(57)【要約】  原子層を基板（６）の表面（４）に堆積させるための装置（２）。装置（２）は前駆体注入ヘッド（１０）を含み、前駆体注入ヘッド（１０）は前駆体供給部（１２）と、使用時に前駆体注入ヘッド（１０）と基板表面（４）とに界接する堆積空間（１４）とを備える。前駆体注入ヘッド（１０）は、基板表面（４）に接触させる前駆体ガスを前駆体供給部（１２）から堆積空間（１４）に注入するように構成される。装置（２）は、堆積空間（１４）と基板（６）との間の相対運動を基板表面（４）の平面で行うように構成される。装置（２）には、注入された前駆体ガスを基板表面（４）に隣接した堆積空間（１４）に閉じ込めるように構成された閉じ込め構造（２６）が設けられる。【選択図】図１Ａ
2012501537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層を基板の表面に堆積させるための装置であって、前記装置は前駆体注入ヘッドを含み、前記前駆体注入ヘッドは前駆体供給部と、使用時に前記前駆体注入ヘッドと前記基板表面とに界接する堆積空間とを備え、前記前駆体注入ヘッドは、前記基板表面に接触させる前駆体ガスを前記前駆体供給部から前記堆積空間に注入するように構成され、前記装置は、前記堆積空間と前記基板との間の相対運動を前記基板表面の平面で行うように構成され、前記注入された前駆体ガスを前記基板表面に隣接した前記堆積空間に閉じ込めるように構成された閉じ込め構造が設けられる装置。
【請求項２】
前記前駆体注入ヘッドと前記基板との間の相対運動を前記基板表面から離れた平面で行うようにさらに構成され、前記前駆体注入ヘッドは、ガスベアリング層を形成するガスを前記前駆体注入ヘッドと前記基板表面との間に注入するガスインジェクタをさらに備え、前記ガスインジェクタは、前記ガスベアリング層を作成するためのベアリングガスインジェクタによって形成され、前記ベアリングガスインジェクタは前記前駆体供給部とは別個のものである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記基板表面に向かう方向のプレストレス力を前記前駆体注入ヘッドに加えるように構成され、前記ガスインジェクタは、前記ガスベアリング層内の圧力を制御することによって前記プレストレス力に対抗するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記閉じ込め構造は、前記注入された前駆体ガスの体積流量に比べ、使用時に前記前駆体注入ヘッドと前記基板表面との間に外部環境まで構成される外部流路に沿った前記前駆体ガスの体積流量を実質的に阻止するために、前記外部流路に沿った前記前駆体ガスに対する流れ障壁によって形成される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記ガスベアリング層は前記流れ障壁を形成する、請求項２および４に記載の装置。
【請求項６】
前記流れ障壁は、前記外部流路の閉じ込め用ガス圧力および／または閉じ込め用ガスカーテンによって形成される、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記流れ障壁は、前記前駆体注入ヘッドと前記基板表面との間の、および／または前記基板表面から前記基板表面の平面に延在する表面と前記前駆体注入ヘッドとの間の、通流間隙によって形成され、前記注入された前駆体ガスの前記体積流量に比べ、前記外部流路に沿った前記前駆体ガスの前記体積流量を実質的に阻止するように、前記外部流路に沿った前記通流間隙の厚さおよび長さが適合化される、請求項４乃至６の何れか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記前駆体注入ヘッドは複数の突出部を備え、使用時、前記ガスベアリング層は前記突出部と前記基板および／または基板ホルダーの基板ホルダー表面との間に形成される、請求項２乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記ガスベアリング層の厚さは、前記基板表面から離れた平面で測定された前記堆積空間の厚さ未満である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ガスベアリング層の前記厚さは３マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内であり、および／または前記基板の前記平面から離れた前記堆積空間の前記厚さは３マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲内である、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記前駆体供給部は、波状形状を有するスリットによって形成される、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記基板表面の少なくとも一部に前記原子層を得るために、前記基板表面の前記少なくとも一部への前記前駆体ガスの堆積後に前記前駆体を前記反応ガスと反応させる、例えば酸化させる、ためのプラズマを反応空間に供給するように構成された、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前駆体供給部と堆積空間とを備えた前駆体注入ヘッドを含む装置を用いて原子層を基板の表面に堆積させるための方法であって、前記堆積空間は使用時に前記前駆体注入ヘッドと前記基板表面とに界接する、方法において、
ａ）前記基板表面に接触させる前駆体ガスを前記前駆体供給部から前記堆積空間に注入するステップと、
ｂ）前記堆積空間と前記基板との間の相対運動を前記基板表面の平面で生じさせるステップと、
ｃ）使用時に前記前駆体注入ヘッドと前記基板表面とに界接する堆積空間を設けるために、前記注入された前駆体ガスを前記基板表面に隣接した前記堆積空間に閉じ込めるステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記装置は反応空間を備え、前記方法は、
ｄ）前記原子層を前記基板表面の少なくとも一部に得るために、前記基板表面の前記少なくとも一部への前記前駆体ガスの堆積後に前記前駆体を反応ガスと反応させるために前記反応ガス、プラズマ、レーザー生成放射線、および紫外線のうちの少なくとも１つを前記反応空間内に供給するステップ、
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ガスベアリング層を前記前駆体注入ヘッドと前記基板表面との間の間隙に設けるステップを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層を基板の表面に堆積させるための装置に関する。本発明は、原子層を基板の表面に堆積させるための方法にさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積は、ターゲット材料を単分子層堆積させる方法として公知である。原子層堆積は、例えば化学蒸着とは異なり、少なくとも２つのプロセスステップを必要とする。これらのプロセスステップのうちの第１のステップは、基板表面への前駆体ガスの供給を含む。これらのプロセスステップのうちの第２のステップは、ターゲット材料の単分子層を形成するための前駆体材料の反応を含む。原子層堆積は、良好な層厚制御を可能にするという利点がある。ただし、公知の原子層堆積法は、前駆体ガスの使用効率があまりよくない。一般に、前駆体ガスの２分の１超が空費される。前駆体ガスは通常極めて高価であるため、このような空費は問題である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の目的は、前駆体ガスの使用が改善された原子層堆積のための装置および方法を提供することである。
【０００４】
したがって、本発明は、原子層を基板の表面に堆積させるための装置を提供する。本装置は、前駆体注入ヘッドを備え、前駆体注入ヘッドは、前駆体供給部と、使用時に前駆体注入ヘッドと基板表面とに界接する堆積空間とを備え、前駆体注入ヘッドは基板表面に接触させる前駆体ガスを前駆体供給部から堆積空間に注入するように構成される。本装置は、堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように構成される。本装置には、注入された前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めるように構成された閉じ込め構造が設けられる。これにより、注入された前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めることができる。このような閉じ込めによって、前駆体ガスの使用量を減らす。前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めると、装置上への、および／または基板表面とは反対側の基板裏面への、望ましくない前駆体堆積物による汚染も減る。これにより、汚染を除去するための洗浄ステップが不要になる。
【０００５】
前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めるとは、前駆体ガスが基板表面の閉じ込め距離内に閉じ込められることを意味することが好ましい。閉じ込め距離は、例えば最大で基板表面の最大寸法および最小寸法のどちらか一方であるが、基板の厚みにすることもできる。このような寸法は、基板表面の直径または幅でもよい。あるいは、閉じ込め距離は、例えば最大で最大寸法および最小寸法のどちらか一方の数分の１であり、例えば０．１、０．２、０．３、０．５、または０．８に等しい。あるいは、閉じ込め距離は、例えば最大で最大寸法および最小寸法のどちらか一方の１．２倍、１．５倍、１．８倍、２倍、２．５倍、３倍、または１０倍である。あるいは、またはさらに、基板表面に隣接した堆積空間に前駆体ガスを閉じ込めるとは、基板表面の平面に沿ったほぼ細長い、例えば平面的な、空間に前駆体ガスが閉じ込められることを意味しうる。本願明細書において、基板表面は、ヘッドが基板上方を基板の各縁部を越えて自由に移動するように、基板表面の平面延在部を基板テーブルまたは他の基板支持手段に含みうる。あるいは、またはさらに、前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めるとは、前駆体ガスが使用時に基板表面に沿った架空平面を通り抜けないことを意味しうる。あるいは、またはさらに、前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めるとは、堆積空間は基板表面の平面に沿った方向に基板から離れて延在しないことを意味しうる。
【０００６】
