JP6920506B2 - Ａｌｄ反応炉における基板の装填 - Google Patents

Description

本発明は、全般的には堆積反応炉に関する。より具体的には、本発明は、材料が順次自己飽和表面反応によって表面に堆積される原子層堆積反応炉に関する。

発明の背景

原子層エピタクシー（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）法は、１９７０年代初頭にツオモ・サントラ（Ｔｕｏｍｏ Ｓｕｎｔｏｌａ）博士によって発明された。この方法の別の総称名は原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であり、今日ではＡＬＥの代わりに用いられている。ＡＬＤは、少なくとも１枚の基板への少なくとも２つの反応性前駆体種の順次導入に基づく特殊な化学的堆積法である。

ＡＬＤによって成長させた薄膜は、密度が高く、ピンホールがなく、厚さが均一である。例えば、ＴＭＡとも称されるトリメチルアルミニウム（ＣＨ_３）_３Ａｌと水とから２５０〜３００℃の熱ＡＬＤによって酸化アルミニウムを成長させた実験において、基板ウェハ全面における不均一性は僅か約１％であった。

摘要

単一の基板または１回分の基板群を堆積反応炉に装填するためのさまざまな方法が存在する。現在では、複数の基板を水平に向けた状態で装填室内の基板ホルダに装填し、次に基板ホルダを転回させ、堆積のために反応室内に下降させると、いくつかの利点を達成できることが認められている。

本発明の第１の例示的態様によると、
水平に向けられた基板群の鉛直方向の積み重ねを堆積反応炉の装填室内の基板ホルダの内部に形成するために、複数の基板を基板ホルダに装填することと、
鉛直に向けられた基板群の水平方向の積み重ねを形成するべく基板ホルダを転回させ、堆積のために基板ホルダを堆積反応炉の反応室内に下降させることと、
を含む方法が提供される。

いくつかの例示的実施形態において、本方法は、複数の基板をローダによって１度に１枚ずつ装填ポート経由で装填室内に移動させることを含む。いくつかの例示的実施形態において、各基板は、（堆積反応炉の外側にある）移送室から（堆積反応炉の）装填室内に移動される。いくつかの例示的実施形態において、各基板は水平に向けられた状態で装填ポートを通過する。

水平に向けられたとは、基板表面の法線ベクトルが鉛直方向に向いていることを基本的に意味する。これとは逆に、鉛直に向けられたとは、基板表面の法線ベクトルが水平方向に向いていることを基本的に意味する。

これら基板はウェハでもよい。ローダは、装填担当者であっても、装填ロボットなどの装填装置であってもよい。ローダは単一のウェハローダであってもよい。装填ポートは、実装に応じて、例えば、単に開口部、ハッチまたはドア、あるいはロードロックでもよい。いくつかの例示的実施形態において、ローダは基板を装填装置の取り上げおよび返却ステーションから取り上げ、装填室に移送（移動）する。移送は、移送室を介して、または移送室を通さずに、行われ得る。ローダは、基板を基板カセットから取り上げてもよい。基板は、カセット内で水平に向けられていてもよい。いくつかの例示的実施形態において、本方法は、装置前端モジュールによって前記複数の基板を基板収納キャリアから装填装置の取り上げおよび返却ステーションに装填することを含む。基板は最初に、ＦＯＵＰなどの基板収納キャリア内のシールドガス雰囲気（例えば、窒素雰囲気）などの制御環境内にあってもよい。装置前端モジュールは、基板を制御環境（シールドガス雰囲気）内に保持したまま、基板を装填装置の取り上げおよび返却ステーションに装填する。あるいは、装填装置の取り上げおよび返却ステーションは真空内にあってもよい。移送室ならびに装填室が真空内にあってもよい。装填装置の取り上げおよび返却ステーションは、水平に向けられた基板群をカセット内に収容しうる。必要であれば、装填装置の取り上げおよび返却ステーションは、基板を１つのカセットから、装填装置がより良好に基板を一度に１枚ずつ取り上げ得る別のカセットに移送するカセット間ステーションでもよい。装填装置の取り上げおよび返却ステーションは、移送室の一部を形成しうる。

いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
装置前端モジュールによって前記複数の基板を基板収納キャリアから装填装置の取り上げおよび返却ステーションに装填することと、
前記複数の基板を一度に１枚ずつ前記装填装置取りだしおよび返却ステーションから移送室経由で前記装填室に装填することと、
を含む。

いくつかの例示的実施形態において、堆積反応炉は、装填室と反応室との間にゲートを備える。このゲートは、装填室内への基板の装填中の反応室の低温化を軽減するために設けられ得る。ゲートはゲート弁でもよい。装填室への基板の装填中、ゲートを閉位置に位置付け得る。装填が完了すると、装填された１回分の基板群を反応室内に下降させるために、ゲートは開かれる。その後、ゲートを閉じることもできる。これらの実施形態は、装填室が反応室の上にある反応炉に特に適している。したがって、いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
反応室の上にある装填室と反応室との間にゲートを設けること、
を含む。

いくつかの例示的実施形態において、反応室は真空室によって取り囲まれる。これらの実施形態においては、真空室と装填室との間にゲートが配置されると好都合であり得る。複数の反応室ヒータが真空室内にある場合、真空室から（真空室の上にある）装填室までの経路を閉じるゲートは、真空室から装填室への熱伝達を減らす。装填室内への基板の装填中、ゲートは真空室を上部から閉じ得る。

いくつかの例示的実施形態において、転回（すなわちフリップ）は、転回が揺動になるように構成される。他のいくつかの例示的実施形態において、転回は回転運動としうる。したがって、いくつかの例示的実施形態において、本方法は、基板ホルダを回転運動によって転回させることを含む。いくつかの例示的実施形態において、本方法は、アクチュエータ（または、本願明細書において、および以下において、より全般的には転回機構）によって基板ホルダに一側面からアクセスし、このアクチュエータによって基板ホルダを転回させることを含む。いくつかの例示的実施形態において、基板ホルダは回転中心を備える。アクチュエータは押されて回転中心に接触してもよく、基板ホルダを回転中心の回転軸線を中心に回転させてもよい。回転軸線は、アクチュエータよって画定され得る。いくつかの例示的実施形態において、装填室は、アクチュエータを装填室に挿入するために装填室の壁（例えば、側壁）を貫通するフィードスルーを提供する。アクチュエータは、基板ホルダを転回させた後、同じフィードスルーを通って復帰（後退）しうる。例えば、複数の熱反射板または同様のものが反応室の蓋に組み込まれる場合、これら熱反射板は貫通用スペースをより多く有する。いくつかの例示的実施形態において、基板ホルダは２つの対向する側面から転回機構によってアクセスされる。これらの実施形態における転回機構は、２つの対向するアクチュエータと２つの回転中心とを備えることができる。

他のいくつかの例示的実施形態において、この転回は転回手段によって支持される自由運動でもよい。いくつかの例示的実施形態において、この転回は堆積反応炉の装填室内で行われるように構成される。

いくつかの例示的実施形態において、この転回は、装填位置（すなわち、基板群が装填されるときの位置）にあるときの基板ホルダの位置が転回後の位置（すなわち、基板群が水平方向の積み重ねを形成しているときの位置）より装填室のドア（または装填ポート）に近いように構成される。換言すると、いくつかの例示的実施形態において、装填後の基板ホルダが転回されると、装填室のドアから遠ざかる。

いくつかの例示的実施形態において、本方法は、材料を順次自己飽和表面反応によって基板表面に堆積させることを含む。したがって、いくつかの例示的実施形態において、本方法は、
材料を順次自己飽和表面反応によって前記複数の基板の表面に堆積させるために、反応室内で複数の基板を時間的に隔てられた複数の前駆体パルスに暴露すること、
を含む。

本発明の第２の例示的態様によると、装置が提供される。本装置は、
水平に向けられた基板群の鉛直方向の積み重ねを堆積反応炉の装填室内の基板ホルダの内部に形成するために、複数の基板を基板ホルダに装填するべくローダが構成され、本装置は、
鉛直に向けられた基板群の水平方向の積み重ねを形成するために基板ホルダを転回させるように構成された転回機構と、堆積のために基板ホルダを堆積反応炉の反応室内に下降させるように構成されたエレベータと、
を備える。

