KR20010023463A - 원자층 증착용 수직 적층 프로세스 반응기 및 클러스터 툴시스템 - Google Patents

원자층 증착용 수직 적층 프로세스 반응기 및 클러스터 툴시스템 Download PDF

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Abstract

저-프로파일, 컴팩트 원자층 증착 반응기(LP-CAR)(33)는 저-프로파일 동체와 밸브 내장 로드/언로드 포트(53)를 가진다. 상기 저-프로파일 동체는 기판 처리 영역과 함께, 단일 기판(45)이나 기판(72)의 평면 어레이로 작용한다. 또한, 상기 로드/언로드 포트(53)는 LP-CAR까지/로부터 기판을 로딩하고 언로딩한다. 동체는 유입구(55)와 배출구를 가지며, 상기 유입구(55)는 제 1 단부에서 기체나 증기를 주사하고, 상기 배출구는 제 2 단부에서 기체와 증기를 진공화시킨다. LP-CAR은 수평 치수(L,W) 이하의 외부 높이(h)를 가지고, 보다 선호적으로는 수평 치수의 2/3 이하의 외부 높이를 가져서, 고유한 시스템 구조를 용이하게 한다. 내부 프로세싱 영역은 수평 한계의 1/4 이하의 수직 한계를 가짐으로서 구별되어, 고속 기체 스위칭을 촉진시킨다. 이러한 다중 컴팩트 반응기가 수직으로 적층될 수 있다.

Description

원자층 증착용 수직 적층 프로세스 반응기 및 클러스터 툴 시스템{VERTICALLY-STACKED PROCESS REACTOR AND CLUSTER TOOL SYSTEM FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION}
더 얇은 증착층을 위한 박막 기술의 분야에서, 더 큰 영역 기판, 더 양호한 성능, 그리고 더 큰 시간당 생산량에 대한 더 큰 균일성이, 여러 종류의 반도체 소자 제작에서 기판을 코팅하기 위한 장비 제작에 의해 발전되는 기술에서 나타나는 구동력이 되어왔다. 예를 들어, 마이크로프로세서 제작에서 얻을 수 있는 프로세스 제어 및 균일한 필름 증착은 획득가능한 클럭 주파수에 직접 영향을 미친다. 새로운 물질과 조합한 이 동일 인자는 단일 칩이나 소자에서 이용가능한 메모리에 대해 더 높은 패킹 밀도를 또한 요구한다. 이러한 소자들은 점점 작아지고, 더 큰 균일성과 층 두께에 대한 프로세스 제어를 향한 요구가 증대된다.
당 분야에 잘 알려진 다양한 기술은 집적 회로(IC)의 제작 단계에서 박막을 기판에 가하기 위해 존재한다. 박막 공정 중 가장 잘 구축된 기술 중에서, 화학적 증기 증착(CVD)과, 고속 열화학 증기 증착(RTCVD)로 알려진 변화가 상용화된 공정이다. CVD의 변형인 원자층 증착(ALD)은 균일성, 양호한 단계 포장, 그리고 기판 크기에 대한 투명성을 얻기 위해 우수한 방법으로 나타나는 상대적으로 새로운 기술이다. 그러나, ALD는 CVD와 RTCVD에 비해(약 1000 옹스트롬/분) 일반적으로 더 낮은 증착속도(약 100 옹스트롬/분)를 보여준다.
기판 표면 상에 균일한 두께의 층을 형성하기 위하여, 특정한 그리고 균일한 기판 온도와 프리커서(화학종)를 공정 챔버 내의 균일한 상태로 이끄는, 플럭스에 따라 변하는 장치이다. 이는 기판 크기가 증가함에 따라 더욱 중요해져서, 적절한 균일성을 유지하기 위한 기체 흐름 기술과 챔버 설계에 더욱 좀 더 복잡함을 요구한다. 예를 들어, 반응기 챔버 내에서 처리되는 75 mm 기판은 기체 흐름, 균일한 열, 그리고 프리커서 분포에 대해 상대적으로 적은 공정 제어를 필요로 한다. 이와는 달리, 200 mm 기판은 동일 시스템은 동일 시스템에 대해 더 큰 공정 제어를 필요로 한다. 이때 기판 크기는 지름 300 mm이고, 400 mm 직경은 수평이다.
반응제와 반응 산물이 증착 표면과 밀접한 연관성을 가지는 CVD 코팅의 또다른 문제점은 각 증착층의 다른 오염물과 반응 산물을 포함할 가능성이다. 또한, 반응 이용 효율은 CVD에서 낮고, 챔버압을 감소시킴으로서 역영향을 받는다. 또한, 높은 반응성의 프리커서 분자는 필름 품질에 해로운 불요한 입자를 생성할 수 있는 균일한 기체 상태 반응에 공헌한다.
RTCVD 장비의 제작자와 RTCVD 공정을 사용하는 회사는 제한된 반응 공정(LRP)의 기법을 이용함으로서 이 문제들을 해결하려고 시도하였다. 상기 LRP 공정에서, 단일 기판이 반응 챔버 내에 위치하여, 적절한 방사소스의 도움으로 급속히 가열되어 박막을 증착한다. 급속 가열은 반응성 스위치로 작용하고, 다른 어떤 공정에서 가능한 것보다 필름 두께에 관한 훨씬 더 높은 정도의 제어도를 제공한다. RTCVD는 CVD의 장점은 물론, 더 짧은 공정 시간, 더 낮은 공정 비용, 그리고 개선된 공정 제어의 장점을 제공한다. 본 특허 출원의 시점에서, RTCVD는 매우 얇고 균일한 필름 증착을 위한 새로운 기술을 약속한다. RTCVD는 수많은 장비 제작자에 의해 연구개발 단계로부터 상용화 단계로 돌입하고 있다. RTCVD가 일반 CVD에 대해 명백한 일부 장점을 가지지만, 공정에 사용되는 온도와 같이, 이 기술의 내재적 문제점을 가지고 있다. 더 큰 표면은 좀더 확실하게 제어되는 온도를 필요로 하고, 그렇지 않을 경우, 기판에 와피지나 디스로케이션을 일으킬 수 있다. 또한, 오염으로부터 자유롭고 급격한 온도 변화와 함께 높은 진공에 견딜 수 있는 적절한 챔버를 제공하는 도전이 더 넓은 표면 면적과 함께 중요해질 것이다.
박막 기술의 또다른 중요한 영역은 많은 소자에 내재된 복합 형태 위에서 고도의 균일성과 두께 제어를 제공할 수 있는 시스템의 능력이다. 이 현상은 "단계적 포장(step coverage)"이라고 일컬어진다. CVD의 경우, 단계적 포장은 물리적 증기 증착(PVD) 과정에서 보다 선이 더 양호하지만, 증착의 초기 단계에서는 다양한 반응성 분자의 동시 흡수가 분리된 핵생성을 이끌어, 선호되지 않는다. 핵생성 영역(아일랜드)은 연속적 박막을 형성하기 위해 측면 및 수직으로 성장하다가 결국 합체된다. 증착의 초기 단계에서, 이러한 박막은 불연속성을 가진다. 분자의 평균 자유 행정, 임계 형태 크기, 그리고 프리커서 반응성과 같은 다른 인자들은 공정을 더욱 복잡하게 하여, CVD를 통해 증착되는 박막의 복합 형태 위에서 고도의 균일성으로 적절한 단계적 포장을 얻는 것이 어려워진다. RTCVD는 단계적 포장에서 기존 CVD보다 재료 측면에서 양호함을 보여주지 못하고 있다.
CVD나 RTCVD보다 느린 공정인 ALD는 복합 형태 위에서 고도로 균일한 박막층을 유지할 수 있는 상당한 능력을 보여준다. 이는 ALD가 CVD와 RTCVD에 대해 앞서 기술한 바와 같이, 플럭스에 의존하지 않음에 부분적인 이유가 있다. ALD의 플럭스 독립 경향은 기존 CVD와 RTCVD에서보다 저온에서의 처리를 허용한다.
