多區(qū)反應器、包括該反應器的系統(tǒng)和使用該反應器的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多區(qū)反應器、包括該反應器的系統(tǒng)和使用該反應器的方法。示例性多區(qū)反應器包括可移動的感受器組件和可移動的板。可移動的感受器組件和可移動的板能在反應器的反應區(qū)之間豎直地移動，以使基底暴露于多個過程或多種反應物。
【專利說明】
多區(qū)反應器、包括該反應器的系統(tǒng)和使用該反應器的方法
技術領域
[0001]本公開整體涉及氣相反應器和系統(tǒng)。更具體地講，本公開涉及適用于例如空間加工的多區(qū)氣相反應器，涉及包括該反應器的系統(tǒng)，并且涉及使用該反應器的方法。
【背景技術】
[0002]諸如化學氣相沉積(CVD)、等離子增強的CVD(PECVD)、原子層沉積(ALD)、原子層蝕刻(ALE)等的氣相過程常常用來將材料沉積到基底的表面上、蝕刻來自基底的表面的材料和/或清潔或處理基底的表面。例如，氣相過程可用來沉積或蝕刻基底上的層，以形成半導體裝置、平板顯示器裝置、光伏裝置、微機電系統(tǒng)(MEMS)等。
[0003]通常，多個氣相過程用來形成這樣的裝置。常常，每個過程在其自己的反應室中進行，該反應室可以是獨立式反應室，或者該反應室可以是群集工具的一部分。使反應室專用于每個過程是所需的，以防止或減輕所使用的反應物或在反應室內形成的產物的交叉污染。然而，使用專用反應室需要相當多的資本成本，并且增加與制造這些裝置相關聯(lián)的運營成本。此外，在不同的反應室中加工基底常常需要真空和/或氣閘以從一個反應室移除基底并將基底放入另一個反應室。
[0004]就ALD和ALE過程而言，多種前體通常單獨地且順序地引入反應室中。凈化和/或排放步驟通常用來在引入另一種前體之前凈化一種前體。換句話講，前體在不同的時間引入到反應室中，以防止前體的有害的混合。這被稱為時域加工(temporal processing)。雖然在這樣的過程中不同的前體的引入通過時間來分開，但前體仍可能不期望地混合和/或反應，導致反應室內的有害的沉積和/或非所需的顆粒形成。
[0005]為了解決這些問題，開發(fā)了空間氣相反應器。典型的空間氣相反應器包括兩個或更多個加工區(qū)域，這些區(qū)域沿著水平方向聯(lián)接在一起，使得基底可從一個加工區(qū)域沿著水平平面(例如，沿著輸送機或轉盤)移動至另一個區(qū)域。雖然這些系統(tǒng)解決了與在多個反應室中加工基底和/或在一個反應室內使用多種前體相關聯(lián)的一些問題，但系統(tǒng)仍存在缺點。
[0006]水平輸送系統(tǒng)需要用于每個加工區(qū)域的顯著量的空間，特別是地面空間。此外，這樣的系統(tǒng)的總過程體積是相對較大的，導致高的凈化氣體要求、長的凈化時間以及緩慢的基底移動以保持所需的氣體間距。另外，相對較大的加工區(qū)域體積可導致前體氣體的有害混合。
[0007]此外，水平輸送系統(tǒng)的前體或反應物遞送方案是相對復雜的。而且，這些系統(tǒng)的構型是相對不靈活的，至少部分地是由于相對于基底移動的速度來說對于每個加工區(qū)域的前體或凈化氣體的時間要求。此外，這些系統(tǒng)的力學可能是相對復雜的，因此這樣的系統(tǒng)可能是相對不可靠且維護費用高昂的。
[0008]因此，需要用于實現(xiàn)多個氣相過程的改進的氣相反應器、系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內容】

[0009]本公開的各種實施例涉及多區(qū)氣相反應器，涉及包括該反應器的系統(tǒng)，并且涉及使用該反應器和系統(tǒng)的方法。雖然下文更詳細地描述了本公開的多區(qū)氣相反應器、系統(tǒng)和方法解決現(xiàn)有反應器、系統(tǒng)和方法的缺點的方式，但一般來說，根據本公開的示例性的多區(qū)氣相反應器、系統(tǒng)和方法包括在豎直疊堆中的多個反應區(qū)，相比用來進行相同或類似過程的類似的現(xiàn)有空間反應器和系統(tǒng)，豎直疊堆允許反應器和系統(tǒng)以獨特的方式運行，允許相對快速的吞吐，采用相對不復雜的反應器設計，使用相對較小的體積，使用相對少量的空間，和/或提供相對可靠的反應器系統(tǒng)。例如，示例性的反應器和系統(tǒng)可用于空間加工，例如空間ALD和ALE加工。
[0010]根據本公開的示例性實施例，多區(qū)氣相反應器包括多個豎直疊置的反應區(qū)。每個反應區(qū)可包括一個或多個氣體入口和/或一個或多個排放出口。包括一個或多個反應區(qū)的加工區(qū)域可用于氣相加工和/或凈化。例如，反應區(qū)可用于ALD過程中的步驟，用于凈化，和/或用于其它氣相過程。加載/卸載區(qū)域可以是一個區(qū)。相鄰區(qū)的氣體入口和出口可以是彼此錯開的(例如，錯開30、60、90、120、135、180度等)，例如，以增加過程均勻性和/或減小反應器體積。根據這些實施例的示例性方面，在多區(qū)氣相反應器內的加工區(qū)域的頂部表面包括可移動的頂板的底部表面，并且加工區(qū)域的底部表面包括可移動的底板的頂部表面。頂板可包括例如加熱器、噴頭，和/或可形成等離子系統(tǒng)的一部分。底板可包括感受器組件的一部分，并且可以被加熱、冷卻和/或形成等離子單元的一部分。頂板和底板中的任一者或兩者可在任何反應區(qū)和/或加載/卸載區(qū)域中(連續(xù)地或以轉位的方式)旋轉。頂板和底板可獨立地移動(旋轉地和/或豎直地一例如，沿著軸線)一例如，任一者或兩者的移動可以是連續(xù)的或轉位的。由于板可獨立地移動，加工區(qū)域的體積可被動態(tài)地改變。因此，加工區(qū)域可包括一個或多個反應區(qū)，并且可以在過程之間或在加工期間變化。例如，加工區(qū)域可被擴大以用于凈化或清潔過程，并且被縮小以用于沉積或蝕刻過程。備選地，加工區(qū)域可被擴大以用于例如ALD或ALE過程，并且被縮小以用于凈化過程。加工區(qū)域可以錯流方式被構造和/或可包括噴頭氣體分布系統(tǒng)，以用于一種或多種氣體朝基底的初始豎直的流動。加工區(qū)域可被構造成加工單個或多個基底。此外，一個或多個反應區(qū)可聯(lián)接到一個或多個遠程等離子單元，該等離子單元將活性種提供至加工區(qū)域。為了隔離一個或多個加工區(qū)域，惰性氣體流可單獨地或與排氣結合被供應至加工區(qū)域的一側或多側(頂部和/或底部)上，例如鄰近每個反應區(qū)。反應器可用于多種過程，包括基底和/或室處理(例如，等離子處理、除氣、氯洗滌)、沉積(包括等離子增強沉積)、蝕刻和/或清潔過程。
