(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置（１）であって、
−プロセス空間（２０２）と、
−前記基板処理装置の外部（２）の外部雰囲気の外部雰囲気圧とは異なるプロセス空間雰囲気圧に前記プロセス空間内のプロセス空間雰囲気を維持するように構成された圧力調節手段と、
−前記基板処理装置の前記外部（２）が前記プロセス空間（２０２）に開口連通して前記外部と前記プロセス空間との間での基板（１０）の交換が可能な通路（１０４）と、
−前記通路の少なくとも一部を通って延在する交換用流体の流れを生じさせるように、少なくとも１つの交換用流体注入点において交換用流体を前記通路（１０４）内に注入するように構成された交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）と、
を備え、前記流れは、
○前記外部雰囲気圧が前記プロセス空間雰囲気圧より大きい場合は、前記外部に向かい、
○前記外部雰囲気圧が前記プロセス空間雰囲気圧より小さい場合は、前記プロセス空間に向かい、
前記通路（１０４）は少なくとも通路上壁（１１０）と通路下壁（１２０）とに界接し、前記通路上壁および前記通路下壁の両方に少なくとも１つの交換用流体注入路（１１２，１２２）が設けられ、前記通路上壁（１１０）内の前記少なくとも１つの交換用流体注入路（１１２）は上側の交換用流体ベアリングをもたらすように構成され、前記通路下壁（１２０）内の前記少なくとも１つの交換用流体注入路（１２２）は下側の交換用流体ベアリングをもたらすように構成され、前記交換用流体ベアリングはその間に基板（１０）を浮動状態で支持して収容するように構成され、
前記交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）は、運転中、前記外部雰囲気圧と前記プロセス空間雰囲気圧との間の差による前記通路両端の逆方向の圧力差にも拘らず、前記通路内に延在する基板（１０）が交換用流体の流れの方向に加速されるような流量で、交換用流体を前記通路（１０４）に注入するように構成される、
装置。
【請求項２】
前記通路（１０４）は、前記少なくとも１つの注入点の下流に淀み領域（１０８）を備え、前記淀み領域は交換用流体排出路（１０６）に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
運転中、前記淀み領域（１０８）から排出された交換用流体が前記交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）に供給されて前記通路（１０４）に注入されるように、前記交換用流体排出路（１０６）は前記交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）に接続される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）は、前記通路内の前記交換用流体の流れが前記淀み領域（１０８）で淀むような流量で、前記交換用流体を前記通路（１０４）に注入するように構成される、請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）は、前記外部雰囲気圧と前記プロセス空間雰囲気圧のどちらか小さい方の圧力にほぼ等しい静圧で、前記交換用流体を注入するように構成される、請求項１乃至４の何れかに記載の装置。
【請求項６】
前記交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）は、前記外部雰囲気圧と前記プロセス空間雰囲気圧との間の絶対差にほぼ等しい動圧で、前記交換用流体を注入するように構成される、請求項１乃至５の何れかに記載の装置。
【請求項７】
前記通路（１０４）は通路方向（Ｐ）に延在し、前記交換用流体注入手段（１１４，１２４；１１２，１２２）は、前記通路方向にほぼ平行な層状の交換用流体の流れを生じさせるように構成される、請求項１乃至６の何れかに記載の装置。
【請求項８】
前記圧力調節手段は、外部雰囲気圧より大きいプロセス空間雰囲気圧を維持するように構成される、請求項１乃至７の何れかに記載の装置。
【請求項９】
−トンネル下壁（２２０）と、トンネル上壁（２１０）と、２つのトンネル側壁とを含むプロセストンネルであって、前記トンネル壁は、前記トンネル上壁および前記トンネル下壁に平行に向けられた少なくとも１つのほぼ平板状の基板（１０）を収容するように構成された、トンネル方向に延在する前記プロセス空間（２０２）の境界を一緒に画成する、プロセストンネルと、
−前記トンネル上壁内に設けられた第１の複数のガス注入路（２１２）および前記トンネル下壁内に設けられた第２の複数のガス注入路（２２２）であって、前記トンネル上壁内に設けられた前記ガス注入路は上側のガスベアリングをもたらすように構成され、前記トンネル下壁内に設けられた前記ガス注入路は下側のガスベアリングをもたらすように構成され、前記両ガスベアリングは前記基板（１０）をその間に浮動状態に支持して収容するように構成される、第１の複数のガス注入路（２１２）および第２の複数のガス注入路（２２２）と、
をさらに備える、請求項１乃至８の何れかに記載の装置。
【請求項１０】
−プロセス空間雰囲気圧のプロセス空間雰囲気を用意することと、
−前記プロセス空間雰囲気圧とは異なる外部雰囲気圧の外部雰囲気を用意することと、
−前記外部雰囲気が前記プロセス空間雰囲気に開口連通して前記外部雰囲気と前記プロセス空間雰囲気との間での基板の交換が可能である通路（１０４）を設けることと、
−前記通路の少なくとも一部を通って延在する交換用流体の流れを生じさせるように、少なくとも１つの交換用流体注入点において交換用流体を前記通路に注入することと、
を含む方法であって、前記流れは、
○前記外部雰囲気圧が前記プロセス空間雰囲気圧より大きい場合は、前記外部雰囲気に向かい、
