WO2013189716A1 - Ald-beschichtungsanlage - Google Patents

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WO2013189716A1
WO2013189716A1 PCT/EP2013/061233 EP2013061233W WO2013189716A1 WO 2013189716 A1 WO2013189716 A1 WO 2013189716A1 EP 2013061233 W EP2013061233 W EP 2013061233W WO 2013189716 A1 WO2013189716 A1 WO 2013189716A1
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WO
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way valve
starting material
pressure
organometallic
coating system
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PCT/EP2013/061233
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English (en)
French (fr)
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Michael Popp
Marc Philippens
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Definitions

  • An object to be solved is to provide an ALD coating system for coating a substrate, in particular a semiconductor material, which
  • the ALD coating system comprises a device comprising a control valve, a pressure gauge, a pressure diaphragm and a first multi-way valve.
  • Conduction is understood in the present context to mean a pipe or pipeline designed to transport the organometallic starting material and containing the individual components
  • Cross-sectional area of the lines described here may be round, square or another uniform or
  • the pressure gauge is arranged between the control valve and the pressure diaphragm and measures during operation of the ALD coating system a working pressure of the organometallic starting material, which in particular between the
  • Multi-way valve is. For example, the sum of all
  • control valve each perform a function in the device and at least partially depend on each other in terms of their operation. For example, that will
  • Control valve controlled by the pressure gauge or the first multi-way valve switches in operation depending on a value or depending on the process step of the working pressure of the organometallic starting material, which the pressure gauge measures, determined and / or detected between two lines.
  • the device is arranged downstream of the reservoir. In other words, between the reservoir and the device is a line
  • the first multi-way valve is always open during operation of the ALD coating system and directs the organometallic starting material either in the process chamber or in the collecting chamber.
  • the transfer of the organometallic starting material depends on the working pressure of the organometallic starting material, which is determined, measured and / or detected by the pressure meter.
  • the first multi-way valve alternately switches so fast into the process chamber and
  • ALD atomic layer deposition
  • the layer thickness of an atomic layer can correspond.
  • the ALD coating system described here has the advantage that this is the first
  • the temperature-stabilized reservoir has at least one conduit through which the gaseous
  • Starting material is supplied by pulsed, jerky and / or cyclic opening a multi-way valve, a gas stream, the material to the coating chamber leads.
  • the vapor pressure which is determined by the temperature of the organometallic starting material and thus at least in principle by the temperature of the temperature bath, passes a certain amount of
  • Coating cycles to an undefined cooling of the organometallic starting material in the reservoir are measured within the reservoir.
  • Starting material is passed into the process chamber.
  • the working pressure is kept constant in time during operation of the ALD coating system by the device.
  • the pressure difference can be between 1 and 2%,
  • Control valve a time constant working pressure of the organometallic starting material between the
  • the pressure diaphragm is arranged between the pressure gauge and the first multiway valve. With the pressure diaphragm is in particular a reduction of the line cross-section or the pipe diameter and the
  • the working pressure of the organometallic starting material builds up immediately before the pressure diaphragm.
  • the working pressure is preferably kept constant in time during the operation of the ALD coating system by the device. The resulting temporally constant working pressure of the
  • organometallic starting material is larger than the
  • the constant working pressure of the organometallic starting material in front of the pressure diaphragm can be ensured in particular by the pressure gauge and the control valve of the device. Changes the time constant working pressure of organometallic
  • Coating unit switches the first multi-way valve in the presence of the temporally constant working pressure of
  • Multi-way valve is thus open during operation of the ALD coating system and conducts, depending on
  • the collecting chamber has a 5- to 10-fold diameter expansion compared to the lines of the ALD coating system, which in particular a
  • Diameter of 1/4 to 2 inches may have. Due to the diameter expansion described above is in the
  • a third multi-way valve disposed between the device and the collecting chamber, a third multi-way valve. This means that the lines between the reservoir and the device and between the device and the collecting chamber each have a multi-way valve.
  • Multiway valve are installed in the lines, that in particular no pressure drop of the working pressure of the
  • the second multi-way valve can in particular the organometallic
  • the third multi-way valve may in particular conduct the organometallic starting material from the device into the collecting chamber or be connected to at least one further line.
  • the second multiway valve is connected to the third multiway valve.
  • the line connecting the second multiway valve to the third multiway valve connects, in particular can bypass the device. This means that the organometallic starting material emerge from the reservoir and without passing through the
  • the Device can be passed directly into the collection chamber.
  • the line is between the second
  • Multiway valve and the third multiway valve for example, as a bypass (English also "bypass") formed.
  • a discharge of is effected via the second multiway valve and the third multiway valve
  • organometallic starting material superimpose organometallic starting material and are in the reservoir in gaseous form.
  • the line installed in the bypass may be 2 inches, with other lines of the ALD coating system having a diameter of 1 inch.
  • a fourth, fifth and sixth are between the first multiway valve and the process chamber
  • Multi-way valve interconnected, wherein the fourth and sixth multi-way valve, starting from the first multi-way valve on a same line to the process chamber and the sixth multi-way valve is the fourth multi-way valve, starting from the first multi-way valve, in particular in the direction of material flow downstream.
  • the fifth multiway valve is located on a line between the fourth and sixth multiway valve and the fifth multiway valve is a gas metering element for supplying a carrier gas and / or purge gas downstream.
  • the first multiway valve conducts a working pressure of the organometallic starting material, which is kept constant in particular by the device over time, in the direction of the process chamber. In the line between the first
  • organometallic starting material in the process chamber does not have to be controlled solely by the switching of the first multi-way valve. That means that by closing and / or opening the fourth and sixth multi-way valve, a pulse-like feeding of the organometallic starting material into the process chamber can be controlled without the first multi-way valve has to be switched in the direction of the collecting chamber.
  • the fourth multi-way valve can be closed during operation.
  • the gas metering can be metered via the fifth and sixth multiway valve in particular a purge gas are passed into the process chamber.
  • the purge gas is in particular an inert gas.
  • the purge gas may include argon or another inert gas.
  • the supply of the process chamber with the purge gas can take place before, during and after the processing in the process chamber.
  • the collecting chamber in particular in the direction of a material flow, is a vacuum pump
  • Vacuum pump in the collecting chamber generates a negative pressure.
  • At least according to one embodiment has the same negative pressure as it may be formed in the process chamber.
  • the pressure difference can be between the device and the collecting chamber or the process chamber
  • the conductance of the organometallic starting material is not reduced and switching the first multiway valve in the direction of
  • Process chamber or in the direction of the collecting chamber does not affect the working pressure between the pressure diaphragm and the first multiway valve.
  • the collecting chamber remains substantially free of organometallic material.
  • a plurality of devices of the type described above are arranged on a process chamber.
  • the process chamber can be supplied, connected and / or connected in parallel with other organometallic starting materials and is not limited to a single feed with the organometallic starting material described here.
  • Embodiments of the ALD coating system described are particularly suitable for operating an ALD coating system described here. All features described for the ALD coating equipment are disclosed for the process and vice versa.
  • Starting material in the reservoir is in the Device supplied to the above-described ALD coating system.
  • the organometallic starting material which passes through, passes through and / or flows through the device is then passed through the first multi-way valve into the process chamber or into the collecting chamber.
  • Starting material is provided and can be cleaned by the fifth and sixth multi-way valve before, during and / or after the operation of the ALD coating system by the purge gas.
  • the closing of the fourth multi-way valve can during operation by switching the first
  • Multi-way valve to be bypassed in the direction of the collecting chamber. If the process chamber is to be cleaned during operation and the first multi-way valve is switched to the process chamber, the closing of the fourth multi-way valve can not be bypassed.
