(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板（Ｓ）を支持するように構成された上部表面（１２ａ）を有するサセプタ（１２）と、
前記サセプタ（１２）の前記上部表面（１２ａ）に対向して位置付けられた下部表面（１４ａ）を有して前記サセプタ（１２）の上方に装着され、前記上部表面（１２ａ）と前記下部表面（１４ａ）との間の空間が、処理される基板（Ｓ）を収容する処理空間（１６）である堆積ヘッド（１４）であって、前記下部表面（１４ａ）が、
前駆体ガスを前記処理空間（１６）に注入するように構成された複数の前駆体ガス注入開口部（３）をそれぞれ備える複数の第１および第２の前駆体ガス注入区域（２、２’）、
ガスを前記処理空間（１６）から排出するように構成された複数のガス排出開口部（５）をそれぞれ備える複数のガス排出区域（４）、
パージガスを前記処理空間（１６）に注入するように構成された複数のパージガス注入開口部（７）をそれぞれ備える複数のパージガス注入区域（６）を含む堆積ヘッド（１４）を備え、
前記堆積ヘッド（１４）が、前記上部表面（１２ａ）に対して垂直に延在する堆積ヘッド中心軸（Ａ１）を中心にして回転可能に装着され、
前記複数の第１の前駆体ガス注入区域（２）、前記複数のガス排出区域（４）、および前記複数のパージガス注入区域（６）が、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に対して径方向で延在し、
前記下部表面（１４ａ）が、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に対して接線方向（Ｔ）に沿って見たときに、少なくとも１つのパージガス注入区域（６）、少なくとも１つの第１の前駆体ガス注入区域（２）、少なくとも１つのガス排出区域（４）、少なくとも１つのパージガス注入区域（６）、少なくとも１つの第２の前駆体ガス注入区域（２’）、および少なくとも１つのガス排出区域（４）をそれぞれ含む、少なくとも１つの処理区画（３４）を備え、
使用の際、前記堆積ヘッド（１４）を前記サセプタ（１２）に対して回転させている間であって、前記第１および第２の前駆体ガスならびに前記パージガスを注入している間、前記下部表面（１４ａ）と前記上部表面（１２ａ）との間の距離、前記堆積ヘッド（１４）の回転速度、ならびにパージガスフローの流量および圧力の組み合わせが、前記第１および第２の前駆体ガスが実質的に混ざり合わないように選択される原子層堆積装置（１）。
【請求項２】
前記堆積ヘッド（１４）の前記下部表面（１４ａ）が、
径方向で延在する前記複数の第１および第２の前駆体ガス注入区域（２、２’）、前記複数のガス排出区域（４）、および前記複数のパージガス注入区域（６）から径方向内側の範囲で、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）を中心にして延在する第１の環状パージ区域（６’）と、
径方向で延在する前記複数の第１および第２の前駆体ガス注入区域（２、２’）、前記複数のガス排出区域（４）、および前記複数のパージガス注入区域（６）から径方向外側の範囲で、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）を中心にして延在する第２の環状パージ区域（６’’）と、を備える請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項３】
前記堆積ヘッド（１４）が、前記接線方向で見たときに、前記下部表面（１４ａ）に連続して位置付けられる複数の処理区画を備える請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項４】
所与の半径で、少なくとも１つの第１および第２の前駆体ガス注入区域（２、２’）と隣接したガス排出区域（４）との間の接線方向距離が、前記所与の半径でのパージガス注入区域（６）と隣接した前記ガス排出区域（４）との間の接線方向距離よりも長い請求項１から３のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項５】
前記パージガス注入区域（６）、前記第１の前駆体ガス注入区域（２）、前記ガス排出区域（４）、前記パージガス注入区域（６）、前記第２の前駆体ガス注入区域（２’）、およびガス排出区域（４）が、追加のガス注入区域およびガス排出区域が何ら介在することなく、各処理区画において連続して配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項６】
前記処理区画がそれぞれ、
前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に対して接線方向に沿って見たときに、パージガス注入区域（６）とそれに続く第１の前駆体ガス注入区域（２）との間に位置付けられる追加のガス排出区域（４）、および／または、
前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に対して接線方向に沿って見たときに、パージガス注入区域（６）とそれに続く第２の前駆体ガス注入区域（２’）との間に位置付けられる追加のガス排出区域（４）を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項７】
所与の半径で、前記第２の前駆体ガス注入区域（２’）と隣接したガス排出区域（４）との間の接線方向距離が、前記所与の半径でのパージガス注入区域（６）と隣接したガス排出区域（４）との間の前記接線方向距離に実質的に等しい請求項６に記載の原子層堆積装置。
【請求項８】
前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に対して径方向で延在する前記下部表面（１４ａ）の一部によってそれぞれ形成される、分離区域（８）をさらに備え、各分離区域（８）がガス注入開口部（３、７）およびガス排出開口部（５）を有さず、少なくとも一つの前記パージガス注入区域（６）、少なくとも一つの前記第１および第２の前駆体ガス注入区域（２，２’）、ならびに少なくとも一つの前記ガス排出区域（４）から成る群から選択された区域の近接した対それぞれの間で、前記分離区域（８）が延在する請求項１から７のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項９】
各分離区域（８）が、前記第１および第２の前駆体ガス注入区域（２，２’）、前記パージガス注入区域（６）、および前記ガス排出区域（４）の境界を定める前記下部表面（１４ａ）の部分よりも低い高さにあり、前記堆積ヘッド（１４）の前記下部表面（１４ａ）の分離区域表面部分を画成する請求項８に記載の原子層堆積装置。
【請求項１０】
前記下部表面（１４ａ）と前記上部表面（１２ａ）との間の距離が、０．３から７．０ｍｍの範囲、好ましくは０．４から５．０ｍｍの範囲、より好ましくは０．５ｍｍから２．０ｍｍの範囲である請求項１から９のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項１１】
前記複数の第１及び第２の前駆体ガス注入区域（２，２’）、前記複数のパージガス注入区域（６）、および／または前記複数のガス排出区域（４）が実質的に楔形の区域に形成され、この楔形の区域の径方向内側の辺が、実質的に、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）と一致する中心点を有するとともに第１の半径を有する円のセグメントに沿って延在し、前記楔形の区域の径方向外側の辺が、実質的に、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）と一致する中心点を有するとともに前記第１の半径よりも大きい第２の半径を有する円のセグメントに沿って延在し、各楔形の区域の他の２つの辺が、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に対して実質的に径方向で、前記楔形の区域の前記径方向内側の辺から前記径方向外側の辺まで延在する請求項１から１０のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項１２】