○前記外部雰囲気圧が前記プロセス空間雰囲気圧より小さい場合は、前記プロセス空間雰囲気に向かい、
前記交換用流体は、上側の交換用流体ベアリングをもたらすように構成された通路上壁（１１０）内の少なくとも１つの交換用流体注入路（１１２）に注入され、また、前記交換用流体は、下側の交換用流体ベアリングをもたらすように構成された通路下壁（１２０）内の前記少なくとも１つの交換用流体注入路（１２２）に注入され、前記上側および下側の交換用流体ベアリングは、その間に基板（１０）を浮動状態で支持して収容するように構成され、
前記交換用流体は、前記外部雰囲気圧と前記プロセス空間雰囲気圧の間の差による前記通路の両端の逆方向の圧力差にも拘らず、前記通路内に延在する基板（１０）が前記交換用流体の前記流れの方向に加速されるような流量で、前記通路（１０４）に注入される、
方法。
【請求項１１】
前記交換用流体は、前記外部雰囲気圧と前記プロセス空間雰囲気圧のうちの小さい方の圧力にほぼ等しい静圧で、前記通路に注入される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記交換用流体は、前記外部雰囲気圧と前記プロセス空間雰囲気圧との間の絶対差にほぼ
等しい動圧で、注入される、請求項１０乃至１１の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理の分野に関し、特に、プロセス空間雰囲気を外部雰囲気から隔てながら、プロセス空間雰囲気と外部雰囲気との間での基板の交換を可能にする流体弁を構築する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置は、基板の挿入および取り出しが可能な気体雰囲気を運転中保持するプロセス空間を含みうる。プロセス空間雰囲気は、一般に、装置の外部雰囲気の特性とは異なる特性を有しうる。プロセス空間雰囲気は、例えば、化学組成、温度、および／または圧力が外部雰囲気とは異なりうる。
【０００３】
プロセス空間雰囲気が外部雰囲気の圧力とは異なる圧力に維持されている場合は、その間に開口接続部があれば、その開口接続部は雰囲気流体を圧力が高い方の雰囲気から圧力が低い方の雰囲気側に追いやろうとする圧力差にさられる。このような雰囲気流体の流れは、受入側雰囲気の汚染を招きうると共に、供給側雰囲気の枯渇を招く虞もありうる。さらに、開口接続部を介して外部とプロセス空間との間で交換されている基板も圧力差にさらされる。この圧力差が比較的小さいとしても、基板に対してかなりの影響を依然として有しうる。これが特に当てはまるのは、基板の質量が同様に小さく、基板が非接触で（すなわち、その動きを抑制する機械的接触なしに）扱われる場合である。
【０００４】
外部雰囲気とプロセス空間雰囲気との間での基板の交換を可能にしながら、外部雰囲気がプロセス空間雰囲気に混ざり合うことを防止するために、従来、外部はエアロックまたは同様の装置を介してプロセス空間に接続されうる。エアロックは、外部およびプロセス空間に選択的に連通させることが可能な中間空間をもたらしうる。したがって、外部とプロセス空間との間での基板の交換は、外部空間とプロセス空間とを互いに直接開口連通させずに、中間空間を介して行われうる。この中間空間を適切に与圧することによって、エアロックは基板を圧力差にさらすこと、すなわち、異なる端部を同時に異なる圧力にさらすこと、も防止しうる。ただし、エアロックおよび同様の装置は、動作が比較的緩慢であるという欠点を有する。この理由の一部はその機械的性質によるものであり、一部はその設計自体が外部とプロセス空間との間での基板の単一またはバッチ単位の交換を目的としているという事実による。この結果、エアロックの使用は、装置の処理能力への悪影響を伴いうる。すなわち、エアロックは、プロセス空間への基板の挿入および取り出し速度を制限しうる。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題の１つ以上を克服または軽減し、圧力が互いに異なる雰囲気を備えた外部とプロセス空間との間での基板の連続的交換を可能にする開口連通を外部とプロセス空間との間で可能にする装置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】
【０００６】
本発明の１つの態様は、基板処理装置に関する。本装置は、プロセス空間と、このプロセス空間内のプロセス空間雰囲気を基板処理装置の外側の外部雰囲気の外部雰囲気圧とは異なるプロセス空間雰囲気圧に維持するように構成された圧力調節手段とを備える。本装置は、基板処理装置の外部をプロセス空間に開口連通させて外部とプロセス空間との間での基板の交換を可能にする、通路方向に延在する通路をさらに備える。本装置は、この通路の少なくとも一部を通って延在する交換用流体の流れを生じさせるように、少なくとも１つの交換用流体注入点において交換用流体を通路に注入するように構成された交換用流体注入手段をさらに備える。前記流れは、外部雰囲気圧がプロセス空間雰囲気圧より大きい場合は、外部に向かい、外部雰囲気圧がプロセス空間雰囲気圧より小さい場合は、プロセス空間に向かう。
【０００７】
交換用流体注入手段は、交換用流体注入点に終端する交換用流体注入路を備えうる。交換用流体注入路の少なくとも下流部分、すなわち交換用流体注入点に隣接する交換用流体注入路の部分、は、通路に注入される交換用流体に圧力が高い方の雰囲気の方向への速度成分が与えられるように、通路方向に対して（好ましくは０〜４５度の範囲内の）鋭角を含みうる。
【０００８】
