JP2015517203A - 水平レーザを有する原子層堆積のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

ガス分配プレートと、ガス分配プレートに隣接してレーザビームを発射してガス分配プレートからのガス種を活性化する少なくとも１つのレーザ源とを含む原子層堆積装置および原子層堆積装置方法が提供される。ガス分配プレートは細長いガス噴射ポートをさらに備え、少なくとも１つのレーザビームは細長いガス噴射器の長さに沿って導かれる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は一般に、材料を堆積させる装置および方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、直線往復運動を有する原子層堆積チャンバを対象とする。

半導体処理、フラットパネルディスプレイ処理または他の電子デバイス処理の分野では、基板上に材料を堆積させる際に、気相堆積プロセスが重要な役割を果たしている。電子デバイスの形状が縮小し続け、デバイスの密度が増大し続けるにつれ、特徴部（ｆｅａｔｕｒｅ）のサイズおよびアスペクト比はより攻撃的なものになっており、例えば特徴部サイズは０．０７μｍ、アスペクト比は１０以上になっている。したがって、これらのデバイスを形成するための材料の共形堆積がますます重要になっている。

原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスの間、基板を含むプロセスチャンバ内に反応物ガスが導入される。一般に、第１の反応物がプロセスチャンバに導入され、基板表面上に吸着する。第２の反応物がプロセスチャンバに導入され、堆積材料を形成するために第１の反応物と反応する。基板表面上だけで反応が起こることを保証するためにパージステップが実行されることがある。このパージステップは、キャリアガスによる連続パージまたは反応物ガスの送達の間のパルスパージとすることがある。

当技術分野では、原子層堆積によって基板を処理する改良された装置および方法が依然として求められている。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、処理チャンバ、処理チャンバ内のガス分配プレートおよび少なくとも１つのレーザ源を備える堆積システムを対象とする。このガス分配プレートは、基板の表面に向かってガスの流れを導く複数の細長いガスポートを有する。この少なくとも１つのレーザ源は、ガス分配プレートと基板の間の少なくとも１つの細長いガスポートに沿って導かれるレーザビームを発射する。

いくつかの実施形態では、ガス分配プレートが、第１の反応性ガスの流れを基板に向かって導く複数の第１の反応性ガス噴射器と、第１の反応性ガスとは異なる第２の反応性ガスの流れを基板に向かって導く少なくとも１つの第２の反応性ガス噴射器とを備える。１つまたは複数の実施形態では、この少なくとも１つのレーザビームが、それぞれの第１の反応性ガス噴射器とこの少なくとも１つの第２の反応性ガス噴射器のうちの１つまたは複数の反応性ガス噴射器の長さに沿って導かれる。

いくつかの実施形態では、１つのレーザ源がある。１つまたは複数の実施形態では、この１つのレーザ源がビームを発射し、このビームが、この１つのレーザビームを多数の細長いガス噴射器に沿って導くために少なくとも１つのビームスプリッタで分割される。

いくつかの実施形態では、レーザビームを発射する少なくとも２つのレーザ源があり、それぞれのレーザビームが、異なる細長いガス噴射器に沿って導かれる。

いくつかの実施形態では、レーザ源が処理チャンバの外側に位置し、レーザビームが、処理チャンバの壁の窓を通して導かれる。１つまたは複数の実施形態では、窓が加熱される。いくつかの実施形態は、窓とガス分配プレートの間のパージガスの流れをさらに含む。

本発明の追加の実施形態は、処理チャンバ、処理チャンバ内のガス分配プレートおよび少なくとも１つのレーザ源を備える堆積システムを対象とする。このガス分配プレートは、基板の表面に向かってガスの流れを導く。この少なくとも１つのレーザ源は、ガス分配プレートと基板の間のガス分配プレートに隣接した経路に沿って導かれるレーザビームを有する。

いくつかの実施形態では、１つのレーザ源があり、システムが、多数の経路に沿って１つのレーザビームを導く少なくとも１つのビームスプリッタをさらに備える。

いくつかの実施形態では、少なくとも２つのレーザビームを発射する少なくとも２つのレーザ源がある。１つまたは複数の実施形態は、この少なくとも２つのレーザビームの少なくとも１つのレーザビームを多数の経路に沿って導く少なくとも１つのビームスプリッタをさらに備える。

いくつかの実施形態では、システム内に基板が存在するときに基板から約５０ｍｍまでのところにレーザビームがあるように、この少なくとも１つのレーザ源が配置される。

いくつかの実施形態では、レーザビームが、連続レーザとパルスレーザの少なくとも１つである。

本発明の他の実施形態は、基板を処理する方法を対象とする。基板を、ガス分配プレートからの第１の前駆体の流れおよび第２の前駆体の流れに順次接触させて、基板上に層を形成する。ガス分配プレートに隣接して導かれた少なくとも１つのレーザビームで、第１の前駆体と第２の前駆体の少なくとも１つを活性化する。

いくつかの実施形態では、第１の前駆体と第２の前駆体がそれぞれ別個の細長いガスポートから流れ、この少なくとも１つのレーザビームが、細長いガスポートの少なくとも１つの長さに沿って導かれる。

