JP6359567B2 - 空間分離原子層堆積のための装置およびプロセス閉じ込め - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般に、材料を堆積させるための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、プロセスガスを特定のエリアに閉じ込め、プロセスガスがプロセスエリアから外に漏れてプロセスチャンバを汚染するのを防ぐ、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、気相堆積プロセスが、基板上に材料を堆積する際に重要な役割を果たしてきた。電子デバイスの形状寸法が縮小し続け、デバイスの密度が増加し続けるにつれて、特徴部のサイズおよびアスペクト比はより進んだものになりつつあり、例えば０．０７μｍの特徴部サイズおよび１０以上のアスペクト比になっている。したがって、これらのデバイスを形成する上で材料を共形堆積することが、ますます重要になりつつある。

原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス中、反応ガスが、基板を収容するプロセスチャンバに導入される。一般に、第１の反応物質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の反応物質がプロセスチャンバに導入され、第１の反応物質と反応して、堆積材料を形成する。パージステップを実施して、基板表面上にあるのが生じる反応だけであることを確実にすることができる。パージステップは、キャリアガスを用いた連続パージでも、反応ガスの供給と供給の間のパルスパージでもよい。

一部の空間ＡＬＤガス分配装置では、ガスがプロセスエリアから外に漏れて、チャンバを汚染することがある。その汚染が、粒子および腐食の問題を引き起こすおそれがある。本発明の実施形態は、プロセスガスがプロセスエリアから外に漏れるのを防ぎ、そのため、粒子および腐食の問題はもう起こらない。

原子層堆積によって基板を処理するための改善された装置および方法が、当技術分野で引き続き必要とされている。

本発明の実施形態は、長さ、幅、左側、右側、および前面を有する本体を備える、ガス分配プレートを対象とする。本体は、前面に開口のある複数の細長ガスポートを有する。細長ガスポートは、本体の幅に沿って延在する。左ガスカーテンチャネルが、本体の長さに沿って、本体の左側に隣接して、複数の細長ガスポートのうちの少なくとも一部の境界となって、延在する。右ガスカーテンチャネルが、本体の長さに沿って、本体の右側に隣接して、複数の細長ガスポートのうちの少なくとも一部の境界となって、延在する。

いくつかの実施形態では、左ガスカーテンチャネルおよび右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、全ての細長ガスポートの境界となる。１つまたは複数の実施形態では、左ガスカーテンチャネルおよび右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、全ての細長ガスポートよりも少ない細長ガスポートの境界となる。

いくつかの実施形態では、左ガスカーテンチャネルおよび右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、パージガスカーテンチャネルを備える。１つまたは複数の実施形態では、左ガスカーテンチャネルおよび右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、真空カーテンチャネルを備える。いくつかの実施形態では、左ガスカーテンチャネルおよび右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、パージガスカーテンチャネルおよび真空カーテンチャネルを備える。１つまたは複数の実施形態では、パージガスカーテンチャネルが、真空カーテンチャネルと複数の細長ガスポートとの間にある。いくつかの実施形態では、真空カーテンチャネルが、パージガスカーテンチャネルと複数の細長ガスポートとの間にある。

いくつかの実施形態では、複数の細長ガスポートが、第１の反応性ガスと流体連通する少なくとも１つの第１の反応性ガスポート、および第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する少なくとも１つの第２の反応性ガスポートを備える。１つまたは複数の実施形態では、複数の細長ガスポートが、順番に、先頭の第１の反応性ガスポート、第２の反応性ガスポート、および末尾の第１の反応性ガスポートから基本的に成る。いくつかの実施形態では、複数の細長ガスポートがさらに、先頭の第１の反応性ガスポートと第２の反応性ガスポートとの間のパージガスポート、および第２の反応性ガスポートと末尾の第１の反応性ガスポートとの間のパージガスポートを備え、各パージガスポートが反応性ガスポートから、真空ポートによって分離される。１つまたは複数の実施形態では、細長ガスポートが、順番に、真空ポート、パージガスポート、および別の真空ポートを、先頭の第１の反応性ガスポートの前、２つ目の第１の反応性ガスポートの後に備える。

いくつかの実施形態では、複数の細長ガスポートが、第１の反応性ガスポートおよび第２の反応性ガスポートからなる反復ユニットを少なくとも１つ備える。１つまたは複数の実施形態では、２から２４の範囲内の反復ユニットがある。

本発明の更なる実施形態は、原子層堆積システムを対象とする。ＡＬＤシステムは、処理チャンバと、開示した実施形態のうちのいずれかによるガス分配プレートと、基板キャリアとを備える。基板を、ガス分配プレートに対して、細長ガスインジェクタの軸と直角を成す軸に沿った前進後退運動で往復移動させることのできる基板キャリア。

いくつかの実施形態では、基板キャリアが基板を回転させる。１つまたは複数の実施形態では、回転が連続的である。いくつかの実施形態では、回転が離散的ステップの形をとる。いくつかの実施形態では、基板キャリアがガス分配プレートに隣接していないときに、各離散的ステップの回転が行われる。

本発明の上で列挙した特徴が達成され、その特徴を詳細に理解することができるように、上で簡潔に要約した本発明のより詳細な説明を、添付の図面に示されている本発明の実施形態を参照して行うことができる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものとは、本発明が他の等しく効果的な実施形態を許容できるので、見なすべきでないことに留意されたい。