前記堆積ヘッド（１４）の前記下部表面（１４ａ）が、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）から径方向外向きの方向で見たときに上向きの方向で傾斜し、前記下部表面（１４ａ）と前記上部表面（１２ａ）との間のギャップが、より大きい直径のところでは、より小さい直径のところよりも大きい請求項１から１１のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項１３】
前記傾斜が、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）の上方に延在する部分に対して、８０°から９０°、好ましくは８５°から９０°の角度を含む請求項１２に記載の原子層堆積装置。
【請求項１４】
前記堆積ヘッド（１４）および前記サセプタ（１２）の少なくとも１つが、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に沿って上方および下方に移動可能に装着され、それによって前記上部表面（１２ａ）と前記下部表面（１４ａ）との間の距離が調節可能である請求項１から１３のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項１５】
前記堆積ヘッド（１４）の一部であって、前記下部表面（１４ａ）に対して上方に延在し、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）と同軸である堆積ヘッドシャフト（１８）と、
前記堆積ヘッドシャフト（１８）と同軸の堆積ヘッドシャフトスリーブ（２３）であって、環状スリット（１７）が、前記堆積ヘッドシャフト（１８）の外側円筒表面と前記堆積ヘッドシャフトスリーブ（２３）の内側円筒表面との間に存在し、前記堆積ヘッドシャフト（１８）と前記堆積ヘッドシャフトスリーブ（２３）との間に、前記環状スリット（１７）を気密方式でシールするように構成された少なくとも２つのシール（１９）が装着される堆積ヘッドシャフトスリーブ（２３）と、を含み、
前記堆積ヘッドシャフト（１８）が、
少なくとも部分的に前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に平行に延在する少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル（２０）とパージガス送入チャネル（２２）とを含み、前記少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル（２０）がそれぞれ、前記少なくとも１つの前駆体ガス注入区域のうち関連する１つにおける前記複数の前駆体ガス注入開口部（３）に接続され、前記パージガス送入チャネル（２２）が前記複数のパージガス注入開口部（７）に接続され、前記環状スリット（１７）によって境界が定められる前記堆積ヘッドシャフト（１８）の部分の外側円筒表面が、
前記少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル（２０）のうち関連する１つの上側部分がそこで終わる少なくとも２つの環状前駆体ガス溝（２１ａ）と、
前記パージガス送入チャネル（２２）の上側部分がそこで終わるとともに、前記少なくとも２つの環状前駆体ガス溝（２１ａ）の間に位置付けられる環状パージガス溝（２１ｂ）と、を備え、
前記堆積ヘッドシャフトスリーブ（２３）が、
前記少なくとも２つの環状前駆体ガス溝（２１ａ）のうち関連する１つと同じ水平方向高さに位置付けられるとともにそこで始まり、それによって操作の間、少なくとも２つの前駆体ガスを前記少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル（２０）のうち関連するものに供給することができる少なくとも２つの前駆体ガス送りチャネル（２５ａ）と、
前記環状パージガス溝（２１ｂ）と同じ水平方向高さに位置付けられるとともにそこで始まり、それによって操作の間、パージガスを前記パージガス送入チャネル（２２）に供給することができるパージガス送りチャネル（２５ｂ）と、を備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項１６】
前記堆積ヘッドシャフト（１８）が、第１のものが前記環状パージガス溝（２１ｂ）と前記少なくとも２つの環状前駆体ガス溝（２１ａ）のうち第１のものとの間に位置付けられる第１のものと、前記環状パージガス溝（２１ｂ）と前記少なくとも２つの環状前駆体ガス溝（２１ａ）のうち第２のものとの間に位置付けられる第２のものとの、少なくとも２つの環状排出溝を備え、前記堆積ヘッドシャフトスリーブ（２３）が、排出溝で始まる排出ガスチャネルを含む請求項１５に記載の原子層堆積装置。
【請求項１７】
前記堆積ヘッドシャフト（１８）が、少なくとも部分的に前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）に平行に延在する少なくとも１つのガス排出チャネル（２４）を備え、少なくとも１つの前記ガス排出チャネル（２４）が前記複数のガス排出開口部（５）に接続される請求項１５または１６に記載の原子層堆積装置。
【請求項１８】
前記サセプタ（１２）が、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）と同一線上にあるサセプタ軸（Ａ２）を中心にして回転可能であり、前記上部表面（１２ａ）に対して下方に延在するとともに前記サセプタ軸（Ａ２）と同軸であるサセプタシャフト（２６）を備え、前記サセプタシャフト（２６）および前記堆積ヘッドシャフト（１８）の下側部分が、少なくとも部分的に前記サセプタ軸（Ａ２）に平行に延在するガス排出チャネル（２８）を備え、前記ガス排出チャネル（２８）が前記複数のガス排出開口部（５）と流体接続している請求項１５から１６のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項１９】
前記第１および第２の前駆体ガス注入区域（２、２’）が、前記複数の前駆体ガス注入開口部（３）を前記下部表面（１４ａ）に形成する端部部分を有する前駆体ガス注入チャネルを備え、前記複数のパージガス注入区域（６）が、前記複数のパージガス注入開口部（７）を前記下部表面（１４ａ）に形成する端部部分を有するパージガス注入チャネルを備え、各前駆体ガス注入チャネルおよび／または各パージガス注入チャネルの前記端部部分の断面寸法が、前記チャネル内のフロー方向で見たとき、前記端部部分が広がるように増加する請求項１から１８のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項２０】
前記第１および第２の前駆体ガス注入区域（２、２’）が、前記複数の前駆体ガス注入開口部（３）を前記下部表面（１４ａ）に形成する端部部分を有する前駆体ガス注入チャネルを備え、前記前駆体ガス注入チャネルの前記端部部分が前記下部表面（１４ａ）に対して鋭角を含み、前記複数のパージガス注入区域（６）が前記複数のパージガス注入開口部（７）を前記下部表面（１４ａ）に形成する端部部分を有するパージガス注入チャネルを備え、前記パージガス注入チャネルの前記端部部分が前記下部表面（１４ａ）に対して鋭角である請求項１から１９のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項２１】
