JP5989682B2 - 原子層堆積のための装置及びプロセス - Google Patents

Description

本発明の実施形態は包括的には材料を堆積するための装置及び方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は複数のガス分配プレートを備える原子層堆積チャンバに向けられる。

半導体処理、フラットパネルディスプレイ処理又は他の電子デバイス処理の分野において、基板上に材料を堆積する際に、気相堆積プロセスが重要な役割を果たしてきた。電子デバイスの形状が縮小し続け、デバイス密度が増加し続けるにつれて、機構のサイズ及びアスペクト比は更に挑戦的になりつつあり、例えば、機構サイズは０．０７μｍに、アスペクト比は１０以上になりつつある。したがって、これらのデバイスを形成するために材料を共形的に堆積することが益々重要になりつつある。

原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス中に、基板を含むプロセスチャンバ内に反応性ガスが連続的に導入される。一般的に、第１の反応物が１つのプロセスチャンバに導入され、基板表面上に吸着する。その後、第２の反応物がそのプロセスチャンバ内に導入され、第１の反応物と反応し、堆積材料を形成する。各反応性ガス供給間にパージステップを実行して、生じた反応物のみが基板表面上に存在するのを確実にすることができる。パージステップは、キャリアガスによる連続パージにすることができるか、又は反応性ガス供給間のパルスパージとすることができる。

同時の原子層堆積によって複数の基板を迅速に処理するための改善された装置及び方法が、当該技術分野において引き続き必要とされている。

本発明の実施形態は、複数のガス分配プレートを備える処理チャンバを備える堆積システムに向けられる。ガス分配プレートはそれぞれ、ガスの流れを基板の表面に向けるように構成される複数の細長いガスポートを有する。処理チャンバ内に、基板を１つのガス分配プレートの後端から別のガス分配プレートの前端に移動させるためのステージが存在する。

幾つかの実施形態では、複数のガス分配プレートは垂直に配置されるように積重され、そのステージは垂直に移動するように構成される。詳細な実施形態では、複数のガス分配プレートは水平に位置合わせされ、そのステージは水平に移動するように構成される。

１つ又は複数の実施形態では、２つのガス分配プレートが存在する。幾つかの実施形態では、４つのガス分配プレートが存在する。具体的な実施形態では、４つのガス分配プレートは第１のグループの２つのガス分配プレート及び第２のグループのガス分配プレートに分けられ、第１のグループのガス分配プレート上では、第２のグループのガス分配プレートとは異なる１組の基板を処理することができる。

幾つかの実施形態は、複数のガス分配プレートのそれぞれに隣接してコンベヤシステムを更に備える。コンベヤシステムは、細長いガスポートに対して垂直な軸に沿って少なくとも１つの基板を輸送するように構成される。

１つ又は複数の詳細な実施形態では、ガス分配プレートはそれぞれ２７サイクルまでの原子層堆積サイクルを処理するのに十分な数のガスポートを備える。具体的な実施形態では、複数のガスポートはそれぞれ個々に制御することができる。

幾つかの実施形態では、複数のガス分配プレートの各ガス分配プレート内の複数のガスポートのうちの少なくとも１つが第１の前駆体ガスと連通し、複数のガス分配プレートの各ガス分配プレート内の複数のガスポートのうちの少なくとも１つが第２の前駆体ガスと連通する。

本発明の更なる実施形態は、４つのガス分配プレートを備える処理チャンバを備える堆積システムに向けられる。それらのガス分配プレートは垂直に積重される。ガス分配プレートはそれぞれ、ガスの流れを基板の表面に向けるように構成される複数の細長いガスポートを有する。処理チャンバ内に、４つのガス分配プレート間で基板を移動させるための少なくとも２つのステージが存在する。

本発明の更なる実施形態は、処理チャンバ内で基板を処理する方法に向けられる。基板が、第１のガス分配プレートに隣接してローディング領域から第１の堆積領域を通ってローディング領域の反対側にある第１の非堆積領域まで、第１の方向に横に移動する。基板は、第１の非堆積領域から第２のガス分配プレートに隣接する第２の非堆積領域まで、第１の方向に対して垂直な第２の方向に移動する。基板は第１の方向に対して平行、かつ逆向きである第３の方向に横に移動し、基板は、第２の非堆積領域から第２の堆積領域を通って第２の非堆積領域の反対側にある第３の非堆積領域まで移動する。詳細な実施形態では、第２の方向は垂直である。具体的な実施形態では、第２の方向は水平である。

幾つかの実施形態では、基板はロードロックチャンバから処理チャンバ内のローディング領域にロードされる。詳細な実施形態では、基板は処理チャンバの第３の非堆積領域からロードロックチャンバにアンロードされる。

その方法の幾つかの実施形態は、第２の方向とは逆向きの第４の方向に基板を移動させることを更に含む。基板は、第２の非堆積領域からローディング領域に戻される。基板を第３の非堆積領域に戻すために、第１の方向、第２の方向及び第３の方向における移動が繰り返される。詳細な実施形態では、基板は、第３の非堆積領域に二度目に達した後に、処理チャンバから取り出される。

