用于空间分离原子层沉积的设备及制程密闭度
阅读：90发布：2020-05-11
专利汇可以提供用于空间分离原子层沉积的设备及制程密闭度专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供的是包括气体分配板的 原子 层沉积 设备和方法，气体分配板包括多个细长的气口，气口具有沿着气体分配板的外部长度延伸的气帘。还提供的是包括气体分配板的原子层沉积设备和方法，气体分配板具有多个细长的气口，气口具有气帘。，下面是用于空间分离原子层沉积的设备及制程密闭度专利的具体信息内容。
1.一种气体分配板，包括：
具有长度、宽度、左侧、右侧和正面的主体；
在所述主体的所述正面处有开口的多个细长的气口，所述细长的气口沿着所述主体的所述宽度延伸；
左气帘通道，所述左气帘通道邻接所述主体的所述左侧并沿所述主体的所述长度延伸，并局限所述多个细长的气口中的至少一些；及
右气帘通道，所述右气帘通道邻接所述主体的所述右侧并沿所述主体的所述长度延伸，并局限所述多个细长的气口中的至少一些。
2.如权利要求1所述的气体分配板，其中所述左气帘通道和所述右气帘通道中的一个或更多个局限所有的细长的气口。
3.如权利要求1所述的气体分配板，其中所述左气帘通道和所述右气帘通道中的一个或更多个局限少于所有的细长的气口。
4.如权利要求1所述的气体分配板，其中所述左气帘通道和所述右气帘通道中的一个或更多个包括净化气帘通道。
5.如权利要求1所述的气体分配板，其中所述左气帘通道和所述右气帘通道中的一个或更多个包括真空帘通道。
6.如权利要求1所述的气体分配板，其中所述左气帘通道和所述右气帘通道中的一个或更多个包括净化气帘通道和真空帘通道。
7.如权利要求6所述的气体分配板，其中所述净化气帘通道位于所述真空帘通道与所述多个细长的气口之间。
8.如权利要求6所述的气体分配板，其中所述真空帘通道位于所述净化气帘通道与所述多个细长的气口之间。
9.如权利要求1所述的气体分配板，其中所述多个细长的气口包括与第一反应气体流体连通的至少一个第一反应气口和与不同于所述第一反应气体的第二反应气体流体连通的至少一个第二反应气口。
10.如权利要求9所述的气体分配板，其中所述多个细长的气口实质上由前导的第一反应气口、第二反应气口和拖尾的第一反应气口依序组成。
11.如权利要求10所述的气体分配板，其中所述多个细长的气口进一步包括位于所述前导的第一反应气口与所述第二反应气口间的净化气口，以及位于所述第二反应气口与所述拖尾的第一反应气口间的净化气口，各净化气口通过真空口与这些反应气口隔开。
12.如权利要求11所述的气体分配板，其中所述细长的气口在所述前导的第一反应气口前与第二个第一反应气口后依序包括真空口、净化气口和另一真空口。
13.如权利要求1所述的气体分配板，其中所述多个细长的气口包括一个第一反应气口与一个第二反应气口的至少一个重复单元。
14.如权利要求13所述的气体分配板，其中有2至24个重复单元。
15.一种原子层沉积系统，包括：
处理腔室；
如权利要求1的气体分配板；及
基板载具，用以相对于所述气体分配板以来回运动方式沿着垂直于所述细长的气体注入器的轴线的轴线往复移动基板。
16.如权利要求15所述的原子层沉积系统，其中所述基板载具使所述基板旋转。
17.如权利要求16所述的原子层沉积系统，其中所述旋转是连续的。
18.如权利要求16所述的原子层沉积系统，其中所述旋转采用分立阶段。
19.如权利要求18所述的原子层沉积系统，其中每一分立阶段旋转在所述基板载具不邻接所述气体分配板时发生。
用于空间分离原子层沉积的设备及制程密闭度
[0001] 背景
[0003] 在半导体制程、平板显示器制程或其他电子装置制程的领域中，气相沉积制程在沉积材料至基板方面扮演了重要的角色。随着电子装置的几何形状持续缩小以及装置密度持续增加，特征结构的尺寸和高宽比正变得更激进，例如特征结构尺寸为0.07μm，高宽比为10或更大。因而保形沉积材料来形成这些装置正变得日益重要。
[0004] 在原子层沉积(ALD)制程期间，反应物气体被引入容纳基板的处理腔室。通常，第一反应物被引入处理腔室并吸附于基板表面上。第二反应物被引入处理腔室并与第一反应物反应以形成沉积材料。可执行净化步骤以确保反应只会在基板表面发生。净化步骤可以是使用载气的连续净化或在反应物气体的释放之间的脉冲净化。
[0005] 在一些空间ALD气体分配设备中，气体可能泄漏出处理区域并污染腔室。这进而会造成微粒与腐蚀问题。本发明的实施例防止制程气体泄漏出处理区域，因而不会有微粒与腐蚀问题。
[0006] 本领域正需要用于通过原子层沉积来处理基板的改良设备和方法。
[0007] 概述
