DE112011102860T5

DE112011102860T5 - Anordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE112011102860T5
Application number: DE112011102860T
Authority: DE
Inventors: Pekka Soininen; Sami Sneck
Original assignee: Beneq Oy
Current assignee: Beneq Oy
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-08-08
Also published as: WO2012028784A1; FI20105901A0; TWI542726B; TW201211307A; CN103080373A; CN103080373B; US20130164458A1; US20170362708A1; FI20105901L; FI124113B; US9783887B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche (4) eines Substrats (2), indem die Oberfläche (4) des Substrats alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten Startmaterials (A) und eines zweiten Startmaterials (B) gemäß den Prinzipien des Atomschichtdepositionsverfahrens ausgesetzt wird. Gemäß der Erfindung wird ein erstes Startmaterial (A) mit Hilfe einer Quelle (6, 7, 8) auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) örtlich zugeführt, indem die Quelle (6, 7, 8) in Bezug auf das Substrat (2) bewegt wird, und die mit dem ersten Startmaterial (A) bearbeitete Oberfläche (4) des Substrats (2) einem zweiten, in einer die Quelle (6, 7, 8) umgebenden Atmosphäre (1) vorhandenen Startmaterial ausgesetzt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Substrats, indem die Oberfläche des Substrats alternierenden Oberflächenreaktionen von Startmaterialien ausgesetzt wird. Im Besonderen betrifft die aktuelle Erfindung eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Substrats, indem die Oberfläche des Substrats alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten Startmaterials und eines zweiten Startmaterials gemäß den Prinzipien des Atomschichtdepositionsverfahrens ausgesetzt wird. Insbesondere betrifft die aktuelle Erfindung auch das Verfahren des Oberbegriffs des Patentanspruchs 20 zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Substrats, indem die Oberfläche des Substrats alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten Startmaterials und eines zweiten Startmaterials gemäß den Prinzipien des Atomschichtdepositionsverfahrens ausgesetzt wird.
Das Atomschichtdepositionsverfahren (ALD) gründet sich auf eine Deposition, die durch eine Oberfläche kontrolliert wird, wobei die Startmaterialien eines nach dem anderen innerhalb eines ALD-Reaktors auf die Oberfläche des Substrats nicht-simultan und gegenseitig getrennt geführt werden. Traditionell wird ein Startmaterial auf die Oberfläche des Substrats in einer genügenden Menge derart gebracht, dass alle zur Verfügung stehenden Bindungsstellen der Oberfläche in Gebrauch sind. Nach jedem Startmaterialpuls wird das Substrat mit Inertgas gespült, um überflüssigen Startmaterialdampf zu entfernen, um zu vermeiden, dass die Deposition in der Gasphase stattfindet. Dann wird eine chemosorbierte Monoschicht des Reaktionsprodukts eines Startmaterials auf der Oberfläche verbleiben. Diese Schicht reagiert mit dem nächsten Startmaterial und bildet eine partielle Monoschicht des gewünschten Materials. Wenn die Reaktion vollständig genug stattgefunden hat, wird eine überflüssige Menge dieses zweiten Startmaterialdampfes mit Inertgas gespült, so dass die Deposition auf gesättigte Oberflächenreaktionen beruht, das heißt dass die Oberfläche die Deposition kontrolliert. Gemäß einer bekannten Technik wird das zuvor erwähnte Verfahren in einem ALD-Reaktor durchgeführt, in dem das zu bearbeitende Substrat platziert ist.
Ein Problem in der Anordnung gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik ist, dass es mit ALD-Reaktoren nicht möglich ist, derart große Stücke zu bearbeiten, dass sie nicht in einen ALD-Reaktor hineinpassen. Dies begrenzt die Verwendung des ALD-Verfahrens in vielen Anwendungen erheblich. Ein anderes Problem ist, dass das ALD-Verfahren gemäß einer bekannten Technik mit einem Vakuum verwendet wird. Wenn zum Beispiel innere Oberflächen von Behältern deponiert werden, kann der Behälter selbst einen ALD-Reaktor bilden, in dem das Vakuum erzeugt wird. Jedoch können die Wandstärken derartiger Behälter oft nicht genügend sein, und der Behälter kann dem notwendigen Vakuum nicht widerstehen und der Behälter kann zusammenbrechen. Außerdem kann das Zuführen von Startmaterialien hintereinander in große Behälter schwierig und zeitaufwendig sein, da das Füllen und Leeren großer Behälter langsam ist. Außerdem werden alle in den Behälter platzierten Oberflächen des Substrats Oberflächenreaktionen ausgesetzt sein, weshalb es nicht möglich ist, nur Teile der Oberfläche des Substrats Oberflächenreaktionen auszusetzen, ohne Masken auf die Oberfläche des Substrats zu montieren, die einen Teil der Oberfläche des Substrats abdecken. Das Platzieren derartiger Masken ist jedoch oft langsam und kompliziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Gegenstand der Erfindung ist somit, eine Anordnung und ein Verfahren zu entwickeln, welche die oben erwähnten Probleme lösen. Der Gegenstand der Erfindung wird durch die Anordnung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anordnung eine oder mehrere Quellen zum örtlichen Zuführen eines ersten Startmaterials auf eine Oberfläche des Substrats aufweist, und dadurch, dass die Quelle in einer Atmosphäre, die ein zweites Startmaterial aufweist, platziert ist. Der Gegenstand der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 20 erreicht, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren das örtliche Zuführen eines ersten Startmaterials auf die Oberfläche des Substrats mit Hilfe der Quelle umfasst, indem die Quelle in Bezug auf das Substrat bewegt wird und die Oberfläche des mit dem ersten Startmaterial bearbeiteten Substrats einem zweiten, in der die Quelle umgebenden Atmosphäre vorhandenen zweiten Startmaterial ausgesetzt wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung beruht darauf, dass eine Anordnung zur Verfügung gestellt wird, die eine oder mehrere Quellen zum örtlichen Zuführen eines Startmaterials auf die Oberfläche des Substrats aufweist. Die Quelle kann zum Beispiel eine Düse, ein Düsenkopf oder dergleichen sein, die angeordnet ist, ein erstes Startmaterial, auf die Oberfläche des Substrats zuzuführen. Das erste Startmaterial reagiert mit der Oberfläche des Substrats und bildet eine Monoschicht auf die Oberfläche des Substrats. Die Quelle ist bewegbar in Bezug auf die Oberfläche des Substrats angeordnet, derart dass es möglich ist, mit der Quelle über die Oberfläche des Substrats oder einen Teil der Oberfläche zu fegen, indem diese unter dem Fegen befindliche Oberfläche des Substrats einem ersten Startmaterial ausgesetzt wird. Die relative Bewegung der Quelle und des Substrats können erreicht werden, indem nur die Quelle bewegt wird oder indem nur das Substrat bewegt wird oder indem sowohl das Substrat als auch die Quelle in Bezug auf einander bewegt werden. Gemäß der aktuellen Erfindung sind das Substrat und die Quelle in einer Atmosphäre platziert, die ein zweites Startmaterial aufweist. Mit anderen Worten weist die Anordnung der Erfindung Zuführmittel zum Zuführen eines zweiten Startmaterials an die, die Quelle umgebende Atmosphäre auf. Somit, wenn die Oberfläche des Substrats örtlich mit Hilfe der Quelle einem ersten Startmaterial ausgesetzt wird, wird es, nachdem es durch die Quelle gefegt worden ist, einem zweiten Startmaterial ausgesetzt, das in der das Substrat umgebenden Atmosphäre vorhanden ist. Das zweite Startmaterial reagiert mit dem ersten Startmaterial und bildet eine Monoschicht auf der Oberfläche des Substrats. Diese durch das zweite Startmaterial geformte Monoschicht ihrerseits reagiert mit dem ersten, von der Quelle zugeführten zweiten Startmaterial nach dem nächsten Fegen. Somit kann die Oberfläche des Substrats örtlich mit Hilfe der Quelle bearbeitet werden, wenn Oberflächenreaktionen auf der Oberfläche des Substrats nur an Stellen stattfinden, die durch die Quelle gefegt wurden, um die Oberfläche des Substrats dem ersten Startmaterial auszusetzen.
