JP5857304B2 - 側方安定化機構を有する浮動ウエハートラック - Google Patents

Description

本発明は半導体処理の分野に関し、特に、ほぼ矩形のウエハーの連なりを浮動状態で支持して処理するように構成された装置に関する。

半導体デバイスの製造中、半導体基板またはウエハーは多種多様な処理、例えば堆積およびアニールなど、にかけられうる。これらの処理を行うための装置は、これらの基板を次々と連続的に処理するように構成されうる。このような装置は、代替のバッチシステムに比べ、スループット率の向上をもたらしうる。したがって、前記装置は、基板が処理されながら搬送されうる線形トラックまたは経路を特徴としうる。

このような装置の設計を単純化するために、かつ定期保守の必要性を減らすために、基板は「非接触」法によって、すなわち基板を所望の方向に前進させるために基板に物理的に接触する機械的構成要素を使用しない方法によって、トラックに沿って搬送されうることが好ましい。このような方法の１つは、基板がその間に浮動状態で収容されながら搬送および処理されうる２つのガスベアリング、すなわち上側ガスベアリングと下側ガスベアリング、の使用を伴う。このように支持された基板の問題は、ガスベアリングを維持するために必要なガス流によって基板が不安定化しうることである。この結果、基板は所定の軌道から逸れてガスベアリングの縁部に向かい始める、および／または角変位を受けることもある。この点に関して、一部の処理装置、例えば空間分離による原子層堆積装置など、は矩形基板の処理に特に適しうることが明らかである。矩形基板は、その幅が（その長さに沿って見たときに）一定であることから、例えば円形ウエハーに比べ、装置の処理能力をより有効に活用しうる。ただし、矩形基板は円対称性を有しない。側壁によって限られた狭いトラックは経済的なガス流量管理という理由でそれ自体は好都合でありうるが、円対称性がないために不安定化した基板が狭いトラックに沿って前記側壁に衝突し、前記側壁間につっかえることもありうる。通常、基板と壁との間の接触は、一般に脆弱な基板の破損および／またはトラックの輻輳をもたらすことになるので、基板と壁との間の接触は極力防止される。したがって、稼働中の複式ガスベアリング内での位置ずれ、特に角度の偏りなど、を補正できる側方安定化機構が求められている。

本発明の目的は、このような側方安定化システムを有する装置を提供することである。

本発明の１つの側面によると、基板処理装置が提供される。本装置は、トンネル下壁と、トンネル上壁と、２つのトンネル側壁とを含むプロセストンネルを備えうる。これらのトンネル壁は一緒に、トンネルの長手方向において連続的に配置されてトンネル上壁と下壁に平行にそれぞれ向けられた複数の平板状の矩形基板を収容するように構成された、プロセストンネルの搬送方向に延在するプロセストンネル空間の境界を定めうる。各基板は、使用時に、トンネル側壁と平行に延在する２つの対向する長手方向端縁を有し、使用時に、プロセストンネルを通って直線的に搬送される。本装置は、トンネル下壁と上壁の両方に設けられた複数のガス注入路をさらに備えうる。トンネル下壁のガス注入路は、下側ガスベアリングをもたらすように構成されうる一方で、トンネル上壁のガス注入路は、上側ガスベアリングをもたらすように構成されうる。前記ガスベアリングは、その間に基板を浮動状態で支持して収容するように構成されうる。トンネルの各側壁は複数のガス排出路をさらに備えてもよく、前記複数のガス排出路は搬送方向に、基板の長手方向端縁に沿って存在するトンネル側壁の複数のガス排出路の数が５〜２０の範囲内である中心間距離で離隔されてもよい。

本発明による装置は、各種の半導体処理を容易にするために使用されうる。１つの実施形態において、例えば、本装置は、空間的に相隔てられたいくつかの反応性材料または前駆体を備えうる、少なくとも１つの堆積用ガスベアリングを特徴とする空間分離による原子層堆積装置として構成されうる。このために、使用時に、第１の前駆体ガスと、パージガスと、第２の前駆体ガスと、パージガスとをそれぞれ含む連続する複数のゾーンを備えたプロセストンネルセグメントを生じさせるように、下壁および上壁の少なくとも一方に設けられた複数のガス注入路は、搬送方向に見て、第１の前駆体ガス源と、パージガス源と、第２の前駆体ガス源と、パージガス源とに連続して接続されうる。別の実施形態において、本装置は、アニールステーションとして構成されうる。この目的のために、各ガスベアリングのガス流は、基板が搬送されうるトラックの少なくとも一部にわたって、適したアニール温度に加熱されうる。さらに別の実施形態において、本装置は、基板のための安全な搬送環境を単に提供しうる。

本発明の上記および他の特徴および利点は、本発明を限定するためではなく例示することを目的とした添付図面と組み合わせて以下に記載の本発明の特定の実施形態の詳細説明からより深く理解されるであろう。