[0011]根據本公開的另外的示例性實施例，反應器系統(tǒng)包括本文所述的一個或多個多區(qū)氣相反應器。反應器系統(tǒng)也可包括一個或多個真空源、一個或多個反應物/前體源、一個或多個惰性氣體源、控制系統(tǒng)等。
[0012]根據本公開的另一些示例性實施例，一種方法(例如，一種用于空間基底加工的方法)包括使用具有多個豎直疊置的反應區(qū)的多區(qū)氣相反應器。該方法可包括以下步驟:提供多區(qū)氣相反應器;提供基底;將基底在豎直方向上移動至包括第一反應區(qū)的加工區(qū)域；以及使基底暴露于使用第一反應區(qū)的第一過程。第一過程可包括任何合適的過程，例如上文指出的過程?；卓杀回Q直地移動至多區(qū)氣相反應器內包括一個或多個其它反應區(qū)的其它反應區(qū)域，以進行額外的加工。例如，在ALD或類似的過程中，基底可暴露于在包括第一反應區(qū)的第一加工區(qū)域中的第一前體，然后被移動至包括第二反應區(qū)的第二加工區(qū)域并暴露于第二前體?；卓稍诘谝缓偷诙磻獏^(qū)之間的(多個)反應區(qū)中暴露于凈化氣體。在這種情況下，基底可在第一和第二反應區(qū)(和任何凈化反應區(qū))之間移動，直到所需量的材料被沉積或移除。另外或備選地，基底可在包括第一反應區(qū)的加工區(qū)域中經歷第一過程(例如，基底清潔、蝕刻、凈化或處理)，然后被移動至包括第二反應區(qū)或其它區(qū)的加工區(qū)域，以進行進一步加工(例如，沉積、蝕刻或處理加工)，等等。在過程步驟中的一個或多個中可采用各種等離子設備。另外或備選地，在一個或多個過程期間，基底可被加熱、冷卻或保持在環(huán)境溫度。此外，一個或多個基底一次可經歷一個過程。所述一個或多個基底可在一過程之前、期間或之后被連續(xù)地移動或轉位。氣體和/或氣體/真空簾幕可用來隔離加工區(qū)域(其包括一個或多個反應區(qū))或反應區(qū)。惰性氣體閥調可用來快速地凈化氣體(例如，前體)管線和/或提供對加工區(qū)域或反應區(qū)的隔離。各種過程可以錯流和/或噴頭構型操作。
[0013]惰性氣體閥調可通過若干種方法實現(xiàn)。一種技術使用在反應區(qū)之間的動態(tài)密封，該密封利用例如惰性氣體(如氮氣)注射-真空抽出-惰性氣體(如氮氣)注射管件布置產生。該布置可通過聯(lián)接氣體入口、排氣口和動態(tài)密封與帶通道的屏障來進一步改進，該屏障允許任何堵塞水平的氣體的主體在屏障周圍容易地移動至排氣口。另一種技術是脈沖回吸。根據本公開的示例性實施例，可采用各種其它惰性氣體閥門布置以維持分離反應區(qū)的氣體簾幕。
[0014]以上
【發(fā)明內容】
和以下【具體實施方式】僅僅是示例性和說明性的，而并不限制本公開或要求保護的發(fā)明。
【附圖說明】
[0015]當結合下面的附圖考慮時，通過參看【具體實施方式】和權利要求書，可以得到對本公開的示例性實施例的更完整的理解。
[0016]圖1(a)和圖1(b)示出了根據本公開的各種實施例的多區(qū)氣相反應器的透視圖。
[0017]圖2(a)和圖2(b)示出了根據本公開的各種實施例的多區(qū)氣相反應器的剖視圖，其具有包括第一反應區(qū)的加工區(qū)域。
[0018]圖3(a)和圖3(b)示出了根據本公開的各種實施例的多區(qū)氣相反應器的剖視圖，其具有處于加載/卸載位置的感受器組件。
[0019]圖3(c)更詳細地示出了根據本公開的各種實施例的多區(qū)氣相反應器的一部分。
[0020]圖3(d)更詳細地示出了根據本公開的各種實施例的多區(qū)氣相反應器的另一部分。[0021 ]圖4示出了根據本公開的附加的示例性實施例的感受器組件。
[0022]圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)示出了根據本公開的另外的示例性實施例的多區(qū)氣相反應器系統(tǒng)。
[0023]圖6(a)、圖6(b)、圖7、圖8(a)、圖8(b)、圖9(a)和圖9(b)示出了根據本公開的另外的示例性實施例的適合加工多個基底的多區(qū)氣相反應器。
[0024]圖10示出了根據本公開的附加的示例性實施例的適合加工多個基底的感受器的頂部表面。
[0025]圖11示出了根據本公開的附加的示例性實施例的適合加工多個基底的感受器的透視圖。
[0026]圖12(a)、圖12(b)、圖13(a)和圖13(b)示出了根據本公開的另外的示例性實施例的另一個多區(qū)氣相反應器。
[0027]圖14和圖15不出了根據本公開的不例性實施例的一體化的氣體閥門系統(tǒng)。
[0028]圖16、圖17、圖18、圖19、圖20、圖21和圖22示出了根據本公開的另外的示例性實施例的示例性多區(qū)氣相反應器的操作。
[0029]圖23示出了根據本公開的附加的示例性實施例的另一個示例性多區(qū)氣相反應器。
[0030]圖24示出了根據本公開的附加的示例性實施例的示例性多區(qū)氣相反應器，其具有跨越多個反應區(qū)的加工區(qū)域。
