(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面反応によって基板上に薄膜を形成するために気相反応物の交互表面反応に基板を曝すことによって基板上に薄膜を成長させる装置であって、
−前記基板をその中に移送することができる反応スペースを有する反応チャンバ（２）と、
−前記反応チャンバに連結された、薄膜成長プロセス中に使用される反応物をその中に供給するための入口チャネル（６）と、
−前記反応チャンバに連結された、気体反応生成物および余剰反応物を排出するための出口チャネル（４）とを備え、
−前記反応チャンバ（２）は少なくとも２つの部分（９、１０、１８）を備え、少なくとも１つの部分（１８）は反応チャンバの残りの部分（９、１０）に対して可動であり、前記反応チャンバの前記残りの部分（９、１０）に対して密閉可能なように適合されると共に、
前記反応チャンバの各部が、基板の処理中ならびにローディング／アンローディング中に、真空容器を含んで構成される第２チャンバ（１）に入れられることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記反応チャンバ（２）が、前記真空容器（１）の内部に対して動かないように取り付けられたベース部分（９、１０）と、前記反応チャンバの前記ベース部分に対して密閉可能なように適合された可動部分（１８）とを備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可動部分（１８）が、基板平面に実質的に平行な方向、あるいは前記平面に垂直な方向のいずれかに移送可能になされた請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記可動部分（１８）が、基板平面に平行な方向ならびに前記平面に垂直な方向に移送可能になされた請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ベース部分（９、１０）が、その縁部を取り囲むラベットを有し、前記可動部分（１８）が、前記可動部分（１８）を前記固定ベース部分に対して密封するために前記ラベット形状に従う形状の外側縁部を備える請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記反応チャンバの前記可動部分（１８）が、基板をその上に位置決めすることができる基板支持プラットホームとして機能する請求項１から５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
前記反応チャンバの前記ベース部分が、基板をその上に位置決めすることができる基板支持プラットホームとして機能する請求項１から６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
前記反応チャンバベース部分が前記容器の壁に支持されるか、あるいは前記ベース部分が前記容器の壁の一部を形成するように、前記反応チャンバ（２）が真空容器の内壁に適合された請求項１から７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
支持手段の中心軸が基板の中心点と一致するように前記反応チャンバ（２）が前記容器の壁に支持され、それによって反応チャンバが閉まっているときに熱源の機械的変形が基板の位置決めに影響しないようにする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記反応チャンバの前記ベース部分と前記可動部分の少なくともいずれか一方がヒータ要素（１９）を備える請求項１から９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】
前記反応チャンバの前記ベース部分と前記可動部分の両方がヒータ要素を備える請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記反応チャンバの前記ベース部分（９、１０）および前記可動部分（１８）が、受動的な絶縁、反射シールド、および／または活性熱絶縁要素によって前記真空容器から熱的に絶縁される請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記可動部分（１８）が基板持ち上げ手段（２０）を備え、その直立運動により、前記基板支持プラットホームから離れた方向における前記基板の上下動と、それに続く移送手段上への前記基板の配置が容易になる請求項１から１２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１４】
前記移送手段がロボットアームである請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記基板持ち上げ手段が、前記支持プラットホームに対して直角に可動であって前記プラットホーム表面から離れた方向に前記基板を上下動させるように前記基板支持プラットホーム上に適合されたピン（２０）を備える請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ピン（２０）がばね（２１）を備えており、前記基板支持プラットホームに作成された穴の中で動くように適合される請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ピン（２０）の上端部を、前記基板支持プラットホームに接触するように下方向に先細になった形状とし、前記基板支持表面のシート穴を、前記ピン端部の深さまで同様に下方向に先細になった形状とし、それによって各ピンを前記支持プラットホームの前記シート穴の中に密閉可能に下げることができるようにした請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記可動部分が金属および／またはエラストマーシールによって前記ベース部分に対して密閉される請求項１から１７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１９】
