KR200224420Y1 - 박막 성장 장치 - Google Patents

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KR200224420Y1 KR2020000036814U KR20000036814U KR200224420Y1 KR 200224420 Y1 KR200224420 Y1 KR 200224420Y1 KR 2020000036814 U KR2020000036814 U KR 2020000036814U KR 20000036814 U KR20000036814 U KR 20000036814U KR 200224420 Y1 KR200224420 Y1 KR 200224420Y1
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페까티. 소이니넨
배이뇌 킬피
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에이에스엠 마이크로케미스트리 오와이
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Abstract

본 고안은 기상의 반응물의 교대로 반복되는 표면 반응으로 기판을 노출시켜 기판의 표면에 박막을 성장시키는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 타이트하게 밀봉가능한 구조물을 가지는 하나 이상의 프로세스 챔버(2), 프로세스 챔버(2)의 내부로 적용하기 위한 적절한 구조물을 가지며, 일 부분 이상이 이동가능한 반응 공간(3), 반응 공간(3)내로 상기 반응물을 공급하기 위하여 반응 공간(3)으로 연결가능한 공급 수단(16), 및 반응 공간(3)으로부터 과잉 반응물 및 반응 가스를 배출하기 위하여 반응 공간(3)으로 연결가능한 배출 수단(12)을 포함하는 하나 이상의 반응 챔버, 및 반응 공간(3)으로 적용된 하나 이상의 기판을 포함한다. 프로세스 챔버(2)와 관련되어 작동되도록 위치되는 하나 이상의 로딩 챔버(1)를 포함하며, 반응 공간(3) 또는 반응 공간의 일 부분이 프로세스 챔버(2)내로 이동되고 프로세스 챔버(2)로부터 이격되며 로딩 챔버의 작동 압력이 압력 챔버(2)와 무관하게 제어될 수 있도록 배치된다.

Description

박막 성장 장치{APPARATUS FOR GROWING THIN FILMS}
본 고안은 기상의 반응물(vapor-phase reactants)의 교대로 반복되는 표면 반응에 기판을 처리함으로써 기판의 표면상에 박막을 생산하기 위한 청구항 1의 전제부에 따른 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 장치는 기밀가능한 구성을 가지는 적어도 하나의 프로세스 챔버, 적어도 일 부분이 이동가능한 반응 공간을 포함하는 상기 프로세스 챔버의 내부내로 적어도 하나가 적용가능한 반응 챔버, 반응공간으로 반응물을 공급하기 위하여 반응공간으로 연결되는 공급 수단(infeed means) 및 반응공간으로부터 과잉 반응물과 반응 가스를 배출하기 위하여 반응공간으로 연결되는 배출 수단(outfeed means), 및 상기 반응 공간으로 적용된 적어도 하나의 기판을 포함한다.
종래에는, 진공 증발 증착 공정, 분자 비임 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 및 다른 유사한 진공 증착 방법, 변형된 다른 화학 기상 증착(CVD) 방법(저압 및 유기금속 CVD 및 플라즈마 강화 CVD) 또는 소위 원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy, ALE 또는 ALCVD) 방법으로 지칭되는 표면 반응을 교대로 반복적으로 수행하는 증착 방법을 사용하여 박막을 증착하였다. 다른 공정 변수에 추가하여, MBE 및 CVD 방법에서의 박막 성장 속도는 또한 개시 재료의 유입 농도에 의해 결정된다. 이들 방법에 의해 균일한 두께의 층을 달성하기 위해, 개시 재료의 농도 및 반응성은 기판의 상이한 표면적에 대해 일정하게 유지되어야 한다. CVD 방법을 사용하는 경우에 있어서, 상이한 개시 재료들이 기판 표면에 도달하기 전에 서로 혼합된다면, 예컨대 이들 개시 재료들의 상호 반응이 유발된다. 이후, 기체상 반응물의 공급 채널 내에 이미 미세 입자가 형성될 가능성이 커지게 된다. 이러한 미세 입자는 일반적으로 증착된 박막의 품질에 악영향을 미친다. 따라서, MBE 및 CVD 반응기 내에서의 조기 반응의 가능성은 기판 표면을 가열하기 이전에 개시 재료를 가열함으로써 방지된다. 이러한 가열에 부가하여, 플라즈마 방출 또는 다른 유사한 활성 수단을 사용하여 원하는 반응이 개시될 수 있다.