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斜視図である。 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前面の概略図である。 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前面の概略図である。 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前面の概略図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態による、ガス分配プレートの前面の概略図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態による、ガス分配プレートの前面の概略図である。 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、基板の移動が改善された、原子層堆積の装置および方法を対象とする。本発明の特定の実施形態は、細かな形状を有するガス分配プレート、および直線的な往復運動を組み込んだ、（周期的堆積とも呼ばれる）原子層堆積の装置を対象とする。

本発明の実施形態は、一般に、空間原子層堆積の装置に関する。詳細には、本発明の実施形態は、プロセスを特定のエリアに閉じ込め、プロセスガスがプロセスエリアから外に漏れてプロセスチャンバを汚染するのを防ぐ方途について説明する。一部の空間ＡＬＤタイプのガス分配装置では、ガスがプロセスエリアから外に漏れて、チャンバを汚染することがある。その汚染が、粒子および腐食の問題を引き起こすおそれがある。本発明の実施形態は、プロセスガスがプロセスエリアから外に漏れるのを防ぎ、そのため、粒子および腐食の問題はもう起こらない。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、空間ＡＬＤ装置の全てのエッジに、更なる不活性ガスパージチャネルおよび／または排気チャネルを追加する。いくつかの実施形態では、プロセスガスが装置エリアから外に漏れるのを防ぐための、これらの排気チャネルでの圧力。本発明の実施形態は、プロセスガス、任意の副生成物、および／またはデブリを装置（プロセスエリア）に閉じ込めるのを助け、そのことが、プロセスチャンバ全体を清浄に保ち、粒子および腐食の問題を解消し、部品の寿命を延ばし、その結果、コストを削減し、定期保守期間を短くすることができる。

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、密閉可能なエンクロージャであり、このエンクロージャは、真空下または少なくとも低圧下で運転される。処理チャンバ２０は、ロードロックチャンバ１０から隔離弁１５によって隔離される。隔離弁１５は、閉位置にあるときは、処理チャンバ２０をロードロックチャンバ１０から密閉し、隔離弁１５が開位置にあるときは、基板６０を、ロードロックチャンバ１０から弁を通って処理チャンバ２０に、またその逆に、移送することが可能になる。

システム１００は、１種または複数種のガスを基板６０全体にわたって分配することの可能な、ガス分配プレート３０を含む。ガス分配プレート３０は、当業者に知られる任意の適切な分配プレートとすることができ、記載し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の出力面が、基板６０の第１の表面６１に面する。

本発明の実施形態で使用する基板は、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、剛性で、個別の、概して平面の基板である。本明細書および添付の特許請求の範囲では、基板に言及する際の「個別の」という用語は、基板が固定の寸法を有することを意味する。特定の実施形態の基板は、２００ｍｍ径シリコンウエハや３００ｍｍ径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種または複数種のガスストリームを基板６０に送出するように構成された複数のガスポート、および各ガスポート間に配設され、ガスストリームを処理チャンバ２０から外に送出するように構成された複数の真空ポートを備える。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、第２の前駆体インジェクタ１３０、およびパージガスインジェクタ１４０を備える。インジェクタ１２０、１３０、１４０は、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、化合物Ａの反応性前駆体の連続（またはパルス）ストリームを、複数のガスポート１２５を通じて処理チャンバ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、化合物Ｂの反応性前駆体の連続（またはパルス）ストリームを、複数のガスポート１３５を通じて処理チャンバ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、非反応性ガスまたはパージガスの連続（またはパルス）ストリームを、複数のガスポート１４５を通じて処理チャンバ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から反応性材料および反応性副生成物を除去するように構成される。パージガスは典型的に、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の前駆体から分離するように、ガスポート１２５とガスポート１３５の中間に配設され、これにより、前駆体間の相互汚染が回避される。

別の態様では、前駆体をチャンバ２０に注入するのに先立って、前駆体インジェクタ１２０および前駆体インジェクタ１３０に遠隔プラズマ源（図示せず）を接続することができる。反応性化学種のプラズマは、遠隔プラズマ源内の化合物に電界を印加することによって発生させることができる。意図した化合物を活性化することの可能な任意の電源を使用することができる。例えば、ＤＣ、高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、およびマイクロ波（ＭＷ）ベースの放電技法を使用した電源を使用することができる。ＲＦ電源が使用される場合、ＲＦ電源を容量結合しても、誘導結合してもよい。活性化は、熱ベースの技法、ガス絶縁破壊技法、高強度光源（例えばＵＶエネルギー）、またはｘ線源への暴露によって生じさせることもできる。例示的な遠隔プラズマ源が、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．やＡｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．などのベンダ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、ガスストリームを処理チャンバ２０から１つまたは複数の真空ポート１５５を通じて外に排出するように構成される。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ガスストリームを処理チャンバ２０から外に排出し、かつ前駆体間の相互汚染をさらに制限するように、各ガスポート間に配設される。

システム１００は、処理チャンバ２０上の各ポート間に配設された、複数の仕切り１６０を含む。各仕切りの下部は、基板６０の第１の表面６１の近く、例えば第１の表面６１から約０．５ｍｍまで延在する。この距離は、ガスストリームが基板表面と反応した後に、ガスストリームが下部を迂回して真空ポート１５５に向かって流れるのを可能にするのに十分な距離だけ、仕切り１６０の下部が基板表面から分離されているようなものとすべきである。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なバリアとして働くので、やはり前駆体間の相互汚染を制限する。図示の構成は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。図示の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用いることができることが、当業者には理解されよう。

