DE112014001586T5 - Vorrichtung zur Bearbeitung von zwei oder mehreren Substraten in einem Batch-Prozess - Google Patents

Vorrichtung zur Bearbeitung von zwei oder mehreren Substraten in einem Batch-Prozess Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von zwei oder mehreren Substraten (10) in einem Batch-Prozess, indem zumindest ein Teil der Oberfläche der Substrate (10) alternierenden Oberflächenreaktionen zumindest eines ersten und eines zweiten Präkursors ausgesetzt wird. Die Vorrichtung umfasst: mehrere Substrathalter (6) zur Stützung der besagten Substrate (10) und eine Reaktionskammer (3) mit einem Reaktionsraum (30). Die Reaktionskammer (3) ist konfiguriert, Material auf der Oberfläche der Substrate (10) im Reaktionsraum (30) während einer Bearbeitungsphase abzulagern. Die Substrathalter (6) sind innerhalb der Reaktionskammer (3) installiert oder angeordnet, darin installiert zu werden, um die Substrate (10) innerhalb der Reaktionskammer (3) während der Bearbeitungsphase zu bearbeiten. Während einer Ladephase, in der die Substrate (10) von einer Ladevorrichtung (9) auf die Substrathalter (6) geladen werden, sind zumindest einige Substrathalter (6) angeordnet, in Bezug aufeinander beweglich zu sein.

Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von zwei oder mehreren Substraten in einem Batch-Prozess und insbesondere auf eine im Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 definierte Vorrichtung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten, indem zumindest ein Teil der Oberfläche des Substrats alternierenden Oberflächenreaktionen von zwei oder mehreren Präkursormaterialien ausgesetzt wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten gemäß den Prinzipien der Atomschichtsdeposition (ALD). In dieser Anmeldung bedeutet der Terminus ALD Atomschicht-Epitaxie (ALE) und andere ähnlich benannte Verfahren, die die Prinzipien von ALD verwirklichen. Die Vorrichtungen zur Atomschichtsdeposition weisen typischerweise eine Vakuumkammer auf, in der die Substrate bearbeitet werden. Eine separate Reaktionskammer kann auch innerhalb der Vakuumkammer angeordnet werden, so dass die Substrate in die Reaktionskammer geladen und in der Reaktionskammer bearbeitet werden. Die Ladung der Substrate kann manuell oder von einer Ladevorrichtung wie einem Laderoboter durchgeführt werden. Herkömmlich wird die Ladung der Substrate in die ALD-Vorrichtung in einer normalen Umgebungsatmosphäre, Raumatmosphäre oder Reinraumatmosphäre durchgeführt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ladung der Substrate auf Substrathalter zur Stützung der besagten Substrate.
  • WO 2009/144371 offenbart eine Vorrichtung, in der Material auf Oberflächen eines Batches von vertikal positionierten Substraten in einer Reaktionskammer abgelagert wird. In der Veröffentlichung weist ein Batch von vertikal positionierten Substraten eine Gruppe von Wafern auf, die parallel in einem beweglichen Substrathalter positioniert sind. Der Substrathalter ist an einem beweglichen Deckel der Reaktionskammer befestigt und die Größe der Reaktionskammer ist speziell für die Größe des Batches von vertikal positionierten Substraten oder für die Größe eines die Substrate tragenden Substrathalters optimiert. WO 2009/144371 offenbart ferner, dass der Abstand zwischen den Substraten klein ist, um die Effizienz des Reaktionsraums zu verbessern, aber ausreichend groß ist, um den Eintritt von Präkursorfluss zwischen die Substrate zu ermöglichen. Die Veröffentlichung offenbart nicht, wie die Substrate in den Batch geladen werden, aber wegen des kleinen Abstands zwischen den Substraten im Batch werden Anforderungen an die Ladephase größer.
