用于处理衬底的设备及其方法转让专利
申请号 : CN200680037785.3
文献号 : CN101356620B
文献日 : 2010-11-03
发明人 : C·D·M·布兰彻 , J·迈克内尔 , R·K·特罗韦尔
申请人 : 阿维扎技术有限公司
摘要 :
一种衬底处理系统(1)。衬底(2)放置在活塞(3)上，所述活塞示出位于装载位置(3a)和处理位置(3b)。所述衬底经过门(5)通过出入口(4)装载。装载区域(7a)和/或孔腔室(7)可以通过连接到泵(未示出)的真空排气管泵抽。示意性地示出的线性驱动机构(8)举起腔室中的活塞和衬底，从而在活塞和腔室壁之间腔室的处理容积(7b)限定有很弱的气体传导。
权利要求 :
1.一种用于以处理循环处理衬底的设备，该设备包括：一腔室，该腔室用于在处理容积中接收衬底；一可运动壁，该可运动壁可根据处理循环来移动以改变处理容积；一排气口，所述可运动壁能够在处理循环的吹扫部分期间运动以减小处理容积，从而从处理容积吹扫气体通过排气口；和一处理气体进口，可运动壁在处理循环的处理部分期间能够运动以通过所述处理气体进口吸入处理气体。
2.根据权利要求1所述的设备，其中具有多个排气阀，所述多个排气阀可在处理循环的各吹扫部分中操作。
3.根据权利要求1所述的设备，其中具有多个用于各处理气体的进气阀。
4.根据权利要求1所述的设备，该设备包括一吹扫气体进口。
5.根据权利要求4所述的设备，其中吹扫气体进口是处理气体进口。
6.根据权利要求1所述的设备，其中由可运动壁限定的最大与最小处理容积之比在5∶1到100∶1之间。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述容积比为10∶1。
8.根据权利要求1所述的设备，其中由所述壁的运动引起的处理容积的压缩比在5∶1到100∶1之间。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述压缩比为10∶1。
10.根据权利要求1所述的设备，其中可运动壁用作衬底支座或承载衬底支座。
11.根据权利要求10所述的设备，其中可运动壁还可在衬底装载/卸载位置和处理腔室限定位置之间运动。
12.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，其中可运动壁位于处理腔室的延伸部中。
13.根据权利要求12所述的设备，其中腔室和延伸部具有共同的外壳。
14.根据权利要求12所述的设备，其中延伸部与腔室相邻。
15.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，该设备包括一衬底支座，其中可运动壁大体上与衬底支座相对。
16.根据权利要求15所述的设备，该设备还包括一在衬底支座周围延伸的固定外壳，以便与可运动壁以及衬底支座一起限定处理腔室。
17.根据权利要求16所述的设备，其中可运动壁和/或外壳包括多个部件，所述多个部件中的至少两个部件可相对运动从而允许将衬底装载到衬底支座上。
18.根据权利要求1所述的设备，其中所述壁是一活塞。
19.一种处理衬底的方法，该方法包括：将衬底放入处理容积中，将处理气体或蒸汽引入处理容积中，和/或接着从处理容积中去除气体或蒸汽，其中所述引入和/或去除气体的步骤通过使可运动壁沿一适当的方向运动来改变处理容积而至少部分地进行，所述可运动壁在处理循环的处理部分期间能够运动以通过一处理气体进口吸入处理气体，所述可运动壁在处理循环的吹扫部分期间能够运动以减小处理容积，从而从处理容积吹扫气体通过排气口。
