(57)【要約】反応性および不活性ガスの連続および交互の流れが、処理槽の周囲に位置する複数の複合ノズルから同軸状に取り付けられた回転する円筒形のサセプターへ向く、広範囲で高速の原子層化学蒸着処理のための装置および方法に関する。フレキシブル基板が同軸状のサセプター上に取り付けられる。一実施例において、処理反応装置は、円筒形のサセプターの回転軸に対し実質的に垂直に設けられた４つの複合インジェクターを有する。他の実施例において、サセプターの断面は、小表面上に取り付けられた複数の基板を有する多角形である。処理反応装置は、高速化学蒸着処理モードと同様の単一の原子層の精度で、多層のフレキシブルなまたは平面の基板を処理する働きをすることができる。本発明の原子層化学気相処理は、また、注入された反応性の化学的前駆体の未使用部分を下流で捕捉することを規定する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜処理装置であって：
外囲いおよび接続された排気サブシステムを有する外壁を備える処理槽と；
外壁の外囲いの周囲に間隔をあけて設けられた複数のインジェクションノズルであって、インジェクションノズルの各々が、槽の壁を貫通して槽の外部から槽の内部へ処理ガスを導入するとともに、注入されたガスを実質的に線形パターンに分布させる、複数のインジェクションノズルと；および
処理槽内の移送サブシステムであって、１つあるいはそれ以上の基板が、複数のインジェクションノズルに順番に近接して通過するとともに、移送サブシステムが動作している間順番の通過を繰り返すように、１つあるいはそれ以上の被覆すべき基板を搬送する、移送サブシステムと；
を備える薄膜処理装置。
【請求項２】
インジェクションノズルの各々が、独立したノズルを有する専用の排気装置を有し、動作中、過剰な注入ガスをそのノズルの近傍で除去する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
複数のインジェクションノズルが４の倍数であり、順番に、４つのノズルのセットからなる第１の態様は、第１の反応性ガスを注入して、化学吸着モノマーを形成するものであり、４つのノズルのセットからなる第２の態様は、第１の不活性ガスを注入して、第１の反応性ガスの残部を取り除くものであり、４つのノズルのセットからなる第３の態様は、第２の反応性ガスを注入して、化学吸着された第１の反応性ガスと化学的に反応して単層の膜を形成するものであり、４つのノズルのセットからなる第４の態様は、第２の不活性ガスを注入して、第２の反応性ガスの残部を取り除くものであり、基板の反復通路に順に接続した４つのノズルのセットが、単層の精度で基板上に膜を形成する原子層析出処理を実施する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
倍数は１であり、順に並ぶノズルの数は４である請求項３に記載の装置。
【請求項５】
槽が実質的に円形であり、外囲いが槽の直径であり、移送サブシステムが実質的に円形の槽内を回転するドラムを備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
基板がドラム上に巻き付けられたフレキシブルパネルであり、ドラムの高さとパネルの幅とが実質的に同一であり、ここにおいて、基板上の地点をインジェクションの線形パターンに対し実質的に直角に運ぶドラムの回転によって、複数のノズルの各々が直線上に実質的に基板の幅に広がる請求項５に記載の装置。
【請求項７】
槽が前面および背面の実質的に平坦な壁部と円形の端部とを有し、移送システムが共通の角速度で回転する実質的に同じ直径の２つのドラムを備える請求項１に記載の装置。
【請求項８】
基板が連続ループで２つのドラムの周りを通過するフレキシブルパネルであり、ここにおいて、基板上の地点をインジェクションの線形パターンに対し実質的に直角に運ぶドラムの回転によって、複数のノズルの各々が直線上に実質的に基板の幅に広がる請求項７に記載の装置。
【請求項９】
槽が実質的に円形であり、外囲いが槽の直径であり、移送サブシステムが実質的に円形の槽内で回転する多角形断面のドラムを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
多角形断面のドラムの平坦部が各平坦基板を搬送する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
薄膜を処理するための方法であって：
（ａ）排気サブシステムに接続された処理槽の外壁の外囲いの周囲に間隔をあけて設けられた複数のインジェクションノズルであって、インジェクションノズルの各々が、槽の壁を貫通して槽の外部から槽の内部へ処理ガスを導入するとともに、注入されたガスを実質的に線形パターンに分布させる、複数のインジェクションノズルを搭載するステップと；
（ｂ）処理槽内において移送サブシステム上に被覆すべき少なくとも１つの基板を、１つあるいはそれ以上の基板が、複数のインジェクションノズルに順番に近接して通過するとともに、移送サブシステムが動作している間順番の通過を繰り返すように、搬送するように設けるステップと；
を備える薄膜を処理するための方法。
【請求項１２】
動作中、ノズルの中間近傍の各々のインジェクションノズルに専用の排気装置によって、過剰な注入ガスを排出するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
複数のインジェクションノズルが４の倍数であり、順番に、４つのノズルのセットからなる第１の態様は、第１の反応性ガスを注入して、化学吸着モノマーを形成するものであり、４つのノズルのセットからなる第２の態様は、第１の不活性ガスを注入して、第１の反応性ガスの残部を取り除くものであり、４つのノズルのセットからなる第３の態様は、第２の反応性ガスを注入して、化学吸着された第１の反応性ガスと化学的に反応して単層の膜を形成するものであり、４つのノズルのセットからなる第４の態様は、第２の不活性ガスを注入して、第２の反応性ガスの残部を取り除くものであり、基板の反復通路に順に接続した４つのノズルのセットが、単層の精度で基板上に膜を形成する原子層析出処理を実施する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
倍数は１であり、順に並ぶノズルの数は４である請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
槽が実質的に円形であり、外囲いが槽の直径であり、移送サブシステムが実質的に円形の槽内を回転するドラムを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
基板がドラム上に巻き付けられたフレキシブルパネルであり、ドラムの高さとパネルの幅とが実質的に同一であり、ここにおいて、基板上の地点をインジェクションの線形パターンに対し実質的に直角に運ぶドラムの回転によって、複数のノズルの各々が直線上に実質的に基板の幅に広がる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
槽が前面および背面の実質的に平坦な壁部と円形の端部とを有し、移送システムが共通の角速度で回転する実質的に同じ直径の２つのドラムを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
基板が連続ループで２つのドラムの周りを通過するフレキシブルパネルであり、ここにおいて、基板上の地点をインジェクションの線形パターンに対し実質的に直角に運ぶドラムの回転によって、複数のノズルの各々が直線上に実質的に基板の幅に広がる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
槽が実質的に円形であり、外囲いが槽の直径であり、移送サブシステムが実質的に円形の槽内で回転する多角形断面のドラムを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
多角形断面のドラムの平坦部が各平坦基板を搬送する請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、ここに参照することによって組み込まれる、２００５年２月２６日に出願された米国仮出願Ｎｏ．６０／６５６７７２の効果をクレームする。
発明の技術分野
本発明は、１原子層の精度で種々の材料の多層薄膜の化学蒸着相処理のための装置および方法の分野に関する。特に、本発明は、その他の応用の中で、半導体装置、大面積薄膜太陽光電池、フレキシブルディスプレイ、および、燃料電池のための触媒電極を製造するための、高速でフレキシブル基板上に１原子層の精度で多層薄膜を処理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜処理は、マイクロ電子装置、光電子装置および光素子、薄膜太陽光電池、光学的被覆などの種々の先進装置の製造において重要な部分を形成する。これら全ての応用において、処理の高速度に加えて常に広範囲の処理均一性が得られることが、経済性を達成するために重要である。化学的気相成長法（ＣＶＤ）および物理的気相成長法（ＰＶＤ）のような薄膜堆積の種々の技術が、現在、金属、半導体および絶縁体の薄膜を堆積するために、産業において用いられている。これらのおよびこれらが結びついた薄膜堆積のための技術は、フラックスに依存するため、装置の設計およびその動作および高コストにおける重要な課題とともに、基板の広範囲にわたりより望ましい薄膜の均一性を提供することができる。これらの技術は、数十ｎｍ／ｍｉｎから数百ｎｍ／ｍｉｎまでの範囲の高速で薄膜を析出することができるが、明白な欠点は、狭くてサブミクロンの形態で、高品質で正角の薄膜を析出できないとともに、基板領域の拡大とともに達成することが難しい、膜厚の均一性を有する膜を析出できないことである。
【０００３】
一般的な薄膜析出技術におけるこれらの欠点は、先行技術として原子層析出として知られている、あるいは、１９７０年代の半ばに発明されたが近年までマイクロ電子工学装置の製造に適用されなかったＡＬＤとして簡単に知られている、薄膜析出処理に対する近年の技術によって大部分は除かれている。ＡＬＤはＣＶＤの変形例である。化学吸着のよく知られた原理に基づく、ＡＬＤ処理は、反応性ガス分子の強固に接着した単分子層を形成し、そのため、自己制御性であり、また、基板の面積とは独立である。また、ＡＬＤ薄膜は、概して、基板表面の形態において深くてサブミクロンの形態においてさえも、正角である。これらは、種々の先進装置処理にとって、非常に強力でかつより人気のある特性である。典型的なＡＬＤ処理において、反応性ガスの過剰な物理吸着ガス分子および官能性副生産物は、基板近傍からの不活性ガスのパルスによって吹き飛ばされる。すべてのガスは連続して注入された基板表面全体に広がり、析出すべき薄膜の単分子層を形成する。基板は、必要な反応エネルギーにより、適切に加熱されるかあるいは他の方法で供給され、化学吸着のすべての反応および製品としての薄膜を形成する化学反応に影響を与える。ＡＬＤ処理は、通常、２つの不活性ガスパルスを含む４つのパルスで構成される。４つのガスパルスの全体としての処理シーケンスは繰り返され、単一層の精度で周期的に望ましい膜厚を構築する。通常のＡＬＤ処理は、以下の方程式１に示される一般的な化学反応によって、概要が示される。
【０００４】
【化１】
2009531535.tif 000002
【０００５】
ＡＬＤ処理において、上記方程式（１）中に記載された反応における不活性ガスＰの第２のパルスは、基板表面上のＡｘ２型物質化学吸着単一層を造ることに関与し、さらに次に、単一層ＡＢを形成するために反応性ガス物質Ｂｙ２と反応する。不活性ガスＰの第４パルスは、反応副生成物ｘｙおよびＢｙ２の過剰分を除去する。方程式（１）で記載した反応中における不活性ガスのパルスは、基板表面からの反応物質Ａｘ２の過剰分を除去するために、処理槽の簡単な排気と置き換えることができるが、不活性ガスの衝突は、モーメントを与えることによって基板近傍から過剰な反応性ガスＡｘ２（またＢｙ２および全体の化学反応−ｘｙの副生産物）を除去する効率を改良する。また、不活性ガスはすべての化学反応に積極的に関与しない。
【０００６】
ＡＬＤ処理を実施するさらに他の方法は、槽内の不活性ガスの一定の流れを維持し、十分な時間間隔で反応性ガスパルスを散在させることである。同時に、第２パルスまたは第４パルスまたは不活性ガスの両者の除去（または、不活性ガスパルスの代わりに用いられる単なる排気ステップ）は、全体の反応メカニズムを、ＡＬＤ型から高速ＣＶＤ型に変換する。しかしながら、原子層の析出は、その始まりから一般的であり、その後も受け入れられている。ＡＬＤ処理の原理および基本的な処理装置のハードウェアは、参照として本発明明細書に含まれている、Suntola et al.による米国特許Ｎｏ．４，０５８，４３０に記載されている。
【０００７】