  • Ein Batch-Reaktor wird gewöhnlich derart gebaut, dass feste Regale für die Substrate, wie in der Offenbarung von WO 2009/144371 , verwendet werden. Ein mit der oben erwähnten Vorrichtung nach dem Stand der Technik verbundenes Problem ist, dass die Ladevorrichtung, zum Beispiel ein Endeffektor eines Roboterarmes, wegen beschränkten Zugangs sehr klein sein muss. Um die Substrate auf den Substrathalter zu laden, muss es für die Ladevorrichtung Raum geben, um zwischen die Regale zu kommen und das Substrat da zu positionieren. Je schwerer das Substrat, desto mehr Raum braucht die Ladevorrichtung für die Positionierung des Substrats in das Regal. Gleichzeitig wird die Querschnittsfläche größer, was zu einem Bedarf an größeren Flüssen und dementsprechend einer größeren Anzahl Rohrleitungen und Pumpen führt. Eine andere Weise, einen Batch-Reaktor zu bauen, ist, dass Regale auf solche Weise angeordnet werden, dass der Abstand zwischen den aufeinander folgenden Regalen größer ist, doch führt das zu anderen Problemen wie zu umfangreicherem Präkursorverbrauch, langsamerer Spülung und umfangreicherem Verbrauch von Spülgasen und schließlich zu einer größeren ALD-Vorrichtung. Einige Probleme mit der Filmqualität können auch auftauchen, wenn der Raum zwischen Substraten groß ist. Probleme können auch entstehen, die sich auf die Lieferung einer ausreichenden Menge an Präkursoren auf herkömmliche Weisen beziehen. Wenn die Größe der Vorrichtung größer wird, gibt es auch Probleme mit Transport wegen der Höhe der Einrichtung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung derart bereitzustellen, dass die Nachteile nach dem Stand der Technik gelöst oder zumindest gemildert werden. Die Aufgaben der Erfindung werden durch eine Vorrichtung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, was im unabhängigen Patentanspruch angegeben wird. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung basiert auf der Idee, dass eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten derart bereitgestellt wird, dass während der Ladephase, in der die Substrate von einer Ladevorrichtung auf die Substrathalter geladen werden, zumindest einige Substrathalter angeordnet sind, in Bezug aufeinander beweglich zu sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Substrathalter auf solche Weise angeordnet werden, dass der Abstand zwischen dem zu beladenden Substrathalter und dem darüber liegenden Substrathalter größer ist, als der Abstand zwischen denselben Substrathaltern während der Bearbeitungsphase, so dass die Ladevorrichtung das Substrat auf dem Substrathalter während der Ladephase positionieren kann. Während der Ladephase, wenn ein Substrathalter beladen wird, sind die anderen Substrathalter vorzugsweise in einer Warteposition nahe aneinander, oder falls der Substrathalter oder die Substrathalter schon beladen sind, sind sie vorzugsweise in einer Bearbeitungsposition, in der sie während der Bearbeitungsphase sind. Somit dient die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung von zwei oder mehreren Substraten in einem Batch-Prozess, indem zumindest ein Teil der Oberfläche der Substrate alternierenden Oberflächenreaktionen zumindest eines ersten und eines zweiten Präkursors ausgesetzt wird, welche Vorrichtung: mehrere Substrathalter zur Stützung der besagten Substrate und eine Reaktionskammer mit einem Reaktionsraum aufweist, welche Reaktionskammer konfiguriert ist, Material auf der Oberfläche der Substrate im Reaktionsraum während einer Bearbeitungsphase abzulagern, wobei die Substrathalter innerhalb der Reaktionskammer installiert werden oder angeordnet sind, installiert zu werden, um die Substrate innerhalb der Reaktionskammer während der Bearbeitungsphase zu bearbeiten. Während einer Ladephase, in der die Substrate von einer Ladevorrichtung auf die Substrathalter geladen werden, sind zumindest einige Substrathalter angeordnet, in Bezug aufeinander beweglich zu sein. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Substrathalter in einem Substratgestell angeordnet, das einen Substrat-Batch mit zwei oder mehreren Substraten trägt. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Substrathalter in einem Stapel angeordnet.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung von zwei oder mehreren Substraten in einem Batch-Prozess, indem zumindest ein Teil der Oberfläche der Substrate alternierenden Oberflächenreaktionen zumindest eines ersten und eines zweiten Präkursors ausgesetzt wird, weist mehrere Substrathalter zur Stützung der besagten Substrate auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Reaktionskammer mit einem Reaktionsraum auf, welche Reaktionskammer konfiguriert ist, Material auf der Oberfläche der Substrate im Reaktionsraum während einer Bearbeitungsphase abzulagern. Die Substrathalter sind innerhalb der Reaktionskammer installiert oder angeordnet, darin installiert zu werden, um die Substrate innerhalb der Reaktionskammer während der Bearbeitungsphase zu bearbeiten. Die Vorrichtung weist ferner einen Aktuator auf, der eine relative Bewegung eines oder mehrerer Substrathalter in Bezug aufeinander ermöglicht. Der Aktuator ermöglicht eine relative Bewegung eines oder mehrerer Substrathalter so, dass während einer Ladephase, in der die Substrate von einer Ladevorrichtung auf die Substrathalter geladen werden, der zu beladende Substrathalter, der darüber einen anderen Substrathalter hat, in einer Ladeposition angeordnet ist, in der der Abstand von dem