CN113906157A - 多孔入口 - Google Patents

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Abstract

一种衬底处理装置(100,800)，包括：反应室(130)，具有入口开口(121,821)；进料线(101)，经由入口开口(121,821)将反应性化学品提供到反应室(130)中；进气流动控制部件(105,805)，在进料线(101)中，进料线(101)从流动控制部件(105,805)延伸到反应室(130)，在流动控制部件(105,805)与反应室(130)之间的该部分中的进料线(101)是具有气体可渗透壁的入口管(111,811)的形式，具有气体可渗透壁的入口管(111,811)通过至少部分地围绕入口管(111,811)的容积朝向入口开口(121,821)延伸；并且装置(100,800)被配置为提供流体以围绕并且进入在所述部分中的入口管(111,811)。

Description

多孔入口
技术领域
本发明总体上涉及衬底处理方法和装置，特别地涉及化学沉积和蚀刻方法以及沉积和蚀刻反应器。更具体地，但非排他地，本发明涉及原子层沉积(ALD)反应器。
背景技术
本节说明了有用的背景信息，但不承认此处描述的任何技术代表现有技术。然而，例如通过考虑已授权的专利US 8,211,235 B2，可以更好地理解所描述的反应器结构。
在化学沉积方法中，由至少一条进料线将化学品提供到反应室中。进料线通常在它们进入到反应室的途中延伸穿过加热容积。然而，这增加了化学品粘附在进料线壁上或以其它方式与进料线壁发生反应的风险。
发明内容
因此，本发明的某些实施例的目的是提供具有化学品或等离子体在进料线上的粘附最小化的方法和装置。
更一般地，某些实施例的目的是提供具有化学品或等离子体在真空部件的壁上的粘附最小化的方法和装置。本文的真空部件的示例是进料线、反应室、衬底支架(基座)和泵前级线，一些反应产物和残余气体经由该泵前级线从反应室朝向泵排出(用于排气)。粘附可以指物理吸附到一个分子层的厚度。
根据本发明的第一示例方面，提供了衬底处理装置，包括：
反应室，具有入口开口；
进料线，以经由入口开口将反应性化学品提供到反应室中；
进气流动控制部件，在该进料线中，该进料线从流动控制部件延伸到反应室，在流动控制部件与反应室之间的该部分中的进料线是具有气体可渗透壁的入口管的形式，具有气体可渗透壁的该入口管通过至少部分地围绕入口管的容积朝向入口开口延伸，并且
装置被配置为提供流体以围绕并且进入在所述部分中的入口管。
在某些实施例中，气体可渗透壁是由通气路径形成的壁。通气路径可以包括孔。可以提供多条通气路径，通气路径提供沿着入口管的整个内表面延伸的保护流动。在某些实施例中，气体可渗透壁是多孔壁。在某些实施例中，壁本身是气体可渗透的。在某些实施例中，壁包括至少100条通气路径。在某些实施例中，壁包括至少1000条通气路径。在某些实施例中，壁包括通气路径分布在入口管的整个圆周之上以及入口管的纵向距离之上的分区。
在某些实施例中，与具有带有单独的开口或特定的注入通道的壁的管相比，气体可渗透壁本身是气体可渗透的。在某些实施例中，气体可渗透壁具有穿孔或包含贯穿气体可渗透壁分区或区域的开口或通气路径。在某些实施例中，以统一的方式提供所述开口或通气路径。在某些实施例中，气体可渗透壁的气体可渗透性是入口管的整体特征或特性。
在某些实施例中，气体可渗透壁延伸到入口开口。然而，在其它实施例中，气体可渗透壁不延伸到入口开口，而是仅朝向入口开口延伸。在这种实施例中，靠近入口开口或在入口开口处的反应室的边缘可以是热边缘或加热边缘以减少粘附。
在某些实施例中，进气流动控制部件包括阀。在某些实施例中，进气流动控制部件包括脉冲阀。在某些实施例中，进气流动控制部件包括三通阀(或ALD阀)或四通阀。已经在WO 2018/202935 A1和WO 2018/202949A1中呈现了这种阀的示例。在某些实施例中，除了或代替上文所述的部件之外，进气流动控制部件包括其它流动控制部件。
在某些实施例中，至少部分地围绕进料线的容积是反应室外部的容积。在某些实施例中，至少部分地围绕进料线的容积是至少部分地围绕反应室的容积，例如反应室的壁与外室(或真空室)的壁之间的中间空间。
在某些实施例中，围绕并且进入入口管的流体是较高压力的流体。在某些实施例中，表述“较高压力”是指围绕入口管的流体的压力高于在入口管内流动的气体或流体(在与周围的流体混合之前)的压力。
在某些实施例中，该装置包括提供该较高压力的流体的部件。
在某些实施例中，该装置被配置为防止反应性化学品粘附到入口管的内表面。
在某些实施例中，该装置包括：
外管，在入口管周围，被配置为提供所述至少部分地围绕的容积。
在某些实施例中，外管由气体不可渗透的壁形成。
在某些实施例中，该装置包括：
外管(或管)，在入口管周围，被配置为提供流体以围绕并且进入入口管。
在某些实施例中，围绕的流体是气体。在某些实施例中，围绕的流体是惰性气体。
在某些实施例中，该装置被配置为在入口管和外管之间传递惰性气体。
在某些实施例中，该装置被配置为在入口管与外管之间传递反应性流体，引起在入口管内的、反应性化学品与所述反应性流体之间的反应。在某些实施例中，在这种反应中形成粉末。
在某些实施例中，该装置被配置为在入口管与外管之间传递反应性流体，引起在入口管内的、反应性化学品与所述反应性流体之间的反应，以产生另一化学品、离子、自由基或其它这样形式的物质。这样形成的这种物质然后将在反应室内与另一前体反应，在反应室内的衬底上引起表面反应。因此，在某些实施例中，最初不与另一化学品反应的化学品可以通过由流动通过气体可渗透壁的材料将其激活而与所述另一化学品反应。
在某些实施例中，该装置包括：
外室，在反应室周围，该外室形成围绕该反应室的容积。
在某些实施例中，该装置包括在外室壁中的馈通件以将惰性气体传递到中间空间中。
在某些实施例中，该装置包括在反应室与外室壁之间的中间空间，该中间空间提供至少部分地围绕进料线的容积。
在某些实施例中，该装置被配置为将反应室与外室两者泵送成真空。可以使用相同的泵或分离的泵。
在某些实施例中，该装置包括在所述至少部分地围绕的容积中的加热器。
在某些实施例中，该装置被配置为由热辐射或由提供具有较高温度或较低温度的围绕流体(或由所述较高压力的流体)来加热或冷却入口管内的反应性化学品。
在某些实施例中，反应性化学品(或前体)经由阀(例如脉冲阀或三通阀)被脉冲到入口管中。在某些实施例中，阀是四通阀。
在某些实施例中，该装置被配置为由所述较高压力的流体提供对入口管内的反应性化学品的加热或冷却，其中外管中的流体由与内管中的流体不同的方法被加热或冷却。
在某些实施例中，入口管包括加热入口管的部件。
在某些实施例中，外管包括加热外管的部件。
在某些实施例中，该装置包括在入口管与外管之间的空间中的至少一个加热元件。在一些实施例中，至少一个加热元件与入口管的表面集成。
在某些实施例中，除了至少一个加热器元件之外或代替至少一个加热器元件，该装置在内管与外管之间的空间中还包括至少一个冷却器元件。在某些实施例中，冷却器元件利用外部热交换器施加用于冷却的液体循环。
在某些实施例中，通过气体可渗透壁流动进入入口管中的气体或流体比已经存在于入口管内的气体或流体更冷，或者由于通过气体可渗透壁进入入口管的膨胀而变得更冷。
例如，具有气体可渗透壁的入口管可以由多孔材料(诸如，烧结聚合物、烧结金属、具有金属或陶瓷的可能的烧结步骤的3D打印材料或陶瓷材料)实现。多孔材料的具体的示例是由氧化铝和氧化硅组成的材料(也称为Pormulit)。多孔材料的任何解决方案都可以包含不同等级的孔隙度(porosity)，或者(例如)其中的流体通道。例如，由3D打印很容易形成的这种通道的好处，例如可以在材料表面的不同点处平衡或流出。
在某些实施例中，入口管包括以下管中的至少一种管：气体可渗透管、多孔管、穿孔管和具有至少一个气体可渗透间隙或多个气体可渗透间隙的管分区或多个管分区。在某些实施例中，这种间隙或孔形成气体喷射器或产生阻塞流效应的结构。气体可渗透/多孔区域可以具有不同密度的开口，或者它可以由前述结构或装置的任何组合形成以引导流体穿过壁。
在某些实施例中，该装置包括在入口管的外部的附加的开口，提供从反应室的外部进入到反应室中的流动路径。该流动路径是对由进料线(或进料管)提供的流动路径的补充。如果该装置包括围绕入口管的外管，则所述附加的开口可以被放置在入口管的外部，但是在外管的内部。在某些实施例中，该装置包括从外管直接到反应室的附加的开口。在某些实施例中，外管内的流体具有两条进入反应室的路线：一条路线通过入口管的外部的所述附加的开口，并且一条路线经由入口管并且通过入口开口。所述附加的开口可以被布置在反应室壁中。在某些实施例中，所述开口是可调节的(例如，尺寸可调节的)。
