FI122880B

FI122880B - Sulkujärjestely, tuotantolinja ja menetelmä

Info

Publication number: FI122880B
Application number: FI20095125A
Authority: FI
Inventors: Pekka Soininen; Jarmo Skarp
Original assignee: Beneq Oy
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2012-08-15
Also published as: FI20095125A0; CN102308023A; FI20095125A; WO2010089460A1

Description

Sulkujärjestely, tuotantolinja ja menetelmä

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy sulkujärjestelyyn ja erityisesti patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen sulkujärjestelyyn, jonka kautta substraatti on syötettä-5 vissä ja/tai poistettavissa atomikerroskasvatusyksiköstä, joka käsittää ALD-prosessikammion, joka sulkujärjestely käsittää erotusventtiiliin, jonka läpi substraatti viedään atomikerroskasvatusyksikön ALD-prosessikammioon ja/tai poistetaan sieltä. Keksintö liittyy lisäksi tuotantolinjaan ja erityisemmin patenttivaatimuksen 13 johdannon mukaiseen tuotantolinjaan, joka käsittää kaksi tai 10 useampia peräkkäisiä prosessiyksiköitä substraatin pinnan muokkaamista ja/tai kasvattamista varten, joka tuotantolinja käsittää ainakin yhden atomikerroskasvatusyksiköstä, jossa ALD-prosessikammion atomikerroskasvatusta varten, joka ALD-prosessikammio erotettu sitä edeltävästä ja/tai seuraavasta pro-sessikammiosta sulkujärjestetyllä, joka käsittää erotusventtiiliin, ja jonka kautta 15 substraatti on syötettävissä ja/tai poistettavissa ALD-prosessikammiosta. Keksintö liittyy edelleen patenttivaatimuksen 26 johdannon menetelmään substraatin syöttämiseksi ja/tai poistamiseksi atomikerroskasvatusyksiköstä sulkujärjes-telyn läpi.

Tyypilliset ALD-reaktorit ovat itsenäisiä reaktoreita, joissa yksi tai 20 useampi substraatti ladataan reaktorin reaktiokammioon. ALD-reaktorit käsittävät alipainekammion ja sen sisällä erillisen reaktiokammion tai vaihtoehtoisesti alipainekammio toimii myös reaktiokammiona eikä erillistä reaktiokammiota tarvita. Tällöin ladattaessa substraatti reaktoriin ja poistettaessa se reaktorista on alipainekammion alipainetila rikottava. Tämä ongelma on perinteisesti rat-25 kaistu ALD-reaktoriin aikaansaadulla lataussululla (load-lock), joka sallii liikku-

(M

£ van reaktiokammion ja/tai substraattien käsittelyn normaalissa huoneen ilman- ^ paineessa. Puolijohdeteollisuudessa tämä reaktorin alipaineen rikkomiseen liit-

CD

9 tyvä ongelma on ratkaistu käyttämällä erityistä klusterityökalua (cluster tool) o substraatin käsittelemiseksi. Tällaista klusterityökalua käytetään substraattien | 30 lataamiseen ja poistamiseen erilaisista prosessiyksiköistä, jotka on yhdistetty siihen porttiventtiileillä. Klusterityökalun yhteydessä alipaineessa olevan robotti tikammioon on sijoitettu suuri robotti. Robottikammio voidaan edelleen yhdis- o tää ALD-reaktoriin ja kaasukasvatuslinjaan.

o ^ Edellä selitetyn kaltaiset tunnetun tekniikan mukaiset klusterityökalut 35 kooltaan suuria ja kalliita laitteita. Lisäksi niitä on mahdotonta käyttää tehokkaasti tuotantolinjoissa, joita käytetään massatuotannossa. Puolijohdetuotteita, 2 kuten aurinkopaneeleja, valmistetaankin kustannustehokkaasti tuotantolinjoissa, jotka käsittävät peräkkäisesti sijoitettuja prosessikammioita, joissa substraatin pintaa muokataan tai sille kasvatetaan materiaalikerros jollakin tunnetulla kaasukasvatusmenetelmällä, kuten höyrystämällä CVD:llä, tai sputteroi-5 maila. Tuotantolinjassa substraatti liikkuu eteenpäin prosessikammiosta seu-raavaan monikerroksisen tuotteen valmistamiseksi. ALD-reaktorin sijoittamiseksi tällaiseen tuotantolinjaan siten, että tuotantolinja voi toimia tehokkaasti ei ole ollut olemassa yksinkertaista ratkaisua, jonka avulla ALD-reaktori voidaan yhdistää erilaisissa paineissa toimiviin prosessikammioihin tai muihin linjan 10 osiin. Tämän takia ALD-yksikköä ei ole voitu yhdistää esimerkiksi aurinkokennojen tuotantolinjaan aurinkokennojen massatuotantoa varten.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää sulkujärjestely, tuotantolinja ja menetelmä, jolla yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoi-15 te saavutetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisella sulkujär-jestelyllä, jolle on tunnusomaista se, että sulkujärjestely käsittää erotusventtiilin yhteydessä atomikerroskasvatusyksikön ALD-prosessikammion ulkopuolella ensimmäisen diffuusiosulun ja sisäpuolella toisen diffuusiosulun, jotka substraatti olennaisesti tukkii liikkuessaan sulkujärjestelyn läpi, kun se syötetään 20 ja/tai poistetaan ALD-prosessikammiosta. Keksinnön tavoite saavutetaan lisäksi patenttivaatimuksen 13 tunnusmerkkiosan mukaisella tuotantolinjalla, jolle on tunnusomaista se, että sulkujärjestely on varustettu erotusventtiilin vastakkaisilla puolilla vastaavasti ensimmäisellä ja toisella diffuusiosululla, jotka substraatti olennaisesti tukkii liikkuessaan sulkujärjestelyn läpi, kun se syöte-25 tään ja/tai poistetaan ALD-prosessikammiosta. Keksinnön tavoite saavutetaan