前記可動部分が、任意選択で保護ガスで洗い流してもよい真空ポンプアウト溝によって前記ベース部分に対して密閉される請求項１から１８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２０】
前記可動部分が平面状の合わせ面によって前記ベース部分に対して密閉される請求項１から１９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２１】
前記反応器がコールドウォール構造を有する請求項１から２０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２２】
気体反応生成物および過剰反応物の反応物供給チャネルおよび排出チャネルを、耐圧容器の同じ壁、有利には底部を介して通す請求項１から２１のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２３】
気体反応生成物および過剰反応物の反応物供給チャネルおよび排出チャネルを、（その中に収容された反応スペースの位置に対して）チャネルの上部および底部の壁を介して耐圧容器中に通す請求項１から２２のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２４】
前記反応チャンバの内部に適合可能な支持構造によって、前記支持構造が、前記基板上の薄膜の蒸着用の少なくとも２つの基板を同時に保持する役割をする請求項１から２３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項２５】
前記支持構造が、前記基板を支持するためにその上に設けられたプラットホーム棚またはブラケットを有するラック、あるいはスタック可能なモジュラー要素からなるカセットユニットを備える請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記モジュラー要素が互いに同一である請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記要素の少なくともいくつかが基板を収容するために設計される請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記基板収容要素が基板用の支持ブラケットまたはプラットフォームを示す請求項２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜製造用の請求項１のプリアンブル（前提部分）に記載の装置に関する。
【０００２】
以下に開示する装置において、反応スペースに設置された基板は、薄膜の製造に適した少なくとも２つの異なった反応物の交互の表面反応に曝される。この気相反応物は、反応スペース内への反応物自体が供給されてから一度にそれぞれ反復および交互に供給され、基板上の半導体薄膜生成物を生成するために基板の表面と反応させられる。基板に付着しない反応生成物および過剰になる可能性のある反応物は、この反応スペースからガス状態で除去される。
【０００３】
【従来の技術】
従来、薄膜は、真空蒸着法や、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）や他の同様の真空蒸着技法、各種化学蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（低圧および有機金属ＣＶＤおよびプラズマ強化ＣＶＤを含む）、あるいは原子層エピタキシー、略してＡＬＥ（：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｅｐｉｔａｘｙ）即ち原子層化学蒸着法として当業者に周知の交互表面反応に基づく前記蒸着方法を使用して成長される。最近の記事や特許では従来「ＡＬＣＶＤ」が使用されているが、本明細書では「ＡＬＥ」という用語が使用される。ＭＢＥおよびＣＶＤ処理において、他の変数のほかにも、薄膜成長率は、出発物質（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）流入の濃度によっても影響される。これらの方法を使用して製造された薄膜の均一な表面の滑らかさを達成するため、出発物質の濃度および反応性は、基板の一側で同等に維持されねばならない。異なった出発物質が、ＣＶＤ方法における場合のように、基板表面に到達する前に互いに混合することが許容される場合、反応物質間の相互反応の可能性は、常に差し迫った状態にある。この場合、気体反応物の供給ライン（ｉｎｆｅｅｄ  ｌｉｎｅ）において既に微粒子が形成されている危険が発生する。このような微粒子は、一般に蒸着された薄膜の質を低下させるという悪影響を及ぼす。しかし、ＭＢＥおよびＣＶＤ反応器内の早期反応物の発生は、例えば、基板に到達するより前に反応物を加熱することによって避けることができる。加熱処理に加えて、プラズマあるいは他の同様の活性化手段の支援により所望の反応を開始することができる。
【０００４】
ＭＢＥおよびＣＶＤ処理において、薄膜の成長率は、基板上に衝突する出発物質の流入率を制御することによって主に調整される。一方、ＡＬＥ処理における薄膜成長率は、出発物質の流入の濃度または他の特質によるよりも、基板表面特性によって制御される。ＡＬＥ処理において、唯一の必要条件は、出発物質が、基板上の膜成長に充分な濃度で供給されることである。
【０００５】
ＡＬＥ方法については、例えば、米国特許第４，０５８，４３０号および第４，３８９，９７３号だけでなくフィンランド国特許第５２，３５９号および第５７，９７５号に記載されている。また、フィンランド国特許第９７，７３０号、第９７，７３１号、および第１００，４０９号には、その方法を実施するのに適したいくつかの装置構成が開示されている。薄膜蒸着装置については、刊行物「Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｒｅｐｏｒｔ（材料科学報告）４（７）、１９８９年２６１ページおよびＴｙｈｊｉｏｔｅｋｎｉｉｋｋａ（英語版タイトル：Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、ＩＳＢＮ９５１−７９４−４２２−５、２５３ページから２６１ページに更に記載されている。