実際に、典型的なＡＬＤ処理は、ＡＬＤ処理が１つのＡＬＤ処理サイクルを完了するためにかかる時間に依存しているため、従来のＣＶＤ処理と比較して、非常に遅い。一方、ＡＬＤにおけるサイクル時間は、速いスイッチングバルブなどのハードウェアおよびガスパルス化メカニズムの駆動スピードに加えて、ＡＬＤ反応装置内のガス滞留時間（および非乱流ガス流れ）に依存しており、それらの効率、信頼性および耐用寿命は重要なファクターである。１平方メートル程度の大きい基板に対し、反応装置の容量、動作圧力およびガス流速に依存する、ＡＬＤの実際的な応用は、数十ナノメーターまたはそれ以下の大変薄い膜に限定される。この状態は、バッチ処理を用いることによって、部分的に改善することができる。しかしながら、バッチ処理は、基板背面への析出、比例的に大きい容積および基板の装着／脱着時間などの種々のファクターのため、望ましくない。そのため、業界動向は、より小さい容積で、単一基板またはミニバッチ（１バッチ４−５枚の基板）のＡＬＤ処理装置を支持している。そのため、効率的なＡＬＤ反応装置の動作に対し、要求された応用に対する最大限の解決に達するように、すべてのファクターおよびＡＬＤサイクル時間におけるインパクトの良い点と悪い点とを比較することによって、思慮深い選択がなされる。
【０００８】
基板上の背面析出を阻止できる複数ウェハーバッチ処理装置は、シリコンのエピタキシャル薄膜やＧａＡｓなどの化合物半導体薄膜の分野で普及している。この目的のためも最も成功した反応装置の構成の１つは、複数の基板が台形の固体サセプターの面上に搭載される、バレル型反応装置である。サセプターは、外部ランプのような手段または誘導加熱構成によって、加熱される。反応性ガスは、通常、上部から導入され、バレルの底部から排出される前に基板上を流れ、一方、固体サセプター上に搭載された基板は、バレル内においてサセプターの垂直な軸の周りを回転する。複数枚ウェハーバレル型ＣＶＤ反応装置の構成は、水平ＣＶＤ反応装置が９０°回転するとともに中心軸の周りに複数設けられた、最も一般的な水平ＣＶＤ反応装置の構成の単なる延長にすぎない。これらの反応装置の構成のいずれもが、参考として本明細書中に含まれる、薄膜処理（ＩＩ）、２９６−２９９頁、Jensen and Kern；J.L Vossen and W. Kern (eds.)、アカデミックプレス、ニューヨーク、１９９１に記載されている。バレル型ＣＶＤ反応装置の構成は、小面積基板では有用であるが、実質的に基板表面に対して平行（縦方向）である、不活性ガスの流れメカニズムのため、不十分であると考えられている。この流れの構成は、より長い通路長そのためより長いサイクル時間に続く。そのため、ＣＶＤ型の処理が最も適切である。米国特許Ｎｏ．５，４５８，７２５号は、静止した多角形のサセプターに平行に配置された開口部をそれぞれが有する複数チューブの配置を開示しており、チューブからのガスは静止したサセプターと実質的に平行な方向に向き、サセプターに取り付けられた基板上に芸妓した粒子を減少させる。米国特許Ｎｏ．５，７１６，４８４号は、静止した多角形のサセプターの周りに設けられた各チューブの３つの側面上にそれぞれが開口部のセットを有する、複数垂直チューブの同様の構成を記載している。チューブからの流れは、バレルの内面の掃除するのみならず静止したサセプターに衝突して、バレル内に旋回流を発生させて、粒子を減少する。
【０００９】
種々のＡＬＤ反応装置の設計が導入され、ミニバッチ構成において基板の複数同時処理を行うことによって、全体のＡＬＤ処理を加速している。米国特許Ｎｏ．６，３０６，２１６号において、Kim et al.は複数基板の同時処理のためのＡＬＤ装置を記載している。近年、中心軸の周りに回転するとともに複数のインジェクターからのガスの流れにさらされる、複数の線形インジェクターを有する複数ウェハー連続流れＡＬＤ反応装置の構成が、米国特許Ｎｏ．６，８２１，５６３号および米国特許Ｎｏ．６，５７６，０６２号、また、米国特許Ｎｏ．６，６３４，３１４号において記載されている。これらすべてのミニバッチＡＬＤ反応装置において、複数の基板は、回転中線形インジェクターによりスキャンされる水平面上で回転するプラットホーム上に位置される。連続流れ複数枚ＡＬＤ反応装置の構成は、結果をApplied Physics Letter, Volume 62, No. 19, １９９３年５月１０日に出版された、２．０ミクロン／時間（〜３０ｎｍ／ｍｉｎ）の析出速度で動作するＧａＡｓ原子層エピタキシープロセスのための、Bedair et al.によって記載されている。このＡＬＤ反応装置の構成において、複数の基板は、水平面上で回転するサセプター上に位置し、石英の分離板により６つの同じ大きさの区画に分割された円形状の槽内に同軸状に搭載されている。槽には、２つの反応物資値入口および不活性ガス入口を供給している。回転するサセプター上の複数の四角形形状の基板は、反応物質および不活性がすに交互にさらされ、ＡＬＤサイクルを達成する。また、回転するプラテン上に搭載された線形インジェクターを有する複数ウェハーＡＬＤ反応装置の構成、および、ＧａＡｓ薄膜のための原子層エピタキシャル処理は、SPIE volume No. 1676, ２０頁(1992)のLiu et al.によって記載されている。水平コンベアベルトの構成の連続流れ薄膜ＣＶＤ処理のための外側排気ポート内に位置する複数の線形インジェクターを備える層流ブロックの使用は、米国特許Ｎｏ．５，６８３，５１６号および米国特許Ｎｏ．６，５２１，０４８号に記載されている。
【００１０】
連続流れＡＬＤ反応装置の構成は、潜在的に高いスループットおよび迅速なスイッチングバルブによるガスシーケンスの複雑な処理の除去といった、種々の効果を提供する。しかしながら、複数ウェハーＡＬＤ反応装置の構成によって達成さえる効果は、反応装置の容積が基板の全表面積と比例して増加するため、制限され、全体のＡＬＤサイクルおよび結果として起こる析出速度を示す。また、効果的なスループットに悪影響を与える、基板を装着および脱着するために要求される時間を考慮する必要がある。加えて、バッチＡＬＤ装置では、設置面積が収容すべき基板の数とともに増加し、このことが注意深く考慮する必要がある他のファクターとなる。さらにまた、そのような反応装置が収納できる基板は、しばしば、平坦なもののみである。
【００１１】
低い欠陥濃度および広範囲の均一性を有する薄膜を提供するＡＬＤ処理の本来の強さは、近年、薄膜太陽光電池における層の製造のために適用される。Guillemole et al.は、Japanese Journal of Applied Physics, vol. 40, pp.6065-6068 (2001)において、銅・インジウム・ジセレナイド（ＣＩＧＳ）太陽電池において１３．５％の効率を報告しており、そこにおいて、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）バッファ層はＡＬＤによって析出されている。Naghavi et al.は、Progress in Photovoltaics, Research & Development, vol. 11, pp.437-443 (2003)において、ＡＬＤによって堆積された硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）の３０ｎｍ厚のバッファ層を備える銅・インジウム・ジセレナイド太陽電池において１６．４％の効率を報告している。Ohtake et al.は、Japanese Journal of Applied Physics, vol. 34, pp.5949-5955 (1995)において、ＡＬＤによって、銅・インジウム・ジセレナイド太陽電池に対し１００ｎｍ厚のセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）バッファ層の析出を報告しており、その動作効率は１１％である。ＡＬＤの近年の応用では、多くのものが、太陽電池の効率をかなり上昇させることを目的に、主となる吸着層の製造を指向している。Johansson et al.は、Journal of Materials Chemistry, vol. 12, pp.1022-1026 (2002)において、Cu(thd)2[thd: 2, 2, 6, 6, - tetramethyl - 3, 5, heptanedione]およびＨ２Ｓを前駆物質として用いて、硫化銅を析出させるＡＬＤ処理を記載している。析出速度は１２５−１６０℃の温度範囲において約０．０３ｎｍ／サイクルである。近年、Nanu et al.は、Chemical Vapor Deposition, vol. 10, No. 1, pp.45-49 (2004)において、銅・インジウム・サルファイド（ＣｕＩｎＳ２）薄膜を堆積するＡＬＤ処理の結果を記載している。ＡＬＤ処理のために用いられた前駆物質は、塩化第１銅（ＣｕＣｌ）、三塩化インジウム（ＩｎＣｌ３）およびＨ２Ｓであり、基板は、ガラス、３５０−５００℃の温度範囲でのＡＬＤ処理による酸化スズ被覆ガラスおよびナノポーラスＴｉＯ２被覆ガラスである。８秒／サイクル以上の膜析出の速度は、しかしながら、約１ミクロン厚の吸着層を析出するための実際の使用に対しては幾分遅い。
【００１２】
近年になって、Roscheisen et al.は、米国特許出願Ｎｏ．２００５／０１８６３３８において、六角形のサセプターの周りにコイル状に巻かれたフレキシブル基板上での表面処理のためのＡＬＤ装置を記載している。米国特許出願Ｎｏ．２００５／０１８６３４２において、Sager et al.は、隣接するコイルの巻き線が互いに接触しないように、固定された六角形状のサセプターの周りにコイル状に巻かれた長くてフレキシブルな基板上に、銅・インジウム・ガリウム・セレナイド（ＣＩＧＳ）吸着層を析出するための装置およびＡＬＤ処理を記載している。反応性および不活性の全てのガスは、底部の共通入り口を介してＡＬＤ槽に注入される。そのようなＡＬＤシステムの構成の目的は、より小さい基板上のＡＬＤサイクルスピードを増加させる手段とは対照的に、ＡＬＤサイクル中の反応物質に利用可能な基板表面積を大規模に増やし、より高いスループットを達成することである。そのようなＡＬＤシステムは、しかしながら、より長い基板の装着／脱着時間、ガス注入に対する非フレキシブル性および数分の範囲におけるより長いサイクル時間をもたらす実質的に長いパルス幅に取り組まなければならない。ほぼミクロン厚さの太陽光吸着層に対して、そのような処理システムは完全に適切とはいえない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高い均一性、膜厚の精確性および制御性、および、全処理中の組成を有する種々の薄膜を処理するための、広い範囲、ＡＬＤおよび／またはＣＶＤモードにおけるかなり速いサイクルスピードを処理できる原子層化学気相処理装置、および、それを使用する方法が、大変望ましいことが明らかである。これらの目的を達成するユニークな装置および方法が、この明細書において実現できる詳細として教示される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来技術の記載を考慮して、本発明は、広範囲基板上の高速原子層処理装置の種々の構成およびそのような装置を駆動してフレキシブル基板上に複数層薄膜を析出させる方法を記載している。本発明の種々の実施例における装置は、高速で最小限の設置面積または物理的スペースで動作可能であり、１つの基板または複数の基板を均一に処理する。この発明の文脈において、原子層化学気相処理（ＡＬＣＶＰ）の語句は、一般的に、３つの処理すなわち原子層成長法（ＡＬＤ）、等方性または異方性のいずれかの原子層エッチング（ＡＬＥＴ）、および、原子層表面改質（ＡＬＳＭ）の処理を含む。
【００１５】
従って、本発明のいくつかの実施例は、槽内に同軸状に搭載された実質的に円筒形のサセプターを有する実質的な円筒形の槽を含み、それによりそれらの間に環状のギャップを定義する。フレキシブルで長方形の基板は、サセプター上に巻き付けられ、サセプターの外周を覆っている。フレキシブルな基板はサセプターと直接的に熱的に接触している。基板の長さはサセプターの外周と実質的に同じであり、基板の幅はサセプターの幅と実質的に同じである。固有のＡＬＣＶＰ処理装置は、さらに、サセプターの下に搭載された静止した抵抗ヒーターを備えるある実施例においても提供される。ヒーターへの電気エネルギーは、サセプターの同軸状に搭載された中空軸を通過するヒーター電力供給ケーブルから提供される。一実施例において、サセプターの中空軸の開放端は、固定された真空貫通接続コネクターを有する他の回転真空シール内に入れられ、それがヒーター電力供給ケーブルと外部の電力源との間の電気的な接触を達成する。他の例では、縦型光学ヒーターが外部槽の壁部に搭載され、槽の壁部内に装着された透明な窓部を介して基板上に輻射熱を伝達する。基板加熱のこれらのモードの両者において、内部に静止して非接触の状態で設けられた温度プローブがサセプターの空洞内に搭載され、サセプターの温度均一性をモニターするとともに閉ループの方法でサセプターの温度を制御する。非接触温度プローブに対する接続は固定された真空貫通接続を介して達成され、閉ループ温度制御を促進する。ここに記載された実施例において、基板処理領域は処理中に基板を囲むように適合されている。基板処理領域に対する装着／脱着ポートの開口部は、基板処理領域の内部へあるいはそこから外部へ基板を移送するために設けられている。また、ドアが、基板を装着および脱着し、処理中装着／脱着ポートを閉じるために設けられている。また、ドアは、閉じた状態で槽に対する真空シールを提供するよう適合されている。この実施例において、ＡＬＣＶＰ処理装置は円形の槽内に搭載された少なくとも１つの複合ノズルを備えている。複合ノズルは槽の外部のサセプターの回転軸と実質的に平行に搭載される。複合ノズルは、少なくとも１つの外部排気装置の内部あるいは近傍のいずれかに搭載された、１つあるいはそれ以上の内側線形インジェクターを備えている。各内側線形インジェクターは、開口部から発生するガスを基板の方向へ指向させる複数の開口部を一方の側に備えている。内側線形インジェクターは反対側の端部にガス入り口部を有する一方の端部で閉じられるか、あるいは、内側線形インジェクターは中間にガス入り口部を有する両方の端部で閉じられる。内側線形インジェクターは、例えば、マスフローコントローラーなどのガスの制御および定量源に接続されている。複合ノズル内に搭載された内側線形インジェクターの長さは、サセプターの幅と実質的に同じである。装置の動作中、ガスは内側線形インジェクターから基板へ指向されて基板の幅を被覆し、一方、外側排気ポートは同時に基板の表面から過剰の（化学吸着しないあるいは未反応の）ガスを集める。ガスが内側線形インジェクターから流れて同時に複合ノズルの外側排気ポートを通して集められる間、サセプターはその軸の周りを回転し、ガスによる基板の連続的な被覆を保証する。回転する円筒部材上のガスの流れが回転方向に偏向することが知られており、そのような偏向を補償するために、サセプター表面に対するガスの流れの方向の調整（通常サセプター表面に対する内側線形インジェクターからのガス流れの方向によってできる角度）が単に内側線形インジェクターを傾けることによって変更される。複合ノズルの外側の排気ポートは、続いてスロットルバルブに接続されるゲートバルブに接続されている。スロットルバルブは、反応性ガス／化学気相捕捉トラップを通して真空ポンプなどの真空源に接続され、ＡＬＣＶＰ反応装置に注入された未使用の化学前駆物質／ガスを集める。
