EA015231B1

EA015231B1 - Устройство для реактора послойного атомного осаждения

Info

Publication number: EA015231B1
Application number: EA200801015A
Authority: EA
Inventors: Пекка Соининен; Сами Снек
Original assignee: Бенек Ой
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2011-06-30
Also published as: EP1948844A1; US20090169743A1; FI121543B; EP1948844A4; FI20055613A0; EA200801015A1; JP2009516076A; WO2007057518A1; CN101310044A; FI20055613A

Abstract

Изобретение относится к загрузочному устройству для реактора послойного атомного осаждения, причем реактор послойного атомного осаждения содержит вакуумную камеру (2), которая имеет первую торцевую стенку (6) и вторую торцевую стенку (20) с задним фланцем, а также боковую стенку/корпус (22), соединяющие первую и вторую боковые стенки, причем реакционная камера (4) предусмотрена внутри вакуумной камеры (2). Согласно изобретению предусмотрено загрузочное устройство в боковой стенке/корпусе (22) вакуумной камеры (2), так что одна или несколько подложек (10) могут быть введены в реакционную камеру (4) и удалены из нее через боковую стенку (22) вакуумной камеры (2).

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для загрузки реактора послойного атомного осаждения и к способу обработки подложки в реакторе послойного атомного осаждения. Более конкретно, изобретение относится к загрузочному устройству для реактора послойного атомного осаждения в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения, причем реактор послойного атомного осаждения содержит вакуумную камеру и реакционное пространство, образованное внутри вакуумной камеры. Изобретение относится также к способу обработки подложки в реакторе послойного атомного осаждения в соответствии с п.10 формулы изобретения.

Уровень техники

Согласно уровню техники реакционная камера реактора послойного атомного осаждения загружалась путем помещения подлежащей обработке подложки в загрузочную камеру, в которой обеспечивалось очень низкое разрежение посредством всасывания, поскольку традиционно другие устройства для обработки, в которых давление процесса ниже, чем в процессе послойного атомного осаждения, подсоединяются к так называемому инструменту Клустера (К1и81ег), который содержит такую загрузочную камеру. Такая система с инструментом Клустера раскрыта, например, в патенте США № 6902624, фиг. 2. После этого вакуумный затвор между загрузочной камерой и реактором открывается, а пластина основания реакционной камеры опускается. При этом опорные штыри, прикрепленные к неподвижным конструкциям реактора, проходят через отверстия в подвижной подложке, как показано, например, на фиг. 2 в патенте США № 6579374. Далее передаточные средства, поддерживающие подложку, проталкивают ее в положение над опорными штырями, а опорно-передаточная пластина подложки слегка сдвигается вниз, оставляя подложку лежащей на опорных штырях. После этого передаточные средства выходят из реактора послойного атомного осаждения и вакуумный затвор закрывается. Далее пластина основания реакционной камеры поднимается, забирая подложку с опорных штырей и закрывая реакционную камеру. Удаление подложки производится соответствующим образом.

Проблема, связанная с описанной системой, заключается в том, что загрузка подложки в реакционную камеру требует нескольких согласованных перемещений различных частей реактора и объединения нескольких устройств. Кроме того, в загрузочной камере должно быть обеспечено очень низкое разрежение для замены подложки, поскольку некоторые из устройств, подсоединенных к инструменту Клустера, требуют очень низкого разрежения. К тому же установка устройств затруднена, так как техническое обслуживание машин производится через открываемую крышку вакуумной камеры, что затрудняет управление перемещениями пластины основания реакционной камеры. Далее, после создания разрежения посредством всасывания, конструкции подвергаются силовому воздействию (вызывающему пластическую деформацию несущих конструкций), которое стремится изменить настройку согласованных перемещений по мере пластической деформации несущих конструкций.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании реактора послойного атомного осаждения и способа обработки подложки в реакторе послойного атомного осаждения, обеспечивающих решение указанных выше проблем.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания реактора послойного атомного осаждения в соответствии с отличительной частью п.1 формулы изобретения, отличающегося тем, что он содержит загрузочное устройство, которое расположено в первой или второй торцевой стенке или в боковой стенке/корпусе вакуумной камеры таким образом, что одна или несколько подложек могут быть введены в реакционное пространство внутри вакуумной камеры и соответственно удалены из него посредством одного линейного перемещения.

