Устройство для осаждения или очистки с подвижной конструкцией и способ его эксплуатации
Заявленная группа изобретений относится к устройству для обработки подложек осаждением и/или очисткой и способу обработки подложек с использованием упомянутого устройства. Указанное устройство содержит наружную камеру, реакционную камеру внутри наружной камеры с образованием двухкамерной конструкции и линию подачи химически неактивного газа или прекурсора в реакционную камеру, нагреватель, расположенный внутри наружной камеры за пределами реакционной камеры, трубку для подачи радикала и выпускную линию, расположенную под реакционной камерой. Реакционная камера выполнена с возможностью перемещения между положением обработки и нижним положением внутри наружной камеры, при котором формируется отверстие загрузки по меньшей мере одной подложки в реакционную камеру между ее боковой стенкой и трубкой для подачи радикалов. Предложенный способ включает обеспечение наличия реакционной камеры внутри наружной камеры устройства для осаждения или очистки в положении обработки или нижнем положении для загрузки одной или более подложек в реакционную камеру, опускание реакционной камеры в нижнее положение для загрузки по меньшей мере одной подложки в реакционную камеру посредством формирования отверстия загрузки между боковой стенкой реакционной камеры и трубкой для подачи радикалов. Затем реакционную камеру поднимают в положение осаждения или очистки для осаждения и/или очистки. После обработки реакционную камеру снова опускают в нижнее положение и выгружают по меньшей мере одну подложку. Обеспечивается улучшение возможности загрузки и выгрузки подложек и минимизация или устранение генерирования частиц из деталей упомянутого устройства, не являющихся подложкой. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к устройствам для осаждения или очистки и способам их эксплуатации. В частности, но не исключительно, изобретение относится к реакторам для обработки подложек с подвижными конструкциями.
Уровень техники
В этом разделе приводится полезная исходная информация без признания любого метода, раскрытого в настоящем документе, характерным для существующего уровня техники.
В традиционных процессах осаждения или очистки подложки, например, полупроводниковые пластины, перемещают внутри конструкций вакуумных кластеров. Эти конструкции должны испускать минимальное количество или, предпочтительно, не испускать дополнительные частицы, попадающие на подложки. Любая механическая или подвижная деталь над подложкой является потенциальным источником частиц, который может влиять на качество осаждения. Для некоторых применений и геометрических размеров подвижные детали в предшествующем уровне техники не могут более обеспечивать приемлемое решение.
В патенте США № 9,095,869 B2 раскрыта конструкция реактора для осаждения, содержащего передаточную камеру для подложек между источником плазмы и реакционной камерой. Передаточная камера содержит подвижную деталь для подачи реагента на верхней стороне реакционной камеры. Подающая деталь является деформируемой по вертикали, обладая сжимаемой и расширяемой формой. Сжимаемая форма обеспечивает возможность загрузки подложек в реакционную камеру по маршруту, образуемому посредством сжатия подающей детали.
Раскрытие изобретения
Целью вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение улучшенного способа и устройства в части, касающейся загрузки и выгрузки подложек, и минимизация или устранение проблемы, вызванной генерированием частиц.
Согласно первому иллюстративному аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для осаждения или очистки, содержащее:
наружную камеру;
реакционную камеру внутри наружной камеры, образующую двухкамерную конструкцию, в которой реакционная камера выполнена с возможностью перемещения между положением обработки и нижним положением внутри наружной камеры, при этом нижнее положение предназначено для загрузки одной или более подложек в реакционную камеру.
В отличие от известного уровня техники, в котором реакционная камера является неподвижной, а другие конструкции перемещаются, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают перемещение самой реакционной камеры. Реакционная камера выполнена с возможностью перемещения в вертикальном направлении или по меньшей мере частично в вертикальном направлении. Перемещаемая реакционная камера включает в себя также боковую стенку перемещаемой реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления перемещаемая реакционная камера представляет собой монолитную конструкцию. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера образует единое целое. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления перемещение реакционной камеры инициируется снизу (из-под реакционной камеры).
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижные детали реакционной камеры расположены под подложкой (т. е. не сверху). В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера в целом выполнена с возможностью перемещения. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления боковая стенка реакционной камеры выполнена с возможностью перемещения вместе с остальной реакционной камерой. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления расстояние между дном реакционной камеры и боковой стенкой реакционной камеры является постоянным при перемещении. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления наружная камера не перемещается, т. е. наружная камера является неподвижной.