20.根据权利要求19所述的方法，其中按顺序重复所述引入和去除步骤。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述处理是化学气相沉积。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述处理是原子层沉积。
23.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述处理是干法蚀刻。
24.根据权利要求1所述的设备，该设备包括一控制器，用于根据权利要求19所述的方法来操作所述设备。
说明书 :
技术领域
本发明描述了一种用于在衬底上沉积薄层物质和/或从衬底去除薄层物质的设备，所述衬底例如为硅晶片。许多以前的沉积和蚀刻工艺利用不连续的步骤用于形成薄膜或深层结构的蚀刻。这些步骤优选地在一个处理腔室中(成批或者单个晶片)进行。
背景技术
举例来说，原子层沉积(ALD也被称为原子层外延)是一种化学气相沉积工艺，其中自约束表面反应最终产生保形涂层。对于例如用于形成超薄层的具有高的介电常数(K)的薄膜(例如HfO2或氧化铝)的ALD和类似的工艺，存在提高设备生产率的增长的需求。对于例如氧化铝层的ALD，包含铝例如三甲基铝Al(CH3)3的反应气体首先被引入到容纳衬底的腔室中，从而单原子层(monolayer)的该气体粘附到表面，在多数情况下使表面饱和。然后，吹扫是必需的，仅仅通过泵抽或使用惰性(对该工艺来说)气体例如氮气或氢气从腔室中几乎去除该单原子层气体。然后使氧化剂例如水蒸汽流入腔室中并与三甲基铝发生表面反应，从而形成单原子层的氧化铝。然后抽出过量的氧化剂和反应副产品、吹扫腔室并且重复所述循环直至获得所需的薄膜厚度。
因此循环时间＝暴露A+吹扫A+暴露B+吹扫B
自始至终使用吹扫意味着充分的去除或稀释反应物。这可以通过单独的泵抽或通过泵抽并使惰性(吹扫)气体流动或者如本领域已知的二者的任何序列来完成。
其中A和B代表用于获得沉积薄膜的先驱物。这是简单地通过举例给出的例子，回顾本领域将给出许多这种步进式沉积工艺的其它例子。
虽然该双循环过程生产出了高质量的薄膜并且相当不易受其它工艺参数的影响，但是该过程很慢，因为多层是通过一次形成单原子层而得到的。
所需的暴露时间非常短，所以已知的吸引人的方法是增加薄膜生长的速度以减少暴露时间。虽然暴露时间可以减少到非常短的时间例如低于1秒，但是关键的是需要在先驱物暴露步骤之后对处理腔室进行充分的吹扫。
目前还没有方法将吹扫时间减少到像暴露时间那么短，并且在其它的优化工艺中吹扫腔室所花(非生产性地)的时间大约占到了总循环时间的75％。
因此，快速地抽出处理腔室气态内容物的方法是有利的，因为这种方法会提高用于ALD或其它步进式工艺的设备的生产率。
因此循环时间＝暴露A+吹扫A+暴露B+吹扫B
自始至终使用吹扫意味着充分的去除或稀释反应物。这可以通过单独的泵抽或通过泵抽并使惰性(吹扫)气体流动或者如本领域已知的二者的任何序列来完成。
其中A和B代表用于获得沉积薄膜的先驱物。这是简单地通过举例给出的例子，回顾本领域将给出许多这种步进式沉积工艺的其它例子。
虽然该双循环过程生产出了高质量的薄膜并且相当不易受其它工艺参数的影响，但是该过程很慢，因为多层是通过一次形成单原子层而得到的。
所需的暴露时间非常短，所以已知的吸引人的方法是增加薄膜生长的速度以减少暴露时间。虽然暴露时间可以减少到非常短的时间例如低于1秒，但是关键的是需要在先驱物暴露步骤之后对处理腔室进行充分的吹扫。
目前还没有方法将吹扫时间减少到像暴露时间那么短，并且在其它的优化工艺中吹扫腔室所花(非生产性地)的时间大约占到了总循环时间的75％。
因此，快速地抽出处理腔室气态内容物的方法是有利的，因为这种方法会提高用于ALD或其它步进式工艺的设备的生产率。
发明内容