いくつかの例示的実施形態において、転回機構は、例えば、転回部または転回装置を備える。転回機構とエレベータとは、組み合わされて１つの手段を形成してもよく、またはそれぞれ個別の手段であってもよい。転回および下降は、同時に行われてもよく、または次々に行われてもよい。いくつかの例示的実施形態において、ローダは、複数の基板を一度に１枚ずつ装填ポート経由で装填室に移動させるように構成される。

いくつかの例示的実施形態において、本装置は、
反応室の上にある装填室と反応室との間にゲートを備える。

いくつかの例示的実施形態において、本装置は、
前記複数の基板を基板収納キャリアから装填装置の取り上げおよび返却ステーションに装填するように構成された装置前端モジュールと、
前記複数の基板を一度に１枚ずつ装填装置の取り上げおよび返却ステーションから移送室経由で装填室内に装填するように構成された装填装置と、
を備える。

いくつかの例示的実施形態において、転回機構は、基板ホルダを回転運動によって転回させるように構成される。

いくつかの例示的実施形態において、転回機構は、基板ホルダに一側面からアクセスし、基板ホルダを転回させるように構成される。

いくつかの例示的実施形態において、本装置は、装填後の基板ホルダを転回させて装填室のドアから（装填位置に比べ）遠ざけるべく構成される。

いくつかの例示的実施形態において、本装置は互いに対して所定のパターンで位置決めされた複数の堆積反応炉を備え、装填装置はこれら堆積反応炉の各々に装填するべく構成される。したがって、反応炉クラスタシステムを形成できる。

本発明のさまざまな非拘束性の例示的態様および実施形態を上で説明した。上記の各実施形態は、本発明を実施するために利用され得る特定の態様またはステップを説明するためにのみ用いられている。一部の実施形態は、本発明のいくつかの例示的態様への言及によってのみ提示されている場合もある。対応する実施形態は他の例示的態様にも適用され得ることを理解されるべきである。これら実施形態は、適切な組み合わせであれば、如何様にも組み合わせられ得る。

次に、添付図面を参照して単なる例として本発明を説明する。

一例示的実施形態による堆積反応炉および基板ローダの側面図を示す。 一例示的実施形態による堆積中の図１の堆積反応炉の側面図を示す。 一例示的実施形態による堆積反応炉内での基板ホルダの転回例を示す。 別の例示的実施形態による堆積反応炉内での基板ホルダの転回例を示す。 別の例示的実施形態による堆積反応炉内での基板ホルダの転回例を示す。 一例示的実施形態による堆積反応炉クラスタを示す。 特定の一例示的実施形態による基板ホルダの転回を示す。 更に別の例示的実施形態による堆積反応炉の側面図を示す。

詳細説明

以下の説明においては、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術を一例として用いる。ＡＬＤ成長メカニズムの基本は当業者には公知である。この特許出願の導入部分で言及しているように、ＡＬＤは、少なくとも１枚の基板への少なくとも２つの反応性前駆体種の順次導入に基づく特殊な化学的堆積法である。材料を順次自己飽和表面反応によって基板表面に堆積させるために、少なくとも１枚の基板を反応室内で時間的に隔てられた複数の前駆体パルスに暴露する。

基本的なＡＬＤ堆積サイクルは、４つの順次ステップ、すなわち、パルスＡ、パージＡ、パルスＢ、およびパージＢ、から成る。パルスＡは第１の前駆体蒸気から成り、パルスＢは別の前駆体蒸気から成る。パージＡおよびパージＢ中は、ガス状の反応副産物と残留反応物分子とを反応空間からパージするために、不活性ガスと真空ポンプとが用いられる。一堆積シーケンスは、少なくとも１つの堆積サイクルを含む。堆積シーケンスによって所望の厚さの薄膜または被膜が生成されるまで、堆積サイクルが繰り返される。堆積サイクルをより複雑にすることもできる。例えば、これらのサイクルは、パージステップによって隔てられた３つ以上の反応物蒸気パルスを含むことができる。これら堆積サイクルの全てによって、論理ユニットまたはマイクロプロセッサによって制御される時限式堆積シーケンスが形成される。

