(57)【要約】ロールツーロールＣＶＤシステムは、ＣＶＤ処理の際、堆積チャンバを通して、ウェブを搬送する、少なくとも２つのローラーを含む。堆積チャンバは、少なくとも２つのローラーによって搬送される間、ウェブを通過させるための通路を画定する。堆積チャンバは、複数の処理チャンバのそれぞれ内に別個の処理化学物質を維持する、障壁によって隔離される、複数の処理チャンバを含む。複数の処理チャンバはそれぞれ、ガス流入ポートおよびガス排出ポートと、複数のＣＶＤガス源とを含む。複数のＣＶＤガス源のうちの少なくとも２つは、複数の処理チャンバのそれぞれのガス流入ポートに連結される。
2012529562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールツーロールＣＶＤシステムであって、
ａ．ＣＶＤ処理の際、ウェブを搬送する、少なくとも２つのローラーと、
ｂ．該少なくとも２つのローラーによって搬送される間、該ウェブを通過させるための通路を画定する堆積チャンバであって、該堆積チャンバは複数の処理チャンバを含み、該複数の処理チャンバは、複数の処理チャンバのそれぞれに別個の処理化学物質を維持する障壁によって隔離され、該複数の処理チャンバはそれぞれ、ガス流入ポートおよびガス排出ポートを含む、堆積チャンバと、
ｃ．該複数の処理チャンバのそれぞれの該ガス流入ポートに連結される、少なくとも１つのＣＶＤガス源と
を含む、システム。
【請求項２】
前記少なくとも２つのローラーは、前記複数の処理チャンバを通して一方向にのみ、前記ウェブを搬送する、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項３】
前記少なくとも２つのローラーは、前記複数の処理チャンバを通して、第１の方向に、次いで、該第１の方向とは反対の第２の方向に、該複数の処理チャンバを通して戻るように該ウェブを搬送する、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのローラーは、前記ウェブを連続的に搬送する、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項５】
前記少なくとも２つのローラーは、複数の別個のステップにおいて、前記ウェブを搬送する、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項６】
前記複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつかの前記ガス流入ポートは、前記少なくとも２つのＣＶＤガスが前記ウェブに到達するまで、ＣＶＤガスが反応するのを実質的に防止するガス分散ノズルを含む、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項７】
前記ガス流入ポートのうちの少なくともいくつかは、前記処理チャンバの上部表面に位置付けられ、対応する排出ポートは、該処理チャンバの少なくとも１つの側に近接して位置付けられる、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項８】
前記処理チャンバのうちの少なくともいくつかは、該処理チャンバの１つの側に近接して位置付けられるガス流入ポートを有して構成され、対応する排出ポートは、前記ＣＶＤ処理ガスが、該処理チャンバにわたって流動するように、該処理チャンバのもう１つの側に近接して位置付けられる、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのＣＶＤガス源は、堆積厚の均一性を改善するために、交互処理チャンバの両側で注入される、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１０】
前記障壁のうちの少なくともいくつかは、ガスカーテンを含む、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１１】
前記障壁のうちの少なくともいくつかは、隣接する処理チャンバ間に真空領域を含む、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１２】
前記ウェブを所望の処理温度に加熱する、該ウェブに近接して位置付けられる、放射ヒータをさらに含む、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１３】
前記ウェブは、該ウェブを所望の処理温度に加熱する、加熱要素と熱接触するように位置付けられる、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１４】
ＲＦコイルが、該ＲＦコイルに近接するウェブの温度を上昇させるように、該ウェブと電磁連通して位置付けられる、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１５】