一方面，本发明在于一种用于以处理循环处理衬底的设备，该设备包括：一腔室，该腔室用于在处理容积中接收衬底；和一可运动壁，该可运动壁可根据处理循环来移动以改变处理容积。
所述设备可以包括一排气口，所述可运动壁可以在处理循环的吹扫部分期间运动以减小处理容积，从而从处理容积吹扫气体通过排气口。在一特别优选的实施方式中，具有多个排气阀，所述多个排气阀可在处理循环的各吹扫部分中操作。
类似地，所述设备可以包括用于处理气体的进口，可运动壁在处理循环的处理部分期间可运动，以便通过所述处理气体进口吸入处理气体。可以具有多个用于各处理气体的进气阀。
还可以具有用于吹扫气体进口，所述吹扫气体进口可以由处理气体进口构成。
由可运动壁限定的最大和最小处理容积之比可以在大约5∶1到100∶1之间。在一特别优选的布置中，所述容积比大约为10∶1。
由壁的运动引起的处理容积的压缩比可以在大约5∶1和大约100∶1之间，并且10∶1是特别优选的。
可运动壁可以用作衬底支座或承载衬底支座，在该情况下可运动壁还可以在衬底装载/卸载位置和处理腔室限定位置之间运动。
可运动壁可以位于处理腔室的延伸部中，在该情况下，腔室和延伸部可以具有共同的外壳。另外或可供选择地，所述延伸部可以与腔室相邻。
在一个可供选则的实施方式中，所述设备可以包括衬底支座，所述可运动壁可以大体上与衬底支座相对。在该情况下，所述设备可以包括在衬底支座周围延伸的固定外壳，以便与可运动壁以及支座一起限定处理腔室。可运动壁和/或外壳可以包括多个部件，所述多个部件中的至少两个部件可相对运动从而允许将衬底装载到支座上。
在上述任一个例子中，所述壁可以是活塞。
本发明的另一方面在于一种处理衬底的方法，该方法包括：将衬底放入处理容积中，将处理气体或蒸汽引入处理容积中，和/或接着从处理容积中去除气体或蒸汽，其中所述引入和/或去除气体的步骤通过使可运动壁沿一适当的方向(sense)运动来改变处理容积而至少部分地进行。
可以按顺序重复所述引入和去除步骤。
所述处理可以是化学气相沉积，例如原子层沉积或干法蚀刻或任何其它的适当的处理。
前面所提到的设备可以包括一控制器，用于根据上述限定的任一种方法操作所述设备。
本发明的又一方面在于一种衬底处理腔室，所述腔室具有活动壁，例如活塞，其中改变处理容积以提高暴露或吹扫先驱物的效率。
活动壁可以是活塞或膜片，并且可以配合进气阀或出气阀的节拍(timing)。
所述进气阀和排气阀(可以是装有排气口的活塞)可以用作反应物和吹扫气体的进口和出口。通过这种方法，腔室内的蒸汽或气体可以通过使运动壁运动来增加去除它们的速度和/或通过减小它们的容积(增加压力)来加快从处理腔室的抽空而有效排出。另外还能够通过增加处理容积，固定摩尔体积气体的压力减小，从而横过衬底的气体充注量(gas charge)的分配速度增加。
本发明的另一方面在于一种从化学气相沉积反应腔室中去除气体或蒸汽内容物或在化学气相沉积反应腔室中分配气体或蒸汽内容物的方法，所述方法通过使壁运动从而改变腔室容积而进行。
通过改变处理容积，改变了定量气体的压力，然后可以在步进式工艺的不同步骤中利用不同气流的动力学特性。所以，例如可以通过快速地使壁运动来快速地增加腔室的容积，从而快速地减小腔室的压力。类似地，对于任何给定传导率的管线，都可以通过减小腔室容积/增加腔室压力来更快地从腔室中去除固定的气体充注量。另外，使壁运动减小腔室的容积使腔室的流体内容物被有效排出。
在不同的压力下，利用不同气流的动力学特性还允许在进气阀和排气阀以及进入位置和排出位置做有利的改变，并且可以允许较小的排气阀和管线以及较简单的具有较少的气体注入孔的气体注入系统。
通过使用该活动壁也可以达到快速的泵抽-吹扫循环，本发明的又一方面，设置有至少2个腔室排气管，以使第一先驱物的排气装置与第二先驱物的排气装置分离，由此使得先驱物再循环。