本発明による原子層堆積装置の一例示的実施形態の一部分の長手方向概略断面図である。 図１に示されている原子層堆積装置の実施形態の横断方向概略断面図である。 プロセストンネルの２つのトンネル側壁の間に配設された基板の２つの概略平面図を示し、図１および図２に示されている装置のプロセストンネルを通過中の基板が呈しうる２種類の移動／姿勢上のずれ、すなわち並進ずれ（左）と回転ずれ（右）、を模式的に示す。 基板が並進的に中央からずれた場合の向かい合った２対の隣接ガス排出路の間の圧力分布の差を例示するグラフを示す。 基板が並進的に中央からずれた場合の向かい合った２対の隣接ガス排出路の間の圧力分布の差を例示するグラフを示す。 単一の長手方向ガス流路内で隣接する２つのガス排出路間の中心間距離が１０ｍｍの場合の、流路の幅に対するこの２つの隣接ガス排出路間の圧力分布の依存性を示すグラフを示す。 単一の長手方向ガス流路内で隣接する２つのガス排出路間の中心間距離が２０ｍｍの場合の、流路の幅に対するこの２つの隣接ガス排出路間の圧力分布の依存性を例示するグラフを示す。 単一の長手方向ガス流路内の２つの隣接ガス排出路間の中心間距離が５０ｍｍの場合の、この流路の幅に対するこの２つの隣接ガス排出路間の圧力分布の依存性を例示するグラフを示す。 プロセストンネル内の方形基板の異なる傾斜姿勢に対応する３つの物理的状況を示す平面図であり、これらのデータは図１０および図１１のグラフにおいて比較されている。 図９に示されている状況の各々について、基板の左側全体に沿った長手方向ガス流路内の圧力分布を示すグラフである。 図９に示されている状況の各々について、基板の長さに沿った差圧力分布を示すグラフである。 図１および図２に示されているものと同様であるが追加の位置決め用ガス注入路がトンネル上壁および下壁に設けられた本発明による基板処理装置の一実施形態に配設された基板に沿った長手方向ガス流路内の３つの圧力分布を示すグラフである。

本発明による装置の構成を以下に概説する。この説明においては、空間分離による原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置として構成された、図１および図２に示されている例示的実施形態に言及する。図１は、プロセストンネルの上壁および下壁が非対称的に構成された例示的ＡＬＤ装置の一部分の長手方向概略断面図である。図２は、図１に示されている例示的原子層堆積装置の横断方向概略断面図である。

開示される本発明による装置１００は、基板１４０、例えばシリコンウエハー、が好ましくは基板列の一部として直線的に搬送されうるプロセストンネル１０２を含みうる。すなわち、基板１４０はプロセストンネル１０２にその入り口で挿入され、出口まで一方向に搬送されうる。あるいは、プロセストンネル１０２はデッドエンドを有しうる。この場合、基板１４０は、プロセストンネルの入口からデッドエンドに向かい、再び入口に戻るという双方向に移動しうる。このような代替の双方向システムは、比較的小さい設置面積の装置が望まれる場合に好適でありうる。プロセストンネル１０２自体は直線状であってもよいが、必ずしもそうである必要はない。

プロセストンネル１０２は４つの壁、すなわち上壁１３０と、下壁１２０と、２つの横壁または側壁１０８、を備えうる。上壁および下壁１３０、１２０に平行に向けられた、厚さが例えば０．１〜０．３ｍｍのほぼ平坦な、または平板状の、基板１４０が上壁および下壁１３０、１２０に接触せずにその間に収容されるように、上壁１３０と下壁１２０とは、水平かつ互いに平行に向けられ、僅かに、例えば０．５〜１ｍｍ、離隔されうる。両側壁１０８は、ほぼ鉛直かつ互いに平行に向けられてもよく、上壁１３０と下壁１２０とをそれぞれの側面で相互に連結しうる。両側壁１０８は、処理対象の基板１４０の幅より若干大きな距離、例えば基板１４０の幅プラス０．５〜３ｍｍ、だけ離隔されうる。したがって、プロセストンネル１０２の壁１０８、１２０、１３０は、トンネルの長手方向に連続的に配置される１つ以上の基板１４０を収容可能な、トンネルの長さ単位当たりの容積が比較的小さい細長いプロセストンネル空間１０４を画成し、その境界を定めうる。

トンネル上壁１３０およびトンネル下壁１２０の両方に、複数のガス注入路１３２、１２２が設けられうる。各壁１３０、１２０のガス注入路１３２、１２２は、ガス注入路１３２、１２２のうちの少なくともいくつかがトンネル１０２の長さ全体に分散されるのであれば、所望どおりに配置されうる。ガス注入路１３２、１２２は、対応する壁の内面全体にわたって、その長手方向および横断方向に規則的にガス注入路が分散されるように、例えば、仮想的な矩形格子、例えば２５ｍｍ×２５ｍｍの格子、の各コーナーに配設されうる。

ガス注入路１３２、１２２は、好ましくは同じトンネル壁１２０、１３０内の、かつその同じ長手方向位置にある各ガス注入路が同じガスまたはガス混合物のガス源に接続されるように、複数のガス源に接続されうる。ＡＬＤ用の場合、下壁１２０と上壁１３０の少なくとも一方にある各ガス注入路１２２、１３２は、使用時に第１の前駆体ガスと、パージガスと、第２の前駆体ガスと、パージガスとをそれぞれ含む連続する（トンネル幅の）ガスゾーンを複数備えたプロセストンネルセグメント１１４を生じさせるように、搬送方向Ｔに見て、第１の前駆体ガス源と、パージガス源と、第２の前駆体ガス源と、パージガス源とに連続的に接続されうる。このような１つのトンネルセグメント１１４は単一のＡＬＤサイクルに対応することを理解されたい。したがって、所望厚の薄膜の堆積を可能にするために、複数のトンネルセグメント１１４が搬送方向Ｔに順次配設されうる。１つのプロセストンネル１０２内のそれぞれのセグメント１１４は、前駆体の同じ組み合わせを含みうるが、必ずしもそうである必要はない。混合膜の堆積を可能にするために、例えば異なった構成の複数のセグメント１１４が使用されうる。