Положением обработки может служить положение осаждения и/или положение очистки.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью формирования отверстия загрузки в реакционную камеру за счет перемещения реакционной камеры в нижнем направлении.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера выполнена с возможностью отделения от верхней неподвижной детали (т. е. неподвижной детали, верхней по отношению к подвижной реакционной камере) при перемещении реакционной камеры в нижнем направлении, чтобы открыть маршрут для загрузки. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления верхняя неподвижная деталь представляет собой деталь, обеспечивающую подачу текучей среды в реакционную камеру.
Деталь наверху перемещаемой реакционной камеры (т. е. верхняя неподвижная деталь устройства) может быть открытой или закрытой деталью. Это может быть широкая трубка, например, деталь для подачи радикалов, отходящая от источника радикалов. Или это может быть, например, крышкообразная деталь, опционально содержащая объем расширения для распределения текучей среды в нижнем направлении.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера образует корпус, обладающий вращательной симметрией. Реакционная камера может представлять собой чашеобразную деталь (имеющую выпускное отверстие в днище).
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит:
загрузочный порт сбоку наружной камеры для загрузки одной или более подложек в реакционную камеру через боковую стенку наружной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления загрузочный порт представляет собой загрузочный шлюз. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления загрузочный порт представляет собой вакуумный затвор или дверцу.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит:
подвижный элемент, выполненный с возможностью обеспечения вертикального перемещения реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент соединен с реакционной камерой. Подвижный элемент может представлять собой гибкую конструкцию. Подвижный элемент может представлять собой газонепроницаемую конструкцию.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент образует часть выпускной линии устройства. Выпускная линия может представлять собой форвакуумную линию. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера содержит отверстие выпускной линии в дне реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера содержит отверстие выпускной линии, расположенное симметрично в центре дна реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент помещен симметрично под дном реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент помещен, если смотреть в поперечном направлении, по центру под дном реакционной камеры.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент представляет собой трубкообразную удлиненную конструкцию с регулируемой длиной. Соответственно, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент представляет собой полый деформируемый элемент. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления он позволяет текучей среде проходить через него в вертикальном направлении, но имеет газонепроницаемые боковые стенки.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент представляет собой сильфон. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент представляет собой вакуумный сильфон. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент (вакуумный сильфон или аналогичное устройство) полностью находится в вакууме.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подвижный элемент реализован при помощи двух (или более) сложенных накрест или вставленных одна в другую трубок, которые выполнены с возможностью перемещения по вертикали друг относительно друга.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит исполнительный элемент, инициирующий вертикальное перемещение реакционной камеры. Инициирование может происходить путем приложения усилия к реакционной камере, чтобы реакционная камера перемещалась так, как допускается подвижным элементом. Размещение исполнительного элемента зависит от практической реализации. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент расположен за пределами наружной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент расположен внутри наружной камеры, но за пределами реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент расположен внутри выпускной линии. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент отсутствует. В одном из таких вариантов осуществления подвижный элемент как таковой перемещает реакционную камеру без внешнего приводного устройства («внешнее» здесь означает внешнее по отношению к подвижному элементу). Это перемещение может быть реализовано за счет излучения или изменения температуры, например. В одном иллюстративном варианте осуществления подвижный элемент образован сплавом с эффектом запоминания формы (сплавом с памятью формы), поэтому подвижный элемент сам по себе является приводным устройством.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит держатель подложки. Держатель подложки может поддерживать подложку, например полупроводниковую пластину, в горизонтальном положении. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления подложка представляет собой полупроводниковую пластину диаметром 450 мм. В других вариантах осуществления подложка представляет собой полупроводниковую пластину, диаметр которой меньше, чем 450 мм, например, 300 мм. Процесс осаждения или очистки может выполняться на горизонтально ориентированной(-ых) подложке (подложках). В альтернативном варианте осуществления подложка ориентирована вертикально. Держатель подложки может поддерживать одну вертикально ориентированную подложку или множество вертикально ориентированных подложек. В зависимости от практической реализации подложки при загрузке могут быть ориентированы горизонтально или вертикально. Подложки могут загружаться по одной или в виде партии.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления держатель подложки прикреплен к выпускной линии. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления держатель подложки выполнен с возможностью встраивания или встроен в верхнюю часть крышки реакционной камеры. Держатель подложки может быть выполнен с возможностью перемещения, например, по вертикали. Он может быть выполнен с подогревом и/или иной электрической регулировкой. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство реализовано без держателя подложки. В таком варианте осуществления подложка может поддерживаться стенкой (стенками) реакционной камеры и/или верхним краем опционального защитного элемента, помещаемого внутри выпускной линии и выполненного с возможностью предотвращения осаждения материала на подвижный элемент во время обработки.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит:
нагреватель внутри наружной камеры, но за пределами реакционной камеры.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит отверстие для подачи химически неактивного газа в наружную камеру в промежуточном пространстве, образованном между стенками реакционной камеры и наружной камеры, и отверстие для выпуска неактивного газа из промежуточного пространства. Промежуточное пространство в настоящем документе представляет собой объем внутри наружной камеры, окружающий реакционную камеру. Наружная камера может быть образована емкостью высокого давления. Наружная камера может называться вакуумной камерой вследствие создаваемых в ней вакуумных условий. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления как реакционная камера, так и наружная камера находятся в вакууме во время загрузки подложек (и при обработке, т.е. осаждении и/или очистке). В некоторых иллюстративных вариантах осуществления наружная и реакционная камеры содержат отдельные стенки, т. е. у них нет общих стенок, но наружная камера на самом деле вмещает реакционную камеру (отделенную промежуточным пространством).
