心的基本上彼此相对的两个位置处连接到顶部反应室部分的下部区段2。顶部衬底保持器11可具有夹具19，所述夹具具有用于支撑衬底的支撑区域23以及用于从顶部反应室部分的下部区段2悬挂夹具19的悬架21。支撑区域23可设置有抽吸或静电夹持装置以保持衬底15。支撑区域19可以使基本上水平的，并且悬架21是基本上竖直的。支撑区域23可以是被动的，并且衬底可以由重力定位在那里。

衬底输送器可被构造和布置成用于在反应室处于打开位置时在基本上垂直于第一方向Z的第二方向X上将衬底移动到顶部衬底保持器11上方的位置，图2a中示出了末端执行器17保持来自衬底输送器的衬底15。

图2b描绘了图2a的放大侧视图，其中当反应室处于打开位置时，衬底输送器在顶部衬底保持器11的支撑区域23上方移动衬底，其中，末端执行器17在顶部上保持衬底15。衬底输送器可以在反应室处于打开位置时将衬底15沿第一方向Z从顶部衬底保持器11上方的位置移动到顶部衬底保持器上的位置。支撑区域23可以设置有抽吸或静电夹持装置，以将衬底15夹持在支撑区域23上，或者可以仅通过重力被动地放置在所述支撑区域。

图2c描绘了从底部观察的图2b的配置的视图，其中衬底输送器的末端执行器17可以通过释放末端执行器17的吸力或静电力来释放衬底15。当衬底15保持在顶部衬底保持器11的支撑区域23上时，末端执行器随后移动离开顶部衬底保持器11。

图2d描绘了图2c的配置的视图，其中衬底输送器的末端执行器17可以沿第二方向X从打开的反应室移开。衬底15可保持在顶部衬底保持器11的支撑区域23上。

图2e描绘了当衬底输送器17移动离开反应室空间且通过使底部反应室部分5通过致动器7在至少第一方向上朝向顶部反应室部分的下部区段2移动而关闭反应室1时反应室1的侧视图。反应室部分3、5及其相应的衬底保持器11、13被构造和布置成使得随着移动，衬底将从顶部衬底保持器11转移到底部衬底保持器13(参见图1)。当顶部反应室部分3和底部反应室部分5朝彼此移动以形成反应室1时，顶部衬底保持器11可部分地移动到凹部14中。

使顶部衬底保持器11连接至顶部反应室部分3，使底部衬底保持器13连接至底部反应室部分5，并且通过在至少第一方向Z上相对于彼此移动顶部反应室部分和底部反应室部分而关闭反应室1，可以将衬底从顶部衬底保持器11转移到底部衬底保持器13。通过使顶部衬底保持器11和底部衬底保持器13分别连接到顶部反应室部分3和底部反应室部分5，且使两个反应室部分相对于彼此可移动，可以有在反应室1中没有活动部分或通过反应室壁没有馈通件的简化设计。

此类设计可使反应室1的泄漏较少，且因此可能使前体更有效。后者对于渗透、处理和/或沉积过程尤其重要，其中前体暴露时间更长。

例如，倘若反应室中的压力与反应室1外部的压力不同，那么压力差可在超过30秒的时间、优选超过1分钟，更优选超过2分钟，甚至更优选超过5分钟，并且最优选超过10分钟保持在原始压力差的50％到100％之间，优选75％至100％之间，更优选90％至100％之间，甚至更优选95％至100％之间，并且最优选98％到100％之间，不需要供应/排出气体。

反应室1的氦泄漏率可以小于约10-3mbar*l/s，优选小于约10-5mbar*l/s，更优选小于约10-6mbar*l/s，甚至更优选小于约10-7mbar*l/s，并且最优选小于约10-8mbar*l/s。

顶部反应室部分3可为静止的，而底部反应室部分5可在第一方向Z上与致动器7一起上下移动。在此配置中，用于向反应室提供前体的前体分配系统和从反应室移除前体的移除系统可以用刚性管件可操作地连接到顶部反应室部分，因为管件不需要为顶部反应室部分3的移动提供灵活性。前体分配系统和/或移除系统可采用吹扫系统来提供反应室的吹扫。

图3a描绘了顶部反应室部分3的下部区段2，其中顶部衬底保持器11在底部反应室部分5的方向上从顶部反应室部分3的下部区段2突出。下部区段2连同盖(未示出)是顶部反应室部分3的一部分，所述盖可与其间的O形环接合。