いくつかの実施形態は、第１の前駆体と第２の前駆体の１つまたは複数の前駆体の流れと一致するようにレーザビームをパルシングすることをさらに含む。

上に挙げた本発明の諸特徴が達成され、それらの諸特徴が詳細に理解することができるように、添付図面に示された本発明の実施形態を参照することによって、上に概要を示した発明をより具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを示したものであり、したがって添付図面を本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意すべきである。等しく有効な別の実施形態を本発明が受け入れる可能性があるためである。

本発明の１つまたは複数の実施形態による原子層堆積チャンバの概略側面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるサセプタを示す図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態による原子層堆積チャンバの部分透視図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートの概略断面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートおよび水平レーザの概略断面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートおよび水平レーザの概略断面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートおよび水平レーザの概略断面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートおよび水平レーザの概略断面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートの概略断面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートに対するレーザの配置を示す概略図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートに対するレーザの配置を示す概略図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレートに対するレーザの配置を示す概略図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態によるクラスタツールを示す図である。

本発明の実施形態は、基板の移動が改良された原子層堆積装置および原子層堆積方法を対象とする。本発明のいくつかの実施形態は、ガス分配プレート、往復直線運動および水平レーザを組み込んだ原子層堆積装置（周期的堆積とも呼ばれる）を対象とする。

本発明の実施形態は、ＡＬＤリアクタ内において、水平方向に分離されて導入されたガス前駆体を、１つまたは複数のレーザを使用して刺激する。これによって、前駆体分解の効率が増大するという利点を有し、飽和速度を増大し、かつ／または反応を開始／触媒することがある。現在のＡＬＤプロセスの課題はプロセス速度にあり、リアクタに順次導入される２種類の前駆体を排出し再充填するのにかかる時間によって遅延が生じる。本発明の実施形態は、前駆体の直接解離または触媒分解によって効果的に解離させるため、異なる波長のレーザ（ＩＲレーザ、ＵＶエキシマレーザ）を使用した熱分解（熱）および光分解アシストの使用に適用される。

図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態による原子層堆積システム１００またはリアクタの概略断面図である。システム１００は、ロードロックチャンバ１０および処理チャンバ２０を含む。処理チャンバ２０は一般に、真空条件下または少なくとも低圧条件下で機能する密閉可能なエンクロージャである。処理チャンバ２０は、分離弁１５によってロードロックチャンバ１０から分離される。分離弁１５は、閉位置では、処理チャンバ２０を密閉してロードロックチャンバ１０から分離し、開位置では、この弁を通してロードロックチャンバ１０から処理チャンバ２０へ基板６０を移送すること、および処理チャンバ２０からロードロックチャンバ１０へ基板６０を移送することを可能にする。

システム１００は、基板６０を横切って１つまたは複数のガスを分配する能力を有するガス分配プレート３０を含む。ガス分配プレート３０は、当業者に知られている適当な任意の分配プレートとすることができ、記載された特定のガス分配プレートを、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。ガス分配プレート３０の出力面は基板６０の第１の表面６１に面する。

本発明の実施形態とともに使用する基板は適当な任意の基板とすることができる。いくつかの実施形態ではこの基板は、堅い、分離した、全体に平らな基板である。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、基板に関するときの用語「分離した」は、基板が固定された寸法を有することを意味する。いくつかの実施形態の基板は、直径２００ｍｍまたは３００ｍｍのシリコンウエハなどの半導体ウエハである。

ガス分配プレート３０は、１つまたは複数のガス流を基板６０へ送る複数のガスポートと、各ガスポート間に配置された複数の真空ポートであり、処理チャンバ２０から外へガス流を送る複数の真空ポートとを備える。図１の実施形態では、ガス分配プレート３０が、第１の前駆体噴射器１２０、第２の前駆体噴射器１３０およびパージガス噴射器１４０を備える。噴射器１２０、１３０、１４０を、メインフレームなどのシステムコンピュータ（図示せず）によって、またはプログラマブルロジックコントローラなどのチャンバ特有のコントローラによって制御することができる。前駆体噴射器１２０は、化合物Ａの反応性前駆体の連続（またはパルス）流を複数のガスポート１２５を通して処理チャンバ２０内へ噴射するように構成されている。前駆体噴射器１３０は、化合物Ｂの反応性前駆体の連続（またはパルス）流を複数のガスポート１３５を通して処理チャンバ２０内へ噴射するように構成されている。パージガス噴射器１４０は、非反応性ガスまたはパージガスの連続（またはパルス）流を複数のガスポート１４５を通して処理チャンバ２０内へ噴射するように構成されている。パージガスは、処理チャンバ２０から反応性材料および反応性副生物を除去するのを助ける。典型的にはこのパージガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスである。ガスポート１４５は、化合物Ａの前駆体を化合物Ｂの前駆体から分離し、それによってこれらの前駆体間の相互汚染を回避し、気相反応を防ぐため、ガスポート１２５とガスポート１３５の間に配置される。

他の態様では、チャンバ２０内に前駆体を噴射するより前に前駆体噴射器１２０および前駆体噴射器１３０に遠隔プラズマ源（図示せず）を接続することができる。遠隔プラズマ源内の化合物に電場を印加することによって反応種のプラズマを発生させることができる。意図した化合物を活性化する能力がある任意の電源を使用することができる。例えば、ＤＣ、高周波（ＲＦ）およびマイクロ波（ＭＷ）ベースの放電技術を使用する電源を使用することができる。ＲＦ電源を使用する場合には、その電源を容量結合または誘導結合することができる。この活性化を、熱に基づく技術、ガス絶縁破壊技術、高強度光源（例えばＵＶエネルギー）、またはＸ線源に対する曝露によって引き起こすこともできる。例示的な遠隔プラズマ源は、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．、および、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．などの販売業者から入手可能である。