前記サセプタ（１２）が、前記堆積ヘッド中心軸（Ａ１）と同一線上にあるサセプタ軸（Ａ２）を中心にして回転可能であり、前記サセプタ（１２）が、前記サセプタ軸（Ａ２）を中心にして後続のインデックス位置間で前記サセプタ（１２）をインデックスするためのサセプタ駆動部を含む請求項１から２０のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項２２】
前記上部表面（１４）が限定された数の基板支持位置（３２）を含み、前記サセプタ（１２）の各インデックス位置において、前記基板位置の少なくとも１つに基板装填アセンブリがアクセス可能である請求項２１に記載の原子層堆積装置。
【請求項２３】
前記サセプタ駆動部のコントローラが、堆積中は前記サセプタ（１２）を固定して保持するように構成される請求項２１または２２に記載の原子層堆積装置。
【請求項２４】
前記第１の前駆体ガス注入区域（２）に接続された第１の前駆体ガスの前駆体ガス源と、
前記第２の前駆体ガス注入区域（２’）に接続された第２の前駆体ガスの前駆体ガス源と、
前記パージガス注入区域（６）に接続されたパージガス源と、
前記ガス排出区域（４）に接続された真空ポンプと、を備える請求項１から２３のいずれか１項に記載の原子層堆積装置。
【請求項２５】
前記複数のパージガス注入区域（６）のそれぞれが、パージガス注入区域内側部分（６ａ）と、前記パージガス注入区域内側部分（６ａ）から径方向外側に位置付けられたパージガス注入区域外側部分（６ｂ）とを有し、前記パージガス注入区域内側部分が内側パージガス源に接続され、前記パージガス注入区域外側部分が、流量および／または圧力に関して前記内側パージガス源とは独立して制御可能である外側パージガス源に接続され、ならびに／あるいは、
前記第１の前駆体ガス流入領域（２）の少なくとも１つが、前駆体ガス注入区域内側部分（２ａ）と、前記前駆体ガス注入区域内側部分（２ａ）から径方向外側に位置付けられた前駆体ガス注入区域外側部分（２ｂ）と、を有し、前記第２の前駆体ガス注入区域（２’）の少なくとも１つが、前駆体ガス注入区域内側部分（２’ａ）と、前記前駆体ガス注入区域内側部分（２’ａ）から径方向外側に位置付けられた前駆体ガス注入区域外側部分（２’ｂ）と、を有し、内側部分（２ａ、２’ａ）および外側部分（２ｂ、２’ｂ）を有する複数の前記第１および第２の前駆体ガス注入区域（２、２’）において、前記内側部分（２ａ、２’ａ）が内側前駆体ガス源と接続され、前記外側部分（２ｂ、２’ｂ）が外側前駆体ガス源と接続され、前記内側前駆体ガス源および前記外側前駆体ガス源が、同じタイプの前駆体ガスを供給し、流量および／または圧力に関して独立して制御可能である請求項２４に記載の原子層堆積装置。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか１項に記載の原子層堆積装置と、等しい厚さをそれぞれ有する複数の基板とのアセンブリであって、前記堆積ヘッド（１４）の前記下部表面（１４ａ）と前記サセプタ（１２）上に位置付けられる各基板の上部表面との間の距離が、０．３から７．０ｍｍ、好ましくは０．４から５．０ｍｍ、より好ましくは０．５から２．０ｍｍの範囲であるアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層堆積装置に関し、より具体的には、回転する堆積ヘッドを備えた原子層堆積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積（またはＡＬＤ）は、例えば半導体基板を処理するものとして、当該分野で知られている。従来技術におけるほとんどの原子層堆積装置は、順次処理または時分割処理用に構成されている。順次処理の場合、１つ以上の基板が原子層堆積装置の処理チャンバに挿入される。次に、基板は、順次的かつ交互の暴露ステップで２つ以上の異なる前駆体ガスに周期的に暴露される。ここで、前駆体ガス下とは、全てのプロセスガスが膜堆積プロセスに化学的に関与していることであり、パージガス、キャリアガスなどは除外されるものと理解されるであろう。各暴露ステップは、基板（１つ以上）を１つの前駆体ガスに暴露することと、前駆体ガスを基板表面上に化学吸着することとを含む。暴露ステップの間には、処理チャンバは、パージガスを使用して、全ての前駆体ガスを処理チャンバから排気するようにパージされる。順次的なＡＬＤプロセスは比較的高品質の膜を提供する。しかしながら、順次的な原子層堆積装置の不利な点は、反応空間のパージが繰り返されるため、１つ以上の基板を処理するのに要する処理時間が比較的長いことである。
【０００３】
米国特許第６，８２１，５６３号は、基板キャリアをその外側端にそれぞれ有する多数の径方向のスポークを備えたホイールを包囲する円形の処理チャンバを備える原子層堆積装置を開示している。各基板キャリアは、上向きに面する基板支持表面上で基板を支えるように構成されている。複数の基板キャリアを備えたホイールは、基板キャリア軸を中心にして回転可能である。既知のシステムは、ガスを処理チャンバに注入するように構成された複数のガス注入ポートと、処理チャンバおよびパーティションからガスを除去するように構成された複数のガス排出ポートと、を含むモジュールを、さらに含む。複数のガス注入ポートおよび複数のガス排出ポートは、ホイール軸に対して接線方向で見たときに、排出ポート、第１の前駆体ガス注入ポート、排出ポート、パージガス注入ポート、排出ポート、第２の前駆体ガス注入ポート、排出ポート、およびパージガス注入ポートの順で配設されるようにして位置付けられる。ホイールの回転によって、基板キャリアはモジュールの下方へと移動し、ガス注入ポートおよび排出ポートを通過し、それによって基板は、ガス注入ポートから処理チャンバに注入されるガスに連続して暴露される。ガスは、ガス注入ポート間に位置付けられた排出ポートによって、処理チャンバの外に移動する。この構成により、原子層堆積プロセスが実行され、それによって基板上に連続した原子層が堆積されてもよい。
【０００４】
米国特許第６，８２１，５６３号によって知られている装置の不利な点は、ホイールが基板キャリアとともに回転することで  基板キャリア上の基板に振動が生じることである。振動は、基板上の不均一な堆積をもたらして、より低い品質に結び付くことがある。
【０００５】
基板キャリアを備えた回転する基板ホイールの別の不利な点は、新しい基板をホイールの基板キャリア上に装填しなければならないとき、基板キャリアの回転を減速させ停止しなければならず、それに続いて再び加速しなければならないことである。基板キャリアを備えた比較的重いホイールの加速および減速は、エネルギーの観点から見て不利である。それに加えて、減速および加速には時間が掛かり、そのことがデバイスの生産能力を低減させる。別の不利な点は、基板の直径に対して装置の直径が大きいことである。
【０００６】
既知のデバイスのさらに別の不利な点は、基板キャリアの回転速度が限定された範囲内でのみ可変であることである。回転速度が速すぎると、基板は遠心力によって外側に移動するであろう。この径方向外向きの移動を防ぐため、米国特許第６，８２１，５６３号は、基板キャリアの回転軸に対してわずかに径方向内向きに角度を付けて支持表面をキャリア上に配置し、それによって回転の際に、遠心力によって基板を支持表面に対してしっかりと押し付けることができるようにし、また摩擦力の増加によって、基板が外側に移動しないようにすることを開示している。しかしながら、例えば１ｒｐｍの速度で回転させる場合、基板を安定させるのに十分な摩擦力を提供するためには、かなり大きい傾斜角度が必要になる。さらに、この配置によって、基板を基板支持表面上に設置することがより困難になり、基板キャリア表面の傾斜は回転速度の限定された範囲に関連する。最後に、平坦な基板をガス注入／排出モジュール下において傾斜した配向で回転させたとき、基板とモジュールとの間のギャップは一定ではなくなる。それを考慮すると、既知のシステムの使用の柔軟性は限定される。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、従来技術のデバイスの不利な点を緩和する原子層堆積装置を提供することである。