图3b描绘了要被构造和布置成在第一方向上从顶部看去U形的两个顶部衬底保持器11。当定位在顶部衬底保持器上时，U的开口端可以在设备中沿着衬底中心的方向构造。两个顶部衬底保持器可以被构造和布置成在悬架21可以安装在U的底部处时使支撑区域23(参见图3c)在U的顶部处。U的底部可以基本上遵循衬底的圆形形状以被定位在顶部衬底保持器上。以此方式，顶部衬底保持器11的四个支撑区域23可支撑衬底。支撑区域23的长度可以小于50mm，优选地约30mm，宽度小于30mm，优选地约20mm。

图3c描绘了被构造和布置成具有在第二方向上看去L形的两个顶部衬底保持器11，所述第二方向垂直于第一方向且平行于衬底输送器在顶部衬底保持器11之间移动衬底的方向。L的下端可以被构造在设备中以指向垂直于第一和第二方向的方向。两个顶部衬底保持器11可被构造和布置成在悬架21可位于L的顶部处时使夹具19在L的下端处。悬架21的高度限定衬底输送器为了在顶部衬底保持器11的夹具19上方移动衬底具有的空间。悬架21的高度可以小于20mm，优选小于10mm，例如约6mm。夹具19的高度可以小于10mm，优选约6mm以在顶部衬底保持器11内提供足够强度。

图3d描绘了被构造和布置成具有在垂直于第一方向和第二方向的方向上看去倒置T形的两个顶部衬底保持器11。两个顶部衬底保持器可以被构造和布置成在悬架21可以位于T的下端处时使夹具19在T的顶端处。

图4描绘了底部衬底保持器13，在其顶部平坦表面29中设置有凹部14。顶部衬底保持器11(在图2中)的夹具19可在顶部反应室部分3和底部反应室部分5在第一方向上移动以形成反应室时移动到凹部14中。随着夹具19移动到凹部14中，衬底从顶部衬底保持器11转移到底部衬底保持器13。凹部的深度可以比夹具的厚度大一点，例如，小于2cm，优选小于1cm，且最优选小于7mm，但大于0.5mm，优选大于1mm并且更优选大于3mm。

衬底与反应室1的顶部之间的空间可小于5cm，优选小于3cm，更优选小于2cm，甚至更优选小于1cm，甚至更优选小于5mm，且最优选小于3mm但大于0.5mm，优选大于1mm。以此方式，可最小化反应室的体积，这对于前体消耗是有利的。用于具有300mm直径的衬底的反应室1的体积可小于约20升，优选小于约10升，小于约5升，小于约2升且小于约1升但大于0.1升，优选大于0.5升。

底部衬底保持器13的平坦表面29用于在顶部衬底保持器移动到凹部14中时接收衬底。底部衬底保持器13可设置有抽吸或静态夹持装置以将衬底保持在平坦表面29上，或衬底可以仅被动地放置在所述平坦表面上。底部衬底保持器可设置有用于经由平坦表面29加热衬底的加热器。为了提供均匀加热，平坦表面可具有与衬底相同的大小，且凹部应较小。有利地，顶部衬底保持器11与凹部14的边缘之间的距离可非常小，为几毫米的量级。包括下部区段2和盖的顶部反应室部分还可设置有用于加热反应室的加热器。

当反应室关闭或替代地一部分衬底可仍被顶部衬底保持器部分地支撑时，衬底可由底部衬底保持器13完全支撑。在后一种情况下，顶部支撑保持器的支撑区域可设置有加热器以改善衬底的均匀加热。

所述设备是“无销”的，这意味着不存在抬升销以从衬底输送器接收衬底并且降低底部衬底保持器上的衬底。抬升销会需要穿过反应室的孔以便其移动，这将是不利的，因为它可能导致泄漏。所述设备可能不具有到反应室的外部环境的孔，因此，可更容易保持反应室1中的压力。抬升销还可引起诸如可移动部件粘着的问题，所述问题可以在“无销”设计中被避免。

在一些实施例中，一起形成可关闭反应室1的顶部反应室部分和底部反应室部分不具有允许气体穿过反应室部分且稍后在制造过程中可被关闭的机械加工结构(例如，孔)。这降低了渗漏的风险并且还可以例如通过避免冷点使加热的均匀性更好。