C\J

^ edelleen patenttivaatimuksen 26 tunnusmerkkiosan mukaisella menetelmällä, ^ jolle on tunnusomaista se, että menetelmässä substraatti viedään läpi sulkujär- 9 jestelystä, joka käsittää erotusventtiilin ja sen vastakkaisille puolille aikaansaa- o dut diffuusiosulut, jolloin menetelmä käsittää vaiheet: | 30 ohjataan substraattia sen kulkusuunnassa sulkujärjestelyn ensim- mäisen diffuusiosulun aukkoon, jonka substraatti olennaisesti sulkee; ^ avataan erotusventtiili substraatin sulkiessa edelleen olennaisesti m o ensimmäisen diffuusiosulun aukon; o w ohjataan substraattia eteenpäin erotusventtiilin läpi substraatin kul- 35 kusuunnassa erotusventtiilin jälkeiseen toisen diffuusiosulun aukkoon, jonka substraatti olennaisesti sulkee, ja suljetaan erotusventtiili; ja 3 ohjataan substraatti ulos sen kulkusuunnassa toisen diffuusiosulun aukosta.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

5 Keksintö perustuu siihen, että ALD-reaktorin sulku tai latausjärjeste- ly, jonka kautta substraatti on syötettävissä reaktoriin ja erityisesti sen alipainekammion sisälle, varustetaan sulun molemmilta puolilta erityisellä dif-fuusiosululla. Diffuusiosulku on aikaansaatu siten, että se käsittää aukon, raon tai vastaavan, jonka läpi substraatti on kulkee. Diffuusiosulun aukko on mitoi-10 tettu ja muotoiltu vastaamaan sen läpi syötettävän substraatin muotoa siten, että substraatti olennaisesti sulkee tai tukkii aukon kulkiessaan sen läpi. Toisin sanoen aukko on sellainen, että substraatti mahtuu juuri ja juuri kulkemaan aukon läpi ja aukon sisäseinämien ja substraatin ulkopinnan väliin jää vain niin pieni välys, että substraatti kykenee kulkemaan aukon läpi. Tällainen dif-15 fuusiosulku muodostaa täten substraatin kanssa yhdessä venttiilin, joka sulkeutuu substraatin ollessa aukossa, jolloin kaasun virtaus diffuusiosulun aukon läpi on olennaisesti estettynä.

Keksinnön mukainen diffuusiosulku aikaansaadaan ALD-reaktorin sulun molemmille puolille, alipainekammion sisä-ja ulkopuolelle. Erityisesti dif-20 fuusiosulku aikaansaadaan ALD-reaktorin erotusventtiilin, jonka kautta substraatti ladataan ja/tai poistetaan ALD-reaktorista, yhteyteen siten, että diffuusiosulku on erotusventtiilin molemmilla puolilla. Täten ladattaessa substraatti ALD-reaktoriin menee substraatti ensin erotusventtiilin edessä reaktorin alipainekammion ulkopuolella olevaan diffuusiosulkuun tukkien tai sulkien siinä 25 olevan aukon ja estäen siten olennaisesti kaasun virtauksen diffuusiosulun lä-pi. Tämän jälkeen erotusventtiili avataan ja subtraattia viedään eteenpäin ero-5 tusventtiilin läpi ja se menee erotusventtiilin toisella puolella alipainekammion

(M

^ sisäpuolella olevaan diffuusiosulkuun sulkien tai tukkien siinä olevan aukon es- ° täen siten olennaisesti kaasun virtauksen. Samalla substraatti poistuu erotus- m ° 30 venttiilin etupuolella alipainekammion ulkopuolella olevasta diffuusiosulusta.

| Kun substraatti on kulkenut kokonaan erotusventtiilin läpi, mutta sulkee vielä m alipainekammion sisäpuolisen diffuusiosulun, suljetaan erotusventtiili. Tämän

(M

^ jälkeen substraattia voidaan edelleen viedä eteenpäin kokonaan alipainekam- o mion sisäpuolisen diffuusiosulun läpi.

^ 35 Esillä olevan keksinnön mukainen diffuusiosulku mahdollistaa yk sinkertaisen ja tehokkaan järjestelyn substraatin syöttämiseksi ja poistamiseksi 4 ALD-reaktorista. Edelleen esillä oleva keksintö mahdollistaa ALD-yksikön sijoittamisen tuotantolinjaan, joka käsittää eripaineessa toimivia yksiköitä. Täten esillä olevan keksinnön mukaisen sulun avulla substraatti voidaan kuljettaa ALD-reaktorin läpi, kun reaktorin vastakkaisille sivuille aikaansaadaan keksin-5 nön mukaiset sulut. Esillä olevan keksinnön mukainen sulku on lisäksi yksinkertainen valmistaa ja se mahdollistaa ALD-menetelmän käyttämisen tuotteiden massatuotannossa.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh-10 teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuviot 1 - 7 esittävät esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon tuotantolinjan yhteydessä.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Viitaten kuvioon 1 on siinä esitetty kaavamaisesti tuotantolinja, jossa substraatti viedään peräkkäisten prosessikammioiden 2, 4, 6 läpi. Kussakin 15 prosessikammiossa substraattia 8 tai sen pintaa muokataan tai substraatin 8 pinnalle kasvatetaan materiaalikerros. Tämän tyyppistä tuotantolinjaa voidaan käyttää esimerkiksi aurinkopaneelien, puolijohdekomponenttien tai vastaavien tuotteiden valmistamisen. Tällaiset tuotteet koostuvat yleensä kahdesta tai useammasta ohuesta materiaalikerroksesta, jotka on kasvatettu päällekkäises-20 ti. Peräkkäiset prosessikammiot voivat käsittää erilaisia pinnoitusprosesseja, kuten höyrystys, CVD, ALD, sputterointi jne., joiden avulla substraatin 8 pintaa muokataan tai sen pinnalle voidaan kasvattaa materiaalikerros. Tällaisessa tuotantolinjassa eri prosessiyksiköt 2, 4, 6 toimivat usein eripaineissa, jolloin ne on erotettava kaasutiiviisti toisistaan, jotta prosessiyksiköiden välillä ei tapahdu 25 kaasunvaihtoa. Tuotantolinjassa substraatti 8 kulkee prosessiyksiköstä 2, 4, 6