【０００８】
その目的のため、本発明は、
複数の基板を支持するように構成された上部表面を有するサセプタと、
サセプタの上部表面に対向して位置付けられた下部表面を有してサセプタの上方に装着され、上部および下部表面の間の空間が、処理される基板を収容する処理空間である、堆積ヘッドであって、堆積ヘッドの下部表面が、
前駆体ガスを処理空間に注入するように構成された複数の前駆体ガス注入開口部をそれぞれ備える、複数の前駆体ガス注入区域、
ガスを処理空間から排出するように構成された複数のガス排出開口部をそれぞれ備える、複数のガス排出区域、
パージガスを処理空間に注入するように構成された複数のパージガス注入開口部をそれぞれ備える、複数のパージガス注入区域を含む堆積ヘッドと、を備え、
堆積ヘッドが、上部表面に対して垂直に延在する堆積ヘッド中心軸を中心にして回転可能に装着され、
前駆体ガス注入区域、排出ガス区域、およびパージガス区域が、堆積ヘッド中心軸に対して径方向で延在し、
下部表面が、堆積ヘッド中心軸に対して接線方向に沿って見たときに、パージガス注入区域、第１の前駆体ガス注入区域、ガス排出区域、パージガス注入区域、第２の前駆体ガス注入区域、およびガス排出区域をそれぞれ含む、少なくとも１つの処理区画を備え、
使用の際、堆積ヘッドをサセプタに対して回転させている間であって、第１および第２の前駆体ガスならびにパージガスを注入している間、下部表面と上部表面との間の距離、堆積ヘッドの回転速度、ならびにパージガスフローの流量および圧力の組み合わせが、第１および第２の前駆体ガスが実質的に混ざり合わないように選択される、原子層堆積装置を提供する。
【０００９】
本発明による原子層堆積装置は、サセプタおよびそれによって支持された基板が、処理の間は実質的に固定されて保持されるという利点を有する。その結果、基板は振動の影響を受けにくく、基板表面上の均一な堆積が得られる。これは、連続した原子層を基板上に堆積させる少なくとも１つの処理区画を備える、回転する堆積ヘッドを提供することによって達成される。
【００１０】
製造中、比較的重い堆積ヘッドの回転を停止することなく、基板の装填および取外しが可能である。したがって、比較的高速で回転することがある堆積ヘッドの減速および加速に対してエネルギーが失われない。一実施形態では、上部表面と下部表面との間の距離が十分であると、他の基板に対してＡＬＤプロセスが行われている状態で、基板の装填および取外しを行うのも可能なことがある。かかる実施形態は、生産能力にとって非常に有利であろう。１つのウェハに対してホイール全体を減速および加速させることは非常に非効率的であるため、米国特許第６，８２１，５６３号によって知られているデバイスは、バッチプロセスでなければならない。
【００１１】
様々な実施形態が従属請求項において請求されており、それらは図面に示されるいくつかの例を参照することによってさらに解明されるであろう。実施形態は、組み合わされてもよく、または互いに別々に適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】開位置にある、本発明による原子層堆積装置の一例を示す斜視図である。
【図２】閉位置にある図１のＡＬＤ装置を示す図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った概略断面図である。
【図４】ＡＬＤ装置の代替実施形態による、図３に示されるのと同様の断面図である。
【図５】堆積ヘッドシャフトの概略縦断面図である。
【図６】堆積ヘッドの第１の例を示す下面図である。
【図７】堆積ヘッドの第２の例を示す下面図である。
【図８】堆積ヘッドの第３の例を示す下面図である。
【図９ａ】図７の例に類似した堆積ヘッドの一例を示す下面図である。
【図９ｂ】図９ａの線ＩＸに沿った断面図である。
【図１０ａ】第２の前駆体ガス注入区域の直ぐ上流側にある分離区域のみを有する堆積ヘッドの一例を示す下面図である。
【図１０ｂ】図１０ａの線Ｘに沿った断面図である。
【図１１ａ】単一の第１の前駆体ガス注入区域および複数の第２の前駆体ガス注入区域のみを有する堆積ヘッドの一例を示す下面図である。
【図１１ｂ】図１１ａの線ＸＩに沿った断面図である。
【図１２】前駆体注入チャネルの端部区画が堆積ヘッドの下部表面に対して鋭角を含む、前駆体ガス注入区域における堆積ヘッドの部分断面図である。
【図１３】前駆体ガス注入チャネルの端部区画が広がった構成を有する、前駆体ガス注入区域における堆積ヘッドの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本出願において、類似するまたは対応する特徴は、対応する参照符号の類似によって示される。様々な実施形態の記載は、図面に示される例、および「発明を実施するための形態」で使用される参照番号に限定されず、特許請求の範囲は実施形態の記載を限定することを意図しない。参照番号は、図面に示される例を参照することによって実施形態を解明するために含まれる。
【００１４】
図１〜７は、本発明の主な態様を含む様々な実施形態が存在する原子層堆積装置（以下、ＡＬＤ装置）の様々な例を示している。
【００１５】
一般的用語では、ＡＬＤ装置は、複数の基板Ｓを支持するように構成された上部表面１２ａを有するサセプタ１２を備える。堆積ヘッド１４は、サセプタ１２の上方に装着され、サセプタ１２の上部表面１２ａに対向して位置付けられた下部表面１４ａを有する。上部表面１２ａと下部表面１４ａとの間の空間は、処理される基板Ｓを収容する処理空間１６である。堆積ヘッド１４の下部表面１４ａは、複数の前駆体ガス注入区域２、２’を含む。前駆体ガス注入区域２、２’はそれぞれ、前駆体ガスを処理空間１６に注入するように構成された複数の前駆体ガス注入開口部３を備える。それに加えて、下部表面１４ａは複数のガス排出区域４を含む。各ガス排出区域４は、ガスを処理空間１６から排出するように構成された複数のガス排出開口部５を備える。さらに、下部表面１４ａは複数のパージガス注入区域６を備える。各パージガス注入区域６は、パージガスを処理空間１６に注入するように構成された複数のパージガス注入開口部７を備える。堆積ヘッド１４は、上部表面１２ａに対して垂直に、また下部表面１４ａに対しても垂直に延在する堆積ヘッド中心軸Ａ１を中心にして回転可能に装着される。前駆体ガス注入区域２、２’、ガス排出区域４、およびパージガス区域６は、堆積ヘッド中心軸Ａ１に対して径方向で延在する。下部表面１４ａは少なくとも１つの処理区画３４を備える。各処理区画３４は、堆積ヘッド中心軸Ａ１に対して接線方向Ｔに沿って見たときに、パージガス注入区域６、第１の前駆体ガス注入区域２、ガス排出区域４、パージガス注入区域６、第２の前駆体ガス注入区域２’、およびガス排出区域４を含む。使用の際、堆積ヘッド１４をサセプタ１２に対して回転させている間であって、第１および第２の前駆体ガスならびにパージガスを注入している間、下部表面と上部表面との間の距離、堆積ヘッドの回転速度、ならびにパージガスフローの流量および圧力の組み合わせは、第１および第２の前駆体ガスが実質的に混ざり合わないように選択される。
【００１６】
かかるＡＬＤ装置の様々な実施形態が可能である。
【００１７】
前駆体ガス注入区域２、２’および／またはパージガス注入区域６はそれぞれ、例えば、堆積ヘッド中心軸Ａ１に対して実質的に径方向で延在するガス注入開口部の１つまたは複数の列を備えてもよい。それに加えて、各ガス排出区域４は、ガス排出開口部の１つまたは複数の隣接した列を備えてもよく、それらの列は、堆積ヘッド中心軸Ａ１に対して実質的に径方向で、また好ましくはサセプタ上に収容される基板の直径全体にわたって延在する。開口部は、例えば、三角形もしくは楔形の区域に位置付けられてもよく、または互いに接線方向で隣り合って位置する、径方向で延在する列に位置付けられてもよい。