本発明の別の態様は、方法に関する。本方法は、プロセス空間雰囲気圧のプロセス空間雰囲気を用意することと、プロセス空間雰囲気圧とは異なる外部雰囲気圧の外部雰囲気を用意することとを含む。本方法は、外部雰囲気とプロセス空間雰囲気とを開口連通させて外部雰囲気とプロセス空間雰囲気との間での基板の交換を可能にする通路を設けることをさらに含む。本方法は、通路の少なくとも一部を通って延在する交換用流体の流れを生じさせるように、少なくとも１つの交換用流体注入点において交換用流体を前記通路に注入することをさらに含む。この流れは、外部雰囲気圧がプロセス空間雰囲気圧より大きい場合は、外部雰囲気に向かい、外部雰囲気圧がプロセス空間雰囲気圧より小さい場合は、プロセス空間雰囲気に向かう。
【０００９】
本発明は、外部雰囲気とプロセス空間雰囲気とを相互接続する通路を特徴とする。この通路は、運転中、機械的に「開口」されうるので、２つの雰囲気間での基板の自由な交換を可能にする。
【００１０】
雰囲気流体の流れが通路の両端の圧力差により、外部雰囲気からプロセス空間雰囲気側に、またはこの逆方向に、制御不能に追いやられることを防ぐために、交換用流体が通路に注入される。この注入は、圧力が高い方の雰囲気側に向かう交換用流体の流れを通路内の少なくとも一部に生じさせるように、行われる。例えば、プロセス空間雰囲気が外部雰囲気に対して過圧に維持されている場合は、交換用流体はプロセス空間側に流れるように通路に注入される。このように、交換用流体は通路の両端の圧力差とは逆に流される。注入された交換用流体が通路を通って流れるに伴い、その速度は徐々に低下し、その（静）圧が増し、最終的にその運動量を失う。このような淀みを所望される如何なる位置にでも発生させうる。例えば、そこから交換用流体を対応する雰囲気に拡散、または別様に排出、させうる通路の一端に近い位置で発生させうる。理解すべき点は、交換用流体の流れは通路の少なくとも一部分を占拠することによって、そこの圧力プロファイルを決定することである。交換用流体の注入時の流量などの注入パラメータを注意深く選択することによって、通路の両端の圧力差を通路内部の圧力プロファイルによって部分的または完全に補償しうる／打ち消しうる。したがって、圧力が高い方の雰囲気の雰囲気流体が圧力が低い方の雰囲気側に流れるという自然な傾向が調節されうる。
【００１１】
交換用流体の流れは、通路の少なくとも一部における圧力プロファイルを決定するほか、通路を介して交換されている基板に対して牽引力をもたらす。基板に対する牽引力は、通路両端の圧力差とは逆に向かう。この結果、この牽引力は基板に対する圧力差の影響を軽減し、その影響を打ち消すか、またはその影響に打ち勝つことさえありうる。例えば、プロセス空間雰囲気が外部雰囲気に対して過圧に維持されている場合、通路内に静止している（しかしその両端はそれぞれの雰囲気中に突き出している）基板に対する正味牽引力は、基板の両端の圧力差が基板を外部に押し出しうる場合でも、プロセス空間側に向かいうる。したがって、この牽引力は、圧力が高い方のプロセスへの基板の挿入を容易にするために使用されうる。この目的または他の目的のための牽引力の使用について以下に説明する。
【００１２】
本文中に使用されている術語に関して、以下に留意されたい。用語「静圧」は、流体の熱力学的圧力を指す。すなわち、流体が動いている場合、その流体中の如何なる位置についてもその値は、その位置と共に動くことによって、すなわちその位置に対して「静的」であることによって、測定可能である。用語「動圧」および「淀み点圧」は、非圧縮性流体の流れについてのベルヌーイの式と関係があり、流れている流体中の運動エネルギーを流体の停止に伴う圧力上昇に変換することから生じる。非圧縮性の流れについては、動圧は静圧と淀み点圧との間の差に等しい。当該技術分野において、「動圧」は、特に圧縮性流れについて論じる際に、「衝撃圧」と称されることもある。ここでは、この概念に言及する際は、用語「動圧」のみを使用する。一方、淀み点圧は、流体流中の淀み点における静圧、すなわち、流体の速度がゼロである流体中の位置における圧力、である。
【００１３】
交換用流体は非圧縮性流体である必要はないが、交換用流体は多くの状況において良好な近似で非圧縮性流体に適用可能な規則に従いうる。したがって、本文では、交換用流体は、非圧縮性の流れという術語で扱われる。特に、非圧縮性の流れの淀み点圧と、静圧と、動圧との間の関係は、交換用流体についても当てはまると想定する。非圧縮性の流れの挙動についてのこの想定を維持できない状況においては、本文の術語は、当該技術分野において公知の圧縮性の流れの理論に用いられている対応する概念を指すと解釈されるものとする。
【００１４】
さらに、本文中では、用語「雰囲気」は、何れかの局所的流体、何れか所望の化学組成の、一般にはガス状の、塊または媒質を含むことを意図している。したがって、雰囲気という用語は、単に空気塊を指すとは解釈されないものとする。本文が雰囲気などの「圧力」に、「静的」または「動的」に関して特定せずに、言及している場合、本文は、一般には通路の対応する端部に隣接した位置における、静圧に言及している。用語「開口連通」は、機械的に閉鎖または密閉されていない何れかの接続を指す。「にほぼ等しい」という句は、定量的解釈が必要とされる箇所では、一般に、「明記された量に等しい／明記された量±２０％の範囲内である」と解釈されうる。
【００１５】
本発明の一詳細によると、通路は、少なくとも１つの注入点の下流に位置する淀み領域（または通路部分）を備えうる。この淀み領域は、交換用流体排出路にさらに接続されうる（例えば、交換用流体排出路の一端に設けられうる）。明確にするために、ここで「下流」とは、通路内の交換用流体の流れの方向を指していることに留意されたい。
【００１６】