MBE 및 CVD 공정에서, 박막의 성장은 주로 기판 상에 충돌하는 개시 재료의 공급 속도를 제어함으로써 조절된다. 이와 반대로, ALE 공정에서의 성장 속도는 개시 재료의 농도 또는 흐름 변수 보다는 기판 표면 품질에 의해 제어된다. ALE 공정에서 필수적으로 요구되는 것은 개시 재료가 기판의 표면 상에 박막을 형성하기 위한 충분한 농도를 가져야 한다는 것이다. ALE 방법은 핀란드 특허 공보 제 52,359호 및 제 57,975호, 및 미국 특허 공보 제 4,058,430호 및 제 4,389,973호에 개시되어 있다. 또한, 이러한 방법을 수행하기에 적합한 장치는 미국 특허 공보 제 5,855,680호 및 핀란드 특허 공보 100,409호에 개시되어 있다. 박막 성장 장치는 또한 재료 과학 리포트 4(7)(1989) 261페이지 및 티지외테크닉카(Tyhjioetekniikka)(진공 기술에 대한 핀란드 공보) ISBN 951-794-422-5 253-261페이지에 개시되어 있다.
핀란드 특허 공보 제 57,975호에 개시된 ALE 성장 방법에서, 반응물 원자 또는 분자는 기판 표면 상에 완전히 충만된 분자층이 형성될 때까지 기판 표면 상에 충돌하여 기판 위에서 세척되도록 배열된다. 다음으로, 과도한 반응물 및 기체상 반응 생성물은 기판 위를 통과하는 불활성 가스 펄스에 의해 또는, 선택적으로, 상이한 반응물의 다음 기체상 펄스가 가해지기 전에 반응 공간을 진공으로 펌핑함으로써 기판으로부터 제거된다. 연속적인 상이한 기체상 반응물 펄스 및 개별적인 불활성 가스 펄스 또는 진공 펌핑 주기에 의해 형성된 확산 배리어는 이들 모든 성분의 개별적인 표면-화학적 반응에 의해 제어된 박막 성장을 유발한다. 필요한 경우, 진공 펌핑 주기의 영향은 불활성 가스 흐름에 의해 증가될 수도 있다. 공정 함수에 있어서, 기체상 반응물 또는 기판이 거동 상태를 유지하는 것은 무관하며, 연속적인 반응의 상이한 반응물이 서로 분리되어 유지되고 상기 반응물이 기판 위에서 연속적으로 세척되는 것이 중요하다.
대부분의 진공 증발기는 소위 '단일-슈트(single-shot)' 원리에 따라 작동한다. 여기에서, 기화된 원자 또는 분자는 단지 한차례만 기판 상에 충돌할 수 있다. 만일 기판 표면과 아무런 반응이 일어나지 않는다면, 원자/분자는 되튀거나 재기화되어서 장치의 벽을 가격하거나 진공 펌프 내에 응축된다. 고온벽 반응기에서, 프로세스 챔버벽 또는 기판과 충돌하는 원자 또는 분자는 재기화될 수 있으며, 기판 상에 반복적으로 충돌된다. ALE 프로세스 챔버에 적용될 때, 이러한 '다중-슈트(multi-shot)' 원리가 재료 소비 효율성의 개선을 포함하는 다수의 잇점을 제공한다.
'다중-슈트' 원리로 작동하는 ALE 반응은 일반적으로 다수의 기판이 동시에 프로세스 챔버 내에서 수행되거나 또는 선택적으로 기판이 압력 용기에 의해 형성된 공정 공간 내로 비장착식으로 배치될 수 있는 카셋트 유닛을 사용하도록 구성되며, 이에 의해 공정 공간은 또한 기체상 반응물이 기판 표면과 반응하여 박막 구조를 성장시키는 반응 챔버로서 역할한다. 만일 여러 기판을 유지하도록 구성된 카셋트 유닛이 적용된다면, 반응 챔버는 카셋트 유닛 내부에 형성된다. 카셋트 유닛의 사용은 단일 기판 주기에 대해 기판 당 성장 시간을 단축시키며, 이에 의해 높은 제조 수율이 얻어진다. 더욱이, 프로세스 챔버 안팎으로 이동할 수 있도록 배열된 카셋트 유닛은 제조 흐름을 방해하지 않으면서 해체되어 세척될 수 있는데, 이는 하나의 카셋트 유닛이 프로세스 챔버에서 사용되는 동안 다른 카셋트 유닛이 세척될 수 있기 때문이다.