zu beladenden Substrathalter zu dem darüber liegenden Substrathalter größer als der Abstand zwischen denselben Substrathaltern während der Bearbeitungsphase ist. Somit weist die Vorrichtung ferner einen Aktuator auf, der die Substrathalter bewegt, so dass während der Ladephase der zu beladende Substrathalter, der darüber einen anderen Substrathalter hat, in einer Ladeposition angeordnet ist, in der der Abstand von dem zu beladenden Substrathalter zu dem darüber liegenden Substrathalter größer als der Abstand zwischen denselben Substrathaltern während der Bearbeitungsphase ist. Während der Ladephase sind andere Substrathalter als der zu beladende Substrathalter angeordnet, von dem Aktuator und/oder einem Hebemittel in eine Warteposition bewegt zu werden, in der die Substrathalter näher aneinander als in einer Bearbeitungsposition sind, in der sie während der Bearbeitungsphase sind. Während der Ladephase sind schon mit dem Substrat beladene Substrathalter angeordnet, von dem Aktuator und/oder einem Hebemittel in eine Bearbeitungsposition bewegt zu werden, so dass der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden beladenen Substrathaltern derselbe wie während der Bearbeitungsphase ist. Während der Ladephase wird der zu beladende Substrathalter von dem Aktuator und/oder einem Hebemittel in die Ladeposition bewegt. Während der Ladephase werden andere Substrathalter als der zu beladende Substrathalter an ihren Plätzen gehalten, während der zu beladende Substrathalter von dem Aktuator in die Ladeposition bewegt wird. Der Substrathalter kann ein Regal zur Stützung des Substrats und/oder ein Paar Stützflansche zur Stützung des Substrats zwischen dem besagten Paar Substratflansche sein. Das Substratgestell weist vorzugsweise eine Bodenplatte und Rahmen auf, wobei die besagten Substrathalter in Verbindung mit den besagten Rahmen angeordnet sind. Der Aktuator umfasst vorzugsweise eine Zapfenanordnung, die durch die Bodenplatte angeordnet ist, und/oder eine Stabanordnung durch die Reaktionskammer. Die Vorrichtung weist ferner ein Hebemittel auf, das konfiguriert ist, das beladene Substratgestell in die Reaktionskammer zu heben, so dass die Reaktionskammer angeordnet ist, geschlossen und geöffnet zu werden, indem das Substratgestell mit der Hebeanordnung bewegt wird. Der Aktuator ist auf solche Weise angeordnet, dass während der Bearbeitungsphase die beweglichen Teile des Aktuators außerhalb der Reaktionskammer angeordnet sind. Die Vorrichtung kann ferner eine Vakuumkammer aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass die Ladevorrichtung vorgesehen ist, genügend Platz zu haben, wenn die Substrate in den Batch während der Ladephase geladen werden, und der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Substraten während der Bearbeitungsphase optimal für die Ablagerung des Materials auf der Oberfläche der Substrate ist, während die Größe der Reaktionskammer derart gestaltet werden kann, dass es da keinen unnötigen überflüssigen Raum gibt. Ein anderer Vorteil der Vorrichtung ist, dass die Vorrichtungen kompakter ausgestaltet werden können, so dass die Vorrichtungen eine kleinere Größe haben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen:
  • 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt;
  • 2a bis 2f eine Ausführungsform der Erfindung zeigen;
  • 3a bis 3f eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigen;
  • 4a und 4b die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigen; und
  • 5a und 5b die in 3a bis 3f dargestellte Ausführungsform aus einer anderen Sicht zeigen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche Vorrichtung eine ALD-Einheit 1 mit einer Vakuumkammer 2 aufweist, die angeordnet ist, von der Umgebungsatmosphäre wesentlich isoliert zu sein. Die Vakuumkammer 2 kann zumindest teilweise geöffnet und geschlossen werden, um den Innenraum der Vakuumkammer 2 von der Umgebungsatmosphäre zu isolieren. Die Substrate können innerhalb der Vakuumkammer 2 für die Bearbeitung gemäß den Prinzipien von ALD angeordnet oder geladen werden. In diesem Kontext bedeutet die Umgebungsatmosphäre eine normale Raumatmosphäre, eine Reinraumatmosphäre oder irgendeine Atmosphäre, die sich nicht für die Bereitstellung einer inerten Atmosphäre gegen Verunreinigung oder Verschlechterung der empfindlichen Substrate eignet. Die ALD-Einheit 1 weist weiterhin zumindest eine Vakuumvorrichtung (nicht in der Figur gezeigt) auf, die mit der Vakuumkammer 2 wirkverbunden ist, um ein Vakuum innerhalb der Vakuumkammer 2 zu erzeugen. Die Vakuumvorrichtung kann eine Vakuumpumpe oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vakuumvorrichtung kann angeordnet werden, einen Vakuumdruck in der Größenordnung von 0,1 bis 100 mbar, typischerweise ungefähr 4 mbar, zu erzeugen. Die Vakuumvorrichtung kann dafür verwendet werden, dass sie den erwähnten Vakuumdruck in der Vakuumkammer 2 für die Zeit, die die Substrate bearbeitet werden und die Vakuumkammer 2 geschlossen ist, erzeugt. Es sollte bemerkt werden, dass die Vakuumkammer 2 selbst die Reaktionskammer 3 ausbilden kann, in der die Substrate mit den Präkursoren bearbeitet werden, oder alternativ kann eine separate Reaktionskammer 3 innerhalb der Vakuumkammer 2 angeordnet werden, wie in dieser Figur gezeigt wird. Wenn eine separate Reaktionskammer 3 vorgesehen ist, werden die Substrate innerhalb der Reaktionskammer 3 bearbeitet und die Präkursoren werden auch in die separate Reaktionskammer 3 eingespeist.