この通路は、外部とプロセス空間との間に開口接続を形成する。この結果、通路内を移動中で十分な運動量を有する交換用流体の流れは、外部またはプロセス空間のどちらかより高い圧力を有する、ひいては流体の流れの目標方向を画定する、雰囲気内に押しやられてから停止する、または淀む。交換用流体の流れが外部雰囲気またはプロセス空間雰囲気内で淀むと、その後、交換用流体はそこで拡散することになる。これを問題にする必要はないにしても、交換用流体を外部雰囲気および／またはプロセス空間雰囲気から実質的に分離しておくことが望ましいこともある。この分離は、通路の一部分を淀み領域と指定し、この部分に交換用流体排出路を設けることによってもたらされうる。運転中、淀み領域は、交換用流体流が圧力が高い方の雰囲気に遭遇して少なくとも部分的に淀む位置のすぐ上流に形成されうる。この淀み領域における交換用流体の（淀みが発生した位置の上流への後退を伴う）蓄積を防止するために、交換用流体排出路が設けられる。この排出路は、交換用流体を淀み領域から適した場所に排出するように構成される。
【００１７】
本発明の１つの実施形態によると、運転中、淀み領域から排出された交換用流体が交換用流体注入手段に供給されて通路に注入されるように、交換用流体排出路は交換用流体注入手段に接続されうる。
【００１８】
交換用流体を次のように循環させうる。すなわち、交換用流体注入手段が交換用流体を通路に注入した後、交換用流体は淀み領域に流れてそこで淀み、その後にそこから交換用流体排出路を介して排出され、交換用流体注入手段に戻る。本発明の一部の実施形態においては、特に空気を交換用流体として用いる実施形態においては、交換用流体の循環路は外部雰囲気を含みうる。例えば、交換用流体排出路は、外部に開口連通して交換用流体を淀み領域から外部に排出するように構成されうる。一方、交換用流体注入手段は、交換用流体を外部から引き込むように構成されうる。このような空気を用いた実施形態は、選択された交換用流体を移送するための精密に密閉された循環路を不要にする。
【００１９】
別の詳細によると、交換用流体注入手段は、通路を通る交換用流体の流れが淀み領域で淀むような流量で交換用流体を通路に注入するように構成されうる。
【００２０】
交換用流体の流れが淀む場所は、通路に注入される交換用流体の流量を選択することによって決定されうる。一般に、注入流量が大きいほど、淀み位置はより下流に生じる。この流量は、交換用流体の流れが淀み領域で淀むように選択されうる。その場合、淀み領域における圧力は、外部雰囲気圧とプロセス空間雰囲気圧のうちの大きい方の圧力にほぼ等しい淀み点圧で安定する。これにより、圧力が高い方の雰囲気から通路を封鎖する動的な流体弁として淀み領域を機能させることができる。
【００２１】
通路に注入される交換用流体の流量の選択により、注入直後の交換用流体の静圧および動圧が選択される。本発明の１つの実施形態において、交換用流体注入手段は、外部雰囲気圧とプロセス空間雰囲気圧のうちの小さい方の圧力にほぼ等しい静圧で交換用流体を注入するように構成されうる。別の実施形態において、交換用流体注入手段は、外部雰囲気圧とプロセス空間雰囲気圧との間の絶対差にほぼ等しい動圧で交換用流体を注入するように構成されうる。
【００２２】
静圧および動圧をこのように選択すると、交換用流体の流れと外部およびプロセス空間雰囲気との間の最適な分離を可能にしうる動的平衡が通路内にもたらされうる。注入点では静圧が優勢でありうるが、その後、交換用流体内の圧力は圧力が低い方の雰囲気の圧力にほぼ等しくなりうる。流体の流れが淀む場所においては、圧力が高い方の雰囲気にほぼ等しい淀み点圧を生じさせるように、流れの動力学的ポテンシャルが熱力学的圧力に変換されうる。したがって、通路の両端の圧力差は、通路内の交換用流体の流れによって平衡化されうる。これにより、隣接する両雰囲気からの流体は通路に実際にアクセスできなくなる。
【００２３】
本発明の別の詳細によると、通路は通路方向に延在しうる。また、交換用流体注入手段は、前記通路方向にほぼ平行な向きのほぼ層状の交換用流体の流れを生じさせるように構成されうる。
【００２４】
通路は基板の交換に用いられ、基板によっては壊れやすいものもありうるので、通路内部の流動様式は（乱流の対語としての）層流であることが好ましい場合もある。また、不平衡な流れ成分が基板を歪ませる、および／または基板を通路の境界壁側に押しやる、または境界壁に押し付ける、ことを防ぐように、交換用流体の流れは、好ましくは、通路方向に平行な方向、すなわち通路内の基板の搬送方向、に延在しうる。
【００２５】
本発明の一実施形態において、通路は少なくとも通路上壁および通路下壁に界接しうる。また、少なくとも１つの交換用流体注入路を通路上壁および通路下壁に設けうる。通路上壁内の少なくとも１つの交換用流体注入路は、上側の交換用流体ベアリングをもたらすように構成されうる一方で、通路下壁内の少なくとも１つの交換用流体注入点は、下側の交換用流体ベアリングをもたらすように構成されうる。これらの交換用流体ベアリングは、その間に基板を浮動状態で支持して収容するように構成されうる。したがって、通路は、外部とプロセス空間との間で基板を非接触で交換すると共に、基板と通路の何れの境界壁との機械的接触も防止するために基板の両面に対して緩衝体として働き、基板を両面で担持するように構成されうる。
【００２６】
本発明の上記および他の特徴および利点は、本発明を限定するためではなく例示することを目的とした添付図面と組み合わせて以下に記載の本発明の諸実施形態の詳細説明からより深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】基板交換区間（左側）とプロセストンネル（右側）とを備えた本発明による一例示的基板処理装置を長手方向断面図で模式的に示す。
【図２】交換区間の通路に注入される流体の気体容積流量と、交換区間から内側を見た、プロセストンネル空間内の圧力プロファイルとの間の関係を示す測定データを含むグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明による装置の構成を以下に概説する。その際、図１に示されている例示的実施形態に言及する。この実施形態は、浮動状態に支持された複数の半導体基板１０を処理するための空間分離による原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１として構成されている。図１は、交換区間１００とこれに接続されたプロセストンネル２００とを備えた例示的ＡＬＤ装置１の一部分の長手方向概略断面図である。