前記ウェブに電気的に接続される電源であって、該電源は、該ウェブの温度を制御する電流を該ウェブに提供する、電源をさらに含む、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１６】
前記ウェブは、該ウェブの上でウエハを支持する、複数の空気軸受を含む、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１７】
前記複数のＣＶＤガス源と前記複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつかの前記ガス流入ポートとの間に連結される、ユーザ構成可能ガス分散マニホールドをさらに含む、請求項１に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項１８】
ロールツーロールＣＶＤシステムであって、
ａ．複数の処理チャンバを通して、ウェブを搬送する手段と、
ｂ．該複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつかに処理化学物質を隔離する手段と、
ｃ．化学気相蒸着によって、該複数の処理チャンバのそれぞれ内において、該ウェブ上に所望の膜を堆積させるために、該複数の処理チャンバに複数のＣＶＤガスを提供する手段と
を含む、システム。
【請求項１９】
前記ウェブは、化学気相蒸着のために、ウエハを支持する手段を含む、請求項１８に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項２０】
特定のＣＶＤ処理のために、前記複数の処理チャンバのそれぞれの寸法を構成するための手段をさらに含む、請求項１８に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項２１】
所望のガス混合物が、前記複数の処理チャンバのそれぞれに提供されるように、複数のＣＶＤガス源を構成するためのガスマニホールド切替手段をさらに含む、請求項１８に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項２２】
特定のＣＶＤ反応を促進するために、前記ウェブを所望の処理温度に加熱するための手段をさらに含む、請求項１８に記載のロールツーロールＣＶＤシステム。
【請求項２３】
化学気相蒸着の方法であって、該方法は、
ａ．複数の処理チャンバを通してウェブを搬送することと、
ｂ．該複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつか処理化学物質を隔離することと、
ｃ．化学気相蒸着によって、所望の膜を堆積させる流速において、該複数の処理チャンバのそれぞれに少なくとも１つのＣＶＤガスを提供することと
を含む、方法。
【請求項２４】
前記ウェブは、第１と第２の方向に、前記複数の処理チャンバを通して搬送される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ウェブは、前記複数の処理チャンバを通して、連続的に搬送される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記ウェブは、複数の別個のステップにおいて、前記複数の処理チャンバを通して搬送される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつか内に前記処理化学物質を隔離することは、該複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつか間にガスカーテンを発生させることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記ウェブを所望の処理温度に加熱することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつかに所望のＣＶＤガスを提供するように、ガス分散マニホールドを構成することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
特定のＣＶＤ処理のために、前記複数の処理チャンバのうちの少なくとも１つの寸法を変更することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に使用される見出しは、構成上の目的のためだけであって、本願に説明される主題をいかようにも限定するものと解釈されるべきではない。
【背景技術】
【０００２】
（導入）
化学気相蒸着（ＣＶＤ）は、反応種を反応させ、基板の表面上に膜を形成するように、化学種を含有する１つ以上のガスを基板の表面上へと指向するステップを伴う。例えば、ＣＶＤは、結晶性半導体ウエハ上に化合物半導体材料を成長させるために使用可能である。ＩＩＩ−Ｖ半導体等の化合物半導体は、一般に、ＩＩＩ族金属源およびＶ族元素源を使用して、ウエハ上に半導体材料の種々の層を成長させることによって形成される。時として、塩化物処理と称される、あるＣＶＤ処理では、ＩＩＩ族金属は、最も一般的には、ＧａＣｌ２等の塩化物である、金属の揮発性ハロゲン化物として提供され、Ｖ族元素は、Ｖ族元素の水素化物として提供される。