動作の際には、基板６０が（例えばロボットによって）ロードロックチャンバ１０に供給され、キャリア６５上に載置される。隔離弁１５が開いた後、キャリア６５が、レールシステムでもフレームシステムでもよいトラック７０に沿って移動する。キャリア６５が処理チャンバ２０に入った後、隔離弁１５が閉じ、処理チャンバ２０を密閉する。次いで、処理のために、キャリア６５が処理チャンバ２０の中を移動する。一実施形態では、キャリア６５が、チャンバの中を直線的な経路で移動する。

基板６０が処理チャンバ２０の中を移動するとき、基板６０の第１の表面６１は、ガスポート１２５から到来する化合物Ａの前駆体、およびガスポート１３５から到来する化合物Ｂの前駆体に、ガスポート１４５から到来するパージガスが間にある状態で、繰り返し暴露される。パージガスの注入は、基板表面１１０を次の前駆体に暴露する前に、前の前駆体から未反応の材料を除去するように設計される。さまざまなガスストリーム（例えば前駆体またはパージガス）への各暴露の後、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を通じて排出される。真空ポートを各ガスポートの両側に配設することができるので、ガスストリームは、両側の真空ポート１５５を通じて排出される。したがって、ガスストリームは、それぞれに対応するガスポートから垂直下方に基板６０の第１の表面６１に向かって流れ、第１の表面１１０を横切り、仕切り１６０の下部を迂回して、最終的に、上方に真空ポート１５５に向かう。このようにして、各ガスを、基板表面１１０全体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、さまざまなガスストリームに暴露されている間に、回転させることもできる。基板の回転は、形成される層内にストリップが形成されるのを防ぐのに有用となり得る。基板の回転は、連続的でも、離散的ステップの形をとってもよい。

処理チャンバ２０の端部には、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なものにするように、十分なスペースが一般に設けられている。基板６０が処理チャンバ２０の端部に到達した（すなわち第１の表面６１がチャンバ２０内のあらゆるガスポートに完全に暴露された）後、基板６０は、ロードロックチャンバ１０に向かう方向に戻る。基板６０がロードロックチャンバ１０に向かって戻るとき、基板表面を、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、最初の暴露とは逆順に、再度暴露することができる。

基板表面１１０が各ガスに暴露される程度は、例えば、ガスポートから到来する各ガスの流量、および基板６０の移動速度によって決まり得る。一実施形態では、各ガスの流量が、基板表面１１０から吸着し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上に配設されたガスポートの数、および基板が前進後退して通過する回数も、基板表面１１０がさまざまなガスに暴露される程度を決め得る。したがって、堆積膜の量および質は、上記の要素を変更することによって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および前駆体インジェクタ１３０を、パージガスインジェクタ１４０なしで含むことができる。したがって、基板６０が処理チャンバ２０の中を移動するとき、基板表面１１０は、化合物Ａの前駆体と化合物Ｂの前駆体に、間でパージガスに暴露されることなく、交互に暴露されることになる。

図１に示す実施形態は、基板の上にガス分配プレート３０を有する。この縦型配向に関して実施形態を記載し、図示してきたが、逆の配向も可能であることが理解されよう。その状況においては、基板６０の第１の表面６１は下方を向き、一方、基板に向かうガス流は上方に誘導されることになる。

別の実施形態では、複数の基板を処理するように、システム１００を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、（ロードロックチャンバ１０の反対端に配設された）第２のロードロックチャンバ、および複数の基板６０を含むことができる。基板６０は、ロードロックチャンバ１０に供給し、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。

１つまたは複数の実施形態では、基板の第２の側を加熱するために、少なくとも１つの放射熱ランプ９０が配置される。放射熱源は一般に、基板から見てガス分配プレート３０とは反対側に配置される。これらの実施形態では、ガスクッションプレートが、放射熱源からの光の少なくとも一部の透過を可能にする材料から形成される。例えば、ガスクッションプレートを石英で形成して、可視光源からの放射エネルギーがプレートを通過し、基板の裏側に接触し、基板の温度上昇を生じさせるのを可能にすることができる。

いくつかの実施形態では、キャリア６５が、基板６０を支えるためのサセプタ６６である。一般に、サセプタ６６は、基板全体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の間を両方向（図１の配置に対して左から右、また右から左）に移動可能である。サセプタ６６は、基板６０を支えるための上面６７を有する。サセプタ６６は、基板６０を処理のために加熱することができるように、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の下に配設された、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加熱することができる。

別の実施形態では、図２に示すように、サセプタ６６の上面６７が、基板６０を受領するように構成された凹部６８を含む。サセプタ６６は一般に、基板の厚さよりも厚く、したがって、基板の下にサセプタ材料がある。詳細な実施形態では、凹部６８は、基板６０が凹部６８の内部に配設されたとき、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部６８は、基板６０が中に配設されたとき、基板６０の第１の表面６１がサセプタ６６の上面６７より上に突き出さ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つのガスインジェクタユニット３１を備えたガス分配プレート３０を有する。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「ガスインジェクタユニット」という用語は、基板表面上に個別の膜を堆積させることの可能な、ガス分配プレート３０内の一続きのガス出口のことを言い表すために使用される。例えば、個別の膜が２つの成分の組合せによって堆積される場合、単一のガスインジェクタユニットが、少なくともその２つの成分用の出口を含むことになる。ガスインジェクタユニット３１は、個別の膜を堆積させることの可能なガス出口の内部およびそのガス出口の周りに、任意のパージガスポートまたは真空ポートも含むことができる。図１に示すガス分配プレート３０は、単一のガスインジェクタユニット３１から構成されているが、２つ以上のガスインジェクタユニット３１がガス分配プレート３０の部分であってよいことを理解されたい。