【００２９】
交換区間１００は、本体１０２を備えうる。本体１０２は、装置１の外部２がプロセス空間２０２に開口連通して外部２とプロセス空間２０２との間での基板１０、例えばシリコンウエハ、の交換が可能である通路１０４の少なくとも一部分を画成しうる。通路１０４は、通路方向Ｐに延在しうる。交換区間１００の本体１０２によって画成される通路１０４の部分は、通路上壁１１０と、通路下壁１２０と、２つの通路側壁（図示せず）とに界接しうる。通路上壁１１０と通路下壁１２０とは互いに平行に水平に向けられ、通路上壁１１０と通路下壁１２０とに平行な向けられた厚さが例えば０．１〜０．８ｍｍのほぼ平坦な、または平板状の、基板１０が通路上壁１１０と通路下壁１２０とに接触せずに通路１０４を通過しうるように、僅かに、例えば０．５〜１ｍｍ、離隔させうる。勿論、本体１０２によって画成される通路１０４の部分の正確な寸法は、一般に、装置１の種類およびその内部で処理される基板１０の種類に応じて異なりうる。例えば、シリコンウエハの代わりに厚さが４〜５ｍｍのガラス板を処理する場合は、通路上壁１１０と通路下壁１２０との間の間隙はこれより大きくなるであろう。
【００３０】
通路１０４内の交換用流体注入点に終端する少なくとも１つの交換用流体注入路１１２、１２２を通路上壁１１０および通路下壁１２０の両方に設けうる。通路１０４に注入される交換用流体に所望される方向への速度成分を与えるために、交換用流体注入路１１２、１２２、または少なくとも交換用流体注入点に隣接する部分、は、通路方向Ｐに対して適切な角度に向けられうる。例えば、図１の例示的実施形態では、プロセス空間２０２内の雰囲気は、外部２の雰囲気に対して過圧に維持されることになる。したがって、通路１０４に生じる交換用流体の流れは、プロセス空間２０２側、すなわち右側、に向かうことになる。そのため、注入される交換用流体に対して圧力が高い方の雰囲気、すなわちプロセス空間雰囲気、の方向への速度成分が与えられるように、交換用流体注入点に隣接する交換用流体注入路１１２、１２２の部分は、通路方向Ｐに対して鋭角、好ましくは０〜４５度の範囲内の角度、に向けられうる。
【００３１】
交換用流体注入路１１２、１２２の各々は、ポンプまたは質量流量制御装置などの交換用流体流供給手段１１４、１２４に接続されうる。交換用流体流供給手段１１４、１２４は、交換用流体の流れをそれぞれの交換用流体注入路１１２、１２２を介して選択された流量で供給するように構成されうる。このために、交換用流体流供給手段には、何れか適した方法で交換用流体が供給されうる。交換用流体は、例えば（図１実施形態のように）外部２の雰囲気から引き込んでもよく、または閉鎖型循環回路から受け入れてもよく、または（加圧）交換用流体貯留槽または容器から引き込まれてもよい。
【００３２】
交換区間１００の本体１０２とプロセストンネル２００の構造体との間に、鉛直に延在する間隙１０６が存在する。間隙１０６は、通路１０４と外部２との間に開口接続をもたらす交換用流体排出路を形成する。なお、分かり易くするために、図１の実施形態においては、通路１０４は交換区間１００の本体１０２を超えて延在している、すなわち、通路１０４は外部２（左側）から、交換区間１００の本体１０２を通って、さらに右側にプロセス空間２０２まで延在していることに注目されたい。交換用流体排出路１０６は、位置１０８において通路１０４につながる。この位置は、通路１０４と排出路１０６との交差点に位置すると言ってもよい。図１の実施形態において、位置１０８は、以下にその機能を明らかにする淀み領域として選択されうる。
【００３３】
本発明による装置１は、基板１０が、好ましくは基板列の一部として、その内部で直線的に搬送されうるプロセストンネル２００をさらに備えうる。すなわち、基板１０は、交換区間１００を通ってプロセストンネル２００に挿入され、図示の交換区間と同様の別の交換区間を備えうるプロセストンネルの出口まで一方向に搬送されれうる。あるいは、プロセストンネル２００はデッドエンドを有しうる。この場合、基板１０は図示されているプロセストンネル２００の交換区間１００からデッドエンドに向かい、再び交換区間１００に戻るという双方向運動を受けうる。このような代替の双方向システムは、比較的小さい設置面積の装置が望まれる場合に好適でありうる。プロセストンネル２００自体は直線状であってもよいが、必ずしもそうである必要はない。
【００３４】
プロセストンネル２００は４つの壁、すなわち上壁２１０と、下壁２２０と、２つの横壁または側壁（図示せず）、を備えうる。上壁２１０および下壁２２０は、水平に互いに平行に向けられてもよく、上壁２１０および下壁２２０に平行に向けられた、厚さが例えば０．１〜０．８ｍｍのほぼ平坦な、または平板状の、基板１０が上壁２１０および下壁２２０に接触せずにその間に収容されるように、僅かに、例えば０．５〜１ｍｍ、離隔されうる。両側壁は、ほぼ鉛直に互いに平行に向けられてもよく、上壁２１０と下壁２２０とをそれぞれの側面で相互に連結しうる。両側壁は、処理対象の基板１０の幅より若干大きな距離、例えば基板１０の幅プラス０．１〜３ｍｍ、だけ離隔されうる。したがって、プロセストンネル２００の各壁は、トンネルの長手方向に連続的に配置される１つ以上の基板１０を収容可能な、トンネルの長さ単位当たりの容積が比較的小さい細長いプロセストンネル空間２０２を画成し、その境界を定めうる。
【００３５】
トンネル上壁２１０およびトンネル下壁２２０の両方に、複数のガス注入路２１２、２２２が設けられうる。各壁２１０、２２０のガス注入路２１２、２２２は、そのうちの少なくともいくつかがトンネル２００の長さ全体に分散されるのであれば、所望どおりに配置されうる。ガス注入路２１２、２２２は、対応する壁２１０、２２０の内面全体にわたって、その長手方向および横断方向のどちらにも規則的にガス注入路が分散されるように、例えば、仮想的な矩形格子、例えば２５ｍｍ×２５ｍｍの格子、の各コーナーに配設されうる。