O

^ toiseen peräkkäisesti, jolloin prosessiyksiköt 2, 4 6 on erityisesti erotettava o kaasutiiviisti toisistaan siten, että prosessiyksiköiden välillä ei tapahdu kaasun- o vaihtoa substraatin 8 siirtyessä prosessiyksiköstä 2, 4, 6 seuraavaan.

g Kuvioiden 1 - 7 mukainen suoritusmuoto esittää erään keksinnön

CL

30 mukaisen ratkaisun, jossa tasomainen tai levymäinen substraatti 8 viedään ^ ensimmäisestä prosessiyksiköstä 2 toiseen prosessiyksikköön 4 ja edelleen

LO

g kolmanteen prosessiyksikköön 6, eli substraatti 8 liikkuu kuvioissa 1 - 7 va- ° semmalta oikealle. Peräkkäiset prosessiyksiköt 2, 4, 6 on erotettu toisistaan sulkujärjestelyillä 10, 11, joiden läpi substraatti 8 viedään, kun se siirretään 35 prosessiyksiköstä 2, 4, 6 seuraavaan. Kuvioiden 1 - 7 tuotantolinjassa toinen 5 prosessiyksikkö 4 on ALD-yksikkö, jossa substraattia 8 muokataan atomiker-roskasvatusmenetelmän avulla. Prosessiyksiköt 2 ja 6 voivat olla CVD-yksiköit (Chemical Vapor Depostion), sputterointiyksiköitä, ALD-yksiköitä tai muita vastaavia yksiköitä. Keksinnön mukainen ensimmäinen sulkujärjestely 10 ensim-5 mäisen prosessiyksikön 2 ja ALD-yksikön 4 välillä käsittää ensimmäisen ero-tusventtiilin 12, joka voi olla esimerkiksi porttiventtiili tai muu vastaava venttiili, sekä ensimmäisen erotusventtiilin 12 yhteyteen sen molemmille puolille aikaansaadun diffuusiosulun 14, 16. Ensimmäinen diffuusiosulku 14 on aikaansaatu substraatin 8 kulkusuunnassa ensimmäisen erotusventtiilin 12 etupuolel-10 le, eli ensimmäisen prosessiyksikön 2 puolelle. Vastaavasti toinen diffuusiosulku 16 on aikaansaatu substraatin 8 kulkusuunnassa ensimmäisen erotusventtiilin 12 takapuolelle, eli ALD-yksikön 4 puolelle. Ensimmäinen diffuusiosulku 14 voi olla sijoitettu tai se voi ulottua ainakin osittain ensimmäisen prosessiyksikön 2 tai sen prosessikammion sisälle. Toinen diffuusiosulku 16 voi olla puo-15 lestaan sijoitettu tai se voi ulottua ainakin osittain ALD-yksikön 4 tai sen alipainekammion sisälle. Tällöin ensimmäinen diffuusiosulku 14 on sijoitettu tai se ainakin osittain ulottuu ALD-yksikön 4 ulkopuolelle.

Keksinnön mukainen toinen sulkujärjestely 11 ALD-yksikön 4 ja prosessiyksikön 6 välillä käsittää toisen erotusventtiilin 22, joka voi olla esimerkiksi 20 porttiventtiili tai muu vastaava venttiili, sekä toisen erotusventtiilin 22 yhteyteen sen molemmille puolille aikaansaadun diffuusiosulun 24, 26. Kolmas diffuusiosulku 24 on aikaansaatu substraatin 8 kulkusuunnassa toisen erotus-venttiilin 22 etupuolelle, eli ALD-yksikön 4 puolelle. Vastaavasti neljäs diffuusiosulku 26 on aikaansaatu substraatin 8 kulkusuunnassa erotusventtiilin 25 22 takapuolelle, eli kolmannen prosessiyksikön 6 puolelle. Kolmas dif- fuusiosulku 24 voi olla puolestaan sijoitettu tai se voi ulottua ainakin osittain o ALD-yksikön 4 tai sen alipainekammion sisälle. Neljäs diffuusiosulku 26 voi olla

(M

£ sijoitettu tai se voi ulottua ainakin osittain kolmannen prosessiyksikön 6 tai sen ^ prosessikammion sisälle. Tällöin neljäs diffuusiosulku 26 on sijoitettu tai se ai- ° 30 nakin osittain ulottuu ALD-yksikön 4 ulkopuolelle.

£ Edellisen mukaisesti esillä olevan keksinnön mukainen sulkujärjes- m tely 10, 11 käsittää erotusventtiiliin 12, 22 sekä erotusventtiilin 12, 22 yhtey-

CVJ

dessä ALD-yksikön 4 sen vastakkaisilla puolilla diffuusiosulun 14, 16, 24, 26, o jota voidaan sanoa myös sulkuosaksi. Kukin diffuusiosulku 14,16, 24, 26 käsit- ^ 35 tää aukon, raon tai vastaavan 18, 20, 28, 30, jonka läpi substraatti viedään.