[0031]圖25示出了根據本公開的另外的示例性實施例的包括噴頭的多區(qū)氣相反應器。
[0032]圖26示出了根據本公開的附加的示例性實施例的包括氣體/真空簾幕的多區(qū)氣相反應器。
[0033]圖27示出了根據本公開的又一些示例性實施例的包括氣體簾幕的多區(qū)氣相反應器。
[0034]圖28示出了根據本公開的示例性實施例的另一個示例性多區(qū)氣相反應器。
[0035]應當理解，附圖中的元件為了簡潔和清晰而示出，并且不一定按比例繪制。例如，附圖中的元件中的一些的尺寸可能相對于其它元件被夸大，以幫助改善對本公開的圖示實施例的理解。
【具體實施方式】
[0036]下文提供的示例性實施例的描述僅僅是示例性的，并且僅意圖用于說明目的；以下描述并非意圖限制本公開或權利要求的范圍。此外，具有所述特征的多個實施例的敘述并非意圖排除具有附加特征的其它實施例或并入所述特征的不同組合的其它實施例。
[0037]如下文更詳細地闡述的，本公開的各種實施例涉及多區(qū)氣相反應器和包括多區(qū)氣相反應器的反應器系統(tǒng)，并且涉及使用多區(qū)氣相反應器和系統(tǒng)的方法。多區(qū)氣相反應器、系統(tǒng)和方法可用于多種氣相過程，例如，沉積、蝕刻、清潔和/或處理過程。以舉例的方式，多區(qū)氣相反應器可被用于:ALD和/或ALE過程，其中基底暴露于第一反應區(qū)中的第一前體;凈化過程(例如，在另一個反應區(qū)中)，其中基底暴露于第二反應區(qū)中的第二前體；以及另一個凈化過程(例如，在又一個反應區(qū)中)。其它反應區(qū)可用來將基底暴露于凈化氣體。一個或多個過程可在相同的多區(qū)氣相反應器中進行，而沒有氣閘或真空閘。如下文更詳細地闡述的，示例性的反應器、系統(tǒng)和方法允許基底的相對快速的加工，需要基底的相對快速的加工，需要相對較小的占有面積，允許多種反應加工區(qū)域構型(例如，包括一個或多個反應區(qū))，具有可被相對迅速地凈化的加工區(qū)域和管線，相對可靠，和/或具有相對簡單的前體和/或反應物供應方案。
[0038]圖1(a)和圖1(b)示出了根據本公開的示例性實施例的多區(qū)氣相反應器100的外部，并且圖2(a)至3(d)示出了多區(qū)氣相反應器100的另外的視圖。多區(qū)氣相反應器100包括:一個或多個氣體入口，在圖示示例中，氣體入口包括擴散器102-114; —個或多個排放出口，示出為收集器116-128;閘閥130，以用于加載和卸載基底;頂板202;感受器組件206，其包括感受器或板204;以及導管132、134，以用于例如將電線和/或氣體管線提供至多區(qū)氣相反應器100的部分。
[0039]多區(qū)氣相反應器100示出為具有七個豎直疊置的反應區(qū)，其中每個反應區(qū)包括氣體入口和排放出口。根據本公開的其它示例的多區(qū)氣相反應器可包括任何合適數目的反應區(qū)。以舉例的方式，多區(qū)氣相反應器可包括2-20、2-15、2-13、或2-11個反應區(qū)。此外，雖然每個反應區(qū)示出為具有氣體入口和氣體出口，但在一些情況下，反應區(qū)可僅包括氣體出口或氣體入口。反應區(qū)的高度可根據所需反應變化。以一些示例為例，例如，就ALD或ALE加工而言，反應區(qū)的高度可以為從約0.1mm至約20、約0.2mm至約10mm、約0.2mm至約0.5mm，或者為約5mm至約10_。每個反應區(qū)內的流量、溫度和操作壓力也可根據所需反應變化，或者可包括通常用于加工基底的流量、壓力和溫度。以舉例的方式，壓力可在從約100毫托至約50托的范圍內，溫度可在從約100°C至約700°C的范圍內，并且流量(例如，對于凈化氣體和/或前體氣體來說)可在從約1sccm至約1slm的范圍內。
[°04°] 可移動的加工區(qū)域208包括一個或多個反應區(qū)。在圖示示例中，加工區(qū)域208包括頂板202的底部表面和感受器組件206的上表面(例如，板或感受器204的上表面)。圖2(a)和圖2(b)示出了在多區(qū)氣相反應器100的上部區(qū)域中的加工區(qū)域208。在這種情況下，加工區(qū)域208包括氣體入口 209、排放出口 210、板202的底部表面212和感受器204的頂部表面214。
[0041]頂板202(在本文中也稱為可移動的板)可包括實心或可滲透的板。根據本公開的一些實施例，頂板202包括噴頭。根據附加或備選的實施例，頂板202可包括直接等離子系統(tǒng)的一部分，例如，頂板202可形成直接等離子系統(tǒng)的電極的全部或一部分。根據這些實施例的各個方面，頂板202可被加熱、冷卻或處于環(huán)境溫度，和/或在等溫條件下運行。如在圖2(b)和圖3(b)中最清楚所示，多區(qū)氣相反應器100可包括聯(lián)接到頂板202的屏障216。屏障216幫助將加工區(qū)域208與多區(qū)氣相反應器100內的其它區(qū)或區(qū)域隔離。根據其它示例性實施例，諸如本文所述多區(qū)氣相反應器的反應器可包括引導件2802、2812和導向塊2804和/或導向軸承2806，以引導屏障2808、2810，如圖28所示。
[0042]底板204(在本文中也稱為感受器204)可被加熱、冷卻或處于環(huán)境溫度，和/或在等溫條件下運行。另外或備選地，底板204可形成直接等離子系統(tǒng)的一部分，例如，底板202可形成等離子系統(tǒng)的電極的全部或一部分。多區(qū)氣相反應器100也可包括聯(lián)接到感受器204的屏障218，以幫助將加工區(qū)域208與多區(qū)氣相反應器100內的其它區(qū)或區(qū)域隔離。