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления внутренняя поверхность подвижного элемента испытывает давление выпускной линии. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления внешняя поверхность подвижного элемента испытывает более высокое давление, чем давление внутри выпускной линии. Более высокое давление может представлять собой давление внутри промежуточного пространства или давление окружающей среды в некоторых вариантах осуществления.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления газовый поток внутри реакционной камеры направлен сверху вниз. Подача газа или жидкости в реакционную камеру предпочтительно осуществляется с верхней стороны реакционной камеры, а выпуск - из нижней части реакционной камеры (ниже подложки), например, через дно или донную часть реакционной камеры в выпускную линию.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления газовый поток внутри реакционной камеры направлен полностью или частично направлен из стороны в сторону над горизонтально ориентированной подложкой. Подача газа или жидкости в реакционную камеру в этом варианте осуществления предусмотрена со стороны или со смещением от центра подложки.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления перемещаемая реакционная камера охватывает реакционное пространство (в котором должны происходить требуемые реакции осаждения или очистки).
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство представляет собой устройство атомно-слоевого осаждения (АСО). В данном контексте термин «АСО» включает в себя подтипы АСО, такие как МСО (молекулярно-слоевое осаждение), АСО с применением плазмы, например, ПАСО (плазменно-стимулированное атомно-слоевое осаждение) и фотостимулированное атомно-слоевое осаждение (известное также как стимулированное вспышкой АСО). В альтернативных иллюстративных вариантах осуществления устройство представляет собой устройство химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ). В альтернативных иллюстративных вариантах осуществления устройство представляет собой устройство плазменно-стимулированной очистки.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит деформируемую деталь над подложкой (подложками), как в патенте US 9,095,869 B2, позволяющем охарактеризовать подающую деталь реакционной камеры. Деформируемая деталь может быть образована сильфоном или перекрещивающимися трубками в качестве деформируемых компонентов.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления давление внутри как реакционной камеры, так и наружной камеры (при наличии) ниже внешнего или атмосферного давления, поэтому устройство выполнено с возможностью обработки подложек при таком пониженном давлении.
Согласно второму иллюстративному аспекту настоящего изобретения предлагается способ, включающий в себя следующие этапы:
обеспечивают наличие реакционной камеры реактора для осаждения или очистки с положением обработки и нижним положением; и
перемещают реакционную камеру между положением обработки и нижним положением, при этом нижнее положение предназначено для загрузки одной или более подложек в реакционную камеру.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя следующий этап:
формируют отверстие загрузки в реакционную камеру за счет перемещения реакционной камеры в нижнем направлении.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера содержит или образована из корпуса реакционной камеры или реакционного сосуда. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя перемещение корпуса реакционной камеры или реакционного сосуда как единого целого.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя следующий этап:
отсоединяют реакционную камеру от верхней неподвижной детали при перемещении реакционной камеры в нижнем направлении.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя следующий этап:
загружают одну или более подложек в реакционную камеру через боковую сторону наружной камеры, окружающей реакционную камеру.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя следующий этап:
перемещают реакционную камеру при помощи газонепроницаемого упругого элемента, такого как вакуумный сильфон.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя следующий этап:
перемещают реакционную камеру при помощи элемента, расположенного в выпускной линии реактора для осаждения или очистки.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя обеспечение промежуточного пространства, образованного между стенками реакционной камеры и наружной камеры, с 
давлением по сравнению с давлением внутри реакционной камеры.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ реализован в реакторе для осаждения или очистки, имеющем наружную камеру и реакционную камеру внутри наружной камеры.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя практическое применение способа атомно-слоевого осаждения (АСО) на одну или более подложек внутри реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя практическое применение способа химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ) на одну или более подложек внутри реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления способ включает в себя практическое применение процесса очистки, такого как процесс плазменно-стимулированной очистки внутри реакционной камеры.