  • the fourth multiway valve is opened, and the fifth and sixth multiway valves are closed so that from the direction of the first multiway valve, the organometallic feedstock is directed to the sixth multiway valve.
  • the above state describes the ALD coating system during operation. This means that the bypass for discharging the decomposition products is closed and the first multi-way valve is switched in the direction of the process chamber.
  • the fifth multi-way valve for supplying the purge gas
  • Multi-way valve for example, pass between 1 and 10 seconds.
  • the fifth multi-way valve are open.
  • the fifth multi-way valve may be closed or opened, wherein in the open state, a carrier gas, the transport of the organometallic
  • an ALD coating system 100 is shown schematically without these components
  • the storage container 1 is mounted in a temperature bath 12, which has the largest possible heat capacity to the temperature of the organometallic starting material 6 in the
  • a multi-way valve 40, 60 fed to a gas stream, which leads the organometallic starting material 6 to the process chamber 7.
  • the vapor pressure which is determined by the temperature of the organometallic starting material 6 and thus at least in principle by the temperature of the temperature bath 12, passes a certain amount of
  • organometallic starting material 6 in the gas stream. Due to the pulsatile removal of the organometallic
  • Temperature regeneration can usually only be achieved in part, since the temperature transfer from the temperature bath 12 to the organometallic starting material 6 in the storage container 1 sometimes proceeds only very slowly or slowly. This happens in the course of several
  • Starting material 6 in the reservoir 1 as a function of the length and the frequency of the coating cycles and in dependence on the size of the reservoir 1 may be at an uneven Schichtdickenverlauf the
  • Vapor pressure of the organometallic starting material 6 was carried out indirectly via temperature baths 12, but what
  • FIG. 1B the pulse-like supply of the gaseous organometallic starting material 6 is shown schematically on the basis of a diagram. Referring to FIG. 1A, this may be accomplished by opening and closing the fourth and / or sixth multiway valves 40, 60. 0
  • the time axis t shows a time interval between opening and closing of the at least a multiway valve. Also, supplying the carrier gas and / or the purge gas via the gas metering element 9 can be effected in a pulse-like manner with the fifth multiway valve 50.
  • the multiway valves 40, 50, 60 can all be opened and closed at the same time, wherein in particular a slightly offset opening and closing of the multiway valves is possible.
  • FIG. 1A the embodiment of FIG. 1A is supplemented by a device 2 described here, comprising a control valve 3, a pressure gauge 4, a pressure orifice 5 and a first multi-way valve 10, shown schematically. Further, a bypass via a second multiway valve 20 and a third multiway valve 30 is schematically direct to
  • Coating plant can through the bypass, which is formed between the second multi-way valve and the third multi-way valve, decomposition products directly into the
  • Material 6 leaves the reservoir 1 in the direction of the device 2 and builds between the pressure gauge 4 and the pressure diaphragm 5 a time-constant working pressure which is greater than the working pressure in the reservoir. Once the constant working pressure has been reached, the first becomes
  • Multi-way valve 10 is opened in the direction of the process chamber 7, wherein the fourth and sixth multi-way valve 40, 60 are connected to each other such that a pulse-like feeding of the organometallic starting material 6 takes place in the process chamber 7.
  • a carrier gas or a purge gas can be fed into the line between the first multiway valve 10 and the process chamber 7.
  • the sixth multi-way valve 60 can in particular be placed directly in front of the process chamber. That is, in the figure 2B, the multi-way valves 20, 30, 40, 50, 60 are closed or opened so that the
  • FIG. 2C the ALD coating system 100 is shown schematically during operation.
  • the second and third multi-way valve 20, 30 is closed and the second
  • Multi-way valve 20 conducts the organometallic
  • Multi-way valve is always open and switches depending on the working pressure, which measured at the pressure gauge 4 and with the Regulation valve 3 is regulated, between the process chamber 7 and the collecting chamber 8.
  • the fourth multi-way valve 40 is opened and directs the first multi-way valve 10th
  • Process chamber 7 pulse-like with the organometallic

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Abstract

Es wird eine ALD-Beschichtungsanlage angegeben. ALD-Beschichtungsanlage (100) mit - einem Vorratsbehälter (1) für ein metallorganisches Ausgangsmaterial (6), und - einer Vorrichtung (2) umfassend ein Regelungsventil (3), einen Druckmesser (4), eine Druckblende (5) und ein erstes Mehrwegeventil (10), wobei - die Vorrichtung (2) dem Vorratsbehälter (1) nachgeordnet ist, und - das erste Mehrwegeventil (10) zwischen einer Prozesskammer (7) und einer Auffangkammer (8) schaltbar ist.

Description

Beschreibung
ALD-Beschichtungsanlage Es werden eine ALD-Beschichtungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer ALD-Beschichtungsanlage angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine ALD- Beschichtungsanlage zur Beschichtung eines Substrates mit insbesondere einem Halbleitermaterial anzugeben, das
kosteneffizient und materialsparend ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine stabile und nachhaltige Versorgung einer Prozesskammer mit einem metallorganischen Ausgangsmaterial durch eine Vorrichtung anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage umfasst die ALD-Beschichtungsanlage einen Vorratsbehälter für ein metallorganisches Ausgangsmaterial. Unter "metallorganisches Ausgangsmaterial", auch als
Precursor bezeichnet, versteht man im vorliegenden
Zusammenhang einen reaktionsfähigen Stoff, der in einer flüssigen, festen und/oder gasförmigen Phase vorliegen kann und insbesondere nicht mit sich selbst oder Liganden von sich selbst reagiert. Weiter ist ein Zerfall des metallorganischen Ausgangsmaterials möglich, so dass sich Zerfallsprodukte beziehungsweise Zerlegungsprodukte bilden können. Mit anderen Worten unterliegt das metallorganische Ausgangsmaterial einer selbstlimitierenden Reaktion. Das metallorganische
Ausgangsmaterial wird in dem Vorratsbehälter gelagert.
Beispielsweise liegt das metallorganische Ausgangsmaterial in dem Vorratsbehälter in einer flüssigen, festen und/oder gasförmigen Phase vor. Der Vorratsbehälter ist druckstabil und umfasst ein Material, das insbesondere eine hohe
Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD-
Beschichtungsanlage weist die ALD-Beschichtungsanlage eine Vorrichtung umfassend ein Regelungsventil, einen Druckmesser, eine Druckblende und ein erstes Mehrwegeventil auf. Das
Regelungsventil, der Druckmesser, die Druckblende und das erste Mehrwegeventil sind nacheinander miteinander in einer Reihe, Serie und/oder in einer linearen Anordnung über eine Leitung miteinander verbunden.
Unter "Leitung" versteht man im vorliegenden Zusammenhang eine zum Transport des metallorganischen Ausgangsmaterials ausgebildetes Rohr oder Pipeline, das die einzelnen
Bestandteile, Komponenten und/oder Elemente der ALD- Beschichtungsanlage miteinander verbinden können. Die
Querschnittsfläche der hier beschriebenen Leitungen kann dabei rund, eckig oder eine andere gleichmäßige oder
ungleichmäßige geometrische Form aufweisen. Unter
"Querschnittsfläche" versteht man im vorliegenden
Zusammenhang die senkrecht oder quer zu einer
Strömungsrichtung des metallorganischen Ausgangsmetalls ausgebildete laterale Ausdehnung der Leitung. Die Leitungen weisen insbesondere einen Durchmesser von 1/4 bis 2 Zoll auf und können gerade, krumm und/oder gewinkelt ausgebildet sein, wobei sich die Querschnittsfläche konstant vergrößern
und/oder verkleinern kann.