前駆体ガスを堆積空間に閉じ込めると、堆積空間内の圧力、例えば堆積空間内の前駆体ガスの圧力または堆積空間内の全圧、の制御が可能になる。それに加え、本装置は、堆積空間圧力コントローラを備えうる。堆積空間内の圧力は、堆積空間外の圧力とは独立するように、および／または異なるように、制御されうる。これにより、堆積空間内の所定の圧力を、好ましくは原子層堆積プロセスを最適化するために、設定できる。
【０００７】
装置の使用時、堆積空間は基板表面に界接する。これにより、基板は前駆体ガスの閉じ込めを助けることが明らかかもしれない。基板によるこのような閉じ込めは、基板表面に沿った架空平面を通る前駆体ガス流をほぼ防止することが好ましい。
【０００８】
堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うことと注入された前駆体ガスを堆積空間に閉じ込めることとの組み合わせは、前駆体ガスのかなり効率的な使用をさらに可能にする。これにより、一定量の前駆体ガスを基板表面にわたって効率的に分散できるため、堆積空間内への前駆体ガスの注入後、前駆体ガス分子が基板表面に付着する確率が高まる。
【０００９】
本装置は、堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように構成される。一実施形態において、堆積空間は使用時に基板表面の平面で静止しており、基板は動いている。別の実施形態においては、使用時に堆積空間は基板表面の平面で動いており、基板は静止している。さらに別の実施形態においては、使用時に堆積空間および基板の両方が基板表面の平面で動いている。
【００１０】
前駆体注入ヘッドの１つ以上の突出部によって閉じ込め構造を形成しうることは明らかかもしれない。
【００１１】
一実施形態において、使用時に堆積空間は、前駆体注入ヘッドと閉じ込め構造と基板表面とに、好ましくはこれらにのみ、界接する。これにより、前駆体ガスの使用効率がさらに向上する。
【００１２】
米国特許出願公開第２００７／０２１８７０２号には、原子層堆積用の回転サセプタを備えた半導体処理装置が記載されている。米国特許出願公開第２００７／０２１８７０２号は、原子層堆積における長いパージ時間の問題を解決することを目的としており、前駆体ガスの非効率的な使用の問題には対応していない。米国特許出願公開第２００７／０２１８７０２号の半導体処理装置において、前駆体ガスは、半導体基板を担持するサセプタの周囲の比較的大きな空間を満たす。この半導体処理装置は、半導体基板から遠い位置で前駆体ガスを排出するように構成されている。また、排出および注入は、半導体基板のそれぞれ異なる面で行われる。結果として、米国特許出願公開第２００７／０２１８７０２号の半導体処理装置の使用時に、前駆体ガスは半導体基板の表面に隣接して閉じ込められない。
【００１３】
一実施形態において、装置は、前駆体注入ヘッドと基板との間の相対運動を基板表面から離れた平面で行うようにさらに構成され、前駆体注入ヘッドは、ガスベアリング層を形成するガスを前駆体注入ヘッドと基板表面との間に注入するためのガスインジェクタをさらに備える。あるいは、またはさらに、このガスインジェクタは、ガスベアリング層を形成するガスを前駆体注入ヘッドと、基板に機械的に取り付けられた基板ホルダーとの間に注入するために適している。
【００１４】
基板表面から離れた平面での移動は、注入された前駆体ガスの閉じ込めを助ける。ガスベアリング層は、基板表面および／または基板ホルダーの至近距離、例えば５０マイクロメートル以内、または１５マイクロメートル以内、例えば３マイクロメートルから１０マイクロメートルの範囲内、例えば５マイクロメートル、への前駆体注入ヘッドの接近を可能にする。このように前駆体注入ヘッドを基板表面および／または基板ホルダーに接近させると、この接近により前駆体ガスが堆積空間から漏出し難くなるため、堆積空間への前駆体ガスの閉じ込めが可能になる。使用時に堆積空間に界接する基板表面は、基板表面への前駆体注入ヘッドの接近を可能にしうる。基板表面は、使用時に、前駆体注入ヘッドと機械的に接触しないことが好ましい。このような接触は、基板を容易に損傷しうる。
【００１５】
必要であれば、前駆体供給部はガスインジェクタを形成する。ただし、一実施形態において、ガスインジェクタは、前駆体供給部とは別個の、ガスベアリング層を作成するためのベアリングガスインジェクタによって形成される。このようなインジェクタをベアリングガス用に別個に設けると、ガスベアリング層内の圧力を他のガス圧力、例えば堆積空間内の前駆体ガスの圧力、とは別個に制御することができる。例えば、使用時に前駆体ガスの圧力をガスベアリング層内の圧力より低くすることができる。場合によっては、前駆体ガスの圧力は大気圧より低く、例えば０．０１ミリバールから１００ミリバールの範囲内であり、場合によっては０．１ミリバールから１ミリバールの範囲内である。本発明者らが行った数値シミュレーションは、後者の範囲内においては高速の堆積プロセスが実現されうることを示した。堆積時間は一般には、例えば化学反応速度が比較的高速である場合は、平らな基板の場合は１０マイクロ秒、トレンチ付きの基板の場合は２０ミリ秒になりうる。堆積空間内の全ガス圧は、一般に１０ミリバールになりうる。前駆体ガスの圧力は、前駆体の特性、例えば前駆体の揮発性、に基づき選択されうる。前駆体ガスの圧力が大気圧より低いと、特に０．０１ミリバールから１００ミリバールの範囲内であると、広範囲の前駆体、特に広範囲の揮発性の前駆体、の使用が可能になる。
【００１６】
ガスベアリング層は、使用時に前駆体注入ヘッドが基板表面に接近した結果として、ガスベアリング層内の圧力の強い上昇を一般に示す。例えば、使用時に基板側までの前駆体注入ヘッドの距離が２分の１になると、例えば基板表面から５０マイクロメートルの位置から基板表面から２５マイクロメートルの位置に前駆体注入ヘッドが移動すると、他の条件が等しければ、ガスベアリング層内の圧力は少なくとも２倍になり、例えば一般に８倍になる。ガスベアリング層の剛性は、使用時に１ミリメートル当たり１０３ニュートンと１０１０ニュートンの間であることが好ましいが、この範囲外にすることもできる。
【００１７】
一実施形態において、本装置は、基板表面に向かう方向のプレストレス力を前駆体注入ヘッドに加えるように構成される。ガスベアリング層内の圧力を制御することによってこのプレストレス力に対抗するように、ガスインジェクタを構成することもできる。使用時、プレストレス力はガスベアリング層の剛性を高める。このように剛性を高めると、基板表面の平面から離れる方向への望ましくない移動が減る。結果として、基板表面のより近くで、基板表面には接触させずに、前駆体注入ヘッドを動作させることができる。
【００１８】
一実施形態において、前駆体注入ヘッドは突出部を備え、使用時、ガスベアリング層は、突出部と基板との間に形成され、および／または突出部と基板ホルダーの基板ホルダー表面との間に形成される。この結果、ガスベアリング層の厚さは、基板表面から離れた平面で測定した堆積空間の厚さ未満になる。このような前駆体注入ヘッドは、効率的であると考えられる。このような効率は、この実施形態においては、例えば、前駆体ガスを原子層堆積中に使用される他の、場合によっては反応性の、ガスからの分離をより良好に行えることによってもたらされる。このような効率の別の例は、この実施形態においては、使用時に、堆積空間における注入ヘッドと基板との間の距離がガスベアリング層における注入ヘッドと基板との間の距離とは異なることによる。これにより、例えば、前駆体ガス分子が堆積空間内により長い時間滞留できるため、基板上に堆積する機会が増える。これは、前駆体ガスのより効率的な使用をもたらしうる。本発明者が実施した計算および実験は、この実施形態において、ガスベアリング層の厚さを３マイクロメートルから７マイクロメートルの範囲内、一般には５マイクロメートル、にしうることを示している。
【００１９】
一実施形態において、各突出部は、ベアリングガス供給部を備え、場合によっては、ベアリングガス供給部を含みうるベアリングガスインジェクタを備える。これにより、突出部と基板との間に、および／または突出部と基板ホルダーの基板ホルダー表面との間に、ガスベアリング層を形成することができる。使用時、ベアリングガス供給部は、基板表面および／または基板ホルダーの基板ホルダー表面に面することが好ましい。
【００２０】
本装置は、ガスベアリング層内のベアリングガス圧力を制御するガスベアリング層圧力コントローラと、ベアリングガス圧力に対抗するプレストレス圧力を設定することによってプレストレス力を加えるように構成されたプレストレス圧力コントローラとを備えることが好ましい。
【００２１】
一実施形態において、装置は、堆積空間内の全圧を制御する堆積空間圧力コントローラと、ガスベアリング層内の圧力を制御するガスベアリング層圧力コントローラとを備え、ガスインジェクタは、前駆体供給部とは別個のガスベアリングインジェクタによって形成され、堆積空間圧力コントローラは、堆積空間内の全圧を設定することによってプレストレス力を加えるように構成され、ガスベアリング層圧力コントローラは、堆積空間内の全圧より高い圧力をガスベアリング層内に加えるように構成される。堆積空間内の全ガス圧を前駆体注入ヘッドの外部環境における圧力より低くすることによってプレストレス力を形成することもできる。この実施形態は、本発明者らが実施した数値シミュレーションにおいて特定されたような、堆積空間内の全ガス圧および前駆体ガス圧力に好都合な値と良好に組み合わされる。あるいは、またはさらに、磁気的に、および／またはプレストレス力を生じさせる重量を前駆体注入ヘッドに加えることによって重力的に、プレストレス力を形成することもできる。あるいは、またはさらに、ばねまたは別の弾性要素によってプレストレス力を形成することもできる。あるいは、またはさらに、前駆体注入ヘッドの外部環境における圧力より低いガス圧力、例えば真空、を前駆体注入ヘッドと基板との間に、堆積空間内の圧力とは別個に、形成することによってプレストレス力を加えることもできる。したがって、ベアリングガスの圧力に対抗するプレストレス圧力を設定することによって、プレストレス力をもたらすためのプレストレス圧力を加えることができる。
【００２２】
一実施形態において、前駆体供給部は、前駆体ガスを堆積空間の長手方向に対して垂直な方向に流すように構成される。一実施形態において、前駆体供給部は、少なくとも１つの前駆体供給スリットによって形成される。この場合、堆積空間の長手方向は、この少なくとも１つの前駆体供給スリットに沿った向きになる。前駆体注入ヘッドは、前駆体ガスをこの少なくとも１つの前駆体供給スリットの長手方向に対して垂直な方向に流すように構成されることが好ましい。これにより、基板表面への前駆体ガスの付着の結果として濃度勾配が発生しえないため、前駆体ガスの濃度を供給スリットに沿ってほぼ一定にすることができる。前駆体ガスの濃度は、原子層堆積に必要な最小濃度より僅かに高くなるように選択されることが好ましい。これは、前駆体ガスの使用をさらに効率化する。基板表面の平面での堆積空間と基板との間の相対運動は、少なくとも１つの前駆体供給スリットの長手方向に対して垂直であることが好ましい。
