TWI624560B - 用於原子層沉積的氣體分配板及原子層沉積系統 - Google Patents

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Abstract

茲提供包括氣體分配板的原子層沉積設備和方法，氣體分配板包含複數個細長(elongate)氣體埠口，且具沿著氣體分配板外部長度延伸的氣體簾幕(gas curtain)。亦提供包括氣體分配板的原子層沉積設備和方法，氣體分配板具有複數個具氣體簾幕的細長氣體埠口。

Description

用於原子層沉積的氣體分配板及原子層沉積系統 【交互參照之相關申請案】
本申請案係西元2011年3月1日申請的美國專利申請案第13/037,992號的部分連續案，該部分連續案以引用方式併入本文中。
本發明的實施例大體關於沉積材料的設備和方法。更特定言之，本發明的實施例係針對原子層沉積腔室，該腔室在特定區域內含有製程氣體，以防止製程氣體洩漏出處理區域及污染處理腔室。
在半導體處理、平面顯示器處理或其他電子裝置處理的領域中，氣相沉積製程在沉積材料至基板方面扮演了重要的角色。隨著電子裝置的幾何形狀持續微縮，裝置密度持續增加，特徵結構的尺寸和深寬比變得更具侵略性，例如特徵結構尺寸為0.07微米(μm)，深寬比為10或以上。因而以共形沉積材料來形成該等裝置日益重要。
在原子層沉積(ALD)製程期間，反應物氣體引入含有基板的沉積腔室。通常，第一反應物引入處理腔室及吸附於基板表面。第二反應物引入處理腔室及與第一反應物反應而形成沉積材料。可進行淨化步驟，以確保反應只會在基板表面發生。淨化步驟可使用載氣連續淨化或在輸送反應物氣體間脈衝淨化。
在一些空間ALD氣體分配設備中，氣體可能洩漏出處理區域及污染腔室。此將造成微粒與腐蝕問題。本發明的實施例可防止製程氣體洩漏出處理區域，因而無微粒與腐蝕問題。
故此領域仍需以原子層沉積處理基板的改良設備和方法。
本發明的實施例係針對氣體分配板，氣體分配板包含主體，主體具有長度、寬度、左側、右側和正面。主體具有複數個細長氣體埠口且於正面處有開口。細長氣體埠口沿著主體寬度延伸。左氣體簾幕(gas curtain)流道沿著毗連主體左側的主體長度延伸，並制囿至少一些的複數個細長氣體埠口。右氣體簾幕流道沿著毗連主體右側的主體長度延伸，並制囿(bound)至少一些的複數個細長(elongate)氣體埠口。
在一些實施例中，一或更多的左氣體簾幕流道和右氣體簾幕流道制囿所有的細長氣體埠口。在一或更多實施例中，一或更多的左氣體簾幕流道和右氣體簾幕流道制囿少於所有的細長氣體埠口。
在一些實施例中，一或更多的左氣體簾幕流道和右氣體簾幕流道包含淨化氣體簾幕流道。在一或更多實施例中，一或更多的左氣體簾幕流道和右氣體簾幕流道包含真空簾幕流道。在一些實施例中，一或更多的左氣體簾幕流道和右氣體簾幕流道包含淨化氣體簾幕流道和真空簾幕流道。在一或更多實施例中，淨化氣體簾幕流道位於真空簾幕流道與複數個細長氣體埠口之間。在一些實施例中，真空簾幕流道位於淨化氣體簾幕流道與複數個細長氣體埠口之間。
在一些實施例中，複數個細長氣體埠口包含流體連通第一反應氣體的至少一第一反應氣體埠口和流體連通第二反應氣體的至少一第二反應氣體埠口，且第二反應氣體不同於第一反應氣體。在一或更多實施例中，複數個細長氣體埠口依序實質由前導(leading)第一反應氣體埠口、第二反應氣體埠口和尾隨(trailing)第一反應氣體埠口所組成。在一些實施例中，複數個細長氣體埠口進一步包含位於前導第一反應氣體埠口與第二反應氣體埠口間的淨化氣體埠口和位於第二反應氣體埠口與尾隨第一反應氣體埠口間的淨化氣體埠口，各淨化氣體埠口與反應氣體埠口由真空埠口分開。在一或更多實施例中，細長氣體埠口在前導第一反應氣體埠口前與第二反應氣體埠口後依序包含真空埠口、淨化氣體埠口和另一真空埠口。
在一些實施例中，複數個細長氣體埠口包含第一反應氣體埠口與第二反應氣體埠口的至少一重複單元。在一或更多實施例中，有2至24個該重複單元。
本發明的附加實施例係針對原子層沉積系統。ALD系統包含處理腔室、如所述任一實施例的氣體分配板和基板載具。基板載具能相對氣體分配板，以來回移動方式，沿著垂直細長氣體注入器軸線的軸線往復移動基板。
在一些實施例中，基板載具使基板旋轉。在一或更多實施例中，旋轉係連續的。在一些實施例中，旋轉係分階段的。在一些實施例中，每一階段旋轉係在基板載具不鄰接氣體分配板時進行。