【００１８】
開口部のパターンおよび開口部のサイズは異なる区域ごとに異なっていてもよい。例えば、ガス排出開口部の直径は、ガス排出に対するフローの制限を最小限に抑えるため、前駆体ガス開口部の直径またはパージガス開口部の直径よりも大きくてもよい。また、開口部のパターンの接線方向幅は異なる区域ごとに異なってもよい。
【００１９】
図６、７、８、９ａ、１０ａ、および１１ａにその例が示される一実施形態では、堆積ヘッド１４の下部表面１４ａは、径方向で延在する前駆体ガス注入区域２、排出ガス区域４、およびパージガス区域６から径方向内側の範囲で、中心軸を中心にして延在する第１の環状パージ区域６’を備えてもよい。かかる実施形態は、好ましくは、径方向で延在する前駆体ガス注入区域２、排出ガス区域４、およびパージガス区域６から径方向外側の範囲で、中心軸を中心にして延在する第２の環状パージ区域６’’も備える。これらの環状パージ区域６’、６’’は、前駆体ガスが処理空間から流出するのを防ぎ、かつ／または第１および第２の前駆体ガスが混ざり合うのを防ぐ。好ましくは、環状パージガス区域は、環状パージガス区域６’および６’’の全周に沿って延在する、離隔したパージガス注入開口部７のパターンを備える。これらの環状パージガス区域６’、６’’の例が、図６、７、８、９ａ、１０ａ、および１１ａに示されている。これらの図面は基板Ｓの位置も示していることに留意されたい。しかしながら、これらの基板Ｓは、ここでは、単に堆積ヘッド１４に対するそれらの位置を示すために図示されていることに留意されたい。実際には、基板は、図６、７、８、９ａ、１０ａ、および１１ａでは見えていないサセプタ１２によって支えられているので、堆積ヘッド１４の下部表面を見たときには見えない。
【００２０】
図７にその一例が示される一実施形態では、堆積ヘッド１４の下部表面１４ａは、径方向で延在する前駆体ガス注入区域、排出ガス区域４、およびパージガス区域６から径方向内側の範囲で、中心軸を中心にして延在する第１の環状排出区域４’を備えてもよい。かかる実施形態は、径方向で延在する前駆体ガス注入区域２、排出ガス区域４、およびパージ区域６から径方向外側の範囲で、中心軸Ａ１を中心にして延在する第２の環状排出区域４’’も備えてもよい。これらの環状排出区域４’、４’’は、前駆体ガスがＡＬＤ装置の環境に流入するのを防ぐ。
【００２１】
図６、７、８、９ａ、および１０ａにその例が示される一実施形態では、堆積ヘッド１４は、前記接線方向で見たときに、下部表面１４ａに連続して位置付けられる、複数の処理区画３４を備えてもよい。複数の処理区画３４によって、堆積ヘッド１４が一回転する間に複数の単原子層を適用することが可能になる。したがって、所与の期間内に多数の層を堆積することが依然として可能なまま、堆積ヘッド１４の回転速度が低減されてもよい。図６〜８の例はすべて、３つの処理区画３４を備えた堆積ヘッド１４を示している。
【００２２】
図１０ａおよび１０ｂにその一例が示される一実施形態では、堆積ヘッド１４の所与の半径で、前駆体ガス注入区域２、２’と隣接したガス排出区域４との間の接線方向距離は、前記所与の半径でのパージガス注入区域６と隣接したガス排出区域４との間の接線方向距離よりも長くてもよい。
【００２３】
前駆体ガス注入区域２、２’と隣接したガス排出区域４との間の接線方向距離を増加させることにより、堆積経路長が増加する。その結果、注入された前駆体ガスが処理空間１６内に滞留する時間が増加し、そのことによって堆積効率を向上させることができる。
【００２４】
一実施形態では、パージガス注入区域６、第１の前駆体ガス注入区域２、ガス排出区域４、パージガス注入区域６、第２の前駆体ガス注入区域２’、およびガス排出区域４は、追加のガス注入区域およびガス排出区域が何ら介在することなく、各処理区画において連続して配置される。
【００２５】
この実施形態の利点は、後続の層を基板上に堆積させるために処理空間に注入することが求められる、前駆体ガスの量が低減されることである。これは、前駆体ガス注入区域を、堆積ヘッド中心軸に対して接線方向に沿って見たときに、パージガス注入区域に直接隣接させて（即ち、間にガス排出区域を有することなく）位置付けることによって達成される。その結果、ガス排出区域で処理チャンバから除去される前駆体ガスがより少なくなり、前駆体ガス注入開口部がそれぞれ前駆体ガス注入開口部の両側に２つの近接した排出開口部を常に有する既知のＡＬＤシステムに比べて、注入される前駆体ガスの総流量を低減することができる。逆拡散（即ち、回転方向とは反対方向での拡散）による前駆体ガスの混合は、パージガスフローによって防止される。
【００２６】
図６〜８、９ａ、１０ａ、および１１ａにその例が示される代替実施形態では、処理区画はそれぞれ、堆積ヘッド中心軸Ａ１に対して接線方向に沿って見たときに、パージガス区域６とそれに続く第１の前駆体ガス区域２との間に位置付けられてもよい、追加のガス排出区域４を含んでもよい。別の方法として、またはそれに加えて、処理区画はそれぞれ、堆積ヘッド中心軸Ａ１に対して接線方向に沿って見たときに、パージガス区域６とそれに続く第２の前駆体ガス区域２’との間に位置付けられてもよい、追加のガス排出区域４を含んでもよい。
【００２７】
堆積プロセスで使用される前駆体ガスの特性に応じて、パージガス注入区域６と隣接した第１および／または第２の前駆体ガス注入区域２、２’との間に位置付けられる、追加のガス排出区域４を提供するのが有利なことがある。これは、特に、安価であって大流量を維持するのに問題がない前駆体ガスに適用可能であろう。それには、前駆体ガスがパージガスによって希釈されないというさらなる利点がある。
【００２８】
一実施形態では、所与の半径で、第２の前駆体ガス注入区域２’と隣接したガス排出区域４との間の接線方向距離は、前記所与の半径でのパージガス注入区域６と隣接したガス排出区域４との間の接線方向距離に実質的に等しくてもよい。
【００２９】
図８にその一例が示される一実施形態では、ＡＬＤ装置１は、堆積ヘッド中心軸Ａ１に対して径方向で延在する下部表面１４ａの一部によってそれぞれ形成される、分離区域８をさらに備えてもよい。各分離区域８はガス注入開口部３、７およびガス排出開口部５を有さない。この実施形態では、パージガス区域、第１および第２の前駆体ガス区域、ならびに排出区域２、２’、４、６から成る群から選択された、区域２、２’、４，６の近接した対それぞれの間で、前記分離区域８が延在してもよい。分離区域８を含むこの実施形態の一例が図８に示される。図１０ａおよび１０ｂも、分離区域を有する一実施形態の一例を示している。図６、７、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、および１１ｂの例から明らかなように、近接したパージ、前駆体、および排出区域のすべてを分離区域８によって分離する必要はない。
【００３０】
各処理区画に分離区域８を設けることによって、前駆体ガスの混合をさらに防いでもよい。分離区域８は、２つの異なる前駆体ガス区域２、２’の間の距離を増加させ、その結果、前駆体ガスに含まれる成分を基板Ｓの表面に堆積させるための時間を長くしてもよい。それに加えて、第１および第２の前駆体ガス注入区域２、２’の間の接線方向距離がより長くてもよい。そのため、分離区域８は、第１の前駆体ガス区域２に供給される前駆体ガスが隣接した第２の前駆体ガス注入区域２’に、またその逆に移動しないようにする追加の障壁となってもよい。
【００３１】
一実施形態では、各分離区域８は、前駆体ガス注入区域２、２’、パージガス注入区域６、およびガス排出区域４の境界を定める下部表面１４ａの残りの部分よりも低い高さにある、堆積ヘッド１４の下部表面１４ａの分離区域表面部分を画成してもよい。
【００３２】