ALE 방법의 제조 속도가 다른 박막 성장 기술에 비해 상대적으로 느리기 때문에 배치 공정은 종래의 ALE 박막 공정에서 바람직하다. 더욱이, 박막 성장 구조물의 기판 당 전체 성장 시간은 보다 경쟁적인 레벨로 배치 공정에서 감소될 수 있다. 동일한 이유로, 보다 큰 기판 크기가 바람직하다.
박막의 배치에서, 목적은 온도, 압력 및 다른 처리 매개변수에 대해 프로세스 챔버가 제어된 처리 조건하에서 연속적으로 작동되어, 대기의 입자 문제 및 다른 화학적 불순물이 기판에 도달할 수 없어야 한다는 것이다. 부가적으로, 이 장치는 처리 챔버의 신뢰도룰 손상시키며 시간을 소모하는 가열/냉각 사이클을 제거한다. 일반적으로, 개별적인 로딩 챔버는 진공하에서 계속적으로 유지되도록 적용되며 반응기로 연결된다. 프로세스 챔버와 로딩 챔버 사이의 밸브를 개방하고 로딩 챔버내로 적용된 로봇 아암이 처리된 기판을 제거하며 프로세스 챔버내로 새로운 기판을 로딩한 후, 로딩 챔버로의 로딩 및 로딩 챔버로부터의 언로딩은 프로세스 챔버 및 로딩 챔버를 진공으로 유지한다. 후속적으로, 밸브는 폐쇄되며 공정은 기판 및 프로세스 챔버가 적절한 처리 조건이 된 다음 시작될 수 있다. 다음으로, 처리된 기판은 로딩 챔버로부터 또 다른 제어가능한 밸브를 경유하여 진공으로 펌핑된 에어 록(air lock)으로 이동되며, 그후 밸브가 폐쇄된다. 후속적으로, 에어 록은 가압될 수 있으며, 기판은 제 3 밸브 개구를 경유하여 시스템으로부터 대기 공간으로 제거될 수 있다. 처리되는 새로운 기판은 동일한 방식으로 로딩 챔버를 경유하여 프로세스 챔버로 처리된다.
현재, 이러한 타입의 로딩 챔버를 구비한 처리 장치는 단일 기판(single substrate)에 대해서만 이용가능하며 처리 장치는 무거운 기판 카세트 유닛(heavy substrate cassette units)을 수용하기 위한 것에는 적절하지 않다. 일괄 및 기판 크기에 따라, 이같은 카세트 유닛은 200 kg까지 나갈 수 있으며, 카세트 유닛을 핸들링하기 위해 설계된 장치는 튼튼한 구성을 가져야 한다. 더욱이, 전달 수단의 베어링 및 다른 유사 부품의 윤활에 요구되는 윤활제가 성장되는 박막의 구조물에 영향을 미칠 수 있기 때문에 전달 수단의 베어링 및 다른 유사 부품의 윤활이 문제가 된다.
보편적인 ALE 증착 공정에 이용되는 대형 카세트 유닛은 처리 장치 외부에 조립되며, 그후 프로세스 챔버는 개방되며 카세트 유닛은 조립체(assembled entities)로서 프로세스 챔버내로 전달된다. 프로세스 챔버에서, 카세트 유닛은 카세트 유닛의 크기에 따라 최고 10시간까지 냉각되며 2 내지 4시간 동안 처리되며 통상적으로 1 내지 4시간동안 가열된다. 더욱이, 카세트 유닛의 조립/분해는 시간을 소모하는 것이다. 다른 작업에 대해 요구된 작동 시간 대 처리 시간의 비율은 매우 얇은 두께(예를 들면, 1-50 nm 범위)의 박막이 성장되는 경우 더욱 불리하게 되며, 성장 기간은 일 분으로부터 수 분까지 걸린다. 이러한 환경하에서, 실제적인 박막 성장 기간에 비하여 전체 처리 사이클 시간의 중요한 부분이 반응 챔버 구조물의 가열/냉각, 반응기의 가압, 반응 챔버의 분해 및 조립, 진공으로 펌핑 및 시스템의 재가열에서 손실된다.