10‧‧‧負載鎖定室
15‧‧‧隔離閥
20‧‧‧處理腔室
30‧‧‧氣體分配板
31‧‧‧注入單元
32、32a-c‧‧‧注入器
33‧‧‧溝槽
60‧‧‧基板
61‧‧‧表面
65‧‧‧載具
66‧‧‧基座
67‧‧‧頂表面
68‧‧‧凹部
70‧‧‧軌道
74‧‧‧軌條
76-78‧‧‧區域
90‧‧‧加熱燈具
97、98‧‧‧延伸部
100‧‧‧沉積系統
110‧‧‧表面
120、130、140‧‧‧注入器
120a‧‧‧氣體供應氣室
121a‧‧‧流道
125、135、145、155‧‧‧埠口
150‧‧‧泵送系統
150a-b‧‧‧泵送氣室
151a、152a‧‧‧流道
160‧‧‧隔板
198‧‧‧箭頭
200‧‧‧主體
201‧‧‧前面
202‧‧‧左側
203‧‧‧右側
210-213‧‧‧簾幕流道
300‧‧‧叢集工具
304‧‧‧移送室
310‧‧‧機器人
320‧‧‧負載鎖定室
為讓本發明的上述概要特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，部分實施例乃圖示在附圖。然應注意所附圖式僅說明本發明典型實施例，故不宜視為限定本發明範圍，因為本發明可接納其他等效實施例。
第1圖圖示根據本發明一或更多實施例的原子層沉積腔室側視圖；第2圖圖示根據本發明一或更多實施例的基座；第3圖圖示根據本發明一或更多實施例的原子層沉積腔室局部透視圖；第4A圖及第4B圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板的視圖；第5圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板截面圖；第6圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板截面圖； 第7圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板正面示意圖；第8圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板截面圖；第9圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板正面示意圖；第10圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板截面圖；第11圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板正面示意圖；第12圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板正面示意圖；第13圖圖示根據本發明一或更多實施例的氣體分配板正面示意圖；及第14圖圖示根據本發明一或更多實施例的叢集工具。
本發明的實施例係針對原子層沉積設備和方法，藉以改善基板的移動。本發明的特定實施例係針對併入氣體分配板的原子層沉積設備(亦稱作循環沉積)，且氣體分配板具有精細構造和往復直線移動。
本發明的實施例大體係關於空間原子層沉積設備。特別地，本發明的實施例描述如何將製程遏制在某一區域內，及防止製程氣體洩漏出處理區域而污染處理腔室。在一 些空間ALD型氣體分配設備中，氣體可能洩漏出處理區域及污染腔室。此將造成微粒與腐蝕問題。本發明的實施例可防止製程氣體洩漏出處理區域，因而無微粒與腐蝕問題。
本發明的一或更多實施例在空間ALD設備的所有邊緣處增設附加鈍氣淨化流道及/或排放流道。在一些實施例中，該等排放流道的壓力可防止製程氣體洩漏出設備區域。本發明的實施例有助於將製程氣體、任何副產物及/或殘渣遏制在設備(處理區域)內，以使整個處理腔室保持乾淨、免除微粒與腐蝕問題、增加零件壽命，進而降低成本及縮短定期維護時間。
第1圖係根據本發明一或更多實施例，原子層沉積系統100或反應器的側視圖。系統100包括負載鎖定室10和處理腔室20。處理腔室20通常係在真空或至少在低壓下操作的可密封封閉區。隔離閥15隔開處理腔室20和負載鎖定室10。處於關閉位置的隔離閥15可自負載鎖定室10密封處理腔室20，及容許基板60從負載鎖定室10經由閥傳送到處理腔室20，處於打開位置時亦然。