[0043]現(xiàn)在轉到圖3(a)和圖3(b)，反應器100的一部分示出為具有處于加載/卸載位置的底板204。頂板202也可處于加載/卸載位置，以有利于更快的加載/卸載時間。在該構型中，多區(qū)氣相反應器100可接納基底，或者基底可從多區(qū)氣相反應器100被卸載(例如從或至晶片轉運站)，該晶片轉運站可以適當地處于真空條件下。
[0044]圖3(c)和圖3(d)示出了一種用于將收集器(例如，收集器116-128)聯(lián)接到多區(qū)氣相反應器100的外部的示例性技術。相同或類似的技術可用來將擴散器102-114聯(lián)接到多區(qū)氣相反應器100的外部。在圖示示例中，O形環(huán)302、304用來在收集器128和多區(qū)氣相反應器100的外部310之間形成密封。外部310可包括O形環(huán)凹槽312、314以接納O形環(huán)302、304。在O形環(huán)302、304之間的空間303可被真空栗吸以形成靜態(tài)密封。
[0045]圖4更詳細地示出了感受器組件206。感受器組件206設計成在加工期間將基底(例如，半導體晶片)保持在位。感受器組件206包括感受器204和機械地聯(lián)接到感受器204的構件402。構件402可以是導管，加熱和/或冷卻管線被插入穿過該導管。此外，構件402和感受器204可以被可旋轉地聯(lián)接，使得感受器204可在后續(xù)的加工和/或基底加載或卸載期間旋轉(連續(xù)地或被轉位)。
[0046]圖5(a)至圖5(c)示出了系統(tǒng)500，其包括多個多區(qū)氣相反應器502、504和基底轉運站506。出于圖示目的，系統(tǒng)500示出為具有兩個多區(qū)氣相反應器502、504。然而，根據本公開的系統(tǒng)可包括任何合適數目的多區(qū)氣相反應器。例如，晶片轉運站506可聯(lián)接到例如兩個、四個、五個、六個或八個多區(qū)氣相反應器以及一個或多個基底加載/卸載區(qū)域。基底可被同時加載到多區(qū)氣相反應器502、504和/或其它這樣的反應器的相應的加載/卸載區(qū)域中。
[0047]多區(qū)氣相反應器502、504可以與多區(qū)氣相反應器100或本文所述任何其它多區(qū)氣相反應器相同或類似。在圖示示例中，每個多區(qū)氣相反應器502、504包括多個擴散器。多區(qū)氣相反應器502包括擴散器508-520，并且多區(qū)氣相反應器504包括擴散器522-534。類似地，每個多區(qū)氣相反應器502、504包括多個收集器。多區(qū)氣相反應器504的收集器536-548在圖5(b)中示出。每個反應器也可包括閘閥加載區(qū)域550。
[0048]類似于多區(qū)氣相反應器100，多區(qū)氣相反應器502、504包括頂板552、554和底板556、558，頂板552、554可與頂板202相同或類似，底板556、558可與感受器204相同或類似。頂板552和554可一致地或彼此獨立地和/或與它們相應的底板/感受器556、558獨立地移動。
[0049]現(xiàn)在轉到圖6(a)至圖9(b)，示出了適合同時加工多個基底的多區(qū)氣相反應器600。多區(qū)氣相反應器600可以與多區(qū)氣相反應器100、502或504相同或類似，但多區(qū)氣相反應器600可按比例調節(jié)以同時加工多個基底，例如，2個、3個、4個、5個、6個、7個或8個基底。多區(qū)氣相反應器600可以是獨立的反應器或諸如系統(tǒng)500的系統(tǒng)的一部分。反應器600包括加載/卸載區(qū)域630，其被構造成允許將基底加載到反應器600中或從反應器600卸載。
[0050]類似于上述反應器，多區(qū)氣相反應器600包括多個擴散器602-614和多個收集器616-628。擴散器602-614和收集器616-628可與本文所述其它擴散器和收集器相同或類似；然而，擴散器602-614和收集器616-628被按比例調節(jié)以在加工區(qū)域內同時加工多個基底。[0051 ]多區(qū)氣相反應器600包括:頂板702，其具有與其相關聯(lián)的屏障706;和底板/感受器704，其具有與其相關聯(lián)的屏障708。相關聯(lián)的屏障706、708隨相應的板702、704移動并可聯(lián)接到板702、704，以幫助隔離加工區(qū)域720。例如，如果多區(qū)氣相反應器600包括η個反應區(qū)，那么屏障706、708在η-1個、η-2個、η-3個、η-4或類似數目個反應區(qū)上延伸。在圖示示例中，屏障706、708在η-1個區(qū)上延伸。
[0052]多區(qū)氣相反應器600包括凹部712、714以接納屏障706、708。凹部712、714延伸以允許板到達底部位置(例如，加載/卸載位置)和頂部位置(例如，以用作在反應器600內的頂部反應區(qū)之內或之上的頂板)。多區(qū)氣相反應器600也包括插件716、718。插件716、718可形成凹部712、714的一部分。插件716、718減小反應器600的內部體積，同時允許使用屏障706、708。減小反應器600內部體積是有益的，因為可以減少獲得所需真空條件的抽氣時間。
[0053]圖7、圖9(a)和圖9(b)示出了在頂部反應區(qū)中的加工區(qū)域720。圖8(a)和圖8(b)示出了在底部反應區(qū)中的加工區(qū)域720。
[0054]圖10和圖11示出了包括感受器704的感受器組件1100，以用于加工多個基底。感受器組件1100可與感受器組件206相同或類似，不同的是感受器組件1100包括具有頂部表面1002的感受器704，頂部表面1002可在加工期間將兩個或更多個基底保持在位。感受器組件1100也包括機械地聯(lián)接到感受器1004的構件1102。構件1102可包括導管或者是實心構件，加熱和/或冷卻管線插入穿過該導管。構件1102和感受器704可以可旋轉地聯(lián)接到一起，使得感受器704可在基底加工和/或加載和卸載期間旋轉。