[0008] 本发明的实施例针对包括具有长度、宽度、左侧、右侧和正面的主体的气体分配板。主体具有多个细长的气口，这些细长的气口具有位于所述正面处的开口。所述细长的气口沿着所述主体的所述宽度延伸。左气帘(gas curtain)通道邻接主体的左侧并沿主体的长度延伸，并局限所述多个细长的气口中的至少一些。右气帘通道邻接主体的右侧并沿主体的长度延伸，并局限所述多个细长的气口中的至少一些。
[0009] 在一些实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个局限所有细长的气口。在一个或更多个实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个局限少于所有的细长的气口。
[0010] 在一些实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个包括净化气帘通道。在一个或更多个实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个包括真空帘通道。在一些实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个包括净化气帘通道和真空帘通道。在一个或更多个实施例中，所述净化气帘通道位于所述真空帘通道与所述多个细长的气口之间。在一些实施例中，所述真空帘通道位于所述净化气帘通道与所述多个细长的气口之间。
[0011] 在一些实施例中，所述多个细长的气口包括与第一反应气体流体连通的至少一个第一反应气口和与不同于第一反应气体的第二反应气体流体连通的至少一个第二反应气口。在一个或更多个实施例中，所述多个细长的气口实质上由前导的(leading)第一反应气口、第二反应气口和拖尾的(trailing)第一反应气口依序组成。在一些实施例中，所述多个细长的气口进一步包括位于前导的第一反应气口与第二反应气口间的净化气口，以及位于第二反应气口与拖尾的第一反应气口间的净化气口，各净化气口通过真空口与反应气口隔开。在一个或更多个实施例中，所述细长的气口在前导的第一反应气口前与第二个第一反应气口后依序包括真空口、净化气口和另一真空口。
[0012] 在一些实施例中，所述多个细长的气口包括一个第一反应气口与一个第二反应气口的至少一个重复单元。在一个或更多个实施例中，有2至24个重复单元。
[0013] 本发明的额外的实施例针对原子层沉积系统。ALD系统包括处理腔室、根据所公开的实施例中的任一实施例的气体分配板、以及基板载具。基板载具能相对于气体分配板以来回运动方式沿着垂直于所述细长的气体注入器的轴线的轴线往复移动基板。
[0014] 在一些实施例中，基板载具使基板旋转。在一个或更多个实施例中，旋转是连续的。在一些实施例中，旋转采用分立阶段。在一些实施例中，每一分立阶段旋转在基板载具不邻接气体分配板时发生。
[0016] 为了获得并能详细理解本发明的上述特征的方式，可参考本发明的实施例来获得上面简要概述的本发明的更具体的描述，这些实施例被图示在附图中。然而应注意附图仅例示出本发明的典型实施例，且因此不应被视为限制本发明的范围，因为本发明可容许其他等效实施例。
[0017] 图1示出根据本发明的一个或更多个实施例的原子层沉积腔室的示意侧视图；
[0019] 图3示出根据本发明的一个或更多个实施例的原子层沉积腔室的局部透视图；
[0020] 图4A及图4B示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的视图；
[0021] 图5示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0022] 图6示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0023] 图7示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0024] 图8示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0025] 图9示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0026] 图10示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0027] 图11示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0028] 图12示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0029] 图13示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；及[0030] 图14示出根据本发明的一个或更多个实施例的集群工具。
[0031] 详细描述
