TW201343954A - 用於以水平雷射之原子層沈積的設備及製程 - Google Patents

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Abstract

在此提供之原子層沈積之設備與方法係包含一氣體分配板材與至少一雷射來源，該雷射來源鄰近該氣體分配板材發射一雷射束，以活化來自該氣體分配板材之氣相物種。同樣提供具有多數細長氣體注入器埠口之多數氣體分配板材，其中沿著該等細長氣體注入器之長度引導該至少一雷射束。

Description

用於以水平雷射之原子層沈積的設備及製程
本發明之具體實施例一般而言與進行材料沈積之設備與方法有關。更具體的，本發明之具體實施例引導一種具有線性往復運動之一原子層沈積腔室。
在半導體製程、平板顯示器製程或其他電子裝置製程的領域中，在基板上沈積材料方面，氣相沈積處理已扮演重要的角色。隨著該電子裝置幾何性質持續縮限，且該裝置密度持續提高，該等特徵之尺寸與深寬比係變得更加重要，例如，具有0.07μm之尺寸特徵以及10或更大的深寬比。據此，使材料均勻沈積以形成這些裝置便變得更加重要。
在一原子層沈積(ALD)處理期間，引入多數反應氣體至一處理腔室之中，該處理腔室包含一基板。一般而言，引入一第一反應物至一處理腔室中，並於該基板表面上吸收。引入一第二反應物至一處理腔室中，並與該第一反應物進行反應，以形成一沈積材料。可以進行一清洗步驟，以確保該等反應只發生於該基板表面上。該清洗步驟可為利用一 載體氣體的連續清洗，或是在該等反應氣體傳送之間進行一脈波清洗。
在該領域中，持續需要一種改善的設備與方法，以利用原子層沈積方式處理基板。
本發明之一或更多個具體實施例係指向多數沈積系統，包括一處理腔室、於該處理腔室中之一氣體分配板材，以及至少一雷射來源。該氣體分配板材具有複數個細長氣體埠口，朝向一基板之一表面引導氣流。該至少一雷射來源發射一雷射束，該雷射束係受引導沿著該氣體分配板材與該基板之間之該等細長氣體埠口之至少一埠口。
在某些具體實施例中，該氣體分配板材包括複數個第一反應氣體注入器，以朝向一基板引導一第一反應氣體的流動，以及至少一第二反應氣體注入器，以朝向一基板引導一第二反應氣體的流動，該第二反應氣體係與該第一反應氣體不同。在一或更多個具體實施例中，沿著該等第一反應氣體注入器之每一個與該至少一第二反應氣體注入器之一或更多個注入器的長度，引導該至少一雷射束。
在某些具體實施例中，具有單一雷射來源。在一或更多個具體實施例中，該單一雷射來源發射一雷射束，該雷射束係由至少一射束分離器所分裂，以沿著多個細長氣體注入器引導該單一雷射束。
在某些具體實施例中，存在至少兩雷射來源，該等雷射來源發射多數雷射束，並引導每一雷射束沿著一不同細 長氣體注入器。
在某些具體實施例中，該雷射來源位於該處理腔室外側，且引導該雷射束穿過該處理腔室一壁部中之一窗口。在一或更多個具體實施例中，該窗口係被加熱。某些具體實施進一步於該窗口與該氣體分配板材之間包括一淨化氣體流。
本發明之其他具體實施例係指向一種沈積系統，包括一處理腔室、位於該處理腔室中之一氣體分配板材以及至少一雷射來源。該氣體分配板材引導朝向一基板之一表面的氣流。該至少一雷射來源具有一雷射束，該雷射束係受引導沿著該氣體分配板材與該基板之間，相鄰該氣體分配板材之一路徑。
在某些具體實施例中，具有單一雷射來源，且該系統進一步包括至少一射束分離器，該射束分離器沿著多個路徑引導該單一雷射光束。
在某些具體實施例中，具有至少兩雷射來源，該等雷射來源發射至少兩雷射束。一或更多個具體實施例進一步包括至少一射束分離器，沿著多個路徑引導該至少兩雷射束之至少一雷射束。
在某些具體實施例中，該至少一雷射來源係被定位，因此當一基板存在於該系統中時，該雷射束係於該基板上大約50毫米。
在某些具體實施例中，該雷射束係為一連續雷射與一脈波雷射之一。
本發明之進一步具體實施例係指向處理一基板之方法。該基板依序接觸來自一氣體分配板材之一第一前驅物之流動與一第二前驅物之流動，以於該基板上形成一層。利用鄰近該氣體分配板材之至少一受引導雷射束，活化該第一前驅物與該第二前驅物之至少一項。
在某些具體實施例中，該第一前驅物與第二前驅物之每一項係流動自多數不同細長氣體埠口，且沿著該等細長氣體埠口之至少之一的長度引導該至少一雷射束。
某些具體實施例進一步包括脈動該雷射束，以與該第一前驅物與第二前驅物之一或更多項的流動一致。
10‧‧‧承載閉鎖腔室
15‧‧‧隔離閥
20‧‧‧處理腔室
30‧‧‧氣體分配板材
32‧‧‧氣體注入器
60‧‧‧基板
61‧‧‧第一表面
65‧‧‧載體
67‧‧‧頂表面
68‧‧‧凹部
70‧‧‧滑軌
90‧‧‧輻射加熱燈
100‧‧‧系統
110‧‧‧第一表面