虽然已经描述了化学气相沉积，特别是原子层沉积工艺，所述设备和方法还可以应用在其它的步进式工艺中，例如在干法蚀刻领域，包括等离子蚀刻衬底和特别地沉积/蚀刻组合工艺，例如深蚀刻硅，例如“博施(Bosch)”工艺。
衬底可以是硅或复合晶片、玻璃、聚合物或磁盘驱动器头，所形成的结构可以是微电子、磁性、无线电或光子装置的一部分，所述装置例如为记忆或逻辑装置、显示器、发射器、传感器和包括磁盘或读写头的存储装置。
虽然上面已经对本发明进行了描述，但是应当理解的是，本发明包括上述或后面的描述中的特征的创造性的组合。
所述设备可以包括一排气口，所述可运动壁可以在处理循环的吹扫部分期间运动以减小处理容积，从而从处理容积吹扫气体通过排气口。在一特别优选的实施方式中，具有多个排气阀，所述多个排气阀可在处理循环的各吹扫部分中操作。
类似地，所述设备可以包括用于处理气体的进口，可运动壁在处理循环的处理部分期间可运动，以便通过所述处理气体进口吸入处理气体。可以具有多个用于各处理气体的进气阀。
还可以具有用于吹扫气体进口，所述吹扫气体进口可以由处理气体进口构成。
由可运动壁限定的最大和最小处理容积之比可以在大约5∶1到100∶1之间。在一特别优选的布置中，所述容积比大约为10∶1。
由壁的运动引起的处理容积的压缩比可以在大约5∶1和大约100∶1之间，并且10∶1是特别优选的。
可运动壁可以用作衬底支座或承载衬底支座，在该情况下可运动壁还可以在衬底装载/卸载位置和处理腔室限定位置之间运动。
可运动壁可以位于处理腔室的延伸部中，在该情况下，腔室和延伸部可以具有共同的外壳。另外或可供选择地，所述延伸部可以与腔室相邻。
在一个可供选则的实施方式中，所述设备可以包括衬底支座，所述可运动壁可以大体上与衬底支座相对。在该情况下，所述设备可以包括在衬底支座周围延伸的固定外壳，以便与可运动壁以及支座一起限定处理腔室。可运动壁和/或外壳可以包括多个部件，所述多个部件中的至少两个部件可相对运动从而允许将衬底装载到支座上。
在上述任一个例子中，所述壁可以是活塞。
本发明的另一方面在于一种处理衬底的方法，该方法包括：将衬底放入处理容积中，将处理气体或蒸汽引入处理容积中，和/或接着从处理容积中去除气体或蒸汽，其中所述引入和/或去除气体的步骤通过使可运动壁沿一适当的方向(sense)运动来改变处理容积而至少部分地进行。
可以按顺序重复所述引入和去除步骤。
所述处理可以是化学气相沉积，例如原子层沉积或干法蚀刻或任何其它的适当的处理。
前面所提到的设备可以包括一控制器，用于根据上述限定的任一种方法操作所述设备。
本发明的又一方面在于一种衬底处理腔室，所述腔室具有活动壁，例如活塞，其中改变处理容积以提高暴露或吹扫先驱物的效率。
活动壁可以是活塞或膜片，并且可以配合进气阀或出气阀的节拍(timing)。
所述进气阀和排气阀(可以是装有排气口的活塞)可以用作反应物和吹扫气体的进口和出口。通过这种方法，腔室内的蒸汽或气体可以通过使运动壁运动来增加去除它们的速度和/或通过减小它们的容积(增加压力)来加快从处理腔室的抽空而有效排出。另外还能够通过增加处理容积，固定摩尔体积气体的压力减小，从而横过衬底的气体充注量(gas charge)的分配速度增加。
本发明的另一方面在于一种从化学气相沉积反应腔室中去除气体或蒸汽内容物或在化学气相沉积反应腔室中分配气体或蒸汽内容物的方法，所述方法通过使壁运动从而改变腔室容积而进行。
通过改变处理容积，改变了定量气体的压力，然后可以在步进式工艺的不同步骤中利用不同气流的动力学特性。所以，例如可以通过快速地使壁运动来快速地增加腔室的容积，从而快速地减小腔室的压力。类似地，对于任何给定传导率的管线，都可以通过减小腔室容积/增加腔室压力来更快地从腔室中去除固定的气体充注量。另外，使壁运动减小腔室的容积使腔室的流体内容物被有效排出。