【０００３】
別の種類のＣＶＤは、金属有機化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）である。ＭＯＣＶＤは、ガリウム、インジウム、およびアルミニウム等のＩＩＩ族金属のアルキル等の１つ以上の金属有機化合物を含む、化学種を使用する。ＭＯＣＶＤはまた、ＮＨ３、ＡｓＨ３、ＰＨ３、およびアンチモンの水素化物等のＶ族元素のうちの１つ以上の水素化物を含む、化学種を使用するこれらの処理では、ガスは、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、またはＧａＰのウエハ等、ウエハの表面において、相互に反応し、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌＺＮＡＡｓＢＰＣＳｂＤ（式中、Ｘ＋Ｙ＋Ｚは、ほぼ１に等しく、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、ほぼ１に等しく、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、およびＣはそれぞれ、０〜１であることが可能である）のＩＩＩ−Ｖ化合物を形成する。いくつかの事例では、ビスマスが、他のＩＩＩ族金属の一部または全部の代わりに、使用されてもよい。
【０００４】
別の種類のＣＶＤは、ハロゲン系気相成長法（ＨＶＰＥ）として知られる。あるＨＶＰＥ処理では、ＩＩＩ族窒化物（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ）が、高温ガス状金属塩化物（例えば、ＧａＣｌまたはＡｌＣｌ）をアンモニアガス（ＮＨ３）と反応させることによって形成される。金属塩化物は、高温ＨＣｌガスを高温ＩＩＩ族金属上を通過させることによって発生される。すべての反応は、温度制御された石英炉内で行なわれる。ＨＶＰＥの特徴の１つは、いくつかの最先端の処理に対して、最大毎時１００μｍの超高成長率を有することが可能なことである。ＨＶＰＥの別の特徴は、膜が、無炭素環境内で成長され、高温ＨＣｌガスが、自己洗浄効果を提供するため、比較的に高品質の膜を堆積させるために使用可能なことである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（様々な実施形態の説明）
明細書において、「一実施形態」または「ある実施形態」とは、実施形態と併せて説明される、特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも本教示の一実施形態内に含まれることを意味する。明細書中の種々の場所で使用される「一実施形態では」という語句は、必ずしも、すべて同一実施形態を指すわけではない。
【０００６】
本教示の方法の個々のステップは、本教示が作用可能のままである限り、任意の順番および／または同時に、行われてもよいことを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が作用可能のままである限り、任意の数またはすべての説明される実施形態を含むことが可能であることを理解されたい。
【０００７】
次に、付随の図面に示されるその例示的実施形態を参照して、本教示をより詳細に説明する。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等部を包含する。本明細書の教示へのアクセスを有する当業者は、本明細書に説明される本開示の範囲内である、付加的実装、修正、および実施形態、ならびに他の使用分野を認識するであろう。
【０００８】
本教示は、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、およびＨＶＰＥ等の反応気相処理のための方法および装置に関する。半導体材料の反応気相処理では、半導体ウエハは、反応チャンバ内側のウエハ担体内に搭載される。ガス分散注入器または注入器ヘッドは、ウエハ担体に向かって面するように搭載される。注入器または注入器ヘッドは、典型的には、ガスの組み合わせを受容する、複数のガス入口を含む。注入器または注入器ヘッドは、化学気相蒸着のために、反応チャンバにガスの組み合わせを提供する。多くのガス分散注入器は、ヘッド上にあるパターンで離間されたシャワーヘッド状デバイスを有する。ガス分散注入器は、前駆体ガスが、可能な限りウエハに近接して反応し、したがって、ウエハ表面での反応処理およびエピタキシャル成長を最大限にするように、前駆体ガスをウエハ担体に指向する。
【０００９】
いくつかのガス分散注入器は、化学気相蒸着処理の際、層状ガス流を提供する補助をする、シュラウドを提供する。また、１つ以上の担体ガスが、化学気相蒸着処理の際、層状ガス流を提供するのを補助するために使用可能である。担体ガスは、典型的には、処理ガスのいずれとも反応せず、化学気相蒸着処理に別様に影響を及ぼさない。ガス分散注入器は、典型的には、注入器のガス入口から、ウエハが処理される反応チャンバのある標的領域へと、前駆体ガスを指向する。