120‧‧‧注入器
125‧‧‧氣體埠口
130‧‧‧注入器
135‧‧‧氣體埠口
140‧‧‧注入器
145‧‧‧氣體埠口
150‧‧‧氣室
155‧‧‧真空埠口
160‧‧‧分隔
171‧‧‧雷射來源
172‧‧‧雷射束
173‧‧‧第二雷射束
174‧‧‧分離器
175‧‧‧鏡面
177‧‧‧窗口
198‧‧‧箭頭
300‧‧‧集成工具
304‧‧‧中央傳遞腔室
310‧‧‧基板機器手
320‧‧‧承載閉鎖腔室
因此本發明上述特徵係可透過以上簡短之【發明內容】的方式所達成並可詳細瞭解，並可藉由參考本發明於該等伴隨圖式中所描繪之該等具體實施例獲得本發明更特定的敘述。然而，要注意的是該等伴隨圖式僅描繪本發明之典型具體實施例，因此不該視為本發明構想之限制，因為本發明也可以允許各種其他相等效果之具體實施例。
第1圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一原子層沈積腔室之一示意側視圖；第2圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例之一基座；第3圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一原子層沈積腔室之一部分立體圖； 第4圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一氣體分配板材之一示意橫斷面圖；第5圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一氣體分配板材與多數水平雷射之一示意橫斷面圖；第7圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一氣體分配板材與多數水平雷射之一示意橫斷面圖；第8圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一氣體分配板材與多數水平雷射之一示意橫斷面圖；第9圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一氣體分配板材之一示意橫斷面圖；第10圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，該等雷射相關於一氣體分配板材之配置的示意圖；第11圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，該等雷射相關於一氣體分配板材之配置的示意圖；第12圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，該等雷射相關於一氣體分配板材之配置的示意圖；及第13圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例之一集成工具。
本發明之具體實施例係指向原子層沈積設備與方法，以提供基板之改良移動。本發明某些具體實施例係指向一種整合氣體分配板材、往復線性運動與一水平雷射之原子層沈積設備(也稱為循環沈積作用)。
本發明之具體實施例使用一或更多個雷射，以刺激原子層沈積(ALD)反應器中之多數氣相前驅物，該等前驅物則以水平分離方式引入該ALD反應器中。此方法具有提高前驅物分解效率的優點，並可提高飽和率及/或活化/催化該反應。目前ALD製程的挑戰，在於因清空與填充而依序引入至該反應器之該兩者前驅物，所造成的處理速度延遲。本發明之具體實施例利用不同波長的雷射(紅外光(IR)、紫外線(UV)準雷射分子)，應用熱解(加熱)與光解的協助，透過多數前驅物之直接解離或催化分解的方式，進行有效的解離。
第1圖為根據本發明一或更多個具體實施例，一原子層沈積系統100或反應器之一示意橫斷面圖。該系統100包含一承載閉鎖腔室10與一處理腔室20。該處理腔室20一般而言以可密封方式包圍，並於真空或至少低壓下操作。該處理腔室20透過一隔離閥15與該承載閉鎖腔室10隔離。該隔離閥15於一關閉位置中，使該處理腔室20與該承載閉鎖腔室10密封，並允許從該承載閉鎖腔室10穿過該閥傳輸一基板60至該處理腔室20，或是於一開啟位置反向操作。
該系統100包含一氣體分配板材30，能夠跨及一基板60分配一或更多種氣體。該氣體分配板材30可為該領域技術人員所已知之任何適用分配板材，而所敘述之該等特定氣體分配板材不應做為本發明構想之限制。該氣體分配板材30的輸出面係面向該基板60之該第一表面61。
與本發明該等具體實施例一起使用之多數基板可為 任何適用的基板。在某些具體實施例中，該基板係為剛性、分離、一般而言係為平坦的基板。當在此規格書與該等附加申請專利範圍之中使用時，於參考一基板使用該用語「分離」時，意指該基板具有一固定尺寸。某些具體實施例之該基板係為一半導體晶圓，像是直徑200毫米或300毫米的矽晶圓。