  • Die ALD-Einheit 1 umfasst ferner ein Präkursor-Zuführsystem (nicht in der Figur gezeigt) zur Einspeisung von gasförmigen Präkursoren in die Reaktionskammer 3, d. h. die Vakuumkammer 2 oder eine separate Reaktionskammer 3 innerhalb der Vakuumkammer 2 wie in diesem Beispiel, um die Atomschichtsdeposition durchzuführen. Das Präkursor-Zuführsystem weist eine oder mehrere Präkursorquellen wie einen Gasbehälter oder einen Tiegel sowie Rohre oder Leitungen zur Führung der Präkursoren in die Reaktionskammer 3 auf. Mit anderen Worten werden die Präkursoren in eine Reaktionskammer 3 im gasförmigen Zustand eingespeist, aber in einem Präkursortank können sie gasförmig, flüssig oder fest sein. Das Präkursor-Zuführsystem kann auch Auslassmittel zur Entfernung von Präkursoren oder Spülgasen aus der Reaktionskammer 3 aufweisen.
  • Die ALD-Einheit 1 weist die Vakuumkammer 2 auf, die einen Vakuumraum 20 definiert. Die Vakuumkammer 2 ist mit einem Absperrventil 21 versehen, durch das die Substrate 10 in die Vakuumkammer 2 geladen werden können. Das Absperrventil kann auch durch eine Ladeklappe oder dergleichen ersetzt werden. Die ALD-Einheit 1 weist auch eine separate Reaktionskammer 3 auf, die innerhalb der Vakuumkammer 2 angeordnet ist, welche Reaktionskammer 3 einen Reaktionsraum 30 innerhalb der Reaktionskammer 3 definiert. Die ALD-Einheit 1 ist auch mit einem Substratgestell 5 versehen, das mehrere Substrathalter 6 aufweist, auf die die Substrate 10 geladen werden. Das Substratgestell 5 weist eine Bodenplatte 7 auf, auf die das Substratgestell 5 gestützt wird. Das Substratgestell 5 kann auch einen Gestellrahmen 11 aufweisen und die besagten Substrathalter 6 sind in Verbindung mit dem besagten Rahmen 11 angeordnet. Das Substratgestell 5 ist ferner mit einem am Substratgestell 5 angeordneten Hebemittel 8 versehen, mit dem das Substratgestell 5 innerhalb der Reaktionskammer 3 gehoben wird. In einer offenen Position der Reaktionskammer 3 befindet sich das Substratgestell 5 zumindest teilweise außerhalb der Reaktionskammer 3. Eine Ladevorrichtung ist angeordnet, Substrate 10 mit einem Ladearm 9 oder dergleichen durch das Absperrventil 21 in die Vakuumkammer 2 und auf die Substrathalter 6 des Substratgestells 5 zu laden. Die Ladevorrichtung ist typischerweise ein Laderoboter, der einen Roboterarm 9 zur Ladung, Entladung und Behandlung der Substrate 10 besitzt. In der Ausführungsform der 1 wird die Ladung in wesentlich horizontaler Richtung durchgeführt. Während der Ladung der Substrate 10 kann das Hebemittel 8 das Substratgestell 5 schrittweise in nachfolgende Ladepositionen bewegen, so dass die Ladebewegung der Ladevorrichtung und des Ladearmes 9 immer linear und jedes Mal wesentlich identisch sein kann. Somit kann das Hebemittel 8 das Substratgestell 5 schrittweise linear nach oben bewegen und die Ladevorrichtung kann Substrate 10 auf die übereinander liegenden Substrathalter 6 des Substratgestells 5 mit derselben wesentlich linearen Ladebewegung laden. Dadurch wird die Ladung der Substrate 10 einfach und effizient und ein Batch von zwei oder mehreren Substraten 10 kann am Substratgestell 5 ohne komplizierte Ladebewegungen vorgesehen werden. Somit weist die Vorrichtung ferner ein Hebemittel auf, das konfiguriert ist, das beladene Substratgestell 5 in die Reaktionskammer 3 zu heben, so dass die Reaktionskammer 3 angeordnet ist, geschlossen und geöffnet zu werden, indem das Substratgestell 5 mit dem Hebemittel bewegt wird. In 1 wird ein Substrat 10 auf den oberen Substrathalter 6 des Substratgestells 5 geladen. Der obere Substrathalter 6 wird nicht unbedingt in allen Ausführungsformen der Erfindung für die Tragung des Substrats 10 verwendet, sondern der obere Substrathalter 6 kann als obere Fläche des Substratgestells 5 dienen, ohne ein Substrat 10 zu tragen. Wenn ein Substrat 10 auf den oberen Substrathalter 6 geladen wird, können andere Substrathalter an ihren Plätzen bleiben, weil kein zusätzlicher Raum für die Ladung benötigt wird. In dieser Lösung sind ein oder mehrere Aktuatoren 42 an der Wand der Vakuumkammer 2 befestigt worden. Der Aktuator 42 kann auch in einer anderen geeigneten Position befestigt werden. Der Aktuator 42 kann zum Beispiel pneumatisch oder elektrisch betätigt sein.