プロセストンネルの同じ長手方向位置を共有する向かい合ったトンネル壁１２０、１３０に配置された対向するガス注入路１２２、１３２が同じガス組成のガス源に接続されるかどうかは、装置１００の所望の構成により決まりうる。両面堆積、すなわちプロセストンネル１０２内を通過する基板１４０の上面１４０ｂおよび下面１４０ａの両方のＡＬＤ処理、が望まれる場合は、対向するガス注入路１２２、１３２は同じガス源に接続されうる。あるいは、片面堆積のみ、すなわち処理対象の基板１４０の上面１４０ｂおよび下面１４０ａの一方のみのＡＬＤ処理、が望まれる場合は、処理対象の基板面に面したトンネル壁１２０、１３０のガス注入路１２２、１３２を反応性ガス源と不活性ガス源とに交互に接続し、もう一方のトンネル壁の全てのガス注入路を不活性ガス源に接続してもよい。

図１および図２の例示的実施形態においては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）原子層堆積サイクルを実施するために適した一連の同一トンネルセグメント１１４を形成するように、上壁１３０のガス注入路１３２はトリメチルアルミニウム（Ａｌ_２（ＣＨ_３）_２、ＴＭＡ）源、窒素（Ｎ_２）源、水（Ｈ_２Ｏ）源、および窒素源に順次接続される。これに対して、トンネル下壁１２０のガス注入路１２２は全て窒素源に接続される。したがって、例示的装置１００は、浮動状態で支持されて通過する基板１４０の上面１４０ｂへの片面堆積を連携して行うように構成された上側の堆積用流体ベアリング１３４と下側の非堆積用流体ベアリング１２４とを維持するように構成される。

プロセストンネル１０２の各側壁１０８には、その長さ全体またはその一部に沿って、複数のガス排出路１１０が設けられうる。これらのガス排出路１１０は、プロセストンネルの長手方向に、好ましくは等間隔で、離隔されうる。同じ側壁１０８内の２つの隣接または連続するガス排出路１１０間の距離は、処理対象の基板１４０の長さに関連付けられうる。本文において、矩形基板１４０の「長さ」とは、プロセストンネル１２０の長手方向に概ね延在する基板の寸法と解釈されるものとする。以下に明らかにする理由により、基板１４０の長さに相当する側壁部分は、好ましくは約５と２０の間、より好ましくは８と１５の間、の排出路１１０を必ず備えうる。２つの連続するガス排出路１１０間の中心間距離は、約１０〜３０ｍｍの範囲内にしうる。隣接する２つのガス排出路１０の端縁間の長手方向距離は、好ましくは前記中心間距離の少なくとも約７５％にしうる。すなわち、ガス排出路はそれぞれの中心間の離隔距離に比べ、相対的に「短い」。ガス排出路１１０は何れか適した形状またはサイズを有しうる。前記側壁１０８内の排出路１１０を互いに同一にすることもさらに可能であるが、必ずしもそうする必要はない。装置１００の１つの実施形態において、例えば、全てのガス排出路１１０は、断面積が約１×０．５ｍｍ^２の矩形断面を有しうる。この１ｍｍは、プロセストンネル１０２の長手方向の寸法に対応し、０．５ｍｍは、プロセストンネル１０２の高さ方向の寸法に対応しうる。他の複数の実施形態においては、排出路１１０はそれぞれ異なる形状およびサイズを有しうることは言うまでもない。

各ガス排出路１１０は、プロセストンネル１０２の外側に設けられたガス排出管路１１２に接続され、このガス排出管路１１２内に排出しうる。装置１００がＡＬＤを実施するように構成される場合、排出ガスは大量の未反応前駆体を含有しうる。したがって、互いに異なる複数の反応性ガスゾーンに対応付けられた複数のガス排出路１１０を同じガス排出管路１１２に接続することは（未故意に化学蒸着をもたらしうるため）望ましくないことがある。したがって、それぞれ異なる複数の前駆体のために異なる複数のガス排出管路１１２が設けられうる。

装置１００の全般的動作は、以下のように説明されうる。使用時、上壁１３０および下壁１２０の両方のガス注入路１３２、１２２はガスをプロセストンネル空間１０４内に注入する。各ガス注入路１２２、１３２は、接続先のガス源から供給されたガスを注入しうる。装置１００は大気圧および非大気圧の両方で動作可能であるため、ガス注入は何れか適した圧力で行われうる。ただし、真空ポンプを不要にするために、かつプロセストンネル環境からトンネル空間１０４内（特に基板入口および出口区間）への汚染ガス流を防止するために、トンネル空間は、大気圧より僅かに高い圧力に維持されることが好ましい場合がある。したがって、ガス注入は、大気圧より多少高い圧力、例えば１・１０^３Ｐａ台の過圧で行われうる。これより低い圧力、例えば大気圧、がガス排出管路１１２内に維持されている場合、トンネル空間１０４内に注入されたガスは、排出管路１１２への進入をもたらす側壁１０８内のガス排出路１１０に向かって横方向に、すなわちプロセストンネルの長手方向を横切る方向に、当然流れることになる。