ALD 공정은 기판의 증착 표면에서 화학 흡수에 의해 진행된다. ALD의 기술은 전기발광 디스플레이 소자에 대한 유전체 산화물과 ZnS의 다결정 및 아모르포스 박막을 성장시키는, 1980년대 초반에 개발된 원자층 에피택시의 기법을 기반으로 한다. ALD의 기술은 화학 흡수에 의해 반응성 프리커서 분자의 포화 단층 형성 원리를 바탕으로 한다. ALD에서, 적절한 반응성 프리커서가 증착 챔버에 선택적으로 펄스된다. 반응성 프리커서의 각각의 주사는 비활성 기체 퍼지에 의해 분리된다. 각각의 프리커서 주사는 이전 증착층에 새 원자층을 제공하여, 균일한 층의 고상막을 형성한다. 이 기법은 원하는 막두께 형성을 위해 반복된다.
원자층 에피택시 분야의 좋은 참고 자료는, ALD를 포함하는 개념에 대한 논의를 제공하면서, 엘저비어 사이언스 B. V.에 의한 1994년의 D.T.J. Hurl에 의해 편집된 결정 성장의 핸드북 제 3 권 14장으로서, 투모 선톨라가 쓴 내용이다. 제 14장의 명칭은 "원자층 에피택시"이다. 이 참고 내용은 배경 정보로 참조 인용된다.
ALD의 일반 기법을 설명하기 위하여, 도 1a와 1b를 도시한다. 도 1a는 물질 A와 B의 막을 형성하기 위한 ALD 공정의 초기 단계에서 기판의 단면을 나타낸다. 본 예에서 이 물질들은 원소 물질로 간주된다. 도 1a는 집적 회로의 제작 단계의 기판을 도시한다. 원소 A의 고상층은 초기 기판 표면 위에 형성된다. A층 위에 B 원소의 층이 가해지고, 도시되는 공정 단계에서, 리간드 Y의 최상층이 나타난다. 제 1 프리커서 기체 Ax와 제 2 프리커서 기체 By를 표면 영역 내로 선택적으로 펄싱함으로서, 이 층들이 기판 표면에 제공된다. 프리커서 펄스 사이에서, 프로세스 영역이 고갈되고, 퍼지 가스의 펄스가 주사된다.
도 1b는 본 예에서 뮤 고체 물질을 제공하기 위해 사용되는 선택적인 펄스 공정의 완전한 사이클을 도시한다. 한 사이클에서, 기체 Ax의 제 1 펄스 다음에는 기체 입력이 없는 전이 시간이 뒤따른다. 그 다음에는 퍼지 기체의 중간 펄스가 존재하고, 그 후 전이 시간이 뒤따른다. 기체 By가 이때 펄스되고, 전이 시간이 뒤따르며, 다시 퍼지 펄스가 가해진다. 한 사이클은 한 개의 Ax 펄스와 한 개의 By 펄스를 포함하고, 각각의 프리커서 펄스는 퍼지 기체 펄스에 의해 분리된다.
앞서 간단히 기술한 바와 같이, ALD는 화학적 흡수에 의해 진행된다. 초기 기판은 프로세스 영역에 활성 리간드의 표면을 제시한다. 제 1 기체 펄스, 이경우엔 Ax가 리간드 x의 표면과 A의 층을 이끈다. 퍼지 이후에, B가 반응 영역으로 펄스된다. y 리간드는 x 리간드와 반응하여, xy를 이끌어내고, 도 1a에 도시되는 바와 같이, y의 표면을 남긴다. 프로세스는 사이클을 반복하고, 각 사이클은 본 예에서 약 1분이 소요된다.
ALD에 의해 제공되는 막형성의 고유한 메카니즘은 이전부터 논의된 기술에 여러 장점을 제공한다. 한 개의 장점은 반응기 설계와 작동의 간단성 및 기판 크기의 투명성을 높이는 ALD의 플럭스-독립 특성에 있다. 예를 들어, 앞서 기술된 자체 제한 화학적 흡수 현상으로 인해 동일 반응기 챔버에서 처리되는 100 mm 기판에 증착되는 층과 동일한 두께의 균일한 층을 200 mm 기판이 받아들일 것이다. 또한, 포화 단층이 형성되면, 증착 영역은 도달된 프리커서 양에 독립적이다. 이는 간단한 반응기 설계를 가능하게 한다. 또한, 기체의 동역학이 ALD 프로세스에서 상대적으로 미미한 역할을 하기 때문에, 설계 제한을 완화시킨다. ALD 프로세스의 또다른 장점은 서로를 향해 높은 반응성의 프리커서들을 피할 수 있다는 점이다. 왜냐하면, 화학종이 ALD 반응기 내로, 함께 주사되는 것이 아니라 독립적으로 주사되기 때문이다. CVD의 경우에 문제를 일으키는 높은 반응성이 ALD에 장점으로 작용한다. 높은 반응성은 낮은 반응 온도를 가능하게 하고, 프로세스의 화학적 발전을 단순화시킨다. 또하나의 장점은 복합 형태 위의 거의 완전한 단계적 포장에, 화학적 흡수에 의한 표면 반응이 영향을 미친다는 점이다.
막 증착에 앞서의 여러 장점을 ALD가 보여주고 있음에도, ALD는 아직 상용화되지 못하고 있다. 그 이유는 시스템 태양과 구조에 있다. 예를 들어, ALD 시스템의 많은 초기 발전은 배치 프로세서 접근법을 취하고 있다. 이는 CVD와 RTCVD와 같은 공정에 견주어 볼 때, 상대적으로 낮은 증착 속도를 가지는 것이 주원인이다. 배치 반응 챔버에서 동시에(병렬로) 여러 기판을 처리함으로서, 시간당 처리량이 증가될 수 있다.
불행하게도, 배치 프로세싱은 몇가지 내재적 단점을 가지고, 배치 프로세싱에 의한 ALD의 시간당 처리량 어드레싱은 한 세트의 문제점을 또 제공한다. 예를 들어, 배치 프로세서 시스템에서, 기판으로부터 기판까지, 그리고 배치간의 배치 반응기의 기판 상호 오염은 큰 문제점을 가진다. 모든 이러한 인자들은 전체 시스템 관리, 수율, 신뢰성, 그리고 전체 시간당 처리량 및 생산성에 크게 영향을 미친다. 이 특허 출원의 시점에서, 어떠한 해법도 ALD 기술과 연관된 이러한 문제점들을 개정하지 못하였다.
명백하게 요구되는 사항은 고유적이면서 혁신적인 고생산성 ALD 시스템 구조 및 기체 운반 시스템을 제공하는 것이며, 이 장치들은 여전히 매력적인 처리량 및 수율을 제공하면서도 저-프로파일 컴팩트 반응기를 이용하여 다중 기판을 처리한다. 이와 동시에, 고가의 클린 룸과, 이와 관련된 생산 플로어 공간을 사용한다. 본 발명은 ALD 기술의 현재 한계점을 효과적으로 극복하여 상용화시키는 시스템 접근법을 제시한다.
본 발명은 반도체 소자의 제작에서 기판을 코팅하는 박막 기술 분야에 관한 것이고, 원자층 증착(ALD)에 관한 특정 장치에 관한 것이다.
도 1a는 일반적인 원자층 증착 프로세스의 도면.
도 1b는 ALD 기체 펄싱을 위한 전형적인 타이밍 다이어그램.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 저프로파일 컴팩트 반응기의 도면.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따르는 플랩형 게이트 밸브 및 플랜지를 도시하는 도 1의 컴팩트 반응기 유닛의 도면.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따르는 도 1에 도시되는 바와 같은 두 컴팩트 반응기 유닛의 우측면도.
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따르는 로드-락으로 일체화된 VESCAR 27의 정면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 ALD 수직 적층 시스템 구조의 정면도.
도 6은 단일 LP-CAR 유닛에서 여러 기판을 처리하기 위해 사용되는 본 발명의 실시예에 따르는 LP-CAR의 평면도.
