(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送方向に長手方向に延在して第１および第２の壁によって囲まれたプロセストンネルであって、前記壁は互いに平行であり、前記壁に平行な向きのほぼ平坦な基板をその間に収容できるように相隔てられ、さらにガス出口を有し且つ使用時において前記プロセストンネルから流出されるガスの流出量を制限する側壁によって囲まれているプロセストンネルと、
１列に連なった前記基板の群、またはテープ状の連続基板、を前記トンネルの入り口から前記搬送方向に沿ってその出口まで支持して移動させるための搬送システムと、
を備える原子層堆積装置であって、
前記プロセストンネルの前記第１の壁および前記第２の壁の両方に複数のガス注入路が設けられ、
前記複数のガス注入路の流出口は、前記第１の壁および前記第２の壁の各内面にわたって分散され、
前記ガス注入路は前記搬送方向に沿って相隔てられて配設され、前記基板を浮遊状態に支持するためのガスベアリングを形成するように前記プロセストンネルにガスを注入するように構成され、
少なくとも前記第１の壁における前記ガス注入路は、使用時に、第１の前駆体ガス、パージガス、第２の前駆体ガス、およびパージガスをそれぞれ収容し、前記搬送方向に沿って連続し且つ横方向に延在する複数のゾーンを備えたトンネルセグメントを作成するように、前記搬送方向に見て、それぞれ第１の前駆体ガスソース、パージガスソース、第２の前駆体ガスソース、およびパージガスソースに連続的に接続され、
前記複数のゾーンにおける前記ガスは、前記側壁の前記ガス出口に向かって横方向に流れ、
２つ以上のこのようなセグメントが前記搬送方向に次々と配設されている、
原子層堆積装置。
【請求項２】
前記第１および前記第２の両トンネル壁に複数のガス注入路が設けられ、前記注入路は前記搬送方向に沿って相隔てられて配設される、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項３】
前記第１および前記第２の壁の間に収容される基板と前記壁の各々との間の間隙が２ｍｍ以下になるように、前記２つの壁は相隔てられる、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項４】
前記第１および前記第２の壁の間に収容される基板と前記壁の各々との間の前記間隙が１ｍｍ以下になるように、前記２つの壁は相隔てられる、請求項３に記載の原子層堆積装置。
【請求項５】
前記第１および前記第２の壁の間に収容される基板と前記壁の各々との間の前記間隙が０．１５〜０．２５ｍｍの範囲内になるように、前記２つの壁は相隔てられる、請求項４に記載の原子層堆積装置。
【請求項６】
前記第１および第２のトンネル壁はほぼ水平に向けられ、前記第１のトンネル壁は前記第２のトンネル壁の上方に配置される、請求項１または２に記載の原子層堆積装置。
【請求項７】
前記搬送システムは、前記第２のトンネル壁に配設された前記複数のガス注入路を備え、前記複数のガス注入路は、使用時に前記基板を支持するガスベアリングをもたらすためのガスを前記トンネルに注入する、請求項２に記載の原子層堆積装置。
【請求項８】
前記第２のトンネル壁の前記ガス注入路は、不活性ガスのソースに接続される、請求項２に記載の原子層堆積装置。
【請求項９】
前記第１および第２のトンネル壁は、向かい合ったガス注入路がほぼ同じガス組成のガスソースに接続されるという点で対称的である、請求項２に記載の原子層堆積装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのガス注入路はガスを前記プロセストンネルに、前記搬送方向において正の成分を有する方向に、注入するように構成される、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの注入路はパージガスソースに接続される、請求項１０に記載の原子層堆積装置。
【請求項１２】
前記プロセストンネルは、２列以上の平行な処理対象基板群を収容できる、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項１３】
前記搬送システムは、個々の基板にその周縁部で係合して前記基板を前記プロセストンネル内で前記搬送方向に移動させるように構成された１つ以上の駆動ピンを備える、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項１４】