システム１００はさらに、処理チャンバ２０に接続されたポンピングシステム１５０を含む。ポンピングシステム１５０は一般に、１つまたは複数の真空ポート１５５を通して処理チャンバ２０からガス流を排出するように構成される。真空ポート１５５は、基板表面と反応した後のガス流を処理チャンバ２０から排出し、前駆体間の相互汚染をさらに制限するため、各ガスポート間に配置される。

システム１００は、各ポート間の処理チャンバ２０上に配置された複数の仕切り１６０を含む。それぞれの仕切りの下部は、基板６０の第１の表面６１の近くまで、例えば第１の表面６１から約０．５ｍｍのところまで延びる。この距離は、基板表面と反応した後のガス流が、仕切りの下部を回って真空ポート１５５に向かって流れることができる十分な距離だけ、仕切り１６０の下部が基板表面から分離されるような距離であるべきである。矢印１９８はガス流の方向を示す。仕切り１６０は、ガス流に対する物理的なバリアとして機能するため、仕切り１６０も前駆体間の相互汚染を制限する。示した配置は単なる例であり、この配置を、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。示したガス分配システムは可能な１つの分配システムにすぎず、他のタイプのシャワーヘッドおよびガス分配システムを使用することができることを当業者は理解するであろう。

動作中、基板６０を（例えばロボットによって）ロードロックチャンバ１０へ送達し、キャリア６５上に置く。分離弁１５を開いた後、キャリア６５を軌道７０に沿って移動させる。軌道７０は、レールシステムまたはフレームシステムとすることができる。キャリア６５が処理チャンバ２０に入ると分離弁１５が閉じ、処理チャンバ２０を密閉する。次いで、処理のためキャリア６５は処理チャンバ２０を通って移動する。一実施形態では、キャリア６５はチャンバを通って直線経路内を移動する。

処理チャンバ２０を通って基板６０が移動すると、基板６０の第１の表面６１は、ガスポート１２５から来た化合物Ａの前駆体およびガスポート１３５から来た化合物Ｂの前駆体、ならびにそれらの間のガスポート１４５から来たパージガスに繰り返しさらされる。パージガスの噴射は、基板表面１１０が次の前駆体にさらされる前に、その前の前駆体の未反応の材料が除去されるように設計される。各種ガス流（例えば前駆体またはパージガス）に対するそれぞれの曝露の後、それらのガス流は、ポンピングシステム１５０により真空ポート１５５を通して排出される。それぞれのガスポートの両側に真空ポートを配置することができるため、ガス流は、両側にある真空ポート１５５を通して排出される。したがって、ガス流は、対応するそれぞれのガスポートから基板６０の第１の表面６１に向かって垂直に下方へ流れ、第１の表面１１０を横切り、仕切り１６０の下部を回り、最後に真空ポート１５５に向かって上方へ流れる。このようにすると、基板表面１１０を横切ってそれぞれのガスを均一に分布させることができる。矢印１９８はガスの流れの方向を示す。

各種ガス流にさらされている間に基板６０を回転させもよい。基板の回転は、形成された層にストリップが形成されるのを防ぐのに有効なことがある。基板は連続的に回転させ、または不連続なステップで回転させることができる。不連続な回転ステップを使用する場合には、ガス分配プレートの前および／または後ろの位置に基板があるときに基板を回転させるのが有利なことがある。

処理チャンバ２０内の最後のガスポートによる完全な曝露を保証するため、処理チャンバ２０の端には一般に十分な空間が提供される。基板６０が処理チャンバ２０の端に到達した（すなわち第１の表面６１がチャンバ２０内の全てのガスポートに対して完全にさらされた）後、基板６０はロードロックチャンバ１０の方向へ戻る。基板６０がロードロックチャンバ１０の方へ戻るときには、基板表面を、最初の曝露とは逆の順番で、化合物Ａの前駆体、パージガスおよび化合物Ｂの前駆体に再びさらすことができる。

基板表面１１０がそれぞれのガスにさらされる程度は例えば、ガスポートから来るそれぞれのガスの流量および基板６０の移動速度によって決まる。一実施形態では、それぞれのガスの流量が、吸着した前駆体を基板表面１１０から除去しないように構成される。各仕切り間の幅、処理チャンバ２０上に配置されたガスポートの数、ならびに基板が前後に移動する回数が、基板表面１１０が各種ガスにさらされる程度を決めることもある。したがって、上に挙げた因子を変更することによって、堆積する膜の量および質を最適化することができる。

いくつかの実施形態では、システム１００が、前駆体噴射器１２０および前駆体噴射器１３０を含み、パージガス噴射器１４０を含まない。その結果として、基板６０が処理チャンバ２０を通って移動すると、基板表面１１０は、化合物Ａの前駆体と化合物Ｂの前駆体に交互にさらされ、その間にパージガスにはさらされない。

図１に示した実施形態は、基板の上方にガス分配プレート３０を有する。この上方への向きに関して実施形態を説明し示したが、逆向きも可能であることが理解される。その状況では、基板６０の第１の表面６１が下を向き、基板に向かって流れるガスの流れが上方へ導かれる。