【００１０】
例えば、ＭＯＣＶＤ処理では、注入器は、アンモニアまたはアルシン等の金属有機物および水素化物を含む、前駆体ガスの組み合わせを、注入器を通して、反応チャンバ内へと導入する。水素、窒素、あるいはアルゴンまたはヘリウム等の不活性ガス等の担体ガスが、多くの場合、ウエハ担体において、層状流を維持する補助をするために、注入器を通して、反応器内に導入される。前駆体ガスは、反応チャンバ内で混合し、反応し、ウエハ上に膜を形成する。ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＡｓＳｂＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、およびＩｎＧａＡｌＰ等の多くの化合物半導体が、ＭＯＣＶＤによって成長されている。
【００１１】
ＭＯＣＶＤおよびＨＶＰＥ処理の両方において、ウエハは、反応チャンバ内で高温に維持される。処理ガスは、典型的には、反応チャンバ内に導入されると、約５０−６０°Ｃ以下の比較的低温に維持される。ガスが、高温ウエハに到達するのに伴って、その温度、ひいては、反応のためのその利用可能エネルギーが、増加する。
【００１２】
最も一般的種類のＣＶＤ反応器は、回転円盤状反応器である。そのような反応器は、典型的には、円盤状ウエハ担体を使用する。ウエハ担体は、処置される１つ以上のウエハを保持するように配列される、ポケットまたは他の特徴を有する。担体は、その上に位置付けられたウエハとともに、反応チャンバ内に載置され、上流方向を向いた担体のウエハ軸受表面によって保持される。担体は、典型的には、上流から下流方向に延在する軸を中心として、５０ｒｐｍ〜１，５００ｒｐｍの範囲の回転速度で回転される。ウエハ担体の回転は、堆積される半導体材料の均一性を改善する。ウエハ担体は、本処理の際、約３５０°Ｃ〜約１，６００°Ｃの範囲であり得る、所望の高温に維持される。
【００１３】
担体が、軸を中心として回転される間、反応ガスは、担体上方の流動入口要素から、チャンバ内に導入される。流動ガスは、好ましくは、層状栓流として、担体およびウエハに向かって下方に通過する。ガスが、回転担体に接近するのに伴って、粘性抵抗が、担体の表面近傍の境界領域内において、ガスが、軸の周囲を担体の周辺に向かって外向きに流動するように、軸の周囲を回転するように推進する。ガスが、担体の外側縁にわたって流動するのに伴って、担体の下に位置付けられた排出ポートに向かって下方に流動する。最も一般的には、ＭＯＣＶＤ処理は、一連の異なるガス組成、ある場合には、異なるウエハ温度で行なわれ、所望の半導体デバイスを形成するために要求される、異なる組成を有する半導体の複数の層を堆積させる。
【００１４】
ＭＯＣＶＤおよびＨＶＰＥ等のＣＶＤのための周知の装置ならびに方法は、ウェブ上に材料を堆積させるために一般的に使用される、ロールツーロールシステム等の線形処理システムにとって好適ではない。本教示の装置および方法は、ＭＯＣＶＤならびにＨＶＰＥ等の任意の種類のＣＶＤを、線形搬送システム内に位置付けられたウエハ上で行なうことが可能である。そのような装置および方法のための特定の用途の１つは、太陽電池の加工である。そのような装置および方法のための別の特定の用途は、超電導材料の加工である。
【００１５】
本教示は、好ましいかつ例示的実施形態に従って、そのさらなる利点とともに、付随の図面と関連して検討される、以下の発明を実施するための形態においてより具体的に説明される。当業者は、後述の図面が、例証目的のためだけのものであることを理解するであろう。図面は、必ずしも、正確な縮尺で描かれているわけではなく、代わりに、本教示の原理を例証するために、強調されている。図面は、出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムの一実施形態を例証する。
【図２】図２Ａは、堆積チャンバ内の複数の処理チャンバのうちの１つにおける複数の水平ガス吸入ポートの底面図を例証する。図２Ｂは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムの処理チャンバ内に単一水平ガス吸入ポートおよび単一ガス排出ポートを含む、処理チャンバの一部の側面図を例証する。図２Ｃは、均一膜厚がどのようにウェブの全体幅にわたって達成され得るかを例証する、ウェブの幅の関数として、膜厚のグラフを例証する。
【図３】図３Ａは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムのための単一垂直ガス源の底面図および側面図を例証する。図３Ｂは、本教示による、複数の垂直ガス源のそれぞれが、ウェブの表面にわたって処理ガスを分散させるように、ウェブに沿って位置付けられる、ロールツーロールＣＶＤシステムのための複数の垂直ガス源の側面図を例証する。
