CN115885059A - 衬底处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种衬底处理装置(100)，包括：反应室(130)；中央处理容积(60)，在该反应室(130)的竖直地取向的中央处理部分(70、72)内，用以将至少一个衬底(50)暴露于该中央处理容积(60)中的自限制表面反应；至少两个横向延伸部(135a、135b)，在该反应室(130)中从该中央处理部分(70、72)横向延伸；以及致动器(201)，被配置为在该(一个或多个)横向延伸部(135a、135b)与该中央处理容积(60)之间可换向地移动至少一个衬底(50)。

Description

衬底处理装置和方法
技术领域
本发明总体上涉及衬底处理装置和方法。更具体但不排他地，本发明涉及等离子体增强原子层沉积(ALD)反应器。
背景技术
此部分说明了有用的背景信息，但不承认本文描述的任何技术表示了现有技术。
在诸如原子层沉积(ALD)的化学沉积方法中，等离子体可以用于为表面反应提供所需的另外的能量。尽管ALD反应器早在几十年前就已经存在，但等离子体增强反应器表示较新的技术。有开发改善的等离子体增强ALD(PEALD)反应器或至少提供现有解决方案的替代方案的持续需求。
发明内容
本发明的一些实施例的目的是提供一种改善的衬底处理装置，或至少提供现有技术的替代解决方案。
根据本发明的第一个示例方面，提供了一种衬底处理装置，其包括：
反应室；
中央处理容积，在反应室的竖直地取向的中央处理部分内，用以将至少一个衬底暴露于中央处理容积中的自限制表面反应；
至少两个横向延伸部，在反应室中从中央处理部分横向延伸；以及
致动器，被配置为在(一个或多个)横向延伸部与中央处理容积之间可换向(或可逆)地移动至少一个衬底。
在一些实施例中，致动器被配置为在至少一个横向延伸部和中央处理容积(由竖直地取向的中央处理部分提供)之间可换向地移动至少一个衬底。
在一些实施例中，中央处理部分的竖直地取向意味着中央处理部分是竖直地纵向的。在一些实施例中，反应室的竖直地取向的中央处理部分由反应容器(或由反应容器组件)实现。在一些实施例中，反应容器(或组件)包括反应室碗状物。在一些实施例中，反应容器具有围绕竖直旋转轴线的旋转对称性。在一些实施例中，反应容器(或组件)具有从处于衬底处理位置的衬底向上和向下两者的部分。因此，在一些实施例中，反应容器(或组件)从衬底上方延伸到衬底下方(当处于处理位置时)。在一些实施例中，反应容器的水平横截面是圆形的(或圆)。在一些实施例中，反应容器的横截面积在容器的不同高度处是不同的(即，圆形横截面的直径根据截取横截面的点而变化)。在一些实施例中，反应容器或反应容器的一些部分的水平横截面是多边形，例如正方形。
在一些实施例中，反应容器包括具有作为第一横向延伸部延续的第一导孔(feedthrough)或开口的第一侧壁。在一些实施例中，反应容器包括与第一侧壁相对的第二侧壁，具有作为第二横向延伸部延续的第二导孔或开口。在一些实施例中，反应容器在围绕反应容器的侧壁处包括两个以上的导孔或开口，该导孔或开口作为横向延伸部延续。
在一些实施例中，与(一个或多个)横向延伸部的底部水平相比，中央处理部分或反应容器延伸得更低。
在一些实施例中，与(一个或多个)横向延伸部的顶部水平相比，中央处理部分或反应容器延伸得更高。
在一些实施例中，至少一个衬底被配置为在bei定位在中央处理容积中时，在暴露于自限制表面反应期间保持静止。
在一些实施例中，该装置包括能量源，该能量源被配置为在中央处理容积中将至少一个衬底暴露于等离子体或辐射形式的另外的能量。
在一些实施例中，具有另外的能量的连续自饱和(或自限制)表面反应在中央处理容积内部的衬底表面上执行。
在一些实施例中，反应室被配置为允许至少一个衬底在(一个或多个)横向延伸部与中央处理容积之间可换向地传送。
在一些实施例中，反应室被配置为允许至少一个衬底在(一个或多个)横向延伸部和中央处理容积之间的可换向传送，而不使至少一个衬底在横向延伸部的区域中被暴露于自限制表面反应。
在一些实施例中，该装置被配置为处理多个衬底，其中所述多个衬底同时存在于反应室中。
在一些实施例中，在有限数量的衬底在中央处理容积内被处理时，有限数量的衬底(诸如一个衬底)在处理期间驻留在中央处理容积内，而所述多个衬底中的其余数量的衬底驻留在横向延伸部内。
在一些实施例中，在反应室内同时处理至少2个、至少4个或至少9个衬底。在一些实施例中，衬底的一部分在反应室的第一部分中被处理，并且衬底的另一部分同时在反应室的另一部分中被处理。
在一些实施例中，中央处理部分包括仅仅一个用于等离子体(或等离子体反应物)的入口。
在一些实施例中，中央处理部分包括用于等离子体(或等离子体反应物)的至少一个入口和用于另一个前体(或反应物)(诸如金属前体)的至少一个入口。在一些实施例中，中央处理部分包括光子源和用于另一个前体(或反应物)(诸如金属前体)的至少一个入口。
在一些实施例中，在没有反应性化学物质进入中央处理容积的时候，仅惰性流体流经由(一个或多个)反应性化学物质的相应(一个或多个)入口进入中央处理容积。
在一些实施例中，该装置被配置为将中央处理容积衬底中的至少一个暴露于附加能量，同时其他衬底在(一个或多个)横向延伸部中在未利用附加能量的情况下被处理。相应地，在一些实施例中，暴露于附加能量(例如，中央处理容积中的等离子体或辐射)的衬底随后在横向延伸部的区域中时，在不将衬底暴露于附加能量(例如，等离子体或辐射)的情况下在横向延伸部内被处理。
在一些实施例中，(一个或多个)横向延伸部内的处理包括用惰性流体清洗至少一个衬底表面。
在一些其他实施例中，横向延伸部内的处理包括将至少一个衬底暴露于(或另一个)前体蒸汽。在一些实施例中，横向延伸部内的处理包括第一横向延伸部中将衬底暴露于不同于衬底在第二横向延伸部中所暴露于的前体蒸汽。在一些实施例中，该装置被配置为在一个处理循环期间将衬底暴露于至少三种不同的处理气体或前体。在一些实施例中，存在两个以上的横向延伸部，例如，能够通过单独移动衬底而达到两个以上的横向延伸部。在一些实施例中，每个横向延伸部的内部容积和其中的(一个或多个)衬底可以暴露于不同的前体蒸汽(非等离子体气体)。在一些实施例中，中央处理部分中的(一个或多个)衬底暴露于第一反应物(或前体)，第一横向延伸部中的(一个或多个)衬底暴露于另一个反应物(或前体)，并且第二横向延伸部中的(一个或多个)衬底暴露于又一反应物(或前体)。在一些实施例中，中央处理部分中的(一个或多个)衬底连续暴露于第一反应物(或前体)和第二反应物(或前体)。在一些实施例中，暴露于第一反应物和第二反应物中的至少一者包括使用等离子体(或光子)形式的另外的能量。
在一些实施例中，横向延伸部在其远侧端部包括流体入口。在一些实施例中，从流体入口进入横向延伸部的惰性或活性流体经由中央处理部分的排放连接件(从衬底下方或从衬底水平面下方)从反应室排出。在一些实施例中，横向延伸部中的所有流体入口仅用于惰性流体的入口。
在一些实施例中，横向延伸部与中央处理部分流体连通。在一些实施例中，该装置被配置为提供从横向延伸部朝向中央处理部分的流体流。在一些实施例中，中央处理部分包括防止、限制或阻碍从中央处理部分朝向(一个或多个)横向延伸部的流动的流几何形状。在一些实施例中，中央处理部分中的流动方向主要是竖直的并且横向延伸部中的流动方向主要是横向或水平的。在一些实施例中，该装置提供了从横向延伸部朝向中央处理部分的从顶部到底部取向流动的水平流体流动。
在一些实施例中，通过将中央处理容积内的衬底处理和横向延伸部内的衬底处理分离，能够实现至少两种不同的二进制ALD处理，但是仍然至少部分地发生在同一反应室内。
在一些实施例中，该装置包括在中央处理容积内或在反应容器(或组件)内的附加能量源。在一些实施例中，附加能量源驻留在衬底的顶部(当衬底驻留在中央处理容积内的处理位置时)。在一些实施例中，在附加能量源是等离子体源的情况中，等离子体源包括中央处理容积内的等离子体形成部段。在一些实施例中，该装置包括部分位于中央处理容积内部的附加能量源。