１つまたは複数の実施形態では、複数の基板を処理するようにシステム１００が構成される。そのような一実施形態では、システム１００が、（ロードロックチャンバ１０の反対端に配置された）第２のロードロックチャンバおよび複数の基板６０を含む。基板６０を、ロードロックチャンバ１０に送達し、第２のロードロックチャンバから取り出すことができる。

図１の実施形態は、ガス分配プレート３０と基板６０の間の少なくとも１つの細長いガスポートに沿って導かれる平行光ビームを有する少なくとも１つのレーザ１７１を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、用語「レーザ」、「レーザビーム」、「平行光」等は、文脈により、レーザビームを発生させることに関連した物理的なハードウェアとレーザビーム自体の両方を表現するために使用される。当業者には十分に理解されるとおり、少なくとも１つの細長いガスポートに沿って「レーザ」が導かれるという記述は、それらのガスポートに沿ってレーザ光が導かれることを意味する。

堆積システム１００は、レーザビームを発射する少なくとも１つのレーザ源（図示せず）を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、用語「レーザ源」は、平行光ビームを発射する能力を有するデバイスを意味する。限定はされないが、適当なレーザ源にはレーザダイオードが含まれる。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、用語「レーザビーム」は、レーザ源によって生成されたコヒーレント光ビームを意味する。用語「レーザビーム」、「レーザ」、「光ビーム」、「平行光」、「コヒーレント光」等は、レーザ源によって発射された光ビームを表現するために相互に交換可能に使用される。

いくつかの前駆体は、ＡＬＤプロセスで有用たりえる前に活性化を必要とする。活性化は、低い活性化エネルギー障壁で、基板表面（または基板表面上の膜）と反応することができる励起種を形成するのと同様に単純なものであることがある。いくつかの前駆体は活性化のために触媒を必要とし、触媒の効果を増大させるレーザによってその触媒を活性化することができる。いくつかの実施形態では、このレーザが、局所的なプラズマを開始させるのに十分なパワーおよび振動数を有する。基板表面に平行で、かつ隣接した領域における反応物ガスのレーザ支援活性化により、チャンバ内において有用な前駆体を光分解によって生成するためにこのレーザを使用することができる。いくつかの実施形態では基板に平行で、隣接するレーザ光を導くことによって、反応物ガスの活性化を促進する触媒種を光分解によって生成するためにレーザ光を使用する。

適当なレーザは、連続波レーザまたはパルスレーザ（例えばナノ秒およびフェムト秒レーザ）である。特定の前駆体が必要とする活性化エネルギーに合致するように、レーザの波長を変更することができる。紫外、可視、赤外および近赤外レーザならびにその他のレーザを使用することができる。例えば、アンモニアを光分解によって活性化してＮＨ種およびＮＨ_２種を生成するためには、約１９３ｎｍ（６．４ｅＶ）の光を発射するフッ化アルゴン（ＡｒＦ）レーザを使用することができる。他の例示的なレーザにはＣＯ_２レーザが含まれる。さらに、２タイプ以上のレーザを、同じガス噴射器でまたは異なるガス噴射器で同時に使用することもできる。

レーザ源を、複数の細長いガスポートのうちの任意のまたは全てのガスポートに沿って１つまたは複数の光ビームを導くように配置することができる。レーザ源は、チャンバ内またはチャンバの外側に位置することができる。いくつかの実施形態では、レーザのレンズに材料が堆積することを防ぐためにレーザ源がチャンバの外側に位置する。レーザ源がチャンバの外側に位置するときには、チャンバの少なくとも１つの壁に、光ビームが処理エリアに入ることを可能にする窓がある。窓のサイズおよび形状は、システム内のレーザの配置およびレーザビームの所望の経路に応じて変更することができる。

活性化のモード、使用されている前駆体および所望の膜、とりわけチャンバ内のレーザの位置に応じて。レーザビームは、複数の細長いガス噴射器のうちの任意のガス噴射器の長さに沿って導かれて、噴射器から流れるガス種を活性化することができる。例えば、第１の前駆体が活性化を必要とする場合には、第１の前駆体噴射器の正面に沿って、または２つ以上の第１の前駆体噴射器があり、それが所望する場合には全ての第１の前駆体噴射器の正面に沿って、レーザビームを導くことができる。必要に応じて前駆体噴射器、パージガス噴射器および真空ポートのうちのいずれにも沿ってレーザビームを導くことができる。いくつかの実施形態では、それぞれの第１の反応性ガス噴射器と少なくとも１つの第２の反応性ガス噴射器のうちの１つまたは複数の反応性ガス噴射器の長さに沿ってレーザが導かれる。

パージガス噴射器の長さに沿ってレーザを導いて、そのままなら不活性なガスを、膜の形成に有用な状態に変化させることができる。例えば、第１の前駆体を基板表面に堆積させ、次いで、表面を横切って流れているそのままなら不活性であったガスが、表面の種を第２の前駆体に対する曝露の前に活性化することができる。