Решение поставленной задачи также достигается за счет создания способа в соответствии с отличительной частью п.10 формулы изобретения и отличающегося тем, что способ включает следующие этапы: одну или несколько подложек помещают в загрузочную камеру снаружи от вакуумной камеры; в загрузочной камере создают разрежение, соответствующее разрежению в вакуумной камере реактора послойного атомного осаждения; открывают вакуумный затвор; вводят подложку в реакционное пространство внутри вакуумной камеры путем одного линейного перемещения; выполняют обработку подложки и ее удаление из реакционного пространства; закрывают вакуумный затвор; повышают давление в загрузочной камере до атмосферного давления и удаляют подложку из загрузочной камеры.

Предпочтительные примеры осуществления изложены в зависимых пунктах.

Изобретение базируется на том факте, что реактор послойного атомного осаждения загружается не через открываемую пластину основания реакционной камеры, а путем одного линейного перемещения загрузки непосредственно в реакционное пространство. В этом случае в вакуумной камере используется отдельная реакционная камера, причем эта реакционная камера содержит открываемую стенку, а загрузочное отверстие расположено в боковой стенке/корпусе или в одной торцевой стенке вакуумной камеры реактора послойного атомного осаждения. Это достигается путем снабжения одной боковой стенки вакуумной камеры или цилиндрического корпуса вакуумной камеры или одной из ее торцевых стенок загрузочным отверстием, к которому загрузочное устройство подсоединено или встроено в него. Кроме того, расположенная внутри вакуумной камеры реакционная камера снабжена открываемой и закрывае

- 1 015231 мой стенкой, через которую подложка может быть загружена в реакционную камеру.

Загрузочное отверстие предпочтительно расположено на одной линии с открываемой стенкой реакционной камеры, так что загрузочные средства могут загружать подложку в реакционную камеру реактора путем одного линейного перемещения. Таким образом, подложка вводится непосредственно в реакционную камеру через загрузочное отверстие вакуумной камеры и открываемую боковую стенку реакционной камеры.

Согласно другому примеру выполнения нет необходимости в том, чтобы вакуумная камера включала в себя отдельную реакционную камеру, а внутреннее пространство вакуумной камеры или его часть может использоваться в качестве реакционного пространства. Другими словами, для изобретения существенно, что реактор послойного атомного осаждения снабжен загрузочными средствами, которые дают возможность загрузки подложки в реакционное пространство в вакуумной камере и удаления подложки из нее путем одного линейного перемещения.

Преимущество способа и системы по изобретению заключается в том, что по сравнению с загрузкой реактора, известного из уровня техники, могут быть устранены перекрестные перемещения подвижных частей реактора, а загрузка и разгрузка производятся путем одного линейного перемещения. В связи с тем, что устраняется необходимость в синхронизации и координации движений, конструкция реактора послойного атомного осаждения может быть упрощена, а загрузка и разгрузка могут выполняться даже вручную. Далее, поскольку загрузочные средства выполнены таким образом, чтобы обслуживать исключительно реактор послойного атомного осаждения, разрежение в загрузочной камере загрузочных средств может быть таким же, как давление в вакуумной камере реактора послойного атомного осаждения. Таким образом, в вакуумной камере не требуется обеспечивать очень низкое разрежение, которое обычно используется во время загрузки в загрузочной камере уровня техники. В результате давление в реакторе может выдерживаться постоянным во время загрузки и разгрузки и не требуется турбонасоса или подобного агрегата. В этом случае закрепленные исходные материалы могут храниться позади диффузионных уплотнений и они не требуют отдельных запорно-выпускных клапанов, что допускает использование полностью стеклянных труб и более высоких температур для исходных материалов.

Краткое описание чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример осуществления изобретения. На чертежах фиг. 1 изображает реактор послойного атомного осаждения и его загрузочное устройство в положении, когда подложка находится в загрузочном устройстве, фиг. 2 изображает реактор послойного атомного осаждения и его загрузочное устройство в положении, когда подложка загружена в реакционную камеру.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан реактор и его загрузочное устройство в соответствии с изобретением. Реактор послойного атомного осаждения содержит вакуумную камеру 2, которая имеет первую торцевую стенку 6 и вторую торцевую стенку 20. Первая торцевая стенка 6 содержит обычный загрузочный люк, который согласно изобретению используется не для загрузки подложки в реактор послойного атомного осаждения, а для технического ухода и обслуживания. В данном примере выполнения первая торцевая стенка снабжена также термическим сопротивлением 40 для нагрева реактора послойного атомного осаждения до желаемой температуры. Вторая торцевая стенка 20 образует задний фланец вакуумной камеры. Вакуумная камера 2 имеет также боковые стенки 22, которые соединяют между собой первую и вторую торцевые стенки 6, 20, проходят между ними и образуют корпус 22 вакуумной камеры, который в примере осуществления по фиг. 1 выполнен цилиндрическим. Далее, две трубы для исходного материала подсоединены к корпусу 22 вакуумной камеры 2 для подачи одного или нескольких реакционных газов в реакционную камеру 4.