Diffuusiosulun 14, 16, 24, 26 aukko 18, 20, 28, 30 on mitoitettu ja muotoiltu 6 sen läpi syötettävän substraatin 8 mukaan siten, että kulkiessaan aukon läpi substraatti 8 olennaisesti sulkee tai tukkii aukon 18, 20, 28, 30. Tällöin substraatin 8 sulkiessa olennaisesti aukon 18, 20, 28, 30, estyy kaasujen virtaus diffuusiosulun 14, 16, 24, 26 läpi ja siten myös sulkujärjestelyn 10, 11 läpi. Toi-5 sin sanoen diffuusiosulun 14, 16, 24, 26 aukko 18, 20, 28, 30 on aikaansaatu siten, että substraatti mahtuu vain juuri ja juuri kulkemaan sen läpi. Täten substraatin 8 ulkopinnan ja aukon 18, 20, 28, 30 väliin jäävä välys tai rako pyritään saamaan mahdollisimman pieneksi, kuitenkin niin, että substraatti 8 mahtuu kulkemaan aukon läpi. Substraatin 8 ulkopinnan ja aukon 18, 20, 28, 30 väliin 10 jäävä välys on edullisesti pienempi olennaisesti yhtä suuri kuin keskimääräinen molekyylin vapaa matka. Parhaiten esillä oleva keksintö toimii, kun substraatilla 8 on sen kulkusuunnassa olennaisesti yhdenmukainen poikkileikkaus. Toisin sanoen substraatti 8 olen edullisesti levymäinen, tasomainen, tankomainen, putkimainen, lankamainen siten, että sen muoto ja mitat pysyvät olennaisesti 15 yhdenmukaisia sen pituussuunnassa tai kulkusuunnassa, jossa se kulkee sulkujärjestelyn 10, 11 läpi. Käytettäessä levymäistä tai tasomaista substraattia 8 on aukon 18, 20, 28, 30 muoto olennaisesti suorakaiteen muotoinen, tai pitkänomainen rakomainen, substraatin 8 poikkileikkauksen, joka on otettu sen kulkusuuntaan nähden polkittaisesti, mukaisesti. Vaihtoehtoisesti aukko 18, 20, 20 28, 30 voi olla pyöreä, soikea, pieni reikä tai vastaava vastaten substraatin 8 poikkileikkausta sen kulkusuuntaan nähden poikittaisessa suunnassa siten, että substraatti 8 mahtuu juuri ja juuri aukon 18, 20, 28, 30 läpi.

Diffuusiosulku 14, 16, 24, 26 voi olla aikaansaatu ainakin osittain putkimaisena ja holkkimaisena osana, joka on aikaansaatu erotusventtiilin 12, 25 22 yhteyteen tai joka on asennettu tai kiinnitetty erotusventtiiliin 12, 22, kuvion 1 mukaisesti. Tällaisen putkimaisen tai holkkimaisen diffuusiosulun poikkileik-5 kausala voi pienentyä erotusventtiililtä 12, 22 kohti aukkoa 18, 20, 28, 30. Toi-

<M

^ sin sanoen diffuusiosulku 12, 22 tai sen läpi menevä aukko 18, 20, 28, 30 voi ° olla erotusventtiililtä 12, 22 pois päin kapeneva. Eräässä suoritusmuodossa dif-

LO

° 30 fuusiosulku 18, 20, 28, 30 voidaan aikaansaada erotusventtiililtä 12, 22 pois- | päin kapenevana nokkaputkena. Vaihtoehtoisesti diffuusiosulku 18, 20, 28, 30 m voidaan muodostaa levymäisenä osana, joka on aikaansaatu erotusventtiilin C\1 ^ yhteyteen. Levymäinen diffuusiosulku 18, 20, 28, 30 voi käsittää yksinkertaisen o reiän, jonka läpi substraatti 8 viedään tai siihen on voitu aikaansaada putki- ^ 35 mainen tai holkkimainen aukko, jolla on erotusventtiilistä 12, 22 pois päin pie nenevä poikkileikkausala tai vakiona pysyvä poikkileikkausala. Toisin sanoen 7 tässä vaihtoehdossa tasomaiseen levyyn on aikaansaatu sen pinnasta ulospäin työntyvä putkimainen tai holkkimainen osa. Edellisen mukaisen putkimaisen tai holkkimaisen diffuusiosulun 14, 16, 24, 26 tai sen putkimaisen tai holk-kimaisen aukon pituus on edullisessa tapauksessa olennaisesti yhtä suuri tai 5 suurempi kuin molekyylin vapaa matka, jolloin molekyylien virtaus diffuusiosulun 14, 6, 24, 26 läpi on estetty tehokkaasti.

Esillä olevan keksinnön mukainen sulkujärjestely 10,11 voidaan varustaa imuvälineillä tai muilla vastaavilla alipainevälineillä (ei esitetty). Tällaiset imuvälineet on aikaansaatu erotusventtiilin 12, 22 yhteyteen ja edullisesti sen 10 vastakkaisilla puolilla olevien diffuusiosulkujen 14, 16, 24, 26 väliin tai väliseen tilaan. Näin sulkujärjestelyyn 10, 11 voidaan aikaansaada alipaine tai imu, jonka avulla diffuusiosulkujen 14, 16, 24, 26 kautta sulkujärjestelyn sisälle mahdollisesti päässeet molekyylit poistetaan. Imuvälineitä voi olla yhdet tai useammat yhtä sulkujärjestelyä 10, 11 kohden. Imuvälineiden avulla sulkujärjeste-15 lyyn 10, 11 voidaan aikaansaada diffuusiosulkuvirtaus, joka edelleen parantaa sulkujärjestelyn 10,11 toimintaa.