ガス分配プレートの前の基板の表面からある距離のところにレーザビームを導くことができる。基板表面からのこの距離は、前駆体に応じて変更することができる。例えば、レーザによって生成されたラジカル（活性種）の寿命が、基板からのこの有効距離の因子であることある。活性種の寿命が短いときには、基板表面のより近くにレーザビームが位置することがより有効である。いくつかの実施形態では、基板がシステム内に存在するときに、レーザビームが、基板表面から約１００ｍｍまでのところ、または基板表面から約５０ｍｍまでのところにあるように、レーザビームが配置される。いくつかの実施形態では、レーザビームが、基板表面から約４５ｍｍ、４０ｍｍ、３５ｍｍ、３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ、１０ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍまたは０．５ｍｍまでのところにある。いくつかの実施形態では、レーザビームが約０．５ｍｍから約１ｍの範囲の幅を有する。１つまたは複数の実施形態では、レーザビームが約１ｍｍから約０．５ｍの範囲の幅を有する。ビームの幅は、処理の全体を通じて固定または可変とすることができる。複数のレーザを使用してビームの幅を広げることができる。限定はされないが円柱光学部品または回折光学部品を含む既知の技術を使用して、ビームを成形しまたは操作することができる。

レーザパワーは、別個のコントローラ（図示せず）によって制御することができる。このコントローラを使用して、基板の処理中に、レーザをオン／オフすることを含め、レーザのパワーを変化させることができる。例えば、最初の少数のＡＬＤ層を堆積させるためだけにレーザを使用することが有効であることがある。それらのＡＬＤ層が堆積した時点でレーザをオフにすることができる。さらに、このコントローラは、多数のレーザに電力を供給することおよび多数のレーザを調整することができ、それによって処理中にレーザ間を高速で切り替えることが可能になる。例えば、ＵＶレーザによってヒドラジンを活性化することができ、またはＩＲレーザによって水素ラジカルを発生させることができる。このコントローラは、ＵＶレーザとＩＲレーザを高速に切り替えて両方の種を発生させることができる。

いくつかの実施形態では、キャリア６５が、基板６０を担持するサセプタ６６である。サセプタ６６は一般に、基板全域で均一な温度を形成するのに役立つキャリアである。サセプタ６６は、ロードロックチャンバ１０と処理チャンバ２０の間で両方向（図１の配置に関しては左から右および右から左）に移動可能である。サセプタ６６は基板６０を担持するための上面６７を有する。処理のために基板６０を加熱することができるように、サセプタ６６を、加熱されたサセプタとすることができる。一例として、サセプタ６６の下に配置された放射熱ランプ９０、加熱プレート、抵抗コイルまたは他の加熱デバイスによってサセプタ６６を加熱することができる。

１つまたは複数の実施形態では、図２に示されているように、サセプタ６６の上面６７が、基板６０を受け入れるように構成された凹所６８を含む。基板の下にサセプタ材料があるために、サセプタ６６は一般に基板の厚さよりも厚い。いくつかの実施形態では、凹所６８は、凹所６８の内部に基板６０が配置されたときに基板６０の第１の表面６１がサセプタ６６の上面６７と同じ高さになるように構成される。別の言い方をすれば、いくつかの実施形態の凹所６８は、その中に基板６０が配置されたときに基板６０の第１の表面６１がサセプタ６６の上面６７よりも上に突き出ないように構成される。

図３は、本発明の１つまたは複数の実施形態による処理チャンバ２０の部分断面図を示す。処理チャンバ２０は、少なくとも１つのガス分配プレート３０と、窓１７７と、チャンバ２０の外側に位置する少なくとも１つのレーザ源１７１とを有し、レーザ源１７１は、窓１７７を通して処理チャンバ２０内にレーザ光１７２を導く。

窓１７７を有する実施形態では、処理チャンバの他の部分と同様に、窓１７７に膜が堆積する可能性がある。しかしながら、窓１７７に堆積物があると、例えばターゲットエリア（すなわちガス分配プレート３０）に到達するレーザ強度が低下したり、レーザ強度がターゲットエリアに到達しなかったり、レーザが散乱したりすることがある。したがって、いくつかの実施形態の窓１７７は、その上への堆積を最小化するため加熱される。窓１７７を、限定はされないが、窓の方に向けられた加熱ランプ、窓の縁の周りに配置された加熱要素（例えばセラミックヒータ、抵抗ヒータ）および窓の方に向けられたセラミックヒートを含む適当な任意の手段によって加熱することができる。

他の実施形態は、窓１７７とガス分配プレート３０の間のパージガスの流れを含む。このパージガスの流れは、ガス分配プレート３０からの反応性ガスから窓１７７を分離するのに役立つ。パージガスの流れを含めるため、処理チャンバは、パージガス源、パージガス流量制御装置およびパージガス噴射器のうちの１つまたは複数を含むことができる。このパージガスの流れは連続またはパルスとすることができる。いくつかの実施形態では、パージガスが窓を分離することの利益を最大にするため、パージガスの流れが連続である。このパージガスの流れは、窓のエリアだけではなく、処理チャンバ中のどこへでも導くことができる。例えば、ガス分配プレートからのガスとチャンバの壁との間にバリアを形成するのを助けるために、チャンバ本体全体の周囲に、１つまたは複数のパージガスの流れ（すなわち異なるパージガス噴射器）を間隔を置いて配置することができる。