【００１６】
好ましい実施例において、ＡＬＣＶＰ反応装置には、槽の外周上に搭載されるとともに槽の軸に実質的に平行な４つの複合ノズルが設けられている。複合ノズルは、隣り合う２つの複合ノズル間の分離角度が実質的に同じとなるように、順番に位置している。また、槽には、槽の外周から半径方向内側へ延びる４つの長方形流れ分離プレートが設けられている。各流れ分離プレートは、槽の外周に沿って隣接する２つの複合ノズル間のスペースに位置している。また、各流れ分離プレートはベローの上に搭載されており、その下側端部と基板表面との間の分離は要望通り調整される。ＡＬＣＶＰ反応装置の動作中、第１の複合ノズルは、第１の反応性ガスＡを注入するとともに同時に基板表面から過剰のまたは化学吸着されていないガスＡを集める。第２の複合ノズルは基板上に不活性ガスＰを注入し、基板から不活性ガスＰに沿って化学吸着されていない（過剰の）反応性ガスＡを一掃して集める。第３の複合ノズルは、第２の反応性ガスＢを注入するとともに基板から化学吸着されていない第２の反応性ガスＢを集める。第４の複合ノズルは、基板上へ不活性ガスＰを注入するとともに、同時に、不活性ガスＰに加えて第１の反応性ガスＡおよび第２の反応性ガスＢの間の原子層処理反応の反応性副生成物を集める。４つの複合ノズルが連続して動作している間に同軸状に搭載されたサセプターに取り付けられた基板の連続する回転が、基板表面に対し連続的に第１の反応性ガスＡ、不活性ガスＰ、第２の反応性ガスＢおよび不活性ガスＰを備えるガス状の反応処理を行い、それにより原子層化学気相処理シーケンスを行う。望ましい厚さの薄膜の処理は、基板を予め定めた回転数だけ回転することによって、達成される。第１および第２の複合インジェクターの排気ポートは、第１のゲートバルブに接続された共通パイプに接続されている。同様に、第３および第４の複合インジェクターの排気ポートは、第２のゲートバルブに接続された共通パイプに接続されている。第２のゲートバルブは、順番に第２の化学濃縮／捕捉トラップを介して真空ポンプに接続された第２のスロットルバルブに接続されている。
【００１７】
他の実施例において、ＡＬＣＶＰ反応装置には、第１の複合ノズルおよび第３の複合ノズルのそれぞれが少なくとも２つの内側線形インジェクターを備え、各内側線形インジェクターが、区別され、制御されるとともに定量の反応性ガス供給装置に接続されている、４つの複合ノズルが設けられている。複合ノズルは、隣接する２つの複合ノズルの間の分離角度が実質的に同じになるように、順番に位置している。ＡＬＣＶＰ反応装置には、また、４つの長方形流れ分離プレートが設けられている。複合ノズルのいずれか１つに供給される反応性ガスは、複合ノズル内でお互いが同時に反応しないように、選択される。しかしながら、これらの反応性ガスは、合計で、他の複合ノズルに供給される反応性ガスに対する反応性を示している。ＡＬＣＶＰ反応装置のこの実施例において、第１の複合ノズルは第１の反応性ガスＡおよび第３の反応性ガスＣを用い；第２の複合ノズルは不活性ガスＰを用い；第３の複合ノズルは第２の反応性ガスＢおよび第４の反応性ガスＤを用い；第４の複合ノズルは不活性ガスＰを用いている。ＡＬＣＶＰ反応装置のこの特定の構成において、第１の反応性ガスＡ、不活性ガスＰ、第２の反応性ガスＢおよび不活性ガスＰ（例えば：Ａ、Ｂ、ＰおよびＰ）を備える第１の原子層化学気相処理シーケンスは、サセプターを回転させて順番に基板を動作中の全ての要求される複合ノズルセットによって当初実施される。第１の原子層化学気相処理シーケンスは、基板をＡＬＣＶＰ反応装置から除去することなく、第３の反応性ガスＣ、不活性ガスＰ、第４の反応性ガスＤおよび不活性ガスＰ（例えば：Ｃ、Ｐ、ＤおよびＰ）を備える第２の原子層処理シーケンスに続く。あるいは、全ての反応性ガスＡ、Ｂ、ＣおよびＤから引き出される成分を備える可変成分の薄膜が処理される。また、膜の成分を、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤからなるグループから選択された１つあるいはそれ以上の反応性ガスの流れを単に調整する（または、望ましくはスイッチングする）ことによって、処理中その場で変化させることができる。さらにまた、（ＡＢ）ｍ−（ＣＤ）ｎ−（ＡＢ）ｏ−（ＣＤ）ｐ…（ここで、ｍ、ｎ、ｏおよびｐは全て整数）からなる交互の２層構造は、基板を予め決められた回転数だけ回転させている間に、反応性ガスＡ、Ｂ、ＣおよびＤの流れを適切にスイッチングすることによって処理される。
【００１８】
さらに他の実施例において、ＡＬＣＶＰ反応装置には、４つの複合ノズルと４つの長方形流れ分離プレートとが設けられている。複合ノズルは、隣り合う２つの複合ノズルの間の分離角度が実質的に同じとなるように、順番に位置している。第１の複合ノズルの内側線形インジェクターは、シンボルＡ１、Ａ２およびＡ３によって示される、異なる独立して制御された反応性ガスの供給装置に接続される。第２の複合ノズルの内側線形インジェクターは、不活性ガスＰに接続されている。第３の複合ノズルの内側線形インジェクターは、シンボルＢ１、Ｂ２およびＢ３によって示される、異なる独立して制御された反応性ガスの供給装置に接続される。第１のグループＡ１、Ａ２およびＡ３の反応性ガスは、それらが互いに同時に反応しないように、選択される。そしてまた、第２のグループＢ１、Ｂ２およびＢ３の反応性ガスはお互いに同時に反応しない。しかしながら、第１のグループの反応性ガスは、第２のグループの反応性ガスに対し高い反応性を示し、そのことはＡＬＣＶＰタイプの処理を行うために非常に望ましい。ＡＬＣＶＰ反応装置のこの実施例において、全部で６要素Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２およびＢ３を備える化合物の薄膜は、全部で６要素の相対的な濃度を変えることで処理される。
【００１９】
他の実施例において、ＡＬＣＶＰ反応装置には、円形状の槽内において槽の軸に対して実質的に平行に搭載された不活性ガスを供給する２つの複合ノズルが設けられている。ＡＬＣＶＰ反応装置には、また、４つの流れ分離プレートが設けられている。
【００２０】
ＡＬＣＶＰ反応装置のその他の実施例において、サセプターの断面積は多角形、好ましくは、実質的に円形の原子層処理槽内に同軸状に搭載されているそれぞれが台形状の面を揺する八角形である。さらにまた、サセプターの台形状の面は少なくとも１つの基板を保持するために用いられる。サセプターの形状以外に、ＡＬＣＶＰ反応装置の構成の詳細は、上述した実施例のそれらと近似している。ＡＬＣＶＰ反応装置の動作中、その上に搭載された複数の独立した基板を有するサセプターはその軸の周りに回転し、一方、反応性および不活性ガスは全ての複合ノズルから流され、望ましいシーケンスでガスによる基板の完全な被覆を保証する。望ましい厚さの薄膜の処理は、予め定められた回転数によって達成される。また、台形状のサセプターの各面は、サセプターの回転中における基板の保持を促進するために、槽の垂直軸に対して鋭角にされている。傾いたサセプターの構成に対し、全ての複合ノズルは、また、垂直に対して同じ角度だけ、そのため、サセプターの表面に対して実質的に平行に、実質的に傾いて搭載される。
【００２１】
本発明のさらに他の実施例において、少なくとも２つの円筒形状のサセプターが多角形の槽内に搭載される。フレキシブルな金属ベルトが、サセプターと直接的に熱接触する基板ホルダーとして用いられる。少なくとも１つのフレキシブル基板が基板ホルダー上に搭載される。各円筒形状のサセプターには、さらに、同心円状下側に搭載された静止ヒーターが設けられる。また、２つの縦型静止ヒーターが、基板を加熱するために、２つの円筒形状のサセプターによって規定されるスペース内に設けられる。４つの複合ノズルが、装置の動作中に、各々が複数の一方の側に沿った開口部を有するとともに複合ノズル内に搭載された、内側線形インジェクターが、実質的に基板の幅を被覆するよう基板に向かってガスを指向させるように、多角形槽の周辺部上およびサセプターの近傍に搭載される。同時に、複合ノズルの外側排気ポートは、基板上への入射に続き基板の近傍において過剰ガスを集め、一方、フレキシブル金属ベルトに取り付けられた基板は、少なくとも１つの円筒体を回転させることによって、動作状態にセットされる。４つの複合ノズルの装着のシーケンスは、基板の回転方向において、第１の反応性ガスＡ、不活性ガスＰ、第２の反応性ガスＢおよび不活性ガスＰである。望ましい原子層化学気相処理シーケンスは、全ての複合ノズルが操作可能な状態で、基板を回転することによって実施される。あるいは、ＡＬＣＶＰ反応装置のこの特定の実施例において、フレキシブル金属ベルトは、円筒形状のサセプターに対し直接的に巻き付けられたスリーブの形状のフレキシブル基板によって、完全に置き換えることができる。望ましい膜厚は、単に基板を予め定められた回転数だけ回転することによって処理される。
【００２２】
上述したＡＬＣＶＰ反応装置の構成において、サセプターにフィットする一対のセラミック端部コネクターによって、サセプター上に巻き付けられてフィットする。また、基板はスリーブの形状で基板上に搭載される。他の例では、基板は、真空吸引または静電チャックを用いることによってサセプター上の位置に保持され、あるいは、溝付きの空洞内に搭載される。多角形のサセプターの場合、基板は、多角形サセプターの小面上において、溝中の傾いた位置に保持される。また、ピンを用いて基板を所定の位置に保持する。基板材料は、金属被覆プラスチック、ステンレス鋼、アルミニウム、モリブデンまたは他の金属の好ましい合金、シリコン、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウムのウェハーのような化合物半導体、石英、または、ソーダガラスから好適に選択されるが、これらに限定されるものではない。
【００２３】
従って、ここに記載されたフレキシブル基板処理の各種の構成は、グレーデッドバンドギャップ太陽電池；マルチジャンクション薄膜太陽電池；精確に規定された成分を有する広範囲触媒被覆、精確なインターフェースエンジニアリング、および、種々の他の応用例のうちの広範囲基板上における複層薄膜光学被覆の製造において有益な望ましい膜厚によって、膜成分がその場で動的に変化する、精確に制御された成分の薄膜を処理するために用いられる。また、基板処理は、原子層処理モードではかなり速いスピードで、または、化学気相処理モードではかなり速い速度で、達成される。原子層モードにおける薄膜処理速度は、サセプターの回転速度にかなり依存する。高速度モードにおける薄膜処理の速度は、サセプターの回転速度、基板への反応ガスの流れの速度および基板温度に依存する。そのため、本発明の装置の構成は、広範囲フレキシブル基板上、および、小さい容積で小さい設置面積内での複数基板上、における原子層処理をかなり促進する。この発明の多くの実施例におけるＡＬＣＶＰ装置は、サセプターの回転軸がグランド面に対し平行になるように、方向つけられる。しかしながら、基板がサセプター上に巻き付けられ保持されるために、サセプターの回転軸の他の好ましい方向性が装置の動作に対して同様に効果的であることに注意することは重要である。装置の動作、および、複層、グレーデッドおよび複数成分の太陽光電池のための薄膜材料の析出のための化学処理、および、他の応用例は、種々の図面を参照して以下に詳細に記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、触媒電極、薄膜、パネルなどの種々の応用例のための広範囲でフレキシブルな平面状の基板上に、半導体装置、太陽光電池、ディスプレイ、薄膜を製造することを含む種々の応用例のための、単一原子層の精度での、少なくとも析出、エッチングおよび表面改質を含む、薄膜処理に関するものである。以下の記載は本発明の種々の実施例であり、記載された実施例に対する種々の変更は、当業者にとって明らかなことであり、ここに記載されクレームされた特許性のある主題は他の実施例にも適用することができる。そのため、本発明は、示された実施例に限定されることを意図しておらず、ここに記載された理念および種々の特徴で構成される最も広い範囲を許容する。
【００２５】