基板１４０が上壁および下壁１３０、１２０の間にある場合、上壁１３０内のガス注入路１３２、１２２によってトンネル空間１０４に注入されたガス（単数または複数）は上壁と基板の上面１４０ｂとの間を横方向に流れうる。基板１４０の上面１４０ｂを横切るこのような側方へのガス流は、上側の流体ベアリング１３４を効果的にもたらす。同様に、下壁１２０内のガス注入路１２２によってトンネル空間１０４内に注入されたガス（単数または複数）は、下壁と基板１４０の下面１４０ａとの間を横方向に流れることになる。基板１４０の下面１４０ａを横切るこれらの側方へのガス流は、下側の流体ベアリング１２４を効果的にもたらす。下側および上側の流体ベアリング１２４、１３４は共に基板１４０を取り囲んで浮動状態で支持しうる。

基板１４０上に膜を堆積させるために、基板をプロセストンネル１０２内で搬送方向Ｔに移動させうる。基板１４０の移動は、接触法および非接触法の両方によって、何れか適した方法で行われうる。非接触法が好ましいが、その理由はとりわけ、基板駆動用の摩耗しうる機械部品は一般に装置設計を複雑化し、保守の必要性を増大させうるからである。基板１４０を非接触式で前進させる方法として、注入されたガス流が搬送方向に接線成分を有するように搬送方向Ｔに対して斜めに配置されたガス注入路１２２、１３２を通して方向付けられたガス流による推進、電気力および／または磁力による推進、重力による推進（プロセストンネル１２０全体を水平に対して傾けることによって行いうる）、および他の何れか適した方法が挙げられる。

基板１４０を駆動するために選択される方法が何れであっても、適した基板搬送速度が確実にもたらされるように注意する必要がある。図１および図２のＡＬＤ装置においては、基板１４０の搬送速度は、特定の前駆体ガスゾーンを通過するときに、基板の表面積の一区画が前駆体に十分に長時間さらされて完全に飽和することを保証する速度であることが好ましい。前駆体ゾーンが長いほど、通常は搬送速度の高速化が可能であり、その逆も成り立つ。ただし、飽和時間は、使用される前駆体の性質に応じて、さらには対応するゾーンにおける前駆体の濃度に応じて、異なりうることに留意されたい。

基板１４０が図１のプロセストンネル１０２内を移動するに伴い、その上面１４０ｂは順次配置された横方向のガスゾーンの各々に存在するガスに帯状にさらされる。ゾーンの配置とそれぞれのガスとが適切に選択されていれば、１つのトンネルセグメント１１４の横断は、基板１４０を１つの原子層堆積サイクルにかけることに相当しうる。トンネル１０２は所望数のセグメント１１４を備えうるので、基板１４０がトンネルを通過する間に任意の厚さの膜をに基板１４０上に成長させうる。プロセストンネル１０２の直線性は、処理対象基板１４０の連続流をさらに可能にし、これにより、かなりの処理能力を有する原子層堆積装置１００を提供する。

以上で本発明による装置の全般的動作を説明したので、その設計に組み込まれている側方安定化機構に注意を向ける。

側方安定化機構は、プロセストンネル１０２を通過中の基板１４０が起こしうる２種類の移動／姿勢上のずれ、すなわち並進ずれと回転ずれ、を補正するために役立つ。並進ずれは、基板１４０全体がプロセストンネル１０２の一方の側壁１０８に向かい、もう一方の側壁から離れるという望ましくない横方向への移動に関する。図３の左側の図面を参照されたい。回転ずれは、基板１４０が望ましくない回転をして矩形基板の長手方向端縁が側壁１０８との位置合わせからずれることに関する。図３の右側の図面を参照されたい。

これらのずれの問題は、移動中の基板１４０と静止状態の側壁１０８との間の接触を引き起こしうることである。衝突の衝撃により、基板１４０が破損しうる。破損は破片を生じさせ、この破片が後続基板に接触することもあり、また基板の山積みおよびプロセストンネルの輻輳を発生させやすい。矩形基板１４０は、円対称性がないため、その回転がその有効幅を変化させうるというさらなる問題を有する。この結果、回転により不安定化された矩形基板は、プロセストンネル１０２の２つの側壁１０８の間で動きが取れなくなるか詰まることもある。この場合も、衝突した基板同士が積み重なることもありうる。どちらの場合も、プロセストンネル１０２の内部を空にできるように保守のために装置１００を停止させる必要があるであろう。明らかに、破損した基板、装置の停止時間、および保守にかかる工数は経済的損失を表すが、これらの経済的損失は、基板１４０とトンネル側壁１０８との間の接触を回避することによって極力防止される。

並進ずれと回転ずれの両方を補正するために、側方安定化機構が図３に示されている矢印に従って補正力をもたらしうる。すなわち、左方への並進ずれは、基板１４０を右方へ押すように基板１４０に作用する正味力によって修正されうる一方で、基板の反時計回りの回転は、基板を時計回り方向に回転させるように基板に作用する偶力によって補正されうる。このような補正は、本願明細書で開示される側方安定化機構によって行われる。構造的には、この側方安定化機構は、２つの主「構成要素」、すなわち、各側壁１０８に沿った長手方向ガス流路１０６と、両側壁１０８に設けられた複数のガス排出路１１０、を備えると言える。