【００３６】
ガス注入路２１２、２２２は、好ましくは同じトンネル壁２１０、２２２内の、かつその長手方向位置が同じである、各ガス注入路が同じガスまたはガス混合物のガス源に接続されるように、複数のガス源に接続されうる。ＡＬＤ用の場合、下壁２１０および上壁２２０の少なくとも一方にある各ガス注入路２１２、２２２は、使用時に第１の前駆体ガスと、パージガスと、第２の前駆体ガスと、パージガスとをそれぞれ含む連続する（トンネル幅の）ガスゾーンを複数備えたプロセストンネルセグメント２０４を生じさせるように、トンネルの長手方向に見て、第１の前駆体ガス源と、パージガス源と、第２の前駆体ガス源と、パージガス源とに連続的に接続されうる。このような１つのトンネルセグメント２０４は、単一のＡＬＤ堆積サイクルに対応することを理解されたい。したがって、所望厚の薄膜の堆積を可能にするために、複数のトンネルセグメント２０４がプロセストンネル２００の長手方向に沿って順次配設されうる。プロセストンネル２００内のそれぞれのセグメント２０４は、前駆体の同じ組み合わせを含みうるが、必ずしもそうである必要はない。混合膜の堆積を可能にするために、例えば異なった構成の複数のセグメント２０４が使用されうる。
【００３７】
プロセストンネルの同じ長手方向位置を共有する、向かい合ったトンネル壁２１０、２２０内に配置された対向するガス注入路２１２、２２２を同じガス組成のガス源に接続するかどうかは、装置１の所望の構成により決まりうる。両面堆積、すなわちプロセストンネル２００内を通過する基板１０の上面１０ａおよび下面１０ｂの両方のＡＬＤ処理、が望まれる場合は、対向するガス注入路２１２、２２２を同じガス源に接続しうる。あるいは、片面のみの堆積、すなわち処理対象の基板１０の上面１０ａおよび下面１０ｂのどちらか一方のみのＡＬＤ処理、が望まれる場合は、処理対象の基板面に面したトンネル壁２１０、２２０のガス注入路２１２、２２２を反応性ガス源と不活性ガス源とに交互に接続し、もう一方のトンネル壁の全てのガス注入路を不活性ガス源に接続しうる。
【００３８】
図１の例示的実施形態においては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）原子層堆積サイクルを実施するために適した一連の同一トンネルセグメント２０４を形成するように、上壁２１０のガス注入路２１２はトリメチルアルミニウム（Ａｌ２（ＣＨ３）２、ＴＭＡ）源、窒素（Ｎ２）源、水（Ｈ２Ｏ）源、および窒素源に順次接続される。これに対して、トンネル下壁２２０のガス注入路２２２は全て窒素源に接続される。したがって、例示的装置１は、浮動状態で支持されて通過する基板１０の上面１０ａへの片面堆積を連携して行うように構成された上側の堆積用ガスベアリングと下側の非堆積用ガスベアリングとを維持するように構成される。
【００３９】
プロセストンネル２００の各側壁には、その長さ全体またはその一部に沿って、プロセスガスをプロセス空間から排出するように構成されたガス排出路が複数設けられうる。各ガス排出路は、プロセストンネルの外側に設けられたガス排出管路に接続され、このガス排出管路内に排出しうる。装置１がＡＬＤを実施するように構成される場合、排出ガスは大量の未反応前駆体を含有しうる。したがって、互いに異なる複数の反応性ガスゾーンに対応付けられた複数のガス排出路を同じガス排出管路に接続することは（偶発的な化学蒸着をもたらしうるため）望ましくないことがある。したがって、それぞれ異なる複数の前駆体のために複数の異なるガス排出管路が設けられうる。ガス注入路２１２、２２２が接続される各ガス源と各ガス排出路とは、プロセス空間２０２内の圧力を調節するために連携することを理解されるであろう。
【００４０】
装置１の全般的動作は、以下のように説明されうる。最初に交換区間１００について説明する。
【００４１】
使用時、通路上壁および通路下壁１１０、１２０の両方の交換用流体注入路１１２、１２２は交換用流体を通路１０４に注入する。図１の実施形態において、この交換用流体は、交換用流体流供給手段１１４、１２４によって外部雰囲気から引き込まれた空気である。
【００４２】
注入時の交換用流体の流量は、交換用流体の静圧が外部雰囲気の圧力にほぼ等しくなり、交換用流体の動圧が外部雰囲気の圧力とプロセス空間内の雰囲気の圧力との間の絶対差にほぼ等しくなるように、選択されうる。これは、交換用流体の淀み点圧がプロセス空間雰囲気の圧力にほぼ等しくなることを意味する。交換用流体は通路１０４に注入されると、プロセス空間２０２に向かって流れる。ただし、比較的狭い通路１０４を介してのプロセス空間２０２への進入は、プロセス空間２０２内の気圧によって妨げられる。この気圧は交換用流体の流れの淀み点圧に意図的に等しくされているため、交換用流体の流れはプロセス空間２０２への入り口にある位置１０８の辺りで淀む。交換用流体が連続的に注入され、かつ外部雰囲気と淀んだ交換用流体との間に圧力差があるため、交換用流体は必然的に交換用流体排出路１０６を介して、先にそこから引き込まれた外部２へと排出される。圧力平衡の結果として、淀み領域１０８とプロセス空間２０２との間では流体の交換が実質的に皆無であることを理解されたい。このように、プロセス空間２０２は、機械的な閉鎖手段を用いずに、外部２から実質的に密閉されるが、通路１０４を介した基板１０の交換は依然として可能である。
【００４３】
基板１０は、例えば、通路１０４を介してプロセス空間２０２に挿入されうる。基板１０が通路１０４内に移動されるに伴い、基板１０は上側および下側の交換用流体ベアリングの間に収容される。これらの流体ベアリングは、通路上壁１１０および通路下壁１２０の交換用流体注入路１１２、１２２を介してそれぞれ注入される交換用流体によってもたらされる。これらの流体ベアリングは、基板１０のための緩衝体として働き、基板１０の上側主面１０ａおよび下側主面１０ｂに対して牽引力をもたらし、これにより基板をプロセス空間２０２の方向に押しやる。