【図４】図４Ａは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムのための単一垂直排出ポートの上面図および側面図を例証する。図４Ｂは、複数の垂直ガス源の反対の処理チャンバ内の単一垂直排出ポートの位置付けを例証する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステム１００の一実施形態を例証する。ロールツーロールＣＶＤシステム１００は、少なくとも、供給ローラー１０２と、リターンローラー１０２’とを含み、それらのローラーは、複数のＣＶＤ処理チャンバ１０８を有する堆積チャンバ１０６を通ってウェブ１０４を搬送する。ウェブ１０４は、太陽電池などのデバイスのウェブ基板であり得る。
【００１８】
代替として、ウェブ１０４は、ウェブ１０４の上に接触するかまたは離れて従来の半導体ウエハを搬送するように設計され得る。様々な実施形態において、ウェブ１０４は、処理中、ウェブ上に従来のウエハを支持するウエハ担体または他の構造を含み得る。空気軸受もまた、ウェブ１０４とウエハとの間にガスを注入することによって、ウェブ１０４の上に従来のウエハを支持するために用いられ得る。いくつかのシステムにおいて、空気軸受は、制御された方法でウェブ１０４に沿ってウエハを動かす。処理されたウエハは、ウエハハンドリング機構によってウェブ１０４から除去され得る。ウェブ１０４は、ウエハが複数の処理チャンバ１０８内で処理された後、洗浄され得、次いでさらなるウエハを処理するために再使用され得る。例えば、ウェブ１０４は、プラズマ洗浄処理または熱洗浄処理によって洗浄され得る。
【００１９】
一実施形態において、供給ローラー１０２は、処理されるウェブ１０４を提供し、レシーブローラー１０２’は、供給ローラー１０２によって供給されるウェブ１０４を受け、処理されたウェブ材料のロールにウェブ１０４を巻き込む。図１に示される実施形態において、少なくとも２つのローラー１０２、１０２’は、供給ローラー１０２からレシーブローラー１０２’への１方向に堆積チャンバ１０６を通してウェブ１０４を搬送する。しかしながら、別の実施形態において、少なくとも２つのローラー１０２、１０２’は、１方向に堆積チャンバ１０６を通してウェブ１０４を搬送し、次いで堆積チャンバ１０６内でウェブ１０４の所望の部分が処理された後、少なくとも２つのローラー１０２、１０２’は、第１の方向とは反対の第２の方向に堆積チャンバ１０６を通してウェブ１０４を戻るように搬送する。
【００２０】
種々の処理では、供給ローラー１０２およびレシーブローラー１０２’は、連続モードまたは段階的モードにおいて、ウェブ１０４を搬送する。連続モードでは、供給ローラー１０２およびレシーブローラー１０２’は、一定の搬送速度でウェブ１０４を搬送する。段階的モードでは、供給ローラー１０２およびレシーブローラー１０２’は、複数の別個のステップにおいて、堆積チャンバ１０６を通して、ウェブ１０４を搬送し、各ステップにおいて、ウェブ１０４は、複数の処理チャンバ１０８内のＣＶＤ処理に曝露されるように、所定の処理時間の間、静止する。
【００２１】
堆積チャンバ１０６は、ウェブ１０４が供給ローラー１０２からレシーブローラー１０２’までの複数の処理チャンバ１０８を通して搬送されるように、ウェブ１０４が通過する通路１１０を画定する。複数の処理チャンバ１０８の各々はそれぞれ、別個の処理化学物質を維持する、障壁によって他の処理チャンバ１０８のそれぞれから隔離される。当業者は、多くの異なる種類の障壁が、複数の処理チャンバ１０８のそれぞれ内に別個の処理化学物質を維持するために使用可能であることを理解するであろう。
【００２２】
例えば、複数の処理チャンバ１０８のそれぞれ内に別個の処理化学物質を維持する障壁は、隣接する処理チャンバ１０８間に不活性ガスを注入し、隣接する処理チャンバ１０８内のガスが混合するのを防止し、それによって、複数の処理チャンバ１０８のそれぞれ内に別個の処理化学物質を維持する、ガスカーテンであることが可能である。加えて、障壁は、別個の処理化学物質が、複数の処理チャンバ１０８のそれぞれ内に維持されるように、隣接する処理チャンバ１０８間のガスを除去する、隣接する処理チャンバ１０８間に位置付けられる、真空領域であることが可能である。
【００２３】
複数の処理チャンバ１０８はそれぞれ、少なくとも１つのガス流入ポート１１２が少なくとも１つの処理ガスを処理チャンバ１０８内に注入するように、少なくとも１つのＣＶＤ処理ガス源１１４に連結される、少なくとも１つのガス流入ポート１１２を含む。処理ガスは、ＣＶＤシステム１００に近接して設置可能であるか、または遠隔場所に設置可能である。多くの実施形態では、ＭＯＣＶＤガス源等の複数のＣＶＤガス源は、ガス分散マニホールド１１６を通して、複数の処理チャンバ１０８のそれぞれのガス流入ポート１１２に接続されるように利用可能である。本教示の特徴の１つは、堆積システム１００が、ガス分散マニホールド１１６を構成することによって、堆積される材料構造を変化させるように容易に構成可能なことである。例えば、ガス分散マニホールド１１６は、マニホールド１１６において、手動で構成可能であるか、または電気的に動作される弁およびソレノイドを作動させることによって、遠隔で構成可能である。そのような装置は、堆積された材料構造を変化させるように、容易に再構成可能であるため、研究環境に好適である。