Edellä kuvatun tyyppisiä sulkuja 10, 11 voidaan käyttää tuotantolinjassa erottamaan yksi tai useampi prosessiyksikkö 2, 4, 6 tai prosessikammiot toisistaan. Tällöin sulut 10, 11 varustetaan erotusventtiilin vastakkaisilla puolilla 20 vastaavasti ensimmäisellä ja toisella diffuusioportilla 14, 16, 24, 26, jotka substraatti olennaisesti tukkii liikkuessaan sulun läpi, kun se syötetään ja/tai poistetaan prosessikammiosta tai prosessiyksiköstä 2, 4, 6. Diffuusioportti vastaa tuotantolinjassa edellä kuvattua yksittäisen ALD-yksikön diffuusiosulkua. Tuotantolinjassa prosessiyksikkö 2, 4, 6 käsittää sulkujärjestelyn edullisesti vas-25 takkaisilla puolilla siten, että tuotantolinjassa valmistettava tai muokattava tuote voidaan viedä prosessiyksikön 2, 4, 6 läpi.

o Kuvioissa 1 - 7 on kuvattu kaavamaisesti eräs tuotantolinja tai sen

Ovi £ osa, joka käsittää ensimmäisen prosessiyksikön 2, ALD-yksikön 4 ja kolman- ^ nen prosessiyksikön 6. ALD-yksikkö 4 on erotettu ensimmäisestä prosessiyk- ° 30 siköstä 2 ensimmäisellä sulkujärjestelyllä 10 ja kolmannesta prosessiyksiköstä £ 6 toisella sulkujärjestelyllä 11. Seuraavassa selitetään substraatin syöttäminen m ensimmäisestä prosessiyksiköstä 2 tai sen prosessikammiosta ALD-yksikköön

CM

^ 4 tai sen alipainekammioon ja edelleen ALD-yksiköstä 4 kolmanteen prosessi siyksikköön 6.

0X1 35 Kuvion 1 mukaisessa tilanteessa substraatti 8 on ohjattu ensimmäi sillä kuljetusvälineillä 32 ensimmäisen sulkujärjestelyn 10 ensimmäisen ero- 8 tusventtiilin 12 edessä olevaan, tai prosessiyksikön 2 puoleisen diffuusiosulun 14 aukkoon 18, jonka substraatti 8 olennaisesti sulkee tai tukkii. Toisin sanoen substraatti 8 on asetettu sisälle ensimmäisen diffuusiosulun 14 aukkoon 18 ensimmäisen erotusventtiilin 12 eteen, jolloin kaasua ei pääse olennaisesti vir-5 taamaan ensimmäisen diffuusiosulun 14 läpi. Substraatti 8 edullisesti pysäytetään tähän asemaan, jonka jälkeen ensimmäinen erotusventtiili 12 avataan ja substraatti 8 kuljetetaan kuvion 2 mukaisesti ensimmäisen erotusventtiilin 12 läpi. Sulkujärjestelyn 10 kokonaispituus substraatin 8 kulkusuunnassa on edullisesti sellainen, että ennen kuin ensimmäisen prosessikammion 2 kuljetusväli-10 neiden 32 työntö loppuu ALD-kammion 4 kuljetusvälineet 34 alkavat vetää substraattia 8. Toisin sanoen substraatti 8 on vietävissä ensimmäisen sulkujärjestelyn 10 läpi ensimmäisen prosessiyksikön 2 kuljetusvälineiden 32 ja ALD-yksikön 4 kuljetusvälineiden 34 yhteistoiminnan avulla, kun molemmat kuljetusvälineet 32 ja 34 kykenevät siirtämään substraattia 8 samanaikaisesti osan 15 matkaa kuvion 2 mukaisesti.

Substraatin 8 siirtämistä ALD-yksikköön 4 jatketaan kunnes substraatti 8 on kulkenut kokonaan ensimmäisen erotusventtiilin 12 läpi kuvion 3 mukaiseen asemaan, jossa substraatti 8 on ensimmäisen sulkujärjestelyn 10 toisen, eli ALD-yksikön puoleisen, diffuusiosulun 16 aukossa 20 siten, että se 20 tukkii tai sulkee aukon 20 estäen kaasun virtaamisen ensimmäisen sulkujärjestelyn 10 läpi. Substraatti 8 voidaan pysäyttää tähän asemaan, jossa on se on kulkenut ensimmäisen erotusventtiilin 12 läpi, mutta on edelleen toisen diffuusiosulun 16 sisällä. Tällöin ensimmäinen erotusventtiili 12 suljetaan, minkä jälkeen substraatti 8 siirtää edelleen kokonaan toisen diffuusiosulun 16 läpi 25 ALD-yksikön sisälle kuvion 4 mukaiseen asemaan, jossa sitä voidaan käsitellä ALD-menetelmän mukaisesti.

(M

5 Kun substraatin 8 pinnalle on kasvatettu materiaalikerros tai sub-

(M

^ straatin 8 pintaa on muokattu ALD-menetelmän avulla siirretään substraatti 8 ° ALD-yksikön kuljetusvälineillä 34 kuvion 5 mukaiseen asemaan toisen sulku- ° 30 järjestelyn 11 ALD-kammion 4 puoleisen kolmannen diffuusiosulun 24 aukon | 28 sisälle toisen erotusventtiilin 22 eteen. Tällöin substraatti 8 olennaisesti suite kee tai tukkii kolmannen diffuusiosulun 24 siten, että kaasua ei pääse virtaa-