在某些实施例中，该装置被配置为提供具有较低压力的外管，并且该外管经由被放置在入口管的外部但是在外管的内部的所述附加的开口对反应室开放。这在某些实施例中提供了入口管与围绕外管的中间空间之间的温度分离。
在某些实施例中，该装置包括在入口管内的一个或多个分离的流体通道。本文的分离是指在分离的流体通道内流动的任何材料与在入口管中流动的反应性化学品没有流体连通。例如，通道可以由3D打印材料制成。在另一实施例中，通道可以是焊接管。在某些实施例中，通道具有螺旋形式。通道可以是空气通道。通道可以位于入口管的内表面上。通过在通道内流动具有与在入口管中流动的反应性化学品的温度不同的温度的流体，通道可以为入口管提供加热或冷却效果。
在某些实施例中，进气流动控制部件是三通阀或四通阀或者包括三通阀或四通阀。
在某些实施例中，该装置包括具有气体可渗透壁的、被进气流动控制部件上游的第二外管围绕的第二入口管。在某些实施例中，入口管和外管之间的容积与第二入口管和第二外管之间的容积不直接流体连通。
在某些实施例中，外管包括热绝缘层，或者该装置包括外管周围的热绝缘层。
在某些实施例中，该装置包括在入口管的流动方向上围绕气体可渗透壁入口管的多个分离的且连续的气体容积。
在某些实施例中，入口管具有气体可渗透壁或者是多孔的，并且外管被省略。在某些这种实施例中，来自反应室壁与外(室)壁之间的中间空间的气体(直接地)流动通过入口管。可以提供真空室作为外室。
在某些实施例中，所述中间空间被省略，但是入口管和外管被提供在反应室的外部。加热器可以与反应室外表面集成。备选地，可以仅对进入的气体提供加热。
在某些实施例中，该装置包括在入口管的反应室端部处的颗粒过滤器。
在某些实施例中，该装置包括从入口管和外管之间的空间到(用于排气的)泵的出口通道。在某些实施例中，出口通道开始于由入口管的外表面和外管的内表面限定的容积的反应室端部处。
在某些实施例中，该装置包括从顶部接近反应室的竖直进料线。
在某些实施例中，外管至少在长度方向上是柔性的，从而使能到反应室的附接和/或到真空室外部的柔性附接，如在PCT/FI2017/050465中所呈现的。
在某些实施例中，入口管包括区域段，其中不同的气体或不同的气体的混合物被带入到在入口管的内部流动的气体流中。
在某些实施例中，气体可渗透壁的表面材料和流动通过壁到入口管的内部的流体被选择为具有合适的温度和固体材料表面以产生催化反应。
在某些实施例中，气体可渗透壁的表面材料和流动通过壁到入口管的内部的气体被选择具有产生催化反应的温度。
在某些实施例中，电磁辐射被引入入口以影响催化反应。
在某些实施例中，该装置被配置为在反应室中的衬底表面上执行连续的自饱和表面反应。因此，该装置被配置为施加原子层沉积ALD。衬底可以是晶片。
在某些实施例中，该装置被配置为产生粉末。
在某些实施例中，该装置被配置为在反应室中的衬底表面上执行蚀刻反应。
在某些实施例中，穿过气体可渗透壁的气体与在三通阀(或进气流动控制部件)的上游的进料线中流动的气体混合。
在某些实施例中，入口管的气体可渗透壁在脉冲阀/进气流动控制部件的上游延伸，使得通过气体可渗透壁进入的气体可以在脉冲阀/进气流动控制部件前与入口管内流动的气体混合。
在某些实施例中，阀/进气流动控制部件位于中间空间中。
在某些实施例中，入口管具有至少一种弯曲的形状，使得流体流动改变方向或对颗粒具有分离力(诸如，螺旋)。
在某些实施例中，被附接到入口管的阀由多个阀或部件组成，以从至少两种不同的气体中进行选择。
在某些实施例中，阀后的分区包括混合器(或流动方向引导件)或由混合器(或流动方向引导件)组成。在某些实施例中，混合器接收一个以上的不同的气体线，其可以传递一种以上的气体或具有不同压力或不同温度的气体。在某些实施例中，这种结构在气体可渗透管壁的边缘周围形成进一步的保护流动。在某些实施例中，这种结构可以利用喷射器或阻塞流效应来加速气体。
在某些实施例中，气体可渗透管壁适于在其长度之上改变其宽度。
在某些实施例中，气体可渗透管适于形成至少两个进入分支的混合。在某些实施例中，气体可渗透管适于扩展到至少两个输出分支。因此，在某些实施例中，至少两个出口从气体可渗透管(入口管)通向反应室。如果需要，这些结构有助于在反应室前建立化学品之间的期望的化学反应。例如，通过在入口管的反应室端部处施加所述过滤器，可以在所述化学反应之后执行清洁，可以例如从经过的流中去除颗粒。
在某些实施例中，入口管被适配使得其指向衬底。
在某些实施例中，等离子体形成至少部分地被布置在入口管内。例如，这可以利用被放置在入口管外部的RF等离子体发生器来完成。国际专利公开WO 2012/136875示出了放置的示例。在某些实施例中，进入入口管的围绕的气体流动使等离子体远离入口管壁。在某些实施例中，流动被布置为将等离子体推向衬底，并且在又一实施例中，被布置成实现小的不均匀性。在某些实施例中，通过改变流动(例如在入口管结构中的气体流动中的改变)获得小的不均匀性。
在某些进一步的实施例中，代替进入入口管的围绕的气体，压力被控制到使得流动方向是从入口管的内部通过气体可渗透壁到入口管的外部的程度。
在某些实施例中，反应室具有气体可渗透壁。在某些实施例中，反应室壁由通气路径形成。通气路径可以包括孔。可以提供多条通气路径，该多条通气路径提供沿反应室的整个内表面延伸的保护流动。在某些实施例中，反应室由多孔材料形成。
在某些实施例中，具有气体可渗透壁的反应室至少部分地被容积围绕。在某些实施例中，容积是在反应室的气体可渗透壁与外室壁之间形成的中间空间。在某些其它实施例中，容积由反应室的气体可渗透壁和外中间壁限定，外中间壁驻存于反应室的气体可渗透壁与外室壁之间。在某些实施例中，该装置被配置为提供流体以围绕并通过反应室的气体可渗透壁从围绕的容积进入反应室。
在某些实施例中，该装置包括由多孔材料形成的衬底支架。在某些实施例中，该装置包括衬底支架，该衬底支架包括至少一个气体可渗透壁。
在某些实施例中，该装置包括衬底支架，其中至少衬底支架的面向衬底的表面由通气路径形成。通气路径可以包括孔。在某些实施例中，衬底支架面的向衬底的表面是多孔的。
在某些实施例中，该装置包括反应室的下游的泵前级线，该泵前级线有具有气体可渗透壁的管形式。
在某些实施例中，泵前级线的具有气体可渗透壁的管被具有气体不可渗透壁的外管围绕。
根据本发明的第二示例方面，提供了操作第一方面的衬底处理装置的方法及其实施例的任何实施例。
因此，第二示例方面包括：
经由进料线并且通过反应室入口开口将反应性化学品提供到装置的反应室中；
通过进气流动控制部件控制进料线，进料线从流动控制部件延伸到反应室，在流动控制部件与反应室之间的该部分中的进料线是具有气体可渗透壁的入口管的形式，具有气体可渗透壁的入口管通过至少部分地围绕入口管的容积朝向入口开口延伸；以及
提供流体以围绕并且进入所述部分中的入口管。
在某些实施例中，该方法包括：
提供入口管周围的外管以提供所述至少部分地围绕的容积。
在某些实施例中，该方法包括：
将惰性气体传递到外管中。
在某些实施例中，该方法包括：
通过在入口管和外管之间传递所述反应性流体，引起在入口管内的、反应性化学品与反应性流体之间的反应。
在某些实施例中，该方法包括：
在反应室与外室壁之间提供中间空间，该中间空间提供至少部分地围绕进料线的容积。
在某些实施例中，该方法包括：
经由外室壁中的馈通件将惰性气体传递到中间空间中。
在某些实施例中，该方法包括：
由加热器加热至少部分地围绕的容积。
在某些实施例中，该方法包括：
由放置在入口管与外管之间的空间中的至少一个加热器元件来加热该装置。
在某些实施例中，该方法包括：
由围绕的流体加热或冷却入口管内的反应性化学品。
在某些实施例中，该方法包括：
提供从外管直接地到反应室中的流动。
在某些实施例中，该方法包括：
通过被布置在反应室壁中的开口建立从外管直接地到反应室中的气体流动。
在某些实施例中，该方法包括：
由三通阀控制进料线内的气体流动。
在某些实施例中，该方法包括：
提供具有气体可渗透壁的、由进气流动控制部件上游的第二外管围绕的第二入口管，并且
提供流体以围绕并且进入第二入口管。
在某些实施例中，该方法包括：
由热绝缘层隔离外管。
在某些实施例中，该方法包括：
在入口管的流动方向上提供围绕气体可渗透壁入口管的、多个分离的并且连续的气体容积。
在某些实施例中，该方法包括：
利用入口管的反应室端部处的颗粒过滤器去除颗粒。
在某些实施例中，该方法包括：
将来自入口管与外管之间的空间的材料排放到旁路反应室的出口通道。
在某些实施例中，该方法包括：
由竖直进料线从顶部接近反应室。
在某些实施例中，该方法包括：