【００４４】
注入される交換用流体の淀み点圧がプロセス空間雰囲気の圧力とほぼ等しくなるように選択された場合、装置１の精密な構成およびその運転パラメータ、例えばプロセス空間雰囲気の圧力など、によっては、基板１０に働く牽引力が通路１０４の両端の圧力差の影響に打ち勝つほど十分ではない場合もありうる。すなわち、交換用流体の流れによって基板１０に働く牽引力は、圧力差の影響に打ち勝って内向きの正味の力、すなわちプロセス空間２０２に向かう力、を基板１０にもたらすには不十分な場合もありうる。このような場合は、トンネル２００内への基板１０の挿入をさらに容易にするように、通路１０４に注入される交換用流体の流量を増加することによって基板１０に対する内向きの牽引力を増大させうる。上記の平衡状態からの流量の増加は、恒久的である必要はなく、実際の交換時、例えば基板１０の挿入または抜き取り時、にのみ適用してもよい。
【００４５】
通路１０４に注入される交換用流体の流量の変化による効果を図２を参照して説明する。図２は、交換区間１０４の通路１０４に注入された交換用流体の気体容積流量と、交換区間１００から内側を見た、プロセストンネル空間２０２内の圧力プロファイルとの間の関係を示す測定データを含むグラフである。図２は、８つの異なる交換用流体注入流量を含む、１０の異なる状況についての圧力プロファイルを示している。各圧力プロファイルは、６つの圧力データ点を含む。この圧力データは、通路１０４またはプロセス空間２０２内に基板が皆無の状態で取得されたものである。
【００４６】
「空気弁開放」と示されている圧力プロファイルは、交換用流体が通路１０４内に注入されていない状況に該当する。外部２に対してプロセス空間２０２のバルク内の約３．４ｍｂａｒ（すなわち３４０Ｐａ）の過圧により、プロセス空間２０２からの雰囲気流体の流出が発生する。この流出は、圧力低下を当然伴う。雰囲気流体の流出は、「空気弁を機械的に閉鎖」と示されている圧力プロファイルによって示されているように、通路１０４を機械的に閉鎖することによって阻止されうる。通路１０４が機械的に閉鎖されると、プロセス空間２０２内の圧力はその長さ方向にほぼ一様になる。ただし、外部２とプロセス空間２０２との間の基板１０の交換は不可能である。
【００４７】
図２は、交換用流体が通路１０４内に１４５標準リットル／分（ｓｌｍ：ｓｔａｎｄａｒｄ  ｌｉｔｅｒｓ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）の流量で注入された場合は、雰囲気流体をプロセス空間２０２の外または内に追いやる圧力勾配がない平衡状態が存在することを示している。この流量において、交換用流体の淀み点圧は、プロセス空間雰囲気の圧力にほぼ等しい。流量１４５ｓｌｍでは、交換用流体の流れが通路１０４の内部に延在する基板１０に及ぼす牽引力は、基板に対して正味の内向きの力をもたらすには不十分であることが複数のテストにより示されている。
【００４８】
プロセス空間２０２内への基板１０の挿入を容易にするために、注入される交換用流体の流量を増加させうる。なお、この流量は交換用流体の淀み点圧に直接関連しうることに留意されたい。この理由は、注入時の交換用流体の流量は、良好な近似で、動圧の平方根に比例することが示されうるからである。したがって、交換用流体の注入流量の増加は、その淀み点圧の増大に対応する。
【００４９】
図２は、流量が１８５ｓｌｍ、２１０ｓｌｍ、２３０ｓｌｍ、および２６０ｓｌｍであれば、基板を内側に追いやるために十分な牽引力を基板に対して発生させることを示している。このような（平衡状態をもたらす１４５ｓｌｍからの）流量の増加は、プロセス空間２０２内への交換用流体の流入を伴う。すなわち、交換用流体の流れの淀み点はプロセス空間内にある。これを問題にする必要はない。図２から明らかなように、プロセス空間２０２に進入する交換用流体の影響は、基本的に、プロセストンネル２００内の最初の１メートルに限定される。この点に関して、プロセス空間２０２内の堆積プロセスへの干渉を回避するために、交換区間１００に隣接したプロセストンネル２００の最初の区間を、例えば挿入された基板１０の予熱、または処理が完了した基板１０の冷却、を目的とした、非堆積区間にしてもよい。
【００５０】
基板がプロセス空間２０２内に「牽引される」構成は、基板の挿入を大幅に容易にすることを理解されるであろう。この構成は、プロセストンネル２００内への基板１０の機械的押し込みを不要にするばかりでなく、基板がプロセストンネル２００内を通過しうる少なくとも初期速度にまで基板を加速する助けにもなる。同様に、プロセストンネル２００の一端／出口に設けられた交換区間１００を用いて基板１０を減速させうる。このような出口において、通路１０４の両端の差圧は、通常、基板１０をプロセス空間２０２から高速で押し出しうる。このような高速での押し出しは、圧力差の影響を都合よく軽減または平衡させる逆方向の牽引力を基板１０に加えることによって、防止可能である。圧力差によるプロセス空間２０２からの基板１０の「発射」を防止するには、基板１０の交換中、５０ｓｌｍおよび１００ｓｌｍなど、１４５ｓｌｍ未満の流量が回避されうることが好ましい。プロセストンネル２００の入り口における基板１０の「高速化」およびプロセストンネル２００の出口における基板１０の「低速化」は、どちらも「交換用流体の流れ方向への加速」と記述されうることを指摘しておく。したがって「加速」は、ニュートンの第２法則に従って、物体に働く正味の力の結果として物理的に解釈されるものとする。
【００５１】
完全を期すために、１標準リットル／分は、温度０℃および圧力１．０１３２５ｂａｒ／１気圧／１．０１３２５×１０５Ｐａにおける６０秒当たりの１ｄｍ３の流体の流れを指すことに留意されたい。
【００５２】