본 고안의 목적은 로딩 챔버가 구비되고 자동적으로 이동가능한 카세트 유닛의 이용에 적절한 완전히 신규한 타입의 ALE 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 고안에 따른 장치의 일 실시예의 부분 단면도이고,
도 2는 본 고안에 따른 장치의 또 다른 실시예의 배치도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 로딩 챔버 2 : 프로세스 챔버
3 : 반응 공간 4 : 리프트 수단
5 : 도어 6,7,8,9 : 전달 수단
11 : 전기 액츄에이터 12 : 배출 수단
16 : 공급 수단
본 고안의 목적은 프로세스 챔버로부터 독립적으로 가압될 수 있고 프로세스 챔버내로 카세트 유닛의 로딩이 진공 또는 낮은 압력 불활성 가스 대기하에서 수행될 수 있도록 하는 개별적인 로딩 챔버를 구비한 프로세스 챔버를 구비함으로써 달성된다. 실리콘 박막 생산 장비에서 이용되는 이러한 종류의 로딩 챔버는 일반적으로 플랫폼이라고 지칭한다. 로딩 챔버는 전체 처리 사이클 시간을 줄이기 위하여 예열/냉각 스테이션으로 보충된다. 선택적으로, 다수의 프로세스 챔버는 각각의 로딩 챔버를 연결할 수 있다. 카세트 유닛을 이동하기 위해, 반응기는 프로세스 챔버의 적절한 위치내로 카세트 유닛을 정확하고 밀봉가능하게 배치하며 상기 프로세스 챔버의 적절한 위치로부터 카세트 유닛을 제거할 수 있는 전달 메카니즘이 제공된다.
더욱 상세하게는 본 고안에 따른 장치는 청구항 1의 특징부에 기재된 것을 특징으로 한다.
본 고안은 상당한 장점을 제공한다.
로딩 챔버에 의하여, 카세트 유닛은 프로세스 챔버가 안정화된 처리 상태하에서 항상 유지되도록 프로세스 챔버내로 이동하고 프로세스 챔버로부터 이동할 수 있다. 그러므로, 가열, 가압 및 진공으로 펌핑하는 단계는 전체 프로세스 챔버에 대하여 수행되는 것이 필요하지 않는 대신, 기판에 대해서만 수행되기때문에, 프로세스 챔버 이용의 효율이 매우 향상된다. 로딩 챔버의 이용때문에, 프로세스 챔버의 내부 부품은 대기 공기로의 직접적인 연결로부터 고립되어, 프로세스 챔버의 많은 해로운 입자가 감소된다. 본 고안의 실시예에 적용된 전달 메카니즘은 상대적으로 무거운 카세트 유닛 구성물을 이동시키며 프로세스 챔버내의 바람직한 위치에 정확하게 무거운 카세트 유닛 구성물을 위치시킬 수 있다. 싱글 로드 챔버는 상이한 종류의 박막 구조물을 생산하기 위하여 적용된 다수의 프로세스 챔버로 연결될 수 있으며, 외기(ambient air atmosphere)로 카세트 유닛의 중간 전달에 대한 요구없이 기판상에 다수의 박막 층이 성장될 수 있으며, 가능한 오염물의 위험 및 요구된 수의 열적 사이클이 감소된다.
아래에서, 본 고안은 첨부된 도면에 도시된 예증하는 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
본 고안의 내용에서, 용어 '반응물(reactant)'은 기판의 표면과 반응할 수 있는 가스 또는 기화가능한 고체 또는 액체의 개시 재료(starting material)를 지칭한다. ALE 방법은 보편적으로 두개의 개별적인 그룹으로부터 선택된 반응물을 이용한다. 용어 '금속 반응물(metallic rectants)'은 성분적 금속일 수 있는 금속 혼합물의 이용이다. 적절한 금속 반응물은 예를 들면, 염화물 및 브롬화물, 및 thd 복합 혼합물(thd complex compounds)과 같은 유기 금속 성분을 포함하는 금속의 할로게나이드(halogenides)이다. 금속 반응물의 예로서 Zn, ZnCl2, Ca(thd)2, (CH3)3Al 및 CP2Mg가 언급될 수 있다. 용어 '비금속 반응물(nonmetallic reactants)'은 금속 혼합물과 반응할 수 있는 혼합물 및 성분에 이용된다. 비금속 반응물은 물, 황, 수소 황화물 및 암모니아에 의하여 적절하게 대표된다.