【００２４】
ガス流入ポート１１２は、少なくとも１つのＣＶＤガスがウェブ１０４に到達するまで、ＣＶＤガスが反応するのを実質的に防止する、ガス分散ノズルを含むことが可能である。そのようなガス分散ノズルは、ウェブの表面１０４上に堆積される材料内に反応副産物が埋入されることを防止する。加えて、複数の処理チャンバ１０８はそれぞれ、処理ガスおよび反応副産物ガスの出口を提供する、少なくとも１つのガス排出ポート１１８を含む。複数の処理チャンバ１０８のそれぞれのための少なくとも１つの排出ポート１１８は、排出マニホールド１２０に連結される。真空ポンプ１２２は、排出マニホールド１２０に連結される。真空ポンプ１２２は、排出マニホールドを真空化し、それによって、処理ガスおよび反応副産物ガスを複数の処理チャンバ１０８から除去する、圧力差を生成する。
【００２５】
ガス流入ポート１１２およびガス排出ポート１１８は、堆積チャンバ設計および所望の処理条件に応じて、種々の方法において構成可能である。多くの実施形態では、ガス流入ポート１１２およびガス排出ポート１１８は、処理ガスの反応がウェブ１０４から離れて発生するのを実質的に防止し、それによって、堆積される膜の汚染を防止するように構成される。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、および４Ｂならびに関連する本文は、ガス流入１１２ならびにガス排出ポート１１８の種々の構成を示す。
【００２６】
多くの実施形態では、ガス流入ポート１１２は、第１の場所に位置付けられ、ガス排出ポート１１８は、第２の場所に位置付けられる。例えば、具体的実施形態の１つでは、ガス流入ポート１１２は、処理チャンバ１０８の上部表面に位置付けられ、ガス排出ポート１１８は、処理チャンバ１０８の１つの側に位置付けられる。別の具体的実施形態では、ガス流入ポート１０８は、処理チャンバ１０８の１つの側に位置付けられ、対応する排出ポート１１８は、ＣＶＤ処理ガスが、処理チャンバ１０８にわたって流動するように、処理チャンバ１０８の他側に位置付けられる。
【００２７】
別の実施形態では、少なくとも２つのガス流入ポート１１２は、種々の構成において、異なる場所に位置付けられる。例えば、具体的実施形態の１つでは、１つのガス流入ポート１１２は、ウェブ１０４上へとガスを流動させるように位置付けられる一方、別のガス流入ポート１１２は、ウェブ１０４にわたってガスを流動させるように位置付けられる。そのような構成は、ウェブ１０４上へとアルシンガスを流動させる一方、同時に、ウェブ１０４にわたってＴＭＧガスを流動させ、ＭＯＶＣＤのために、ガスの均一混合物を生成するために使用され得る。
【００２８】
別の実施形態では、少なくとも２つの排出ポート１１８は、複数の堆積チャンバ１０８のうちの少なくともいくつか内の異なる場所に位置付けられる。例えば、具体的実施形態の１つでは、排出ポート１１８は、処理ガスのポンピングが、ウェブの表面１０４全体にわたって生じるように、複数の処理チャンバ１０８のうちの少なくともいくつかの両側に位置付けられる。
【００２９】
別の実施形態では、少なくともいくつかの処理チャンバ１０８は、ウェブ１０４の１つの側に少なくとも１つのガス流入ポート１１２と、ウェブ１０４の他側に少なくとも１つの排出ポート１１８と、を有するように構成される。非常に均一な堆積厚は、後続処理チャンバ１０８内のガス流入ポート１１２側を交互することによって、ウェブ１０４にわたって達成可能である。例えば、第１の処理チャンバ１０８は、ウェブ１０４の第１の側にガス流入ポート１１２と、ウェブ１０４の第２の側に排出ポート１１８と、を有するように構成可能であって、第２の後続処理チャンバ１０８は、ウェブ１０４の第２の側にガス流入ポート１１２と、ウェブ１０４の第１の側に排出ポート１１８と、を有するように構成可能である。本構成は、後続処理チャンバ１０８の一部または全部に関して反復可能である。例えば、交互処理チャンバ１０８内において、処理ガスがウェブ１０４の両側に注入される際、均一堆積厚がどのように得られ得るかを例証する、図２Ｃに示されるグラフ２８０を参照されたい。
【００３０】
別の実施形態では、少なくともいくつかの処理チャンバ１０８は、ウェブ１０４の下に少なくとも１つのガス流入ポート１１２と、ウェブ１０４の１つの側または両側に少なくとも１つの排出ポート１１８と、を有するように構成される。さらに別の実施形態では、少なくともいくつかの処理チャンバ１０８は、ウェブ１０４の上方に少なくとも１つのガス流入ポート１１２と、ウェブ１０４の１つの側または両側に少なくとも１つの排出ポート１１８と、を有するように構成される。
【００３１】