前記トンネル壁間の間隙が拡大された少なくとも１つの端部が前記プロセストンネルに設けられる、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項１５】
前記プロセストンネルの前記少なくとも１つの端部にある前記ガス注入路は窒素（Ｎ２）またはヘリウムソース（Ｈｅ）に接続される、請求項１４に記載の原子層堆積装置。
【請求項１６】
前記第１の前駆体はトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３））であり、前記第２の前駆体は水（Ｈ２Ｏ）である、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項１７】
窒素（Ｎ２）が不活性ガスおよび／またはパージガスとして用いられる、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項１８】
セグメントの数は所望の膜厚に対応する、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項１９】
前駆体ガスの第１の組み合わせを注入するための第１の構成の１つ以上のセグメントと、前駆体ガスの第２の組み合わせを注入するための第２の構成の１つ以上のセグメントとを備える、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項２０】
薄膜を基板上に成長させる方法であって、
請求項１から１９に記載の原子層堆積装置を用意するステップと、
前記側壁の前記ガス出口に向かって横方向に流れるように、前記第１および第２の両壁のガス注入路にガスを注入し、前記プロセストンネルを長手方向に２つ以上の機能セグメントに分割するステップであって、各セグメントは横方向に延在するガスゾーンを少なくとも４つ備え、前記ゾーンは第１の前駆体ガス、パージガス、第２の前駆体ガス、およびパージガスを連続的に収容する、ステップと、
基板が前記連続するガスゾーンにおいて前記ガスに連続的に曝露され、前記基板が単一セグメントの少なくとも４つのゾーンを全て通過したときに、原子層が前記基板に堆積されるように、浮遊状態に支持された前記基板を前記プロセストンネル内で前記搬送方向に移動させる前記搬送システムを備えるステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の加工分野に関し、特に、半導体基板上への膜の原子層堆積のための
装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、精密に制御された方法でナノメートル台の厚さの膜の堆積を可能にする薄膜堆積法である。一般に、ＡＬＤは、交互に繰り返し基板に施される２種以上のガス状前駆体を用いる。基板の表面を全ての前駆体に曝露する一連の順次ステップは、堆積サイクルと称される。各堆積サイクルは、単一の単分子層の膜、または単分子層の断片を成長させる。これは、ＡＬＤにおいては、膜の成長は、化学吸着に依存するという事実による。化学吸着とは、前駆体分子が化学結合の形成によって、前駆体分子のさらなる熱分解を起こすことなく、基板の表面に付着するプロセスである。化学吸着は、化学結合に利用可能な基板表面の全ての部位が前駆体によって覆われると自然に停止する。基板を第２の前駆体に曝露すると、固体膜の形成下で、化学吸着された第１の前駆体と第２の前駆体とが化学反応する。この化学反応は、化学吸着された第１の前駆体の全てが反応し、基板が化学吸着された第２の前駆体の層によって覆われると、自己限定的に終了する。したがって、ＡＬＤは、極めて均一な被覆と優れた厚さ制御とを提供する自己限定的な層単位の堆積方法である。これらの特徴により、ＡＬＤは、さまざまな業界、中でも特に半導体業界、より具体的には太陽電池業界、が関心を寄せている方法である。
【０００３】
太陽電池業界において、ＡＬＤは、先進的な単結晶シリコン太陽電池の不動態化のための酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜を堆積させるために使用されうる。このため、一般的な膜厚として５〜１５ｎｍが必要とされる。この膜厚は、伝統的なシングルまたはマルチウェーハＡＬＤシステムを用いて実現できる。現在、上記膜厚における最も効率的なマルチウェーハＡＬＤシステムの処理量は、１時間当たり約６０ウェーハである。ただし、例えば屋上で使用される太陽電池パネルを得るには、処理すべき表面積は相当の量である。また、太陽電池パネルに対する需要の上昇に伴い、より高い処理量を特徴とするＡＬＤ装置に対する要求が増加している。