도 7은 본 발명의 선택적인 실시예에 따르는 시스템 19의 평면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 도 1의 적층 컴팩트 반응기의 후면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 기체 리사이클링 및 프리커서 트래핑 시스템의 다이어그램.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 저-프로파일, 컴팩트, 원자층 증착 반응기(LP-CAR)가 제공된다. 상기 반응기는 일정 길이, 폭, 높이의 동체, 동체 내의 기판 처리 영역, 로드/언로드 포트, 수축가능한 지지 받침대, 원격 작동 진공 밸브, 유입구, 그리고 배출구로 구성된다. 상기 동체의 높이는 폭이나 길이와 같거나 짧아야 하고, 상기 길이 및 높이는 서로 반대편의 제 1, 2 측부를 형성하고, 상기 폭 및 높이는 서로 반대편의 제 1, 2 단부를 형성한다. 상기 기판 처리 영역은 프로세싱 과정 동안 기판을 덮도록 배치된다. 또한, 상기 로드/언로드 포트는 제 1 측부에 배치되어, 기판 처리 영역에 개방되고 기판 처리 영역으로 기판을 통과시키도록 적응된다. 상기 지지 받침대는 높이 방향으로 기판 처리 영역 내로 연장가능하여, 처리 과정 동안 기판을 지지한다. 상기 진공 밸브는 제 1 측부에 연결되어, 폐쇄 위치에서 진공 밀폐를 실행하는 로드/언로드 개구부를 개방하고 폐쇄한다. 상기 유입구는 제 1 단부에서 기체나 증기를 주사하고, 상기 배출구는 제 2 단부에서 기체나 증기를 배출시킨다.
선호되는 실시예에서, LP-CAR의 동체 높이는 길이나 폭 중 긴 것의 2/3 이하이다. 동체의 일부를 통해 냉각제를 통과시키기 위한 냉각 라인과, 지지 받침대 상에 지지되는 기판을 가열하기 위한 히터가 또한 제공된다. 기체 유입구는 한 개 이상의 밸브 차지 튜브를 가질 수 있고, 상기 튜브는 기판 처리 영역으로 기체나 증기 중 하나를 주사하는 역할을 한다. 이 차지 튜브는 원격 작동 차지 밸브에 의해 한 단부에서, 그리고 원격 작동 주사 밸브에 의해 다른 한 단부에서 폐쇄되는 용량으로 구성된다. 이때 주사 밸브를 가지는 단부는 기체 유입구에 연결되어, 압력하에 기체나 증기 소스에 폐쇄된 주사 밸브와 개방된 차지 밸브로, 차지 튜브가 특정양의 기체나 증기로 차지될 수 있고, 폐쇄된 차지 밸브와 개방된 주사 밸브로, 특정양의 기체나 증기가 기판 처리 영역으로 확장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 배출구에 연결되는 진공 배출 시스템이 존재한다. 또한, 두 개 이상의 차지 튜브가 존재가능하여, 불리 기체 및 증기 소스에 연결된다. 추가적으로 진공 밀폐 인터페이스가 존재가능하여, 진공 챔버의 벽을 통해 반응기의 제 1 측부에 위치할 수 있으며, 그래서 로드/언로드 포트가 진공 챔버 내에 있고, 컴팩트 반응기의 균형이 진공 챔버 외부에 있다.
선호되는 실시예에서, LP-CAR의 기판 처리 영역은 수직 한계와 수평 한계를 가진다. 이때 수직 한계는 수평 한계의 1/4 이하이다. 일부 유닛은 프로세스 사이클 당 단일 기판만을 처리하고, 수평 한계는 최대 기판 치수의 1.5배 이하이다. 다른 유닛은 프로세스 사이클 당 여러 기판을 처리할 수 있다. 또한 이 기판들은 수평 평면에서 공정 영역에 제시된다.
발명의 다른 하나의 태양에서, 저프로파일, 컴팩트, 원자층 증착 반응기(LP-CAR)가 제공된다. 이때, 상기 반응기는 일정 길이, 폭, 그리고 높이를 가지는 동체, 동체 내의 기판 처리 영역, 유입구, 그리고 배출구로 구성된다. 상기 길이 및 높이는 서로 반대편의 제 1 측부와 제 2 측부를 형성하고, 상기 폭 및 높이는 서로 반대편의 제 1 단부와 제 2 단부를 형성한다. 상기 기판 처리 영역은 프로세싱 동안 기판을 덮게 되고, 상기 유입구는 제 1 단부에서 기체나 증기를 주사하고, 상기 배출구는 제 2 단부에서 기체와 증기를 배출한다. 기체 유입구는 한 개 이상의 밸브 차지 튜브로 구성되어, 기판 처리 영역 내로 기체나 증기 중 하나를 주사하고, 각각의 차지 튜브는 한 단부에서 원격 작동 차지 밸브에 의해, 다른 단부에서 원격 작동 주사 밸브에 의해 폐쇄되는 부분으로 이루어진다. 상기 주사 밸브를 가지는 단부는 기체 유입구에 연결되어, 압력하에서 기체나 증기의 소스에 개방된 차지 밸브와 폐쇄된 주사 밸브로, 차지 튜브는 특정 양의 기체나 증기로 차징될 수 있다. 또한, 폐쇄된 차지 밸브와 개방된 주사 밸브로, 특정 량의 기체나 증기가 기판 처리 영역에 확장될 수 있다.
이 태양에서, 제 1 측부의 로드/언로드 포트, 수축가능한 지지 받침대, 그리고 원격 작동 진공 밸브가 제공될 수 있다. 상기 로드/언로드 포트는 기판 처리 영역에 개방되어, 기판 처리 영역의 내외로 기판을 통과시킨다. 상기 지지 받침대는 높이 방향으로 기판 처리 영역 내로 연장가능하여, 프로세싱 동안 기판을 지지한다. 또한, 상기 진공 밸브는 제 1 측부에 연결되어, 폐쇄 위치에서 진공 밀폐를 실행하는 로드/언로드 개구부를 개방하고 폐쇄한다.
몇몇 실시예에서, 한 개의 기판이 사이클 당 각각의 LP-CAR 유닛에서 처리될 수 있다. 그리고 다른 실시예에서, 여러 기판이 처리될 수 있다. 또한, 기체 및 증기 소스를 분리하기 위해 연결되는 두 개 이상의 차지 튜브가 존재할 수 있다.
발명의 또하나의 태양에서, 수직 적층 컴팩트 원자층 증착 반응기(VESCAR) 프로세싱이 제공된다. 이 반응기는 진공 조작 영역, 다수의 저프로파일 컴팩트 원자층 증착 반응기(LP-CAR), 그리고 진공 조작 영역의 Z-축 로봇으로 구성된다. 상기 진공 조작 영역은 밸브가 달린 로드/언로드 개구부를 가져서, 진공 조작 영역 내외로 처리된 기판을 이송시키고, 상기 반응기(LP-CAR)는 밸브가 달린 기판 포트에 의해 진공 조작 영역 내로 각각 접하게 되고, 다수의 LP-CAR은 진공 조작 영역의 위와 외부에 수직 적층 형식으로 배열되어, 컴팩트 반응기의 밸브 내장 기판 포트가 진공 조작 영역 내에 수직열의 포트를 제공한다. 상기 Z-축 로봇은 밸브 내장 로드/언로드 개구부를 통해 이송 장치에 의해 진공 조작 영역 내로 이송되는 기판을 수용한다. 그래서, 기판 포트 각각의 레벨에 수직으로 움직이고, 밸브 내장 기판 포트 각각을 통해 컴팩트 반응기의 각각으로부터 기판을 수용하고 기판을 연장 위치시키며, 그리고 진공 조작 영역의 로드/언로드 포트를 통해 이송될 이송 장치 상에 처리 기판을 위치시킨다.
몇몇 실시예에서, Z-축 로봇은 진공 조작 영역 내로, 그리고 컴팩트 반응기의 개별적인 기판 내외로, 기판에 대한 이송 순서를 따르도록 프로그래밍된다. 컴팩트 반응기의 개별적인 것들은 두 개 이상의 기체 주사기와 기체 배출기로 구성되어, 주사 기체가 개별 컴팩트 반응기 내에 위치하는 기판을 가로지른다. 개별 기체 주사기는 차지 튜브와 주사 밸브로 구성되고, 상기 차지 튜브는 한편에 원격 작동 차지 밸브와 다른 한편에 원격 작동 주사 밸브를 가지며, 상기 차지 밸브는 압력 제어 기체 공급원에 차지 튜브를 연결시킨다. 또한 상기 주사 밸브는 개별 컴팩트 반응기 내에 차지 튜브를 연결시킨다. 또한, 개별 컴팩트 반응기 내로 분리 기체 또는 증기를 주사하기 위한 두 개 이상의 밸브 내장 차지 튜브가 제공될 수 있다. 원격 작동 차지 밸브와 주사 밸브의 작동은 밸브 내장 기판 포트를 통해 컴팩트 반응기의 내외로 기판을 이송함과 연관하여, 개별 컴팩트 반응기 내로 분리 기체 또는 증기의 주사를 통합시키도록 프로그래밍가능하다.
