用于使基底表面经受连续表面反应的装置

摘要

本发明涉及一种用于使基底表面经受连续表面反应的装置。该装置包括气体歧管(2)，气体岐管包括至少一个前驱体供给通道(4)和至少一个排出通道。气体歧管的一部分形成固定部分(2a)。在气体歧管(2)的固定部分(2a)与基底保持件(6)之间存在至少一个可移除部分。气体歧管(2)还包括用于将前驱体供应至基底(1)的表面并用于从基底的表面排出前驱体的气体分配器(8)。气体分配器(8)被布置为可移除部分。

权利要求

1.一种用于使基底(1)的表面经受至少第一前驱体和第二前驱体的连续表面反应的装置，所述装置还包括气体歧管(2)，所述气体岐管包括用于将前驱体供应至所述基底(1)的表面的至少一个前驱体供给通道(4)和用于从所述基底(1)的表面排出前驱体的至少一个排出通道(5)，所述气体岐管(2)的一部分形成固定部分(2a)；

用于保持所述基底(1)的基底保持件(6)，所述基底保持件(6)能够沿竖直方向移动，用以在工艺位置与装载位置之间移动所述基底(1)；其特征在于，所述装置还包括：在所述气体歧管(2)的所述固定部分(2a)与所述基底保持件(6)之间的至少一个可移除部分，所述气体歧管(2)还包括气体分配器(8)，所述气体分配器包括用于将前驱体从所述前驱体供给通道(4)供应至所述基底(1)的表面的供应通路(4a)和用于将前驱体从所述基底(1)的表面排出到排出喷嘴的排出通路(5a)，所述气体分配器(8)被布置为可移除部分。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于限定所述基底(1)上的涂覆区域的掩模(7)，所述掩模(7)形成所述可移除部分的至少一部分。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体分配器(8)包括至少第一气体分配器(8a)和第二气体分配器(8b)，所述第一气体分配器和所述第二气体分配器彼此连接，并且形成用于将前驱体从所述前驱体供给通道(4)供应至所述基底(1)的表面的供应通路(4a)和用于将前驱体从所述基底(1)的表面排出到所述排出喷嘴的排出通路(5a)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二气体分配器(8b)被布置为可移除部分。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一气体分配器(8a)和所述第二气体分配器(8b)均被布置为可移除部分。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述基底保持件(6)被布置成沿竖直方向移动所述掩模(7)。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于沿竖直方向移动所述至少一个单独的可移除部分的第一升降机(21)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一升降机(21)被布置成移动所述掩模(7)。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于沿竖直方向移动所述气体分配器(8)的第二升降机(22)。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于沿竖直方向移动至少所述第二气体分配器(8b)的第二升降机(22)。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定部分(2a)包括固定盖板、至少一个前驱体供给通道(4)和所述至少一个排出通道(5)。

说明书

用于使基底表面经受连续表面反应的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的装置，更具体地说，涉及一种用于使基底表面经受至少第一前驱体和第二前驱体的连续表面反应的装置。该装置还包括气体歧管，气体歧管包括用于将前驱体供应至基底表面的至少一个前驱体供给通道以及用于从基底表面排出前驱体的至少一个排出通道。气体歧管的一部分形成固定部分。该装置还包括用于保持所述基底的基底保持件，并且基底保持件能够沿竖直方向移动，用以在工艺位置与装载位置之间移动基底。

背景技术

[0002] 原子层沉积(ALD)通常在真空条件下在反应室中进行。首先将一个或多个基底装载到反应室中，然后将反应室中抽成真空，并将反应室内的反应空间加热至工艺温度。然后通过将至少第一和第二气态前驱体交替并重复地供应到反应室中以在基底的表面上提供具有期望厚度的涂覆层来进行原子层沉积。将第一和第二前驱体供应到反应室中的完全ALD循环包括：将第一前驱体的脉冲供应到反应室中，从反应室中清除第一前驱体，将第二前驱体的脉冲供应到反应室中并从反应室中清除第二前驱体。清除前驱体可以包括从反应室排出前驱体材料，将诸如氮气的清洗气体供应到反应室中并排出清洗气体。当达到期望的ALD循环次数，从而达到期望的涂覆层厚度时，排出反应室中的真空并从反应室卸载基底。然后对后续基底重复相同的工艺。