【０００４】
ＡＬＤの上記用途は例示であり、半導体業界および太陽電池業界やフラットパネルディスプレイ業界等の関連業界において処理量の増加を求めるプレッシャーが絶え間なく感じられる多くの用途の１つに過ぎない。したがって、本発明の目的は、大幅に向上した処理能力を提供する原子層堆積のためのデバイスおよび方法を提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面によると、１列に連なった基板群またはテープ状の連続基板に膜を連続的に堆積させる原子層堆積装置が提供される。本装置は、搬送方向に延在して少なくとも第１および第２の壁によって囲まれたプロセストンネルを備える。これらの壁は互いに平行であり、これらの壁に対して平行な向きに置かれたほぼ平坦な基板をその間に収容できるように相隔てられている。本装置は、１列に連なった基板群またはテープ状の連続基板をトンネルの入り口から搬送方向に沿ってその出口まで担持して移動させる搬送システムをさらに備える。このプロセストンネルの少なくとも第１の壁に複数のガス注入路が設けられ、これらの注入路は搬送方向に沿って相隔たれて配設され、使用時に、第１の前駆体ガス、パージガス、第２の前駆体ガス、およびパージガスをそれぞれ収容する連続する複数のゾーンを備えたトンネルセグメントを作成するように、搬送方向に見て、それぞれ第１の前駆体ガスソース、パージガスソース、第２の前駆体ガスソース、およびパージガスソースに連続的に接続される。２つ以上のこのようなセグメントが搬送方向に次々と配設される。
【０００６】
本発明の別の側面によると、薄膜を基板上に成長させる方法が提供される。本方法は、入り口から出口まで搬送方向に長手方向に延在する、１つ以上のほぼ平坦な基板を収容可能なプロセストンネルを用意するステップを含む。本方法は、プロセストンネルを長手方向に２つ以上の機能セグメントに分割するステップをさらに含む。各セグメントは、第１の前駆体ガス、パージガス、第２の前駆体ガス、およびパージガスを連続的に収容する、横方向に延在するガスゾーンを少なくとも４つ備える。本方法は、基板が連続するガスゾーンにおいてガスに連続的に曝露され、基板が単一セグメントの少なくとも４つのゾーンを全て通過したときに原子層が基板上に堆積されるように、基板をプロセストンネル内で搬送方向に移動させるステップをさらに含む。
【０００７】
本発明の上記および他の特徴および利点は、添付図面と組み合わせて以下に記載されている本発明の特定の実施形態についての詳細説明からより深く理解されるであろう。これらの図面は例示を意図しており、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】基板が間に収容される２つの平行なトンネル壁を有する、開示される例示的原子層堆積装置の概略横断面図である。
【図２】図１に示すプロセストンネルの一部を線Ａ−Ａに沿って見た、セグメントおよびゾーンの配置を示す断面図を模式的に示す。
【図３】本発明による原子層堆積装置の別の例示的実施形態の概略横断面図である。
【図４Ａ】上下のトンネル壁が非対称的に構成されたプロセストンネルの一部の概略縦断面図である。
【図４Ｂ】上下のトンネル壁が対称的に構成されたプロセストンネルの一部の概略縦断面図である。
【図５】２つの平行な流れとして基板群が搬送されているプロセストンネルの一部の断面図を模式的に示す。
【図６】単一の流れとして基板群が搬送されているプロセストンネルの一部の断面図を模式的に示す。
【図７】個々の基板をプロセストンネル内で駆動するためのピンの使用方法を示す。
【図８】基板を搬送方向に駆動するために、いくつかのガス注入路がガスを、鉛直方向に対して角度を付けて、トンネル内に注入するプロセストンネルの一部の概略縦断面図である。
【図９】トンネル壁間の間隙が拡大された入り口区画が設けられたプロセストンネルの一部の概略縦断面図である。
【図１０Ａ】プロセストンネルの入り口区画の横断面図を模式的に示す。