いくつかの実施形態では、処理チャンバ２０が、細長いガス噴射器に対して直角な軸に沿った直線往復経路に沿って基板を移動させる基板キャリア６５を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、用語「直線往復経路」は、基板を前後に移動させることができるまっすぐな経路またはわずかに湾曲した経路を指す。別の言い方をすれば、細長いガス噴射器の軸に対して直角な前後運動で、基板を、このガス噴射ユニットに対して往復させるように、基板キャリアを構成することができる。図３に示すようにキャリア６５はレール７４上に支持される。レール７４は、左から右および右から左へキャリア６５を往復させる能力または移動中のキャリア６５を支持する能力を有する。移動は、当業者に知られている多くの機構によって達成することができる。例えば、ステッパモータが、複数のレールのうちの１本のレールを駆動し、そのレールが、順にキャリア６５と相互作用して基板６０を往復させる。いくつかの実施形態では、細長いガス噴射器３２の下にあって細長いガス噴射器３２に対して直角な軸に沿った直線往復経路に沿って基板６０を移動させるように基板キャリアが構成される。いくつかの実施形態では、ガス分配プレート３０が占領している領域７８を基板６０の表面全体が通過するように、基板６０を、ガス分配プレート３０の前方の領域７６からガス分配プレート３０の後方の領域７７へ運ぶように基板キャリア６５が構成される。

図４〜９は、本発明の１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレート３０の部分側断面図を示す。これらの図面中で使用されている文字は、このシステム内で使用することができるさまざまなガスのうちのいくつかのガスを表す。参照として、Ａは第１の反応性ガス、Ｂは第２の反応性ガス、Ｃは第３の反応性ガス、Ｐはパージガス、Ｖは真空である。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、用語「反応性ガス」は、基板、または基板表面の膜もしくは部分膜と反応することができるガスを指す。反応性ガスの非限定的な例は、ハフニウム前駆体、タンタル前駆体、水、セリウム前駆体、過酸化物、チタン前駆体、オゾン、プラズマ、ＩＩＩ〜Ｖ族元素、アンモニアおよびヒドラジンを含む。パージガスは、それが接触する種または表面と反応しないガスである。パージガスの非限定的な例は、アルゴン、窒素およびヘリウムを含む。

いくつかの実施形態では、ガス分配プレート３０の各端の反応性ガス噴射器が同じであり、そのため、ガス分配プレート３０を通過する基板が遭遇する最初の反応性ガスと最後の反応性ガスが同じである。例えば、最初の反応性ガスがＡである場合には最後の反応性ガスもＡになる。ガスＡとガスＢを交換した場合、基板が遭遇する最初のガスおよび最後のガスはガスＢになる。

図４を参照すると、いくつかの実施形態のガス分配プレート３０は、少なくとも２つの第１の反応性ガス噴射器Ａと、第１の反応性ガス噴射器のガスとは異なるガスである少なくとも１つの第２の反応性ガス噴射器Ｂとを含む複数の細長いガス噴射器を備える。第１の反応性ガス噴射器Ａは第１の反応性ガスと流体連通しており、第２の反応性ガス噴射器Ｂは、第１の反応性ガスとは異なる第２の反応性ガスと流体連通している。第２の反応性ガス噴射器Ｂの経路を通してレーザビーム１７２が導かれて、これらの噴射器からのガス種を活性化する。この少なくとも２つの第１の反応性ガス噴射器Ａは、この少なくとも１つの第２の反応性ガス噴射器Ｂを取り囲み、そのため、左から右へ移動する基板は、先頭の第１の反応性ガスＡ、第２の反応性ガスＢおよび末尾の第１の反応性ガスＡにこの順番で遭遇し、その結果、基板上に完全な層が形成される。同じ経路に沿って戻る基板は、これとは逆の順番で反応性ガスと遭遇し、その結果、１回の完全サイクルごとに２つの層が形成される。有用な略記法として、この構成をＡＢＡ噴射器構成と呼ぶことがある。このガス分配プレート３０を横切って前後に移動する基板は、パルスシーケンス
ＡＢ ＡＡＢ ＡＡＢ （ＡＡＢ）_ｎ．．．ＡＡＢＡ
に遭遇して均一な膜組成物Ｂを形成することになる。このシーケンスの終わりでの第１の反応性ガスＡに対する曝露は重要ではない。その後に第２の反応性ガスＢによる曝露がないためである。この膜組成物をＢと呼ぶが、実際にはこの膜組成物は、反応性ガスＡと反応性ガスＢの表面反応生成物の生成物であること、および、Ｂだけを使用するのは、これらの膜を記述する際の便宜を考えてのことであることを当業者は理解するであろう。

図５は、２つのそれぞれの第２の反応性ガスＢ噴射器が第１の反応性ガスＡ噴射器によって取り囲まれた、図５の実施形態に似た別の実施形態を示す。このガス分配プレート３０を横切って前後に移動する基板は、パルスシーケンス
ＡＢＡＢ ＡＡＢＡＢ （ＡＡＢＡＢ）_ｎ．．．ＡＡＢＡＢＡ
に遭遇して均一な膜組成物Ｂを形成することになる。図４の実施形態の場合と同様に、第２の反応性ガスＢ噴射器の経路に沿ってレーザビーム１７２が導かれる。しかし、これらの第２の反応性ガスＢ噴射器のうちの１つだけに沿って、またはこれらの第１の反応性ガスＡ噴射器のうちの任意のもしくは全てに沿って、レーザビーム１７２を導くことができることが理解される。図６と図５の実施形態間の主な違いは、１回の完全サイクル（１回の前後移動）ごとに４つの層が形成されることである。