幾つかの実施形態では、処理チャンバ２０が、細長ガスインジェクタと直角を成す軸に沿った直線的な往復経路に沿って基板を移動させるように構成された、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は、「直線的な往復経路」という用語は、基板をその中で前進後退移動させることのできる、まっすぐな経路またはわずかに曲がった経路のいずれかを指す。別の言い方をすれば、基板キャリアは、基板を、ガスインジェクタユニットに対して、細長ガスインジェクタの軸と直角を成す前進後退運動で往復移動させるように構成することができる。図３に示すように、キャリア６５は、キャリア６５を左から右に、また右から左に往復移動させることの可能な、またはキャリア６５を移動中に支持することの可能な、レール７４上に支持することができる。移動は、当業者に知られる多くの機構によって達成することができる。例えば、ステッピングモータがレールのうちの１本を駆動することができ、レールは、キャリア６５と相互作用して、基板６０を往復運動させることができる。詳細な実施形態では、基板キャリアは、細長ガスインジェクタ３２と直角を成す軸に沿った、細長ガスインジェクタ３２の下にある直線的な往復経路に沿って、基板６０を移動させるように構成される。特定の実施形態では、基板６０の表面全体が、ガス分配プレート３０によって占有される領域７８を通過するように、基板キャリア６５は、ガス分配プレート３０の前にある領域７６からガス分配プレート３０の後ろにある領域７７まで、基板６０を輸送するように構成される。

図４Ａ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の底部斜視図を示す。図３と図４をどちらも参照すると、各ガスインジェクタユニット３１が、複数の細長ガスインジェクタ３２を備える。細長ガスインジェクタ３２は、任意の適切な形または形状を成すことができ、図４Ａに例を示す。図面の左にある細長ガスインジェクタ３２は、一続きの密に離隔された孔である。これらの孔は、ガス分配プレート３０の面内に形成されたトレンチ３３の底部に位置する。トレンチ３３は、図では、ガス分配プレート３０の両端部まで延在しているが、これは例示のためのものにすぎず、トレンチはエッジまで延在する必要がないことが理解されよう。中央の細長ガスインジェクタ３２は、一続きの密に離隔された矩形開口である。このインジェクタは、トレンチ３３内に位置するのとは対照的に、図では、ガス分配プレート３０の面の直接上にある。詳細な実施形態のトレンチは、約８ｍｍの深さを有し、約１０ｍｍの幅を有する。図４Ａの右にある細長ガスインジェクタ３２は、２つの細長チャネルとして示されている。図４Ｂは、ガス分配プレート３０の一部分の側面図を示す。より大きな部分および説明は、図１１に含めている。図４Ｂは、単一のポンピングプレナム１５０ａと真空ポート１５５の関係を示す。ポンピングプレナム１５０ａはこれらの真空ポート１５５に、２つのチャネル１５１ａを通じて接続される。これらのチャネル１５１は真空ポート１５５と、図４Ａに示す細長インジェクタ３２によって流れ連通する。特定の実施形態では、細長インジェクタ３２には、約４．５ｍｍの直径を有する約２８個の孔がある。さまざまな実施形態では、細長インジェクタ３２は、約１０個から約１００個の範囲内の孔、または約１５個から約７５個の範囲内の孔、または約２０個から約５０個の範囲内の孔、または１０個、２０個、３０個、４０個、５０個、６０個、７０個、８０個、９０個、もしくは１００個を上回る孔を有する。各種の実施形態では、孔は、約１ｍｍから約１０ｍｍの範囲内の、または約２ｍｍから約９ｍｍの範囲内の、または約３ｍｍから約８ｍｍの範囲内の、または約４ｍｍから約７ｍｍの範囲内の、または約５ｍｍから約６ｍｍの範囲内の、または１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、もしくは１０ｍｍを上回る、直径を有する。孔は、散在した状態または一様に分散された状態で、２つ以上の横列を成して整列させても、単一の横列を成して整列させてもよい。ガス供給プレナム１２０ａが細長ガスインジェクタ３２に、２つのチャネル１２１ａによって接続される。詳細な実施形態では、ガス供給プレナム１２０ａは、約１４ｍｍの直径を有する。さまざまな実施形態では、ガス供給プレナムは、約８ｍｍから約２０ｍｍの範囲内の、または約９ｍｍから約１９ｍｍの範囲内の、または約１０ｍｍから約１８ｍｍの範囲内の、または約１１ｍｍから約１７ｍｍの範囲内の、または約１２ｍｍから約１６ｍｍの範囲内の、または約１３ｍｍから約１５ｍｍの範囲内の、または４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１７ｍｍ、１８ｍｍ、１９ｍｍ、もしくは２０ｍｍを上回る、直径を有する。特定の実施形態では、（プレナムからの）これらのチャネルが、約０．５ｍｍの直径を有し、約１２１個のこれらのチャネルが、互い違いの、または一様に離隔された２つの横列を成して存在する。さまざまな実施形態では、その直径は、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲内、または約０．２ｍｍから約０．９ｍｍの範囲内、または約０．３ｍｍから約０．８ｍｍの範囲内、または約０．４ｍｍから約０．７ｍｍの範囲内であり、または０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、もしくは１ｍｍを上回る。ガス供給プレナム１２０ａは、数字の上では、第１の前駆体ガスに関連しているが、第２の反応性ガスおよびパージガスについても、同様の構成を形成できることが理解されよう。任意の特定の動作理論に縛られることなく、プレナム、チャネル、および孔の寸法が、チャネルのコンダクタンスおよび均一性を定めると考えられる。