Wie oben beschrieben, kann die Anzahl mit der Quelle durchgefügten Fegungen dazu dienen, die gewünschte Anzahl der Depositionsschichten und somit zum Beispiel die Dicke der gewünschten Deposition zu bestimmen, weil als Resultat jedes Fegens eine Monoschicht des ersten und des zweiten Startmaterials auf der Oberfläche des Substrats gebildet wird. Eine Oberfläche zu bearbeiten bedeutet in dieser Anwendung generell, eine Oberfläche zu deponieren, eine Oberflächenschicht zu legieren und/oder einige andere entsprechende Prozeduren zur Bearbeitung einer Oberfläche oder einer Oberflächenschicht. Auf der Oberfläche des Substrats bedeutet in diesem Zusammenhang sowohl die äußere Oberfläche als auch die innere Oberfläche eines porösen Substrats, die durch die Porosität zur Verfügung gestellt werden.
Ein Vorteil des Verfahrens und der Anordnung der Erfindung ist, dass sie erlauben, das ALD-Verfahren auch zur Bearbeitung von Oberflächen großer Stücke zu verwenden, was früher nicht möglich gewesen ist wegen der dimensionalen Begrenzungen, die die ALD-Reaktoren zur Verfügung gestellt haben. Zusätzlich erlaubt die aktuelle Erfindung das örtliche Bearbeiten von derartigen großen Stücken oder Oberflächen, wenn das Bearbeiten der ganzen Oberfläche nicht gewünscht oder vorzuziehen ist, was mit ALD-Reaktoren gemäß des bekannten Standes der Technik nicht möglich gewesen ist. Weiterhin ist es in der Lösung gemäß der aktuellen Erfindung nicht notwendig, überhaupt ein Vakuum zu verwenden, oder ein Vakuum kann nur auf der Stelle der Düsenoberfläche erzeugt werden, weshalb dünnwandige Stücke nicht einem Vakuum ausgesetzt werden, was die Wand aufbrechen könnte oder einen dünnwandigen Behälter zusammenbrechen lassen könnte. Zusätzlich erlaubt die aktuelle Erfindung, schnell große Stücke mit dem ALD-Verfahren zu bearbeiten und effizient Startmaterialien und mögliche Spülagenzien zu verwenden, indem die durch deren Überfluss erzeugte Menge Abfall minimiert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird jetzt detaillierter im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
die 1 schematisch eine Ausführungsform der Anordnung gemäß der aktuellen Erfindung zeigt;
die 2A und 2B schematisch, eine andere Ausführungsform der Anordnung gemäß der aktuellen Erfindung zeigen;
die 3 schematisch eine weitere Ausführungsform der Anordnung gemäß der aktuellen Erfindung zeigt;
die 4 schematisch noch eine weitere Ausführungsform der Anordnung gemäß der aktuellen Erfindung zeigt; und
die 5 schematisch eine Seitenansicht der Anordnung gemäß der 4 zeigt.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Hinweis auf die 1 wird eine erste Ausführungsform der Anordnung der aktuellen Erfindung gezeigt. Gemäß der 1 weist die Anordnung eine Quelle 6 auf, die auf die Oberfläche 4 des zu bearbeitenden Substrats 2 platziert werden kann. Die Quelle 6 weist eine Düsenoberfläche auf, die gegen die Oberfläche 4 des zu bearbeitenden Substrats 2 oder auf die Oberfläche 4 innerhalb einer Entfernung von der Oberfläche 4 derart platziert werden kann, dass die Düsenoberfläche einen Teil der Oberfläche 4 des Substrats 2 abdecken wird. Somit bedeutet die Düsenoberfläche in diesem Zusammenhang die Oberfläche der Quelle 6, die gegen die Oberfläche 4 des Substrats 2 oder auf die Oberfläche 4 platziert ist. Mit Hilfe der Quelle wird ein erstes Startmaterial A über die Düsenoberfläche auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 in dem durch die Düsenoberfläche abgedeckten Bereich derart geführt, dass in diesem durch die Düsenoberfläche abgedeckten Bereich die Oberfläche 4 des Substrats 2 einem ersten Startmaterial A ausgesetzt werden kann. Das erste Startmaterial A kann zusammen mit einem Trägergas zugeführt werden, welches Trägergas ein Inertgas sein kann, das nicht an den Oberflächenreaktionen auf der Oberfläche 4 des Substrats 2 teilnimmt. Gemäß der 1 weist die Quelle 6 einen Startmaterialraum 13 auf, dem das erste Startmaterial A mit Hilfe von Gaszuführmitteln 14 zugeführt werden kann, welche in Flüssigkeitsverbindung mit dem Startmaterialraum 13 stehen. Die Gaszuführmittel 14 können irgendwelche Verbindungen, Schläuche, Startmaterialeinlagen und ähnliche Mittel und notwendige Teile aufweisen, um das erste Startmaterial A zu erzeugen und dem Startmaterialraum 13 zuzuführen. In der Ausführungsform der 1 ist ein Gaszuführgerät 16, wie zum Beispiel eine Öffnungsplatte oder dergleichen, in dem oberen Teil des Startmaterialraums 13 angeordnet, um das erste Startmaterial A, das aus Gaszuführmitteln 14 herstammt dem Startmaterialraum 3 gleichmäßig zuzuführen. Der Startmaterialraum 13 weist eine offene Wand oder einen Bereich auf, die/der auf die Düsenoberfläche mündet, die eine Startmaterialzone 10 bildet, von der, das erste, dem Startmaterialraum 13 zugeführte Startmaterial A Verbindung mit der Oberfläche 4 des Substrats 2 erreichen wird. Mit anderen Worten kann gemäß der aktuellen Erfindung das erste Startmaterial A durch die Startmaterialzone 10 in dem Bereich der Oberfläche 4 des Substrats 2 ausströmen, welcher Bereich durch die Düsenoberfläche und insbesondere unterhalb der Startmaterialzone 10 abgedeckt ist, wobei die Quelle 6 gegen die Oberfläche 4 des Substrats 2 oder auf der Oberfläche 4 platziert ist. Der Startmaterialraum 13 der Quelle 6 bildet somit eine ALD-Reaktionskammer mit einem Teil der Oberfläche 4 des Substrats 2, auf dem sich die Quelle 6 befindet. Dann kann die Deposition von Material gemäß dem ALD-Verfahren an diesem Teil der Oberfläche 4 des Substrats 2 stattfinden, der durch die Startmaterialzone 10 der Quelle 6 unter Einfluss des ersten Startmaterials A abgedeckt ist. Die Düsenoberfläche der Quelle 6 kann weiterhin mit Borsten 30 versehen sein, die die Startmaterialzone 10 umgeben und von der Düsenoberfläche derart nach außen hervortreten, dass ein Schlitz zwischen der Düsenoberfläche und der Oberfläche 4 des Substrats 2 bleibt. Dieser Schlitz zusammen mit den Borsten 30 erlaubt, dass der Überfluss des dem Startmaterialraum 13 zugeführten Startmaterials aus dem Startmaterialraum 13 hinaustritt und gleichzeitig erlauben die Borsten die Verwendung der Quelle 6 auch an deren Oberflächen, welche Unregelmäßigkeiten aufweisen, die klein sind oder niedriger sind als die Höhe der Borsten 30. Eine Unterdosierung oder eine Quasi-Unterdosierung kann auch dem Startmaterialraum 13 zugeführt werden, weshalb im Wesentlichen sämtliches zugeführtes Startmaterial A mit der Oberfläche 4 des Substrats 2 reagiert. Wenn eine Unterdosierung verwendet wird, kann kein zusätzliches Startmaterial A aus dem Startmaterialraum 13 fließen.