【００２３】
一実施形態においては、使用時に前駆体注入ヘッドと基板表面との間に外部環境まで構成される外部流路に沿った前駆体ガスに対する流れ障壁によって閉じ込め構造を形成することによって、注入された前駆体ガスの体積流量に比べ、外部流路に沿った前駆体ガスの体積流量を実質的に阻止する。この流れ障壁は、ガスベアリング層によって可能になる基板表面および／または基板ホルダーへの前駆体注入ヘッドの接近によってもたらされることが好ましい。閉じ込め構造のさまざまな変形例はこの流れ障壁に限定されないが、この流れ障壁は、閉じ込め構造の効率的な一変形例を形成する。外部環境は、前駆体注入ヘッドの外側の環境、すなわち前駆体注入ヘッドの境界が基板表面の平面から離れる場所、でもよいが、堆積空間の外側にある、前駆体注入ヘッドと基板の平面との間とすることもできる。
【００２４】
この実施形態の使用時、流れ障壁は、注入された前駆体ガスの体積流量に比べ、外部流路に沿った前駆体ガスの体積流量を実質的に阻止する。このような阻止によって、例えば堆積空間への前駆体ガスの充填中、注入された前駆体ガスの体積流量に比べ、外部流路に沿った前駆体ガスの体積流量を大幅に減らしうる。さらに、このような阻止によって、充填後の定常運転中、堆積空間内の全ガス圧が高い状態で、および／または前駆体ガス圧が高い状態で、装置を稼働させることができる。このような高いガス圧は、例えば１．２バールから２０バールの範囲内、特に３バールから８バールの範囲内にされうる。全般的に、流れ障壁が強いほど、圧力は高くなる。前駆体ガスの圧力を上げると、基板表面への前駆体ガスの堆積が加速される。原子層堆積プロセスにおいて前駆体ガスの堆積は重要な速度制限ステップとなることが多いため、この実施形態は原子層堆積の加速を可能にする。例えば、複数の原子層を含む構造を構築するために、このようなケースが実際には多いが、本装置が使用される場合は、プロセスの速度は重要である。高速化すると、原子層堆積によって設けうる構造の最大層厚が費用効率よく増え、例えば１０ナノメートルから１０ナノメートル超の値、例えば２０ナノメートルから５０ナノメートルの範囲内の値、または一般に１００ナノメートルの値にまで増える。したがって、本装置は、原子層堆積の新規用途を可能にするであろう。
【００２５】
一実施形態において、ガスベアリング層は閉じ込め構造、特に流れ障壁、を形成する。この実施形態において、外部流路は少なくとも部分的にガスベアリング層を通過しうる。ガスベアリング層は、閉じ込め構造および／または流れ障壁のかなり有効な形態を形成するため、外部流路経由の前駆体ガスの損失を防止しうる。
【００２６】
一実施形態において、流れ障壁は、外部流路の閉じ込め用ガス圧力および／または閉じ込め用ガスカーテンによって形成される。これらは、流れ障壁を形成するための信頼性が高く汎用性のある選択肢となる。閉じ込め用ガスカーテンおよび／または圧力を形成するガスは、ガスベアリング層の少なくとも一部も形成しうる。あるいは、またはさらに、流れ障壁は、前駆体注入ヘッドに取り付けられる流体構造によって形成される。このような流体構造は、最大温度を８０℃、２００℃、４００℃、および６００℃のうちの１つに維持できる流体で構成することが好ましい。このような流体は、それ自体が当業者には公知である。
【００２７】
一実施形態において、流れ障壁は、前駆体注入ヘッドと基板表面との間の、および／または前駆体注入ヘッドと基板表面から基板表面の平面に延在する表面との間の、通流間隙によって形成される。この場合、注入された前駆体ガスの体積流量に比べ、外部流路に沿った前駆体ガスの体積流量を実質的に阻止するように、外部流路に沿った通流間隙の厚さおよび長さが適合化される。このような通流間隙は、外部流路、の少なくとも一部、を同時に形成することが好ましい。通流間隙の厚さは、ガスベアリング層によって決められることが好ましい。この実施形態においては少量の前駆体ガスが堆積空間から外部流路に沿って流出しうるが、これは、流れ障壁を形成するための、あまり複雑でなく、しかも効果的な、選択肢を可能にする。
【００２８】
一実施形態において、堆積空間は、基板表面の平面に細長い形状を有する。基板表面に対して垂直な方向における堆積空間の寸法は、基板表面の平面における堆積空間の１つ以上の寸法より大幅に小さくてもよく、例えば少なくとも５分の１、または少なくとも５０分の１にされうる。この細長い形状は、平板状にすることも湾曲させることもできる。このような細長い形状は、堆積空間に注入する必要がある前駆体ガスの量を減らし、結果として注入されたガスの効率を向上させる。堆積空間への充填および排出時間の短縮も可能になるため、原子層堆積プロセス全体の速度が上がる。
【００２９】
一実施形態において、装置の堆積空間は、基板表面と前駆体注入ヘッドとの間の堆積用間隙によって形成される。堆積用間隙の最小厚は、好ましくは５０マイクロメートル未満、より好ましくは１５マイクロメートル未満、例えば約３マイクロメートルである。通流間隙は、同様の寸法を有しうる。堆積空間の最小厚が５０マイクロメートル未満であると、かなり狭い間隙が可能になることから、前駆体ガスのかなり効率的な使用につながると同時に、堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で生じさせる位置決めシステムに対して基板表面から離れた平面におけるずれに関して厳しい条件を課す必要がなくなる。これにより、位置決めシステムをより安価にできる。堆積用間隙の最小厚が１５マイクロメートル未満であると、前駆体ガスの使用効率がさらに向上する。
【００３０】
ガスベアリング層により、通流間隙および／または堆積用間隙を相対的に小さくすることができ、例えばその最小厚を５０マイクロメートル未満または１５マイクロメートル未満、例えば約１０マイクロメートル、または３マイクロメートル近くにさえすることができる。
【００３１】
一実施形態において、前駆体注入ヘッドは前駆体排出部をさらに備える。この場合、前駆体注入ヘッドは、前駆体ガスを前駆体供給部から堆積空間を経由して前駆体排出部に注入するように構成される。前駆体排出部の存在により、連続流を堆積空間に通過させることができる。連続流においては、前駆体ガスの流れを調整するための高速バルブを省きうる。前駆体排出部から前駆体供給部までの距離は、装置の使用中、一定であることが好ましい。使用時、前駆体排出部および前駆体供給部の両方が基板表面に面していることが好ましい。前駆体排出部および／または前駆体供給部は、前駆体排出開口部および／または前駆体供給開口部によってそれぞれ形成されうる。
【００３２】
一実施形態において、本装置は、前駆体排出部からの排出流路を有する。この場合、使用時、上記流れ障壁と、排出流路に沿ったガス圧力および／または流れ抵抗とは、外部流路に沿った前駆体ガスの体積流量に比べ、排出流路に沿った前駆体ガスの体積流量を実質的に促進するように構成される。これにより、外部環境への前駆体ガスの損失が減る。堆積空間から排出部経由で流出する前駆体ガスを回収して再利用することもできる。
【００３３】
一実施形態において、本装置は、原子層を基板表面の少なくとも一部に得るために、基板表面の少なくとも一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応ガスと反応させる、例えば酸化させる、ために反応ガス、例えば酸化剤ガス、プラズマ、レーザー生成放射線、および紫外線のうちの少なくとも１つを反応空間に供給するように構成される。反応空間は、堆積空間と同一空間にあってもよいが、堆積空間とは別個であることが好ましい。このように反応空間を別個に設けると、堆積した前駆体の反応をよく制御できるため、反応した前駆体ガスによって堆積空間に形成される望ましくない粒子の形成が防止される。
【００３４】
堆積した前駆体の反応にプラズマを用いると、比較的低温での反応が可能になることに注目されたい。これは、プラスチック製の、場合によっては可撓性の、基板の場合は重要になりうる。さらに、プラズマは、比較的広い圧力範囲で生成させることができる。結果として、堆積した前駆体の反応にプラズマを用いると、装置のプロセスウインドウが広がる。例えば、ガスベアリング層内の圧力および／または堆積空間内の前駆体ガスの圧力をより大きな圧力範囲から選択できる。このことは、例えばプラズマの圧力、前駆体ガスの圧力、およびガスベアリング層内の圧力の全てが基板表面および／または基板ホルダーへの前駆体インジェクタの接近に影響を及ぼしうることを認識すると、理解することができる。したがって、原子層を基板表面の少なくとも一部に得るために基板表面の少なくとも一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応ガスと反応させる、例えば酸化させる、ためにプラズマを反応空間に供給するように本装置が構成される実施形態は、前駆体注入ヘッドと基板との間の相対運動を基板表面から離れた平面で行うように装置がさらに構成され、前駆体注入ヘッドはガスベアリング層を形成するガスを前駆体注入ヘッドと基板表面との間に注入するためのガスインジェクタをさらに備える実施形態と良好に組み合わされる。
【００３５】
本発明の第１の側面によると、原子層を基板の表面に堆積させるための装置が提供される。装置は前駆体注入ヘッドを備え、前駆体注入ヘッドは前駆体供給部と、使用時に前駆体注入ヘッドと基板表面とに界接する堆積空間とを備え、前駆体注入ヘッドは、基板表面に接触させる前駆体ガスを前駆体供給部から堆積空間に注入するように構成され、装置は、堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように構成され、装置は、原子層を基板表面の一部に得るために基板表面の一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応ガスと反応させる、例えば酸化させる、ためにプラズマを反応空間に供給するように構成される。この第１の側面による装置は、反応空間を備えることが好ましい。これは、原子層を基板表面の一部に得るために基板表面の一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応ガスと反応させるためのプラズマを反応空間に供給するために使用できる。これにより、本装置を用いて制御された方法で原子層を形成することができる。より具体的には、この第１の側面による装置は、基板上への原子層堆積を洗練された方法で可能にする。特に、反応空間と基板との間の相対運動により、さらに一度に反応する部分が表面の一部だけであるため、かなり均一に堆積した層が得られることは明らかかもしれない。これにより、基板表面にわたって不均一であるというプラズマの一般的な問題の大部分を防止できる。この第１の側面によると、閉じ込め構造を省きうることにさらに注目されたい。ただし、閉じ込め構造はあってもよい。反応空間は使用時に前駆体注入ヘッドと基板表面とに界接することが好ましいことも明らかかもしれない。従来技術に関して注目すべき点は、反応空間を有し、反応ガスを多孔質材料などの拡散器を介して反応空間に供給するように構成された原子層堆積のための公知のデバイスは何れも、拡散器がプラズマの反応性、例えばプラズマの残光の反応性、など、プラズマの品質を大幅に低下させるため、プラズマを反応空間に供給するためには使用できない点である。この問題を克服するために、より全般的に、装置は、反応物供給部を介して注入されるプラズマに対する障害物がほぼ皆無である反応物供給部を備えることが好ましい。このような障害物は、プラズマと反応しうる。これにより、大量のプラズマを連続して反応空間に供給することができる。