【０００６】
ＡＬＥ蒸着方法において、原子または分子が、基板上を覆いつくすため、基板表面上で連続的に衝突し、完全に飽和した分子層が基板上に形成される。フィンランド国特許明細書第５７，９７５号から周知の従来技術によれば、飽和ステップに続いて、保護気体パルスが、過剰な出発物質と、基板からの気体反応生成物とを一掃する拡散障壁（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒ）を形成する。異なった出発物質の連続パルスと、および連続した出発物質パルスを互いに分離させる分散バリアを形成する保護気体パルスと、により、異なった物質の表面化学特性によって制御された比率で薄膜の成長が達成される。この処理の機能に対しては、これらは、移動状態を維持した気体または物質であるかどうかは関係なく、連続した反応ステップの異なった出発物質が、互いに分離され、交互に基板上で衝突するように構成されることは避けられない。
【０００７】
殆どの真空蒸発装置は、いわゆる「シングルショット」原理に則って動作する。これにより、蒸発した原子または分子は、１度だけ基板上で衝突する可能性がある。基板表面との反応が生じない場合、原子および分子は、その内部での凝縮を経て、装置の壁または真空ポンプに衝突するようにリバウンドまたは再蒸着する。ホットウォール反応器において、この反応器壁または基板上で衝突する原子または分子は、再蒸着するようになるので、基板表面での衝突が繰り返し発生する。ＡＬＥ反応器に適用されると、この「マルチショット」原理は、物質の消費の効率向上を含む数々の利点を提供することができる。
【０００８】
実際、「マルチショット」タイプのＡＬＥ反応器は、少なくともそのいくつかが互いに同じ隣接した状態または重なった状態で重ねられた複数のモジュラー要素からなる反応器チャンバ構造を備え、例えば、ミリングによって、入口および出口チャネルの役割をする適切な切り欠き部および開口部と共に製作された反応チャンバを有する。一方、基板は、反応スペースとして機能する真空容器の内側に露出した形で設置することができる。両方の構成において、反応器は、基板ローディング／アンローディングステップに従って加圧しなければならない。
【０００９】
薄膜構造の製造において、従来、反応器は、他の処理パラメータだけでなく処理温度、動作圧力に関して安定化した一定の処理条件下で作動されるのが好ましい。この目的は、基板上の環境からの外部粒子および化学的な不純物の侵入を防ぎ、時間のかかるステップであると同時に、処理の信頼性を劣化させる可能性のある反応器の熱サイクルを避けることである。実際、これらの問題は、別々の基板ローディング／移送チャンバを使用することによって克服される。この基板ローディングチャンバは、反応器と連通し、一定の真空下に維持される。基板のローディングおよびアンローディングステップは、反応器およびローディングチャンバの両方が真空状態になるように実行され、その後互いにこの２つを分離させる（ゲートバルブなど）のバルブが開かれ、ローディングチャンバ内に構成されるロボットアームにより、処理された基板（処理済み基板）を反応チャンバから除去し、新しい基板をローディングする。その後、バルブが閉じられ、基板および反応器が標準処理値を達成した後、処理が開始される。一方、処理された基板は、別の制御可能なバルブを介して、ローディングチャンバから真空化されたローディングロックに移送され、その後、ローディングロックバルブが閉じられる。次に、ローディングロックは加圧され、その後、基板は、開いた第３バルブを介して装置から部屋のスペース内へ取り出すことができる。次に処理される基板は、それぞれ反応器内にローディングチャンバを介して移送することができる。
【００１０】
従来の構成において、基板は、ヒータ上に設置され、ロボットアームが反応器内の所望のポイントに基板を動かすことができ、その後、基板は、通常、ロボットアームが撤収する間、３つのピンの助けを介して、真直ぐ上方に持ち上げられる。次に、基板は、サセプタ（加熱台）の表面レベルより下に前記ピンを下げることによって加熱可能なサセプタプラットホーム上に下げられる。これにより基板はサセプタと良好な熱接触を続けることができる。
【００１１】
前記の種類の反応器において、気体の流れは、基板の上方に配置された「シャワーヘッド」を介して反応スペースに流入し、加熱基板上に気体を分配するようにし、それによって、所望の表面反応が発生し、基板表面上に所望の種類の薄膜層を形成することができる。しかし、ＡＬＣＶＤ反応器内で使用される場合、この種の供給技術には、各反応物供給パルスの開始および終了時に、気体濃度の均質化および前回の気体パルスの流出を行えるようにするため、反応物パルス長の期間に通常等しい期間が不可欠となる。実際、これにより、反応物の蒸気が互いに混ざり合い、それにより、薄膜成長のＡＬＣＶＤモードは、実際のＣＶＤ処理に入る。前述同様、この処理は、遅いスループット（処理能力）、低い材料利用効率および／または大きな厚さ変化によって妨害される。
【００１２】
更にまた、真空容器の壁は、それぞれ出発物質の濃縮層で被覆され、その結果、特に、固体状態のソースの使用と関連して、上述した結果と同一となる。
【００１３】
バッチモードでＡＬＥ処理を作動する理由は、ＡＬＥ方法が、他の多くの種類の薄膜成長技法に比べて比較的遅いためである。しかし、バッチ処理は、基板当たりの合計成長時間を競争力のあるレベルに持っていくことが可能である。同じ目的のため、基板サイズは、大型化される。
【００１４】