図５〜図１３は、本発明のさまざまな実施形態による、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、システム内で使用することのできるさまざまなガスのうちのいくつかを表す。参考として、Ａは第１の反応性ガスであり、Ｂは第２の反応性ガスであり、Ｃは第３の反応性ガスであり、Ｐはパージガスであり、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は、「反応性ガス」という用語は、基板、基板表面上の膜、または基板表面上の部分膜のいずれかと反応することのできる任意のガスを指す。反応性ガスの非限定的な例には、ハフニウム前駆体、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族元素がある。パージガスは、接触する化学種または表面とは非反応性の任意のガスである。パージガスの非限定的な例には、アルゴン、窒素、およびヘリウムがある。

図示の実施形態では、ガス分配プレート３０の両端の反応性ガスインジェクタが同じであり、したがって、ガス分配プレート３０を通過する基板が遭遇する最初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、最後の反応性ガスもＡとなる。ガスＡとガスＢを交換する場合、基板が遭遇する最初と最後のガスはガスＢとなる。これは、ガス分配の構成および順序の可能な１つの例にすぎない。代替構成が利用可能であり、本発明の範囲はそのような構成に限定すべきではないことを、当業者なら理解するであろう。

図５を参照すると、いくつかの実施形態のガスインジェクタユニット３１が、少なくとも２つの第１の反応性ガスインジェクタＡと、第１の反応性ガスインジェクタのガスとは異なるガスである少なくとも１つの第２の反応性ガスインジェクタＢとを含む、複数の細長ガスインジェクタを備える。第１の反応性ガスインジェクタＡは、第１の反応性ガスと流体連通し、第２の反応性ガスインジェクタ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する。少なくとも２つの第１の反応性ガスインジェクタＡが、少なくとも１つの第２の反応性ガスインジェクタＢを取り囲み、したがって、左から右に移動する基板が、順番に、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に遭遇し、その結果、基板上に１層の完全な層が形成される。同じ経路に沿って戻る基板は、反対順の反応性ガスに遭遇し、その結果、完全な各サイクルについて２層が得られる。便利な省略形として、この構成をＡＢＡインジェクタ構成と呼ぶことができる。このガスインジェクタユニット３１を横切って前進後退移動する基板は、
ＡＢ ＡＡＢ ＡＡＢ （ＡＡＢ）_ｎ．．．ＡＡＢＡ
というパルス状シーケンスに遭遇し、その結果、Ｂという均一な膜組成物を形成する。シーケンスの終わりに第１の反応性ガスＡに暴露することは、第２の反応性ガスＢが後に続かないので、重要ではない。膜組成物は、Ｂと呼ばれているが、実際には、反応性ガスＡと反応性ガスＢの表面反応生成物のうちの１つの生成物であり、Ｂだけを使用するのは、膜の説明をするための便宜上であることが、当業者には理解されよう。

図６は、ガス分配プレート３０の詳細な実施形態を示す。ここに示すように、ガス分配プレート３０は、外側パージガスＰインジェクタおよび外側真空Ｖポートを含むことのできる、単一のガスインジェクタユニット３１を備える。図示の詳細な実施形態では、ガス分配プレート３０は、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インジェクタ３２ａ、３２ｃに関連するガスポート１２５に（その両側で）隣接する真空ポート１５５と流れ連通する。第１のポンピングプレナム１５０ａは真空ポート１５５に、２つの真空チャネル１５１ａを通じて接続される。第２のポンピングプレナム１５０ｂは、第２の反応性ガスＢインジェクタ３２ｂに関連するガスポート１３５に（その両側で）隣接する真空ポート１５５と流れ連通する。第２のポンピングプレナム１５０ｂは真空ポート１５５に、２つの真空チャネル１５２ａを通じて接続される。このようにして、第１の反応性ガスＡと第２の反応性ガスＢが、ガス相中で反応することが実質的に防止される。端部真空ポート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または第２の真空チャネル１５０ｂのいずれかでも、第３の真空チャネルでもよい。ポンピングプレナム１５０、１５０ａ、１５０ｂは、任意の適切な寸法を有することができる。真空チャネル１５１ａ、１５２ａは、任意の適切な寸法とすることができる。特定の実施形態では、真空チャネル１５１ａ、１５２ａは、約２２ｍｍの直径を有する。端部真空プレナム１５０は、実質的にパージガスだけを収集する。追加の真空ラインが、チャンバ内からガスを収集する。これら４種の排気（Ａ、Ｂ、パージガス、およびチャンバ）は、別々に排気しても、下流で組み合わせて１つまたは複数のポンプに至ってもよく、２つの別々のポンプと任意に組み合わせてもよい。