Gemäß der Erfindung ist die Quelle 6 bewegbar gebildet, so dass sie entlang der Oberfläche 4 des Substrats 2 bewegt werden kann, wobei die Düsenoberfläche sich gegen die Oberfläche 4 des Substrats 2 oder auf der Oberfläche innerhalb einer Entfernung dazu befindet. Mit anderen Worten wird die Quelle 6 in Bezug auf das Substrat 2 bewegt. Alternativ kann die Quelle 6 stationär sein, und das Substrat 2, wie das Materialnetz, kann in Bezug auf die Quelle 6 bewegt werden, wobei die Quelle 6 gegen die oder über der Oberfläche 4 des Substrats platziert ist. Auch können sowohl das Substrat 2 als auch die Quelle 6 bewegt werden, um eine relative Bewegung zu erhalten. In noch einer anderen Ausführungsform kann die Quelle 6 gegen die oder über der Oberfläche 4 des Substrats 2 platziert werden, von der Oberfläche 4 abgehoben werden und auf den nächsten Platz überführt werden und wieder gegen oder über die Oberfläche 4 des Substrats 2 platziert werden. Dann wird die Quelle 6 nicht entlang der Oberfläche des Substrats bewegt, sondern auf einen gewünschten Platz platziert, entfernt und auf die nächste Stelle auf dem Substrat 2 platziert.
Indem die Quelle 6 gemäß der 1 verwendet wird, ist es möglich, die Oberfläche 4 des Substrats 2 gemäß dem ALD-Verfahren zu bearbeiten, indem mit Hilfe von Gaszuführmitteln 14 ein erstes Startmaterial in den Startmaterialraum 13 gebracht wird, wobei die Oberfläche 4 des Substrats 2 einer Oberflächenreaktion ausgesetzt wird, die durch das erste Startmaterial B zur Verfügung gestellt wird. Indem das erste Startmaterial A als Unterdosierung relativ zur Kapazität der Oberfläche 4 des Substrats 2 zugeführt wird, um Startmaterialien zu binden, wird sich im Wesentlichen sämtliches zugeführtes Startmaterial A auf die Oberfläche 3 des Substrats 2 binden, so dass es nicht notwendig ist, die Oberfläche gesondert zu spülen. Im Falle einer Überdosierung wird das überflüssige Startmaterial A durch die Borsten 30 oder den Schlitz zwischen der Düsenoberfläche und der Oberfläche 4 des Substrats 2 hinaustreten. Gemäß der 1 ist die Quelle 6 in einem Raum platziert, deren Atmosphäre 1 ein zweites Startmaterial B aufweist. Dieser Raum mit der Atmosphäre 1 kann zum Beispiel eine separate Kammer oder eine Raum oder ein anderer entsprechender Raum sein, in dem die Atmosphäre 1, die das zweite Startmaterial B enthält, aufrechterhalten werden kann. Die relative Bewegung der Quelle 6 auf der Oberfläche 4 des Substrats 2 setzt die Oberfläche 4 dem ersten Startmaterial A aus, wenn die Düse über die Oberfläche 4 fegt und die Oberfläche 4 wird nach dem Fegen dem zweiten Startmaterial B ausgesetzt, das in der Atmosphäre 1 des Raums vorhanden ist, wenn die Quelle den Platz der Oberfläche 4 des Substrats 2 nicht mehr abdeckt, welche durch die Quelle 6 gefegt wurde. Somit erzeugt ein Fegen der Quelle 6 über die Oberfläche 4 des Substrats 2 auf der Oberfläche 4 eine Depositionsschicht des ersten und zweiten Startmaterials A, B, um einen vollständigen ALD-Zyklus durchzuführen. Indem dem Startmaterialraum 13 eine Unterdosierung des ersten Startmaterials A in Bezug auf die Kapazität der Oberfläche 4 zugeführt wird, um das Startmaterial A zu binden, kann der Bedarf des Spülens der Oberfläche 4 eliminiert werden, weil das gesamte über die Startmaterialzone 10 auf die Oberfläche zugeführte Startmaterial A sich an die Oberfläche 4 bindet. Gleichzeitig fließt das zuzuführende Trägergas mit dem ersten Startmaterial A durch die Borsten weg von der Düsenoberfläche, indem das in der Atmosphäre 1 vorhandene zweite Startmaterial B weggeblasen wird, und dadurch gehindert wird, unter die Düsenoberfläche zu gelangen. Die Bewegungsrate der Quelle 6 in Bezug auf das Substrat 2 und die Zuführrate des ersten Startmaterials A in den Startmaterialraum 13 kann derart dimensioniert werden, dass ein gewünschter Unterdosierungszustand oder ein anderer Zustand erreicht wird. Somit kann durch eine relative Hin- und Herbewegung der Quelle 6 auf der Oberfläche 4 des Substrats 2 eine gewünschte Menge von Depositionsschichten erhalten werden, mit jedem Fegen der Düse 6 wird eine Depositionsschicht erhalten. In der 1 ist die Hin- und Herbewegung der Düse durch den Pfeil M illustriert. Die Anordnung kann auch zwei oder mehrere Quellen 6 aufweisen, die zum Beispiel auf einander platziert werden können, so dass das Substrat 2 unterhalb dieser Quellen passieren kann und dem zweiten, in der Atmosphäre 1 vorhandenen Startmaterial B zwischen den Quellen ausgesetzt werden kann.
In den 2A und 2B wird eine besondere Ausführung der lamellar strukturierten Düsenoberfläche der Quelle 6 gezeigt. Diese Quelle 6 gemäß den 2A und 2B entspricht mit ihren Betriebsprinzipien und Anwendungen im Wesentlichen der Quelle der 1, aber in dieser Quelle 6 gemäß den 2A und 2B ist eine lamellare Struktur zur Zuführung von Spülagenzien sowie zur Saugwirkung vorhanden, um die Spülagenzien und die Startmaterialien zu extrahieren. In der Ausführungsform der 2A und 2B weist die Düsenoberfläche eine Startmaterialzone 10 auf, über die das erste Startmaterial A auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 zugeführt wird. In der 2A wird eine Planansicht der Düsenoberfläche gezeigt, die in der Mitte eine Startmaterialzone 10 aufweist, der das erste Startmaterial A mit Hilfe von Gaszuführmitteln 14 zugeführt wird. Die Startmaterialzone 10 ist von einer Saugzone 24 umgeben, auf der eine Saugwirkung oder ein Vakuum durch Saugmittel oder Vakuummittel 27 erzeugt wird, welche mit dem Saugraum 19 in Flüssigkeitsverbindung stehen. Die Saugzone 24 ihrerseits ist von einer Spülagenszone 22 umgeben, der Spülagens mit Hilfe von Zuführmittel für Spülagens 21 zugeführt wird. Mit dieser Lösung ist es möglich, um den, durch die Startmaterialzone 10 definierten Reaktionsraum Zonen vom ein Inertgas ventilierenden Typus zu erhalten, welche weiter erlauben, das erste Startmaterial A als eine Überdosierung zu verwenden. In der 2B wird schematisch eine Seitenansicht der Lösung gemäß der 2A gezeigt. Somit fließt das erste, dem Startmaterialraum 13 mit Hilfe von Gaszuführmitteln 14 zugeführte Startmaterial A über die Startmaterialzone 10 auf der Oberfläche 4 des Substrats 2, wobei das überflüssige erste Startmaterial A und/oder das dem Startmaterialraum zugeführte Trägergas aus dem Schlitz zwischen der Düsenoberfläche und der Oberfläche 4 des Substrats 2 in den Saugraum 19 und weg von der Oberfläche 2 des Substrats 2 abgezogen wird. Gleichzeitig wird Spülagens mit Hilfe von Zuführmitteln für Spülagens 21 dem Spülagensraum 23 zugeführt, welches Spülagens über die Spülagenszone 22 auf die Oberfläche des Substrats fließt und weiter über die Saugzone 24 in den Saugraum 19 absorbiert wird. Indem der Zuführdruck des Spülagens, die Effizienz des Zuführdrucks des ersten Startmaterials A sowie die Oberflächenbereiche der Fließkanäle geeignet dimensioniert werden, kann eine Quelle 6 erreicht werden, innerhalb welcher ein gutes Vakuum vorhanden ist und wenn es gleichzeitig jedoch mit Hilfe der Zuführrate des ersten Startmaterials A und des Spülagens die durch das Vakuum erzeugte Saugkraft neutralisiert, wobei die Quelle 6 leicht auf der Oberfläche 4 des Substrats 2 bewegt werden kann. Auch in dieser Ausführungsform kann die Düsenoberfläche mit Borsten versehen werden, die um irgendeinen der Zonen 10, 22, 24, und bei Bedarf um mehrere oder jede dieser Zonen 10, 22, 14 platziert werden können. Weiter soll bemerkt werden, dass zwei oder mehrere der lamellaren Strukturen gemäß den 2A und 2B auf einer Düsenoberfläche vorgesehen werden können, und zwischen diesen lamellaren Strukturen kann ein Schlitz, eine Spalte oder ein entsprechender Raum vorhanden sein, der/die mit der Atmosphäre 1 in Flüssigkeitsverbindung steht, um die Oberfläche 4 des Substrats 2 zwischen den lamellaren Strukturen dem Startmaterial B auszusetzen. Diese Quelle gemäß den 2A und 2B kann in derselben Weise verwendet werden wie die Quelle gemäß der 1, indem eine relative Bewegung zwischen der Quelle 6 und dem Substrat 2 vorgesehen wird.
