Устройство для атомно-слоевого осаждения (ald)
Изобретение относится к устройству для атомно-слоевого осаждения (ALD) покрытия на поверхность подложки. Указанное устройство содержит реакционную камеру, расположенную внутри вакуумной камеры, с возможностью размещения подложки или партии подложек, газовпускное устройство и форлинию, выполненные с возможностью обеспечения горизонтального потока газа в реакционной камере. Форлиния сконфигурирована выходящей из реакционной камеры и проходящей внутри вакуумной камеры наружу вакуумной камеры. Обеспечивается возможность одновременной дегазации и/или нагрева, обработки ALD, включая возможность регулировки уровней вакуума между промежуточным пространством и реакционной камерой, стабилизации температуры подложек в реакционной камере и охлаждения, включая регулировку давления выгрузки. 24 з.п. ф-лы, 13 ил.
Настоящая заявка выделена из заявки № 2019108360 (PCT/FI2016/050644) на выдачу патента РФ на изобретение, поданной 16.09.2016.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к атомно-слоевому осаждению (ALD, от англ. Atomic Layer Deposition). Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к системе для атомно-слоевого осаждения (ALD).
Уровень техники
В этом разделе представлена полезная информация об уровне технике без признания каких-либо технических решений, описанных здесь, представляющими уровень техники.
Обработку партий подложек, подлежащих покрытию способом атомно-слоевого осаждения (ALD), предпочтительно выполняют с помощью системы, обеспечивающей простоту эксплуатации, высококачественное покрытие и оптимизированную производительность.
В уровне техники существуют системы атомно-слоевого осаждения, которые пытаются обеспечить обработку с автоматическим манипулированием подложками для обеспечения высокой производительности. Некоторые подобные системы были раскрыты, например, в нижеприведенных публикациях.
В документе US 20070295274 раскрыта платформа для обработки партиями, используемая для обработки ALD или CVD, выполненная с высокой пропускной способностью и минимальной занимаемой площадью. В одном варианте осуществления обрабатывающая платформа содержит область переноса в атмосфере, по меньшей мере одну камеру для обработки партиями с буферной камерой и опорной платформой, и робот-переносчик, расположенный в области переноса, причем робот-переносчик имеет по меньшей мере одну руку для переноса подложек, содержащую несколько лопаток для обработки подложек.
В документе EP2249379 раскрыто устройство для ALD-обработки партиями, включающее в себя: камеру, которая может поддерживаться в состоянии вакуума; узел для поддержки подложек, расположенный в камере и поддерживающий множество подложек для укладки друг на друга с заданным шагом; устройство для перемещения подложек, перемещающее узел для поддержки подложек вверх или вниз; газораспылительное устройство, непрерывно распыляющее газ в направлении, параллельном направлению прохождения каждой из подложек, уложенных в узле поддержки подложки; и газоотводящее устройство, расположенное на противоположной стороне камеры от газораспылительного устройства, для всасывания и отведения газа, распыляемого из газораспределительного устройства.
В документе US4582720 раскрыто устройство для формирования немонокристаллического слоя, содержащее камеру подачи подложек, реакционную камеру и камеру извлечения подложек, последовательно расположенную с затвором между соседними камерами из них. Одна или более подложек устанавливаются, с расположением их поверхностей в вертикальных плоскостях, на держателе и переносятся в камеру подачи подложек, реакционную камеру и камеру извлечения подложек.
В документе US20010013312 раскрыто устройство для выращивания тонких пленок на поверхности подложки путем воздействия на подложку попеременно повторяющихся поверхностных реакций парофазных реагентов. Устройство содержит по меньшей мере одну технологическую камеру, имеющую герметично закрываемую конструкцию, по меньшей мере одну реакционную камеру, имеющую конструкцию, пригодную для размещения во внутренней области указанной технологической камеры, и содержащую реакционное пространство, по меньшей мере часть которого является подвижной, при этом предусмотрено впускное устройство, соединяемое с указанным реакционным пространством для подачи указанных реагентов в указанное реакционное пространство, и выпускное устройство, соединяемое с указанным реакционным пространством для выпуска избыточных реагентов и реакционных газов из указанного реакционного пространства, а также по меньшей мере одну подложку, помещаемую в указанное реакционное пространство.
В документе US20100028122 раскрыто устройство, в котором множество реакторов ALD размещены относительно друг друга по схеме, причем каждый реактор ALD рассчитан на прием партии подложек для обработки ALD, при этом каждый реактор ALD содержит реакционную камеру с верхним доступом. Множество последовательностей загрузки выполняется с помощью загрузочного робота.
В WO2014080067 раскрыто устройство для загрузки множества подложек в держатель подложек в загрузочной камере осаждающего реактора с получением вертикального пакета горизонтально ориентированных подложек внутри указанного держателя подложек, выполненное с возможностью поворота держателя подложек для получения горизонтального пакета вертикально ориентированных подложек, и для опускания держателя подложек в реакционную камеру осаждающего реактора для выполнения осаждения.
Целью вариантов осуществления настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованной системы атомно-слоевого осаждения с высокопроизводительной обработкой партиями.
Сущность изобретения
Согласно первому примерному аспекту изобретения обеспечена система для атомно-слоевого осаждения, ALD, содержащая:
- узел реакционной камеры, содержащий
- вакуумную камеру;
- реакционную камеру внутри вакуумной камеры; и
- газовпускное устройство и форлинию, обеспечивающие горизонтальный поток газа в реакционной камере;
- приводное устройство, содержащее крышку реакционной камеры, и
- по меньшей мере первый узел загрузочного шлюза, содержащий первый загрузочный шлюз,
при этом приводное устройство выполнено с возможностью приема подложки или партии подложек, подлежащих обработке, и переноса подложки или партии подложек через первый загрузочный шлюз горизонтально в вакуумную камеру,
при этом приводное устройство дополнительно выполнено с возможностью опускать подложку или партию подложек внутри вакуумной камеры в реакционную камеру, таким образом закрывая реакционную камеру крышкой.
Подложка или партия подложек включают в себя, например: подложки из пластин, стекла, кремния, металла или полимера, подложки с печатной платой (PCB, от англ. printed circuit board) и 3D-подложки.
В некоторых примерных вариантах осуществления предусмотрена проточная реакционная камера (или реактор с поперечным потоком), в которой газы внутри реакционной камеры проходят через реакционную камеру от газовпускного устройства к форлинии вдоль поверхностей подложек, без (по существу) столкновения с поперечными конструкциями.
В некоторых примерных вариантах осуществления подложки ориентированы в направлении потока газа внутри реакционной камеры. В некоторых примерных вариантах осуществления поверхность подложки (подвергаемой атомно-слоевому осаждению) внутри реакционной камеры параллельна направлению потока газа-предшественника внутри реакционной камеры.
В некоторых примерных вариантах осуществления подложки в партии подложек ориентированы горизонтально, чтобы сформировать вертикальный пакет горизонтально ориентированных подложек. В некоторых примерных вариантах осуществления подложки в партии подложек ориентированы вертикально, чтобы сформировать горизонтальный пакет вертикально ориентированных подложек.
В некоторых примерных вариантах осуществления газовпускное устройство и форлиния линия расположены с разных сторон реакционной камеры. В некоторых примерных вариантах осуществления газовпускное устройство и форлиния расположены на противоположных сторонах реакционной камеры.
В некоторых примерных вариантах осуществления приводное устройство принимает подложку или партию подложек в узле загрузочного шлюза или в загрузочном шлюзе.
В некоторых примерных вариантах осуществления система дополнительно содержит загрузчик, выполненный с возможностью переноса подложки или партии подложек в узел загрузочного шлюза или в загрузочный шлюз.
В некоторых примерных вариантах осуществления приводное устройство содержит первый горизонтальный привод в первом узле загрузочного шлюза и вертикальный привод в узле реакционной камеры, причем первый горизонтальный привод выполнен с возможностью приема подложки или партии подложек и переноса подложки или партии подложек через первый загрузочный шлюз горизонтально в вакуумную камеру, а вертикальный привод выполнен с возможностью приема подложки или партии подложек от первого горизонтального привода и опускания подложки или партии подложек в реакционную камеру. В определенном примерном варианте осуществления вертикальный привод выполнен с возможностью поднимать держатель подложки, несущий подложку или пакет подложек, чтобы ослабить захват горизонтального привода на держателе подложки.
