專(zhuān)利名稱(chēng)：用于大面積多層原子層化學(xué)氣相處理薄膜的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用于以單個(gè)原子層精度化學(xué)氣相處理各種材料的多層薄膜 的裝置和方法的領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及以單個(gè)原子層精度在撓性 襯底(flexible substrate)上高速處理多層薄膜，以用于制造半導(dǎo)體器件、 大面積薄膜光伏太陽(yáng)能電池(photovoltaic solar cell )、撓性顯示器(flexible display)以及燃料電池用催化電極，或其他應(yīng)用。
相關(guān)
背景技術(shù)：
薄膜處理構(gòu)成了制造各種各樣的高級(jí)器件，例如微電子器件、光電子 器件和光子器件、薄膜光伏太陽(yáng)能電池以及光學(xué)鍍膜等的關(guān)鍵部分。在所 有這些應(yīng)用中，大面積處理的均勻性連同處理的高速度對(duì)實(shí)現(xiàn)規(guī)才莫經(jīng)濟(jì)一 直都很重要。目前，在工業(yè)中實(shí)施各種各樣的薄膜沉積技術(shù)，例如化學(xué)氣 相沉積(CVD)以及物理氣相沉積(PVD)來(lái)沉積金屬、半導(dǎo)體以及絕緣 體的薄膜。這些技術(shù)以及相關(guān)的薄膜沉積技術(shù)依賴(lài)于流量(flux)，并因此 能夠在較大面積的襯底上提供很理想的薄膜均勻性，而在裝置的設(shè)計(jì)和操 作以及更高的成本方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)。盡管這些技術(shù)可以按幾十 nm/min到幾百nm/min的高速度沉積薄膜，但明顯的缺點(diǎn)是不能沉積精密 的(narrow)、亞微米幾何特征的高質(zhì)量且共形的薄膜以及較高膜厚均勻性 的膜，較高膜厚均勻性的膜隨著襯底面積的增加極難實(shí)現(xiàn)。在普遍的薄膜沉積技術(shù)中的這些不足已在很大程度上由薄膜沉積方 法最近在本領(lǐng)域中稱(chēng)為原子層沉積或簡(jiǎn)稱(chēng)ALD的新方法消除，該方法在
20世紀(jì)70年代中期發(fā)明，但直到最近才應(yīng)用到微電子器件制造。ALD是 CVD的變化形式。ALD方法基于公知的化學(xué)吸附原理，形成反應(yīng)氣體分 子強(qiáng)附的單層(strongly adherent monolayer )，因此ALD方法是自限制性 的，并且還不受襯底的面積約束。此外，ALD薄膜一般是共形的，甚至以 襯底表面形態(tài)的深的、亞微米的幾何形狀。這些對(duì)于各種各樣的高級(jí)器件 處理是非常有效且廣受歡迎的特質(zhì)。在典型的ALD方法中，反應(yīng)氣體的
近的惰性氣體脈沖(inert gas pulse )清除。所有的氣體^皮連續(xù)地注入，并 蔓延到整個(gè)襯底表面，以形成待沉積的單層薄膜。適當(dāng)加熱村底或以另一 種方式提供具有必需的激活能的襯底，以影響總的化學(xué)吸附反應(yīng)和化學(xué)反 應(yīng)來(lái)形成產(chǎn)物薄膜。因此，ALD方法一般由包括兩種惰性氣體脈沖的四個(gè) 脈沖組成。重復(fù)四個(gè)氣體脈沖的總的工藝步驟，以通過(guò)循環(huán)的方式，以單 層精度制造期望的膜厚。典型的ALD方法由下面的方程式1中顯示的通 用化學(xué)反應(yīng)示意性地表示
Ax2(氣)+P+By2(氣)+P— AB(固)+ 2xy(氣)+ P( 1 )
(笫一脈沖)(第二脈沖)(第三脈沖)(第四脈沖)單層 副產(chǎn)品
在A(yíng)LD方法中，在上面描述的方程式(1 )的反應(yīng)中，惰性氣體P的 第二脈沖導(dǎo)致在襯底表面上產(chǎn)生Ax2類(lèi)型物質(zhì)(specie)的化學(xué)吸附單層， 所述Ax2類(lèi)型物質(zhì)的化學(xué)吸附單層隨后進(jìn)一步與反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)By2反應(yīng)形 成單層AB。惰性氣體P的第四脈沖除去反應(yīng)副產(chǎn)品xy以及還有4壬何過(guò)量 的By2。可通過(guò)處理室(process chamber)的簡(jiǎn)單的抽空(evacuation)替 代在方程式(l)中描述的反應(yīng)中的惰性氣體脈沖，以便除去來(lái)自村底表 面的過(guò)量的反應(yīng)物Ax2 ，然而，惰性氣體的沖擊(impingement)通過(guò)提供 沖量提高了除去襯底附近過(guò)量的反應(yīng)氣體Ax2 (以及還有B》'2和整個(gè)化學(xué) 反應(yīng)的副產(chǎn)品xy)的效率。而且，惰性氣體不積極地參與整個(gè)化學(xué)反應(yīng)。實(shí)施ALD過(guò)程的又一種方法是保持室中惰性氣體的恒流(constant flow),并在其間設(shè)置具有足夠的時(shí)間間隔的反應(yīng)氣體脈沖。同時(shí)，惰性氣 體的第二脈沖或第四脈沖或這兩個(gè)脈沖的除去(或者即使只使用抽空步驟 代替惰性氣體脈沖)將使總的反應(yīng)機(jī)理從ALD類(lèi)型變換到高速的CVD類(lèi) 型。包括四個(gè)脈沖的整個(gè)過(guò)程應(yīng)適當(dāng)?shù)胤Q(chēng)為單層沉積過(guò)程。然而，原子層 沉積從一開(kāi)始就廣為流行并在之后已^皮接受。在第4,058,430號(hào)美國(guó)專(zhuān)利 中，Suntola等人描述了 ALD方法的基本原理以及基本的反應(yīng)器硬件 (reactor hardware ),該專(zhuān)利通過(guò)引用包括在本i兌明書(shū)內(nèi)。
實(shí)際上，因?yàn)锳LD過(guò)程關(guān)鍵取決于完成一個(gè)ALD過(guò)程循環(huán)所用的時(shí) 間，所以典型的ALD過(guò)程與常規(guī)的CVD過(guò)程相比相當(dāng)緩慢。在A(yíng)LD中， 除了氣體脈沖機(jī)構(gòu)(gas pulsing mechanism )和硬件，比如快速開(kāi)關(guān)閥的操 作的速度之外，循環(huán)時(shí)間還依賴(lài)于A(yíng)LD反應(yīng)器內(nèi)的氣體停留時(shí)間(以及 還依賴(lài)于非湍流(non-turbulent)氣流)，它們的效率、可靠性以及使用壽 命是重要的因素。ALD反應(yīng)器中依賴(lài)于反應(yīng)器容積、操作壓力以及氣體流 速的氣體停留時(shí)間對(duì)于測(cè)量為差不多1平方米的大襯底可達(dá)幾秒鐘，得到 僅是lnm/mm的沉積速度。因此，ALD對(duì)大面積村底的實(shí)際應(yīng)用局限于例 如幾十納米或以下的很薄的膜?？赏ㄟ^(guò)使用批處理部分地改善這種情況。 然而，由于各種各樣的因素，如襯底背面沉積(substrate backside deposition),成比例的4交大容積以及襯底的裝卸時(shí)間，批處理器(batch processor)是不符合要求的。因而，行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)有利于較小容積、單襯 底或小批(每批四到五個(gè)襯底)的ALD反應(yīng)器。因此，為了有效的ALD 反應(yīng)器操作，通過(guò)比較所有這些因素的利弊及其對(duì)ALD循環(huán)時(shí)間的影響 做出了明智的選擇，以得出必需的應(yīng)用的最優(yōu)解決方案。
可妨礙襯底上背面沉積的多晶片批處理器(multiple-wafer batch processor)在硅和化合物半導(dǎo)體薄膜，例如GaAs及其他的外延薄膜領(lǐng)域 很普遍。用于此目的的最成功的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)之一是筒型反應(yīng)器(barreltype reactor),在該筒型反應(yīng)器中，許多襯底安裝在梯形固體襯托器(susceptor) 的面上。可通過(guò)例如外部照明器的裝置或通過(guò)感應(yīng)加熱裝置(inductive heating arrangement)來(lái)加熱襯托器。反應(yīng)氣體一般從頂部引入，并在從筒的底部排出之前流過(guò)村底，而安裝在固體襯托器上的襯底可在筒內(nèi)繞村托
器的垂直軸旋轉(zhuǎn)。多晶片筒CVD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)只是最基本的水平CVD反應(yīng) 器結(jié)構(gòu)的推廣，其中水平CVD反應(yīng)器繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)90。及其倍數(shù) (multiplied )。 Jensen和Kern在Thin Film Processes (II), p. 296 — 299; J. L. Vossen and W. Kern (eds.), Academic Press, New York, 1991中描述了這兩 種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，所述文章同樣在此通過(guò)引用被包括在內(nèi)。盡管筒CVD反 應(yīng)器結(jié)構(gòu)在小面積襯底上有用，然而卻因?yàn)榛旧掀叫?縱向)于襯底表 面的內(nèi)部氣流機(jī)構(gòu)而被認(rèn)為是低效的。此氣流結(jié)構(gòu)導(dǎo)致較長(zhǎng)的路徑長(zhǎng)度， 并因此導(dǎo)致較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間。因此，它對(duì)于CVD類(lèi)型的方法更加合適。 第5,458,725號(hào)美國(guó)專(zhuān)利描述了一種多管裝置，各管都有平行于固定的多 邊形村托器設(shè)置的孔，使得來(lái)自管的氣體在基本上平行于固定的襯托器的 方向上^皮引導(dǎo)，以減少落在附到襯托器的襯底上的粒子。第5,716,484號(hào) 美國(guó)專(zhuān)利描述了 一種類(lèi)似的多個(gè)垂直管裝置，各管在自身的三個(gè)側(cè)面上都 有一組孔，設(shè)置在固定的多邊形襯托器周?chē)?。?lái)自管的流沖擊固定的襯托 器，也吹掃筒的內(nèi)表面，以在筒內(nèi)產(chǎn)生氣體的回旋流而減少粒子。
提出了各種各樣的ALD反應(yīng)器設(shè)計(jì)，以通過(guò)在小批結(jié)構(gòu)中使用多個(gè) 襯底且對(duì)襯底同時(shí)處理來(lái)加速整個(gè)ALD過(guò)程。Kim等人在第6,306,216號(hào) 美國(guó)專(zhuān)利中描述了一種用于同時(shí)處理多個(gè)襯底的ALD裝置。最近，在第 6,821,563號(hào)美國(guó)專(zhuān)利和第6,576,062號(hào)美國(guó)專(zhuān)利且還有第6,634,314號(hào)美國(guó) 專(zhuān)利中描述了具有多個(gè)線(xiàn)性注入器(linear injector)的多晶片連續(xù)流ALD 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，用于在繞中心軸旋轉(zhuǎn)并受到來(lái)自多個(gè)注入器的氣流的多個(gè)晶 片上快速分配氣體。在所有這些小批ALD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中，多個(gè)村底被設(shè) 置在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(rotating platform)上，在旋轉(zhuǎn)期間，其在線(xiàn)性注 入器下面被掃掠。Bedair等人描述了 一種連續(xù)流、多襯底ALD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)用于以2.0micron/h ( ~30nm/min )的沉積速度工作的GaAs原子層 外延過(guò)程，Bedair等人在A(yíng)pplied Physics Letter, volume 62, No. 19, 10th May 1993上公布了他們的結(jié)果。在這種ALD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中，多個(gè)襯底被設(shè)置 在在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)并共軸安裝在圓形室內(nèi)的襯托器上，所述圓形室由石英 隔離物(quartz partition)細(xì)分為六個(gè)相等的小室。室i殳置有兩個(gè)反應(yīng)物入 口和一惰性氣體入口 。安裝在旋轉(zhuǎn)村托器上的多個(gè)方形襯底可選擇地暴露在反應(yīng)物和惰性氣體中，以完成ALD循環(huán)。此外，Liu等人在SP正volume No. 1676, p. 20 (1992)中描述了一種具有安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)板(platen)上方的 線(xiàn)性注入器的多晶片ALD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和用于GaAs薄層的原子層外延層方 法。在第5,683,516號(hào)美國(guó)專(zhuān)利以及第6,521,048號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中描述了層流 塊(laminar flow block)的使用，所述層流塊包括設(shè)置在外部排氣口內(nèi)的 多個(gè)線(xiàn)性注入器，用于在水平輸送帶結(jié)構(gòu)中的連續(xù)流薄膜CVD過(guò)程。
連續(xù)流ALD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)提供了幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如潛在更高的生產(chǎn)能力 以及免去了使用快速開(kāi)關(guān)閥安排氣體順序的復(fù)雜裝置。然而，通過(guò)多晶片 ALD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)的收益可能受到限制，這主要是因?yàn)榉磻?yīng)器容積 隨著4于底的總面積成比例的增加，因而減'隄了整個(gè)ALD循環(huán)和生成物沉 積的速度。此外，需要考慮對(duì)有效的生產(chǎn)能力有不利影響的裝卸村底Uoad and unload substrate)所需要的時(shí)間。另外，對(duì)于批ALD設(shè)備，底座 (footprint)隨著容納的襯底的數(shù)量的增加而增加，這是又一個(gè)需要仔細(xì) 考慮的因素。而且，這樣的反應(yīng)器可容納的襯底通常只是平面的。