Mit dem Regelungsventil kann beispielsweise eine Zufuhr des gasförmigen metallorganischen Materials aus dem
Vorratsbehälter in die Vorrichtung gesteuert werden. Das heißt, dass die Menge an metallorganischem Ausgangsmaterial, das insbesondere die Vorrichtung durchlaufen, durchströmen und/oder passieren kann, mit dem Regelungsventil erhöht oder verringert werden kann. Die Funktionsweise des
Regelungsventils wird durch den Druckmesser bestimmt.
Der Druckmesser ist zwischen dem Regelungsventil und der Druckblende angeordnet und misst im Betrieb der ALD- Beschichtungsanlage einen Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials, der sich insbesondere zwischen dem
Vorratsbehälter und der Druckblende aufbauen kann.
Unter "Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials" wird insbesondere der Dampfdruck des metallorganischen
Ausgangsmaterials verstanden, der sich während des Betriebs der ALD-Beschichtungsanlage ausbilden kann.
Die Druckblende kann beispielsweise als Scheibe mit einer innerhalb der Scheibe angeordneten Öffnung oder mehreren Öffnungen ausgebildet sein, wobei die Summe aller Öffnungen eine Fläche ausbildet, die kleiner als die Querschnittsfläche der Leitung zwischen dem Druckmesser und dem ersten
Mehrwegeventil ist. Beispielsweise ist die Summe aller
Öffnungen um mehr als 25 % kleiner als die Querschnittsfläche der Leitung. Die Öffnungen der Druckblende können rund und/oder eckig ausbildet sein.
Das Regelungsventil, der Druckmesser, die Druckblende und das erste Mehrwegeventil erfüllen jeweils eine Funktion in der Vorrichtung und hängen zumindest teilweise hinsichtlich ihrer Funktionsweise voneinander ab. Beispielsweise wird das
Regelungsventil mit dem Druckmesser gesteuert oder das erste Mehrwegeventil schaltet im Betrieb abhängig von einem Wert beziehungsweise abhängig vom Prozessschritt des Arbeitsdrucks des metallorganischen Ausgangsmaterials, den der Druckmesser misst, bestimmt und/oder detektiert, zwischen zwei Leitungen um.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Vorrichtung dem Vorratsbehälter nachgeordnet. Mit anderen Worten ist zwischen dem Vorratsbehälter und der Vorrichtung eine Leitung
ausgebildet, wobei das metallorganische Ausgangsmaterial ausgehend von dem Vorratsbehälter in Richtung der Vorrichtung geleitet wird. Die Leitung zwischen dem Vorratsbehälter und der Vorrichtung kann insbesondere durchgehend ausgebildet sein. Unter "durchgehend" versteht man im vorliegenden
Zusammenhang, dass keine Unterbrechung, eine weitere Leitung und/oder ein Verbindungsstück, zum Beispiel in Form eines Mehrwegeventils, in der Leitung ausgebildet ist. Durch das Nachschalten der Vorrichtung ist es insbesondere während des Betriebs der ALD-Beschichtungsanlage möglich, den
Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials nach Austritt aus dem Vorratsbehälter zu steuern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste
Mehrwegeventil zwischen einer Prozesskammer und einer
Auffangkammer schaltbar. Das erste Mehrwegeventil ist während des Betriebs der ALD-Beschichtungsanlage stets offen und leitet das metallorganische Ausgangsmaterial entweder in die Prozesskammer oder in die Auffangkammer . Mit anderen Worten hängt insbesondere im Betrieb der ALD-Beschichtungsanlage die Weiterleitung des metallorganischen Ausgangsmaterials von dem Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials ab, der durch den Druckmesser bestimmt, gemessen und/oder detektiert wird . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage schaltet das erste Mehrwegeventil abwechselnd so schnell in die Prozesskammer und
Auffangkammer, dass keine Druckschwankung bei der
Druckregelung durch die Vorrichtung sichtbar ist. Die
Druckregelung durch die Vorrichtung erfolgt damit quasikontinuierlich oder kontinuierlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform einer ALD- Beschichtungsanlage umfasst die ALD-Beschichtungsanlage einen Vorratsbehälter für ein metallorganisches Ausgangsmaterial und eine Vorrichtung umfassend ein Regelungsventil, einen Druckmesser, eine Druckblende und ein erstes Mehrwegeventil, wobei die Vorrichtung dem Vorratsbehälter, insbesondere in Richtung eines Materialflusses, nachgeordnet ist und das erste Mehrwegeventil zwischen einer Prozesskammer und einer Auffangkammer schaltbar ist.
Mittels ALD-Beschichtungsanlagen zur Atomlagenabscheidung (ALD: "atomic layer deposition") lassen sich sehr dünne funktionelle Schichten, beispielsweise Schichtdicken von 0,1 bis 3 Ä, herstellen. Wobei die obigen Schichtdicken
insbesondere der Schichtdicke einer Atomlage entsprechen kann .
Unter dem Begriff der "Atomlagenabscheidung" versteht man hier die Herstellung einer Schicht, wobei die dazu
notwendigen metallorganischen Ausgangsmaterialien nicht gleichzeitig, sondern abwechselnd nacheinander der
Prozesskammer, der Beschichtungskammer und/oder dem Reaktor mit dem zu beschichtenden Substrat zugeführt werden. Die metallorganischen Ausgangsmaterialien können sich dabei auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrats beziehungsweise auf dem zuvor abgelagerten Ausgangsmaterial abwechselnd anlagern und damit eine Verbindung eingehen.
Hierdurch ist es möglich, pro Zykluswiederholung, also der einmaligen Zuführung aller notwendigen metallorganischen Ausgangsmaterialien in nacheinander folgenden Teilschritten, jeweils maximal eine Monolage der aufzubringenden Schicht aufzuwachsen, sodass durch die Anzahl der Zyklen eine gute Kontrolle der Schichtdicke möglich ist. Weiterhin weist die hier beschriebene ALD-Beschichtungsanlage den Vorteil auf, dass dadurch, dass sich das zuerst
zugeführte metallorganische Ausgangsmaterial nur an der zu beschichtenden Oberfläche anlagert und erst das danach zugeführte zweite Ausgangsmaterial Reaktionen mit dem ersten Ausgangsmaterial eingeht, ein sehr konformes Schichtwachstum möglich ist, durch das auch Oberflächen mit großem
Aspektverhältnis gleichmäßig bedeckt werden können.
Metallorganische Ausgangsmaterialien werden in
temperaturstabilisierten Vorratsbehältern gelagert, um sie bei Bedarf der Prozesskammer zuzuführen. Je nach Temperatur im Vorratsbehälter befindet sich das metallorganische
Ausgangsmaterial auch zum Teil in einer gasförmigen Phase über dem in flüssiger Form und/oder fester Form vorliegenden metallorganischem Ausgangsmaterial. Der Vorratsbehälter ist in einem Temperaturbad gelagert, das eine möglichst große Wärmekapazität aufweist, um die Temperatur des
Ausgangsmaterials im Vorratsbehälter möglichst konstant zu halten. Der temperaturstabilisierte Vorratsbehälter weist zumindest eine Leitung auf, durch die das gasförmige
Ausgangsmaterial durch pulsartiges, stoßartiges und/oder zyklisches Öffnen eines Mehrwegeventils einem Gasstrom zugeführt wird, der das Material zur Beschichtungskammer führt. Entsprechend dem Dampfdruck, der durch die Temperatur des metallorganischen Ausgangsmaterials und damit zumindest dem Prinzip nach durch die Temperatur des Temperaturbads bestimmt wird, gelangt eine gewisse Menge des
Ausgangsmaterials in den Gasstrom.