Согласно третьему иллюстративному аспекту настоящего изобретения предлагается реактор для осаждения или очистки (реактор или устройство для обработки подложек), содержащий средства для реализации способа согласно второму аспекту или любому из вариантов осуществления согласно второму аспекту.
Выше были представлены различные не имеющие обязательной силы иллюстративные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения. Вышеприведенные варианты осуществления используются просто для объяснения выбранных аспектов или этапов, которые могут применяться при практической реализации настоящего изобретения. Некоторые варианты осуществления могут быть представлены только со ссылкой на некоторые иллюстративные аспекты изобретения. Следует понимать, что соответствующие варианты осуществления относятся также к другим иллюстративным аспектам. Могут быть образованы любые подходящие комбинации вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет теперь раскрыто, исключительно в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На Фиг. 1 показан схематический вид сбоку устройства на этапе загрузки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 2 показан схематический вид сбоку устройства, раскрытого на Фиг. 1, на этапе обработки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 3 показан схематический вид сбоку устройства в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 4 показан схематический вид сбоку устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 5 показаны некоторые детали устройства в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 6 показан схематический вид сбоку устройства в соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 7 показан схематический вид сбоку устройства в соответствии с еще одним альтернативным вариантом осуществления изобретения.
На Фиг. 8 представлен способ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
В нижеследующем описании в качестве примера используется технология атомно-слоевого осаждения (АСО). Однако изобретение не ограничивается технологией АСО, но может использоваться в целом ряде устройств для осаждения, например, в реакторах для химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ), а также в реакторах для очистки.
Основы механизма роста АСО известны специалисту. АСО представляет собой способ специального химического осаждения, основанный на последовательном введении по меньшей мере двух реакционноспособных прекурсорных соединений на по меньшей мере одну подложку. Однако следует понимать, что один из этих реакционноспособных прекурсоров можно заменить энергией при использовании фотостимулированного АСО или плазменно-стимулированного АСО, например, ПАСО, что приводит к однопрекурсорным процессам АСО. Тонкие пленки, выращенные при помощи АСО, являются плотными, свободными от точечных дефектов и обладают равномерной толщиной.
По меньшей мере одна подложка, как правило, подвергается воздействию разделенных во времени импульсов прекурсоров в реакционном сосуде для осаждения материала на поверхностях подложек посредством последовательных самонасыщающихся поверхностных реакций. В контексте настоящей заявки термин «АСО» включает в себя все применимые методы на основе АСО и любые эквивалентные или родственные технологии, такие как, например, следующие типы АСО: МСО (молекулярно-слоевое осаждение), АСО с применением плазмы, например, ПАСО (плазменно-стимулированное атомно-слоевое осаждение) и фотостимулированное атомно-слоевое осаждение (известное также как стимулированное вспышкой АСО).
Основной цикл осаждения АСО состоит из четырех следующих этапов: импульс A, продувка A, импульс B и продувка B. Импульс A состоит из пара первого прекурсора, а импульс B - из пара другого прекурсора. Химически неактивный газ и вакуумный насос, как правило, используются для продувки газообразных побочных продуктов реакции и остаточных молекул реагента из реакционного пространства во время продувки A и продувки B. Последовательность наложения слоев осаждения включает в себя, по меньшей мере, один цикл осаждения. Циклы осаждения повторяют до тех пор, пока в результате последовательности наложения слоев осаждения не будет получена тонкая пленка или покрытие требуемой толщины. Циклы осаждения могут также быть более простыми или более сложными. Например, циклы могут включать в себя три или более импульсов паров реагента, разделенных этапами продувки, или некоторые этапы продувки могут отсутствовать. Все эти циклы осаждения образуют временную последовательность наложения слоев осаждения, которой управляет логический блок или микропроцессор.
На Фиг. 1 и 2 показаны схематические виды сбоку устройства для осаждения или очистки в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Устройство содержит стенку наружной камеры, ограничивающую наружную камеру 110. Устройство дополнительно содержит реакционную камеру 120 внутри наружной камеры 110, тем самым, образуя двухкамерную конструкцию. Пространство, образованное между стенкой наружной камеры и реакционной камерой 120 (например, пространство, ограниченное наружной камерой 110 и окружающее реакционную камеру 120) определяется как промежуточное пространство 111, а пространство внутри реакционной камеры 120 - как реакционное пространство 112, как показано на Фиг. 2.