この実施形態の利点は、下部表面１４ａの下方に延在する分離区域表面部分が、前駆体ガス注入区域２、２’、パージガス注入区域６、およびガス排出区域４をより明確に区切ってもよいことである。この区切りはまた、処理空間１６に面する下向きに方向付けられた開口部を有する「チャンバ」を作成してもよい。その結果、実施形態は、堆積ヘッド１４に形成される、前駆体ガス注入チャンバ、パージガス注入チャンバ、およびガス排出チャンバの形成をもたらしてもよい。サセプタ１２の上部表面と下部表面１４ａ堆積ヘッド１４との間のギャップは、チャンバよりも分離区域８の方が大きいので、チャンバ内における前駆体ガスまたはパージガスの分配が促進される。したがって、前記チャンバによって境界を定められる区域内のガスの濃度は、区域の表面全体にわたって実質的に一定であってもよい。それに加えて、チャンバは、注入されたガスを実質的にその中に包含するのに役立ち、それによって前駆体ガスが隣接したチャンバへと移動するのを防いでもよい。それに加えて、ガスを包含することによって、ガス排出区域４を通して除去される前により多量のガスを基板Ｓの表面に堆積させることができるので、処理の間に必要な前駆体ガスの量を低減することができる。処理中に必要とされる前駆体ガスをより一層低減するために、この実施形態は、有利には、本明細書に開示するような、前駆体ガス注入区域２、２’とガス排出区域４との間の距離を増加させた実施形態と組み合わされてもよい。
【００３３】
図２にその一例が提供される一実施形態では、下部表面１４ａと上部表面１２ａとの間の距離は、０．３〜７．０ｍｍの範囲、好ましくは０．４〜５．０ｍｍの範囲、より好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲であってもよい。下部表面１４ａと上部表面１２ａとの間の距離は、前駆体ガスの混合を実質的に防ぐように、この範囲内で選択されてもよい。
【００３４】
この範囲内の特定の距離は、厚さまたは材料など、基板Ｓの特性に応じて選択されてもよいが、また、操作中に使用される前駆体ガスの特性に基づいて、または所望の膜特性に基づいて選択されてもよい。当然ながら、特定の距離は、上述の特性の組み合わせ、または上述の特性と他の任意の関連する特性との組み合わせに基づいてもよい。好ましくは、分離区域８を画成する下部表面１４ａの下側部分と基板の上部表面との間の距離は、それぞれの区域６、２、２’内におけるパージガスおよび前駆体ガスの包含を最適化するように、上記に指定した範囲の下限で選択されてもよい。
【００３５】
一実施形態では、前駆体ガス注入区域、パージガス注入区域、および／またはガス排出区域は、実質的に楔形であってもよい。楔形区域の径方向内側の辺は、実質的に、堆積ヘッド軸Ａ１と一致する中心点を有するとともに第１の半径を有する円のセグメントに沿って延在する。楔形区域の径方向外側の辺は、実質的に、堆積ヘッド軸（Ａ）と一致する中心点を有するとともに第１の半径よりも大きい第２の半径を有する円のセグメントに沿って延在する。各楔形区域の他の２つの辺は、堆積ヘッド軸Ａ１に対して実質的に径方向で、楔形区域の径方向内側の辺から径方向外側の辺まで延在する。
【００３６】
回転する堆積ヘッド１４は円形形状を有し、その下部表面１４ａにおいて、前駆体ガスおよびパージ注入区域２、２’、６ならびにガス排出区域４は、堆積ヘッド中心軸Ａ１から見たときに径方向外側に延在する。その結果、連続した区域間の接線方向距離は、堆積ヘッド中心軸Ａ１付近では相対的に小さい。回転ヘッド１４の径方向外側の部分では、連続した区域間の接線方向距離は相対的に大きくてもよい。これは、半径の増加に伴って接線速度が増加し、半径全体にわたって暴露時間が一定であることに対応する。楔形のガス注入区域２、２’、６およびガス排出区域４は、基板の表面全体にわたって滞留時間を実質的に等しくし、その結果、層の堆積をより均一にするために使用されてもよい。
【００３７】
一実施形態では、堆積ヘッド１４の下部表面１４ａは、堆積ヘッド中心軸Ａ１から径方向外向きの方向で見たときに上向きの方向で傾斜している。傾斜は、下部表面１４ａと上部表面１２ａとの間のギャップが、より大きい直径のところでは、より小さい直径のところよりも大きいような傾斜である。
【００３８】
ギャップ高さが径方向外向きの方向で増加することによって、近接した区域間における接線方向でのガスの均一な搬送が促進され、それによって、直径の増加に伴う経路長の増加を補ってもよい。一実施形態では、下部表面１４ａの傾斜は、堆積ヘッド中心軸Ａ１の上方に延在する部分に対して、８０°〜９０°、好ましくは８５°〜９０°の角度を含んでもよい。
【００３９】
さらに別の実施形態が図１１ａに示される。いくつかの前駆体ガスは、完全な化学吸着および／または反応を達成するために、他のものよりも長い暴露時間を要する。これは、より長い暴露時間を要する前駆体に対して前駆体ガス注入区域のサイズを増加させることによって達成することができる。しかしながら、区域が大きくなると、例えば３０°よりも幅広になると、ガスフローパターンを明確に規定することができなくなり、反応生成物が排出される前に高濃度で蓄積する場合がある。かかる状況では、前駆体注入区域を複数の注入区域に分割し、同じ前駆体ガスをそれぞれ注入するそれら複数の注入区域を排出区域によって分離することが提案される。このようにして、反応生成物は迅速に除去され、注入区域それぞれにおいて、基板が新鮮な前駆体ガスに暴露され、ガスフローパターンが明確になる。好ましくは、複数の注入区域のうち隣接したものの角ピッチは、６０°以下、より好ましくは３０°以下である。図１１ａの堆積ヘッドは、隣接した前駆体注入区域と排出区域との間に分離区域を備えてもよい。
【００４０】
一実施形態では、堆積ヘッド１４およびサセプタ１２の少なくとも１つは、堆積ヘッド中心軸Ａ１に沿って上方および下方に移動可能に装着されてもよく、それによって上部表面１２ａと下部表面１４ａとの間の距離が調節可能であってもよい。
【００４１】
上部表面１４ａと下部表面１２ａとの間の距離を調節可能にするために、上方および下方に移動可能であってもよい堆積ヘッド１４および／またはサセプタ１２は、処理される基板Ｓの広い範囲を収容するのに使用されてもよい。上方および下方の移動可能性は、また、処理中の距離をより低い値で維持したまま、基板をサセプタ１２から取り外し、また基板をサセプタ１２上に装填するのを容易にするため、上部表面１４ａと下部表面１２ａとの間の距離を増加させるのに使用されてもよい。
【００４２】
一実施形態では、堆積ヘッド１４は、堆積ヘッド１４の一部であって、下部表面１４ａに対して上方に延在し、堆積ヘッド中心軸Ａ１と同軸であってもよい、堆積ヘッドシャフト１８を備えてもよい。それに加えて、実施形態は、堆積ヘッドシャフト１８と同軸の堆積ヘッドシャフトスリーブ２３を含んでもよい。環状スリット１７が、堆積ヘッドシャフト１８の外側円筒表面と堆積ヘッドシャフトスリーブ２３の内側円筒表面との間に存在してもよい。堆積ヘッドシャフト１８と堆積ヘッドシャフトスリーブ２３との間には、環状スリット１７を気密方式で密閉するように構成された少なくとも２つのシール１９が装着されてもよい。シール１９は強磁性流動性のシールであってもよい。この実施形態の一例は図１〜３および５に示される。堆積ヘッドシャフト１８は、少なくとも部分的に堆積ヘッド中心軸Ａ１に平行に延在してもよい、少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０とパージガス送入チャネル２２とを備えてもよい。少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０はそれぞれ、少なくとも１つの前駆体ガス注入区域のうち関連する１つにおける複数の前駆体ガス注入開口部３に接続されてもよい。ガスパージ送入チャネル２２は複数のパージガス注入開口部７に接続されてもよい。
【００４３】