(M

maan olennaisesti sen läpi. Substraatti 8 pysäytetään tähän kuvion 5 mukai-o seen asemaan ja toinen porttiventtiili 22 avataan. Tämän jälkeen substraattia 8 ^ 35 kuljetetaan jälleen eteenpäin toisen porttiventtiilin 22 läpi ALD-yksikön kulje tusvälineillä 34 kunnes substraatti 8 saavuttaa kolmannen prosessiyksikön 6 9 kuljetusvälineet 36 kuvion 6 mukaisesti. Kuvioiden 6 ja 2 mukaisessa asemassa substraatti 8 ulottuu edullisesti erotusventtiilin 12, 22 sekä sen molemmilla puolilla olevien diffuusiosulkujen 14, 24, 16, 26 läpi. Kuvion 6 mukaisesta asemasta substraatti 8 siirretään edelleen eteenpäin ALD-yksikön kuljetusvälineillä 5 34 sekä kolmannen prosessiyksikön 6 kuljetusvälineillä 36 kunnes substraatti 8 on liikkunut kohti kolmatta prosessiyksikköä 6 siten, että sen kuljetusta eteenpäin jatketaan ainoastaan kolmannen prosessiyksikön kuljetusvälineillä 36. Näin substraatti 8 siirretään kuvion 7 mukaiseen asemaan, jossa se on kulkenut kokonaan toisen erotusventtiilin 22 läpi, mutta on edelleen neljännen dif-10 fuusiosulun 26 aukon 30 sisällä estäen olennaisesti kaasun virtauksen. Substraatti 8 pysäytetään jälleen kuvion 7 mukaiseen asemaan, kun se on kulkenut ulos toisesta erotusventtiilistä 22, minkä jälkeen toinen erotusventtiili 22 suljetaan. Tämän jälkeen substraatti 8 voidaan siirtää kokonaan neljännen dif-fuusiosulun 26 läpi kolmannen prosessiyksikön 6 sisälle. Kuljetusvälineet 32, 15 34, 36 voivat olla esimerkiksi kuljetusrullat, kuljetushihna tai vastaavat välineet, jonka päällä substraattia 8 voidaan kuljettaa.

Vaikka edellä on kuvattu että substraatti 8 pysäytetään ennen ero-tusventtiilejä 12, 22 substraatin 8 ollessa substraatin 8 kulkusuunnassa erotus-venttiiliin edessä olevan diffuusiosulun 14, 24 sisällä, ei tämä ole välttämätön-20 tä. Erotusventtiilien 12, 22 toiminta voidaan automatisoida siten, että erotus-venttiilit 12, 22 aukeavat substraatin 8 tullessa substraatin 8 kulkusuunnassa erotusventtiilien 12, 22 etupuoliseen diffuusiosulkuun 14, 24 ja sulkeutuvat kun substraatti 8 on kulkenut erotusventtiilin 12, 22 läpi, mutta on vielä substraatin 8 kulkusuunnassa erotusventtiilin 12, 22 jälkeisen diffuusiosulun 16, 26 sisällä. 25 Lisäksi edellä selitettyjen imuvälineiden toiminta voidaan automatisoida siten, että imuvälineet toimivat substraatin ollessa sulkujärjestelyn sisällä tai silloin 5 kun erotusventtiili on auki.

(M

^ Esillä olevan keksinnön mukaisen sulun tehokasta toimintaa varten ° substraatti 8 ulottuu on aina vähintään sulkujärjestelyn 10, 11 jommankumman ° 30 diffuusiosulun 14, 16, 24, 26 sisällä erotusventtiilin 12, 22 ollessa avattuna si- | ten, että substraatti 8 yhdessä diffuusiosulun 14, 16, 24, 26 kanssa estää kaato sun virtauksen. Keksinnön mukaista sulkujärjestelyä voidaan käyttää myös eril-

(M

lisissä ALD-yksikössä, jota ei ole sijoitettu tuotantolinjaan. Lisäksi ALD-yksikkö o voidaan tietyissä sovelluksissa varustaa vain yhdellä keksinnön mukaisella ^ 35 sulkujärjestelyllä 10, 11, jolloin substraatti 8 voidaan viedä ALD-yksikön sisälle ja poistaa sieltä saman sulkujärjestelyn 10, 11 kautta.

10

Edellä selitetyn mukaista tuotantolinjaa voidaan käyttää esimerkiksi aurinkokennojen, puolijohdekomponenttien, tasolasituotteiden, metalli/paperi rainojen, lankojen, kuitujen tai muiden tuotteiden, joita muokataan ja pinnoitetaan ALD-menetelmällä, valmistamiseen. Lisäksi on huomioitava, että tällainen 5 tuotantolinja voi käsittää myös useamman kuin yhden ALD-yksikön. Edelleen keksinnön mukaista sulkua voidaan hyödyntää myös muiden kuin ALD-yksiköiden yhteydessä. Toisin sanoen keksinnön mukaista sulkua voidaan hyödyntää kaikkien yksiköiden yhteydessä, joiden sisäpuolinen paine eroaa ympäristön ilmanpaineesta. Erityisen hyödyn keksinnön mukaisesta yksinker-10 täisestä sulusta saadaan siinä, että sen avulla on yksinkertaista erottaa toisistaan eri paineissa toimivat prosessiyksiköt siten, että prosessiyksiköiden välillä ei olennaisesti pääse tapahtumaan kaasunvaihtoa.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-15 muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