最近，已將ALD方法提供具有低缺陷密度和大面積均勻性的薄膜的 固有優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于制造薄膜光伏太陽(yáng)能電池中的層。Guillemole等人在 Japanese Journal of Applied Physics, vol. 40, pp. 6065 - 6068 (2001)中報(bào)導(dǎo)了 在銅銦耳關(guān)勵(lì)化合物(copper indium diselenide ) ( CIGS )太陽(yáng)能電池中13.5% 的效率；且硒化銦(indium sulfide )(In2Se3 )緩沖層通過(guò)ALD沉積。Naghavi 等人在Progress in Photovoltaics, Research & Development, vol. 11, pp. 437 -443 (2003)中報(bào)導(dǎo)了包括通過(guò)ALD沉積的30nm硒化銦(In2Se3)緩沖層的 銅銦聯(lián)硒化合物太陽(yáng)能電池中16.4%的效率。Ohtake等人在Japanese Journal of Applied Physics, vol. 34, pp. 5949 - 5955 (1995)中報(bào)導(dǎo)了通過(guò) ALD沉積了 100nm厚的硒化鋅(ZnSe )緩沖層，用于銅銦聯(lián)勵(lì)化合物太 陽(yáng)能電池，電池工作效率為11%。然而新近，為達(dá)到顯著提高太陽(yáng)能電池 的效率的目的，正逐漸針對(duì)于主要的吸收體層(absorber layer)的制造應(yīng) 用ALD。 Johansson等人在Journal of Materials Chemistry, vol. 12, pp. 1022 -1026 (2002)中描述了 一種使用Cu(thd)2 [thd: 2, 2, 6, 6,-四甲基-3, 5,庚二酮] 和H2S作為前驅(qū)物(precursor)沉積硫化銅層的ALD方法。在125°C-160。C的溫度范圍內(nèi)，沉積速度約為0.03nm/cycle (循環(huán))。最近，Nanu等人 在Chemical Vapor Deposition, vol. 10, No. 1, pp. 45 - 49 (2004)中描迷了 ALD方法沉積銅銦石危(copper indium sulfide ) ( CuInS2)薄膜的結(jié)果。用于 ALD方法的前驅(qū)物為氯化亞銅(CuCl)、三氯化銦(InCl3)以及HzS,而 村底是玻璃、涂有氧化錫的玻璃以及涂有納米多孔Ti02的玻璃，其中ALD 過(guò)程的溫度在350。C-500。C范圍內(nèi)。然而，膜沉積速度大于8 s/cycle，對(duì)于 實(shí)際用于沉積約一微米厚的吸收體層來(lái)說(shuō)是相當(dāng)緩慢的。
新近，Roscheisen等人在2005/0186338號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中描述了一種 ALD裝置，該裝置用于在撓性襯底上的表面處理，所述的撓性襯底呈線(xiàn)圈 形式地繞在六邊形襯托器上。在第2005/0186342號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，Sager 等人描述了一種在長(zhǎng)的撓性襯底上沉積銅銦鎵硒(copper indium gallium selenide) ( CIGS )吸收體層的裝置和ALD方法，撓性襯底繞在固定的六 邊形襯托器上，使得線(xiàn)圈的相鄰匝(turn)不相互接觸。所有反應(yīng)氣體和 惰性氣體通過(guò)底部的公用入口被注入到ALD室中。這樣的ALD系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的目標(biāo)是在A(yíng)LD循環(huán)中極大地規(guī)劃(scale)可提供給反應(yīng)物的襯底表面 區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)能力，而不是采取任何措施在較小的襯底上加速 ALD循環(huán)速度。然而，這樣的ALD系統(tǒng)可能不得不應(yīng)對(duì)較長(zhǎng)的襯底裝卸 時(shí)間、相對(duì)于氣體注入的非撓性(inflexibility)以及導(dǎo)致更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間一 在幾分鐘的范圍內(nèi)的基本上較長(zhǎng)的脈沖寬度。對(duì)于約一微米厚的太陽(yáng)能吸 收體層，這樣的處理系統(tǒng)可能不是完全適用的。
因此，明顯迫切需要一種可在A(yíng)LD及/或CVD模式中以顯著較高的循 環(huán)速度處理大面積的撓性襯底的原子層化學(xué)氣相處理裝置，以及使用該裝 置來(lái)處理具有高度的均勻性、精密度并且在整個(gè)過(guò)程中高度控制膜厚和膜 成分的各種各樣的薄膜的方法。在此說(shuō)明書(shū)中盡可能詳細(xì)地教導(dǎo)了實(shí)現(xiàn)這 些目標(biāo)的獨(dú)特的裝置和方法。
發(fā)明概述
由相關(guān)技術(shù)的描迷看來(lái)，本發(fā)明描述了在大面積襯底上的高速原子層 處理裝置的各種各樣的結(jié)構(gòu)以及操作這樣的結(jié)構(gòu)以在撓性襯底上沉積多層薄膜的方法。在本發(fā)明各種各樣的實(shí)施方式中的裝置能夠以高速且在最 小可能的底座或物理空間內(nèi)操作，以均勻地處理一個(gè)襯底或多個(gè)村底。依
據(jù)本發(fā)明，術(shù)語(yǔ)原子層化學(xué)氣相處理(ALCVP)—般包括三個(gè)過(guò)程，即原 子層沉積(ALD)、原子層蝕刻(atomic layer etching) (ALET)—其可以 是各向同性的或者是各向異性的、以及原子層表面改性(atomic layer surface modification) ( ALSM )。
相應(yīng)地，本發(fā)明在一些實(shí)施方式中提供了一種原子層化學(xué)氣相處理 (ALCVP)反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括基本圓柱形的室，其中基本圓柱形的 襯托器共軸安裝在室內(nèi)，由此界定了其間的環(huán)形間隙。矩形撓性襯底繞在 襯托器上，以便覆蓋襯托器的圓周。撓性村底與襯托器直接熱接觸。村底 的長(zhǎng)度基本上與襯托器的圓周相等，而襯底的寬度基本上與襯托器的寬度 相等。在一些實(shí)施方式中，此獨(dú)特的ALCVP反應(yīng)器進(jìn)一步配備有安裝在 襯托器下方的固定的電阻加熱器。由通過(guò)襯托器的軸向安裝的中空柱身的 加熱器電源電纜(heater supply power cable )向加熱器提供電能。在一個(gè)實(shí) 施方式中，空心襯托器的柱身的開(kāi)口端裝入具有固定的真空饋通連接器 (fixed vacuum feed-through connector )的另 一 個(gè)S走壽爭(zhēng)的真空密去于4牛 (vacuumseal)內(nèi)，所述連接器在加熱器電源電纜和外部電源之間建立電 接觸。任選地，縱向的光學(xué)加熱器(opticalheater)可安裝在外部的室壁上， 以將發(fā)光通過(guò)安裝在室壁里的透明窗口透射到襯底上。在這兩種襯底加熱 模式中，內(nèi)部的且固定的非接觸式溫度傳感器可安裝在襯托器腔內(nèi)，以監(jiān) 測(cè)襯托器的溫度均勻性，且也以閉環(huán)方式控制襯托器溫度。用于非接觸式 溫度傳感器的連接可通過(guò)固定的真空饋通裝置(vacuum feed-through)建 立，以便于閉環(huán)溫度控制。在此描述的實(shí)施方式中，村底處理區(qū)域適合于 在處理過(guò)程中包圍襯底。才是供與襯底處理區(qū)域相通的裝卸口，以將村底移 入和移出襯底處理區(qū)域。此外，提供了在處理過(guò)程中裝卸襯底以及關(guān)閉裝 卸口的門(mén)。而且，門(mén)可適合于在關(guān)閉位置對(duì)室提供真空密封。優(yōu)選地，襯 底處理區(qū)域介于氣體注入?yún)^(qū)和在處理過(guò)程中支承襯底的村托器之間。在此 實(shí)施方式中，ALCVP反應(yīng)器包括安裝在圓形室內(nèi)的至少一個(gè)復(fù)合噴嘴。 復(fù)合噴嘴基本上平行于襯托器的旋轉(zhuǎn)軸安裝在室的圓周上。復(fù)合噴嘴包括 安裝在至少一個(gè)外部排氣裝置(outerexhaust)內(nèi)，或者安裝在至少一個(gè)外部排氣裝置附近的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器。各內(nèi)部線(xiàn)性注入器在一個(gè) 側(cè)面上設(shè)置有多個(gè)孔，這些孔將來(lái)自其的氣體引向襯底。內(nèi)部線(xiàn)性注入器 可在一端關(guān)閉，在相對(duì)端具有氣體入口，或者內(nèi)部線(xiàn)性注入器可在兩端關(guān) 閉，在中間具有氣體入口。內(nèi)部線(xiàn)性注入器連接到氣體的受控和計(jì)量源
(controlled and metered source ),例長(zhǎng)口質(zhì)量;^u4空制器(mass flow controller )。
內(nèi)部線(xiàn)性注入器安裝在復(fù)合噴嘴內(nèi)的長(zhǎng)度基本上與襯托器的寬度相等。在 操作裝置的過(guò)程中，氣體被從內(nèi)部線(xiàn)性注入器向襯底引導(dǎo)，以便覆蓋村底 的寬度，而外部排氣口同時(shí)從襯底表面收集過(guò)量的(非化學(xué)吸附或未反應(yīng) 的)氣體。在氣體從內(nèi)部線(xiàn)性注入器流出并同時(shí)通過(guò)復(fù)合噴嘴的外部排氣 口收集時(shí)，襯托器繞自身的軸旋轉(zhuǎn)，以保證氣體對(duì)襯底的連續(xù)覆蓋。眾所 周知，在旋轉(zhuǎn)柱體上的氣流在旋轉(zhuǎn)方向上偏轉(zhuǎn)，為補(bǔ)償這樣的偏轉(zhuǎn)，氣流 相對(duì)于襯托器表面的定向(由來(lái)自?xún)?nèi)部線(xiàn)性注入器的氣流的方向與襯托器 表面的法線(xiàn)成的角)可通過(guò)簡(jiǎn)單地傾斜內(nèi)部線(xiàn)性注入器來(lái)改變。復(fù)合噴嘴 的外部排氣口連接到閘門(mén)閥，閘門(mén)閥又連接到節(jié)流閥。節(jié)流闊通過(guò)反應(yīng)氣 體/化學(xué)蒸汽收集阱(chemical vapor collection trap )連4妻到真空源，例如真 空泵，以收集注入到ALCVP反應(yīng)器中的未使用過(guò)的化學(xué)前驅(qū)物/氣體。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，ALCVP反應(yīng)器配備有安裝在室的圓周上且基 本上平行于室的軸的四個(gè)復(fù)合噴嘴。復(fù)合噴嘴按順序設(shè)置，使得兩個(gè)鄰近 的復(fù)合噴嘴之間的角距基本上相同。同樣，室配備有從室的圓周向內(nèi)徑向 延伸的四個(gè)矩形流動(dòng)分隔;敗(flow partitioning plate )。每個(gè)流動(dòng)分隔^1沿著 室的圓周設(shè)置在兩個(gè)相鄰的復(fù)合噴嘴之間的空間。另外，每個(gè)流動(dòng)分隔板 安裝在波紋管(bellow)上，使得可按需要調(diào)整流動(dòng)分隔板的較低邊緣和 襯底表面之間的空隙。在操作ALCVP反應(yīng)器的過(guò)程中，第一復(fù)合噴嘴注 入第一反應(yīng)氣體A,并且同時(shí)也從襯底表面收集過(guò)量的或非化學(xué)吸附的氣 體A。第二復(fù)合噴嘴將惰性氣體P注入到襯底上，以吹走(swe印off)并 收集非化學(xué)吸附的(過(guò)量的)反應(yīng)氣體A以及來(lái)自襯底的惰性氣體P。第 三復(fù)合噴嘴注入第二反應(yīng)氣體B，并且也從襯底收集非化學(xué)吸附的第二反 應(yīng)氣體B。第四復(fù)合噴嘴將惰性氣體P注入到襯底上，并除惰性氣體P夕卜， 同時(shí)收集第 一反應(yīng)氣體A和第二反應(yīng)氣體B之間的原子層處理反應(yīng)的反應(yīng) 副產(chǎn)品。在四個(gè)復(fù)合噴嘴連續(xù)工作的同時(shí)，連接到共軸安裝的村托器的村底的連續(xù)旋轉(zhuǎn)使襯底表面連續(xù)地經(jīng)歷包括第一反應(yīng)氣體A、惰性氣體P、 第二反應(yīng)氣體B以及惰性氣體P的氣態(tài)反應(yīng)過(guò)程，由此完成單個(gè)原子層化 學(xué)氣相處理順序。通過(guò)預(yù)定次數(shù)的旋轉(zhuǎn)來(lái)旋轉(zhuǎn)村底，實(shí)現(xiàn)期望厚度的薄膜 的處理。第一和第二復(fù)合注入器的排氣口連接到公用管道，而公用管道連 接到第一閘門(mén)閥。第一閘門(mén)閥連接到第一節(jié)流閥，而第一節(jié)流閥又通過(guò)第
一化學(xué)凝結(jié)/收集阱(chemical condensation/collection trap )連接到真空泵。
類(lèi)似地，第三和第四復(fù)合注入器的排氣口連接到公用管道，而公用管道連 接到第二閘門(mén)閥。第二閘門(mén)閥連接到第二節(jié)流閥，而第二節(jié)流閥又通過(guò)第 二化學(xué)凝結(jié)/收集阱連接到真空泵。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，ALCVP反應(yīng)器配備有四個(gè)復(fù)合噴嘴，其中第 一復(fù)合噴嘴和第三復(fù)合噴嘴各自都包括至少兩個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器，而每個(gè) 內(nèi)部線(xiàn)性注入器都連接到不同的受控和計(jì)量反應(yīng)氣體供給源。復(fù)合噴嘴按 順序設(shè)置，使得兩個(gè)鄰近的復(fù)合噴嘴之間的角距基本上相同。ALCVP反 應(yīng)器還配備有四個(gè)矩形流動(dòng)分隔板。供應(yīng)到任何一個(gè)復(fù)合噴嘴的反應(yīng)氣體 選擇成使得氣體不在復(fù)合噴嘴內(nèi)自發(fā)地相互反應(yīng)。然而，這些反應(yīng)氣體共 同地顯示出對(duì)供應(yīng)到其他復(fù)合噴嘴的反應(yīng)氣體的反應(yīng)性。在A(yíng)LCVP反應(yīng) 器的這種實(shí)施方式中，第一 復(fù)合噴嘴使用第 一反應(yīng)氣體A和笫三反應(yīng)氣體 C;第二復(fù)合噴嘴使用惰性氣體P;第三復(fù)合噴嘴使用第二反應(yīng)氣體B和 第四反應(yīng)氣體D，而第四復(fù)合噴嘴使用惰性氣體P。在A(yíng)LCVP反應(yīng)器的 這種具體結(jié)構(gòu)中，最初通過(guò)旋轉(zhuǎn)襯托器以將襯底連續(xù)地暴露給在操作中設(shè) 置的所有需要的復(fù)合噴嘴來(lái)執(zhí)行包括第一反應(yīng)氣體A、惰性氣體P、第二 反應(yīng)氣體B和惰性氣體P (例如A、 B、 P以及P)的第一原子層化學(xué)氣 相處理順序。第一原子層化學(xué)氣相處理順序后是包括第三反應(yīng)氣體C、惰 性氣體P、第四反應(yīng)氣體D和惰性氣體P (例如C、 P、 D以及P )的第二 原子層處理順序，而不用從ALCVP反應(yīng)器除去襯底?？蛇x4奪地，可處理 包括來(lái)源于所有的反應(yīng)氣體A、 B、 C和D的元素的可變成分的薄膜。同 樣，可在處理過(guò)程中，通過(guò)筒單適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)(或必要時(shí)切斷)選自包括A、 B、 C和D的組的一種或多種反應(yīng)氣體的流使膜的成分原位變化。另外， 通過(guò)在按預(yù)定次數(shù)的旋轉(zhuǎn)來(lái)旋轉(zhuǎn)襯底時(shí)，適當(dāng)打開(kāi)和關(guān)閉反應(yīng)氣體A、 B、C和D的流可處理包括(AB) m- (CD) n- (AB) 。- (CD) p...(這里m、 n、 o以及p都是整數(shù))的交替的雙層結(jié)構(gòu)。