생산 시스템에 배치될 수 있는 여러 방법의 VESCAR 유닛이 존재한다. 예를 들어, 유닛은 로드/언로드 개구부에 연결되는 카세트 로드/언로드 락과 조합될 수 있다. 상기 로드/언로드 락은 배출구 시스템 및 출구 도어로 작용할 수 있어서, 다중 비프로세싱 기판의 카세트가 로드/언로드 락 내에 위치될 수 있다. 로드/언로드 락은 진공화될 수 있고, 개별 기판은 개별 컴팩트 반응기 내로, 그리고 미리 프로그램된 순서의 카세트 내로 다시 이송될 수 있다. 또하나의 예에서, VESCAR 유닛은 로드/언로드 개구부에 한 개의 이송 위치만큼 연결되는 다중 위치 진공 중앙 로보틱 기판 조작기 및, 클러스터-툴 조작기에 연결되는 카세트 로드/언로드 락과 조합될 수 있다. 상기 로드/언로드 락은 배출구 시스템 및 출구 도어로 작용하여, 다중 비프로세스 기판의 카세트가 로드/언로드 락 내로 위치할 수 있고, 로드/언로드 락은 진공화될 수 있으며, 그리고 개별 기판은 클러스터-툴 조작기를 통해 개별 컴팩트 반응기 내외로, 그리고 미리 프로그램된 순서로 카세트 내로 다시 이송될 수 있다.
다중 VESCAR 유닛은 다른 프로세스 유닛, 예를 들어 CVD, RTCVD, 에칭, 리소그래피 유닛 등과 몇몇 시스템 실시예에서 통합될 수 있다.
발명의 실시예에 따르는 컴팩트 반응기 유닛의 고유한 형태와 태양은 다음과 같은 방식으로 박막 증착을 위한 반복적, 제어가능한 프로세싱 유닛을 제공한다. 즉, 여러 유닛이 단일 기판 프로세싱의 장점을 유지하면서 조합되어, 상대적으로 다수의 기판을 동시에 처리하는 장점을 또한 제공한다. 다른 태양에서, 시스템 구조는 비용 면에서 경쟁력있는 생산 공간을 보호하면서 앞서의 장점을 지키도록 제공된다.
원자층 증착 기술을 상용화시키기 위해서, 배치-타입 ALD 시스템, 미닝 시스템(코팅될 기판이 다른 평면에 배열되고, 상대적으로 다수의 기판이 단일 반응기에서 동시에 코팅됨)은 생산량의 측면에서 매우 매력적으로 보이지만, 이러한 종류의 대량 배치 시스템은 저 프로파일 시스템(아래의 여러 실시예에 나타나는 바와 같이, 단일 기체 제공 경로를 가짐)에 비교할 때 중요한 몇가지 단점을 가진다.
이 문제점들 중:
(a) 배치 시스템의 기체 펄싱은 컴팩트 단일 기판 시스템에서 행해지는 것처림 신속하거나 날카롭지 않으며,
(b) 다중 기판 시스템에서 후면 증착을 피하기 어려우며, 후면 증착을 피하기 위하여는, 개별 기판들이 정전척과 같은 장치를 포함하여 히터에 클램핑될 필요가 있다.
(c) 플라즈마 클리닝은 대형 배치 시스템에서 단일 기판 시스템에 비해 효과가 없는 것으로 판명되었고, 이러한 상황에서 플라즈마 클리닝은 관리 클리닝 사이에 매우 긴 시간을 실현하며,
(d) 기체 소모 효과는 배치 프로세스 반응기에 중요한 프로세스 제한이 될 수 있고, 배치 시스템에 이를 실현하기가 매우 어려우며,
(e) 프로세스 제어, 기판간 신뢰성, 프로세스 변화, 그리고 유지에 대해 단일 기판 시스템에서보다 배치 프로세서의 유동성이 부족하다.
배치 프로세서는 상대적으로 작은 족적 클러스터링 구조 배치에 쉽게 일치될 수 없다.
이러한 이유 및 다른 이유로 인해, 본 발명자는 저프로파일 컴팩트 ALD 반응기(LP-CAR)로 구성되는 ALD 프로세싱을 고유한 방식으로 접근할 수 있게 개발하였다. 이 방식은 내부 체적과 외부 높이를 감소시키고, 신속한 기체 스위칭 및, 향상된 프로세스 제어를 제시하고, 또한, 고유한 시스템 구조를 제공한다. 이 고유한 구조는 수직 적층 다중 유닛 시스템으로 구성되고 이 시스템은 직렬 집적을 위한 클러스터링 계획에 적합하다.
아래에 기술되는 실시예에서, 발명자는 고유한 저프로파일 컴팩트 반응기를 제시하고, 또한 ALD 반응기를 사용하기 위한 고유한 시스템 구조를 제시하여, 배치 타입 ALD 시스템의 제한 특성을 처리 및 해결한다.
본 발명의 실시예에 따르는 LP-CAR의 고유 설계에서, 반응기 내에서 코팅되도록 제시되는 표면 영역에 대해 상대적으로 반응기의 최소화 내부 체적에 의해 부분적으로 증진되는 신속한 기체 스위칭을 통해 높은 생산량을 얻을 수 있다. 단일 기판 반응기의 길이와 폭이 축적될 최대 기판 크기(기판 직경의 약 1.5배)에 의해 제시될 때, 반응기의 내부 높이는 내부 체적의 제어 크기이다. 본 발명의 실시예에서, 발명자는 코팅될 기판 표면에 단일하면서 방해받지 않는 기체 제공 경로를 가지는 장점을 인식하였다. 이는 코팅될 표면이 공통 평면에 제시되는 것을 일반적으로 요청한다.
경계층 조건과 적절한 기체 흐름이 반드시 이루어져야 하고, 선택적인 플라즈마 리드 설계를 가지면 더욱 좋다. ALD 프로세스는 프로세싱 동안 기판을 가열할 프로세스 볼륨의 기판 히터를 또한 요구한다. 그리고 추가적으로, 기체 운반 및 기체 배출 서브시스템을 요구한다. 주어진 모든 이러한 요청에 대해, 본 발명의 실시예에서는, 단일 기판 프로세싱에 적합한 저프로파일, 컴팩트 ALD 반응기(LP-CAR)를 제공한다. 아래에 기술되는 본 발명의 실시예에서, 저프로파일은 수평 치수에 대한 반응기의 높이로 정해진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 수평 치수에 대한 LP-CAR의 높이 비율은 특정 시스템 요구사항에 따라 변화할 수 있다. 그러나, 다음의 실시예에서, 수평 치수에 대한 높이 비는 1 이하이고, 0.2 정도로 낮을 수 있다. 여기서 기술되는 실시예에 대해 약 0.65의 비율이 일반적이라 볼 수 있다.
발명의 실시예에서 LP-CAR은 독립적으로 제어가능한 반응기이고, 프로세싱 순서의 유동성과 생산량 요청을 취급할 고유한 구조의 빌딩 블록으로 사용된다. 선호되는 시스템 실시예의 LP-CAR은 수직으로 적층되어, 정확한 프로세스 값의 효율적 사용을 증진시킨다. 수직 적층 구조는 수직 적층 컴팩트 ALD 반응기라는 의미의 VESCAR로 명명된다.
아래에서 상세히 설명되는 몇몇 실시예에서, VESCAR 시스템은 독립형 구조를 가지고, 이때 기판은 카세트 로드-락 서브시스템을 통해 VESCAR 유닛에 제공되고 상기 유닛으로부터 수용된다. 다른 실시예에서, 한 개 이상의 로드 락과 한 개 이상의 VESCAR 유닛은 클러스터 툴 조작 시스템에 접하여, CVD, PVD, 클리닝, 리소그래피, 등과 같은 ALD와는 다른 프로세싱 서브시스템을 구성한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 컴팩트 반응기 유닛(33)의 가장 일반적인 도면으로서, 상기 유닛(33)은 단일 평면에서 코팅되는 기판 표면과, 기판 표면에 단일 기체 흐름 통로를 가진다. 본 발명의 선호되는 실시예에 따르는 반응기 유닛 한 측부의 기판 I/O 개구부(53)에는 게이트 밸브가 내장된다.