Реакционная камера 120 выполнена с возможностью перемещения между положением осаждения или очистки (Фиг. 2) и нижним положением (Фиг. 1) внутри наружной камеры 110. Нижнее положение предназначено для загрузки одной или более подложек 105 в реакционную камеру. Положение осаждения или очистки предназначено для обработки одной или более подложек 105 в соответствии с выбранным способом осаждения или очистки, например, АСО или ХОПФ.
Устройство содержит загрузочный порт 115 сбоку наружной камеры 110 для загрузки одной или более подложек 105 в реакционную камеру 120 через боковую стенку наружной камеры 110. Показанный загрузочный порт 115 изображает загрузочный шлюз 115, хотя в альтернативных вариантах осуществления загрузочный шлюз 115 может быть исключен и заменен более простой конструкцией, такой как дверца, или аналогичной. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления загрузочный порт 115 может представлять собой вакуумный затвор или загрузочный шлюз для защиты от внешних условий или другого оборудования.
Устройство содержит подвижный элемент 140, соединенный с реакционной камерой 120. Подвижный элемент 140 позволяет реакционной камере 120 перемещаться вертикально между положением осаждения или очистки и нижним положением. Подвижный элемент 140 может представлять собой гибкую конструкцию. Это может быть трубкообразная удлиненная конструкция с регулируемой длиной. Подвижный элемент 140 может представлять собой деформируемый компонент. Подвижный элемент 140, показанный на Фиг. 1 и 2, представляет собой сильфон, в частности, вакуумный сильфон, позволяющий текучей среде проходить через него в вертикальном направлении, но имеющий газонепроницаемые боковые стенки. Подвижный элемент 140 может образовывать часть выпускной линии 150 под реакционной камерой 120, как показано на Фиг. 1 и 2. Подвижный элемент 140 полностью расположен внутри стенок наружной камеры 110 в вакууме.
Фактическое перемещение реакционной камеры 120 может осуществляться под воздействием приводного устройства (исполнительного элемента) или самим подвижным элементом 140. В варианте осуществления на Фиг. 1 и 2 показано приводное устройство 145, расположенное за пределами наружной камеры 110. Приводное устройство 145 прикладывает усилие к реакционной камере 120, чтобы реакционная камера перемещалась так, как допускается подвижным элементом 140. Приводное устройство 145, показанное на Фиг. 1 и 2, содержит элемент передачи усилия, такой как шток или стержень, проходящий через проходное отверстие наружной камеры в промежуточное пространство между наружной камерой 110 и реакционной камерой 120. Элемент передачи усилия далее находится в контакте с реакционной камерой 120, обеспечивая возможность перемещения реакционной камеры так, как допускается подвижным элементом 140. Подвижный элемент 140 имеет сжимаемую форму, как показано на Фиг. 1, и расширяемую форму, как показано на Фиг. 2, и предоставляет реакционной камере 120 возможность вертикального перемещения между положениями, ограничиваемыми этими формами.
В других вариантах осуществления размещение, форма и работа исполнительного элемента могут отличаться от показанных на Фиг. 1 и 2. Размещение исполнительного элемента зависит от практической реализации. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент расположен за пределами наружной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент расположен внутри наружной камеры, но за пределами реакционной камеры. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент расположен внутри выпускной линии 150. В зависимости от практической реализации, устройство для осаждения или очистки может содержать множество исполнительных элементов.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления исполнительный элемент полностью исключен. В одном из таких вариантов осуществления подвижный элемент 140 как таковой перемещает реакционную камеру без внешнего приводного устройства («внешнее» здесь означает внешнее по отношению к подвижному элементу). Это перемещение может быть реализовано за счет излучения или изменения температуры, например. На Фиг. 3 показан один такой альтернативный вариант осуществления, в котором подвижный элемент 140 образован сплавом с эффектом запоминания формы (сплавом с памятью формы). В таком варианте осуществления подвижный элемент 140 на практике сам по себе представляет тип привода, который перемещает реакционную камеру 120 между вертикальными положениями.
Устройство выполнено с возможностью формирования отверстия загрузки в реакционную камеру 120 за счет перемещения реакционной камеры 120 в нижнем направлении. Соответственно, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера 120 выполнена с возможностью отделения от верхней неподвижной детали при перемещении реакционной камеры 120 в нижнем направлении, чтобы открыть маршрут для загрузки. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления верхняя неподвижная деталь представляет собой деталь, обеспечивающую подачу текучей среды в реакционную камеру 120.
Деталь наверху перемещаемой реакционной камеры (т. е. верхняя неподвижная деталь устройства) может быть открытой или закрытой деталью.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1 и 2, представлена трубка 160 для подачи радикалов, отходящая от источника радикалов (не показан). При опускании реакционной камеры 120 трубка для подачи радикалов остается неподвижной. Между боковой стенкой реакционной камеры 120 и трубкой 160 для подачи радикалов образуется загрузочное отверстие (Фиг. 1).