【００３６】
下記または上記の実施形態は、本発明による閉じ込め構造を備えた装置に関する場合もあり、また第１の側面による装置に関する場合もある。
【００３７】
一実施形態において、装置は、前駆体供給部と反応物供給部と堆積空間と反応空間とを含む原子層堆積ヘッドを備え、原子層堆積ヘッドと基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように構成される。このような原子層堆積ヘッドは、前駆体の供給と反応、例えば酸化または水素化、とを統合する。堆積空間と基板との間の相対運動は、この実施形態においては、原子層堆積ヘッドと基板との間の相対運動によってもたらすことができる。
【００３８】
一実施形態において、装置は、堆積空間に隣接して緩衝ガスカーテンを設けるように構成される。この緩衝ガスは前駆体ガスに対してほぼ不活性であり、流量の大きさ、流れの方向、および緩衝ガスカーテンの位置は、前駆体ガスと、緩衝ガス以外のガスとの混合をほぼ防止するように構成される。このような緩衝ガスカーテンは、基板表面に堆積しうる望ましくない粒子の形成を防止するために役立つ。緩衝ガスカーテンは、閉じ込め構造を形成するように構成されることが好ましい。緩衝ガスカーテンを形成するガスは、ガスベアリング層の少なくとも一部も形成しうる。
【００３９】
一実施形態において、前駆体排出部は、少なくとも１つの前駆体排出スリットによって形成される。この少なくとも１つの前駆体排出スリットおよび／または少なくとも１つの前駆体供給スリットは、複数の開口部を備えてもよく、または少なくとも１つのスロットを備えてもよい。スリットを用いると、比較的大きな基板表面への効率的な原子層堆積または複数の基板への原子層の同時堆積が可能になるため、装置の生産性が向上する。少なくとも１つの前駆体排出スリットから少なくとも１つの前駆体供給スリットまでの距離は、前駆体供給スリットおよび／または前駆体排出スリットの長さより大幅に短いことが好ましく、例えば５分の１未満であることが好ましい。これは、前駆体ガスの濃度を堆積空間に沿ってほぼ一定にするために役立つ。
【００４０】
一実施形態において、装置は、基板を基板表面の平面で動かすように構成されたリールツーリールシステムを含むことによって、堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように構成される。この実施形態は、内部に真空を生じさせるための密閉筐体を前駆体注入ヘッドの周囲から省くことができ、場合によっては基板をこの密閉筐体内にその内部の真空を破らずに入れるためのロードロックも省くことができるため、装置の全般的利点を十分に発揮させる。リールツーリールシステムは、位置決めシステムを形成することが好ましい。
【００４１】
前駆体注入ヘッドは複数の突出部を備えることが好ましい。この場合、使用時にガスベアリング層は、突出部と基板および／または基板ホルダーの基板ホルダー表面との間に形成される。これらの突出部うちの１つの幅は、１ミリメートルから３０ミリメートルの範囲内であることが好ましい。
【００４２】
一実施形態において、ガスベアリング層の厚さは、基板表面から離れた平面で測定された堆積空間の厚さ未満である。
【００４３】
一実施形態において、ガスベアリング層の厚さは３マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内であり、および／または基板の平面からの堆積空間の厚さは３マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲内である。
【００４４】
前駆体供給部は、波状形状を有するスリットによって形成されることが好ましい。
【００４５】
一実施形態において、基板は、壊れ易い、または可撓性の、基板である。
【００４６】
一実施形態において、基板は、使用時に前駆体注入ヘッドの近くで支持されない。
【００４７】
一実施形態において、装置は、原子層を基板表面の少なくとも一部に得るために、基板表面の少なくとも一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応ガスと反応させる、例えば酸化させる、ためのプラズマを反応空間に供給するように構成される。
【００４８】
本発明の第２の側面によると、原子層を基板の表面に堆積させるための装置が提供される。この装置は前駆体注入ヘッドを備え、前駆体注入ヘッドは、前駆体供給部と、使用時に前駆体注入ヘッドと基板表面とに界接する堆積空間とを備え、前駆体注入ヘッドは、基板表面に接触させる前駆体ガスを前駆体供給部から堆積空間に注入するように構成され、装置は、堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように構成され、前駆体供給部は波状形状を有するスリットによって形成される。このような形状は、基板表面上の圧力分布の最適化を可能にする。このような最適化は、壊れ易い、または可撓性の、基板の場合、特にこのような基板が前駆体注入ヘッドの近くで支持されていない場合は、重要となりうる。例えば、波状スリットを用いることによって、可撓性基板の固有モードのうちの１つによる基板の変形を促す可撓性基板上の圧力パターンを防止することができる。したがって、直線状スリットは、可撓性基板の変形をより引き起こしやすい。本発明の第２の側面による装置を上記または下記の実施形態の１つ以上と組み合わせうることは明らかかもしれない。
【００４９】
本発明は、前駆体供給部と、使用時に前駆体注入ヘッドと基板表面とに界接する堆積空間とを備えた前駆体注入ヘッドを含む装置を用いて原子層を基板の表面に堆積させるための方法をさらに提供する。本方法は、ａ）基板表面に接触させる前駆体ガスを前駆体供給部から堆積空間に注入するステップと、ｂ）堆積空間と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うステップと、ｃ）使用時に前駆体注入ヘッドと基板表面とに界接する堆積空間を設けるために、注入された前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めるステップと、を含む。この方法は、前駆体ガスの比較的効率的な使用をもたらす。
【００５０】
一実施形態において、装置は反応空間を備え、本方法は、ｄ）原子層を基板表面の少なくとも一部に得るために、基板表面の少なくとも一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応ガスと反応させるために反応ガス、プラズマ、レーザー生成放射線、および紫外線のうちの少なくとも１つを反応空間に供給するステップを含む。これにより、本装置を用いて制御された方法で原子層を形成することができる。
【００５１】
一実施形態において、本方法は、ガスベアリング層を前駆体注入ヘッドと基板表面との間の間隙に設けるステップを含む。これにより、前駆体注入ヘッドと基板表面との間の間隙を相対的に小さく、例えば１５マイクロメートル未満に、することができる。
【００５２】
次に、添付図面を参照しながら、本発明を非限定的な方法で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】原子層を基板の表面に堆積させるための、本発明による第１の実施形態の装置を示す。
【図１Ｂ】使用時に基板表面に面する前駆体注入ヘッドの面の一例を示す。
【図１Ｃ】前駆体供給スリットおよび前駆体排出スリットの波状形状の一例を示す。
【図１Ｄ】前駆体供給スリットおよび前駆体排出スリットの波状形状の別の例を示す。
【図２】使用時に基板表面に面する前駆体注入ヘッドの面を示す。
【図３】本発明による第３の実施形態の装置を示す。
【図４】本発明による装置の第４の実施形態における前駆体注入ヘッドを示す。
【図５】本発明による第５の実施形態の装置を示す。
【図６】本発明による第６の実施形態の装置を示す。
【図７】本発明による第７の実施形態の装置を示す。
【図８Ａ】使用時に基板表面に面する前駆体注入ヘッドの面に近い部分の前駆体注入ヘッドを前駆体注入ヘッドの透視図で示す。
【図８Ｂ】前駆体注入ヘッドを断面で示す。
【図８Ｃ】本発明による第９の実施形態における前駆体注入ヘッドを示す。
【図９Ａ】基板と前駆体注入ヘッドとの間の相対並進運動を示す。
【図９Ｂ】前駆体インジェクタに対する基板の回転運動を示す。
【図９Ｃ】複数の前駆体注入ヘッドに対する複数の基板の回転と並進とが組み合わされた運動を示す。
【図１０】本発明による第５の実施形態の装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
特に明記されていない限り、全図面を通して同じ参照符号は同様の構成要素を指す。
【００５５】
図１Ａは、原子層を基板６の表面４に堆積させるための、本発明による第１の実施形態の装置２を示す。表面４は、特に基板６がＤＲＡＭチップの製造に用いられる場合は複数のトレンチ８を含みうるが、これらのトレンチがない場合もある。トレンチ８は、例えば５マイクロメートルと１５マイクロメートルとの間の深さと、１００ナノメートルと３００ナノメートルとの間の幅、例えば２００ｎｍの幅、を有する。一般に、トレンチの密度は、１平方メートル当たり１０１２トレンチにされうる。これらのトレンチによって、一般に５から１０の範囲内である表面増倍率を実現しうる。基板６は、例えばシリコン製または別の半導体材料製の半導体基板である。装置２は、前駆体注入ヘッド１０を含む。前駆体注入ヘッド１０は、前駆体供給部１２と堆積空間１４とを備える。堆積空間１４は、使用時に前駆体注入ヘッド１０と基板表面４とに界接する。
【００５６】