В некоторых примерных вариантах осуществления подложку или партию подложек выгружают через отверстие, отличное от того, через которое загружают подложку или партию подложек.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит второй узел загрузочного шлюза, содержащий второй загрузочный шлюз.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит первый загрузочный клапан между первым загрузочным шлюзом и загрузочным отверстием вакуумной камеры.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит первый загрузочный клапан между первым загрузочным шлюзом и загрузочным отверстием вакуумной камеры и второй загрузочный клапан между вторым загрузочным шлюзом и загрузочным отверстием вакуумной камеры.
В некоторых примерных вариантах осуществления приводное устройство содержит второй горизонтальный привод во втором узле загрузочного шлюза. В некоторых примерных вариантах осуществления второй горизонтальный привод выполнен с возможностью приема подложки или партии подложек от вертикального привода.
В некоторых примерных вариантах осуществления первый загрузочный шлюз образует ограниченный замкнутый объем и содержит часть приводного устройства.
Компоновка привода может быть приводным устройством, имеющим части как в первом узле загрузочного шлюза, так и в узле реакционной камеры (а также, в некоторых вариантах осуществления, во втором узле загрузочного шлюза). В некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью обеспечения автоматизированной обработки подложек. В некоторых примерных вариантах осуществления автоматизированная обработка подложек включает в себя автоматизированный перенос подложки или партии подложек (без вмешательства человека) из первого узла загрузочного шлюза или загрузочного шлюза в реакционную камеру узла реакционной камеры. В некоторых примерных вариантах осуществления автоматизированная обработка подложек дополнительно включает в себя автоматизированный перенос подложки или партии подложек (без вмешательства человека) из реакционной камеры в первый или второй узел загрузочного шлюза или в загрузочный шлюз. В некоторых примерных вариантах осуществления автоматизированная обработка подложки включает в себя автоматизированный перенос подложки или партии подложек (без вмешательства человека) из загрузочного модуля в первый узел загрузочного шлюза или в загрузочный шлюз.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит загрузочный модуль, такой как внешний модуль оборудования, и/или загрузочный робот, соединенный с первым узлом загрузочного шлюза.
В некоторых примерных вариантах осуществления вакуумная камера содержит по меньшей мере один экранирующий элемент, выполненный с возможностью перемещения перед по меньшей мере одним загрузочным отверстием вакуумной камеры.
В некоторых примерных вариантах осуществления по меньшей мере один экранирующий элемент выполнен с возможностью перемещения посредством приводов и/или синхронно с открытием и закрытием загрузочных клапанов.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит по меньшей мере один узел анализатора остаточных газов, содержащий анализатор остаточных газов, RGA (от англ. residual gas analyzer), и соединенный с первым и/или вторым узлом загрузочного шлюза и/или с форлинией. В некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью управления синхронизацией процесса на основании информации, принятой от RGA. Синхронизация процесса может, например, относиться к времени предварительной обработки подложки или партии подложек в загрузочном модуле или к синхронизации начального момента импульса предшественника.
В некоторых примерных вариантах осуществления RGA выполнен с возможностью анализировать газ, выходящий из реакционной камеры, чтобы обеспечить возможность регулировки пользователем или автоматической регулировки временной последовательности очистки и/или подачи реагентов и/или импульсов в реакционной камере. В определенных примерных вариантах осуществления RGA выполнен с возможностью обнаружения утечки в системе.
В некоторых примерных вариантах осуществления реакционная камера содержит съемный или неподвижный элемент для направления потока. В некоторых примерных вариантах осуществления элемент для направления потока содержит множество отверстий. В некоторых примерных вариантах осуществления элемент для направления потока прикреплен к неподвижной или съемной раме. В некоторых примерных элементах элемент для направления потока расположен на стороне входа газа в реакционную камеру. В некоторых примерных вариантах осуществления реакционная камера содержит съемный или неподвижный элемент для направления потока на выходной стороне реакционной камеры. В некоторых примерных вариантах осуществления реакционная камера содержит оба элемента для направления потока: один со стороны входа газа и один со стороны форлинии (с выходной стороны). В некоторых примерных вариантах осуществления предусмотрен управляемый поток в форлинии, влияющий на давление, и поток внутри узла реакционной камеры. Элемент (элементы) для направления потока обеспечивают управляемое воздействие на поток газа и давление внутри узла реакционной камеры, тем самым улучшая возможность оптимизировать равномерность покрытия.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит по меньшей мере один узел нагретых источников, соединенный с узлом реакционной камеры.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит входы для источников, проходящие внутрь вакуумной камеры. В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит устройство для стабилизации температуры, содержащее входные линии источников для реакционной камеры, проходящие в обход внутри вакуумной камеры для стабилизации температуры химических веществ-предшественников внутри входных линий. Это отличается от присутствия впускных линии источников для реакционной камеры, проходящих по кратчайшему пути от внешней части вакуумной камеры до реакционной камеры.
В некоторых примерных вариантах осуществления форлиния проходит внутри вакуумной камеры. Форлиния в некоторых примерных вариантах осуществления совершает обход на своем пути наружу вакуумной камеры, чтобы поддерживать форлинию горячей (близко к температуре, преобладающей в вакуумной камере) для предотвращения на ней химической абсорбции. Горячая форлиния также увеличивает химические реакции, чтобы уменьшить вероятность диффузии химических веществ обратно в реакционную камеру.
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит кассету для удерживания подложки или партии подложек, подлежащих обработке. В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит кассету для удерживания подложки или партии подложек, которые должны обрабатываться горизонтально. В некоторых примерных вариантах осуществления подложку обрабатывают без кассеты или чего-либо подобного.
В некотором примерном варианте осуществления подложку или партию подложек обрабатывают внутри узлов загрузочного шлюза и реакционной камеры путем переноса подложки или партии подложек с помощью держателя подложек. Держатель подложек может нести только подложки. В некоторых примерных вариантах осуществления держатель подложек содержит одну или более подкладок для подложки (подложек), на которой они могут лежать. Альтернативно, держатель подложек несет подложки, находящиеся в другом держателе подложки (например, кассете). Держатель можно перевернуть в вакуумной камере, чтобы изменить ориентацию подложки в партии подложек с вертикальной на горизонтальную (или с горизонтальной на вертикальную).
В некоторых примерных вариантах осуществления система содержит вращатель, выполненный с возможностью вращения подложки или партии подложек внутри реакционной камеры. Соответственно, в некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью вращения подложки или партии подложек в реакционной камере во время атомно-слоевой обработки. В некоторых примерных вариантах осуществления держатель подложки, несущий подложку или партию подложек, представляет собой вращающийся держатель подложки.
В некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью нагрева подложки или партии подложек в первом узле загрузочного шлюза. В некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью охлаждения подложки или партии подложек (обработанных путем ALD) в первом или втором узле загрузочного шлюза. В некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью нагрева или охлаждения подложки или партии подложек по меньшей мере в одном из первого и второго узлов загрузочного шлюза.
В некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью откачки загрузочного шлюза до давления ниже давления, применяемого в реакционной камере.
В некоторых примерных вариантах осуществления система выполнена с возможностью измерения газов, поступающих из подложки или партии подложек в загрузочный шлюз.
Согласно второму примерному аспекту изобретения предложен способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения, ALD, включающий в себя следующее:
переносят подложку или партию подложек в первый загрузочный шлюз;
переносят подложку или партию подложек далее из первого загрузочного шлюза через первый загрузочный клапан и загрузочное отверстие горизонтально в вакуумную камеру;
принимают подложку или партию подложек в вакуумной камере и опускают подложку или партию подложек в реакционную камеру внутри вакуумной камеры, при этом за счет опускания происходит закрытие реакционной камеры крышкой;
выполняют атомно-слоевое осаждение в реакционной камере;
поднимают подложку или партию подложек из реакционной камеры;
принимают подложку или партию подложек из реакционной камеры и переносят подложку или партию подложек через первый или второй загрузочный клапан и загрузочное отверстие из вакуумной камеры в первый или второй загрузочный шлюз.
В некоторых примерных вариантах осуществления способ включает в себя перемещение по меньшей мере одного экранирующего элемента перед по меньшей мере одним загрузочным отверстием, соответственно, до осаждения атомного слоя; и отведение по меньшей мере одного экранирующего элемента из положения перед по меньшей мере одним загрузочным отверстием, соответственно, после атомно-слоевого осаждения.