堆積ヘッドシャフト１８は、堆積ヘッドを支承部３０に装着するのに役立ってもよく、堆積ヘッド１４を回転させる駆動手段と連結されてもよい。堆積ヘッドシャフト１８は堆積ヘッドシャフトスリーブ２３内で回転可能である。それに加えて、堆積ヘッドシャフト１８は、例えば、その一例が図５に示される、少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０とパージガス送入チャネル２２とを使用して、前駆体ガスおよびパージガスを堆積ヘッド１４に送るのに使用されてもよい。
【００４４】
堆積ヘッドシャフト１８と堆積ヘッドスリーブ２３との間の少なくとも２つのシール１９は、堆積ヘッド１４を回転させることができる状態のまま、環状スリットの気密シールを提供する。環状スリット１７によって、回転する堆積ヘッド１４に対するガス送りおよびガス排出の信頼性の高い接続が実現可能である。
【００４５】
この実施形態の堆積ヘッドシャフト１８は、少なくとも部分的に堆積ヘッド中心軸Ａ１に平行に延在する、少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０とパージガス送入チャネル２２とを含んでもよい。少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０はそれぞれ、少なくとも１つの前駆体ガス注入区域の関連する１つにおける複数の前駆体ガス注入開口部３に接続されてもよい。ガスパージ送入チャネル２２は複数のパージガス注入開口部７に接続されてもよい。この実施形態では、環状スリット１７によって境界が定められる堆積ヘッドシャフト１８の部分の外側円筒表面は、少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０、２０’のうち関連する１つの上側部分がそこで終わる少なくとも２つの環状前駆体ガス溝２１ａ、２１ａ’を備えてもよい。それに加えて、堆積ヘッドシャフト１８の前記外側円筒表面は、パージガス送入チャネル２２の上側部分がそこで終わるとともに、少なくとも２つの前駆体ガス溝２１ａの間に位置付けられる、環状パージガス溝２１ｂを備えてもよい。この構造により、操作の間、即ち堆積ヘッド１４が回転している間、前駆体ガスおよびパージガスが、前駆体ガス送入チャネル２０、２０’およびパージガス送入チャネル２２に継続的に供給されてもよい。
【００４６】
環状スリット１７によって境界を定められる堆積ヘッドシャフト１８の部分の外側円筒表面は、少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０、２０’のうち関連する１つの上側部分がそこで終わる少なくとも２つの前駆体ガス溝２１ａ、２１ａを備えてもよい。それに加えて、前記円筒状の外側表面は、パージガス送入チャネル２２の上側部分がそこで終わるとともに、２つの前駆体ガス溝２１ａ、２１ａ’の間に位置付けられてもよい、パージガス溝２１ｂを備えてもよい。堆積ヘッドシャフトスリーブ２３は、少なくとも２つの前駆体ガス溝２１ａ、２１ａ’のうち関連する１つと同じ水平方向高さに位置付けられるとともにそこで始まり、それによって操作の間、少なくとも２つの前駆体ガスが少なくとも２つの前駆体ガス送入チャネル２０、２０’のうち関連するものに供給されてもよい、少なくとも２つの前駆体ガス送りチャネル２５ａ、２５ａ’を備えてもよい。それに加えて、堆積ヘッドシャフトスリーブ２３は、パージガス溝２１ｂと同じ水平方向高さに位置付けられるとともにそこで始まり、それによって操作の間、パージガスがパージガス送入チャネル２２に供給されてもよい、パージガス送りチャネル２５ｂを含んでもよい。この実施形態では、２つの前駆体ガスは、２つの前駆体ガス溝２１ａ、２１ａ’の間に位置付けられたパージガス溝２１ｂに供給されるパージガスによって、スリット１７内でも別々に保たれる。したがって、スリット１７内であっても、２つの前駆体ガスの望ましくない混合が防止される。
【００４７】
図５にその一例が示される次の実施形態は、前駆体ガスがスリット１７内で混ざり合うリスクをさらに低減することを目的としている。その目的のため、堆積ヘッドシャフトスリーブ２３または堆積ヘッドシャフト１８は少なくとも２つの環状排出溝３６、３６を含んでもよく、そのうち第１のもの３６は、パージガス溝２１ｂと少なくとも２つの前駆体ガス溝２１ａのうち第１のもの２１ａとの間に位置付けられてもよい。少なくとも２つの排出溝のうち第２のもの３６は、パージガス溝２１ｂと少なくとも２つの前駆体ガス溝のうち第２のもの２１ａ’との間に位置付けられてもよい。堆積ヘッドシャフトスリーブ２３は、環状排出溝３６で始まる排出ガスチャネル３８ａ、３８ｂを含む。図５に示される例では、堆積ヘッドシャフトスリーブ２３内の排出ガスチャネル３８ａ、３８ｂは、環状チャネル３８ｂにつながる径方向チャネル３８ａを含む。スリーブ２３の環状排出チャネル３８ｂは、堆積ヘッドシャフト１８内の環状チャネル３６に面する。同様に、スリーブ２３内の前駆体ガス送りチャネル２５ａ、２５ａ’およびパージガス送りチャネル２５ｂは、径方向部分および環状部分を含み、環状部分はシャフト１８内の溝２１ａ、２１ａ’、および２１ｂにそれぞれ面する。
【００４８】
一実施形態では、堆積ヘッドシャフト１８は、少なくとも部分的に堆積ヘッド中心軸Ａ１に平行に延在してもよく、少なくとも１つのガス排出チャネル２４を備えてもよい。排出チャネル２４は複数のガス排出開口部５に接続されてもよい。複数のガス排出開口部５からのガスの排出は、ガス排出チャネル２４によってもたらされてもよい。
【００４９】
図４にその一例が示される代替実施形態では、サセプタ１２は、上部表面１２ａに対して下方に延在しても、またサセプタ軸Ａ２と同軸であってもよく、サセプタシャフト２６を備えてもよい。サセプタシャフト２６、および堆積ヘッドシャフト１８の下側部分は、少なくとも部分的にサセプタ軸Ａ２に平行に延在してもよく、ガス排出チャネル２８を備えてもよい。ガス排出チャネル２８は複数のガス排出開口部５と流体接続していてもよい。
【００５０】
図１３にその一例が示される一実施形態では、複数の前駆体ガス注入区域２、２’は、前駆体ガス注入開口部３を下部表面１４ａに形成する端部部分を有する前駆体ガス注入チャネルを備えてもよい。複数のパージガス注入区域６は、パージガス注入開口部７を下部表面１４ａに形成する端部部分を有するパージガス注入チャネルを備えてもよい。各前駆体ガス注入チャネルおよび／または各パージガス注入チャネルの端部部分の断面寸法は、前記チャネル内のフロー方向で見たとき、端部部分が広がるように増加してもよい。
【００５１】
かかる広がった端部部分によって、インデンチャー、即ち「穴跡」が基板の表面上に形成されることが低減される。広がった端部部分は、注入ガスの分散を向上させ、その結果として、注入ガスが基板Ｓの表面に及ぼす力を低減してもよい。その結果、基板Ｓの表面上の堆積層に穴跡が形成されることが低減されてもよい。
【００５２】
図１２にその一例が示される一実施形態では、複数の前駆体ガス注入区域２、２’は、前駆体ガス注入開口部３を下部表面１４ａに形成してもよい端部部分を有してもよく、前駆体ガス注入チャネルを備えてもよい。前駆体ガス注入チャネルの端部部分は下部表面１４ａに対して鋭角を含んでもよい。複数のパージガス注入区域６は、パージガス注入開口部７を下部表面１４ａに形成してもよい端部部分を有してもよい、パージガス注入チャネルを備えてもよい。パージガス注入チャネルの端部部分も下部表面１４ａに対して鋭角を含んでもよい。
【００５３】
前記鋭角が、パージガス注入チャネルおよび／または前駆体ガス注入チャネルの端部部分が堆積ヘッド１４の回転方向に方向付けられるような角度である場合、方向付けられた流出は、処理空間１６内に存在するクエット流れの方向でのフローを促進してもよい。クエット流れは、堆積ヘッドの回転によって引き起こされて、ガスによる引きずりをもたらすガスフローである。下部表面１４ａに対して鋭角でガスを注入すると、角度が回転方向に対抗して方向付けられている場合、クエット流れの大きさおよび効果が低減されることがある。それに加えて、実施形態はまた、注入ガスは基板Ｓの表面に対して垂直に方向付けられないが、前記表面１４ａに対する角度を含むので、穴跡が基板Ｓ上に形成されるのを低減することができる。