該氣體分配板材30包括複數個氣體埠口與複數個真空埠口，該等氣體埠口傳輸一或更多個氣流至該基板60，而該等真空埠口位於每一氣體埠口之間，並將該等氣流傳輸離開該處理腔室20。在第1圖之具體實施例中，該氣體分配板材30包括一第一前驅物注入器120、一第二前驅物注入器130與一淨化氣體注入器140。該等注入器120、130、140可由像是由一主機之(未圖示)系統電腦所控制，或是由像是一可編程邏輯控制器之腔室特用控制器所控制。該前驅物注入器120經配置以注入化合物A之反應前驅物連續(或脈波)氣流，穿過複數個氣體埠口125至該處理腔室20之中。該前驅物注入器130經配置以注入化合物B之反應前驅物連續(或脈波)氣流，穿過複數個氣體埠口135至該處理腔室20之中。該淨化氣體注入器140經配置以注入一不反應或淨化氣體之連續(或脈波)氣流，穿過複數個氣體埠口145至該處理腔室20之中。該淨化氣體協助從該處理腔室20移除反應材料與反應副產物。該淨化氣體一般而言為惰性氣體，像是氮氣、氬氣或氦氣。多數氣體埠口145係位於該等氣體埠口125與該等氣體埠口135之間，以從該化合物B之前驅物分離該化合物A之前驅物，藉此避免在該等前驅物之間的交叉污染， 並避免發生氣相反應。
在另一態樣中，在注入該等前驅物至該腔室20之前，可以連接一(未圖示)遠端電漿源至該前驅物注入器120與該前驅物注入器130。可透過在該遠端電漿源之中對一化合物施加一電場的方式，產生該等反應物種的電漿。可以使用任何能活化該等預期化合物的電源。例如，可以使用以充電技術為基礎之直流電、射頻(RF)與微波的電力來源。若使用RF電源，可為電容耦合或電感耦合。此活化也可利用以熱為基礎的技術、氣體崩解技術、高強度光源(例如，紫外線能量)或暴露於X射線來源下而產生。從店家所可得之示例遠端電漿源則像是MKS Instruments,Inc.與Advanced Energy Industries,Inc.。
該系統100進一步包含與該處理腔室20連接之一幫浦系統150。該幫浦系統150一般而言經配置以將該等氣流透過一或更多個真空埠口155抽空離開該處理腔室20。該等真空埠口155係位於每一氣體埠口之間，以在該等氣流與該基板表面反應之後，將該等氣流抽空離開該處理腔室20，而進一步限制該等前驅物之間的交叉污染。
該系統於該處理腔室20上於每一埠口之間包含複數個分隔160。每一分隔160之一下方部分延伸靠近於該基板60之該第一表面61，例如，相離該第一表面61大約0.5毫米。在該等氣流與該基板表面反應之後，此距離應該使該等分隔160之下方部分與該基板表面之間，以足以讓氣流朝向該等真空埠口155流動環繞該等下方部分的一距離相隔。多數箭頭 198係指示該等氣流的方向。因為該等分隔160係操作為該等氣流之實體阻障層，因此同時限制該等前驅物之間的交叉污染。所圖示之佈置僅為示例，不應視為本發明構想之限制。該領域技術人員將可瞭解到該圖示氣體分配系統僅為一種可能的分配系統，並可以運用具有多數噴淋頭之其他形式與氣體分配系統。
操作上，輸送一基板60至該承載閉鎖腔室10，並放置於一載體65上(例如，由一機器人輸送)。在開啟該隔離閥15之後，沿著該滑軌70移動該載體65，該滑軌70可為一軌道或框架系統。一旦該載體65進入該處理腔室20，關閉該隔離閥15，密封該處理腔室20。接著移動該載體65穿過該處理腔室20進行處理。在一具體實施例中，該載體65於一線性路徑移動穿過該腔室。
隨著該基板60移動穿過該處理腔室，該基板60之該第一表面61便重複地暴露於來自該等氣體埠口125之化合物A之前驅物，以及來自該等氣體埠口135之化合物B之前驅物，並於之間暴露於來自該等氣體埠口145之淨化氣體。該淨化氣體的注入係經設計以在將該基板表面110暴露於該次一前驅物之前，移除來自該先前前驅物之未反應材料。在每一次暴露於該等各種氣流之後(例如，該等前驅物或該淨化氣體)，該等氣流便由該幫浦系統150透過該等真空埠口155抽離。因為在每一氣體埠口之兩側上都配置有一真空埠口，因此該等氣流便可透過兩側上之該等真空埠口155抽離。因此，流自於該等個別氣體埠口之該等氣流便朝向該基板60 之該第一表面61垂直朝下，跨過該第一表面110，環繞該等分隔160之該等下方部分，並最後朝上朝向該等真空埠口155。在此方法中，可以跨及該基板表面110均勻分配每一氣體。多數箭頭198則指示該氣流的方向。
也可以在暴露於該等各種氣流的同時旋轉該基板60。基板旋轉係有助於避免在該等形成層中形成條狀結構。基板旋轉可為連續或於不連續步驟中進行。在使用不連續旋轉步驟時，有利的是在該基板位於該氣體分配板材之前及/或之後的位置中時，旋轉該基板。