  • 2a bis 2f zeigen eine ALD-Vorrichtung 1, aber die Vakuumkammer 2 ist zur Vereinfachung der Figuren ausgelassen. In diesen Figuren sind Substrathalter 6 aufeinander gestapelt, und die besagten Substrathalter können Rahmen, Regale oder dergleichen sein, die Öffnungen aufweisen, die den Fluss von Präkursorgasen über die Oberflächen der Substrate 10 ermöglichen. In 2a ist die Reaktionskammer 3 offen und alle leeren Substrathalter liegen übereinander. Das erste Substrat 10 wird auf den oberen Halter 6 geladen. Ein Schaft 41 des Aktuators 42 ist zurückgezogen. Es gibt mehrere Weisen, die Anzahl Aktuatoren und ihre Positionen zu kombinieren. Eine Lösung ist die Verwendung von vier Aktuatoren, zwei von welchen sich jeweils auf zwei gegenüberliegenden Seiten befinden. 2b zeigt, dass, nachdem das erste Substrat 6 auf den oberen Substrathalter 6 geladen worden ist, die Bodenplatte nach oben bewegt wird, bis der obere Substrathalter 6 auf der Höhe des Aktuatorschafts 41 ist. Der Aktuatorschaft 41 wird auswärts bewegt, bis sich das Schaftende in dem entsprechenden Loch/der entsprechenden Rille des Substrathalters 6 befindet. 2c zeigt, wie ein anderes Substrat 10 auf den Substrathalter 6 geladen wird. Die Bodenplatte 7 wird nach unten bewegt, wobei sie alles außer dem oberen Substrathalter 6 mit sich bringt. Der obere Halter 6 wird an seinem Platz mit den Aktuatorschäften 41 gehalten. Somit ist jetzt ein Raum zwischen dem oberen Halter und den restlichen Haltern vorhanden, was die Ladung des nächsten Substrats 10 ermöglicht. 2d zeigt, dass die Bodenplatte 7 nach oben bewegt wird, bis der zweite Halter von oben den oberen Halter erreicht. Die Aktuatorschäfte 41 werden dann zurückgezogen und die Bodenplatte 7 wird weiter nach oben um einen einem weiteren Halter entsprechenden Abstand bewegt. 2e zeigt, dass die Aktuatorschäfte 41 auswärts in die entsprechenden Löcher/Rillen des Halters 6 bewegt werden. Dann wird die Bodenplatte 7 nach unten bewegt, wodurch sich ein Raum zwischen den zwei oberen Haltern 6 und den restlichen Haltern 6 öffnet, was die Ladung des nächsten Substrats 10 ermöglicht. 2f zeigt, dass, wenn alle Substrate 10 geladen und alle Aktuatorschäfte 41 zurückgezogen worden sind, die Bodenplatte 7 nach oben bewegt wird, bis die Reaktionskammer 3 geschlossen wird.
  • Es gibt eine andere Weise, die Substrate 10 auf die Substrathalter 6 zu laden, die jetzt erläutert wird. In dieser Ausführungsform weist der obere Substrathalter 6 schon ein Substrat 10 auf und so hat der zu beladende Substrathalter einen anderen Substrathalter 6 darüber. Der zu beladende Substrathalter 6 ist in einer Ladeposition angeordnet, so dass der Abstand zwischen ihm und dem darüber liegenden Substrathalter 6 größer als der Abstand zwischen den besagten Substrathaltern 6 während der Bearbeitungsphase ist. In dieser Ausführungsform hält die Ladevorrichtung 9 dieselbe Position in vertikaler Richtung während der ganzen Ladephase, und um den zu beladenden Substrathalter 6 in eine richtige Position zu bringen, muss das Hebemittel 8 den Substrathalter 6 nach oben heben. Der Raum zwischen dem zu beladenden Substrathalter 6 und dem darüber liegenden Substrathalter 6 wird angeordnet, indem der zu beladende Substrathalter 6 bewegt wird und/oder andere Substrathalter 6 bewegt werden, und in diesem besonderen Fall ist der darüber liegende Substrathalter 6 der oberste Substrathalter, der in diesem Fall nicht weiter weg von dem zu beladenden Substrathalter 6 bewegt werden kann, wobei der zu beladende Substrathalter 6 weg von dem obersten Substrathalter 6 bewegt werden muss und vorzugsweise auch andere darunter liegende Substrathalter 6 näher aneinander bewegt werden. Somit sind während der Ladephase andere Substrathalter 6 als der zu beladende Substrathalter 6 angeordnet, von dem Aktuator in eine Warteposition bewegt zu werden, in der die Substrathalter 6 näher aneinander als in einer Bearbeitungsposition sind, in der sie während der Bearbeitungsphase sind. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Ladevorrichtung 9 angeordnet, innerhalb der Vakuum- 2 und/oder Reaktionskammer 3 auf einer bestimmten Höhe bewegt zu werden und dann nach unten zum Beispiel um ca. 10 bis 20 mm oder sogar ca. 200 bis 300 mm bewegt zu werden, so dass das Substrat 10 am Substrathalter 6 angeordnet wird und die Ladevorrichtung 9 von dem Substrat 10 abgetrennt wird. Die Ladevorrichtung 9 wird dann aus der Vakuum- 2 und/oder Reaktionskammer 3 in dieser unteren Position bewegt oder innerhalb der Vakuum- 2 und/oder Reaktionskammer 3 nach oben und dann nach außen bewegt. Wenn die zwei oberen Substrathalter 6 schon beladen und in einer Bearbeitungsposition angeordnet sind, in der sie während der Bearbeitungsphase sind, wird der zu beladende, Substrathalter 6 vorzugsweise weg von dem darüber liegenden Substrathalter 6 bewegt und die anderen darunter liegenden Substrathalter 6 sind in einer Warteposition angeordnet, so dass sie näher aneinander als während der Bearbeitungsphase sind, wann sie eine Bearbeitungsposition haben. Der zu beladende Substrathalter 6 wird vorzugsweise von dem Aktuator derart bewegt, dass, während die zwei oberen Substrathalter 6 in einer Bearbeitungsposition sind, der zu beladende Substrathalter 6 weg von ihnen bewegt wird und die unter dem zu beladenden Halter liegenden Substrathalter 6 in einer Warteposition angeordnet sind, so dass der Raum zwischen aufeinanderfolgenden Substrathaltern 6 kleiner als der Raum zwischen denselben Substrathaltern 6 während der Bearbeitungsphase ist. Somit sind Substrathalter 6, die schon mit dem Substrat 10 beladen sind, während der Ladephase angeordnet, von dem Aktuator in eine Bearbeitungsposition bewegt zu werden, so dass der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden beladenen Substrathaltern 6 derselbe wie während der Bearbeitungsphase ist. Es kann auch möglich sein, dass während der Ladephase andere Substrathalter 6 als der zu beladende Substrathalter 6 an ihren Plätzen gehalten werden, während der zu beladende Substrathalter 6 von dem Aktuator in die Ladeposition bewegt wird. Während der Ladephase wird der zu beladende Substrathalter 6 von dem Aktuator in die Ladeposition bewegt. Der die besagten Substrathalter 6 bewegende Aktuator ist vorzugsweise eine Zapfenanordnung, wobei Zapfen durch den Boden der Reaktions- 3 und/oder Vakuumkammer 2, der im Fall der 3 der Boden der Reaktionskammer 3 ist, angeordnet sind. Der besagte Boden der Reaktionskammer 3 ist vorzugsweise durch eine Bodenplatte 7 eines Substratgestells 5 vorgesehen, und so ist auch die Zapfenanordnung durch die Bodenplatte 7 angeordnet. Andere Aktuatoranordnungen sind auch möglich, zum Beispiel das Anordnen von Stäben durch die Kammerwand. Der Aktuator kann auch in der Weise angeordnet sein, dass sich die beweglichen Teile außerhalb der Reaktionskammer 3 befinden. Somit gibt es keine Verunreinigung oder Filmablagerung auf den beweglichen Teilen, und dadurch keine Partikelerzeugung.
  • 3a bis 3f zeigen eine Lösung mit Substrathaltern 6, die innerhalb eines Substratgestells 5 separat gestützt sind. Die Substrathalter können Rahmen, Regale oder dergleichen sein, zwischen denen ein Raum vorhanden ist, der den Fluss der Präkursorgase über die Substratoberflächen ermöglicht. 3a zeigt die Reaktionskammer 2 in einer offenen Position und alle leeren Substrathalter 6 sind anhand der Halterzapfen 45 von dem Gestell 5 gestützt. Das erste Substrat wird auf den oberen Halter geladen. Die Schäfte 41 von Aktuatoren 42 sind zurückgezogen. Es gibt mehrere Weisen, die Anzahl Aktuatoren und ihre Positionen zu kombinieren. Eine Lösung ist die Verwendung von vier Aktuatoren, zwei von welchen sich jeweils auf zwei gegenüberliegenden Seiten befinden. 3b zeigt, dass die Bodenplatte 7 nach oben bewegt wird, bis sich der obere Substrathalter 6 auf der Höhe des Aktuatorschafts 41 befindet. Die Aktuatorschäfte 41 werden auswärts bewegt, bis die Schaftenden mit den Halterzapfen verbunden werden. Der Endeffektor 44 der Ladevorrichtung ist eingezogen. 3c zeigt, dass die Bodenplatte 7 nach unten bewegt wird, wobei sie alles außer dem oberen Substrathalter 6 mit sich bringt. Der obere Halter 6 wird an seinem Platz mit den Aktuatorschäften 41 gehalten. Somit ist jetzt ein Raum zwischen dem oberen Halter 6 und dem nächsten Halter 6 vorhanden, was die Ladung des nächsten Substrats 10 ermöglicht. 3d zeigt, dass die Bodenplatte 7 nach oben bewegt wird, bis der obere Halter 6 auf seinen Zapfen ruht. Die Aktuatorschäfte 41 werden dann zurückgezogen und die Bodenplatte 7 wird weiter nach oben um einen einem weiteren Halter entsprechenden Abstand bewegt. 3e zeigt, dass die Aktuatorschäfte 41 auswärts bewegt werden, bis die Schaftenden mit den Halterzapfen 45 verbunden werden. Dann wird die Bodenplatte 7 nach unten bewegt, wodurch sich ein Raum zwischen den zwei oberen Haltern 6 und den restlichen Haltern 6 öffnet, was die Ladung des nächsten Substrats 10 ermöglicht. 3f zeigt die Endsituation, in der alle Substrate 10 geladen und alle Aktuatorschäfte 41 zurückgezogen worden sind und die Bodenplatte 7 nach oben bewegt worden ist, bis die Reaktionskammer 3 geschlossen ist.