ＡＬＥ方法は、複合層構造を蒸着するために利用することができ、それにより、１回の作動で、複数の異なった膜構造を単一のバッチ内で作成するために用いることができる。このため、製造されたユニット毎の処理時間を減らすことができる。
【００１５】
バッチ処理において必要とされる大型のスタックアセンブリ群は、通常、一定の周辺スペースにおいて一緒に置かれ、その後、これらのアセンブリは、開いた反応器の内部への小型ユニットとして移送しなければならない。通常、反応器チャンバ構造のベークアウト加熱は数時間（１時間ないし４時間）かかり、その後、処理ステップが続き（３００ｎｍＡｌ2Ｏ3の厚さまで約２時間ないし４時間）、反応器構成のサイズによっては冷却処理に数十時間かかる。更にまた、反応器チャンバの分解および再組み立てに一定の時間を必要としなければならない。
【００１６】
別の処理ステップによって必要とされる作業時間に対する処理時間の割合が、不都合に（小さく）なればなる程、成長する薄膜の厚さはより薄くなり（例えば、１ｎｍないし５０ｎｍの範囲）、それにより、実際の蒸着ステップの時間は、僅か１分ないし数分になる場合がある。その結果、実際の処理時間に関する合計処理時間の圧倒的な部分は、反応器チャンバ構造、反応器の加圧、反応器チャンバの分解／再組み立て、システムを真空状態にして加熱するために使用される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一の目的は、従来技術の欠点を克服し、ＡＬＥ方法を使用した均一な質の薄膜を商用規模まで成長させる全く新規の装置を提供することである。
【００１８】
本発明の特別な目的は、反応器および反応器チャンバを形成する構造が安定化した処理条件下に常に維持されるような環境下で非常に薄い膜を製造するのに適した装置構成を提供し、それにより、加熱、加圧、真空ポンプサイクルを基板だけに対して実行することである。本発明の更なる目的は、従来のＡＬＥ反応器の利点、すなわち最小反応量、デッドボリュームなしのパルスの円滑な通過のための空気力学設計を使用した単一ウエハ処理を可能にする反応器設計を提供することである。
【００１９】
本発明の目的は、反応器チャンバ構造の利点およびコールドウォールＡＬＥ反応器の利点が、基板ローディング／アンローディングステップのために反応器の内部で開閉可能に反応器チャンバ構成を設計することを通じて、内部ローディングチャンバを備える反応器の利点と組み合わせられるという新規な概念の実現によって達成される。反応器のボリュームは小さいため、ウエハ処理用のスペースには充分でない。したがって、反応器チャンバは、ウエハ移送のために、バルブによってではなく、反応器の部品を分解することによって開放される必要がある。反応器チャンバが外気に曝されるのを防ぐために、第２のチャンバが、反応器チャンバの周囲に設置される。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明による反応器チャンバ構成は、反応器チャンバの残部に対して可動な少なくとも１つの部分であって、基板が反応器チャンバ内外でローディング／アンローディングできるような反応器チャンバの残部に対して密閉可能なように適合される構成を備える。以下に詳述される一実施例に従って、反応器チャンバは、少なくとも２つの基本部分、即ち、反応器構造の固定基本部分と、前記構造の可動部分とを備え、後者は、前記基本部分に対して密閉可能とするように適合され、それによって前記基本部分と、前記可動部分との間に残っている反応スペースは、そのようなボリュームから必要とされる特性形状を達成することを特徴とする。反応器チャンバ構造の基本部分と、可動部分とによって形成される１つの組み合わせ要素は、基板支持プラットホームまたはベース部分として機能し、その上で、基板は、ロボットアームまたは前記アームの所定部分の動きによって位置決めすることができる。しかし、基本的な考えは、互いに関して、例えば、一方が水平方向に、他方が垂直方向に、或いは両方が垂直方向に、可動な反応器チャンバ部分を有することである。
【００２１】
より具体的には、本発明による装置は、請求項１の特徴部分で述べられるものによって主として特徴付けられる。
【００２２】
本発明は、重要な利点を提供する。したがって、本発明による構成は、反応器の中間スペースの汚染に対抗し、それによって、ローディングチャンバの清潔さを向上させ、基板の汚染リスクが低減され、ベース圧力が、より速い速度でポンプダウンされることができる。本発明による装置によって容易になった単一基盤の商用処理は、各基板が必要に応じて適用されたやり方で処理することができる更なる利点を提供する。その上、ＡＬＥ処理は、その他の製造ユニットが連続モードで動作される場合、バッチモードで作動する必要はない。
【００２３】
本発明による装置は、ＡＬＥ方法によってディスプレイユニットの薄膜構造だけでなく各種半導体の構造を含む異なった種類の薄膜の製造にも適用可能である。
【００２４】
以下、本発明は、発明の詳細な説明によって例示される。本発明の好ましい実施例は、以下の添付図面において説明される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明との関連において、「反応物」という用語は、基板表面と反応することができる蒸発可能な材料を示す。この反応物は、固体でも、液体でも、気体でもよい。ＡＬＥ方法において、２つの異なった基に属する反応物が、従来用いられる。「金属反応物」という用語は、金属化合物または重要な金属の反応物として使用される。適切な金属反応物は、例えば、塩化物、臭化物および複合化合物などの冶金化合物のハロゲン化物となる。金属反応物の例としては、Ｚｎ、ＺｎＣｌ2、ＴｉＣｌ4、Ｃａ（ｔｈｄ）2、（ＣＨ3）3ＡｌおよびＣｐ2Ｍｇ等を用いてもよい。「非金属」という用語は、金属化合物に反応することが可能な化合物および要素を示す。後者の基は、通常、水、硫黄、硫化水素およびアンモニアによって表わされる。
【００２６】