一般而言在該處理腔室20之端部提供足夠的空間，以確保能在該處理腔室20中完整暴露於該最後氣體埠口。一旦該基板60抵達該處理腔室20之端部處(換言之，該第一表面61已經完全暴露於該腔室20中的每一氣體埠口)，該基板60便回頭朝向該承載閉鎖腔室10的方向。隨著該基板60回頭朝向該承載閉鎖腔室10移動，該基板表面可以該第一次暴露的反向順序，再次暴露於化合物A之該前驅物、該淨化氣體以及化合物B之該前驅物。
可以例如利用該每一氣體從該氣體埠口流出的流率以及該基板60的移動率，決定該基板表面110暴露於每一氣體的範圍。在一具體實施例中，該每一氣體的流率係經配置，以不致於從該基板表面110移除該等被吸收之前驅物。在每一分隔之間的寬度、位於該處理腔室上該等氣體埠口的數量以及該基板被回傳的次數等等，也可以決定該基板表面110暴露於該等各種氣體的範圍。因此，一沈積薄膜的質量可以 透過改變該等以上提及之因子進行最佳化。
在某些具體實施例中，該系統100可以包含一前驅物注入器120與一前驅物注入器130，但不具有一淨化氣體注入器140。因此，隨著該基板60移動穿過該處理腔室20，該基板表面110將交替暴露於化合物A之該前驅物與化合物B之該前驅物，但在之間並不暴露於該淨化氣體。
第1圖圖示之該具體實施例具有該氣體分配板材30，位於該基板上方。雖然該等具體實施例已經針對此直立方向敘述與圖示，但應該瞭解到倒轉方向也是可能的。在此情況中，該基板60之該第一表面61將面朝下，而朝向該基板之該等氣體流則被引導朝上。
在一或更多個具體實施例中，該系統100經配置以處理複數個基板。在所述之具體實施例中，該系統100可以包含一第二承載閉鎖腔室(位於該承載閉鎖腔室10之相對端處)以及複數個基板60。該等基板60可被輸送至該承載閉鎖腔室10，並從該第二承載閉鎖腔室取回。
第一圖之具體實施例包含至少一雷射171，該雷射171具備一準直光束，沿著該氣體分配板材30與該基板60之間之該等細長氣體埠口之至少一埠口，引導該準直光束。當在此規格書與該等附加申請專利範圍中使用時，該等用詞「雷射」、「雷射束」、「準直光」與其他類似用詞根據該上下文係用以描述與產生一雷射束相關之該實體硬體以及該雷射束本身兩者。如將由該領域技術人員所良好知悉，沿著該至少一細長氣體埠口引導該「雷射」的敘述，係意指沿著 該等氣體埠口引導該雷射光。
該沈積系統100包含至少一(未圖示)雷射來源，該雷射來源則發射一雷射束。當在此規格書與該等附加申請專利範圍中使用時，該用詞「雷射來源」意指可以發射一準直光束的任何裝置。適用的雷射來源包含雷射二極體，但並不限制於此。當在此規格書與該等附加申請專利範圍中使用時，該用詞「雷射束」意指由一雷射來源所產生之同調光束。該等用詞「雷射束」、「雷射」、「光束」、「準直光」、「同調光」與其他類似用詞係可互換使用，以描述由一雷射來源所發射之光束。
某些前驅物在可於該ALD製程中使用之前必須被活化。活化可以是簡單的形成一種激發物種，該激發物種可以與具有較低活化能量阻障層之該基板表面(或該表面上之薄膜)反應。某些前驅物需要一種催化劑以進行活化，而該催化劑可以由該雷射活化以提高該催化效果。在某些具體實施例中，該雷射具有足夠的功率與頻率以引發一局部電漿現象。可以使用該雷射，藉由在平行相鄰於該基板表面之一區域中進行該等反應氣體之雷射促成活化的方式，在該腔室中光解產生一有用的前驅物。在某些具體實施例中，使用該雷射光，以引導該雷射光平行並相鄰於該基板的方式，光解產生一種促成該等反應氣體活化之催化物種。
適用之雷射可為連續波或脈波雷射(例如，奈秒級與飛秒級雷射)。該雷射之波長可對應於由該等特定前驅物所需要之活化能量所改變。紫外線、可見光、紅外線、近紅 外線雷射與其他雷射都可以使用。例如，氟化氬(ArF)雷射係發射大約193nm(6.4eV)的光束，可利用光解方式活化氨，以產生NH及NH2物種。其他示例雷射則包含CO2雷射。此外，可以在相同氣體注入器處，或於不同氣體注入器處同時運用多於一種的雷射形式。
該雷射來源可被定位，以沿著任何或全部之該等細長氣體埠口引導一或更多個光束。該雷射來源可位於該腔室之中，或位於該腔室外側。在某些具體實施例中，該雷射來源係位於該腔室外側，以避免在該雷射鏡頭上沈積材料。當該雷射來源位於該腔室外側時，於該腔室之至少一壁部上具備一窗口，以允許該光束進入該處理區域。該窗口的尺寸與形狀可以根據該系統之雷射佈置與所需要之雷射束路徑而改變。