系統100包括氣體分配板30，氣體分配板30能分配一或更多氣體遍及基板60。氣體分配板30可為熟諳此技術者已知的任何適合分配板，所述特定氣體分配板不應視為限定本發明範圍。氣體分配板30的輸出面面對基板60的第一表面61。
配合本發明實施例使用的基板可為任何適合基板。在詳細實施例中，基板係剛性、不連續且通常為平面基板。 本說明書與後附申請專利範圍以「不連續」一詞描述基板時係指基板具有固定尺寸。特定的基板實施例係半導體晶圓，例如直徑為200毫米(mm)或300mm的矽晶圓。
氣體分配板30包含配置以輸送一或更多氣流至基板60的複數個氣體埠口和設在各氣體埠口間且配置以輸送氣流離開處理腔室20的複數個真空埠口。在第1圖的詳細實施例中，氣體分配板30包含第一前驅物注入器120、第二前驅物注入器130和淨化氣體注入器140。注入器120、130、140可由系統電腦(未圖示，例如主機)或腔室專用控制器(例如可程式邏輯控制器)控制。前驅物注入器120配置以經由複數個氣體埠口125注入連續(或脈衝)的化合物反應前驅物流A至處理腔室20。前驅物注入器130配置以經由複數個氣體埠口135注入連續(或脈衝)的化合物反應前驅物流B至處理腔室20。淨化氣體注入器140配置以經由複數個氣體埠口145注入連續(或脈衝)的不反應或淨化氣體至處理腔室20。淨化氣體配置以自處理腔室20移除反應材料和反應副產物。淨化氣體通常係鈍氣，例如氮氣、氬氣和氦氣。氣體埠口145設在氣體埠口125與氣體埠口135之間，以分離化合物前驅物A和化合物前驅物B，從而避免前驅物間交叉污染。
在另一態樣中，在注入前驅物至腔室20前，遠端電漿源(未圖示)可連接至前驅物注入器120和前驅物注入器130。藉由在遠端電漿源內施加電場至化合物，可產生反應物種電漿。可使用任何能活化預定化合物的電源。例如，可使 用應用DC、射頻(RF)和微波(MW)放電技術的電源。若使用RF電源，則RF電源可為電容或感應耦合。亦可利用熱應用技術、氣體分解、高密度光源(例如UV能)或曝照x射線源來產生活化。示例性遠端電漿源可取自諸如萬機科技股份有限公司(MKS Instruments,Inc.)和艾儀有限公司(Advanced Energy Industries,Inc.)等供應商。
系統100進一步包括連接至處理腔室20的泵送系統150。泵送系統150通常配置以經由一或更多真空埠口155將氣流抽出處理腔室20。真空埠口155設在各氣體埠口間，以於氣流與基板表面反應後，將氣流抽出處理腔室20，進而限制前驅物間交叉污染。
系統100包括複數個隔板160，隔板160設在各埠口間的處理腔室20上。各隔板下部靠近基板60的第一表面61延伸，例如離第一表面61約0.5mm。此距離宜讓隔板160下部與基板表面分離足以在氣流與基板表面反應後，使氣流繞流下部而流向真空埠口155的距離。箭頭198指示氣流方向。由於隔板160係操作做為氣流的物理阻障，因此隔板亦能限制前驅物間交叉污染。所示排列僅為舉例說明，故不應視為限定本發明範圍。熟諳此技術者將理解所示氣體分配系統僅為一可行分配系統，其他類型的噴淋頭和氣體分配系統當可使用。
操作時，基板60傳送到負載鎖定室10(例如由機器人)，及放到載具65上。打開隔離閥15後，載具65沿著軌道70移動，軌道70可為軌條或桁架系統(frame system)。 一旦載具65進入處理腔室20，隔離閥15即關閉及密封處理腔室20。隨後載具65移動通過處理腔室20以用於處理。在一實施例中，載具65按直線路徑移動通過腔室。
當基板60移動通過處理腔室20時，基板60的第一表面61反覆接觸出自氣體埠口125的化合物前驅物A與出自氣體埠口135的化合物前驅物B，及在二者間接觸出自氣體埠口145的淨化氣體。注入淨化氣體係為在基板表面110接觸下一前驅物前，移除未反應的前一前驅物材料。每次接觸不同氣流(例如前驅物或淨化氣體)後，利用泵送系統150，經由真空埠口155抽空氣流。由於真空埠口可設在各氣體埠口兩側，因而可經由兩側的真空埠口155抽空氣流。故氣流從各氣體埠口垂直往下流向基板60的第一表面61、越過第一表面110及環繞隔板160的下部，最後往上流向真空埠口155。如此可使各氣體均勻遍佈基板表面110。箭頭198指示氣流方向。基板60亦可於接觸各種氣流時旋轉。基板旋轉有助於避免在形成層中形成條紋。基板可持續旋轉或按不連續階段轉動。