[0055]圖12(a)至圖13(b)示出了另一個多區(qū)氣相反應器1200。多區(qū)氣相反應器1200類似于多區(qū)氣相反應器100、502、504、600，不同的是多區(qū)氣相反應器1200示出為具有11個反應區(qū)，每個反應區(qū)包括擴散器(例如，擴散器1202-1224中的一個)和收集器(例如，對應的收集器1226-1246中的一個)。類似于上述多區(qū)氣相反應器，多區(qū)氣相反應器1200包括頂板1302、底板1304、屏障1306、1308、以及加載/卸載區(qū)域1248。在圖示情況中，屏障1306、1308在至少一個相鄰的反應區(qū)上延伸。
[0056]現(xiàn)在轉到圖14和圖15，示意性地示出了示例性的一體化閘閥(IGV)組件1400和1500。如上文所指出的，IGV組件可用來隔離加工區(qū)域或反應區(qū)與其它反應區(qū)和/或反應器內的其它區(qū)域。IGV組件可聯(lián)接到擴散器的入口，例如，本文所述擴散器中的任一個。一般來講，本文所述示例性IGV組件通過栗送和/或反吸流導和/或栗速度的選擇在反應區(qū)或區(qū)域之間提供所需隔離。
[0057]IGV組件1400包括入口前體閥1402、排放前體閥1404(例如，連接到排放源的反吸閥)、以及惰性氣體入口 1408和1410。如圖所示，惰性氣體入口 1408、1410可在朝反應區(qū)入口1412且朝排放閥1414、1416的方向上提供惰性氣體(例如，氮氣、氬氣等)，排放閥可適當地包括反吸閥。這有利于凈化前體管線1418并減少與其它前體管線1420、1422的混合。如圖所示，組件1400可包括分別用于前體管線1420和1422的附加的惰性氣體入口 1424、1426。
[0058]IGV組件1500包括前體入口閥、惰性氣體閥1504-1510和排放閥1512。在IGV組件1500的操作期間，當前體被弓I入到反應區(qū)入口 1514時，前體閥1502和惰性氣體閥1504、1508(例如，低流量閥)開啟，以向附近的反應區(qū)等提供附加的阻隔。為了凈化前體管線1516，閥1506和1510可打開，以提供額外的惰性氣體流。根據這些實施例的一些方面，閥1502和1512可在加工期間保持開啟或打開，因為反應區(qū)的主排放口可以是最高流導，因此當屏障(例如，屏障1306等)不阻擋前體進入反應區(qū)時，前體橫跨基底流動，并且少量前體將流至排放口(例如，通過閥1512)。當入口被堵塞(例如，通過屏障)時，氣體流動阻力足夠高，使得全部或大部分前體將與來自上方和/或下方的凈化氣體一起直接流至排放口，而不流至反應室。
[0059]圖26和圖27示出了附加的示例性反應器，其包括氣體簾幕以有利于反應區(qū)或加工區(qū)域與反應器的其它區(qū)或區(qū)域隔離。反應器2600包括前體入口 2602、2604(其對應于不同的反應區(qū)域)、惰性氣體入口 2606-2612、可移動的板2614和感受器2616，感受器2616可以是感受器組件的一部分。在反應器2600的操作期間，惰性氣體如由相應的箭頭所指示的流動，以提供氣體簾幕。惰性氣體從入口 2606-2612朝排放口 2618流動。
[0060]反應器2700包括惰性氣體入口 2702、2704。在圖示示例中，惰性氣體進入氣體入口2702，流動通過聯(lián)接到可移動的板2708的導管2706，并且在側壁2712和屏障2710之間繼續(xù)流至排放口 2714。類似地，惰性氣體(其可與導管2706中的惰性氣體相同或類似)從入口2704流過可聯(lián)接到感受器2718的導管2716，并且繼續(xù)在側壁2720和屏障2722之間流至排放口 2724，排放口 2724可與排放口 2714相同。如由箭頭所示的惰性氣體流提供氣體簾幕，以有利于在反應區(qū)和/或區(qū)域之間的隔離。
[0061]圖29-33示出了用于隔離附近的反應區(qū)中的前體的另一種技術。在圖示示例中，反應器2900包括多個反應區(qū)2902-2920、2921和2923。類似于本文所述的其它反應器，反應器2900包括頂板2922、底板2924和屏障2926、2928。雖然示出為前體反應區(qū)在每一側上由兩個前體反應區(qū)圍繞，但示例性反應器不受此限制。其它反應器可包括鄰近前體反應區(qū)的一個或多個凈化反應區(qū)。
[0062]反應區(qū)2904、2910和2916可用來將基底暴露于前體，例如，在諸如ALD或ALE過程的CVD加工中使用的前體。一個或多個(例如，兩個)凈化反應區(qū)2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920鄰近每個前體反應區(qū)2904、2910和2916。利用一個或多個凈化反應區(qū)2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920，相鄰的前體反應區(qū)2904、2910和2916提供一種或多種前體與在附近的反應區(qū)中使用的其它前體的隔離。通常希望將氣體(特別是前體)分離，以防止氣體的不期望的混合。例如在一個或多個凈化反應區(qū)2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920中的前體的混合可造成顆粒在這些區(qū)域中形成。