本明細書において、「保護気体」という用語は、反応スペース内に入れられ、反応物、およびそれに対応する基板に関する不要反応を防ぐことができる気体を説明するのに使用される。このような反応としては、例えば、起こり得る不純物との反応物および基板の反応が挙げられる。また、この保護気体は、例えば、流入ラインにおける異なった反応基の物質同士の反応を防ぐ役割をする。本発明による方法において、保護ガスは、反応物の気相パルスのキャリアガスとしても有利に使用される。異なった反応基の反応物が、別々の入口マニホールドを介して反応スペース内に導入される好ましい実施例に従い、気相反応パルスは、１つの流入チャネルから導入される一方、保護気体がもう１つの流入チャネルから導入されるので、導入された反応物がもう１つの反応基を供給する流入チャネルに侵入するのを防いでいる。この方法での使用に適した保護気体の内、窒素ガスおよび貴ガス（ｎｏｂｌｅ  ｇａｓ）、例えばアルゴンなどの不活性ガスを参照されたい。この保護気体は、不要な反応（例えば、酸化反応）が基板表面上で発生することを防ぐ役割をする水素ガスなど固有の反応気体であってもよい。
【００２７】
本発明によれば、「反応スペース」という用語は、基板が配置される反応チャンバの部分と、気相反応物が、反応チャンバと連通する気体流入／流出チャネルだけでなく薄膜を成長させるために基板と反応させることを許容された部分の両方を含み、前記チャネルは、（流入チャネル経由で）反応チャンバ内に反応物を導入したり、（流出チャネルを介して）反応チャンバから薄膜成長プロセスおよび過剰反応物の気体反応生成物を除去（排出）する役割をすることを特徴とする。本実施例の構成によると、流入および流出チャネルそれぞれの数は、１からそれ以上の数に変更し得る。これらのチャネルは、基板の反対側の端部に配置してもよいので、これによって、各反応基に対応する流出オリフィスが、その他の基の流入マニホールドの端部に配置され、そこから、気体分離プレートによって有利に分離される。これらの気体は、反対方向から交互に基板上に供給してもよい。この方法で、基板の流入端部における実際の強い膜成長を補うことが可能である。また、このような構成の流出チャンネルからの排気吸入は、交互に発生しなければならない。
【００２８】
気体供給入口開口部は、曲線ライン沿い、例えば、処理される円形基板の半径より幾分大きい曲率半径を有するライン沿いに配置することができる。この配置によって、基板に長い間均一な気体を向けることが可能になる。
【００２９】
本明細書では、「基板表面」という用語は、反応チャンバ内に流れる気相反応物が主に衝突する基板の上部表面を示すのに使用される。実際、前記基板は、薄膜成長プロセスの第１周期（サイクル）では、例えば、ガラスまたはシリコンウエハなどの基板の表面によって構成され、第２周期では、この基板表面は、第１周期で形成された層であり、反応物同士の反応によって蒸着し基板に付着した固体状態の反応生成物を含む層によって構成される。
【００３０】
本発明によれば、反応器チャンバは、真空容器など耐空気および耐気体密閉された状態で結合される。このような反応チャンバは、例えば、少なくとも２つの部分からなり、その内の少なくとも１つは、反応チャンバの残部に対して可動であると共に、反応チャンバの残部に対して密閉可能なように適合され、基板を反応チャンバ内外でローディングおよびアンローディングできる。この部分は、互いに（１つまたは両方に）対して可動であり、１つは、水平方向（基板の横平面に垂直な方向）に、もう１つは、垂直方向（横方向）に、あるいは両方が垂直方向（横方向）に可動である。反応チャンバの部分は、第２チャンバ内に封入され、基板の処理中ならびにローディング時およびアンローディング時の両方において真空容器を備えるのが好ましい。このようにして、基板の二重封入が構成される。
【００３１】
好ましい一実施例によれば、反応チャンバは、２つの部分を備え、その内の１つは、前記真空容器に対して動かないように取り付けられる一方、もう一方は、可動な設計とする。可動部分の移送は、横方向、即ち、基板平面に平行な方向、あるいは、固定ベース部分の平面（したがって、基板の平面に）垂直な方向に発生させることができる。この移送動作は、横方向および垂直方向の両方に発生してもよい。この基板は、可動部分または固定ベース部分の上に取り付け可能とし、場合によっては両方に部分でも取り付け可能とするように適合させることができる。
【００３２】
可動部分が、固定ベース部分に向かって直角に移送可能なような設計の一実施例において、前記固定部分は、その縁部を取り囲むラベット（ｒａｂｂｅｔ，切込み）を備える一方、可動部分は、固定ベース部分に対して密閉を行うためにラベット形状に従う形状の外側縁部を備える。
【００３３】
本発明による構成は、いくつかの特別に有利な実施例の形態で実施することができる。したがって、本発明の第１の好ましい実施例において、反応器チャンバは、コールドウォール真空反応器の内部にフィンランド国特許第９７，７３０号に開示されたやり方で配置される。本明細書において、「コールドウォール」反応器という言葉は、反応スペース、および真空容器内部に適合された、起こり得る反応物ソースがそれぞれ別々に加熱される装置を説明するために使用される。この加熱システムは、第１の温度均等化ジャケットまたはプレートを備えた反応器（またはソース）に対面する一側部と、別の温度均等化ジャケットまたはプレートを持つ真空容器に対面するもう１つの側部とを有するカバー内に装置の各ユニットを取り囲むことによって実施することができる。したがって、前記第１および前記第２のジャケットの間に、前記温度均等化ジャケットの表面を加熱するのに適切な加熱手段が適用される。このような加熱手段は、チューブ状の抵抗要素または平面状ヒータを備えてもよい。反応スペースおよび材料ソースを取り囲むカバーのエンベロープ（外層）は、ステンレス鋼材、チタンまたはアルミニウム、または適切な金属合金または純金属などの金属から最も有利に作成される。反応スペースと、反応物ソースとの間に適合され、互いに熱的に絶縁した状態に維持すると同時に真空容器からも絶縁した状態に維持するようにして、真空容器の内部温度は、ソースおよび反応スペースの温度とは別個に制御することができる。結果的に、真空容器温度は、反応スペースの温度よりも実質上低く維持することができる。例示実施例についての以下の記載から明らかなように、真空容器の内部へ反応物ソースを適合させる必要なしでコールドウォール反応器を構成することもできる。