在又一實(shí)施方式中，ALCVP反應(yīng)器配備有四個(gè)復(fù)合噴嘴和四個(gè)矩形 流動(dòng)分隔板。復(fù)合噴嘴按順序設(shè)置，使得兩個(gè)鄰近的復(fù)合噴嘴之間的角距 基本上相同。第一復(fù)合噴嘴的內(nèi)部線(xiàn)性注入器連接到不同的且由符號(hào)A" A2和A3標(biāo)記的反應(yīng)氣體的獨(dú)立受控源(controlled supply )。第二復(fù)合噴嘴 的內(nèi)部線(xiàn)性注入器連接到惰性氣體P。第三合噴嘴的內(nèi)部線(xiàn)性注入器連接 到不同的且是由符號(hào)Bp B2和B3標(biāo)記的反應(yīng)氣體的獨(dú)立受控源。第一組 反應(yīng)氣體Ai、八2和A3選擇成使得這些氣體不會(huì)自發(fā)地相互反應(yīng)。同樣如 此，第二組反應(yīng)氣體B!、 B2和B3不會(huì)自發(fā)地相互反應(yīng)。然而，第一組反 應(yīng)氣體對(duì)第二組反應(yīng)氣體顯示出高的反應(yīng)性，這對(duì)進(jìn)行ALCVP類(lèi)型的過(guò) 程是非常適當(dāng)?shù)?。在A(yíng)LCVP反應(yīng)器的這種實(shí)施方式中，包括六種元素A、 A2、 A3、 Bp B2和B3的成分的薄膜可通過(guò)改變所有六種元素的相對(duì)含量 的程度而被處理。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，ALCVP反應(yīng)器配備有六個(gè)復(fù)合噴嘴，包括供 給惰性氣體、基本上平行于室的軸安裝在圓形室內(nèi)的兩個(gè)復(fù)合噴嘴。所述 ALCVP反應(yīng)器同樣配備有四個(gè)流動(dòng)分隔板。
在A(yíng)LCVP反應(yīng)器的可選擇的實(shí)施方式中，襯托器的截面是多邊形， 優(yōu)選為八邊形，且各面形成為梯形，在基本上為圓形的原子層處理室內(nèi)共 軸安裝。另外，襯托器的各梯形面為至少一個(gè)襯底提供支持。除襯托器的 幾何形狀外，ALCVP反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)與在優(yōu)選的實(shí)施方式中描述的 ALCVP反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)是類(lèi)似的。在操作ALCVP反應(yīng)器的過(guò)程中， 在反應(yīng)氣體和惰性氣體從所有的復(fù)合噴嘴流出的同時(shí)，具有多個(gè)單獨(dú)的村 底安裝在其上的村托器繞著自身的軸旋轉(zhuǎn)，以保證氣體按期望的順序完全 覆蓋襯底。通過(guò)預(yù)定次數(shù)的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)期望厚度的薄膜的處理。同樣，梯 形村托器的各面相對(duì)于室的垂直軸成銳角，以便于在襯托器旋轉(zhuǎn)期間支持 襯底。對(duì)于傾斜的襯托器結(jié)構(gòu)，所有的復(fù)合噴嘴也以相對(duì)于垂直線(xiàn)相同的 角度基本上傾斜安裝，并因此基本上平行于襯托器的表面。在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中，至少兩個(gè)圓柱形襯托器安裝在矩形室
內(nèi)。撓性金屬帶用作與襯托器直接熱接觸的村底架(substrate holder)。在 襯底架上安裝至少一個(gè)撓性襯底。每個(gè)圓柱形襯托器進(jìn)一步配備有共中心 地安裝在下方的固定的加熱器。另外，在由兩個(gè)圓柱形襯托器界定的空間 內(nèi)提供兩個(gè)縱向的固定的加熱器，以加熱襯底。在矩形室的邊界且鄰近于 襯托器安裝四個(gè)復(fù)合噴嘴，使得在操作裝置的過(guò)程中，各自沿一個(gè)側(cè)面具 有多個(gè)孔且安裝在復(fù)合噴嘴內(nèi)的內(nèi)部線(xiàn)性注入器向著村底引導(dǎo)氣體，以基 本上覆蓋襯底的寬度。在連接到撓性金屬帶的襯底通過(guò)旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)柱體 而起動(dòng)時(shí)，在氣體對(duì)村底沖擊之后，復(fù)合噴嘴的外部排氣口同時(shí)收集村底 附近過(guò)量的氣體。四個(gè)復(fù)合噴嘴的安裝順序是在襯底的旋轉(zhuǎn)方向上，第一 反應(yīng)氣體A、惰性氣體P、第二反應(yīng)氣體B以及惰性氣體P。通過(guò)在所有 的復(fù)合噴嘴工作的同時(shí)旋轉(zhuǎn)襯底來(lái)執(zhí)行期望的原子層化學(xué)氣相處理順序。 可選擇地，在此ALCVP反應(yīng)器的具體實(shí)施方式
中，撓性金屬帶可完全地 由能夠直接滾在圓柱形襯托器上的套管形式的撓性襯底替代。可通過(guò)預(yù)定 次數(shù)的旋轉(zhuǎn)簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)襯底來(lái)處理期望的膜厚度。
在如上所迷的ALCVP反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中，可通過(guò)裝到襯托器上的一對(duì) 陶瓷端連接器(ceramic end connector)將撓性襯底滾到并裝配在襯托器上。 同樣，可以按套管的形式將襯底安裝在襯托器上。可選4奪地，可通過(guò)使用 真空吸引或靜電夾頭(electrostatic chuck)將襯底保持在村托器上合適的位 置，或者可以安裝在凹進(jìn)的腔內(nèi)。對(duì)于多邊形村托器的情況，可將襯底保 持在多邊形村托器的面上傾斜位置的凹槽內(nèi)。另外，可使用銷(xiāo)(pin)將襯 底保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒr底材料選自但不限于，涂有金屬的塑料、不銹鋼、 鋁、鉬或其他金屬的適當(dāng)合金、硅、化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、砷化鎵、 氮化鎵晶片、石英或鈉玻璃可以是適當(dāng)?shù)囊r底材料。
因此，在此描述的撓性襯底處理的各種結(jié)構(gòu)用來(lái)處理精確控制的成分 的薄膜，其中膜成分可通過(guò)期望的膜厚原位動(dòng)態(tài)地改變，這對(duì)制造梯度帶 隙太陽(yáng)能電池(graded band gap solar cell )、多結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池 (multi-junction thin film solar cell )、具有精確定制成分和精確界面設(shè)計(jì)的 大面積催化涂層、在大面積襯底上的多層薄膜光學(xué)涂層以及各種其他的應(yīng)用是有用的。此外，襯底處理可在原子層處理;漠式中以明顯更高的速度或 在化學(xué)氣相處理模式中以明顯更高的速度實(shí)現(xiàn)。在原子層模式中，薄膜處 理的速度很大程度上依賴(lài)于襯托器旋轉(zhuǎn)的速度。在高速度才莫式中，薄膜處 理的速度取決于村底旋轉(zhuǎn)的速度、朝向襯底的反應(yīng)氣流的速度以及襯底溫 度。因此，本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)大大加快了在大面積撓性襯底且也在小容積 和小底座中的多個(gè)襯底上的原子層處理過(guò)程。在許多實(shí)施方式中，本發(fā)明
的ALCVP裝置被定向成使得襯托器的旋轉(zhuǎn)軸與地平面平行。然而，重要 的是要注意，因?yàn)橐r底是纏繞并保持在村托器上，所以襯托器旋轉(zhuǎn)軸的任 何其他適當(dāng)?shù)姆较驅(qū)τ谘b置的操作同樣有效。下面結(jié)合各個(gè)附圖，詳細(xì)描 述裝置的操作以及用于光伏太陽(yáng)能電池及其他應(yīng)用的多層、梯度及多成分 薄膜材料的沉積的化學(xué)過(guò)程。
附圖筒述


圖1是用于在多襯底上沉積薄膜的多晶片筒CVD反應(yīng)器的示意圖， 相關(guān)4支術(shù)。
圖2A是具有四個(gè)管式注入器(tube injector)的多村底、旋轉(zhuǎn)臺(tái)板ALD 反應(yīng)器的截面示意圖，相關(guān)技術(shù)。
圖2B是如圖2A中顯示的多襯底、旋轉(zhuǎn)臺(tái)板ALD反應(yīng)器的頂部示意 圖，示出了管式注入器相對(duì)于襯底的布置。
圖3A是用于在輸送帶上，在下方經(jīng)過(guò)的一排加熱過(guò)的村底上化學(xué)氣 相沉積薄膜的平行的線(xiàn)性注入器狹縫系統(tǒng)(parallel linear injector slot system)的示意性截面 一相關(guān)纟支術(shù)。
圖3B是使用 一組緊密間隔的(closely spaced)多個(gè)且交替的平行的注 入器注入反應(yīng)氣體A、惰性氣體P以及反應(yīng)氣體B的ALD系統(tǒng)的示意性 截面圖，每個(gè)注入器都連接到用于薄膜原子層沉積的公用排氣裝置，以完 成A、 P、 B和P順序的ALD -相關(guān)技術(shù)。
圖4A是通過(guò)平坦表面上軸向均勻射流的正交沖擊獲得的一般駐點(diǎn)流 結(jié)構(gòu)(generic stagnation point flow configuration)的二維碎見(jiàn)圖，如在相關(guān)4支術(shù)中所描繪的，以形成厚度=5的均勻邊界層，且流的駐點(diǎn)P形成在射流 的中心。
圖4B是通過(guò)柱面上圓形射流的沖擊獲得的一般駐點(diǎn)流結(jié)構(gòu)的二維視 圖，如在相關(guān)技術(shù)中所描繪的，以形成厚度=5'的均勻邊界層，且流的駐 點(diǎn)P'形成在射流的中心。
圖5A是沿著包括一個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器和外部排氣口的復(fù)合噴嘴的長(zhǎng) 度的示意性截面圖。
圖5B是如圖5A中顯示的復(fù)合噴嘴的出口的底視圖，示出了設(shè)置在外 部排氣口內(nèi)的內(nèi)部線(xiàn)性注入器。
圖6A是包括在外部排氣口內(nèi)并行設(shè)置的兩個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器的復(fù)合 噴嘴寬度的示意性截面圖。
圖6B是如圖6A中顯示的復(fù)合噴嘴的出口的底視圖，示出了在公用外 部排氣口內(nèi)并行設(shè)置的兩個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器。
圖7是具有內(nèi)部線(xiàn)性注入器的可選擇的復(fù)合注入器的底視圖，所述內(nèi) 部線(xiàn)性注入器具有一側(cè)入口和兩個(gè)平行的外部線(xiàn)性排氣口 。
圖8是具有內(nèi)部線(xiàn)性注入器的復(fù)合注入器的又一結(jié)構(gòu)的底視圖，所述 內(nèi)部線(xiàn)性注入器在中部具有入口且在內(nèi)部線(xiàn)性注入器的相對(duì)端具有兩個(gè) 排氣口。
圖9A-9D是示出內(nèi)部線(xiàn)性注入器的出口的四種不同設(shè)置的底視圖。
圖10是內(nèi)部線(xiàn)性注入器的可單獨(dú)地或相互組合地使用各種出口獲得 的流分布圖。L是如圖9A-9D中顯示的內(nèi)部線(xiàn)性注入器的出口的長(zhǎng)度。
圖IIA是安裝在A(yíng)LCVP反應(yīng)器的壁上的波紋管末端的流動(dòng)分隔板的 示意性設(shè)置，顯示了用于精確移動(dòng)流動(dòng)分隔板的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置。
圖11B是安裝在A(yíng)LCVP反應(yīng)器的壁上的具有一對(duì)O形環(huán)的唇式密封 件內(nèi)的流動(dòng)分隔板的示意性設(shè)置，顯示了用于精確移動(dòng)流動(dòng)分隔板的步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置。圖12A是寬-w、長(zhǎng)-L且厚度"的具有上表面和下表面的撓性襯底
的示圖。
圖12B是陶資端連接器連接到襯底的相對(duì)端的撓性襯底的組件的頂視圖。
圖12C是陶資端連接器連接到相對(duì)端的撓性襯底的側(cè)視圖，示出了在 陶瓷端連接器中的取放襯底的凹槽一陶瓷端連接器組件。插圖顯示了用來(lái) 保持撓性襯底的陶瓷端連接器組件的放大視圖。
圖13是具有用于放置連接到村底的陶瓷端連接器的兩個(gè)鄰近的縱向 且平行的槽的圓形村托器的截面圖。
圖14是連接撓性襯底的第一步的示意圖，其中將第一陶瓷端連接器 牢固地放置在第一槽內(nèi)，而隨后以逆時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn)襯托器。
圖15是連接撓性村底的最終步驟的示意圖，其中將連接到襯底的相 對(duì)端的第二陶瓷端連接器(沿寬度)牢固地放置在第二槽內(nèi)，并由此將襯 底繞在襯托器上且保持在村托器周?chē)?br> 圖16是在x-z面內(nèi)具有四個(gè)復(fù)合噴嘴的原子層處理反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施 方式的示意性垂直截面圖，其中第 一復(fù)合噴嘴連接到第 一反應(yīng)氣體A的受 控源，第二復(fù)合噴嘴連接到惰性氣體P的受控源；第三復(fù)合噴嘴連接到第 二反應(yīng)氣體B的受控源以及第四復(fù)合噴嘴連接到惰性氣體P的受控源，且 所有的噴嘴按順序設(shè)置在圓形原子層處理室內(nèi)，而撓性襯底連接到共軸安 裝的圓柱形襯托器。
圖17是如圖16中顯示的原子層處理反應(yīng)器的示意性垂直截面圖，其 中反應(yīng)氣體^ 、 A2以及A3的受控源連接到第 一 復(fù)合噴嘴，而反應(yīng)氣體Bi 、 B2以及B3的受控源連接到第三復(fù)合噴嘴。
圖18是在x-z面內(nèi)具有六個(gè)復(fù)合噴嘴的原子層處理反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施 方式的示意性垂直截面圖，其中第 一復(fù)合噴嘴連接到第 一反應(yīng)氣體A的受 控源，第二復(fù)合噴嘴連接到惰性氣體P的受控源；第三復(fù)合噴嘴連接到第 二反應(yīng)氣體B的受控源；第四復(fù)合噴嘴連接到惰性氣體P的受控源；第五復(fù)合噴嘴連接到第三反應(yīng)氣體C的受控源以及第六復(fù)合噴嘴連接到第四反 應(yīng)氣體D的受控源。
