KR101820544B1 - 동적 유체 밸브를 구비하는 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

동적 유체 밸브를 구비하는 기판 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

방법은 처리 공간 압력으로 처리 공간 대기를 제공하는 단계, 상기 처리 공간 압력과 다른 외부 압력으로 외부 대기를 제공하는 단계, 통로를 제공하는 단계, 상기 통로를 거쳐 상기 외부 대기가 상기 처리 공간 대기와 개방 소통하고, 상기 통로를 거쳐 기판들이 상기 외부 대기 및 상기 처리 공간 대기 사이에서 교환 가능함, 및 상기 통로의 적어도 일부를 통해 연장하는 교환 유체의 흐름에 영향을 미치도록, 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점에서 상기 통로 안으로 교환 유체를 주입하는 단계를 포함하고, 상기 흐름은 상기 외부 압력이 상기 처리 공간 압력보다 큰 경우 상기 외부를 향하고, 또는 상기 외부 압력이 상기 처리 공간 압력보다 작은 경우 상기 처리 공간을 향한다.

Description

동적 유체 밸브를 구비하는 기판 처리 장치 및 방법{A SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS HAVING A DYNAMIC FLUID VALVE AND METHOD FOR}
본 발명은, 기판 처리 분야, 및, 특히, 그것들 사이에 기판들이 교환되는 것을 허용하는 동안 외부 대기로부터 처리 공간 대기를 분리하기 위해 유체 밸브를 확립하기 위한 장치 및 방법에 관련된다.
기판 처리 장치는 작동 동안, 기판들이 각각 삽입되고 추출될 수 있는 가스상의 대기를 유지하는 처리 공간을 포함할 수 있다. 처리 공간 대기는 전형적으로 장치의 외부 대기와 다른 특징들을 구비한다. 처리 공간 대기는 예를 들어 화학적 구성, 온도 및/또는 압력에서 외부 대기와 다를 수 있다.
처리 공간 대기가 외부 대기와 다른 압력에서 유지되는 경우, 그것들 사이에 개방 연결은 더 낮은 압력을 가지는 대기를 향해, 연결을 통해, 더 높은 압력을 가지는 대기로부터 대기 유체를 밀어 보내는 데 도움이 되는 압력 차를 받게 된다. 그러한 대기 유체의 흐름은 수용하는 대기의 오염을 이끌 수 있으며 공급하는 대기의 고갈을 가능하게 할 수 있다. 게다가, 개방 연결을 거쳐 외부 및 처리 공간 사이에서 교환되는 기판 또한 압력 차를 받게 된다. 압력 차가 상대적으로 작음에도, 여전히 기판상에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 이것은 특히 기판의 질량이 작고 기판이 접촉 없이 (즉, 그것의 운동을 억제하는 기계적인 접촉들이 없이) 다뤄질 때이다.
외부 대기가 처리 공간 대기와 혼합되는 것을 막기 위해, 동시에 그것들 사이에 기판들의 교환을 가능하게 하는 동안, 외부는 관례적으로 에어 로크(air lock) 또는 유사한 장치를 거쳐 처리 공간에 연결될 수 있다. 에어 로크는 외부 및 처리 공간과 선택적으로 소통할 수 있는 중간 공간을 제공할 수 있다. 따라서, 기판은 외부 공간 및 처리 공간에 서로 직접적인 개방 소통을 일으키지 않고, 중간 공간을 거쳐 외부 및 처리 공간 사이에서 교환될 수 있다. 중간 공간을 적절하게 가압하는 것에 의해, 에어 로크는 또한 기판이 압력 차를 받게 되는 것, 즉, 동시에 다른 단부들에서 다른 압력들을 받게 되는 것을 막을 수 있다. 그러나 에어 로크들 등은 그것들이 상대적으로 느리게 작동한다는 결점이 있다. 이것은 일부는 그것들의 기계적 특징으로 인한 것이고, 일부는 그것들의 설계가 외부 및 처리 공간 사이에서 기판들의 단일의 또는 배치식(batch-wise) 교환을 목적으로 한다는 사실에 기인한 것이다. 결과적으로, 에어 로크들의 사용은 장치의 처리량에 해로운 영향을 수반할 수 있다. 즉, 에어 로크는 기판들이 처리 공간 안으로 삽입되거나 처리 공간으로부터 추출되는 속도를 제한할 수 있다.
본 발명의 목적은 하나 이상의 위에 언급된 문제들을 극복하거나 완화시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 다른 압력들에서 대기들을 포함하는 처리 공간 및 외부 사이에 개방 소통을 가능하게 하며, 개방 소통은 기판들이 외부 및 처리 공간 사이에서 연속적으로 교환되는 것을 허용한다.
본 발명의 일 태양은 기판 처리 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 기판 처리 장치의 외부 내에 외부 대기의 외부 압력과 다른 처리 공간 압력에서 처리 공간 내에 처리 공간 대기를 유지하도록 구성된, 압력 조절 수단 및 처리 공간을 포함한다. 상기 장치는 통로 방향 내에서 연장하는 통로를 더 포함하며, 통로를 거쳐 기판 처리 장치의 외부는 처리 공간과 개방 소통되고, 통로를 통해 기판들은 외부 및 처리 공간 사이에서 교환 가능하다. 상기 장치는 또한 교환 유체 주입 수단을 포함하며, 통로의 적어도 일부를 통해 연장하는 교환 유체의 흐름에 영향을 미치도록, 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점에서 통로 안으로 교환 유체를 주입하도록 구성된다. 상기 흐름은 외부 압력이 처리 공간 압력보다 큰 경우에는 외부를 향하고, 외부 압력이 처리 공간 압력보다 작은 경우에는 처리 공간을 향한다.
교환 유체 주입 수단은 교환 유체 주입 지점에서 끝나는 교환 유체 주입 채널을 포함할 수 있다. 적어도 교환 유체 주입 채널의 하류 부분, 즉 교환 유체 주입 지점 근처의 그것의 부분은, 통로 안으로 주입되는 교환 유체가 더 높은 압력을 가지는 대기의 방향으로 속도 성분이 전달되도록 통로 방향을 구비하는 (바람직하게 0-45 각도들의 범위에 있을 수 있는) 예각을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리 공간 압력으로 처리 공간 대기를 제공하는 단계, 및 처리 공간 압력과 다른 외부 압력으로 외부 대기를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 통로를 제공하는 단계를 포함하여, 상기 통로를 거쳐 상기 외부 대기가 상기 처리 공간 대기와 개방 소통하고, 상기 통로를 거쳐 기판들이 상기 외부 대기 및 상기 처리 공간 대기 사이에서 교환 가능하다. 상기 방법은, 통로의 적어도 일부를 통해 연장하는 교환 유체의 흐름에 영향을 미치도록, 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점에서 상기 통로 안으로 교환 유체를 주입하는 단계를 더 포함한다. 상기 흐름은 외부 압력이 처리 공간 압력보다 큰 경우에는 외부 대기를 향하고, 외부 압력이 처리 공간 압력보다 작은 경우에는 처리 공간을 향한다.
본 발명은 외부 대기 및 처리 공간 대기를 연결하는 통로를 특징으로 한다. 통로는 작동 동안 기계적으로 '개방'일 수 있으며, 두 개의 대기들 사이에 기판들이 자유롭게 교환할 수 있게 한다.