在反应室中的衬底表面上执行连续的自饱和表面反应。
在某些实施例中，反应室包括气体可渗透壁，并且该方法包括：
提供流体以围绕并且通过气体可渗透壁进入反应室。
在某些实施例中，反应室由多孔材料形成。
在某些实施例中，衬底支架包括至少一个气体可渗透壁。该衬底支架可以支撑反应室内的一个或多个衬底。
在某些实施例中，该方法包括：
为衬底支架的内部提供流体，所述流体从衬底支架的内部通过至少一个气体可渗透壁进入反应室。
在某些实施例中，该方法包括：
将反应室和外室泵送成真空。
根据本发明的某些进一步的方面，提供了某些进一步的方法和装置。在这些进一步的方面中，将通常地应用结合第一方面和第二方面提出的实施例。然而，进一步的方面不包含第一方面和第二方面包含的限制中的每个限制。
因此，根据另一示例方面，提供了衬底处理装置，包括：
反应室，具有入口开口；
进料线，以经由入口开口将反应性化学品提供到反应室中；以及
入口开口的上游的进料线中的部分，有具有气体可渗透壁的入口管的形式。
根据另一示例方面，提供了方法，包括：
经由进料线并且通过反应室入口开口将反应性化学品提供到衬底处理装置的反应室中，该入口开口上游的进料线包括具有气体可渗透壁的入口管的形式的部分，该方法进一步包括：
提供流体以通过气体可渗透壁从入口管的外部进入入口管的内部。
根据又一示例方面，提供了衬底处理装置，包括：
反应室；
进料线，以将反应性化学品提供到反应室中；
真空室，至少部分地围绕反应室；
中间空间，在反应室的壁与真空室的壁之间，该进料线包括在中间空间的区域中的气体可渗透壁。
根据又一示例方面，提供了方法，包括：
经由进料线将反应性化学品提供到衬底处理装置的反应室中；
提供真空室以围绕反应室和反应室的壁与真空室的壁之间的中间体；以及
通过进料线的气体可渗透壁将流体从中间空间流动到进料线。
根据又一示例方面，提供了衬底处理装置，包括：
反应室；
进料线，以将反应性化学品提供到反应室中，该进料线是具有气体可渗透壁的内管和围绕该内管的外管的形式。
在某些实施例中，外管包括与其周围环境热绝缘。
根据又一示例方面，提供了衬底处理装置，包括：
具有气体可渗透壁的反应室。
根据又一示例方面，提供了衬底处理装置，包括：
具有(多个)气体可渗透壁的衬底支架。
根据又一示例方面，提供了包括气体可渗透壁的衬底支架。
因此，反应室和/或衬底支架每个都包括气体可渗透壁或多个气体可渗透壁。
根据又一示例方面，提供了离开反应室的管，其包括气体可渗透壁。
关于入口管的气体可渗透壁的描述也应用到具有相同的实施例或方面或不同的实施例或方面中的气体可渗透壁的其它零件。例如，本文所述的其它零件是指具有气体可渗透壁的反应室、具有气体可渗透壁的衬底支架以及具有气体可渗透壁的、从反应室通向泵的前级线(泵前级线)。因此，这些其它零件的气体可渗透壁也可以是多孔的，并且在入口管的上下文中描述的对应的特征和解决方案也适用于涉及所述其它零件等的方面和实施例等。
在上文中已经呈现不同的非约束性的示例方面和实施例。以上实施例和在本说明书中稍后描述的实施例被用于解释可以在本发明的实现方式中使用的选择的方面或步骤。应当理解，对应的实施例也应用到其它示例方面。可以形成实施例的任何适当的组合。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例来描述本发明，其中：
图1示出了根据某些实施例的装置；
图2示出了根据进一步实施例的装置；
图3示出了根据进一步实施例的装置，其中省略了外管；
图4示出了具有进一步实施例的装置，其中省略了外室；
图5示出了根据某些实施例的包括三通阀的装置；
图6示出了根据进一步实施例的包括分离的围绕的气体容积的装置；
图7示出了根据进一步实施例的包括颗粒过滤器的装置；
图8示出了根据又一实施例的装置；
图9示出了根据又一实施例的具有带气体可渗透壁的反应室的装置；
图10示出了根据另一实施例的具有多孔衬底支架的装置；
图11示出了根据进一步实施例的入口管内的流体通道；
图12示出了根据又一实施例的装置；并且
图13示出了根据某些实施例的进一步细节。
具体实施方式
在以下描述中，原子层沉积(ALD)技术被用作示例。然而，本发明不限于ALD技术，而是可以在多种衬底处理装置中(例如，在化学气相沉积(CVD)反应器中，或在蚀刻反应器中(诸如，在原子层蚀刻(ALE)反应器中))被开发。
ALD生长机制的基础是技术人员已知的。ALD是特殊的化学沉积方法，该方法基于将至少两种反应性前体物质依次引入到至少一个衬底。然而，应当理解，当使用例如光子增强ALD或等离子体辅助ALD(例如，PEALD)时，这些反应性前体中的一个反应性前体可以被能量代替，从而导致单个前体ALD工艺。例如，纯元素的沉积仅需要一种前体。当前体化学品包含要被沉积的二元材料的两种元素时，可以利用一种前体化学品创建二元化合物，例如，氧化物。由ALD生长的薄膜致密、无针孔且厚度均匀。
至于衬底处理步骤，至少一个衬底通常在反应容器中暴露于时间分离的前体脉冲，以通过连续的自饱和表面反应将材料沉积在衬底表面上。在本申请的上下文中，术语ALD包括所有适用的基于ALD的技术和任何等同或密切相关的技术，诸如例如以下ALD子类型：MLD(分子层沉积)，等离子体辅助ALD，例如PEALD(等离子体增强原子层沉积)和光子增强原子层沉积(也称为光子ALD或闪光增强ALD)。
备选地或此外，这种处理可以针对例如反应室，例如钝化或清洁反应室。
基本的ALD沉积循环由四个连续的步骤组成：脉冲A、吹扫(purge)A、脉冲B和吹扫B。脉冲A由第一前体蒸汽组成，并且脉冲B由另一前体蒸汽的组成。惰性气体和真空泵通常被用于在吹扫A和吹扫B期间从反应空间吹扫气态反应副产物和残留反应物分子。沉积序列包括至少一个沉积循环。重复沉积循环直到沉积序列已经产生期望厚度的薄膜或涂层为止。沉积循环也可以更简单或更复杂。例如，该循环可以包括由吹扫步骤分离的三个或多个反应物蒸汽脉冲，或者可以省略某些吹扫步骤。另一方面，光增强ALD具有多种选择，诸如仅一种活性前体，具有用于吹扫的多种选择。所有这些沉积循环形成由逻辑单元或微处理器控制的定时沉积序列。
反应空间是反应室内的限定容积。所期望的化学反应，诸如沉积反应、蚀刻反应、清洁反应、活化反应或交换反应通常在反应空间中的衬底表面上发生。
图1示出了根据某些实施例的装置。该装置100是衬底处理装置，该衬底处理装置可以是例如ALD反应器、ALE反应器或CVD反应器。例如，可以根据从芬兰埃斯波的Picosun获得的R-200ALD系统来实现装置100的基本结构。该装置包括反应室130和用以将反应性化学品(或在某些实施例中的反应性化学品和载气的混合物)提供到反应室130的进料线101。该装置进一步包括在进料线101中的脉冲阀105。脉冲阀的状态(打开/关闭)由控制系统180控制。
该装置进一步包括在反应室130的外部并且至少部分地围绕进料线101的容积。在图1中所示的实施例中，在反应室130与外室(可以是真空室)140之间形成的中间空间190围绕反应室130和进料线101两者。外管120(具有气体不可渗透壁)被放置在进料线101周围。进料线101延伸到脉冲阀105，并且从脉冲阀105延伸到反应室130中。在从脉冲阀105到反应室130的这部分中，进料线是具有气体可渗透壁的入口管111的形式(也称为“多孔入口”)。反应室130包括入口开口121，并且具有气体可渗透壁的入口管111延伸到入口开口121。然而，在其它实施例中，气体可渗透壁并不一直延伸到入口开口121，但是它仅朝向入口开口121延伸。在这种实施例中，靠近入口开口121的反应室130的边缘可以是热边缘或加热边缘以减少粘附。取决于实施例，入口开口121被布置在反应室130的底部、顶部、侧面或角落处。
在某些实施例中，入口管111是多孔管或穿孔管。在某些实施例中，入口管111的壁包括多个孔或间隙，在某些实施例中为定向孔，和/或具有间隙或狭缝的分区。例如，所使用的管材料可以是金属或陶瓷。外管120以及中间空间190围绕入口管111。
至少部分地围绕进料线101的容积可以是加热容积。在某些实施例中，反应室130(和中间空间190)由放置在中间空间190内的加热器160加热。外管120(和入口管111)内的容积由被放置在入口管111与外管120之间的加热器122加热。加热器122由控制系统控制。在实施例中，外管120设置有热绝缘124，例如热反射材料层。在某些实施例中，通过布置一个或多个冷却器元件来分别提供入口管111和/或外管120的冷却。