图5示出了根据实施例的化学沉积和/或渗透设备的俯视图。根据图5的设备可以使用如结合图1至图4所描述的反应室。

示出了用于装载具有多个衬底的盒(例如，前开式统集盒(Front OpeningUnified Pod)，即FOUP)的盒装载站31。第一衬底输送器33可用于使衬底从盒移动到中间装载站。中间装载站可以是负载锁35。随后，衬底输送器37可用于使衬底15从中间装载站移动到设置有顶部衬底保持器和底部衬底保持器的反应室1。

所有反应室1可以在当时由衬底输送器37接近以获取单个衬底15。四个衬底可在四个反应室中同时处理。衬底输送器37可以在Z方向上可移动，并且可以具有图2b到图2d中所示的末端执行器17以将衬底保持并下降在顶部衬底保持器11上。

该设备可包括用于控制前体分配和移除系统43并且设置有存储器41的顺序控制器39，所述存储器被编程为使得该设备能够执行沉积和/或渗透。在存储器中的程序可在至少第一循环中控制设备以沉积和/或渗透，包括：

在第一持续时间内由前体分配系统经由第一前体递送入口22(见图1)在反应室中提供第一前体以用于将前体提供至反应室1；

在至少第二持续时间内由移除系统经由出口26将第一前体的一部分从衬底移除，以从反应室移除前体；

通过激活前体分配系统在反应室中提供第二前体，以在第三持续时间内在反应室中经由第二前体递送入口24提供第二前体，以用于将前体提供至反应室。

顺序控制器39可被编程以将第一前体或第二前体留在反应室中，同时在反应室中提供第一前体之后使前体分配和移除系统43在浸渍时间段内停用。以此方式，在第一前体仅在吸收反应室中保持静止同时吸收、反应和/或渗透时，不使用第一前体或第二前体。

衬底输送器37可以定位在腔室中，将用移除系统从腔室移除空气，并且衬底输送器37可以从负载锁35接收衬底。衬底可以定位在负载锁中。负载锁中的空气可以被移除，并且到衬底输送器37的门可以打开，使得衬底输送器可以将衬底从负载锁移动到反应室1。以此方式操作设备可使得可以将反应室1的内部控制为极其干净。

前体分配系统可以经由第一前体入口22和第二前体入口24将第一前体或第二前体提供至反应室1(参见图1)。通过第一前体加热器蒸发包含在容器中的液体或固体，第一前体可作为气体引入腔室中，以提供足够的蒸气压力以递送到腔室中。第一前体加热器可以向容器中的第一前体提供热量。同样地，通过第二前体加热器蒸发容器中包含的液体或固体，第二前体可作为气体引入腔室中，以提供足够的蒸气压力以递送到反应室中。

前体分配和移除系统43可以包括吹扫系统以经由吹扫阀向反应室提供吹扫气体。吹扫气体可以是惰性气体，诸如氮或氦，并且可以用于吹扫反应室。

前体可以是具有要在衬底上形成的渗透材料或沉积层的元素的化合物。前体可以是自组装单层(SAM)分子，其例如可用于选择性沉积中的表面钝化，并且因此可以辅助图案化。

在SAM沉积期间，反应器1的温度可在50℃与250℃之间，更优选在100℃与200℃之间，最优选在130℃与170℃之间。在SAM沉积期间，反应器1的压力可在0.01与10托之间，优选在0.05到2托之间，并且最优选在0.1到1托之间。反应的持续时间可以在1至60分钟之间，优选5至30分钟之间，且最优选8至15分钟之间。

前体可以通过第一前体阀和第一前体入口提供到反应室中。前体可以储存在容器中，并且可以在需要时用其它合适的前体储存装置替换。例如，如果前体中的一个可以是固体，则可以提供特别适合的容器以加速固体前体的升华。容器中的一个也可以配备有气态前体，使得不需要加热。

顺序控制器39(例如，微控制器)可以可操作地连接到一个或多个前体阀、吹扫阀和移除系统。顺序控制器39可以包括存储器41以存储程序，所述程序被编程以使得设备能够在反应室中用第一前体和第二前体执行设置在衬底上的可渗透材料的渗透。压力和/或温度传感器可以监测腔室压力和温度，并且可以在操作期间与顺序控制器可操作地连接以优化渗透的工艺条件。