[0032] 本发明的实施例针对提供改进的基板移动的原子层沉积设备和方法。本发明的具体实施例针对原子层沉积设备(亦称作循环沉积)，所述原子层沉积设备整合了具有精细配置及往复线性运动的气体分配板。
[0033] 本发明的实施例大体关于空间原子层沉积设备。特别地，本发明的实施例描述如何将制程限制在某一区域内，及防止制程气体泄漏出处理区域而污染处理腔室。在一些空间ALD型气体分配设备中，气体可能泄漏出处理区域并污染腔室。这进而会造成微粒与腐蚀问题。本发明的实施例防止制程气体泄漏出处理区域，因而不会有微粒与腐蚀问题。
[0034] 本发明的一个或更多个实施例在空间ALD设备的所有边缘处增设额外的惰性气体净化通道及/或排放通道。在一些实施例中，这些排放通道的压力防止制程气体泄漏出设备区域。本发明的实施例帮助将制程气体、任何副产物及/或残渣限制在设备(处理区域)内，以使整个处理腔室保持干净，消除微粒与腐蚀问题，增加零件寿命，进而降低成本及缩短定期维护时间。
[0035] 图1是根据本发明的一个或更多个实施例的原子层沉积系统100或反应器的示意截面图。系统100包括负载锁定腔10和处理腔室20。处理腔室20通常是在真空或至少在低压下操作的可密封封闭区。处理腔室20通过隔离阀15与负载锁定腔10隔离。隔离阀15在关闭位置会将处理腔室20从负载锁定腔10密封，及在打开位置会允许基板60从负载锁定腔10经由所述阀转移到处理腔室20(反之亦然)。
[0036] 系统100包括能跨基板60分配一个或更多个气体的气体分配板30。气体分配板30可为本领域技术人员已知的任何适合的分配板，所述的具体气体分配板不应被视为限制本发明范围。气体分配板30的输出面面对基板60的第一表面61。
[0037] 配合本发明的实施例使用的基板可为任何适合的基板。在详细实施例中，基板是刚性的、分立的、通常为平面的基板。如本说明书与所附权利要求中所使用的那样，术语“分立的”在涉及基板时意味着基板具有固定尺寸。具体实施例的基板为半导体晶圆，例如直径为200mm或300mm的硅晶圆。
[0038] 气体分配板30包括配置成将一个或更多个气流输送至基板60的多个气口以及设置在各气口之间且配置成将气流输送到处理腔室20之外的多个真空口。在图1的详细实施例中，气体分配板30包括第一前驱物注入器120、第二前驱物注入器130和净化气体注入器140。注入器120、130、140可由诸如主机的系统计算机(未示出)或诸如可编程逻辑控制器的腔室专用控制器控制。前驱物注入器120被配置成通过多个气口125将反应性的化合物前驱物A的连续(或脉冲)流注入至处理腔室20中。前驱物注入器130被配置成通过多个气口135将反应性的化合物前驱物B的连续(或脉冲)流注入至处理腔室20中。净化气体注入器140被配置成通过多个气口145将非反应性或净化气体的连续(或脉冲)流注入至处理腔室20中。净化气体被配置成将反应材料和反应副产物从处理腔室20移除。净化气体通常为惰性气体，例如氮气、氩气和氦气。气口145被设置在气口125与气口135之间，以分离化合物前驱物A和化合物前驱物B，从而避免前驱物间的交叉污染。
[0039] 另一方面，在将前驱物注入至腔室20中之前，远程等离子源(未示出)可被连接至前驱物注入器120和前驱物注入器130。通过向远程等离子源内的化合物施加电场，可生成反应物种的等离子体。可使用能活化目标化合物的任何电源。例如，使用基于DC、射频(RF)和微波(MW)的放电技术的电源可被使用。若使用RF电源，则RF电源可为电容耦合或电感耦合。也可利用基于热的技术、气体击穿技术、高强度光源(例如UV能)或暴露于x射线源来产生活化。示例性远程等离子源可从诸如万机仪器股份有限公司(MKS Instruments,Inc.)和优仪半导体设备有限公司(Advanced Energy Industries,Inc.)等供应商获得。
[0040] 系统100进一步包括连接至处理腔室20的抽吸系统150。抽吸系统150通常被配置成通过一个或更多个真空口155将气流排出到处理腔室20之外。真空口155设置在各气口间，以在气流与基板表面反应后将气流排出到处理腔室20之外，以及进一步限制前驱物间的交叉污染。
[0041] 系统100包括设置在处理腔室20上并位于各口间的多个隔板160。各隔板的下部延伸到靠近基板60的第一表面61，例如离第一表面61约0.5mm。此距离应使得隔板160的下部与基板表面分离开在气流与基板表面反应后允许气流绕流下部而流向真空口155的距离。箭头198指示气流方向。由于隔板160充当对气流的物理屏障，因此隔板也限制前驱物间的交叉污染。所示安排仅为举例说明，不应被视为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解所示的气体分配系统仅为一可能的分配系统，可采用其他类型的喷淋头和气体分配系统。