Gemäß der Erfindung ist die Düsenoberfläche derart angeordnet, dass die Quelle 6 einen Startmaterialraum 13 aufweist, der in Flüssigkeitsverbindung zu den Gaszuführmitteln 14 steht, welcher Startmaterialraum 13 einen Bereich aufweist, der sich zur Düsenoberfläche der Quelle 6 öffnet, welche die Startmaterialzone 10 bildet, durch welche das erste Material A auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 fließen kann, wobei die Düsenoberfläche gegen die und auf der Oberfläche 4 des Substrats 2 in einer Entfernung von der Oberfläche 4 platziert ist. Entsprechend steht der Spülagensraum 23 in Flüssigkeitsverbindung zu den Zuführmitteln für Spülagens 21, welcher Spülagensraum 23 einen Bereich aufweist, der sich zur Düsenoberfläche der Quelle 6 öffnet, die die Spülagenszone 22 bildet, durch welche das Spülagens zur Oberfläche 4 des Substrats 2 fließen kann, wobei die Düsenoberfläche gegen die oder über der Oberfläche 4 des Substrats 2 platziert ist. Der Saugraum 19 steht in Flüssigkeitsverbindung zu den Saugmitteln 27, welcher Saugraum 19 einen Bereich aufweist, der sich zur Düsenoberfläche öffnet, welcher Bereich die Saugzone 24 bildet, durch welche das erste Startmaterial A und/oder das Spülagens abgezogen werden kann, wobei die Düsenoberfläche gegen die oder über der Oberfläche 4 des Substrats 2 platziert ist, und/oder dem Saugraum 19, welcher ein Vakuum zwischen der Düsenoberfläche der Quelle 6 und der Oberfläche 4 des Substrats 2 erzeugt.
Obwohl die lamellare Lösung der 2A und 2B als ineinander gehende Zonen gezeigt werden, kann sie jedoch als hintereinander angeordnete Zonen vorgesehen sein. Mit anderen Worten kann die Quelle 6 auf deren Düsenoberfläche, um die Oberfläche 4 des Substrats 2 zu spülen, mindestens eine Spülagenszone 22 aufweisen, um Spülagens auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 zu leiten. Die Spülagenszone 22 kann weiter in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Substrats 2 oder der Quelle 6 mit der Startmaterialzone 10 hintereinander und/oder in der Bewegungsrichtung der Quelle 6 vor oder hinter der Startmaterialzone 10 angeordnet sein. Ebenfalls kann die Quelle 6 zusätzlich auf deren Düsenoberfläche mindestens eine Saugzone 24 aufweisen zum Abziehen des ersten Startmaterials A und/oder des auf die Oberfläche 1 des Substrats 2 zugeführten Spülagens und/oder zur Erzeugung eines Vakuums zwischen der Düsenoberfläche der Quelle 6 und der Oberfläche 4 des Substrats 2. Die Saugzone 24 kann in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Substrats 2 und der Düse 6 mit der Startmaterialzone 10 hintereinander angeordnet sein in derselben Weise wie im Zusammenhang mit der Spülagenszone 22 beschrieben wurde, das heißt vor oder hinter oder beidseitig der Startmaterialzone 10. Vorzugsweise ist die Saugzone 24 zwischen der Startmaterialzone 10 der Spülagenszone 22 platziert.
In der 3 wird eine besondere Ausführungsform der aktuellen Erfindung gezeigt, in welcher drei ähnliche Quellen 7 über ein Substrat 2 platziert sind, das sich in der Richtung des Pfeiles N bewegt, zum Beispiel ein Materialnetz, so dass sich die Düsenoberfläche der Quelle 7 gegen das oder über dem Substrat 2 in einer Entfernung von der Oberfläche 4 befindet. Die Quellen 7 haben in dieser Ausführungsform ein Zuführglied für Startmaterial 3 mit einer runden Düsenoberfläche, welches Zuführglied für Startmaterial 3 angeordnet ist, um die Rotationsachse 15 oder deren Mittelpunkt zu rotieren wie mit dem Pfeil P beschrieben wird. Die Düsenoberfläche weist eine Startmaterialzone 11 auf, durch welche das erste Startmaterial A auf die Oberfläche 4 des Substrats zugeführt werden kann, in derselben Weise wie in der Ausführungsform der 1. Die Quellen 7 sind wieder in der Atmosphäre 1 platziert, welche ein zweites Startmaterial B enthält. Die Quellen 7 führen der Oberfläche 4 des Substrats ein erstes Startmaterial A zu und die Atmosphäre 1 enthält ein zweites Startmaterial B, wobei die Oberfläche 4 alternierend den Startmaterialien A und B ausgesetzt würde. Die Anzahl der Depositionsschichten, die der Oberfläche 4 des Netzes 2 zur Verfügung steht, und somit die Dicke der Depositionsschichten können mit Hilfe der Rotationsgeschwindigkeit der Düsen 6 und der Bewegungsrate des Netzes gesteuert werden. Die Quellen 7 und die Zuführglieder für Startmaterial 3 können auch mit Schlitzen oder entsprechenden Zonen (nicht gezeigt) versehen sein, die mit der Atmosphäre 1 in Flüssigkeitsverbindung stehen, so dass die Oberfläche 4 des Substrats 2 Oberflächenreaktionen des zweiten, in der Atmosphäre 1 vorhandenen Startmaterials B ausgesetzt werden kann, wobei die Quelle um die erste Rotationsachse 15 rotiert. Diese Schlitze können zum Beispiel in den Spalten der Startmaterialzonen 11 vorgesehen sein. Die erste Rotationsachse 15 erstreckt sich in dieser Ausführungsform im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 4 des Substrats 2 und ist angeordnet, das erste Startmaterial A im Wesentlichen in der Richtung der ersten Rotationsachse 15 über die Startmaterialzone 11 zuzuführen.