【図１０Ｂ】機械的基板ハンドラの一例示的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示によって提供される装置は、基板を、好ましくは１列に連なった基板群の一部として、直線的に搬送しうるプロセストンネルを備える。すなわち、基板はトンネルの入り口でトンネルに挿入され、出口まで搬送されうる。トンネルは、少なくとも２つのほぼ平行なトンネル壁によって囲まれる。最小容積の細長い処理空間を設けるために、これらのトンネル壁は基板に近接して、かつ相互に近接して配置されることが好ましい。プロセストンネルは、その長手方向に一連のセグメントに分割されうる。各セグメントは、いくつかの、一般には４つの、横方向に延在するガスゾーンを備えうる。１つのセグメント内の連続する複数のゾーンは、第１の前駆体ガス、パージガス、第２の前駆体ガス、およびパージガスにそれぞれ対応するガス注入路を収容する。基板がトンネル内を搬送されるに伴い、その表面は帯状にさまざまなガスに接触させられる。これらのゾーンの配置と対応するガスとを適正に選択すると、基板を１つのトンネルセグメント全体を搬送することは、基板を１つの原子層堆積サイクルにかけることに相当する。トンネルは所望の数のセグメントを収容しうるため、１枚の基板がトンネルの入り口から出口まで搬送されている間に、その基板に任意の厚さの膜を成長させうる。プロセストンネルが直線状であることにより、次々と送られてくる基板を処理できるため、処理能力が大幅に向上した原子層堆積装置が提供される。
【００１０】
なお、添付図面には、同一または同様のデバイス、部分、空間、向き等は同じ参照符号で示されている場合があることに留意されたい。さらに、参照対象が１つ以上の先行図面において既に識別されている場合は、明確にするために、いくつかの図において参照符号が省かれている場合もある。
【００１１】
図１は、膜を基板１０８の片面１０８ａに堆積させるために適した、開示される例示的ＡＬＤ装置１００の概略断面図である。装置１００は、第１のトンネル壁１０４と第２のトンネル壁１０６とによって囲まれたプロセストンネルを備える。トンネル壁１０４、１０６はほぼ平行であり、基板１０８、例えば半導体ウェーハ、をその間に収容できるように相隔てられている。図示の実施形態においては、トンネル壁１０４および１０６は、図１の図面の平面に対して直角な搬送方向に長手方向に延在している。実際に、プロセストンネルの搬送方向は水平面に対して平行であることが好ましい。つまり、プロセストンネルを画成するためにトンネル壁１０４、１０６を（図示のように）水平の向きにしてもよい。ただし、水平方向に傾斜した向き、または鉛直方向の向き等、さまざまな向きのトンネル壁も採用しうることを理解されるであろう。
【００１２】
トンネル壁１０４には、複数のガス注入路１０２、１０２’等が取り付けられている。ガス注入路の流出口は、トンネル壁のウェーハ対向面（すなわち内面）の全体にわたって、その横方向および長手方向の両方向に沿って分散させうる。図１の図において、トンネルの横断面は、このようなガス注入路を３つ備えている。ただし、これより多い数または少ない数のガス注入路１０２をトンネルの横断面に設けるうることが考えられる。
【００１３】
ガス注入路１０２、１０２’等は、使用時にガス注入路１０２、１０２’等を通してトンネル壁１０４、１０６間のトンネル空間にガスを追い込むガスソース（図１には不図示）に接続される。一般に、図１のガス注入路１０２および１０２’等、トンネル壁内で同じ長手方向位置にあるガス注入路は、同じガスまたはガス混合物のソースに接続される。ガスがトンネルの全長にわたってトンネル空間に注入されうるので、トンネル空間内のガスは、トンネルの両側面から排気路（図示せず）に流れ出ることができれば、図１に示すようにトンネル壁１０４および１０６と基板との間の間隙を通って基板の縁端部に向かって、さらにはその先へと横方向に流れる。排気路は、真空ポンプが不要になるように、大気圧に維持されることが好ましい。あるいは、排気路を大気圧から外れた圧力に維持してもよい。
【００１４】
図２は、図１に示すプロセストンネルの一部を線Ａ−Ａに沿って見た断面図を模式的に示す。方向２１０に沿って見ると、上記の横方向のガスは、ほぼトンネル幅の連続するガスゾーン２０２、２０６、２０４、２０６’等を形成している。連続するゾーンを複数のセグメントにまとめることもできる。ガス注入路１０２、１０２’等は、一連のセグメント２０８、２０８’等を設けるように構成されることが好ましい。この場合、各セグメントは、第１の前駆体ガスゾーン２０２、パージガスゾーン２０６、第２の前駆体ガスゾーン２０４、および別のパージガスゾーン２０６’を搬送方向２１０に沿って連続して備える。前駆体ガスゾーン２０２、２０４等は、それぞれの前駆体と、この前駆体の搬送を容易にするために追加される不活性キャリアガスとを含むガス混合物を収容してもよい。パージガスゾーン２０６、２０６’等は、相互に反応しうる前駆体を収容する何れか２つのゾーン２０２、２０４等の間に配置しうる。パージガスゾーンは、隣接する前駆体ゾーン同士を分離することによって２種類の相互に反応しうる前駆体を気相で分離しておき、基板表面での前駆体の化学反応のみを可能にする気相拡散障壁として機能する。