上記のように、プロセストンネル１０２は、基板１４０より僅かに幅広であることが好ましい。結果として、中央に配置された基板１４０の両側には、基板の側縁とプロセストンネル１０２の対応する側壁１０８との間に（狭い）長手方向ガス流路１０６が存在しうる。長手方向ガス流路１０６は、プロセストンネル１０２の長手方向に良好なコンダクタンスを有しうる。また、長手方向ガス流路１０６は、基板表面１４０ａ、１４０ｂを横切って横方向に流れたガスを集め、対応する隣接側壁１０８内の長手方向に離隔された複数のガス排出路１１０にこれらのガスを分散させると言ってもよい。トンネル１０２の各側壁内のガス排出路１１０は、プロセストンネル空間１０４から排出管路１１２へのガスの自由な流れを妨げる流量制限部として機能しうる。したがって、隣接ガス排出路１１０間では圧力が上昇しうる一方で、ガス排出路またはその近くにおいては相対的に低い圧力が発生しうる。

このとき、基板１４０が並進のみによって、または部分的に回転によって、不安定化してトンネル１０２の側壁１０８に向かって移動すると、その側壁に沿って初めから存在する長手方向ガス流路１０６に基板１４０が「侵入」しうる。これにより、長手方向ガス流路１０６の幅が局所的に狭まりうる。これにより、トンネル空間１０４からガス管路１１２へのガスの排出が局所的に妨害されうる。この結果、連続する排出路１１０間で圧力が上昇しうる。この圧力は、長手方向ガス流路１０６が最も狭められた箇所で最大になりうる。この圧力上昇が基板の長手方向端縁に沿って発生するに伴い、前記端縁は（分散された）補正力を受ける。実際、この補正力は最も接近した位置において最大になりうる。

図３（左側の図面）に示されている並進ずれの場合、接近された左側壁１０８に沿った長手方向ガス流路１０６は狭まる一方で、反対側の右側壁に沿った長手方向ガス流路は広くなる。したがって、ウエハーの左側で圧力が上がる一方で、右側の圧力は下がるため、両効果により基板を右方に押すように基板に作用する正味補正力が基板にもたらされうる。図３（右側の図面）に示されている回転ずれの場合、基板の両側縁に沿って発生する圧力は、前記側縁上の一点が対応する側壁１０８にどれだけ近いかに応じて、長手方向に変化する。前記一点が近いほど、前記一点における圧力が高くなる。両側壁がほぼ同一であり、かつ互いに対称的に向かい合っているという事実を含め、本構成の対称性の結果として、基板１４０の両側縁に沿った圧力プロファイルは時計回り方向の補正偶力をもたらす。

基板１４０によって長手方向ガス流路１０６が狭められた場合に発生しうる圧力分布は、ガス流路の局所的幅のほか、他のいくつかのパラメータ、とりわけ連続するガス排出路１１０間の中心間距離、に応じても変わりうる。したがって、図３に示されている両状況をより詳細に説明する。最初に図４、図５、および図６〜８を参照して並進ずれを説明し、次に図９〜１１を参照して回転ずれを説明する。これらの図に示されているグラフは、流体力学シミュレーションによって得られたものである。これらのグラフは主に、側方安定化機構の定性的挙動を説明するために役立つ。

図４および図５は、並進によって中央を外れた基板１４０に沿った長手方向ガス流路１０６の（一様な）幅に対する圧力プロファイルの依存性を示す。両図は、隣接するガス排出路間の中心間距離が２０ｍｍである場合の状況に関する。したがって、図示されているグラフの水平軸は、１つのガス排出路の中央（０．０００ｍの位置）から前記ガス排出路とその隣接ガス排出路との間の中間点（０．０１０ｍの位置）までの長手方向距離をカバーしている。それぞれのグラフに関連する実際の状況はそれぞれの右側の挿入図に示されている。

図４の状況において、基板１４０の左側の長手方向ガス流路１０６の幅は０．５ｍｍまで狭められている一方で、右側の長手方向ガス流路の幅は１．５ｍｍまで広がっている。したがって、中央に置かれた基板１４０の位置は、基板の両側の間隙寸法１ｍｍに対応することになる。このグラフは、基板１４０の左側の狭い（狭められた）長手方向ガス流路１０６においては、圧力は排出路１１０の位置において最初は低いが、隣接する排出路の方向に急勾配で上昇するという事実を図示している。他方、基板１４０の右側の広い（広くなった）長手方向ガス流路１０６における圧力プロファイルは、それほど顕著ではない。このグラフ内の線は、約０．００２ｍの長手方向位置において互いに交差している。すなわち、距離０．０００〜０．００２ｍにわたって、すなわち向かい合わせに配設されたガス排出路１１０を備えた長手方向位置またはその直近においては、基板１４０をさらに左方へ押すように基板１４０に作用する差圧力が存在する。ただし、距離０．００２〜０．０１０ｍにわたっては、すなわち、向かい合わせに配設された側壁部分が隣接ガス排出路１１０間に延在する複数の長手方向位置においては、基板を右方へ押すように基板に作用する差圧力が存在する。基板１４０の長さ全体にわたってもたらされる差圧力を統合すると、基板を右方へ押すように基板に作用する正味補正力がもたらされるという結論に至る。