Im Falle eines sich bewegenden Netzes wie in der 3, könnten natürlich auch Quellen gemäß den 1, 2A und 2B verwendet werden, von denen eine von vielen über dem Netz 2 platziert sein könnte und die sich von einem Rand des Netzes 2 zu einem anderen erstrecken könnte, wobei das ganze Netz 2 unterhalb der Quelle 6 passieren würde. Derartige Quellen gemäß den 1 und 2 könnten über ein sich bewegendes Netz hin und her bewegt werden, weshalb die Anzahl der Depositionsschichten zunehmen würde, wenn die Oberfläche des Netzes 2 alternierend dem ersten, durch die Quelle 6 zugeführten Startmaterial A und dem zweiten, in der Atmosphäre 1 vorhandenen Startmaterial B ausgesetzt würde.
In der 4 wird eine schematische Seitenansicht der Quelle 8 gemäß einer Ausführungsform der aktuellen Erfindung zur Zuführung eines ersten Startmaterials A auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 gezeigt. Die Quelle 8 ist wieder in der Atmosphäre 1 platziert, welche ein zweites Startmaterial B aufweist. Die Quelle 8 weist ein Gaszuführglied 5 zum Zuführen des ersten Startmaterials A auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 sowie eine zweite Rotationsachse 17 auf, um welche das Gaszuführglied 5 rotierbar ist. Das Gaszuführglied 5 ist vorzugsweise ein zylindrischer Teil mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Alternativ kann das Gaszuführglied 5 auch einen Querschnitt einer anderen Form haben, wie zum Beispiel eine ovale, dreieckige oder eine andere polygonale Form. Die Länge des Gaszuführglieds 5 in der Richtung der zweiten Rotationsachse 17 kann gemäß jeder Anwendung variieren und angeordnet sein, im Wesentlichen zum Beispiel der Weite des Substrats zu entsprechen, wie beispielsweise dem zu behandelnden Materialnetz. Es ist wesentlich, dass die aktuelle Erfindung nicht auf eine einzige Form des Gaszuführglieds 5 beschränkt wird, sondern dass das Gaszuführglied 5 in einer beliebigen Form verwirklicht werden kann. Das Gaszuführglied 5 ist jedoch vorzugsweise rotationssymmetrisch in Bezug auf die zweite Rotationsachse 17. Zusätzlich ist die zweite Rotationsachse 17 positioniert, vorzugsweise die Mittelachse des Gaszuführglieds 5 entlang zu passieren.
Das Gaszuführglied 5 ist angeordnet, ein erstes Startmaterial A im Wesentlichen in einer transversalen Richtung in Bezug auf die zweite Rotationsachse 17 zuzuführen. Gemäß der 4 ist das Gaszuführglied 5 mit einer oder mehreren Startmaterialzone(n) 12 versehen, die angeordnet sind, das erste Startmaterial A zuzuführen. Das Gaszuführglied 5 kann auch eine oder mehrere Spülagenszone(n) 31 (nicht gezeigt) zum Zuführen des Spülagens aufweisen. Zusätzlich kann das Gaszuführglied 5 mit einer oder mehreren Saugzone(n) 31 zum Abziehen und Ablassen des ersten Startmaterials A oder des Spülagens versehen sein. Gemäß der 4 sind die Startmaterialzonen 12 und die Saugzonen 31 angeordnet, sich im Wesentlichen in der Richtung der zweiten Rotationsachse 17 des Gaszuführglieds 5 zu erstrecken. Mit anderen Worten sind die Startmaterialzonen 12 und die Saugzonen 31 längsgerichtete Kanäle, die sich der Länge des Gaszuführglieds 5 entlang erstrecken. Alternativ können die Startmaterialzonen 12 und die Saugzonen 31 auch kürzer sein und sie können sich nur über einen Teil der Länge des Gaszuführglieds 5 entlang erstrecken, weshalb zwei oder mehrere dieser auch in der Richtung der zweiten Rotationsachse 17 hintereinander in derselben Linie vorhanden sein können.
Wie zuvor beschrieben kann das erste Startmaterial A aus dem Gaszuführglied 5 über die Startmaterialzone 12 im Wesentlichen transversal, senkrecht oder radial in Bezug auf die zweite Rotationsachse 17 zugeführt werden. Das Gaszuführglied 5 kann auch eine oder mehrere Spülagenszone(n) (nicht gezeigt) zum Zuführen von Spülagens auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 aufweisen.
Die Saugzonen 31 können auf dem Gaszuführglied 5 angeordnet sein in derselben Weise wie mit den oben erwähnten Startmaterialzonen 12. Mit Hilfe der Saugzonen 31 können erste Startmaterialien A oder Spülagenzien oder beide von der Oberfläche 4 des Substrats 2 oder aus deren Nähe entfernt werden. Die Saugzonen 31 sind vorzugsweise angeordnet, Startmaterialien oder Spülagenzien von der Oberfläche 4 des Substrats oder aus deren Nähe im Wesentlichen in einer transversalen Richtung, einer senkrechten Richtung oder radial in Bezug auf die zweite Rotationsachse 17 des Gaszuführglieds 5 zu entfernen. Durch diese Quelle 8 gemäß der 4 kann die Oberfläche 4 des Substrats 2 einem ersten Startmaterial A ausgesetzt werden und gleichzeitig kann mit Hilfe der Saugzonen überflüssiges Startmaterial A von der Oberfläche 4 des Substrats 2 abgezogen werden. Diese Quelle 8 oder deren Gaszuführglied 5 kann auch in einer horizontalen Richtung bewegt werden, zum Beispiel mit einer Hin- und Herbewegung über die Oberfläche 4 des Substrats 2. Die Rotationsbewegung des Gaszuführglieds 5 um die zweite Rotationsachse 17 erlaubt es, das erste Startmaterial A schnell zuzuführen und somit, kombiniert mit der horizontalen Bewegung, das Substrat 2 schnell zu deponieren, wenn das zweite Startmaterial B in der Atmosphäre 1 vorhanden ist. Wenn das Gaszuführglied 5 in einer Entfernung von der Oberfläche des Substrats 2 platziert ist, kann das zweite Startmaterial B unterhalb des Gaszuführglieds 5 fließen, wenn die Startmaterialzone 12 nicht genau gegen die Oberfläche des Substrats 2 gerichtet ist. Mit Hilfe der Saugzonen 31 kann die Absorption des zweiten Startmaterials B unter dem Gaszuführglied 5 verbessert werden. Dann kann die Oberfläche 4 des Substrats 2 sowohl dem ersten als auch dem zweiten Startmaterial A, B ausgesetzt werden, obwohl das Gaszuführglied 5 nicht in einer horizontalen Richtung in Bezug auf das Substrat 2 bewegt wird.
In der 5 wird ein schematischer Querschnitt der Quelle 8 der 4 gezeigt, welche ein Gaszuführglied 5 aufweist, welches um eine zweite Rotationsachse 17 rotierbar ist. Das Gaszuführglied 5 weist mehrere Startmaterialzonen 12 zum Zuführen des ersten Startmaterials A auf. Die Startmaterialzonen 12 und die Saugzonen 31 sind vorzugsweise alternierend in der Richtung des Umfangs des Gaszuführglieds 5 platziert, wie in der Querschnittsansicht 5 gezeigt wird. Es können eine oder mehrere Gaszuführzone(n) 12 und eine oder mehrere, oder gar keine, Saugzonen 31 vorhanden sein. Das erste Startmaterial A kann in allen Fällen allein oder mit Hilfe eines Trägergases zugeführt werden. Ein Trägergas kann zusammen mit dem ersten Startmaterial A zugeführt werden, so dass das Trägergas das erste Startmaterial A auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 trägt, jedoch ohne selbst an der Oberflächenreaktion teilzunehmen. Das Trägergas ist vorzugsweise ein Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff, welcher nicht mit dem ersten Startmaterial A reagiert.