【００３４】
行われる反応の種類によっては、コールドウォール真空容器は、別の種類の耐気体容器（ガス漏れしない容器）に置換してもよい。これは、反応温度が摂氏約２００度（２００℃）を下回る状況の場合には特に言える。本発明の明細書において、ここで議論する構造は、通常、「耐圧容器」または「真空容器」という名前で呼ばれ、前記用語は、いわゆる「真空容器群」も含む。薄膜の成長が、大気圧または僅かな過剰圧の下で行うことができる一方、部分真空での動作により、とりわけ、反応物および排出（パージ）ガスの純度に対して一定の利点を有する。
【００３５】
最も有利なのは、反応器チャンバのベース部分が、真空容器の壁に支持されて、支持手段の中心軸が基板の中点と一致するようにしている点である。この配置により、反応器チャンバが閉まっているときに熱源の機械的変形が、基板の非常に重要な位置決めに悪影響を及ぼすのを防いでいる。この熱的に誘因された変形の影響を最小限にするためには、耐圧容器の（単一および）同じ壁を介して反応物供給チャネルおよび反応生成物排出チャネルを通すことにもまた有利である。可動部分が、輸送ロッドによって支持されて移送された縦方向に可動なプレートを備えるとき、前記ロッドは、有利には、気体チャネルによって貫通されるのと同じ壁を通じて真空容器の外側に延長されている。この輸送ロッドは、手動またはアクチュエータ駆動による手段によって可動されることができる。
【００３６】
位置決め配置に関する熱膨張の影響は、例えば、フレキシブルラインの支援によって解消することができる。
【００３７】
更にまた、ベース部分は、真空容器壁の一部を構成するようになすことができる。
【００３８】
本発明のもう１つの好ましい実施例によれば、反応器の固定ベース部分および／またはその可動部分は、加熱手段を備え、それによって、その絶縁は、必要に応じて、例えば、反射シールドまたは活性熱絶縁要素によって達成することができる。このような加熱手段の詳細に関しては、引用したフィンランド国特許第９７，７３０号を参照されたい。しかし、ここでは、一般的に「活性熱絶縁要素」と呼ばれる手段は、通常、冷却手段と、反射シールドとを有すると言及するのが適切である。このため、２つの加熱スポット間において、前記加熱スポットの低温側よりも低い温度に冷却された区域を確定することが可能である。通常、熱放射反射が加熱手段周辺を取り囲み、それによって、エンベロープの数は少なくとも１つになるだけでなく、より多数のエンベロープが同心的に取り囲む方式で使用してもよい。このソースは、冷却手段によって更に取り囲まれるので、上述した冷却区域ができる。これは、ソースが、真空容器の内側に適合される場合に必要である。この冷却システムは、例えば、水の循環に基づいてもよい。真空容器の壁に、同様の冷却システムを構成してもよい。
【００３９】
可動部分の密閉（即ち、反応チャンバ構造の密閉）は、例えば、その処理の制限内および温度内で可能であればエラストマーシールによって達成することができる。一方、この密閉処理は、例えば、真空ポンプアウト溝密閉構成を使用してなされねばならない。真空ポンプアウト溝の密閉効果は、溝に保護気体を供給することにより増大する。この種の真空ポンプアウト溝による密閉は、例えば、プレート縁部に近接した容器の平面構造要素の表面上で、このプレートの縁部輪郭に近接したループ通路としての形状を有する溝を加工することによって実施することができ、これによりいかなる漏れも遠ざけて吸入することが可能になる。この真空ポンプアウト溝は、真空下に維持される排出チャネルに連結される。真空ポンプアウト溝は、反応器の外部から反応スペース内への汚染の接近を防止したり、流入反応物が反応スペースの外側に逃げるのを防ぐのに役立つ。真空ポンプアウト溝内を通過する密閉フローは、気体の流れに対する最も厳しい圧縮が真空吸入チャネルに近接した基板の終端付近に配置された場合に、最大に有効な機能を提供する。
【００４０】
有利には、反応チャンバの反対側に噛み合う部分の縁部は、プレートの平面に対して直角に切断されたノッチを備え、プレートを通過して延伸するので、反応チャンバ構造が完全に閉まっているときでも反応スペースの気体チャネルを形成する。
【００４１】
この反応チャンバは、複数の基板を収容するような形状にすることができる。したがって、この反応チャンバは、支持構造を備えてもよく、支持構造上では、両方の基板上に同時に薄膜構造を蒸着させるために少なくとも２つの基板を設置することができる。一般的に、このような支持構造は、その上に基板を支持するために設けられたプラットホーム棚またはブラケットを有するラック、あるいは、積み重ね可能で、好ましくは相互に同じモジュラー要素からなるカセットユニットを備えてもよく、それにより、積み重ね可能な要素の少なくとも一部の内部スペースが形成され、それらのスペースが、基板を収容することができる。好ましくは、これらの要素は、基板用に設けられた支持ブラケットまたはプラットホームとなる。この支持構造は、反応器の固定ベース部分、あるいは、可動なベースプレート上に設置してもよい。
【００４２】
ラックは、開放または閉塞された構造のいずれかを有する。開放ラックにおいて、側部は、供給チャネルから基板、逆に基板から排出チャネルへの反応物ガスが自由に接近できるように開放された状態になっている。閉塞ラックにおいて、側部は、部分的に閉塞され、それにより、基板に近接したラックの片側に設けられた供給開口部を介して反応物ガスの流れが発生する一方、もう片側は、排出開口部をそれぞれ備える。このようなラック構成は、基板を支持する役割をする棚プラットホームまたはブラケットで構成される基板ホルダを備える。このようなラック構成は棚プラットホームまたは基板を支持する役目をするブラケットからなる基板ホルダにより与えられる。後者の構成により、基板上の両側の蒸着も容易になる。基板支持が、棚プラットホームによって行われる場合、これらのプラットホームは、反応温度を安定化させる役割をする加熱手段を備えることができる。