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1 и 2, дополнительно изображена линия 125 подачи, которая может представлять собой линию подачи для химически неактивного газа или для прекурсора термического АСО, например. Линия 125 подачи проходит от источника (не показан) через проходное отверстие наружной камеры в промежуточное пространство. Далее она проходит в выпускное отверстие неподвижно прикрепленного фланца или втулки 161 наверху перемещаемой реакционной камеры 120 (чтобы обеспечить вход неактивного/прекурсорного газа или жидкости в реакционную камеру 120 в этом месте). При опускании реакционной камеры 120 деталь 161 остается неподвижной. В зависимости от практической реализации, устройство для осаждения или очистки может содержать множество линий 125 подачи. В других вариантах осуществления, например, в некоторых вариантах осуществления очистки, они могут отсутствовать.
В альтернативном варианте осуществления, показанном на Фиг. 4, представлен пример закрытой верхней неподвижной детали. Это может быть, например, крышкообразная деталь 470, опционально содержащая объем 475 расширения для распределения текучей среды в нижнем направлении.
Устройство содержит держатель 130 подложки, выполненный с возможностью приема одной или более подложек 105, загруженных через загрузочный порт 115. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления держатель 130 подложки прикреплен к выпускной линии 150. В некоторых других иллюстративных вариантах осуществления, таких как показанный на Фиг. 4, держатель 430 подложки выполнен с возможностью встраивания или встроен в верхнюю часть крышки 470 реакционной камеры. Держатель подложки может быть выполнен с возможностью перемещения внутри реакционной камеры 120, например, по вертикали.
Устройство, раскрытое в настоящем документе, содержит также нагреватель 155 внутри наружной камеры 100, но за пределами реакционной камеры 120, хотя в некоторых вариантах осуществления нагреватель может отсутствовать.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления устройство содержит отверстие для подачи неактивного газа в наружную камеру 110 в промежуточное пространство, образованное между стенками реакционной камеры 120 и наружной камеры 110, и отверстие для выпуска неактивного газа из промежуточного пространства (промежуточное пространство в настоящем документе представляет собой объем внутри наружной камеры, который окружает реакционную камеру). На Фиг. 5 показан один такой вариант осуществления. Неактивный газ подают через проходное отверстие 581 наружной камеры и откачивают в выпускную линию 150 через проходное отверстие 582. Выпускное отверстие может располагаться выше или ниже по потоку относительно подвижной детали 140. В альтернативном варианте осуществления выпускное отверстие выведено на отдельную линию откачки. В еще одном альтернативном варианте осуществления выпускное отверстие выведено в реакционную камеру 120 в месте, где движущаяся реакционная камера 120 касается верхней неподвижной детали. Контакт, образующийся между перемещаемой реакционной камерой 120 и неподвижной деталью в то время, когда реакционная камера 120 находится в положении осаждения или очистки, может представлять собой непосредственный контакт металлов.
В некоторых примерах вариантов осуществления газовый поток внутри реакционной камеры 120 направлен сверху вниз. Подача газа или жидкости в реакционную камеру 120 предпочтительно осуществляется с верхней стороны реакционной камеры 120, а выпуск - из нижней части реакционной камеры (ниже подложки), например, через дно или донную часть реакционной камеры 120 в выпускную линию 150. В конце выпускной линии 150 находится вакуумный насос (не показан), который откачивает содержимое внутреннего объема реакционной камеры 120, создавая вакуум.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления реакционная камера 120 образует корпус, обладающий вращательной симметрией. Реакционная камера 120 может представлять собой чашеобразную деталь (имеющую выпускное отверстие в дне). Наружная камера 110 может быть образована емкостью высокого давления. Наружная камера 110 может называться вакуумной камерой вследствие создаваемых в ней вакуумных условий. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления как реакционная камера 120, так и наружная камера 110 находятся в вакууме во время загрузки подложек (и при обработке). Стенки наружной камеры 110 образуют границу. Содержимое объема внутри стенок вакуумной камеры, что особенно касается пространства внутри реакционной камеры 120, откачивается с образованием вакуума при помощи вакуумного насоса (не показан), вследствие чего внутри объема, ограниченного стенками вакуумной камеры, преобладают вакуумные условия.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления давление в промежуточном пространстве 111 при обработке ниже атмосферного давления. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления давление в промежуточном пространстве составляет 0,9 бар или меньше, предпочтительно 15-5 мбар, при этом давление в реакционном пространстве 112 предпочтительно составляет 1,5-0,1 мбар. Давление в промежуточном пространстве 111 предпочтительно по меньшей мере в два раза превышает давление в реакционном пространстве 112. В некоторых вариантах осуществления давление в промежуточном пространстве 111 превышает давление в реакционном пространстве 112 в 5-10 раз. В некоторых вариантах осуществления, например, при использовании микроволновой плазмы, давление в реакционном пространстве 112 может составлять 1 Па, а давление в промежуточном пространстве - 4-5 Па. Для получения высоких степеней вакуума может применяться турбомолекулярный насос.