Gemäß der 5 ist das Gaszuführglied 5 angeordnet, gemäß den darin gezeigten Pfeilen, das erste Startmaterial A im Wesentlichen transversal oder radial in Bezug auf die zweite Rotationsachse 17 zuzuführen. Vorzugsweise ist das Gaszuführglied 5 angeordnet, das erste Startmaterial A im Wesentlichen in einer senkrechten Richtung in Bezug auf die zweite Rotationsachse 17 zuzuführen. In der einfachsten Form der aktuellen Erfindung weist das Gaszuführglied 5 nur eine Startmaterialzone 12 auf, durch welche das erste Startmaterial A zugeführt werden kann. Die Quelle 8 oder das Gaszuführglied 5 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sich die zweite Rotationsachse 17 im Wesentlichen in der Richtung der Oberfläche 4 des Substrats 2 erstreckt.
In der Ausführungsform der 5 weist die Quelle 8 ein Sauggehäuse 30 auf, welches eine Saugkammer 35 zur Verfügung stellt, welche Saugöffnungen 42 aufweist. Die Saugsperre 30 weist weiter eine Fließöffnung 50 auf, welche sich im Wesentlichen in der Richtung der zweiten Rotationsachse 17 des Gaszuführglieds erstreckt und durch welche das erste Startmaterial A und irgendwelche Spülagenzien auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 zugeführt beziehungsweise von der Oberfläche 4 des Substrats 2 entfernt werden. Die Fließöffnung 50 ist eng ausgeformt in der Richtung senkrecht zur zweiten Rotationsachse 17 in Bezug auf den Diameter des Gaszuführglieds 5, so dass das zugeführte erste Startmaterial A oder das Spülagens sich nicht über einen großen Bereich ausbreitet. Zusätzlich ist die Saugsperre 30 mit einem ersten und einem zweiten Flansch 52, 54 versehen, welche sich von dem Rand der Fließöffnung 50 in der Richtung der Oberfläche 4 des Substrats 2 von der Fließöffnung 50 weg gemäß der 5 und der Länge der zweiten Rotationsachse 17 des Gaszuführglieds 5 entlang erstrecken. Die Flansche 52, 54 stellen eine Diffusionsbarriere zur Verfügung, die das Fließen von Gasen aus der Zuführöffnung 50 in die Umgebung und aus der Umgebung zu der Fließöffnung 50 verhindern, die aber somit erlauben, dass die Oberfläche 4 des Substrats 2 dem ersten Startmaterial A an der Stelle der Fließöffnung 50 effizient ausgesetzt wird. Es ist zu bemerken, dass in gewissen Ausführungsformen der Flansch auch nur zu einer Seite der Fließöffnung 50 vorgesehen sein kann. Die Flansche 52, 54 können oder einer von ihnen kann durch einen anderen Typus von Diffusionsbarrieren ersetzt werden. Eine derartige, eine Saugsperre aufweisende Quelle erlaubt dem ersten Startmaterial A nicht, in die Atmosphäre 1 zu passieren, welche ein zweites Startmaterial B aufweist, wodurch unerwünschte Reaktionen von Startmaterialien vermieden werden können. Eine derartige geschlossene Quelle 8 ist vorzugsweise über die Oberfläche 4 des Substrats 2 in Bezug auf das Substrat bewegbar, so dass die Oberfläche 4 des Substrats 2 nach dem Fegen der Quelle 8 dem ersten Startmaterial A und nach dem Fegen dem zweiten, in der Atmosphäre vorhandenen Startmaterial B ausgesetzt wird.
Mit Hinweis auf die 1 bis 5 werden oben verschiedene Quellen 6, 7, 8 beschrieben, die alle angeordnet sind, die Oberfläche 4 des Substrats 2 örtlich einem ersten Startmaterial auszusetzen. Die in Zusammenhang mit jeder Quelle 6, 7, 8 beschriebenen Fakten, die die Bewegung der Quelle oder deren Gaszuführglieds 3, 5 in Bezug auf das Substrat und die Platzierung über dem Substrat betreffen, sind für alle Quellen 6, 7, 8 gültig. Zusätzlich kann die Anordnung gemäß der Erfindung eine oder mehrere Quellen 6, 7, 8 aufweisen und sie können derart platziert sein, dass das Substrat 2 dem zweiten, in der Atmosphäre 1 zwischen den Quellen 6, 7, 8 vorhandenen Startmaterial ausgesetzt wird. Die Quelle 6, 7, 8 kann innen in eine separate Depositionskammer (nicht gezeigt) platziert werden, die eine Atmosphäre 1 hat, welche das zweite Startmaterial B aufweist. Die Depositionskammer kann derart angeordnet sein, dass das Substrat oder die Substrate durch die Depositionskammer gebracht wird/werden oder alternativ das Substrat innerhalb der Depositionskammer platziert wird und die Depositionskammer für die Bearbeitungszeit gemäß dem Batchbetrieb geschlossen wird. Innerhalb der Depositionskammer kann ein Vakuum oder ein Überdruck herrschen, oder es kann ein normaler atmosphärischer Druck (NTP; 1 bar, 0°C) herrschen. Alternativ ist die Quelle 6, 7, 8 nicht innerhalb einer separaten Dispositionskammer platziert, sondern die Quelle 6, 7, 8 ist direkt in dem Raum, dem Prozessraum oder in Verbindung mit einer anderen Anordnung oder Kammer platziert, in welcher die Atmosphäre 1 ein zweites Startmaterial B aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung ein Zuführmittel (nicht gezeigt) auf zum Zuführen des zweiten Startmaterials B in die, die Quelle 6, 7, 8 umgebende Atmosphäre 1, wie zum Beispiel in eine Depositionskammer, einen Prozessraum oder einen entsprechenden Raum. Das Zuführmittel kann einen Startmaterialbehälter, eine eventuelle Pumpe, einen Schlauch zum Leiten des zweiten Startmaterials B in die, die Quelle 6, 7, 8 oder die Depositionskammer umgebende Atmosphäre 1 sowie ein Zuführglied, wie zum Beispiel eine Düse oder ein entsprechendes Endgerät zum Zuführen des zweiten Startmaterials B in die Atmosphäre 1 oder in die Depositionskammer aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zuführmittel zum Zuführen des zweiten Startmaterials B stationär und zum Beispiel in der Depositionskammer angeordnet, so dass das zweite Startmaterial der Depositionskammer durch deren Wand zugeführt werden kann. Mit anderen Worten sind die Zuführmittel zum Zuführen des zweiten Startmaterials B und die Quelle 6, 7, 8 in Bezug auf einander separiert und somit ist das Zuführen des zweiten Startmaterials B unabhängig von der Bewegung der Quelle 6, 7, 8 und das Zuführen des ersten Startmaterials A und das Zuführen des zweiten Startmaterials B sind voneinander unabhängig. Somit ist das erste Startmaterial A angeordnet, über die Quelle 6, 7, 8 örtlich auf die Oberfläche des Substrats zugeführt zu werden und das zweite Startmaterial B wird separat in die, die Quelle 6, 7, 8 umgebende Atmosphäre 1 unabhängig von der Quelle 6, 7, 8 und separat davon zugeführt. Dies bedeutet, dass das zweite Startmaterial 1 gemäß der Erfindung nicht aus der Quelle 6, 7, 8 zugeführt wird. Das zweite Startmaterial B wird somit nicht aktiv auf die Oberfläche des Substrats zugeführt, sondern das zweite Startmaterial B befindet sich, oder wird nur passiv in die, die Quelle 6, 7, 8 umgebende Atmosphäre gebracht, weshalb die Oberfläche des Substrats kontinuierlich dem zweiten Startmaterial ausgesetzt ist, wenn sie nicht dem ersten Startmaterial A unter Einfluss der Quelle 6, 7, 8 ausgesetzt wird.