Aufgrund der pulsartigen Entnahme des metallorganischen Ausgangsmaterials aus dem Vorratsbehälter kommt es in
Abhängigkeit der Entnahmedauer und -häufigkeit sowie der geometrischen Bedingungen des Vorratsbehälters zu
Temperaturschwankungen innerhalb des im Vorratsbehälter verbleibenden metallorganischen Ausgangsmaterials. Eine Temperaturregeneration kann meist nur teilweise erzielt werden, da der Temperaturübertrag vom Temperaturbad auf das metallorganische Ausgangsmaterial im Vorratsbehälter
teilweise nur sehr langsam beziehungsweise träge abläuft. Hierdurch kommt es im Verlauf von mehreren
Beschichtungszyklen zu einer Undefinierten Abkühlung des metallorganischen Ausgangsmaterials im Vorratsbehälter. Mit anderen Worten kann insbesondere ein Temperaturgradient innerhalb des Vorratsbehälters gemessen werden.
Die Undefinierte Abkühlung des metallorganischen
Ausgangsmaterials im Vorratsbehälter in Abhängigkeit von der Länge und der Häufigkeit der Beschichtungszyklen sowie in
Abhängigkeit von der Größe des Vorratsbehälters kann zu einem ungleichmäßigen Schichtdickenverlauf der aufzubringenden Schichten führen, wodurch die Qualität der aufzubringenden Schichten im Rahmen der Herstellungstoleranz der ALD- Beschichtungsanlage in Mitleidenschaft gezogen werden kann.
In dieser Hinsicht wurde bisher lediglich die Temperatur gemessen und geregelt, wobei eine Stabilisierung des Dampfdrucks des metallorganischen Ausgangsmaterials indirekt über Temperaturbäder erfolgte, was jedoch aufgrund des trägen Wärmeübertrags zu den angesprochenen Temperaturschwankungen und -gradienten im Vorratsbehälter führte. Das Problem der Größenskalierung von Vorratsbehältern scheint bisher
ungelöst .
Um eine ALD-Beschichtungsanlage anzugeben, bei der die
Zuführung des metallorganischen Ausgangsmaterials, trotz möglichen Temperaturgradienten in dem Vorratsbehälter, einen konstanten beziehungsweise stabilen Materialfluss aufweist, macht die hier beschriebene ALD-Beschichtungsanlage von der Idee Gebrauch, dem Vorratsbehälter insbesondere die oben beschriebene Vorrichtung nachzuschalten, so dass im Betrieb das metallorganische Ausgangsmaterial erst ab dem
erforderlichen Arbeitsdruck des metallorganischen
Ausgangsmaterials in die Prozesskammer geleitet wird. Der Arbeitsdruck wird insbesondere im Betrieb der ALD- Beschichtungsanlage durch die Vorrichtung zeitlich konstant gehalten .
Unter "zeitlich konstant" versteht man im vorliegenden
Zusammenhang, dass der Arbeitsdruck durch die Vorrichtung im Rahmen einer Messtoleranz stabil, einheitlich und/oder schwankungsarm um einen Mittelwert des Arbeitsdrucks gehalten wird. Der Druckunterschied kann zwischen 1 bis 2 %,
insbesondere um weniger 1% oder um weniger als 1 » vom erforderlichen und/oder geeigneten Arbeitsdruck
beziehungsweise Mittelwert des Arbeitsdrucks abweichen.
Verändert sich der Arbeitsdruck zur Prozessierung der
Prozesskammer beziehungsweise Durchführung der
Atomlagenabscheidung, so wird das metallorganische Ausgangsmaterial insbesondere durch das erste Mehrwegeventil in die Auffangkammer geleitet. Die Zuführung in die
Auffangkammer erfolgt dann solange, bis sich der durch die Vorrichtung zeitlich konstant gehaltene Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials zur Durchführung der Atomlagenabscheidung in der Vorrichtung wieder einstellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage regelt der Druckmesser mit dem
Regelungsventil einen zeitlich konstanten Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials zwischen dem
Vorratsbehälter und der Druckblende. Das heißt, dass der Druckmesser abhängig von dem zeitlich konstanten Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials das Regelungsventil steuert, wobei der Druckmesser den zeitlich konstanten
Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials zwischen dem Vorratsbehälter und der Druckblende misst. Mit anderen Worten handelt es sich um eine dynamische Druckregelung des Arbeitsdrucks des metallorganischen Ausgangsmaterials, der zwischen dem Vorratsbehälter und der Druckblende gemessen werden kann. Der Druckmesser ist dem Regelungsventil,
insbesondere in Richtung eines Materialflusses, nachgeordnet.
Misst der Druckmesser einen unzureichenden Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials, um diesen über das erste Mehrwegeventil in die Prozesskammer zu leiten, so wird über das Regelungsventil verstärkt metallorganisches
Ausgangsmaterial in Richtung der Druckblende zugeführt. Misst der Druckmesser den zur Prozessierung der Prozesskammer geeigneten Arbeitsdruck des metallorganischen
Ausgangsmaterials, so wird die Zuführung des
metallorganischen Ausgangsmaterials gedrosselt und/oder reduziert . Die Druckblende ist zwischen dem Druckmesser und dem ersten Mehrwegeventil angeordnet. Mit der Druckblende stellt sich insbesondere eine Verkleinerung des Leitungsquerschnitts beziehungsweise des Leitungsdurchmessers ein und der
Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials steigt vor der Druckblende an. Durch die Druckblende kann innerhalb der Vorrichtung insbesondere der Anstieg des Arbeitsdrucks des metallorganischen Ausgangsmaterials durch den Druckmesser gemessen werden. Mit anderen Worten kann durch die
Druckblende ein konstanter Arbeitsdruck dadurch
sichergestellt werden, dass insbesondere die Schwankungen des Arbeitsdrucks in dem Vorratsbehälter durch die Druckblende abgefangen, kompensiert und/oder ausglichen wird. Dass heißt, dass im Betrieb der ALD-Beschichtungsanlage ein hinter der Druckblende ausgebildeter Minimaldruck nicht unterschritten werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage stellt sich zwischen dem Druckmesser und der Druckblende ein zeitlich konstanter Arbeitsdruck des metallorganischen Materials ein, der größer ist als der
Arbeitsdruck des metallorganischen Materials im
Vorratsbehälter. Aufgrund der Verkleinerung der
Querschnittsfläche der Leitung durch die Druckblende baut sich der Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials unmittelbar vor der Druckblende auf. Der Arbeitsdruck wird vorzugsweise während des Betriebs der ALD-Beschichtungsanlage durch die Vorrichtung zeitlich konstant gehalten. Der dabei resultierende zeitlich konstante Arbeitsdruck des
metallorganischen Ausgangsmaterials ist größer als der
Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials im
Vorratsbehälter. Der zeitlich konstante Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials vor der Druckblende kann insbesondere durch den Druckmesser und das Regelungsventil der Vorrichtung sichergestellt werden. Verändert sich der zeitlich konstante Arbeitsdruck des metallorganischen
Ausgangsmaterials vor der Druckblende, so wird über den
Druckmesser das Regelungsventil derart gesteuert, dass vermehrt von dem metallorganischen Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter in die Vorrichtung geleitet wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD-