同様に、図６〜７は、末尾の第１の反応性ガスＡ噴射器がないガス分配プレート３０の実施形態を示す。図６には、第１の反応性ガスＡ噴射器からのガスの経路内のレーザビーム１７２が示されている。図７には、第１の反応性ガスＡ噴射器の経路内のレーザビーム１７２、および第２の反応性ガスＢ噴射器の経路内の第２のレーザビーム１７３が示されている。

図８は、複数のガス噴射器３２が、第３の反応性ガスＣのための少なくとも１つの第３のガス噴射器をさらに含む本発明の他の実施形態を示す。少なくとも２つの第１の反応性ガスＡ噴射器が、この少なくとも１つの第３のガス反応性ガス噴射器を取り囲んでいる。このガス分配プレート３０を横切って前後に移動する基板は、パルスシーケンス
ＡＢ ＡＣ ＡＢ ＡＡＢ ＡＣ ＡＢ （ＡＡＢ ＡＣ ＡＢ）_ｎ．．．ＡＡＢ ＡＣ ＡＢＡ
に遭遇して、膜組成物ＢＣＢ（ＢＣＢ）_ｎ．．．ＢＣＢを形成することになる。この場合も、第１の反応性ガスＡに対する最後の曝露は重要ではない。この図には、第２の反応性ガスＢを活性化するレーザビーム１７２、および第３の反応性ガスＣを活性化する第２のレーザビーム１７３が示されている。第２のレーザビーム１７３は、レーザビーム１７２とは異なるレーザビームまたはレーザビーム１７２と同じレーザビームとすることができる。ここでも同様に、この配置は単なる例であり、この配置を、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

図９は、パージガスＰ噴射器と外部真空Ｖポートとを備えるガス分配プレート３０を示す。示された実施形態では、ガス分配プレート３０が、ポンピングシステム１５０に接続された少なくとも２つのポンピングプレナム（ｐｕｍｐｉｎｇ ｐｌｅｎｕｍ）を備える。第１のポンピングプレナム１５０ａは、第１の反応性ガスＡ噴射器３２ａ、３２ｃに関連づけられたガスポート１２５（の両側）に隣接した真空ポート１５５と流れ連通している。第１のポンピングプレナム１５０ａは、２つの真空チャネル１５１ａを介して真空ポート１５５に接続されている。第２のポンピングプレナム１５０ｂは、第２の反応性ガスＢ噴射器３２ｂに関連づけられたガスポート１３５（の両側）に隣接した真空ポート１５５と流れ連通している。第２のポンピングプレナム１５０ｂは、２つの真空チャネル１５２ａを介して真空ポート１５５に接続されている。このようにすると、第１の反応性ガスＡと第２の反応性ガスＢが気相中で反応することが実質的に防止される。端の真空ポート１５５と流れ連通する真空チャネルは、第１の真空チャネル１５０ａもしくは第２の真空チャネル１５０ｂまたは第３の真空チャネルとすることができる。ポンピングプレナム１５０、１５０ａ、１５０ｂは適当な任意の寸法を有することができる。真空チャネル１５１ａ、１５２ａは適当な任意の寸法とすることができる。いくつかの実施形態では、真空チャネル１５１ａ、１５２ａは約２２ｍｍの直径を有する。端の真空プレナム１５０は実質的にパージガスだけを集める。追加の真空管路がチャンバ内からガスを集める。これらの４つの排気（Ａ、Ｂ、パージガスおよびチャンバ）を、別々に、または下流で１つもしくは複数のポンプに結合して、あるいは２つの別個のポンプと任意に組み合わせて排出することができる。

本発明のいくつかの実施形態は、ガス分配プレートをその内部に有する処理チャンバを備える原子層堆積システムを対象とする。このガス分配プレートは、本質的に、順番に、真空ポート、パージガス噴射器、真空ポート、第１の反応性ガス噴射器、真空ポート、パージポート、真空ポート、第２の反応性ガス噴射器、真空ポート、パージポート、真空ポート、第１の反応性ガス噴射器、真空ポート、パージポートおよび真空ポートからなる複数のガス噴射器を備える。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、「本質的に〜からなる」等の用語は、ガス噴射器が、追加の反応性ガス噴射器は排除するが、パージガス管路や真空管路のような非反応性ガス噴射器は排除しないことを意味する。したがって、図４に示した実施形態において、パージガスポートおよび／または真空ポートが追加されても（例えば図９参照）依然として本質的にＡＢＡからなるが、第３の反応性ガスＣ噴射器が追加されると（例えば図８参照）本質的にＡＢＡからならないことになる。

レーザ源１７１の数および配置は具体的な処理要件に応じて変更することができる。図１０は、ガス分配プレート３０を横切る２つの別個のレーザビーム１７２を発射する２つの別個のレーザ源１７１がある実施形態を示す。図１１は、単一のレーザビーム１７２を発射する１つのレーザ源１７１があり、発射されたレーザビーム１７２がビームスプリッタ１７４によって分割され、分割された一方のビームの方向がミラー１７５によって変えられる実施形態を示す。分割されたビーム１７２はともに異なるガス噴射器であり、その結果、ビームスプリッタの助けを借りて、単一のレーザビームが多数のガス噴射器に沿って導かれる。分割後も十分なエネルギーを維持するようにレーザパワーを調整することができることを当業者は理解するであろう。本発明の範囲を逸脱することなく、示されたもの以外にレンズ、ミラーおよびスプリッタを追加することができることも理解されるであろう。