Die Anordnung gemäß der aktuellen Erfindung zum Bearbeiten einer Oberfläche 4 eines Substrats 2, indem die Oberfläche 4 des Substrats 2 alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten Startmaterials A und eines zweiten Startmaterials B gemäß den Prinzipien des Atomschichtdepositionsverfahren ausgesetzt wird, kann eine oder mehrere oben erwähnte Quellen 6, 7, 8 aufweisen. Die Quelle 6, 7, 8 ist angeordnet, ein erstes Startmaterial A örtlich auf die Oberfläche 4 des Substrats 2 zuzuführen. Die Quelle ist weiter in die Atmosphäre 1 platziert, welche ein zweites Startmaterial B aufweist. Die Quelle 6, 7, 8 ist weiter angeordnet, in Bezug auf das Substrat 2 auf dessen Oberfläche 4 oder in der Nähe der Quelle 4 bewegbar zu sein, so dass es mit der Quelle 6, 7, 8 möglich ist, über die Oberfläche 4 zu fegen, indem die Oberfläche 4 örtlich gleichzeitig dem ersten Startmaterial ausgesetzt wird. Nach dem Fegen bewegt sich die Quelle 6, 7, 8 weg von dem gefegten Teil der Oberfläche 4, weshalb der gefegte Teil der Oberfläche 4 dem zweiten, in der Atmosphäre 1 vorhandenen Startmaterial ausgesetzt wird. Das den Startmaterialien A und B Aussetzen erzeugt immer eine Oberflächenreaktion auf der Oberfläche 4 des Substrats 2 gemäß den Prinzipien des ALD-Verfahrens. In allen, oben beschriebenen Ausführungsformen der Quellen 6, 7, 8 ist die Quelle 6, 7, 8 angeordnet, auf der Oberfläche 4 des Substrats 2 oder in deren Nähe in Bezug auf das Substrat (2) zum Durchführen des Fegens bewegbar zu sein. Dies bedeutet, dass die Quelle 6, 7, 8 auf der Oberfläche des Substrats bewegt werden kann, das Substrat 2 in Bezug auf eine stationäre Quelle 6, 7, 8 bewegt werden kann oder sowohl die Quelle 6, 7, 8 als auch das Substrat 2 bewegt werden können. Die Bewegung der Quelle 6, 7, 8 kann eine, auf einer Ebene stattfindende Transferbewegung, eine Hin- und Herbewegung oder eine Rotationsbewegung oder eine Kombination dieser sein. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann zwei oder mehrere Quellen 6, 7, 8 aufweisen, welche voneinander durch einen, in Flüssigkeitsverbindung mit der umgebenden Atmosphäre 1 stehenden Schlitz oder Raum separiert sind, um die Oberfläche 4 des Substrats 2 einem zweiten Startmaterial B zwischen den Quellen auszusetzen. Alternativ kann jede Quelle 6, 7, 8 oder mehrere Startmaterialzone(n) 10 aufweisen, welche voneinander durch einen, in Flüssigkeitsverbindung mit der umgebenden Atmosphäre 1 stehenden Schlitz oder Raum separiert sind, um die Oberfläche 4 des Substrats 2 einem zweiten Startmaterial B zwischen den Startmaterialzonen 10 auszusetzen. Es ist auch möglich, eine Quelle 6, 7, 8 zur Verfügung zu stellen, welche zwei oder mehrere Startmaterialglieder 3, 5 aufweist, welche voneinander durch einen, in die umgebende Atmosphäre 1 mündenden Schlitz oder Raum separiert sind, um die Oberfläche 4 des Substrats 2 einem zweiten Material B zwischen den Zuführgliedern für Startmaterial 3, 5 auszusetzen.
Als Startmaterialien A und B können beliebige Startmaterialien verwendet werden, die typischer Weise in dem ALD-Verfahren verwendet werden. Als ein erstes Startmaterial A kann zum Beispiel TMA (Trimethyl-Aluminium) verwendet werden und als das zweite Startmaterial B Wasserdampf. In gewissen Anwendungen kann das zweite Startmaterial B reaktiv oder nicht-reaktiv, Luft oder Sauerstoff sein. Alternativ können das erste und das zweite Startmaterial A, B auch Plasma oder Radikal sein oder angeordnet sein, einen Funken zu erzeugen.
Die aktuelle Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche 4 des Substrats 2, indem die Oberfläche 4 des Substrats 2 alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten Startmaterials A und eines zweiten Startmaterials B gemäß den Prinzipien des Atomschichtdepositionsverfahrens ausgesetzt wird. Das Verfahren umfasst das örtliche Zuführen eines ersten Startmaterials A auf die Oberfläche 4 des Substrats 2, indem die Quelle 6, 7, 8 verwendet wird, indem die Quelle 6, 7, 8 in Bezug auf das Substrat 2 bewegt wird, und das Aussetzen der, mit dem ersten Startmaterial A bearbeiteten Oberfläche 4 des Substrats 2 einem zweiten, in der, die Quelle 6, 7, 8 umgebenden Atmosphäre 1 vorhandenen Startmaterial B. Mit anderen Worten gemäß der aktuellen Erfindung kann das zweite Startmaterial B in die, die Quelle 6, 7, 8 umgebende Atmosphäre 1, zum Beispiel eine Depositionskammer, zugeführt werden und somit die Oberfläche des Substrats dem zweiten Startmaterial B ausgesetzt werden. Das zweite Oberflächenmaterial B wird vorzugsweise unabhängig von der Quelle 6, 7, 8 in die Atmosphäre 1 zugeführt. Mit anderen Worten wird das zweite Startmaterial vorzugsweise aus einem oder mehreren stationären Zuführpunkt(en) in die Atmosphäre 1 eingeführt. Dann kann man eine stabile Konzentration des zweiten Startmaterials B in der, die Quelle 6, 7, 8 umgebenden Atmosphäre 1 unabhängig von der Bewegung der Quelle 6, 7, 8 erhalten. Dies gewährleistet weiter ein stabiles Depositionsergebnis. Wie oben beschrieben wurde, sind das Zuführen des ersten Zuführmaterials A und das Zuführen des zweiten Zuführmaterials B unabhängig voneinander und von der Bewegung der Quelle 6, 7, 8. Weiter ist zu bemerken, dass das Zuführen des zweiten Materials B in jedem Falle nicht notwendig ist, wenn zum Beispiel die in der Luft vorhandene Feuchtigkeit als zweites Startmaterial B genügend ist. Die Oberfläche des Substrats wird somit aktiv mit Hilfe der Quelle 6, 7, 8 dem ersten Startmaterial A und passiv dem in der Atmosphäre vorhandenen zweiten Startmaterial B ausgesetzt. Das Bewegen der Quelle 6, 7, 8 wird in dem Verfahren wie im Vorhergehenden beschrieben durchgeführt. Somit wird die Oberfläche 4 des Substrats 2 alternierend dem ersten, durch die Quelle 6, 7, 8 zugeführten Startmaterial A und dem zweiten, in der Atmosphäre 1 vorhandenen Startmaterial B ausgesetzt.
Obwohl mehrere Ausführungsformen und Eigenschaften gemäß der aktuellen Erfindung im Vorhergehenden beschrieben worden sind, von denen nicht alle in der beigefügten Ausführungsform gezeigt werden, ist es klar, dass sämtliche gezeigten Eigenschaften kombiniert werden können, um die in jedem Falle bevorzugte Ausführungsform zur Verfügung zu stellen.
Es ist für einen Fachmann klar, dass mit den technischen Entwicklungen die Grundidee auf viele verschiedene Arten verwirklicht werden kann. Somit ist die Erfindung und deren Ausführungsformen nicht auf die im Vorhergehenden dargestellten Beispiele beschränkt, sondern sie können stattdessen im Rahmen der Patentansprüche variieren.