處理腔室20的末端通常會提供足夠的空間，以確保處理腔室20的最後一個氣體埠口完全暴露。一旦基板60抵達處理腔室20的末端(即第一表面61徹底接觸腔室20的每一氣體埠口)，基板60即朝負載鎖定室10的方向返回。當基板60移動回到負載鎖定室10時，基板表面將依與第一次接觸相反的順序再次接觸化合物前驅物A、淨化氣體和化合物前驅物B。
基板表面110接觸各氣體的程度例如取決於出自氣體埠口的各氣體流率和基板60的移動速率。在一實施例中，各氣體的流率係配置成不會自基板表面110移除吸附前驅物。各隔板間的寬度、設於處理腔室20上的氣體埠口數量和基板來回通過的次數亦決定了基板表面110接觸各種氣體的程度。因此，可改變上述因子，以最佳化沉積膜的份量與品質。
在另一實施例中，系統100包括前驅物注入器120和前驅物注入器130，而無淨化氣體注入器140。故當基板60移動通過處理腔室20時，基板表面110將交替接觸化合物前驅物A和化合物前驅物B，且在二者之間不會接觸淨化氣體。
第1圖所示實施例具有氣體分配板30於基板上方。雖然所述實施例係就直立定向加以說明，但應理解相反定向亦可行。在此情況下，基板60的第一表面61將面朝下，氣流則往上導向基板。
在又一實施例中，系統100配置以處理複數個基板。在此實施例中，系統100包括第二負載鎖定室(設於負載鎖定室10的相對端)和複數個基板60。基板60可傳送到負載鎖定室10及自第二負載鎖定室取回。
在一或更多實施例中，至少一輻射加熱燈具90設置以加熱基板的第二側邊。輻射加熱源通常設在氣體分配板30的對側(以基板為基準)。在該等實施例中，氣體簾幕板由能讓輻射加熱源的至少一些光穿透的材料製成。例如，氣體簾幕板可由石英製成，以讓可見光源的輻射能通過板體及接 觸基板背側，從而提高基板溫度。
在一些實施例中，載具65係用於承載基板60的基座66。通常，基座66係協助在基板各處形成均一溫度的載具。基座66可在負載鎖定室10與處理腔室20間朝二方向移動(相對第1圖配置從左到右和從右到左)。基座66具有頂表面67，用以承載基板60。基座66可為加熱基座，藉以加熱基板60供處理用。例如，基座66可由設在基座66底下的輻射加熱燈具90、加熱板、電阻線圈或其他加熱裝置加熱。
在再一實施例中，如第2圖所示，基座66的頂表面67包括凹部68，凹部68配置以接受基板60。基座66通常比基板厚度厚，故基板底下會有基座材料。在詳細實施例中，凹部68配置以當基板60置於凹部68內時，基板60的第一表面61與基座66的頂表面67齊平。換言之，一些實施例的凹部68配置以當基板60放置於內時，基板60的第一表面61不會突出基座66的頂表面67。
第3圖圖示根據本發明一或更多實施例，處理腔室20的局部截面圖。處理腔室20具有氣體分配板30，氣體分配板30具有至少一氣體注入單元31。本說明書和後附申請專利範圍所用「氣體注入單元」一詞係描述氣體分配板30中能沉積不連續膜至基板表面的一系列氣體出口。例如，若以兩種成分組合物沉積不連續膜，則單一氣體注入單元將包括用於至少這兩種成分的出口。氣體注入單元31亦可於能沉積不連續膜的氣體出口內或周圍包括任何淨化氣體埠口或真空埠口。第1圖所示氣體分配板30由單一氣體注入單元31組成， 但應理解氣體分配板30當可包括超過一個氣體注入單元31。
在一些實施例中，處理腔室20包括基板載具65，載具65配置以沿著垂直細長氣體注入器的軸線且順著直線往復路徑移動基板。本說明書和後附申請專利範圍所用「直線往復路徑」一詞係指供基板來回移動的筆直或微彎路徑。換言之，基板載具可配置以相對氣體注入單元，以來回移動方式，沿著垂直細長氣體注入器的軸線往復移動基板。如第3圖所示，載具65可支撐在軌條74上，軌條74能從左到右及從右到左往復移動載具65，或能於移動時支撐載具65。可利用熟諳此技術者已知的許多機制來達成移動。例如，步進馬達可驅動軌條，進而與載具65互動，致使基板60往復移動。在詳細實施例中，基板載具配置以沿著垂直細長氣體注入器32的軸線並於下方順著直線往復路徑移動基板60。在特定實施例中，基板載具65配置以將基板60從氣體分配板30前的區域76傳送到氣體分配板30後的區域77，使整個基板60的表面通過氣體分配板30佔據的區域78。