【００４３】
棚構成を有する代わりに、反応チャンバは、ベースプレート上に積み重ねられた本質的に同様の（同じ）モジュラー要素で構成してもよく、それにより、スタック要素の適切な設計により、反応スペースを通過して流れる気体の流れを制限する機能を有する狭い通路が形成されるような凹みおよび溝を有する。この要素は、基板支持部として機能する表面と共に作成された凹みを有する。このような積み重ね可能なカセットパック構造の構成品は、ＡＬＥ成長プロセス中に使用された反応物に抵抗性のある物質から製造される。この点において、有利な物質としては、各種セラミックだけでなく、ガラスおよび珪化物ベースの組成物も挙げられる。各種金属合金だけでなく、同じ材料のグループが、ラックの製造にも適している。
【００４４】
必要な場合、処理装置の内部表面は、その上に、例えば、塩化アルミニウムおよび水など適切な出発物質からＡＬＣＶＤを使用して形成することができるＡｌ2Ｏ3層を蒸着させることによって不動態化してもよい。
【００４５】
複数の基板処理を適用する場合、反応物気体の入口および出口ライン（または供給ライン／ポンプライン）が、有利には、反応チャンバに永久的に連結される。更に、基板ラックまたはカセット構造は、有利には、反応チャンバ内に構成され、気体排出チャネルの端部は、できるだけ密閉した状態でラックまたはカセットの気体排出開口部に接触する。また、各基板は、反応スペース内の直立位置に構成してもよい。
【００４６】
本発明の第３の好ましい実施例によれば、可動部分は、基板持ち上げ手段を備え、その直立方向の動きにより、ロボットアーム上に基板の設置を容易に行えるようにする。このような基板持ち上げ手段は、例えば、基板支持表面上に作成された穴の中に挿入されたピンを備えることができ、支持表面に関して直角に釘を移動させるようにする。このピンは、ばねを備えていてもよく、それにより、これらのピンは、スタックされたパックが開かれたときに基板支持表面から離れて上方に自動的に基板を持ち上げることができる。このピンの上端部は、下向きに先細になった形状となる。また、支持表面の穴は、同様に、下向きに先細になった形状となっているため、基板が反応スペース内に設置されるとき、下向きの円錐形のピンが、シート穴に対して自動的に密封する原因となる。この構成は、反応物が、反応チャンバ内にとめどなく漏れるのを防ぐために最大限の耐性を得る役割を果たす。一方、反応チャンバ内の反応物は、正しくない時間で反応スペースに再び入る可能性があり、それにより、後続の反応物パルスの動作への妨害が発生する。その上、この反応物は、錆の元となる場合が多く、ローディングチャンバ側への接近が、処理に損害を与える場合がある。
【００４７】
密閉上の問題を克服するため、１つの出発物質基が、その上部側を介して反応スペース内に導入することができ、もう１つの物質基は、その底部側を介して導入することができる。ここで注意しなければならないことは、可動部分の移動が、主要な平面内、即ち、横方法で発生するように構成してもよいことである。ここでは、（カバーなど）可動部分は、ロボットアームの押し動作によって移送される。
【００４８】
有利には、気体入口および出口ラインは、中間スペースに対して密閉される。通常、ローディング／移送チャンバは、約１０-6バールから１０ミリバールまでの真空状態にされ、それぞれ、ＡＬＥ成長プロセスが、約０．１ミリバールから３０ミリバールまでの気圧で行われる。したがって、ＡＬＥ装置は、ローディング／アンローディングステップに引用された圧力の低い方に汲み上げねばならない。この段階を迅速化するため、反応器は、有利には、この目的のために特別に設計された別のポンプを備える。このようなポンプは、例えば、ターボ分子ポンプまたは各種クライオポンプ（ｃｒｙｏｐｕｍｐ）である可能性もある。
【００４９】
薄膜が、基板の表面以外の表面で誤って成長する可能性がある場合、反応器チャンバの温度の安定化は、反応器表面上で成長した膜のフレーキング（剥離）からリリース（放出）される汚染粒子の形成を低減させる一因となる。従来技術の実例において、フレーキングの発生主原因は、蓄積された薄膜および反応器チャンバ壁の物質の熱膨張係数の違いに起因する。
【００５０】
本発明の特性および利点は、添付された図面を参照した以下の詳細な説明からも理解される。
【００５１】
図１に、本発明による装置の上面図を示す。図中、真空容器は、符号１によって示される。反応物入口ラインは、符号６によって示される。真空容器の内部には、反応チャンバ２が適合され、それの固定ベース部分（後述）が、３つの支持部の上にある真空容器内に取り付けられる。基板の円形輪郭は、破線において概略図示される。図中の別の破線は、基板の中点を経由して通過する支持システムの中心軸を概略図示している。本明細書で先に記載した通り、この種の構成は、カセットパックを閉じる間の基板の位置に関する熱膨張移動の影響を防止することが可能になり、それによって、パックの可動部分は、常時、固定部分と正確に噛み合うので、反応スペースの耐圧（気密）を保証する。
【００５２】
図２および３に、本装置のより詳細な構造を示す。ここに図示される通り、真空容器１内に適合された反応チャンバ２は、積み重ねられた平面状の要素３のパックで形成された反応スペースを備える。平面状の要素３のセットは、トッププレート９と、ベースプレート１０と、加熱プレート２４と、を含んでいる（図３参照）。薄膜は、ＡＬＥ処理を使用して基板上に反応チャンバ内で成長される。符号４は、真空ポンプの吸入入口に導くラインへの反応チャンバの連結を示すが、前記ラインは、シール５によって反応チャンバの外部からの漏れに対して密閉されている。それぞれ、符号６は、気相反応物の入口ラインを示し、前記ラインは、反応物入口供給プレート７に連結されている。