В некоторых примерных вариантах осуществления способ включает в себя несение в системе подложки или партии подложек в кассете (или держателе подложки). В некоторых примерных вариантах осуществления одиночная подложка или подложки обрабатывается/обрабатываются без кассеты или чего-либо подобного.
В некоторых примерных вариантах осуществления способ включает в себя загрузку системы подложек или партии подложек в кассету перед переносом в загрузочный шлюз. В некоторых примерных вариантах осуществления способ включает в себя загрузку системы подложек или партии подложек из загрузочного шлюза.
В некоторых примерных вариантах осуществления способ обеспечивает подачу газа в реакционную камеру в горизонтальном направлении. В некоторых примерных вариантах осуществления подача газа в реакционную камеру является поперечной относительно горизонтального направления переноса подложки (подложек). В некоторых примерных вариантах осуществления подача газа в реакционную камеру параллельна направлению горизонтального переноса подложки (подложек).
В некоторых примерных вариантах осуществления давление или скорость потока газа или газов в реакционной камере регулируют путем управления входящим потоком газа и/или выходящим потоком газа в форлинии.
В некоторых примерных вариантах осуществления одну или более поверхностей, образующих часть реакционной камеры и защищенных оксидом металла, используют для повышения химической стойкости и/или для повышения отражения тепла вовнутрь.
Согласно третьему примерному аспекту обеспечен способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения, ALD, включающий в себя следующее:
обеспечивают экранирующий элемент снаружи реакционной камеры, но внутри вакуумной камеры;
перемещают экранирующий элемент в вакуумной камере перед загрузочным отверстием вакуумной камеры; и
выполняют атомно-слоевое осаждение в реакционной камере внутри вакуумной камеры.
Согласно четвертому примерному аспекту обеспечено устройство для атомно-слоевого осаждения, ALD, содержащее:
реакционную камеру внутри вакуумной камеры; и
экранирующий элемент снаружи реакционной камеры, но внутри вакуумной камеры, причем устройство выполнено с возможностью
перемещения экранирующего элемента в вакуумной камере перед загрузочным отверстием вакуумной камеры; и
выполнения атомно-слоевого осаждения в реакционной камере внутри вакуумной камеры.
Согласно пятому примерному аспекту предложен способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения, ALD, включающий в себя следующее:
обеспечивают реакционную камеру внутри вакуумной камеры, а также форлинию, ведущей из реакционной камеры наружу вакуумной камеры, причем способ включает в себя следующее:
поддерживают нагрев в форлинии за счет совершения форлинией обхода в вакуумной камере на ее пути наружу вакуумной камеры.
Согласно шестому примерному аспекту обеспечено устройство для атомно-слоевого осаждения, ALD, содержащее:
реакционную камеру внутри вакуумной камеры; и
форлинию, совершающую обход на своем пути из реакционной камеры наружу вакуумной камеры.
В соответствии с седьмым примерным аспектом обеспечен способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения, ALD, включающий в себя следующее:
обеспечивают реакционную камеру внутри вакуумной камеры;
выполняют атомно-слоевое осаждение на чувствительной подложке или партии чувствительных подложек в реакционной камере;
после осаждения переносят подложку или партию чувствительных подложек через вакуумную камеру в загрузочный шлюз, соединенный с вакуумной камерой; и
охлаждают чувствительную подложку или партию чувствительных подложек в вакууме внутри загрузочного шлюза.
Чувствительные подложки включают в себя, например, стеклянные, кремниевые, печатные платы и полимерные подложки. В дополнительном примерном варианте осуществления металлическую подложку или партию металлических подложек охлаждают в вакууме внутри загрузочного шлюза.
Согласно восьмому примерному аспекту обеспечено устройство для атомно-слоевого осаждения, ALD, содержащее:
узел реакционной камеры, содержащий реакционную камеру внутри вакуумной камеры;
форлинию, соединенную с реакционной камерой и выполненную с возможностью выведения газов из реакционной камеры;
анализатор остаточных газов, соединенный с форлинией; и
узел управления, соединенный с узлом реакционной камеры и с анализатором остаточных газов, причем
узел управления выполнен с возможностью управления хронометражем процесса с помощью принятой информации, измеренной анализатором остаточных газов.
В некоторых примерных вариантах осуществления измеренная информация содержит уровень влажности газа, выходящего из реакционной камеры. В некоторых примерных вариантах осуществления измеренная информация содержит информацию о количестве продуктов реакции или побочных продуктов, выходящих из реакционной камеры. В некоторых примерных вариантах осуществления блок управления выполнен с возможностью предотвращения начала импульса предшественника, если принятая информация превышает заданный предел. В некоторых примерных вариантах осуществления блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи химических веществ в реакционную камеру, проверяя этим надлежащее функционирование реактора.
Охлаждение в вакууме сводит к минимуму риск повреждения подложки (подложек) с выполненным осаждением. В некоторых примерных вариантах осуществления вакуумметрическое давление, применяемое в загрузочном шлюзе при охлаждении, такое же, как вакуумметрическое давление, применяемое в вакуумной камере.
Выше были представлены различные неограничивающие примерные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения. Вышеприведенные варианты осуществления используются просто для объяснения выбранных аспектов или шагов, которые могут использоваться в реализациях настоящего изобретения. Некоторые варианты осуществления могут быть представлены только со ссылкой на определенные примерные аспекты изобретения. Следует понимать, что соответствующие варианты осуществления могут также применяться к другим примерным аспектам. Могут быть созданы любые подходящие комбинации вариантов осуществления.
Например, настоящее изобретение может быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
система для атомно-слоевого осаждения (ALD), содержащая: - узел реакционной камеры, содержащий вакуумную камеру; реакционную камеру внутри вакуумной камеры; и газовпускное устройство и форлинию, выполненные с возможностью обеспечения горизонтального потока газа в реакционной камере; - приводное устройство, содержащее крышку реакционной камеры, и - по меньшей мере первый узел загрузочного шлюза, содержащий первый загрузочный шлюз, при этом приводное устройство выполнено с возможностью приема подложки или партии подложек, подлежащих обработке, и переноса подложки или партии подложек через первый загрузочный шлюз горизонтально в вакуумную камеру, при этом приводное устройство дополнительно выполнено с возможностью опускать подложку или партию подложек внутри вакуумной камеры в реакционную камеру, таким образом закрывая реакционную камеру крышкой.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что приводное устройство содержит первый горизонтальный привод в первом узле загрузочного шлюза и вертикальный привод в узле реакционной камеры, при этом первый горизонтальный привод выполнен с возможностью приема подложки или партии подложек и переноса подложки или партии подложек через первый загрузочный шлюз горизонтально в вакуумную камеру, а вертикальный привод выполнен с возможностью приема подложки или партии подложек от первого горизонтального привода и опускания подложки или партии подложек в реакционную камеру.
Согласно еще одному варианту осуществления система дополнительно содержит второй узел загрузочного шлюза, содержащий второй загрузочный шлюз.
Согласно еще одному варианту осуществления система дополнительно содержит первый загрузочный клапан между первым загрузочным шлюзом и загрузочным отверстием вакуумной камеры.
Согласно еще одному варианту осуществления система дополнительно содержит первый загрузочный клапан между первым загрузочным шлюзом и загрузочным отверстием вакуумной камеры и второй загрузочный клапан между вторым загрузочным шлюзом и загрузочным отверстием вакуумной камеры.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что приводное устройство во втором узле загрузочного шлюза содержит второй горизонтальный привод.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что вакуумная камера содержит по меньшей мере один экранирующий элемент, выполненный с возможностью перемещения перед по меньшей мере одним загрузочным отверстием вакуумной камеры.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что по меньшей мере один экранирующий элемент выполнен с возможностью перемещения посредством приводов и/или синхронно с открытием и закрытием загрузочных клапанов.
Согласно еще одному варианту осуществления система дополнительно содержит по меньшей мере один узел анализатора остаточных газов, содержащий анализатор остаточных газов (RGA) и соединенный с первым и/или вторым узлом загрузочного шлюза и/или форлинией.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что форлиния проходит внутри вакуумной камеры.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что реакционная камера содержит по меньшей мере один съемный элемент для направления потока.