根據該活化模態、該等被使用之前驅物與所需要之薄膜，以及其他因素與該雷射於該腔室之中的位置，可以直接引導該雷射束沿著該等細長氣體注入器之任一的長度，以活化從該注入器流動之氣相物種。例如，若該第一前驅物需要活化反應，便可以沿著該第一前驅物注入器的前方，或在需要且存在多於一個注入器時，沿著該所有第一前驅物注入器的前方引導該雷射束。可以隨需要沿著該等前驅物注入器、該等淨化氣體注入器以及該等真空埠口引導該雷射束。在某些具體實施例中，係引導該(等)雷射沿著該等第一反應氣體注入器之每一個以及該至少一第二反應氣體注入器之一或更多個注入器的長度。
可以沿著一淨化氣體注入器的長度引導該雷射，以轉換該另一惰性氣體成為在形成薄膜時有用的狀態。例如，該第一前驅物可以位於該基板表面上，而接著在暴露於該第二前驅物之前，流動跨過該表面之該另一惰性氣體可以活化該等表面物種。
可以在離開該基板表面一距離處，該氣體分配板材之前方引導該雷射束。相距該基板表面之距離則可根據該等前驅物而改變。例如，在相距該基板的有效距離中，由該雷射產生之該等自由基(被活化物種)的生命期便可為一因子。當該被活化物種具有較短生命期時，位較靠近於該基板表面之雷射束將較為有用。在某些具體實施例中，該雷射束的定位係使當該基板存在於該系統中時，該雷射束係於該基板表面上大約100毫米處，或於該基板表面上大約50毫米。在某些具體實施例中，該雷射束係於該基板表面上大約45毫米、40毫米、35毫米、30毫米、25毫米、20毫米、15毫米、10毫米、9毫米、8毫米、7毫米、6毫米、5毫米、4毫米、3毫米、2毫米、1毫米或0.5毫米。在某些具體實施例中，該雷射束具有大約0.5毫米至大約1米範圍間的寬度。在一或更多個具體實施例中，該雷射束具有大約1毫米至大約0.5米範圍間的寬度。在整體處理中，該束的寬度可為靜態或動態。可以運用複數個雷射使該束較寬。可以利用任何已知之技術進行束的成形或操縱，包含使束成為圓柱形或利用繞射光學技術，但並不限制於此。
該雷射功率可以由一分開的(未圖示)控制器所控 制。可以使用該控制器改變該雷射的功率，包含在處理該基板期間開啟或關閉該雷射。例如，僅使用該雷射沈積該第一少量ALD層，並在此時可以關閉該雷射可能是有用的。此外，該控制器可以啟動並調節多數雷射，以允許在處理期間於多數雷射之間快速切換。例如，可利用一UV雷射或由一IR雷射所產生氫自由基活化聯氨。該控制器可以在該UV雷射與IR雷射之間快速切換，以產生兩者物種。
在某些具體實施例中，該載體65為用於運載該基板60之一承受體66。一般而言，該承受體66係為協助遍及該基板形成均勻溫度的一種載體。該承受體66可於該承載閉鎖腔室10與該處理腔室20之間，於雙方向中(相對於第1圖的佈置，於左向右及右向左方向中)移動。該承受體66具有一頂表面67，用以運載該基板60。該承受體66可為一受熱承受體，因此該基板60在處理期間便被加熱。做為一示例，該承受體66可由位於該承受體66下方之多數輻射加熱燈90、一加熱版、多數電阻線圈或是其他加熱裝置所加熱。
在一或更多個具體實施例中，該承受體66之頂表面67包含一凹部68，該凹部68經配置以接收該基板60，如第2圖所示。該承受體66一般而言較該基板厚度為厚，因此於該基板下方存在一承受體材料。在某些具體實施例中，該凹部68經配置，因此當該基板60位於該凹部68內側時，該基板60之該第一表面61係與該承受體66之頂表面67同水平。換句話說，某些具體實施例之該凹部68係經配置，因此當一基板60位於其中時，該基板60之該第一表面61並不凸出於 該承受體66之頂表面67上方。
第3圖圖示根據本發明一或更多個具體實施例，一處理腔室20之一部分橫斷面圖。該處理腔室20具有至少一氣體分配板材30、一窗口177與位於該腔室20外側之至少一雷射來源171，該雷射來源171引導雷射光172穿過該窗口177進入該處理腔室20之中。
在具備一窗口177之多數具體實施例中，可能在該窗口177上沈積薄膜，如在該處理腔室任何其他部分上沈積一樣。然而，在該窗口177上沈積可能造成像是降低達到該靶材區域(換言之，該氣體分配板材30)之雷射強度、使雷射強度無法達到該靶材區域，以及形成雷射散射的結果。因此，某些實施例之窗口177係被加熱，以使該窗口上的沈積最小化。該窗口177可以利用任何適宜的方式加熱，包含引導至該窗口處之多數加熱燈、位於該窗口邊緣附近之加熱元件(例如，陶瓷加熱器、電阻加熱器)，以及引導至該窗口處之多數陶瓷熱源，但不限制於此。
另一具體實施例於該窗口177與該氣體分配板材30之間包含一淨化氣體流。該淨化氣體流可以協助將該窗口177與來自該氣體分配板材30之多數反應氣體隔離。為了包含一淨化氣體流，該處理腔室可以包含一或更多個淨化氣源、一淨化氣體流控制器與一淨化氣體注入器。該淨化氣體的流動可為連續或脈波氣流。在某些具體實施例中，為了使隔離該窗口之淨化氣體效益最大化，該淨化氣流係為連續氣流。可引導該淨化氣流至該處理腔室的任何位置，而不只是引導至 該窗口的區域中。例如，環繞該完整腔室主體可以存在一或更多個淨化氣流(換言之，不同的淨化氣體注入器)，以在來自於該氣體分配板材之該等氣體與該腔室之該等壁部之間，協助形成一阻障層。