通过提供较高压力的流体(或气体)来围绕入口管111以防止入口管111内流动的反应性化学品与入口管111的(内)壁接触或粘附(或减少接触或粘附)。围绕的、较高压力的气体经由馈通件或阀或类似物被传递到外管120中。例如，较高压力的气体可以经由阀106被从气源170传递到外管120中。较高压力的气体通过气体可渗透壁进入入口管111的内部。较高压力的气体的压力与反应性气体的压力之间的压力差防止反应性气体附着到入口管111的壁上。在其它实施例中，外管120被省略并且中间空间190中的围绕的气体充当较高压力的气体(如稍后在图3的连接中所述)。在两种情况下，较高压力的气体穿过入口管的壁并且与反应性气体混合。混合物经由入口管111流动到反应室130中，衬底110在反应室130中暴露于由控制系统180控制的连续的自饱和表面反应。
剩余的反应物和反应副产物(如果存在的话)经由前级线(fore-line)145被朝向真空泵150泵送。
在某些实施例中，装置100被配置为将反应室130和外室两者泵送成真空140。因此，装置在真空条件下操作。
如上所述，脉冲阀105由控制系统180控制。类似地，控制系统180控制装置100的整个操作。控制系统180包括至少一个处理器和至少一个包括计算机程序或软件的存储器。该软件包括将由至少一个处理器执行以控制装置100的指令或程序代码。该软件通常可以包括操作系统和不同的应用程序。
至少一个存储器可以形成装置的一部分或者它可以包括可附接的模块。控制系统180进一步包括至少一个通信单元。通信单元提供用于装置100的内部通信的接口。在某些实施例中，控制系统180使用通信单元以将指令或命令发送到装置100的不同部件(例如测量和控制设备、阀、泵和加热器等)并从其接收数据。
控制系统180可以进一步包括用户界面以与用户合作，例如以从用户接收诸如工艺参数的输入。在某些实施例中，控制系统180可以至少部分地由便携式设备或由诸如工厂自动化的外部系统来实现。
例如，对于装置100的操作，控制系统180根据ALD来控制装置的处理时序。例如，在某些实施例中，装置100通过被编程被配置为将较高压力的气体传递到中间空间或外管120中。在某些实施例中，将较高压力的气体传递到中间空间或外管120中涉及控制图1中的虚线之一图示的阀106。
在某些实施例中，装置100被配置为通过较高压力的流体(高于入口管111中的压力)提供入口管111内的反应性化学品的加热或冷却。在那些实施例中，由控制系统180控制围绕的流体(气体)的温度以实现期望的加热效果或冷却效果。在某些示例实施例中，被加热的围绕的流体(其可以是气体)使整个入口管保持加热。在某些实施例中，被加热的流体被用于将进入的反应性化学品加热到反应室130的温度，或高于反应室130的温度(即，升高的温度)。在某些实施例中，这种升高的温度使得进入的反应性化学品和加热的流体之间能够发生反应。在某些实施例中，该反应被限于入口管111的气体可渗透壁的区域或入口管111内。例如，在某些实施例中，可以在惰性气体通过气体可渗透壁进入入口管111的情况下执行加热，以引起通过阀105进入的反应性化学品分解为自由基或离子。
代替加热器122或除了加热器122之外，可以由另一加热器实现外管120的内部的容积和入口管111的内部的容积的加热。这种加热器的示例如下：被放置在管(入口管111或外管120)之间的红外线(IR)加热器，其IR辐射击中管中的至少一个管或管中的至少一个管中的流体；抵靠入口管111放置的加热器元件(诸如，电阻丝)；在气体可渗透壁的表面上制造的加热器元件，例如被印刷在所述表面上的厚膜线，其可以由银墨或银浆制成；以及被制造(例如被模制)到外管120的内部在外管120的外部与内部表面之间的的加热器。
在又一实施例中，与在入口管111内流动的化学品反应的流体(其可以是气体)被用作围绕的流体。在这些实施例中，穿过入口管壁的围绕的流体与入口管111内流动的化学品混合并且反应。在某些实施例中，以该方式产生的短寿命的化学品可以被有效地用在衬底上的反应中。
在又一实施例中，反应性化学品与入口管壁的接触未被阻止，而是通过调节通过气体可渗透壁的流动方向而产生，例如，用于清洁或催化反应目的。在某些实施例中，壁中的孔洞的精细结构被引导以调节流动：对于非粘附性能，流动可以朝向反应室130，而为了改善反应性化学品与围绕的流体的混合，流动可以被引导远离反应室130。在某些实现和条件下，气体可渗透入口管的表面与流过它的气体处于不同的温度，以防止化学品粘附到入口管壁。在其它实现中，在气体和入口管111的壁中存在电偏置，这减少或防止了特定物质的粘附。这种偏置可以被用于通过阀105处于与入口111内的入口壁或电极不同的偏置电压的这种方式，来电离入口管中的化学品。备选地，可以通过化学分解执行电离，包括但不限于对UV工艺已知的光致激发。此外，阀105可以是生成等离子体的地方，因此等离子体变成由带电表面引导的带电气体。带电表面可以指磁场的存在。
在图1所示的实施例以及其它实施例中，提供较高压力的流体(来自源170或相应的源)的线可以包括其自身的气体压力控制(例如，调节器)和/或图中未示出的流动控制。阀106(或相应的阀)是可选的。
图2示出了根据某些进一步的实施例的装置。图2所示的装置对应于图1所示的装置的结构特征和操作，不同之处在于图2所示的装置在反应室130壁中包括可选的开口123，该可选的开口123从外管120直接地通向反应室130。热绝缘层124没有被画出，但它可以存在于图2的实施例中。
开口123允许气体从外管120流动到反应室130中而无需经过中间元件。在某些实施例中，这种气体流动由控制系统180限制或调节。在某些实施例中，所提及的到反应室130的流动和/或流动的可能的调节被用于限制气体可渗透壁或管111之上的压力(例如，过高的压力)。此外或替代地，所提及的到反应室130的流动有助于引导通过阀105和入口管111进入的化学品朝向衬底110流动。在某些实施例中，所提及的经由开口123的流动被用于持续地吹扫进入到反应室130中的化学品，甚至在脉冲(或脉冲时段)期间。在某些实施例中，该流动被引导到泵而不是衬底。
图3示出了根据某些进一步的实施例的装置。除了在图3所示的装置中省略了外管120之外，图3所示的装置对应于图1所示的装置的结构特征和操作。因此，入口管111被中间空间190直接地围绕。如箭头301所示，较高压力的气体从气源170经由阀106并且经由外室140馈通件或类似物被传递到中间空间190中。然后，较高压力的气体通过气体可渗透壁进入入口管11的内部。较高压力的气体的压力与反应性气体的压力之间的压力差防止反应性气体附着到入口管111的壁上。
图4示出了根据又一实施例的装置。图4所示的装置通常对应于图1-图3所示的装置的结构特征和操作，不同之处在于图4所示的装置中省略了外室140。外管120形成反应室130的外部的容积，并且进料线101从脉冲阀105通过所述容积延伸到反应室130中。如箭头401所示，较高压力的气体经由阀106并且经由馈通件或类似物被传递到外管120中。较高压力的气体通过气体可渗透壁进入入口管111的内部。较高压力的气体的压力与反应性气体的压力之间的压力差防止反应性气体附着到入口管111的壁上。加热器160可选地与反应室130壁集成。图4所示的装置可以可选地包括开口123，该开口123允许气体从外管120流动到反应室130中而无需经过中间元件。
在某些实施例中，入口管111气体可渗透壁之上的压力差与经由控制系统180的脉冲序列或过程有关。
图5示出了根据某些实施例的包括三通阀的装置。图5所示的装置通常对应于图1-图4所示的装置的结构特征和操作，不同之处在于图5所示的装置中的阀105已经被实现为三通阀505(也被称为诸如ALD阀)。另外，图5示出了将具有气体可渗透壁的入口管111部分地在中间空间190的外部延伸的可能的选择。另外，图5示出了将具有气体可渗透壁的部分在阀505的上游延伸的可能的选择。另外，图5示出了在进料线101的不同部分中使用不同的围绕的流体的可能的选择。
除了围绕阀505下游的入口管111的外管120之外，进料线101包括具有气体可渗透壁的第二入口管112，第二入口管112被阀505的上游的第二外管520围绕。类似于如由先前的描述所描述的并且如箭头501所示，较高压力的气体从气源170经由阀106被传递到外管120中。较高压力的气体通过气体可渗透壁进入入口管111的内部。较高压力的气体的压力与反应性气体的压力之间的压力差防止，例如入口管111内流动的反应性气体附着到入口管111的壁上。如箭头502所示，第二较高压力的气体(其可以是与来自源170相同的气体或不同的气体)经由阀506从气源570被传递到第二外管520中。较高压力的气体通过气体可渗透壁进入第二入口管112的内部。三通阀505包括两个入口以及朝向反应室130的出口。如箭头551所示，反应性化学品沿着第二入口管112被传递到阀505的第一入口。如箭头552所示，第二化学品被传递到阀505的第二入口。控制系统180控制哪个入口经由出口穿过入口管111。