【００１５】
図２において、基板１０８は、トンネル内を搬送方向２１０に搬送される。これにより、その表面１０８ａは、ゾーン２０２、２０６、２０４、２０６’等の各々に存在するガスに帯状にさらされる。１本の帯状の表面領域が単一セグメント２０８、２０８’等の全てのゾーンを通過すると、その表面領域は堆積サイクル全体を経たことになる。プロセストンネル内を通過する基板１０８の搬送速度は、１本の帯状の基板表面領域が特定の前駆体ゾーンを通過したときに当該領域が完全に飽和されていることが保証される十分に長い期間をかけて前駆体に曝露されるように選択されるものとする。これは満たすべき基準であるので、前駆体ゾーンがより長ければ、一般に、搬送速度をより高速にしうる。この逆も同様である。ただし、飽和時間は、使用される前駆体の性質および対応するゾーン内の前駆体の濃度に応じて変わりうることに留意されたい。
【００１６】
開示される原子層堆積装置の寸法および運転パラメータは、本装置が構築される特定の用途および使用目的に応じて変わりうる。例えば、１０ｎｍの酸化アルミニウム膜を標準的な３００ｍｍの円形シリコンウェーハ上に堆積させるには、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、ＴＭＡ）と水（Ｈ２Ｏ）の２つの前駆体を必要としうる。水の代わりに、オゾン（Ｏ３）を使用してもよい。窒素（Ｎ２）は、前駆体ゾーンにおける不活性キャリアガスとしてもパージガスゾーンにおけるパージガスとしても使用可能である。これらのゾーンの各々の搬送方向の長さは、数センチメートル、一般には２〜５ｃｍ、でもよい。横寸法が３００ｍｍのウェーハの単一流を収容するには、プロセストンネルの幅を３００ｍｍより多少大きくする必要がある。前駆体ゾーンの長さが５ｃｍであり、パージガスゾーンの長さが２ｃｍである場合、単一のトンネルセグメントの長さは合計で０．１４ｍになる。単一のトンネルセグメントの役割は約０．１ｎｍ厚の酸化アルミニウム単分子層を１層堆積させることであるので、１０ｎｍの膜を成長させるには合計で１００個のセグメントが必要になる。この結果、プロセストンネルの長さはほぼ１４メートルになる。
ウェーハはトンネル内を０．２５ｍ／ｓという高速で搬送されうるため、この具体例においては、処理能力は１時間当たり約３０００枚のウェーハとなる。
【００１７】
開示されるＡＬＤ装置の処理能力をさらに増強するために取りうる一般的な方策は、平行な基板流を２つ以上収容できるようにプロセストンネルの幅を広げることである。例えば図５を参照されたい。トンネルの幅を２倍にすると、装置の処理量が２倍になりうる。
【００１８】
別の一般的な方策は、第１および第２の両トンネル壁にガス注入路を設けることである。この場合、ガスクッションによってウェーハを浮遊状態に支持するために、図４Ａに示すように、不活性キャリアガスを底壁から供給してもよい。あるいは、図４Ｂに示すように、向かい合ったガス注入路がほぼ同じガス組成のガスソースに接続されるという点で第１および第２のトンネル壁を対称的にする。この構成は、必要であれば、基板１０８の両面１０８ａ、１０８ｂへの同時堆積を可能にするため、処理される基板面積の量が２倍になる。図４Ａおよび４Ｂについては、さらに以下で説明する。
【００１９】
図１および図２は、基板を担持してプロセストンネル内を移動させる搬送システムを示していない。この目的のための搬送システムは、例えば従来のコンベヤベルト型でもよい。別の例は、基板がその上に装填される複数の搬送装置を備えてもよい。これらの搬送装置を適切な駆動システムによって推進させてもよい。搬送装置のための駆動システムは、当業界において公知であり、ここで詳しく説明する必要はない。
【００２０】