次に、プロセストンネル２００の動作に注目されたい。使用時、上壁２１０および下壁２２０内の両方のガス注入路２１２、２２２は、ガスをプロセストンネル空間２０２に注入する。各ガス注入路２１２、２２２は、接続先のガス源から供給されたガスを注入しうる。装置１は大気圧および非大気圧の両方で運転可能であるため、ガス注入は何れか適した圧力で行われうる。ただし、真空ポンプを不要にするため、かつ外部雰囲気からプロセス空間２０２内への流体の偶発的漏入を防止するために、プロセス空間は大気圧より僅かに高い圧力に維持されうることが好ましい。したがって、ガス注入は、大気圧より多少高い圧力、例えば１〜２ｍｂａｒ（すなわち１００〜２００Ｐａ）台の過圧で行われうる。これより低い圧力、例えば大気圧、が側壁に設けられたガス排出路内に維持されている場合は、トンネル空間２０２に注入されたガスは横方向に、すなわちプロセストンネルの長手方向を横切る方向に、当然流れることになる。
【００５３】
基板１０が上壁および下壁２１０、２２０の間にある場合、上壁２１０内のガス注入路２１２によってトンネル空間２０２内に注入されたガス（単数または複数）は、上側のガスベアリングをもたらすように、上壁と基板の上面１０ａとの間を横方向に流れうる。同様に、下壁２２０内のガス注入路２２２によってトンネル空間２０２内に注入されたガス（単数または複数）は、下壁と基板１０の下面１０ｂとの間を横方向に流れ、下側のガスベアリングを効果的にもたらす。下側および上側のガスベアリングは共に基板１０を取り囲み、基板１０を浮動状態で支持しうる。
【００５４】
基板１０上に膜を堆積させるために、基板をプロセストンネル空間２０２内で移動させうる。基板１０の移動は、接触法および非接触法の両方によって、何れか適した方法で行われうる。非接触法が好ましいが、その理由はとりわけ、基板駆動用の摩耗しうる機械部品は一般に装置設計を複雑化し、保守の必要性を増大させうるからである。基板１０を非接触式で前進させる方法として、注入されたガス流が搬送方向に接線成分を有するように搬送方向に対して斜めに配置されたガス注入路２１２、２２０を通して方向付けられたガス流による推進、電気力および／または磁力による推進、重力による推進（プロセストンネル２００全体を水平に対して傾けることによって行いうる）、および他の何れか適した方法が挙げられる。
【００５５】
基板１０を駆動するために選択される方法が何であろうと、適した基板搬送速度が確実にもたらされるように注意する必要がある。図１のＡＬＤ装置においては、基板１０の搬送速度は、基板の表面積の一区画が特定の前駆体ガスゾーンを通過するときに、その区画が前駆体に十分に長時間さらされて完全に飽和することを保証する速度であることが好ましい。前駆体ゾーンが長いほど、一般に搬送速度の高速化が可能であり、その逆も成り立つ。ただし、飽和時間は、使用される前駆体の性質に応じて、さらには対応するゾーンにおける前駆体の濃度に応じて、異なりうることに留意されたい。
【００５６】
基板１０が図１のプロセストンネル２０２内を移動するに伴い、その上面１０ａは順次配置された横方向のガスゾーンの各々に存在するガスに帯状にさらされる。各ゾーンの配置とそれぞれのガスとが適切に選択されていれば、１つのトンネルセグメント２０４の横断は、基板１０を１つの原子層堆積サイクルにかけることに相当しうる。トンネル２００は所望数のセグメント２０４を備えうるので、基板１０がトンネルを通過する間に任意の厚さの膜を基板１０上に成長させうる。プロセストンネル２００の直線性は、処理対象の基板１４０の連続流をさらに可能にし、これにより、かなりの処理能力を有する原子層堆積装置１を提供する。
【００５７】
部分的に添付図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を上で説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。当業者は図面、開示、および添付の特許請求の範囲を検討することにより、開示された実施形態の複数の変形例を理解し、特許請求された本発明の実施の際に実現可能である。本願明細書全体にわたって「１つの実施形態（”ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ”）」または「一実施形態（”ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ”）」への言及は、その実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本願明細書全体にわたってさまざまな箇所で出現する「１つの実施形態において」または「一実施形態において」という句は、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているとは限らない。さらに、１つ以上の実施形態の特定の特徴、構造、または特性は、明示的に記載されていない新しい実施形態を形成するために、何れか適した方法で組み合わせられうる。
【符号の説明】
【００５８】
１  基板処理装置
２  外部
１０  基板
１０ａ、ｂ  基板の上側主面（ａ）および下側主面（ｂ）
１００  交換区間
１０２  交換区間の本体
１０４  通路
１０６  交換用流体排出路
１０８  淀み領域
１１０  通路上壁
１１２  通路上壁内の交換用流体注入路
１１４  交換用流体流供給手段
１２０  通路下壁
１２２  通路下壁内の交換用流体注入路
１２４  交換用流体流供給手段
２００  プロセストンネル
２０２  プロセストンネル空間
２０４  プロセストンネルセグメント
２１０  トンネル上壁
２１２  トンネル上壁内のガス注入路
２２０  トンネル下壁
２２２  トンネル下壁内のガス注入路
Ｐ  通路方向
【図１】
0005857294.tif 000002
【図２】
0005857294.tif 000003