[0042] 操作时，基板60被传送(例如通过机器人)到负载锁定腔10，并被放到载具65上。打开隔离阀15后，载具65沿着轨道70移动，轨道70可为轨条或框架系统(frame system)。
一旦载具65进入处理腔室20，隔离阀15关闭，密封了处理腔室20。随后载具65移动通过处理腔室20供处理。在一个实施例中，载具65按线性路径移动通过腔室。
一旦载具65进入处理腔室20，隔离阀15关闭，密封了处理腔室20。随后载具65移动通过处理腔室20供处理。在一个实施例中，载具65按线性路径移动通过腔室。
[0043] 随着基板60移动通过处理腔室20，基板60的第一表面61反复地暴露于出自气口125的化合物前驱物A与出自气口135的化合物前驱物B，二者间有出自气口145的净化气体。净化气体的注入被设计成在将基板表面110暴露于下一前驱物前，去除来自前一前驱物的未反应的材料。每次暴露于不同气流(例如前驱物或净化气体)后，利用抽吸系统150通过真空口155排出气流。由于真空口可被设置在各气口两侧，因而气流通过两侧的真空口155被排出。从而气流从各气口垂直往下流向基板60的第一表面61，越过第一表面110并绕隔板160的下部，最后往上流向真空口155。以此方式，各气体可被均匀分配遍布基板表面110。箭头198指示气流方向。基板60亦可在被暴露于各种气流时被旋转。基板的旋转可能有助于防止在形成的层中形成条带。基板的旋转可以是连续的或采用分立的阶段。
[0044] 通常在处理腔室20的末端会提供足够的空间，以确保会受到处理腔室20中的最后一个气口完全暴露。一旦基板60抵达处理腔室20的末端(即第一表面61已经彻底暴露于腔室20的每一气口过)，基板60即朝负载锁定腔10的方向返回。随着基板60向负载锁定腔10返回移动时，基板表面可依与第一次暴露相反的顺序再次被暴露于化合物前驱物A、净化气体和化合物前驱物B。
[0045] 基板表面110暴露于各气体的程度可例如由各气体自气口流出的流率和基板60的移动速率来确定。在一个实施例中，各气体的流率被配置成不会从基板表面110去除吸附的前驱物。各隔板间的宽度、设置于处理腔室20上的气口的数量、以及基板来回通过的次数亦可确定基板表面110被暴露于各种气体的程度。因此，可通过改变上述因子来优化沉积膜的量与质量。
[0046] 在另一实施例中，系统100可包括前驱物注入器120和前驱物注入器130，而无净化气体注入器140。因此，随着基板60移动通过处理腔室20时，基板表面110将被交替暴露于化合物前驱物A和化合物前驱物B，而在二者之间不会被暴露于净化气体。
[0047] 图1中所示的实施例使气体分配板30在基板上方。尽管所述实施例是关于此正立定向来被描述并显示，但应理解相反定向也是可能的。在所述情况下，基板60的第一表面61将面朝下，而朝向基板的气流则将被向上引导。
[0048] 在又一实施例中，系统100可被配置来处理多个基板。在这样一种实施例中，系统100可包括第二负载锁定腔(设置于负载锁定腔10的相对端)和多个基板60。基板60可被传送到负载锁定腔10以及从第二负载锁定腔被取回。
[0049] 在一个或更多个实施例中，设置至少一个辐射热灯90以加热基板的第二侧。辐射热源通常离开基板被设置在气体分配板30的对侧。在这些实施例中，气垫板由允许来自辐射热源的至少一些光透过的材料制成。例如，气垫板可由石英制成，允许来自可见光源的辐射能量通过板体并接触基板的背侧，以及造成基板温度的增加。
[0050] 在一些实施例中，载具65是用于承载基板60的基座66。通常，基座66是帮助在基板各处形成均匀温度的载具。基座66可在负载锁定腔10与处理腔室20间的两个方向移动(相对图1的安排来说，从左到右和从右到左)。基座66具有用以承载基板60的顶面67。基座66可为加热基座，使得基板60可被加热供处理。例如，基座66可由设置在基座
66底下的辐射热灯90、加热板、电阻线圈或其他加热装置加热。
66底下的辐射热灯90、加热板、电阻线圈或其他加热装置加热。
[0051] 在再一实施例中，如图2中所示，基座66的顶面67包括被配置成接受基板60的凹部68。基座66通常比基板的厚度厚，故在基板底下有基座材料。在详细实施例中，凹部68被配置成使得当基板60被置于凹部68内时，基板60的第一表面61与基座66的顶面
67齐平。换言之，一些实施例的凹部68被配置成当基板60被放置于内时，基板60的第一表面61不会突出到基座66的顶面67之上。
67齐平。换言之，一些实施例的凹部68被配置成当基板60被放置于内时，基板60的第一表面61不会突出到基座66的顶面67之上。
[0052] 图3示出根据本发明一个或更多个实施例的处理腔室20的局部截面图。处理腔室20具有气体分配板30，气体分配板30具有至少一个气体注入器单元31。如本说明书和所附权利要求中所使用的那样，术语“气体注入器单元”被用于描述气体分配板30中能在基板表面上沉积不连续的膜的一系列气体出口。例如，若以两种成分的组合来沉积不连续的膜，则单个气体注入器单元将包括用于至少这两种成分的出口。气体注入器单元31还可在能沉积不连续的膜的气体出口内或周围包括任何净化气口或真空口。图1中所示的气体分配板30由单个气体注入器单元31组成，但应理解可以不止一个气体注入器单元31成为气体分配板30的一部分。