圖19是圖16的ALCVP反應(yīng)器在x-y面內(nèi)的示意性水平截面圖，顯 示了襯底、安裝在內(nèi)部的腔內(nèi)的非接觸式溫度傳感器、兩端上具有用于旋 轉(zhuǎn)襯托器的發(fā)動(dòng)機(jī)和滑輪裝置的旋轉(zhuǎn)真空密封件的放置。
圖20是在x-z面內(nèi)具有四個(gè)復(fù)合噴嘴的原子層處理反應(yīng)器的可選擇實(shí) 施方式的示意性垂直截面圖，其中第一復(fù)合噴嘴連接到第一反應(yīng)氣體A的 受控源，第二復(fù)合噴嘴連接到惰性氣體P的受控源；第三復(fù)合噴嘴連接到 第二反應(yīng)氣體B的受控源以及第四復(fù)合噴嘴連接到惰性氣體P的受控源， 且所有的噴嘴按順序設(shè)置在圓形原子層處理室內(nèi)，共軸安裝的襯托器具有 多邊形截面，而平面襯底附到襯托器的面。
圖21是圖20的ALCVP反應(yīng)器在x-y面內(nèi)的示意性水平截面圖，顯 示了襯底、安裝在內(nèi)部的腔內(nèi)的非接觸式溫度傳感器、兩端上具有用于旋 轉(zhuǎn)襯托器的發(fā)動(dòng)機(jī)和滑輪裝置的旋轉(zhuǎn)真空密封件的放置。
圖22示出了原子層化學(xué)氣相處理反應(yīng)器的可選擇結(jié)構(gòu)的示意性截面 圖，其中四個(gè)按順序設(shè)置的復(fù)合噴嘴安裝在矩形截面的原子層化學(xué)氣相處 理室內(nèi)，而撓性村底安裝在金屬帶上，所述金屬帶在兩個(gè)加熱過(guò)的圓柱形 襯托器上滾動(dòng)。
圖23是原子層化學(xué)氣相處理系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括本發(fā)明的原 子層化學(xué)氣相處理反應(yīng)器、用于各復(fù)合噴嘴的化學(xué)前驅(qū)物計(jì)量和供給系 統(tǒng)、用于反應(yīng)氣體A的閘門(mén)閥、節(jié)流閥和過(guò)濾器及阱的組以及類(lèi)似的用于 反應(yīng)氣體B的閘門(mén)閥、節(jié)流閥和過(guò)濾器及阱的組以及真空泵。ALCVP反 應(yīng)器控制系統(tǒng)沒(méi)有在圖解中示出。
圖24A是具有用于在旋轉(zhuǎn)期間保持平面襯底的凹槽的第一襯托器結(jié)構(gòu) 的示意性截面的圖示。
圖24B是在旋轉(zhuǎn)期間使用真空出口保持平面襯底的第二襯托器結(jié)構(gòu)的 示意性截面的圖示。圖24C是在旋轉(zhuǎn)期間使用靜電夾頭(electrostatic-chuck)的有源元件 保持平面村底的第三村托器結(jié)構(gòu)的示意性截面的圖示。
圖24D是使用襯托器上的圓周凹槽將撓性襯底安裝到襯托器上的第四 襯托器結(jié)構(gòu)的示意性截面的圖示。
圖25A顯示了單個(gè)撓性襯底在圓柱形村托器上的布置的示意圖。
圖25B顯示了多個(gè)撓性襯底在圓柱形襯托器上的布置的示意圖。
圖25D顯示了多個(gè)平面襯底在八邊形村托器的面上的布置的示意圖。
發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及至少包括單原子層精度的沉積、蝕刻以及表面改性的薄膜 處理，所述薄膜處理用于許多應(yīng)用，包括在用于例如催化電極、膜和面板 等應(yīng)用的大面積撓性且平坦襯底上制造半導(dǎo)體器件、光伏太陽(yáng)能電池、顯 示器和薄膜。下面的說(shuō)明是本發(fā)明的不同的實(shí)施方式，而對(duì)描述的實(shí)施方
專(zhuān)利主題可應(yīng)用到其他實(shí)施方式。因此，本發(fā)明不是用來(lái)限于所顯示的實(shí) 施方式，而是用來(lái)與在此描述的原理和各種各樣的特征一致的最寬范圍相 符合。
本發(fā)明提供了原子層化學(xué)氣相處理(ALCVP)裝置結(jié)構(gòu)，該裝置結(jié)構(gòu) 可在流量穩(wěn)定的緊湊容積的小底座并在很短的路徑長(zhǎng)度內(nèi)，通過(guò)反應(yīng)氣體實(shí) 現(xiàn)撓性且多個(gè)平坦村底的^隻蓋。在各種實(shí)施方式中，村底的快速、重復(fù)和相 對(duì)運(yùn)動(dòng)與射出的氣體射流的穩(wěn)流形式的各種氣體注入方案的組合實(shí)現(xiàn)快速 且基本上完全的表面覆蓋。因此，對(duì)于本領(lǐng)域的單個(gè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)清楚明白 的是，這樣的裝置在本質(zhì)上是通用的，且因此不受在襯底上進(jìn)行的期望過(guò)程 的反應(yīng)化學(xué)(reaction chemistry)的限制，例如，但不限于膜的合成、襯底 材料的去除(蝕刻)或襯底化學(xué)性質(zhì)的改性。因此，本發(fā)明實(shí)施方式的裝置 的另外一個(gè)目的是，使用在此描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，在適當(dāng)工藝條件 下，以原子級(jí)的精度在一個(gè)或多個(gè)襯底上處理各種金屬、半導(dǎo)體和絕緣體及其適當(dāng)?shù)慕M合的薄膜。另外，應(yīng)該注意到，原子層化學(xué)氣相處理過(guò)程的可操 作范圍相對(duì)于包括但不限于操作室壓力、氣體流速和村底溫度的操作參數(shù)是
足夠?qū)拸V的。適當(dāng)?shù)牟僮鲏毫Ψ秶稍诼孕∮?60托到幾百毫托內(nèi)變化，而 反應(yīng)溫度依賴(lài)于特定的氣相反應(yīng)化學(xué)(vapor phase reaction chemistry )。在大 多數(shù)情況下，高度建議以最小氣體流速操作過(guò)程。然而，流速必須足夠地向 襯底表面供應(yīng)足量的反應(yīng)物質(zhì)，以便獲得基本上完全的，且必要時(shí)均勻的表 面覆蓋。對(duì)本領(lǐng)域的單個(gè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，工藝參數(shù)的這種優(yōu)化方法以及控制 工藝變量并形成期望的工藝配方實(shí)現(xiàn)優(yōu)化方法所需要的工具(例如質(zhì)量流控 制器(mass flow controller),溫度控制器、壓力控制器、閥控制件以及工藝 參數(shù)的閉環(huán)控制件等)的適應(yīng)是眾所周知的。
在這部分，借助各種各樣的示意圖，以對(duì)發(fā)明者來(lái)說(shuō)已知的現(xiàn)有裝置 開(kāi)始，詳細(xì)描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，包括各種各樣的裝置設(shè)計(jì)及其 操作。圖1顯示了作為相關(guān)技術(shù)的實(shí)施例，在先于本發(fā)明的實(shí)踐中的多晶 片筒型CVD反應(yīng)器系統(tǒng)10的示意圖。外部圓柱筒12構(gòu)成室，其中襯底 14a、 14b.,.14g以及14h設(shè)置在實(shí)心六邊形截面的襯托器16的面上，在村 托器16的面上的凹進(jìn)區(qū)域中。許多襯底14a、 14b、 14g以及14h所附到的 襯托器16設(shè)置在圓柱筒12中，且底部的出口 18連接到真空泵(圖中未 顯示)。在頂部分別從入口 20和22供應(yīng)氣相沉積反應(yīng)所必要的反應(yīng)氣體。 由外部加熱裝置24加熱的襯托器16通過(guò)外部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)26繞襯托器16的 垂直軸旋轉(zhuǎn)。跟著發(fā)生的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)在加熱的村底的表面上沉積期 望的薄膜。大容積的筒CVD反應(yīng)器，雖然操作上簡(jiǎn)單，但不適合于其中 前驅(qū)氣體(precursor gas )在混合的情況下，如在A(yíng)LD過(guò)程的情況下趨向 于自發(fā)地反應(yīng)的反應(yīng)化學(xué)。
圖2A是用于在設(shè)置在水平村托器34上的四個(gè)村底晶片32a、32b、32c 和32d上沉積薄膜的多晶片ALD反應(yīng)器30的示意性垂直截面圖，水平襯 托器34分別由設(shè)置在襯托器34下方的固定的加熱器36a和36b加熱。在 反應(yīng)氣體連續(xù)流過(guò)注入器管38a和38c且惰性氣體連續(xù)流過(guò)固定在頂部的 注入器管38b和38d (注入器管38b和38d未在圖2A中顯示)時(shí)，襯托器 在水平面內(nèi)繞著自身的垂直軸連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。所有的晶片交替地暴露在反應(yīng)氣體和惰性氣體中，以便以重復(fù)方式完成由四種類(lèi)型氣體組成的ALD過(guò)
程順序而制造期望的膜厚。圖2B是如圖2A中顯示的多晶片ALD反應(yīng)器 的頂視圖，顯示了注入器管相對(duì)于襯底晶片和襯托器的相對(duì)位置。圖2B 還示出了在兩個(gè)鄰近的注入器管之間的間隙中垂直向下(垂直于襯托器平 面)插入的固定的流動(dòng)分隔斧反35a、 35b、 35c和35d。流動(dòng)分隔+反利于斷 開(kāi)開(kāi)始在來(lái)自注入器管的氣體的穩(wěn)定流下在襯底上形成的停滯邊界層 (stagnant boundary layer),并有利于促進(jìn)化學(xué)物質(zhì)從下一個(gè)注入器快速傳 輸?shù)?寸底表面。
圖3A是平行的線(xiàn)性注入器狹縫CVD系統(tǒng)40的示意性截面圖，其用 于在傳輸帶上，在下方直線(xiàn)地經(jīng)過(guò)的加熱過(guò)的襯底上沉積介電薄膜。第一 前驅(qū)物A通過(guò)內(nèi)部狹縫42注入，而同時(shí)第二前驅(qū)物B從設(shè)置在內(nèi)部狹縫 42兩側(cè)的兩個(gè)鄰近的狹縫43a和43b注入。當(dāng)村底通過(guò)移動(dòng)的輸送帶46 連續(xù)地暴露在反應(yīng)氣體中時(shí)，來(lái)自三個(gè)平行的狹縫42、 43a以及43b的氣 流向下沖擊一排襯底44a、 44b、 44c...。通過(guò)設(shè)置在輸送帶46下面的一組 固定的管狀加熱器47加熱襯底。反應(yīng)氣體從外側(cè)平行的排氣狹縫48a和 48b排出。
圖3B是使用多組交替且緊密間隔的平行注入器和真空口 52的ALD 系統(tǒng)50的示意性截面圖。在此結(jié)構(gòu)中，反應(yīng)氣體或惰性氣體的各自氣體 注入器由真空口分隔。 一組注入器和真空口 52連4矣到一組平行的狹縫54， 以將反應(yīng)氣體和惰性氣體傳送到下面的襯底56的表面，并且也從襯底56 傳送到上面的公用真空口。所有的注入器由相應(yīng)的氣體源供給，而介于兩 個(gè)氣體入口之間的所有真空口連接到公用排氣歧管(exhaust manifold )。設(shè) 置在襯^^器58上并由在下面安裝的固定的加熱器60加熱的襯底56在一 個(gè)方向上移動(dòng)。
圖4A是相關(guān)技術(shù)中的二維駐點(diǎn)流體流結(jié)構(gòu)60的示意性圖示，該結(jié)構(gòu) 的特征是扁平射流(flat jet) 62以均勻的軸向速度Vz直角地沖擊到平的 固體表面64上。隨后的流體流結(jié)構(gòu)形成厚度=S的基本上均勻的邊界層66, 且在射流的中心逐漸形成以字母P標(biāo)記的駐點(diǎn)。實(shí)心箭頭顯示在固體表面 64附近的流體流的方向。圖4B是相關(guān)技術(shù)中的基本的二維駐點(diǎn)流體流結(jié)構(gòu)70的示意性圖示， 該結(jié)構(gòu)的特征是射流72以排出速度=VR沖擊到繞著自身的軸逆時(shí)針?lè)较?旋轉(zhuǎn)的彎曲的柱體74上。在射流72的中心，在柱體74的表面上逐漸形 成具有駐點(diǎn)P'的厚度=S'的邊界層76。箭頭顯示了在旋轉(zhuǎn)柱體74的表面附 近的流體流的方向，使得流在柱體旋轉(zhuǎn)的方向上被引入或偏斜(被牽引)。
圖5A是在本發(fā)明的實(shí)施方式中沿包括入口管81a的復(fù)合噴嘴80a的 長(zhǎng)度的示意性截面圖。入口管81a連"J妄到第一內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a。內(nèi)部 線(xiàn)性注入器82a是中空腔，其在兩端閉合，且在中部具有氣體入口 81a, 并在一側(cè)具有用于定向氣體排出的穿孔氣體出口。可選4奪地，內(nèi)部線(xiàn)性注 入器82a可以是在一端閉合、在相對(duì)端具有氣體入口 81a的中空腔。流動(dòng) 轉(zhuǎn)向板83a借助兩個(gè)安裝螺釘84a和85a安裝在內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a內(nèi)。 內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a具有開(kāi)口板(opening plate ) 86a，所述開(kāi)口板具有用 于氣體注入的多個(gè)孔(在下面進(jìn)一步更詳細(xì)地描述)。內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a 封入通過(guò)外殼(enclosure ) 88a形成的外部排氣口 87a內(nèi)。外殼88a連接到 尾噴管89a ，而尾噴管89a連接到出口管90，以用于連接到真空系統(tǒng)。同 樣，復(fù)合噴嘴80a配備有外部加熱器91a，以便防止廢氣冷凝。最后，復(fù) 合噴嘴80a配備有邊界的O型環(huán)密封件92a，以獲得室主體的真空密封。
圖5B是圖5A復(fù)合噴嘴80a的底視圖，其中具有帶多個(gè)孔的開(kāi)口板 86a的一個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a安裝在形成外部排氣口 87a的外殼88a內(nèi)。 外部排氣口 87a連接到尾噴管89a。使用邊界的O形環(huán)密封件92a提供真 空密封。