図５の状況においては、基板はさらに左方に移動しており、基板の左側と右側とにそれぞれ０．１ｍｍと１．９ｍｍの間隙が生じている。左側の狭められた長手方向ガス流路１０６においては、排出路１１０近くの圧力は図４のグラフに示されている圧力より下がっている一方で、隣接ガス排出路１１０間の圧力は上がっている（図４および図５のグラフ間の圧力目盛りの差に注目されたい）。他方、右側の広くなった長手方向ガス流路１０６においては、圧力プロファイルはさらに平らになっている。基板１４０の長さ全体にわたってもたらされる差圧力を統合すると、基板を右方へ押すように基板に作用する、図４に示されている状況の場合より大きな、正味補正力がもたらされるという結論に至る。したがって、基板１４０がトンネル１０２の側壁１０８に近付くほど、基板１４０はより大きな復元力をうける。

図６〜８は、隣接ガス排出路１１０間の長手方向ガス流路１０６の（一様な）幅に対する流路１０６内の基板１４０に沿った圧力分布の依存性を示す。図６〜８は、隣接ガス排出路間の中心間距離がそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、および５０ｍｍである状況に関する。各図は、長手方向流路または間隙の幅が１．０００ｍｍ、０．５００ｍｍ、０．２５０ｍｍ、０．１２５ｍｍ、および０．０６３ｍｍである場合のデータを含む。この場合においても、図示された各グラフの水平軸は、ガス排出路１１０の中央（０．０００ｍの位置）から前記ガス排出路とその直近の隣接ガス排出路との間の中間点までの長手方向距離をカバーしている。

図６〜８を個々に見ると、長手方向ガス流路１０６が狭いほど、排出路１１０またはその直近位置と２つの隣接排出路間の位置または中間位置との間の圧力差が大きくなるという同じ一般的関係をそれぞれ示している。図６〜８を一緒に見ると、図６〜８は、２つの隣接ガス排出路間の中心間距離が増すと、その間に発生する最大圧力がさらに上昇するという事実をさらに示している。この事実は、実験により裏付けられており、隣接ガス排出路１１０間の中心間距離がさらに大きく広がると、その間の圧力が大きくなり過ぎて移動中の基板がその圧力に勝てなくなりうることが示された。すなわち、基板１４０を停止させうる。また、排出路１１０の直近に発生する圧力の谷は排出路の間隔が広がるに伴い深くなり、基板が吸着されて側壁１０８に接触しうる。１６０ｍｍ×１６０ｍｍの基板の場合、ガス排出路の中心間の離隔距離が凡そ１０ｍｍと３０ｍｍの間であると一般に望ましい効果がもたらされる、すなわち復元力をもたらすには十分であり、かつ基板１４０の通過を妨げるには不十分な圧力上昇がもたらされることが見出された。これらの離隔距離は、基板１４０の長さ全体にわたるガス排出路１１０の数約５〜２０個に相当する。

図９〜１１は、回転ずれに関する。図９は、３つの物理的状況を示し、これらのデータは図１０および図１１において比較されている。これらの物理的状況は、プロセストンネル１０２内における１６０ｍｍ×１６０ｍｍの方形基板１４０のさまざまな傾斜姿勢に対応する。第１の状況（一番上の図面）において、基板１４０の長手方向端縁はトンネルの側壁１０８に位置合わせされている、すなわちトンネルの側壁１０８に平行であり、基板１４０は全体として側壁１０８間に対称的に位置付けられている。第２の状況（真ん中の図面）において、基板１４０は回転し、その向かい合った角がプロセストンネル１０２の側壁１０８からそれぞれ０．５ｍｍおよび１．５ｍｍの距離だけ離れた姿勢になっている。第３の状況（一番下の図面）においては、基板１４０はさらに回転し、その向かい合った角が側壁１０８からそれぞれ０．１ｍｍおよび１．９ｍｍだけ離れた姿勢になっている。プロセストンネル１０２の側壁１０８内の隣接ガス排出路１１０間の中心間距離は２０ｍｍであるので、基板１４０の端縁の長さに相当する側壁部分は８つ（すなわち１６０／２０）のガス排出路を備える。

図１０は、図９に示されている各基板１４０の左側縁全体に沿った長手方向ガス流路１０６内の圧力分布を示す。この圧力分布は、隣接ガス排出孔１１０間の「圧力隆起」の連なりを示す。これらの圧力隆起は、長手方向ガス流路１０６が最も狭められた箇所で「最も高く」、長手方向ガス流路１０６が最も広い箇所で最も小さい。正の長手方向（図９に「ｚ」として示されている方向）に見ると、隆起の高さはガス排出路１１０対ごとに減衰する。図９に示されている第１の状況（すなわち回転していない状況）では、全ての圧力隆起が同じ高さを有する。

図１０に示されている左側の圧力分布は、基板１４０の右側にも存在するが、右側では逆方向に発生することは言うまでもない。これらの逆分布を図１０に示されている分布から引くと、図１１に示されている差圧力分布が得られる。この圧力分布は基板の中央に対して対称的であるので、もたらされる効果は時計回りの復元偶力に対応する。この偶力は、基板１４０が図９の第３の（一番下の）状況にあるときに最大であり、基板が前記図に示されている第２の（真ん中の）状況にあるときにやや小さくなり、基板が確かに全く回転していない第１の（一番上の）状況にあるときにゼロである。