[0003] 在ALD工艺期间，基底的表面涂覆有前驱体，但同时反应室的其他表面也被涂覆。因此，涂覆层沉积形成遍及反应室。为了维持良好的质量，表面必须不时地进行清洁。当ALD装置是组合设备工具(cluster tool)的一部分时，该装置的清洁成为非常重要的问题，因为该清洁也影响到其他组合设备构件。通常将反应室打开，然后可以清洁表面，或者可以将部件取出并在反应室外部清洁部件，但是同时要排真空，并且必须在可以进行下一个ALD循环之前抽真空。抽真空和排真空以及加热反应空间花费了大量的时间。将反应室中抽成真空是很缓慢的，因为所有的潮气(例如为水的形式)都不得不在低压条件下蒸发出反应室。
显然，这减慢了整个涂覆工艺。

[0004] 通常不期望涂覆基底的全部表面，因此必须在基底的表面上使用不同种类的掩模，以防止涂覆在基底的某些部分上生长。掩蔽是非常困难的，因为前驱体气体倾向于在掩模与基底的表面之间扩散，因此质量受损。掩模可以用于不只一个基底，因此掩模可以看作是装置的一部分，而基底是仅在基底处理期间作为该装置中的一部分配置的部件。

[0005] 总体来说，排真空是当反应室的表面必须进行清洁时或者当掩模必须进行清洁或用新掩模进行更换时的最大的缺点之一，并且当这影响到整个组合设备时，这在组合设备工具中是非常有挑战性的。

发明内容

[0006] 本发明的目的是缓解上述缺点。本发明的目的通过具有独立权利要求中所述特征的装置来实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方案。

[0007] 本发明基于以下认识：用于利用ALD工艺涂覆基底的装置需要定期维护并且特别是当该装置是组合设备的一部分时，维护时间太长，因为必须排真空并且必须在可以继续所述工艺之前再次抽真空，这花费了大量的时间，因此为了减少时间损失，符合期望的是，保持真空同时仍然可以定期清洁该装置的部件。

[0008] 本发明基于一种用于使基底表面经受至少第一前驱体和第二前驱体的连续表面反应的装置，该装置包括用于将前驱体材料供应至基底表面的气体歧管。气体歧管包括用于将前驱体供应至基底表面的至少一个前驱体供给通道和用于从基底表面排出前驱体的至少一个排出通道。该装置还包括用于保持所述基底的基底保持件；基底保持件能够沿竖直方向移动，用以在工艺位置与装载位置之间移动基底。气体歧管包括固定部分和在所述固定部分与基底保持件之间的至少一个可移除部分。换句话说，气体歧管的一部分形成固定部分，并且在气体歧管的固定部分与基底保持件之间布置有至少一个单独的可移除部分。在本发明中，气体歧管还包括气体分配器，该气体分配器包括用于将前驱体从前驱体供给通道供应至基底表面的供应通路和用于将前驱体从基底表面排出到排出喷嘴的排出通路。气体分配器被布置为一个可移除部分或多个可移除部分中的至少一个。

[0009] 在本发明的实施方案中，固定部分包括固定盖板、至少一个前驱体供给通道和至少一个排出通道。

[0010] 气体歧管和底部形成具有用于处理基底的反应空间的反应室。限定反应空间的气体岐管壁形成输出面，通过该输出面将前驱体供应到反应空间中并从反应空间排出。底部可以例如由基底和/或保持掩模的框架结构和/或封闭反应空间的任何其他合适的部件形成。因此，反应空间形成在输出面与底部之间。前驱体从前驱体供给通道通过输出面供应至反应空间并朝向基底，并且通过输出面从反应空间排出到排出通道。气体歧管的输出面与底部一起限定反应室。

[0011] 该装置还包括用于沿竖直方向移动气体歧管的可移除部分的至少一个升降机。换句话说，升降机能够沿竖直方向移动。在本发明的一个实施方案中，升降机是基底保持件，这意味着基底保持件与用于沿竖直方向移动气体歧管的可移除部分的升降机是同一部件。在本发明的另一个实施方案中，升降机是与基底保持件分开的部件。

[0012] 该装置还包括用于限定基底上的涂覆区域的掩模，所述掩模形成单独的可移除部分的至少一部分。在本发明的实施方案中，气体歧管优选地包括用于限定基底上的一个或多个涂覆区域的掩模，所述掩模形成气体歧管的可移除部分的至少一部分。可以用升降机使所述掩模在竖直方向上移动，升降机或与基底保持件为同一者或为单独的升降机。当基底保持件移动基底和掩模两者时，该装置可以包括支撑结构，该支撑结构在掩模和基底首先一起移动了一定距离后将掩模与基底分开，使得掩模和基底可以分别从装置上移除。