[0053] 在一些实施例中，处理腔室20包括被配置成沿垂直于细长的气体注入器的轴顺着线性往复路径移动基板的基板载具65。如本说明书和所附权利要求中所使用的那样，术语“线性往复路径”指基板可被来回移动所沿的笔直或微弯路径。换言之，基板载具可被配置成垂直于细长的气体注入器的轴相对于气体注入器单元以来回运动方式往复移动基板。如图3中所示，载具65可被支撑在轨条74上，轨条74能从左到右及从右到左往复移动载具65，或能在移动期间支撑载具65。可利用本领域技术人员已知的许多机制来实现移动。
例如，步进电动机可驱动轨条之一，进而能与载具65相互作用，以致使基板60的往复运动。
在详细实施例中，基板载具被配置成沿垂直于细长的气体注入器32并位于气体注入器32下方的轴顺着线性往复路径移动基板60。在具体实施例中，基板载具65被配置成将基板
60从气体分配板30前的区域76运送到气体分配板30后的区域77，使整个基板60表面通过气体分配板30所占据的区域78。
例如，步进电动机可驱动轨条之一，进而能与载具65相互作用，以致使基板60的往复运动。
在详细实施例中，基板载具被配置成沿垂直于细长的气体注入器32并位于气体注入器32下方的轴顺着线性往复路径移动基板60。在具体实施例中，基板载具65被配置成将基板
60从气体分配板30前的区域76运送到气体分配板30后的区域77，使整个基板60表面通过气体分配板30所占据的区域78。
[0054] 图4A示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板30的底部透视图。参照图3及图4，每一气体注入器单元31包括多个细长的气体注入器32。结合图4A中所示的示例，细长的气体注入器32可采用任何适合的形状或配置。图中左侧的细长的气体注入器32是一连串密集孔洞。这些孔洞位于气体分配板30的板面中形成的沟槽33的底部。沟槽33被示为延伸到气体分配板30的末端，但应理解这仅用于举例说明的目的，沟槽无需延伸到边缘。位于中间的细长的气体注入器32是一连串密集矩形开口。与位于沟槽33内相反，该注入器被示为直接位于气体分配板30的板面上。详细实施例的沟槽深度为约8mm，宽度为约10mm。图4A的右侧的细长的气体注入器32被示为两个细长的通道。图4B示出气体分配板30的一部分的侧视图。更大的一部分及描述被包括在图11中。图4B示出单个抽吸气室150a与真空口155的关系。抽吸气室150a通过两个通道151a连接至这些真空口155。这些通道151通过图4A中所示的细长的注入器32与真空口155流体连通。在具体实施例中，细长的注入器32具有约28个直径约4.5mm的孔洞。在各种实施例中，细长的注入器32具有约10个至约100个孔洞，或约15个至约75个孔洞，或约20个至约50个孔洞，或多于10个孔洞、20个孔洞、30个孔洞、40个孔洞、50个孔洞、60个孔洞、70个孔洞、80个孔洞、90个孔洞或100个孔洞。在一分类的实施例中，孔洞的直径为约1mm至约10mm，或约2mm至约9mm，或约3mm至约8mm，或约4mm至约7mm，或约5mm至约6mm，或大于1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。孔洞可排成二行或更多行，零星分布或均匀分布，或排成单行。气体供应气室120a通过两个通道121a连接至细长的气体注入器32。在详细实施例中，气体供应气室120a的直径为约14mm。在各种实施例中，气体供应气室的直径为约8mm至约20mm，或约9mm至约19mm，或约10mm至约18mm，或约11mm至约17mm，或约12mm至约16mm，或约13mm至约15mm，或大于4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、
14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。在具体实施例中，这些通道(出自气室)的直径为约0.5mm，且有约121个这些通道错开地或等间距地排成两行。在各种实施例中，直径为约0.1mm至约1mm，或约0.2mm至约0.9mm，或约0.3mm至约0.8mm，或约0.4mm至约0.7mm，或大于0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。虽然气体供应气室
120a与第一前驱物气体在数值上相关联，但应理解可对第二反应气体和净化气体作出类似配置。认为并非局限于任一特定的操作理论，气室、通道和孔洞的尺寸定义了通道的传导性和均匀度。