本発明の幾つかの実施形態は、第３の方向に対して垂直な第４の方向に基板を移動させることを更に含む。基板は、第３の非堆積領域から第３のガス分配プレートに隣接する第４の非堆積領域に移動する。基板は、第１の方向に対して平行な第５の方向に横に移動する。基板は第４の非堆積領域から第３の堆積領域を通って第４の非堆積領域の反対側にある第５の非堆積領域まで移動する。基板は第５の方向に対して垂直な第６の方向に移動し、基板は第５の非堆積領域から第４のガス分配プレートに隣接する第６の非堆積領域まで移動する。基板は第３の方向に対して平行な第７の方向に横に移動し、基板は第６の非堆積領域から第４の堆積領域を通って第８の非堆積領域まで移動する。

詳細な実施形態では、第２の方向、第４の方向及び第６の方向のうちの１つ又は複数が垂直である。具体的な実施形態では、第２の方向、第４の方向及び第６の方向のうちの１つ又は複数が水平である。

本発明の上記の特徴が達成される態様を詳細に理解できるように、添付の図面において例示される本発明の実施形態を参照することによって、先に手短に要約された本発明の更に詳細な説明を行うことができる。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを例示しており、本発明は他の同様に実効的な実施形態を受け入れることができるので、添付の図面はその範囲を制限すると見なされるべきでないことに留意されたい。

本発明の１つ又は複数の実施形態による原子層堆積チャンバの概略的な側断面図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態によるサセプタの斜視図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態によるガス分配プレートの平面図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による原子層堆積チャンバの概略的な断面図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による原子層堆積チャンバの平面図である。 本発明の１つ又は複数の実施形態による原子層堆積チャンバの概略的な断面図である。

本発明の実施形態は、基板の改善された動きを提供する原子層堆積装置及び方法に向けられる。本発明の具体的な実施形態は、細かい構成及び往復直線運動を有するガス分配プレートを組み込む原子層堆積（周期的堆積とも呼ばれる）装置に向けられる。

図１は、本発明の１つ又は複数の実施形態による原子層堆積システム１００又はリアクタの概略的な断面図である。システム１００は、ロードロックチャンバ１０及び処理チャンバ２０を含む。処理チャンバ２０は一般的には封止可能な密閉体であり、真空下で、又は少なくとも低圧下で操作される。処理チャンバ２０は隔離弁１５によってロードロックチャンバ１０から隔離される。隔離弁１５は、閉位置では、処理チャンバ２０をロードロックチャンバ１０から封止し、開位置では、基板６０をロードロックチャンバ１０から弁を通して処理チャンバ２０に、及びその逆に移送できるようにする。

システム１００は、基板６０にわたって１つ又は複数のガスを分配することができるガス分配プレート３０を含む。ガス分配プレート３０は、当業者に既知である任意の適切な分配プレートとすることができ、記述される具体的なガス分配プレートは本発明の範囲を制限するものと見なされるべきはない。分配プレート３０の外面は基板６０の第１の表面６１に面する。

本発明の実施形態とともに用いるための基板は、任意の適切な基板とすることができる。詳細な実施形態では、基板は硬質で、別個の、概ね平坦な基板である。本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるときに、基板を参照する際の用語「別個の」は、基板が一定の寸法を有することを意味する。具体的な実施形態の基板は、２００ｍｍ又は３００ｍｍ径のシリコンウエハのような半導体ウエハである。

ガス分配プレート３０は、１つ又は複数のガスストリームを基板６０に送出するように構成される複数のガスポートと、各ガスポート間に配置され、処理チャンバ２０からガスストリームを排出するように構成される複数の真空ポートとを備える。図１の詳細な実施形態では、ガス分配プレート３０は、第１の前駆体インジェクタ１２０と、第２の前駆体インジェクタ１３０と、パージガスインジェクタ１４０とを備える。インジェクタ１２０、１３０、１４０は、メインフレームのようなシステムコンピュータ（図示せず）によって、又はプログラマブルロジックコントローラのようなチャンバ専用コントローラによって制御することができる。前駆体インジェクタ１２０は、複数のガスポート１２５を通して、化合物Ａの反応性前駆体の連続（又はパルス）ストリームを処理チャンバ２０に注入するように構成される。前駆体インジェクタ１３０は、複数のガスポート１３５を通して、化合物Ｂの反応性前駆体の連続（又はパルス）ストリームを処理チャンバ２０に注入するように構成される。パージガスインジェクタ１４０は、複数のガスポート１４５を通して、非反応性又はパージガスの連続（又はパルス）ストリームを処理チャンバ２０に注入するように構成される。パージガスは、処理チャンバ２０から反応性材料及び反応性副生成物を除去するように構成される。パージガスは通常、窒素、アルゴン及びヘリウムのような不活性ガスである。ガスポート１４５は化合物Ａの前駆体を化合物Ｂの前駆体から分離するように、ガスポート１２５とガスポート１３５との間に配置され、それにより、前駆体間の相互汚染を回避する。