[0013] 在本发明的一个实施方案中，该装置设置有用于装载或移除基底的基底用升降机以及用于该装置的掩模或其他可移除部分的相同类型的升降机。在ALD工艺期间，利用升降机可以将掩模压在反应室的底部上，并且当要更换或清洁掩模的时候，用升降机使掩模竖直移动，并以与涂覆后基底的移除相同的方式将掩模从装置上移除。

[0014] 升降机可以是多个定位销或是可以保持装置的可移除部分的一些其他可移动装置。装置的每个可移除部分均可以具有其自己的升降机，或者这些可移除部分可以具有共用的升降机。

[0015] 在本申请的上下文中，可移除部分意味着该部分能够在不拆开装置的情况下移除。该部分能够在装置的正常操作条件下移除，例如用于清洁目的或用于该部分的其他维护。可移除部分是在不拆开装置的情况下从装置上移除的。可移除部分不同于在拆开装置时通过使用工具而移除的可拆卸部分。基底不是装置的一部分，并且不被认为是可移除部分。可移除部分优选地是能够在装置的装载位置时移除，而不是在装置的工艺位置时移除。

[0016] 本发明的装置的优点在于，在可以将装置中需要清洁的部件取出装置以进行清洁的同时，仍然可以保持装置的真空条件。

附图说明

[0017] 在下文中，将参考附图通过优选的实施方案更详细地描述本发明，其中[0018] 图1示出了根据本发明的装置的一个实施方案；

[0019] 图2示出了根据本发明的装置的另一个实施方案；

[0020] 图3示出了根据本发明的装置的再另一个实施方案；

[0021] 图4示出了根据本发明的装置的再另一个实施方案；和

[0022] 图5示出了根据本发明的装置的再另一个实施方案。

具体实施方式

[0023] 图1示出了根据本发明的装置，该装置包括用于将前驱体材料供应至基底1的表面的气体歧管2。气体歧管2包括输出面3、用于将前驱体供应至基底1的表面的至少一个前驱体供给通道4和用于从基底1的表面排出前驱体的至少一个排出通道5。前驱体通过输出面3供应和排出。该装置还包括用于沿竖直方向移动所述基底1的基底保持件6。基底保持件6能够沿竖直方向移动，用以在工艺位置与装载位置之间移动基底1。工艺位置是在基底涂覆期间、即当在基底1的表面上供应前驱体时基底1所处的位置。这意味着在工艺位置中，基底1的表面与气体歧管2的输出面3流体连接，使得基底1的表面经受第一前驱体和第二前驱体的表面反应。这意味着基底1朝向气体歧管2的输出面3移动，使得在输出面3与基底1之间形成反应室9，从而前驱体被供应至基底1的表面并在基底1的表面上发生反应。装载位置是将基底1装载到该装置上使得基底布置在基底保持件6上所处的位置。换句话说，基底保持件6从工艺位置(在该处，布置在基底保持件6上的基底1与气体歧管2的输出面3流体连接)处离开，移动至装载位置，使得有足够的空间用于卸载已涂覆的基底1并将未涂覆的基底1装载到基底保持件6以备在工艺位置进行涂覆。可以用任何合适的设备，例如用工业机器人(自动控制装置，robot)或其他机器人设备机械化地将基底装载至基底保持件以及从基底保持件卸载基底。在将未涂覆的基底1装载到基底保持件6后，基底保持件6沿竖直方向朝向气体歧管2的输出面3移动，使得基底1被布置成与气体岐管2的输出面3操作性连接。基底保持件6包括用于将基底1保持在基底保持件6上的保持器6a。保持器6a可以是能竖直移动的基底保持件6的销头或者是由能竖直移动的基底保持件6支撑的板状结构。可以是板状结构的保持器6a可以在基底1的整个宽度上延伸或仅在一部分宽度上延伸。在图1中，保持器6a仅在基底1的一部分宽度上延伸，而在图2中，保持器6a在基底1的整个宽度上延伸，而在图3和图
4中，保持器6a是销的头部。气体歧管2还包括固定部分2a和在所述固定部分2a与基底保持件6之间的至少一个可移除部分。