前駆体注入ヘッド１０は、基板表面４に接触させる前駆体ガスを前駆体供給部１２から堆積空間１４に注入するように構成される。前駆体ガスは、例えば塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）を含有可能であるが、別の種類の前駆体材料、例えばテトラキス−（エチル−メチル−アミノ）ハフニウムまたはトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）、も含有可能である。前駆体ガスは、窒素ガスまたはアルゴンガスなどのキャリアガスと一緒に注入可能である。キャリアガス内の前駆体ガスの濃度は、一般に０．０１体積％から１体積％の範囲内にされうる。使用時、堆積空間１４内の前駆体ガスの圧力は一般に０．１ミリバールから１ミリバールの範囲内になりうるが、大気圧近くにすることも、大気圧より大幅に高くするもできる。堆積空間１４内を高温に、例えば２２０℃近くに、するためのヒーターを前駆体注入ヘッドに設けることもできる。
【００５７】
装置２は、堆積空間１４と基板６との間の相対運動を基板表面４の平面で行うように構成される。前駆体供給部１２と基板６との間の相対運動を基板表面４の平面で行うように装置２を構成することもできる。相対運動を基板表面の平面で行うために、装置は全般的に、堆積空間および基板の少なくとも一方を堆積空間および基板のもう一方に対して並進運動および／または回転運動させるように構成された位置決めシステムを備えうる。位置決めシステムの一例および基板の平面での相対運動のさまざまな例が図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、および／または図１０に示されている。第１の実施形態において、前駆体注入ヘッド１０は使用時に基板表面４の平面でほぼ静止しており、位置決めシステムは矢印１５で示された方向に基板６を動かすように構成される。複数の層を積層する場合は、矢印１５の逆方向に基板６を戻すように位置決めシステムを構成しうる。ただし、他の複数の実施形態においては、装置に位置決めシステムがなくてもよいことは明らかである。
【００５８】
全般的に、位置決めシステムは、基板６を保持するように構成された基板６用の基板ホルダー１６を含みうる。基板ホルダー１６は、図１Ａに示されているように、基板と共に移動しうる。この場合、前駆体供給部１２および基板ホルダー１６の少なくとも一方を前駆体供給部１２および基板ホルダー１６のもう一方に対して動かすように位置決めシステムを構成しうる。第１の実施形態においては、基板６を収容するための凹部１８を基板ホルダー１６に設けることもできる。基板ホルダー１６の基板ホルダー表面２０は、基板表面４と面一、数マイクロメートル以内、であってもよい。あるいは、基板表面４が基板ホルダー表面２０より窪んでいてもよい。
【００５９】
第１の実施形態の装置２は、注入された前駆体ガスを基板表面４に隣接した堆積空間１４に閉じ込めるように構成された閉じ込め構造を備える。使用時、前駆体ガスは、基板表面４と基板ホルダー表面２０とに沿った架空平面２１を通過してはならない。閉じ込め構造は、外部流路に沿った前駆体ガスに対する流れ障壁によって形成されうる。この例において、外部流路は矢印２２で示されている。外部流路２２は、使用時、例えば堆積空間１４の外側および／または前駆体注入ヘッド１０の外側にある外部環境２４まで、前駆体注入ヘッド１０と基板表面４との間に構成される。あるいは、またはさらに、外部流路２２は、使用時、基板表面４から基板表面４の平面に延在する基板ホルダー表面２０と前駆体注入ヘッド１０との間に構成される。この例において、流れ障壁は、前駆体注入ヘッド１０と基板表面４との間の通流間隙２６によって形成される。あるいは、またはさらに、流れ障壁は、基板表面４から基板表面４の平面に延在する基板ホルダー表面２０と前駆体注入ヘッド１０とによって形成される。これにより、例えば堆積空間１４への充填中、または定常稼働中、前駆体供給部１２から注入される前駆体ガスの体積流量に比べ、外部流路２２に沿った前駆体ガスの体積流量を実質的に阻止することができる。これにより達成できる堆積空間１４内の前駆体ガスの圧力によって、基板表面への前駆体ガスの堆積が加速される。これは全般的な利点となるが、トレンチ８内への原子層堆積には特に有用である。このようなトレンチ内への原子層堆積は、完全に平らな基板上への堆積より時間がかかるからである。
【００６０】
注入された前駆体ガスの体積流量に比べ、外部流路に沿った前駆体ガスの体積流量を実質的に阻止するように、外部流路に沿った通流間隙２６の厚さおよび長さを適応化させうる。通流間隙の一般的な厚さは、３マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲内であり、１５マイクロメートル未満であることが好ましい。
【００６１】
使用時、堆積空間１４は、基板表面４の平面に細長い形状を有しうる。すなわち、基板表面に対して垂直な方向への堆積空間１４の広がりは、基板表面の平面における堆積空間１４の広がりより大幅に小さい、例えば少なくとも１０分の１、または少なくとも１００分の１である、ことを意味しうる。使用時、装置の堆積空間は、基板表面４と前駆体注入ヘッド１０との間の堆積用間隙２８によって形成されうる。堆積用間隙は、最小厚が５０マイクロメートル未満であることが好ましく、１５マイクロメートル未満であることがより好ましい。
【００６２】
通流間隙および／または堆積用間隙のこのような値は、図４〜図８を参照してさらに説明するガスベアリング層の形成によって実現可能である。
【００６３】
全般的に、相対運動の方向、すなわち第１の実施形態においては矢印１５で示されている方向、における基板表面に沿った堆積空間１４のサイズは、使用時、基板表面４の平面での相対運動の方向における基板表面４のサイズより大幅に小さくされうる。堆積空間のサイズは、例えば、基板のサイズの少なくとも２分の１、５分の１、および／または１０分の１にすることができる。これにより、前駆体ガスの堆積を基板表面の複数の個別領域において行えるようになる。
【００６４】
第１の実施形態の装置２において、前駆体注入ヘッド１０は、前駆体排出部３０、この例では２つの前駆体排出部３０、をさらに備える。前駆体ガスを前駆体供給部１２から堆積空間１４を経由して前駆体排出部３０に注入するように前駆体注入ヘッド１０を構成しうる。本装置は、前駆体排出部からの、矢印３２によって示されている、排出流路、この例では２つの排出流路３２、を有しうる。使用時、流れ障壁２６と排出流路３２に沿ったガス圧力および／または流れ抵抗とは、外部流路２２に沿った前駆体ガスの体積流量に比べ、排出流路３２に沿った前駆体ガスの体積流量を実質的に促進するように構成される。前駆体排出部の全般的利点は、未使用の前駆体ガスの再利用のための回収に使用できることである。さらに、前駆体排出部の存在により、堆積空間１４から出る前駆体ガスの流れのより良好な制御が可能になる。使用時、外部流路２２に沿った前駆体ガスの体積流量の一般的な値は、５００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／毎分：ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）から３０００ｓｃｃｍの範囲内になりうる。
【００６５】
全般的に、前駆体ガスを基板表面４の少なくとも一部に堆積させた後で前駆体を反応させるために、反応ガス、プラズマ、レーザー生成放射線、および紫外線のうちの少なくとも１つを反応空間３６に供給するように装置２を構成しうる。これにより、例えばプラズマ援用原子層堆積を可能にしうる。プラズマ援用原子層堆積は、例えばチップおよび太陽電池などの半導体製品の製造のための低誘電率の高品質酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）層の堆積に特に適している。反応ガスは、例えば酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、および／または水（Ｈ２Ｏ）などの酸化剤ガスを含有している。
【００６６】
反応後、基板表面４の少なくとも一部に原子層３７が得られる。第１の実施形態において、前駆体注入ヘッド１０は反応物供給部３８を備える。基板表面４に接触させる反応ガスを反応物供給部３８から反応空間３６に注入するように前駆体注入ヘッド１０を構成しうる。さらに、前駆体注入ヘッド１０は反応物排出部４０、この例では２つの反応物排出部４０、をさらに備える。前駆体ガスを反応物供給部３８から反応空間３６を経由して反応物排出部４０に注入するように前駆体注入ヘッド１０を構成しうる。
【００６７】
上記の前駆体注入ヘッド１０は原子層堆積ヘッド４１、場合によってはその一部、の一例を形成する。この例において、原子層堆積ヘッドは、前駆体供給部１２と反応物供給部３８と堆積空間１４と反応空間３６とを備える。装置２は原子層堆積ヘッド４１を含んでもよく、原子層堆積ヘッド４１と基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように装置２を構成することもできる。
【００６８】
図１Ｂは、使用時に基板表面４に面する前駆体注入ヘッド１０の、図１Ａに参照符号４２で示されている面の一例を示す。図１Ｂは、前駆体供給部１２と前駆体排出部３０と反応物供給部３８と反応物排出部４０とを示す。この例において、前駆体供給部１２と前駆体排出部３０とは、長手方向のスロットによって形成される。これら長手方向のスロットは、それぞれ前駆体供給スリット１２および前駆体排出スリット３０の例である。あるいは、前駆体供給スリット１２と前駆体排出スリット３０とを複数の穴、場合によっては相互に接続された複数の穴、の配列の形態にすることもできる。同様に、この例において前駆体排出部３０と反応物排出部４０とは、長手方向のスロットによって形成される。
【００６９】
原子層堆積プロセスの一例において、さまざまな段階を特定できる。第１段階では、基板表面を前駆体ガス、例えば四塩化ハフニウム、に曝す。基板表面４が前駆体ガス分子によって完全に占められると、通常、前駆体ガスの堆積は停止される。第２段階では、パージガスを用いて、および／または真空を用いて堆積空間１４から排気することによって、堆積空間１４をパージする。これにより、余分な前駆体分子を除去できる。パージガスは前駆体ガスに対して不活性であることが好ましい。第３段階では、前駆体分子を反応ガス、例えば酸化剤、例えば水蒸気（Ｈ２Ｏ）、に曝す。堆積した前駆体分子が反応物と反応すると、原子層、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、が形成される。この材料は、新世代のトランジスタのゲート酸化物として使用可能である。第４段階では、余分な反応物分子を除去するために、反応空間３６をパージする。
【００７０】
第１の実施形態における装置２は、第１および第３段階を実施するように構成される。全般的に、堆積および反応にはそれぞれ個別の空間が使用されるので、装置の使用中、例えば複数の基板に原子層を設けるとき、または多数の原子層を１つ以上の基板に堆積させるときに、これらの空間を充填したままにできることは明らかかもしれない。これにより、１つのチャンバが堆積空間および反応空間の両方を形成する場合に比べ、温度、前駆体ガスの圧力、および／または前駆体ガスへの表面の曝露時間のような条件をより正確に設定しうる。前駆体ガス圧力の過渡現象の発生を減らすことができる。さらに、前駆体ガスを反応ガスに置換するための堆積空間のパージを省くこともできる。これは、原子層堆積プロセスの速度を大幅に向上させる。