【００５４】
一実施形態では、サセプタ１２は、堆積ヘッド中心軸Ａ１と同一線上にあってもよいサセプタ軸を中心にして回転可能であってもよい。サセプタ１２は、サセプタ軸Ａ２を中心にして後続のインデックス位置間でサセプタ１２をインデックスするためのサセプタ駆動部を含んでもよい。
【００５５】
一実施形態では、上部表面１４は限定された数の基板支持位置３２を含んでもよく、サセプタ１２の各インデックス位置において、前記基板Ｓ位置の少なくとも１つに基板装填アセンブリがアクセス可能である。
【００５６】
基板装填アセンブリがアクセス可能である少なくとも１つのインデックス位置を設けることによって、処理中の上部表面１４ａと下部表面１２ａとの間の距離が基板の装填および取外しを可能にするのに十分である場合、基板Ｓの半継続的な自動処理が可能になってもよい。装置は自動的に、基板をサセプタ１２上に装填し、続いて次のインデックス位置でサセプタ１２をインデックスし、新しく装填された基板Ｓに対して堆積ヘッド１４による堆積を行う。その結果、堆積が基板の装填および取外しのために中断されない継続プロセスとなるので、生産能力の改善を得ることができる。代替実施形態では、基板の装填および取外しを容易にするため、サセプタと堆積ヘッドとの間の間隔を、処理中の間隔に対して増加させる必要がある場合もある。前駆体ガスのフローは中断されることがある。しかしながら、堆積ヘッドの回転を停止する必要はない。堆積ヘッドは、処理中と同じ速度で、またはより低速で回転し続けることができる。
【００５７】
一実施形態では、サセプタ駆動部のコントローラは、堆積中はサセプタ１２を固定した状態を保つように構成される。サセプタ１２は、堆積中は固定され、次の位置へと割り送られるときのみ回転するので、堆積される層上に凹凸または他の欠陥が形成される可能性が最小限に抑えられる。
【００５８】
一実施形態では、処理区画は、３つの異なる前駆体ガスを注入するための３つの異なる前駆体ガス注入区域を備えてもよく、処理の間、基板の部分は３つの異なる前駆体ガスに順次晒される。
【００５９】
一実施形態では、前駆体ガス注入区域の１つ以上は、前駆体ガスが区域内を流れている間、放電を発生させるための電極を備えてもよい。
【００６０】
一実施形態では、原子層堆積装置は、第１の前駆体ガス注入区域２に接続された第１の前駆体ガス源と、第２の前駆体ガス注入区域２’に接続された第２の前駆体ガス源と、パージガス注入区域６に接続されたパージガス源と、ガス排出区域４に接続された真空ポンプとを備えてもよい。
【００６１】
ガス源および真空ポンプは、それぞれガス送入チャネルおよびガス排出チャネルによって、複数のガス注入開口部３、７および複数のガス排出開口部５に接続されてもよい。
【００６２】
一実施形態では、パージガス区域は、パージガス注入区域内側部分（６ａ）と、パージガス注入区域内側部分（６ａ）から径方向外側に位置付けられたパージガス注入区域外側部分（６ｂ）とを有する。内側部分６ａは内側パージガス源に接続されてもよく、パージガス注入区域外側部分６ｂは、流量および／または圧力に関して内側パージガス源とは独立して制御可能である、外側パージガス源に接続されてもよい。
【００６３】
かかる実施形態は、パージガス区域６におけるパージガスのより効率的な供給にとって有益であり、区域全体にわたってフローの平衡を保つことを可能にする。
【００６４】
別の方法として、またはそれに加えて、第１および第２の前駆体ガス区域の少なくとも１つは、前駆体ガス注入区域内側部分２ａ、２’ａと、前駆体ガス注入区域内側部分から径方向外側に位置付けられた前駆体ガス注入区域外側部分２ｂ、２’ｂとを有してもよい。内側部分（２ａ、２’ａ）および外側部分（２ｂ、２’ｂ）を有する各前駆体ガス注入区域において、内側部分（２ａ、２’ａ）は内側前駆体ガス源と接続されてもよく、外側部分（２ｂ、２’ｂ）は外側前駆体ガス源と接続されてもよい。内側前駆体ガス源および外側前駆体ガス源は、同じタイプの前駆体ガスを供給してもよく、流量および／または圧力に関して独立して制御可能であってもよい。
【００６５】
この実施形態は、径方向内側の領域における層の形成が、径方向外側の領域における層の形成と実質的に同様であるように制御できるように、前駆体ガス区域内での前駆体ガスの供給がより良好に制御されるという利点を提供してもよい。
【００６６】
本発明の１つの態様によれば、本発明による原子層堆積装置と、等しい厚さをそれぞれ有してもよい複数の基板とのアセンブリが提供されてもよい。堆積ヘッド１４の下部表面１４ａと、サセプタ１２上に位置付けられる各基板の上部表面との間の距離は、０．３〜７．０ｍｍ、好ましくは０．４〜５．０ｍｍ、より好ましくは０．５〜２ｍｍの範囲であってもよい。
【００６７】
特に、距離が言及した範囲の下限である場合、２つの異なる前駆体ガスが処理空間１６内で混ざり合う可能性が最小限に抑えられる。
【００６８】
特定の実施形態について上記に記載してきたが、堆積ヘッドに関して本明細書に記載したすべての特徴、特に、前駆体ガスおよびパージガス注入区域、排出区域、ならびに分離区域に関連する特徴は、回転可能であるサセプタおよび回転不能である堆積ヘッドのみを有するＡＬＤ装置にも有益に適用されてもよいことが認識されるであろう。さらに、本発明は、記載したのとは別の方法で実践されてもよいことが認識されるであろう。上記の記載は例証であって非限定的であるものとする。したがって、以下に提示する特許請求の範囲から逸脱することなく、前述したような本発明に対して修正がなされてもよいことが、当業者には明白となるであろう。様々な実施形態は組み合わせて適用されてもよく、または互いに独立して適用されてもよい。上記の詳細な説明で使用される参照番号は、実施形態の記載を図面に示される例に限定することを意図しない。図面は単に例を表すものであり、実施形態は、図面の例に示される特定の形とは別の形で具体化されてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  原子層装置
２  第１の前駆体ガス注入区域
２’  第２の前駆体ガス注入区域
２ａ  前駆体ガス注入区域内側部分
２ｂ  前駆体ガス注入区域外側部分
３  前駆体ガス注入開口部
４  ガス排出区域
５  ガス排出開口部
６  パージガス注入区域
６ａ  パージガス注入区域内側部分
６ｂ  パージガス注入区域外側部分
７  パージガス注入開口部
８  分離区域
１２  サセプタ
１２ａ  サセプタの上部表面
１４  堆積ヘッド
１４ａ  堆積ヘッドの下部表面
１６  処理空間
１７  円周方向スリット
１８  堆積ヘッドシャフト
１９  シール
２０、２０’  前駆体ガス送入チャネル
２１  環状溝
２１ａ、２ａ’  前駆体ガス溝
２１ｂ  パージガス溝
２２  パージガス送入チャネル
２３  堆積ヘッドシャフトスリーブ
２４  堆積ヘッドシャフト内のガス排出チャネル
２５ａ、２５ａ’  前駆体ガス送りチャネル
２５ｂ  パージガス送りチャネル
２６  サセプタシャフト
２８  サセプタシャフト内のガス排出チャネル
３０  支承部
３２  基板支持位置
３４  処理区画
３６  堆積ヘッドシャフト内の環状排出溝
３８ａ  シャフトスリーブ内の径方向で延在する排出チャネル
３８ｂ  シャフトスリーブ内の環状排出溝
Ｓ  基板
Ａ１  堆積ヘッド中心軸
Ａ２  サセプタ軸
Ｔ  接線方向
Ｖ  堆積ヘッドに対する基板の移動方向
Ｒ  堆積ヘッドの回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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