在不同的压力下，利用不同气流的动力学特性还允许在进气阀和排气阀以及进入位置和排出位置做有利的改变，并且可以允许较小的排气阀和管线以及较简单的具有较少的气体注入孔的气体注入系统。
通过使用该活动壁也可以达到快速的泵抽-吹扫循环，本发明的又一方面，设置有至少2个腔室排气管，以使第一先驱物的排气装置与第二先驱物的排气装置分离，由此使得先驱物再循环。
虽然已经描述了化学气相沉积，特别是原子层沉积工艺，所述设备和方法还可以应用在其它的步进式工艺中，例如在干法蚀刻领域，包括等离子蚀刻衬底和特别地沉积/蚀刻组合工艺，例如深蚀刻硅，例如“博施(Bosch)”工艺。
衬底可以是硅或复合晶片、玻璃、聚合物或磁盘驱动器头，所形成的结构可以是微电子、磁性、无线电或光子装置的一部分，所述装置例如为记忆或逻辑装置、显示器、发射器、传感器和包括磁盘或读写头的存储装置。
虽然上面已经对本发明进行了描述，但是应当理解的是，本发明包括上述或后面的描述中的特征的创造性的组合。
附图说明
本发明可以以多种方式施行，现在参考后面的附图通过举例的方式对具体实施方式进行描述，附图中：
图1是本发明一个实施方式的简图；
图2是本发明另一实施方式的部件的简图；
图3是本发明另一实施方式的简图；和
图4是表明用于沉积金属氧化物的活塞阀序列的矩阵。
图1是本发明一个实施方式的简图；
图2是本发明另一实施方式的部件的简图；
图3是本发明另一实施方式的简图；和
图4是表明用于沉积金属氧化物的活塞阀序列的矩阵。
具体实施方式
衬底处理系统在图1中整体以1示出。衬底2放置在活塞3上，所述活塞示出位于装载位置3a和处理位置3b。衬底通过出入口4装载，如果需要，出入口还具有门5。装载区域7a和/或整个腔室7可以通过连接到泵(未示出)上的真空排气管6抽空，当活塞3在其处理位置3b时该管线可以在活塞3下侧提供抽真空(活塞有效地从处理容积7b阀闭了真空排气管6)。
示意性地示出的线性驱动机构(例如曲柄)8举起在腔室中的活塞和衬底，从而在活塞和腔室壁之间腔室的处理容积7b限定有很弱的气体传导。线性驱动机构然后使活塞按照编程的速度和距离上下运动，气体或蒸汽通过进气阀9进入腔室并通过排气阀10排出，其中被排出的气体可以通过管11到达提取物或废物管理系统，该管理系统最优选地可以将一种处理气体的至少一部分回收给阀9。
还可以提供吹扫气体进口(未示出)，从而活塞在其处理位置时提供吹扫气体到活塞的下侧。应当理解的是，排气阀10是可选择的，这取决于抽真空布置。排气阀的主要功能可以是当活塞快速地扩大腔室容积时阻止排气被吸回处理腔室。当活塞运动以减小处理容积时，排气阀也可以是必需的。
应当理解的是，如果需要活塞3可以旋转或旋转地摆动，以改进处理和/或活塞与腔室壁的密封。活塞可以包括晶片夹紧装置，例如静电力、夹子或夹圈，并且夹紧装置根据需要可以是平的或凹陷的。
虽然腔室示意性地示出为一个单元，但是所述腔室可以由多个不同材料构成的部件制成，特别地在处理容积7b周围可以具有绝缘壁。可以应用射频动力，例如通过天线13进行等离子处理，例如用于衬底或腔室或者在沉积或蚀刻衬底期间进行清洁处理。