통로를 가로지르는 압력 차가 처리 공간 대기를 향해 외부 대기로부터 대기 유체의 흐름을 제어하기 힘들게 밀어 보내는 것을 막기 위해, 반대로, 교환 유체가 통로 안으로 주입된다. 이것은 가장 높은 압력을 가지는 대기를 향하는, 교환 유체의 흐름이 경로의 적어도 일부를 통해 영향을 받는 방식으로 이행된다. 예를 들어, 처리 공간 대기가 외부 대기에 대해 과도한 압력에서 유지되는 경우, 교환 유체는 그것이 처리 공간을 향해 흐르도록 통로 안으로 주입된다. 교환 유체는 통로를 가로지르는 압력 차에 대해 반대로 흐르도록 한다. 주입된 교환 유체가 통로를 통해 흐르므로, 그것이 결국 그것의 운동량을 잃을 때까지, 그것의 (정적) 압력이 증가하는 동안 점차 느려질 것이다. 그러한 정체는 원하는 지점에서 일어나도록 만들어질 수 있으며, 예를 들어 교환 유체가 각각의 대기로 확산되거나 그렇지 않으면 방출될 수 있는 통로의 단부 근처의 지점에서 일어나도록 만들어질 수 있다. 인식할 점은 교환 유체의 흐름이 적어도 통로의 부분을 차지하여, 그에 의해 그 안에 압력 프로파일(profile)을 결정한다는 것이다. 교환 유체가 주입되는 유량과 같은, 주입 변수들을 신중하게 선택하는 것에 의해, 통로를 가로지르는 압력 차는 통로 내부 압력에 의해 일부 또는 전체로 보정/무효화 될 수 있다. 따라서, 더 낮은 압력 대기를 향해 흐르는 더 높은 압력 대기의 대기 유체의 자연스러운 경향은 조절될 수 있다.
통로의 적어도 부분 안에 압력 프로파일을 결정하는 것 이외에, 교환 유체의 흐름은 통로를 거쳐 교환되는 기판상에 저항에 또한 영향을 미친다. 기판상에 항력은 통로를 가로지르는 압력 차에 반대로 향한다. 결과적으로 항력은 기판상에 압력 차의 영향을 완화시키고, 심지어 그것을 상쇄하거나 극복할 수 있다. 예를 들어, 처리 공간 대기가 외부 대기에 대해 과도한 압력에서 유지되는 경우, 기판을 가로지르는 압력 차가 그것을 외부로 향하게 할지라도, (개별적인 대기들 안으로 그것의 양단에서 밖으로 내밀지만) 통로 안에 여전히 유지되는 기판상의 합력은 처리 공간을 향하도록 할 수 있다. 그러므로 합력은 더 높은 압력 처리 안으로 기판의 삽입을 수월하게 할 수 있다. 이것 및 다른 목적들을 위한 항력의 이용은 아래에 설명될 것이다.
이 본문에 사용된 전문 용어에 대해, 다음과 같이 언급된다. 용어 '정압(static pressure)'은 유체의 열역학적 압력을 언급한다; 유체가 움직이고 있는 경우, 유체 안에 어느 지점을 위한 그것의 값은 그 지점과 함께 따라 움직이는 것에 의해 측정될 수 있어, 거기에 대해 '정적'이다. 용어들 '동압 (dynamic pressure)', 및 '정체압(stagnation pressure)'은 비압축성 유체 흐름들을 위한 베르누이의 방정식과 연관되며, 유체가 정지될 때 압력 상승 안으로 흐르는 유체 안에 운동 에너지의 보존에 기인한다. 비압축성 유체들에서, 동압은 정압 및 정체압 사이의 차이와 동일하다. 특히 압축성 유체들을 논할 때, 종래 기술에서 '동압'은 때때로 '충돌 압력'으로서 언급된다. 이 본문은 용어 '동압'만에 의해 개념을 언급할 것이다. 다음에, 정체압은 유체 흐름 안에 정체 지점에서의 정압이며, 즉, 그것의 속도가 0인 유체 안 지점에서의 압력이다.
교환 유체는 비압축성 유체를 필요로 하지 않음에도, 많은 상황들에서 바람직한 근사값으로 비압축성 유체들에 적용 가능한 법칙들에 따를 수 있다. 이 본문에서 교환 유체는 비압축성 흐름-전문 용어로 다뤄질 것이다. 특히 비압축성 흐름의 정체압, 정압 및 동압 사이의 관계는 교환 유체를 위해 유지하도록 가정될 것이다. 비압축성 흐름 움직임의 가정이 유지될 수 없는 상황들에서, 이 본문의 전문 용어는, 종래 기술에서 알려진, 압축성 유체-이론에 사용되는 대응하는 개념들을 참조하여 해석되는 것이다.
게다가, 이 본문에서 용어 '대기(atmosphere)'는 국부적인 유체, 특히, 가스상의, 원하는 화학 성분의 집합체 또는 매체를 포함하는 것으로 의도된다. 그러므로 용어 대기는 공기 덩어리를 언급하는 것으로만 해석되지 않는다. 이 본문이 '정적' 또는 '동적'의 용어들에서 추가적인 설명 없이 대기 등의 '압력'을 언급하는 곳에서, 본문은 일반적으로 통로의 개별적인 단부 근처의 지점에서, 정압을 언급한다. 용어 '개방 소통(open communication)'은 기계적으로 폐쇄되거나 밀폐되지 않은 연결을 언급한다. 문구 '실질적으로 동일한(substantially equal to)'은 분량의 해석이 요구되는 곳에, 일반적으로 '특정된 양인 ±20%의 범위 안인/와 동일한'으로 해석될 수 있다.
본 발명의 상세 설명에 따라, 통로는 적어도 하나의 주입 지점의 하류에 위치된, 정체 영역(또는 통로 부분)을 포함할 수 있으며, 정체 영역은 교환 유체 방출 채널에 추가로 연결될 수 있다(예를 들어, 단부에 제공될 수 있다). 명백하게 '하류'는 여기에서 통로 안에 교환 유체의 흐름의 방향을 언급하는 것으로 설명된다.
통로는 외부 및 처리 공간 사이에 개방 연결을 형성한다. 그 결과, 통로를 통해 이동하고 충분한 운동량을 구비하는 교환 유체의 흐름은 외부 또는 처리 공간 안으로 밀려질 것이고 - 정지 또는 정체되기 전에 - 둘 중 어느 쪽이 가장 높은 압력의 대기를 구비하더라도 유체 흐름의 표적 방향을 정의한다. 교환 유체의 흐름이 외부 대기 또는 처리 공간 대기 안에서 정체한다면, 교환 유체는 그 후에 그 안에서 확산될 것이다. 이것이 논점이 될 필요가 없음에도, 외부 대기 및/또는 처리 공간 대기로부터 실질적으로 분리된 교환 유체를 유지하는 것은 바람직할 수 있다. 이것은 정체 영역으로서 통로의 부분을 지정하고, 이 부분에 교환 유체 방출 채널을 제공하는 것에 영향을 받을 수 있다. 작동 동안, 정체 영역은 교환 유체 흐름이 가장 높은 압력의 대기와 만나고, 적어도 부분적으로 정체되는 지점의 상류 위치를 형성할 수 있다. (정체가 일어나는 지점의 상류 재처리를 수반할 수 있는) 정체 영역 안에 교환 유체의 축적을 방지하기 위해, 교환 유체 방출 채널이 제공된다. 이 채널은 정체 영역으로부터 적절한 위치로 교환 유체를 방출하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 교환 유체 방출 채널은 교환 유체 주입 수단에 연결될 수 있어, - 작동 동안 - 정체 영역으로부터 방출된 교환 유체가 통로 안으로 주입을 위해 교환 유체 주입 수단에 공급된다.