在一些实施例中，附加能量源是等离子体生成器。在一些实施例中，等离子体生成器是远程等离子体生成器。在一些实施例中，附加能量源是光子源，诸如紫外线辐射生成器或激光光源。
在一些实施例中，附加能量源被配置为向中央处理容积提供从上方进入中央处理容积的至少一种等离子体物质。在一些实施例中，附加能量源被配置为向中央处理容积提供两种不同的等离子体物质，其中第一等离子体物质在中央处理容积上方生成，第二等离子体物质在远处生成。在一些实施例中，衬底表面上的自饱和表面反应受到引入气相化学物质并且将化学物质激活到等离子体状态的影响。
在一些实施例中，该装置被配置为根据包括或由过程循环组成的过程序列在反应室内处理该至少一个衬底，其中个别过程循环中的过程步骤的一部分在中央处理容积内执行，且其余部分在(一个或多个)向延伸部内执行。
因此，在一些实施例中，提供了其中衬底的位置在中央处理容积和横向延伸部之间交替的处理序列。
在一些实施例中，所述装置包括所述致动器，该致动器被配置为将至少一个衬底从第一横向延伸部移动到中央处理容积，从中央处理容积移动到第二横向延伸部，并且经由中央处理容积从第二横向延伸部返回到第一横向延伸部。
在一些实施例中，该装置被配置为通过单个处理步骤来清洗中央处理容积和横向延伸部两者。在一些实施例中，所述清洗是化学清洗。在一些实施例中，本文的化学物质是指非等离子化学物质或惰性化学物质。在一些实施例中，单个处理步骤意味着在处理循环期间、或在处理循环之间、或在沉积序列中的最后处理循环之后、或在完成的沉积序列之后执行的清洗步骤。
在一些实施例中，该装置被配置为当前体蒸汽(或等离子体反应物)没有经由所讨论的(一个或多个)入口进入中央处理容积时，经由前体蒸汽(或等离子体反应物)入口或每个前体蒸汽(或等离子体反应物)入口将惰性流体或气体引入中央处理容积。在一些实施例中，该装置被配置为当前体蒸汽没有经由所讨论的(一个或多个)入口进入(一个或多个)横向延伸部时，经由(一个或多个)横向延伸部的前体蒸汽入口或每个前体蒸汽入口将惰性流体或气体引入(一个或多个)横向延伸部。
在一些实施例中，该装置被配置为在真空压力下处理衬底。在一些实施例中，该装置被配置为在处理循环中的等离子体/光子/化学暴露周期的脉冲期间将反应室中的压力维持在10毫巴与1微巴之间、1毫巴与1微巴之间或0.1毫巴与1微巴之间。在一些实施例中，压力保持在等离子体/光子/化学脉冲之间，在0.5毫巴和50微巴之间。在一些实施例中，压力保持在0.5毫巴和50微巴之间，在过程循环中的等离子体/光子/化学暴露周期之后的清洗周期中也是如此。在一些实施例中，等离子体生成器中的压力保持为等离子体生成的最佳压力，而等离子体生成器外部但在反应室内部的压力保持较低，诸如等离子体生成器压力的1/2或1/5或1/10或1/100。
在一些实施例中，反应室包括至少部分中央处理部分和至少两个横向延伸部。在一些实施例中，反应室包括两个以上的横向延伸部。
在一些实施例中，该装置包括至少部分地围绕反应室的外腔室。
在一些实施例中，反应室由中央处理部分和横向延伸部组成，其中中央处理部分包括向上指向的延续部和向下指向的延续部。
在一些实施例中，中央处理容积被布置在向上指向的延续部内部，中央处理容积因此是反应室的一部分，在该反应室中进行包括另外的能量的衬底处理。
在一些实施例中，该装置包括在中央处理容积和(一个或多个)横向延伸部之间的接口处的窄通道(或收缩部)。在一些实施例中，中央处理容积和(一个或多个)横向延伸部之间的窄通道的竖直高度小于5mm，优选地小于1mm，更优选地小于0.1mm。
在一些实施例中，该装置包括在中央处理容积中的从顶部到底部的流并且其中气体从中央处理容积的排放被布置在(一个或多个)衬底下方。
在一些其他实施例中，该装置包括在中央处理容积中的从顶部到底部的流，该流至少部分地偏离竖直流动的方向，并且其中气体从中央处理容积的排放被布置在(一个或多个)衬底下方。
在一些实施例中，该装置包括在中央处理容积中的从顶部到底部的流，该流通过多个开口到达中央处理容积，并且该流被导向(一个或多个)衬底，其中气体从中央处理容积的排放被布置在(一个或多个)衬底下方。
在一些实施例中，通过多个开口到达并且进入中央处理容积的相应流相对于彼此具有不均匀的流分布。
在一些实施例中，该装置包括在中央处理容积中的从顶部到底部的流，该流被导向(一个或多个)衬底，并且该流被布置成在脉冲期间改变其指向位置，并且其中气体从中央处理容积的排放被布置在(一个或多个)衬底下方。
在一些实施例中，中央处理部分包括将中央处理容积封闭在其中的在(一个或多个)横向延伸部上方竖直地延伸的向上指向的延续部。
在一些实施例中，中央处理部分包括在(一个或多个)衬底和(一个或多个)横向延伸部下方竖直地延伸的向下指向的延续部。
在一些实施例中，该装置包括从向下指向的延续部的下部向下延伸的排放连接件。
在一些实施例中，该装置包括连接到所述排放连接件的真空泵或真空泵组件。在一些实施例中，真空泵或真空泵组件包括涡轮分子泵。在一些实施例中，真空泵或真空泵组件包括用于反应或捕集化学物质或化学产品的装置(例如化学物质捕集器)，其包括将从反应室到达的朝向泵(组件)引导的化学物质与其他化学物质(其可以直接馈入到捕集器中)反应。
在一些实施例中，真空泵或真空泵组件包括(一个或多个)阀，以停止或改变化学物质向泵的流动。
在一些实施例中，(一个或多个)衬底下方的反应室部分被称为向下指向的延续部，或真空泵，或真空泵组件包含流体入口，其中从流体入口进入的流体被选择为与反应室中采用的至少一种前体反应。在一些实施例中，反应流体包括在反应室外部或反应室内部但是在反应室内部的(一个或多个)衬底的下游产生的等离子体物质。
在一些实施例中，该装置包括在中央处理部分中的自上而下的流动并且其中气体从中央处理部分的排放被布置在向下指向的延续部的下方。
在一些其他实施例中，该装置包括在中央处理部分中的从顶部到底部的流动，该流动至少部分地从竖直流动的方向转向，并且其中来自中央处理部分的气体排放布置在(一个或多个)衬底下方。
在一些实施例中，该装置提供中央处理部分的加热，并且在一些实施例中，该装置为向上指向的延续部和向下指向的延续部提供单独的加热。在一些实施例中，该装置提供对横向延伸部的加热。
在一些实施例中，该装置包括通向横向延伸部的流体入口，该流体入口穿过反应室和外腔室之间的中间空间。在一些实施例中，中间空间被加热。在一些实施例中，该装置包括定位在中间空间中的至少一个加热器。在一些实施例中，该装置包括定位在反应室内的至少一个加热器。
在一些实施例中，该装置包括至少一个非等离子体反应物流体入口，该入口穿过中间空间通向中央处理部分或中央处理容积。在一些实施例中，通向非等离子体反应物流体入口的馈入管线在外腔室外部的区域中被加热。在一些实施例中，馈入管线由定位在馈入管线周围的加热器加热。在一些实施例中，馈入管线周围的加热器由隔热覆盖件隔热。
在一些实施例中，装置的中央处理部分的高度比(一个或多个)横向延伸部的高度高至少100％、至少200％、至少500％或至少1000％。
在一些实施例中，向上指向的延续部的高度比(一个或多个)横向延伸部的高度至少高50％。在一些实施例中，向上指向的延续部的高度比(一个或多个)横向延伸部的高度高至少100％、至少200％、至少500％或至少1000％。
在一些实施例中，横向延伸部从中央处理部分水平延伸(即，横向延伸部水平取向)。
在一些实施例中，(一个或多个)横向延伸部在衬底移动方向上的水平宽度大于中央处理部分的水平宽度。
在一些实施例中，该装置包括承载至少一个衬底的衬底支撑件。在一些实施例中，致动器被配置为致动支撑衬底的衬底支撑件。