При реакционной камере 120, открытой (опущенной) для выгрузки, давление в реакционной камере 120 в одном варианте осуществления поднимается до показания, такого же или более высокого по сравнению с давлением в промежуточном пространстве 111, чтобы отталкивать возможные частицы от подложки.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления применяется альтернативный подвижный элемент. Подвижный элемент 640, показанный на Фиг. 6, реализован при помощи двух (или более) сложенных накрест или вставленных одна в другую трубок, которые выполнены с возможностью перемещения по вертикали друг относительно друга. В остальном вариант осуществления содержит аналогичные элементы и функционирует аналогично вариантам осуществления, раскрытым выше.
На Фиг. 7 показан опциональный защитный элемент 791, который помещен внутри выпускной линии 150 и выполнен с возможностью предотвращения осаждения материала на подвижном элементе 140 по время обработки. Защитный элемент 791 может быть выполнен в виде трубки и проходить по всей длине подвижного элемента 140 и даже дальше. Он может быть прикреплен к выпускной линии 150 или к краю наружной камеры 110. Неактивный газ в одном варианте осуществления подают из промежуточного пространства 111 в пространство, образованное между защитным элементом 791 и подвижным элементом 140 через проходное отверстие 582 в непосредственной близости от глухого нижнего конца пространства. Неактивный газ протекает в верхнем направлении по образовавшемуся ограниченному пространству до точки, в которой заканчивается защитный элемент 791. Поток поворачивает там в нижнем направлении и смешивается с потоком выпускной линии. Тем самым, затрудняется проникновение химически активных газов в пространство между защитным элементом 791 и подвижным элементом 140. В вариантах осуществления, где отсутствует держатель 130 подложки, подложка (подложки) может (могут) поддерживаться верхним краем защитного элемента 791.
В еще одном варианте осуществления имеется второй подвижный элемент (другой трубчатый элемент, например, второй сильфон) вокруг раскрытого (первого) подвижного элемента 140. Между двумя подвижными элементами образуется замкнутое пространство, и в образовавшемся пространстве создается давление при помощи газа или жидкости, необходимое для получения деформаций в подвижных элементах вследствие изменений подаваемого давления, вызывая, тем самым, желаемое вертикальное перемещение реакционной камеры 120. Указанный второй подвижный элемент может быть, например, плотно подогнан к внешней стенке реакционной камеры 120 одним концом и к наружной камере 110 другим концом. Эта конструкция работает в качестве пневматического привода.
В еще одном варианте осуществления наружная камера 110 отсутствует. Реакционная камера 120 образует часть однокамерного реактора. Отверстие загрузки образуется путем опускания всей реакционной камеры 120.
На Фиг. 8 представлен способ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. На этапе 801 реакционную камеру опускают. Одну или более подложек загружают на этапе 802. Реакционную камеру поднимают в положение осаждения или очистки на этапе 803 для осаждения и/или очистки при помощи выбранного способа осаждения или очистки на этапе 804. После обработки реакционную камеру снова опускают на этапе 805, и одну или более подложек выгружают на этапе 806. В более универсальных вариантах осуществления один или более из этапов 802-806 могут отсутствовать. В еще одном варианте осуществления, например, в варианте осуществления для нанесения порошкового покрытия, порошок может загружаться по отдельному каналу и выгружаться по тому же или другому каналу. В таком варианте осуществления опускание реакционной камеры для загрузки может не понадобиться, но опускание реакционной камеры может применяться только в целях технического обслуживания.
Описание, касающееся любого конкретного предшествующего варианта осуществления, непосредственно применимо к другим раскрытым вариантам осуществления. Это касается как конструкции, так и эксплуатации раскрытого устройства.
Не ограничивая каким-либо образом объем и интерпретацию формулы изобретения, ниже перечислены некоторые технические эффекты одного или более иллюстративных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе. Один технический эффект заключается в формировании частиц в устройстве для обработки подложек, таком как устройство для осаждения или очистки, над поверхностью подложки путем помещения подвижных деталей реакционной камеры под подложкой. Другой технический эффект заключается в предотвращении проникновения частиц из-под подложки в пространство над подложкой, когда поток под подложкой направлен дальше от подложки (т. е. вниз). Другой технический эффект заключается в улучшении способа загрузки в реактор для обработки подложек, в частности, в двухкамерный реактор для обработки подложек. Другой технический эффект заключается в еще большем увеличении разности давлений, которое может быть получено путем использования гибкого сильфона в качестве деформируемого компонента, по сравнению с указанным уровнем техники.