図３は、出願者によって開発された浮遊ウェーハ技術に基づく搬送およびウェーハ支持システムを特徴とする、本発明の好適な一実施形態の横断面図を模式的に示す。上記の浮遊ウェーハ技術は、参照により本願明細書に組み込まれるものとする、米国特許第６，１８３，５６５号、および米国特許第６，７１９，４９９号明細書により詳細に説明されている。この実施形態において、トンネル壁１０４、１０６は、水平に向けられ、好ましくは側壁３０８、３０８’によって鉛直方向に接続されている。支持システムは、第１のトンネル壁１０４の下方の第２のトンネル壁１０６に設けられた複数のガス注入路３０２、３０２’等を備え、ソース３１０からトンネル空間に注入されるガスはこれらのガス注入路３０２、３０２’等を通過しうる。ガスは、トンネル空間に注入されると、側壁３０８、３０８’に設けられたガス出口３０４、３０４’に向かって横に流れる。側壁３０８、３０８’自体が流出量を制限するため、トンネル空間領域３０６、３０６’内の圧力が上昇する。これにより、浮遊基板１０８の横方向の位置を安定化させやすくなる。上下のトンネル壁を構造上の観点から同一にしてもよい。注入路３０２、３０２’等を通じて注入されるガスは、その主目的がガスベアリングをもたらすことであれば、トンネルの全長に沿って同じであってもよい。
【００２１】
図４Ａは、プロセストンネルの一部の縦断面図を示す。図４Ａは、２つの同一のトンネルセグメント２０８、２０８’を示す。各セグメント２０８、２０８’は、２組のガス注入路を備えている。一方の組は上部トンネル壁１０４にあり、もう一方の組は下部トンネル壁１０６にある。この２組は、互いに向かい合わせに位置合わせされているため、基板を横方向に帯状に包み込む連続するガスゾーンの形成に寄与する。搬送方向２１０に見て、上壁１０４にあるセグメント２０８、２０８’のガス注入路は、それぞれ第１の前駆体ガス（トリメチルアルミニウム、ＴＭＡ）、パージガス（窒素、Ｎ２）、第２の前駆体ガス（水蒸気Ｈ２Ｏ）およびパージガス（Ｎ２）を連続的に注入する。これらの具体的なガスは、例示に過ぎず、所望のガスを選択しうることは言うまでもない。トンネルの底壁１０６にあるセグメント２０８、２０８’のガス注入路は何れもＮ２をキャリアガスとして注入する。このガスは、パージガスとしても使用される。このようなガスベアリングは、ウェーハ上方の流れに含まれている前駆体がウェーハ下方の空間に侵入することを防止するという利点をもたらす。この結果、不測のＡＬＤまたは化学蒸着の結果として裏面への堆積が発生することはない。
【００２２】
一代替構成が図４Ｂに示されている。この構成においては、下部トンネル壁１０６は上部トンネル壁１０４に対して、向かい合ったガス注入路がほぼ同じガス組成のガスソースに接続されるという点で対称的に構成されている。ガスの選択に関して特筆すべき点は、本装置においては、前駆体の組み合わせが異なるセグメントを追加または挿入することによって混合膜を極めて容易に堆積させうることである。
【００２３】
図４においては、先行する各図と同様に、何れの２つの前駆体ゾーンもパージガスゾーンによって分離されている。基板１０８、１０８’等とトンネル壁１０４、１０６との間の間隙が比較的狭いと、好ましくは２ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満、最も好ましくは０．１５ｍｍから０．２５ｍｍであると、上記の分離は前駆体同士の混合を防止するために極めて効果的である。この結果、トンネル壁への堆積は殆ど発生せず、稼働中の装置のパーティクルレベルは極めて低くなる。
【００２４】
さらに、今まで公知の他の何れのＡＬＤシステムとも異なり、本装置は大気圧で稼働しうる。トンネル空間内の圧力を下げるための真空ポンプは一切必要ない。一方の基板１０８、１０８’等と他方のトンネル壁１０４、１０６との間の狭い間隙と高流速のガスとの組み合わせにより、約１気圧での稼働を実現可能にしている。提案される装置においては、一般的なガス流速は、１〜２ｍ／ｓの範囲内である。
【００２５】
トンネル壁への堆積と真空ポンプとがないことにより、上記装置は実質的に保守不要になりうる。
【００２６】
図４に示すように、浮遊ウェーハ技術に基づく搬送システムは、完全ではない。基板１０８、１０８’等を担持するが、搬送方向２１０に移動させない。このため、この搬送システムに、基板を駆動するための手段を補う必要がある。さまざまな選択肢が考えられる。
【００２７】
第１の選択肢においては、単一の位置において、好ましくはプロセストンネルの入り口において、駆動力が基板列に与えられる。この力は、例えば、処理のために新しい（最終）ウェーハを連続的または半連続的にトンネルに挿入する挿入機構によって与えられてもよい。トンネル内に既にある基板列を前方に押し出すために、この新しいウェーハを用いてもよい。トンネル内の全ての基板が浮遊しているため、押し出すために必要な力は比較的小さい。トンネル内に既にある基板の各々は、それぞれの縁端部間の物理的接触により、列内の次のウェーハによって搬送方向に駆動される。自己限定的な原子層堆積プロセスには一定の処理速度が必須ではないので、新しいウェーハの供給における一時的中断は、トンネル内のウェーハの搬送速度に自動的に影響するだろうが、堆積される層の厚さまたは品質には影響しない。この第１の選択肢は、平行に２列に連なった角型基板群１０８、１０８’等については図５に示されており、１列に連なった角型基板群については図６に示されている。参照符号５０２は、基板間で物理的接触が発生するいくつかの縁端部位置を示す。