在一些实施例中，衬底支撑件包括用于衬底的凹部。在一些实施例中，包括用于衬底的凹部(或用于每个衬底的相应凹部，或用于多个衬底的公共凹部)的衬底支撑件被配置为保持(一个或多个)衬底至少部分地嵌入衬底支撑件中。在一些实施例中，此类衬底支撑件被配置为支撑(一个或多个)衬底，使得它们的顶部表面不竖直地超过衬底支撑件的顶部表面(的水平)。
在一些实施例中，致动器被配置为悬浮衬底支撑件。在一些实施例中，致动器被配置为磁性悬浮衬底支撑件。在一些实施例中，单个公共衬底支撑件在反应室内承载衬底中的每个。在一些其他实施例中，在反应室内同时有多个衬底支撑件。在一些实施例中，多个衬底支撑件彼此独立地被致动。在一些实施例中，每个衬底具有与支撑其他衬底的支撑件分离的其自己的支撑件。在一些实施例中，提供了双衬底支撑件系统，包括两个公共支撑，在中央处理部分的每一侧各有一个。
在一些其他实施例中，致动器被配置为在没有衬底支撑件的情况下移动至少一个衬底。在此类实施例中，衬底可以或可以不磁性悬浮在致动器上方。
在一些其他实施例中，衬底支撑件形成致动衬底移动的致动器的一部分。
在一些实施例中，中央处理容积适于包住直径至少为100mm、直径至少为200mm、直径至少为300mm或直径至少为450mm或更大的衬底，例如晶片。
在一些实施例中，通过中央处理容积中的等离子体脉冲，整个衬底立刻暴露于等离子体(在到达中央处理容积时，并且通过省略中央处理容积中的中间清洗步骤)。在一些实施例中，在中央处理容积中，整个一个衬底立刻暴露于辐射(在到达中央处理容积时，并且通过省略中央处理容积中的中间清洗步骤)。
在一些实施例中，通过中央处理容积中的等离子体脉冲，所有的衬底立刻暴露于等离子体(在到达中央处理容积时，并且通过省略中央处理容积中的中间清洗步骤)。在一些实施例中，所有的衬底在中央处理容积中立刻暴露于辐射(在到达中央处理容积时，并且通过省略中央处理容积中的中间清洗步骤)。
在一些实施例中，该装置被配置为独立于同时驻留在反应室内的其他衬底的传送来控制至少一个衬底的传送。
在一些实施例中，该装置包括线性致动器，该线性致动器致动至少一个衬底的可换向线性移动。
在一些实施例中，致动器包括线性马达。在一些实施例中，线性马达定位在反应室的外部。
在一些实施例中，横向延伸部为至少一个衬底提供线性或(一个或多个)弯曲轨道。因此，在一些实施例中，横向延伸部水平延伸到中央处理容积的基本上相对侧。
在一些实施例中，致动器被配置为使至少一个衬底悬浮(没有衬底支撑件)。
在一些实施例中，该装置包括从横向延伸部到向下指向的延续部的直接流体连接部，其中该直接流体连接部在中央处理部分中从下方绕过(一个或多个)衬底。
在一些实施例中，该装置包括至少一个密封的开口，以允许衬底进入和离开反应室，而不会将反应室的内部容积暴露于周围的中间空间。
在一些实施例中，反应室包括至少两个或更多个密封开口，以允许衬底进入和离开反应室。在一些实施例中，至少一个开口定位在中央处理部分一侧的横向延伸部处并且至少一个开口定位在中央处理部分另一侧(或相对侧)的横向延伸部处。
在一些实施例中，第一横向延伸部和第二横向延伸部两者在其侧面都包括至少一个可打开和可密封的装载开口。在一些实施例中，装载开口定位在一个横向延伸部的未连接到中央处理部分的端部，或定位在两个横向延伸部的端部。
在一些实施例中，该装置包括在中央处理容积的顶侧上的活动盖或盖系统，用于进入反应室。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种衬底处理方法，其包括：
经由由反应室的竖直地取向的中央处理部分提供的中央处理容积，在反应室的横向延伸部之间可换向地移动至少一个衬底；以及
将衬底中的至少一个暴露于反应室的中央处理容积中的自限制表面反应。
根据本发明的更一般的方面，提供了一种衬底处理装置，其包括：
反应室；以及
本公开中公开的实施例的一个或多个特征。
根据本发明的进一步的方面，提供了对应于衬底处理装置方面的方法。
前面已经说明了不同的非约束性示例方面和实施例。上述实施例仅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。一些实施例可以仅参考一些示例方面来呈现。应理解，相对应的实施例也适用于其他示例方面。特别地，在第一方面的上下文中描述的实施例适用于每个进一步的方面。可以形成实施例的任何适当组合。
附图说明
现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明，在附图中：
图1示出了根据一些实施例的衬底处理装置的反应室的示意性横截面；
图2示出了根据一些实施例的图1的装置的一些部分的透视图；以及
图3示出了根据一些实施例的衬底处理装置的一些进一步的细节。
具体实施方式
在下面的描述中，原子层沉积(ALD)技术和原子层蚀刻(ALE)技术被用作示例。
ALD生长机制的基础知识对于技术人员来说是已知的。ALD是基于将至少两种反应性前体物质序列引入到至少一个衬底的特殊的化学沉积方法。基本的ALD沉积循环包括四个连续的步骤：脉冲A、清洗A、脉冲B和清洗B。脉冲A由第一前体蒸汽组成，并且脉冲B由另一个前体蒸汽组成。惰性气体和真空泵通常用于在清洗A和清洗B期间从反应空间中清洗气态反应副产物和残余反应物分子。沉积序列包括至少一个沉积循环。重复沉积循环，直到沉积序列产生了期望厚度的薄膜或涂层。沉积循环也可以更简单或更复杂。例如，循环可以包括三个或更多个由清洗步骤分离的反应物蒸汽脉冲，或可以省略一些清洗步骤。或对于等离子体辅助ALD，例如本文讨论的PEALD(等离子体增强原子层沉积)，或对于光子辅助ALD，可以通过相应地经由等离子体或光子馈入为表面反应提供所需的另外的能量来辅助沉积步骤中的一个或多个。或反应性前体中的一种可以被能量替代，导致单一前体ALD过程。例如，光子辅助ALD过程的使用使得仅使用一种反应性化学物质成为可能。因此，脉冲和清洗序列可以根据每种特定情况而不同。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。由ALD生长的薄膜是致密的、无针孔的并且具有均匀的厚度。
至于衬底处理步骤，该至少一个衬底通常在反应容器(或腔室)中暴露于时间上分离的前体脉冲，以通过连续的自饱和表面反应在衬底表面上沉积材料。在本申请的上下文中，术语ALD包括所有可应用的基于ALD的技术和任何等效或密切相关的技术，诸如例如以下ALD亚类：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)和光子辅助或光子增强原子层沉积(也称为闪光增强ALD或光-ALD)。
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使用，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。
ALE蚀刻机制的基础知识对于技术人员来说是已知的。ALE是使用自限制的连续反应步骤从表面移除材料层的技术。通常的ALE蚀刻循环包括形成反应层的改性步骤和仅移除反应层的移除步骤。移除步骤可以包括使用等离子体物质，特别是离子来移除层。
在ALD和ALE技术的背景下，自限制表面反应意味着当表面反应位点完全耗尽时，表面反应层上的表面反应将停止并且自饱和。
图1示出了根据一些实施例的装置100的示意性横截面。装置100是衬底处理装置或反应器，其适于例如执行等离子体增强ALD、UV-ALD沉积反应和/或ALE蚀刻反应。在一些实施例中，装置100包括反应室130，其中发生衬底处理反应。反应室130包括位于中间的中央处理容积60，用于将至少一个衬底50暴露于中央处理容积60中的自限制表面反应。在一些实施例中，反应室130包括从中央处理容积60横向延伸的至少两个横向延伸部135a、135b。致动器201被配置为沿着(一个或多个)横向延伸部135和中央处理容积60之间的轨道或路线250可换向地移动至少一个衬底50，以用于衬底处理。