在其它实施例中，进入的化学品可以在管中分解，并且因此，流动552和流动551的作用可以互换。
然而在其它实施例中，流动551携带反应性化学品，但是502处的进入的气体被抽空代替，即，外管520被连接到排出气体线(至泵/废弃物(waste)/回收)。来自入口管112的气体通过气体可渗透壁流动到外管520，并且当它不通过阀505时从其流动到废弃物。
入口管和外管的加热可以以与其它实施例中类似的方式被实现。
图6示出了根据另一实施例的包括分离的围绕的气体容积的装置。图6所示的装置通常对应于图1-图5中所示的装置的结构特征和操作。然而，代替仅提供围绕入口管111的单个容积的外管120，提供了分离且连续的气体容积。在某些实施例中，每个容积具有其分离的气体入口。例如，在图6所示的示例中，围绕入口管111的容积在入口管111的流动方向上被(例如，被分隔壁615)分成两个分离的气体容积661和662。
第一流体(其可以是惰性气体)经由阀106从气源170被传递到容积661。入口管111被分成两个分区。第一分区111a在容积661的区域处，并且第二分区111b在容积662的区域处。第一流体通过气体可渗透壁分区111a从容积661进入入口管111的内部。
第二流体(其可以是与第一流体相同的流体或不同的流体)经由阀606从气源670被传递到容积662中。第二流体通过气体可渗透壁分区111b从容积662进入入口管111的内部。
在图6所示的示例中，围绕的容积的数目为二。然而，在其它实施例中，可以存在两个以上的围绕的容积。在某些实施例中，根据主导压力(prevailing pressure)控制围绕的容积。在某些实施例中，根据主导温度控制围绕的容积。在某些实施例中，根据流动方向控制围绕的容积。在某些实施例中，被传递到围绕的容积中的每个容积的气体是相互不同的。在某些时间和/或工艺步骤期间，流体通过气体可渗透壁分区的流动方向可以相反或相互不同。所述控制由控制部件180执行，和/或该容积可以包括它们自己的控制部件。
在某些实施例中，每个围绕的容积具有其自己的加热部件。如上所述，气体入口和加热部件可以由控制系统180控制，或者每个容积可以具有其自己的控制部件。
图7示出了根据另一实施例的装置。图7所示的装置通常对应于图1-图6所示的装置的结构特征和操作，不同之处在于图7所示的装置包括可选的颗粒过滤器714。颗粒过滤器714被添加到入口管111的反应室侧端以防止颗粒进入反应室130。
图7还示出了从入口管111与外管120之间的空间通向用于排气的泵(泵150或类似物)的可选的出口通道(废弃物或回收线)715。在图7所示的示例中，出口通道在围绕的容积的反应室端部处开始。可以由引起定向的气体流动(诸如，旋风分离流动)的形状或部件来控制出口通道715内的压力。在某些实施例中的压力控制减少或消除了对过滤器714的需要。在该实施例和其它实施例中气体的流动方向通常可以由入口管111的形状、由其它可渗透壁材料的洞或孔的取向、或由等离子体、或由入口管111的表面结构来控制。
图8示出了根据又一实施例的其中可选地包括等离子体的装置。图8所示的装置800通常对应于图1-图7所示的装置100的结构特征和操作。因此，参考先前的描述。然而，装置800被专门设计用于等离子体辅助沉积，例如等离子体辅助ALD或特别是类似的技术。
装置800包括反应室130和用以向反应室130提供等离子体或自由基的进料线101。该装置进一步包括由控制系统180控制的进料线101中的阀805。阀805可以指控制具有相同或不同压力和/或相同或不同温度和/或相同或不同气体或气体混合物的进入气体流动的几个阀或部件。另外，装置800可选地包括流动引导单元816，其可以是气体混合器、喷射器、多孔介质或它们的组合，以将气体适当地引导到朝向衬底110的竖直向下流上。另外，流动可以被设计使得存在到流动引导单元816的固定的气流(诸如，如附图标记817所示的气体流动)。在实施例中，阀805被直接地连接到流动引导单元816。
装置800还包括在反应室130的外部并且至少部分地围绕进料线101的容积。在图8所示的实施例中，在反应室130与外室140之间形成的中间空间190围绕反应室130和进料线101两者。外管820位于进料线101周围。进料线101从阀805延伸到反应室130中。在从阀805到反应室130的该部分中，进料线是具有气体可渗透壁的入口管811的形式。反应室130包括在其顶部处的入口开口821，以及延伸到入口开口821的具有气体可渗透壁的入口管811。然而，在其它实施例中，气体可渗透壁并不一直延伸到入口开口821，但它仅朝向入口开口821延伸。在这种实施例中，靠近入口开口821的反应室130的边缘可以是热边缘或加热边缘以减少粘附。
在某些实施例中，入口管811是多孔管或穿孔管。在某些实施例中，入口管811的壁包括多个孔或间隙，在某些实施例中为定向孔，和/或具有间隙或狭缝的分区。所使用的管材料可以是例如金属或陶瓷。外管820以及中间空间190围绕入口管811。然而，在图8所示的示例中，具有气体可渗透壁的入口管811仅部分地在中间空间190中。
至少部分地围绕进料线101的容积可以是加热容积。在某些实施例中，反应室130(和中间空间190)由放置在中间空间190内的加热器160加热。外管820(和入口管811)内的容积可以如结合图1所描述的类似地被加热。在实施例中，外管820设置有热绝缘。
等离子体由远程等离子体发生器(未示出)产生，并且它作为入口管811内的直接路径通过入口开口821流动到衬底110。例如，在WO 2012/136875A1中示出了ALD工具上的等离子体发生器组件的示例。
通过提供较高压力的流体(或气体)围绕入口管811来防止入口管811内流动的反应性化学品/等离子体与入口管811的(内)壁接触或粘附(或减少接触或粘附)。如箭头801所示，围绕的较高压力的气体经由馈通件或阀或类似物被传递到外管820中。较高压力的气体通过气体可渗透壁进入入口管811的内部。较高压力的气体的压力与反应性气体/等离子体的压力之间的压力差防止反应性气体附着到入口管811的壁上。较高压力的气体穿过入口管811的壁并且与反应性气体混合。混合物经由入口管811通过入口开口821流动到反应室130中，衬底110在反应室130中暴露于由控制系统180控制的连续的自饱和表面反应。通过以PCT/FI2017/050071中提出的方式降低反应室130，或者通过经由开口将其移动通过侧面，衬底110可以在处理之前将被装载到反应室130中，并且在处理之后被从反应室130移除。较高压力的气体可以是与其它惰性气体或在等离子体中使用的气体不同的惰性气体。可以通过根据实施例选择压力和气体来实现将等离子体生成限制到指定区域。
剩余的反应物和反应副产物(如果存在的话)经由前级线145被朝向真空泵150泵送。
如上所述，来自外管820的气体可以直接地进入反应室130(如图4所示)和/或进入废弃物或回收线(如图7所示)和/或进入中间空间190。
从阀805接收进入气体的入口管811和/或混合器816可以附加地或替代地包含至少部分地图案化的区域以喷射喷射器流。在某些实施例中，该喷射器流从顶部、侧面或从选择的角度被引导，以防止生成的等离子体或在本申请中提及的该多孔管或其它多孔管(或室)内部流动的气体与围绕的表面的固体部分接触。
例如，在某些实施例中，装置100/800包含调节部件和在一些情况下测量压力和/或流动的部件以调节气体可渗透入口管111/811之上的压力差。这种部件可以包括阀、质量流动控制器、气体在进入入口管111/811或在反应室130与真空室(外室140)之间的中间空间190之前的压力传感器，测量输出流动和/或压力或以下项中的一项的压力：入口管111/811、入口管111/811和外管120/820、以及中间空间190。
控制系统180可以适于调节外管120/820周围的压力。在一些实施例中，相同的控制系统或独立的控制系统可以被配置为调节空间190中的温度，外管120/820的内部或真空室140的外部中的温度。可以通过由控制系统180控制前级线145/真空泵150来调节流动速率和真空的水平。例如利用通常被称为自动压力控制(APC)的这种系统，在实践中执行压力控制。
在某些实施例中，一种以上的反应性气体被引导到气体可渗透入口管111/811，但是在通过入口管111/811壁的流动的帮助下，防止它们在入口管111/811的壁上吸收，或者进一步被通过入口管111/811壁的气体的(降低的)温度抑制。