  • 4a und 4b zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, in der das Substratgestell 5 während der Ladung der Substrate mit einer Feder 47 offen gehalten wird. In dieser Ausführungsform sind die Seiten des Gestells 5 leicht geneigt, wobei die vertikale Bewegung der Substrathalter 6 möglich wird. Wenn alle Substrate geladen worden sind, wird die Reaktionskammer 3 geschlossen, indem die Bodenplatte 7 nach oben bewegt wird. Wenn die Keile 48 des Gestells die Rollen 46 erreichen, wird das Gestell gezwungen, sich zu schließen. Diese Lösung kann beispielsweise dann eingesetzt werden, wenn eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen den Gestellseiten und den Substrathaltern erforderlich ist oder wenn die Halterzapfenöffnungen in den Gestellseiten geschlossen/abgedichtet werden müssen.
  • 5a und 5b zeigen die Ausführungsform, in der die Substrathalter 6 innerhalb eines Gestells 5 separat gestützt werden, wie früher in 3a bis 3f gezeigt wurde. So zeigen 5a und 5b eine Ausführungsform einer Gestellmontage, wo die Substrathalter 6 in Bezug auf die Wände des Gestells 5 vertikal bewegt werden können, wobei der für die Ladung der Substrate 10 erforderliche Raum hergestellt wird. Falls die Aktuatorschäfte 41 mit den Zapfen 51 verbunden werden und die Bodenplatte 7 gesenkt wird, werden die Aktuatoren den Substrathalter 6.3 an seinem Platz halten, während sich das restliche Gestell nach unten bewegt. Auf diese Weise vergrößert sich der Raum zwischen diesem Substrathalter und dem darunter liegenden Halter 6.4, während sich der Abstand zum darüber liegenden Halter 6.2 verringert. Die Relativbewegung wird durch Schlitze 50 ermöglicht, wo sich die Zapfenwellen 55 in Bezug auf die Gestellwand bewegen können. Wenn die Bodenplatte 7 weiter nach unten bewegt wird, erreichen die Abstandshalter 49 die Abstandshalter des darüber liegenden Halters 6.2 und die weitere Bewegung des Halters 6.2 stoppen. Wenn sich die Bodenplatte 7 weiter nach unten bewegt, wird sich der Raum zwischen Haltern 6.3 und 6.4 weiter vergrößern, während der Raum zwischen Haltern 6.2 und 6.1 beginnt, sich zu vermindern. Die Abstandshalter 49 können auf viele verschiedene Weisen verwirklicht werden, beispielsweise durch Hinzufügung der Abstandshalter als Teil des Substrathalters, d. h. als Teil 53 in der obigen Figur.
  • 5a zeigt ein vollbeladenes Substratgestell 5 in einer Bearbeitungsposition. Die Positionierung von Substraten 10 am Substratgestell 5 ist vorgesehen, indem sie in eine horizontale Position gestellt werden, so dass die Oberfläche jedes Substrats in einer horizontalen Ebene liegt. Die Substrate 10 sind vorzugsweise auf aufeinanderfolgenden Substrathaltern 6 derart positioniert, dass sie einen Batch von horizontal positionierten Substraten 10 ausbilden. Wenn das Substratgestell 5 mit Substraten 10 vollbeladen ist, bewegt das Hebemittel das Substratgestell 5 so, dass das Substratgestell 5 vollständig innerhalb der Reaktionskammer 3 ist. Das Substratgestell 5 ist angeordnet, die Reaktionskammer 5 zu schließen, wenn es vollständig innerhalb der Reaktionskammer 3 ist. In dieser Ausführungsform ist die Bodenplatte 7 des Substratgestells 5 angeordnet, gegen einen Flansch einer offenen Wand der Reaktionskammer 3 positioniert zu werden, um den Reaktionsraum 30 zu schließen. Deshalb ist das Substratgestell 5, in dieser Ausführungsform die Bodenplatte 7, angeordnet, zumindest einen Teil der Reaktionskammer 3 auszubilden, wenn die Reaktionskammer 3 geschlossen ist. Weiterhin ist die Reaktionskammer 3 angeordnet, geschlossen und geöffnet zu werden, indem das Substratgestell 5 mit dem Hebemittel bewegt wird. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung die Kombinierung der Ladung der Substrate 10 und der Schließung der Reaktionskammer 3.