図１は、一例示的実施形態による基板ローダおよび堆積反応炉の側面図を示す。この堆積反応炉は、反応室１０３を収容する真空室１０４を備える。真空室１０４は、その上端側が真空室の上部フランジ１１３で限られ、下端側が真空室の底部１１５で限られる。真空室１０４内の反応室１０３は、その上端側が反応室の上部フランジ１１４によって限られる。反応室１０３の底部には、真空ポンプ（図示せず）に向かって延在する排気ライン１０５がある。図１は、真空室の底部１１５を貫通する前駆体蒸気送り込みライン１０６を更に示す。

反応室１０３の上に装填室１０２がある。堆積反応炉は、ローダ１３１による基板の装填および取り出しのための装填ポート１０１を備える。装填ポート１０１は、装填室１０２の側面で装填室１０２に取り付けられる。いくつかの例示的実施形態において、装填ポート１０１は、ゲート弁でも、ロードロックでも、または単にドアでもよい。この例示的実施形態では、基板は、（鉛直に向けられた状態ではなく）水平に向けられた状態で、装填ポート１０１を通過する。

間欠送り機構などの昇降機構、すなわちエレベータ、１４１が装填室１０２に取り付けられる。図１に示されている例では、昇降機構は装填室１０２の上端に取り付けられている。装填室の内部において、基板ホルダ１２１が昇降機構１４１に取り付けられる。実装によっては、反応室の蓋１１２を基板ホルダ１２１および／または昇降機構１４１に取り付け得る。

昇降機構１４１は、基板ホルダ１２１の鉛直位置を制御する。一例示的実施形態においては、図１に示されているように、昇降機構１４１は、反応室の蓋１１２および／または基板ホルダ１２１に取り付けられた、または接続された、昇降ロッド１４２を所望どおりに上下させる、ステップモータなどの、モータを備える。基板ホルダ１２１は、図面固有の理由により一様な閉じた輪郭線で描かれているが、できる限り開かれてもよい。

ローダ１３１によって基板１２０が装填ポート１０１経由で装填室１０２に装填され、また装填室１０２から取り出される。ローダ１３１はロボットでもよい。図１は、伸縮式装填アーム１３２を備えたローダ１３１を示す。ローダは、伸縮式装填アーム１３２によって基板１２０を把持する。ローダ１３１は、水平に向けられた基板１２０を装填ポート１０１経由で基板ホルダ１２１内に移動させる。基板ホルダ１２１は、基板１２０を保持するために適した支持体１２２ａおよび１２２ｂを有する。この例において、支持体１２２ａは基板ホルダ１２１の底部に位置し（この装填姿勢において底部は一側面の方向に向いている）、支持体１２２ｂは中間区域に位置する。次に、ローダ１３１は次の基板を収納区域または棚（図示せず）から取り上げる。昇降機構１４１は、基板ホルダ１２１を次の基板の位置に下げる。ローダ１３１は、水平に向けられた次の基板１２０を装填ポート１０１経由で基板ホルダ１２１内に移動させる。以降も同様である。

全ての基板が基板ホルダ１２１内に装填されると、水平に向けられた基板群の鉛直方向の積み重ねが基板ホルダ１２１内に形成されている。次に、鉛直に向けられた基板群の水平方向の積み重ねを形成するために、基板ホルダ１２１は９０度転回される。更に、基板ホルダ１２１は昇降機構１４１によって反応室１０３内に降ろされる。転回ステップと下降ステップとは、矢印１９０で示されている。

結果として生じた状況が図２の右端の図面に示されている。この図面には、昇降機構１４１がその最も下の位置にあるときの図１の堆積反応炉が示されている。この位置において、反応室１０３は、下降した反応室の蓋１１２によって上端側から密閉されており、ＡＬＤ処理が行われ得る。ただし、必ずしも反応室の蓋１１２を昇降機構１４１に取り付けなくてもよく、反応室１０３を蓋によって閉じる他の方法も可能であることに注目されたい。更に、いくつかの例示的実施形態においては、ＡＬＤ処理中、真空室１０４と装填室１０２とを分離するために、真空室１０４は蓋によって閉じられる。その目的のための真空室の蓋を、反応室の蓋１１２と同様に、昇降機構に一体化してもよい。