向かい合った側壁１０８が復元偶力をもたらす能力は、基板１４０の長さに沿って分散されたガス排出路１１０の数に依存する。ガス排出路１１０の数が少なすぎると、圧力分布が微細ではないため、処理トラックに沿った各長手方向位置において緩やかな復元偶力をもたらすことはできない。排出路１１０の数が多すぎると、排出路１１０間に高い圧力隆起が十分に発生しない。前と同様に、ガス排出路の密度、すなわち基板の長手方向端縁の長さに沿って存在する側壁１０８内のガス排出路１１０の数、が５〜２０の範囲内であると有効であり、排出ガス流路の密度が８〜１５の範囲内であることが好ましいことが実験により明らかになっている。

基板の側方安定化を高める、より具体的には基板に作用する何れかの補正力を増大させる、ための一般的対策として、特に図１および図２を参照して上で説明した基板処理装置１００に複数の位置決め用ガス注入路１２３、１３３を設けうる。好適な一実施形態において、これらの位置決め用ガス注入路１２３、１３３はトンネル下壁１２０および／またはトンネル上壁１３０に、好ましくはプロセストンネルのほぼ全長に沿って、以下の場所に配設されうる。
（ｉ）（中央に置かれたウエハーに沿って延びる長手方向に延在するガス流路１０６（図２を参照）に位置決め用ガス注入路１２２、１２３から直接注入されるように）、平面図で見て、中央に置かれた基板１４０の側縁とプロセストンネル１０２の対応する側壁１０８との間の間隙であって、かつ
（ｉｉ）トンネル１２０の長手方向に見て、連続するガス排出路１１０の間。

図１２の上右隅の挿入図は、位置決め用ガス注入路１２３、１３３のこれらの位置を模式的に平面図に示しており、各位置は点で示されている。位置決め用ガス注入路１２３、１３３は、トンネル下壁１２０にのみ、トンネル上壁１３０にのみ、または上下両壁１２０、１３０に設けられうる。後者の場合、位置決め用ガス注入路１２２、１２３は対で配置されることが好ましく、この場合、一対を成す２つの位置決め用ガス注入路１２２、１２３は互いに向かい合わせに配設される。装置１００の一代替実施形態において、位置決め用ガス注入路は、トンネル下壁および／または上壁１２０、１３０には設けられず、装置１００の両側壁１０８に、そこに設けられているガス排出路１１０の間に、設けられうる。一方の側壁１０８とトンネル下壁および／または上壁１２０、１３０との組み合わせに位置決め用ガス注入路が設けられる実施形態も複数考えられる。

位置決め用ガス注入路１２３、１３３は位置決め用不活性ガス、例えば窒素など、のガス源に接続されてもよく、ガス注入路１２２、１３２とは別個に制御可能であることが好ましい。すなわち、位置決め用ガス注入路１２３、１３３のガス注入量は、ガス注入路１２２、１３２のガス注入量とは別個に制御可能であることが好ましい。あるいは、ガス注入路１２２、１３２のガス注入量に対して位置決め用ガス注入路１２３、１３３のガス注入量を固定してもよい。ガス注入路１２２、１３２のガス注入量自体は制御可能にしうる。注入量間の関係をこのように固定する場合、位置決め用ガス注入路１２３、１３３のガス注入量は、ガス注入路１２２、１３２のガス注入量より大きくなるように構成されることが好ましいこともある。位置決め用ガスとしても使用されうる不活性プロセスガスを注入するようにガス注入路１２２、１３２の少なくとも一部が構成される場合（例えばＡＬＤ構成における（パージ）ガス注入路１２２、１３２の場合）、これらのガス注入路１２２、１３２と位置決め用ガス注入路１２３、１３３の流量間の固定された関係は、例えばそれぞれの注入路群を所望の注入流量比を反映した異なる直径を有する管路を介して単一の（主）不活性ガス供給管路に接続することによって、経済的に実現されうる。

図１２は、右上隅の挿入図に示された中央に置かれた方形基板１４０の両側縁に沿った長手方向ガス流路において発生しうる３つの異なる圧力分布を示す。これらの圧力分布は、位置決め用ガスの異なる注入流量、すなわち、０ｓｃｃｍ、４７．５ｓｃｃｍ、および９５ｓｃｃｍ、にそれぞれに対応する（ｓｃｃｍ＝ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ（標準状態下の立方センチメートル／毎分）。このグラフにより、位置決め用ガスの注入流量の増加は、この例においては１５ｍｍ離隔されたガス排出路１１０間のより高い「圧力隆起」に対応することが明らかである。圧力隆起が高いほど、基板１４０がその理想的な位置または向きから逸れた場合により大きな補正力が基板１４０に対してもたらされるので、位置決め用ガスの注入は側方安定化機構の動作を強化する。

部分的に添付図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を上で説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。当業者は図面、開示内容、および添付の特許請求の範囲を検討することによって、開示された実施形態に対するさまざまな変形例を理解し、特許請求された本発明を実施する際に実現可能である。本願明細書全体にわたって「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、その実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本願明細書全体にわたってさまざまな箇所で出現する「１つの実施形態において」または「一実施形態において」という句は、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているとは限らない。さらに、１つ以上の実施形態の特定の特徴、構造、または特性は、明示的に説明されていない新しい実施形態を形成するために、何れか適した方法で組み合わせられうる。