Согласно еще одному варианту осуществления система дополнительно содержит узел нагретых источников, соединенный с узлом реакционной камеры.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что вакуумная камера содержит входы для источников, проходящие внутри вакуумной камеры.
Согласно еще одному варианту осуществления система дополнительно содержит кассету для удерживания подложки или партии подложек, подлежащих обработке.
Согласно еще одному варианту осуществления система содержит вращатель, выполненный с возможностью вращения подложки или партии подложек в реакционной камере.
Согласно еще одному варианту осуществления система дополнительно содержит загрузочный модуль, такой как интерфейсный модуль оборудования, и/или загрузочный робот, соединенный с первым узлом загрузочного шлюза.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что данная система выполнена с возможностью нагревания или охлаждения подложки или партии подложек по меньшей мере в одном из первого и второго узлов загрузочного шлюза.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что данная система выполнена с возможностью откачки загрузочного шлюза до давления ниже давления, применяемого в реакционной камере.
Система по настоящему изобретению может быть охарактеризовано тем, что данная система выполнена с возможностью измерения газов, поступающих от подложки или партии подложек в загрузочном шлюзе.
Настоящее изобретение может также быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения (ALD), включающий в себя следующее: переносят подложку или партию подложек в первый загрузочный шлюз; переносят подложку или партию подложек далее из первого загрузочного шлюза через первый загрузочный клапан и загрузочное отверстие горизонтально в вакуумную камеру; принимают подложку или партию подложек в вакуумной камере и опускают подложку или партию подложек в реакционную камеру внутри вакуумной камеры, при этом факт опускания обеспечивает закрытие реакционной камеры крышкой; выполняют атомно-слоевое осаждение в реакционной камере; поднимают подложку или партию подложек из реакционной камеры; принимают подложку или партию подложек из реакционной камеры и переносят подложку или партию подложек через первый или второй загрузочный клапан и загрузочное отверстие из вакуумной камеры в первый или второй загрузочный шлюз.
Способ по настоящему изобретению может дополнительно включать в себя перемещение по меньшей мере одного экранирующего элемента перед по меньшей мере одним загрузочным отверстием, соответственно, до атомно-слоевого осаждения; и отведение по меньшей мере одного экранирующего элемента из положения перед по меньшей мере одним загрузочным отверстием, соответственно, после атомно-слоевого осаждения.
Способ по настоящему изобретению может включать в себя удерживание в системе подложки или партии подложек в кассете.
В одном из вариантов осуществления способа по настоящему изобретению давление или скорость потока газа или газов в реакционной камере регулируют путем управления входящим потоком газа и/или выходящим потоком газа в форлинии.
Настоящее изобретение может также быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения (ALD), включающий в себя следующее: обеспечивают экранирующий элемент снаружи реакционной камеры, но внутри вакуумной камеры; перемещают экранирующий элемент в вакуумной камере перед загрузочным отверстием вакуумной камеры; и выполняют атомно-слоевое осаждение в реакционной камере внутри вакуумной камеры.
Настоящее изобретение может также быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
устройство для атомно-слоевого осаждения (ALD), содержащее: реакционную камеру внутри вакуумной камеры; и экранирующий элемент снаружи реакционной камеры, но внутри вакуумной камеры, причем устройство выполнено с возможностью: перемещения экранирующего элемента в вакуумной камере перед загрузочным отверстием вакуумной камеры; и выполнения атомно-слоевого осаждения в реакционной камере внутри вакуумной камеры.
Настоящее изобретение может также быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения (ALD), включающий в себя следующее: обеспечивают реакционную камеру внутри вакуумной камеры и форлинию, ведущую из реакционной камеры наружу вакуумной камеры, причем данный способ включает в себя следующее: поддерживают нагрев в форлинии за счет совершения форлинией обхода в вакуумной камере на ее пути наружу вакуумной камеры.
Настоящее изобретение может также быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
устройство для атомно-слоевого осаждения (ALD), содержащее: реакционную камеру внутри вакуумной камеры; и форлинию, совершающую обход на своем пути из реакционной камеры наружу вакуумной камеры.
Настоящее изобретение может также быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
способ эксплуатации системы для атомно-слоевого осаждения (ALD), включающий в себя следующее: обеспечивают реакционную камеру внутри вакуумной камеры; выполняют атомно-слоевое осаждение на чувствительной подложке или партии чувствительных подложек в реакционной камере; после осаждения переносят подложку или партию чувствительных подложек через вакуумную камеру в загрузочный шлюз, соединенный с вакуумной камерой; и в загрузочном шлюзе охлаждают чувствительную подложку или партию чувствительных подложек в вакууме.
Настоящее изобретение может также быть охарактеризовано следующей совокупностью признаков:
устройство для атомно-слоевого осаждения (ALD), содержащее: узел реакционной камеры, содержащий реакционную камеру внутри вакуумной камеры; форлинию, соединенную с реакционной камерой и выполненную с возможностью выведения газов из реакционной камеры; анализатор остаточных газов, соединенный с форлинией; и узел управления, соединенный с узлом реакционной камеры и с анализатором остаточных газов, причем узел управления выполнен с возможностью управления хронометражем процесса с помощью принятой информации, измеренной анализатором остаточных газов.
Краткое описание чертежей
Теперь изобретение будет раскрыто, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан схематический вид сверху системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 2 показан схематический вид сбоку системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 3 показан схематический вид узла реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 4 показан схематический вид внутри реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 5 показан схематический вид внутри реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 6 показан схематический вид внутри реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 7 показан схематический вид внутри реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 8 показан схематический вид сбоку реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 9 показан схематический принципиальный вид загрузки узла реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 10 показан схематический вид сверху системы атомно-слоевого осаждения (ALD) согласно еще одному варианту осуществления изобретения;
на фиг. 11 показан алгоритм способа эксплуатации системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения;
на фиг. 12 показан схематический принципиальный вид загрузки узла реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) согласно альтернативному варианту осуществления изобретения; и
на фиг. 13 показан схематический вид внутри реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.
Подробное раскрытие изобретения
В последующем описании в качестве примера используется технология атомно-слоевого осаждения (ALD). Основы механизма роста ALD известны специалистам. ALD представляет собой специальный способ химического осаждения, основанный на последовательном введении по меньшей мере двух реакционноспособных форм-предшественников в по меньшей мере один субстрат. Однако следует понимать, что один из этих реакционноспособных предшественников может быть замещен энергией при использовании фотостимулированного ALD или PEALD, что приводит к процессам ALD с одним предшественником. Тонкие пленки, выращенные с помощью ALD, являются плотными, без проколов и имеют одинаковую толщину.
Обычно по меньшей мере одна подложка подвергается воздействию разделенных во времени импульсов предшественника в реакционном сосуде для осаждения материала на поверхности подложки за счет последовательных самонасыщающихся поверхностных реакций. В контексте настоящей заявки термин «ALD» включает в себя все применимые технологии на основе ALD и любые эквивалентные или тесно связанные технологии, такие как, например, следующие подтипы ALD: MLD (молекулярно-слоевое осаждение) PEALD (плазмо-стимулированное атомно-слоевое осаждение) и фотостимулированное атомно-слоевое осаждение (также известное как светостимулированное ALD).
Базовый цикл осаждения ALD состоит из четырех последовательных этапов: импульс A, продувка A, импульс B и продувка B. Импульс A состоит из первого пара-предшественника, а импульс B - из другого пара-предшественника. Обычно во время продувки A и продувки B используют инертный газ и вакуумный насос для продувки газообразных побочных продуктов реакции и остаточных молекул реагента из реакционного пространства. Последовательность осаждения включает в себя по меньшей мере один цикл осаждения. Циклы осаждения повторяются до тех пор, пока последовательность осаждения не приведет к получению тонкой пленки или покрытия требуемой толщины. Циклы осаждения также могут быть как более простыми, так и более сложными. Например, циклы могут включать в себя три или более импульсов паров реагента, разделенных этапами продувки, или некоторые этапы продувки могут быть пропущены. Все эти циклы осаждения образуют временную последовательность осаждения, которая управляется логическим блоком или микропроцессором.