在一些实施例中，至少两个横向延伸部135a、135b从中央处理部分70、72水平延伸。至少两个横向延伸部135a、135b在水平(或横向)平面中可以是线性的或弯曲的，使得(一个或多个)衬底50能够在横向延伸部135a、135b内部并且沿着横向延伸部135a、135b线性或弯曲移动。在一些实施例中，有两个以上的横向延伸部，从中央处理容积60向不同方向延伸，例如，但不限于水平面中的方向，使得在衬底处理期间能够有多种衬底50移动排布。
在一些实施例中，至少两个横向延伸部135a、135b从中央处理容积60的相对侧在水平面中线性延伸，从而允许衬底50在第一横向延伸部135a、中央处理容积60和第二横向延伸部135b之间线性移动。
在一些其他实施例中，至少两个横向延伸部135a、135b基本上从中央处理部分70、72的相对侧在水平面中延伸，或从中央处理部分70、72在水平面中彼此成角度地延伸。这允许衬底50在第一横向延伸部135a、中央处理容积60和第二横向延伸部135b之间弯曲移动。
在一些实施例中，中央处理部分70、72是竖直地取向的。在一些实施例中，中央处理部分70、72的竖直地取向意味着中央处理部分70、72是竖直地纵向的。在一些实施例中，中央处理部分70、72由反应容器(或反应容器组件)实现。在一些实施例中，反应容器(或组件)包括反应室碗状物。在一些实施例中，反应容器具有围绕竖直旋转轴线的旋转对称性。在一些实施例中，反应容器(或组件)具有从处于衬底处理位置的衬底50向上和向下两者的部分。因此，在一些实施例中，反应容器(或组件)从衬底50上方延伸到衬底下方(当处于处理位置时)。在一些实施例中，反应容器的水平横截面是圆形的(或圆)。在一些实施例中，反应容器的横截面积在容器的不同高度处是不同的(即，圆形横截面的直径根据截取横截面的点而变化)。在一些实施例中，反应容器或反应容器的一些部分的水平横截面是多边形，例如正方形。
在一些实施例中，反应容器包括具有第一导孔或开口160的第一侧壁，该第一导孔或开口160作为第一横向延伸部135a延续。在一些实施例中，反应容器包括与第一侧壁相对的第二侧壁，具有作为第二横向延伸部135b延续的第二导孔或开口160’。在一些实施例中，反应容器在围绕反应容器的侧壁处包括两个以上的导孔或开口，导孔或开口作为横向延伸部135延续。
在一些实施例中，如图2所示，衬底50移动方向“D”上单个横向延伸部135的水平宽度大于中央处理部分70、72的水平宽度，从而允许在横向延伸部135中同时容纳和移动一个以上的衬底50。单个横向延伸部135在衬底50移动方向上的所述宽度例如至少为100mm，以在衬底50移动方向上容纳一个直径为100mm的衬底。替代地，单个横向延伸部135在衬底50移动方向上的宽度为至少150mm、至少200mm、至少300mm或至少450mm，这取决于所使用的应用、衬底尺寸和致动器的实现方式。因此，横向延伸部135在衬底移动方向“D”上的长度可以更大，以容纳至少一个直径大于100mm的衬底50。在一些实施例中，横向延伸部135在衬底移动方向“D”上的长度可容纳直径至少为300mm的至少一个或多个衬底50。
在一些实施例中，如果采用直径小于100mm的衬底，诸如衬底切口或除圆形之外的衬底，则衬底50移动方向“D”上的单个横向延伸部135的宽度可以小于100mm。
在一些实施例中，(一个或多个)横向延伸部135a、135b在方向“A”(如图2所示，其垂直于衬底50移动方向“D”)上的水平宽度较窄，以最小化横向延伸部135和反应室的内部容积。窄的距离“A”还最小化了需要清洗的体积，以及用于清洗横向延伸部135的流体量。在一些实施例中，所述窄宽度“A”不宽于同一平面中的中央处理部分70、72的宽度，或中央处理部分70、72的宽度“B”。在一些实施例中，所述宽度“A”适合衬底50的直径尺寸，使得衬底50具有足够的空间以在衬底移动方向“D”上沿着(一个或多个)横向延伸部135a、135b移动。在一些实施例中，横向延伸部135的所述宽度“A”可以等于或宽于在其中移动的衬底50。
在一些实施例中，该装置被配置为用流体连续处理(一个或多个)衬底50，同时衬底50驻留在(一个或多个)横向延伸部135的区域中。在一些实施例中，至少一个衬底50在(中央处理部分的)中央处理容积60的区域中经历自限制表面反应并且在横向延伸部135a、135b的区域中仅进行清洗操作(用惰性气体)。在一些其他实施例中，当驻留在横向延伸部135的区域中时，用至少两种不同的流体(惰性流体和处理气体)处理(一个或多个)衬底50。在一些实施例中，所述处理气体是用于衬底50处理的反应性前体蒸汽。因此，在一些实施例中，在至少一个横向延伸部135的区域内执行个别过程循环的部分过程步骤。
在一些实施例中，至少一个流体入口15a、15b被布置在横向延伸部135a、135b的上部，该至少一个流体入口被配置为用流体瞄准驻留在横向延伸部135中的衬底。在一些实施例中，流体入口15布置在横向延伸部135的远侧端部，以到达驻留在所述空间中的所有衬底50。从流体入口15出来的流体被配置为通过惰性气体清洗驻留在横向延伸部135中的衬底，或在其他实施例中，将衬底50暴露于处理气体，而不在中央处理容积60中进行处理。进入横向延伸部135的任何流体被横向延伸部135和反应室130的向下指向的延续部72之间的压力差驱动，流向并且进入向下指向的延续部72并且最终被泵出反应室130。在一些实施例中，在中央处理部分70、72中，流体的流动被配置为从下方绕过(一个或多个)衬底50。
在一些实施例中，流体入口15a、15b被配置为向它们通向的相应横向延伸部135a、135b提供不同的前体蒸汽。流体入口15a被配置为通过流体入口15b将第一横向延伸部135a的内部容积和其中的(一个或多个)衬底50暴露于不同于第二横向延伸部135b中的(一个或多个)衬底50所暴露的前驱物蒸汽。在一些实施例中，衬底50暴露于横向延伸部135a、135b内部的不同前驱物蒸汽的所述暴露可以同时发生。此外，同时，当衬底50在其相应的横向延伸部135a、135b中暴露于不同的前驱物蒸汽时，驻留在中央处理容积60中的(一个或多个)衬底50通过将(一个或多个)衬底50暴露于其中的附加能量而被处理。在一些实施例中，衬底以任何期望的顺序在第一横向延伸部135a、中央处理容积60之间移动并且移动到衬底支撑件200上的第二横向延伸部135b，以允许在单个衬底50上沉积多个不同的前体层。
例如，流体入口15a同时向第一横向延伸部135a和其中的(一个或多个)衬底50提供包含铝的前体蒸汽，而流体入口15b向第二横向延伸部135b和其中的(一个或多个)衬底50提供包含硅的前体蒸汽。此外，在中央处理容积60中的(一个或多个)衬底50同时用氧等离子体处理。因此，可以采用包括在反应室的不同部分同时沉积至少铝、硅和氧的过程循环，以在衬底50上产生包括这些前体的期望原子层组合物。
在一些实施例中，装置的一些部分被加热(稍后将参考图3解释)。
反应室130包括中央处理部分70、72，中央处理部分70、72内包括中央处理容积60，用于将(一个或多个)衬底50暴露于自限制表面反应。在一些实施例中，中央处理部分包括在横向延伸部135a、135b的水平面上方竖直地延伸的向上指向的延续部70。所述向上指向的延续部70由反应室130的壁限定，该壁将中央处理容积60封闭在其中。在一些实施例中，当从上方观察时，指向上方的延续部70可以是矩形、圆形或椭圆形，中央处理容积60的空间由反应室130的壁限定。
在一些实施例中，中央处理容积60是由反应室130壁限定的圆柱形空间。在一些其他实施例中，中央处理容积60的空间可以是成形为截锥形的空间。在一些实施例中，从水平角度来看，向上指向的延续部70在竖直方向上比横向延伸部135a、135b上升得更高。向上指向的延续部70可以比从中央处理部分70、72延续的横向延伸部135的竖直高度至少高50％，以优化能量源40与衬底50的距离。在一些实施例中，向上指向的延续部的高度比(一个或多个)横向延伸部135的高度高至少100％、至少200％、至少500％或至少1000％。