１００ 原子層堆積装置
１０２ プロセストンネル
１０４ プロセストンネル空間
１０６ 側壁に隣接する長手方向ガス流路
１０８ プロセストンネルの側壁
１１０ ガス排出路
１１２ ガス排出管路
１１４ 横方向に延在するガスゾーンを４つ備えたトンネルセグメント
１２０ トンネル下壁
１２２ トンネル下壁内のガス注入路
１２３ トンネル下壁内の位置決め用ガス注入路
１２４ 下側ガスベアリング
１３０ トンネル上壁
１３２ トンネル上壁内のガス注入路
１３３ トンネル上壁内の位置決め用ガス注入路
１３４ 上側ガスベアリング
１４０ 基板
１４０ａ、ｂ 基板の下面（ａ）または上面（ｂ）
Ｔ プロセストンネルの搬送方向

Claims (13)

1. −トンネル下壁（１２０）と、トンネル上壁（１３０）と、２つのトンネル側壁（１０８）とを含むプロセストンネル（１０２）であって、前記複数のトンネル壁は共に、搬送方向（Ｔ）に延在し、前記トンネルの長手方向において連続的に配置されてトンネル上壁および下壁に平行にそれぞれ向けられた複数の平板状の矩形基板（１４０）を収容するように構成され、前記各基板が、使用時に、前記トンネル側壁（１０８）と平行に延在する２つの対向する長手方向端縁を有し、使用時に、前記プロセストンネルを通って直線的に搬送されるプロセストンネル空間（１０４）の境界を画成する、プロセストンネル（１０２）と、
   −前記トンネル下壁と前記トンネル上壁の両方に設けられた複数のガス注入路（１２２、１３２）であって、前記トンネル下壁の前記ガス注入路は下側ガスベアリング（１２４）をもたらすように構成され、前記トンネル上壁の前記ガス注入路は上側ガスベアリング（１３４）をもたらすように構成され、前記ガスベアリングはその間に前記基板を浮動状態で支持して収容するように構成される、複数のガス注入路（１２２、１３２）と、
   −前記両トンネル側壁（１０８）に設けられた複数のガス排出路（１１０）であって、各トンネル側壁の前記ガス排出路は前記搬送方向に、前記基板の長手方向端縁に沿って存在する前記トンネル側壁（１０８）の複数のガス排出路（１１０）の数が５〜２０の範囲内である中心間距離で離隔されている、複数のガス排出路（１１０）と、
   を備えた基板処理装置（１００）。
2. 前記両トンネル側壁内の前記ガス排出路の密度は、前記両トンネル側壁の少なくとも一部に沿って８〜１５の範囲内である、請求項１に記載の装置。
3. 前記トンネル側壁（１０８）に設けられる前記複数のガス排出路のうちの何れか２つの隣接ガス排出路（１１０）は、その中心間距離の少なくとも７５％離隔される、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記トンネル側壁（１０８）内の前記ガス排出路（１１０）は等間隔で離隔される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置。
5. 前記両トンネル側壁（１０８）内の前記複数のガス排出路（１１０）は、前記トンネル側壁の一方に設けられた前記複数のガス排出路の各々が前記トンネル側壁のもう一方に設けられた前記複数のガス排出路のうちの対応するガス排出路に向かい合うように、向い合せに配設される、請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置。
6. 前記トンネル側壁（１０８）内の２つの隣接ガス排出路（１１０）間の前記中心間距離は１０〜３０ｍｍの範囲内である、請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置。
7. 前記ガス排出路（１１０）は、０．２５〜２ｍｍ^２の範囲内の有効断面積を有する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置。
8. 前記プロセストンネル空間（１０４）の幅は、その内部で処理される前記基板（１４０）の幅より０．５〜３ｍｍ広い、請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。
9. 使用時に第１の前駆体ガスと、パージガスと、第２の前駆体ガスと、パージガスとをそれぞれ含む連続する複数のゾーンを備えるプロセストンネルセグメント（１１４）を生じさせるように、前記下壁（１２０）と前記上壁（１３０）の少なくとも一方のガス注入路（１２２、１３２）が、前記搬送方向（Ｔ）に見て、第１の前駆体ガス源と、パージガス源と、第２の前駆体ガス源と、パージガス源とに順次接続され、このようなトンネルセグメントが少なくとも２つ前記搬送方向に連続して配設される、請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置。
10. 前記トンネル上壁（１３０）または下壁（１２０）に設けられた前記ガス注入路（１３２、１２２）によってガスが前記トンネル空間（１０４）に注入される前に、前記ガスを適温に加熱するように構成された加熱手段をさらに備える、請求項１乃至９の何れか１項に記載の装置。
11. 前記トンネルの上壁および／または下壁（１２０、１３０）に設けられた複数の位置決め用ガス注入路（１２３、１３３）であって、
    （ｉ）基板がその中央に置かれた前記装置の平面図で見て、前記基板（１４０）の側縁と前記プロセストンネル（１０２）の対応する側壁（１０８）との間の間隙であって、かつ
    （ｉｉ）前記トンネル１２０の長手方向に見て、連続するガス排出路１１０の間、
    に配設された複数の位置決め用ガス注入路（１２３、１３３）をさらに備え、
    前記位置決め用ガス注入路は位置決め用不活性ガスを注入するように構成される、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の装置。
12. 前記位置決め用ガス注入路（１２３、１３３）は、前記装置（１００）の平面図で見て、前記対応する側壁（１０８）から１．５ｍｍ以内に配設される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記位置決め用ガス注入路（１２３、１３３）は、前記ガス注入路（１２２、１３２）から注入されるように構成されたガスの流量より大きい流量で位置決め用ガスを注入するように構成される、請求項１１または１２に記載の装置。