JP5369178B2 - Ａｌｄ反応器の接続部の構成 - Google Patents

Description

[0001]本発明は、ＡＬＤ反応器の接続部の構成に関し、この構成は、反応ガスを反応チャンバに供給し、また、反応ガスを吸い出すための継ぎ手を有し、また、バリアガスを供給するための継ぎ手を有する。

[0002]反応チャンバは、原子層堆積（Atomic Layer Deposition, ALD）反応器の主要な部品であり、ここに処理される基板が配置される。ＡＬＤプロセスは、間欠的な、飽和表面反応（saturated surface reactions）に基づいており、ここで、表面がフィルムの成長を制御する。この中で、各反応物は、別個に表面に接触するようにされる。反応チャンバ内で、反応ガスおよび洗浄ガスのパルスは、逐次的に基板上に導かれる。

[0003]ＡＬＤ反応器の設計において、よい流れダイナミクスおよびシャープなパルスを達成することが重要である。パルスをシャープにするために、また、ときにはバリアとして、不活性ガスバルビング（inert gas valving）と呼ばれる原理が用いられる。これは、不活性ガスの適切な供給および流れにより、反応チャンバ内における反応ガスの基板への流れを防止する。

[0004]上述の機能は、フィードパイプまたはフィードチャネルのポストバリア長（post-barrier length）が、反応要素パルスに尾（テイル）を引くことを防止するように、できるだけ反応チャンバの近くで実行される。すなわち、表面から解放される分子が、次のパルスに混合するとき、ＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）成長を引き起こす。このテイルによるＣＶＤ成長は基板上で完全に許されない。表面により制御されるＡＬＤによる堆積が生じず、堆積する薄いフィルムの特性を変化させるからである。

[0005]初期のバリアパイプは、いわゆるリップパイプによりガラスから製造されており、それによりバリア流れは、同軸パイプ継ぎ手により所定の位置にもたらされていた。これらの解決策は、大きく、高価で、もろい。後の解決策は、プレート内に設けられる溝を使うことであり、この溝プレートを互いに積み重ねることにより３Ｄパイプシステムを提供する。このような溝は反応チャンバの壁内に直接に形成することが望ましく、これが従来技術における最も一般的な実施形態である。問題は、対称に、また、いくつかの最初の材料で同一になるように、複数のバリア溝および吸引部とともにそこに受け入れられるバリアフィードを設けることである。プレートの数および／またはサイズは、パッケージの結果により増加する。小さな空間または平坦な空間に、バリア付きの反応チャンバを収容することが望まれる場合、プレートの解決策は実装するのが困難になる。さらに、いくつかのソースの場合、連結されるガス継ぎ手の数は大きく、また大きな領域上の連結は困難である。また、汚染ガスの溝の長さは容易に増加する傾向にある。これを解決するための方策が従来技術において提供される。たとえば装置の下に、空間を残しておくことで解決する。ここに、所望の解決を達成するように、通常のパイプの長さを折りたたむことで必要な流路を形成する。これは機能する解決策であるが、空間を必要とし、また、折りたたまれたパイプの内側を見る方法、つまり洗浄のためのアクセス方法がない。

[0006] 一般的なＡＬＤプロセスおよび上述の不活性ガスバルビング原理、およびＡＬＤ反応器は、国際公開第２００６／０００６４３号、米国特許第４４１３０２２号明細書、およびフィンランド特許出願第２００５５６１２号および第２００５５６１３号に説明されている。これらは従来技術の例示として言及されている。

[0007]本発明の目的は、上述の公知の従来技術の決定を取り除くことを可能にする構成を提供することである。

これは本発明による構成により達成される。本発明による構成は、反応ガスの供給および吸引のための、およびバリアガスを供給するための継ぎ手が、複数の平行チャネルを備える中間要素を有し、この平行チャネルは中間要素内を延びる。また、中間要素の端部に配置される第１および第２の流れ反転要素を有し、ここにチャネルが開口している。この流れ反転要素は、チャネル間流れを提供するように、中間要素内のチャネルを結合するように構成される。