本発明は、コンパクトな容量で流れの安定性を有する、小さな設置面積および大変短い道程で、反応性ガスによって、フレキシブルでまた複数の平面状の基板の被覆を達成できる、原子層化学気相処理（ＡＬＣＶＰ）装置の構成に関するものである。種々の実施例において、基板の迅速で反復的で相対できな動きを、ガスジェットの噴射による安定な流れの形式で、種々のガスインジェクションのスキームと組み合わせることは、迅速で実質的に完全な表面被覆を達成する。そのため、当業者にとって、そのような装置が本来一般的であり、例えば、基板上で実施される望ましい処理の反応化学によって限定されるものではなく、また、膜の合成、基板材料の除去（エッチング）、または、基板の化学的性質の変更に限定すべきでないことは、明らかである。そのため、本発明の実施例における装置は、好適な処理条件のもと１つあるいはそれ以上の基板上で、金属、半導体、絶縁体およびそれらの好適な組み合せの種々の薄膜を、原子レベルの精度で、ここに記載された１つあるいはそれ以上の実施例を使用して、処理するという第２の目的を有している。さらにまた、原子層化学気相処理に対する処理の動作範囲は、含まれる動作パラメーターに対して充分に広いものであり、動作容器の圧力、ガスの流速、および、基板温度に限定されないことに注意すべきである。適切な動作圧力の範囲は、７６０Ｔｏｒｒより若干低い圧力から数百ミリＴｏｒｒまでであり、反応温度は、特別の気相反応化学に依存している。多くの場合、最低のガス流速で処理を行うことが最も賢明である。しかしながら、流速は、実質的に完全で必要ならば均一な表面被覆を得るために、十分な量の反応物質を基板に供給するのに適切でなければならない。当業者にとって、処理変数を制御して、望ましい処理方法を開発するために、処理パラメーターの最適化の手法およびそれを達成するのに要求される方法（例えば、質量流量制御装置、温度制御装置、圧力制御装置、バルブ制御、処理パラメーターの閉ループ制御など）は、周知である。
【００２６】
種々の装置構成およびその動作を含む、本発明のいくつかの実施例は、発明者にとって周知の現行装置から始まる種々の図面の助けにより、このセクションで詳細に記載される。先行技術の一例としての本発明の前の装置として、複数ウェハバレル型ＣＶＤ反応装置システム１０の図面を、図１に示す。外側の円筒形状のバレル１２が容器を構成し、基板１４ａ、１４ｂ、‥‥１４ｇおよび１４ｈが、サセプター１６の小平面上の凹型領域内の個体で八角形の断面を有するサセプター１６の招聘面上に位置している。そこに取り付けられた複数の基板１４ａ、１４ｂ、‥‥１４ｇおよび１４ｈを有するサセプター１６は、真空ポンプ（図示せず）に接続した底部の出口１８を有する円筒形状のバレル１２に配置される。気相析出反応のために必要な反応性ガスは、上部の入口２０および２２のそれぞれから供給される。外部加熱配置２４によって加熱されたサセプター１６は、その垂直な軸の周りを、外部回転気孔２６によって回転する。加熱された基板の表面上における確実な化学気相析出反応が、望ましい薄膜を堆積する。動作は簡単だが、大きな容量のバレル型ＣＶＤ反応装置は、前駆物質のガスがＡＬＤ処理の場合と同様に混合と同時に反応しやすい反応化学に対し適切ではない。
【００２７】
図２Ａは、サセプター３４の下に位置する固定されたヒーター３６ａおよび３６ｂのそれぞれによって加熱される水平サセプター３４上に配置された４つの基板ウェハー３２ａ、３２ｂ、３２ｃおよび３２ｄ上に薄膜を堆積させるために用いられる複数ウェハーＡＬＤ反応装置３０の垂直方向の断面図である。反応性ガスがインジェクターチューブ３８ａおよび３８ｃを介して連続的に流れるとともに、不活性ガスが頂上部に固定されたインジェクターチューブ３８ｂおよび３８ｄ（インジェクターチューブ３８ｂおよび３８ｄは図２Ａにおいて示されていない）を介して連続的に流れる間に、サセプターは水平面上をその垂直軸の周りを連続的に回転する。すべてのウェハーは反応性ガスと不活性ガスに交互に曝露され、望ましい薄膜の厚さを形成するために４つのタイプのガスを反復的に供給するＡＬＤ処理シーケンスを完了する。図２Ｂは、基板ウェハーおよびサセプターに対するインジェクターチューブの相対的な位置を示す図２Ａに示された複数ウェハーＡＬＤ反応装置の平面図である。図２Ｂは、また、２つの隣接するインジェクターチューブ間のギャップに垂直方向下向きに（サセプター面に垂直に）挿入された固定された流れ分離プレート３５ａ、３５ｂ、３５ｃおよび３５ｄを示している。流れ分離プレートは、インジェクターチューブからのガスの一定の流れのもとで基板上に発生し始めるよどみの境界層を破壊するのに役立つとともに、次のインジェクターから基板表面への化学物質の迅速な移送を助長するのに役立つ。
【００２８】
図３Ａは、コンベアーベルト上の直線の下を横切る加熱された基板上に薄い誘電体膜を析出するために用いられる、平行線形インジェクタースロットＣＶＤシステム４０の断面図である。第１の前駆物質Ａが内部スロット４２を介して注入され、同時に、第２の前駆物質Ｂが内部スロット４２の両側に位置する２つの隣接するスロット４３ａおよび４３ｂから注入される。コンベアベルト４６を回転させることで基板が連続して反応性ガスにさらされるように、３つの平行なスロット４２、４３ａおよび４３ｂからのガスの流れは、基板４４ａ、４４ｂ、４４ｃ…の列に下向きに衝突する。基板は、コンベアベルト４６の下に位置する固定されたチューブ型ヒーター４７のセットによって、加熱される。反応性ガスを、外側の平行排出スロット４８ａおよび４８ｂから排出する。
【００２９】
図３Ｂは、交互に密集して配置された平行なインジェクターおよび真空ポート５２の複数のセットを用いる、ＡＬＤシステム５０の断面図である。この構成において、反応性ガスか不活性ガスのための各ガスインジェクターは、真空ポートによって分離されている。インジェクターおよび真空ポート５２のセットは平行スロット５４のセットに接続され、反応性ガスおよび不活性ガスを、下側の基板５６の表面に運び、また、基板５６から上側の共通真空ポートに運ぶ。すべてのインジェクターは各ガスソースから供給され、一方、２つのガス入り口の間に介在したすべての真空ポートは共通の排気マニホルドに接続される。サセプター５８上に位置するとともに下側に搭載された固定されたヒーター６０によって加熱される、基板５６は、一方向に横切って配置される。
【００３０】
図４Ａは、一様な軸速度Ｖｚを有する平面ジェット６２の平面固体表面６４への直角での衝突によって区別される、先行技術としての、二次元よどみ点流体流れ構成６０を示す。続いて起こる流体流れ構成は、厚み＝δの実質的に均一な境界層６６および文字Ｐで示されたジェットの中心におけるよどみ点を、発生する。矢印は固体表面６４近傍の流体流れの方向を示す。
【００３１】
図４Ｂは、出口速度＝ＶＲを有するジェット７２の、その軸の周りを反時計回りに回転する湾曲した円筒体７４上への衝突によって区別される、先行技術としての、基本的な二次元よどみ点流体流れ構成７０を示す。よどみ点Ｐ’を有する厚さ＝δ’の境界層７６は、ジェット７２の中心における円筒体７４の表面上に発生する。矢印は、流れが円筒体の回転方向に発生して偏向（引っ張られる）される、回転円筒体７４の表面近傍における流れの方向を示している。
【００３２】
図５Ａは、本発明の一実施例としての、入り口チューブ８１ａを備える複合ノズル８０ａの長さ方向に沿った断面図である。入り口チューブ８１ａは第１の内側線形インジェクター８２ａに接続されている。内側線形インジェクター８２ａは、両端において、中間のガス入り口８１ａおよび方向性ガスの排出のための一方の側で孔の開いたガス出口８２ａと近接する中空キャビティである。他の例では、内側線形インジェクター８２ａは、他の端部でガス入り口８１ａを有する、一方の側で近接した中空キャビティとすることもできる。流れ方向転換プレート８３ａは、２つの搭載用スクリュー８４ａおよび８５ａにより、内側線形インジェクター８２ａ内に搭載されている。内側線形インジェクター８２ａは、筐体８８ａによって形成された外側排気ポート８７ａ内に入れられている。筐体８８ａは排気コーン８９ａに接続され、排気コーン８９ａは真空システムに接続するための外側チューブ９０に接続されている。また、複合ノズル８０ａには、排気ガスの濃縮を防ぐために、外側ヒーター９１ａが設けられている。最後に、複合ノズル８０ａには、容器本体に対する真空シールを得るために、周囲のＯリングシール９２ａが設けられている。
【００３３】
図５Ｂは、外側排気ポート８７ａを形成する筐体８８ａ内に搭載された、複数の開口部を有する開口プレート８６ａを有する１つの内側線形インジェクター８２ａの底面図である。外側排気ポート８７ａは排気コーン８９ａに接続されている。周囲のＯリングシール９２ａは真空シールを提供するために用いられている。
【００３４】
図６Ａは、互いに近接して搭載された２つの入り口チューブ８１ａおよび８１ｂを備える、本発明の一実施例における複合ノズル８０ｂの幅方向に沿った断面図である。第１の入り口チューブ８１ａは第１の内側線形インジェクター８２ａに接続され、第２の入り口チューブは第２の線形インジェクター８２ｂに接続されている。流れ方向転換プレート８３ａおよび８３ｂは、それぞれ、内側インジェクター８２ａおよび８２ｂ内に搭載されている。内側線形インジェクター８２ａはガス注入のための複数の開口部を有する開口プレート８６ａを有するとともに、内側線形インジェクター８２ｂはガス注入のための複数の開口部を有する開口プレート８６ｂを有している。開口プレートのパターンの詳細は、以下により詳細に記載する。内側線形インジェクター８２ａおよび８２ｂは、筐体８８ｂによって形成された外側排気ポート８７ｂ内に入れられている。筐体８８ｂは排気コーン８９ｂに接続され、排気コーン８９ｂは真空システム（図示せず）に接続するための外側チューブ９０に接続されている。また、複合ノズル８０ｂには、排気ガスの流れの濃縮を防ぐために、外側ヒーター９１ｂが設けられている。また、複合ノズル８０ｂには、処理中に容器本体に対する真空シールを得るために、周囲のＯリングシール９２ｂが設けられており、その詳細は以下に記載される。内側線形インジェクター８２ａおよび８２ｂは、それぞれ、両端が閉じられ、中間にガス入り口を有し、方向性ガスの注入のため一方の側に設けられた複数の開口部を有するチューブによって、または、一方の側が閉じられ、対向する端部に設けられたガス入り口を有する２つのチューブによって、あるいは、それらの組み合わせによって、置き換えられることができることに注意のこと。また、図５Ａおよび図６Ａに記載された複合ノズル構成のための流れ方向転換プレートの使用が、オプションであることに注意のこと。しかしながら、後に記載するように、反応性プラズマソースが直接入り口チューブ８１ａおよび８１ｂに接続されるようなある処理化学に対し、複合ノズル８０および８０’内に流れ方向転換プレート８３ａおよび８３ｂを侵入することは、基板上におけるプラズマ中の高エネルギーで時々有害な反応性物質の衝突を最小限にするために効果的である。
【００３５】
図６Ｂは、外側排気ポート８７ｂを形成する筐体８８ｂ内に搭載された、それぞれが複数の開口部を有する開口プレート８６ａおよび８６ｂを有する２つの内側線形インジェクター８２ａおよび８２ｂを有する、図６Ａに記載された複合ノズル８０ｂの底面図である。外側排気ポート８７ｂは排気コーン８９ｂに接続される。周囲のＯリングシール９２ｂは真空シールを得るために設けられている。
【００３６】
図７は、一方の側に入り口を有し、他方の端部を閉じるとともに一方の側に複数の開口部を有する内側線形インジェクター８２ａ’が２つの排気ポート９３ａおよび９３ｂによって両側に設けられている、複合ノズル８０ｃの他の構成の底面図であり、基板上への衝突に続く内側線形インジェクター８２ａ’の開口部から出る流れが排気ポート９３ａおよび９３ｂによって吸収される。
【００３７】
図８は、内側線形インジェクター８２ａを有する複合ノズル８０ｄのさらに他の構成の底面図である。内側線形インジェクター８２ａは、構成が図６Ａに詳細に記載されているように、両端が閉じられ、中間に入り口を有し、内側線形インジェクター８２ａの両端に配置された２つの排気ポート９４ａおよび９４ｂを備えている。
【００３８】
図６Ａおよび６Ｂに示された複合ノズル中の内側入り口チューブ８１ａおよび８１ｂが、同時に互いに反応しない２つの異なる反応性ガスの制御された供給装置に接続できることに注意すべきである。ここに詳細に記載され、図５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ、７および８に示されたすべての複合ノズル構成８０ａから８０ｄの出口チューブ９０は、真空のソース、例えば、後に詳細に記載されるゲートバルブ、スロットルバルブおよびフィルター／トラップを解するポンプに接続される。すべての複合ノズル構成８０ａおよび８０ｄ内のガスのための流れ通路は、入ってくる流れに対し実線の矢印によって、出て行く流れに対し波線の矢印によって、記載される。
【００３９】
図９Ａは、複数の円形状の出口部１０１ａ、１０１ｂ、…１０１ｍおよび１０１ｎを有する開口プレート８６ａおよび８６ｂに対するホールパターン１００の底面図である。図９Ｂは、複数のスロット１２１ａ、１２１ｂ、…１２１ｍおよび１２１ｎを有する開口プレート８６ａおよび８６ｂに対するホールパターン１２０の底面図である。図９Ｃは、複数の長いスロット１４１ａ、１４１ｂ、…１４１ｍおよび１４１ｎを有する開口プレート８６ａおよび８６ｂに対するホールパターン１４０の底面図を示す。図９Ｄは、１つの縦方向のスロット１６１ａを有する開口プレート８６ａおよび８６ｂに対するホールパターン１６０の底面図を示す。当業者にとって、開口プレート８６ａおよび８６ｂの開口パターンが図９Ａ−９Ｄに示された各種のパターンの適切な組み合わせができること、また、特定の開口パターン内に、ホールの直径、スロットの幅および長さ、および、その相対的な間隔などの特定の特徴の大きさおよび間隔が、特的の化学処理に対し要求されることを理解することができる。