Beschichtungsanlage schaltet das erste Mehrwegeventil bei Vorliegen des zeitlich konstanten Arbeitsdrucks des
metallorganischen Ausgangsmaterials zwischen dem Druckmesser und der Druckblende in die Prozesskammer und bei einem von dem zeitlich konstanten Arbeitsdruck abweichenden
Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials das erste Mehrwegeventil in die Auffangkammer . Das erste
Mehrwegeventil ist also während des Betriebs der ALD- Beschichtungsanlage offen und leitet, abhängig vom
Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials, das metallorganische Ausgangsmaterial entweder in die
Prozesskammer oder in die Auffangkammer . Das Schalten des ersten Mehrwegeventils zwischen Prozesskammer und
Auffangkammer beeinflusst nicht den zeitlich konstanten
Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials, der zwischen dem Druckmesser und der Druckblende ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten ändert, insbesondere reduziert, sich der Leitwert des metallorganischen Ausgangsmaterials nicht durch das Schalten des ersten Mehrwegeventils. Unter
"Leitwert" versteht man im vorliegenden Zusammenhang den reziproken Wert des Leitungswiderstandes. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage weist die Auffangkammer eine 5- bis 10- fache Durchmesseraufweitung im Vergleich zu den Leitungen der ALD-Beschichtungsanlage auf, welche insbesondere einen
Durchmesser von 1/4 bis 2 Zoll aufweisen können. Durch die oben beschriebene Durchmesseraufweitung wird bei der
Zuführung des metallorganischen Ausgangsmaterials in die Auffangkammer insbesondere der zeitlich konstante
Arbeitsdruck zwischen der Druckblende und dem ersten
Mehrwegeventil nicht beeinflusst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage ist zwischen dem Vorratsbehälter und der Vorrichtung ein zweites Mehrwegeventil angeordnet und
zwischen der Vorrichtung und der Auffangkammer ein drittes Mehrwegeventil angeordnet. Das heißt, dass die Leitungen zwischen dem Vorratsbehälter und der Vorrichtung sowie zwischen der Vorrichtung und der Auffangkammer jeweils ein Mehrwegeventil aufweisen. Das zweite und dritte
Mehrwegeventil sind derart in den Leitungen verbaut, dass insbesondere kein Druckabfall des Arbeitsdrucks des
metallorganischen Ausgangsmaterials erfolgen kann. Das zweite Mehrwegeventil kann insbesondere das metallorganische
Ausgangsmaterial in die Vorrichtung oder in zumindest eine weitere Leitung leiten. Das dritte Mehrwegeventil kann insbesondere das metallorganische Ausgangsmaterial aus der Vorrichtung in die Auffangkammer leiten oder mit zumindest einer weiteren Leitung verbunden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage ist das zweite Mehrwegeventil mit dem dritten Mehrwegeventil verbunden. Die Leitung, welche das zweite Mehrwegeventil mit dem dritten Mehrwegeventil verbindet, kann dabei insbesondere die Vorrichtung umgehen. Das heißt, dass das metallorganische Ausgangsmaterial aus dem Vorratsbehälter austreten und ohne Durchlaufen der
Vorrichtung direkt in die Auffangkammer geleitet werden kann. Mit anderen Worten ist die Leitung zwischen dem zweiten
Mehrwegeventil und dem dritten Mehrwegeventil beispielsweise als Umgehung (englisch auch "Bypass") ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage erfolgt über das zweite Mehrwegeventil und das dritte Mehrwegeventil eine Abführung von
Zerlegungsprodukten des metallorganischen Ausgangsmaterials direkt in die Auffangkammer . Das metallorganische
Ausgangsmaterial bildet insbesondere in dem Vorratsbehälter Zerlegungsprodukte, Abfallprodukte und/oder unerwünschte Produkte, die einen höheren Dampfdruck als das
metallorganische Ausgangsmaterial aufweisen. Mit anderen Worten können sich insbesondere im Vorratsbehälter
Zerlegungsprodukte bilden, die aufgrund ihres höheren
Dampfdrucks das in gasförmiger Phase vorliegende
metallorganische Ausgangsmaterial überlagern und sich im Vorratsbehälter in gasförmiger Form befinden.
Durch das Öffnen des zweiten Mehrwegeventils und des dritten Mehrwegeventils können die Zerlegungsprodukte vor, während und nach der Prozessierung in der Prozesskammer aus dem
Vorratsbehälter entfernt, abgepumpt und/oder abgesaugt werden. Das Abführen von den Zerlegungsprodukten des
metallorganischen Ausgangsmaterials über beispielsweise die oben beschriebene Umgehung, die zwischen dem zweiten
Mehrwegeventil und dem dritten Mehrwegeventil ausgebildet sein kann, kann durch den Einsatz einer Leitung mit einem größeren Durchmesser beschleunigt werden. Das heißt, dass die Leitung zwischen dem zweiten Mehrwegeventil und dem dritten Mehrwegeventil einen größeren Durchmesser aufweisen kann als die überwiegend in der ALD-Beschichtungsanlage verbauten, vorhandenen und/oder eingesetzten Leitungen mit einem
Durchmesser von beispielsweise 1/4 bis 2 Zoll. Beispielsweise kann die in die Umgehung verbaute Leitung 2 Zoll betragen, wobei weitere Leitungen der ALD-Beschichtungsanlage einen Durchmesser von 1 Zoll aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage sind zwischen dem ersten Mehrwegeventil und der Prozesskammer ein viertes, fünftes und sechstes
Mehrwegeventil verschaltet, wobei sich das vierte und sechste Mehrwegeventil ausgehend von dem ersten Mehrwegeventil auf einer gleichen Leitung zur Prozesskammer befinden und das sechste Mehrwegeventil dem vierten Mehrwegeventil ausgehend von dem ersten Mehrwegeventil, insbesondere in Richtung eines Materialflusses, nachgeordnet ist. Weiter befindet sich das fünfte Mehrwegeventil auf einer Leitung zwischen dem vierten und sechsten Mehrwegeventil und dem fünften Mehrwegeventil ist ein Gasdosierelement zur Zuführung eines Trägergases und/oder Spülgases nachgeschaltet.
Das erste Mehrwegeventil leitet einen durch die Vorrichtung insbesondere zeitlich konstant gehaltenen Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials weiter in Richtung der Prozesskammer. In der Leitung zwischen dem erstem
Mehrwegeventil und der Prozesskammer kann insbesondere ein viertes, fünftes und sechstes Mehrwegeventil derart
verschaltet sein, dass das pulsartige Zuführen des
metallorganischen Ausgangsmaterials in die Prozesskammer nicht alleine durch das Schalten des ersten Mehrwegeventils gesteuert werden muss. Das heißt, dass durch ein Schließen und/oder Öffnen des vierten und sechsten Mehrwegeventils ein pulsartiges Zuführen des metallorganischen Ausgangsmaterials in die Prozesskammer gesteuert werden kann, ohne dass das erste Mehrwegeventil in Richtung der Auffangkammer geschaltet werden muss.
Weiter kann das vierte Mehrwegeventil während des Betriebs geschlossen werden. Durch die Leitung, die zwischen dem vierten und dem sechsten Mehrwegeventil ausgebildet ist, kann das fünfte Mehrwegeventil mit dem Gasdosierelement
zugeschaltet sein. Über das Gasdosierelement kann dosiert über das fünfte und sechste Mehrwegeventil insbesondere ein Spülgas in die Prozesskammer geleitet werden. Bei dem Spülgas handelt es sich insbesondere um ein inertes Gas.