【００７１】
図１Ｂは、かなり直線的な形状を有する前駆体供給スリット１２および前駆体排出スリット３０を示す。ただし、全般的に、これらのスリットおよび他のスリットの１つ以上を、かなり直線的な形状の代わりに、またはそれに加えて、波状形状にしうることは明らかかもしれない。図１Ｃおよび図１Ｄは、前駆体供給スリット１２および前駆体排出スリット３０の波状形状の例を示す。これらの変形例は、基板表面４上の圧力分布の最適化を可能にする。このような最適化は、壊れ易い、または可撓性の、基板の場合、特にこのような基板が前駆体注入ヘッド１０の近くで支持されていない場合は、重要になりうる。
【００７２】
図２は、本発明による装置の第２の実施形態における、使用時に基板表面４に面する前駆体注入ヘッド１０の面４２を示す。第２の実施形態において、前駆体注入ヘッド１０は、前駆体供給部１２と複数の前駆体排出部３０と反応物供給部３８と複数の反応物排出部４０とを備える。さらに、第２の実施形態の前駆体注入ヘッド１０は、少なくとも１つの、この例ではＮ＋３個の、追加の前駆体供給部４４を備える。図２には、これらのＮ＋３個の追加の前駆体供給部のうちの３つの追加の前駆体供給部が描かれており、Ｎ個の追加の前駆体供給部は両矢印４５で示されている。追加の前駆体供給部４４は、前駆体供給部１２と同様である。Ｎは、ゼロを含む何れかの整数、例えば１、５、１０、または５０、に等しくされうる。同様に、前駆体注入ヘッド１０は、前駆体排出部１２および／または堆積空間１４とそれぞれ同様の、少なくとも１つの追加の前駆体排出部４６および／または少なくとも１つの追加の堆積空間を備えうる。
【００７３】
全般的に、上記の前駆体供給部、上記の前駆体排出部、および／または上記の堆積空間とそれぞれ同様の、少なくとも１つの追加の前駆体供給部、少なくとも１つの追加の前駆体排出部、および／または少なくとも１つの追加の堆積空間を前駆体注入ヘッドに設けることにより、基板表面の平面における堆積空間と基板との間の相対運動の方向を変えずに、少なくとも２つの原子層の堆積が可能になる。さらに、並進および回転の両運動において、少なくとも１つの追加の前駆体供給部は、場合によっては少なくとも１つの追加の前駆体排出部および少なくとも１つの追加の堆積空間と共に、本装置による原子層のパターン状堆積の可能性を増やす。例えば、複数の異なる前駆体材料を基板表面の平面に、または基板表面の平面から離して、パターン状に施すことができる。後者は、例えば、組成が互いに異なる複数の単分子層を積層する場合である。
【００７４】
図３は、本発明による第３の実施形態の装置２を示す。この実施形態において、流れ障壁は、外部流路２２の閉じ込め用ガスカーテン４８によって形成される。閉じ込め用ガスカーテンは、この例においては、閉じ込め用ガス供給部５０から流れ出し、閉じ込め用ガス排出部５２を通って排出されるガスによって形成される。この場合、閉じ込め用ガス供給部５０は閉じ込め用ガス排出部５２の間に配置される。あるいは、単一の閉じ込め用ガス排出部５２を閉じ込め用ガス供給部５０と連係させることもできる。閉じ込め用ガスカーテンの流れは、矢印５３によって示されている。このガスカーテンの代わりに、またはこれに加えて、閉じ込め用ガス圧力によって流れ障壁を設けることもできる。閉じ込め用ガス圧力は、閉じ込め用ガスカーテンによってもたらされうるが、通流間隙２６に沿って堆積空間１４の方向に押しやられるガスによってもたらすこともできる。全般的に、装置２は、前駆体供給部１２内の全ガス圧に対して閉じ込め用ガス供給部５０内の閉じ込め用ガス圧力を調整するように、例えばこれらの圧力を互いに等しい圧力に設定するように、構成される。これにより、閉じ込め用ガス排出部５２からの前駆体ガスの排出を実質的に防止できる。全ガス圧は、前駆体ガスの圧力とキャリアガスの圧力とによって形成されうる。
【００７５】
緩衝ガス、例えば窒素（Ｎ２）、を閉じ込め用ガスカーテン４８内に供給することによって、図３の装置２は、堆積空間１４に隣接して緩衝ガスカーテンを設けるように構成される。この場合、緩衝ガスは、前駆体ガスに対してほぼ不活性であることが好ましい。前駆体ガスと、緩衝ガス以外のガスとの混合を実質的に防止するように、流量の大きさ、流れの方向、および緩衝ガスカーテン４８の位置を構成しうる。したがって、閉じ込め用ガスカーテンは、緩衝空間５４を堆積空間１４と反応空間３６との間に作成する。ただし、堆積空間１４と反応空間３６との間にこのような緩衝機能がなくてもよく、ガスカーテン４８は前駆体ガスに対する閉じ込め効果のみを有してもよい。特に、これは、反応ガスの使用以外の手段によって、例えばレーザー生成放射線および／または紫外線の使用によって、反応を起こさせる場合に該当する。
【００７６】
全般的に、閉じ込め用ガスカーテンおよび／または緩衝ガスカーテンの使用により、余分な前駆体ガスおよび／または余分な反応ガスを除去できる。
【００７７】
図４は、本発明による装置２の第４の実施形態における前駆体注入ヘッド１０を示す。第４の実施形態は、装置２の基本的変形例を構成する。この変形例における前駆体注入ヘッド１０は、前駆体供給部１２と堆積空間１４とを備える。通流間隙２６によって流れ障壁と閉じ込め構造とを形成しうる。通流間隙２６の厚さＤは、一般には１０マイクロメートルに等しい。前駆体供給部から外部環境２４までの長さＬ１は、一般に１ミリメートルから１０ミリメートルの範囲内にされうる。
【００７８】
第４の実施形態における装置２は、前駆体注入ヘッド１０と基板６との間の相対運動を基板表面４から離れた平面で、すなわち基板表面４に対して垂直な方向に離れた平面で、行うようにさらに構成される。使用時の基板表面から離れた平面での相対運動は、基板表面４と前駆体注入ヘッド１０との間、および／または基板６に機械的に取り付けられた基板ホルダー１６と前駆体注入ヘッド１０との間、のガスの圧力に依存させうる。したがって、このガスはガスベアリング層５５を形成する。基板ホルダー１６は、機械的に、例えば軽い真空または重力によって、基板６に取り付けることもできる。
【００７９】
前駆体注入ヘッド１０は、ガスベアリング層５５を形成するガスを前駆体注入ヘッドと基板表面との間に注入するガスインジェクタを備えうる。この実施形態において、ガスインジェクタは、前駆体供給部１２を含む。この例において、ベアリングガスは、前駆体ガスとキャリアガスとによって形成される。全般的に、このようなガスベアリング層５５は、通流間隙２６の厚さＤを５０マイクロメートル未満、好ましくは１５マイクロメートル未満の値にするために適している。使用時にガスベアリング層によって、または他の手段によって、最小厚が１５マイクロメートル未満になる通流間隙は、前駆体ガスのための良好な閉じ込め構造の形成を可能にする。全般的に、ガスベアリング層が存在する結果として、前駆体注入ヘッド１０を基板表面４に対して垂直な方向に浮遊させうる。
【００８０】
全般的に、ガスベアリング層５５は、注入された前駆体ガスを堆積空間に実質的に閉じ込めておけるという驚くべき効果を有するため、前駆体注入ヘッドの面４２からこの面４２に対して垂直な方向に延在する壁によって前駆体ガス用の仕切りを形成する必要がない。このような壁は必要ではないが、前駆体注入ヘッド１０にあってもよい。ただし、このような壁は、堆積空間を満たすために注入する必要がある前駆体ガスの量を増加させるため、不利になりうることに注目されたい。さらに、このような壁は、面４２の残りの部分を基板表面４の至近距離に、例えば５０マイクロメートル以内の距離に、接近させる際の妨げになるため、ガスベアリング層の作成を妨げる。このような壁を有するデバイスの一例が国際公開第２００７／１２６５８５号に見出される。このデバイスは、使用時に前駆体ガスを基板表面に隣接した堆積空間に閉じ込めるための構成も欠いている。
【００８１】
図５は、前駆体注入ヘッド１０を有する、本発明による第５の実施形態の装置２を示す。この実施形態の前駆体注入ヘッド１０は、前駆体供給部１２と前駆体排出部３０と堆積空間１４とを備える。注入された前駆体ガスの流れは、一部は排出流路３２に沿っており、矢印５６によって示されている。前駆体注入ヘッド１０は、ガスベアリング層５５を作成するためのガスインジェクタ、この例においてはベアリングガスインジェクタ、をさらに備えうる。このベアリングガスインジェクタは、前駆体供給部１２とは別個のものとしてもよく、ベアリングガス供給部５７、この例では２つのベアリングガス供給部５７、を備えうる。この例において、ベアリングガスは使用時に外部環境２４に流れるか、または前駆体排出部３０に向かい前駆体排出部３０を通って流れる。ベアリングガスの流れは、矢印５９によって示されている。
【００８２】
全般的に、使用時にガスベアリング層５５内のベアリングガスが前駆体注入ヘッド１０の面４２に及ぼす力に対する逆の力は、前駆体注入ヘッド１０の重量によってもたらしうる。ただし、使用時に追加の力を面４２に対して垂直な方向に前駆体注入ヘッド１０に加えるように本装置を構成することもできる。この追加の力を基板表面に向けることもできる。この場合、この追加の力は、ガスベアリング層に対するプレストレス力を形成する。あるいは、この追加の力を基板表面から離れる方向に向けることもできる。この追加の力を加えるために、例えばばねのような弾性要素を介して前駆体注入ヘッド１０に機械的に接続される枠体を用いることもできる。
【００８３】
突出部６０を前駆体注入ヘッド１０に設けることもできる。使用時、ガスベアリング層は、例えば突出部６０と基板６および／または基板ホルダー１６の基板ホルダー表面２０との間に形成される。前駆体排出部３０間の距離Ｃ１は、一般に１ミリメートルから１０ミリメートルの範囲内にされうる。これは、基板６の平面における堆積空間１４の一般的な長さでもある。ガスベアリング層の一般的な厚さは、Ｄ１で示されているが、３マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内にされうる。突出部６０の一般的な幅Ｃ２は、１ミリメートルから３０ミリメートルの範囲内にされうる。基板６の平面からの堆積空間１４の一般的な厚さＤ２は、３マイクロメートルから１００マイクロメートルの範囲内にされうる。これらは全て、効率的な値であると考えられる。このような効率は、例えば堆積空間の厚さＤ２をガスベアリング層の厚さＤ１と異なる値に設定可能であることによって得られる。これにより、より効率的なプロセス設定が可能になる。結果として、例えば、供給部１２から堆積空間１４に注入される前駆体の体積流量をガスベアリング層内のベアリングガスの体積流量より大きくできる一方で、前駆体ガスの注入に必要な圧力をガスベアリング層へのベアリングガスの注入に必要な圧力より小さくすることができる。したがって、図５、図６、および図７から明らかなように、全般的に、ガスベアリング層の厚さＤ１は、基板表面から離れた平面で測定された堆積空間１４の厚さＤ２未満にされうることが理解されるであろう。