81a和81b的復(fù)合噴嘴80b的寬度的示意性截面圖。第一入口管81a連接 到第一內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a，而第二入口管連接到第二內(nèi)部線(xiàn)性注入器 82b。流動(dòng)轉(zhuǎn)向板83a和83b分別安裝在內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a和82b內(nèi)。內(nèi) 部線(xiàn)性注入器82a具有帶有用于氣體注入的多個(gè)孔的開(kāi)口板86a,而內(nèi)部 線(xiàn)性注入器82b具有帶有用于氣體注入的多個(gè)孔的開(kāi)口板86b。將在下面 進(jìn)一步詳細(xì)描述孔豐反(aperture plate )圖案的細(xì)節(jié)。內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a 和82b被封入由外殼88b形成的外部排氣口 87b內(nèi)。外殼88b連接到尾噴管89b，而尾噴管89b連接到出口管90，用于連接到真空系統(tǒng)(在圖中未 顯示)。同樣，復(fù)合噴嘴80b配備有外部加熱器91b，以便防止廢氣流冷凝。 另外，復(fù)合噴嘴80b配備有邊界的0形環(huán)密封件92b，以在處理期間向室 主體提供真空密封，這在下面有詳細(xì)描述。應(yīng)該注意，內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a 和82b分別都可由兩端封閉而在中部具有氣體入口且在一側(cè)具有用于直接 注入氣體的多個(gè)孔的管，或者由一端封閉而在相對(duì)端設(shè)置有氣體入口的兩 個(gè)管，或這些管的適當(dāng)?shù)慕M合替代。還應(yīng)注意到，圖5A和圖6A中所描述 的用于復(fù)合噴嘴結(jié)構(gòu)的流動(dòng)轉(zhuǎn)向板的使用是任選的。然而，如將在后面描 述的，對(duì)于一些工藝化學(xué)(process chemistry),例如那些涉及活性等離子 體源直接連接到入口管81a和81b的活性等離子體的工藝化學(xué)，在復(fù)合噴 嘴80和80'內(nèi)包含流動(dòng)轉(zhuǎn)向板83a和83b可有益于將等離子體中高能的且 有時(shí)有害的活性物質(zhì)對(duì)村底的影響降到最低。
圖6B顯示了如圖6A中描述的復(fù)合噴嘴80b的底部，其中具有各自帶 有多個(gè)孔的開(kāi)口澤反86a和86b的兩個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a和82b安裝在形 成外部排氣口 87b的外殼88b內(nèi)。外部排氣口 87b連接到尾噴管89b。提 供外圍0型環(huán)密封件92b有助于獲得真空密封。
圖7顯示了復(fù)合噴嘴80c的可選擇結(jié)構(gòu)的底視圖，其中，在一端具有 入口而相對(duì)端封閉并在一側(cè)具有多個(gè)孔的內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a'有兩個(gè)排氣 口 93a和93b位于兩側(cè)，使得來(lái)自?xún)?nèi)部線(xiàn)性注入器82a'、隨后沖擊襯底的 流由兩個(gè)排氣口 93a和93b吸收。
圖8顯示了具有內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a的復(fù)合噴嘴80d的又一結(jié)構(gòu)的底 視圖。內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a的兩端封閉，在中部具有入口，該結(jié)構(gòu)如圖6A 中詳細(xì)描述的，配備有設(shè)置在內(nèi)部線(xiàn)性注入器82a兩端的兩個(gè)排氣口 94a 和94b。
在此應(yīng)注意到，如圖6A和6B中顯示的復(fù)合噴嘴內(nèi)的內(nèi)部入口管81a 和81b可連接到不自發(fā)地相互反應(yīng)的兩種不同的反應(yīng)氣體的受控源。在此 詳細(xì)描述并在圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7和圖8中顯示的所有復(fù) 合噴嘴結(jié)構(gòu)80a到80d的出口管90可通過(guò)閘門(mén)閥、節(jié)流閥以及將在后面詳 細(xì)描述的過(guò)濾器/阱的布置連接到真空源，例如泵。通過(guò)用于引入氣流的實(shí)箭頭以及通過(guò)用于流出氣流的不連續(xù)箭頭描繪了在所有的復(fù)合噴嘴結(jié)構(gòu)
80a到80d內(nèi)的氣體的流動(dòng)^"徑。
圖9A是用于具有多個(gè)圓形出口 101a、101b......101m以及101n的開(kāi)口
板86a和86b的孔圖案100的底視圖。圖9B是用于具有多個(gè)狹縫121a、 121b......121m以及121n的開(kāi)口板86a和86b的孔圖案120的底視圖。圖
9C顯示了用于具有多個(gè)較長(zhǎng)的狹縫141a、 141b......141m以及141n的開(kāi)口
板86a和86b的孔圖案140的底視圖。圖9D是用于具有一個(gè)縱向狹縫161a 的開(kāi)口板86a和86b的孔圖案160的底視圖。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 應(yīng)該理解，開(kāi)口板86a和86b的孔圖案可以是在圖9A-9D中顯示的不同圖 案的適當(dāng)?shù)慕M合，且也可以是特定的孔圖案，具體形狀的尺寸和間隔，例 如孔直徑、狹縫的寬度和長(zhǎng)度及孔的相對(duì)間隔可按特定的化學(xué)過(guò)程可能要 求的而改變。
圖10A-10C示出了沿著內(nèi)部線(xiàn)性注入器長(zhǎng)度L方向氣流的速度分布的 三種不同分布圖。在此應(yīng)該注意，且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是明顯的 是，通過(guò)在入口流速和操作壓力的各種操作條件下組合各種線(xiàn)性注入器結(jié) 構(gòu)和形狀以及尺寸和入口管位置可獲得各種各樣的其他速度分布圖。另 外，應(yīng)該注意的是，內(nèi)部線(xiàn)性注入器可由發(fā)明人在2004年10月27日提 交的第10/975,169號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中所描述的原位化學(xué)氣相發(fā)生器(in-situ chemical vapor generator)替代。該整個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)引用凈皮包括在內(nèi)。
圖IIA是使用安裝在支撐橋狀物(support bridge) l幻上的步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)181的可移動(dòng)的內(nèi)部流動(dòng)分隔板子系統(tǒng)180的示意性截面圖。轉(zhuǎn)子183 配備有徑向齒螺紋(radial gear thread) 184。外部板185也配備有與徑向 齒螺紋184接合的平面齒螺紋(planar gear thread) 186。外部板185連接 到波紋管187。波紋管187可連接到ALCVP室主體189,并且還連接到可 移動(dòng)的內(nèi)部流動(dòng)分隔+反188。與連"J婁到外部^反185的平面齒螺紋186 4妻合 的徑向齒螺紋184的精確旋轉(zhuǎn)允許可移動(dòng)的內(nèi)部流動(dòng)分隔板188在處理過(guò) 程中根據(jù)需要在A(yíng)LCVP室內(nèi)精確定位。
圖11B是可移動(dòng)的內(nèi)部流動(dòng)分隔板子系統(tǒng)180'的可選擇設(shè)置的截面 圖，其分別使用唇式密封件187'內(nèi)的一對(duì)O形環(huán)190a和l卯b來(lái)對(duì)ALCVP室主體189產(chǎn)生真空密封。唇式密封件187'同樣支持外部板185，以影響 可移動(dòng)的內(nèi)部流動(dòng)分隔板188'在A(yíng)LCVP室內(nèi)的精確定位。
圖12A顯示了長(zhǎng)度=L、寬度=w且厚度=t的撓性襯底200的透視圖。 村底200進(jìn)一步的特征是外表面210和內(nèi)表面211。
圖12B顯示了襯底200 (其外表面210)的頂視圖，其中第一陶瓷端 連接器212在一側(cè)邊緣(沿寬度w )分別用第一對(duì)端連接螺釘214a和214b 連接，而第二陶乾端連接器216在相對(duì)的平行邊緣分別用第二對(duì)端連接螺 釘218a和218b連接。組件總長(zhǎng)度(包括2x每個(gè)陶瓷端連接器的寬度)= L'，這樣L'〉L。
圖12C顯示了具有外襯底表面210和內(nèi)村底表面211的撓性襯底200 的側(cè)視圖，所述撓性村底200由分別在相對(duì)端連接的陶瓷端連接器212和 216支持。提供第一端連接凹槽220和第二端連接凹槽222，以輔助機(jī)械 的取放(例如在機(jī)器叉(robotic fork)的輔助下)裝置來(lái)處理襯底，其細(xì) 節(jié)將在下面描述。插圖中第一陶瓷端連接器212的放大視圖顯示了第一端 連接凹槽220以及端連接器螺釘214b的位置。
圖13顯示了本發(fā)明實(shí)施方式中的圓形襯托器230的截面圖。圓形村 托器230進(jìn)一步的特征是內(nèi)襯托器表面232以及外襯托器表面234。圓形 襯托器230同樣沿其長(zhǎng)度設(shè)置有第一鎖定狹縫236和第二鎖定狹縫238。 如上面所描述的，襯底的寬度基本上等于襯托器的寬度。而且，第一鎖定 狹縫236和第二鎖定狹縫238的尺寸與第一陶瓷端連接器212和第二陶瓷 端連接器216的尺寸是相當(dāng)?shù)摹?br> 圖14示出了將撓性襯底200放置到圓形村托器230的過(guò)程的第一步。 這里，襯底200與分別連接到相對(duì)端的陶瓷端連接器212和216 —起由機(jī) 械叉裝置(圖中未顯示)通過(guò)將叉的末端插入第一端連接器凹槽220內(nèi)而 被傳送。第二步中，將第一陶資端連接器212穩(wěn)固地放置進(jìn)第一鎖定狹縫 236中。第三步中，在此實(shí)施例中逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)襯托器230，以將村底 200纏繞在外襯托器表面，使得內(nèi)襯底表面211與外襯托器表面234穩(wěn)固 地機(jī)械接觸，且暴露外襯底表面210。最后，如圖15中顯示的，第二陶瓷 端連接器216穩(wěn)固地放置進(jìn)第二鎖定狹縫238，并完成將撓性村底安裝(纏 繞)到襯托器的過(guò)程。圖16是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式在Z-X面內(nèi)的原子層化學(xué)氣相處理
(ALCVP)反應(yīng)器240的示意性垂直截面圖。應(yīng)注意到，如在此描述的所 有ALCVP反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸都平行于地平面，但這并不是要限制，因 為軸可以是另外的方向。原子層處理反應(yīng)器240是包括基本上圓柱形狀的 室主體189的小容積的緊湊且短路徑長(zhǎng)度的原子層化學(xué)氣相處理反應(yīng)器。 在此實(shí)施方式中的室主體189進(jìn)一步配備有分別順次安裝在室主體189的 圓周上的四個(gè)復(fù)合噴嘴80-1、 80-2、 80-3和80-4，使得兩個(gè)鄰近的復(fù)合噴 嘴之間的角距離基本上相等，而噴嘴圍繞主體的周邊等距地間隔開(kāi)。為術(shù) 語(yǔ)的簡(jiǎn)潔，在此明確雖然本發(fā)明描述了四種類(lèi)型的復(fù)合噴嘴，即80a(在 圖5A-5B中示意性地顯示)、80b (在圖6A-6B中示意性地顯示)、80c (在 圖7中示意性地顯示)以及80c (在圖8中示意性地顯示)，但此后的所有 四個(gè)復(fù)合噴嘴由單一的數(shù)字80指示，且?guī)в羞B字符號(hào)的后綴l、 2、 3和4 分別用來(lái)指第一、第二、第三和第四復(fù)合噴嘴。因此，四個(gè)噴嘴中的每一 個(gè)噴嘴都可選自包括復(fù)合噴嘴80a、 80b、 80c和80d的組。而且，在A(yíng)LCVP 反應(yīng)器的這個(gè)結(jié)構(gòu)中，第 一反應(yīng)氣體A的受控源連接到第 一復(fù)合噴嘴80-1; 惰性氣體P的受控源連接到第二復(fù)合噴嘴80-2;第二反應(yīng)氣體B的受控源 連接到第三復(fù)合噴嘴80-3;以及惰性氣體P的受控源連接到第四復(fù)合噴嘴 80-4。四個(gè)復(fù)合噴嘴80-l、 80-2、 80-3以及80-4的中每個(gè)噴嘴的排氣口分 別連接到真空源(在圖中未顯示)。在此強(qiáng)調(diào)，在圖中沒(méi)有顯示用于反應(yīng) 氣體的供給的質(zhì)量流控制機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，這些是4艮好理解的。復(fù)合噴嘴80-l、 80-2、 80-3以及80-4分別借助 O形環(huán)密封件92-1 、 92-2 、 92-3以及92-4連接到室主體189 。具有固定的 背部(backside)加熱器252的圓形村托器230共軸地安裝在室主體189 內(nèi)，以便在其間界定環(huán)形間隙250。撓性村底200繞在圓形襯托器230上。 ALCVP反應(yīng)器240配備有襯底裝卸口 254和帶有O形環(huán)密封件258的門(mén) 256。門(mén)256可通過(guò)遠(yuǎn)程受控的氣動(dòng)閥裝置(在圖中未顯示)操作，以閉 合和打開(kāi)襯底裝卸口 254。在閉合位置的門(mén)256在襯底處理期間對(duì)室主體 189提供真空密封。另夕卜，ALCVP反應(yīng)器240配備有固定的非接觸式溫度 測(cè)量傳感器260a、 260b和260c，以監(jiān)測(cè)內(nèi)襯托器表面232的溫度，并由 此以閉環(huán)方式控制提供給固定的背部加熱器252的電能。盡管在圖中沒(méi)有顯示閉環(huán)溫度控制電路以及相關(guān)的硬件的細(xì)節(jié)，但是對(duì)于本領(lǐng)域的一般技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這些是熟知的。由數(shù)字262標(biāo)記襯托器的旋轉(zhuǎn)軸。在襯底處
理期間，在所有的復(fù)合噴嘴80-1、 80-2、 80-3以及80-4工作的同時(shí)，保持 在期望溫度的圓形襯托器230在此實(shí)施方式中繞著旋轉(zhuǎn)軸262逆時(shí)針?lè)较?旋轉(zhuǎn)，以通過(guò)預(yù)定次數(shù)的襯托器旋轉(zhuǎn)制造期望尺寸的薄膜。在期望次數(shù)的 襯底旋轉(zhuǎn)完成后，可關(guān)閉反應(yīng)氣體流，且村底可在惰性氣體流中冷卻。下 面提供了 ALCVP反應(yīng)器操作的細(xì)節(jié)。另外，使用反應(yīng)氣體的至少一個(gè)復(fù) 合噴嘴，即80-1和80-3可以是如在2004年10月27日提交的第10/975,169 號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)的原位化學(xué)氣相前驅(qū)物發(fā)生器的形式，所述的申請(qǐng) 在此以引用方式全部并入。最后，鄰近的復(fù)合噴嘴的排氣口裝置及其連接 方法的細(xì)節(jié)在下面描述。
在A(yíng)LCVP反應(yīng)器240的另一個(gè)實(shí)施方式中，第一復(fù)合噴嘴80-1和第 三復(fù)合噴嘴80-3的結(jié)構(gòu)如圖6A-6B顯示，而第二復(fù)合噴嘴80-2和第四復(fù) 合噴嘴的結(jié)構(gòu)圖5A-5B顯示。在此應(yīng)當(dāng)注意，分別在第一復(fù)合噴嘴80-1 的鄰近的內(nèi)部注入器82a和82b中使用的化學(xué)前驅(qū)物以及第三復(fù)合噴嘴 80-3使用的化學(xué)前驅(qū)物選擇成使得它們?cè)谔囟ǖ膹?fù)合噴嘴內(nèi)不相互反應(yīng)。 然而，它們共同地易于與其他復(fù)合噴嘴使用的化學(xué)前驅(qū)物反應(yīng)。第二實(shí)施 方式的ALCVP反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的其他細(xì)節(jié)與為如圖16中顯示的ALCVP反 應(yīng)器240的實(shí)施方式所描述的內(nèi)容類(lèi)似。