图2示出本发明一个可供选择的实施方式的部件，其中在处理期间不是衬底盘30升起和下降，而是一个由示意性地示出的线性驱动机构50驱动的相对端部封闭的筒体40实现气体或蒸汽的变容(positive displacement)。筒体40(或其上部)被举起，以允许将衬底放到盘30上，所述盘可以有利地被控制到处理温度并且还具有例如静电地或机械地夹紧衬底的方法。筒体(或其上部)然后下降到下部组件60的附近，所述下部组件围绕盘并包含用于处理和吹扫气体或蒸汽的进口70和出口80。当筒体处于被降下的位置时，在整个筒体40和下部组件60之间存在着低传导路径(或气封)。筒体40可以由2部分组成，其中一部分永久地在所述下部组件的附近，例如安装在支撑座上，从而使得筒体的上部下降并与筒体的下部密封。通过驱动筒体40在下部组件60附近上升下降，在腔室的工作容积内实现了气体的变容，腔室的工作容积由筒体40和包含气体进口70和出口80的下部组件60限定。较常见地是，筒体40包含在真空或受控环境90中。
该实施方式的优点是，衬底盘是不动的，从而更容易地制造具有严格的温度控制和静电夹紧的复杂的盘(complex platen)，例如热的或冷的陶瓷盘。
还应当理解的是，活塞或活动壁不必对着衬底，而是可以在活塞或活动壁的运动引起处理容积显著变化的任何位置。
还应当理解的是，活塞离实际的腔室越远，有效处理容积变得越大，因为腔室和活塞之间的连接有效地成为处理容积的一部分。这就意味着需要增加由活塞扫过的容积，以便实现处理容积中压力的适当改变，而且实际上活塞通常必须在腔室内或基本上邻近腔室。
图3示出另一实施方式，其中活塞3(由驱动机构8线性驱动)与放置在盘14上的衬底2紧密联接。衬底通过具有门5的出入口4装载到腔室7中。提供进气阀9和排气阀10(其中进气阀和/或排气阀可以多于一个)用于分离注入的先驱物(precursors)，如果为先驱物之一提供单独的排气装置11，那么就可以让排气进入回收再循环系统(未示出)。活塞的下侧区域15可以比处理容积7大和/或连接到进口/出口装置以允许活塞自由运动。
活塞可以向上运动(减小处理容积)一次或多次，以便压缩和/或排出腔室流体内容物，并且可以向下运动(增大处理容积)一次或多次，以便减小处理容积的压力或者吸入或充填腔室。活塞的运动可以形成湍流和/或减小压力，从而使气体的非均匀注入速度增大以围绕腔室运动，从而更均匀地涂敷衬底的表面。
活塞或壁可以快速地运动并且在小于一秒的时间内完成腔室的吹扫。
阀的打开和关闭可以通过机械、电气或电子装置而与活塞的运动相合拍。活塞可以位于曲柄上或由例如直线马达驱动。对于循环过程的不同步骤，活塞的速度、行程以及冲程次数可以相同或者可以是变化的，因为这是优化所述处理必需的。图3通过举例的方式示出了在金属氧化物沉积过程中活塞/阀序列的矩阵。
在其它情况下，对于吹扫步骤，活塞可以例如仅仅在引入到腔室的氧化物和包含先驱物的金属之间运动。
反应物可以被汽化，并作为蒸汽被注入进或抽吸进腔室中，或者反应物可以在分配进腔室中的时候被雾化或汽化，可以理解的是，吹扫气体的使用是可选择的。
如果需要，反应物在进入腔室之前可以例如通过加热、辐射、光或其它的电磁频率被激发。
反应物和吹扫气体可以被回收、过滤、净化、添加新反应物和再循环以减少消耗量。
设备的压缩比将决定处理压力的峰值，在气体、循环和整个沉积之间这是可以按需要改变的，特别是如果选择线性马达用于活塞时。可以检测压力以及温度和其它的工艺要求，并且把结果反馈到控制系统以提供过程控制。
与衬底相对的面可以成形用于改进气体的分布，从而改进工艺或效率特性，例如沉积的均匀性和气体消耗的效率。
通过举例来说，直径为300mm的腔室具有10mm的工作间距，其可压缩到1mm的间距。
代表值：
腔室壁在10mm和1mm的间距之间运动的时间：0.1秒
处理间距：10mm
处理压力：1托
对于10mm间距时的1托的处理压力，在10mm的间距压缩到1mm的间距时，将会有大约70ccs的气体处于10托的压力。
真空模拟软件告诉我们通过直径为0.5英寸的排气口排出到100mT将耗时0.22秒。这是假定仅仅当腔室压缩到1mm时打开排气装置，而如果在该压缩冲程中排气阀始终打开，那么抽空将会更快。将腔室的间距从1mm移回到10mm，则以10的倍数使压力下降到10mT。