他方、図２の左側の図面は、矢印２０で示されているように他の側面方向から見た、一例示的実施形態における基板ホルダ１２１の側面図を示す。この例示的実施形態は、回転軸線を中心とした回転によって基板ホルダ１２１を転回させることができる一例を示す。複数の懸垂部または板２２３が反応室の蓋１１２に取り付けられている。基板ホルダの各側面または側板２２１は、回転中心２２４において懸垂部または板２２３に接続される。基板ホルダは、回転中心２２４よって画定された回転軸線を中心に回転可能である。

図２の右側の図面に戻ると、ＡＬＤ処理中、前駆体蒸気が前駆体蒸気源（図示せず）から送り込みライン１０６経由で反応室１０３に流入する。本例において、送り込みライン１０６は、反応室の蓋１１２内に配置された流路を通る。反応室１０３内へのガスの送り込みは、反応室１０３の最上部から行われる。反応室１０３内の流れは、鉛直に向けられた複数の基板の間を（基板表面に沿って）上から下に排気ライン１０５へ向かう。

基板ホルダ１２１の第１の向き（水平に向けられた基板群の鉛直方向の積み重ね）から第２の向き（鉛直に向けられた基板群の水平方向の積み重ね）への転回は、多くの代替方法で行われ得る。いくつかの例が図３Ａ〜３Ｃに示されている。

図３Ａは、回転運動による転回の一例を概略図で示す。この例においては、転回機構３８０ａが基板ホルダ３２１ａに、図３Ａでは基板ホルダ３２１ａの１つまたは２つの側面の中央で、取り付けられている。転回機構３８０ａは、基板ホルダ３２１をジョイントまたは同様の回転中心を中心に９０度回転させる（一例が図２の左側の図面に示されている）。

図３Ｂは、揺動による転回の一例を概略図で示す。この例において、転回機構３８０ｂは基板ホルダ３２１ｂに、図３Ｂでは基板ホルダ３２１ｂの１つまたは２つの側面の下端近くで、取り付けられている。転回機構３８０ｂは、転回機構３８０ｂよって画定された軸線を中心とした揺動によって基板ホルダ３２１ｂを９０度転回させる。基板ホルダ３２１ｂの位置は、この揺動により水平方向に移動する。揺動を用いたこの種の実施形態は、装填距離を最小化する必要がある実装によく適している。その理由は、この種の実施形態において装填位置にある基板ホルダは、転回後の位置より装填ポートに近いからである。ただし、他の複数の実施形態においては、例えば、基板ホルダを平行移動によって移動させてから、図３Ａのように回転させることによっても同じ効果が達成される。

図３Ａおよび図３Ｂに示されている各実施形態においては、転回機構は昇降機構１４１に取り付けられ得る。

図３Ｃは、転回機構によって支持された自由運動による転回の一例を概略図で示す。この例においては、転回機構３８０ｃが装填室１０２の壁に取り付けられている。転回機構３８０ｃは、基板ホルダ３２１ｃを把持して基板ホルダ３２１ｃを９０度転回させる把持部を有する。

上記および下記の各例示的実施形態において、基板は、ウェハなどの板状基板でもよい。昇降機構と転回機構（単数または複数）とは、組み合わされて１つの機構を形成してもよく、またはそれぞれ個別の機構でもよい。基板ホルダの転回および下降は同時に、または次々に、行われ得る。

ローダは収納区域または棚において、例えば基板カセットから、基板を取り上げて、移送室経由で装填室に移送しうる。この場合、ローダは少なくとも一部が移送室内にある。移送室と装填室とは真空内にあってもよい。収納区域または棚自体は移送室内にあってもよく、または移送室に結合されていてもよい。