【００２８】
図７に示されている第２の選択肢において、基板１０８および１０８’は、個々に搬送システムの駆動ピン７０２、７０２’、および７０４、７０４’に係合する。駆動ピンは、下方から（ピン７０２、７０２’）、側面から（７０４、７０４’）、または他の何れか所望の向きでトンネル空間内に突き出す。貴重な基板表面領域を犠牲にせずに済むように、駆動ピンは基板の周縁部に係合することが好ましい。駆動ピンをトンネル軌道に沿って連続的に移動および後退させるために、駆動ピンをベルト型駆動ユニットに接続してもよい。駆動ピンはプロセストンネル内をそれぞれの基板と共に移動するため、駆動ピンは被覆される。駆動ピンに堆積される材料の量を減らすために、パージガスをピンの近接位置でトンネル空間に供給してもよい。この方策は、駆動ピンの補修間隔を延ばす。この補修は、一般には駆動ピンの表面のエッチング、および／またはピンの交換、を伴う。
【００２９】
第３の選択肢が図８に示されている。この模式的に示されている装置の実施形態において、パージガス（窒素、Ｎ２）注入路は、ガス流の接線成分が基板１０８、１０８’等を搬送方向２１０に駆動するように、角度を付けて配設されている。パージガス流の前進速度を制御するには、パージガス流の大きさを利用できる。角度を付けて配置するガス注入路をどれにするかは設計上の検討事項であるが、原理上は何れのガス注入路でもそうしうる。この第３の選択肢の主要な利点は、磨耗しうる、またはプロセストンネル内で被覆されうる、可動部品を一切必要としない点である。したがって、堆積装置の保守にあまり手がかからないという特徴に寄与する。
【００３０】
第４の選択肢は、参照により本願明細書に組み入れるものとする、出願者の米国特許第６，８２４，６１９号明細書に開示されているように、回転運動を浮遊基板にもたらすために用いられる、長手方向に細長く、一端がガス注入路に近接した複数の溝をトンネル壁に設けるというものである。この方法は、直線運動を基板にもたらすために用いることもできる。
【００３１】
膜の品質は、処理中の基板の表面温度に応じて左右されうるため、基板を堆積プロセスにかける前に、基板を予熱してもよい。基板の予熱は、第１の反応トンネルセグメント、すなわち基板が２種以上の前駆体に曝露される第１のトンネルセグメント、の上流に配置される専用の予熱トンネルセグメントを堆積装置に設けることによって行うこともできる。この予熱トンネルセグメントにおいて、基板を、反応区画の温度と同じかそれ以上の温度に維持されたパージガスのみに接触させてもよい。同様に、冷却セグメントをプロセストンネルの最後に、すなわち最後の反応トンネルセグメントの下流に、設けてもよい。予熱セグメントおよび冷却セグメントにおけるパージガスの主目的は熱の伝達であるので、比較的高い熱伝導率を有するヘリウムは、このようなセグメントの長さを短縮するために役立つ良い選択肢である。
【００３２】
さらに、機械的基板ハンドラによるプロセストンネル内への基板の装填およびプロセストンネルからの基板の取り出しを容易にするために、トンネルの最初および最後のセグメントにおいては、反応セグメントか非反応セグメントかに拘らず、挿入されたウェーハの上下面と上下のトンネル壁との間の間隙をそれぞれ広げるために、トンネル壁間の間隙を広げてもよい。トンネル壁と基板との間の間隙を広げると、基板の重量を担持するためにガスベアリングによって与えるべき力は変わらないため、ガス流量の増加という代償が伴う。
【００３３】