【００５３】
図３に、起こりうる漏れを避ける吸入用のループ化真空ポンプアウト溝８を形成する技法を示す。真空ポンプアウト溝は、真空ポンプの吸入入口に導くライン４に連結される。真空ポンプアウト溝は、反応器の外部から反応スペース内への汚染の接近と、それとは逆に、反応スペースの外側に反応物が逃げるのを防ぐ役割をする。したがって、反応器の一種の耐気体シールとして機能する。
【００５４】
前記の通り、平面状の要素を互いに対して密閉する処理は、エラストマーシールを使用して実施することができる。しかし、平面状の要素同士の密閉用シールとして機能する直線平面状の表面を使用して充分な密閉度を得ることも可能である。
【００５５】
反応器スペースの上半分は、反応器チャンバトッププレート９を形成し、それぞれ、下半分は、ベースプレート１０からなる。このベースプレートは、支持部１１の上に取り付けられる。トッププレートと、ベースプレートとの間には、反応物の流れを互いに分離させる役割をするディバイダプレート１２が適合する。ベースプレートの底部側には、反応物流入分配プレート７が取り付けられ、この場合、気体の流れは、反応スペースに対して横方向に直線前方部に分割される。反応物供給および排出ライン６、４および反応チャンバ２は、縦軸沿いに狭い断面を有し、「平坦化された」気体フローパターンを達成し、反応スペースのサイズを最小限にするために、細長い形状になっている。
【００５６】
図３に図示される実施例において、異なった反応物質基の気相反応物パルスが、供給ライン６に交互に供給される。供給前に、反応物の濃度は、供給ライン６またはそれより前のラインにおける保護気体の流れによって略均一化される。供給ラインにおいて、平面状の平坦化されたフローパターンを有する各気相反応物パルスは、直線状の鈍い前方部にを介して伝播する。このフローパターンの幅は、基板のプラットホームの幅と等しく、例えば、５ｃｍないし５０ｃｍの範囲とすることができる。
【００５７】
この供給マニホールドにおいて伝播する流れは、供給チャネル１３の伝導性（コンダクタンス）が、毛細状のチャネル１４を介した伝導性よりも遥かに大きくなるようにその圧縮（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を介して反応スペースの寸法を決定することによって均一な前方部に供給される。反応チャンバ２の内部では、気体の流れを圧縮するように機能する狭い吸入スリット１５の効果によって流れが均一化される。実際の実験（希薄投量下での実験）において、気体フロー前方部は、非常に直線的であることが判明した。気体フロー前方部の横方向に関する均一な吸入は、気体分子が、最低圧力（最高の吸入力で発生）の方向に移動する傾向があるため一番重要で、これによって、気体フロー前方部の直線状の輪郭は、不均一な吸入に曝された場合、歪みが生じるようになる。一方、横方向に均一な吸入により、何らかの理由によって歪んだ気体フロー前方部を直線的にすることができる。
【００５８】
図３の実施例において、気体の流れは、基板以降のポイント１５だけでなく基板より前のポイント１６の両者に配置される圧縮機構を介して通過させる。この構成により、基板に対して極めて均一な流れを保証する。
【００５９】
反応チャンバ支持手段の中心軸は、基板１７の中心軸と一致するように適合される。この支持脚部１１は、調整用ねじ２９を備え、それによって、反応器チャンバの位置を真空容器に対して設定したり、固定したりすることができる。この構成は、基板の中心を動かないように維持し、前記中心から半径方向に外側に熱膨張変形を向けることを目的とする。この基板位置は、ロボットハンドリング手段の使用を許容するため、動かないように維持するのが重要であり、それにより、ロボットアームは、支持部の隙間に正確に基板を設置することができる。
【００６０】
図３に、反応チャンバ２が、その統合加熱プレート１９と共に可動ベースプレート１８を密閉可能に収容することができる装置の実施例を示す。この実施例において、反応チャンバの可動なベースは、基板ホルダとして機能する。この可動部分は、反応チャンバ縁部に対して、可動部分の縁部を密閉する傾斜縁の外形を有する。この傾斜縁部は、窒素排出用溝、密閉用溝または真空ポンプアウト溝として使用することができる溝または多数の溝を備える。ベースプレート１８の縁部は、ベースプレート１８上の基板の位置決めを案内する円錐形のピン３０を有してもよい。
【００６１】
基板持ち上げ手段２０の要素は、円錐形状によって可動なベースプレートに対して密閉されるので、この反応スペースは、反応チャンバの外部から隔離できるようになる。処理実行時、円錐形のピンは、ばね２１によってシート表面と同じ高さで撤収される。この円錐形のピン３０は、機械的に移送することができる支持プレート２２対して固定されるか、輸送ロッド２３を介してアクチュエータ手段によって固定される。
【００６２】
入口反応物気体パルスの均一な分散を提供するため、反応時の回転にベースプレート１８を適合させることが可能である。これは、実際には、基板持ち上げ手段２０が回転可能であることを意味する。
【００６３】
加熱プレート１９および２４の内部は、様々な異なったヒータ要素２５を備えることができる。この加熱プレート１９および２４は、反応チャンバのプレートに対して押されるので、効率的な熱変換を保証する。この反応チャンバの加熱は、積み重ねられた反応スペースパックについて、反射シールド２６、２７、２８を配置することで増大される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反応器の実施例の簡潔な構成の組立図の上面図である。
【図２】反応器の実施例の簡潔な構成の側面図である。
【図３】反応器の実施例の簡潔な構成の縦方向の側部断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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