본 고안에서, 용어 '보호 가스(protective gas)'는 참조 부호가 반응 공간으로 유입되며 반응물 및 대응하는 기판에 관련된 바람직하지 않은 반응을 방지할 수 있는 가스를 지칭할 때 사용된다. 이 같은 반응은 예를 들면 가능한 불순물을 가진 기판 및 반응물을 포함한다. 보호 가스는 예를 들면 공급 파이핑의 상이한 반응물 그룹의 물질 사이의 반응을 방지하는 작용을 한다. 본 고안에 따른 방법에서, 보호 가스는 또한 반응물의 기상의 펄스의 캐리어 가스로서 이용된되는 것이 유용하다. 바람직한 일 실시예에 따라, 상이한 반응물 그룹의 반응물은 개별적인 공급 매니폴드를 경유하여 반응 공간으로 유입되며, 기상 반응물 펄스는 하나의 공급 채널로부터 유입되는 동안 방어 가스는 또 다른 공급 채널로부터 유입됨으로써 반응물이 또 다른 반응물 그룹의 반응물 공급 채널로 유입되는 것이 방지된다. 적절한 방어 가스의 예는 질소와 같은 불활성 가스이며 예를 들면 아르곤과 같은 희가스(noble gases)이다. 방어 가스는 기판 표면상에 바람직하지 않은 반응(예를 들면 산화 반응)의 발생을 방지하기 위하여 선택된 수소 가스와 같은 고유의 반응 가스일 수 있다.
본 고안에 따라, 용어 '반응 챔버(reaction chamber)'는 반응 공간과 즉시 소통되는 가스 공급/배출 채널 뿐만 아니라 박막을 성장시키기 위하여 기판이 위치되며 기상의 반응물이 기판과 반응하는 두개의 반응 공간을 포함하며, 상기 채널은 반응물이 반응 공간(공급 채널)으로 유입되거나 반응 공간(배출 채널)으로부터 박막 성장 공정의 과잉 반응물 및 가스상태의 반응 생성물을 제거하는 작용을 한다. 이러한 종류의 반응 챔버에 배치된 기판은 박막을 생산하기 위하여 이용되는 두 개이상의 상이한 반응물의 교대로 반복되는 표면 반응으로 처리된다. 기상의 반응물은 반복적으로 그리고 교대로 유입되며, 각각의 반응물은 자신의 공급원으로부터 반응 챔버내로 개별적으로 공급되며, 반응 챔버에서 각각의 반응물은 기판상의 고체 상태의 박막 생성물을 형성하는 목적을 위하여 기판 표면과 반응되도록 한다. 반응 생성물은 기판상에 부착되지 않으며 임의의 가능한 과잉 반응물은 기상의 반응 챔버로부터 제거된다.
여기서, 용어 '기판 표면(substrate surface)'은 반응 챔버내로 유입하는 기상의 반응물이 충돌하는 기판의 표면을 나타내기 위하여 이용된다. 실제로, 상기 표면은 박막 성장 공정의 제 1 사이클동안 예를 들면 유리 또는 임의의 다른 개시 표면과 같은 기판의 표면에 의하여 구성되며, 제 2 사이클동안 표면은 제 1 사이클동안 형성된 층에 의하여 구성되며, 반응물 사이의 반응에 의하여 증착되는 고체 상태의 반응 생성물을 포함하며 기판 등에 부착된다.
용어 '프로세스 챔버(process chamber)'는 박막 성장 공정이 수행되고 타이트하게 밀봉되는 방식으로 외계와 고립시키는 공간을 지칭할 때 이용된다. 반응 챔버는 프로세스 챔버에 위치하며, 또한 단일 프로세스 챔버는 다수의 반응 챔버와 결합될 수 있다.