圖17示出了在本發(fā)明的第三實(shí)施方式中z-x面內(nèi)的原子層化學(xué)氣相處 理(ALCVP)反應(yīng)器的示意性垂直截面圖，其中四個(gè)復(fù)合噴嘴安裝在室主 體]89的圓周上，使得在兩個(gè)鄰近的噴嘴之間的角距離基本上相等。第一 復(fù)合噴嘴80-1分別通過(guò)質(zhì)量流控制器265-1、 265-2和265-3連接到三種不
同的反應(yīng)氣體Ai、 A2和Ag的受控源。這三種反應(yīng)氣體A!、 A2和A3選擇
成使得它們不自發(fā)地相互反應(yīng)。類(lèi)似地，第三復(fù)合噴嘴80-3分別通過(guò)質(zhì)量 流控制器267-1 、 267-2和267-3連接到三種不同的反應(yīng)氣體Bi 、 B2和B3 的受控源。這三種反應(yīng)氣體Bp B2和B3選擇成使得它們不自發(fā)地相互反 應(yīng)。然而，Bp B2和B3共同地易于與所有Ap A2和A3自發(fā)地反應(yīng)。圖 17中顯示的ALCVP反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的其余細(xì)節(jié)與上面圖16所描述的完全相 同。圖18示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式在Z-X面內(nèi)的原子層化學(xué)氣相處
理(ALCVP)反應(yīng)器240的示意性垂直截面圖。在A(yíng)LCVP反應(yīng)器的這個(gè) 實(shí)施方式中，使用第一反應(yīng)氣體A的第一復(fù)合噴嘴80-1和使用第三反應(yīng) 氣體C的第五復(fù)合噴嘴80-5相互非常鄰近地安裝，而使用第二反應(yīng)氣體B 的復(fù)合噴嘴80-3和使用第六反應(yīng)氣體D的第六復(fù)合噴嘴80-6相互非常鄰 近地安裝，并基本上在直徑上與由分別使用反應(yīng)氣體A和C的第一復(fù)合噴 嘴80-1和第五復(fù)合噴嘴80-5組成的一對(duì)噴嘴相對(duì)。均使用惰性氣體P的 復(fù)合噴嘴80-2和復(fù)合噴嘴80-4安裝在使用反應(yīng)氣體的這對(duì)復(fù)合噴嘴的基 本上中間的位置。在此實(shí)施方式中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)襯托器以將襯底連續(xù)地暴露 給來(lái)自操作中設(shè)置的復(fù)合噴嘴80-1、 80-2、 80-3以及80-4的氣流來(lái)進(jìn)行包 括第一反應(yīng)氣體A、惰性氣體P、第二反應(yīng)氣體B和惰性氣體P的第一原 子層化學(xué)氣相處理順序。第一原子層化學(xué)氣相處理順序之后是包括第三反 應(yīng)氣體C(來(lái)自第五復(fù)合噴嘴80-5 )、惰性氣體P(來(lái)自第二復(fù)合噴嘴80-2 ), 第四反應(yīng)氣體D (來(lái)自第六復(fù)合噴嘴80-6)以及惰性氣體P (來(lái)自第四復(fù) 合噴嘴80-4)的第二原子層化學(xué)氣相處理順序，而不需要,人ALCVP反應(yīng) 器除去襯底。可選擇地，可處理源于反應(yīng)氣體A、 B、 C和D的包括任何 期望的元素成分，包括金屬、非金屬等的可變成分的薄膜。另外，可在處 理過(guò)程中通過(guò)簡(jiǎn)單地、適當(dāng)?shù)卣{(diào)整(或在必要時(shí)完全切斷) 一種或多種反 應(yīng)氣體A、 B、 C和D的流原位改變?nèi)我换騼蓪幽さ某煞?。這樣，通過(guò)期 望次數(shù)的旋轉(zhuǎn)來(lái)旋轉(zhuǎn)襯托器可制造厚度或雙層或多層(在此具體情況中， 為結(jié)構(gòu)(AB) m- (CD) n- (AB) 。- (CD) p ...(在此，m、 n、 o和p是 整數(shù))的交替雙層膜)上具有可變成分或成分梯度的多成分的薄膜。
圖19是如圖16中所顯示的ALCVP反應(yīng)器在x-y面內(nèi)的截面圖。圖 19顯示了室主體189，其中共軸安裝的圓形襯托器230安裝在基板270上， 而第一復(fù)合噴嘴80-l和第三復(fù)合噴嘴80-3在直徑方向上相互相對(duì)地安裝， 并基本上平行于襯托器的旋轉(zhuǎn)軸262。在此實(shí)施方式中，圓形襯托器230 由下村托器支持板(lower susceptor holder plate ) 272支撐，并由上襯托器 支持板274包圍，以界定腔264。 ALCVP反應(yīng)器進(jìn)一步配備有安裝在基板 270內(nèi)的下旋轉(zhuǎn)密封件276和安裝在頂板(capplate) 275內(nèi)的上旋轉(zhuǎn)密封 件278。頂板275和基板270分別借助O形環(huán)密封件279a和279b連接到室主體189。下空心軸(lower hollow shaft) 280通過(guò)下旋轉(zhuǎn)密封件276, 并連接到下襯托器支持板272。上空心軸282通過(guò)上旋轉(zhuǎn)密封件278，并 連接到上襯托器支持板274。因此，通過(guò)下襯托器支持板272和上襯托器 支持板274保持在適當(dāng)位置的圓形襯托器230共軸地安裝在室主體189內(nèi)， 并繞其旋轉(zhuǎn)軸262自由旋轉(zhuǎn)。繞著下旋轉(zhuǎn)密封件276共中心設(shè)置的下凈化 腔(purge cavity) 284配備有圓周入口 285，以引入凈化氣體(由虛線(xiàn)箭頭 顯示氣流的方向)，以便輔助復(fù)合噴嘴80-1和80-3的功能。繞著上旋轉(zhuǎn)密 封件278共中心設(shè)置的上凈化腔286配備有圓周入口 285'，以引入流向復(fù) 合噴嘴80-1和80-3的凈化氣體。在下旋轉(zhuǎn)軸280附近設(shè)置電動(dòng)機(jī)287，用 于襯托器的旋轉(zhuǎn)。主動(dòng)滑輪(driving pulley) 288連接到電動(dòng)機(jī)287。帶289 將主動(dòng)滑4會(huì)連接到安裝在下空心軸280上的/人動(dòng)滑一合290。下空心軸280 設(shè)置在底部旋轉(zhuǎn)密封件291內(nèi)。底部旋轉(zhuǎn)密封件291連接到第一固定支持 板291'。襯托器凈化氣體腔292連接到底部旋轉(zhuǎn)密封件291，以包住下空 心軸280。對(duì)襯托器凈化氣體腔292設(shè)置襯托器凈化入口 292'，以在腔264 內(nèi)引入凈化氣體。電力々赍電線(xiàn)293a和203b通過(guò)下空心軸280，并還通過(guò) 底部旋轉(zhuǎn)密封件291到達(dá)外部加熱器電力供給源(在圖中未顯示)。在腔 264內(nèi)，固定的背部加熱器252借助加熱器支承板294相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的圓形 襯托器230被支承并固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩ＴO(shè)置在上旋轉(zhuǎn)密封件278內(nèi)的上 空心軸282封入上村托器凈化氣體腔295中。對(duì)上襯托器凈化氣體腔295 提供真空饋通裝置(vacuum feed-through ) 296,以在腔264內(nèi)設(shè)置支承和 接觸棒(support and contact rod) 297，并同樣支持在襯底處理過(guò)程中檢測(cè) (測(cè)量并閉環(huán)控制)內(nèi)襯托器表面232溫度的非接觸式溫度傳感器260a、 260b和260c。用于村托器溫度控制的閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的細(xì)節(jié)未在圖中顯 示。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這樣的裝置是已知的。最后， 在此要明確的是，上襯托器凈化氣體腔295連接到類(lèi)似于固定的地面支持 板291'的第二固定的支持板(在圖中未顯示)，以在適當(dāng)?shù)奈恢梅€(wěn)固地支持 ALCVP反應(yīng)器240。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的可選才爭(zhēng)實(shí)施方式在z-x面內(nèi)的原子層化學(xué)氣相處 理(ALCVP)反應(yīng)器300的示意性垂直截面圖。反應(yīng)器300包括四個(gè)復(fù)合 噴嘴，在x-z面內(nèi)，其中第一復(fù)合噴嘴80-1連接到第一反應(yīng)氣體A的受控源，第二復(fù)合噴嘴80-2連接到惰性氣體P的受控源，第三復(fù)合噴嘴80-3 連接到笫二反應(yīng)氣體B的受控源，而第四復(fù)合噴嘴80-4連接到惰性氣體P 的受控源，且所有的噴嘴按順序設(shè)置在圓形原子層處理室內(nèi)，使得在兩個(gè) 鄰近的復(fù)合噴嘴之間的角距離基本上相等。在室主體189內(nèi)共軸安裝的八 邊形村托器230'界定其間的間隙250'。固定的八邊形截面的背部加熱器252' 安裝在襯托器腔264'內(nèi)。在此實(shí)施方式中，八個(gè)平坦的襯底205a、 205b、 205c、 205d、 205e、 205f、 205g和205h在操作中連接到八邊形村托器230' 的乂\個(gè)面。
圖21是如圖20顯示的ALCVP反應(yīng)器300的可選擇實(shí)施方式在x-y 面內(nèi)的水平截面圖。八邊形襯托器230'的平面或面相對(duì)于垂直線(xiàn)成4兌角e (例如0°《6《15°)?；旧掀叫杏谝r托器表面230'安裝所有的復(fù)合噴 嘴(在圖中只顯示了 80-1和80-3)。所以，固定的背部加熱器252'也相對(duì) 于八邊形襯托器230'安裝在傾斜的位置，使得襯托器的背部232'和固定的 背部加熱器252'之間的橫向距離基本相同。在圖21中顯示的可選擇實(shí)施方 式的ALCVP反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)的其他細(xì)節(jié)與在圖19中顯示的ALCVP反應(yīng)器 的優(yōu)選實(shí)施方式所描述的內(nèi)容類(lèi)似。
圖22示出了使用矩形ALCVP室352的ALCVP反應(yīng)器350的又一實(shí) 施方式。其旋轉(zhuǎn)軸在x處的第一旋轉(zhuǎn)襯托器354a與其旋轉(zhuǎn)軸在x'處的第二 旋轉(zhuǎn)村托器354b安裝在矩形ALCVP室352內(nèi)，使得連線(xiàn)x-x'基本上平行 于室352的壁之一 (由字母w標(biāo)記)。連接到外部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(在圖中未顯 示)的第一旋轉(zhuǎn)襯托器354a為主動(dòng)襯托器(driving susceptor)，而第二旋 轉(zhuǎn)襯托器354b為從動(dòng)襯托器(driven susceptor )。第 一旋轉(zhuǎn)襯托器354a配 備有第一固定的內(nèi)部加熱器356a,而第二旋轉(zhuǎn)襯托器354b配備有第二固 定的內(nèi)部加熱器356b。撓性金屬帶358連接第一旋轉(zhuǎn)襯托器354a與第二 旋轉(zhuǎn)襯托器354a。撓性金屬帶358為多個(gè)撓性村底200a、 200b、 200c和 200d提供支持。ALCVP反應(yīng)器350進(jìn)一步分別地配備有分別安裝在兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)襯托器354a和354b之間的腔364內(nèi)的兩個(gè)固定且扁平的加熱器360 和362。 ALCVP室350配備有安裝在室的圓周上的四個(gè)復(fù)合噴嘴80-1、 80-2、 80-3和80-4。同樣，流動(dòng)分隔板180-1、 180-2、 180-3和180-4安裝 在各復(fù)合噴嘴80-l、 80-2、 80-3和80-4附近。復(fù)合噴嘴80-1連接到反應(yīng)氣體A的受控源；復(fù)合噴嘴80-2連接到惰性氣體P的受控源；復(fù)合噴嘴 80-3連接到反應(yīng)氣體B的受控源以及復(fù)合噴嘴80-4連接到惰性氣體P的 受控源。在A(yíng)LCVP反應(yīng)器的操作期間，通過(guò)啟動(dòng)外部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)第一 旋轉(zhuǎn)襯托器354a，在所有的復(fù)合噴嘴(80-1、 80-2、 80-3和80-4 )連續(xù)地 工作的同時(shí)，襯托器的溫度和ALCVP室350的壓力保持在期望的水平。 旋轉(zhuǎn)襯托器溫度控制機(jī)構(gòu)與在圖16-22中所描述的相同，不再為ALCVP 反應(yīng)器350特別說(shuō)明。
在此特別注意，在所有上面描述的ALCVP反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中(參考圖 16-22)，沒(méi)有明確顯示和詳細(xì)描述控制ALCVP室壓力的機(jī)構(gòu)。然而，控 制壓力對(duì)于薄膜過(guò)程，不論是原子層化學(xué)氣相過(guò)程或高速化學(xué)氣相過(guò)程都 是可變的必要的過(guò)程，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在襯底處理期間控制壓 力所需要的儀器和電路是熟知的。
圖23是包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有四個(gè)復(fù)合噴嘴80-1 、80-2、 80-3 禾口 80-4并具有下游真空系統(tǒng)裝置(downstream vacuum system arrangement) 的ALCVP反應(yīng)器240的原子層化學(xué)氣相處理系統(tǒng)400的示意圖。在此應(yīng) 當(dāng)注意，在圖23中沒(méi)有顯示控制ALCVP系統(tǒng)400的各種各樣的過(guò)程參數(shù) 的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域單個(gè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這應(yīng)該是已 知的。應(yīng)當(dāng)指出，反應(yīng)器240只是作為舉例示出，且如圖23中顯示的下 游真空系統(tǒng)裝置同樣地適用于在本發(fā)明中描述的ALCVP反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的各 種各樣的其他實(shí)施方式。第一復(fù)合噴嘴80-1通過(guò)第一入口管道402和第一 計(jì)量閥404連接到第一反應(yīng)氣體A的受控源。第二復(fù)合噴嘴80-2通過(guò)第 二入口管道406和第二計(jì)量閥408連接到惰性氣體P的受控源。第三復(fù)合 噴嘴80-3通過(guò)第三入口管道410和第三計(jì)量閥412連接到第二反應(yīng)氣體B 的受控源。第四復(fù)合噴嘴80-4通過(guò)第四入口管道414和第四計(jì)量閥416連 接到惰性氣體P的受控源。來(lái)自第一復(fù)合噴嘴80-1的第一排氣管道418 和來(lái)自第二復(fù)合噴嘴80-2的第二排氣管道420 —起連接到第 一 閘門(mén)閥422 。 第一閘門(mén)閥422通過(guò)第一閘門(mén)閥連接管道426連接到第一節(jié)流閥424。依 次地，第一節(jié)流閥424通過(guò)第一節(jié)流閥連接管道430連接到第一化學(xué)前驅(qū) 物收集阱428。其后，第一化學(xué)前驅(qū)物收集阱428通過(guò)第一化學(xué)前驅(qū)物收 集阱管道434連接到真空泵432。類(lèi)似地，來(lái)自第三復(fù)合噴嘴80-3的第三排氣管道436和來(lái)自第四復(fù)合噴嘴80-4的第四排氣管438 —起連接到第二 閘門(mén)閥440。第二閘門(mén)閥440通過(guò)第二閘門(mén)閥連接管道444連接到第二節(jié) 流閥442。依次地，第二節(jié)流閥442通過(guò)第二節(jié)流閥連4妄管道448連4矣到 第二化學(xué)前驅(qū)物收集阱446。其后，第二化學(xué)前驅(qū)物收集阱446通過(guò)第二 化學(xué)前驅(qū)物收集阱管道450連接到真空泵432。