로딩된 기판(45)에서 처리되는 기체 흐름은 기판(45) 표면에 평행한 수평 방향이고, 여기서 증착이 일어나, 한 측부로 기체가 유입되고, 다른 한 측부로 기체가 배출된다. 프리커서(화학종)는 도 1b에 관해 앞서 기술한 바와 같이, 반응기 유닛(33) 내로 선택적으로 펄싱되고, 이어 기체 퍼지가 따른다. 본 실시예에서, 도면의 화살표로 나타나는 바와 같이 기체 흐름은 우측에서 좌측방향이다. 다른 하나의 실시예에서, 기체 흐름은 좌측에서 우측 방향일 수도 있고, 한 개의 실시예에서, 개별 컴팩트 반응기는 반응기 동체 내에 구성된 유입구 및 배출구 분기관을 가진다.
캠팩트 반응기 유닛(33)으로는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 복합 그래파이트, 등과 같은 물질로 제작되고, 상기 물질들은 증착 챔버에 대해 당 분야에 공지된 특성으로 적절한 특성을 제공하고 진공 상태를 유지한다. 한 실시예에서, 반응기 유닛(33)은 진공 상태에서 강도 추가용의 구조적 립으로 보강될 수 있다. 본 실시예의 컴팩트 반응기 유닛(33)은 전체 높이 h를 가지고, 증착을 위해 한 개 이상의 단일 기판을 수용하기 위한 폭과 깊이를 가진다. 스케일링은 매우 작은 상태로부터 400 mm 직경까지 다른 크기의 기판에 대해 실행된다.
수평 치수에서 hi로 표시되는 기판 홀드 영역(49)의 실제 높이는 매우 중요한 패러미터이다. 왜냐하면, 기체 펄싱 및 프로세싱이 일어나는 반응기의 내부 체적을 이 높이가 결정하기 때문이다. 외부 높이는 반응기의 적층을 촉진시키기 위해 저프로파일을 제공하도록 제어되고, 이는 앞서 간단히 소개된 바 있으며, 그 시스템 구조는 아래에 상세히 기술될 것이다. 본 발명의 실시예에 따르는 LP-CAR 유닛 반응 영역의 내부 높이는 분리되게 제어되어, 코팅될 기판 표면 영역에 대해 상대적으로 최소한의 실용적 부피를 제공한다. 이는 기체 이용을 최대화시키고, 신속한 기체 스위칭을 향상시킨다. 좀더 일반적으로 말하자면, 본 발명자에 의해 제안되는 중요한 논제는, 커팅될 표면까지의 기체 이송 속도가 반드시 최대화되어야 하고, 표면 포화를 보장할만큼 충분한 양의 프리커서가 제공되면서도, 기체의 넘침은 없어야 한다. 이는 다음과 같은 반응기 내부 형태에 의해 최대로 달성될 수 있다. 즉, 이 형태는 반응기 내로 주사되는 진행 기체의 파형 전면의 균일한 단면을 증진시키고, 내부 체적을 최소화시키며, 코팅될 표면 위의 기체 경로에 충분한 틈새를 제공하여, 기판 표면으로의 기체 흐름이 방해받지 않는다.
300 mm 기판 직경에 대해 제공되는 LP-CAR에서, 본 발명의 실시예의 내부 높이는 약 1 인치인 것이 선호되지만, 한 실시예로부터 다른 실시예까지 일부 변화가 가능하다. 또한, 신속한 기체 스위칭과 효율적인 프리커서 이용을 보장하기 위해, 반응 영역의 수평 내부 치수에 대한 내부 높이의 비가 0.25 이하이다.
몇몇 실시예에서 수축가능한 기판 리프트 핀은 기판을 지지하기 위한 용도로 기판 홀드 영역(49)의 바닥 표면에 위치한다. 기판 홀드 영역(49)에 존재하는 기판 리프트 핀의 수는 일반적으로 세 개 이상이고, 수평으로 기판을 지지하는 방식으로 핀이 배열된다.
RTCVD와 같은 프로세스에서 반응기 챔버 내의 기판을 수평으로 지지하기 위해 기판 리프트 핀이 일반적으로 사용된다. 몇몇 실시예에서, 기판 리프트 핀은 기판 홀딩 트레이의 일부이다. 다른 실시예에서, 기판 리프트 핀은 반응기 챔버에 조성된다. 일반적으로, 기판 리프트 핀은 작은 열 싱크 영역을 제공할 용도로 기판 표면에 점으로 다가오고, 기판 코팅 예외를 피할 수 있다. 이 규칙은 RTCVD와 같은 더 많은 열을 사용하는 경우에 보다 중요하고, 기판이 두 표면에서 동시에 처리되는 경우에 더욱 중요하다. 몇몇 실시예에서, 적절한 열 용량을 가지는 평탄 정전척(ESC)이 프로세싱 고장동안 기판을 보호할 수 있고, 후면 증착을 막을 수 있다.
컴팩트 반응기 유닛(33)은 기판 프로세싱 동안 가열되고 냉각된다. 영역(51)은 히터 구획을 나타내고, 여기에 저항 이용 가열 코일과 같은 가열 장치가 내장된다. 영역(47)은 반응기 유닛(33)의 최상부 표면을 통해 구동되는 냉각 라인으로 구성된다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 프로세스 동안 컴팩트 반응기 유닛(33) 내부에 다른 온도를 유지시키도록 하는 것이, 여러 프로세스에서 사용되는 다른 화학종이나 프리커서에 필요할 수 있다는 것은 명백하다. 그러므로, 증착 분야에서 잘 알려진 여러 가지 가열 및 냉각 방법이 본 발명의 다양한 실시예에서 가능하다. 유사한 방식으로, 영역(51)은 시간의 다른 측정에서 가열 수준을 안내하기 위해 요구되는 것과 같은 한 종류 이상의 가열 요소를 내장할 수 있다. 예를 들자면, 어닐링 등을 들 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따르는 도 2의 컴팩트 반응기 유닛(33)의 도면이다. 여기서, 플랩형 원격 작동 밸브(52)가 개구부(53)를 덮거나 노출시키기 위해 제공된다. 이 밸브는 프로세싱을 위해 폐쇄되고, LP-CAR로부터/까지 기판을 이송하기 위해 개방된다. 본 실시예에서, 개구부(53)를 둘러싸는 진공 밀폐 장치(36)가 제공되고, 이는 당 분야에 공지된 다른 진공 밀폐 장치, 금속 밀폐 장치, 쿼드 링, O-링일 수 있다. 밸브(52)는 작동 중인 유닛을 고립시키기 위해 진공 밀폐 장치에 대해 폐쇄되도록 제공된다. 한 실시예의 플랜지(54)는 게이트 밸브(52) 뒤에 위치하고, 후에 기술될 생산 구조의 진공 챔버 인터페이스 월의 비진공 측부에 대해 밀폐시키는 진공 밀폐 장치(48)를 또한 가질 수 있다.
밸브(52)와 같이, 게이트 밸브의 자동 제어용으로 당 분야에 공지된 여러 방법이 존재한다. 본 발명의 선호되는 실시예에서, 게이트는 플랩형 밸브이고, 캠으로 작동되는 전기 메카니즘은 밸브 도어의 피봇 아암에, 그리고 반응기 유닛(33)의 벽에 장착된다. 전기 리드는 작동중인 비진공 측부로부터 반응기(33) 동체를 통과한다. 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서, 게이트 밸브(52)를 폐쇄하고 개방하기 위한 캠-형태의 장치를 장착하기 위해 다양한 장착 기법이 구현될 수 있다. 전기 작동 캠 장치가 일반적이다.