図９は、トンネル壁間の間隙を広げたプロセストンネルの入り口区画９００の縦断面図を模式的に示す。トンネル壁１０４、１０６と対応する基板表面１０８”ａ、１０８”ｂとの間の一般的な間隙は１ｍｍ未満であり、好ましくは０．１５と０．２５ｍｍの間であるため、「拡大された間隙」は僅か０．８ｍｍに基板の厚さを加えた寸法（すなわち、基板の各側面から対応するトンネル壁までは約０．４ｍｍ）になりうることに留意されたい。図示の入り口区画９００は、予熱セグメントとしても機能しうる。この目的のために、区画９００には加熱されたＮ２が注入され、区画９００は基板１０８”が所望の処理温度に適正に温まることを保証する十分な長さになっている。適正な加温を実現するには、基板の搬送速度と、基板とトンネル壁面との間の間隙の幅とが考慮されるべきパラメータである。要するに、搬送速度を上げると、基板が予熱セグメント内に滞まる時間が短くなり、間隙を広げるすると、基板の加熱がより緩やかになる。入り口区画９００自体が予熱セグメントとして機能しない場合、または十分な予熱を行わない場合は、間隙が狭い追加の予熱区画（図示せず）を入り口区画の後に続け、この予熱区画においては、上記のようにＡＬＤ堆積プロセスの開始前に基板を十分に加熱できるように、プロセスガスは一切導入されず、Ｎ２のみが導入される。ウェーハ速度が０．２５ｍ／ｓであり、加熱時間が４ｓであると想定すると、予熱長さとして１ｍが必要になる。あるいは、Ｎ２の代わりに、より高い熱伝導率を有するＨｅおよびＨ２等のガスを加熱用ガスとして入り口区画または予熱区画で使用することもできるが、比較的低価格であるという理由でＮ２が好適である。
【００３４】
図１０Ａには、入り口区画９００が模式的に横断面図で示されている。この図の目的は、基板１０８”を支持するように構成されたフォーク爪９０２、９０２’を有する機械的基板ハンドラ９０１（図１０Ｂに上面図で図示）が上記基板をトンネルセグメント９００に挿入する方法を説明することである。基板１０８”が基板ハンドラ９０１によって入り口区画９００に挿入されると、トンネルセグメント内のＮ２ガスベアリングがその荷重を引き受ける。その後、ウェーハハンドラ９０１はその爪９０２、９０２’を細長い凹部９０３、９０３’内に少し（さらに）降下させてトンネルから後退してもよい。
【００３５】
上では、本発明を第１および第２の前駆体に関して説明した。ただし、当業者は、２つより多い数の前駆体を用いてＡＬＤを実行しうることを認識されるであろう。ここで強調しておくが、特許請求の範囲の文言は、３つ、４つ、またはそれ以上の数の前駆体を特徴とする原子層堆積装置を排除することを意図するものではない。そのため、各セグメントは、パージガス注入ゾーンによってそれぞれ分離された３つ、４つ、またはそれ以上の数の前駆体ガス注入ゾーンを備えうる。さらに、ナノラミネート膜も堆積しうる。この目的のために、第１の組成を有する第１の膜の単分子層をいくつか堆積させるための第１の構成のいくつかの連続するセグメントと、第２の組成を有する第２の膜の単分子層をいくつか堆積させるための第２の構成のいくつかの連続するセグメントとを交互に並べることができる。所望の数のナノ膜が堆積されるまで、この一続きのセグメントを繰り返すことができる。
【００３６】
基板は、円形、正方形、長方形、または三角形、あるいは利用可能な他のいかなる形でもよい。基板の形は、基板を互いに隣接させて配置したときに、表面積を良好に埋めることができる正方形または長方形等の形が好ましい。
【００３７】
一代替実施形態において、基板は、装置に送り込まれるテープまたはホイル等の可撓性材料でもよい。材料は、ロールから利用でき、装置の出口側において回収ロールに回収できるテープ形式でもよい。回収ロールによって与えられる牽引力によって材料を引っ張ることによって装置内を通過させることができる。上下両方のトンネル壁からのガス注入により、テープは殆ど摩擦なしに装置内を流れる。
【００３８】
材料の一例として酸化アルミニウムのみが開示されているが、本発明の装置および方法は、当業界で現在公知のあらゆる前駆体材料および膜組成と組み合わせて適用可能であることは明らかである。
【００３９】
さらに、特定の実施形態に言及して本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更が可能であり、本発明の要素の代わりに均等物を使用しうることを当業者は理解されるであろう。さらに、特定の状況に適合させるために、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示内容に対して多くの修正を行いうる。したがって、本発明は、本発明を実施するために開示されている何れか特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は付属の特許請求の範囲に含まれるあらゆる実施形態を含むものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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