(M

δ

(M

CD

O

tn o

X

en

CL

m

(M

δ σ> o o

(M

Claims

1. Sulkujärjestely (10, 11), jonka kautta substraatti (8) on syötettävissä ja/tai poistettavissa atomikerroskasvatusyksiköstä (4), joka käsittää ALD-prosessikammion, joka sulkujärjestely (10, 11) käsittää erotusventtiiliin (12, 5 22), jonka läpi substraatti (8) viedään atomikerroskasvatusyksikön (4) ALD- prosessikammioon ja/tai poistetaan sieltä, tunnettu siitä, että sulkujärjestely (10, 11) käsittää erotusventtiilin (12, 22) yhteydessä atomikerroskasvatusyksikön (4) ALD-prosessikammion ulkopuolella ensimmäisen diffuusiosulun (14, 24) ja sisäpuolella toisen diffuusiosulun (16, 26), jotka substraatti (8) olennai- 10 sesti tukkii liikkuessaan sulkujärjestelyn (10, 11) läpi, kun se syötetään ja/tai poistetaan ALD-prosessikammiosta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sulkujärjestely (10, 11), tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen diffuusiosulku (14, 16, 24, 26) käsittää aukon (18, 20, 28, 30) substraatin (8) viemiseksi diffuusiosulun (14, 16, 24, 15 26) kautta erotusventtiilin (12, 22) läpi, jonka aukon (18, 20, 28, 30) muotoja mitat vastaavat olennaisesti ALD-prosessikammioon (4) syötettävän substraatin (8) muotoa ja mittoja siten, että kulkiessaan aukon (18, 20, 28, 30) läpi substraatti (8) olennaisesti sulkee aukon (18, 20, 28, 30).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen sulkujärjestely (10, 11), tun- 20. e 11 u siitä, että ensimmäisen ja toisen diffuusiosulun (14, 16, 24, 26) aukko (18, 20, 28, 30) on mitoitettu siten, että substraatin (8) kulkiessa aukossa (18, 20, 28, 30) on substraatin (8) ulkopinnan ja aukon (18, 20, 28, 30) sisäpinnan väliin jäävä rako pienempi tai olennaisesti yhtä suuri kuin keskimääräinen molekyylin vapaa matka.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen sulkujärjes- ^ tely (10, 11), tunnettu siitä, että ensimmäinen ja/tai toinen diffuusiosulku o (14, 16, 24, 26) on putkimainen tai holkkimainen sulkuosa, joka on aikaansaatu <0 erotusventtiilin (12, 22) yhteyteen. O

^ 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sulkujärjestely (10, 11), tun- ° 30 n ett u siitä, että putkimaisen tai holkkimaisen sulkuosan (14, 16, 24, 26) £ poikkileikkausala pienenee erotusventtiililtä (12, 22) kohti aukkoa (18, 20, 28, S 3°)· Un

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen sulkujärjestely (10, 11), 05 § tunnettu siitä, että ensimmäinen ja/tai toinen sulkuosa (14, 16, 24, 26) on C\J 35 aikaansaatu erotusventtiililtä (12, 22) poispäin kapenevana nokkaputkena.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen sulkujärjes-tely (10, 11), tunnettu siitä, että ensimmäinen ja/tai toinen diffuusiosulku (14, 16, 24, 26) on levymäinen sulkuosa, jotka on aikaansaatu erotusventtiilin (12, 22) yhteyteen.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen sulkujärjestely (10, 11), tun nettu siitä, että levymäinen sulkuosa (14, 16, 24, 26) käsittää putkimaisen tai holkkimaisen aukon (18, 20, 28, 30), jolla on erotusventtiilistä (12, 22) pois päin pienenevä poikkileikkausala tai vakiona pysyvä poikkileikkausala.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 8 mukainen sulkujärjestely (10, 10 11), tunnettu siitä, että aukko (18, 20, 28, 30) rakomainen ja suorakaiteen muotoinen siten, että se on sovitettu vastaanottamaan levymäinen tai tasomainen substraatti (8).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 4 - 9 mukainen sulkujärjestely (10, 11), tunnettu siitä, että putkimaisen tai holkkimaisen sulkuosan (14, 16, 15 24, 26) tai sulkuosan (14, 16, 24, 26) putkimaisen tai holkkimaisen aukon (18, 20, 28, 30) pituus on olennaisesti yhtä suuri tai suurempi kuin molekyylin vapaa matka.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen sulkujärjestely (10, 11), t u n n e 11 u siitä, että sulkujärjestely (10, 11) käsittää lisäksi erotusventtii-

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sulkujärjestely (10, 11), tunnettu siitä, että imuvälineet on aikaansaatu synnyttämään diffuusiovir-taus ensimmäisen ja toisen diffuusiosulun (14, 16; 24, 26) väliseen tilaan.

13. Tuotantolinja, joka käsittää kaksi tai useampia peräkkäisiä pro- sessiyksiköitä (2, 4, 6) substraatin (8) pinnan muokkaamista ja/tai kasvattamis-5 ta varten, joka tuotantolinja käsittää ainakin yhden atomikerroskasvatusyksi- (M ^ köstä (4), jossa ALD-prosessikammion atomikerroskasvatusta varten, joka ° ALD-prosessikammio erotettu sitä edeltävästä ja/tai seuraavasta prosessi- ° 30 kammiosta sulkujärjestetyllä (10, 11), joka käsittää erotusventtiiliin (12, 22), ja | jonka kautta substraatti (8) on syötettävissä ja/tai poistettavissa ALD- lo prosessikammiosta, tunnettu siitä, että sulkujärjestely (10, 11) on varus- (M tettu erotusventtiilin (12, 22) vastakkaisilla puolilla vastaavasti ensimmäisellä ja o toisella diffuusiosululla (14, 16, 24, 26), jotka substraatti (8) olennaisesti tukkii ^ 35 liikkuessaan sulkujärjestelyn (10, 11) läpi, kun se syötetään ja/tai poistetaan ALD-prosessikammiosta.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen tuotantolinja, tunnettu siitä, että ALD-prosessikammion käsittää sulkujärjestelyn (10, 11) kahdella sen vastakkaisella seinämällä siten, että substraatti (8) on vietävissä tuotantolinjassa ALD-prosessikammion läpi.