교환 유체는 다음과 같이 순환될 수 있다: 교환 유체 주입 수단이 통로 안으로 교환 유체를 주입한 이후, 교환 유체는 교환 유체 주입 수단 뒤에 교환 유체 방출 채널을 거쳐 이후에 방출되는 곳으로부터, 그것이 정체되는 정체 영역으로 흐른다. 본 발명의 어떤 실시예들에서, 특히 교환 유체로 공기를 이용하는 것들에서, 교환 유체의 순환 경로는 외부 대기를 포함할 수 있다. 교환 유체 방출 채널은 예를 들어, 외부와 개방 소통을 포함할 수 있으며 정체 영역으로부터 외부로 교환 유체를 방출하도록 구성될 수 있으며, 교환 유체 주입 수단은 외부로부터 교환 유체를 빼내도록 구성될 수 있다. 그러한 공기-기초된(air-based) 실시예는 선택된 교환 유체가 이송될 수 있는 정확히 밀폐된 순환 경로를 필요치 않는다.
추가적인 상세 설명에 따라, 교환 유체 주입 수단은 통로를 통해 교환 유체의 흐름이 정체 영역 안에 정체되는 유량에서 통로 안으로 교환 유체를 주입하도록 구성될 수 있다.
교환 유체의 흐름의 정체가 일어나는 위치는 교환 유체가 통로 안으로 주입되는 유량을 선택하는 것에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 주입 유량은 추가의 하류 정체 위치에 영향을 미칠 것이다. 유량은 교환 유체의 흐름의 정체가 정체 영역 안에 일어나도록 선택될 수 있다. 그 경우에, 정체 영역 안 압력은 외부 압력 및 처리 공간 압력 중 큰 것과 실질적으로 동일한 정체압에서 자리 잡을 것이다. 이것은 정체 영역이 더 높은 압력 대기로부터 통로를 폐쇄하는 동적 유체 밸브를 이용하는 것을 허용한다.
교환 유체가 통로 안으로 주입되는 유량의 선택은 주입 시 교환 유체의 정압 및 동압의 선택을 수반할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 교환 유체 주입 수단은 외부 압력 및 처리 공간 압력 중 작은 것과 실질적으로 동일한 정압에서 교환 유체를 주입하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 교환 유체 주입 수단은 외부 압력 및 처리 공간 압력 사이의 절대차와 실질적으로 동일한 동압에서 교환 유체를 주입하도록 구성될 수 있다.
그러한 정적 및 동적 압력의 선택은 통로 안에 동적 평형을 확실하게 할 수 있으며, 평형은 교환 유체 흐름 및 외부와 처리 공간 대기들 사이에 최적의 분리를 가능하게 할 수 있다. 주입 지점에서, 정압은 널리 퍼져 있을 수 있으며 교환 유체 안 압력은 더 낮은 압력 대기의 압력과 실질적으로 동일할 수 있다. 유체 흐름이 정체되는 곳에서, 흐름의 운동 포텐셜(kinetic potential)은 더 높은 압력 대기와 실질적으로 동일한 정체압을 산출하도록 열역학적 압력 안으로 변형될 수 있다. 따라서, 통로를 가로지르는 압력 차는 통로 안으로 교환 유체 흐름에 의해 균형이 잡힐 수 있으며, 이는 근처의 대기들로부터 통로가 유체에 효과적으로 접근할 수 없게 만든다.
본 발명의 추가적인 상세 설명에 따라, 통로는 통로 방향 내에서 연장할 수 있으며, 교환 유체 주입 수단은 통로 방향과 실질적으로 평행한 실질적으로 층류의 교환 유체 흐름에 영향을 미치도록 구성될 수 있다.
통로는 기판들을 교환하는 데 이용되므로, 이 중 일부는 부서지기 쉬울 수 있으며, 통로 내부 흐름 특성은 바람직하게 (난류와 반대되는) 층류일 수 있다. 게다가, 불균형한 흐름 구성요소들이 통로의 경계 벽들에 대항하여 또는 향하여 그것을 누르는 것 및/또는 기판들을 잡아당기는 것을 방지하도록, 교환 유체의 흐름은 바람직하게 통로 방향에 평행한 방향으로, 즉, 기판들이 통로를 통해 수송되는 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 통로는 적어도 상부 통로 벽 및 하부 통로 벽에 의해 구획될 수 있으며, 상부 및 하부 통로 벽에는 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널이 제공될 수 있다. 상부 통로 벽 내에 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널은 상부 교환 유체 베어링을 제공하도록 구성될 수 있으며, 동시에 하부 통로 벽 내에 적어도 하나의 교환 유체 지점은 하부 교환 유체 베어링을 제공하도록 구성될 수 있다. 교환 유체 베어링들은 교환 유체 베어링들 사이에서 기판을 부유하게 지지하고 수용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 통로는 통로의 경계 벽들과 기계적인 접촉을 방지하기 위해 반대 측들에 그것들을 보호하고 받쳐서, 외부 및 처리 공간 사이에 기판들을 비접촉식으로 교환하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 특징들과 이점들은, 본 발명을 한정하지 않고 설명하도록 나타내진, 부수하는 도면들과 합쳐서 생각되는, 본 발명의 특정한 실시예들의 다음의 상세한 설명들로부터 더 충분히 이해될 것이다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 (좌측의) 기판 교환 구획 및 (우측의) 처리 터널을 포함하는, 본 발명에 따른 예시적인 기판 처리 장치의 길이방향의 측단면도를 개략적으로 도시한다; 및
도 2는 내부로 교환 구획으로부터 보여지는, 유체가 교환 유체의 통로 안으로 주입되는 용적 측정의 가스 용량, 및 처리 터널 공간 내의 압력 프로파일 사이의 관계를 도시하는, 측정 데이터를 포함하는 그래프이다.
본 발명에 따른 장치의 구조는 일반적인 용어들로 아래에 설명될 것이다. 그렇게 하면서, 참조는 부유하게 지지되는 반도체 기판들(substrate; 10)을 처리하기 위해 공간적인 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 장치(1)로써 마련된, 도 1에 도시된 예시적인 실시예로 만들어질 수 있다. 도 1은 교환 구획(exchange section; 100) 및 거기에 연결되는 처리 터널(process tunnel; 200)을 포함하는, 전형적인 ALD 장치의 일부의 도식의 길이방향 단면도이다.