Следует отметить, что некоторые из функций или этапов способа, раскрытых выше, могут выполняться в другом порядке и/или одновременно друг с другом. Кроме того, одна или более из вышеописанных функций или этапов способа могут быть опциональными или комбинированными.
В приведенном выше описании в качестве неограничивающих примеров конкретных практических реализаций и вариантов осуществления изобретения предложено наиболее полное и информативное раскрытие способа исполнения изобретения, представляющегося изобретателям наилучшим в настоящее время. Однако специалисту понятно, что изобретение не ограничивается приведенными выше деталями вариантов осуществления, но может быть реализовано в других вариантах осуществления с помощью других эквивалентных средств без отступления от характеристик изобретения.
Кроме того, некоторые из признаков раскрытых выше вариантов осуществления настоящего изобретения могут успешно использоваться без соответствующего применения других признаков. По существу, приведенное выше описание должно рассматриваться просто в качестве иллюстрации принципов настоящего изобретения, но не в качестве его ограничения. Таким образом, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.
1. Устройство для обработки подложек осаждением и/или очисткой, содержащее наружную камеру, реакционную камеру внутри наружной камеры с образованием двухкамерной конструкции и линию подачи химически неактивного газа или прекурсора в реакционную камеру, отличающееся тем, что оно содержит нагреватель, расположенный внутри наружной камеры за пределами реакционной камеры, трубку для подачи радикала и выпускную линию, расположенную под реакционной камерой, при этом реакционная камера выполнена с возможностью перемещения между положением обработки и нижним положением внутри наружной камеры, при котором формируется отверстие загрузки по меньшей мере одной подложки в реакционную камеру между ее боковой стенкой и трубкой для подачи радикалов
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что реакционная камера выполнена с возможностью отделения от расположенной наверху реакционной камеры неподвижной детали при перемещении реакционной камеры в нижнем направлении для загрузки.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит загрузочный порт сбоку наружной камеры для загрузки по меньшей мере одной подложки в реакционную камеру через боковую стенку наружной камеры.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что оно содержит подвижный элемент, выполненный с возможностью обеспечения вертикального перемещения реакционной камеры.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что подвижный элемент выполнен с возможностью образования части выпускной линии устройства.
6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что подвижный элемент представляет собой вакуумный сильфон.
7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что оно содержит отверстие для подачи химически неактивного газа в промежуточное пространство, образованное между стенками реакционной камеры и наружной камеры, и отверстие для выпуска неактивного газа из промежуточного пространства.
8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что оно представляет собой устройство для атомно-слоевого осаждения (АСО) или устройство химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ).
9. Способ обработки подложек осаждением и/или очисткой, включающий
следующие этапы, на которых:
обеспечивают наличие реакционной камеры внутри наружной камеры устройства для осаждения или очистки в положении обработки или нижнем положении для загрузки одной или более подложек в реакционную камеру, опускают реакционную камеру в нижнее положение для загрузки по меньшей мере одной подложки в реакционную камеру посредством формирования отверстия загрузки между боковой стенкой реакционной камеры и трубкой для подачи радикалов, затем реакционную камеру поднимают в положение осаждения или очистки для осаждения и/или очистки, после обработки реакционную камеру снова опускают в нижнее положение и выгружают по меньшей мере одну подложку.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что реакционную камеру отсоединяют от верхней неподвижной детали камеры при ее перемещении в нижнем направлении.
11. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что он включает загрузку по меньшей мере одной подложки в реакционную камеру через загрузочный порт в боковой стенке наружной камеры, окружающей реакционную камеру.
12. Способ по любому из пп. 9-11, отличающийся тем, что перемещение реакционной камеры осуществляют при помощи газонепроницаемого упругого элемента в виде вакуумного сильфона.
13. Способ по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что перемещение реакционной камеры осуществляют при помощи элемента, расположенного в выпускной линии реактора для осаждения или очистки.
14. Способ по любому из пп. 9-13, отличающийся тем, что обеспечивают промежуточное пространство между стенками реакционной камеры и наружной камеры с большим давлением по сравнению с давлением внутри реакционной камеры.
15. Способ по любому из пп. 9-14, отличающийся тем, что его используют для атомно-слоевого осаждения (АСО) на одну или более подложек внутри реакционной камеры.