14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。在具体实施例中，这些通道(出自气室)的直径为约0.5mm，且有约121个这些通道错开地或等间距地排成两行。在各种实施例中，直径为约0.1mm至约1mm，或约0.2mm至约0.9mm，或约0.3mm至约0.8mm，或约0.4mm至约0.7mm，或大于0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。虽然气体供应气室
120a与第一前驱物气体在数值上相关联，但应理解可对第二反应气体和净化气体作出类似配置。认为并非局限于任一特定的操作理论，气室、通道和孔洞的尺寸定义了通道的传导性和均匀度。
[0055] 图5至图13示出根据本发明的各种实施例的气体分配板30的侧视局部截面图。这些附图中使用的字母代表可被用于系统中的不同气体中的一些。作为参考，A是第一反应气体，B是第二反应气体，C是第三反应气体，P是净化气体，V是真空。如本说明书和所附权利要求中所使用的那样，术语“反应气体”指能与基板、基板表面上的膜或部分膜反应的任何气体。反应气体的非限制性示例包括铪前驱物、水、铈前驱物、过氧化物、钛前驱物、臭氧、等离子体、III-V族元素。净化气体是不与待接触物种或表面反应的气体。净化气体的非限制性示例包括氩气、氮气和氦气。
[0056] 在所示实施例中，气体分配板30任一端的反应气体注入器是一样的，使得通过气体分配板30的基板最先和最后遭遇的反应气体是一样的。例如，若最先的反应气体为A，则最后的反应气体亦将为A。若气体A、B交换，则基板最先和最后遭遇的气体将为气体B。此仅为气体分配的配置和次序的一个可能示例。本领域技术人员将理解存在可用的替代配置，而本发明的范围不应限于此类配置。
[0057] 参照图5，一些实施例的气体注入器单元31包括多个细长的气体注入器，所述多个细长的气体注入器包括至少二个第一反应气体注入器A和至少一个第二反应气体注入器B，所述第二反应气体注入器B与第一反应气体注入器的气体是不同的气体。第一反应气体注入器A与第一反应气体流体连通，第二反应气体注入器B与和第一反应气体不同的第二反应气体流体连通。所述至少两个第一反应气体注入器A围绕所述至少一个第二反应气体注入器B，使得从左移到右的基板依序将遭遇前导的第一反应气体A、第二反应气体B和拖尾的第一反应气体A，致使在基板上形成一完整的层。沿着相同路径返回的基板将遭遇相反次序的反应气体，致使每一完整循环会形成两层。作为有用的缩写，此配置可被称为ABA注入器配置。跨所述气体注入器单元31来回移动的基板将遭遇以下脉冲序列：
[0058] AB AAB AAB(AAB)n...AABA，
[0059] 从而形成均匀的膜组分B。在序列结束处暴露于第一反应气体A并不重要，因为随后并未跟随第二反应气体B。本领域技术人员将理解虽然所述膜组分被称作B，但所述膜组分实际上是反应气体A与反应气体B的表面反应产物的結果，只用B是为了方便描述膜。
[0060] 图6示出气体分配板30的一详细实施例。如此处所示，气体分配板30包括单个气体注入器单元31，所述单个气体注入器单元31可包括外部净化气体P注入器和外部真空V口。在所示的详细实施例中，气体分配板30包括连接至抽吸系统150的至少两个抽吸气室。第一抽吸气室150a与和第一反应气体A注入器32a、32c相关联的气口125旁(任一侧)的真空口155流体连通。第一抽吸气室150a通过两个真空通道151a连接至真空口155。第二抽吸气室150b与和第二反应气体B注入器32b相关联的气口135旁(任一侧)的真空口155流体连通。第二抽吸气室150b通过两个真空通道152a连接至真空口155。
以此方式实质上防止第一反应气体A与第二反应气体B气相反应。与末端真空口155流体连通的真空通道可为第一真空通道150a或第二真空通道150b或第三真空通道。抽吸气室
150、150a、150b可以是任何适合尺寸。真空通道151a、152a可以是任何适合尺寸。在具体实施例中，真空通道151a、152a的直径为约22mm。末端真空气室150实质上只收集净化气体。一额外的真空管线收集出自腔室内的气体。可顺流地组合一个或更多个泵或与两个独立的泵任意组合来排放或分别地排放这四种排放(A、B、净化气体和腔室)。
以此方式实质上防止第一反应气体A与第二反应气体B气相反应。与末端真空口155流体连通的真空通道可为第一真空通道150a或第二真空通道150b或第三真空通道。抽吸气室
150、150a、150b可以是任何适合尺寸。真空通道151a、152a可以是任何适合尺寸。在具体实施例中，真空通道151a、152a的直径为约22mm。末端真空气室150实质上只收集净化气体。一额外的真空管线收集出自腔室内的气体。可顺流地组合一个或更多个泵或与两个独立的泵任意组合来排放或分别地排放这四种排放(A、B、净化气体和腔室)。