Как показано на фиг. 1 и 2, реакционная камера 4 образована внутри вакуумной камеры 2, при этом трубы 50 подачи исходных материалов подсоединены к реакционной камере. Подложку, которая подлежит обработке в ходе процесса послойного атомного осаждения, размещают внутри реакционной камеры. Как видно на фиг. 1 и 2, реакционная камера содержит покрывающую пластину и пластину основания, которые могут быть прикреплены друг к другу или изготовлены в виде одной детали и образуют верхнюю и нижнюю стенки реакционной камеры 4, причем эти стенки расположены, по существу, в горизонтальной плоскости. По существу, перпендикулярные им боковые стенки проходят между верхней и нижней стенками. Верхняя стенка, нижняя стенка и боковые стенки образуют внутреннее пространство реакционной камеры, куда подложку помещают для обработки. Для ввода подложки в реакционную камеру она содержит открываемую и закрываемую боковую стенку 24, через которую подложка может быть введена в реакционную камеру.

Как показано на фиг. 1, корпус 22 вакуумной камеры 2 снабжен загрузочным отверстием 12, через которое подложка может быть введена в вакуумную камеру 2 и далее через открываемую боковую стенку 24 - в реакционную камеру 4. Загрузочные средства встроены или другим образом функционально связаны с загрузочным отверстием в корпусе 22 вакуумной камеры 2. Эти загрузочные средства содержат загрузочную камеру 8, которая снабжена держателем 16 для приема подложки 10. Может быть пре

- 2 015231 дусмотрен один или несколько держателей, а каждый из них может быть выполнен таким образом, чтобы принимать одну или несколько подложек 10, которые на фиг. 1 и 2 представляют собой кремниевый диск. Держатель 16 может также выполнять функцию держателя в реакционной камере 4, и в этом случае нет необходимости в перемещении подложки 10 на отдельную опорную пластину, когда подложку вводят в реакционную камеру 4.

Средства 14 создания давления подсоединены к загрузочной камере 8 для создания разрежения в загрузочной камере 8. Эти средства 14 создания давления могут содержать насос (не показан), который создает разрежение в загрузочной камере 8 посредством всасывания. В примере осуществления изобретения в загрузочной камере 8 предпочтительно должно создаваться такое же разрежение, как в вакуумной камере 2. Между загрузочной камерой 8 и вакуумной камерой 2 имеются клапанные средства 30, такие как вакуумный затвор, для разделения загрузочной камеры 8 и вакуумной камеры 2 и для их соединения для ввода подложки 10 в реакционную камеру 4.

В примере выполнения по фиг. 1 и 2 загрузочные средства содержат также загрузочный манипулятор 18, который присоединен к держателю 16, так что держатель 16 может быть задвинут внутрь реакционной камеры через загрузочное отверстие 12 и открываемую боковую стенку 24 реакционной камеры 4 путем перемещения передаточного манипулятора 18. В данном примере осуществления загрузочный манипулятор является манипулятором с ручным управлением, однако к держателю 16 могут быть присоединены также электрические и/или другие автоматические передаточные средства для перемещения подложки в реакционную камеру 4. Движение подачи может быть реализовано также с помощью магнитного взаимодействия. В этом случае стержень внутри подающей трубы перемещается магнитом, расположенным снаружи подающей трубы. При этом не требуется передачи линейного движения через стенку загрузочной камеры. Для изобретения существенным является то, что загрузочное устройство образовано в боковой стенке/корпусе 22 вакуумной камеры 2 или соединено с ними или встроено в них и/или в них предусмотрено загрузочное отверстие 12, так что одна или несколько подложек 10 могут быть введены в реакционную камеру 4 и удалены из нее через боковую стенку 22 вакуумной камеры 2. В данном случае одна или несколько подложек 10 могут быть введены в реакционную камеру 4 и удалены из нее через загрузочное отверстие 12 в боковой стенке 22 вакуумной камеры 2 и открываемую боковую стенку 24 реакционной камеры 4 с помощью загрузочных средств. Для обеспечения эффективности процесса загрузочное отверстие 12 расположено на одной линии или выровнено с открываемой боковой стенкой 24 реакционной камеры 4, так что подложка 10 может быть введена в реакционную камеру 4 и удалена из нее путем одного линейного перемещения. Далее будет подробно описан процесс ввода подложки в реакционную камеру 4.