別の態様では、チャンバ２０に前駆体を注入する前に、遠隔プラズマ源（図示せず）が前駆体インジェクタ１２０及び前駆体インジェクタ１３０に接続される場合がある。遠隔プラズマ源内の化合物に電界をかけることによって、反応性化学種のプラズマを生成することができる。意図した化合物を活性化することができる任意の電源を用いることができる。例えば、ＤＣ、無線周波数（ＦＲ）、及びマイクロ波（ＭＷ）に基づく放電技法を用いる電源を用いることができる。ＲＦ電源が用いられる場合には、その電源は容量性結合又は誘導性結合することができる。活性化は、熱に基づく技法、ガス分解技法、高輝度光源（例えば、ＵＶエネルギー）、又はｘ線源への暴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．及びＡｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．のような販売業者から市販される。

システム１００は処理チャンバ２０に接続されるポンピングシステム１５０を更に含む。ポンピングシステム１５０は一般的に、１つ又は複数の真空ポート１５５を通して、処理チャンバ２０からガスストリームを吸い出すように構成される。真空ポート１５５は、ガスストリームが基板表面と反応した後に処理チャンバ２０からガスストリームを吸い出すように、かつ前駆体間の相互汚染を更に制限するように、各ガスポート間に配置される。

システム１００は処理チャンバ２０上の各ポート間に配置される複数の仕切り１６０を含む。各仕切りの下側部分は、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又はそれ以上まで延在する。このようにして、ガスストリームが基板表面と反応した後に、ガスストリームが仕切り１６０の下側部分を迂回して真空ポート１５５に向かって流れることができるようにするのに十分な距離だけ、その下側部分が基板表面から離れる。矢印１９８は、ガスストリームの方向を示す。仕切り１６０はガスストリームに対する物理的障壁として機能するので、仕切りは前駆体間の相互汚染も制限する。図示される構成は単なる例示であり、本発明の範囲を制限するものと見なされるべきではない。図示されるガス分配システムが単に１つの実現可能な分配システムであり、他のタイプのシャワーヘッドを用いることもできることは当業者には理解されよう。

動作時に、基板６０がロードロックチャンバ１０に（例えば、ロボットによって）供給され、シャトル６５上に置かれる。隔離弁１５が開けられた後に、シャトル６５はトラック７０に沿って移動する。シャトル６５が処理チャンバ２０内に入ると、隔離弁１５が閉じて、処理チャンバ２０を封止する。その後、シャトル６５は、処理するために、処理チャンバ２０の中を移動する。一実施形態では、シャトル６５は、チャンバの中を直線経路に沿って移動する。

基板６０は処理チャンバ２０の中を移動するにつれて、基板６０の第１の表面６１がガスポート１２５から来る化合物Ａの前駆体、及びガスポート１３５から来る化合物Ｂの前駆体、その間にあるガスポート１４５から来るパージガスに繰り返し暴露される。パージガスの注入は、基板表面６１を次の前駆体に暴露する前に、先行する前駆体からの未反応の材料を除去するように設計される。種々のガスストリーム（例えば、前駆体又はパージガス）への各暴露後に、それらのガスストリームはポンピングシステム１５０によって真空ポート１５５を通して吸い出される。各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ので、ガスストリームは両側にある真空ポート１５５を通して吸い出される。したがって、ガスストリームは、それぞれのガスポートから垂直に基板６０の第１の表面６１に向かって下方に流れ、その後、基板表面６１にわたって、仕切り１６０の下側部分を迂回して流れ、最終的に真空ポート１５５に向かって上方に流れる。このようにして、各ガスは基板表面６１にわたって均一に分配することができる。矢印１９８はガス流の方向を示す。基板６０は、種々のガスストリームに暴露されている間に回転することもできる。基板の回転は、形成された層内にストリップが形成されるのを防ぐのに役に立つことがある。基板の回転は連続的にすることができるか、又は離散的なステップにすることができる。

処理チャンバ２０内の最後のガスポートによる完全な暴露を確実にするように、一般的に、処理チャンバ２０の端部に十分な空間が設けられる。基板６０が処理チャンバ２０の端部に達すると（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完全に露出されると）、基板６０は、ロードロックチャンバ１０の方向に戻る。基板６０がロードロックチャンバ１０に向かって戻るにつれて、基板表面は、最初の暴露とは逆の順序において、化合物Ａの前駆体、パージガス、及び化合物Ｂの前駆体に再び暴露される場合がある。

基板表面６１が各ガスに暴露される程度は、例えば、ガスポートから来る各ガスの流量、及び基板６０の移動速度によって決定することができる。一実施形態では、各ガスの流量は、基板表面６１から吸着された前駆体を除去しないように設定される。各仕切り間の幅、処理チャンバ２０上に配置されるガスポートの数、及び基板が行き来する回数も、基板表面６１が種々のガスに暴露される程度を決定することができる。結果として、先に参照された要因を変更することによって、堆積された膜の量及び質を最適化することができる。