在又一实施例中，存在将电磁辐射感应到气体可渗透入口管111/811外部的外管120/820内的空间或到中间空间190的部件，该电磁辐射与入口管111/811内流动的气体相互作用。当在外室(真空室)140的外部产生时，这种辐射可以是UV光或微波辐射(由参考数字160和/或122表示的类似的元件感应的，或从160和/或122的位置发射的)。
尽管没有结合所有实施例进行重复，但是作为一般规则在一个或多个实施例中呈现的特征可以被施加到所有其它实施例。例如，不同实施例中的阀可以是三通阀，尽管在先前仅结合图5等进行了介绍。
图9示出了根据某些进一步的实施例的装置。在这些实施例中，反应室130具有气体可渗透壁。反应室壁由可以包括孔的通气路径形成。因此，反应室130可以是多孔的。可以提供多个通气路径，该通气路径提供沿着反应室130的整个内表面延伸的保护流动。
反应室130至少部分地被受限容积围绕。围绕的容积可以是形成在反应室130的气体可渗透壁与外室140壁之间的中间空间190。在某些实施例中，诸如图9所示，围绕的容积由反应室130的气体可渗透壁和(可选的)外中间壁920限定，外中间壁920位于反应室130的气体可渗透壁与外室140壁之间。在实施例中，壁920符合反应室壁130的形状。
在某些实施例中，与图9的系统类似的系统在没有外室140的情况下被实现。可能的加热器可以方便地与中间壁920结合(特别是如果其被用作外壁)，和/或该装置可以包括在别处对气体的加热。如果对于高纯度晶片涂层更优选，则在外室140中而不是在环境空气和压力中进行样品/衬底装载。反应室130壁中用于装载的开口可以在不同的地方被实现。图9示出了示例开口水平960，在该开口水平处，反应室130的上部可以被提升或下部被降低以用于装载。
该装置被配置为提供流体以围绕反应室130并通过反应室130的气体可渗透壁从围绕的受限空间进入反应室130。在某些实施例中，诸如图9所示，装置包括由外管120围绕的、具有气体可渗透壁的入口管111。较高压力的流体可以经由外管120流动到(或可以馈送到)反应室130壁与壁920之间的受限空间中。在本文中，较高压力的流体是指具有高于反应室130的内部的流体的压力的流体。备选地，较高压力的流体可以通过其自己的进料线(不穿过外管120)被馈送到受限空间中。这也适用于缺少外管120的实施例以及从外管120到受限空间的路径被壁920(在由附图标记950描绘的区域中)阻挡的实施例。在这些实施例中，入口管111也不必具有气体可渗透壁。否则，图9中所示的装置如先前描述的操作。
图10示出了其中衬底110之下的衬底支架(或卡盘)1115包括至少一个气体可渗透壁的实施例。衬底支架1115包括衬底支架1115内部的中空空间。惰性气体例如经由由控制系统180控制的通道10被馈送到中空空间中。通道10的路线取决于实施例。例如，通道10可以经由前级线145延伸。衬底支架1115可以被成形为具有边缘以保持衬底110的培养皿，或者它可以是适于保持衬底110的任何其它形状。衬底支架1115可以至少部分地被配置为防止在其选择的表面上的基于气体的沉积。
在实施例中，至少面向上或面向衬底110(或在存在一个以上的情况为多个衬底)的衬底支架1115的表面是气体可渗透的。在某些实施例中，衬底支架1115包括侧表面，并且这些侧表面也是气体可渗透的。在某些实施例中，整个衬底支架1115(即，衬底支架1115的外表面中的每个外表面)都是气体可渗透的。
在某些实施例中，气体可渗透的衬底支架壁由可以包括孔的通气路径形成。因此，相关的衬底支架壁可以是多孔的。可以在气体可渗透衬底支架壁中的每个气体可渗透衬底支架壁中提供多条通气路径。
具有压力高于在衬底支架1115的周围主导的压力的惰性气体从中空空间通过气体可渗透壁传递到衬底支架1115的外部。穿过衬底支架1115的气体可渗透壁建立了保护流动以防止或减少衬底支架1115的外表面上的材料生长。穿过面向衬底110的壁防止或减少衬底110的背面上的材料生长。
衬底支架1115可以是气体可渗透的，而不需要系统的其它壁(例如，反应室壁、入口管壁)是气体可渗透的。
代替提供分离的衬底支架，衬底支架可以形成反应室的一部分或形成反应室结构的一部分。
图11示出了根据进一步的实施例的入口管内的流体通道。在这些实施例中，入口管111(或外管120，或任何其它受限空间)在入口管111内包括一个或多个分离的流体通道11。本文的分离(separate)意味着在分离的流体通道11内流动的任何材料都没有与入口管111中的化学品流动流体连通。例如，通道11可以由3D打印材料制成。在进一步的实施例中，通道11可以是焊接管。在某些实施例中，通道11具有螺旋形式。通道11可以是空气通道。通道11可以位于入口管11的内表面上(或限制受限空间的结构的内表面上)。在某些实施例中，通过在通道11内流动具有温度不同于在入口管中流动的化学品或反应性化学品的流动的温度的流体，通道11为入口管111提供加热效果或冷却效果。
图12示出了根据又一实施例的装置。图12所示的装置对应于先前所示的装置(特别是图9和图10中所示的装置)的结构特征和操作。此外，图12中所示的装置包括具有由外管1120围绕的内管1121的前级线结构。前级线145从反应室130延伸到泵150或朝向泵150延伸。在该部分中，内管1121是具有气体可渗透壁的管的形式。具有气体可渗透壁的部分可以从反应室130一直延伸到泵150，或更短的距离。前级线结构通常在泵与反应室之间包含至少一个阀，图中省略了该阀。
通过提供较高压力的流体(或气体)围绕内管1121，防止在(内管1121内的)前级线145内流动的(多种)化学品与内管1121的(内)壁接触或粘附(或减少接触或粘附)。特别是在管1121中，优选地通过控制多孔管1121或进入的气体的温度增加或降低流动的流体温度，来防止化学反应。围绕的较高压力的气体经由馈通件或阀或类似物以与先前(例如，在描述将较高压力的流体传递到入口管111中的上下文中)所述类似的方式被传递到外管1120中。例如，较高压力的气体可以经由阀从气源被传递到外管1120(由气体不可渗透壁形成的)中。较高压力的气体通过气体可渗透壁进入内管1121的内部。较高压力的气体的压力与在内管1121内流动的化学品的压力之间的压力差防止所述化学品附着到内管1121的壁上。
在一些实施例中，在泵150之前存在至少一个阀。该至少一个阀可以在具有气体可渗透壁的前级线145的部分内或在该部分的下游。例如，由分隔壁(类似于图6中的615)也可以实现将围绕内管1121的容积在内管1121的流动方向上划分为两个分离的气体容积(类似于图6中的661和662的那些容积)的可能的选择。此外或备选地，在入口管实施例的上下文中描述的其它特征或操作也适用于此处。为清楚起见，通常的ALD反应器的一些部件未在图12中绘制。
如前所述，从反应室130延伸到泵150的泵前级线145可以包含一个或多个居间零件。图13示出了泵150之前的居间颗粒捕集器1155。图13中所示的泵前级线145与图12中所示的泵前级线相比具有类似的结构。因此，内管1121被外管1120围绕。前级线145从反应室130朝向泵150延伸。在反应室130与捕集器1155之间的部分中，内管1121是具有气体可渗透壁的管的形式。
常规的捕集器具有第二化学品，该第二化学品来自与来自反应室130的路线不同的路线，以在捕集器中产生化学品的固体产物。在图13所示的实施例中，第二化学品(例如，在其它反应性化学品是例如三甲基铝(TMA)的情况下是水或水蒸气)经由阀1106被从前体容器1132馈送到由控制系统180控制的捕集器1155中。
在一些实施例中，捕集器1130还可以具有内壁1131，该内壁将经由前级线145从反应室130接收流动的容积与在内壁1131的另一侧上从阀1106接收流动的围绕的容积分离。所述围绕的容积可以由捕集器(气体不可渗透的)外壁界定。
在某些实施例中，内壁1131或内壁1131的至少一部分是气体可渗透的。来自容器1132的流动可以在整个衬底处理工艺、沉积或工艺循环的一部分中被打开或关闭，或者在衬底处理工艺的不同阶段处被控制为处于不同的状态。例如，在TMA脉冲期间和紧接着TMA脉冲期间之后，可以通过多孔壁(内壁)1131处理水蒸气，但是在其它时间期间，惰性气体可以以较小的流动速率流入。
否则，图13所示的装置对应于图12所示的装置的结构特征和操作。
下面给出了所公开的装置或反应器内的工作条件的示例：
-0,001sccm-20000sccm或1sccm-1000sccm的入口气体流动，例如200sccm；入口气体流动可以包括载气，该载气可以是与通过入口管的气体可渗透壁进入的气体相同的气体；
--60℃至1500℃或20℃至300℃的入口气体温度，例如100℃；例如，可以利用多孔氧化铝上的钨加热器来实现期望的温度；