На фиг. 1 показан схематический вид сверху системы 100 атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Система 100 ALD содержит первый узел 110 загрузочного шлюза, выполненный с возможностью приема подложек, подлежащих загрузке в систему для осаждения. В одном из вариантов осуществления подложки помещаются в держатели подложек, или кассеты, для загрузки, и кассеты обрабатываются кассетным узлом 120, входящим в систему 100 ALD. В одном из вариантов осуществления кассетный узел 120 заменен человеком, загружающим кассеты в узел 110 загрузочного шлюза. Альтернативно, подложки загружаются в держатель подложки, или кассету, в узле 110 загрузочного шлюза. В одном из вариантов осуществления первый узел загрузочного шлюза также выполнен с возможностью приема подложек, подлежащих выгрузке из системы после осаждения.
Система 100 ALD дополнительно содержит узел 160 реакционной камеры, включающий в себя единую вакуумную камеру. Первый узел 110 загрузочного шлюза соединен с узлом 160 реакционной камеры через первый затворный узел 230, как будет раскрыто ниже. Система 100 дополнительно содержит управляющий узел 130, узел 140 химических источников, содержащий источники жидкости и газа и узел 170 нагретых химических источников. В дополнительном варианте осуществления, система 100 ALD содержит несколько узлов реакционной камеры, расположенных в ряд, в варианте осуществления с дополнительными затворными узлами. Хотя химические источники на фиг. 1 изображены с определенных сторон, в каком-либо варианте осуществления местоположение узла 140 источников и узла 170 нагреваемых источников выбирается по-разному в зависимости от ситуации.
Система 100 ALD дополнительно содержит, в одном из вариантов осуществления, второй узел 150 загрузочного шлюза, выполненный с возможностью приема подложек, выгруженных после осаждения. Второй узел загрузочного шлюза соединен с узлом 160 реакционной камеры через второй затворный узел 250, как раскрыто ниже.
Система 100 ALD дополнительно содержит узел анализатора остаточного газа, содержащий анализатор остаточного газа (RGA, от англ. residual gas analyzer) 180, соединенный с первым и/или вторым узлом загрузочного шлюза и/или с форлинией перед ловушкой 190 для частиц.
Следует отметить, что узлы системы 100 ALD, раскрытые в настоящем документе как выше, так и ниже, являются по отдельности отсоединяемыми от системы, что обеспечивает простоту доступа в случае, например, периодического технического обслуживания.
На фиг. 2 показан схематический вид сбоку системы атомного-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Система, показанная на фиг. 2, содержит узлы, раскрытые выше со ссылкой на фиг. 1.
Первый узел 110 загрузочного шлюза содержит первый горизонтальный привод 210, выполненный с возможностью переноса держателя подложки (или кассеты), загруженного подложками, подлежащими обработке, в узел 160 реакционной камеры. В варианте осуществления первый горизонтальный привод содержит линейный привод. В настоящем описании термины «кассета» и «держатель подложки» используются взаимозаменяемо. Кассета, в которой подложки загружены в узел 110 загрузочного шлюза, не обязательно является тем же держателем подложки, который несет подложку (подложки) далее в системе.
Первый узел загрузочного шлюза дополнительно содержит первый загрузочный шлюз 220. Кассеты/держатели, удерживающие подложки, загружают в первый загрузочный шлюз с использованием кассетного узла 120. Первый загрузочный шлюз 220 содержит люк, через который вставляют кассету подложек. В альтернативных вариантах осуществления плоскую подложка или объемную подложку или партию подложек из кассеты (или другого держателя подложек) загружают в держатель подложки, ожидающий в первом загрузочном шлюзе 220. Соответственно, подложку или партию подложек можно загрузить вместе с кассетой, уже несущей подложку (подложки), или перегрузить из одной кассеты во вторую кассету. В одном из вариантов осуществления первый загрузочный шлюз дополнительно содержит контроллер температуры циркуляции, выполненный с возможностью поддерживать загрузочный шлюз при требуемой температуре с использованием конвекции при атмосферном давлении.
В одном из вариантов осуществления загрузочный шлюз предназначен для выполнения одного или более из следующего:
- нагревать подложку (подложки);
- охлаждать подложку (подложки);
- выполнять откачку загрузочного шлюза до вакуума промежуточного пространства (то есть пространства между стенкой вакуумной камеры и стенкой реакционной камеры);
- выполнять откачку загрузочного шлюза до вакуума с давлением меньшим, чем давление в промежуточном пространстве и условия реакции ALD, например, 50 мкбар;
- продувать подложку (подложки) непрерывным потоком газа, чтобы выровнять ее/их температуру;
- продувать подложку (подложки) непрерывным потоком газа, чтобы высушить и/или очистить ее/их;
- равномерно нагревать внутри загрузочного шлюза, например, вентилятором, работающим внутри загрузочного шлюза;
- анализировать выходящие газы с помощью RGA 180.
В одном из вариантов осуществления загрузочный шлюз содержит атмосферу инертного газа. В дополнительном варианте осуществления загрузочный шлюз содержит переменное состояние вакуума, которое влияет на нагрев и дегазацию. В одном из вариантов осуществления загрузочный шлюз нагревается тепловым или электромагнитным излучением, таким как микроволновое излучение.
Первый загрузочный шлюз 220 содержит, в одном из вариантов осуществления, насос, например, турбомолекулярный насос, выполненный с возможностью откачки загрузочного шлюза. Следует отметить, что первый загрузочный шлюз 220 содержит, например, газовые подключения, электрические подключения и дополнительные компоненты, выполненные способом, известным в данной области.
Первый узел 110 загрузочного шлюза дополнительно содержит первый затворный узел 230, или загрузочный клапан, выполненный с возможностью соединения первого загрузочного шлюза 220 с узлом 160 реакционной камеры. Первый загрузочный клапан 230 выполнен с возможностью открытия, чтобы обеспечить первому горизонтальному приводу 210 возможность переноса кассеты, удерживающей подложки, подлежащие обработке, в узел 160 реакционной камеры, а также с возможностью закрытия, чтобы закрывать узел 160 реакционной камеры. В одном из вариантов осуществления первый загрузочный шлюз и первый загрузочный клапан предназначены для разгрузки узла 160 реакционной камеры.
Узел 160 реакционной камеры содержит вертикальный привод 240, выполненный с возможностью приема кассеты с подложками, подлежащими обработке, от первого горизонтального привода и опускания указанной кассеты в реакционную камеру в нижнюю часть узла 160 реакционной камеры и для подъема кассеты оттуда.
Второй узел 150 загрузочного шлюза системы 100 ALD содержит компоненты, аналогичные компонентам первого узла 110 загрузочного шлюза. Второй узел 150 загрузочного шлюза содержит второй загрузочный шлюз 260 имеющий свойства и конструкции, аналогичные первому загрузочному шлюзу 220, раскрытые выше в настоящем документе. Второй узел загрузочного шлюза дополнительно содержит второй горизонтальный привод 270, выполненный с возможностью переноса обработанной кассеты из узла 160 реакционной камеры во второй загрузочный шлюз 260.
Второй загрузочный шлюз 150 дополнительно содержит второй затворный узел 250, или второй загрузочный клапан, выполненный с возможностью соединять второй загрузочный шлюз 260 с узлом 160 реакционной камеры. Второй загрузочный клапан 250 выполнен с возможностью открытия, чтобы обеспечить второму горизонтальному приводу 270 возможность переноса кассеты, содержащей обработанные подложки, из узла 160 реакционной камеры, а также с возможностью закрытия, чтобы закрывать узел 160 реакционной камеры.
Приводы 210, 240 (или приводы 210, 240 и 270) образуют приводное устройство. В одном из вариантов осуществления приводное устройство выполнено с возможностью перемещения подложек по горизонтали и вертикали в их надлежащее положение в реакционной камере.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, при нормальной работе подложки или образцы в кассете загружаются в загрузочный шлюз 220 (или 260) при давлении окружающей среды, и затем люк загрузочного шлюза закрывают. В зависимости от используемой программы, загрузочный шлюз откачивают и продувают до заданной температуры и давления, как запрограммировано для загруженных субстратов. Пример загрузки включает в себя: откачку газовой среды до 1 мкбар (1*10-6 бар), продувку загрузочного шлюза инертным газом до предварительно выбранного давления, нагревание подложек с измерением выходящих газов посредством RGA 180 и регулирование уровня вакуума до уровня промежуточного пространства узла 160 реакционной камеры. Нагревание подложки может быть ускорено потоком воздуха, например, с помощью вентилятора, теплового излучения и/или циклического давления. В одном из вариантов осуществления во время переноса подложек в узел 160 реакционной камеры температура подложек такая же, как в узле 160 реакционной камеры.