別の実施形態では、システム１００は、前駆体インジェクタ１２０及び前駆体インジェクタ１３０を含むことができるが、パージガスインジェクタ１４０を含まない。結果として、基板６０が処理チャンバ２０の中を移動するにつれて、基板表面６１は、その間にパージガスに暴露されることなく、化合物Ａの前駆体及び化合物Ｂの前駆体に交互に暴露されることになる。

図１に示される実施形態は、基板の上方にガス分配プレート３０を有する。それらの実施形態は、この直立した向きに対して記述及び図示されてきたが、反転された向きも可能であることは理解されよう。その状況では、基板６０の第１の表面６１は下方に面し、一方、基板に向かうガス流は上方に向けられることになる。

更に別の実施形態では、システム１００は、複数の基板を処理するように構成することができる。そのような実施形態では、システム１００は、第２のロードロックチャンバ（ロードロックチャンバ１０の反対端に配置される）及び複数の基板６０を含むことができる。基板６０は、ロードロックチャンバ１０に供給され、第２のロードロックチャンバから回収される場合がある。１つ又は複数の実施形態では、少なくとも１つの放射熱ランプ９０が基板６０の第２の側を加熱するために配置される。

幾つかの実施形態において、シャトル６５は、基板６０を搬送するためのサセプタ６６である。一般的に、サセプタ６６は、基板にわたって均一な温度を生成するのを助けるキャリアである。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との間を両方向に（図１の構成に対して、左から右に、かつ右から左に）移動可能である。サセプタ６６は基板６０を搬送するための上面６７を有する。サセプタ６６は、処理するために基板６０を加熱することができるような加熱式サセプタとすることができる。一例として、サセプタ６６は、サセプタ６６の真下に配置される、放射熱ランプ９０、加熱プレート、抵抗性コイル又は他の加熱デバイスによって加熱することができる。

更に別の実施形態では、サセプタ６６の上面６７は、図２に示されるように、基板６０を収容するように構成される凹部６８を含む。サセプタ６６は、基板の下にサセプタ材料が存在するように、一般的に基板の厚みよりも厚い。詳細な実施形態では、凹部６８は、基板６０が凹部６８内に配置されるときに、基板６０の第１の表面６１がサセプタ６６の上面６７と同一平面を成すように構成される。別の言い方をすると、幾つかの実施形態の凹部６８は、基板６０がその中に配置されるときに、基板６０の第１の表面６１が、サセプタ６６の上面６７より上方に突出しないように構成される。

図３は、本発明の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバ２０の平面図を示す。処理チャンバはロードロックチャンバ（図示せず）に接続され、ロードロックチャンバは処理チャンバ２０の中に複数の基板６０をロードすることができる。処理チャンバ２０内にガス分配プレート３０がある。基板６０が、ローディング領域７１から、堆積領域７３を通って、ガス分配プレート３０を挟んでローディング領域７１の反対側にある非堆積領域７２まで規定される堆積経路を進む。基板６０はコンベヤシステム（図示せず）によって堆積経路に沿って移動する。コンベヤシステムは、限定はしないが、ローラ（図１に示される）、可動トラック及び空気ベアリングを含む、当業者に既知の任意の適切なシステムとすることができる。本実施形態のガス分配プレート３０は、堆積経路全体を通り抜けた基板６０が完全に形成された堆積層を有するのを確実にするほど十分に長い。完全に形成された堆積層は、数百サイクルまでの個々の原子層堆積サイクルを含むことができる。各堆積サイクルは、基板６０の表面を第１の前駆体Ａ及び第２の前駆体Ｂと接触させること、パージガスを含むオプションの他のガスと接触させることを含む。約４８サイクルの個々のサイクルから数多くの原子層堆積膜が形成される。堆積経路を一度通過するだけで、このサイクル数以上のサイクル数に対応するために、ガス分配プレート３０は少なくとも４８個の前駆体Ａ用ガスポート、少なくとも４８個の前駆体Ｂ用ガスポート、９５個のパージガスポート及び約２００個の真空ポートを有し、結果として、大きなガス分配プレート３０が形成されることになる。

図４は本発明の１つ又は複数の実施形態による堆積システム４００の側面図を示す。幾つかの実施形態の堆積システム４００は、ロードロックチャンバ４１０及び処理チャンバ４２０を含む。図示される処理チャンバ４２０は２つのガス分配プレート、すなわち、第１のガス分配プレート４３０ａ及び第２のガス分配プレート４３０ｂを有する。各ガス分配プレート４３０ａ、４３０ｂはガスの流れを基板６０の表面に向けるように構成される複数の細長いガスポートを有する。図示される実施形態は、２つのガス分配プレート４３０を有するが、処理チャンバ４２０は任意の数のガス分配プレート４３０を収容できることは理解されたい。