ウェブ１０４は、多くのＣＶＤ処理のために加熱される。ウェブ１０４が複数の処理チャンバ１０８を通して搬送される間、ウェブ１０４を所望の処理温度に加熱するために使用可能である、多数の種類のヒータが存在する。一実施形態では、放射ヒータは、ウェブ１０４を所望の処理温度に加熱するために、ウェブ１０４に近接して位置付けられる。別の実施形態では、黒鉛ヒータ等の加熱要素が、ウェブ１０４を所望の処理温度に加熱するために、ウェブ１０４と熱接触するように位置付けられる。別の実施形態では、ＲＦ誘導コイルは、ＲＦ誘導コイルからのエネルギーが、ウェブ１０４を加熱するように、ウェブ１０４に近接して位置付けられる。さらに別の実施形態では、ウェブ１０４自体が、抵抗ヒータとして使用される。本実施形態では、ウェブ１０４は、抵抗加熱するために好適な抵抗率をもたらす、材料および厚さから構築される。電源は、ウェブ１０４に電気的に接続される。電源によって発生される電流は、ウェブ１０４が、所望の処理温度に加熱されるように調整される。当業者は、他の種類のヒータが、ウェブ１０４を加熱するために使用可能であることを理解するであろう。加えて、当業者は、２つ以上の種類のヒータが、ウェブ１０４を加熱するために使用可能であることを理解するであろう。
【００３２】
本教示の堆積システムの特徴の１つは、複数の処理チャンバ１０８はそれぞれ、材料構造内に層を画定するため、堆積される膜の材料構造が、堆積チャンバ１０６の幾何学形状によって画定されることである。言い換えると、堆積処理は、堆積チャンバ１０６内に空間的に分散される。したがって、堆積チャンバ１０６内の複数の処理チャンバ１０８の幾何学形状は、材料構造をかなりの程度まで決定する。搬送速度、ガス流速、排出伝導性、ウェブ温度、および複数の処理チャンバ１０８内の圧力等の処理パラメータもまた、膜品質および膜厚等の材料構造の特定を決定する。そのような堆積装置は、非常に多目的であって、高処理量の大量生産に好適である。加えて、そのような堆積装置は、堆積された材料構造を変化させるために容易に再構成可能であるため、研究用途に好適である。
【００３３】
本教示の堆積システムの別の特徴は、処理チャンバ１０８の寸法およびウェブ１０４の搬送速度が、ウェブ１０４が処理ガスに曝露されるＣＶＤ反応時間を画定することである。そのような構成は、ガス弁の精度に依存せず、したがって、公知のＣＶＤ処理と比較して、より正確かつ再現性のあるＣＶＤ反応時間をもたらすことが可能である。本教示の堆積システムの別の特徴は、ウェブ全体が実質的に同一処理条件に曝露されるため、システムが非常に再現性があることである。
【００３４】
本教示の堆積システムのさらに別の特徴は、堆積チャンバ１０６内においてシステムが堆積される膜の現場での特性化を行なうように容易に構成可能なことである。したがって、ロールツーロールＣＶＤシステム１００は、ウェブ１０４に沿ったいずれかの場所に位置付けられる、現場測定デバイス１２４を含むことが可能である。例えば、現場測定デバイス１２４は、ＣＶＤ処理チャンバ１０８内に位置付け可能である。当業者は、多数の種類の現場測定デバイスが、処理チャンバ１０８内または処理チャンバ１０８間において堆積される膜を特性化するために使用可能であることを理解するであろう。
【００３５】
例えば、現場測定デバイス１２４のうちの少なくとも１つは、堆積の際、温度を測定する高温計であることが可能である。高温計は、ウェブ１０４の温度を制御する、１つ以上のヒータの出力電力を制御する、フィードバック信号を提供可能である。種々の実施形態では、１つ以上の高温計が、堆積チャンバ１０６内においてウェブ１０４の全部分の温度を制御する単一ヒータを制御するために使用可能であるか、または１つ以上の個々のＣＶＤ処理チャンバ１０８を加熱するヒータを制御するために使用可能である。
【００３６】
現場測定デバイス１２４のうちの少なくとも１つはまた、堆積される膜の厚さおよび／または成長速度を測定する、反射率計であることが可能である。反射率計は、ウェブ搬送速度、処理ガス流速、およびＣＶＤ処理チャンバ１１２内の圧力等の種々の堆積パラメータを制御する、フィードバック信号を提供可能である。
【００３７】
一実施形態では、堆積チャンバ１０６は、特定のＣＶＤ処理のために、複数の処理チャンバ１０８のうちの少なくともいくつかの物理的寸法を構成するための手段を有する。例えば、複数の処理チャンバ１０８のうちの少なくともいくつかは、調節可能寸法を有するように構築可能である。加えて、複数の処理チャンバ１０８のうちの少なくともいくつかは、異なる寸法を有する、他の処理チャンバ１０８と容易に交換されるように、可撤性であるように構成可能である。そのような装置では、オペレータは、処理チャンバ１０８を所望の材料構造に対応する堆積チャンバ１０６内に挿入可能である。
【００３８】