[0008]本発明の利点は、主として、本発明はよい流れダイナミクスおよびシャープなパルスを提供できることである。これは、次のパルスに混合されたときにＣＶＤ成長を生じさせる、上述のパルステイルの欠点を取り除くことを可能にする。本発明はまた、反応チャンバに導かれる前にガスチャネルが有利なように組み合わせられることを可能にする。それにより、生じうるＣＶＤ成長はフィードチャネル内にで形成され、基板の表面上では生じない。本発明による解決策において、異なるソースから来るガスは、できるだけ均一になるように有利に混合することができる。非均一性は、基板に非均一な注入を与え、これは、遅くさせ、低い材料効率を導き、非均一なフィルムをもたらす。本発明のさらなる利点は、バリアチャネルの成形および構成が、最初のガスと可能な限り同一に形成することができるということである。それにより、それらのふるまいが標準化される。チャネルの洗浄および清潔さを確認することを容易にするように、構造を有利に形成することができる。本発明において、角部および内部表面の数を最小化することができ、また、不活性バリアガスの供給および吸引を、有利な方法で調整できるようになる。

[0009]以下において、本発明は添付図面とともに例示的な実施形態によりより詳細に説明される。添付図面は以下の通りである。

本発明による構成の概略断面を示す図である。 図１の構成の斜視図である。 図１の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。 図１の矢印ＩＶ−ＩＶの断面図である。 図１の矢印Ｖ−Ｖの断面図である。 図１の矢印ＶＩ−ＶＩの断面図である。

[0010]図１から図６は、本発明による構成を概略的に示している。図１は一実施形態を概略的に示しており、ＡＬＤ反応器は、加圧チャンバ１と、加圧チャンバの内部に配置される加圧反応チャンバ２とを有する。上述のように、ＡＬＤプロセスにおいて、処理される基板は、反応チャンバ２に配置され、プロセス中に反応ガスおよび不活性ガスが間欠的および逐次的に処理される基板の表面に導かれる。図１の例において、反応チャンバは、加圧チャンバの内側であるが、加圧チャンバは同時に反応チャンバとして機能するようにすることも可能である。

[0011]ＡＬＤ反応器に関する加圧チャンバ１の構造および機能は、上述のガスの供給と同様に当業者にとって通常のものであるので、本明細書では詳細には説明しない。従来技術の説明に関して上述した刊行物を参照されたい。

[0012]本発明による構成は、第１手段、たとえば継ぎ手を有し、これは、少なくとも１つの反応ガスを反応チャンバ２に間欠的に供給するおよび反応ガスを吸引するための流れ経路を形成する。本構成はさらに、第２手段、たとえば継ぎ手を有し、これは、反応ガス供給サイクルの間にバリアガスパルスを供給するための流れ経路を形成する。本発明において、上述の継ぎ手が、いくつかの平行チャネル４〜７を備える中間要素３を備えることは重要である。平行チャネル４〜７は中間素子内を延びる。第１および第２の流れ反転素子８、９は、中間素子の端部に配置される。第１および第２の流れ反転素子８、９内にチャネル４〜７は開口する。流れ反転素子は、チャネル４〜７を、チャネル間流れを提供するように素子内に組み合わせる。

[0013]中間素子３は、好ましくは重い部材から形成され、その中にチャネル４〜７がドリル加工により形成される。この重い材料から形成され部材は、好ましくは、バー状の材料からなる部材であり、それにより中間素子は実質的に円筒形の外観を備える素子となる。

[0014]第１および第２の流れ反転素子は、実質的にフランジ状の素子から形成することができ、その寸法は図示されているように中間素子の寸法に適合する。
[0015]図１および図２に示す本発明による解決策において、反応ガスおよび窒素のような不活性ガスなどのガスは、１つのフランジ構造１０を介して加圧チャンバ１に提供され、さらに反応チャンバ２に提供される。フランジ構造１０の上表面は、第１流れ反転素子８の下表面と互いの面が緊密に着座するように形成される。フランジ構造のガス継ぎ手１１、１２、および第１流れ反転素子８の継ぎ手は、たとえば穿孔部１３、１４を通って、単一の流れ経路を形成し、共通の延長部、さらに中間素子内のチャネル４〜７を備える。必要であれば、チャネル、継ぎ手、および穿孔部の間の全ての接続部、また、フランジ構造１０と第１流れ反転手段８の間の接続部は、上述の部材間でシールすることができる。