各ガス分配プレートは、基板上に層を堆積するために任意の適切な数のガスポートを有することができる。詳細な実施形態では、各ガス分配プレートは、２７サイクルまでの原子層堆積サイクルを処理するだけの十分な数のガスポートを備える。具体的な実施形態では、各ガス分配プレートは、５０サイクルまでの原子層堆積サイクルを処理するだけの十分な数のガスポートを備える。

処理チャンバ４２０は、１つ又は複数の堆積経路内で基板６０を移動させるためのシャトル４６５又は基板キャリアを含むことができる。シャトル４６５は、限定はしないが、サセプタを含む、当該技術分野において既知の任意の適切なデバイスとすることができる。幾つかの実施形態のシャトル４６５は、堆積プロセス全体を通して基板６０を支持する。１つ又は複数の実施形態では、シャトル４６５は、堆積プロセスのうちの１つ又は複数の部分を通して基板６０を支持する。処理チャンバ４２０は、複数のガス分配プレート４３０のそれぞれに隣接するコンベヤシステム４７０も含むことができる。コンベヤシステム４７０は、細長いガスポートに垂直な軸に沿って少なくとも１つの基板６０を輸送するように構成される。詳細な実施形態では、コンベヤ４７０は、少なくとも３つの基板を実質的に同時に輸送するように構成され、それは常時３つ以上の基板がコンベヤ上に存在することを意味する。

複数のガス分配プレート４３０は、任意の適切な構成に配置することができる。図４の実施形態では、第２のガス分配プレート４３０ｂは、第１のガス分配プレート４３０ａの上方に、かつ平行に存在する。幾つかの実施形態では、第２のガス分配プレート４３０ｂは第１のガス分配プレート４３０ａの下方に、かつ平行に存在する。詳細な実施形態では、ガス分配プレートのうちの一方が他方のガス分配プレートの上方に、かつ垂直に存在する。

処理チャンバ４２０は、水平移動及び／又は垂直移動を可能にするステージ４８０を含むことができる。ステージ４８０は、基板６０、そして存在するなら、任意のシャトル４６５を、第１のガス分配プレート４３０ａの後端から、第２のガス分配プレート４３０ｂの先端又は前端まで移動させるように構成される。本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるときに、用語「後端」は、ガス分配プレートの堆積領域を通り抜けた後に基板が達することになる位置にある、ガス分配プレートに隣接する領域を意味し、「前端」は、堆積領域を通り抜けるために基板が離れることになる位置にある、ガス分配プレートに隣接する領域を意味する。ステージ４８０は、限定はしないが、プラットフォーム及びフォークを含む、任意の適切なデバイスとすることができる。詳細な実施形態では、ステージ４８０は垂直に移動するように構成される。具体的な実施形態では、ステージ４８０は水平に移動するように構成される。１つ又は複数の実施形態では、ステージ４８０は、水平及び垂直の両方に移動するように構成される。ステージは、任意の適切な手段によって、処理チャンバに接続することができる。詳細な実施形態では、ステージは、チャンバ内で上昇及び降下する垂直レールに取り付けられる。ステージは、レールから延在して基板を保持するブレード又は幾つかのウエハハンドリング機構も含むことができる。

図４の詳細な実施形態は、垂直に配置されるように積重される複数のガス分配プレート４３０を有し、ステージ４８０は垂直に移動するように構成される。ステージ４８０は、第１のガス分配プレート４３０ａの端部から第２のガス分配プレート４３０ｂの先端まで基板６０を持ち上げるように構成される。

動作時に、シャトル４６５上に支持される場合がある基板６０は、第１の方向４４１に横に移動する。第１の方向４４１は第１のガス分配プレート４３０ａに隣接し、基板６０をローディング領域４７１から、第１の堆積領域４７３を通って、ローディング領域４７１の反対側にある第１の非堆積領域４７２まで移動させる。第１の堆積領域４７３を通り抜ける際に、基板６０の表面上に少なくとも１つの層が堆積される。詳細な実施形態では、第１の堆積領域４７３を通り抜けた後に、基板６０の表面上に約１０層〜約４０層の範囲の層が堆積される。

その後、基板６０は、少なくとも第２の方向４４２に移動するように構成されるステージ４８０によって、第１の方向４４１に対して垂直な第２の方向４４２に移動する。この移動によって、基板６０は、第１の非堆積領域４７２から、第２のガス分配プレート４３０ｂに隣接する第２の非堆積領域４７４まで移動する。図４の実施形態では、第２の方向は基板６０を垂直に移動させる。第１の非堆積領域４７２及び第２の非堆積領域４７４は同じ空間内に示されており、一方が他方の上方にある境界のない領域である。その後、基板は、第２の方向４４２に対して垂直であり、第１の方向４４１に対して平行かつ逆向きである第３の方向４４３に横に移動する。第３の方向４４３において、基板６０は第２の非堆積領域４７４から第２の堆積領域４７５を通って、第２の堆積領域４７５を挟んで反対側にある第３の非堆積領域４７６まで移動する。第２の堆積領域４７５を通り抜ける際に、基板６０の表面上に少なくとも１つの第２の層が堆積される。詳細な実施形態では、第２の堆積領域４７５を通り抜けた後に、基板６０の表面上に約２０層〜約８０層の範囲の層が堆積される。