[0024] 在图1中，在气体歧管2的输出面3与基底保持件6之间布置有掩模7。掩模7布置在气体歧管2的输出面3与基底1之间，用于覆盖基底1的表面，以防止部分表面经受前驱体的影响。掩模7包括用于为前驱体提供通向基底1的表面的路径的开口17。因此，前驱体通过掩模7的开口17被供应至基底1的表面，并使开口17下方的基底1的表面区域经受至少第一前驱体和第二前驱体的表面反应。使用掩模7，仅有部分基底表面被处理。掩模7可以由任何合适的材料制造，该任何合适的材料诸如包括例如金属(如殷钢)的薄金属板、玻璃或塑料或其任何组合。掩模7也可以是没有开口的均匀元件，用于覆盖基底1的表面中不供应涂覆层的部分，使得涂覆层仅被提供到未被掩模7覆盖的区域上。在图1所示的实施方案中，掩模7被布置为可移除部分并且能够竖直移动，使得可以将该掩模从装置上取走并进行清洁或者用任何合适的装载设备(例如用工业机器人或其他机器人设备)在装载位置上用新的掩模进行更换。换句话说，掩模7能够从掩模7在基底1的表面上并靠近气体歧管2的输出面3所处的工艺位置竖直移动至能将掩模移除的装载位置，使得可以将掩模从装置上取出并重新放回或更换成新的掩模。在该实施方案中，如图1所示，掩模7能用第一升降机21来移动。因此，该装置还包括用于沿竖直方向移动至少一个单独的可移除部分的第一升降机21。在本发明的另一个实施方案中，掩模7和基底1被布置成能够用共用的升降机进行移动，该共用的升降机是保持基底1的基底保持件6。气体歧管2可以由一种或多于一种材料制成，例如由不同的金属制成。

[0025] 根据本发明，图1示出了一种装置，其中气体歧管2包括具有输出面3的气体分配器8，通过该输出面向基底1的表面供应前驱体。气体分配器8包括用于将前驱体从前驱体供给通道4供应至基底1的表面的供应通路4a以及用于将前驱体从基底1的表面排出到排出喷嘴
5的排出通路5a。气体分配器8可以被布置为可在装载位置移除以进行维护的可移除部分。
气体分配器8的至少一部分也可以是气体歧管的固定部分2a的一部分。气体分配器8可以被布置成能与掩模7一起竖直移动，使得用掩模7的第一升降机21能使该气体分配器和掩模移动。在图1中，当气体分配器8能够移除时，掩模7和气体分配器8与第一升降机21一起移动。
在工艺位置中，掩模7压在基底1上，并且掩模7的边缘优选地压在气体分配器8上，该气体分配器被进一步压向气体歧管2的固定部分2a。气体分配器8可以包括若干种材料。气体分配器8可以由形成板结构的板制成，或由其中有通过机械加工形成通道的金属件制成，或由任何其他合适的材料或结构制成。在本发明的实施方案中，布置第一升降机21来移动掩模7。

[0026] 图2示出了根据本发明的装置的另一个实施方案，其中气体分配器8由两个气体分配器(第一气体分配器8a和第二气体分配器8b)形成为夹层结构(叠层结构，sandwich structure)。气体歧管2包括用于将前驱体供应至基底1的表面的前驱体供给通道4和用于从基底1的表面排出前驱体的至少一个排出通道5。前驱体供给通道4和排出通道5作为供应通路和作为排出通路延伸穿过第一气体分配器8a和第二气体分配器8b，使得第一气体分配器8a包括供应通路的第一部分4aa，并且第二气体分配器8b包括供应通路的第二部分4ab，用于将前驱体从前驱体供给通道4供应至基底1的表面，并且进一步地，第一气体分配器8a包括排出通路的第一部分5aa，并且第二气体分配器8b包括排出通路的第二部分5ab，用于将前驱体从基底1的表面排出到排出喷嘴5。换句话说，气体分配器8包括至少第一气体分配器8a和第二气体分配器8b，第一气体分配器8a和第二气体分配器8b彼此连接并形成用于将前驱体从前驱体供给通道4供应至基底1的表面的供应通路4a和用于将前驱体从基底1的表面排出到排出喷嘴5的排出通路5a。