교환 구획(100)은 몸체(body; 102)를 포함할 수 있다. 몸체(102)는 통로(passage; 104)의 적어도 일부를 정의할 수 있으며, 통로를 거쳐 장치(1)의 외부(exterior; 2)가 처리 공간(process space; 202)과 개방 소통되고, 통로를 통해 예를 들어 실리콘 웨이퍼 같은 기판(10)이 외부(2) 및 처리 공간(202) 사이에 교환 가능하다. 통로(104)는 통로 방향(P) 내에서 연장할 수 있다. 교환 구획(100)의 몸체(102)에 의해 정의되는 통로(104)의 부분은 상부 통로 벽(upper passage wall; 110), 하부 통로 벽(lower passage wall; 120), 및 두 개의 측면 통로 벽들(미도시)에 의해 구획될 수 있다. 예를 들어 0.1-0.8㎜의 두께를 구비하고 상부(110) 및 하부(120) 통로 벽들에 평행한 실질적으로 편평하거나 평면의 기판(10)이 그것들을 접촉하지 않고 통로(104)를 가로지를 수 있도록, 상부 통로 벽(110) 및 하부 통로 벽(120)은 수평으로, 서로 평행할 수 있고 예를 들어 0.5-1㎜와 같이 약간 이격될 수 있다. 물론, 몸체(102)에 의해 정의되는 통로(104)의 부분의 정밀한 치수들은 일반적으로 장치(1)의 유형 및 그 안에서 처리될 기판들(10)의 유형에 의존할 수 있다. 예를 들어, 4-5㎜의 두께를 구비하는 유리 평판들이 실리콘 웨이퍼들 대신에 처리될 경우, 상부(110) 및 하부(120) 통로 벽들 사이에 간격은 더 넓어질 수 있다.
상부 통로 벽(110) 및 하부 통로 벽(120)에는 통로(104) 안에 교환 유체 주입 지점에서 끝나는 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널(exchange fluid injection channel; 112, 122)이 제공될 수 있다. 통로(104) 안으로 주입될 교환 유체로 원하는 방향의 속도 성분을 전달하기 위해, 교환 유체 주입 채널들(112, 122), 또는 교환 유체 주입 지점들 근처에 적어도 그것의 부분들은 통로 방향(P)에 대해 적절한 각도로 될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 예시적인 실시예에서, 처리 공간(202) 내의 대기는 외부(2)의 대기에 대해 과도한 압력에서 유지된다. 통로(104) 내에 영향을 미칠 교환 유체 흐름은 처리 공간(202), 즉, 우측을 향할 것이다. 주입된 교환 유체가 더 높은 압력을 가지는 대기, 즉 처리 공간 대기의 방향으로 속도 성분을 전달하도록, 교환 유체 주입 지점들 근처에 교환 유체 주입 채널들(112, 122)의 부분들이 통로 방향(P)에 대해, 바람직하게 0-45도의 범위 안에 각도인, 예각으로 될 수 있다.
각각의 교환 유체 주입 채널들(112,122)은 펌프 또는 질량 유동 제어기 같은 교환 유체 흐름 제공 수단(exchange fluid flow provision means; 114, 124)에 연결될 수 있다. 교환 유체 흐름 제공 수단(114, 124)은 선택된 유량으로 개별적인 교환 유체 주입 채널들(112, 122)을 통해 교환 유체의 흐름을 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 교환 유체 흐름 제공 수단에는 적절한 방법으로 교환 유체가 공급될 수 있다. 교환 유체는 (가압된) 교환 유체 저장소 또는 컨테이너로부터 추출되거나 폐쇄된 순환 회로를 거쳐 수용되는, (도 1의 실시예에서 같은) 외부(2) 내에 대기로부터 예를 들어 빼내질 수 있다.
교환 구획(100)의 몸체(102) 및 처리 터널(200)의 구조 사이에는, 수직으로 연장하는 간격(gap; 106)이 존재한다. 간격(106)은 통로(104) 및 외부(2) 사이에 개방 연결을 제공하는 교환 유체 방출 채널을 형성한다. 명확화를 위해 도 1의 실시예에서, 통로(104)가 교환 구획(100)의 몸체(102)를 넘어 연장한다는 것이 주목된다; 즉, 통로(104)는 (좌측에) 외부(2)로부터, 우측 전방으로 및 교환 구획(100)의 몸체(102)를 통해, 처리 공간(202)까지 연장한다. 교환 유체 방출 채널(exchange fluid discharge channel; 106)은 지점(point; 108)에서 통로(104)를 연결하며, 지점은 통로(104) 및 방출 채널(106)의 횡방향 상에 위치되는 것으로 언급될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 지점(108)의 기능은 아래에 명백하게 될 정체 영역으로써 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 장치(1)는 처리 터널(200)을 더 포함할 수 있으며, 그것을 통해 기판들(10), 바람직하게 기판들의 열(train)의 일부로서, 선형식으로 운반될 수 있다. 즉, 기판(10)은 처리 터널의 출구로 단일-방향으로 운반될 교환 구획(100)을 거쳐 처리 터널(200) 안으로 삽입될 수 있으며, 출구에는 도시된 것과 유사하게 다른 교환 구획이 제공될 수 있다. 그 대신에, 처리 터널(200)은 막힌 단부를 구비할 수 있으며, 기판(10)은 처리 터널(200)의 도시된 교환 구획(100)으로부터, 막힌 단부를 향해, 교환 구획(100)의 뒤로, 두 방향의 이동을 경험할 수 있다. 상대적으로 작은 공간(footprint)을 가진 장치가 요구된다면, 그러한 양자택일의 두 방향 시스템은 바람직하게 될 수 있다. 처리 터널(200) 그 자체가 직선으로 둘러싸일지라도, 그러한 요구가 반드시 상자는 아니다.
처리 터널(200)은 네 개의 벽들을 포함할 수 있다: 상부 벽(210), 하부 벽(220), 및 두 개의 측면 또는 측벽들(미도시). 상부 벽(210) 및 하부 벽(220)은 수평하게, 서로 평행할 수 있고 예를 들어 0.5-1㎜같이 약간 이격될 수 있어, 예를 들어 0.1-0.8㎜의 두께를 구비하고 상부(210) 및 하부(220) 벽들에 대해 평행하고, 실질적으로 편평하거나 평면의 기판(10)은 그것들을 접촉하지 않고 그것들 사이에 수용될 수 있다. 실질적으로 수직하고 서로 평행한 측벽들은, 그것들의 측면들에서 상부 벽(210) 및 하부 벽(220)을 서로 연결할 수 있다. 측벽들은 예를 들어 그것의 두께에 0.1-3㎜를 더하여, 처리될 기판(10)의 두께보다 다소 더 큰 거리에 의해 이격될 수 있다. 따라서, 처리 터널(200)의 벽들은, 터널의 길이방향으로 연속적으로 배치된 하나 이상의 기판들(10)을 수용할 수 있고, 단위 터널 길이당 상대적으로 작은 체적을 구비하는 연장되는 처리 터널 공간(202)을 구획하고 정의할 수 있다.
상부 터널 벽(upper tunnel wall; 210) 및 하부 터널 벽(lower tunnel wall; 220)에는 다수의 가스 주입 채널들(gas injection channels; 212, 222)이 제공될 수 있다. 각각의 벽(210, 220) 내에 가스 주입 채널들(212, 222)은 적어도 다수의 그것들이 터널(200)의 길이를 가로질러 분산된 만큼 원하는 대로 배치될 수 있다. 가스 주입 채널들(212, 222)은, 예를 들어, 25㎜ x 25㎜ 같은 허상의 직사각형 그리드(grid)의 모서리들 상에 배치될 수 있어, 가스 주입 채널들은 길이방향 및 그것의 횡방향으로, 개별적인 벽(210, 220)의 전체 내부 표면 위로 규칙적으로 분포된다.