本発明の特定の実施形態は、ガス分配プレートを中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。ガス分配プレートは、順番に、真空ポート、パージガスインジェクタ、真空ポート、第１の反応性ガスインジェクタ、真空ポート、パージポート、真空ポート、第２の反応性ガスインジェクタ、真空ポート、パージポート、真空ポート、第１の反応性ガスインジェクタ、真空ポート、パージポート、および真空ポートから基本的に成る、複数のガスインジェクタを備える。

いくつかの実施形態では、ガスプレナムおよびガスインジェクタを、パージガス供給源（例えば窒素）と接続することができる。これにより、プレナムおよびガスインジェクタから、残留ガスをパージすることが可能になり、したがって、ガス構成を交換して、ＢガスがＡのプレナムおよびインジェクタから流れること、またその逆を、可能にすることができる。さらに、ガス分配プレート３０は、望ましくないガス漏れの制御を助けるために、側部またはエッジに沿って追加の真空ポートを含むことができる。インジェクタの下の圧力は、チャンバよりも約１ｔｏｒｒ高いので、追加の真空ポートは、反応性ガスがチャンバ内に漏れるのを防ぐ助けとなることができる。いくつかの実施形態では、ガス分配プレート３０が、１つまたは複数のヒータまたはクーラも含む。

図７を参照すると、１つまたは複数の実施形態によるガス分配プレート３０が示されている。ガス分配プレート３０は、前面２０１、長さＬ、および幅Ｗを有する、本体２００を含む。本体２００は、左側２０２（底部に示す）、および右側２０３（上部に示す）を有する。左側および右側は、基板が左から右に移動することに基づいて決まり、最も左のガスインジェクタが、基板が遭遇する最初のガスインジェクタである。ガス分配プレート３０は、前面２０１に開口のある複数の細長ガスポート１２５、１３５、１４５を含む。開口は、本体２００の幅Ｗおよび前面２０１に沿って延在する。

細長インジェクタからのガスが、前面２０１の正面の領域から拡散するのを防ぐために、ガス分配プレート３０の左側２０２および右側２０３に沿って、ガスカーテンチャネルが配置される。図７に示す実施形態は、左ガスカーテンチャネル２１０および右ガスカーテンチャネル２１１を含む。左ガスカーテンチャネル２１０と右ガスカーテンチャネル２１１はどちらも、本体２００の長さＬに沿って、それぞれ本体２００の左側および右側に隣接して延在する。

ガスカーテンチャネル２１０、２１１は、複数の細長ガスポート１２５、１３５、１４５のうちの少なくとも一部の境界となる。本明細書および添付の特許請求の範囲では、この点に関して使用される「境界となる」などの用語は、ガスカーテンチャネルが、細長ガスポートのエッジとガス分配プレートのエッジとの間の境界を成すことを意味する。ガスカーテンチャネル２１０、２１１の長さは、さまざまな使い方に合わせて調整することができる。ガスカーテンチャネルは、細長ガスポートのうちの少なくとも１つから、全ての細長ガスポートまでの境界となるのに十分なほど長くすることができる。図８は、図７に示すガス分配プレート３０の側断面図を示す。断面内に、本体２００を通過する個々のガスインジェクタ１２０、１３０、１４０が見られ、左ガスカーテンチャネル２１０がガス分配プレート３０の長さＬに沿って延在する。図７に示す実施形態では、左ガスカーテンチャネル２１０と右ガスカーテンチャネル２１１がどちらも、細長ガスポート１２５、１３５、１４５の両側の真空ポート１５５を含めて、全ての細長ガスポート１２５、１３５、１４５の境界となっている。いくつかの実施形態では、ガスカーテンチャネルが、全ての細長ガスポートよりも少ない細長ガスポートの境界となる。左ガスカーテンチャネル２１０と右ガスカーテンチャネル２１１はどちらも、より低圧の領域をもたらす真空カーテンチャネルとして示されている。真空カーテンチャネルの圧力は、真空ポート１５５内の圧力と同じであっても、その圧力とは異なっていてもよい。真空カーテンチャネルの圧力が低すぎる場合、細長ガスポートからの反応性ガスは、優先的にカーテンに引き寄せられてしまうおそれがある。真空カーテンチャネルの圧力が高すぎる場合、反応性ガスは、ガス分配プレート３０の前面２０１の正面の反応エリアから逃れることができてしまうおそれがある。

ガスカーテンチャネルは、真空チャネルおよび／またはパージガスチャネルとすることができる。図７および図８に示す実施形態は、ガス分配プレート３０の左と右の両側に、細長ガスポートの境界となる真空ガスカーテンチャネルを有する。図９および図１０に示す実施形態は、それぞれガス分配プレート３０の左側と右側の境界となる、パージガスカーテンチャネル２１１、２１３を有する。