Согласно одному из вариантов осуществления уровень влажности газов, выходящих из узла 160 реакционной камеры (или из реакционной камеры 420 по фиг. 4), измеряется посредством RGA 180, входящего в состав системы. Эта полученная информация (уровень влажности) в одном из вариантов осуществления используется для управления началом атомно-слоевого осаждения посредством управляющего элемента 130.
В одном из вариантов осуществления управляющий элемент 130, подключенный к RGA 180, управляет начальной точкой импульса предшественника на основании информации, полученной от RGA 180. RGA 180 измеряет, например, уровень влажности выхлопных газов реакционной камеры и/или количество продуктов реакции или побочного продукта, выходящих из реакционной камеры 420. RGA 180 соединен с выходом реакционной камеры 420 и/или форлинией 630 (фиг. 6).
На фиг.3 показан схематический вид узла 160 реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Узел 160 реакционной камеры, содержащий вакуумную камеру 310, имеет внутреннюю часть, называемую промежуточным пространством, которая поддерживается под вакуумом во время работы, загрузки и разгрузки. В одном из вариантов осуществления вакуумная камера 310 содержит единую вакуумную камеру, то есть, нет отдельного внешнего корпуса для вакуумной камеры и реакционной камеры. В другом варианте осуществления имеется более одной реакционной камеры. В дополнительном варианте осуществления подъем подложек между несколькими камерами внутри вакуумной камеры 310 или дополнительными узлами реакционной камеры осуществляется в варианте осуществления с приводами 210, 270.
Узел 160 реакционной камеры содержит вертикальный привод 240, выполненный с возможностью перемещения кассеты с подложками в вертикальном направлении внутри вакуумной камеры 310. Такой же или другой привод используется для закрытия крышки реакционной камеры из промежуточного пространства.
Узел реакционной камеры в одном из вариантов осуществления дополнительно содержит приводные элементы для поднятия экранирующего элемента перед загрузочным отверстием 350, соединенным со вторым загрузочным клапаном 250. Следует понимать, что другой конец вакуумной камеры 310 содержит аналогичное отверстие для соединения с первым загрузочным клапаном 230 и аналогичными исполнительными элементами для поднятия экранирующего элемента перед отверстием.
Вакуумная камера 310 в одном из вариантов осуществления дополнительно содержит одно или более смотровых окон 330, предназначенных для обеспечения наблюдения или настройки датчиков в вакуумной камере 310, и проходные каналы 340 для соединения с ненагретыми или нагретыми источниками в узле 170 нагретых источников или с ненагретыми источниками в узле 140 источников. В одном из вариантов осуществления проходные каналы 340 подключены к источнику (источникам) узла 170 источников, при этом отдельные проходные каналы, проходящие через нижнюю часть стенки вакуумной камеры 310 (не показана на фиг. 4), подключены к источнику (источникам) узла 140 источников. И проходные каналы 340, проходящие в одном из вариантов осуществления через часть боковой стенки вакуумной камеры 310, и проходные каналы (не показаны) от узла 140 источников, проходящие в одном из вариантов осуществления через нижнюю часть стенки вакуумной камеры 310, ведут во входное отверстие реакционной камеры 420 (фиг. 4).
На фиг. 4 показан схематический вид внутри узла 160 реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Вакуумная камера 310 содержит реакционную камеру 420, в одном из вариантов осуществления - в нижней части вакуумной камеры 310, остальная часть внутреннего пространства внутри вакуумной камеры образует промежуточное пространство. Вакуумная камера 310 дополнительно содержит крышку 410 держателя кассеты, соединенную с вертикальным приводом и выполненную с возможностью опускания на верх реакционной камеры 420 для ее закрытия. Крышка 410 держателя кассеты, таким образом, также образует крышку реакционной камеры.
Крышка 410 держателя кассеты выполнена с возможностью приема загруженной кассеты и опускания кассеты в реакционную камеру 420. Опускание крышки 410 держателя кассеты/крышки реакционной камеры на реакционную камеру дает преимущество по сравнению с перемещением подложек вверх. Поскольку подложки смещают крышку вниз за счет их собственного веса, отсутствует необходимость в дополнительной внешней силе. Возможные смещения, вызванные тепловым расширением снаружи реакционной камеры, становятся малозначительными. Это предотвращает истирание между краем реакционной камеры 420 и крышкой 410 и, следовательно, образование частиц, которые могут возникнуть из-за незначительных изменений температуры и давления.
Вакуумная камера 310 дополнительно содержит экранирующий элемент 440, выполненный с возможностью перемещения из передней части загрузочного отверстия, например, опускания при загрузке камеры, и перемещения, например, поднятия перед загрузочным отверстием с использованием приводов 320. Экранирующий элемент в одном из вариантов осуществления содержит металлическую пластину, предназначенную для предотвращения нагрева от промежуточного пространства, нагревающего загрузочный шлюз с этой стороны, т.е. экранирующий элемент выполнен с возможностью действовать как отражатель тепла. В одном из вариантов осуществления экранирующий элемент 440 содержит пакет металлических пластин. Понятно, что другой конец вакуумной камеры содержит аналогичный экранирующий элемент 440.
В одном из вариантов осуществления приведение в действие экранирующего элемента 440 и открытие и закрытие клапанов 230, 250 и/или крышки 410 синхронизированы и/или интегрированы с общими приводами для выполнения обеих задач.
Вакуумная камера 310 дополнительно содержит нагреватели 450, в одном из вариантов осуществления - радиационные нагреватели, в промежуточном пространстве на внутренней поверхности камеры 310, предназначенные для поддержания вакуумной камеры 310 и реакционной камеры 420 при требуемой температуре. В одном из вариантов осуществления нагреватели находятся снаружи вакуумной камеры 310, и, таким образом, стенка вакуумной камеры 310 будет отводить тепло к внутренней части.
На фиг. 5 показан схематический вид внутри узла 160 реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Вакуумная камера 310 содержит линии 510 впуска источников, соединенные с узлом 170 нагретых источников или с узлом 140 источников. Линии 510 впуска источников выполнены с возможностью перемещения на некоторое расстояние внутри вакуумной камеры, чтобы стабилизировать ее температуру и, соответственно, температуру химических реагентов-предшественников перед входом в реакционную камеру 420. Реакционная камера 420 содержит на своей входной стороне элемент 520 для направления потока, выполненный с возможностью его расположения между подлежащими покрытию подложками и поступающими газами из линий 510 источников. Элемент для направления потока в одном из вариантов осуществления представляет собой съемный элемент для направления потока. Элемент для направления потока в одном из вариантов осуществления содержит множество отверстий. Элемент для направления потока в одном из вариантов осуществления представляет собой сетку, или перфорированную пластину, или подобное этому.
На фиг. 6 показан схематический вид внутри узла 160 реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Реакционная камера 420 в одном из вариантов осуществления содержит неподвижную или съемную раму 620, а также в одном из вариантов осуществления содержит второй элемент 520' для направления потока (также на входной стороне может быть установлен элемент 520 для направления потока в неподвижной или съемной раме). Второй элемент 520' для направления потока является, в одном из вариантов осуществления, съемным элементом для направления потока. Элемент 520' для направления потока, в одном из вариантов осуществления, содержит множество отверстий. Элемент 520' для направления потока, в одном из вариантов осуществления, представляет собой сетчатую или перфорированную пластину или подобное этому. Однако отверстия во втором элементе 520' для направления потока, в одном из вариантов осуществления, отличаются по количеству и/или по форме и/или по размеру по сравнению с отверстиями элемента 520 для направления потока.
Вакуумная камера 310 содержит вакуумную или выпускную линию, далее называемую в настоящем документе форлинией 630, соединенную с насосом (не показан), предназначенным для откачки вакуумной камеры 310, и в одном из вариантов осуществления - в ловушку 190 для частиц. Форлиния 630 в одном из вариантов осуществления проходит некоторое расстояние внутри вакуумной камеры 310, чтобы уменьшить потери тепла через нее, то есть форлиния 630 внутри промежуточного пространства поддерживается при той же температуре, что и вакуумная камера 310. Вакуумная камера 310 дополнительно содержит проходные каналы 640 для нагревательных элементов. Промежуточное пространство дополнительно соединяется с той же или другой форлинией 630 через другой тракт или тракты, такие как 640.