가스 주입 채널들(212, 222)은 가스 공급원들에 연결될 수 있으며, 바람직하게 터널 벽(210, 222) 및 그것의 길이방향 위치에서 가스 주입 채널들이 동일한 가스 또는 가스 혼합물의 가스 공급원에 연결된다. ALD-목적들을 위해, 하부 벽(210) 및 상부 벽(220) 중 적어도 하나 안에 가스 주입 채널들(212, 222)은, 터널의 길이방향에서 보여지는, 제 1 전구체(precursor) 가스 공급원, 퍼지 가스 공급원, 제 2 전구체 가스 공급원 및 퍼지 가스 공급원에 연속적으로 연결될 수 있으며, -사용 시- 제 1 전구체 가스 공급원, 퍼지 가스, 제 2 전구체 가스 공급원 및 퍼지 가스를, 개별적으로 포함하는 연속적인 (터널-폭의) 가스 구역들을 포함할 처리 터널 부분(process tunnel segment; 204)을 생성하도록 한다. 하나의 그러한 터널 부분(204)이 단일의 ALD 증착 사이클과 일치한다는 것은 이해된다. 따라서, 다양한 터널 부분들(204)은 원하는 두께의 필름의 증착이 가능하도록 처리 터널(200)의 길이방향을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 처리 터널(200) 내에 다른 부분들(204)은 전구체들의 동일한 결합을 포함할 수 있으나 필요한 것은 아니다. 다르게 구성된 부분들(204)은 예를 들어 혼합된 필름들의 증착이 가능하도록 이용될 수 있다.
처리 터널의 동일한 길이방향 위치를 공유하나 반대되는 터널 벽들(210, 220) 내에 위치되는 반대되는 가스 주입 채널들(212, 222)이 가스 성분의 가스 공급원들에 연결되는지는 장치(1)의 바람직한 구성에 의존할 수 있다. 양면의 증착이 요구되는 경우, 즉 처리 터널(200)을 통해 이동하는 기판(10)의 상부 표면(10a) 및 하부 표면(10b)의 ALD 처리에서, 반대되는 가스 주입 채널들(212, 222)이 가스 공급원에 연결될 수 있다. 그 대신에, 단면만의 증착이 요구되는 경우, 즉 처리될 기판(10)의 상부 표면(10a) 및 하부 표면(10b) 중 하나만 하는 ALD 처리에서, 처리될 기판 표면을 향하는 터널 벽(210, 220) 안에 가스 주입 채널들(212, 222)은 잘 반응하고 불활성의 가스 공급원에 양자택일로 연결될 수 있으며, 동시에 다른 터널 벽 내에 가스 주입 채널들은 불활성 가스 공급원에 모두 연결될 수 있다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 산화알루미늄(Al2O3) 원자층 증착 사이클들을 수행하기에 적합한 일련의 동일한 터널 부분들(204)을 형성하기 위해, 상부 벽(210) 내에 가스 주입 채널들(212)은 트리메틸알루미늄(Al2(CH3)2, TMA) 공급원, 질소(N2) 공급원, 물(H2O) 공급원, 및 질소 공급원에 연속적으로 연결된다. 하부 터널 벽(220) 내에 가스 주입 채널들(222)은, 대조적으로, 질소 공급원에 모두 연결된다. 따라서, 예시적인 장치(1)는 지나가고, 부유하게 지지되는 기판(10)의 상부 표면(10a) 상에 단면의 증착을 수행하도록 함께 구성되고, 상부 증착 가스 베어링 및 하부 비-증착 가스 베어링을 유지하도록 마련된다.
처리 터널(200)의 각각의 측벽들에는, 그것의 부분 또는 그것의 전체 길이를 따라, 처리 공간으로부터 처리 가스를 방출하도록 구성된, 다수의 가스 배출 채널들이 제공될 수 있다. 가스 배출 채널들은 처리 터널의 외부 상에 제공되는 가스 배출 도관들에 연결되어 안으로 방출될 수 있다. 장치(1)가 ALD를 수행하도록 마련되는 경우, 배출 가스들은 반응되지 않은 전구체들을 포함할 수 있다. 따라서, (본의 아니게 화학적 증기 증착을 이끌 수 있는) 가스 배출 도관에 서로 다른 잘 반응하는 가스 구역들과 연관되는 가스 배출 채널들을 연결하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 다른 가스 배출 도관들에는 다른 전구체들이 제공될 수 있다. 가스 공급원에 가스 주입 채널들(212,222)이 연결되고, 가스 배출 채널들이 처리 공간(202) 내의 압력을 조절하도록 함께 작용할 수 있다는 것은 이해될 것이다.
장치(1)의 일반적인 작동은 다음과 같이 설명될 수 있으며, 교환 구획(100)과 함께 시작한다.
사용 시, 상부 및 하부 통로 벽들(110, 120) 내에 교환 유체 주입 채널들(112, 122)은 모두 통로(104) 안으로 교환 유체를 주입한다. 도 1의 실시예에서, 이러한 교환 유체는 교환 유체 흐름 제공 수단(114, 124)에 의해 외부 대기로부터 추출되는, 공기이다.
주입 시 교환 유체의 유량은 그것의 정압이 외부 대기의 압력과 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있으며, 반면 그것의 동압은 처리 공간 내의 대기의 압력 및 외부 대기의 압력 사이의 절대차와 실질적으로 동일하다. 이것은 교환 유체의 정체압이 처리 공간 대기의 압력과 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다. 교환 유체가 통로(104) 안으로 주입되면, 그것은 처리 공간(202)을 향해 흐른다. 그러나 상대적으로 좁은 통로(104)를 거쳐 처리 공간(202)을 들어가는 것은, 처리 공간(202) 내의 압력에 의해 예방된다. 이러한 압력은 처리 공간(202)의 입구에 위치된, 지점(108) 주위에 교환 유체의 흐름이 정체되도록 야기하는, 교환 유체의 흐름의 정체압 의도적으로 동일하다. 정체된 교환 유체와 외부 대기 사이의 압력 차 및 교환 유체 주입의 연속성에 의해, 교환 유체는, 교환 유체 방출 채널(106)을 거쳐, 그것이 일찍 추출되는 외부(2)로, 자연스럽게 방출될 것이다. 압력 평형의 결과, 유체들의 교환이 정체 영역(stagnation region; 108) 및 처리 공간(202) 사이에서 사실상 일어나지 않는다는 것은 이해된다. 따라서 처리 공간은 기계적인 폐쇄 수단의 사용 없이 외부(2)로부터 실제적으로 밀폐시키는 반면, 통로(104)를 거쳐 기판들(10)의 교환은 여전히 가능하다.
기판(10)은 예를 들어 통로(104)를 거쳐 처리 공간(202) 안으로 삽입될 수 있다. 기판(10)이 통로(104) 안으로 이동되므로, 그것은 상부 및 하부 교환 유체 베어링 사이에 수용된다. 이러한 유체 베어링은 개별적으로, 상부(110) 및 하부(120) 통로 벽 내에 교환 유체 주입 채널들(112, 122)을 거쳐 주입되는 교환 유체에 의해 제공된다. 유체 베어링들은 기판(10)을 보호하고 그것의 상부(10a) 및 하부(10b) 주된 표면들 상에 저항을 가하여, 처리 공간(202)의 방향으로 기판을 밀고 나간다.