  • So können die Substrate gemäß der Erfindung auf ein Substratgestell 5 geladen werden, das mehrere Substrathalter 5 aufweist, oder sie können auf einen Stapel von Substrathaltern 5 geladen werden. Die Substrathalter 5 sind in beiden Ausführungsformen für die Stützung der besagten Substrate vorgesehen und die Substrathalter 5 sind angeordnet, in Bezug aufeinander beweglich zu sein.
  • Einem Fachmann ist offensichtlich, dass, wenn die Technologie Fortschritte macht, der erfinderische Gedanke auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind auf die oben beschriebenen Beispiele nicht beschränkt, sondern können im Rahmen der Patentansprüche variieren.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Bearbeitung von zwei oder mehreren Substraten (10) in einem Batch-Prozess, indem zumindest ein Teil der Oberfläche der Substrate (10) alternierenden Oberflächenreaktionen zumindest eines ersten und eines zweiten Präkursors ausgesetzt wird, welche Vorrichtung: – mehrere Substrathalter (6) zur Stützung der besagten Substrate (10) und – eine Reaktionskammer (3) mit einem Reaktionsraum (30) aufweist, welche Reaktionskammer (3) konfiguriert ist, Material auf der Oberfläche der Substrate (10) im Reaktionsraum (30) während einer Bearbeitungsphase abzulagern, wobei die Substrathalter (6) innerhalb der Reaktionskammer (3) installiert werden oder angeordnet sind, installiert zu werden, um die Substrate (10) innerhalb der Reaktionskammer (3) während der Bearbeitungsphase zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Ladephase, in der die Substrate (10) von einer Ladevorrichtung (9) auf die Substrathalter (6) geladen werden, zumindest einige Substrathalter (6) angeordnet sind, in Bezug aufeinander beweglich zu sein.
  2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter (6) in einem Substratgestell (5) angeordnet sind, das einen Substrat-Batch mit zwei oder mehreren Substraten (10) trägt.
  3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter (6) in einem Stapel angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Aktuator aufweist, der die Substrathalter (6) bewegt, so dass während der Ladephase der zu beladende Substrathalter (6), der darüber einen anderen Substrathalter (6) hat, in einer Ladeposition angeordnet ist, in der der Abstand von dem zu beladenden Substrathalter (6) zu dem darüber liegenden Substrathalter (6) größer als der Abstand zwischen denselben Substrathaltern (6) während der Bearbeitungsphase ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ladephase andere Substrathalter (6) als der zu beladende Substrathalter (6) angeordnet sind, von dem Aktuator und/oder einem Hebemittel (8) in eine Warteposition bewegt zu werden, in der die Substrathalter (6) näher aneinander als in einer Bearbeitungsposition sind, in der sie während der Bearbeitungsphase sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ladephase schon mit dem Substrat (10) beladene Substrathalter (6) angeordnet sind, von dem Aktuator und/oder einem Hebemittel (8) in eine Bearbeitungsposition bewegt zu werden, so dass der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden beladenen Substrathaltern (6) derselbe wie während der Bearbeitungsphase ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ladephase der zu beladende Substrathalter (6) von dem Aktuator und/oder einem Hebemittel (8) in die Ladeposition bewegt wird.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ladephase andere Substrathalter (6) als der zu beladende Substrathalter (6) an ihren Plätzen gehalten werden, während der zu beladende Substrathalter (6) von dem Aktuator in die Ladeposition bewegt wird.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (6) ein Regal zur Stützung des Substrats (10) ist.
  10. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (6) ein Paar Stützflansche zur Stützung des Substrats (10) zwischen dem besagten Paar Substratflansche ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratgestell (5) eine Bodenplatte (7) und Rahmen (11) aufweist, wobei die besagten Substrathalter (6) in Verbindung mit den besagten Rahmen (11) angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator eine Zapfenanordnung aufweist, die durch die Bodenplatte (7) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator eine Stabanordnung durch die Reaktionskammer (3) aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein Hebemittel (8) aufweist, das konfiguriert ist, das beladene Substratgestell (5) in die Reaktionskammer (3) zu heben, so dass die Reaktionskammer (3) angeordnet ist, geschlossen und geöffnet zu werden, indem das Substratgestell (5) mit der Hebeanordnung bewegt wird.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator auf solche Weise angeordnet ist, dass während der Bearbeitungsphase die beweglichen Teile des Aktuators außerhalb der Reaktionskammer (3) angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Vakuumkammer (2) aufweist.
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