存储在顺序控制器39的存储器41中的程序可以被编程以在适当的时间顺序打开和关闭阀，以向反应室提供和移除第一前体和第二前体。可以加热前体阀。

该设备可以设置有加热系统，所述加热系统包括第一加热元件(例如，加热电阻线)和可操作地连接到温度传感器的加热控制器。也可提供压力传感器。加热控制器可以可操作地连接到顺序控制器39。温度传感器可用于测量反应室中的温度，并且向加热控制器提供关于该温度的反馈，以调节加热元件的温度从而调节反应室的温度。

例如，如果第一前体或第二前体是三甲基铝(TMA)，则蒸气压力为：

20℃～9托

40℃～25托

60℃～64托

80℃～149托

100℃～313托

128℃～760托

如从这些值可以看出，处理压力可以基本上通过升高反应室中的温度而升高。然而，如果在设备中存在与前体接触并且具有略低温度的一小部分，那么存在前体冷凝的立即风险，这是不希望的。

前体(例如，TMA)与可渗透材料或衬底的相互作用可以主要通过吸附和扩散。温度可能对渗透具有显著影响，因为吸附和扩散的速率以及吸附反应中的平衡可能受到温度变化的影响。

渗透过程在90℃时可能是最佳的，而在120℃和150℃时，渗透对TMA不太好。对于基于吸附的过程，这可能是预期的。在较高温度下，吸附反应的平衡可能朝向单独TMA和聚合物种类转移。在20与400℃之间、优选50与150℃之间、更优选60与110℃之间并且最优选65与95℃之间的工艺温度因此是优选的。

因此，加热系统可以被构造和布置成将反应室和从反应室直到至少其相应反应室阀的管道的温度控制在20℃与450℃之间，优选50℃与150℃之间，更优选60℃与110℃之间，并且最优选65℃与95℃之间。顺序控制器39中的存储器41可以用程序编程以使设备在渗透期间使反应室中的第一前体或第二前体的压力达到和/或维持在0.001与1000托之间，优选0.1与400托之间，更优选1与100托之间，并且最优选2与50托之间，以避免冷凝。这样，我们产生足够的安全裕度以避免设备中的冷凝，同时具有相对于前体TMA的使用的最佳工艺温度和压力。

该设备可包括直接液体注射器(DLI)，其包括液体流控制器和蒸发器。液体流动控制器可以控制进入用于蒸发第一或第二前体的蒸发器的液体流。可能不需要加热流控制器和蒸发器之间的液体流。可以加热蒸发器以蒸发第一前体或第二前体。加热系统可以被构造和布置成在反应室中的第一前体或第二前体的压力下将从反应室直至蒸发器的温度控制在至少第一前体或第二前体的沸腾温度，以避免冷凝。蒸发器可以被构造和布置在反应室中，以直接在反应室中提供蒸发的前体。蒸发器也可以被构造和布置在设备的前体分配和移除系统中。

加热系统，例如，加热元件可以是缠绕在所述设备的相关部分周围或设置在底部衬底保持器中的电阻线。加热元件可以是具有多个温度传感器的多区加热元件以更精确地控制工具的每一部分中的温度。

前体分配和移除系统可包括用于提供前体的起泡器。鼓泡器可以提供非连续前体流，所述前体流具有0.1至200秒、优选1至3秒的第一前体的脉冲、与持续0.01至2秒、优选0.3至1秒的混合气体的脉冲相间。

前体分配和移除系统可以设置有直接液体喷射器(DLI)蒸发器以在反应室中或在前体分配和移除系统的其它管道中直接喷射气态前体。

在典型渗透操作期间，通过暴露于来自容器的气相的第一前体，第一前体可渗透到衬底上的可渗透材料中。第一前体可以与衬底上的可渗透材料反应并且变为渗透于衬底上的可渗透材料中的化学吸附或物理吸附的衍生物。随后，通过暴露于来自容器的气相的第二前体，第二前体可渗透到衬底上的可渗透材料中。第二前体可以与渗透于衬底上的可渗透材料中的第一前体的化学吸附或物理吸附衍生物反应以变为最终渗透材料。

用于储存第一或第二前体的容器可以被构造和布置成储存选自由以下组成的组的铝的烷基化合物：三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)和氢化二甲基铝(DMAH)。容器可以被构造和布置成储存第一前体或第二前体，如氯化钛(IV)(TiCl)、氯化钽(V)(TaCl5)和/或氯化铌(NbCl5)。