[0016]たとえば図１から見て取れるように、また、上述したように、中間素子３は、第１流れ反転素子８の頂部に配置される。中間素子の端部に面する第１流れ反転素子の表面は、第１溝部１５が設けられ、これは中間素子の表面とともに穿孔部１４と中間素子のチャネルを通る流れ経路を形成する。たとえば図１において、溝部１５は、穿孔部１４とチャネル５とを通る流れ接続部を形成する。

[0017]図示の例において、チャネル５は、戻し吸引チャネルとして機能する。換言すれば、チャネル５により、各反応ガス継ぎ手において戻り吸引のための側部継ぎ手が形成される。この戻し吸引継ぎ手は、上述の溝部１５により反応物継ぎ手から僅かに側方に接続される。中間部材は、反応物を供給および吸引の両方を行うための、特定のチャネルを備える。このような構成が、各反応物に対して備えられる。図１において、チャネル４は１つの反応物のための供給チャネルであり、チャネル５は戻し吸引チャネルである。図２は、図１の構成を斜視図として示し、この実施形態において、反応ガスのための６つのガス継ぎ手１２が設けられており、バリアガスのために１つのガス継ぎ手１１が設けられている。この数は当然に必要に応じて変更できる。

[0018]戻し吸引の大きさは、好ましくは、調整素子１６の配置、または流れ調整を提供する戻し吸引チャネル５の縮小部により調整することができる。調整素子１６は、たとえば、チョークスクリューから形成することができ、すなわち、穿孔される所望のチョーキング効果を生成するためにチャネルを備えるスクリュー部材から形成することができる。縮小部は、たとえば、所望のチョーキング効果が得られるようにチャネルを局所的に狭くすることにより形成することができる。バリア流れは、たとえば窒素ガスにより形成することができる。戻し吸引は、排出継ぎ手２３に接続されるポンプ手段により提供される。

[0019]中間素子３の頂部に、第２流れ反転素子９が配置され、第２溝部１７が第２流れ反転素子９内に形成され、これはガスの流れを逆方向に反転させるのに用いられる。第２溝部１７はさらに第２穿孔部１８を備える。この目的は、不活性バリアガスをチャネルシステムに輸送し、周期的に、反応ガスが反応チャンバに流れることを防止することである。

[0020]バリアガスは、ガス継ぎ手１１を介して、第１流れ反転素子の第１貫通穿孔部１３を通り、そこからさらに中間素子３のチャネル６に至り、継ぎ手１９を介して、第２流れ反転素子の穿孔部を通り、中間素子に面する第２流れ反端素子９の表面上に設けられた溝部２０に至る。第２流れ反転素子９の頂部において、カバー素子２１が配置され、この下表面は溝部２０とともに、バリアガスの流れ通路を形成する。溝部２０およびカバー素子２１により形成される流れ通路はバリアガスを第２穿孔部１８に導き、第２穿孔部１８は上述のようにバリアガスを第２溝部１７に導く。穿孔部１８は、流れチョーキングを達成するように調整素子２２または縮小部を備えるようにしてもよい。調整素子２２は、たとえばチョークスクリューとすることができ、すなわち所望のチョーキング効果を与えるような穿孔されるチャネルを備えるスクリュー部材とすることができる。縮小部は、所望のチョーキング効果を達成するようにチャネルを局所的に狭くすることにより形成することができる。溝部２０は、本構成の全ての調整素子２２により受け入れられる流れの供給に接続し、すなわち、本構成の全てのチャネル１８は、継ぎ手１９に流体連通し、この継ぎ手から流れるバリアガスが、本構成の全てのチャネル１８に流れることが可能である。調整素子２２、たとえばチョークスクリューは、好ましくは等しいサイズであり、それによりバリアガスの流れは、本構成の全てのチャネル１８の間で等しく分割される。異なる反応ガスのために異なるサイズのバリア流れが必要であるならば、チョークスクリューのサイズは、所望の効果を達成するように当然に異なるように選択することができる。