장치(1)의 정밀한 구성 및 처리 공간 대기의 압력 같은 작동 변수들에 따라, 주입된 교환 유체의 정체압이 처리 공간 대기의 압력과 실질적으로 동일하도록 선택된 경우 기판(10)에 가해진 항력은 통로(104)를 가로지르는 압력 차의 영향을 극복하기에 충분하지 않을 수 있다. 즉, 교환 유체의 흐름에 의해 기판(10) 상에 가해진 항력은 기판(10) 상에 내부 합력, 즉 처리 공간(202)을 향하는 힘을 제공하기에 및 압력 차의 영향을 극복하기에 불충분할 수 있다. 그러한 경우에, 교환 유체가 통로(104) 안으로 주입되는 유량은 기판(10) 상에 내부 항력을 증가시킬 수 있으며, 터널(200) 안으로 그것의 삽입을 더 수월하게 한다. 위에 설명된 평형 상태에 대한 유량의 증가는 영구적일 필요는 없으나, 기판(10)의 예를 들어 삽입 또는 추출 같이 실질직인 교환 시에만 적용될 수 있다.
교환 유체가 통로(104) 안으로 주입되는 유량을 변환하는 것의 영향은 도 2를 참조하여 설명될 수 있다. 도 2는 측정 데이터를 포함하는 그래프이며, 교환 구획(100) 내부로부터 보여지는, 처리 터널 공간(202) 내의 압력 프로파일, 및 교환 유체가 교환 구획(104) 내의 통로(104) 안으로 주입되는 용적 측정의(volumetric) 가스 유량 사이의 관계를 도시한다. 도 2는 8개의 다른 교환 유체 주입 유량들을 포함하는, 10개의 다른 상태들을 위한 압력 프로파일들을 기재한다. 각각의 압력 프로파일은 6개의 압력 데이터 지점들을 포함한다. 압력 데이터는 처리 공간(202) 또는 통로(104) 안에 존재하는 기판들 없이 획득된다.
"공기 밸브 개방"으로 분류된 압력 프로파일은 교환 유체가 통로(104) 안으로 주입되지 않는 상태와 관련된다. 외부(2)에 대해 대부분의 처리 공간(202) 내에 약 3.4mbar(즉, 340㎩)의 과도한 압력에 의해, 처리 공간(202)으로부터 대기 유체의 유출이 있다. 이러한 유출에는 압력 감소를 자연적으로 수반된다. 대기 유체의 유출은 통로(104)를 기계적으로 폐쇄하는 것에 의해 정지될 수 있으며, "기계적으로 폐쇄된 공기 밸브"로 분류된 압력 프로파일에 의해 도시된다. 통로(104)가 기계적으로 폐쇄될 때, 처리 공간(202) 내의 압력은 그것의 길이를 따라 실질적으로 균일하다. 그러나 외부(2) 및 처리 공간(202) 사이의 기판들(10)의 교환은 이제 불가능하다.
도 2는 교환 유체가 145 분당 기준 리터(slm)의 유량으로 통로(104) 안으로 주입될 때, 처리 공간(202) 안으로 또는 외부의 대기 유체를 이동시키는 압력 기울기가 없는 평형 상태가 존재하는 것을 도시한다. 이러한 유량에서 교환 유체의 정체압은 처리 공간 대기의 압력과 실질적으로 동일하다. 시험들은, 145slm의 유량에서, 통로(104)를 통해 연장하는 기판(10) 상에 교환 유체 흐름에 의해 가해지는 항력이 기판상에 내부 합력을 제공하기에 불충분한 것을 가리킨다.
처리 공간(202) 안으로 기판들(10)의 삽입을 수월하게 하기 위해, 교환 유체가 주입되는 유량은 증가될 수 있다. 이러한 유량은 교환 유체의 정체압에 대해 직접적일 수 있다는 것을 가리키며, 주입 시 교환 유체의 유량이, 바람직한 근사값으로, 동압의 제곱근에 비례한다는 것이 나타내질 수 있다. 교환 유체의 주입 유량을 증가시키는 것은 그것의 정체압을 증가시키는 것과 일치한다.
도 2는 185slm, 210slm, 230slm 및 260slm의 유량들이 내부로 그것을 이동시키도록 기판상에 충분한 저항을 생성하는 것을 도시한다. (평형 상태를 제공하는 145slm에 대해) 그러한 증가된 유량들은 처리 공간(202) 안으로 교환 유체의 유입을 수반하고, 즉, 교환 유체 흐름의 정체 지점이 처리 공간 안에 놓인다는 것이다. 이것은 문제점이 아니다. 도 2로부터 명백하지만, 처리 공간(202) 안으로 관통하는 교환 유체의 영향은 처리 터널(200)의 제 1미터로 반드시 제한된다. 이 측면에서, 처리 공간(202) 내의 증착 처리와의 간섭을 피하기 위해, 교환 구획(100)에 인접한 처리 터널(200)의 제 1 구획은 비-증착 구획일 수 있으며, 예를 들어 삽입된 기판(10)을 예열하거나, 처리가 완료된 기판(10)을 냉각하는 것을 목적으로 한다.
기판들이 처리 공간(202) '안으로 끌어 당겨지는' 구성이 그것들의 삽입을 크게 수월하게 한다는 것은 이해될 수 있다. 그것은 안으로 기판들(10)을 기계적으로 밀고 나가는 것에 대한 요구를 극복할 뿐만 아니라, 또한 그것들이 처리 터널(200)을 횡단할 적어도 초기 속도로 기판들을 가속하는 데 도울 것이다. 게다가 기판들(10)은 처리 터널(200)의 단부/출구에 제공된 교환 구획(100)을 이용하여 느려질 수 있다. 그러한 출구에서, 통로(104)를 가로질러 차압은 일반적으로 높은 속도에서 처리 공간(202) 밖으로 기판(10)을 밀고 나갈 수 있다. 이것은 압력 차의 영향을 이롭게 완화시키거나 상쇄시키는 기판(10) 상에 반대로 저항을 제공하는 것에 의해 방지될 수 있다. 압력 차가 처리 공간(202)으로부터 기판(10)을 '내보내는 것(launching)'을 방지하는, 50slm 및 100slm 같은 145slm 아래의 유량들은 기판(10)의 교환 동안 바람직하게 피해질 수 있다. 입구에서 기판(10)의 '속도 증가' 및 처리 터널(200)의 출구에서 '속도 감소'는 "교환 유체의 흐름의 방향 안으로 속도의 변화(acceleration)"로 설명될 수 있다. 따라서, '속도의 변화'은 뉴턴의 제2 법칙에 따라, 물체 상에 합력의 영향으로서, 물리적으로 설명되는 것이다.
완전함을 위해, 분당 1 표준 리터(1 standard liter per minute)는 0℃의 온도 및 60초당 1.01325bar/1atmosphere/1.01325·105Pa에서, 유체의 1dm3의 흐름을 나타내진다.