在某些具體實施例中，該處理腔室20包含一基板載體65，該基板載體65沿著垂直於該等細長氣體注入器之一軸，沿著一線性往復路徑移動一基板。當在此規格書與該等附加申請專利範圍中所使用時，該用詞「線性往復路徑」係指一直線或輕微彎曲路徑，而該基板可以在該路徑中向後及向前移動。換句話說，該基板載體可經配置以垂直於該等細長氣體注入器之軸，於向後及向前動作中，相對於該氣體注入器單元往復移動一基板。如第3圖圖示，該載體65係被支撐於多數軌道74上，該等軌道74可以從左到右及從右到左往復移動該載體65，或可以在移動期間支撐該載體65。可利用該領域技術人員所知之許多機制完成該移動。例如，一步進馬達可以驅動該等軌道之一，該軌道接著可以與該載體65互動，以形成該基板60之往復移動。在某些具體實施例中，該基板載體經配置以沿著垂直於該等細長氣體注入器32，並位於該等細長氣體注入器32下方之一軸，沿著一線性往復路徑移動一基板60。在某些具體實施例中，該基板載體65經配置以從該氣體分配板材30前方中之一區域76，傳輸該基板60至該氣體分配板材30之後之一區域77，因此，該完整基板60表面便通過由該氣體分配板材30所佔據之一區域78。
第4圖至第9圖圖示根據本發明一或更多個具體實 施例，多數氣體分配板材30之側視橫斷面圖。在這些圖示中使用的文字代表可在該系統中使用之某些該等不同氣體。做為參照，A為一第一反應氣體、B為一第二反應氣體、C為一第三反應氣體、P為一淨化氣體而V為真空。當在此規格書與該等附加申請專利範圍中所使用時，該用詞「反應氣體」係指可以與該基板、一薄膜或該基板表面上之部分薄膜反應之任何氣體。反應氣體之非限制性示例包含鉿前驅物、鉭前驅物、水、鈰前驅物、過氧化物、鈦前驅物、臭氧、電漿、III至V族元素、氨及聯氨。淨化氣體可為不與所接觸之該等物種或表面反應之任何氣體。淨化氣體之非限制性示例包含氬、氮及氦。
在某些具體實施例中，於該氣體分配板材30之任一端部上之該等反應氣體注入器係為相同，因此由通過該氣體分配板材30之一基板所見之該第一與最後反應氣體係為相同。例如，若該第一反應氣體為A，則該最後反應氣體也同為A。若A與B交換，則該基板所見之該第一與最後氣體則為B。
參考第4圖，某些具體實施例之該氣體分配板材30包含複數個細長氣體注入器，該等細長氣體注入器包含至少兩第一反應氣體注入器A與至少一第二反應氣體注入器B，B為與該等第一反應氣體注入器A之氣體不同的氣體。該等第一反應氣體注入器A係與一第一反應氣體流體連通，而該等第二反應氣體注入器B係與一第二反應氣體流體連通，該第二反應氣體則與該第一反應氣體不同。引導多數雷射束172 穿過該等第二反應氣體注入器B之路徑，以活化來自該等注入器之氣相物種。該至少兩第一反應氣體注入器A係圍繞該至少一第二反應氣體注入器B，因此從左至右移動之一基板係依序遇到該前導第一反應氣體A、該第二反應氣體B與該在後第一反應氣體A，並在該基板上形成一完整層。沿著該相同路徑返回之一基板將遇見該等反應氣體之相反順序，而在每一完整循環中形成兩層。做為一有用的簡記，此配置可稱為一ABA注入器配置。跨及此氣體分配板材30向後及向前移動之一基板則遇見以下之脈波序列AB AAB AAB(AAB)n...AABA形成B的均勻薄膜合成物。於該序列端部處暴露於該第一反應氣體A並不重要，因為在此處並不接續一第二反應氣體B。由相關領域技術人員可瞭解的是，雖然該薄膜合成物係參照為B，但實際上該薄膜合成物為反應氣體A之表面反應產品與反應氣體B組成之一種產品，而只用B做為代號係為了方便敘述該等薄膜的目的。
第5圖為類似於第4圖之另一具體實施例，其中存在兩第二反應氣體B注入器，每一個第二反應氣體B注入器都由一第一反應氣體A注入器所圍繞。跨及此氣體分配板材30向後及向前移動之一基板則遇見以下之脈波序列ABAB AABAB(AABAB)n...AABABA形成B的均勻薄膜合成物。如第4圖之該具體實施例，沿著該等第二反應氣體B注入器引導多數雷射束172。但可瞭解的是，可以只沿著該等第二反應氣體B注入器之一，或任意 或所有該等第一反應氣體A注入器引導該雷射束172。第4圖與第5圖之具體實施例主要差異在於第5圖中每一完整循環(一向後與向前移動)將形成四層。
同樣的，第6圖及第7圖圖示不具備一在後第一反應氣體A注入器之該氣體分配板材30之多數具體實施例。在第6圖中，圖示該等雷射束172係於從該等第一反應氣體A注入器之該氣體的路徑中。在第7圖中，圖示該等雷射束172係於該第一反應氣體A注入器與之路徑中，而一第二雷射束173則於該第二反應氣體B注入器之路徑中。