いくつかの例示的実施形態において、ローダは装填担当者でも、装填ロボットなどの装填装置でもよい。ローダは単一のウェハローダでもよい。装填室への装填ポートは、実装によっては、例えば、単に開口部、ハッチまたはドア、あるいはロードロックでもよい。いくつかの例示的実施形態において、ローダは基板を装填装置の取り上げおよび返却ステーションから取り上げ、装填室内に移送（移動）する。移送は、移送室経由で、または移送室を通さずに、行われ得る。ローダは基板を基板カセットから取り上げてもよい。基板は、カセット内で水平に向けられてもよい。いくつかの例示的実施形態において、基板は、装置前端モジュールによって、基板収納キャリアから装填装置の取り上げおよび返却ステーションに装填される。基板は最初に、ＦＯＵＰなどの基板収納キャリア内のシールドガス雰囲気（例えば、窒素雰囲気）などの制御環境にあってもよい。装置前端モジュールは、基板を制御環境（シールドガス雰囲気）内に保持したまま、基板を装填装置の取り上げおよび返却ステーションに降ろす。あるいは、装填装置の取り上げおよび返却ステーションは真空内にあってもよい。移送室ならびに装填室は真空内にあってもよい。複数の代替実施形態においては、移送室と装填室とはシールドガス雰囲気内にあってもよい。装填装置の取り上げおよび返却ステーションは、水平に向けられた基板群をカセット内に収容しうる。必要であれば、装填装置の取り上げおよび返却ステーションは、基板を１つのカセットから、装填装置がより良好に基板を一度に１枚ずつ取り上げ得る別のカセットに移送するカセット間ステーションでもよい。装填装置の取り上げおよび返却ステーションは、移送室の一部を形成しうる。

いくつかの例示的実施形態においては、複数の堆積反応炉が互いに対して所定のパターンで位置決めされて反応炉クラスタを形成する。このようなクラスタの１つが図４に示されている。この例において、反応炉クラスタは、３つの堆積反応炉４００ａ、４００ｂ、および４００ｃを備える。これら堆積反応炉は、装填ポート４０１ａ、４０１ｂ、および４０１ｃによって中心区域にある移送室４６０にそれぞれ接続されている。少なくともその一部が移送室４６０内にある単一の基板ローダ（または装填ロボット）４３１は、各堆積反応炉４００ａ〜ｃに装填するべく構成される。

基板は、最初に、超清浄な基板収納キャリア４０３内の制御環境にある。基板収納キャリア４０３は装置前端モジュール４０４に挿入され、装置前端モジュール４０４が各基板を装填装置の取り上げおよび返却ステーション４０５に降ろすので、各基板は周囲の空気に暴露されずに制御環境内に留まる。装填装置の取り上げおよび返却ステーション４０５において、装填装置は装填のために基板を一度に１枚ずつ取り上げることができ、更にはＡＬＤ処理後に返却することができる。実装によっては、装置前端モジュール４０４は１つ以上の基板収納キャリア４０３を同時に扱い得る。その結果、装填装置の取り上げおよび返却ステーション４０５は、装填装置が操作する基板カセット４５０を一度に１つ以上収容しうる。

図４は、装填装置の取り上げおよび返却ステーション４０５にある２つの基板カセット４５０を示す。各基板カセット４５０は、基板群が上下に積み重ねられて鉛直方向の積み重ねを形成する基板カセットを示す。一代替実施形態において、各カセット内の全ての基板は、互いに隣接し、鉛直に向けられた基板群の水平方向の積み重ねを形成しうる。

一例示的実施形態において、ローダ４３１は、（前後に伸縮する）伸縮式装填アーム４３２を備え、ローダ４３１はこのアーム４３２によって基板を把持する。図１に関連して示されているように、ローダ４３１は基板を装填ポート４０１ａ経由で第１の反応炉４００ａの基板ホルダに移動させる。その他の堆積反応炉４００ｂ〜ｃへの装填も同様に行われる。基板が初めに水平に向けられていない場合（一代替実施形態においては鉛直に向けられている）、ローダ４３１は基板を水平姿勢に転回してから、装填ポート４０１ａに挿入する。その目的のために、ローダ４３１の伸縮式アーム４３２は回転可能であってもよい。ローダ４３１自体も回転可能である。ローダ４３１は、更に平行移動が可能であってもよい。より高度な一実施形態において、ローダは、基板を（基板カセットの一側面からだけではなく）、例えば基板カセットの上端側からも取り上げることができるように、アームを下方に転回できるジョイントまたは同様のものを備える。