Beispielsweise kann das Spülgas Argon oder ein anderes inertes Gas umfassen.
Das Versorgen der Prozesskammer mit dem Spülgas kann vor, während und nach der Prozessierung in der Prozesskammer erfolgen. Insbesondere wird das Spülgas zur Reinigung der
Prozesskammer vor, während und nach der Atomlagenabscheidung verwendet .
Weiter kann über die Leitung, in der das fünfte
Mehrwegeventil ausgebildet ist, ein Trägergas in die Leitung zur Prozesskammer zugeleitet werden. Das Trägergas wird insbesondere zum Transport des in gasförmiger Phase
vorliegenden metallorganischen Ausgangsmaterials genutzt, wobei dies beispielsweise vorteilhaft sein kann, wenn die Leitung zwischen erstem Mehrwegeventil und Prozesskammer derart lang ausgebildet ist, dass durch das Trägergas ein Transport des metallorganischen Ausgangsmaterials in die Prozesskammer beschleunigt werden kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage ist der Auffangkammer, insbesondere in Richtung eines Materialflusses, eine Vakuumpumpe
nachgeordnet. Wie bereits oben beschrieben, können
Zerfallsprodukte in die Auffangkammer geleitet werden. Dies erfolgt insbesondere durch die Umgehung (englisch: Bypass), die die Vorrichtung umgeht und durch das zweite und dritte Mehrwegeventil verbunden ist. In der Auffangkammer kann ein Vakuum ausgebildet sein, welches durch die Vakuumpumpe erzeugt werden kann. Mit anderen Worten wird durch die
Vakuumpumpe in der Auffangkammer ein Unterdruck erzeugt.
Durch den Unterdruck wird ein Vakuum ausgebildet, das
zumindest gemäß einer Ausführungsform den gleichen Unterdruck aufweist wie es in der Prozesskammer ausgebildet sein kann. Der Druckunterschied kann zwischen der Vorrichtung und der Auffangkammer beziehungsweise der Prozesskammer
beispielsweise 10~3 bis 10~6 mbar betragen. Durch den Unterdruck in der Auffangkammer wird der Leitwert des metallorganischen Ausgangsmaterials nicht reduziert und ein Schalten des ersten Mehrwegeventils in Richtung der
Prozesskammer oder in Richtung der Auffangkammer beeinflusst den Arbeitsdruck zwischen der Druckblende und dem ersten Mehrwegeventil nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage wird die Auffangkammer während des
Betriebs durch die Vakuumpumpe kontinuierlich oder in
regelmäßigen Zeitabständen, insbesondere dauernd, abgepumpt. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Auffangkammer im Wesentlichen frei vom metallorganischen Material bleibt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der ALD- Beschichtungsanlage sind mehrere Vorrichtungen des oben beschriebenen Typs an einer Prozesskammer angeordnet. Mit anderen Worten kann die Prozesskammer parallel mit weiteren metallorganischen Ausgangsmaterialien versorgt, angebunden und/oder verschaltet werden und ist nicht auf eine hier beschriebene einzelne Zuführung mit dem metallorganischen Ausgangsmaterial beschränkt. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben einer ALD- Beschichtungsanlage zum Aufwachsen zumindest einer Schicht auf einem Substrat nach einem der vorherigen
Ausführungsformen der ALD-Beschichtungsanlage beschrieben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Betreiben einer hier beschriebenen ALD-Beschichtungsanlage. Sämtliche für die ALD-Beschichtungsanlage beschriebenen Merkmale sind für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer ALD-Beschichtungsanlage zum Aufwachsen zumindest einer Schicht auf einem Substrat umfasst das
Verfahren folgende Schritte:
- Bereitstellen des metallorganischen Ausgangsmaterials in dem Vorratsbehälter,
- Zuführen des metallorganischen Ausgangsmaterials in die Vorrichtung,
- Weiterleiten des metallorganischen Ausgangsmaterials durch das schaltbare erste Mehrwegeventil in die Prozesskammer oder in die Auffangkammer .
Das in gasförmiger Phase vorliegende metallorganische
Ausgangsmaterial in dem Vorratsbehälter wird in die Vorrichtung der oben beschriebenen ALD-Beschichtungsanlage zugeführt. Das metallorganische Ausgangsmaterial, welches die Vorrichtung passiert, durchläuft und/oder durchströmt, wird dann durch das erste Mehrwegeventil in die Prozesskammer oder in die Auffangkammer geleitet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das metallorganische Ausgangsmaterial in der Vorrichtung mit einem zeitlich konstanten Arbeitsdruck bereitgestellt. Mit anderen Worten wird das metallorganische Ausgangsmaterial erst dann in die Prozesskammer durch das erste Mehrwegeventil geleitet, wenn der Druckmesser einen zeitlich konstanten Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials
detektiert, der zur Durchführung der Atomlagenabscheidung in der Prozesskammer erforderlich und/oder geeignet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens strömt über das fünfte und sechste Mehrwegeventil und dem
Gasdosierelement das Spülgas in die Prozesskammer und das vierte Mehrwegeventil wird geschlossen. Das heißt, dass die Prozesskammer nicht mit dem metallorganischen
Ausgangsmaterial vorsorgt wird und über das fünfte und sechste Mehrwegeventil vor, während und/oder nach dem Betrieb der ALD-Beschichtungsanlage durch das Spülgas gereinigt werden kann. Das Schließen des vierten Mehrwegeventils kann während des Betriebs durch Schalten des ersten
Mehrwegeventils in Richtung der Auffangkammer umgangen werden. Soll die Prozesskammer während des Betriebs gereinigt werden und ist das erste Mehrwegeventil zur Prozesskammer geschalten, so kann das Schließen des vierten Mehrwegeventils nicht umgangen werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das vierte Mehrwegeventil geöffnet, und das fünfte und sechste Mehrwegeventil geschlossen, sodass aus Richtung des ersten Mehrwegeventils das metallorganische Ausgangsmaterial bis zu dem sechsten Mehrwegeventil geleitet wird. Mit anderen Worten beschreibt obiger Zustand die ALD-Beschichtungsanlage während des Betriebs. Das heißt, dass der Bypass zur Ableitung der Zerlegungsprodukte geschlossen und das erste Mehrwegeventil in Richtung der Prozesskammer geschalten ist. Weiter ist das fünfte Mehrwegeventil zur Zuführung des Spülgases
geschlossen. Das metallorganische Ausgangsmaterial wird bis zum sechsten Mehrwegeventil geleitet und weist einen zeitlich konstanten Arbeitsdruck aus, der durch die vorangeschaltete Vorrichtung reguliert, erzeugt oder in Richtung des sechsten Mehrwegeventils zugeleitet wurde. Durch ein Schließen und Öffnen des sechsten Mehrwegeventils kann die pulsartige
Zuführung des metallorganischen Ausgangsmaterials erzielt werden. Zwischen Schließen und Öffnen des sechsten
Mehrwegeventils können beispielsweise zwischen 1 und 10 Sekunden vergehen.
Das pulsartige Zuführen der metallorganischen
Ausgangssubstanz kann auch direkt über das erste
Mehrwegeventil erfolgen, wobei das vierte und sechste
Mehrwegeventil geöffnet sind. Das fünfte Mehrwegeventil kann geschlossen oder geöffnet sein, wobei im offenen Zustand ein Trägergas den Transport des metallorganischen
Ausgangsmaterials unterstützen, beschleunigen oder
stabilisieren kann.