第4A圖圖示根據本發明一或更多實施例，氣體分配板30的底部透視圖。參照第3圖及第4圖，每一氣體注入單元31包含複數個細長氣體注入器32。如第4A圖所示，細長氣體注入器32可具任何適合形狀或構造。圖左側的細長氣體注入器32係一連串密置孔洞。該等孔洞位於氣體分配板30中的溝槽33的底部。所示溝槽33延伸到氣體分配板30的末端，但應理解此僅為舉例說明，溝槽不一定要延伸到邊緣。中間的細長氣體注入器32係一連串密置矩形開口。相對於位 於溝槽33內，所示注入器係直接置於氣體分配板30的板面上。詳細實施例的溝槽深度為約8mm，寬度為約10mm。第4A圖右側的細長氣體注入器32係兩個細長流道。第4B圖圖示氣體分配板30的局部側視圖。更多部分與說明涵蓋在第11圖內。第4B圖圖示單一泵送氣室150a與真空埠口155的關係。泵送氣室150a經由二流道151a連接至該等真空埠口155。該等流道151由第4A圖所示細長注入器32流體連通真空埠口155。在特定實施例中，細長注入器32具有約28個直徑約4.5mm的孔洞。在不同實施例中，細長注入器32具有約10個至約100個孔洞、或約15個至約75個孔洞、或約20個至約50個孔洞、或多於10個孔洞、20個孔洞、30個孔洞、40個孔洞、50個孔洞、60個孔洞、70個孔洞、80個孔洞、90個孔洞或100個孔洞。在一相稱實施例中，孔洞的直徑為約1mm至約10mm、或約2mm至約9mm、或約3mm至約8mm、或約4mm至約7mm、或約5mm至約6mm、或大於1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。孔洞可排成二或多列，零星散佈或均勻分布或排成單列皆可。氣體供應氣室120a由二流道121a連接至細長氣體注入器32。在詳細實施例中，氣體供應氣室120a的直徑為約14mm。在不同實施例中，氣體供應氣室的直徑為約8mm至約20mm、或約9mm至約19mm、或約10mm至約18mm、或約11mm至約17mm、或約12mm至約16mm、或約13mm至約15mm、或大於4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、 16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。在特定實施例中，該等流道(出自氣室)的直徑為約0.5mm，且有約121個該等流道排成兩列，交錯或等距排列皆可。在不同實施例中，直徑為約0.1mm至約1mm、或約0.2mm至約0.9mm、或約0.3mm至約0.8mm、或約0.4mm至約0.7mm、或大於0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。雖然氣體供應氣室120a與第一前驅物氣體數值有關，但應理解類似構造可用於第二反應氣體和淨化氣體。不侷限於任何特定操作理論，咸信氣室、流道和孔洞的尺寸將定義流道的傳導性和均勻度。
第5圖至第13圖圖示根據本發明不同實施例，氣體分配板30的局部側視截面圖。該等圖式以字母代表可用於系統的一些不同氣體。例如，A係第一反應氣體，B係第二反應氣體，C係第三反應氣體，P係淨化氣體，V係真空。本說明書和後附申請專利範圍所用「反應氣體」一詞係指任何能與基板、基板表面的膜或部分膜反應的氣體。非限定反應氣體實例包括鉿前驅物、水、鈰前驅物、過氧化物、鈦前驅物、臭氧、電漿、III-V族元素。淨化氣體係任何不與待接觸物種或表面反應的氣體。非限定淨化氣體實例包括氬氣、氮氣和氦氣。
在所示實施例中，氣體分配板30任一端的反應氣體注入器係一樣的，如此通過氣體分配板30的基板最先和最後遭遇的反應氣體係一樣的。例如，若最先的反應氣體為A，則最後的反應氣體亦為A。若氣體A、B交換，則基板最先和 最後遭遇的反應氣體將為氣體B。此僅為一可行的構造與氣體分配順序實例。熟諳此技術者將理解其他可用替代構造，本發明的範圍不限於此構造。
參照第5圖，一些實施例的氣體注入單元31包含複數個細長氣體注入器，細長氣體注入器包括至少二第一反應氣體注入器A和至少一第二反應氣體注入器B，第二反應氣體注入器B不同於第一反應氣體注入器A。第一反應氣體注入器A流體連通第一反應氣體，第二反應氣體注入器B流體連通第二反應氣體，第二反應氣體不同於第一反應氣體。至少二第一反應氣體注入器A圍繞至少一第二反應氣體注入器B，使得從左移到右的基板依序將遭遇前導第一反應氣體A、第二反應氣體B和尾隨第一反應氣體A，以於基板上形成一整層。沿著相同路徑返回的基板將反序遭遇反應氣體，故每一完整循環可形成兩層。此構造可以縮寫表示成ABA注入構造。來回移動越過氣體注入單元31的基板將遭遇以下脈衝序列：AB AAB AAB(AAB)n...AABA，從而形成均勻膜組成B。序列結束時接觸第一反應氣體A不很重要，因為隨後並未跟隨第二反應氣體B。熟諳此技術者將理解雖然膜組成稱作B，但膜組成實際上係反應氣體A與反應氣體B的表面反應產物，只用B係為方便描述膜而已。