도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 장치 구성은 로딩 챔버(1), 상기 로딩 챔버(1)내에 적용된 전달 수단 및 냉각 벽의 프로세스 챔버(cold-walled process chamber; 2)를 포함하는데, 로딩 챔버(1)는 로딩 게이트로서 작용도 하며, 로딩 챔버의 벽은 챔버의 내부를 명확하게 도시하기 위하여 부분적으로 단면 처리되었으며, 냉각 벽의 프로세스 챔버의 하나의 벽은 챔버의 내부를 명확하게 도시하기 위하여 부분적으로 단면 처리되었다. 기판을 포함하고 반응 공간으로서 작용하는 카세트 유닛(3)은 프로세스 챔버(2)로부터 로딩 챔버(1)를 분리하는 도어(5)에 장착된 포크부(forks; 4)상에 놓인 것으로 도시된다. 카세트 유닛(3)위에 반응물 공급 채널을 포함하는 스프레이헤드(sprayhead; 16)가 적용된다. 프로세스 챔버(2)내로 흡입 박스(12)를 영구적으로 설치하며 흡입 박스위에는 카세트 유닛(3)과 스프레이 헤드(16)가 위치할 수 있으며 흡입 박스는 반응 가스와 과잉 반응물의 배출 수단을 수용한다. 카세트 유닛(3), 스프레이 헤드(16) 및 흡입 박스(12)는 반응 챔버를 서로 형성한다.
로딩 챔버(1)와 프로세스 챔버(2) 사이의 게이트 밸브로도 작용하는 도어(5)는 액츄에이터 메카니즘(7)에 의하여 작동가능하게 적용된다. 카세트 유닛(3)의 측방향 전달 메카니즘(6)은 카세트 유닛(3)상에 위치하며 후크에 의하여 카세트 유닛을 상승시키는 동안 카세트 유닛(3)을 파지하기 위하여 적용된다. 액츄에이터 메카니즘(7) 및 도어(5)의 상측 측방향 전달 메카니즘(6) 둘다 상승 이동 작동을 위한 편심 캠(8) 및 수평 이동 작동을 위한 볼 스크류(9)를 이용할 수 있다. 이러한 장치의 하나의 장점은 회전 운동 공급 관통부(rotary motion feedthroughs; 10)를 매우 단단하게 밀봉한다는 것이다. 전달 수단(6,7,8,9)의 전기 액츄에이터(11)는 로딩 챔버(1)와 프로세스 챔버(2) 외부에 위치하여, 전기 액츄에이터(11)가 진공하에서 발생될 수 있는 극복해야할 문제점에 놓이는 것을 피할 수 있다. 더욱이, 이 장치는 액츄에이터(11)를 더욱 용이하게 보수할 수 있다.
위에 설치된 스프레이헤드(16)와 함께, 기판이 배치된 카세트 유닛(3)은 도어(15)를 경유하여 로딩 챔버(1)내로 전달되고, 그 후 도어(15)가 폐쇄된다. ALE 공정의 단계가 약 0.1 내지 30 mbar에서 통상적으로 수행되는 경우, 도어(15)가 폐쇄된 후 로딩 챔버(1)는 처리 압력보다 더 낮은 압력으로 펌핑되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 로딩 챔버(1)는 이러한 작업에 이용되는 개별적인 진공 펌프가 구비되는 것이 유용하며, 프로세스 챔버(2)로부터 로딩 챔버(1)를 분리하는 도어(5)는 도어 액츄에이터 메카니즘(7)에 의하여 개방된다. 도어(5)는 로딩 챔버의 밀봉 표면에 필수적으로 직각인 방향으로 로딩 챔버의 내부로 이동하도록 배치된다. 측방향 전달 메카니즘(6)은 후크에 의하여 카세트 유닛(3)의 상부에 고정되며 스프레이헤드(16)와 함께 카세트 유닛(3)을 프로세스 챔버(2)와 직면하는 도어(5)의 상기 측면에 장착된 포크부(4)와 같이 수직으로 이동가능한 리프트 수단으로 전달한다. 후속적으로, 측방향 전달 메카니즘(6)의 후크는 카세트 유닛(3)으로부터 분리되며, 도어(5)는 폐쇄되도록 제어된다. 포크부(4)에 놓이는 스프레이헤드(16)와 함께 카세트 유닛(3)은 도어(5)의 폐쇄 위치로부터 약 10 내지 20 mm의 거리에서 흡입 박스(12)로 낮아질 수 있음으로써, 도어(5)에 장착된 포크부(4)는 카세트 유닛(3)이 흡입 박스(12)에 놓이는 경우 하향 운동이 끝나기 전에 해제될 것이다. 이 장치는 도어(5)를 폐쇄하는 순간에서 부가적인 로드로부터 해제시켜, 도어가 도어의 시트 표면과 더 용이하게 정합되며 유용한 밀봉을 위해 요구된 것으로서 밀봉 부재(13)상의 균일한 선형 압력을 부과한다. 시팅 단계(seating step)는 도어의 피봇팅 장착부(14)에 의하여 용이하게 될 수 있다.