-中间空间中的气体温度：从温度0℃到900℃，或50℃-500℃，或80℃-450℃，例如100℃；
-到中间空间中的气体流动：0,001sccm-10000sccm，或10sccm-2000sccm，或50sccm-500sccm，或100sccm-200sccm(可能存在其它方式，诸如朝向例如泵150或分离的出口管泄漏以从中间空间移除气体(未示出))；
-外管与内管(入口管)之间的气体流动：0,001sccm-1000sccm，或0,1sccm-100sccm，或1sccm-10sccm，被调整使得存在压力差，以使能气体跨入口管和/或通过气体可渗透壁流动到期望的方向；
-反应室的内部部分与其外部之间的气体流动，即中间空间190或反应室侧壁920上的受限空间：0,001sccm-1000sccm，或0,1sccm-100sccm，或1sccm-10sccm，被调整使得存在压力差，以使能气体跨所讨论的气体可渗透壁和/或通过所讨论的气体可渗透壁流动到期望的方向；
-取决于所使用的化学品，外管与入口管之间的气体的温度为-60℃至1000℃，或80℃-800℃，或10℃-300℃。
根据某些工艺示例，在反应室130中以<100℃(诸如，90℃)的反应温度处理诸如Cu(acac)2(乙酰丙酮酸铜|C10H16CuO4)的化学品，其中前体是所讨论的源，保持在较高温度(例如，>100℃的温度，诸如110℃)，并且通过入口管111/811的气体可渗透壁进入的气体将进入的气体的总温度降低到将反应室130调整到所述90℃的温度的这种温度。例如，用于在所述ALD工艺中沉积Cu2O的其它化学品可以是水或O2。通过使用所呈现的实施例，可以增加一种反应性气体的温度，或者可以创建反应性离子以缓和反应。
另一过程示例是这样的，例如，RuCp2前体以85℃的温度在进料线101中流动，例如，以防止前体在前体源容器或阀105/505中分解。前体被通过入口管111/811的气体可渗透壁进入的围绕的气体加热到大约300℃，即到反应室130的温度。所述过程可以伴随例如O2或O3，其可以在入口管111/811内被加热到300℃或更高的温度，从而分别地能够降低RuCp2温度。在其它示例配置中，RuCp2可以具有140℃的源温度，其中通向反应室的管具有逐渐增加到350℃(反应室的温度)的热梯度。当反应性气体以不同的加热的温度脉冲进入与衬底接触时，反应室内的反应可以以100℃以上的较低温度进行。
在某些实施例中，通过控制进入反应室130的气体的温度来控制衬底110的表面上的温度，进入反应室130的气体的温度由通过气体可渗透壁进入入口管111/811的围绕的气体来控制。这种装置或反应器包括第一进料线和第二进料线，第一进料线具有所提出的气体可渗透壁布置，并且第二进料线也包括气体可渗透壁布置。第一进料线中的布置为反应室130提供具有第一温度(例如，100℃)的气体，并且第二进料线中的布置为反应室130提供具有第二温度(例如，150℃)的气体。衬底110表面上的温度由在工艺的不同时间处或者在工艺或沉积序列的不同时间处从不同的进料线(或不同的源)流出的气体量控制。以此方式，可以在不同时间处在衬底110的表面上提供不同的温度(因为不同的前体可能需要不同的反应温度)。当需要不同的反应温度时，本文提出的温度控制方法尤其避免了在分离的反应室之间转移衬底的需要。
在另一实施例中，在入口管111/811中具有气体可渗透壁的所公开的装置能够钝化或蚀刻反应室130的内表面。在钝化或蚀刻期间，反应室内部可以不存在晶片。取决于例如要去除的材料和它之下的材料，可以施加化学中已知的各种方法，诸如RIE(反应离子蚀刻)或ALE(原子层蚀刻)。例如，可以通过在具有气体可渗透壁的入口管111/811中通过加热、(多种)化学反应或通过等离子体创建的化学成分(chemistry)来增强蚀刻工艺。
在某些实施例中，执行原子层蚀刻工艺以从硅表面去除SiClx。根据所提出的实施例，进入到反应室中的气体被激发以从表面去除SiClx。进入的气体可以被激发到足够的能量级别，例如达到对应于蚀刻工艺中常规使用的Ar+离子能量级别的能量级别。
在某些实施例中，入口管111/811中的任何入口管的气体可渗透壁、反应室130、或衬底支架1115，包括壁材料内的一个或多个气体通道，以提供保护性气体扩散到所讨论的零件的表面之外的改善。
在所公开的装置中，即使是一种热力学稳定的材料或多种材料，也可以借助催化表面进行广泛的反应，这些催化表面对入口管内部的气体(或至少一种化学品，诸如流动通过气体可渗透壁的化学品)具有催化作用。气体中的一些气体可以进一步受到等离子体或电磁辐射的影响。可以会创建短期产品。一般而言，这种情况的示例是气体A被脉冲到入口管。气体B穿过气体可渗透壁进入与入口管内的A相遇。气体A和气体B被选择为使得它们不在衬底110上反应(考虑反应的状态，例如ALD)，但是在入口管内的条件下A和B产生气体C(即A+B→C)。气体C根据需要在衬底110表面上反应。另外，通过催化反应，A和B*在入口管内的条件下产生D(即，A+B*→D)，这种反应在没有例如催化剂的情况下不会发生。当适当时，还可以选择颗粒过滤器(参见图7中的过滤器714)，使得其至少部分地去除前述反应中所提到的化学品中的至少一种化学品。
当脉冲阀不是紧邻反应室和/或脉冲阀不是热阀时，各种化学品(诸如，水)的吸收会自发地发生，特别是对于金属表面。在某些实施例中，这种吸收表面可以被合适的气体流动覆盖，该气体流动将化学品与化学品行进的管的壁分离。此外，例如，由于例如湍流而导致的其它可能的接触位置被不断地用热流体吹扫。
在不限制专利权利要求的范围和解释的情况下，本文公开的示例实施例中的一个或多个示例实施例的某些技术效果被列于下文。技术效果是将化学品对进料线的附着降至最低。由于围绕的气体推动通过入口管壁，因此反应性化学品与入口管壁的气体接触被最小化。另一技术效果是根据需要对入口管内的反应性化学品提供加热或冷却。又一技术效果是在入口管内将反应性气体与惰性气体混合。又一技术效果是导致围绕的反应性气体与在入口管内流动的化学品之间的反应，以产生反应室中所需的期望的进一步的化合物。技术效果是刚好在阀(特别是在进料线中的脉冲阀)之后或在一些实施例中在阀之前加热在进料线中流动的气体。技术效果是在反应室之前的入口管内的自发的化学反应的帮助下使流动到反应室中的材料能够反应。
前述描述通过本发明的特定实现和实施例的非限制性示例的方式提供了发明人目前为实施本发明而设想的最佳模式的完整且信息丰富的描述。然而，本领域技术人员清楚，本发明不限于上述实施例的细节，而是可以在不脱离本发明的特征的情况下，使用等同部件在其它实施例中被实现。
此外，本发明的上述公开的实施例的一些特征可以在没有其它特征的对应的使用的情况下被有利地使用。因此，上述描述应当被认为仅是对本发明原理的说明，而不是对其进行限制。因此，本发明的范围仅受所附权利要求的限制。

Claims (46)

1.一种衬底处理装置(100,800)，包括：
反应室(130)，具有入口开口(121,821)；
进料线(101)，以经由所述入口开口(121,821)将反应性化学品提供到所述反应室(130)中；
进气流动控制部件(105,805)，在所述进料线(101)中，所述进料线(101)从所述流动控制部件(105,805)延伸到所述反应室(130)，在所述流动控制部件(105,805)与所述反应室(130)之间的该部分中的所述进料线(101)是具有气体可渗透壁的入口管(111,811)的形式，具有所述气体可渗透壁的所述入口管(111,811)通过至少部分地围绕所述入口管(111,811)的容积朝向所述入口开口(121,821)延伸，并且
所述装置(100,800)被配置为提供流体以围绕并且进入在所述部分中的所述入口管(111,811)。
2.根据权利要求1所述的装置，包括：
外管(120)，在所述入口管(111,811)周围，被配置为提供所述至少部分地围绕的容积。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述装置被配置为在所述入口管(111,811)与所述外管(120)之间传递惰性气体。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中所述装置被配置为在所述入口管(111,811)与所述外管(120)之间传递反应性流体，引起在所述入口管(111,811)内的、所述反应性化学品与所述反应性流体之间的反应。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置包括在所述反应室(130)与外室(140)壁之间的中间空间(190)，所述中间空间(190)提供至少部分地围绕所述进料线(101)的容积。