[0021]第２流れ反転素子９により下方に反転された反応ガス流は、第１流れ反転素子８に戻され、ここで流れは溝部２４に至り、ここを介して流れは収集チャネル７に移動する。収集チャネル７は中間素子３の中間に位置し、収集チャネル７に沿ってガスは、上に位置する反応チャンバ２の供給開口部に移動する。反応ガスの全ての供給ラインは、対応する穿孔部および溝部に設けられ、これらは好ましくは収集チャネルの周りに対称に配置される。収集チャネルの構造は、ここにガスが到達したら、異なるガス継ぎ手１２から来るガスがよく混合されるように構成される。これは、チャネルの側部の形状により影響を受け、また、ガスが収集チャネルに入るときの角度により影響を受け得る。

[0022]反応チャンバへの接続は、平坦な表面、ボール、または対応する構造により実行される。戻し吸引部は、本構成の構造物を用いることによりポンプラインに直接連結することができ、たとえば本構成に設けられた溝部により、および本構成をカバーする部材により形成された流れ継ぎ手によりポンプラインに連結することができ、または、パイプにより直接的に連結することができる。図示の解決策において、溝部２０およびチャネル１８の協働により実行される供給構成に類似の原理を用いて、戻し吸引チャネル５は、第２流れ反転素子９の溝部２５により排出継ぎ手２３に互いに集められる。

[0023]本発明による構成を備える反応器は、上述のように、窒素ガスのようなバリアガスが継ぎ手１１を介して連続的に供給されるように駆動される。チャネル５を介した戻し吸引は連続的に行われる。反応ガス継ぎ手１２からの流れが中断されると、この継ぎ手からの拡散流れだけになり、バリアガス流れにより生成されるバリアが動作し、反応ガステイルは戻し吸引部に運ばれる。反応ガスパルスが、キャリアガスにより支援されて導かれるか、キャリアガス無しで本構成に導かれ、これのいくつかは戻し吸引のために犠牲になるが、多くの部分、実質的に約９０％は、反応チャンバに直接的に移動し続ける。窒素ガスはバリアガスとして機能し、またこのガス流に混合される。反応ガス流および流れを増強し得るキャリアガスの供給が中断されると、本構成は反応ガス流を閉じる状態に自動的に変化する。

[0024]運転を増強することを望み戻し吸引の損失を減らすことを望む場合、後述のように、窒素ガスのようなバリアガスの供給を反応ガス供給のパルスに同期させることができる。パルスの間、バリア窒素は少なくともバリア流れの量だけ継ぎ手５に供給され、それにより、反応ガスが無駄にならない。同様に、反応ガス流れが窒素供給チャネルに入ることを防止するレベルに窒素バリア流れを減らすことができる。

[0025]上述の追加の性能は可能であり、連続的なバリア流れが用いられる簡単の構成は非常に有利な効果を与える。
[0026]本発明による構成は、反応ガスの供給およびバリアガスの供給を、少ない部材により実行できるようにし、これは洗浄または検査のために簡単な方法で分解できる。本構造は小さくまた対称である。全てのガスは同様に扱うことができ、必要であれば、解決策は必要なときに交換することができる別個の汚染犠牲パイプを用いることができる。通常、詰まる位置は、戻し吸引部に接するところである。

[0027]本発明による構造において、戻し吸引は、反応チャンバの後ろの空間に別個に運ばれるようにすることができる。これはたとえば吸引ボックス２６と呼ばれる。これによりメンテナンスの必要性が減少する。また、本構造は、１つのシール２７により異なるシール方法により、中間の空間に関して簡単にシールすることができる。このようなシールは、たとえばＯ−リングのようなエラストマーにより実行することができ、または、各フランジ対の境界表面上のシール溝により実行することができ、この溝は、穿孔部により、戻し吸引部または対応する窒素供給部に接続される。最初の場合、シール溝は、加圧状態になり、漏れたガスは吸引され、構造の内側のパイプから生じたかまたは構造の外側で生じたかに関わらずに排出される。第２の場合、シール溝から、ガスは外側および内側に漏れる。

[0028]本発明による構成は、有利に、反応器の加圧チャンバおよび／または加圧反応チャンバのリードスルーに統合することができ、これは全体の状況が考慮されれば有利な解決策を与える。上述の事実の例は、たとえば、案内路等により生じる構造上の問題を最小化する。

[0029]本発明による構成の熱管理は、特に有利である。本構成は、冷たいチャンバを通る同伴する加熱器の一部として動作することができる。金属材料に加えて、本発明による本構成は、ガラスまたはセラミック材料のようなより新種の材料から製造するのに有利である。