[0061] 本发明的一具体实施例针对包括处理腔室的原子层沉积系统，所述处理腔室内具有气体分配板。气体分配板包括多个气体注入器，所述多个气体注入器实质上由真空口、净化气体注入器、真空口、第一反应气体注入器、真空口、净化口、真空口、第二反应气体注入器、真空口、净化口、真空口、第一反应气体注入器、真空口、净化口和真空口依序组成。
[0062] 在一些实施例中，气室和气体注入器可与净化气体供应源(例如氮气)连接。这容许气室和气体注入器净空残余气体，从而气体配置可被切换，允许B气体从A气室和注入器流出，反之亦然。此外，气体分配板30可在沿着侧边或边缘处包括额外的真空口，以帮助控制不合需要的气体泄漏。当注入器下方压力比腔室高约1托(torr)时，额外的真空口可帮助防止反应气体泄漏到腔室内。在一些实施例中，气体分配板30还包括一个或更多个加热器或冷却器。
[0063] 参照图7，示出根据一个或更多个实施例的气体分配板30。气体分配板30包括具有正面201、长度L和宽度W的主体200。主体200具有左侧202(图示于底部)和右侧203(图示于顶部)。左侧和右侧是基于以下确定的：基板从左到右移动，其中最左边的气体注入器是基板遭遇的第一个气体注入器。气体分配板30包括多个细长的气口125、135、
145，所述气口在正面201具有开口。开口沿着主体200的宽度W和正面201延伸。
145，所述气口在正面201具有开口。开口沿着主体200的宽度W和正面201延伸。
[0064] 气帘通道沿着气体分配板30的左侧202和右侧203设置，以防止出自细长的注入器的气体从正面201前面的区域迁移。图7中所示的实施例包括左气帘通道210和右气帘通道211。左气帘通道210和右气帘通道211分别邻接主体200的左侧与右侧并沿主体200的长度L延伸。
[0065] 气帘通道210、211局限所述多个细长的气口125、135、145中的至少一些。如本说明书和所附权利要求中所使用的那样，用于这一方面的术语“局限”等指气帘通道在细长的气口的边缘与气体分配板的边缘间形成边界。可就不同用途来调整气帘通道210、211的长度。气帘通道可足够长以局限所有细长的气体注入器口中的细长的气口中的至少一个。图8示出图7中所示的气体分配板30的侧视截面图。从截面可见穿过主体200的个别的气体注入器120、130、140，其中左气帘通道210延伸气体分配板30的长度L。在图7中所示的实施例中，左气帘通道210和右气帘通道211局限所有的细长的气口125、135、145，包括细长的气口125、135、145任一侧的真空口155。在一些实施例中，气帘通道局限少于所有的细长的气口。左气帘通道210和右气帘通道211均被示为提供较低压力区域的真空帘通道。
真空帘通道的压力可与真空口155中的压力一样或不同。若真空帘通道的压力太低，则出自细长的气口的反应气体可能优先被吸向所述帘。若真空帘通道的压力太高，则反应气体可能逃逸出气体分配板30的正面201前面的反应区域。
真空帘通道的压力可与真空口155中的压力一样或不同。若真空帘通道的压力太低，则出自细长的气口的反应气体可能优先被吸向所述帘。若真空帘通道的压力太高，则反应气体可能逃逸出气体分配板30的正面201前面的反应区域。
[0066] 气帘通道可为真空通道及/或净化气体通道。图7及图8中所示的实施例具有在气体分配板30两侧(左侧和右侧)局限细长的气口的真空气帘通道。图9及图10中所示的实施例具有分别局限气体分配板30的左侧和右侧的净化气帘通道211、213。
[0067] 图7中所示的实施例具有与末端真空口155分离的真空帘通道210、211。然而这些可为单个连续真空口，所述单个连续真空口兼作末端真空口155与真空帘通道210、211。图9中所示的实施例包括单个净化气帘通道，所述单个净化气帘通道延伸围绕所有细长的气口，其中末端真空口155位于帘外。在此，净化气帘通道和净化气口被整合成单个单元，但视所述单元的所考虑的部分而具不同功能。看图9，净化气帘的左侧和右侧将用作净化气口145，而底侧将为左净化气帘通道212，顶部将用作右净化气帘通道213。在此情况下，通道内的压力在整个气体分配板30周围大约相等。在净化气口145与净化气帘通道212、
213分离的一实施例中，这些口内的气压可不同。当净化气口145与净化气帘通道212、213分离时，可分别控制压力，以确保反应气体留在气体分配板30的正面201前面的处理区域内。若净化气帘通道212、213内的净化气体压力太低，则净化气帘通道212、213可能无法有效地将所有反应气体限制在处理区域中。然而，若净化气帘通道212、213内的净化气体压力太高，则离开帘通道的净化气体可能冲击出自细长的气口的反应气体，以致影响整体沉积质量。