在一些实施例中，当从上方观察时(如图2所示)，中央处理容积60的直径长度“B”与衬底50的直径尺寸相匹配，使得衬底50具有足够的空间来安装在由反应室130壁限定的中央处理容积60内部。在一些实施例中，中央处理容积适于包住直径至少为100mm、直径至少为200mm、直径至少为300mm或直径至少为450mm或更大的衬底。
在一些实施例中，能量源40被配置为向中央处理容积60提供另外的能量，该另外的能量包括例如等离子体或辐射/光子。在一些实施例中，能量源40直接放置在中央处理容积60的上方或侧面，或在衬底上方的中央处理容积60内部。在一些实施例中，能量源40位于至少部分地密封的容积45内部，该容积45至少部分位于中央处理容积60的内部或侧面，该至少部分地密封的容积45具有到中央处理容积60的连接装置(例如，流动连接)。在一些实施例中，能量源40是等离子体源，其中等离子体可以由能量源40的本地生成器直接在中央处理容积60中的衬底上方生成。替代地，等离子体由不位于体积60内的远程生成器远程生成。在一些实施例中，提供了本地和远程等离子体源(或生成器)，等离子体生成器被配置为向中央处理容积60提供两种不同的等离子体物质。在一些实施例中，能量源40是光子源，诸如紫外线辐射生成器或激光生成器。在一些实施例中，能量源40包括光子源和与光子源分离的等离子体源两者。在一些实施例中，能量源40包括例如单极天线等离子体生成器、介电等离子体生成器、电感耦合等离子体生成器或微波电子、回旋加速器或共振生成的等离子体生成器。在一些实施例中，其中能量源40包括光子源和单独的等离子体源两者，在一个处理循环期间，在中央处理容积60中单独或组合使用这两种能量源。
在一些实施例中，在装置100中，在衬底50的下游提供流体入口，该流体入口提供(一种或多种)反应性化学物质，以与到达(一个或多个)衬底50上游的(一种或多种)未反应化学物质反应。在一些实施例中，所述流体入口是化学入口或能源，诸如用于加热气体入口或等离子体入口(未示出)。在一些实施例中，所述流体入口位于装置100中(一个或多个)衬底50的下游，但在真空泵(组件)25的上游。例如，所述流体入口位于向下指向的延续部72中，或替代地位于排放连接件30中更下游的位置，或替代地位于更下游的位置，例如在泵前级管线24中。例如，从所述流体入口喷射具有高温(诸如高于500℃的温度)的加热惰性气体将导致自由基或等离子体物质的生成，该自由基或等离子体物质将导致未使用的反应性前体的分解。
在一些实施例中，等离子体源包括所述等离子体生成器，该等离子体生成器包括等离子体施加器和电源。在一些实施例中，等离子体生成器的电源定位在中央处理容积60上方的装置内。在一些实施例中，等离子体生成器的电源定位在装置内除中央处理容积60上方之外的其他地方。在一些实施例中，等离子体源在中央处理容积60内(例如在其顶部)提供等离子体形成扇区。在那些实施例中，取决于实现方式，等离子体施加器(例如单极天线或多个天线)定位在体积60内。由等离子体生成器或施加器形成的等离子体物质从等离子体生成器或施加器向下流向衬底50。在一些实施例中，等离子体生成器或光子源定位在中央处理容积60的上方，使得等离子体/光子能量能够以诸如光束的形式，在衬底50定位在中央处理容积60中时，瞄准衬底50表面上的紧密限定或明确限定的区域，诸如窄的矩形区域。在一些实施例中，当(一个或多个)衬底50移入或穿过中央处理容积时，随着衬底50改变其在中央处理容积60中的位置，衬底50上的此区域改变其在衬底50表面上的位置。这使得能够一次在衬底50表面的一个明确限定的区域中生成表面反应。
在一些实施例中，其中等离子体至少部分地在中央处理容积60的内部或侧面生成，在至少部分地密封的容积45内部，等离子体可以在与中央处理容积60内部不同的压力条件下生成。例如，与中央处理容积60相比，至少部分地密封的容积45内部的压力可以更高，诸如～1毫巴，其中压力可以例如是0.5毫巴，更优选地0.2毫巴，还更优选地0.1毫巴，并且在一些处理条件下，中央处理容积60内部的压力可以是更低的真空，诸如0.01毫巴。此压力差驱使包含等离子体物质的流体离开至少部分地密封的容积45，进入中央处理容积60，并且朝向(一个或多个)衬底50。在一些实施例中，流体流出部分地密封的容积45，进入中央处理容积60，具有阻塞流动效应。在一些实施例中，至少部分地密封的容积45具有用于等离子体进入中央处理容积60的窄开口，使得当在所述窄开口下移动衬底50时，能够对衬底50表面上明确限定的区域进行目标化学暴露。在一些实施例中，至少部分地密封的容积45的窄开口被布置成使得离开容积45的等离子体瞄准衬底50路径上的明确限定的线。所述明确限定的线是预定的窄的细长或线性区域，其可以相对于衬底移动方向“D”侧向或垂直延伸，从而使得等离子体能够瞄准经过等离子体瞄准线的所有衬底50中的衬底50表面的横截面。在一些实施例中，至少部分地密封的容积45具有阀，以允许打开和关闭该阀来暴露衬底50。
在一些实施例中，一种或多种非等离子体前体或非等离子体化学物质(例如，非等离子体前体和/或热ALD前体，诸如一种或多种金属前体和/或(一种或多种)非金属前体和/或惰性气体)进入中央处理容积60。在一些实施例中，装置100包括公用的馈入管线或单独的馈入管线，以将这些化学物质从衬底50上方馈入中央处理容积60。在一些实施例中，中央处理容积60用于将衬底50暴露于至少两种暂时分离的前体化学物质。在一些实施例中，至少一个化学喷嘴入口140或开口141实现在中央处理容积60中，例如位于向上指向的延续部70的壁处。在一些实施例中，从至少一个喷嘴140或开口141喷射的气态化学物质暴露中央处理容积60中单个衬底50的整个上表面或基本上整个上表面。在一些其他实施例中，从至少一个喷嘴140或开口141喷射的气态化学物质仅在衬底50表面上的较小的预定有限区域(例如矩形)上提供暴露(衬底50例如可以在中央处理容积60内移动并且由此在不同的表面区域上经历不同的暴露)。在一些实施例中，气态化学物质从至少两个喷嘴140或开口141喷射。在此类实施例中，例如，至少两个喷嘴140或开口141在不同时间向衬底50的表面提供气态化学物质的异步暴露。
尽管流体入口15a、15b、喷嘴140和开口141在图1的示意性横截面视图中示出为点源，但是它们也可以布置成诸如喷嘴、具有孔的管道(管道的取向如图2中喷嘴140的俯视图中示出的)、或具有扩展截面的分配器，诸如锥形或三角形，从而使得流体流动流的扩展能够匹配诸如衬底50的宽度。
在一些实施例中，中央处理部分70、72包括向下指向的延续部72，其在横向延伸部135a、135b的水平面下方竖直地延伸，所述向下指向的延续部72由反应室130的壁限定。在一些实施例中，向下指向的延续部72从横向延伸部135a、135b的下表面向下延续，形成中央处理部分70、72的碗形下部。向下指向的延续部72继续进一步向下作为排放连接件30，用于从反应室130移除化学排放物。在一些实施例中，排放连接件30从向下指向的延续部72的下部经由可选的排放管线或泵前级管24(在实施例中，其从排放连接件30的底部指向一侧)朝向真空泵25或真空泵组件延续。在一些实施例中，真空泵组件包括涡轮分子泵。在一些实施例中，真空泵组件还包括第二泵。在一些实施例中，排放连接件30和泵前级管线24的直径被优化，以使涡轮分子泵最佳地运行。在一些实施例中，真空泵组件包括限制或停止流动的装置，诸如蝶阀或闸阀(未示出)。在一些实施例中，此类阀的操作可以与正在进行的ALD过程同步，诸如在过程循环期间，该阀与在反应室130内部同时在所有衬底50上沉积一种化学物质同步，或该阀与在中央处理容积60内部沉积一种衬底50同步。
在一些实施例中，该装置被配置为在中央处理部分70、72的中央处理容积60中提供从顶部到底部方向的流动。从中央处理容积60上方和/或从至少一个化学喷嘴140或开口141和/或从(一个或多个)横向延伸部135到达的流体/气体流被配置为被排放到向下指向的延续部72中并且在那里向前排放到布置在(一个或多个)衬底50下方的排放连接件30。