図７に示す実施形態は、端部真空ポート１５５とは分離した真空カーテンチャネル２１０、２１１を有する。しかし、これらを、端部真空ポート１５５と真空カーテンチャネル２１０、２１１のどちらの役割も果たす、単一の連続した真空ポートとすることができる。図９に示す実施形態は、全ての細長ガスポートの周りに延在する単一のパージガスカーテンチャネルを含み、端部真空ポート１５５がカーテンの外側にある。この場合、パージガスカーテンチャネルとパージガスポートは、単一のユニットに統合されているが、ユニットのどの部分を問題にするかに応じて異なる機能を有する。図９を見ると、パージガスカーテンの左側および右側は、パージガスポート１４５としての役割を果たすことになり、一方、底部側は、左パージガスカーテンチャネル２１２であり、上部が、右パージガスカーテンチャネル２１３としての役割を果たすことになる。この場合、チャネル内の圧力は、ガス分配プレート３０全体の周りでほぼ等しくなる。パージガスポート１４５およびパージガスカーテンチャネル２１２、２１３が分離している一実施形態では、これらのポート内のガス圧が異なっていてよい。パージガスポート１４５およびパージガスカーテンチャネル２１２、２１３が分離しているとき、確実に反応性ガスがガス分配プレート３０の前面２０１の正面のプロセス領域内に留まるように、圧力を別々に制御することができる。パージガスカーテンチャネル２１２、２１３内のパージガス圧が低すぎる場合、パージガスカーテンチャネル２１２、２１３は、全ての反応性ガスをプロセス領域に閉じ込める効果があるとは限らないことがある。しかし、パージガスカーテンチャネル２１２、２１３内のパージガス圧が高すぎる場合、カーテンチャネルから出たパージガスが、細長ガスポートからの反応性ガスに衝突して、全体的な堆積品質に影響を及ぼすおそれがある。

図１１は、２つのカーテンチャネルがある、本発明の一実施形態を示す。内側のカーテンチャネルがパージガスカーテンチャネルであり、外側のカーテンチャネルが真空カーテンチャネルである。これらのチャネルはどちらも、最端部の細長ガスポートと統合されたものとして示されている。図１２は、カーテンチャネルが細長ガスポートとは分離しており、これらのカーテンチャネルおよびガスポート内の圧力を独立に制御することが可能になっている、一実施形態を示す。

左ガスカーテンチャネルおよび右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、パージガスカーテンチャネルおよび真空カーテンチャネルを備える。図１２に示す例では、左ガスカーテンチャネルも、真空カーテンチャネル２１０とパージガスカーテンチャネル２１２の両方を備えており、右ガスカーテンチャネルも、真空カーテンチャネル２１１とパージガスカーテンチャネル２１３の両方を備えている。パージガスカーテンチャネル２１２は、真空カーテンチャネル２１０と、複数の細長ガスチャネル１２５、１３５、１４５との間にあり、パージガスカーテンチャネル２１３は、真空カーテンチャネル２１１と、複数の細長ガスチャネル１２５、１３５、１４５との間にある。図１３は、真空カーテンチャネル２１０が、パージガスカーテンチャネル２１２と、複数の細長ガスチャネル１２５、１３５、１４５との間にあり、真空カーテンチャネル２１１が、パージガスカーテンチャネル２１３と、複数の細長ガスチャネル１２５、１３５、１４５との間にある、一実施形態を示す。ある特定の実施形態では、各行程の後、または複数の行程の後に、回転移動を用いることもできる。回転移動は、離散的な移動、例えば１０、２０、３０、４０、もしくは５０度の移動、または他の適切な漸進的回転移動とすることができる。そのような回転移動は、直線的な移動と相まって、基板上へのより均一な膜形成を可能にすることができる。

詳細な実施形態では、基板キャリアが、第１の域９７の外側にある基板を、ローディング位置に搬送するように構成される。いくつかの実施形態では、基板キャリアが、第２の域９８の外側にある基板を、アンローディング位置に搬送するように構成される。ローディング位置およびアンローディング位置は、必要なら逆にすることができる。

本発明の更なる実施形態は、基板を処理する方法を対象とする。基板の一部分が、ガスインジェクタユニットを第１の方向に横断する。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「横断する」という用語は、基板がガス分配プレートの上、下などを移動しており、したがって、ガス分配プレートからのガスが、基板または基板上の層と反応できることを意味する。基板を第１の方向に移動させる際、基板は、順番に、先頭の第１の反応性ガスストリーム、第２の反応性ガスストリーム、および末尾の第１の反応性ガスストリームに暴露されて、第１の層が堆積する。次いで、基板のその部分が、ガスインジェクタユニットを第１の方向とは反対の方向に横断し、したがって基板のその部分が、順番に、末尾の第１の反応性ガスストリーム、第２の反応性ガスストリーム、および先頭の第１の反応性ガスストリームに暴露されて、第２の層を形成する。ガスインジェクタユニットが１つしかない場合、基板は、ガス分配プレートの関連部分全体の下を通過する。ガス分配プレートの、反応性ガスインジェクタの外側にある領域は、関連部分の一部ではない。２つ以上のガスインジェクタユニットがある実施形態では、基板は、ガスインジェクタユニットの数に基づいて、基板の長さの一部分を移動させる。したがって、基板は、ｎ個のガスインジェクタユニットごとに、基板の全長の１／ｎだけ移動させる。

詳細な実施形態では、方法はさらに、基板のその部分を、第１の反応性ガスストリームと第２の反応性ガスストリームのそれぞれの間でパージガスストリームに暴露することを含む。いくつかの実施形態のガスは、連続して流れている。いくつかの実施形態では、ガスは、基板がガス分配プレートの下を移動するとき、パルス状である。