Claims

Die Anordnung zur Bearbeitung einer Oberfläche (4) eines Substrats (2), indem die Oberfläche (4) des Substrats (2) alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten Startmaterials (A) und eines zweiten Startmaterials (B) gemäß den Prinzipien des Atomschichtdepositionsverfahrens ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine oder mehrere Quelle(n) (6, 7, 8) zum örtlichen Zuführen des ersten Startmaterials (A) auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) aufweist und dass die Quelle (6, 7, 8) in der Atmosphäre (1) platziert ist, welche ein zweites Startmaterial (B) aufweist.
Die Anordnung gemäß dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8) eine oder mehrere Startmaterialzone(n) (10, 11, 12) aufweist, durch welche das erste Startmaterial (A) örtlich auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) zugeführt wird.
Die Anordnung gemäß dem Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8) angeordnet ist, auf der Oberfläche (4) des Substrats (2) oder in deren Nähe in Bezug auf das Substrat (2) bewegbar zu sein.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (7, 8) angeordnet ist, in Bezug auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) rotiert zu werden.
Die Anordnung gemäß dem Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (7, 8) ein rotierbares Zuführglied für Startmaterial (3, 5) aufweist, welches eine oder mehrere Startmaterialzone(n) (11, 12) zum Zuführen eines ersten Startmaterials (A) auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) aufweist.
Die Anordnung gemäß dem Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführglied für Startmaterial (3) angeordnet ist, um die erste Rotationsachse (15) rotierbar zu sein und das erste Startmaterial (A) im Wesentlichen in der Richtung der ersten Rotationsachse (15) über die Startmaterialzone (11) zuzuführen.
Die Anordnung gemäß dem Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführglied für Startmaterial (5) angeordnet ist, um die zweite Rotationsachse (17) rotierbar zu sein und das erste Startmaterial (A) im Wesentlichen transversal, radial oder senkrecht zu der zweiten Rotationsachse (17) über die Startmaterialzone (12) zuzuführen.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) angeordnet ist, in Bezug auf die Quelle (6, 7, 8) bewegbar zu sein.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8) oder das Gaszuführglied (3, 5) angeordnet ist, im Wesentlichen mit einer gemäß der Oberfläche (4) des Substrats (2) gerichteten Hin- und Herbewegung auf der Oberfläche (4) des Substrats (2) oder in der Nähe der Oberfläche (4) bewegbar zu sein.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8 mindestens eine Spülagenszone (22) zum Leiten mindestens eines Spülagens auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) zum Spülen der Oberfläche (4) des Substrats (2) aufweist.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8) mindestens eine Saugzone (24, 31) zum Abziehen des ersten, auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) geleiteten Startmaterials (A) oder des Spülagens oder zur Erzeugung eines Vakuums zwischen der Quelle (6, 7, 8) und der Oberfläche (4) des Substrats (2) aufweist.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8) zwei oder mehrere Startmaterialzonen (10) aufweist, welche durch einen, mit der umgebenden Atmosphäre (1) in Flüssigkeitsverbindung stehenden Schlitz oder Raum voneinander getrennt sind, um die Oberfläche (4) des Substrats (2) dem zweiten Startmaterial (B) zwischen den Startmaterialzonen (10) auszusetzen.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 8) zwei oder mehrere Zuführglieder für Startmaterial (3, 5) aufweist, welche durch einen, in die umgebende Atmosphäre (1) mündenden Schlitz oder Raum voneinander getrennt sind, um die Oberfläche (4) des Substrats (2) dem zweiten Startmaterial (B) zwischen den Zuführgliedern für Startmaterial (3, 5) auszusetzen.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zwei oder mehrere Quellen (6, 7, 8) aufweist, welche durch einen, in die umgebende Atmosphäre (1) mündenden Schlitz oder Raum voneinander getrennt sind, um die Oberfläche (4) des Substrats (2) dem zweiten Startmaterial (B) zwischen den Quellen (6, 7, 8) auszusetzen.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Depositionskammer aufweist, in welcher die Quelle (6, 7, 8) platziert ist und in welcher Depositionskammer die Atmosphäre (1) angeordnet ist.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung angeordnet ist, unter einem normalen atmosphärischen Druck (NTP; 1 bar, 0°C) oder in einem Vakuum zu funktionieren.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder das zweite Startmaterial (A, B) Plasma oder Radikal ist oder angeordnet ist, einen Funken zu erzeugen.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Startmaterial (B) reaktiv oder nicht-reaktiv ist.
Die Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Startmaterial (B) Luft, Wasserdampf oder Sauerstoff ist.
Ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche (4) eines Substrats (2), indem die Oberfläche (4) des Substrats (2) alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten Startmaterials (A) und eines zweiten Startmaterials (B) gemäß den Prinzipien des Atomschichtdepositionsverfahrens ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das örtliche Zuführen eines ersten Startmaterials (A) mit Hilfe der Quelle (6, 7, 8) auf die Oberfläche (4) des Substrats (2), indem die Quelle (6, 7, 8) in Bezug auf das Substrat (2) bewegt wird und die mit dem ersten Startmaterial (A) bearbeitete Oberfläche (4) des Substrats (2) einem zweiten, in der die Quelle (6, 7, 8) umgebenden Atmosphäre (1) vorhandenen Startmaterial (B) ausgesetzt wird.
Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8) im Wesentlichen in der Richtung der Oberfläche (4) des Substrats (2) auf der Oberfläche des Substrats oder in deren Nähe in Bezug auf das Substrat (2) bewegt wird.
Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (6, 7, 8) im Wesentlichen in der Richtung der Oberfläche (4) des Substrats (2) mit einer Hin- und Herbewegung auf der Oberfläche des Substrats oder in der deren Nähe in Bezug auf das Substrat (2) bewegt wird.
Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) in Bezug auf die Quelle (6, 7, 8) bewegt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (7, 8) in Bezug auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) rotiert wird.
Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (7, 8) ein rotierbares Zuführglied für Startmaterial (3, 5) aufweist, welches um die erste Rotationsachse (15) rotiert wird, und aus welcher Quelle (7, 8) das erste Startmaterial (A) im Wesentlichen in der Richtung der ersten Rotationsachse (15) zugeführt wird.
Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (7, 8) ein rotierbares Zuführglied für Startmaterial (3, 5) aufweist, welches um die zweite Rotationsachse (17) rotiert wird, und aus welcher Quelle (7, 8) das erste Startmaterial (A) im Wesentlichen transversal, radial oder senkrecht in Bezug auf die zweite Rotationsachse (17) zugeführt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Spülagens auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) mit Hilfe der Quelle (6, 7, 8) zugeführt wird, um die Oberfläche (4) des Substrats (2) zu spülen.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Startmaterial (A) oder das Spülagens von der Oberfläche (4) des Substrats (2) mit Hilfe einer durch die Quelle (6, 7, 8) erzeugte Saugwirkung entfernt wird, oder dass ein Vakuum zwischen der Quelle (6, 7, 8) und der Oberfläche (4) des Substrats (2) mit Hilfe der Saugwirkung der Quelle (6, 7, 8) erzeugt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (4) des Substrats (2) alternierend dem ersten, durch die Quelle zugeführten Startmaterial (A) und dem zweiten, in der Atmosphäre (1) vorhandenen Startmaterial (B) ausgesetzt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Startmaterial (A) mit zwei oder mehreren Quellen (6, 7, 8) hintereinander auf die Oberfläche (4) des Substrats (2) zugeführt wird, indem die Oberfläche (4) des Substrats (2) zwischen den Quellen (6, 7, 8) einem zweiten, in der Atmosphäre (1) vorhandenen Startmaterial (B) ausgesetzt wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder das zweite Startmaterial (A, B) Plasma oder Radikal ist oder angeordnet ist, einen Funken zu erzeugen.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Startmaterial (B) reaktiv oder nicht-reaktiv ist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Startmaterial (B) Luft, Wasserdampf oder Sauerstoff ist.