Im Folgenden wird die hier beschriebene ALD- Beschichtungsanlage und das Verfahren zum Betreiben einer ALD-Beschichtungsanlage zum Aufwachsen zumindest eines Substrats anhand von Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 1A, 1B
sowie 2A, 2B und 2C sind Ausführungsbeispiele der hier beschriebenen ALD-Beschichtungsanlage und das Verfahren zum Betreiben ALD-Beschichtungsanlage näher erläutert.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A ist eine ALD- Beschichtungsanlage 100 schematisch ohne die hier
beschriebene Vorrichtung gezeigt.
In der ALD-Beschichtungsanlage 100 der Figur 1A wird ein metallorganisches Ausgangsmaterial 6 in einem
temperaturstabilisierten Vorratsbehältern 1 gelagert, um sie bei Bedarf der Prozesskammer 7 zuzuführen, wobei sich je nach Temperatur im Vorratsbehälter 1 das metallorganische
Ausgangsmaterial 6 auch zum Teil über der Flüssigkeit
und/oder dem Festkörper in einer gasförmigen Phase befindet. Der Vorratsbehälter 1 ist in einem Temperaturbad 12 gelagert, das eine möglichst große Wärmekapazität aufweist, um die Temperatur des metallorganischen Ausgangsmaterials 6 im
Vorratsbehälter möglichst konstant zu halten. Die sich in dem Vorratsbehälter ausbildende metallorganische Ausgangssubstanz in gasförmiger Phase wird dann über eine Leitung, in der sich ein viertes und ein sechstes Mehrwegeventil 40, 60 befindet, in die Prozesskammer 7 geleitet, wobei zwischen dem vierten Mehrwegeventil 40 und dem sechsten Mehrwegeventil 60 eine weitere Leitung angeschlossen ist, die ein fünftes
Mehrwegeventil 50 und ein Gasdosierelement 9 umfasst. Das fünfte Mehrwegeventil 50 wird über das Gasdosierelement 9 mit einem Spülgas und/oder Trägergas versorgt.
Durch die Leitung wird das gasförmige Ausgangsmaterial 6 des temperaturstabilisierten Vorratsbehälters 1 durch
pulsartiges, stoßartiges und/oder zyklisches Öffnen eines Mehrwegeventils 40, 60 einem Gasstrom zugeführt, der das metallorganische Ausgangsmaterial 6 zur Prozesskammer 7 führt. Entsprechend dem Dampfdruck, der durch die Temperatur des metallorganischen Ausgangsmaterials 6 und damit zumindest dem Prinzip nach durch die Temperatur des Temperaturbads 12 bestimmt wird, gelangt eine gewisse Menge des
metallorganischen Ausgangsmaterials 6 in den Gasstrom. Aufgrund der pulsartigen Entnahme des metallorganischen
Ausgangsmaterials 6 aus dem Vorratsbehälter 1 kommt es in Abhängigkeit der Entnahmedauer und -häufigkeit sowie der geometrischen Bedingungen des Vorratsbehälters 1 zu
Temperaturschwankungen innerhalb des im Vorratsbehälter 1 verbleibenden metallorganischen Ausgangsmaterials. Eine
Temperaturregeneration kann meist nur teilweise erzielt werden, da der Temperaturübertrag vom Temperaturbad 12 auf das metallorganische Ausgangsmaterial 6 im Vorratsbehälter 1 teilweise nur sehr langsam beziehungsweise träge abläuft. Hierdurch kommt es im Verlauf von mehreren
Beschichtungszyklen zu einer Undefinierten Abkühlung des metallorganischen Ausgangsmaterials 6 im Vorratsbehälter 1. Mit anderen Worten kann ein Temperaturgradient innerhalb des Vorratsbehälters 1 gemessen werden.
Die Undefinierte Abkühlung des metallorganischen
Ausgangsmaterials 6 im Vorratsbehälter 1 in Abhängigkeit von der Länge und der Häufigkeit der Beschichtungszyklen sowie in Abhängigkeit von der Größe des Vorratsbehälters 1 kann zu einem ungleichmäßigen Schichtdickenverlauf der
aufzubringenden Schichten führen, wodurch die Qualität der aufzubringenden Schichten im Rahmen der Herstellungstoleranz der ALD-Beschichtungsanlage 100 in Mitleidenschaft gezogen werden kann.
In dieser Hinsicht wurde bisher lediglich die Temperatur gemessen und geregelt, wobei eine Stabilisierung des
Dampfdrucks des metallorganischen Ausgangsmaterials 6 indirekt über Temperaturbäder 12 erfolgte, was jedoch
aufgrund des trägen Wärmeübertrags zu den angesprochenen Temperaturschwankungen und -gradienten im Vorratsbehälter 1 führte. Das Problem der Größenskalierung von Vorratsbehältern scheint bisher ungelöst.
In der Figur 1B ist anhand eines Diagramms das pulsartige Zuführen des gasförmigen metallorganischen Ausgangsmaterials 6 schematisch dargestellt. Bezug nehmend auf die Figur 1A kann dies durch ein Öffnen und Schließen des vierten und/oder sechsten Mehrwegeventils 40, 60 realisiert werden. 0
bedeutet, dass das jeweilige Mehrwegeventil 40, 60
beziehungsweise die Mehrwegeventile 40, 60 in Kombination geschlossen und 1, dass ein oder mehrere Mehrwegeventile 40, 60 in Kombination im geöffneten Zustand der ALD- Beschichtungsanlage vorliegen. Die Zeitachse t zeigt dabei ein Zeitintervall zwischen Öffnen und Schließen des zumindest einen Mehrwegeventils an. Auch ein Zuführen des Trägergases und/oder des Spülgases über das Gasdosierelement 9 kann pulsartig mit dem fünften Mehrwegeventil 50 erfolgen. Die Mehrwegeventile 40, 50, 60 können alle gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden, wobei insbesondere auch ein leicht versetztes Öffnen und Schließen der Mehrwegeventile möglich ist .