第8圖圖示本發明另一具體實施例，其中該複數個氣體注入器32進一步包括一第三反應氣體C之至少一第三氣體注入器。至少兩第一反應氣體A注入器係圍繞該至少一第三反應氣體注入器。跨及此氣體分配板材30向後及向前移動之一基板則遇見以下之脈波序列AB AC AB AAB AC AB(AAB AC AB)n...AAB AC ABA形成BCB(BCB)n...BCB的薄膜合成物。同樣的，最後暴露於該第一反應氣體A係不重要的。在此，圖示之一雷射束172活化該第二反應氣體B，而圖示之一第二雷射束173可以與該雷射束172相同或不同，則活化該第三反應氣體C。同樣的，這只是一種示例，且不應該用於限制本發明之構想。
第9圖圖示一氣體分配板材30，包括多數淨化氣體P注入器以及多數外側真空V埠口。在圖示之具體實施例中，該氣體分配板材30包括連接至該幫浦系統150之至少兩幫浦氣室。該第一幫浦氣室150a係與該等真空埠口155流動連 通，該等真空埠口155則與該等氣體埠口125(之任一側)相鄰，該等氣體埠口125則與該等第一反應氣體A注入器32a、32c有關。該第一幫浦氣室150a係透過兩真空通道151a與該等真空埠口155連接。該第二幫浦氣室150b係與該等真空埠口155流動連通，該等真空埠口155則與該等氣體埠口135(之任一側)相鄰，該等氣體埠口135則與該第二反應氣體B注入器32b有關。該第二幫浦氣室150b係透過兩真空通道152a與該等真空埠口155連接。在此方法中，該第一反應氣體A與該第二反應器B係同時避免於該氣相中進行反應。與該等端部真空埠口155流動連通之該等真空通道，可為該第一真空通道150a或該第二真空通道150b，或一第三真空通道。該等幫浦氣室150、150a、150b可以具有任何適宜尺寸。該等真空通道151a、152a可以具有任何適宜尺寸。在某些具體實施例中，該等真空通道151a、152a具有大約22毫米的直徑。該等端部真空氣室150實質上只蒐集淨化氣體。另一真空管線蒐集來自該腔室之中的氣體。此四個排氣口(A、B、淨化氣體與腔室)可以分別或與下游一或更多個幫浦組合進行排氣，或與兩分開幫浦進行任意組合進行排氣。
本發明某些具體實施例係指向一種原子層沈積系統，包括一處理腔室，該處理腔室中具有一氣體分配板材。該氣體分配板材包括複數個氣體注入器，該等氣體注入器基本上以一真空埠口、一淨化氣體注入器、一真空埠口、一第一反應氣體注入器、一真空埠口、一淨化埠口、一真空埠口、一第二反應氣體注入器、一真空埠口、一淨化埠口、一真空 埠口、一第一反應氣體注入器、一真空埠口、一淨化埠口與一真空埠口的順序構成。當在此規格書與該等附加申請專利範圍之中使用時，該用詞「基本上以...構成」與其他類似用詞意指該氣體注入器係排除其他反應氣體注入器，但並不排除像是淨化氣體與真空管線的不反應氣體注入器。因此，在第4圖圖示之該具體實施例中，該額外的多數淨化氣體及/或真空埠口(例如，見第9圖)基本上仍將構成ABA，然而一第三反應氣體C注入器的添加(例如，見第8圖)基本上便不構成ABA。
該等雷射來源171之數量與佈置可以根據該特定處理要求所改變。第10圖圖示一具體實施例，其中存在兩分開之雷射來源171，該等雷射來源171跨及該氣體分配板材30發射兩分離雷射束172。第11圖圖示之具體實施例中，存在一雷射來源171，該雷射來源171發射一單一雷射束172，該單一雷射束172由一射束分離器174所分裂，而若具備鏡面175時該等分裂雷射束之一便被重新引導。該兩者分裂雷射束172係為不同的氣體注入器，使得藉由該射束分離器的協助沿著多數氣體注入器引導一單一雷射束。相關領域技術人員可瞭解的是可調整該雷射功率以在分裂之後維持足夠能量。也將瞭解在不偏離本發明構想下可具備與所描繪不同之其他鏡頭、鏡面與分離器。
第十二圖圖示另一具體實施例，其中一第一雷射來源171發射一第一雷射束172，該第一雷射束172由分離器174所分裂，並由鏡面175重新引導。一第二雷射來源171b 發射一第二雷射束173，該第二雷射束173由鏡面175b重新引導。該第一與第二雷射束172、173係在不同氣體注入器處引導跨及該氣體分配板材。在某些具體實施例中，沿著該相同氣體注入器的路徑引導該第一雷射束172與第二雷射束173。
本發明之額外具體實施例係指向多數集成工具，該等集成工具包括所敘述之至少一原子層沈積系統。該集成工具具有一中央部分，該中央部分具備從本身延伸之一或更多個分支。該等分支係為沈積或處理設備。相較於多數單獨工具而言，多數集成工具實質上需要較少的空間。該集成工具的中央部分可以包含至少一機器手臂，該機器手臂可以從一承載閉鎖腔室移動多數基板至該處理腔室之中，並在製程之後從該處理腔室移動該多數基板回到該承載閉鎖腔室。參考第13圖，一例證集成工具300包含一中央傳遞腔室304，該中央傳遞腔室304一般而言包含一多基板機器手310，該機器手310適合傳遞複數個基板進入並離開該承載閉鎖腔室320與該各種處理腔室20。雖然圖示之該集成工具300具備三個處理腔室20，但相關領域技術人員將可瞭解到可存在多於或少於3個處理腔室。此外，該等處理腔室可用於不同基板製程技術形式(例如，ALD、CVD、PVD)。