В простейшем примере осуществления боковая стенка объединена с передаточным устройством, которое в этом случае закрывает боковую стенку на время обработки. При этом во время процесса обработки манипулятор прикреплен к боковой стенке или может быть снят с боковой стенки, например отвинчен, чтобы предотвратить тепловые потери. Загрузочное устройство может быть также изготовлено таким образом, что содержит исполнительные средства для открывания и закрывания открываемой боковой стенки 24 реакционной камеры 4. Эти исполнительные средства могут быть отдельными и при этом они могут управляться независимо от загрузки подложки 10 в реакционную камеру. Однако предпочтительно исполнительные средства функционально связаны с загрузочными средствами для объединения процессов открывания и закрывания открываемой боковой стенки 24 реакционной камеры 4 с вводом подложки 10 в реакционную камеру 4 и удалением подложки из нее с помощью загрузочных средств. В этом случае открываемая боковая стенка реакционной камеры 4 выполнена таким образом, что она может быть закрыта, когда держатель 16 подложки 10 находится внутри реакционной камеры 4 и когда передаточный манипулятор 18 и/или держатель 16 не находятся внутри реакционной камеры 4. Другими словами, исполнительные средства выполнены таким образом, чтобы открывать открываемую боковую стенку, когда подложка вводится и удаляется, и закрывать открываемую боковую стенку, когда подложка находится внутри реакционной камеры или за ее пределами.

В положении по фиг. 1 подложка 10 расположена в держателе 16 в загрузочной камере 8 для ввода ее в реакционную камеру 4. Разрежение, по существу, соответствующее разрежению в вакуумной камере, создается в загрузочной камере 8 средствами 14 создания давления. После этого открывают вакуумный затвор 30. В типовом случае вакуумный затвор управляется отдельно вручную или с помощью исполнительных средств. Вакуумный затвор может также открываться путем использования движения загрузочного манипулятора. В этом случае движение загрузочного манипулятора открывает вакуумный затвор 30, который расположен в соединении с загрузочным отверстием 12 в корпусе 22 вакуумной камеры 2. При этом образовано соединение между загрузочной камерой 8 и вакуумной камерой 2 для ввода подложки 10 и держателя 16 и/или загрузочного манипулятора 18 в вакуумную камеру. Действие вакуумного затвора 30 может быть связано с движением загрузочного манипулятора 18 и/или держателя 16 таким образом, что вакуумный затвор 30 открывается, когда загрузочный манипулятор 18 начинает перемещать подложку к реакционной камере. В альтернативном варианте вакуумный затвор 30 может открываться отдельными средствами управления независимо от движения загрузочного манипулятора 18 или других передаточных средств.

- 3 015231

После открытия вакуумного затвора 30 подложка линейно вводится вперед к реакционной камере 4 через загрузочное отверстие 12 в корпусе 22 вакуумной камеры 2. В наиболее предпочтительном примере выполнения боковая стенка 24 реакционной камеры встроена в держатель 16 или объединена с ним. В этом случае боковая стенка 24 реакционной камеры закрывается по окончании линейного перемещения, тем самым образуя замкнутое реакционное пространство.

На фиг. 2 подложка 10 показана внутри реакционной камеры 4, при этом загрузочный манипулятор 18 полностью задвинут в камеру. Подложку 10 удаляют из камеры соответствующим образом, но в обратном порядке. Другими словами, после обработки подложки загрузочный манипулятор 18 вытягивают из реактора, при этом боковая стенка 24 реакционной камеры открывается. Загрузочный манипулятор 18 вытягивают до тех пор, пока он не достигнет исходного положения по фиг. 1, при этом вакуумный затвор 30 закрывается и давление в загрузочной камере повышается до атмосферного.

Специалисту в данной области понятно, что загрузочные средства могут быть предусмотрены в любой стенке вакуумной камеры, а также расположены таким образом, что загрузка производится сбоку, снизу, сверху или по диагонали. Кроме того, держатели загрузочных средств могут быть выполнены таким образом, что подложки могут быть помещены в них и поданы в реакционную камеру в горизонтальном, вертикальном или любом промежуточном положении.

Кроме того, загрузочные средства, такие как загрузочный манипулятор или держатель, могут быть снабжены участком стенки, который образует часть стенки реакционной камеры и закрывает реакционное пространство, когда в нем находится подложка. В этом случае данный участок стенки может образовывать, например, часть открываемой стенки реакционной камеры 4. В этом случае реакционное пространство закрывается и герметизируется автоматически, когда загрузочные средства и подложка введены в реакционную камеру. При этом загрузочный манипулятор остается в положении загрузки до тех пор, пока подложка не будет удалена из реакционного пространства.