为了渗透锆或铪，容器可以被构造和布置成储存Zr或Hf前体。Zr或Hf前体可包含金属有机、有机金属或卤化物前体。在一些实施例中，前体是卤化物。在一些其他实施例中，前体是Hf或Zr的烷基胺化合物，诸如TEMAZ或TEMAH。

容器可以被构造和布置成储存第一前体或第二前体，如选自包括以下的组的氧化剂：水、臭氧、过氧化氢、氨和肼。

该设备可以包括：用于容纳第一前体或第二前体诸如铝或硼烃化合物的第一容器，所述铝或硼烃化合物优选地选自包括以下的组：三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)和二甲基铝氢化物(DMAH)、二甲基乙基胺铝烷(dimethylethylaminealane,DMEAA)、三甲基胺铝烷(trimethylaminealane,TEAA)、N-甲基吡咯烷铝烷(N-methylpyrroridinealane,MPA)、三异丁基铝(TIBA)、三叔丁基铝(TTBA)、三甲基硼和三乙基硼；以及用于容纳第一前体和第二前体中的另一者诸如金属卤化物的第二容器，所述金属卤化物优选地选自氯化钛(IV)(TiCl)、氯化钽(V)(TaCl5)和氯化铌(NbCl5)组成的组。后者对于渗透金属碳化物材料可能是优选的。

该可渗透材料可以是多孔的。孔隙率可以通过测量可渗透材料中的空隙空间占可渗透材料的总体积的比例来测量，并且可以具有0和1之间的值。如果空隙空间占总体积的比例大于0.1、大于0.2或者甚至大于0.3，则可渗透材料可被定性为多孔材料。

在一实施例中，可渗透材料可以是图案化层，例如图案化(光)抗蚀剂层。抗蚀剂层可以退火。退火步骤可以具有从抗蚀剂中移除水分或其他污染物、使抗蚀剂硬化、选择性地从衬底表面烧掉部分抗蚀剂或产生所需孔隙率的目的。

在一个实施方案中，可以通过具有嵌段共聚物膜并且促进嵌段共聚物膜的定向自组装以形成图案化层，从而提供图案化层。渗透这种图案化层可以改善这种图案化层的质量。嵌段共聚物膜可以例如具有低耐蚀刻性，并且通过渗透共聚物中的图案可以改善图案的耐蚀刻性。

在一个实施方案中，可以通过用光刻设备曝光光致抗蚀剂提供图案化层。渗透这种图案化层可以改善这种图案化层的质量。图案化的光致抗蚀剂层可以例如具有低耐蚀刻性，并且通过渗透图案化的光致抗蚀剂可以改善图案的耐蚀刻性。

在将衬底定位在图1的反应室中之后，可以通过排空反应室的移除泵来清洁反应室和衬底。任选地，可以用吹扫系统提供吹扫气体以经由吹扫阀冲洗反应室。可以加热反应室以增强除气。

存储器41中的程序可被编程以激活前体分配和移除系统43，以从反应室中移除气体，并且利用吹扫系统提供吹扫气体，以使反应室在渗透开始之前吹扫1至4000秒，优选100至2000秒。存储器中的程序可以被编程以激活加热器系统以将反应室加热到20℃和450℃之间，优选50℃和150℃之间，并且最优选70℃和100℃之间的温度，以增强污染物的除气。

随后，所述方法包括渗透方法，其中可渗透材料可以在一个或多个渗透循环期间用渗透材料渗透。每个渗透循环可包括以下步骤：

在第一时间段内将第一前体提供至反应室中的衬底。顺序控制器39的存储器41可设置有程序，所述程序在顺序控制器39的处理器上执行时使得设备关闭冲洗阀且经由入口22将第一前体递送至反应室1。

这可以通过打开出口26并且在冲洗时间段FP内激活移除泵以冲洗具有第一前体的反应室1完成。还可以省略冲洗时间段FP。存储器41中的程序可以被编程以在1至60秒之间、优选2至30秒之间的冲洗时间段FP内激活第一前体流动控制器。