図４に示される実施形態は、処理チャンバ４２０の内外に基板６０を移送するロードロックチャンバ４１０も含む。基板６０は、基板６０を安全に輸送するように構成される１つ又は複数のロボットによって、ロードロックチャンバ４１０の中に移動する。基板６０は、ロードロックチャンバ４１０から処理チャンバ４２０のローディング領域４７１の中にロードされ（４１１）、処理が完了した後に、第３の非堆積領域４７６からアンロードされる（４１２）。

幾つかの実施形態では、基板６０は、ステージ４８１上で、第３の非堆積領域４７６から、第２の方向４４２と逆向きである第４の方向４４４に移動する。その際に、基板６０は第３の非堆積領域４７６から移動してローディング領域４７１に戻る。その後、第１の方向４４１、第２の方向４４２及び第３の方向４４３における移動を繰り返して、基板６０を第３の非堆積領域４７６に戻す。詳細な実施形態は、基板６０が第３の非堆積領域４７６に二度目に達した後に、基板６０を処理チャンバ４２０から取り出すことを更に含む。しかしながら、第４の方向４４４における移動は任意の回数だけ繰り返すことができ、結果として、第１の堆積領域４７３及び第２の堆積領域４７５の中に何度も通して、基板６０上に更に多くの層を堆積できることは理解されたい。

図５は、第２の方向４４２が第１の方向４４１に対して垂直であり、第１の方向４４１及び第２の方向４４２がいずれも水平である別の実施形態を示す。この結果、互いに並置される複数のガス分配プレートが形成される。これらの実施形態では、ガス分配プレート４３０は水平に位置合わせされ、ステージ４８０は水平に移動するように構成される。

図６は、４つのガス分配プレートが組み込まれる本発明の別の実施形態を示す。この実施形態は図４に示される処理チャンバを拡張したものであり、全ての参照番号及び関連付けられる説明を使用する。この実施形態では、基板６０は第３の非堆積領域４７６に達した後に、取るルートを変更することができる。例えば、基板６０はステージ４８１上で第４の方向４４４に進み、第１のガス分配プレート４３０ａ及び第２のガス分配プレート４３０ｂにおいて堆積を繰り返して、第３の非堆積領域４７６に戻ることができる。基板６０は、第３の非堆積領域４７６から、ステージ４８１上で第３の方向４４３に対して垂直な第４の方向５４４に移動し、第４の非堆積領域５７８まで移動することもできる。その後、基板６０は、第４の非堆積領域５７８から第５の方向５４５に横に移動する。第５の方向５４５は第１の方向４４１に対して平行とすることができるか、又は水平であるが、第１の方向４４１に対して垂直とすることができる。第５の方向５４５に移動する際に、基板６０は、第４の非堆積領域５７８から、第３のガス分配プレート５３０ａに隣接する第３の堆積領域５８０を通って第５の非堆積領域５８２に移動する。その後、基板６０は、ステージ４８１上を、第５の非堆積領域５８２から第６の非堆積領域５８４まで、第５の方向５４５に対して垂直な第６の方向５４６に移動する。その後、基板６０は、第６の非堆積領域５８４から第４のガス分配プレート５３０ｂに隣接する第４の堆積領域６８６を通って第７の非堆積領域５８８まで、第７の方向５４７に横に移動する。第７の非堆積領域５８８に達すると、基板６０は第４の非堆積領域５７８まで第８の方向５４８に進むことができるか、又は処理チャンバ４２０からアンロードすることができる（４１２）。

ステージ４８０は１つ又は複数の個別のステージとすることができる。２つ以上のステージが利用されるとき、第１のステージは第１の非堆積領域４７２と第２の非堆積領域４７４との間を移動し、第２のステージは第５の非堆積領域５８２と第６の非堆積領域５８４との間を移動する。同様に、２つ以上のステージ４８１が利用されるとき、第１のステージは、ローディング領域４７１、第３の非堆積領域４７６及び第４の非堆積領域５７８の間を移動することができ、第２のステージは、第３の非堆積領域４７６、第４の非堆積領域５７８及び第７の非堆積領域５８８の間を移動することができる。ステージ４８０及び４８１は、処理される基板の連続的な流れを維持するために、基板を種々のガス分配プレートに移行させるように制御できることは理解されよう。この調整は、例えば、コンベヤシステム４７０の速度、基板のサイズ及び基板間の間隔によって決まる。

詳細な実施形態では、第２の方向４４２、第４の方向５４４及び第６の方向５４６は垂直である。幾つかの実施形態では、第２の方向４４２、第４の方向５４４及び第６の方向５４６は水平である。