活塞0.2秒的运动(向上和向下)时间和在1mm间距0.22秒的排气时间，总共耗时0.42秒，通过压缩、膨胀和抽空的这种组合，腔室的压力从1托到了在10mm间距时的10mT。
在不使腔室壁运动，而通过打开相同尺寸的排气装置简单地泵抽的情况下，通过相同的软件模型在相同的假设下计算出将耗时3秒。
为了更好地吹扫腔室，可以在泵抽的同时引入吹扫气体。有利地，如此处所描述的那样，该过程也可以通过改变腔室的容积来进行。
如果100∶1的稀释度不够而需要1000∶1的稀释度，那么泵抽未压缩的容积到1mT将花费相当长的时间，甚至在使用直径相当大的管路和阀以及超高速低压泵的情况下。
仅仅通过泵抽，反应物基础压力每增加十则以完全非线性关系增加时间。但是通过变容腔室，获得另一个十的基础压力的时间是线性的。所以，例如，两倍时间，即0.84秒提供10000∶1的稀释度，1.26秒提供1000000∶1的稀释度等等。
示意性地示出的线性驱动机构(例如曲柄)8举起在腔室中的活塞和衬底，从而在活塞和腔室壁之间腔室的处理容积7b限定有很弱的气体传导。线性驱动机构然后使活塞按照编程的速度和距离上下运动，气体或蒸汽通过进气阀9进入腔室并通过排气阀10排出，其中被排出的气体可以通过管11到达提取物或废物管理系统，该管理系统最优选地可以将一种处理气体的至少一部分回收给阀9。
还可以提供吹扫气体进口(未示出)，从而活塞在其处理位置时提供吹扫气体到活塞的下侧。应当理解的是，排气阀10是可选择的，这取决于抽真空布置。排气阀的主要功能可以是当活塞快速地扩大腔室容积时阻止排气被吸回处理腔室。当活塞运动以减小处理容积时，排气阀也可以是必需的。
应当理解的是，如果需要活塞3可以旋转或旋转地摆动，以改进处理和/或活塞与腔室壁的密封。活塞可以包括晶片夹紧装置，例如静电力、夹子或夹圈，并且夹紧装置根据需要可以是平的或凹陷的。
虽然腔室示意性地示出为一个单元，但是所述腔室可以由多个不同材料构成的部件制成，特别地在处理容积7b周围可以具有绝缘壁。可以应用射频动力，例如通过天线13进行等离子处理，例如用于衬底或腔室或者在沉积或蚀刻衬底期间进行清洁处理。
图2示出本发明一个可供选择的实施方式的部件，其中在处理期间不是衬底盘30升起和下降，而是一个由示意性地示出的线性驱动机构50驱动的相对端部封闭的筒体40实现气体或蒸汽的变容(positive displacement)。筒体40(或其上部)被举起，以允许将衬底放到盘30上，所述盘可以有利地被控制到处理温度并且还具有例如静电地或机械地夹紧衬底的方法。筒体(或其上部)然后下降到下部组件60的附近，所述下部组件围绕盘并包含用于处理和吹扫气体或蒸汽的进口70和出口80。当筒体处于被降下的位置时，在整个筒体40和下部组件60之间存在着低传导路径(或气封)。筒体40可以由2部分组成，其中一部分永久地在所述下部组件的附近，例如安装在支撑座上，从而使得筒体的上部下降并与筒体的下部密封。通过驱动筒体40在下部组件60附近上升下降，在腔室的工作容积内实现了气体的变容，腔室的工作容积由筒体40和包含气体进口70和出口80的下部组件60限定。较常见地是，筒体40包含在真空或受控环境90中。
该实施方式的优点是，衬底盘是不动的，从而更容易地制造具有严格的温度控制和静电夹紧的复杂的盘(complex platen)，例如热的或冷的陶瓷盘。
还应当理解的是，活塞或活动壁不必对着衬底，而是可以在活塞或活动壁的运动引起处理容积显著变化的任何位置。
还应当理解的是，活塞离实际的腔室越远，有效处理容积变得越大，因为腔室和活塞之间的连接有效地成为处理容积的一部分。这就意味着需要增加由活塞扫过的容积，以便实现处理容积中压力的适当改变，而且实际上活塞通常必须在腔室内或基本上邻近腔室。