在一些实施例中，装置100被配置为将进入(一个或多个)横向延伸部135和中央处理容积60的流体引导到向下指向的延续部72中，且从那里引导到排放连接件30，流动方向由在排放连接件30或可选地跟随排放连接件30的泵前级管线24的末端处的真空泵或真空泵组件产生的压力条件驱动。
致动器201被配置为使得至少一个衬底50在反应室130内部在(一个或多个)横向延伸部135a、135b和中央处理容积60之间可换向地移动。图1所示的线250仅表示致动器201能够覆盖的衬底50移动路线或轨迹，致动器201本身定位在(一个或多个)横向延伸部135a、135b的内部，或定位在(一个或多个)横向延伸部135a、135b和中央处理容积60两者的内部，或定位在图1所示路线250以外的地方。在一些实施例中，致动器201仅延伸图1中线250所示的水平距离的一部分。在一些其他实施例中，致动器201部分位于反应室130内部并且部分位于所述反应室130外部。在一些其他实施例中，致动器201完全位于反应室130外部。在一些实施例中，致动器201包括例如位于反应室130外部的线性马达或旋转马达，其与在反应室内移动衬底支撑件200的螺杆耦合。
在一些实施例中，致动器201是线性致动器。在一些其他实施例中，致动器201是非线性致动器，使得(一个或多个)衬底50能够弯曲移动。在一些实施例中，致动器201由线性马达提供动力，该线性马达可以定位在反应室的外部。在一些实施例中，线性马达提供直的或线性的路径。在一些其他实施例中，线性马达提供除了线性路径之外的路径，诸如弯曲路径。
在一些实施例中，致动器201被配置为将至少一个移动衬底支撑件200悬浮在致动器201(的静止部分)上方。在一些实施例中，悬浮由例如气流生成。在一些其他实施例中，致动器201与衬底支撑件200物理接触。在一些实施例中，衬底50移动的速度可以在移动期间被修改，从而使得处理速度可缩放。在一些实施例中，致动器201从第一横向延伸部135a的远侧端部穿过中央处理容积60延伸至第二横向延伸部135b的远侧端部。在一些实施例中，可以在反应室130的内部或外部布置进一步的致动器，以在另外的方向上移动衬底，诸如侧向移动。在一些实施例中，可以布置进一步的致动器来将衬底支撑件200移动到装置100的外部。
在一些实施例中，衬底支撑件200具有用于保持衬底50的装置，诸如静电卡盘、凹部和/或机械夹具。在一些实施例中，其包括用于衬底50的凹部(或用于每个衬底50的相应凹部或用于多个衬底50的公共凹部)的衬底支撑件200被配置为保持嵌入衬底支撑件200中的(一个或多个)衬底50。在一些实施例中，此类衬底支撑件200被配置为支撑(一个或多个)衬底50，使得它们的顶部表面不竖直地超过衬底支撑件200的顶部表面(的高度)。在一些实施例中，衬底支撑件200结合到致动器201。
在一些实施例中，致动器201被布置成包括多个致动器(例如两个或更多个线性致动器)的致动器装置。
在一些实施例中，装置100包括衬底支撑件200，以在反应室130内部给予(一个或多个)支撑衬底50。在一些实施例中，衬底支撑件200被配置为借助于致动器201悬浮，例如悬浮在致动器201上方。在一些实施例中，衬底支撑件200形成致动器201的一部分，致动器201因此是被配置为移动衬底50的部件的组件。该装置可以包括公共的衬底支撑件200以同时支撑所有的衬底50，或一个以上的衬底支撑件200可以同时驻留在反应室130内以支撑单独的衬底50。在一些实施例中，一个以上的衬底支撑件200彼此独立地移动。
在一些实施例中，布置成保持单个晶片或多个晶片(或衬底)的衬底保持件(或支撑件)200围绕其轴线旋转，如图2中箭头R所描绘的。这还可以提高沉积的均匀性。在一些实施例中，旋转受致动器(或致动器装置)201所包含的旋转马达的影响。在一些实施例中，装置100包括独立旋转的衬底50或多个独立旋转的衬底50。在一些实施例中，由单个衬底支撑件200保持的多个衬底围绕它们的公共中心点旋转。例如，衬底支撑件200上的300mm晶片可以由三个100mm晶片代替，并且晶片可以由衬底支撑件200围绕它们的公共中心点旋转。
在一些实施例中，衬底支撑件200短于从第一横向延伸部135a的远侧端部到另一个横向延伸部135b的远侧端部的水平距离。在一些其他实施例中，衬底支撑件200延伸以支撑一个衬底50的至少一部分。
在一些实施例中，在由衬底支撑件200支撑的衬底50的上表面和反应室130内壁之间，在中央处理容积60和(一个或多个)横向延伸部135a、135b之间的接口处提供窄通道160、160’，使得衬底50能够在反应室130的所述空间之间无障碍地进入和离开。在一些实施例中，窄通道160、160’的竖直高度小于5mm，优选地小于1mm，更优选地小于0.1mm。在一些实施例中，窄通道160、160’的水平宽度至少与衬底50的宽度相同，或至少与衬底支撑件200的宽度相同。从中央处理容积60到(一个或多个)横向延伸部135a、135b的流体流动受到限制，优选地最小化，或完全被阻止，反之亦然。
在一些实施例中，所述通道160、160’中的至少一个包括气刀，该气刀从衬底50直径的整个宽度或中央处理容积60的内部宽度向旁路衬底50引导惰性流体/气体的喷淋。在一些实施例中，气刀在衬底50的表面附近以及衬底支撑件200附近产生横向清洗流，从而清洗衬底50的上表面以及可选的衬底支撑件200。气刀还能够形成气幕，这减少或防止横向延伸部135中的反应性流体进入中央处理容积60并且与中央处理容积60内部的其他反应性流体在衬底50上方的气相中反应。
在一些其他实施例中，在(一个或多个)横向延伸部135a、135b和中央处理容积60之间提供密封的中间体积，防止反应室130的所述两个空间之间的流体交换。在一些实施例中，密封的输入端口和输出端口布置在中间体积中，使得中间体积能够具有与周围体积不同的压力条件。
在一些实施例中，至少一个衬底50被配置为通过密封的开口进入反应室130。因此，反应室130包括在反应室130壁中的至少一个密封开口80，以允许至少一个衬底50进入和离开反应室130。在示例性实施例中，密封开口80位于横向延伸部135a、135b的远侧端部。在另一个示例性实施例中，密封开口80位于横向延伸部135a、135b的侧表面或顶部表面上。在又一个示例性实施例中，密封开口位于反应室130壁中的向上指向的延续部70处。在一些实施例中，反应室130中有一个以上的密封开口。在一些实施例中，至少一个衬底50可以通过反应室130壁中的任何所述可能的密封开口80进入和离开反应室130，包括从同一个开口80进入和离开反应室130。在一些实施例中，至少一个衬底50可以进入和退出横向延伸部135a、135b，同时另一个衬底50正在中央处理容积60中被处理。
在一些实施例中，使得通过在围绕中央处理容积60的腔室壁处或在(一个或多个)横向延伸部135a、135b处的密封开口80利用例如密封门或闸阀能够装载衬底50。通过所述密封的门或闸阀装载衬底50是可能的，而不会将内部反应室130空间暴露给周围的中间空间，从而保持整个或至少部分反应室密封。此类直接真空装载入口可以耦合到从反应室130延伸的其他装备，并且当例如使用或生产腐蚀性或有毒化学物质时，此类入口可能是优选的。例如，闸阀可以耦合到围绕中央处理容积60的腔室壁或耦合到(一个或多个)横向延伸部135a、135b，闸阀的另一侧通向耦合到所述闸阀的空间，从而将中间空间从反应室130空间中排除。在一些实施例中，所提供的防止中央处理容积60内部的化学物质进入(一个或多个)横向延伸部135a、135b的装置(例如，气刀或密封的中间体积)也防止位于(一个或多个)横向延伸部135a、135b中的闸阀或致动器201上的相关ALD膜生长。