С помощью описанных выше устройства и способа подложка может быть загружена в реакционную камеру и удалена из нее посредством простого линейного перемещения наиболее простым возможным образом. Для достижения этого загрузочные средства выполнены таким образом, что держатель, который принимает подложку, может быть перемещен непосредственно в реакционное пространство путем одного линейного перемещения, так что загрузка реактора не требует координации нескольких перемещений.

Специалисту в данной области ясно, что реактор может использоваться также в других процессах по осаждению тонкой пленки, таких как процессы в устройствах для химического осаждения из газовой фазы.

Специалисту в данной области понятно, что по мере развития технологии изобретательские идеи могут осуществляться различными путями. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными примерами осуществления и возможны различные изменения и модификации в пределах объема защиты, определяемого пунктами формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Реактор послойного атомного осаждения, содержащий вакуумную камеру (2) и реакционную камеру (4), расположенную внутри вакуумной камеры (2), где реакционная камера (4) снабжена открываемой стенкой (24), загрузочное отверстие (12), образованное в боковой стенке/корпусе (22) или в торцевой стенке (6, 20) вакуумной камеры (2), загрузочное устройство, сообщающееся с загрузочным отверстием, установленное в первой или второй торцевой стенке (6, 20) или в боковой стенке/корпусе (22) вакуумной камеры (2), содержащее загрузочный манипулятор (18) и загрузочную камеру (8), в которую помещают подложку (10) для перемещения в реакционную камеру (4), и клапанное средство (30), установленное между вакуумной камерой (2) и загрузочной камерой (8), где загрузочное устройство содержит участок стенки, который образует по меньшей мере часть открываемой стенки (24) реакционной камеры (4), когда подложка (10) находится внутри реакционной камеры (4), и установлено таким образом, что одна или несколько подложек (10) могут быть введены в реакционную камеру (4) внутри вакуумной камеры (2) и соответственно удалены из нее посредством одного линейного перемещения загрузочного манипулятора (18).
2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что загрузочное устройство соединено с загрузочным отверстием или встроено в него.
3. Реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что загрузочное устройство содержит один или несколько держателей (16) для приема одной или нескольких подложек (10).
4. Реактор по п.3, отличающийся тем, что держатель выполнен таким образом, чтобы выполнять функцию держателя подложки (10) во время обработки в реакционной камере (4).
5. Реактор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что загрузочные средства дополнительно содержат средства (14) создания давления для обеспечения разрежения в загрузочной камере (8).
6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что загрузочный манипулятор (18) выполнен в виде средства с электрическим управлением.

- 4 015231
7. Реактор по п.1, отличающийся тем, что загрузочное отверстие (12) расположено на одном уровне с открываемой стенкой (24) реакционной камеры (4), так что подложка (10) может быть введена в реакционную камеру (4) и удалена из нее путем одного линейного перемещения.
8. Реактор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что загрузочный манипулятор (18) содержит участок стенки, который образует по меньшей мере часть открываемой стенки (24) реакционной камеры (4).
9. Реактор по любому из пп.3-7, отличающийся тем, что один или более держателей (16) содержат участок стенки, который образует по меньшей мере часть открываемой стенки (24) реакционной камеры (4).
10. Способ обработки подложки в реакторе послойного атомного осаждения по любому из пп.1-9, включающий следующие этапы:

одну или несколько подложек помещают в загрузочную камеру снаружи от вакуумной камеры, в загрузочной камере создают разрежение, соответствующее разрежению в вакуумной камере реактора послойного атомного осаждения, вводят подложку в отдельную реакционную камеру, расположенную внутри вакуумной камеры, через загрузочное отверстие в боковой стенке/корпусе или в первой или второй торцевой стенке вакуумной камеры и открываемую стенку реакционной камеры с использованием загрузочного устройства, обрабатывают подложку и удаляют подложку из реакционной камеры и вакуумной камеры обратно в загрузочную камеру, причем введение подложки в реакционную камеру осуществляют посредством одного линейного перемещения таким образом, что загрузочное устройство образует по меньшей мере часть открываемой стенки реакционной камеры, когда подложка находится внутри реакционной камеры для закрытия реакционной камеры.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно включает нагревание подложки до желаемой температуры после того, как подложка была введена в реакционную камеру, а затем подложку обрабатывают посредством процесса послойного атомного осаждения.
12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что открывание и закрывание открываемой боковой стенки реакционной камеры объединено с этапами ввода подложки в реакционное пространство и удаления ее из реакционного пространства.
13. Способ по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что этапы ввода подложки в реакционную камеру и удаления ее из реакционной камеры выполняют вручную.