[0030]上述の例示的な本発明の実施形態は、本発明を制限することを意図しておらず、特許請求の範囲に示される範囲ないにおいて完全に自由に修正することができる。本発明の構成における、寸法、継ぎ手の数、配置、装置の駆動方法、等は、必要に応じて完全に自由に変更することができる。

Claims (14)

1. 反応器チャンバを有するＡＬＤ反応器に接続される構成であって、
   前記構成は、反応ガスを前記反応チャンバ（２）に供給し、また、反応ガスを吸引するための継ぎ手と、バリアガスを供給するための継ぎ手と、を有し、
   反応ガスを供給および吸引するための前記継ぎ手、およびバリアガスを供給するための前記継ぎ手は、中間素子（３）を有し、前記中間素子（３）は、前記中間素子（３）を通って延びる複数の平行チャネル（４−７）を備え、前記中間素子（３）の端部に配置される第１および第２の流れ反転素子（８、９）を有し、前記第１および第２の流れ反転素子（８、９）内に前記チャネル（４−７）が開口し、前記流れ反転素子（８、９）は、チャネル間流れを提供するように、前記チャネルを前記中間素子（３）において結合するように構成される、構成。
2. 請求項１に記載の構成であって、前記中間素子（３）に面する前記流れ反転素子（８、９）の表面は溝部（１５、２４、１７）を備え、前記溝部（１５、２４、１７）は、前記中間素子（３）の表面とともに前記チャネルを接続する流れ経路を形成する、構成。
3. 請求項１または２に記載の構成であって、前記流れ反転素子（８、９）の両方は、バリアガスを供給するための継ぎ手（１３、１９）を備える、構成。
4. 請求項３に記載の構成であって、前記中間素子（３）の反対に面する前記第２の流れ反転素子（９）の表面は溝部（２０）を有し、前記溝部（２０）は、前記第２の流れ反転素子（９）の頂部に配置されるカバー素子（２１）とともに、前記バリアガスのための流れ経路を形成する、構成。
5. 請求項４に記載の構成であって、前記第２の流れ反転素子（９）は第２穿孔部（１８）を備え、前記第２穿孔部（１８）は、前記中間素子の反対に面する表面における溝部（２０）から前記中間素子に面する表面における溝部（１７）まで、バリアガス流れ接続部を形成するように構成される、構成。
6. 請求項５に記載の構成であって、前記第２穿孔部（１８）に、流れチョーキングを提供するように調整素子（２２）または縮小部が形成される、構成。
7. 請求項１に記載の構成であって、流れチョーキングを提供するように、前記中間素子（３）を通って延びる少なくとも１つのチャネル（５）に調整素子（１６）または縮小部が形成される、構成。
8. 請求項１に記載の構成であって、前記中間素子（３）の中間部に収集チャネル（７）が設けられ、他のチャネル（４、５、６）が半径方向におよび対称に前記収集チャネル（７）を囲み、それにより、半径方向にみた場合に、各チャネルは、隣接するチャネルおよび前記収集チャネルに流体接続する、構成。
9. 請求項１に記載の構成であって、前記中間素子（３）は重い部材から形成され、前記チャネル（４−７）は、前記重い部材を穿孔することにより形成される、構成。
10. 請求項１に記載の構成であって、前記中間素子（３）および第１および第２の流れ反転素子（８、９）により形成される物は、１つのフランジ構造（１０）によりガス源に固定され、それにより、前記フランジ構造のガス継ぎ手（１１、１２）および前記第１流れ反転素子の穿孔部（１３、１４、１９）は、前記ガス源から前記中間素子（３）を通って前記反応チャンバ（２）まで単一の流れ経路を形成する、構成。
11. 請求項７に記載の構成であって、１つまたは複数の前記チャネル（５）は、共通の充填継ぎ手（２３）に流体接続するように、記第２流れ反転素子（９）内の溝部（２５）により構成される、構成。
12. 請求項１０に記載の構成であって、前記フランジ構造（１０）に、全体の構成をシールする共通シール構造（２７）が備えられる、構成。
13. 請求項１０に記載の構成であって、前記構成は、反応器の他のリードスルーに統合される、構成。
14. 請求項１０に記載の構成であって、前記構成は、付随する反応器の加熱器の一部として動作する、構成。

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