【００８４】
さらに全般的に、とりわけこのような効率に関して、発明者は、チャネルの厚さＤｃ、長さＬ、および幅Ｗを有するチャネル内の薄層状のガス（密度ρおよび粘度μ）流による圧力降下Δｐが次式で与えられることを認識した。
【００８５】
【数１】
2012501537.tif 000003
【００８６】
式中、Ｄｈ［ｍ］は、次式で与えられるチャネルの流体直径である。
【００８７】
【数２】
2012501537.tif 000004
【００８８】
チャネルの幅Ｗは、相互に垂直であるチャネルの厚さＤｃおよび長さＬの方向に対して垂直な方向において測定される。例えば、チャネルは、例えば図４に示すような、通流間隙２６によって形成される。この場合、チャネルの長さＬは、前駆体供給部から外部環境２４までの長さＬ１の少なくとも一部に等しくてもよく、および／または厚さＤｃは通流間隙２６の厚さＤに等しくてもよい。別の例として、チャネルの長さＬは、図５〜図７に示されている突出部６０の幅Ｃ２の少なくとも一部に等しくてもよく、および／または厚さＤｃは、図５〜図７に示されているガスベアリング層５５の厚さＤ１に等しくてもよい。さらに、チャネルは、例えば堆積空間１４によって形成される。この場合、長さＬは、堆積空間１４の幅の少なくとも一部に等しくてもよく、例えば図５〜図７に示すように前駆体排出部３０間の距離Ｃ１の少なくとも一部と同様でもよく、および／または厚さＤｃは図５〜図７に示すような堆積空間１４の厚さＤ２に等しくてもよい。チャネルの別の例として、反応空間３６をチャネルにすることができる。Ｗ≫Ｌ≫Ｄｃであると想定すると、この想定は通流間隙２６に対して、堆積空間１４に対して、および／または反応空間３６に対して妥当でありうるが、これは次のように容易に単純化できる。
Ｄｈ≒２Ｄｃ              ［ｍ］
Ｒｅ［−］は、次式で与えられるチャネルのレイノルズ数である。
【００８９】
【数３】
2012501537.tif 000005
【００９０】
Ｖ［ｍ／ｓ］はチャネル内のガス速度であり、次のように表すことができる。
【００９１】
【数４】
2012501537.tif 000006
【００９２】
Φ［ｍ３／ｓ］は、ガスの総体積流量を表す。代入により、流量Φおよびチャネルの厚さＤｃで表される以下の圧力降下が導き出される。
【００９３】
【数５】
2012501537.tif 000007
【００９４】
このように、圧力降下は、チャネルの厚さの３乗に比例する。ガス供給系内の高圧を回避するため、ならびに摩擦（および同じように望ましくない圧縮性およびガス膨張効果）によるチャネル内の大きな圧力勾配を回避するために、絶対圧力に対する圧力降下の比率は以下の要件を満たすことが好ましい。
【００９５】
【数６】
2012501537.tif 000008
【００９６】
大気圧近傍の圧力（ｐ〜１０５Ｐａまたは１バール）で堆積が起こると想定すると、圧力降下は約２・１０４Ｐａ未満であることが好ましい。一般的な流量がチャネル幅１メートル当たり５・１０−４〜２・１０−３ｍ３／ｓであり、かつ一般的な距離がＬ＝５ｍｍ、例えば前駆体供給部から前駆体排出部までの距離に等しい場合は、チャネルの厚さＤｃ、例えば堆積空間１４の厚さＤ２は、２５μｍ〜４０μｍより大きいことが好ましい。ただし、剛性およびガスの分離に関する重要な要求を満たすために、ならびにベアリングガスの必要量を最小化するために、ガスベアリング機能に必要な前駆体注入ヘッドから基板までの距離は、はるかに小さいことが好ましく、一般には５μｍ台であることが好ましい。ただし、堆積空間１４における厚さＤ２が５μｍであると、上記プロセス条件の場合、約２０バールという許容し難いほど大きな圧力降下を引き起こしうる。したがって、好ましくはガスベアリング層の厚さ（すなわち厚さＤ１）と堆積空間の厚さ（すなわち厚さＤ２）とが異なる装置２の設計が必要になる。平らな基板、例えばウェーハ、の場合、または縦横比Ａ（トレンチの深さをトレンチの幅で割った値）が１０以下である低縦横比の（すなわち浅い）トレンチ８を多数含むウェーハの場合は、プロセス速度は前駆体の流量（ｋｇ／ｓ単位）に依存する。すなわち、前駆体の流量が大きいほど、飽和時間は短い。
【００９７】
値Ａが５０以上である高縦横比の（すなわち、深くて狭い）トレンチを多数含むウェーハの場合は、プロセス速度は前駆体の流量および前駆体の分圧に依存しうる。どちらの場合も、プロセス速度は、堆積空間１４内の全圧とは実質的に無関係でありうる。プロセス速度は堆積空間１４内の全圧から（ほぼ）無関係でありうるが、以下のいくつかの理由により、堆積空間１４内の全圧は大気圧に近いことが好都合でありうる。
１．  大気圧未満の圧力においては、堆積空間１４内のガス速度ｖｇが増し、望ましくないほど大きな圧力降下が堆積空間１４に沿って発生することが予想される。
２．  圧力が低いほど、ガス速度ｖｇが増すため、堆積空間１４内のガス滞留時間が短くなり、歩留まりに悪影響を及ぼす。
３．  圧力が低いほど、ガスベアリング層による堆積空間１４からの前駆体の漏出抑制効果が低下する。
４．  圧力が低いほど、高価な真空ポンプが必要になりうる。
【００９８】
堆積空間１４内のガス速度ｖｇの下限は、基板の横送り速度ｖｓによって決めることもできる。全般的に、堆積空間１４内の非対称的な流動挙動を防止するために、以下の条件が満たされることが好ましい。
Ｖｇ≫Ｖｓ
この条件は、反応空間３６の厚さＤ、Ｄ２の好適な上限を規定する。上記要件のうちの少なくとも１つ、好ましくは全て、を満たすことによって、平らなウェーハ上への、および高縦横比のトレンチを多数含むウェーハのための、高速の連続ＡＬＤ用のＡＬＤ堆積システムが得られる。
【００９９】
装置２は、堆積空間１４内の全圧を制御するための堆積空間圧力コントローラ１０３を備えうる。装置２は、ガスベアリング層内の圧力を制御するためのガスベアリング層圧力コントローラ１０５をさらに備えうる。堆積空間１４内の全圧を設定することによって、例えば全圧を大気圧未満に、好ましくは０．１ミリバールから１０ミリバールの範囲内に、設定することによって、プレストレス力を加えるように堆積空間圧力コントローラ１０３を構成しうる。堆積空間内の全圧より大幅に高い圧力をガスベアリング層内に加えるように、ガスベアリング層圧力コントローラ１０５を構成しうる。
【０１００】
図６は、本発明による第６の実施形態の装置２を示す。この実施形態の装置２は、前駆体供給部１２と前駆体排出部３０と堆積空間１４とを備えた前駆体注入ヘッド１０を含む。前駆体注入ヘッド１０は、反応物供給部３８と反応物排出部４０と反応空間３６とをさらに備えうる。
【０１０１】
前駆体注入ヘッド１０は、追加の前駆体供給部４４と追加の前駆体排出部４６と追加の堆積空間６１とをさらに備えうる。前駆体供給部１２から供給される前駆体ガスとは異なる前駆体ガスを供給するために追加の前駆体供給部４４を使用しうるため、組成が異なる複数の層の積層が可能になる。
【０１０２】
第６の実施形態の前駆体注入ヘッド１０において、ベアリングガス供給部５７は閉じ込め用ガス供給部５０を形成する。ガスベアリング層は閉じ込め構造および／または流れ障壁を形成しうる。このような統合化は前駆体注入ヘッド１０をよりコンパクトにする。結果として、緩衝空間５４はガスベアリング層５５に少なくとも部分的に重なる。
【０１０３】
この実施形態において、ガスベアリング層は、閉じ込め用ガスカーテンおよび／または閉じ込め用圧力を外部流路に設けるために構成されていると考えることもできる。使用時、ガスベアリング層は通流間隙の値を決めうる。
【０１０４】
使用時、堆積空間１４内の全ガス圧は、追加の堆積空間６１内の全ガス圧、および／または反応空間３６内の全ガス圧、と異なってもよい。堆積空間１４内の全ガス圧、および／または追加の堆積空間６１内の全ガス圧、は０．２バールから３バールの範囲内、例えば０．５バールまたは２バール、にされうる。このような圧力値は、前駆体の特性、例えば前駆体の揮発性、に基づき選択されうる。さらに、堆積空間からの前駆体ガスの流出を最小化するために、堆積空間内の全ガス圧とベアリングガスの圧力とを均衡させるように本装置を構成しうる。
【０１０５】
図７は、本発明による第７の実施形態の装置２を示す。この実施形態の装置２は、前駆体供給部１２と前駆体排出部３０と堆積空間１４とを備えた前駆体注入ヘッド１０を含む。前駆体注入ヘッド１０は、反応物供給部３８と反応物排出部４０と反応空間３６とをさらに備えうる。この実施形態の使用時の前駆体ガスの流れは、矢印５６で示されている。使用時の反応ガスの流れは、矢印６５で示されている。
【０１０６】
前駆体注入ヘッド１０は、ベアリングガス供給部５７をさらに備えうる。さらに、ベアリングガスの流れの制御を可能にするベアリングガス排出部６６を前駆体注入ヘッド１０に設けることもできる。注入後のベアリングガスの流れは、矢印５９によって示されている。前駆体注入ヘッド１０は、この例においては緩衝ガスの注入に用いられる、閉じ込め用ガス供給部５０と閉じ込め用ガス排出部５２とをさらに備えうる。緩衝ガスの流れは、矢印５３で示されている。ガスベアリング層５５を形成するための流れ系統と緩衝空間５４を形成するための流れ系統とをそれぞれ別個に設けることによって、より良好なプロセス制御が可能になる。
【０１０７】
図５〜図７に示す各実施形態において、ベアリングガス供給部５７は突出部６０に設けられることは明らかかもしれない。
【０１０８】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明による第８の実施形態の前駆体注入ヘッド１０を示す。図８Ａは、使用時に基板表面４に面する前駆体注入ヘッド１０の面４２に近い部分の前駆体注入ヘッド１０を前駆体注入ヘッド１０の透視図で示す。図８Ｂは、図８Ａに示されている前駆体注入ヘッド１０を線Ａ−Ａ’に沿った断面で示す。前駆体注入ヘッド１０は、前駆体供給スリットと前駆体排出スリット３０とを含みうる。さらに、前駆体スリットはベアリングガス供給スリット５７を含みうる。この実施形態のベアリングガス供給スリットは、ガスベアリング層によって形成される閉じ込め構造を前駆体供給スリット５７の周囲に設けるように構成される。この閉じ込め構造、この例ではガスベアリング層、は前駆体供給スリット１２の両端８０の周囲に延在しうる。この結果、堆積空間１４への前駆体ガスの閉じ込めは、前駆体供給スリット１２の両端８０および８２の近くで妨げられない。
【０１０９】
前駆体注入ヘッド１０は、反応物供給スリット３８と反応物排出スリット４０とをさらに含む。閉じ込め構造、この例においてはガスベアリング層、は反応物供給スリット３８の両端８２の周囲に延在しうる。
【０１１０】
この実施形態の前駆体注入ヘッド１０は、前駆体供給スリット１２の長手方向８６に対して垂直な方向８４に前駆体ガスを流すように構成することもできる。