В одном из вариантов осуществления форлиния 630 соединена непосредственно с ловушкой 190 для частиц или насосом, чтобы дополнительно снизить давление и/или изменить поведение потока газа в реакционной камере.
На фиг. 7 показан схематический вид внутри узла 160 реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. На фиг. 7 показана реакционная камера 420 в закрытой конфигурации, то есть крышка 410 опущена на реакционную камеру 420, чтобы закрыть реакционную камеру 420 из промежуточного пространства. Такое же закрывающее воздействие в одном из вариантов осуществления опускает подлежащие покрытию подложки в реакционную камеру. На фиг. 7 дополнительно показаны экранирующие элементы 440 в закрытом положении, то есть поднятые перед загрузочными отверстиями.
На фиг. 8 показан схематический вид сбоку реакционной камеры 420 системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. На фиг. 8 дополнительно показана кассета 810, загруженная в реакционную камеру. Кассета 810 содержит партию подложек 801, подлежащих обработке. Подложки 801 размещены в кассете горизонтально, что позволяет обрабатывать тонкие и/или гибкие подложки. В одном из вариантов осуществления подложки 801 альтернативно размещены вертикально. В еще одном варианте осуществления подложка загружается в реакционную камеру без кассеты или держателя подложки. В таком варианте осуществления приводное устройство захватывает подложку и загружает ее.
На фиг. 8 показана входная сторона реакционной камеры с газовпускным устройством 820, (первый) элемент 520 для направления потока и вакуумная (или выпускная) сторона реакционной камеры со вторым элементом 520 'для направления потока и форлинией 630. Газовпускное устройство 820 и форлиния 630 расположены таким образом, что обеспечивается горизонтальный поток газов-предшественников.
В одном из примеров процесса нанесения покрытия промежуточное пространство поддерживается при постоянном давлении 20-5 гПа путем регулирования входящего и выходящего потоков газа. В одном из вариантов осуществления промежуточное пространство поддерживается при постоянном давлением путем регулирования потока выходящего газа. В предпочтительном варианте осуществления некоторое количество газа обычно покидает промежуточное пространство по трактам, отличным от проходящих через реакционную камеру 420 и форлинию 630. Реакционная камера 420 работает при давлениях и температурах, требуемых для используемых химических процессов и обрабатываемых подложек. Давление обычно составляет от 10-0,1 гПа, но в некоторых случаях опускается до 0,001 гПа. В предпочтительном варианте осуществления промежуточное пространство имеет более высокое давление, чем реакционная камера 420, так что химически активные химические вещества не выходят против давления в промежуточное пространство.
В одном из вариантов осуществления обрабатываемые подложки нагревают в загрузочном шлюзе до температуры, применяемой в реакционной камере, например, 80-160°С или 30-300°С, в зависимости от подложек и требуемого процесса.
Поток через газовпускное устройство 820 в реакционную камеру 420 регулируется путем управления объемным или массовым расходом поступающего газа и, в одном из вариантов осуществления, альтернативно или дополнительно путем управления откачкой по форлинии посредством параметров насоса. Изменяя скорость потока химически активного газа через кассету с подложками, по необходимости обеспечивают более длительное время для протекания реакций. Это позволяет, например, размещать подложки произвольной формы или чрезвычайно большие соотношения сторон покрываемых подложек, например, соотношение глубины и ширины 2000:1. Управление потоками в одном из вариантов осуществления включает в себя измерение давлений, относящихся к реакционной камере, промежуточному пространству, линиям впуска газа и форлинии 630.
На фиг. 9 показан схематический принципиальный вид загрузки подложек в кассете в узел реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. Кассета 810 перемещается горизонтально из первого загрузочного шлюза через первый загрузочный клапан в вакуумную камеру, подхватывается крышкой и прикрепленным к ней держателем кассеты (то есть крышкой 410 держателя кассеты), а затем посредством вертикального привода 240 опускается вертикально в реакционную камеру 420.
На фиг. 10 показан схематический вид сверху системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов изобретения, содержащей другой кассетный узел. В этом варианте осуществления кассетный узел 120 заменен загрузочным модулем 1010, таким как интерфейсный модуль оборудования (EFEM- от англ. equipment front end module). Загрузочный модуль 1010 расположен на одной или обеих сторонах узла 110 загрузочного шлюза. Загрузочный модуль 1010, как изображено на фиг. 10, в одном из вариантов осуществления приспособлен для загрузки плоских подложек, таких как пластины. Подложки могут размещаться в стандартных блоках 1020, таких как унифицированные модули с фронтальной загрузкой (FOUP - от англ. front opening uniform pods). Загрузочный модуль 1010 переносит подложки из стандартных блоков 1020 в узел 110 загрузочного шлюза. Загрузочный модуль 1010 одновременно переносит несколько подложек в горизонтальный или вертикальный пакет или пакеты. Он может переносить подложки по отдельности или пакетом. Вращение подложки (подложек), если оно необходимо, может выполняться с помощью загрузочного робота или аналогичного устройства. Перенос подложки (подложек) в загрузочный шлюз - это автоматизированный процесс, выполняемый без участия человека.
В других вариантах осуществления химические вещества-предшественники подают в реакционную камеру 420 через каналы в крышке 410 реакционной камеры. В этом варианте осуществления газовпускное устройство 820 приспособлено для подачи химических реагентов в крышку 410, при этом распределительная пластина (элемент для направления потока) 520 расположен горизонтально над подложками. В этом варианте осуществления форлиния 630 расположена в нижней части реакционной камеры 420.
На фиг.11 показан алгоритм способа управления системой атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. На шаге 1100 партия обрабатываемых подложек загружается горизонтально в кассету 810, которая загружается в первый загрузочный шлюз 110 на шаге 1110 с использованием кассетного узла 120. На шаге 1120 кассета 810 перемещается горизонтально в вакуумную камеру 310 с использованием первого горизонтального привода 210 и захватывается крышкой 420, соединенной с вертикальным приводом 240. На шаге 1130 кассета опускается в реакционную камеру 420, и экранирующие элементы 440 перемещаются, в варианте осуществления - поднимаются, перед загрузочным отверстием. На шаге 1140 атомно-слоевое осаждение выполняется в реакционной камере 420. На шаге 1150 кассета 810 поднимается из реакционной камеры 420, и экранирующие элементы 440 перемещаются, в варианте осуществления - опускаются, от передней стороны загрузочных отверстий. На шаге 1160 кассета захватывается первым 210 или вторым горизонтальным приводом 270 и переносится в первый 220 или второй 260 загрузочный шлюз. В варианте осуществления с несколькими реакционными камерами все реакционные камеры загружаются аналогичным образом из загрузочного шлюза 210.
На фиг. 12 показан схематический принципиальный вид загрузки узла реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения. В этом варианте осуществления подложки вертикально ориентированы в держателе 801, образуя горизонтальный пакет вертикально ориентированных подложек. Операции этого варианта осуществления в остальном соответствует операциям, показанным на фиг. 9. Поток газов-предшественников параллелен поверхностям подложек, поэтому направление потока на фиг. 12 - «сзади - вперед».
На фиг. 13 показан схематический вид внутри узла реакционной камеры системы атомно-слоевого осаждения (ALD) в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. В этом варианте осуществления подложки 801 с кассетой 810 переносятся вращающимся держателем кассеты через крышку 1310. Часть 1305 держателя, удерживающая подложки 801 (или кассету 810), вращается с помощью двигателя 1320, встроенного в вертикальный привод 240. Вал 1315 вращателя проходит внутри вертикального привода 240 от электродвигателя 1320 извне вакуумной камеры 310 к вращающейся части 1305 держателя внутри реакционной камеры 420. В альтернативном варианте осуществления вращение подложек от двигателя 1320 осуществляется с помощью расположенного снизу вала, проходящего через дно реакционной камеры 420 независимо от привода 240 для подъема. В еще одном альтернативном варианте осуществления вращение подложек от двигателя 1320 осуществляется с помощью расположенного сбоку вала, проходящего через боковую стенку реакционной камеры 240.