이제 처리 터널(200)의 작동에 대해 설명한다. 사용 시, 상부 벽(210) 및 하부 벽(220) 내에 가스 주입 채널들(212, 222)은 처리 터널 공간(202) 안으로 가스를 주입한다. 각각의 가스 주입 채널(212, 222)은 가스 공급원에 그것이 연결되는 것에 의해 제공되는 가스를 주입할 수 있다. 장치(1)는 대기압 및 비-대기압에서 모두 작동 가능하므로, 가스 주입은 적합한 압력에서 일어날 수 있다. 그러나 진공 펌프들이 과잉 되게 하기 위해, 및 처리 공간(202) 안으로 외부 대기 유체들의 우발적인 누출을 방지하기 위해, 처리 공간은 대기압보다 약간 위에 바람직하게 유지될 수 있다. 따라서, 가스 주입은 예를 들어 1-2mbar(즉, 100-200㎩)에 속하는 과도한 압력에서, 대기압보다 조금 위에서 일어날 수 있다. 예를 들어 대기압 같이, 더 낮은 압력이 측벽들 내에 제공되는 가스 배출 도관들 안에 유지된다면, 터널 공간(202) 안으로 주입되는 가스는 처리 터널의 길이방향에 대해 횡단하는 옆길(sideway)들을 자연스럽게 흐를 것이다.
기판(10)이 상부 및 하부 벽들(210, 220) 사이에 존재하는 경우, 상부 가스 베어링을 제공하도록, 상부 벽(210) 내에 가스 주입 채널들(212)에 의해 터널 공간(202) 안으로 주입되는 가스(들)는 기판의 상부 표면(10a) 및 상부 벽 사이에 옆길들을 흐를 수 있다. 게다가, 하부 벽(220) 내에 가스 주입 채널들(222)에 의해 터널 공간(202) 안으로 주입되는 가스(들)는, 하부 가스 베어링을 효율적으로 제공하도록, 기판(10)의 하부 표면(10b) 및 하부 벽 사이에 옆길들을 흐를 것이다. 하부 및 상부 가스 베어링들은 함께 둘러싸서 기판(10)을 부유하게 지지할 수 있다.
기판(10) 위에 필름을 증착하기 위해, 기판은 처리 터널 공간(202)을 통해 이동될 수 있다. 기판(10)의 이동은 접촉 및 비접촉 방법들에 의해, 적절한 방법으로 영향을 미칠 수 있다. 이동되는 기판들을 위해 착용하기에 적합한 기계적인 부품들은 대체로 장치의 설계를 복잡하게 하고 유지를 위한 요구를 증가시킬 수 있으므로, 비접촉 방법들이 특히 선호된다. 주입된 가스 증기들이 수송 방향으로 접선 성분을 구비하도록, 기판(10)을 추진시키는 비접촉식 방법들은 수송 방향에 대한 각도로 위치되는 가스 주입 채널들(212, 220)을 통해 영향을 받는 가스 증기들에 의한 추진력을 포함할 수 있다; 전기력들 및/또는 자기력들에 의한 추진력; (수평에 대해 전체의 처리 터널(200)을 기울이는 것에 의해 영향을 받을 수 있는) 중력 및 다른 적합한 방법들에 의한 추진력.
기판(10)을 이동시키는 방법이 무엇이 선택되든, 영향을 받는 적합한 기판 수송 속도를 확실하게 하기 위한 주의는 행해져야 한다. 도 1의 ALD-장치에서, 기판(10)의 수송 속도는 바람직하게, 특정한 전구체 가스 구역을 지날 때, 기판 표면의 패치(patch)는 그것이 완전히 침투되는 것을 확실하게 하도록 충분히 길게 전구체에 노출되도록 한다. 더 긴 전구체 구역은 일반적으로 더 높은 수송 속도를 허용하며, 반대의 경우도 마찬가지다. 그러나 침투 시간은 사용되는 전구체의 본질 및 개별적인 구역 내에 전구체의 농도에 의존될 수 있다는 것을 유의하라.
기판(10)이 도 1의 처리 터널 공간(202)을 통해 이동하므로, 그것의 상부 표면(10a)은 각각의 연속적으로 배치되고 횡단하는 가스 구역들 안에 존재하는 가스들을 스트립식으로(strip-wise) 종속시킨다. 구역들 및 개별적인 가스들의 배치들이 적절하게 선택된다면, 하나의 터널 부분(204)의 횡단은 하나의 원자층 증착 사이클에 대해 기판(10)을 종속시키는 것과 동등할 수 있다. 터널(200)은 원하는 대로 많은 부분들(204)을 포함할 수 있으므로, 임의의 두께의 필름은 터널을 횡단하는 동안 기판(10) 상에서 성장될 수 있다. 처리 터널(200)의 선형성은 처리될 기판들(140)의 연속적인 흐름을 더 가능하게 하므로, 상당한 처리량을 가지는 원자층 증착 장치(1)를 산출하게 된다.
본 발명의 설명적인 실시예들이 위에 기술됨에도, 본 발명은 이러한 실시예들에 제한되지 않는다는 것은 이해된다. 나타내진 실시예들에 대한 변형들은 도면들, 공개, 및 첨부된 청구항들로부터, 주장된 발명을 실시하여 당업자들에 의해 달성되고 이해될 수 있다. "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 이러한 상세 설명 내내 언급은 실시예와 관련되어 설명된 특별한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 안에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 상세 설명 내내 다양한 위치에서 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"라는 구의 출현들은 같은 실시예에 대해 필수적으로 모두 언급하는 것은 아니다. 게다가, 하나 이상의 실시예들의 특별한 특징들, 구조들, 또는 특성들이, 명시적으로 설명된 실시예들이 아닌, 새롭게 형성하도록 적합한 방식으로 결합될 수 있다는 것을 언급한다.