처리 단계가 완료된 후, 위에 놓인 스프레이헤드(16)와 함께 카세트 유닛(3)은 포크부(4)에 의하여 흡입 박스(12) 위로부터 상승된다. 다음으로, 도어(5)는 개방되며 카세트 유닛(3)은 로딩 챔버(1)내 포크부(4)로 이동된다. 후크에 의하여, 측방향 전달 메카니즘(6)은 카세트 유닛(3)의 상부를 파지하며 포크부(4)로부터 로딩 챔버(1)의 도어(15)의 전방으로 위에 놓인 스프레이헤드(16)와 함께 카세트 유닛(3)을 전달한다. 도어(5)가 폐쇄된 후, 로딩 챔버(1)는 가압되며 카세트 유닛(3)은 로딩 챔버(1)로부터 제거된다. 로딩 챔버(1)로부터 카세트 유닛(3)의 제거 및 로딩 챔버(1)내로 새로운 카세트 유닛의 로딩은 예를 들면 포크 리프트 메카니즘을 구비한 캐리지를 이용하여 수행된다.
흡입 박스(12) 및 카세트 유닛(3)의 열 팽창 이동은 예를 들면 흡입 박스의 엣지에 의하여 프로세스 챔버에 흡입 박스가 지지되는 경우 흡입 박스(12)에 열적 스트레스를 가할 수 있다. 이 같은 열 팽창 이동의 크기는 수 밀리미터(several milimeters)까지 돌출될 수 있다. 이러한 크기의 변화는 임의의 처리 단계, 예를 들면 자동화된 언로드/로드 단계동안 프로세스 챔버(2)에서 카세트 유닛(3)의 배치 단계를 복잡하게 할 수 있다. 그러므로, 흡입 박스(12)는 지지 포인트의 중앙이 흡입 박스(12)의 중앙 포인트와 적어도 거의 일치하도록 프로세스 챔버(2)의 벽 구조물에 지지되는 것이 바람직하며, 흡입 박스(12)는 흡입 박스의 지지 포인트로부터 외향으로 확장되는 더 큰 자유도를 가지며 카세트 유닛(3)의 정확한 배치가 향상된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 로딩 챔버(1)는 측방향 전달 메카니즘(6)의 길이(reach)를 연장함으로써 부가적인 카세트 언로드 위치를 가진 로딩 챔버(1)를 제공하도록 로딩 챔버의 측방향 크기가 더 넓게 제작된다. 그러므로, 단일 로딩 챔버(1)는 다수의 프로세스 챔버(2)로 접속될 수 있다. 여기서, 프로세스 챔버(2)는 예를 들면 상이한 타입의 박막 구조물을 생산하기 위하여 또는 상이한 단계의 주어진 박막 성장 공정을 작동시키기 위하여 적용될 수 있다. 확장된 로딩 챔버(1)의 이용은 기판당 더 짧아진 처리 시간 및 다른 현저한 장점을 제공한다.
상술된 것에 부가하여, 본 고안은 선택적인 실시예를 가질 수 있다.
단일 프로세스 챔버(2)는 다수의 반응 챔버를 수용하기 위하여 적용될 수 있다. 더욱이, 로딩 챔버(1)는 프로세스 챔버(2)내로 카세트 유닛(3)을 전달하기 전에 카세트 유닛(3)을 가열 및/또는 로딩 챔버(1)로부터 카세트 유닛(3)을 외부로 전달하기 전에 카세트 유닛(3)을 냉각하는 작용을 하는 중간 스테이션으로 실시될 수 있어, 프로세스 챔버(2)의 작업 처리량 능력이 개선된다. 더욱이, 카세트 유닛(3)은 외기로부터 카세트 유닛(3)을 위한 다수의 언로드 위치를 가지는 로딩 챔버(1)로 전달되는 것이 유용할 수 있으며 개별적인 가압화 챔버를 경유하여 로딩 챔버(1)로부터 각각 배출되어, 카세트 유닛(3)의 이송과 관련하여 큰 용적의 로딩 챔버(1)를 가압할 필요가 없다.