图3示出另一实施方式，其中活塞3(由驱动机构8线性驱动)与放置在盘14上的衬底2紧密联接。衬底通过具有门5的出入口4装载到腔室7中。提供进气阀9和排气阀10(其中进气阀和/或排气阀可以多于一个)用于分离注入的先驱物(precursors)，如果为先驱物之一提供单独的排气装置11，那么就可以让排气进入回收再循环系统(未示出)。活塞的下侧区域15可以比处理容积7大和/或连接到进口/出口装置以允许活塞自由运动。
活塞可以向上运动(减小处理容积)一次或多次，以便压缩和/或排出腔室流体内容物，并且可以向下运动(增大处理容积)一次或多次，以便减小处理容积的压力或者吸入或充填腔室。活塞的运动可以形成湍流和/或减小压力，从而使气体的非均匀注入速度增大以围绕腔室运动，从而更均匀地涂敷衬底的表面。
活塞或壁可以快速地运动并且在小于一秒的时间内完成腔室的吹扫。
阀的打开和关闭可以通过机械、电气或电子装置而与活塞的运动相合拍。活塞可以位于曲柄上或由例如直线马达驱动。对于循环过程的不同步骤，活塞的速度、行程以及冲程次数可以相同或者可以是变化的，因为这是优化所述处理必需的。图3通过举例的方式示出了在金属氧化物沉积过程中活塞/阀序列的矩阵。
在其它情况下，对于吹扫步骤，活塞可以例如仅仅在引入到腔室的氧化物和包含先驱物的金属之间运动。
反应物可以被汽化，并作为蒸汽被注入进或抽吸进腔室中，或者反应物可以在分配进腔室中的时候被雾化或汽化，可以理解的是，吹扫气体的使用是可选择的。
如果需要，反应物在进入腔室之前可以例如通过加热、辐射、光或其它的电磁频率被激发。
反应物和吹扫气体可以被回收、过滤、净化、添加新反应物和再循环以减少消耗量。
设备的压缩比将决定处理压力的峰值，在气体、循环和整个沉积之间这是可以按需要改变的，特别是如果选择线性马达用于活塞时。可以检测压力以及温度和其它的工艺要求，并且把结果反馈到控制系统以提供过程控制。
与衬底相对的面可以成形用于改进气体的分布，从而改进工艺或效率特性，例如沉积的均匀性和气体消耗的效率。
通过举例来说，直径为300mm的腔室具有10mm的工作间距，其可压缩到1mm的间距。
代表值：
腔室壁在10mm和1mm的间距之间运动的时间：0.1秒
处理间距：10mm
处理压力：1托
对于10mm间距时的1托的处理压力，在10mm的间距压缩到1mm的间距时，将会有大约70ccs的气体处于10托的压力。
真空模拟软件告诉我们通过直径为0.5英寸的排气口排出到100mT将耗时0.22秒。这是假定仅仅当腔室压缩到1mm时打开排气装置，而如果在该压缩冲程中排气阀始终打开，那么抽空将会更快。将腔室的间距从1mm移回到10mm，则以10的倍数使压力下降到10mT。
活塞0.2秒的运动(向上和向下)时间和在1mm间距0.22秒的排气时间，总共耗时0.42秒，通过压缩、膨胀和抽空的这种组合，腔室的压力从1托到了在10mm间距时的10mT。
在不使腔室壁运动，而通过打开相同尺寸的排气装置简单地泵抽的情况下，通过相同的软件模型在相同的假设下计算出将耗时3秒。
为了更好地吹扫腔室，可以在泵抽的同时引入吹扫气体。有利地，如此处所描述的那样，该过程也可以通过改变腔室的容积来进行。
如果100∶1的稀释度不够而需要1000∶1的稀释度，那么泵抽未压缩的容积到1mT将花费相当长的时间，甚至在使用直径相当大的管路和阀以及超高速低压泵的情况下。
仅仅通过泵抽，反应物基础压力每增加十则以完全非线性关系增加时间。但是通过变容腔室，获得另一个十的基础压力的时间是线性的。所以，例如，两倍时间，即0.84秒提供10000∶1的稀释度，1.26秒提供1000000∶1的稀释度等等。