【００４０】
図１０Ａ−１０Ｃは、長さＬの内側線形インジェクターの長さ方向に沿ったガス流れの速度分布の３つの異なるプロファイルを示す。各種の他の速度分布プロファイルが、線形インジェクターの構成、形状、大きさ、入り口の流れ速度の各種動作状態下における入り口チューブの配置および動作圧力などの組み合わせで達成可能であること、を注意すべきであるとともに、当業者であれば明らかである。さらにまた、内側線形インジェクターは、本発明者によって２００４年１０月２７日に出願された米国特許出願Ｎｏ．１０／９７５，１６９で記載されているその場化学気相発生装置によって置き換えられることに注意すべきである。この特許出願の全てはここに参考として含まれている。
【００４１】
図１１Ａは、支持ブリッジ１８２上に搭載されたステッパーモーター１８１を用いる可動内部流れ分離プレートサブシステム１８０の断面図である。ローター１８３にはラジアルギアスレッド１８６が設けられている。外側プレート１８５は、また、ラジアルギアスレッド１８４と歯合するプラナーギアスレッド１８６に設けられている。外側プレート１８５はベロー１８７に接続されている。ベロー１８７は、ＡＬＣＶＰ容器本体１８９に接続することができるとともに、可動内部流れ分離プレート１８８に接続される。外側プレート１８５に取り付けられたプラナーギアスレッド１８６と歯合したラジアルギアスレッド１８４の正確な回転は、望んだ処理中にＡＬＣＶＰ容器内の可動内部流れ分離プレート１８８の正確な位置決めを可能とする。
【００４２】
図１１Ｂは、ＡＬＣＶＰ容器本体１８９に対する真空シールを形成するために、リップシール１８７’内の一対のＯリング１９０ａおよび１９０ｂのそれぞれを用いる、可動内部流れ分離プレートサブシステム１８０’の他の構成の断面図である。リップシール１８７’は、また、外側プレート１８５を支持し、ＡＬＣＶＰ内の可動内部流れ分離プレート１８８’の正確な位置決めに影響を与える。
【００４３】
図１２Ａは、長さ＝Ｌ、幅＝ｗおよび厚さ＝ｔを有するフレキシブル基板２００の斜視図を示す。基板２００は、さらに、外表面２１０および内表面２１１によって特徴付けられる。
【００４４】
図１２Ｂは、端部コネクタースクリュー２１４ａおよび２１４ｂのそれぞれの第１の対を一方の端部（幅ｗに沿って）に取り付けた第１のセラミック端部コネクター２１２、および、端部コネクタースクリュー２１８ａおよび２１８ｂのそれぞれの第２の対を対向する平行な端部に取り付けた第２のセラミック端部コネクター２１６を有するフレキシブル基板２００（その外表面２１０を有する）の平面図を示す。（各セラミック端部コネクターの２×幅を含む）アセンブリーの全長さは、Ｌ’＞Ｌの条件のもとＬ’である。
【００４５】
図１２Ｃは、対向する端部にそれぞれが取り付けられたセラミック端部コネクター２１２および２１６によって支持された、外側基板表面２１０および内側基板表面２１１を有する、フレキシブル基板２００の側面図を示す。第１の端部コネクター溝２２０および第２の端部コネクター溝２２２は、その詳細を以下に記載する、基板を取り扱うための機械化されたピックアンドプレース（例えばロボットフォークを用いる）配置をアシストするために設けられている。差し込み図内の第１セラミック端部コネクター２１２の拡大図は、第１の端部コネクター溝２２０および端部コネクタースクリュー２１４ｂの位置を示している。
【００４６】
図１３は、本発明の一実施例における円形サセプター２３０の断面図を示す。円形サセプター２３０は、さらに、内側基板表面２３２および外側基板表面２３４によって特徴付けられる。円形サセプター２３０には、また、第１のロッキングスロット２３６および第２のロッキングスロット２３８をその幅方向に沿って設けられている。上述したように、基板の幅は実質的にサセプターの幅と同等である。また、第１のロッキングスロット２３６および第２のロッキングスロット２３８の大きさは、第１のセラミック端部コネクター２１２および第２のセラミック端部コネクター２１６の大きさと同程度である。
【００４７】
図１４は、円形サセプター２３０上へのフレキシブル基板２００の位置決め処理における第１ステップを示す。ここで、対向する端部にそれぞれ取り付けられたセラミック端部コネクター２１２および２１６を有する、基板２００は、フォークの端部を第１の端部コネクター溝２２０に挿入することにより、機械化されたフォーク配置（図示せず）によって達成される。第２のステップでは、第１のセラミック端部コネクター２１２は第１のロッキングスロット２３６内に強固に配置される。第３のステップでは、サセプター２３０はこの例では反時計方向に回転し、内側基板表面２１１が外側サセプター表面２３４と強固な機械的接触をするとともに外側基板表面２１０が露出されるように、外側サセプター表面上に基板２００を巻き付ける。最後に、第２のセラミック端部コネクター２１６を第２のロッキングスロット２３８に強固に配置し、フレキシブル基板を搭載（巻き付ける）処理が図１５に示すように完成される。
【００４８】
図１６は、本発明の好適な実施例のｚ−ｘ平面内における原子層気相処理（ＡＬＣＶＰ）反応装置２４０の垂直方向の断面図である。ここに記載されたすべてのＡＬＣＶＰ反応装置の構成の回転軸はグランド面に平行であるが、これに限定されるものではなく、軸は他の方向でも良いことに注意すべきである。原子層処理反応装置２４０は、実質的に円筒形状の容器本体１８９を備える、小容積、コンパクトおよび短いパス長さの原子層化学蒸着気相処理反応装置である。この実施例において容器本体１８９には、さらに、容器本体１８９の周囲に連続的に搭載された、４つの複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０−４を設けており、２つの隣接した複合ノズルの間の角度距離は実質的に同じであり、ノズルは本体の周囲に等間隔に設けられている。記載を簡略化するために、本発明は４タイプの複合ノズルを８０ａ（図５Ａ−５Ｂにおいて示された）、８０ｂ（図６Ａ−６Ｂにおいて示された）、８０ｃ（図７において示された）および８０ｄ（図８において示された）と記載したが、以下、４つの複合ノズルを単一の数字８０で参照し、ハイフォンの後に示した１、２、３および４の数字が第１、２、３および４の複合ノズルのそれぞれを参照することは明らかである。そのため、４つのノズルの各々は、複合ノズル８０ａ、８０ｂ、８０ｃおよび８０ｄからなるグループから選択される。さらに、ＡＬＣＶＰ反応装置の本構成において、第１の反応性ガスＡの制御された供給装置が第１の複合ノズル８０−１に接続され；不活性ガスＰの制御された供給装置が第２の複合ノズル８０−２に接続され；第２の反応性ガスＢの制御された供給装置が第３の複合ノズル８０−３に接続され；そして、不活性ガスＰの制御された供給装置が第４の複合ノズル８０−４に接続されている。４つの複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０−４のそれぞれの排気出口は、真空ソース（図示せず）に接続されている。ここで、各ガスの供給装置に対するマスフローコントローラのメカニズムの詳細が図示されていないことを強調する。しかしながら、当業者にとって、これらのことは十分に理解される。複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０−４は、Ｏリングシール９２−１、９２−２、９２−３および９２−４のそれぞれを有する容器本体１８９に取り付けられている。固定された背面側ヒーター２５２を有する円形サセプター２３０は容器本体１８９内に同軸状に搭載され、それらの間に環状のギャップ２５０を規定する。フレキシブル基板２００は円形サセプター２３０上に巻き付けられる。ＡＬＣＶＰ反応装置２４０には、基板ロードアンロードポート２５４およびＯリングシール２５８を有するドア２５６が設けられている。ドア２５６はリモート制御された空気バルブ配置（図示せず）によって動作され、基板ロードアンロードポート２５４の開閉を行う。閉じた位置のドア２５６は、基板に対する処理中における容器本体１８９に対する真空シールを提供する。さらにまた、ＡＬＣＶＰ反応装置２４０には、固定された非接触温度測定プローブ２６０ａ、２６０ｂおよび２６０ｃが設けられ、内側サセプター表面２３２の温度をモニターし、それにより、固定された背面側ヒーター２５２に供給された電気エネルギーを閉ループで制御する。閉ループ温度制御回路およびそれに付随するハードウェアの詳細は図面において示されていないが、当業者であれば周知である。サセプターの回転軸は数字２６２で示される。基板処理の間、すべての複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０ー４が動作し、望ましい温度に維持されている円形サセプター２３０は、この例では、回転軸２６２の周囲に反時計方向に回転され、サセプターの所定回転数により望ましい大きさの薄膜を処理する。基板の所定回転数の完了に続き、反応性ガスの流れが切り替わり、基板は不活性ガスの流れで冷却される。ＡＬＣＶＰ反応装置の動作の詳細は、以下に示される。また、反応性ガスを用いる複合ノズル８０−１、８０−３の少なくとも１つは、ここに参照して記載されている、２００４年１０月２７日に出願された米国特許出願Ｎｏ．１０／９７５，１６９に記載されたその場化学気相前駆物質精製装置の形態をとることができる。最後に、隣接する複合ノズルの排気ポート配置およびそれらの接続性のスキームの詳細を以下に記載する。
【００４９】
他の実施例において、ＡＬＣＶＰ反応装置２４０、第１の複合ノズル８０−１および第３の複合ノズル８０−３は図６Ａ−６Ｂに示された例を用い、一方、第２の複合ノズル８０−２および第４の複合ノズル８０−４は図５Ａ−５Ｂに示された例を用いる。第１の複合ノズル８０−１の隣接する内部インジェクター８２ａおよび８２ｂのそれぞれにおいて用いられる化学前駆物質および第３の複合ノズル８０−３で用いられる化学前駆物質は、特定の複合ノズル内でそれらが互いに反応しないように、選択される。しかしながら、それらは他の複合ノズルから用いられる化学前駆物質とは反応しがちである。第２実施例のＡＬＣＶＰ反応装置の構成における残りの詳細は、図１６で示したＡＬＣＶＰ反応装置２４０の実施例に対して記載されたものと近似している。
【００５０】
図１７は、２つの隣接するノズルの間の角度距離が実質的に同じとなるように容器本体１８９の周囲に搭載された４つの複合ノズルを有する、本発明の第３実施例に係る、ｚ−ｘ平面内における原子層化学気相処理（ＡＬＣＶＰ）処理装置の垂直方向の断面図を示す。第１の複合ノズル８０−１は、マスフローコントローラー２６５−１、２６５−２および２６５−３のそれぞれを介して３つの反応性ガスＡ１、Ａ２およびＡ３の制御された供給装置に接続されている。３つの反応性ガスＡ１、Ａ２およびＡ３は、それらが同時に互いに反応しないように、選択される。同様に、第３の複合ノズル８０−３は、マスコントローラー２６７−１、２６７−２および２６７−３のそれぞれを介して３つの反応性ガスＢ１、Ｂ２およびＢ３の制御された供給装置に接続されている。３つの反応性ガスＢ１、Ｂ２およびＢ３は、それらが同時に互いに反応しないように、選択される。しかしながら、Ｂ１、Ｂ２およびＢ３のいずれもＡ１、Ａ２およびＡ３のすべてと同時に反応しやすい。図１７に示すＡＬＣＶＰ反応装置構成の詳細は、図１６に対し上述した例と全く同じである。
【００５１】
図１８は、本発明の第４実施例に係る、ｚ−ｘ平面内における原子層化学気相処理（ＡＬＣＶＰ）反応装置２４０の垂直方向の断面図を示す。ＡＬＣＶＰ反応装置のこの実施例において、第１の反応性ガスＡを用いる第１の複合ノズル８０−１および第３の反応性ガスＣを用いる第５の複合ノズル８０−５は、互いに密接な位置に搭載されており、一方、第２の反応性ガスＢを用いる複合ノズル８０−３および第６の反応性ガスＤを用いる第６の複合ノズル８０−６は、互いに密接な位置であり、反応性ガスＡおよびＣのそれぞれを用いる第１の複合ノズル８０−１および第５の複合ノズル８０−５からなるペアに対し実質的に直径方向に対向する位置に搭載される。両者とも不活性ガスを用いる複合ノズル８０−２および複合ノズル８０−４は、反応性ガスを用いる複合ノズルのペアの間の実質的に中間の位置に搭載される。この実施例において、第１の反応性ガスＡ、不活性ガスＰ、第２の反応性ガスＢおよび不活性ガスＰを備える第１の原子層化学気相処理シーケンスは、動作のためにセットされた複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０−４からのガスの流れに基板が連続的に曝露されるようにサセプターを回転することによって実行される。第１の原子層化学気相処理シーケンスの後に、ＡＬＣＶＰ反応装置から基板を除去することなく、第３の反応性ガスＣ（第５の複合ノズル８０−５から）、不活性ガスＰ（第２の複合ノズル８０−２から）、第４の反応性ガスＤ（第６の複合ノズル８０−６）および不活性ガスＰ（第４の複合ノズル８０−４から）を備える第２の原子層処理シーケンスが実行される。あるいは、反応性ガスＡ、Ｂ、ＣおよびＤから引き出せる、金属、非金属その他の材料を備える、いかなる望ましい元素の合成からなる可変複合体の薄膜を処理することもできる。さらにまた、一方または両方の膜の複合体を、反応性ガスＡ、Ｂ、ＣおよびＤの１つあるいはそれ以上の流れを簡単に適切に調整する（あるいは必要に応じてスイッチオフする）ことによって処理中にその場で変更することができる。そのため、可変組成、または、厚みに沿っての組成的な傾斜、または、２層、または、複数層（この特別な場合において、（ＡＢ）ｍ−（ＣＤ）ｎ−（ＡＢ）ｏ−（ＣＤ）ｐ…（ここで、ｍ、ｎ、ｏおよびｐは整数）の構造を有する交互の２層膜）を有する複数組成の薄膜を、望ましい回転数だけサセプターを回転することによって処理することができる。