[0063]來自凈化反應區(qū)2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920的一些凈化氣體可漏入附近的前體反應前體反應區(qū)2904、2910和2916中。一般來講，在凈化氣體壓力最高的地方，例如在凈化氣體的入口附近，存在更多凈化氣體漏入前體反應區(qū)2904、2910和/或2916中的趨勢。為了增加氣體(例如，前體分離)，凈化氣體(例如，在凈化反應區(qū)2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920中)可以以從前體氣體的引入角度錯開的角度被引入。例如，前體氣體的入口和對應的出口以及凈化氣體的入口和對應的出口可錯開30、45、60、90、120、135、180度、或這樣的角度或其它角度的任何組合。從另一個方向引入凈化氣體可以增加前體反應區(qū)2904、2910和/或2916內的前體的稀釋，但大體上減小前體的不期望的混合的可能。為了提供附加的隔離，不在反應區(qū)中使用的前體可被關斷。
[0064]以舉例的方式，參照圖29，基底2930暴露于反應區(qū)2910中的第一前體“B”。在這種情況下，前體“A”被關斷(例如，閥關閉)，并且到凈化反應區(qū)2902、2906、2908、2912、2914、2918、2920的凈化管線開啟。備選地，到一個或多個相鄰的凈化反應區(qū)的凈化管線開啟，并且其它凈化管線可以關閉。
[0065]參照圖30，當頂板2922和底板2924向上移動時，屏障2928和來自區(qū)2912、2914、2906和2906的凈化氣體阻止前體“B”進入附近的反應區(qū)2904和/或2916。
[0066]當基底2930在反應器2900中繼續(xù)向上移動時，基底2930暴露于反應區(qū)2912中的第一凈化氣體，如圖31所示。在這種情況下，相鄰的前體“A”和“B”可被關斷，如圖所示?；?930可接著暴露于反應區(qū)2914中的第二凈化氣體，如圖32所示。
[0067]基底2930可接著暴露于反應區(qū)2916中的前體“A”，同時前體“B”關閉，如圖33所示。凈化反應區(qū)2918、2920和2912、2914為例如反應區(qū)2910和2921提供額外的隔離。
[0068]在基底加工期間，頂板2922和底板2924可從加載/卸載區(qū)域至反應區(qū)2902-2923連續(xù)地移動通過反應器2900。板的加速度(在沒有真空吸盤的情況下)可以為約0.67g。以特定示例為例，單位晶胞可被限定為凈化反應區(qū)，第一前體反應區(qū)、兩個相鄰的凈化反應區(qū)、第二前體反應區(qū)和另一個凈化區(qū)高度可以為約80mm。在這種情況下，行進通過單位晶胞的時間可以為約280ms。利用真空吸盤和3g加速度，行進時間可以減少至約130ms。如果頂板2922和底板2924以轉位方式移動，橫貫單位晶胞的時間將大體上增加。
[0069]現(xiàn)在轉到圖16-22，示出了使用多區(qū)氣相反應器的示例性方法。該方法利用反應器1600便利地示出，反應器1600包括可移動的感受器組件1602、可移動的板1604、閘閥開口1606、以及反應區(qū)1702、1802、1902、2002和2102。雖然在圖16-22中未示出，但反應器1600可包括屏障和/或IGV組件，如別處描述和示出的。
[0070]在反應器1600的操作期間，基底1608被加載到感受器1612的頂部表面1610上。如圖所示，基底1608可利用頂升銷1614、1616加載到感受器1612上和/或從感受器1612移除，頂升銷1614、1616穿過感受器1612的至少一部分。一旦基底1608被加載到感受器1612上，閘閥1606即關閉。
[0071]通過將感受器組件1602和可移動的板1604移動至反應區(qū)1702位置，基底1608可被移動至包括反應區(qū)1702的加工區(qū)域。如上文所指出的，感受器組件1602和可移動的板1604可一起移動或單獨地移動至針對各個反應區(qū)的位置、加工區(qū)域和加載/卸載位置。
[0072]包括反應區(qū)1702的加工區(qū)域可用于各種過程，包括清潔或處理基底表面。例如，氫氣和/或氨氣可用來處理在包括反應區(qū)1702的加工區(qū)域中的基底的表面。反應物可從入口1704和/或從頂板1604進入。反應物可包括活性種和/或可暴露于等離子過程。
[0073]接著，基底1608被移動至包括反應區(qū)1802的加工區(qū)域。如圖所示，感受器組件1602可在加工期間在包括反應區(qū)1802的加工區(qū)域(或反應器1600中的任何地方，包括加載/卸載區(qū))中旋轉。以舉例的方式，ALD沉積過程的第一前體可在入口 1804處被引入。在包括反應區(qū)1902的加工區(qū)域處，第二前體可在入口 1904處被引入。第一和第二前體可用于例如ALD或ALE加工。
[0074]在包括反應區(qū)2002的加工區(qū)域處，基底1608暴露于第一前體(或另一種前體)。如圖所示，前體可在反應器1600的相對側被引入。在各個反應區(qū)的各種位置引入反應物或其它氣體可有利于均勻的氣相過程，例如，沉積、蝕刻、清潔和處理過程。在各種位置引入反應物也可有利于反應器設計(例如，具有較小體積的反應器)。如上文所指出的，反應器的入口和/或出口可錯開例如30、45、60、90、120、135或180度。
[0075]基底1608在包括反應區(qū)2102的加工區(qū)域中暴露于來自氣體入口 2104的另一種前體。前體可與在反應區(qū)1902中使用的前體相同或不同。
[0076]基底1608可在反應區(qū)1702-2102之間適當地移動所需次數，例如，直到所需量的材料被沉積或移除。感受器組件1602可接著被下降至圖16中所示加載/卸載位置1620。
[0077]圖22示出了處于低位置(例如，加載/卸載位置)的感受器1612和處于高位置(例如，反應區(qū)1702位置或以上)的可移動的板1604。當可移動的板1604和感受器1612在這些位置時，包括反應區(qū)1702-2102的加工區(qū)域2202可被清潔或處理。例如，區(qū)域2202可暴露于直接和/或遠程的等離子清潔或處理過程。雖然區(qū)域2202示出為涵蓋反應區(qū)1702-2102、感受器1612和可移動的板1604，但加工區(qū)域在這樣的加工期間可涵蓋一個或多個反應區(qū)1702-2102中的任一個。類似地，本文所述其它反應器的可移動的板和感受器可被移動至類似的位置，以形成這樣的加工區(qū)域。