【０１１１】
全般的に、前駆体注入ヘッド１０の、好ましくは前駆体供給スリット１２に沿って測定された、寸法は、基板６の、直径などの、寸法より大きくてもよい。これにより、基板６の表面４全体への原子層の堆積が可能になる。
【０１１２】
図８Ｃは、本発明による第９の実施形態の前駆体注入ヘッド１０を示す。図８Ａと同様に、図８Ｃは、使用時に基板表面４に面する前駆体注入ヘッド１０の面４２に近い部分の前駆体注入ヘッド１０を前駆体注入ヘッド１０の透視図で示す。全般的に、前駆体注入ヘッド１０の、好ましくは前駆体供給スリット１２に沿って測定された、寸法は、基板６の、直径などの、寸法より大幅に小さくてもよい。これにより、基板６の表面４の一部、この例においては部分８８、への原子層の堆積が可能になる。
【０１１３】
図９Ａ〜図９Ｃは、前駆体供給部１２と堆積空間１４とを備えた前駆体注入ヘッド１０と基板６との間の相対運動のさまざまな例を示す。この例において、基板６は基板ホルダー１６上に載置される。図９Ａは、基板６と前駆体注入ヘッド１０との間の相対並進運動を示す。前駆体注入ヘッド１０をほぼ静止させておき、基板１０を矢印１５で示されているように動かしてもよい。あるいは、またはさらに、基板ホルダー１６をほぼ静止させておき、前駆体注入ヘッド１０を矢印７２で示されているように並進運動させてもよい。
【０１１４】
図９Ｂは、前駆体注入ヘッド１０に対する基板６の、矢印７４で示されている、回転運動を示す。この例において、前駆体注入ヘッド１０はほぼ静止している。あるいは、前駆体注入ヘッド１０を基板６に対して、矢印７６で示されているように回転運動させてもよい。この例において、基板６はほぼ静止している。このような相対的な回転運動は、基板ホルダー表面２０への堆積を回避できるという利点をもたらす。複数の前駆体注入ヘッド１０、例えば４つの前駆体注入ヘッド１０、に対して回転運動を起こさせることもできる。４つの前駆体注入ヘッド１０を回転方向７４に沿って９０度にほぼ等しい回転間隔で配置しうる。図９Ｃは、複数の前駆体注入ヘッド１０に対する複数の基板６の回転と並進とを組み合わせた運動を示す。この例において、基板ホルダー１６は、装置の枠体７７に対して並進運動を行うように構成される。基板ホルダー１６および複数の前駆体注入ヘッド１０の少なくとも一方を矢印７８の方向またはその逆方向に回転させることによって、回転と並進とが組み合わされた運動を生じさせることができる。これにより、複数の基板表面４を完全にカバーできる。
【０１１５】
図１０は、本発明による第１０の実施形態の装置２を示す。第１０の実施形態の装置２は、第１のロール９２と第２のロール９４と回転ドラム９６とを備えたリールツーリールシステム９０を含む。前駆体注入ヘッド１０の位置で基板６がほぼ平らになるように、回転ドラムはなくてもよい。リールツーリールシステム９０は位置決めシステムの一例である。基板６を基板表面４の平面で動かすように構成されたリールツーリールシステム９０を含めることによって、堆積空間１４と基板６との間の相対運動を基板表面４の平面で行うようにリールツーリールシステム９０を構成しうる。この例において、基板表面４の平面は曲面である。相対運動、この例においては並進運動、は矢印１５で示されている。
【０１１６】
リールツーリールシステムにおいて、基板６および／または基板ホルダー１６は、基板６の可撓性により、基板６の平面から離れる方向への望ましくない移動を比較的起こしやすい。このような望ましくない移動は、例えば振動に起因しうる。全般的に、前駆体供給部と基板との間の相対運動を基板表面から離れた平面で行うように構成された装置２、例えば第４、第５、第６、第７、第８、および／または第９の実施形態の装置２は、リールツーリールシステムでの使用に特に好適でありうる。ガスベアリング層は、前駆体注入ヘッドをこの望ましくない移動に、少なくとも部分的に、追従させることができるため、前駆体注入ヘッド１０と基板６との間の接触が回避され、かつ使用時に基板表面のより至近距離への前駆体注入ヘッドの接近が可能になる。
【０１１７】
明示されていない場合もあるが、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、および／または第１０の実施形態による装置は何れも、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、および／または第１０の実施形態のうちの別の実施形態の装置の特徴を有しうる。
【０１１８】
本発明は、原子層堆積のための方法をさらに含む。本発明による方法の第１の実施形態を第１の実施形態の装置２を用いて説明する。以降、この実施形態を第１の方法と称する。第１の方法は、前駆体注入ヘッド１０を含む装置２を用いた、基板６の表面４への原子層の堆積に使用される。第１の方法は、基板表面４に接触させる前駆体ガスを前駆体供給部１２から堆積空間１４に注入するステップを含む。さらに、第１の方法は、堆積空間１４と基板６との間の相対運動を基板表面４の平面で生じさせるステップを含む。第１の方法は、使用時に前駆体注入ヘッド１０と基板表面４とに界接する堆積空間１４を設けるために、注入された前駆体ガスを基板表面６に隣接した堆積空間１４に閉じ込めるステップをさらに含む。
【０１１９】
第１の方法は、基板表面４の少なくとも一部に原子層を得るために、基板表面４の少なくとも一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応させるための反応ガス、プラズマ、レーザー生成放射線、および／または紫外線を反応空間３６に供給するステップをさらに含みうる。
【０１２０】
第１の方法は、前駆体注入ヘッド１０と基板表面４との間の間隙、例えば通流間隙２６および／または堆積用間隙２８、にガスベアリング層を設けるステップをさらに含みうる。
【０１２１】
全般的に、第１の方法は、堆積空間と基板との間の反復相対運動を基板表面の平面で生じさせるステップを含みうる。この場合、一方向への相対運動とその後の逆方向への相対運動とが繰り返される。例えば、図９Ａに矢印１５で示されている方向への基板の動きの後に、矢印１５とは逆方向への動きが続き、さらにその後に矢印１５の方向への動きが続く。反応空間または追加の反応空間が堆積空間の両側に設けられた、例えば第６の実施形態の、前駆体注入ヘッド１０は、どちらの運動方向においても堆積後に反応が可能であるため、第１の方法のこの側面による使用に特に適している。
【０１２２】
上記の実施形態のうちの１つにおける装置２は、原子層堆積ではなくエッチング用に構成された、本発明とは別個の改変状態でも使用可能である。この改変状態において、前駆体注入ヘッドは、前駆体ガスではなくエッチングガスを注入するように構成される。エッチングガスの使用効率およびエッチングプロセスの速度に関する利点は、前駆体ガスの使用効率および原子層堆積プロセスの速度に関する利点と同様である。
【０１２３】
開示された実施形態のさらなる側面として、以下の装置を含みうる。すなわち、使用時に堆積空間が基板表面の平面に細長い形状を有する装置、装置の使用時に基板表面と前駆体注入ヘッドとの間の堆積空間が好ましくは５０マイクロメートル未満、より好ましくは１５マイクロメートル未満の最小厚を有する堆積用間隙によって形成される装置、基板表面の平面における前駆体供給部と基板との間の相対運動の方向における基板表面に沿った反応空間のサイズが基板表面の平面における前駆体供給部と基板との間の相対運動の方向における基板表面のサイズより大幅に小さい装置、基板表面の少なくとも一部に原子層を得るために基板表面の少なくとも一部への前駆体ガスの堆積後に前駆体を反応ガスと反応させるために反応ガス、必要であればさらにプラズマ、レーザー生成放射線、および／または紫外線、を反応空間内に供給するように構成された装置、前駆体供給部と反応物供給部と堆積空間と反応空間とを含む原子層堆積ヘッドを備え、原子層堆積ヘッドと基板との間の相対運動を基板表面の平面で行うように構成された装置、堆積空間に隣接して緩衝ガスカーテンを設けるように構成された装置であって、緩衝ガスは前駆体ガスに対してほぼ不活性であり、前駆体ガスと、緩衝ガス以外のガスとの混合をほぼ防止するように流量の大きさ、流れの方向、および緩衝ガスカーテンの位置が構成される装置、緩衝ガスカーテンが閉じ込め構造を形成するように構成された装置、前駆体供給部および／または前駆体排出部が少なくとも１つの前駆体供給スリットおよび／または少なくとも１つの前駆体排出スリットによってそれぞれ形成される装置、および／または上記前駆体供給部、上記前駆体排出部、および／または上記堆積空間と同様の少なくとも１つの追加の前駆体供給部、少なくとも１つの追加の前駆体排出部、および／または少なくとも１つの追加の堆積空間が前駆体注入ヘッドに設けられた装置を含みうる。
【０１２４】
本発明は、本願明細書に記載の何れの実施形態にも限定されず、当業者の裁量範囲内で、添付の特許請求の範囲に含まれると見なされうる変更が可能である。同様に、あらゆる運動学的反転は、本質的に開示されたものと見なされ、かつ本発明の範囲内であると見なされる。「好ましくは／ことが好ましい」、「特に」、「一般に」等のような表現の使用は、本発明を限定しようとするものではない。不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を排除するものではない。具体的または明示的に説明されていない、または請求項に記載されていない、特徴は、本発明による構造に、本発明の範囲を逸脱することなく、付加的に含まれうる。
【図１Ａ】
2012501537.tif 000009
【図１Ｂ】
2012501537.tif 000010
【図１Ｃ】
2012501537.tif 000011
【図１Ｄ】
2012501537.tif 000012
【図２】
2012501537.tif 000013
【図３】
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【図４】
2012501537.tif 000015
【図５】
2012501537.tif 000016
【図６】
2012501537.tif 000017
【図７】
2012501537.tif 000018
【図８Ａ】
2012501537.tif 000019
【図８Ｂ】
2012501537.tif 000020
【図８Ｃ】
2012501537.tif 000021
【図９Ａ】
2012501537.tif 000022
【図９Ｂ】
2012501537.tif 000023
【図９Ｃ】
2012501537.tif 000024
【図１０】
2012501537.tif 000025
【国際調査報告】
2012501537.tif 000026
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2012501537.tif 000028