【００５２】
図１９は、ｘ−ｙ平面内における、図１６に示されたＡＬＣＶＰ反応装置の断面図である。図１９は、ベースプレート２７０上に組み込まれた同軸状に搭載された円形サセプター２３０を有する槽本体１８９、および、半径方向に互いに対向して搭載され、サセプター２６２の回転軸に実質的に平行な、第１の複合ノズル８０−１および第３の複合ノズル８０−３を示している。円形サセプター２３０は、この実施例において、下側のサセプターホルダープレート２７２によって支持され、上側のサセプターホルダープレート２７４によって囲まれ、中空部２６４を規定している。ＡＬＣＶＰ反応装置には、さらに、ベースプレート２７０内に搭載された下側回転シール２７６およびキャッププレート２７５内に搭載された上側回転シール２７８を設けている。キャッププレート２７５およびベースプレート２７０は、Ｏリングシール２７９ａおよび２７９ｂのそれぞれを用いて、槽本体１８９に接続されている。下側の中空シャフト２８０は、下側の回転シール２７６を通過して、下側のサセプターホルダープレート２７２に接続する。上側の中空シャフト２８２は、上側の回転シール２７８を通過して、上側のサセプターホルダープレート２７４に接続する。下側のサセプタープレート２７２および上側のサセプターホルダープレート２７４によって位置決めして保持された円形サセプター２３０は、そのため、槽本体１８９内において同軸状に搭載され、その回転軸２７６の周りを自由に回転する。下側の回転シール２７６の周囲に同心円状に位置する、下側のパージ用空洞２８４には、複合ノズル８０−１および８０−３の機能を手助けするために、パージガス（破線の矢印で示されたガス流れの方向）を導入する円周入り口部２８５を設けている。上側の回転シール２７８の周囲に同心円状に位置する、上側のパージ用空洞２８６には、複合ノズル８０−１および８０−３に向かって流れるパージガスを導入するための円周入り口部２８５’が設けられている。サセプターの回転のため、電気モーター２８７が下側の回転シャフト２８０の近傍に設けられている。駆動プーリー２８７が電気モーター２８７に接続されている。ベルト２８９は駆動プーリーを下側の中空シャフト２８０上に搭載された駆動プーリー２９０に接続する。下側の中空シャフト２８０はベース回転シール２９１内に位置する。ベース回転シール２９１は第１の固定支持プレート２９１’に接続されている。サセプターパージガス用空洞部２９２は、ベース回転シール２９１に取り付けられ、下側の空洞シャフト２８０を入れている。サセプターパージ用入り口部２９２’は、サセプターパージガス用空洞部２９２に設けられ、パージガスを空洞部２６４内に導入している。電力供給リード２９３ａおよび２０３ｂは、下側の中空シャフト２８０を通過するとともにベース回転シール２９１を通過し、外部ヒーター用電力供給装置（図示せず）に達する。空洞２６４内において、静止した背面側ヒーター２５２が、ヒーター支持プレート２９４を用いて、回転する円形サセプター２３０に対し、支持され位置決めして固定されている。上側の回転シール２７８内に位置する上側の空洞シャフト２８２は、上側のサセプターパージ用ガス空洞部２９５内に入れられている。真空貫通接続部２９６は上側のサセプターパージ用ガス空洞部２９５に設けられ、支持および接続ロッド２９７を空洞部２６４内に位置決めするとともに基板処理中内側サセプター表面２３２の温度を感知する（測定および閉ループ制御する）非接触温度センサー２６０ａ、２６０ｂおよび２６０ｃを保持している。サセプターの温度制御のための閉ループ温度制御システムの詳細は図面に示されていない。しかしながら、当業者にとって、そのような構成は知られている。最後に、上側のサセプターパージ用ガス空洞部２９５が、ＡＬＣＶＰ反応装置２４０を強固に位置決めして保持するための固定グランド支持プレート２９１’と同様に、第２の固定支持プレート（図示せず）に接続されていることを、ここで明らかにしておく。
【００５３】
図２０は、本発明の他の実施例に係る、ｘ−ｚ平面における、原子層化学気相処理（ＡＬＣＶＰ）反応装置３００の垂直方向の断面図である。反応装置３００は、ｘ−ｚ平面内に、第１の反応性ガスＡの制御された供給装置に接続した第１の複合ノズル８０−１；不活性ガスＰの制御された供給装置に接続した第２の複合ノズル８０−２；第２の反応性ガスＢの制御された供給装置に接続した第３の複合ノズル８０−３；および不活性ガスＰの制御された供給装置に接続した第４の複合ノズル８０−３；の４つの複合ノズルを備え、４つの複合ノズルは、隣接する２つの複合ノズル間の角度距離が実質的に同じになるように、円形原子層処理槽内に順番に設けられている。槽本体１８９内に同軸状に搭載された八角形のサセプター２３０’はそれらの間にギャップ２５０’を規定する。静止した背面八角形断面のヒーター２５２’はサセプター空洞部２６４’内に搭載されている。８つの平板状の基板２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅ、２０５ｆ、２０５ｇおよび２０５ｈは、この実施例においては、動作中八角形のサセプター２３０’の８つの面に取り付けられている。
【００５４】
図２１は、図２０に示すＡＬＣＶＰ反応装置３００の他の実施例における、ｘ−ｙ面内の水平方向の断面図である。八角形サセプター２３０’の平面または小面は垂直方向に対し鋭角θ（０°≦θ≦１５°のような角度）を有する。全ての複合ノズルが（図面では８０−１および８０−３のみ示されているが）サセプター表面２３０’に対し実質的に平行に搭載されている。そのため、静止した背面ヒーター２５２’は、サセプター２３２’の背面と静止した背面ヒーター２５２’との間の横方向の距離が実質的に同じとなるように、八角形サセプター２３０’に対して傾いた位置に搭載されている。図２１に示す他の実施例におけるＡＬＣＶＰ反応装置の構成の残りの詳細部分は、図１９に示すＡＬＣＶＰ反応装置の好ましい実施例に対して記載した内容と近似している。
【００５５】
図２２は、長方形のＡＬＣＶＰ槽３５２を用いるＡＬＣＶＰ反応装置３５０のさらに他の実施例を示す。回転軸ｘを有する第１の回転サセプター３５４ａおよび回転軸ｘ’を有する第２の回転サセプター３５４ｂは、ｘ−ｘ’を結ぶ線が槽３５２の１つの壁部（ｗで示される）に対し実質的に平行となるように、長方形のＡＬＣＶＰ槽３５２内に搭載されている。外部回転メカニズム（図示せず）に接続した第１の回転サセプター３５４ａは駆動させるサセプターであり、第２の回転サセプター３５４ｂは駆動させられるサセプターである。第１の回転サセプター３５４ａには第１の静止した内側ヒーター３５６ａが設けられ、第２の回転サセプター３５４ｂには第２の静止した内側ヒーター３５６ｂが設けられている。フレキシブル金属ベルト３５８は、複数のフレキシブル基板２００ａ、２００ｂ、２００ｃおよび２００ｄを保持するために設けられている。ＡＬＣＶＰ反応装置３５０には、さらに、２つの回転サセプター３５４ａおよび３５４ｂの間の空洞部３６４内にそれぞれ搭載された２つの固定されて平坦なヒーター３６０および３６２が設けられている。ＡＬＣＶＰ槽３５０には、槽の円周上に搭載された４つの複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０−４が設けられている。また、流れ分離プレート１８０−１、１８０−２、１８０−３および１８０−４が、各複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０−４の近傍に搭載されている。複合ノズル８０−１は反応性ガスＡの制御された供給装置に接続されており；複合ノズル８０−２は不活性ガスＰの制御された供給装置に接続されており；複合ノズル８０−３は反応性ガスＢの制御された供給装置に接続されており；複合ノズル８０−４は不活性ガスＰの制御された供給装置に接続されている。ＡＬＣＶＰ反応装置の動作中、第１の回転サセプター３５４ａが外部回転メカニズムを起動することによって駆動されるとともに、全ての複合ノズル（８０−１、８０−２、８０−３および８０−４）が連続的に動作している間、サセプターの温度およびＡＬＣＶＰ槽３５０の圧力は望ましいレベルに保たれている。回転サセプターの温度制御メカニズムはＡＬＣＶＰ反応装置３５０に対して特に記載しないが、それは図１６−２２に記載したものと同様である。
【００５６】
上述した（図１６−２２を参考にして）全てのＡＬＣＶＰ反応装置の構成において、ＡＬＣＶＰ槽の圧力を制御するためのメカニズムは、明示的に示されておらず、また、詳細に記載されていないことに注意のこと。しかしながら、それが原子層化学気相処理であろうと高速化学気相処理であろうと、薄膜処理に対し必要な可変の処理であり、当業者にとって、基板処理中の圧力を制御するために要求される機器および回路は良く知られている。
【００５７】
図２３は、本発明の実施例に係る、４つの複合ノズル８０−１、８０−２、８０−３および８０−４と下流側の真空システム構成を有するＡＬＣＶＰ反応装置２４０を備える原子層化学気相処理システム４００の図である。ここで、ＡＬＣＶＰ反応装置４００の各種処理パラメーターを制御するためのコンピューター化された制御システムが図２３に示されていないことに注意のこと。しかしながら、当業者にとって、そのようなシステムは良く知られている。反応装置２４０のみが一例として示されているが、図２３に示す下流側の真空システム構成が、本発明で記載されたＡＬＣＶＰ反応装置の構成の各種の他の実施例に対し同様に適用可能であることに注意すべきである。第１の複合ノズル８０−１は、第１の入り口パイプ４０２および第１の計測バルブ４０４を介して第１の反応性ガスの制御された供給装置に接続されている。第２の複合ノズル８０−２は、第２の入り口パイプ４０６および第２の計測バルブ４０８を介して不活性ガスＰの制御された供給装置に接続されている。第３の複合ノズル８０−３は、第３の入り口パイプ４１０および第３の計測バルブ４１２を介して第２の反応性ガスＢの制御された供給装置に接続されている。第４の複合ノズル８０−４は、第４の入り口パイプ４１４および第４の計測バルブ４１６を介して不活性ガスＰの制御された供給装置に接続されている。第１の複合ノズル８０−１からの第１の排気パイプ４１８および第２の複合ノズル８０−２からの第２の排気パイプ４２０は、共に、第１のゲートバルブ４２２に接続されている。第１のゲートバルブ４２２は、第１のゲートバルブ接続パイプ４２６により、第１のスロットルバルブ４２４に接続されている。同様に、第１のスロットルバルブ４２４は、第１のスロットルバルブ接続パイプ４３０を介して、第１の化学前駆物質捕集トラップ４２８に接続されている。続いて、第１の化学前駆物質捕集トラップ４２８は、第１の化学前駆物質捕集トラップパイプ４３４を介して、真空ポンプ４３２に接続されている。同様に、第３の複合ノズル８０−３からの第３の排気パイプ４３６および第４の複合ノズル８０−４からの第４の排気パイプ４３８は、共に、第２のゲートバルブ４４０に接続されている。第２のゲートバルブ４４０は、第２のゲートバルブ接続パイプ４４４により、第２のスロットルバルブ４４２に接続されている。同様に、第２のスロットルバルブ４４２は、第２のスロットルバルブ接続パイプ４４８を介して、第２の化学前駆物質捕集トラップ４４６に接続されている。続いて、第２の化学前駆物質捕集トラップ４４６は、第２の化学前駆物質捕集トラップパイプ４５０を介して、真空ポンプ４３２に接続されている。
【００５８】
排気中の反応性ガス（化学前駆物質）の濃縮を防止するために、基板処理槽からゲートバルブおよびスロットルバルブ介してフィルター／トラップまで続く全ての接続パイプを加熱することが必要であることに注意すべきである。化学前駆物質トラップ４２８および４４６のそれぞれには、反応性のガス／化学前駆物質を濃縮するように、クーラントの一定の流れを供給している。そのような構成は、いくつかの潜在的な高い価値のある効果を有している。まず第１に、化学前駆物質の捕集トラップは、また、反応性ガスの流れから固体の粒子を除去する働きをし、このことは真空ポンプとその動作に対して非常な効果となる。第２に、未使用の反応性ガスが、局所的に注入されるとともに局所的および別に捕集され、相対的に純粋な状態に分離される。この特徴は潜在的な化学リユースにおいておよび全体の処理およびシステム動作効率において重要であり、実質的に下流側への廃液の流れおよびその後処理を減少させる。最後に、反応性化学前駆物質の捕集トラップにおいて、入力ガス量と捕集量との間の閉ループ接続方法を実装することによって、入力ガス量を最適化することができ、化学前駆物質のトラップにおける捕集物を最小レベルに減少させ、全体の処理を経済的に実施できる。
【００５９】