非堆積領域は個々に番号を付されるが、これは説明するのを目的としているにすぎないことは理解されたい。ステージ４８０及びステージ４８１は、自由に移動することへの如何なる物理的障害もない場合があるので、全ての領域間を自由に移動することもできる。具体的な実施形態では、第２の非堆積領域４７４と第５の非堆積領域５８２との間に隔離板（図示せず）が存在する。

図６に示される実施形態は、基板上に数百の層を堆積するのに十分なガスポートを含むことができる。詳細な実施形態では、複数のガスポートはそれぞれ個々に制御することができる。ガス分配プレート又は個々のガスポートのうちの幾つかは、異なる組成の膜を堆積するように構成することができるか、又は動作を停止することができるか、若しくはパージガスのみを供給するように設定することができる。

図６を更に参照すると、本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、処理チャンバ４２０を実効的に２つに分割できるようになる。幾つかの具体的な実施形態では、基板が第３の非堆積領域４７６に達するとき、基板はアンロードすることができるか（４１２ａ）、又は再び下側のサイクルを通過することができる。更に、第２の基板を第４の非堆積領域５７８の中にロードして（４１１ａ）、図６の上側部分を繰り返すことができる。このようにして、２つの基板、又は複数組の基板を同時に処理することができる。したがって、本発明の詳細な実施形態は第１のグループの２つのガス分配プレート及び第２のグループのガス分配プレートに分けられる４つのガス分配プレートを有する。それゆえ、第１のグループのガス分配プレートでは、第２のグループのガス分配プレートとは異なる１組の基板を処理することができる。幾つかの実施形態では、第１のグループ上で処理される１組の基板を更に処理するために第２のグループに通すことができ、同じ層が堆積されるか、又は異なる層が堆積される。

本明細書において本発明が特定の実施形態を参照しながら記述されてきたが、これらの実施形態は、本発明の原理及び応用形態の単なる例示であることは理解されたい。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の方法及び装置に種々の変更及び改変を加えることができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある変更及び改変を含むことを意図している。

Claims (15)