いくつかの例示的実施形態において、装填装置の取り上げおよび返却ステーション４０５と、移送室４６０と、堆積反応炉４００ａ〜ｃの装填室とは真空内にある。システムは、完全自動システムでもよい。あまり高度でないシステムでは、装填ポート４０１ａ〜ｃはロードロックとして実装され、基板は反応炉４００ａ〜ｃの装填室内に手作業で装填される。移送室４６０を省くこともでき、所望であれば装填室をポンプで真空にしうる。

図５は、特定の一例示的実施形態による装填室５０２内での基板ホルダ５００の転回を示す。この例示的実施形態において、基板５２０は水平に向けられた状態で装填ポート５０１経由で装填室５０２に受け入れられる。エレベータ（図示せず）は、各基板５２０をそれぞれの位置に押し込めるように、基板ホルダ５００を上昇または下降させる。図１および図２に示されているように、基板５２０は基板ホルダ５００内で支持体によって支持される。支持体５２２ｂ（図１および図２の支持体１２２ｂに相当）は、その一部が図５の左側の図面に示されている。

複数の懸垂板５２３（そのうちの１つが図５に図示）が反応室の蓋（図示せず）に取り付けられる。基板ホルダの各側板５２１（そのうちの１つが図５に図示）は、回転中心５２４（そのうちの１つが図５に図示）において懸垂板５２３に接続される。基板ホルダは、回転中心５２４よって画定された回転軸線を中心に回転可能である。アクチュエータピン５５０が、装填室の壁のフィードスルー５５１の位置において、装填室５０２の側壁に押し通される。図５の右上の図面に示されているように、アクチュエータピン５５０の成形端栓が回転中心５２４にある対応する形状の受口に押し込まれる。対応するピン（図示せず）が基板ホルダ５００の反対側の回転中心に押し込まれる。図５の右下の図面に矢印で示されているように、一方または両方のアクチュエータピン５５０を転回させることによって、基板ホルダ５００を回転させる。図５の右下の図面は、基板ホルダ５００が４５度転回された姿勢を示す。図５の左下の図面は、鉛直に向けられた基板群の水平方向の積み重ねを形成するために、基板ホルダ５００が９０度転回された姿勢を示す。

左上および左下の図面の間の一組の拡大図には、一例示的実施形態における回転動作がより詳細に示されている。この一組の拡大図は、受口と共に、回転中心５２４を黒色で示している。回転中心５２４は、互いに９０度隔てられた２つのフィンを更に備える。回転中心５２４は、懸垂板５２３の穴の中に位置付けられる。図５の左上の図面では、回転中心５２４の第１のフィンは、懸垂板の穴のサイドスロット内にあって基板ホルダ５００をその初期位置に係止している。この穴は、回転中心５２４より少し大きい。次の段階において、反応室のエレベータ（図１および図２を参照）は、各アクチュエータピンがそれぞれ側面から押しているために前の鉛直位置に留まっている基板ホルダの各側板５２１に対して、各懸垂板５２３を下降させる。この移動により、各回転中心５２４は解放されて回転可能になる。次に、各アクチュエータピン５５０は、基板ホルダを９０度転回させる。最終段階において、反応室のエレベータは、基板ホルダの各側板５２１に対して各懸垂板５２３を上昇させる。これにより、回転中心５２４の第２のフィンがサイドスロットに入り込み、基板ホルダ５００を９０度転回させた姿勢に係止する。

アクチュエータピンは空圧式でもよい。一方のアクチュエータピンが基板ホルダを第１の側面で支持し、もう一方のアクチュエータピンが反対側で支持するように、２本のアクチュエータピンによって基板ホルダを支持できる。アクチュエータは、実装によっては別の形状に設計され得る。いくつかの実施形態において、装填室の壁のフィードスルー５５１は回転フィードスルーである。回転運動のための複数の軸受けは、装填室の外側に載置される。