在一些实施例中，装置100包括在中央处理容积60的顶侧上的可移动盖或盖系统，用于进入中央处理容积60和反应室130。所述盖系统允许例如反应室130的维护。在一些实施例中，等离子体源的施加器包含在盖中。在一些实施例中，等离子体源的电源定位在装置内的其他地方。在一些实施例中，盖或盖系统包括(一个或多个)横向延伸部135a、135b的顶侧。在一些实施例中，(一个或多个)横向延伸部135a、135b可以用单独的(一个或多个)盖或(一个或多个)盖系统打开。
在一些实施例中，当驻留在横向延伸部135中时，衬底50被惰性流体清洗，而另一个衬底50在中央处理容积60中被处理。在一些其他实施例中，当驻留在横向延伸部135中时，衬底50暴露于反应性前体蒸汽。在一些实施例中，驻留在(一个或多个)横向延伸部135中的衬底50不暴露于具有另外的能量(诸如等离子体或辐射/光子能量)的自限制表面反应。
在一些实施例中，在中央处理容积60中，衬底50暴露于具有另外的能量的自限制表面反应，例如，以等离子体或辐射/光子能量的形式。在一些实施例中，衬底50在中央处理容积60内部一次一个地暴露于自限制表面反应。在一些其他实施例中，根据衬底50的尺寸，一个以上衬底50同时暴露于中央处理容积60内部的自限制表面反应。在一些实施例中，当定位在中央处理容积60中时，至少一个衬底50被配置为在暴露于自限制表面反应期间保持静止，从而实现涂层的高均匀性。该装置可以是例如PEALD、ALE或UV-ALD工具(或反应器)。在一些实施例中，(一个或多个)衬底50暴露于中央处理容积60中的第一反应性化学物质，接着清洗横向延伸部135中的(一个或多个)衬底50，接着将(一个或多个)衬底50暴露于中央处理容积60中的第二反应性化学物质，以及第二次清洗横向延伸部135中的(一个或多个)衬底50。所述AB序列可以更复杂，例如ABC。在一些实施例中，如果使用等离子体沉积化学物质，则可以省略在化学沉积之后发生的清洗步骤，因为等离子体物质分解得很快。
在一些实施例中，该装置被配置为在(一个或多个)横向延伸部135的空间和中央处理容积60之间可换向地致动(一个或多个)衬底50的移动，其中该致动由致动器201提供。在一些实施例中，(一个或多个)衬底50的移动区域从第一横向延伸部135a的远侧端部延伸，穿过中央处理容积60，到达第二横向延伸部135b的远侧端部，在该区域中，(一个或多个)衬底50被配置为在处理循环的不同阶段可换向且适应性地来回移动。该装置可以被配置为以可换向的方式将(一个或多个)衬底50也致动到进一步的另外的(一个或多个)横向延伸部135中，在这种情况下，衬底50可以根据期望的处理序列以任何期望的致动组合在所述横向延伸部135和中央处理容积60之间被可换向地致动。
清洗步骤从包括中央处理部分70、72和横向延伸部135的反应室130中移除多余的化学物质，这些都可以在单个处理步骤中或用同一个清洗步骤进行清洗。然而，在一些实施例中，当改变在体积60内处理的衬底50时，馈入体积60的非等离子体反应物供给不会中断。类似地，在一些实施例中，当改变在体积60内处理的衬底50时，等离子体物质的生成不会中断。因此，在一些实施例中，在不中断反应物(或反应性蒸汽)供给的情况下，执行中央处理容积60中或中央处理容积60中的衬底改变。
在实施例中，每个衬底50暴露于具有另外的能量(诸如等离子体)的自限制表面反应，同时在中央处理容积60中保持静止。在第一衬底50上的所述自限制表面反应之后，第一衬底50被移出中央处理容积60，并且另一个第二衬底50被移入中央处理容积60，而在中央处理容积60内部之间不发生清洗步骤。当第二衬底50在体积60外等待轮到它时，在第一衬底50上的自限制表面反应中使用的等离子体脉冲将不会与第二衬底50的表面发生化学接触，从而不会在第二衬底50上导致表面反应，因为等离子体物质(或自由基)具有短的寿命。
在一些实施例中，每个衬底50暴露于具有另外的能量(诸如辐射/光子能量)的自限制表面反应，同时在中央处理容积60中保持静止。在此类实施例中，省略了后续衬底50之间(以及后续光子曝光之间)的中央处理容积60内部的清洗步骤。
在一些其他实施例中，当穿过中央处理容积60时，衬底50暴露于与气态非等离子体(例如含金属的化学物质)的自限制表面反应。在此类实施例中，穿过体积60的衬底50暴露于中央处理容积60中的化学物质(非等离子体反应物)，，并且移动到横向延伸部135中，而不在其间的中央处理容积60中执行清洗步骤(在后续衬底上的沉积之间)。在一些实施例中，至少一个衬底在暴露于自限制表面反应期间是不固定的，同时定位在中央处理容积60或(一个或多个)横向延伸部135a、135b中。在一些实施例中，例如，通过喷嘴140或类似物，仅在预定的窄的细长或线性区域(其可以相对于衬底移动方向“D”侧向或垂直延伸)实现化学反应剂喷淋。在一些实施例中，反应物喷淋包括等离子体(或它可以被另一个能量源(例如辐射)代替)。当衬底移动通过曝光区域时，衬底50的表面被处理(或沉积)。在此类实施例中，整个中央处理容积60或横向延伸部135体积不需要暴露于反应物。在一些实施例中，移动衬底50可以在中央处理容积60内部或横向延伸部135内部类似地在清洗气体喷淋下被清洗，从而使得清洗步骤比常规清洗步骤更有效，并且在每个处理循环中花费更少的时间。
图3示出了根据一些实施例的衬底处理装置100的一些进一步的细节。在一些实施例中，该装置包括至少部分地围绕反应室130布置的外(真空)腔室350。在一些实施例中，外腔室将整个反应室130封闭在其中而在如图3所描绘的一些其他实施例中，仅反应室130的一部分，包括至少中央处理部分70、72或其一部分，被外腔室封闭。
在一些实施例中，外(真空)腔室350至少部分地围绕横向延伸部135a、135b布置。在一些实施例中，所述外部腔室350内部的压力保持高于反应室130内部的压力，以防止化学物质泄漏到中间空间中。
在一些实施例中，该装置包括相应地通向横向延伸部135a、135b的流体入口15a、15b，穿过反应室130和外腔室350之间的中间空间。在一些实施例中，中间空间被加热。在一些实施例中，该装置包括定位在中间空间中的至少一个加热器371、372。在一些实施例中，该装置包括定位在反应室130内部或反应室130壁内部的至少一个加热器(其中加热器可以形成反应室130壁的一部分)。在一些实施例中，反应室内的加热器定位在中央处理部分72内(加热器387)。在一些实施例中，加热器定位在横向延伸部或每个横向延伸部135内(加热器381、382)。在一些实施例中，该装置包括至少一个非等离子体反应物喷嘴140，或穿过中间空间通向中央处理部分70、72或中央处理容积60的开口141。在一些实施例中，通向非等离子体反应物流体入口的馈入管线在外腔室外部的区域中被加热。在一些实施例中，馈入管线由定位在馈入管线周围的加热器353加热。在一些实施例中，馈入管线周围的加热器353由隔热覆盖件隔热。类似的加热实现方式可以应用于通向流体入口15a、15b(加热器351、352)的馈入管线。
在一些实施例中，加热器定位在横向延伸部135的顶侧上，(一个或多个)衬底50从上方接收热量。在一些实施例中，加热器定位在横向延伸部135的壁内部。在一些实施例中，加热器定位在横向延伸部135的壁的外部，但是在封闭横向延伸部135的外部腔室的内部。在一些实施例中，每个横向延伸部135由单独的加热器加热。
在一些实施例中，向下指向的延续部72由单独的加热器383加热。在一些实施例中，部分24和30具有它们自己的加热器。此外，反应室130的任何部分(诸如中央处理部分70、72的上部)由其自身的加热器加热(例如，部分70、72的上部由加热器386加热)。在一些实施例中，(一个或多个)衬底50在中央处理部分70、72中由加热器387从下方加热。在一些实施例中，加热器387例如是红外(IR)加热器。选择各种加热器中合适的加热器类型。加热器可以是例如电阻加热器或IR加热器。