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen tuotantolinja, tun nettu siitä, että tuotantolinja käsittää kussakin prosessiyksikössä (2, 4, 6) kuljetusvälineet (32, 34, 36), joiden avulla substraattia (8) kuljetetaan proses-siyksiköiden (2, 4, 6) sisällä ja prosessiyksiköiden (2, 4, 6) välillä.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen tuotantolinja, tunnettu 10 siitä, että atomikerroskasvatusyksikön (4) sulkujärjestely (10, 11) on aikaansaatu siten, että substraatti (8) on vietävissä sulkujärjestelyn (10, 11) läpi hyödyntäen sekä atomikerroskasvatusyksikön (4) että sitä edeltävän tai sitä seu-raavan prosessiyksikön (2, 4) kuljetusvälineitä (32, 34, 36).

17. Jonkin patenttivaatimuksen 13-16 mukainen tuotantolinja, 15 tunnettu siitä, että substraatti (8) on sovitettu tukkimaan diffuusiosulku (14, 16, 24, 26) siten, että diffuusiosulussa (14, 16, 24, 26) substraatin (8) ja dif-fuusiosulun (14, 16, 24, 26) välinen välys on pienempi tai olennaisesti yhtä suuri kuin keskimääräinen molekyylin vapaa matka.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 13 - 17 mukainen tuotantolinja, 20 tunnettu siitä, että diffuusiosulku (14, 16, 24, 26) on aikaansaatu putkimaiseen tai holkkimaiseen sulkuosaan.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen tuotantolinja, tunnettu siitä, että putkimaisen tai holkkimaisen sulkuosan poikkileikkausala pienenee erotusventtiililtä (12, 22) kohti diffuusiosulkua (14, 16, 24, 26).

20. Jonkin patenttivaatimuksen 13-17 mukainen tuotantolinja, tunnettu siitä, että diffuusiosulku (14, 16, 24, 26) on aikaansaatu levymäi-o seen sulkuosaan. (M

^ 21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen tuotantolinja, tunnettu sn- ° tä, että levymäinen sulkuosa käsittää putkimaisen tai holkkimaisen aukon (18, LO ° 30 20, 28, 30), jolla on erotusventtiilistä (12, 22) pois päin pienenevä poikkileik- | kausala tai vakiona pysyvä poikkileikkausala. LO

22. Jonkin patenttivaatimuksen 13-21 mukainen tuotantolinja, CM tunnettu siitä, että diffuusiosulku (14, 16, 24, 26) on rakomainen ja suora-o kaiteen muotoinen siten, että se on sovitettu vastaanottamaan levymäinen tai ™ 35 tasomainen substraatti (8).

20 Iin (12, 22) yhteyteen aikaansaadut imuvälineet diffuusiosulkuvirtauksen aikaansaamiseksi.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 17-22 mukainen tuotantolinja, tunnettu siitä, että putkimaisen tai holkkimaisen sulkuosan tai putkimaisen tai holkkimaisen sulkuosan pituus on olennaisesti yhtä suuri tai suurempi kuin molekyylin vapaa matka.

24. Jonkin patenttivaatimuksen 13-23 mukainen tuotantolinja, tunnettu siitä, että sulkujärjestely (10, 11) on varustettu imuvälineillä dif-fuusiosulkuvirtauksen aikaansaamiseksi sulkujärjestelyyn (10, 11).

25. Jonkin patenttivaatimuksen 13-24 mukainen tuotantolinja, tunnettu siitä, että se on tuotantolinja aurinkokennojen valmistamiseksi.

26. Menetelmä substraatin (8) syöttämiseksi ja/tai poistamiseksi atomikerroskasvatusyksiköstä (4) sulkujärjestelyn (10, 11) läpi, tunnettu siitä, että menetelmässä substraatti (8) viedään läpi sulkujärjestelystä (10, 11), joka käsittää erotusventtiilin (12, 22) ja sen vastakkaisille puolille aikaansaadut diffuusiosulut (14, 16, 24, 26), jolloin menetelmä käsittää vaiheet: 15 ohjataan substraattia (8) sen kulkusuunnassa sulkujärjestelyn (10, 11. ensimmäisen diffuusiosulun (14, 24) aukkoon(18, 28), jonka substraatti (8) olennaisesti sulkee; avataan erotusventtiili (12, 22) substraatin (8) sulkiessa edelleen olennaisesti ensimmäisen diffuusiosulun (14, 24) aukon (18, 28); 20 ohjataan substraattia (8) eteenpäin erotusventtiilin (12, 22) läpi sub straatin (8) kulkusuunnassa erotusventtiilin (12, 22) jälkeiseen toisen diffuusiosulun (16, 26) aukkoon (20, 30), jonka substraatti (8) olennaisesti sulkee, ja suljetaan erotusventtiili (12, 22); ja ohjataan substraatti (8) ulos sen kulkusuunnassa toisen dif-25 fuusiosulun (16, 26) aukosta (20, 30).

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen menetelmä, tunnettu sii- (M 5 tä, että pysäytetään substraatin (8) liike ennen erotusventtiilin (12, 22) avaa- (M ^ mistä substraatin (8) ollessa sen kulkusuunnassa ensimmäisen diffuusiosulun Z (14' 24) aukossa <18' 28) ia,lai Pysäy*etään substraatin (8) liike ennen erotus- ° 30 venttiilin (12, 22) sulkemista substraatin (8) ollessa sen kulkusuunnassa toisen | diffuusiosulun (16, 26) aukossa (20, 30).

28. Patenttivaatimuksen 26 tai 27 mukainen menetelmä, tunnet- (M ^ tu siitä, että synnytetään sulkujärjestelyyn (10, 11) diffuusiosulkuvirtaus imu- o välineiden avulla. O C\J

29. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 26 - 28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään tuotantolinjassa substraatin (8) syöttämiseksi ja/tai poistamiseksi atomikerroskasvatusyksiköstä (4).

30. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 26 - 29 mukainen mene-5 telmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään aurinkokennojen tuotantolinjassa. (M δ (M i CD O tn o X en CL m (M δ σ> o o (M