図１２は、第１のレーザビーム１７２を発射する第１のレーザ源１７１があり、発射された第１のレーザビーム１７２がスプリッタ１７４によって分割され、ミラー１７５によって方向が変えられる他の実施形態を示す。第２のレーザ源１７１ｂが第２のレーザビーム１７３を発射し、第２のレーザビーム１７３はミラー１７５ｂによって方向が変えられる。第１および第２のレーザビーム１７２、１７３は、異なるガス噴射器のところでガス分配プレートを横切って導かれる。いくつかの実施形態では、第１のレーザビーム１７２と第２のレーザビーム１７３が同じガス噴射器の経路に沿って導かれる。

本発明の追加の実施形態は、説明した少なくとも１つの原子層堆積システムを備えるクラスタツールを対象とする。このクラスタツールは、そこから延びる１つまたは複数の枝を持つ中央部分を有する。これらの枝は堆積装置または処理装置である。クラスタツールは、独立型のツールよりも大幅に小さな空間を必要とする。クラスタツールの中央部分は、ロードロックチャンバから処理チャンバ内へ基板を移動させ、処理後にロードロックチャンバに再び移動させる能力を有する少なくとも１つのロボットアームを含むことができる。図１３を参照すると、例示的なクラスタツール３００は、ロードロックチャンバ３２０およびさまざまな処理チャンバ２０内へ複数の基板を移送し、それらのチャンバから外へ複数の基板を移送するように適合された多基板ロボット３１０を一般に含む中央移送チャンバ３０４を含む。クラスタツール３００は３つの処理チャンバ２０を有して示されているが、４つ以上の処理チャンバまたは２つ以下の処理チャンバを有することもできることを当業者は理解するであろう。さらに、これらの処理チャンバは、さまざまなタイプの基板処理技術（例えばＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ）用の処理チャンバとすることができる。

本明細書では、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、それらの実施形態は、本発明の原理および用途を単に例示するものであることを理解すべきである。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく本発明の方法および装置にさまざまな変更および改変を加えることができることは当業者には明白である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に含まれる変更および改変を含むことが意図されている。

Claims (15)

1. 処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内のガス分配プレートであり、基板の表面に向かってガスの流れを導く複数の細長いガスポートを有するガス分配プレートと、
   前記ガス分配プレートと前記基板の間の少なくとも１つの前記細長いガスポートに沿って導かれるレーザビームを発射する少なくとも１つのレーザ源と
   を備える堆積システム。
2. 処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内のガス分配プレートであり、基板の表面に向かってガスの流れを導くガス分配プレートと、
   前記ガス分配プレートと前記基板の間の前記ガス分配プレートに隣接した経路に沿って導かれるレーザビームを有する少なくとも１つのレーザ源と
   を備える堆積システム。
3. 前記ガス分配プレートが、第１の反応性ガスの流れを基板に向かって導く複数の第１の反応性ガス噴射器と、前記第１の反応性ガスとは異なる第２の反応性ガスの流れを基板に向かって導く少なくとも１つの第２の反応性ガス噴射器とを備える、請求項１または２に記載の堆積システム。
4. 前記少なくとも１つのレーザビームが、それぞれの前記第１の反応性ガス噴射器と前記少なくとも１つの第２の反応性ガス噴射器のうちの１つまたは複数の反応性ガス噴射器の長さに沿って導かれる、請求項３に記載の堆積システム。
5. １つのレーザ源がある、請求項１から４のいずれか一項に記載の堆積システム。
6. 前記１つのレーザ源がビームを発射し、前記ビームが、前記１つのレーザビームを多数の細長いガス噴射器に沿って導くために少なくとも１つのビームスプリッタで分割される、請求項５に記載の堆積システム。
7. レーザビームを発射する少なくとも２つのレーザ源があり、それぞれのレーザビームが、異なる細長いガス噴射器に沿って導かれる、請求項１から６のいずれか一項に記載の堆積システム。
8. 前記システム内に基板が存在するときに前記基板から約５０ｍｍまでのところに前記レーザビームがあるように、前記少なくとも１つのレーザ源が配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の堆積システム。
9. 前記レーザビームが、連続レーザとパルスレーザの少なくとも１つである、請求項１から８のいずれか一項に記載の堆積システム。
10. 前記レーザ源が前記処理チャンバの外側に位置し、前記レーザビームが、前記処理チャンバの壁の窓を通して導かれる、請求項１から９のいずれか一項に記載の堆積システム。
11. 前記窓が加熱される、請求項１０に記載の堆積システム。
12. 前記窓と前記ガス分配プレートの間のパージガスの流れをさらに含む、請求項１０または１１に記載の堆積システム。
13. 基板を処理する方法であって、
    ガス分配プレートからの第１の前駆体の流れおよび第２の前駆体の流れに前記基板を順次接触させて、前記基板上に層を形成すること、ならびに
    前記ガス分配プレートに隣接して導かれた少なくとも１つのレーザビームで、前記第１の前駆体と前記第２の前駆体の少なくとも１つの前駆体を活性化すること
    を含む方法。
14. 前記第１の前駆体と前記第２の前駆体がそれぞれ別個の細長いガスポートから流れ、前記少なくとも１つのレーザビームが、前記細長いガスポートの少なくとも１つの長さに沿って導かれる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の前駆体と前記第２の前駆体の１つまたは複数の前駆体の流れと一致するように前記レーザビームをパルシングすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

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