在此應(yīng)當(dāng)指出，可能有必要加熱從襯底處理室通過(guò)閘門(mén)閥和節(jié)流閥通 向過(guò)濾器/阱的所有的連接管道，以防止反應(yīng)氣體(化學(xué)前驅(qū)物)在排氣裝 置中凝結(jié)?；瘜W(xué)前驅(qū)物阱428和446兩者分別配備有恒定流量的冷卻液， 以幫助凝結(jié)反應(yīng)氣體/化學(xué)前驅(qū)物。這樣的裝置具有幾個(gè)潛在的非常有價(jià)值 的好處。第一，化學(xué)前驅(qū)物收集阱還幫助除去來(lái)自各氣體流的固體微粒， 這對(duì)于真空泵及其操作是非常有益的。第二，未使用的反應(yīng)氣體局部地注 入并局部地且分別地收集，并且可以按相對(duì)純凈的狀態(tài)被隔離。此特點(diǎn)在 可能的化學(xué)再利用方面以及同樣在提高整個(gè)過(guò)程和系統(tǒng)操作效率方面，以 及對(duì)在本質(zhì)上減少下游排出流及其后處理來(lái)說(shuō)是有意義的。最后，通過(guò)在 各化學(xué)前驅(qū)物收集阱中輸入氣體量和收集量之間實(shí)施閉環(huán)連接方法，可最 優(yōu)化輸入的反應(yīng)氣體量，以便將化學(xué)前驅(qū)物阱中的收集減少到最低水平， 并幫助經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行整個(gè)過(guò)程。
圖24A-24D示出了用于在對(duì)襯底提供良好的熱接觸的同時(shí)將襯底支 持在襯托器上的各種示意性布置。圖24A是八邊形襯托器230的斜面的示 意圖，其中凹槽209將平面襯底205保持在其內(nèi)。圖24B示出了具有真空 孔213的八邊形襯托器230'的斜面的示意圖，以將平面襯底205保持在凹 槽209內(nèi)。在A(yíng)LCVP反應(yīng)器300的操作期間，以通過(guò)凈化氣體出口 ( purge gas exit port ) 295 (參考圖21 )實(shí)施吸引(applying suction )的方式保持腔 209內(nèi)的壓力低于室操作壓力。圖24C示出了八邊形襯托器230'的斜面的 示意圖，在八邊形襯托器230'上，分別借助兩個(gè)靜電夾盤(pán)(electrostatic chuck plate ) 215a和215b將平面襯底205保持在凹槽209內(nèi)。圖24D示出了圓 形襯托器230的示意圖，其中撓性襯底200分別借助釘子(spike ) 219a和 219b垂直地支持在圓形襯托器230上。
圖25A-25D示出了襯底在襯托器的表面或面上的放置的各種空間布 置。圖25A示出了保持在形狀基本圓柱形的圓形村托器230上的撓性襯底200的前視圖。圖25B是在其上連接有多個(gè)村底200a、 200b 、 200c的 圓形襯托器230的前視圖。圖25C是保持平面襯底205的八邊形襯托器 230'的面的前視圖。圖25D是保持用于原子層化學(xué)氣相處理的多個(gè)圓形平 面村底205'a、 205'b、 205'c、 205'd、 205'e和205'f的八邊形襯托器230' 的面的前^L圖。
本發(fā)明裝置的操作
可按雙重模式操作如所詳細(xì)描述的本發(fā)明的所有原子層化學(xué)氣相處 理裝置結(jié)構(gòu)。該裝置操作的第一種才莫式是作為原子層化學(xué)氣相處理反應(yīng)器 以一層原子層精度處理村底，而第二種操作才莫式是高速化學(xué)處理反應(yīng)器。
在反應(yīng)器操作的第一種沖莫式中，首先，根據(jù)具體情況而定，將襯底或 多個(gè)村底穩(wěn)固地設(shè)置在襯托器上，并借助0形環(huán)密封件關(guān)閉ALCVP反應(yīng) 器的門(mén)，以獲得穩(wěn)定且不變的內(nèi)部壓力環(huán)境。將所有四個(gè)流動(dòng)分隔板向著 襯托器下降到室中，使得所有流動(dòng)分隔板的下邊緣保持在非常鄰近旋轉(zhuǎn)襯 托器的固定位置處。流動(dòng)分隔板的下邊緣和襯托器表面之間的距離可根據(jù) 處理氣體的性質(zhì)、襯底溫度和反應(yīng)器壓力在l-5mm范圍內(nèi)變化。通過(guò)打開(kāi) 閘門(mén)閥和節(jié)流閥連同可操作的真空泵抽空ALCVP反應(yīng)器。引入上下惰性 氣體凈化氣流和襯托器腔凈化氣流。同時(shí)，開(kāi)始襯底的旋轉(zhuǎn)。在獲得期望 的角速度之后，啟動(dòng)均使用惰性氣體P的第二和第四復(fù)合噴嘴，所述的期 望的角速度在此后特定的工藝步驟中保持恒定。同時(shí)，將襯底加熱到期望 的溫度，并通過(guò)以閉環(huán)形式向裝入的加熱器提供電能來(lái)使襯底的溫度保持 恒定。在進(jìn)行此步驟的過(guò)程中，也借助節(jié)流閥和壓力傳感器之間的閉環(huán)裝 置調(diào)整室壓力，并保持恒定。隨后，啟動(dòng)使用第一反應(yīng)氣體A的復(fù)合噴嘴， 并立即在之后啟動(dòng)使用第二反應(yīng)氣體B的第二復(fù)合噴嘴。用于本發(fā)明的噴 嘴的啟動(dòng)涉及到啟動(dòng)來(lái)自?xún)?nèi)部線(xiàn)性注入器的流，且同時(shí)涉及使用外部排氣 口抽空來(lái)自村底附近的過(guò)量氣體。因此，通過(guò)連續(xù)地暴露在第一反應(yīng)氣體 A、惰性氣體P、第二反應(yīng)氣體B以及惰性氣體P中連續(xù)地處理襯底，以 在村底表面上制造單層的原子層。在實(shí)現(xiàn)期望水平的襯底處理后，使用反 應(yīng)氣體的第一和第三復(fù)合噴嘴不再起作用，且在村底連續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在分別來(lái)自第二和第四復(fù)合噴嘴的惰性氣體流中將襯底冷卻到期望的溫度。 隨后，逐漸減小村底旋轉(zhuǎn)的角速度，村底旋轉(zhuǎn)完全停止。從襯底表面收回 (向外移動(dòng))流動(dòng)分隔板。關(guān)閉閘門(mén)閥，并使室處于期望的壓力水平，以
通過(guò)將室門(mén)打開(kāi)至襯底轉(zhuǎn)移口 ( substrate transfer port)而將襯底移出室。
在反應(yīng)器操作的第二種模式中，在啟動(dòng)所有四個(gè)復(fù)合噴嘴后，通過(guò)切 斷惰性氣體P的流以及同樣關(guān)閉外部排氣口中的閥使^使用惰性氣體P的第 二復(fù)合噴嘴不起作用。第二復(fù)合噴嘴的不起作用導(dǎo)致由第一反應(yīng)氣體A形 成第一單層(原子層)的過(guò)程終止，而整個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚倩瘜W(xué)氣相處理。 可選擇地，使用惰性氣體P的第四復(fù)合噴嘴也不再起作用。同樣，在高速 化學(xué)氣相處理模式中，所有的流動(dòng)分隔板保持在收回位置，使得流動(dòng)分隔 板的下邊緣基本上遠(yuǎn)離襯托器表面。
作為如上面所描述的ALCVP反應(yīng)器的操作速度的實(shí)例，襯底寬度可 為30cm，而長(zhǎng)度可約為100cm。這樣的襯底可繞在直徑近似等于100cm/兀， 即約等于32cm的襯托器上。假設(shè)薄膜材料的各單層厚度為0.2nm,而襯 托器旋轉(zhuǎn)的角速度為1000轉(zhuǎn)/min，則可在三分之一米的區(qū)域上實(shí)現(xiàn) 200nm/min的原子層沉積速度。ALCVP反應(yīng)器可在五分鐘內(nèi)，在三分之一 平方米的襯底尺寸上獲得l.O微米(1000nm)的沉積厚度！通過(guò)在下面的 實(shí)施例中所描述的本發(fā)明的應(yīng)用，進(jìn)一步詳細(xì)地解釋了本發(fā)明
實(shí)施例-l:銅的原子層沉積
銅膜可如在2004年10月27日提交的第10/975,169號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 中所描述的通過(guò)使用在第一復(fù)合噴嘴的內(nèi)部線(xiàn)性注入器內(nèi)原位產(chǎn)生的具 有通式CuX(X二F, Cl, Br以及I)的卣化亞銅以單層精度沉積。卣化亞銅 氣體隨后與源于H2等離子體的活性氫物質(zhì)(例如，離子物質(zhì)H+、自由基 H'以及活化的H2*)結(jié)合?？蛇x擇地，村底表面上的CuX可與從連接到第 二復(fù)合噴嘴的內(nèi)部線(xiàn)性注入器的自由基源獲得的氫的自由基(H* )結(jié)合。 對(duì)于銅的單層沉積過(guò)程，第一和第三復(fù)合噴嘴各自都使用囟化銅前驅(qū)物， 而第二和第四復(fù)合噴嘴都使用源于氫等離子體或氫自由基的物質(zhì)，以加速 整個(gè)過(guò)程。
總的反應(yīng)描迷為CuX + H+/H* — Cu + HX (2)
在如方程式(2)中描述的卣化銅氫化的化學(xué)過(guò)程中，活性氫物質(zhì)取 代了常規(guī)的四步原子層沉積過(guò)程中的惰性氣體P?？捎行У挠糜诖擞猛镜?可替代的銅前驅(qū)物為六氟乙酰丙酮合銅(II ) ( Copper(II) hexafluoro-acetyl國(guó)acetonate )[Cu (hfac)2] 、 2,2,6,6,-四甲基3,5誦庚二酮合銅(II) [Cu(thd)2]以及其他類(lèi)似物。
實(shí)施例-2:銅銦聯(lián)竭化合物合金膜的沉積
銅銦聯(lián)硒化合物的薄膜可以按ALD才莫式通過(guò)卩吏用如在上面實(shí)施例-1 中描述的銅的前驅(qū)物之一沉積，其與銦的適當(dāng)?shù)那膀?qū)物結(jié)合，例如銦的卣 化物，例如可在線(xiàn)性注入器內(nèi)原位產(chǎn)生的三氯化銦[InCl3][參考在2004年 10月27日提交的第10/975,169號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)]、三曱基銦[(CH3)3ln]、 一 氯二曱基銦(di-methly indium chloride )[(CH3)2In-Cl]、六氟戊二酮銦(indium hexa-fluoro-pentanedionate )
以及其他類(lèi)似物。銦的前驅(qū)物不 限于上面列舉的前驅(qū)物。優(yōu)選的硒前驅(qū)物為可以如在2004年10月27曰 提交的第10/975,169號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中描述的由固體硒和氫原位產(chǎn)生的 H2Se氣體。合成銅銦聯(lián)硒化合物薄膜的整個(gè)化學(xué)反應(yīng)可給出為(為簡(jiǎn)潔起 見(jiàn)，反應(yīng)只顯示了卣化物和硒化氫氣體)
CuCl + InCl3 + 2H2Se — CuInSe2 + 4 HC1 方程(2)
在A(yíng)LD過(guò)程中，可將氮用作凈化的惰性氣體。在圖6A中顯示了可用 于此目的的ALCVP反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，其中雙重內(nèi)部線(xiàn)性注入器可用于向室 內(nèi)注入CuCl和InCl3蒸汽。同樣，如圖17和18中描述的ALCVP反應(yīng)器 結(jié)構(gòu)可為此目的高效地使用。
實(shí)施例-3:銅銦鎵硒(CIGS)梯度成分膜(Copper Indium (Gallium) Selenide (CIGS) Graded Composition Films )的沉積
通過(guò)厚度改變成分的薄膜可以按ALD^t式通過(guò)使用如圖17和18中 描述的ALCVP反應(yīng)器沉積。銅和銦的源如所描述的，^f旦不限于上面描述 的銅和銦的源。這些源可與適當(dāng)?shù)逆壴匆约癏2Se結(jié)合，4家源例如但不限 于三甲基鎵[(CH3)3 Ga]、 一氯二乙基鎵[(C2Hs) Ga-Cl]，而Nz作為凈化氣體。在銅銦鎵硒膜的ALD/CVD沉積過(guò)程中，在保持H2Se氣流的同時(shí)，增加銦 的流，成比例地減少鎵的流。在A(yíng)LD或在CVD模式中的過(guò)程順序?qū)τ讷@ 得梯度光學(xué)帶隙、大面積且高質(zhì)量的太陽(yáng)能吸收體材料是非常有價(jià)值的， 在太陽(yáng)能吸收體材料中，材料的成分和光學(xué)帶隙可相對(duì)于膜厚調(diào)整。
實(shí)施例-4:硫化鋅/竭化鋅膜的沉積
ZnSe的薄膜可通過(guò)使用ZnCb作為鋅源，而H2S或H2Se分別作為硫 和硒的源來(lái)沉積。ZnCl2可在如美國(guó)第11/號(hào)專(zhuān)利中描述的內(nèi)部線(xiàn)性注入 器內(nèi)原位產(chǎn)生?？蛇x擇地，二甲基鋅[(CH3)2Zn]可用作鋅源。
實(shí)施例-5:銅銦鎵硒與硫化鋅/硒化鋅雙層膜的沉積
在薄膜光伏太陽(yáng)能電池中，CIGS用作吸收體層，而ZnSSe是窗口層 (window layer )?？赏ㄟ^(guò)使用如圖17中描述的ALCVP反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，其中 A產(chǎn)銅源，A產(chǎn)銦源，A產(chǎn)鎵/鋅源，而B(niǎo)產(chǎn)硒源以及B^硫源，首先如上面 的實(shí)施例3中所示的沉積CIGS薄膜而獲得銅銦鎵硒(CIGS ) /ZnSSe薄膜 的雙層膜。在這樣的過(guò)程順序中，ZnSSe膜可沉積在已經(jīng)形成在相同的室 內(nèi)的CIGS膜的頂部，而不破壞真空環(huán)境?？赏ㄟ^(guò)ALD或CVD方法沉積 CIGS和ZnSSe兩者或薄膜中的一層。這樣的過(guò)程順序?qū)τ谕ㄟ^(guò)保持吸收 體層和窗口層之間的界面的完整性提高太陽(yáng)能電池的效率可能是非常有 價(jià)值的。