雖然在此已經參考多數特定具體實施例敘述本發明，但應該了解該等具體實施例僅為本發明多數原則與應用之例證。對相關領域技術人員而言明顯的是可再不背離本發明精神與構想下進行本發明方法與設備之各種修改與變化。 因此，預期本發明係包含落於該等附加申請專利範圍與其等價物之中之各種修改與變化。
10‧‧‧承載閉鎖腔室
15‧‧‧隔離閥
20‧‧‧處理腔室
30‧‧‧氣體分配板材
60‧‧‧基板
61‧‧‧第一表面
65‧‧‧載體
70‧‧‧滑軌
90‧‧‧輻射加熱燈
100‧‧‧系統
120‧‧‧注入器
125‧‧‧氣體埠口
130‧‧‧注入器
135‧‧‧氣體埠口
140‧‧‧注入器
145‧‧‧氣體埠口
150‧‧‧氣室
160‧‧‧分隔
155‧‧‧真空埠口
172‧‧‧雷射束
198‧‧‧箭頭

Claims (20)

  1. 一沈積系統，包括：一處理腔室；位於該處理腔室中之一氣體分配板材，該氣體分配板材具有複數個細長氣體埠口，以朝向一基板之一表面引導多數氣流，及至少一雷射來源，該雷射來源發射一雷射束，該雷射束係受引導沿著該氣體分配板材與該基板之間之該等細長氣體埠口之至少一埠口。
  2. 如請求項1所述之沈積系統，其中該氣體分配板材包括複數個第一反應氣體注入器，以朝向一基板引導一第一反應氣體的流動，以及至少一第二反應氣體注入器，以朝向一基板引導一第二反應氣體的流動，該第二反應氣體係與該第一反應氣體不同。
  3. 如請求項2所述之沈積系統，其中該至少一雷射束係受引導沿著該等第一反應氣體注入器之每一個注入器與該至少一第二反應氣體注入器之一或更多個注入器的長度。
  4. 如請求項1所述之沈積系統，其中具有單一雷射來源。
  5. 如請求項4所述之沈積系統，其中該單一雷射來源發射一雷射束，該雷射束係由至少一射束分離器所分裂，以沿著多個細長氣體注入器引導該單一雷射束。
  6. 如請求項1所述之沈積系統，其中具有至少兩雷射來源，該等雷射來源發射多數雷射束，並沿著一不同細長氣體注入器引導每一雷射束。
  7. 如請求項1所述之沈積系統，其中該至少一雷射來源係被定位，因此當一基板存在於該系統中時，該雷射束係於該基板上大約50毫米。
  8. 如請求項1所述之沈積系統，其中該雷射束係為一連續雷射與一脈波雷射之一。
  9. 如請求項1所述之沈積系統，其中該雷射來源係位於該處理腔室外側，且引導該雷射束穿過該處理腔室一壁部中之一窗口。
  10. 如請求項9所述之沈積系統，其中該窗口係被加熱。
  11. 如請求項9所述之沈積系統，進一步於該窗口與該氣體分配板材之間包括一淨化氣體流。
  12. 一沈積系統，包括：一處理腔室；位於該處理腔室中之一氣體分配板材，該氣體分配板材朝向一基板之一表面引導多數氣體的流動，及至少一雷射來源，該雷射來源具有一雷射束，該雷射束係受引導沿著該氣體分配板材與該基板之間，相鄰該氣體分配板材之一路徑。
  13. 如請求項12所述之沈積系統，其中具有單一雷射來源，且該系統進一步包括至少一射束分離器，該射束分離器沿著多個路徑引導該單一雷射束。
  14. 如請求項12所述之沈積系統，其中具有至少兩雷射來源，該等雷射來源發射至少兩雷射束。
  15. 如請求項14所述之沈積系統，進一步包括至少一射束分離器，該射束分離器沿著多個路徑引導該至少兩雷射束之至少一雷射束。
  16. 如請求項12所述之沈積系統，其中該至少一雷射來源係被定位，因此當一基板存在於該系統中時，該雷射束係於該基板上大約50毫米。
  17. 如請求項12所述之沈積系統，其中該雷射束係為一連續雷射與一脈波雷射之一。
  18. 一種處理一基板之方法，包括：依序使該基板接觸來自一氣體分配板材之一第一前驅物之流動與一第二前驅物之流動，以於該基板上形成一層；及利用鄰近該氣體分配板材之至少一受引導雷射束，活化該第一前驅物與該第二前驅物之至少一項。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該第一前驅物與第二前驅物之每一項係流動自多數不同細長氣體埠口，且沿著該等細長氣體埠口之至少之一的一長度引導該至少一雷射束。
  20. 如請求項18所述之方法，進一步包括脈動該雷射束，以與該第一前驅物與該第二前驅物之一或更多項的流動一致。
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