第6圖圖示氣體分配板30的詳細實施例。如圖所示，氣體分配板30包含單一氣體注入單元31，氣體注入單元31包括外部淨化氣體P注入器和外部真空V埠口。在所示詳 細實施例中，氣體分配板30包含至少二泵送氣室，泵送氣室連接至泵送系統150。第一泵送氣室150a流體連通氣體埠口125旁(任一側)的真空埠口155，氣體埠口125連接第一反應氣體A注入器32a、32c。第一泵送氣室150a經由二真空流道151a連接至真空埠口155。第二泵送氣室150b流體連通氣體埠口135旁(任一側)的真空埠口155，氣體埠口135連接第二反應氣體B注入器32b。第二泵送氣室150b經由二真空流道152a連接至真空埠口155。依此可實質防止第一反應氣體A與第二反應氣體B產生氣相反應。連通末端真空埠口155的真空流道可為第一真空流道150a或第二真空流道150b或第三真空流道。泵送氣室150、150a、150b可具任何適合尺寸。真空流道151a、152a可具任何適合尺寸。在特定實施例中，真空流道151a、152a的直徑為約22mm。末端真空氣室150實質上只收集淨化氣體。附加真空管線收集出自腔室內的氣體。可在一或更多泵浦下游或利用二獨立泵浦的任一組合物分別或聯合排放這四個排放裝置(A、B、淨化氣體和腔室)。
本發明的特定實施例係針對包含處理腔室的原子層沉積系統，處理腔室內含氣體分配板。氣體分配板包含複數個氣體注入器，氣體注入器依序實質由真空埠口、淨化氣體注入器、真空埠口、第一反應氣體注入器、真空埠口、淨化埠口、真空埠口、第二反應氣體注入器、真空埠口、淨化埠口和真空埠口組成。
在一些實施例中，氣室和氣體注入器連接至淨化氣體供應器(例如氮氣)。此容許氣室和氣體注入器淨空殘餘 氣體，以更換氣體組態，使B氣體得從A氣室和注入器流出，反之亦然。此外，氣體分配板30可沿著側邊或邊緣包括附加真空埠口，以助於控制不當氣體洩漏。當注入器下方壓力比腔室高約1托耳時，附加真空埠口有助於防止反應氣體洩漏到腔室內。在一些實施例中，氣體分配板30亦包括一或更多加熱器或冷卻器。
參照第7圖，該圖圖示根據一或更多實施例的氣體分配板30。氣體分配板30包括主體200，主體200具有正面201、長度L和寬度W。主體200具有左側202(圖示於底部)和右側203(圖示於頂部)。左側和右側可依據從左移到右的基板決定，且最左邊的氣體注入器係基板最早遭遇的第一氣體注入器。氣體分配板30包括複數個細長氣體埠口125、135、145且具開口於正面201。開口沿著主體200的寬度W和正面201延伸。
氣體簾幕流道沿著氣體分配板30的左側202和右側203設置，以防止出自細長注入器的氣體從正面201前面的區域遷移。第7圖所示實施例包括左氣體簾幕流道210和右氣體簾幕流道211，左氣體簾幕流道210和右氣體簾幕流道211分別沿著毗連主體200左側與右側的主體200長度L延伸。
氣體簾幕流道210、211制囿至少一些的複數個細長氣體埠口125、135、145。本說明書和後附申請專利範圍所用「制囿」等用語係指氣體簾幕流道在細長氣體埠口邊緣與氣體分配板邊緣間形成邊界。可就不同用途來調整氣體簾幕流道210、211的長度。氣體簾幕流道可夠長而制囿至少一細長 氣體埠口穿過所有細長氣體埠口。第8圖圖示第7圖所示氣體分配板30的側視截面圖。從截面可見穿過主體200的個別氣體注入器120、130、140，且左氣體簾幕流道210延伸氣體分配板30的長度L。在第7圖所示實施例中，左氣體簾幕流道210和右氣體簾幕流道211制囿所有的細長氣體埠口125、135、145，包括細長氣體埠口125、135、145任一側的真空埠口155。在一些實施例中，氣體簾幕流道制囿少於所有的細長氣體埠口。所示左氣體簾幕流道210和右氣體簾幕流道211均為真空簾幕流道，用以提供低壓區域。真空簾幕流道的壓力可和真空埠口155的壓力一樣或不同。若真空簾幕流道的壓力太低，則出自細長氣體埠口的反應氣體將優先抽向簾幕。若真空簾幕流道的壓力太高，則反應氣體可能逃逸出氣體分配板30的正面201前面的反應區域。
氣體簾幕流道可為真空流道及/或淨化氣體流道。第7圖及第8圖所示實施例具有真空氣體簾幕流道，真空氣體簾幕流道制囿氣體分配板30兩側(左側和右側)的細長氣體埠口。第9圖及第10圖所示實施例具有淨化氣體簾幕流道211、213，淨化氣體簾幕流道211、213分別制囿氣體分配板30的左側和右側。