[0078]如本文所述的示例性多區(qū)氣相反應器的另一個特征是能夠將氧化鋁或類似的涂層施加到反應器的區(qū)域，例如，施加到一個或多個反應區(qū)(例如，區(qū)1702-2102或其任何子集)。氧化鋁可用作到反應器表面的阻擋層，以使?jié)撛诘慕饘傥廴咀钚』?。氧化鋁涂層也可用來包覆反應器壁上的任何非所需的薄膜形成物，以便提高反應器壽命。氧化鋁涂層也可提高清潔和翻新反應器的能力。
[0079]圖23-25示出了根據本公開的示例性反應器的附加的示例性構型。圖23示出了多區(qū)氣相反應器2300，其包括七個反應區(qū)2302-2314和加載/卸載區(qū)2330。
[0080]在多區(qū)氣相反應器2300的操作期間，基底2316經由氣體閥開口 2322加載到感受器組件2320的感受器2318上?；?316可通過移動感受器組件2320和可移動的板2324而移動至包括一個或多個反應區(qū)2302-2314的各個加工區(qū)域。在圖示示例中，基底2316暴露于在包括反應區(qū)2302的加工區(qū)域中的第一前體、在包括反應區(qū)2304的加工區(qū)域中的凈化氣體、在包括反應區(qū)2306的加工區(qū)域中的第二前體、在包括反應區(qū)2308的加工區(qū)域中的凈化氣體、在包括反應區(qū)2310的加工區(qū)域中的第一前體、在包括反應區(qū)2312的加工區(qū)域中的凈化氣體、以及在包括反應區(qū)2314的加工區(qū)域中的第二前體?；?316可在包括反應區(qū)2302-2314的加工區(qū)域中被移動所需次數，例如，直到所需量的材料被沉積或從基底2316的表面被移除。
[0081 ]圖24示出了另一個示例性的反應器構型。多區(qū)氣相反應器2400包括反應區(qū)2402-2410。在圖示示例中，反應加工區(qū)域2430包括在可移動的板2412和感受器2414之間的兩個反應區(qū)2408、2410。在這種情況下，第一氣體和第二氣體可被引入可移動的板2412的底部表面2420和感受器2414的頂部表面2422之間。第一氣體2416和第二氣體2418可被同時或順序地引入。例如，第一前體氣體和第二前體氣體可在CVD過程期間被同時引入。第一和第二氣體中的一者或多者可包括惰性氣體。雖然示出為具有兩個氣體入口，但如本文所述的多區(qū)氣相反應器的反應區(qū)和/或加工區(qū)域可包括任何合適數目的氣體入口，以用于反應物、載氣和/或凈化氣體。
[0082]反應器2500示出為具有一個反應區(qū)2502、包括噴頭氣體分布設備2506的可移動的板2504、感受器組件2508和加載/卸載區(qū)2510。可移動的板和/或可移動的感受器組件2808允許反應區(qū)2502的可變的間隙控制。氣體分布設備2506可形成直接等離子系統(tǒng)的一部分。在圖示示例中，反應器2500允許氣體的錯流和豎直流動兩者。這提供了備選的手段以使前體保持分離，以免混合和導致顆粒生成。具有最高所需程度的通量均勻性的前體可通過噴頭氣體分布設備2506分布，同時另一種前體可經由錯流路徑遞送。
[0083]雖然示出為具有一個反應區(qū)2502，但根據其它示例性實施例的反應器可包括噴頭氣體分布設備和任何合適數目的反應區(qū)。
[0084]雖然本文闡述了本公開的示例性實施例，但應當理解，本公開不受其限制。例如，雖然反應器、反應器系統(tǒng)和方法結合各種具體構型進行描述，但本公開不一定限于這些示例。實際上，除非另外指明，本文所述各種反應器和系統(tǒng)的特征和部件可被互換。在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以進行本文闡述的反應器、系統(tǒng)和方法的各種修改、變型和改進。
[0085]本公開的主題包括各種系統(tǒng)、組件、反應器、部件和構型的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合和本文所公開的其它特征、功能、動作和/或特性，以及其任何和全部等同形式。
【主權項】
1.一種多區(qū)氣相反應器，包括: 多個豎直疊置的反應區(qū)，其中，每個反應區(qū)包括氣體入口和排放出口中的一個或多個； 可移動的板，其包括底部表面；以及 可移動的感受器組件，其具有頂部表面， 其中，可移動的加工區(qū)域包括所述底部表面、所述頂部表面和一個或多個反應區(qū)。2.根據權利要求1所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述加工區(qū)域包括錯流加工區(qū)域。3.根據權利要求1所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述感受器保持多個基底。4.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，還包括在所述反應區(qū)中的兩個之間的氣體簾幕。5.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，還包括聯(lián)接到所述氣體入口中的一個或多個的惰性氣體閥門系統(tǒng)。6.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，區(qū)的數目選自由下列組成的組:2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12 和 13。7.