여기서 소개되는 실시예는 LP-CAR(33)에 I/O 개구부를 위한 게이트 밸브가 제공되는 방법의 한 예이다. 또하나의 실시예에서, 플랩형 도어가 아래에서보다는 위에서 피봇되는 방식으로 제공된다. 다른 하나의 실시예에서, 플랩형 도어 대신에, 캠으로 작동하는 슬라이딩 도어가 구현될 수 있다. 선호되는 실시예에서, 설계 및 제작의 간편성으로 인해 플랩형 도어가 사용된다.
당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 플랜지(54)와 게이트 밸브(52)의 실제 형태가 상당히 변화할 수 있다. 예를 들어, 플랜지(54)가 둥근 장방형이나 타원형일 수 있다. 유사한 방식으로, 게이트 밸브(52)는 앞서 기술한 것과 다른 형태를 취할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반응기 동체의 일체형 부분으로 플랜지를 사용하지 않으면서 밀폐 인터페이스를 제공할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따르는 도 3a에 기술되는 바와 같은 두 컴팩트 반응기 유닛의 측면도이다. 이 도면은 진공 챔버의 계면 월(42)과 플랜지(54)로 형성되는 진공 인터페이스를 도시한다. 비진공 측부에서, 본 발명의 실시예에 따르는 VESCAR 시스템의 일부일 수 있는 다른 반응기 유닛이나 반응기 유닛(32,33)을 지원하기 위해 적층 픽스쳐나 랙이 사용된다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 적층 픽스쳐나 랙이 개별 반응기 유닛을 지지하고 발생가능한 치수 변화에 저항가능하는 한, 수직 구조로 반응기 유닛을 지지하고 간격을 유지하는 데 사용되는 적층 픽스쳐나 랙은 스테인레스 스틸이나 다른 적절한 물질과 같은 내구성 물질로부터 얻을 수 있다는 점이 자명하다. 시스템의 분할 인터페이스에 접해지도록 한 개 이상의 성분을 위치시키는 데 사용되는 픽스쳐는 상대적으로 일반적이다. 본 발명의 실시예에서와 같은 적층 픽스쳐를 위한 중요한 특성은 다음의 내용과 같다. 즉, 반응기 유닛을 정확하고 동일하게 간격을 유지시킬 수 있고, 기판 이송을 성공적으로 그리고 반복적으로 촉진시킬 수 있다. 또한, 무게를 지탱할 수 있다. 한 실시예에서, 적절한 위치를 위해 제거가능한 스페이서를 가지는 랙 형태의 픽스쳐가 사용된다. 또하나의 실시예에서, 정확한 스페이싱이 조절 나사 등을 통해 달성될 수 있다.
여러 가지 실시예에서, 수직 적층 LP-CAR 유닛의 공간은 각각의 인접 반응기의 상부 냉각 영역과 각각의 반응기 하부 가열 영역 사이에서 열적 고립을 제공한다. 유사한 방식으로, 최상부 및 최상부 LP-CAR은 스택의 다른 반응기와 유사한 열적 환경을 가져야 한다.
도 3b에 도시되는 챔버 월(42)의 좌측 영역은 아래에 기술되는 수직 적층 시스템의 진공 이송 챔버의 진공 영역이다. 플랜지(54)를 챔버에 고정하는 것은 소켓 헤드 나사와 같은 기존 고정 기술 및 하드웨어에 의해 달성될 수 있다. 선택적인 실시예에서, 메이팅 플랜지는 챔버 월에 용접 등을 통해 고정될 수 있어서, 플랜지(54)가 메이팅 플랜지에 클램핑되어, 인터페이스를 완료한다. 이러한 경우에, 메이팅 플랜지는 플랜지(54)에 존재하는 개구부에 맞춰지는 정렬 핀을 가진다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 여러 배치 및 구조가 가능하고 여기서는 일부만이 기술된다는 점은 명백하다.
도 4는 본 발명의 생산 시스템 실시예에서 카세트 로드 락(21)에 직접 접하는 VESCAR 시스템(27)의 도면이다. 이 실시예에서, 미리 처리된 기판이 카세트 로드 락 내로 로딩된다. 이 구조에서, 프로세스 룸으로부터 클린 룸을 분리시키는 월은, 카세트 로드 락(21)과 VESCAR 유닛(27)이 접하는 개구부를 가진다. 이 종류의 클린 룸 인터페이싱은 공지되어 있고, 기존 클린 룸 공간을 해치지 않는다.
VESCAR 시스템(27)은 수평 및 수직 연장 용량을 가지는 Z-축 로봇(31)과 벽(42)을 가지는 진공 조작 챔버(32)로 구성된다. 또한, 여기서는 카세트 로드 락(21)을 향해 연장되는 것으로 도시된다. 미리 처리된 기판으로 로딩되는 카세트(79)는, Z-축 로봇(31)이 VESCAR 유닛(27)으로 기판을 들어올리고 이동시키도록 위치한다. VESCAR(27)의 내부에서, Z-축 로봇(31)이 180도 회전하면, 반응기 유닛 내로 기판을 위치시키기 위해 적절한 수직 위치로 연장된다. 그 10(i,j)가 진공 월(42)에 접한 적층 구조로 도시된다.
도 4에 도시되는 것과 같은 10개의 LP-CAR 유닛은 기존 자산들을 보호하면서 시간당 생산량을 처리하기 위해 실용적인 수로 간주된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, Z-축 로봇(31)과 연관된 한 개 이상의 연장 및 이송 아암과, 한 개 이상의 이펙터가 존재하여, 생산량으로부터의 이송 제한을 피할 수 있다. 최종 기판은 기술된 로딩 프로세스와 역순으로 언로딩되고, 최종 기판은 카세트(79)에 다시 돌아온다.
도 4의 VESCAR 구조는 최소 비용 해법이고, 좀더 복잡한 VESCAR 구조로 집적하기 위한 시작점이다. 또한, 도시되는 구조는 다중 LP-CAR 유닛을 이용하는 프로세스 순서 개발용의 좋은 프로세스 연구 개발 구조이다. 도 4의 VESCAR 시스템에서 발전된 프로세스는 아래에 기술되는 좀더 세분화된 프로세싱 기법으로 스케일링된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 ALD 생산 시스템(19)의 도면이다. 여기서 공개되는 여러 성분의 고유한 조합 및 자동화는 기존 ALD 반응기로 사용가능한 시스템 구조와 관련된 장애물을 극복한다. 아래에서 기술되는 실시예들은 ALD 장치 및 경쟁 공정에 직면하는 문제점이나, 부족한 생산 공간, 그리고 낮은 증착률과 같은 문제에 해법으로 제공될 수 있다.
도 5에서, VESCAR(27)는 분리된 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)의 부착을 위한 수직 인터레이스를 가지는 진공 챔버(32)로 구성된다. 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)은 진공 챔버(32)에서 분리적인 펌프-다운(게이트 폐쇄)과 진공 공유(게이트 개방)를 가능하게 한다. 각각의 반응기 유닛에서 개별적인 제공은 진공, 퍼지, 그리고 프로세스 기체의 흐름을 가능하게 하고, 로드/언로드 플랩형 밸브를 포함하는 적절한 밸빙이 수직 적층 반응기까지/로부터 챔버(32)까지/로부터 기판을 이송시킬 수 있다.
당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서, VESCAR(27)에 존재하고 수직으로 적층된 컴팩트 반응기 유닛이 도 4와 5에 도시되는 숫자보다 더 많거나 적게 존재할 수 있다는 것은 명백하다. 도 5를 참조하여 여기서 기술되는 실시예에서 10개의 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)이 존재하지만, 실제 적용하는 경우에는, 상용 프로세스에 대해 경쟁적인 방식으로 높은 생산량을 촉진시키기 위해 적절한 것으로 간주되는 숫자의 컴팩트 반응기 유닛이 VESCAR(27)에 통합될 수 있다. 이 수는 수직 공간에 의해 실용적인 방식으로 제한되고, 용도에 적합한 조작 장비의 범위에 의해 일치되어야 한다.