第7圖所示實施例具有分離的真空簾幕流道210、211和末端真空埠口155。然該等可為兼作末端真空埠口155與真空簾幕流道210、211的單一連續真空埠口。第9圖所示實施例包括單一淨化氣體簾幕流道，單一淨化氣體簾幕流道在所有細長氣體埠口周圍延伸，且末端真空埠口155位於簾 幕外。在此，淨化氣體簾幕流道和淨化氣體埠口可整合成單一單元，但可視單元作用部分而具不同功能。檢視第9圖，淨化氣體簾幕的左側和右側可用作淨化氣體埠口145，底部可為左淨化氣體簾幕流道212，頂部可做為右淨化氣體簾幕流道213。在此情況下，流道內的壓力在整個氣體分配板30周圍大約相等。在淨化氣體埠口145與淨化氣體簾幕流道212、213分離的實施例中，該等埠口內的氣體壓力可不同。當淨化氣體埠口145與淨化氣體簾幕流道212、213分離時，可分別控制壓力，以確保反應氣體留在氣體分配板30的正面201前面的處理區域內。若淨化氣體簾幕流道212、213內的淨化氣體壓力太低，則淨化氣體簾幕流道212、213無法有效遏制所有反應氣體留在處理區域。然若淨化氣體簾幕流道212、213內的淨化氣體壓力太高，則離開簾幕流道的淨化氣體將衝擊出自細長氣體埠口的反應氣體，以致影響整體沉積品質。
第11圖圖示本發明一實施例，其中有兩個簾幕流道。內簾幕流道係淨化氣體簾幕流道，外簾幕流道係真空簾幕流道。所示該等流道均與最末端的細長氣體埠口整合。第12圖圖示一實施例，其中簾幕流道與細長氣體埠口分離，藉以個別獨立控制該等簾幕流道與氣體埠口內的壓力。
一或更多的左氣體簾幕流道和右氣體簾幕流道包含淨化氣體簾幕流道和真空簾幕流道。在第12圖所示例子中，左氣體簾幕流道和右氣體簾幕流道包含真空簾幕流道210、211和淨化氣體簾幕流道212、213。淨化氣體簾幕流道212、213位於真空簾幕流道210、211與複數個細長氣體流道125、 135、145之間。第13圖圖示一實施例，其中真空簾幕流道210、211位於淨化氣體簾幕流道212、213與複數個細長氣體流道125、135、145之間。在某些實施例中，亦可於每一衝程後或多次衝程後，採行旋轉移動。旋轉移動可為不連續移動，例如10、20、30、40或50度移動或其他適合增量旋轉移動。旋轉移動和直線移動可在基板上形成更均勻膜。
在詳細實施例中，基板載具配置以將第一延伸部97外的基板承載到裝載位置。在一些實施例中，基板載具配置以將第二延伸部98外的基板承載到卸載位置。若有需要，裝載及卸載位置可顛倒。
本發明的附加實施例係針對處理基板的方法。朝第一方向傳送部分基板通過氣體注入單元。本說明書和後附申請專利範圍所用「傳送通過」一詞意指基板在氣體分配板上方、下方等移動，故出自氣體分配板的氣體可與基板或基板上層反應。朝第一方向移動基板時，基板依序接觸前導第一反應氣流、第二反應氣流和尾隨第一反應氣流，以沉積第一層。接著朝與第一方向相反的方向傳送部分基板通過氣體注入單元，使部分基板依序接觸尾隨第一反應氣流、第二反應氣流和前導第一反應氣流，以形成第二層。若只有一個氣體注入單元，則基板將通過氣體分配板的整個相關部分底下。反應氣體注入器外的氣體分配板區域並非相關部分的一部分。在有超過一個氣體注入單元的實施例中，基板將依氣體注入單元數量而移動部分基板長度。因此，就每n個氣體注入單元而言，基板將移動基板全長的1/n。
在詳細實施例中，方法進一步包含在各第一反應氣流與第二反應氣流之間，使部分基板接觸淨化氣流。一些實施例的氣體係持續流動。在一些實施例中，當基板在氣體分配板底下移動時，氣體係脈衝供應。
根據一或更多實施例，朝第一方向傳送部分基板係使部分基板依序接觸前導第一反應氣流、前導第二反應氣流、第一中間第一反應氣流、第三反應氣流、第二中間第一反應氣流、尾隨第二反應氣流和尾隨第一反應氣流，及朝第二方向傳送部分基板係使部分基板反序接觸氣流。
本發明的附加實施例係針對包含至少一所述原子層沉積系統的叢集工具。叢集工具具有中央部分和由此延伸的一或更多支部。支部係沉積或處理設備。併入短衝程移動的叢集工具需要的空間實質上比具習知沉積腔室的工具小。叢集工具的中央部分包括至少一機械臂，以將基板從負載鎖定室移到處理腔室，及於處理後移回負載鎖定室。參照第14圖，示例性叢集工具300包括中央移送室304，中央移送室304通常包括適於傳送複數個基板進出負載鎖定室320和各種處理腔室20的多基板機器人310。雖然所示叢集工具300具有三個處理腔室20，但熟諳此技術者將理解當可有比3個多或少的處理腔室。此外，處理腔室可用於不同類型的基板處理技術(例如ALD、CVD、PVD)。