已參考具體的實(shí)施方式顯示和描述了本發(fā)明，所述實(shí)施方式應(yīng)僅被認(rèn) 為是實(shí)例，且并不限制本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用的范圍。因此，在技術(shù)過(guò)程、結(jié)構(gòu)、 材料、形狀和成分中的任何變化和改性都是有可能的，前提是這些變化和 改性沒(méi)有偏離專(zhuān)利的權(quán)利要求。例如，基本線(xiàn)性形狀的復(fù)合噴嘴可由跨過(guò) 襯托器的高度的一組多個(gè)單一噴嘴代替。在幾個(gè)實(shí)施方式中的襯托器已被 描述為圓形筒(round drum)或具有多個(gè)面和多邊形截面的可旋轉(zhuǎn)元件。 然而，在上面描述的至少一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)使用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)筒，而襯底 或襯底載體繞著兩個(gè)筒傳送。因此，襯托器是室內(nèi)的一種傳送機(jī)構(gòu)，而在 本發(fā)明的范圍內(nèi)，多種傳送機(jī)構(gòu)是可能存在及可能的。可選擇地，將流噴 射到襯托器的整個(gè)高度的單點(diǎn)噴嘴(single-point nozzle)可有效地用來(lái)覆 蓋襯底。另外，可通過(guò)使用上面描述的裝置和方法獲得各種各樣的化學(xué)過(guò)程。而且，過(guò)程順序可根據(jù)過(guò)程化學(xué)和期望的產(chǎn)品適當(dāng)?shù)馗模蝗欢?，?有這樣的更改都將落入本發(fā)明的范圍內(nèi)?？稍谶^(guò)程參數(shù)，例如氣體流速、 襯底溫度、村底旋轉(zhuǎn)速度和室壓力的寬范圍內(nèi)調(diào)制這樣的反應(yīng)器的操作。 除沉積外，本發(fā)明同等地應(yīng)用于其他寬領(lǐng)域的處理，例如材料的蝕刻或去 除、光刻膠的剝除、在微結(jié)構(gòu)中殘余物灰化后或蝕刻后的清洗、去除處理 室的內(nèi)表面上的沉積物等等。因此，本發(fā)明包括寬領(lǐng)域的襯底處理，并由
本發(fā)明人稱(chēng)為原子層化學(xué)氣相處理"ALCVP"，而處理室稱(chēng)為ALCVP反 應(yīng)室。而且，如所描述的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不局限于特定的化學(xué)過(guò)程，且可 在本發(fā)明的范圍內(nèi)有效地進(jìn)行范圍廣泛的化學(xué)過(guò)程。襯底形狀在形狀上不 必要局限于圓形或矩形，而可具有方形、多邊形或任何其他的形狀。與顯 示和描述的復(fù)合噴嘴不同的復(fù)合噴嘴的各種組合與布置也是可能的。而 且，除了截面為圓形和八邊形外，襯托器在形狀上還可以是多邊形的。就 復(fù)合噴嘴來(lái)說(shuō)，內(nèi)部線(xiàn)性注入器不一定是圓柱形管，而可以具有圓錐形或 任何其他的形狀。足夠并可行地詳細(xì)講授了這樣的襯底處理裝置和方法。
另外，在上面描述的所有的ALCVP反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中，襯托器可配備有 電石茲肯^源(electromagnetic source of energy), i"列^口射步貞5敫厲力(radio-frequency excitation)，而且襯托器也可適當(dāng)偏斜，以調(diào)制被處理的薄膜的性質(zhì)以及 在村底表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)?？蛇x擇地，至少一個(gè)內(nèi)部線(xiàn)性注入器 可連接到等離子體源，或者一個(gè)線(xiàn)性注入器也可連接到自由基的源，以促 進(jìn)較低溫度下薄膜的處理反應(yīng)。
同樣地，在上面描述的所有的原子層化學(xué)氣相處理裝置結(jié)構(gòu)中，裝置 操作的^^式可從分立的原子層處理原位轉(zhuǎn)換為高速化學(xué)氣相處理(沉積、 蝕刻或表面改性)操作模式。在原子層化學(xué)氣相處理模式期間，在使用反 應(yīng)氣體以及惰性氣體的所有的復(fù)合噴嘴在開(kāi)始操作的同時(shí)，所有的矩形流 動(dòng)分隔板向著襯底降低，以幫助斷開(kāi)在襯底表面上形成的邊界層。同時(shí)， 可通過(guò)或者切斷流向襯底的惰性氣體流及/或通過(guò)將所有的流動(dòng)分隔板從 襯底表面移開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)操作的高速模式。
另外，相當(dāng)重要地注意到，在本發(fā)明的ALCVP裝置的所有結(jié)構(gòu)中， 反應(yīng)氣體局部地注入，并且也局部且分別地收集。在下游管道布置中，第一復(fù)合噴嘴注入器的排氣臂(exhaust arm)以及第二復(fù)合噴嘴注入器的排 氣臂都連接到Y(jié) (或T)形連接器，所述的連接器又通過(guò)節(jié)流閥和化學(xué)前 驅(qū)物收集/凝結(jié)阱連接到真空泵。類(lèi)似的下游管道布置分別用于第三和第四 復(fù)合注入器。在A(yíng)LCVP裝置的排氣部分中的這樣的管道布置將高度反應(yīng) 的化學(xué)前驅(qū)物的下游混合物轉(zhuǎn)移，并大大有利于以相對(duì)純凈的形式回收前 驅(qū)物的未使用的部分，用于前驅(qū)物的可能的再利用，以實(shí)現(xiàn)有效的操作上 的節(jié)約。同樣，這樣的布置也大大地減少了下游排出物的量、廢物治理的 范圍以及與之相關(guān)的費(fèi)用。另外，在此描迷的各種各樣的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)也有 助于最優(yōu)化化學(xué)前驅(qū)物的消耗。這些反應(yīng)器的組合有助于在本質(zhì)上提高總 的處理速度，且也有助于提高本發(fā)明中描述的裝置的操作效率。
權(quán)利要求
1.一種薄膜處理裝置，其包括處理室以及相連的抽空子系統(tǒng)，所述處理室?guī)в芯哂型膺吔绲耐獗?；多個(gè)注入噴嘴，其繞著外壁的外邊界分隔開(kāi)，所述注入噴嘴中的單個(gè)注入噴嘴穿透室壁，以將處理氣體從所述室的外部引入所述室的內(nèi)部，并基本上按線(xiàn)性形式分配所注入的氣體；以及傳輸子系統(tǒng)，其位于所述處理室內(nèi)，所述傳輸子系統(tǒng)按這樣一種方式負(fù)載待覆蓋的一個(gè)或多個(gè)襯底，即使得在所述傳輸子系統(tǒng)工作時(shí)，所述一個(gè)或多個(gè)襯底以連續(xù)的順序緊鄰所述多個(gè)注入噴嘴通過(guò)，并重復(fù)該連續(xù)的通過(guò)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述注入噴嘴中的單個(gè)噴嘴具有 與所述單個(gè)噴嘴相關(guān)聯(lián)的專(zhuān)用的抽空裝置，以在操作過(guò)程中除去緊鄰該噴 嘴的過(guò)量的注入氣體。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)注入噴嘴是四的倍數(shù)， 且以連續(xù)的順序四個(gè)噴嘴的組中的第一噴嘴注入第一反應(yīng)氣體，以形成 化學(xué)吸附單層,所述四個(gè)噴嘴的組中的笫二噴嘴注入第一惰性氣體，以?xún)?化第一反應(yīng)氣體的殘佘，所述四個(gè)噴嘴的組中的第三噴嘴注入第二反應(yīng)氣 體，以與化學(xué)吸附的第一反應(yīng)氣體化學(xué)反應(yīng)而形成膜的單層，以及所述四 個(gè)噴嘴的組中的第四噴嘴注入第二惰性氣體，以?xún)艋诙磻?yīng)氣體的殘 余，按順序與所述襯底的重復(fù)通過(guò)結(jié)合的四個(gè)噴嘴的組進(jìn)行原子層沉積過(guò) 程，從而以單層精度在所述襯底上制造膜。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述倍數(shù)是一，而按順序的噴嘴 的數(shù)量是四。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述室基本上是圓形的，所述外 邊界是所述室的圓周，且所述傳輸子系統(tǒng)包括在基本上是圓形的所述室內(nèi) 旋轉(zhuǎn)的筒。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中襯底是繞在所述筒上的撓性板， 所述筒的高度與所述板的寬度基本上相等，且其中線(xiàn)性延展的多個(gè)噴嘴中 的單個(gè)噴嘴基本上跨過(guò)所述襯底的寬度，且所述筒旋轉(zhuǎn)，以在與線(xiàn)性形式 注入基本成直角的方向在所述襯底上負(fù)載一點(diǎn)。
7. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述室具有基本上為扁平壁部分 的前部和背部，以及圓形的末端部分，而所述傳輸子系統(tǒng)包括以共同的角 速度旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)直徑基本上相等的筒。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述襯底是在連續(xù)的回路中繞著 兩個(gè)筒經(jīng)過(guò)的撓性板，且其中線(xiàn)性延展的多個(gè)噴嘴中的單個(gè)噴嘴基本上跨 過(guò)所述村底的寬度，且所述筒旋轉(zhuǎn)，以在與線(xiàn)性形式注入基本成直角的方 向上在所述襯底上負(fù)載一點(diǎn)。
9. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述室基本上是圓形的，所述外 邊界是所述室的圓周，且所述傳輸子系統(tǒng)包括在基本上是圓形的所述室內(nèi) 旋轉(zhuǎn)的多邊形截面的筒。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述多邊形截面的筒的扁平部分 負(fù)載單個(gè)的扁平襯底。
11. 一種用于處理薄膜的方法，所述方法包括以下步驟(a) 安裝多個(gè)注入噴嘴，所述多個(gè)注入噴嘴繞著連接到抽空子系統(tǒng)的 處理室的壁的外邊界分隔開(kāi)，其中所述注入噴嘴中的單個(gè)噴嘴穿透室壁， 以將處理氣體從所述室的外部引入所述室的內(nèi)部，并基本上按線(xiàn)性形式分 配注入的氣體；(b) 按這樣一種方式將待覆蓋的至少一個(gè)襯底設(shè)置在所述處理室內(nèi) 的傳輸子系統(tǒng)上，即使得在所述傳輸子系統(tǒng)工作時(shí)， 一個(gè)或多個(gè)襯底以連 續(xù)的順序緊鄰所述多個(gè)注入噴嘴通過(guò)，并重復(fù)該連續(xù)的通過(guò)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其包括在操作過(guò)程中，通過(guò)在所述注 入噴嘴中的單個(gè)注入噴嘴處的專(zhuān)用的抽空裝置，在緊鄰該噴嘴處抽空過(guò)量 的注入氣體。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個(gè)注入噴嘴是是四的倍數(shù)， 且以連續(xù)的順序四個(gè)噴嘴的組中的第一噴嘴注入第一反應(yīng)氣體，以形成 化學(xué)吸附單層，所述四個(gè)噴嘴的組中的第二噴嘴注入第一惰性氣體，以?xún)?化第 一反應(yīng)氣體的殘余，所述四個(gè)噴嘴的組中的第三噴嘴注入第二反應(yīng)氣 體，以與化學(xué)吸附的第一反應(yīng)氣體化學(xué)反應(yīng)而形成膜的單層，以及所述四 個(gè)噴嘴的組中的第四噴嘴注入第二惰性氣體，以?xún)艋诙磻?yīng)氣體的殘 余，按順序與所述襯底的重復(fù)通過(guò)結(jié)合的四個(gè)噴嘴的組進(jìn)行原子層沉積過(guò) 程，從而以單層精度在所述村底上制造膜。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述倍數(shù)是一，而按順序的噴嘴的數(shù)量是四。
15. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述室基本上是圓形的，所述外 邊界是所述室的圓周，且所述傳輸子系統(tǒng)包括在基本上是圓形的所述室內(nèi) 旋轉(zhuǎn)的筒。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中襯底是繞在所述筒上的撓性板， 所述筒的高度與所述板的寬度基本上相等，且其中線(xiàn)性延展的多個(gè)噴嘴中 的單個(gè)噴嘴基本上跨過(guò)所述襯底的寬度，且所述筒旋轉(zhuǎn)，以在與線(xiàn)性形式 注入基本成直角的方向在所述襯底上負(fù)栽一點(diǎn)。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述室具有基本上為扁平壁部分 的前部和背部，以及圓形的末端部分，而所述傳輸子系統(tǒng)包括以共同的角 速度旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)直徑基本上相等的筒。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述襯底是在連續(xù)的回路中繞 著兩個(gè)筒經(jīng)過(guò)的撓性板，且其中線(xiàn)性延展的多個(gè)噴嘴中的單個(gè)噴嘴基本上 跨過(guò)所述襯底的寬度，且所迷筒旋轉(zhuǎn)，以在與線(xiàn)性形式注入基本成直角的 方向上在所述襯底上負(fù)載一點(diǎn)。
19. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述室基本上是圓形的，所述外 邊界是所述室的圓周，且所述傳輸子系統(tǒng)包括在基本上是圓形的所述室內(nèi) 旋轉(zhuǎn)的多邊形截面的筒。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述多邊形截面的筒的扁平部 分負(fù)載單個(gè)的扁平襯底。
全文摘要
一種用于大面積高速原子層化學(xué)氣相處理的裝置和方法，其中反應(yīng)氣體和惰性氣體的連續(xù)且交替的流從圍繞處理室周邊設(shè)置的多個(gè)復(fù)合噴嘴被引向共軸安裝的旋轉(zhuǎn)圓柱形襯托器。撓性襯底安裝在圓柱形襯托器上。在一個(gè)實(shí)施方式中，處理反應(yīng)器具有基本上平行于圓柱形襯托器的旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的四個(gè)復(fù)合注入器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，襯托器截面是多邊形，且多個(gè)襯底安裝在襯托器的面上?？刹僮鞣磻?yīng)器來(lái)以單原子層精度以及高速化學(xué)氣相處理模式處理多個(gè)撓性或扁平襯底。本發(fā)明的原子層化學(xué)氣相處理系統(tǒng)還在下游提供注入的反應(yīng)化學(xué)前驅(qū)物未使用部分的收集。
文檔編號(hào)C23C16/00GK101589171SQ200680054455
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者普拉薩德·蓋德吉爾 申請(qǐng)人:普拉薩德·蓋德吉爾