1. 原子層堆積チャンバと、
   前記原子層堆積チャンバ内にある複数のガス分配プレートであって、前記ガス分配プレートはそれぞれ、ガスの流れを基板の表面に向ける複数の細長いガスポートと、ガスを吸い出す複数の真空ポートと、を有する、複数のガス分配プレートと、
   原子層堆積チャンバ内にある複数のコンベヤシステムであって、複数のコンベヤシステムのそれぞれは、前記複数のガス分配プレートの１つに関連しており、当該関連するガス分配プレートの下方の堆積経路に沿って基板を移動させる、複数のコンベヤシステムと、
   １つのガス分配プレートの後端から別のガス分配プレートの前端まで基板を移動させる、前記原子層堆積チャンバ内にあるステージと、を備える、
   前記コンベヤシステムが基板を移動させる方向と、前記ステージが基板を移動させる方向と、は直交している、堆積システム。
2. 前記複数のガス分配プレートが垂直の配置で１つまたは複数に積重され前記ステージが垂直に移動する、又は、前記複数のガス分配プレートが水平に整列されて前記ステージが水平に移動する、請求項１に記載の堆積システム。
3. ４つの前記ガス分配プレートが第１のグループの２つのガス分配プレート及び第２のグループの２つのガス分配プレートに分けられ、前記第１のグループのガス分配プレート上では、前記第２のグループのガス分配プレートとは異なる１組の基板を処理することができる、請求項２に記載の堆積システム。
4. 原子層堆積チャンバと、
   前記原子層堆積チャンバ内にある４つのガス分配プレートであって、前記ガス分配プレートは垂直に積重され、前記ガス分配プレートはそれぞれ、ガスの流れを基板の表面に向ける複数の細長いガスポートと、ガスを吸い出す複数の真空ポートと、を有する、４つのガス分配プレートと、
   前記原子層堆積チャンバ内にある４つのコンベヤシステムであって、４つのコンベヤシステムのそれぞれは、前記４つのガス分配プレートの１つに関連しており、当該関連するガス分配プレートの下方の堆積経路に沿って基板を移動させる、４つのコンベヤシステムと、
   前記４つのガス分配プレート間で基板を移動させる、前記原子層堆積チャンバ内にある少なくとも２つのステージと、を備え、
   前記コンベヤシステムが基板を移動させる方向と、前記ステージが基板を移動させる方向と、は直交している、堆積システム。
5. 基板を処理するための堆積システムであって、
   原子層堆積チャンバと、
   前記原子層堆積チャンバ内にある複数のガス分配プレートであって、前記複数のガス分配プレートはそれぞれ、ガスの流れを基板の表面に向ける複数の細長いガスポートと、ガスを吸い出す複数の真空ポートと、を有する、複数のガス分配プレートと、
   前記原子層堆積チャンバ内にある複数のコンベヤシステムであって、複数のコンベヤシステムのそれぞれは、前記複数のガス分配プレートの１つに関連しており、当該関連するガス分配プレートの下方の堆積経路に沿って基板を移動させる、複数のコンベヤシステムと、
   処理中にロードロックチャンバを前記原子層堆積チャンバから隔離する隔離弁によって前記原子層堆積チャンバに接続される前記ロードロックチャンバであって、前記隔離弁が開いているときに、前記基板を前記複数のガス分配プレートのうちの最初のガス分配プレートの前部にロードし、前記複数のガス分配プレートのうちの最後のガス分配プレートの端部から前記基板を取り出すシャトルを有するロードロックチャンバと、
   前記原子層堆積チャンバ内にあり、前記基板を前記複数のガス分配プレートのうちの１つのガス分配プレートの端部から前記複数のガス分配プレートのうちの別のガス分配プレートの前部まで移動させるステージと、を備え、
   前記コンベヤシステムが基板を移動させる方向と、前記ステージが基板を移動させる方向と、は直交している、堆積システム。
6. 前記コンベヤシステムは、前記細長いガスポートに対して垂直な軸に沿って少なくとも１つの基板を輸送する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の堆積システム。
7. 前記複数のガス分配プレートは、前記複数のガス分配プレートのうちの最初のガス分配プレートの端部と前記複数のガス分配プレートのうちの最後のガス分配プレートの前部との間に直列に接続される１つ又は複数の中間ガス分配プレートを含む、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の堆積システム。
8. 第２の複数のガス分配プレートであって、前記第２の複数のガス分配プレートはそれぞれ、ガスの流れを基板の表面に向ける複数の細長いガスポートを有する、第２の複数のガス分配プレートと、
   前記原子層堆積チャンバ内にあり、前記基板を前記第２の複数のガス分配プレートのうちの１つのガス分配プレートの端部から前記第２の複数のガス分配プレートのうちの別のガス分配プレートの前部まで移動させる第２のステージと、を更に備える、請求項７に記載の堆積システム。
9. 前記第１の複数のガス分配プレートは前記第２の複数のガス分配プレートとは異なるように基板を処理する、請求項８に記載の堆積システム。
10. 前記ガス分配プレートはそれぞれ、２７サイクルまでの原子層堆積サイクルを処理するのに十分な数のガスポートを備える、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の堆積システム。
11. 前記複数のガスポートはそれぞれ、個々に制御することができる、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の堆積システム。
12. 前記複数のガス分配プレートのそれぞれにある前記複数のガスポートのうちの少なくとも１つは第１の前駆体ガスと流体連通し、前記複数のガス分配プレートのそれぞれにある前記複数のガスポートのうちの少なくとも１つは第２の前駆体ガスと流体連通する、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の堆積システム。
13. 原子層堆積チャンバ内で基板を処理する方法であって、
    ローディング領域から、第１のガス分配プレートの下方に位置する第１の堆積領域を通って、前記ローディング領域の反対側にある、前記第１のガス分配プレートに隣接する第１の非堆積領域まで、第１の方向に横に基板を移動させることと、
    前記第１の非堆積領域から第２のガス分配プレートに隣接する第２の非堆積領域まで、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に前記基板を移動させることと、
    前記第１の方向に対して平行、かつ逆向きである第３の方向に前記基板を横に移動させることであって、前記基板は、前記第２の非堆積領域から、前記第２のガス分配プレートの下方に位置する第２の堆積領域を通って前記第２の非堆積領域の反対側にある、前記第２のガス分配プレートに隣接する第３の非堆積領域まで移動する、移動させることと、を含み、
    前記第１のガス分配プレートおよび前記第２のガス分配プレートはそれぞれ、ガスの流れを基板の表面に向ける複数の細長いガスポートと、ガスを吸い出す複数の真空ポートと、を有する、方法。
14. 前記第２の方向とは逆向きである第４の方向に前記基板を移動させることであって、前記基板は前記第３の非堆積領域から移動して前記ローディング領域に戻る、移動させることと、
    前記基板を前記第３の非堆積領域に戻すために、前記第１の方向、前記第２の方向及び前記第３の方向への移動を繰り返すことと、を更に含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第３の方向に対して垂直な第４の方向に前記基板を移動させることであって、前記基板は前記第３の非堆積領域から第３のガス分配プレートに隣接する第４の非堆積領域まで移動する、移動させることと、
    前記第１の方向に対して平行な第５の方向に前記基板を横に移動させることであって、前記基板は前記第４の非堆積領域から第３の堆積領域を通って前記第４の非堆積領域の反対側にある第５の非堆積領域まで移動する、移動させることと、
    前記第５の方向に対して垂直な第６の方向に前記基板を移動させることであって、前記基板は前記第５の非堆積領域から第４のガス分配プレートに隣接する第６の非堆積領域まで移動する、移動させることと、
    前記第３の方向に対して平行な第７の方向に前記基板を横に移動させることであって、前記基板は前記第６の非堆積領域から第４の堆積領域を通って第８の非堆積領域まで移動する、移動させることと、を更に含む、請求項１３に記載の方法。

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