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述感受器包括加熱器。8.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述加工區(qū)域包括直接等咼子系統(tǒng)。9.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，還包括聯(lián)接到所述反應區(qū)中的一個或多個的遠程等離子單元。10.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述頂板包括加熱器。11.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述頂板和所述感受器組件獨立地移動。12.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述頂板被構造成連續(xù)地移動通過所述多區(qū)氣相反應器。13.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述頂板的移動是被轉位的。14.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述底板被構造成連續(xù)地移動通過所述多區(qū)氣相反應器。15.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述底板的移動是被轉位的。16.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述感受器組件的感受器旋轉。17.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述頂板包括噴頭氣體分布系統(tǒng)。18.根據權利要求17所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述噴頭氣體分布系統(tǒng)為等溫氣體分布系統(tǒng)。19.根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述多個豎直疊置的反應區(qū)包括前體反應區(qū)和凈化反應區(qū)。20.根據權利要求19所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述多個豎直疊置的反應區(qū)包括一前體反應區(qū)和各自在所述前體反應區(qū)的兩側中的一側上的兩個相鄰的前體反應區(qū)。21.根據權利要求19所述的多區(qū)氣相反應器，其中，所述前體反應區(qū)的入口和所述凈化反應區(qū)的入口錯開。22.—種多區(qū)氣相反應器系統(tǒng)，包括: 根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器； 反應物氣體源，其聯(lián)接到所述多區(qū)氣相反應器； 凈化氣體，其聯(lián)接到所述多區(qū)氣相反應器；以及 真空源，其聯(lián)接到所述多區(qū)氣相反應器。23.—種使用所述多區(qū)氣相反應器的方法，所述方法包括以下步驟: 提供根據權利要求1-3中的任一項所述的多區(qū)氣相反應器； 提供基底； 將所述基底在豎直方向上移動至包括第一反應區(qū)的加工區(qū)域；以及 使所述基底暴露于第一過程。24.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，還包括將所述基底豎直地移動至包括第二反應區(qū)的加工區(qū)域和使所述基底暴露于第二過程。25.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述第一過程選自由下列組成的組:沉積、蝕刻、清潔和處理。26.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述第二過程選自由下列組成的組:沉積、蝕刻、清潔和處理。27.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述加工區(qū)域包括多個反應區(qū)。28.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，包括單獨地移動所述可移動的板和所述可移動的感受器的步驟。29.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述多區(qū)氣相反應器包括在所述反應區(qū)中的兩個之間的氣體簾幕。30.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述基底在沒有氣閘的情況下在包括第一反應區(qū)的加工區(qū)域和包括第二反應區(qū)的加工區(qū)域之間移動。31.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述基底在沒有真空閘的情況下在包括第一反應區(qū)的加工區(qū)域和包括第二反應區(qū)的加工區(qū)域之間移動。32.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述多個反應區(qū)中的至少一個包括原子層沉積反應區(qū)。33.根據權利要求23所述的使用多區(qū)氣相反應器的方法，其中，所述加工區(qū)域包括噴頭。
【文檔編號】C23C16/455GK105970187SQ201610141027
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】C·L·懷特, M·維戈瑟, E·J·希羅, T·R·鄧恩
【申請人】Asm Ip控股有限公司