[0027] 第二气体分配器8b包括输出面3，该输出面3朝向待涂覆的基底，并且当存在掩模7时，该输出面3还朝向掩模7。反应室9形成在气体歧管2的输出面3与由基底保持件6保持的基底1之间。第二气体分配器8b形成根据图2所示的实施方案的反应室9的侧壁，而气体分配器8形成图1所示的反应室9的侧壁。气体分配器8的夹层结构优选被形成为使得堆叠在具有输出面3的第二气体分配器8b上的第一气体分配器8a具有比第二气体分配器8b(即具有输出面3的气体分配器)更长的前驱体排出通道。第一气体分配器8a中的更长的排出通道用于清空从基底1的表面排出的未反应前驱体。在该实施方案中，仅第二气体分配器8b被布置为可移除部分，因为具有输出面3的第二气体分配器8b是气体分配器8中被随着时间推移由未反应前驱体累积的残留物所污染的唯一部分。在该实施方案中，第二气体分配器8b被布置为可移除部分并用第二升降机22移动，第二升降机22用于沿竖直方向移动第二气体分配器8b，掩模7被布置为可移除部分并用第一升降机21移动，并且基底1用基底保持件6移动。因此，在本发明的一个实施方案中，该装置还包括用于沿竖直方向移动气体分配器8的第二升降机22。在本发明的另一个实施方案中，该装置还包括用于沿竖直方向移动至少第二气体分配器8b的第二升降机22。

[0028] 在本发明的另一个实施方案中，第一气体分配器8a也被布置为可移除部分，以能用第二升降机22与第二气体分配器8b一起被移除。因此，第一气体分配器8a和第二气体分配器8b均被布置为可移除部分。

[0029] 在本发明的又一个实施方案中，第二气体分配器8b和掩模7被布置为可移除部分并且与共用的升降机一起移动。

[0030] 在本发明的又一个实施方案中，第一气体分配器8a、第二气体分配器8b和掩模7整个被布置为一个可移除部分并且用共用的升降机一起移动。第一气体分配器8a和第二气体分配器8b可以是一起可移除的以致第一气体分配器8a和第二气体分配器8b连接在一起用于形成单独的可移除部分，或者第一气体分配器8a和第二气体分配器8b可以是可移除的以致第一气体分配器8a是单独的可移除部分，而第二气体分配器8b是另一个单独的可移除部分。

[0031] 图3示出了根据本发明的装置的第三实施方案，其中基底1和掩模7能沿竖直方向一起移动。该装置还包括支撑结构20，该支撑结构20用于在气体岐管2的可移除部分到达可从装置上将其移除的位置时支撑气体歧管2的可移除部分。换句话说，该可移除部分连同基底1一起在竖直方向上是可移动的，使得可移除部分能够沿所述方向移动，直到可移除部分到达支撑结构20接触该可移除部分的高度(水平，level)，使得所述可移除部分结束移动并且基底1继续沿竖直方向向下移动。图3中的可移除部分是掩模7(基底是用该装置处理的对象，而不是该装置的部件)。在该实施方案中，仅需要一个升降机来沿竖直方向移动基底1和掩模7，该升降机是基底保持件6。当基底保持件6从工艺位置朝向装载位置移动时，即远离气体歧管2向下移动时，基底保持件6保持基底1和掩模7两者，并使基底和掩模一起沿竖直方向向下移动，直到掩模7到达支撑结构20并由支撑结构20支撑以停留在支撑结构上，而基底1继续与基底保持件6一起移动。当将已经涂覆的基底从基底保持件6上移除并将未涂覆的基底1装载到基底保持件6上时，基底保持件朝向气体歧管2向上移动。在向上移动期间，基底保持件6到达支撑结构20的高度，并且基底1与掩模7接触，使得基底1和掩模7一起朝向气体歧管2移动。

[0032] 在图4中示出了本发明的另一个实施方案，其中气体分配器8是用第二升降机22移动的可移除部分，该第二升降机用于沿竖直方向移动所述气体分配器8，并且用第一升降机21移动掩模7。换句话说，图4示出的实施方案包括三个不同的升降机，第一个是基底保持件
6，第二个是第一升降机21，并且第三个是第二升降机22。

[0033] 在图5中示出了又一实施方案，其中该装置包括基座19。也可以使用利用等离子体的通过一种或多种前驱体进行的活化。通过放置在输出面3和基座19表面上的电极(电极未示出)将等离子体有利地产生到输出面3与基座19之间的反应室9中。在工艺位置中，基底1有利地由基座19支撑，可以用基座升降机23将基座定位在竖直方向上。基座19优选地作为基底1的支座来工作，使得该基座将基底1和可能的其他部件(诸如掩模)带到工艺位置，并且还优选地使这些部件热稳定。

[0034] 在气体分配器8也可移除或者气体分配器8包括可移除的部分的实施方案中，气体分配器8或其可移除部分也可以以与上述相同的方式与掩模7和基底1一起移动。

[0035] 对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施方案不限于上述的实例，而是可以在权利要求的范围内进行变化。