6.根据权利要求5所述的装置，包括馈通件，在所述外室(140)壁中，以将惰性气体传递到所述中间空间(190)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括加热器(122,160)，所述加热器(122,160)在所述至少部分地围绕的容积(190)中。
8.根据当从属于权利要求2时的前述权利要求中任一项所述的装置，包括至少一个加热器元件(122)，所述至少一个加热器元件(122)在所述入口管(111,811)与所述外管(120)之间的空间中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置被配置为由围绕的所述流体提供对所述入口管(111,811)内的所述反应性化学品的加热或冷却。
10.根据当从属于权利要求2时的前述权利要求中任一项所述的装置，包括开口(123)，所述开口(123)从所述外管(120)直接地到所述反应室(130)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述入口管包括以下项中的至少一项：气体可渗透管、多孔管、穿孔管以及具有多个气体可渗透间隙的一个或多个管分区。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述进气流动控制装置是三通阀(505)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括第二入口管(112)，所述第二入口管(112)具有气体可渗透壁，由所述进气流动控制部件(505)上游的第二外管(520)围绕。
14.根据当从属于权利要求2时的前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述外管包括热绝缘层(124)，或者所述装置包括所述外管(120)周围的热绝缘层(124)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括多个分离的且连续的气体容积(661,662)，所述气体容积(661,662)在所述入口管的所述流动方向上围绕所述气体可渗透壁入口管(111a,111b)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括颗粒过滤器(714)，所述颗粒过滤器(714)在所述入口管(111,811)的反应室端部处。
17.根据当从属于权利要求2时的前述权利要求中任一项所述的装置，包括出口通道(715)，所述出口通道(715)从所述入口管(111,811)与所述外管(120)之间的所述空间到泵。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括从顶部接近所述反应室(130)的竖直进料线(101)。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，被配置为在所述反应室中的衬底表面上执行连续的自饱和表面反应。
20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述反应室(130)包括气体可渗透壁。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述反应室(130)由多孔材料形成。
22.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括衬底支架(1115)，所述衬底支架(1115)包括至少一个气体可渗透壁。
23.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括所述反应室下游的泵前级线，所述泵前级线是具有气体可渗透壁的管的形式。
24.一种操作根据前述权利要求任一项所述的衬底处理装置(100,800)的方法。
25.一种用于操作衬底处理装置(100,800)的方法，包括：
经由进料线(101)并且通过反应室入口开口(121,821)将反应性化学品提供到所述装置的反应室(130)中；
由进气流动控制部件(105,805)控制所述进料线，所述进料线(101)从所述流动控制部件(105,805)延伸到所述反应室(130)，在所述流动控制部件(105,805)与所述反应室(130)之间的该部分中的所述进料线(101)是具有气体可渗透壁的入口管(111,811)的形式，具有所述气体可渗透壁的所述入口管(111,811)通过至少部分地围绕所述入口管(111,811)的容积朝向所述入口开口(121,821)延伸；并且
提供流体以围绕并且进入在所述部分中的所述入口管(111,811)。
26.根据权利要求25所述的方法，包括：
提供外管(120)，所述外管(120)在所述入口管(111,811)周围以提供所述至少部分地围绕的容积。
27.根据权利要求26所述的方法，包括：
将惰性气体传递到所述外管(120)中。
28.根据权利要求26或27所述的方法，包括：
通过在所述入口管(111,811)与所述外管(120)之间传递所述反应性流体，引起在所述入口管(111,811)内的、所述反应性化学品与所述反应性流体之间的反应。
29.根据前述权利要求25-28中任一项所述的方法，包括：
在所述反应室(130)与外室(140)壁之间提供中间空间(190)，所述中间空间(190)提供至少部分地围绕所述进料线(101)的容积。
30.根据权利要求29所述的方法，包括：
经由所述外室(140)壁中的馈通件将惰性气体传递到所述中间空间(190)中。
31.根据前述权利要求25-30中任一项所述的方法，包括：
由加热器(122,160)加热所述至少部分地围绕的容积。
32.根据当从属于权利要求25时的前述权利要求25-31中任一项所述的方法，包括：
由被放置在所述入口管(111，811)与所述外管(120)之间的空间中的至少一个加热器元件(122)加热所述装置。
33.根据前述权利要求25-32中任一项所述的方法，包括：
由围绕的所述流体加热或冷却所述入口管(111,811)内的所述反应性化学品。
34.根据当从属于权利要求25时的前述权利要求25-33中任一项所述的方法，包括：
提供从所述外管(120)直接地到所述反应室(130)的流动。
35.根据前述权利要求25-34中任一项所述的方法，包括：
由三通阀(505)控制所述进料线(101)内的气体流动。
36.根据前述权利要求25-35中任一项所述的方法，包括：
提供第二入口管(112)，所述第二入口管(112)具有气体可渗透壁且由所述进气流动控制部件(505)上游的第二外管(520)围绕；以及
提供流体以围绕并且进入所述第二入口管(112)。
37.根据当从属于权利要求25时的前述权利要求25-36中任一项所述的方法，包括：
由热绝缘层(124)绝缘所述外管。
38.根据前述权利要求25-37中任一项所述的方法，包括：
在所述入口管的所述流动方向上提供围绕所述气体可渗透壁入口管(111a,111b)的多个分离的且连续的气体容积(661,662)。
39.根据前述权利要求25-38中任一项所述的方法，包括：
利用所述入口管(111,811)的反应室端部处的颗粒过滤器(714)去除颗粒。
40.根据当从属于权利要求25时的前述权利要求25-39中任一项所述的方法，包括：
将材料从所述入口管(111,811)与所述外管(120)之间的所述空间排放到旁路所述反应室130的出口通道(715)。
41.根据前述权利要求25-40中任一项所述的方法，包括：
由竖直进料线(101)从顶部接近所述反应室(130)。
42.根据前述权利要求25-41中任一项所述的方法，包括：
在所述反应室(130)中的衬底表面上执行连续的自饱和表面反应。
43.根据前述权利要求25-42中任一项所述的方法，其中所述反应室(130)包括气体可渗透壁，并且所述方法包括：
提供流体以围绕并通过所述气体可渗透壁进入所述反应室(130)。
44.根据前述权利要求25-43中任一项所述的方法，其中所述反应室(130)由多孔材料形成。
45.根据前述权利要求25-44中任一项所述的方法，其中衬底支架(1115)包括至少一个气体可渗透壁。
46.根据权利要求45所述的方法，包括：
向所述衬底支架(1115)的内部提供流体，所述流体从所述衬底支架(1115)的所述内部通过所述至少一个气体可渗透壁进入所述反应室(130)。
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