In der Figur 2A ist das Ausführungsbeispiel der Figur 1A ergänzt um eine hier beschriebene Vorrichtung 2 umfassend ein Regelungsventil 3, einen Druckmesser 4, eine Druckblende 5 und ein erstes Mehrwegeventil 10 schematisch dargestellt. Weiter ist ein Bypass über ein zweites Mehrwegeventil 20 und ein drittes Mehrwegeventil 30 schematisch zur direkten
Abführung der Zerlegungsprodukte des metallorganischen
Ausgangsmaterials 6 in eine Auffangkammer 8 dargestellt. Die Auffangkammer 8 mit nachgeordneter Vakuumpumpe 11 ist
wiederum dem ersten Mehrwegeventil 10 nachgeordnet. Vor
Inbetriebnahme der in Figur 2A gezeigten ALD-
Beschichtungsanlage können über den Bypass, der zwischen dem zweiten Mehrwegeventil und dem dritten Mehrwegeventil ausgebildet ist, Zerlegungsprodukte direkt in die
Auffangkammer 8 abgeleitet werden. Das in gasförmiger Phase vorliegende metallorganische
Material 6 verlässt den Vorratsbehälter 1 in Richtung der Vorrichtung 2 und baut zwischen dem Druckmesser 4 und der Druckblende 5 einen zeitlich konstanten Arbeitsdruck auf, der größer ist als der Arbeitsdruck im Vorratsbehälter. Ist der zeitlich konstante Arbeitsdruck erreicht, wird das erste
Mehrwegeventil 10 in Richtung der Prozesskammer 7 geöffnet, wobei das vierte und sechste Mehrwegeventil 40, 60 derart zueinander verschaltet sind, dass ein pulsartiges Zuführen des metallorganischen Ausgangsmaterials 6 in die Prozesskammer 7 erfolgt. Durch die Leitung mit dem fünften Mehrwegeventil 50 kann ein Trägergas beziehungsweise ein Spülgas in die Leitung zwischen dem ersten Mehrwegeventil 10 und der Prozesskammer 7 zugeleitet werden.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2B ist der Zustand der ALD- Beschichtungsanlage 100 schematisch vor Ausbildung
beziehungsweise Prozessierung der Schichten in der
Prozesskammer 7 gezeigt. Vor Beginn der Abscheidung werden unter Umgehung der Vorrichtung 2 durch mehrmaliges kurzes Öffnen des zweiten und dritten Mehrwegeventils 20, 30
Zerlegungsprodukte des metallorganischen Ausgangsmaterials direkt in die Auffangkammer 8 geleitet. Weiter kann durch Öffnen des fünften und sechsten Mehrwegeventils 50, 60 vor Inbetriebnahme die Prozesskammer 7 mit einem Spülgas vor, während und nach der Abscheidung gereinigt und/oder gespült werden. Das sechste Mehrwegeventil 60 kann insbesondere unmittelbar vor der Prozesskammer platziert werden. Das heißt, in der Figur 2B sind die Mehrwegeventile 20, 30, 40, 50, 60 derart geschlossen oder geöffnet, sodass der
Vorratsbehälter von Zerlegungsprodukten befreit und die Prozesskammer durch ein Spülgas gereinigt wird. Mit anderen Worten wird in der Figur 2B kein metallorganisches
Ausgangsmaterial 6 durch die Vorrichtung 2 geleitet.
In der Figur 2C ist die ALD-Beschichtungsanlage 100 während des Betriebs schematisch dargestellt. Das zweite und dritte Mehrwegeventil 20, 30 ist geschlossen und das zweite
Mehrwegeventil 20 leitet das metallorganische
Ausgangsmaterial in die Vorrichtung 2. Das erste
Mehrwegeventil ist stets offen und schaltet abhängig vom Arbeitsdruck, welcher am Druckmesser 4 gemessen und mit dem Regelungsventil 3 reguliert wird, zwischen der Prozesskammer 7 und Auffangkammer 8. Das vierte Mehrwegeventil 40 ist geöffnet und leitet das vom ersten Mehrwegeventil 10
zugeführte metallorganische Ausgangsmaterial bis zum
geschlossenen sechsten Mehrwegeventil 60. Durch ein Öffnen und Schließen des sechsten Mehrwegeventils 60 wird die
Prozesskammer 7 pulsartig mit dem metallorganischen
Ausgangsmaterial zur Ausbildung einer Schicht auf einem
Substrat versorgt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102012210332.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

ALD-Beschichtungsanlage (100) mit
- einem Vorratsbehälter (1) für ein metallorganisches Ausgangsmaterial (6), und
- einer Vorrichtung (2) umfassend ein Regelungsventil (3), einen Druckmesser (4), eine Druckblende (5) und ein erstes Mehrwegeventil (10), wobei
- die Vorrichtung
(2) dem Vorratsbehälter (1)
nachgeordnet ist,
und
- das erste Mehrwegeventil (10) zwischen einer
Prozesskammer (7) und einer Auffangkammer (8) schaltbar ist .
ALD-Beschichtungsanlage (100) nach Anspruch 1,
bei der der Druckmesser (4) mit dem Regelungsventil
(3) einen zeitlich konstanten Arbeitsdruck des
metallorganischen Ausgangsmaterials (6) zwischen dem Vorratsbehälter (1) und der Druckblende (5) regelt.
ALD-Beschichtungsanlage (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der sich zwischen dem Druckmesser (4) und der
Druckblende (5) ein zeitlich konstanter Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials (6) einstellt, der größer ist als der Arbeitsdruck des metallorganischen Ausgangsmaterials (6) im Vorratsbehälter (1).
ALD-Beschichtungsanlage (100) nach dem vorherigen
Anspruch,
bei der - das erste Mehrwegeventil (10) bei Vorliegen des zeitlich konstanten Arbeitsdrucks des metallorganischen Ausgangsmaterials (6) zwischen dem Druckmesser
(4) und der Druckblende
(5) in die Prozesskammer (7) schaltet, und
- bei einem von dem zeitlich konstanten Arbeitsdruck abweichenden Arbeitsdruck des metallorganischen
Ausgangsmaterials (6) das erste Mehrwegeventil (10) in die Auffangkammer (8) schaltet.
ALD-Beschichtungsanlage (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche,
bei der
- zwischen dem Vorratsbehälter (1) und der Vorrichtung (2) ein zweites Mehrwegeventil (20) angeordnet ist, und
- zwischen der Vorrichtung (2) und der Auffangkammer (8) ein drittes Mehrwegeventil (30) angeordnet ist,
- das zweite Mehrwegeventil (20) mit dem dritten
Mehrwegeventil (30) verbunden ist, und
- über das zweite Mehrwegeventil (20) und das dritte Mehrwegeventil (30) eine Abführung von
Zerlegungsprodukten des metallorganischen
Ausgangsmaterials
(6) direkt in die Auffangkammer (8) erfolgt .
ALD-Beschichtungsanlage (100) nach einem der vorherigen
Ansprüche,
bei der
- zwischen dem ersten Mehrwegeventil (10) und der
Prozesskammer (7), ein viertes, fünftes und sechstes Mehrwegeventil (40, 50, 60) verschaltet sind, wobei
- sich das vierte und sechste Mehrwegeventil (40, 60) ausgehend von dem ersten Mehrwegeventil (10) auf einer gleichen Leitung zur Prozesskammer (7) befinden und das sechste Mehrwegeventil (60) dem vierten Mehrwegeventil (40) nachgeordnet ist,
- das fünfte Mehrwegventil (50) sich auf einer Leitung zwischen dem vierten und sechsten Mehrwegeventil (40, 60) befindet, und
- dem fünften Mehrwegeventil (50) ein Gasdosierelement (9) zur Zuführung eines Trägergases und/oder Spülgases nachgeschalten ist.
7. ALD-Beschichtungsanlage (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der der Auffangkammer (8) eine Vakuumpumpe (11) nachgeordnet ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer ALD-Beschichtungsanlage (100) zum Aufwachsen zumindest einer Schicht auf einem Substrat nach einem der vorherigen Ansprüche mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen des metallorganischen Ausgangsmaterials (6) in dem Vorratsbehälter (1),
- Zuführen des metallorganischen Ausgangsmaterials (6) in die Vorrichtung (2),
- Weiterleiten des metallorganischen Ausgangsmaterials (6) durch das schaltbare erste Mehrwegeventil (10) in die Prozesskammer (7) oder in die Auffangkammer (8) .
9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei das metallorganische Ausgangsmaterial (6) in der Vorrichtung (2) mit einem zeitlich konstanten
Arbeitsdruck bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, wobei über das fünfte und sechste Mehrwegeventil (50, 60) und dem Gasdosierelement (9) das Spülgas in die Prozesskammer (7) strömt und,
- das vierte Mehrwegeventil (40) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 und 9,
wobei
- das vierte Mehrwegeventil (40) geöffnet wird, und
- das fünfte und sechste Mehrwegeventil (50, 60) geschlossen wird, sodass aus Richtung des ersten
Mehrwegeventils (10) das metallorganische
Ausgangsmaterial (6) bis zu dem sechsten Mehrwegeventil (60) geleitet wird.
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