在一些实施例中，在第一横向延伸部135a和/或第二横向延伸部135b两者的侧面上有至少一个可密封的装载开口，相应地由装载开口31和32描绘。在一些实施例中，在中央处理容积60的壁上有至少一个可密封的装载开口(未示出)。
在一些实施例中，传感器或具有外部传感器的传感器端口布置在横向延伸部135a或135b中，以测量(一个或多个)衬底50。测量可以在横向延伸部135中进行，同时另一个衬底50被沉积在中央处理容积(60)中。例如，可以测量衬底的温度和/或涂层的沉积厚度。
在不限制专利权利要求的范围和解释的情况下，下面列出了本文公开的一个或多个示例实施例的一些技术效果。技术效果是提高了处理速度。另一个技术效果是缩短整个衬底处理过程的时间。例如，线性致动器可以以快的加速度和高速移动衬底，从而提高处理速度并且缩短整个衬底处理过程。另一个技术效果是，该装置可以按比例放大到同时处理大量衬底，该数量大于当前附图中呈现的数量。再有的技术效果是由于获得了足够的真空水平，能够使用稍微远离的等离子体(即，非直接等离子体)。另一个技术效果是能够彼此独立地移动衬底，甚至能够在中央处理容积中处理另一个衬底的同时装载和卸载(一个或多个)衬底。这还具有此效果，即可以保持窄通道或定位在窄通道处的气刀没有衬底和(一个或多个)衬底支撑件，因为衬底或在中央处理容积中，或在(一个或多个)横向延伸部中更远。甚至可以用阀门关闭窄的通道。再有的技术效果是，在处理期间，即使另一个衬底在正被处理的中央处理容积内部，也可以在(一个或多个)横向延伸部中检查衬底，所述检查可以用光学或电学装置来实现，以确保或控制处理性能。另一个技术效果是，在该过程期间，可以将两种以上的前体序列引入每个衬底，例如ABCB过程(A是第一前体的脉冲阶段，B是第二前体的脉冲阶段，C是第三前体的脉冲阶段，阶段C之后是阶段B)。
前面的描述已经通过本发明的特定实现方式和实施例的非限制性示例提供了发明人目前设想的用于实现本发明的最佳模式的完整和信息丰富的描述。然而，对于本领域技术人员来说很清楚，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，使用等效手段在其他实施例中实现。
此外，本发明的以上公开的实施例的特征中的一些可以在无需相对应地使用其他特征的情况下被有利地使用。因此，前面的描述应被认为仅是对本发明原理的说明，而不是对本发明的限制。因此，本发明的范围仅受所附专利权利要求的限制。

Claims (22)

1.一种衬底处理装置(100)，包括：
反应室(130)；
中央处理容积(60)，在所述反应室(130)的竖直定向的中央处理部分(70、72)内，用以将至少一个衬底(50)暴露于所述中央处理容积(60)中的自限制表面反应；
至少两个横向延伸部(135a、135b)，在所述反应室(130)中从所述中央处理部分(70、72)横向延伸；以及
致动器(201)，被配置为在所述横向延伸部(135a、135b)与所述中央处理容积(60)之间可换向地移动至少一个衬底(50)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个衬底(50)被配置为在被定位在所述中央处理容积(60)中时，在暴露于自限制表面反应期间保持静止。
3.根据权利要求1或2所述的装置，包括能量源，所述能量源被配置为将所述至少一个衬底(50)在所述中央处理容积(60)中暴露于等离子体或辐射形式的附加能量。
4.根据任一前述权利要求所述的装置，被配置为根据过程序列在所述反应室(130)内处理所述至少一个衬底(50)，所述过程序列包括过程循环或由过程循环组成，其中在单个过程循环中的过程步骤的一部分在所述中央处理容积(60)内执行，而其余部分在所述横向延伸部(135a、135b)内执行。
5.根据任一前述权利要求所述的装置，包括所述致动器(201)，所述致动器被配置为将至少一个衬底(50)从所述第一横向延伸部(135a)移动到所述中央处理容积(60)，从所述中央处理容积(60)移动到第二横向延伸部(135b)，并且经由所述中央处理容积(60)从所述第二横向延伸部(135b)返回到所述第一横向延伸部(135a)。
6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述装置(100)被配置为通过单一处理步骤来清洗所述中央处理容积(60)和所述横向延伸部(135a、135b)两者。
7.根据任一前述权利要求所述的装置，包括至少部分地围绕所述反应室(130)的外腔室。
8.根据任一前述权利要求所述的装置，包括窄通道，所述窄通道在所述中央处理容积(60)与所述横向延伸部(135a、135b)之间的所述接口处。
9.根据任一前述权利要求所述的装置，包括在所述中央处理容积(60)中的从顶部到底部的流，并且其中气体从所述中央处理容积(60)的排放被布置在所述衬底(50)下方。
10.根据任一前述权利要求所述的装置，其中中央处理部分(70、72)包括向上指向的延续部(70)，所述向上指向的延续部在所述横向延伸部(135a、135b)上方竖直地延伸，将所述中央处理容积(60)包围在所述延续部中。
11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述中央处理部分(70、72)包括向下指向的延续部(72)，所述向下指向的延续部在所述衬底(50)和所述横向延伸部(135a、135b)下方竖直地延伸。
12.根据权利要求11所述的装置，包括排放连接件(30)，所述排放连接件从所述向下指向的延续部(72)的下部向下延伸。
13.根据权利要求11所述的装置，包括连接到所述排放连接件(30)的真空泵或真空泵组件。
14.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述向上指向的延续部(70)的高度比所述横向延伸部(135a、135b)的高度高至少50％。
15.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述横向延伸部(135a、135b)从所述中央处理部分(70、72)水平延伸。
16.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述横向延伸部(135a、135b)在衬底移动方向上的水平宽度大于所述中央处理部分(70、72)的水平宽度。
17.根据任一前述权利要求所述的装置，包括承载所述至少一个衬底(50)的衬底支撑件(200)。
18.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述装置(100)被配置为独立于同时驻留在所述反应室(130)内的其他衬底(50)的传送，来控制所述至少一个衬底(50)的传送。
19.根据任一前述权利要求所述的装置，包括线性致动器(201)，所述线性致动器致动所述至少一个衬底(50)的可换向线性移动。
20.根据任一前述权利要求所述的装置，包括从横向延伸部(135a、135b)到所述向下指向的延续部(72)的直接流体连接部，其中所述直接流体连接部在所述中央处理部分(70、72)中从下方绕过所述衬底(50)。
21.根据任一前述权利要求所述的装置，包括至少一个密封开口(80)，以允许衬底(50)进入和离开所述反应室(130)，而不将反应室(130)的内部容积暴露于周围的中间空间。
22.一种衬底处理方法，包括：
经由所述反应室(130)的竖直定向的中央处理部分(70、72)所提供的中央处理容积(60)，在反应室(130)的横向延伸部(135a、135b)之间可换向地移动至少一个衬底(50)；以及
将所述衬底中的至少一个衬底(50)暴露于反应室(130)的中央处理容积(60)中的自限制表面反应。
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