213分离的一实施例中，这些口内的气压可不同。当净化气口145与净化气帘通道212、213分离时，可分别控制压力，以确保反应气体留在气体分配板30的正面201前面的处理区域内。若净化气帘通道212、213内的净化气体压力太低，则净化气帘通道212、213可能无法有效地将所有反应气体限制在处理区域中。然而，若净化气帘通道212、213内的净化气体压力太高，则离开帘通道的净化气体可能冲击出自细长的气口的反应气体，以致影响整体沉积质量。
[0068] 图11示出本发明一实施例，其中有两个帘通道。内帘通道是净化气帘通道，而外帘通道是真空帘通道。这两个通道都被示为与最末端的细长的气口整合。图12示出一实施例，其中帘通道与细长的气口分离，从而允许在这些帘通道与气口内进行独立的压力控制。
[0069] 左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个包括净化气帘通道和真空帘通道。在图12中所示的情况中，左气帘通道和右气帘通道都包括真空帘通道210、211和净化气帘通道212、213两者。净化气帘通道212、213位于真空帘通道210、211与多个细长的气体通道125、135、145之间。图13示出一实施例，其中真空帘通道210、211位于净化气帘通道212、
213与多个细长的气体通道125、135、145之间。在某些实施例中，亦可于每一冲程(stroke)后或多次冲程后采用旋转移动。旋转移动可为分立的移动，例如10、20、30、40或50度移动或其他适合的渐进旋转移动。这种旋转移动与线性移动一起可在基板上形成更均匀的膜。
213与多个细长的气体通道125、135、145之间。在某些实施例中，亦可于每一冲程(stroke)后或多次冲程后采用旋转移动。旋转移动可为分立的移动，例如10、20、30、40或50度移动或其他适合的渐进旋转移动。这种旋转移动与线性移动一起可在基板上形成更均匀的膜。
[0070] 在详细实施例中，基板载具被配置成将第一延伸部97外的基板载送到加载位置。在一些实施例中，基板载具被配置成将第二延伸部98外的基板载送到卸载位置。若有需要，加载及卸载位置可颠倒。
[0071] 本发明的额外的实施例针对处理基板的方法。将基板的一部分朝第一方向传送通过一气体注入器单元。如本说明书和所附权利要求中所使用的那样，术语“传送通过”指基板在气体分配板上方、下方等移动，使得出自气体分配板的气体可与基板或基板上的层反应。以第一方向移动基板时，基板依序被暴露于前导的第一反应气流、第二反应气流和拖尾的第一反应气流，以沉积第一层。接着以与第一方向相反的方向将基板的所述部分传送通过该气体注入器单元，使得基板的所述部分依序被暴露于拖尾的第一反应气流、第二反应气流和前导的第一反应气流，以形成第二层。若只有一个气体注入器单元，则基板将在气体分配板的整个相关部分底下被传送。气体分配板上的反应气体注入器外的区域并非相关部分的一部分。在有超过一个气体注入器单元的实施例中，基板将依气体注入器单元的数量而移动部分基板长度。因此，就每n个气体注入器单元而言，基板将移动基板全长的1/n。
[0072] 在详细实施例中，所述方法进一步包括在第一反应气流与第二反应气流的每一个之间，使基板的所述部分暴露于净化气流。一些实施例的气体是持续流动的。在一些实施例中，当基板在气体分配板底下移动时，气体被脉冲供应。
[0073] 根据一个或更多个实施例，以第一方向传送基板的所述部分会使基板的所述部分依序暴露于前导的第一反应气流、前导的第二反应气流、第一个中间的第一反应气流、第三反应气流、第二个中间的第一反应气流、拖尾的第二反应气流和拖尾的第一反应气流，以及以第二方向传送基板的所述部分会使基板的所述部分以相反顺序暴露于这些气流。
[0074] 本发明的额外的实施例针对包括至少一所述原子层沉积系统的集群工具。该集群工具具有中央部分和从中央部分延伸的一个或更多个分支。所述分支是沉积或处理设备。合并了短冲程运动的集群工具需要的空间实质上比具有常规沉积腔室的工具需要得少。集群工具的中央部分包括能够将基板从负载锁定腔移到处理腔室以及于处理后移回负载锁定腔的至少一个机械臂。参照图14，例示性的集群工具300包括中央转移腔304，所述中央转移腔304通常包括适于将多个基板转移进出负载锁定腔320和各种处理腔室20的多基板机器人310。虽然集群工具300被示为具有三个处理腔室20，但本领域技术人员将理解可以是多于或少于3个处理腔室。此外，处理腔室可用于不同类型(例如ALD、CVD、PVD)的基板处理技术。
[0075] 虽然已参考特定实施例描述本发明，然应理解这些实施例仅为本发明的原理和应用的举例说明。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明的方法和设备作各种修改和变型。因此本发明拟包括所附权利要求的范围及其等同范围内的修改和变型。
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