図２Ａ−２Ｃは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムのための処理チャンバ２００内における水平処理ガス注入の種々の側面を例証する。図２Ａは、堆積チャンバにおける複数の処理チャンバ２０４のうちの１つ内の複数の水平ガス吸入ポート２０２の底面図を例証する。底面図は、複数のガス吸入ポート２０２から注入されたガスが、ウェブ２０６の表面上で反応するように、複数のガス吸入ポート２０２にわたって搬送する、ウェブ２０６を示す。
【００３９】
図２Ｂは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムの処理チャンバ内に単一水平ガス吸入ポート２５２および単一ガス排出ポート２５４を含む、処理チャンバ２５０の一部の側面図を例証する。側面図２５０は、ガス吸入ポート２５２にわたって搬送する、ウェブ２５６を示す。
【００４０】
図２Ｃは、ウェブ２５６の幅の関数として、膜厚のグラフ２８０を例証する（図２Ｂ）。グラフ２８０は、ウェブ２５６の全体幅にわたって、均一膜厚を達成する方法の１つを例証する。グラフ２８０は、処理ガスが、交互処理チャンバ１０８内のウェブ１０４の両側で注入されると（図１）、非常に均一な厚さを達成可能であることを例証する。
【００４１】
図３Ａ−３Ｂは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムのための処理チャンバ内での垂直処理ガス注入の種々の側面を例証する。図３Ａは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムのための単一垂直ガス源３０４の底面図３００および側面図３０２を例証する。底面図３００は、ウェブ３０８の全体幅にわたって、処理ガスを均一に分散可能なガス注入ノズル３０６を例証する。
【００４２】
図３Ｂは、本教示による、複数の垂直ガス源３５２のそれぞれが、ウェブ３５４の表面にわたって、処理ガスを分散させるように、ウェブ３５４に沿って位置付けられる、ロールツーロールＣＶＤシステムのための複数の垂直ガス源３５２の側面図３５０を例証する。そのような垂直ガス源は、特定の所望の材料構造を堆積させるように容易に交換可能である。また、そのような垂直ガス源は、特定のウェブ搬送速度のために、堆積厚を変化させるように、システムに追加および／またはそこから除去可能である。図４Ａおよび４Ｂは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムのための処理チャンバ内の垂直排出ポートの種々の側面を例証する。図４Ａは、本教示による、ロールツーロールＣＶＤシステムのための単一垂直排出ポート４０４の上面図４００および側面図４０２を例証する。上面図４００は、ウェブ４０６を示す。図４Ｂは、複数の垂直ガス源４５４の反対の処理チャンバ内の単一垂直排出ポート４５２の側面図４５０を例証する。
【００４３】
図１を参照すると、本教示による、化学気相蒸着システム１００を動作させる方法は、複数の処理チャンバ１０８を通して、ウェブ１０４を搬送するステップを含む。ウェブ１０４は、所望の処理温度に加熱可能である。いくつかの方法では、複数の処理チャンバ１０８のうちの少なくとも１つの寸法は、特定のＣＶＤ処理のために変更される。ウェブ１０４は、一方向にのみ、複数の処理チャンバ１０８を通して搬送可能であるか、または前方方向に、次いで、前方方向と真逆の逆方向に、複数の処理チャンバ１０８を通して搬送可能である。加えて、ウェブ１０４は、一定の搬送速度で、複数の処理チャンバ１０８を通して搬送可能であるか、または複数の別個のステップにおいて、複数の処理チャンバ１０８を通して搬送可能である。いくつかの方法では、ウエハが複数の処理チャンバを通して搬送される間、膜が、化学気相蒸着によってウエハ上に堆積されるように、ウエハは、ウェブ１０４の上で空気軸受上を搬送される。
【００４４】
方法はまた、化学気相蒸着によって、所望の膜の堆積をもたらす流速において、少なくとも１つのＣＶＤガスを複数の処理チャンバのそれぞれに提供するステップを含む。少なくとも１つのＣＶＤガスは、ＭＯＣＶＤガスであることが可能である。方法は、所望のＣＶＤガスを複数の処理チャンバのうちの少なくともいくつかに提供するように、ガス分散マニホールドを構成するステップを含むことが可能である。
【００４５】
加えて、方法は、種々の手段によって、複数の処理チャンバ１０８のうちの少なくともいくつか内に処理化学物質を隔離するステップを含む。例えば、方法は、隣接する処理チャンバ間にガスカーテンを発生させることによって、処理化学物質を隔離するステップを含むことが可能である。代替として、方法は、隣接する処理チャンバ間の領域を真空化するステップを含むことが可能である。
（均等物）
本出願人の教示が、種々の実施形態と併せて説明されたが、本出願人の教示が、そのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に成され得る、種々の代替、修正、および均等物を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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