1: 기판 처리 장치
2: 외부
10: 기판
10a,b: 기판의 상부(a) 및 하부(b) 주요 표면
100: 교환 구획
102: 교환 구획의 몸체
104: 통로
106: 교환 유체 방출 채널
108: 정체 영역
110: 상부 통로 벽
112: 상부 통로 벽 내 교환 유체 주입 채널
114: 교환 유체 흐름 제공 수단
120: 하부 통로 벽
122: 하부 통로 벽 내 교환 유체 주입 채널
124: 교환 유체 흐름 제공 수단
200: 처리 터널
202: 처리 터널 공간
204: 처리 터널 부분
210: 상부 터널 벽
212: 상부 터널 벽 내 가스 주입 채널들
220: 하부 터널 벽
222: 하부 터널 벽 내 가스 주입 채널들
P: 통로 방향

Claims (15)

  1. 처리 터널(200), 상기 처리 터널(200)은 서로 평행한 상부 터널 벽(210), 하부 터널 벽(220) 및 두 개의 측면 터널 벽들을 포함하고, 상기 상부 터널 벽(210) 및 상기 하부 터널 벽(220)에 평행한 적어도 하나의 평면 기판(10)을 수용하도록 구성되고 터널 방향으로 연장되는 처리 공간(202)을 함께 구획함;
    압력 조절 수단, 기판 처리 장치의 외부(2) 내 외부 대기의 외부 압력과 다른 처리 공간 압력에서 상기 처리 공간 내 처리 공간 대기를 유지하도록 구성됨;
    통로 방향으로 연장하는 통로(104)의 적어도 일 부분을 정의하는 몸체(102)를 포함하고 상기 처리 터널에 연결되는 교환 구획(100), 상기 통로를 거쳐 상기 기판 처리 장치의 외부(2)가 상기 처리 공간(202)과 개방 소통하고, 상기 통로를 통해 기판들(10)이 상기 통로 방향을 따라 상기 외부 및 상기 처리 공간 사이에서 교환 가능함; 및
    상기 통로의 적어도 일부를 통해 연장하는 교환 유체의 흐름에 영향을 미치도록, 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점에서 상기 통로(104) 안으로 교환 유체를 주입하도록 구성되는 교환 유체 주입 수단(114, 124; 112, 122);
    을 포함하고,
    상기 흐름은 상기 통로 방향에 평행하고, 상기 외부 압력이 상기 처리 공간 압력보다 큰 경우에는 상기 외부를 향하거나, 상기 외부 압력이 상기 처리 공간 압력보다 작은 경우에는 상기 처리 공간을 향하며,
    상기 통로로부터 상기 교환 유체를 방출하기 위한 적어도 하나의 교환 유체 방출 채널을 더 포함하고, 상기 방출 채널은 교환 유체의 흐름의 방향에서 보았을 때 상기 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점의 하류에 위치되고, 상기 적어도 하나의 교환 유체 방출 채널은 상기 교환 구획(100)과 상기 처리 터널(200) 사이에 위치되고 수직으로 연장하는 간격을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점으로부터 상기 교환 유체의 선택적인 주입과 연관된 상기 통로 내부의 압력 프로파일은 처리 공간 및 외부 사이의 압력 차이를 일부 또는 전부 보정하며,
    상기 통로(104)는 적어도 상부 통로 벽(110) 및 하부 통로 벽(120)에 의해 구획되고, 상기 상부 및 하부 통로 벽에는 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널(112, 122)이 제공되고, 상기 상부 통로 벽(110) 내에 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널(112)은 상부 교환 유체 베어링을 제공하도록 구성되고, 상기 하부 통로 벽(120) 내에 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널(122)은 하부 교환 유체 베어링을 제공하도록 구성되며, 상기 교환 유체 베어링들은 상기 교환 유체 베어링들 사이에서 기판(10)을 부유하게(floatingly) 지지하고 수용하도록 구성되고,
    상기 외부 압력 및 상기 처리 공간 압력 사이의 차이에 의해 상기 통로를 가로질러 반대로 향하는 압력 차에도 불구하고, 작동 동안 상기 통로를 통해 연장하는 기판(10)이 교환 유체의 흐름의 방향 안으로 가속되는 유량에서 상기 교환 유체 주입 수단(114, 124; 112, 122)은 상기 통로(104) 안으로 교환 유체를 주입하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통로(104)는, 적어도 하나의 주입 지점의 하류에 위치된, 정체 영역(108)을 포함하고, 상기 정체 영역은 교환 유체 방출 채널(106)에 연결되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교환 유체 방출 채널(106)은 교환 유체 주입 수단(114, 124; 112, 122)에 연결되어, 작동 동안 정체 영역(108)으로부터 방출된 교환 유체가 상기 통로(104) 안으로 주입을 위해 상기 교환 유체 주입 수단에 공급되는 기판 처리 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 통로를 통한 교환 유체의 상기 흐름이 상기 정체 영역(108) 안에서 정체되는 유량에서, 상기 교환 유체 주입 수단(114, 124; 112, 122)은 상기 통로(104) 안으로 상기 교환 유체를 주입하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교환 유체 주입 수단(114, 124; 112, 122)은 상기 외부 압력 및 상기 처리 공간 압력 중 작은 것과 실질적으로 동일한 정압에서 상기 교환 유체를 주입하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교환 유체 주입 수단(114, 124; 112, 122)은 상기 외부 압력 및 상기 처리 공간 압력 사이의 절대차와 실질적으로 동일한 동압(dynamic pressure)에서 상기 교환 유체를 주입하도록 구성되는 기판 처리 장치
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로(104)는 통로 방향(P) 내에서 연장하고, 상기 교환 유체 주입 수단(114, 124; 112, 122)은 상기 통로 방향에 대해 실질적으로 평행한 층류의 교환 유체 흐름에 영향을 미치도록 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 조절 수단은 외부 압력보다 큰 처리 공간 압력을 유지하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 터널 벽에 제공되는 제 1 다수의 가스 주입 채널들(212), 및 상기 하부 터널 벽에 제공되는 제 2 다수의 가스 주입 채널들(222), 상기 상부 터널 벽 내에 상기 가스 주입 채널들은 상부 가스 베어링을 제공하도록 구성되고, 상기 하부 터널 벽 내에 상기 가스 주입 채널들은 하부 가스 베어링을 제공하도록 구성되며, 상기 가스 베어링은 상기 가스 베어링들 사이에서 상기 기판(10)을 부유하게 지지하고 수용하도록 구성됨;
    을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제1항의 기판 처리 장치를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    제1항의 기판 처리 장치를 제공하고 외부 압력이 널리 퍼져 있는 외부 대기 내에 기판 처리 장치를 놓는 단계;
    상기 기판 처리 장치의 처리 공간 내에 상기 외부 압력과 다른 처리 공간 압력을 제공하는 단계;
    상기 통로의 적어도 일부를 통해 연장하는 교환 유체의 흐름에 영향을 미치도록, 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점에서 상기 교환 구획의 상기 통로 안으로 교환 유체를 주입하는 단계, 통로 방향으로 연장하는 상기 흐름은 상기 외부 압력이 상기 처리 공간 압력보다 큰 경우에는 상기 외부 대기를 향하거나, 상기 외부 압력이 상기 처리 공간 압력보다 작은 경우에는 상기 처리 공간 대기를 향함; 및
    상기 교환 유체의 흐름의 방향에서 보았을 때 상기 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점의 하류에 위치되고 상기 교환 구획(100)과 상기 처리 터널(200) 사이에 위치되고 수직으로 연장하는 간격을 포함하는 상기 적어도 하나의 교환 유체 방출 채널을 통해 상기 통로로부터 상기 교환 유체를 방출하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 교환 유체 주입 지점으로부터 상기 교환 유체의 주입과 연관된 상기 통로 내부의 압력 프로파일은 처리 공간 및 외부 사이의 압력 차이를 일부 또는 전부 보정하며,
    상기 교환 유체 주입 채널은 상부 교환 유체 베어링를 형성하기 위하여 상부 통로 벽(110)에 제공되는 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널(112)을 통하여 주입되고, 상기 교환 유체 주입 채널은 하부 교환 유체 베어링를 형성하기 위하여 하부 통로 벽(120)에서 적어도 하나의 교환 유체 주입 채널(122)을 통하여 주입되며, 상기 교환 유체 베어링들은 상기 교환 유체 베어링들 사이에서 기판(10)을 부유하게(floatingly) 지지하고 수용하도록 구성되고,
    상기 외부 압력 및 상기 처리 공간 압력 사이의 차이에 의해 상기 통로를 가로질러 반대로 향하는 압력 차에도 불구하고, 상기 통로를 통해 연장하는 기판(10)이 상기 교환 유체의 흐름의 방향 안으로 가속되는 유량에서 상기 교환 유체는 상기 통로(104) 안으로 주입되는, 기판 처리 장치를 작동하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 교환 유체는 상기 외부 압력 및 상기 처리 공간 압력 중 작은 것과 실질적으로 동일한 정압에서 상기 통로 안으로 주입되는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 교환 유체는 상기 외부 압력 및 상기 처리 공간 압력 사이의 절대차와 실질적으로 동일한 동압에서 주입되는 방법.
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