雖然本發明已以特定實施例揭示如上，然應理解該等實施例僅為舉例說明本發明的原理和應用而已。在不脫離本發明的精神和範圍內，熟諳此技術者當可對本發明的方法 和設備作各種更動與潤飾。因此本發明擬包括在後附申請專利範圍所界定範圍內的修改例與變化例和其均等物。

Claims (16)

  1. 一種用於原子層沉積之氣體分配板，包含：一主體，該主體具有一長度、一寬度、一左側、一右側和一正面；複數個細長(elongate)氣體埠口且於該主體的該正面處有多個開口，該等細長氣體埠口沿著該主體的該寬度延伸且沿著長度密置，該等細長氣體埠口包含至少一第一反應氣體埠口、至少一第二反應氣體埠口、至少一淨化氣體埠口及至少一真空氣體埠口，每個該至少一第一反應氣體埠口與每個該至少一第二反應氣體埠口藉由至少一真空埠口分開，以防止該等反應氣體的氣相混合；一左氣體簾幕(gas curtain)流道，該左氣體簾幕流道沿著毗連該主體的該左側的該主體的該長度延伸，並制囿(bound)至少一些的該複數個細長氣體埠口；及一右氣體簾幕流道，該右氣體簾幕流道沿著毗連該主體的該右側的該主體的該長度延伸，並制囿至少一些的該複數個細長氣體埠口。
  2. 如請求項1所述之氣體分配板，其中一或更多的該左氣體簾幕流道和該右氣體簾幕流道制囿所有的該等細長氣體埠口。
  3. 如請求項1所述之氣體分配板，其中一或更多的該左氣體簾幕流道和該右氣體簾幕流道制囿少於所有的該等細長氣 體埠口。
  4. 如請求項1所述之氣體分配板，其中一或更多的該左氣體簾幕流道和該右氣體簾幕流道包含一淨化氣體簾幕流道。
  5. 如請求項1所述之氣體分配板，其中一或更多的該左氣體簾幕流道和該右氣體簾幕流道包含一真空簾幕流道。
  6. 如請求項1所述之氣體分配板，其中一或更多的該左氣體簾幕流道和該右氣體簾幕流道包含一淨化氣體簾幕流道和一真空簾幕流道。
  7. 如請求項6所述之氣體分配板，其中該淨化氣體簾幕流道位於該真空簾幕流道與該複數個細長氣體埠口之間。
  8. 如請求項6所述之氣體分配板，其中該真空簾幕流道位於該淨化氣體簾幕流道與該複數個細長氣體埠口之間。
  9. 如請求項1所述之氣體分配板，其中該複數個細長氣體埠口包含流體連通一第一反應氣體的至少一第一反應氣體埠口和流體連通一第二反應氣體的至少一第二反應氣體埠口，該第二反應氣體不同於該第一反應氣體。
  10. 如請求項1所述之氣體分配板，其中該複數個細長氣體埠口包含一第一反應氣體埠口與一第二反應氣體埠口的至少一重複單元。
  11. 如請求項10所述之氣體分配板，其中有2至24個該重複單元。
  12. 一種原子層沉積系統，包含：一處理腔室；一氣體分配板，包含一主體，其具有複數個細長氣體埠口沿著該主體之長度密置，每個該等細長氣體埠口沿著該主體的寬度延伸且具有一開口於該主體之一正面，一左真空簾幕流道沿著該主體的一左側旁之該主體的一長度延伸且制囿至少一些的該複數個細長氣體埠口，及一右真空簾幕流道沿著該主體的一右側旁之該主體的一長度延伸且制囿至少一些的該複數個細長氣體埠口；及一基板載具，用以相對該氣體分配板，以一來回移動方式，沿著該氣體分配板的長度往復移動一基板。
  13. 如請求項12所述之原子層沉積系統，其中該基板載具使該基板旋轉。
  14. 如請求項13所述之原子層沉積系統，其中該旋轉係連續的。
  15. 如請求項13所述之原子層沉積系統，其中該旋轉係分階段的。
  16. 一種氣體分配板，包含：一氣體分配板，包含一主體，該主體具有一長度、一寬度、複數側和一正面；複數個細長氣體埠口沿著該主體之長度密置，每個該等細長氣體埠口具有一開口沿著該主體的寬度延伸且在該主體的正面，該複數個細長氣體埠口包含一或多個反應氣體埠口、一或多個淨化氣體埠口及一或多個真空氣體埠口，每個該等反應氣體埠口與另一反應氣體埠口藉由至少一真空埠口分開；一真空簾幕流道沿著該主體之一第一側旁的該主體之長度延伸且制囿至少一些的該複數個細長氣體埠口；以及一真空簾幕流道沿著該主體之一第二側旁的該主體之長度延伸且制囿至少一些的該複數個細長氣體埠口。
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