다른 물질 조작 장비와 인터페이싱을 위해, 그리고 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)에 대해 기판을 자동적으로 로딩하고 언로딩하기 위한 챔버(32)에 Z-축 로봇(31)이 제공된다. Z-축 로봇(31)은 수직 및 수평 위치로 확장될 수 있고, 각각의 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)과 접하도록 프로그램될 수 있다. Z-축 로봇(31)은 원하는 순서로 기판을 반응기에 로딩하도록 본 실시예에서 프로그래밍될 수도 있다. 예를 들어, 기판은 하부에서 상부로, 상부에서 하부로, 중간부에서 상부로, 등으로 로딩될 수 있다. 또한, 기판은 한 개의 컴팩트 반응기 유닛으로부터 언로딩될 수 있고, 다른 컴팩트 반응기 유닛으로 다시 로딩될 수 있다. 어떤 순서도 가능하다. 몇몇 실시예에서, 단일 Z-축 로봇과 관련되어, 단부-이펙터 등과 같은 다중 기판 조작 장치가 존재한다.
컴팩트 반응기 유닛(33a-j)은 챔버의 한 벽을 따라 챔버(32)에 인터페이싱된다. 그리고 Z-축 로봇에 의해 에러없는 로딩 및 언로딩을 할 수 있게 조심스럽게 공간 배열을 가진다. 반응기는 진공 밀폐 장치와 함께 챔버에 접하고, 챔버(32) 외부의 랙 어셈블리에 의해 지지된다. 이는 다른 도면들을 참고하여 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
본 실시예에서, 진공 중앙 로보틱 기판 조작기(23)가 게이트 밸브(29)를 통해 VESCAR(27)와 접한다. 게이트 밸브(29)는 VESCAR 유닛(27)을 기판 이송 사이에서 클러스터 툴 조작기로부터 고립시키는 진공 밸브이다. 회전 메카니즘(25)을 통해 작동되는 이송 메카니즘(43)은 Z-축 로봇(31)까지/로부터 기판을 로딩하고 언로딩한다. 도 1의 이송 메카니즘(43)은 게이트 밸브(29)까지 확장된다. 도시되는 위치로부터 180도 위치에서, 이송 메카니즘(43)은 카세트 로드 락(21)으로 확장될 수 있고, 여기서 미리 처리된 기판이 로딩되고 최종 기판이 언로딩된다. 조작기(23)에 의해 묘사되는 종류의 로보틱 기판 조작 시스템은 브룩 오토메이션, 이큅, 앤드 스마트 머신과 같은 여러 판매 회사의 제품을 이용할 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 미리 처리된 기판이 수직 방향 카세트 또는 랙의 카세트 로드 락(21)에 먼저 위치한다. 미리 처리된 기판이 카세트 로드 락(21)에 제시된 후에, 락이 폐쇄되고 진공 포트를 통해 특정 진공으로 진공화된다. 로보틱 핸들러(23) 내의 이송 체적은 진공 포트를 통해 특정 진공으로 또한 진공화된다. 진공 챔버(32)는 유사한 진공 포트를 통해 펌핑 다운된다. 펌핑에 적절한 모든 유닛으로, 기판을 한번에 복구시키기 위해 게이트 밸브(35)가 개방되어, 이송 메카니즘(43)을 카세트 로드 락(21)을 향해 연장시킨다. 카세트 로드 락(21)의 카세트 핸들러는 미리 처리된 기판을 홀딩하는 수직 카세트를 홀딩하는 플랫폼을 상승시키거나 하강시킬 수 있다.
이송 메카니즘(43)이 기판을 복구시킬 때, 로보틱 핸들러 체적 내로 수축하고 180도 회전하여, VESCAR(27)로 연장된다. 일반적으로 게이트(35)는 이송 사이에서 폐쇄되지만, 많은 프로세스-흐름 기법에서 강제적인 사항은 아니다. VESCAR(27)에서의 이송 메카니즘으로, 게이트 밸브(29)가 개방되어, 이송 메카니즘(43)으로 하여금 Z-축 로봇(31)을 통해 기판을 통과시키게 한다. Z-축 로봇(31)은 기판을 수직 적층 컴팩트 반응기 유닛으로 수용하고 로딩한다.
많은 작동 기법이 가능하다. 도시되는 구조에서, 하나의 선호되는 기법은 로드-언로드 카세트(21)의 위치와 동일한 수의 컴팩트 ALD 반응기로 시스템을 채택하는 것이다. 로드 락(21)으로부터의 모든 기판이 반응기 유닛에 이송될 때까지 이송이 계속되어, 밸브 폐쇄를 중재하며, 반응기 유닛(33a-j)에서 프로세싱이 시작된다. 이 시스템은 배치 시스템의 공정 단계를 가지고, 모든 기판은 개별적으로 고립된 반응기 유닛에서 처리된다.
많은 다른 기법도 가능하다. 각각의 컴팩트 반응기가 고립 게이트 밸브를 가지기 때문에, 몇몇 기법에서 기판이 로딩되자마자 반응기 프로세싱이 시작된다. 다른 프로세스 흐름 기법도 당 분야의 통상의 지식을 가진 자가 볼 때 명백하게 가능하다.
한 실시예에서, 개별 펌핑 및 고립이 챔버(32)에 대해 제공되기 때문에, 동시에 상기 반응기가 로딩되고, 반응기 유닛에서 프로세싱이 시작되기 이전에 압력이 챔버(32)에서 증가된다. 이 압력 증가는 비활성 기체를 혼합함으로서 가능하고, 그 양은 개별 반응기의 플랩형 밸브 사이로 압력차를 제공하기에 충분한 수준이다. 이로 인해, 개별 반응기 밸브에 추가적인 밀폐 힘을 판명할 수 있다.
모든 프로세스가 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)에서 실행된 후에, 각각의 유닛 내에 설치된 플랩형 게이트 밸브(도 3a의 요소 52)가 개방되어, 로딩을 참조하여 앞서 기술된 역과정에서 기판을 언로딩시킨다. 최종적인 기판은 기판이 복구되는 것과 동일한 기판으로 다시 복귀한다. 락(21)은 밸브(35) 폐쇄와 함께 배출 형태로 되고, 최종 기판의 카세트 로드는 제거될 수 있다. 이 프로세싱은 카세트 로드 락(21)에서 최종 기판을 들기 위해, 카세트 로드 락(21)의 미리 처리된 기판을 떠나는 점으로부터 전체적으로 자동화된다. 게이트 밸브 개구부에 관련된 시간 특성, 이동 속도, 프로세스 길이, 펌프 다운 순서, 그리고 다른 명령들은 당 분야에 일반적으로 알려진 기술에 따라 소프트웨어와 하드웨어를 제어하는 프로그래밍가능한 함수이다.
ALD 프로세스의 플럭스 독립 성질에 부분적으로 기인하여, 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)과 같은 컴팩트 반응기 유닛은 300 mm 기판과 같은 최적 크기 기판을 수용하는 폭을 가지도록 고안된다. 여기서, 층들은 앞서 기술한 화학적 흡수에 의해 증착 표면에 형성되고, 이는 당 분야에 공지되어 있다. 또한, 컴팩트 반응기 유닛(33a-j)의 크기를 스케일링 다운하지 않으면서 동일 시스템에서 작은 기판을 처리할 수도 있다. 또다른 실시예에서, 스케일링 다운된 시스템은 한번에 작은 기판을 처리하는 용도로 구현될 수 있고, 스케일링 업된 시스템은 평면 패널 디스플레이와 같은 다른 제품을 위해 제공될 수도 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 앞서의 문단에서 언급한 바와 같이 특정 기판 크기를 위해 개발된 LP-CAR은 더 작은 크기의 다중 기판을 처리하도록 제작될 수 있다. 도 6은 점선 원(70)으로 도시되는 정상 기판 크기를 가지는 도 3a의 종류의 LP-CAR(33)의 도면이다. 발명의 선택적인 실시예의 LP-CAR은 LP-CAR 유닛(33)의 기판(70)보다 더 작은 세 개의 기판(72)을 처리할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유닛(33)에 회전 척이 제공되어, 기판(72)이 공통 이송점에 위치하고 복구될 수 있다. 다른 실시예에서, 로보틱 이송 디바이스는 노상의 원하는 위치에 기판을 위치시키도록 할 수 있다. 또다른 실시예에서, LP-CAR 유닛까지/로부터 이송되는 공통 캐리어에서 다중 기판이 조작될 수 있다. 이는 동일 프로세스 평면에서 다중 기판을 가지는 단일 기판 LP-CAR 설계의 이용을 허용한다.