図２４Ａ−２４Ｄは、基板をサセプター上に保持して基板に優れた熱接触を与えるための種々の構成を示している。図２４Ａは、平板上の基板２０５を溝２０９内に保持するための溝２０９を有する八角形サセプター２３０’の傾いた平面の図である。図２４Ｂは、平板上の基板２０５を溝２０９内に保持するための真空開口部２１３を有する八角形サセプター２３０’の傾いた平面の図を示す。ＡＬＣＶＰ反応装置３００の動作中、空洞部２０９内の圧力は、パージ用ガス出口ポート２９５（図２１参照）を介して吸引されることによる槽内の動作圧力より低い状態に保持される。図２４Ｃは、平板上の基板２０５が２つの静電チャックプレート２１５ａおよび２１５ｂのそれぞれにより溝２０９内に保持される、八角形サセプター２３０’の傾いた平面の図を示す。図２４Ｄは、くぎ２１９ａおよび２１９ｂのそれぞれにより円形サセプター２３０上において垂直方向に保持されるフレキシブル基板２００を有する円形サセプター２３０の図を示す。
【００６０】
図２５Ａ−２５Ｄは、サセプターの面または小面上の基板配置の各種の空間的な構成を示している。図２５Ａは、実質的に円筒形状の円形サセプター２３０上に保持されたフレキシブル基板２００の正面図を示す。図２５Ｂは、その上に複数の基板２００ａ、２００ｂ、２００ｃが取り付けられた円形サセプター２３０の正面図である。図２５Ｃは、平板状の基板２０５を保持する八角形サセプター２３０’の小面の正面図である。図２５Ｄは、原子層化学気相処理のために複数の円形状の平板状基板２０５’ａ、２０５’ｂ、２０５’ｃ、２０５’ｄ、２０５’ｅおよび２０５’ｆを保持する八角形サセプター２３０’の小面の正面図である。
【００６１】
本発明の装置の動作
以上のように詳細に記載した本発明の原子層化学気相処理装置の全ての構成は、デュアルモードで動作する。装置の動作の第１モードは基板を１原子層の精度で処理するための原子層化学気相処理反応装置であり、動作の第２モードは高速化学気相処理反応装置である。
【００６２】
まず最初に、反応装置の動作の第１モードにおいて、１枚の基板または複数枚の基板は、場合によって、サセプター上にしっかりと位置決めされ、ＡＬＣＶＰ反応装置のドアーは閉じられ、Ｏリングシールにより安定で一定の内部圧力環境を得る。４つの全ての流れ分離プレートは、全ての流れ分離プレートの下側の端部が回転するサセプターに近接近した状態で固定位置に保持されるように、サセプターに向かって槽内を下降する。流れ分離プレートの下側の端部とサセプターの表面との間の距離は、処理ガスの性質、基板温度および反応装置の圧力によって、１−５ｍｍの範囲内で変化する。ＡＬＣＶＰ反応装置は、真空ポンプの動作により、ゲートバルブおよびスロットルバルブを開放することによって、脱気される。上側および下側の不活性ガスパージ用およびサセプター空洞パージ用のガスの流れが始まる。同時に、基板の回転が始まる。その後特定の処理ステップでは一定に維持される望ましい角速度の達成の後に、両者とも不活性ガスＰを用いる第２および第４複合ノズルを駆動する。同時に、基板は望ましい温度まで加熱され、その温度は閉ループの方法で埋め込みヒーターに対し電気エネルギーを供給することによって一定に保持される。このステップの間、槽の圧力は、スロットルバルブと圧力センサーとの間の閉ループ構成により、一定に調整されて維持される。続いて、第１の反応性ガスＡを用いる複合ノズルが駆動され、その直後に、第２の反応性ガスＢを用いる第２の複合ノズルが駆動される。本発明のノズルの駆動は、内側の線形インジェクターからの流れを開始すること、おとび、同時に基板の近傍から過剰のガスを脱気するための外側排気ポートを用いること、を含んでいる。基板は、順番に第１の反応性ガスＡ、不活性ガスＰ、第２の反応性ガスＢおよび不活性ガスＰに曝されることによって連続的に処理され、その表面上において単一の原子層を処理する。望ましいレベルまで基板の処理を達成した後、反応性ガスを用いる第１および第３の複合ノズルは駆動を停止し、基板は第２および第４複合ノズルからの不活性ガスの流れで、望ましい温度まで冷却され、その間基板は連続的に回転している。続いて、基板回転の角速度は徐々に減少され、基板の回転が完全に停止する。流れ分離プレートは基板表面から待避する（外側に動く）。ゲートバルブは閉じられ、槽は望ましい圧力レベルとなり、槽のドアーを基板移送ポートまで開くことによって、基板を槽から移送する。
【００６３】
反応装置の動作の第２モードにおいて、４つ全ての複合ノズルの駆動の後、不活性ガスＰを用いる第２の複合ノズルが、不活性ガスＰの流れを切り換えるとともに外側排気ポートのバルブを閉じることによって、駆動を停止する。第２の複合ノズルの駆動停止の結果として、第１の反応性ガスＡによる第１の単分子層（原子層）の形成処理が停止して、全体の処理が高速化学気相処理に遷移する。場合によっては、不活性ガスＰを用いる第４の複合ノズルもまた駆動を停止する。また、高速化学気相処理モードでは、全ての流れ分離プレートは、それらの下側の端部がサセプター表面から大きく離れるような待避位置に保持される。
【００６４】
上述したＡＬＣＶＰ反応装置の動作速度の一例として、基板の幅が３０ｃｍであり、長さが約１００ｃｍである。そのような基板は、約３２ｃｍである近似半径が１００ｃｍ／πのサセプターの周りに巻き付けられる。薄膜材料の各単分子層が厚さ０．２ｎｍでサセプターの回転における角速度が１０００回／分だと仮定すると、２００ｎｍ／分の原子層析出速度が１／３メートルの領域で達成できる。ＡＬＣＶＰ反応装置は、１／３平方メートルの基板サイズ上に５分で１．０ミクロン（１０００ｎｍ）の析出厚さを達成することができる。本発明は、以下に実施例として記載される応用例を通して、さらに詳しく説明される。
【００６５】
実施例−１：銅の原子層析出
２００４年１０月２７日付け提出の米国特許出願Ｎｏ．１０／９７５，１６９において記載されているように、第１の複合ノズルの内側線形インジェクター内でその場形成された一般式ＣｕＸ（Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）を有するハロゲン化銅を用いることによって、銅の膜を１単分子層の精度で析出できる。ハロゲン化銅ガスは、続いて、Ｈ２プラズマから引き出された活性水素物質（例えば、イオン物質Ｈ＋、フリーラジカルＨ・および活性化したＨ２＊）と組み合わされる。あるいは、基板表面上のＣｕＸは、第２の複合ノズルの内側線形インジェクターと接続したラジカル源から得られた水素フリーラジカル（Ｈ・）と組み合わされる。銅単分子層析出処理に対し、第１および第３の複合ノズルのそれぞれがハロゲン化銅の前駆物質を用い、一方、第２および第４の複合ノズルの両者が水素プラズマまたは水素フリーラジカルから引き出された物質を用い、全体の処理をスピードアップする。
【００６６】
全体の反応は以下の取りである：
ＣｕＸ＋Ｈ＋／Ｈ・→Ｃｕ＋ＨＸ        …（２）
式（２）で記載されたようにハロゲン化銅減少の化学的処理において、活性水素物質は従来の４ステップ原子層析出処理において不活性ガスＰと置き換わる。この目的のために効率的に使用可能な他の銅前駆物質は：銅（ＩＩ）ヘキサフルオロ−アセチル−アセトネート［Ｃｕ（ｈｆａｃ）２］、中でも、銅（ＩＩ）２、２、６、６−テトラメチル−３、５−ヘプタンディオネート［Ｃｕ（ｔｈｄ）２］である。
【００６７】
実施例−２：銅インジウムジセレナイド合金膜の析出
銅インジウムジセレナイドの薄膜が、インジウムのハロゲン化物、例えば、線形インジェクタ内においてその場形成された三塩化インジウム［ＩｎＣｌ３］［２００４年１０月２７日付け提出の米国特許出願Ｎｏ．１０／９７５，１６９を参照のこと］、トリメチルインジウム［（ＣＨ３）３Ｉｎ］、ジメチルインジウムクロライド［（ＣＨ３）２Ｉｎ−Ｃｌ］、中でも、インジウムヘキサフルオロ−ペンタンディオネート［Ｃ１５Ｈ３Ｆ１８Ｏ６Ｉｎ］などの適切なインジウムの前駆物質と組み合わされた、上述した実施例−１に記載されているように銅の前駆物質のうちの１つを用いることによって、ＡＬＤモードで析出される。インジウムの前駆物質は、上述したリストのいずれか１つに限定されるものではない。好ましいセレンの前駆物質は、２００４年１０月２７日付け提出の米国特許出願Ｎｏ．１０／９７５，１６９で記載された固体のセレンおよび水素からその場形成されたＨ２Ｓｅガスである。銅インジウムジセレナイド薄膜の合成のための全体の化学反応は、以下のように与えられる（単純化するために、反応は塩化物およびセレン化水素ガスのみを示している）：
ＣｕＣｌ＋ＩｎＣｌ３＋２Ｈ２Ｓｅ→ＣｕＩｎＳｅ２＋４ＨＣｌ      式（２）
窒素はＡＬＤ処理におけるパージのための不活性ガスとして使用することができる。この目的のために使用できるＡＬＣＶＰ反応装置の構成は図６Ａに示されており、ここにおいて、２つの内側線形インジェクターがＣｕＣｌおよびＩｎＣｌ３蒸気を槽内に注入するために使用されている。また、図１７および１８に示したＡＬＣＶＰ反応装置の構成を、この目的のために効果的に用いることができる。
【００６８】
実施例−３：銅インジウム（ガリウム）セレナイド（ＣＩＧＳ）の段階化された組成の膜の析出
厚さにより組成を変化させた薄膜が、図１７および１８に示されたＡＬＣＶＰ反応装置の構成を用いることによって、ＡＬＤモードで析出される。銅およびインジウムの原料は上述した通りのものであるが、それらのうちのいずれか１つに限定されるものではない。これらは、限定されないが、トリエチルガリウム［（ＣＨ３）３Ｇａ］、ジエチル−ガリウムクロライド［（Ｃ２Ｈ５）Ｇａ−Ｃｌ］およびパージガスとしてＮ２を有するＨ２Ｓｅのような適切なガリウム原料と組み合わされる。銅インジウム（ガリウム）セレナイド膜のＡＬＤ／ＣＶＤ析出処理中、インジウムの流れは増加し、ガリウムの流れは比例的に減少し、Ｈ２Ｓｅの流れを維持する。ＡＬＤまたはＣＶＤモードにおけるそのような処理シーケンスは、段階的な光学ギャップ、大面積および高品質の太陽光吸収体の材料を発展させるために重要であり、ここにおいて、材料の組成および光学的バンドギャップは膜厚に対して調整される。
【００６９】
実施例−４：硫化亜鉛／セレン化亜鉛膜の析出
ＺｎＳｅの薄膜が、亜鉛原料としてＺｎＣｌ２または硫黄およびセレンのそれぞれの原料としてＨ２ＳまたはＨ２Ｓｅを用いることによって析出される。ＺｎＣｌ２は米国特許出願Ｎｏ．１１／に記載されているように内側線形インジェクター内にその場形成される。あるいは、ジメチル亜鉛［（ＣＨ３）２Ｚｎ］が亜鉛原料として用いられる。
【００７０】
実施例−５：銅インジウム（ガリウム）セレナイドおよび硫化亜鉛／セレン化亜鉛２層膜の析出
ＣＩＧＳが吸収層として用いられ、ＺｎＳＳｅが薄膜太陽光電池の窓層として用いられる。銅インジウム（ガリウム）セレナイド（ＣＩＧＳ）／ＺｎＳＳｅ薄膜は、図１７に示されたＡＬＣＶＰ反応装置の構成を用いることによって、上述した実施例−３に示されたＣＩＧＳ膜の第１の析出によって達成され、図１７においてＡ１は銅原料、Ａ２はインジウム原料、Ａ３はガリウム／亜鉛原料であり、一方、Ｂ１はセレン原料であり、Ｂ２は硫黄原料である。そのような処理シーケンスにおいて、ＺｎＳＳｅ膜は、真空を破ることなく同じ槽内にすでに形成されたＣＩＧＳ膜の頂上に析出される。ＣＩＧＳおよびＺｎＳＳｅ薄膜の両者あるいはいずれか一方は、ＡＬＤまたはＣＶＤ方法によって析出される。そのような処理シーケンスは、吸着層と窓層との間の境界の一体性を保つことによって、太陽電池の効率を増加させるために重要である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は特定の実施例を参照して示されるとともに記載されたが、これらは一例として説明されたものであり、本発明の実際の応用範囲を限定するものではない。そのため、技術的な処理、構成、材料、形状および構成要素における変更や改良は可能であり、これらの変更や改良は特許請求の範囲の記載から逸脱するものではない。例えば、実質的に線形の形状の複合ノズルは、サセプターの高さにわたる複数の独立したノズルのセットにより置き換えることができる。いくつかの実施例におけるサセプターは、丸いドラムまたは複数の小面および多角形断面を有する回転体として記載された。上述した少なくとも１つの実施例において、しかしながら、システムは２つの回転するドラムおよび基板または２つのドラムの周りの基板搬送通路を使用している。サセプターは、そのため、槽内における移送メカニズムであり、本発明の範囲内においてあり得る、多くの移送メカニズムのようなものが使用可能である。あるいは、サセプターの全体高さにわたって流れを投射する１点ノズルを、基板を被覆するために効率的に用いることができる。また、各種の化学処理は、上述した装置および方法を用いることによって、発展することができる。さらにまた、処理シーケンスは、プロセス化学および望ましい製品に従って好適に改良することができるが；そのような改良のすべてが本発明の範囲内に存在する。そのような反応装置の動作は、ガス流れ速度、基板温度、基板回転速度および槽内の圧力などの処理パラメーターの広い範囲に亘って調整することができる。析出に加えて、本発明は、材料のエッチングまたは除去、フォトレジストのはぎ取り、微細構造に存在するポストアッシュまたはポストエッチ・クリーニング、処理槽の内表面からの析出物の除去、などの処理の他の広い範囲にも同様に応用することができる。それは基板処理の広い領域を包含し、発明者によって原子層化学気相処理「ＡＬＣＶＰ」と参照され、処理槽はＡＬＣＶＰ反応装置と称された。また、上述した本発明の構成は、特定の化学処理に限定されるものではなく、広範囲の化学がその範囲内で効率的に実施できる。基板の形状は円形状または方法形形状に必然的に限定される必要はなく、正方形、多角形またはその他の形状をとることもできる。また、ここに示され記載されたものと異なる複合ノズルの種々の組み合わせおよび配置をとることもできる。また、サセプターも、円形および八角形断面から離れて、多角形の形状とすることができる。複合ノズルの場合、内側線形インジェクターは必然的に円筒形チューブであるひつようはなく、コニカル形状あるいはその他の形状もとることができる。そのような基板処理の装置および方法は十分に実施可能な程度に詳細に教示される。