도어(5) 대신, 프로세스 챔버(2)와 로딩 챔버(1) 사이의 밀폐는 예를 들면 게이트 밸브를 이용하여 실시될 수 있다. 더욱이, 반응 공간으로서 작용하는 카세트 유닛(3)은 하나의 엔티티(entity)로서 이동되어야 하는 구성을 가질 필요가 없다. 카세트 유닛(3)의 내부는 예를 들면 홀더가 제공될 수 있으며, 홀더내로 기판이 배치되며 홀더에서 기판이 로딩 챔버(1)를 경유하여 프로세스 챔버(2)내로 이동되며 프로세스 챔버(2)로부터 이격된다.
이와 같이, 본 고안은 로딩 챔버가 구비되고 자동적으로 이동가능한 카세트 유닛의 이용에 적절한 완전히 신규한 타입의 ALE 장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 기상의 반응물의 교대 표면 반응에 기판을 노출시킴으로써 기판의 표면에 박막을 성장시키는 장치로서,
    기밀가능한 구조물을 가지는 하나 이상의 프로세스 챔버(2)와;
    상기 프로세스 챔버(2)의 내부에 적용하기 위한 적절한 구조물을 가지며, 일 부분 이상이 이동가능한 반응 공간(3), 상기 반응 공간(3)내로 상기 반응물을 공급하기 위하여 상기 반응 공간(3)으로 연결가능한 공급 수단(16), 및 상기 반응 공간(3)으로부터 과잉 반응물 및 반응 가스를 배출하기 위하여 상기 반응 공간(3)으로 연결가능한 배출 수단(12)을 포함하는 하나 이상의 반응 챔버; 및
    상기 반응 공간(3)에 적용가능한 기판을 포함하는, 박막 성장 장치에 있어서,
    상기 프로세스 챔버(2)와 관련되어 작동시켜서, 상기 반응 공간(3) 및 상기 기판을 상기 로딩 챔버(1)의 외부면으로부터 상기 프로세스 챔버(2)내로 그리고 상기 프로세스 챔버(2)로부터 상기 로딩 챔버(1)의 외부면으로 동시에 이동시키도록 위치되고, 상기 압력 챔버(2)와 무관하게 제어될 수 있는 작동 압력을 가진 하나 이상의 로딩 챔버(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 로딩 챔버(1)로부터 상기 프로세스 챔버(2)를 분리하는 도어(5)를 포함하며, 상기 도어는 상기 도어의 백킹 표면에 거의 수직한 방향으로 상기 로딩 챔버(1)의 내부로 이동가능하게 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버(2)와 직면하는 상기 도어(5)의 표면에 부착되고 수직 방향으로 이동가능하게 적용되어 상기 반응 공간(3) 또는 상기 반응 공간의 부분을 상기 로딩 챔버(1)로부터 상기 프로세스 챔버(2)로 지지하여 전달할 수 있는 포크부와 같은 리프트 수단(4)을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버(2) 및 상기 로딩 챔버(1)는 게이트 밸브 구조물에 의하여 서로로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 챔버는 상기 프로세스 챔버(2)에 영구적으로 장착된 가스 배출 수단(12), 뿐만 아니라 이동가능한 가스 공급 수단(16) 및 반응 공간(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 로딩 챔버(1)와 상기 프로세스 챔버(2)의 외부면에 전달 수단(6,7,8,9)의 전기 액츄에이터(11)가 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 로딩 챔버(1)와 관련하여 작동되도록 상기 반응 공간(3)의 냉각 스테이션이 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 로딩 챔버(1)와 관련하여 작동되도록 상기 반응 공간(3)의 예열 스테이션이 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항, 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 로딩 챔버(1)와 관련하여 작동되도록 상기 반응 공간(3)의 개별적인 가압 스테이션이 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 단일 로딩 챔버(1)와 관련하여 작동되도록 배치되는 다수의 프로세스 챔버(2)는 상이한 타입의 박막 구조물을 생산하기 위하여 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서, 단일 로딩 챔버(1)와 관련하여 작동되도록 배치되는 다수의 프로세스 챔버(2)가 동일한 타입의 박막 구조물을 생산하기 위하여 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버(2)의 구조물로 상기 반응 챔버의 지지 포인트가 상기 배출 수단(12)의 중앙 포인트와 적어도 거의 일치하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
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