В других вариантах осуществления обрабатывают чувствительную подложку, такую как стеклянную, кремниевую, печатную плату или полимерную подложку, или партию чувствительных подложек. Реакционная камера 420 предусмотрена внутри вакуумной камеры 310, и атомно-слоевое осаждение осуществляется на чувствительной подложке или партии чувствительных подложек в реакционной камере 420. После осаждения (ALD) чувствительная подложка или партия чувствительных подложек переносится через вакуумную камеру 310 в загрузочный шлюз 220 или 260, соединенный с вакуумной камерой. Чувствительная подложка или партия чувствительных подложек охлаждается в вакууме внутри загрузочного шлюза. При охлаждении чувствительной подложки (подложек) в вакууме риск поломки подложки (подложек) значительно ниже.
Ниже перечислены некоторые технические результаты одного или более примерных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, не ограничивающие объем и толкование формулы изобретения. Техническим результатом является возможность одновременной дегазации и/или нагрева, обработки ALD, включая возможность регулировки уровней вакуума между промежуточным пространством и реакционной камерой, стабилизации температуры подложек в реакционной камере и охлаждения, включая регулировку давления выгрузки. Другой технический результат позволяет обрабатывать чувствительные, например гибкие, подложки, уложенные горизонтально, с минимальным напряжением. Еще один технический результат - загрузка подложек для осаждения без переворачивания. Еще одним техническим результатом является меньшая высота системы благодаря конструкции вакуумной камеры, обеспечивающей удобство загрузки и обращения с подложками на высоте человеческой руки при горизонтальном перемещении к реактору. Еще одним техническим результатом является возможность опускать крышку с подложками в реакционной камере вертикально, чтобы не было движущихся, возможно горячих, контактов типа «металл-металл», которые могут создавать частицы, и которые отделяют промежуточное давление от давления в реакционной камере и газов. Еще одним техническим результатом является улучшенный контроль температуры с помощью экранирующих элементов и длинной вакуумной линии, проходящей внутри вакуумной камеры. Еще одним техническим результатом является простота обслуживания благодаря модульной конструкции, которая также обеспечивает возможность компоновки, состоящей из нескольких реакционных камер в ряд, возможно, разделенных дополнительными затворными узлами. Еще одним техническим эффектом является минимизация образования частиц при вертикальном перемещении крышки. Еще одним техническим результатом является компоновка с несколькими реакционными камерами внутри узла вакуумной камеры в одном и том же или другом промежуточном пространстве, так что одна камера может быть загружена или разгружена независимо от работы в другой камере.
Следует отметить, что некоторые из функций или шагов способа, рассмотренных ранее, могут выполняться в другом порядке и/или одновременно друг с другом. Кроме того, одна или более из раскрытых выше функций или шагов способа могут быть опциональными или могут комбинироваться.
Вышеприведенное описание предоставило в качестве неограничивающих примеров конкретных реализаций и вариантов осуществления изобретения полное и информативное описание наилучшего режима, который в настоящее время рассматривается изобретателями для осуществления изобретения. Однако специалисту в данной области техники очевидно, что изобретение не ограничивается деталями вариантов осуществления, представленных выше, но может быть реализовано в других вариантах осуществления с использованием эквивалентных средств без отклонения от характеристик изобретения.
Кроме того, некоторые из признаков раскрытых выше вариантов осуществления этого изобретения могут быть использованы для получения преимуществ без соответствующего использования других признаков. По существу, вышеприведенное описание следует рассматривать просто как иллюстрацию принципов настоящего изобретения, а не как его ограничение. Следовательно, объем изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
1. Устройство для атомно-слоевого осаждения (ALD) покрытия на поверхность подложки, содержащее реакционную камеру (420), расположенную внутри вакуумной камеры (310) с возможностью размещения подложки или партии подложек, газовпускное устройство (820) и форлинию (630), выполненные с возможностью обеспечения горизонтального потока газа в реакционной камере (420), при этом форлиния сконфигурирована выходящей из реакционной камеры и проходящей внутри вакуумной камеры наружу вакуумной камеры.
2. Устройство по п. 1, в котором форлиния сконфигурирована с по меньшей мере одним поворотом внутри реакционной камеры.
3. Устройство по п. 1 или 2, которое выполнено с возможностью приема в реакционной камере подложки или партии подложек, подлежащих атомно-слоевой обработке.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором указанная подложка или партия подложек введена в реакционную камеру в крышке (410) реакционной камеры.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором подложка или партия подложек помещена в кассету (810).
6. Устройство по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее вертикальный привод (240), соединенный с крышкой (410) реакционной камеры, при этом указанный вертикальный привод выполнен с возможностью перемещения крышки (410), содержащей подложку или партию подложек, вертикально относительно реакционной камеры.
7. Устройство по п. 6, в котором указанный вертикальный привод выполнен с возможностью опускания крышки (410), содержащей подложку или партию подложек, внутри вакуумной камеры в реакционную камеру (420) для закрытия реакционной камеры крышкой (410).
8. Устройство по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащее первый горизонтальный привод (210), выполненный с возможностью переноса подложки или партии подложек, подлежащей атомно-слоевой обработке, через первый загрузочный шлюз (220) горизонтально в вакуумную камеру.
9. Устройство по п. 8, в котором вертикальный привод (240) выполнен с возможностью приема подложки или партии подложек от указанного первого горизонтального привода (210).
10. Устройство по п. 8 или 9, дополнительно содержащее второй горизонтальный привод (270), выполненный с возможностью переноса обработанной подложки или партии подложек из реакционной камеры во второй загрузочный шлюз (260).
11. Устройство по любому из пп. 6-10, в котором вертикальный привод (240) и по меньшей мере один горизонтальный привод (210, 270) образуют приводное устройство.
12. Устройство по любому из пп. 1-11, дополнительно содержащее по меньшей мере один экранирующий элемент (440), расположенный снаружи реакционной камеры и внутри вакуумной камеры, при этом указанный по меньшей мере один экранирующий элемент выполнен с возможностью перемещения в положение перед загрузочным отверстием (350) вакуумной камеры (310).
13. Устройство по п. 12, в котором по меньшей мере один экранирующий элемент (440) выполнен с возможностью отражения тепла.
14. Устройство по п. 12 или 13, в котором по меньшей мере один экранирующий элемент (440) выполнен с возможностью перемещения посредством приводов (320) и/или синхронно с открытием и закрытием загрузочных клапанов (230, 250).
15. Устройство по любому из пп. 8-14, дополнительно содержащее первый загрузочный клапан (230) между первым загрузочным шлюзом (220) и загрузочным отверстием вакуумной камеры (310).
16. Устройство по п. 15, дополнительно содержащее второй загрузочный клапан (250) между вторым загрузочным шлюзом (260) и загрузочным отверстием вакуумной камеры (310).
17. Устройство по любому из пп. 1-16, дополнительно содержащее по меньшей мере один узел (180) анализатора остаточных газов, содержащий анализатор остаточных газов (RGA) и соединенный с первым (110) и/или вторым узлом (150) загрузочного шлюза и/или форлинией (630).
18. Устройство по любому из пп. 1-17, в котором реакционная камера (420) содержит по меньшей мере один съемный элемент (520, 520’) для направления потока.
19. Устройство по любому из пп. 1-18, дополнительно содержащее узел (170) нагретых химических источников, соединенный с реакционной камерой.
20. Устройство по любому из пп. 1-19, в котором вакуумная камера содержит линии впуска (510) химических источников, проходящие внутри вакуумной камеры (310).
21. Устройство по любому из пп. 1-20, содержащее вращатель (1320), выполненный с возможностью вращения подложки или партии подложек в реакционной камере (420).
22. Устройство по п. 17, дополнительно содержащее загрузочный модуль (1010) в виде интерфейсного модуля оборудования и/или загрузочного робота, соединенный с первым узлом (110) загрузочного шлюза.
23. Устройство по п. 17, которое выполнено с возможностью нагревания или охлаждения подложки или партии подложек в по меньшей мере одном из первого и второго узлов (110, 150) загрузочного шлюза.
24. Устройство по любому из пп. 8-23, которое выполнено с возможностью откачки загрузочного шлюза (220, 260) до давления ниже давления, применяемого в реакционной камере (420).
25. Устройство по любому из пп. 8-24, которое выполнено с возможностью измерения влажности выхлопных газов реакционной камеры и/или количества продуктов реакции или побочного продукта, выходящих из реакционной камеры.