【００７２】
また、上述した全てのＡＬＣＶＰ反応装置の構成において、サセプターには、エネルギーの電磁源例えばラジオ周波数の励磁を与えることができ、処理すべき薄膜の特性および基板の表面上で起きる化学反応の性質を調節するよう適切にバイアスすることもできる。あるいは、少なくとも１つの内側線形インジェクターをプラズマ源に接続することもでき、または、線形インジェクターの１つをフリーラジカル源に接続して低温での薄膜処理反応を促進することもできる。
【００７３】
また、上述した全ての原子層化学気相処理装置の構成において、装置の動作モードを、個別の原子層処理から高速化学気相処理（析出、エッチングまたは表面改質）へその場で変更することができる。原子層化学気相処理モード中、全ての長方形の流れ分離プレートは基板に向かって下降して、基板の表面上に形成される境界層を破壊し、一方、反応性ガスおよび不活性ガスを用いる全ての複合ノズルは、動作状態にセットされる。それに対し、動作の高速モードは、基板への不活性ガスの流れを停止することによって、および／または、全ての流れ分離プレートを基板から遠くに移動させることによって、達成することができる。
【００７４】
さらにまた、本発明のＡＬＣＶＰ装置の全ての構成において、反応性ガスが局所的に注入され、局所的および分離して捕捉されることを注意することは、きわめて重要である。下流方向へのパイプの配置において、第１の複合インジェクターの排気アームおよび第２の複合インジェクターの排気アームは、両者とも、スロットルバルブおよび化学前駆物質の捕集／濃縮トラップを介して真空ポンプに順番に接続されるＹ（またはＴ）形状のコネクターに接続されている。近似した下流方向へのパイプ構成は、第３および第４の複合インジェクターのそれぞれに対しても用いることができる。ＡＬＣＶＰ装置の排気セクションにおけるそのようなパイプ構成は、下流側での高い反応性化学前駆物質の混合を防ぎ、
かなりの動作の節約を実現するための再利用のために相対的に純粋な形態で前駆物質の未使用部分の回収においての重要な助けとなる。また、そのような構成は、下流側の廃液の量、廃棄物浄化の限度およびそれに伴うコストをかなり減少できる。加えて、ここに記載した各種の反応装置の構成は、化学前駆物質の消費の最適化の助けとなる。これらのファクターの組み合わせは、実質的に、本発明で記載した装置の全体の処理速度および動作効率を増加する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、複数の基板上の薄膜析出のために使用される従来技術の複数ウェハバレル型ＣＶＤ反応装置の図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来技術の４つのチューブインジェクターを有する、複数基板回転プラテンＡＬＤ反応装置の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、基板に対するチューブインジェクターの配置を記載した、図２Ａに示された複数基板回転プラテンＡＬＤ反応装置の平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、従来技術の、コンベアベルト上の下部を横切る加熱された基板の列上における薄膜の化学蒸着析出のために用いられる並列で線形のインジェクターのスロットシステムにおける断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、従来技術としての、各々がＡＬＤにＡ、Ｐ、ＢおよびＰの順番を満たす、薄膜原子層析出のために用いられる共通排気管に供給された、反応性ガスＡ、不活性ガスＰおよび反応性ガスＢを吹き込むための、密集した複数の交互に平行なインジェクターのセットを用いるＡＬＤシステムの断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、従来技術に記載されているように、ジェットの中心に形成された流れＰのよどみ点を有するとともに厚さ＝δの均一な境界層を発生する平面に対する軸方向に均一なジェットの直交する衝突によって発生した、一般的なよどみ点の流れの平面像である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、従来技術に記載されているように、ジェットの中心に形成された流れＰ’のよどみ点を有するとともに、厚さ＝δ’の均一な境界層を発生する円筒表面に対する円形噴流の衝突によって発生した、一般的なよどみ点の流れの平面像である。
【図５Ａ】図５Ａは、１つの内側線形インジェクターと外側排気ポートとを備える複合ノズルの長さ方向に沿った断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、外側排気ポート内に設けられた内側線形インジェクターを示す図５Ａに記載されている複合ノズルの出口ポートの底面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、外側排気ポート内に並んで設けられた２つの内側線形インジェクターを備える複合ノズルの幅方向を横切る断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、共通の外側排気ポート内に並んで設けられた２つの内側線形インジェクターを示す図６Ａに記載されている複合ノズルの出口ポートの底面図である。
【図７】図７は、側面の入口および２つの平行な外側線形排気ポートを有する内側線形インジェクターを備える一方の複合インジェクターの底面図である。
【図８】図８は、中間の入口と内側の線形インジェクターの対向する端部の２つの排気ポートとを有する内側線形インジェクターを備える複合インジェクターの他の構成の底面図である。
【図９】図９Ａ−図９Ｄは、内側の線形インジェクターの出力ポートの４つの異なる配置例を示す底面図である。
【図１０】図１０は、内側線形インジェクターの種々の出口ポートを、単独で用いることによって、あるいは、互いに組み合わせて用いることによって、発生可能な流れのプロファイルである。Ｌは図９Ａ−図９Ｄに示される内側の線形インジェクターの外側ポートの長さである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、流れ分離プレートの精確な動きのためのステッパーモーターとギア配置とを示す、ＡＬＣＶＰ反応装置の壁部上でベロウの端部に搭載された流れ分離プレートの配置図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、流れ分離プレートの精確な動きのためのステッパーモーターとギア配置とを示す、ＡＬＣＶＰ反応装置の壁部上で一対のＯリングを有するリップシール部内に搭載された流れ分離プレートの配置図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、上側および下側の表面を有し、幅＝ｗ、長さ＝Ｌおよび厚さ＝ｔを有するフレキシブルな基板の図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、基板の反対側の端部に取り付けられたセラミック端部コネクターを有するフレキシブル基板のアセンブリーの平面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、基板とセラミック端部コネクターとのアセンブリーをプックアンドプレースするために、セラミック端部コネクター内の溝を示す反対側の端部に取り付けられた、セラミック端部コネクターを有するフレキシブル基板の側面図である。差し込み図は、フレキシブル基板を支持するために用いられるセラミック端部アセンブリーの拡大図である。
【図１３】図１３は、基板に取り付けられたセラミック端部コネクターの位置決めのための、２つの隣接する長手方向に平行な溝を有する円形サセプターの断面図である。
【図１４】図１４は、第１のセラミック端部コネクターが第１の溝中に強固に位置決めされ、続いて、サセプターが反時計方向に回転する、フレキシブル基板の取り付けの第１ステップを示す図である。
【図１５】図１５は、（幅方向に沿って）基板の対向する端部に取り付けられた第２のセラミック端部コネクターが第２の溝中に強固に位置決めされ、それによって、基板がサセプターの周りにラップされ支持される、フレキシブル基板の取り付けの最終ステップを示す図である。
【図１６】図１６は、ｘ−ｚ面に、第１の反応性ガスＡの制御された供給装置と接続した第１の複合ノズルと、不活性ガスＰの制御された供給装置と接続した第２の複合ノズルと、第２の反応性ガスＢの制御された供給装置と接続した第３の複合ノズルと、不活性ガスＰの制御された供給装置と接続した第４の複合ノズルと、を有し、すべての複合ノズルが連続して円形の原子層処理装置内に設けられ、フレキシブル基板が同軸状に搭載された円筒形のサセプターに取り付けられた、４つの複合ノズルを備える原子層処理反応装置の好適な実施例の垂直方向の断面図である。
【図１７】図１７は、第１の複合ノズルに接続された反応性ガスＡ１、Ａ２およびＡ３の制御電源、および、第３の複合ノズルに接続された反応性ガスＢ１、Ｂ２およびＢ３の制御電源、を有する、図１６で示された、原子層処理反応装置の垂直方向の断面図である。
【図１８】図１８は、ｘ−ｚ面に、第１の反応性ガスＡの制御された供給装置に接続した第１の複合ノズルと、不活性ガスＰの制御された供給装置に接続した第２の複合ノズルと、第２の反応性ガスＢの制御された供給装置に接続した第３の複合ノズルと、不活性ガスＰの制御された供給装置に接続した第４の複合ノズルと、第３の反応性ガスＣの制御された供給装置に接続した第５の複合ノズルと、第４の反応性ガスＤの制御された供給装置に接続した第６の複合ノズルとを、有する６つの複合ノズルを備える原子層処理反応装置の垂直方向の断面図である。
【図１９】図１９は、ｘ−ｙ面の、基板の配置、内部キャビティ内に搭載された非接触温度センサー、サセプターの回転のためのモーターおよびプーリーの配置を有する、両端に設けられた回転真空シールを示す図１６のＡＬＣＶＰ反応装置の水平方向の断面図である。
【図２０】図２０は、ｘ−ｚ面に、第１の反応性ガスＡの制御された供給装置に接続した第１の複合ノズルと、不活性ガスＰの制御された供給装置に接続した第２の複合ノズルと、第２の反応性ガスＢの制御された供給装置に接続した第３の複合ノズルと、不活性ガスＰの制御された供給装置に接続した第４の複合ノズルとを有し、すべての複合ノズルが連続して円形の原子層処理槽内に設けられ、多角形断面で平面状の基板を有する同軸状に構成された円筒形のサセプターがサセプターの小平面に取り付けられた、４つの複合ノズルを備える原子層処理反応装置の他の実施例の垂直方向の断面図である。
【図２１】図２１は、ｘ−ｙ面の、基板の配置、内部キャビティ内に搭載された非接触温度センサー、サセプターの回転のためのモーターおよびプーリーの配置を有する、両端に設けられた回転真空シールを示す図２０のＡＬＣＶＰ反応装置の水平方向の断面図である。
【図２２】図２２は、長方形の断面を有する原子層化学気相処理槽内に搭載された４つの連続して設けられた複合ノズルを有するとともに、２個の円筒形サセプター上を回転する金属ベルト上に搭載されたフレキシブル基板を有する、原子層化学気相処理装置の他の実施例の断面を示す。
【図２３】図２３は、本発明の原子層化学気相処理装置、複合ノズルの各々に対する化学前駆物質測定および供給システム、反応性ガスＡに対するゲートバルブ、スロットルバルブおよびフィルター付きのトラップのセットおよび反応性ガスＢに対するゲートバルブ、スロットルバルブおよびフィルター付きのトラムの類似のセット、および、真空ポンプを備える原子層化学気相処理装置の図である。ＡＬＣＶＰ反応制御システムは図面に示していない。
【図２４Ａ】図２４Ａは、回転中に平面状の基板を保持するために用いられる溝を有する、第１のサセプターの構成の断面を示す。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、回転中に平面状の基板を保持する真空出口を用いるサセプターの第２構成の断面を示す。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、回転中に平面状の基板を保持する、静電チャックの能動部材を用いる、サセプターの第３構成の断面を示す。
【図２４Ｄ】図２４Ｄは、サセプター上にフレキシブル基板を搭載するためのサセプター上の円周溝を用いる、サセプターの第４構成の断面を示す。
【図２５Ａ】図２５Ａは、円筒形のサセプター上における単一のフレキシブル基板の配置の図を示す。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、円筒形のサセプター上における複数のフレキシブル基板の配置の図を示す。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、八角形のサセプターの小平面上における単一の平面状基板の配置の図を示す。
【図２５Ｄ】図２５Ｄは、八角形のサセプターの小平面上における複数の平面状基板の配置の図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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