１つまたは複数の実施形態によれば、基板の一部分を第１の方向に通過させると、基板のその部分が、順番に、先頭の第１の反応性ガスストリーム、先頭の第２の反応性ガスストリーム、第１の中間的な第１の反応性ガスストリーム、第３の反応性ガスストリーム、第２の中間的な第１の反応性ガスストリーム、末尾の第２の反応性ガスストリーム、および末尾の第１の反応性ガスストリームに暴露され、基板のその部分を第２の方向に通過させると、基板のその部分がこれらのガスストリームに逆順に暴露される。

本発明の更なる実施形態は、記載した少なくとも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。クラスタツールは、中央部分と、そこから延在する１つまたは複数の分岐部を有する。堆積装置、すなわち処理装置である分岐部。短ストローク運動を組み込んだクラスタツールは、従来型の堆積チャンバを備えたツールよりも、必要とする空間が実質的に少ない。クラスタツールの中央部分は、基板をロードロックチャンバから処理チャンバ内に移動させ、処理後にロードロックチャンバに戻すことの可能な、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１４を参照すると、例示的なクラスタツール３００が、中央移送チャンバ３０４を含んでおり、中央移送チャンバ３０４は一般に、複数の基板をロードロックチャンバ３２０およびさまざまなプロセスチャンバ２０内に、またそこから外に移送するように適合された、マルチ基板ロボット３１０を含む。クラスタツール３００は、３つの処理チャンバ２０と共に示されているが、４つ以上の処理チャンバがあっても、２つ以下の処理チャンバがあってもよいことが、当業者には理解されよう。さらに、処理チャンバは、さまざまなタイプ（例えばＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＶＤ）の基板処理技法向けのものであってよい。

以上、本発明を本明細書に、特定の実施形態を参照して記載してきたが、これらの実施形態は、本発明の原理および適用例の例示にすぎないことを理解されたい。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対してさまざまな修正および変形を加えられることが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明が添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に含まれる修正および変形を含むことが、意図される。

Claims (16)

1. 長さ、幅、左側、右側、および前面を有する本体と、
   前記本体の前記前面に開口のある複数の細長ガスポートであって、前記本体の前記幅に沿って延在する細長ガスポートと、
   前記本体の前記長さに沿って、前記本体の前記左側に隣接して延在し、前記複数の細長ガスポートのうちの少なくとも一部の境界となる、左ガスカーテンチャネルと、
   前記本体の前記長さに沿って、前記本体の前記右側に隣接して延在し、前記複数の細長ガスポートのうちの少なくとも一部の境界となる、右ガスカーテンチャネルと
   を備え、
   前記左ガスカーテンチャネルおよび前記右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、パージガスカーテンチャネルおよび真空カーテンチャネルを備える、ガス分配プレート。
2. 前記左ガスカーテンチャネルおよび前記右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、全ての前記細長ガスポートの境界となる、請求項１に記載のガス分配プレート。
3. 前記左ガスカーテンチャネルおよび前記右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、全ての前記細長ガスポートよりも少ない細長ガスポートの境界となる、請求項１に記載のガス分配プレート。
4. 前記左ガスカーテンチャネルおよび前記右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、パージガスカーテンチャネルを備える、請求項１に記載のガス分配プレート。
5. 前記左ガスカーテンチャネルおよび前記右ガスカーテンチャネルのうち１つまたは複数が、真空カーテンチャネルを備える、請求項１に記載のガス分配プレート。
6. 前記複数の細長ガスポートが、第１の反応性ガスと流体連通する少なくとも１つの第１の反応性ガスポート、および前記第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する少なくとも１つの第２の反応性ガスポートを備える、請求項１に記載のガス分配プレート。
7. 前記複数の細長ガスポートが、順番に、先頭の第１の反応性ガスポート、第２の反応性ガスポート、および末尾の第１の反応性ガスポートから基本的に成る、請求項６に記載のガス分配プレート。
8. 前記複数の細長ガスポートがさらに、前記先頭の第１の反応性ガスポートと前記第２の反応性ガスポートとの間のパージガスポート、および前記第２の反応性ガスポートと前記末尾の第１の反応性ガスポートとの間のパージガスポートを備え、各パージガスポートが前記反応性ガスポートから、真空ポートによって分離される、請求項７に記載のガス分配プレート。
9. 前記細長ガスポートが、順番に、真空ポート、パージガスポート、および別の真空ポートを、前記先頭の第１の反応性ガスポートの前、前記２つ目の第１の反応性ガスポートの後に備える、請求項８に記載のガス分配プレート。
10. 前記複数の細長ガスポートが、第１の反応性ガスポートおよび第２の反応性ガスポートからなる反復ユニットを少なくとも１つ備える、請求項１に記載のガス分配プレート。
11. ２から２４の範囲内の反復ユニットがある、請求項１０に記載のガス分配プレート。
12. 処理チャンバと、
    請求項１に記載のガス分配プレートと、
    基板を、前記ガス分配プレートに対して、細長ガスインジェクタの軸と直角を成す軸に沿った前進後退運動で往復移動させるための基板キャリアと
    を備える、原子層堆積システム。
13. 前記基板キャリアが前記基板を回転させる、請求項１２に記載の原子層堆積システム。
14. 前記回転が連続的である、請求項１３に記載の原子層堆積システム。
15. 前記回転が離散的ステップの形をとる、請求項１３に記載の原子層堆積システム。
16. 前記基板キャリアが前記ガス分配プレートに隣接していないときに、各離散的ステップの回転が行われる、請求項１５に記載の原子層堆積システム。

Images