図６は、更に別の例示的実施形態による堆積反応炉の側面図を示す。この実施形態において、堆積反応炉は、装填室１０２と反応室１０３との間にゲート６７０を備える。これは、反応室１０３の上にある装填室１０２への基板の装填中の反応室１０３の低温化を軽減するために設けられ得る。ゲート６７０はゲート弁でもよい。装填室１０２内への基板の装填中、ゲート６７０は、図６の下側の図面に示されているように、閉位置に位置付けられ得る。装填が完了すると、（図６の上側の図面に示されているように）ゲート６７０は開かれるので、装填された１回分の基板群を反応室１０３内に下降させることができる。図６に示されている実施形態の構造および動作の他の点については、図１および図２に示されている実施形態を参照されたい。

本願明細書において開示された例示的実施形態のうちの１つ以上の技術的効果のいくつかを以下に列挙するが、これは各特許請求項の範囲および解釈を制限するものではない。１つの技術的効果は、基板を水平の向きで装填可能な鉛直流堆積反応炉のための上部装填システムである。別の技術的効果は、基板ホルダ全体をフリップさせることによって（特に、基板群が水平の向きで収納されている場合）、各基板を個別にフリップさせる必要がなくなる点である。別の技術的効果は、反応炉クラスタ内の装填距離の最小化である。

上記の説明は、本発明を実施するために発明者らが現時点で最良と考えた態様の詳細かつ有益な説明を、本発明の特定の実施例および実施形態の非限定例として、提供するものである。ただし、本発明は、上記の実施形態の詳細に限定されるものではなく、本発明の特徴から逸脱することなく、同等の手段を用いて他の実施形態で実現可能であることは当業者には明らかである。

更に、上で開示されている本発明の各実施形態の特徴の一部は、他の特徴を同様に使用せずに、有利に使用され得る。したがって、上記の説明は、本発明の原理の単なる説明であり、本発明を制限するものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (13)

1. 堆積反応炉の反応室内に基板を装填する方法であって、
   基板ホルダに複数の基板を供給すること、ただし前記複数の基板は前記基板ホルダ内で、水平に向けられた基板群の鉛直方向の積み重ねを形成する、前記供給することと、
   鉛直に向けられた基板群の水平方向の配列を形成するべく前記基板ホルダを真空中で回転させることと、
   前記反応室の上部に位置する装填室と前記反応室との間のゲート弁を空けることと、
   を含む、方法。
2. 堆積処理のために、堆積反応炉の反応室内に前記基板ホルダを装填するべく、昇降機構を動作させる、請求項１に記載の方法。
3. 回転移動によって前記基板ホルダを回転させることを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. アクチュエータによって一側面から前記基板ホルダにアクセスし、前記アクチュエータによって前記基板ホルダを回転させることを含む、請求項１から３の何れかに記載の方法。
5. 前記アクチュエータによって前記基板ホルダを、該基板ホルダの中央に位置する回転軸の周りに回転させることを含む、請求項４に記載の方法。
6. 順次自己飽和表面反応によって前記複数の基板の表面に材料を堆積させるために、前記反応室内で前記複数の基板を、時間的に隔てられた複数の前駆体パルスに暴露することを含む、請求項１から５の何れかに記載の方法。
7. 堆積反応炉の反応室内に基板を装填する装置であって、
   水平に向けられた基板群の鉛直方向の積み重ねを保持するように構成される基板ホルダと、
   鉛直に向けられた基板群の水平方向の配列を形成するべく前記基板ホルダを真空中で回転させるように構成される回転機構と、
   前記反応室の上部に位置する装填室と前記反応室との間のゲート弁と、
   を備える、装置。
8. 堆積処理のために、堆積反応炉の反応室内に前記基板ホルダを装填する、昇降機構を備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記回転機構は、回転移動によって前記基板ホルダを回転させるように構成される、請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記回転機構は、一側面から前記基板ホルダにアクセスし、前記基板ホルダを回転させるように構成される、請求項７から９のいずれかに記載の装置。
11. 前記回転機構は更に、前記基板ホルダの中央に位置する回転軸の周りに、前記基板ホルダを回転させるように構成される、請求項１０に記載の装置。
12. 前記堆積反応炉は原子層堆積反応炉である、請求項７から１１のいずれかに記載の装置。
13. 互いに対して所定パターンで位置決めされた複数の堆積反応炉を備える、請求項７から１２のいずれかに記載の装置。

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