还可以用前体分配和移除系统43向反应室1提供第一前体，同时在载荷时间段LP内不用移除系统移除任何前体。这导致第一前体在反应室1中的压力积聚。当反应室1中的第一前体或第二前体的压力达到最高期望压力时，可以通过顺序控制器39终止这种积聚。或者，可存在压力释放阀，所述压力释放阀在反应室中的压力升高到超过预定最大值时打开，其还可以结束压力载荷时间段LP。存储器41中的程序可以被编程以在载荷时间段LP内激活第一前体流动控制器，所述载荷时间段LP在1至3000秒之间，优选在3至1000秒之间，更优选在5至500秒之间。

可以使第一前体维持静止存在于反应室1中，同时在浸渍时间段SP内使前体分配和移除系统43不提供或移除任何前体。存储器41中的程序可以被编程以在浸渍时间段SP内激活第一前体流动控制器，所述浸渍时间段SP在10至9000秒之间、优选在50至5000秒之间、并且更优选在100至1000秒之间。

因此，第一时间段T1可以包括冲洗时间段FP、载荷时间段和/或浸渍时间段SP。在整个时间段T1期间，第一前体可以渗透和/或吸收。顺序控制器39的存储器41可以用程序编程，所述程序当在顺序控制器的处理器上执行时使设备在反应室中在第一时间段T1内提供并保持第一前体，所述第一时间段T1在1至20000秒之间、优选在20至6000秒之间、更优选在50至4000秒之间、并且最优选在100至2000秒之间。

可以在第二时间段T2内移除第一前体的一部分。顺序控制器39可控制移除系统以经由出口26从反应室1移除第一前体。另外，吹扫气体可由吹扫系统提供以冲洗反应室1。

顺序流动控制器39的存储器41中的程序可以用程序编程，所述程序当在顺序控制器39的处理器上执行时使设备控制移除第一前体的一部分的第二持续时间T2。存储器41中的程序可以被编程为使得第二时间段T2在0.1至20秒之间，优选在0.5和10秒之间。

可以通过顺序控制器39激活前体分配和移除系统43来将第二前体提供在反应室1中，以在第三持续时间T3内将第二前体提供并维持在反应室中。顺序控制器39的存储器41可以被编程以将第二前体递送到反应室1。

已经结合第一前体描述了冲洗时间段FP、载荷时间段和浸渍时间段SP。顺序控制器39的存储器41可以设置有程序，所述程序当在顺序控制器39的处理器上执行时将使设备对第二前体运行具有冲洗时间段FP、载荷时间段LP和/或浸渍时间段SP的第三时间段T3。在整个第三时间段T3期间，第二前体可以与吸收的第一前体衍生物反应。

可选地，可以在第四时间段T4内移除第二前体的一部分。顺序控制器39可激活移除系统以利用真空泵38从反应室1移除第二前体。另外，可以用吹扫系统提供吹扫气体以冲洗反应室1。存储器41中的程序可以被编程为使得第四时间段T2在0.1至100秒之间，优选在0.5至20秒之间。

顺序控制器39的存储器41可以被编程，以便当程序在设备的顺序控制器39的处理器上执行时，可以重复渗透顺序N次，其中N在1至20之间、优选2至10并且最优选3至6之间。可以选择前体，使得前体形成金属或电介质渗透材料。

可以在图1的设备中一起使用第一前体和第二前体，以产生氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、碳氮化硅(SiCN)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钨(W)、钴(Co)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)或氧化铪(HfO2)。

工艺温度介于20℃与400℃之间，优选在50℃与200℃之间，更优选在60℃与150℃之间，第一前体或第二前体在反应室中的压力在0.001与1000托之间，优选在0.05与100托之间，并且更优选在0.1与10托之间以避免冷凝，这对于层的沉积也是优选的。

所示出和描述的特定实现方式是对本发明及其最佳模式的说明，而无意以任何方式限制各方面和实现方式的范围。事实上，为了简洁起见，系统的常规制造、连接、制备和其他功能方面可能未详细描述。此外，各图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。许多另选的或附加的功能关系或物理连接可能存在于实际的系统中，并且/或者在一些实施例中可能不存在。

应该理解，本文描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或实例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。本文描述的具体例程或方法可以表示各种处理策略中的一个或多个。因此，所示的各种动作可以以所示的顺序执行、以其它顺序执行或者在一些情况下可以省略。

本公开的主题包含本文公开的各种工艺、设备、系统和配置以及其它特征、功能、动作和/或特性以及其任何和所有等效物的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。