앞서 기술된 고유한 구조는 이전에는 사용된 바 없는, 전체적으로 자동화된 상업용 ALD 프로세스이다. VESCAR(27)를 사용함으로서, CVD, PECVD, 등과 같은 경쟁 기술이 제공하는 생산량에 필적할만큼 높은 프로세스 생산량을 얻을 수 있다. 또한, ALD 프로세스를 통해 획득가능한 내재적 균일성의 향상으로 인해, 그리고 분리된 반응기 유닛이 배치 기술 대신에 사용되기 때문에, 상호 오염 등과 관련된 문제없이 높은 수율을 얻을 수 있다. 이 장점들을 이루는 과정에서, 컴팩트 유닛의 수직 적층으로 인해 생산 플로어 공간이 거의 이용되지 않는다.
도 5의 도움으로 기술되는 실시예는 VESCAR(27)와 함께 사용되는 장비의 수많은 가능한 배열의 한 예일 뿐이다. 본 실시예에 도시되는 VESCAR(27)와 카세트 로드 락(21)이 존재할 때, 로보틱 핸들러(23) 상에 두 개의 추가적인 위치가 존재하고, 상기 핸들러(23)에 추가적인 로드 락이나 VESCAR 유닛이 추가될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같은 장비의 추가에 관한 상세한 내용은 아래의 추가적인 실시예에서 제공될 것이다.
도 7은 본 발명의 선택적인 실시예에 따르는 도 5의 생산 시스템(19)의 입면도이다. 여기서, 추가적인 VESCAR 유닛이나 카세트 로드 락은 CVD, 클리닝, 등과 같은 추가적인 프로세스를 구동할 용도로 로보틱 핸들러(23)와 접할 수 있다. 로보틱 핸들러(23)는 도 7의 위치 A,B,C,D로 표시되는 네 개의 90도 위치를 가진다. 위치 A는 도 5를 참조하여 앞서 기술된 카세트 로드 락(21)과 게이트 밸브(35)에 연결된다. 위치 B는 게이트 밸브(75)와 카세트 로드 락(71)에 연결된다. 위치 C는 도 1을 참조하여 기술된 바와 같이 게이트 밸브(29)와 VESCAR 유닛(27)에 연결된다. 위치 D는 게이트 밸브(77)와 제 2 VESCAR 유닛(73)에 연결된다. 이송 메카니즘(43)은 도 5의 작동 유닛(25)에 의해 제어되고, 이에 의해 이송 메카니즘(43)이 각각의 위치를 얻기 위해 회전한다. 도 7에서, 메카니즘(43)은 VESCAR 유닛(27)에 수용되는 위치의 로딩된 기판과 함께 위치 C에 연장되는 것으로 도시된다. 게이트 밸브(29)는 기판의 이송을 허용하는 개방 위치에 있다. 이송 메카니즘(43)은 수축 위치(점선)로 도시되고, 위치 B에 카세트 로드 락(71)과 게이트 밸브(75)로 방향 설정된다. 본 예에서, 이송 메카니즘은 카세트 로드 락(71)으로부터 기판을 취하고, VESCAR 유닛(27)에 위치시킨다. 이송 메카니즘(43)은 도시되는 네 개의 위치에 관해 유사한 방식으로 작동하고, 그 확장, 수축, 회전, 그리고 연장은, 로드 락으로부터 VESCAR 유닛까지, 그리고 다시 로드 락까지 기판을 성공적으로 이송시키기 위해 실행된다.
한 실시예에서, 세 개의 VESCAR 유닛과 한 개의 카세트 로드 락이 사용되고, 다른 병렬 프로세스(한 프로세스 모듈의 모든 반응기 유닛은 한 프로세스에 전념함)는 각각의 프로세스 모듈에서 실행된다. 유사한 방식으로, 직렬 프로세싱(한 프로세스 모듈의 각각의 반응기 유닛은 다른 프로세스에 전념함)이 실행될 수도 있다. 또다른 실시예에서, 한 개의 프로세스 모듈은 직렬 프로세싱에 전념할 수 있으나, 또다른 프로세스 모듈은 두 카세트 로드 락을 가지는 시스템과 함께 병렬 프로세싱에 전념한다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않으면서 생산 시스템(19)에 사용될 수 있는 많은 프로세싱 배치가 가능하다는 것은 명백하다. 그 일부는 앞서 기술한 바 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 챔버 월(42)에 접하는 10개의 수직 적층 반응기 유닛 중 세 개를 도시하는 VESCAR 시스템(2)의 후면도이다. 기체나 증기 물질을 반응기에 제공하기 위해 수직 적층 반응기 유닛의 한 측부에, 수직 정렬 기체 유입 매니폴드(55)가 도시된다. 선호되는 본 발명의 실시예에서, 다중 프리커서 및 비활성 기체가 프로세싱 동안 반응기 유닛(33) 내로 교대로 펄싱될 수 있지만, 단 한 개의 매니폴드(55)만이 도면에서 혼동을 피하기 위해 이 도면에 도시된다. 본 발명의 실제 적용에서, 한 개의 매니폴드가 각각의 프리커서 기체나 증기를 위해 사용되고, 한 개 이상의 매니폴드가 퍼지 기체를 위해 사용된다. 그러므로, 최소 세 개의 매니폴드가 일반적으로 사용된다.
발명의 선호되는 실시예에서, 제공되는 기체나 증기에 대해 각각의 반응기에 공급량을 제어하기 위해 밸브 내장 차지 튜브가 사용된다. 도 8에서, 한 개의 이러한 차지 튜브(62)가 도시된다. 이 차지 튜브들은 정해진 체적을 가지고, 제어 압력 및 온도의 기체나 증기로 차징되어, 가체나 증기의 분자수가 공지되어 있다. 각각의 차지 튜브는 두 개의 밸브에 의해 고립되고, 튜브(62)의 경우 상기 두 개의 밸브는 차지 밸브(54)와 주사 밸브(61)이다. 주사 밸브(61)를 개방할 때, 튜빙의 상기 면 차지 내용은 반응기 유닛(33)으로 방출된다. 폐쇄된 주사 밸브(61)를 가지는 차지 밸브(54)를 개방시키는 것은 차지 튜브를 프리커서 기체, 증기, 또는 퍼지 기체로 정해진 온도와 압력에서 채우는 것이다.
신속 연결 플랜지(56)는 기체 및 프리커서 소스를 반응기 유닛(33)에 연결하는 데 사용되고, 다른 신속 연결은 각각의 반응기 유닛까지/로부터 모든 기체 및 증기 라인을 상대적으로 신속하게 개방하는 데 사용된다. 프리커서의 펄싱과 기체 퍼징은 ALD 순서에 요구되는 순서 방식으로 행해진다. 개별 펄스의 시간은 일반적으로 매우 짧고(프로세스에 따라 약 50-300 밀리초), 펄스는 짧은 이송 시간에 의해 구분된다. 이러한 이유로, 고속 스위칭 성질의 밸브가 생성된다. 고속 스위칭 펄스는 당 분야에서 공지되어 있다.
수직 방향 진공 배출 매니폴드(63)는 반응기 챔버로부터 기체 및 증기를 방출할 용도로 신속 연결 피팅(58)을 통해 본 실시예에서 반응기 유닛(33)의 우측부에 연결된다. 신속 연결의 이용은 개별 반응기의 서비스와 제거를 촉진시키는 것을 의미한다. 이러한 신속 연결은 다양한 형태와 구조로 이용가능하고 공지되어 있다. 수리나 대치를 위해서 진공 셧 오프 밸브(60)가 제공된다. 이 밸브는 기체 펄싱동안 일반적으로 개방되어 있다.
전기 라인(57)을 통해 반응기 유닛(33)에 전력이 제공된다. 전력은 도 3B의 게이트 밸브(52), 가열 요소, 등과 같은 여러 요소의 전력 공급을 위해 제공된다. 밸브와 같은 것들을 위해 제어 라인(59)을 통해 제어 신호가 제공된다. 전기 커넥터(67,68)가 반응기 유닛(33)의 신속 제거를 촉진시킬 용도로 라인(57, 59)과 같은 전기 라인에 제공된다.
도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 기판은 프로세싱동안 가열되고, 프로세싱 이후에 냉각된다. 그러므로, 액체 냉각을 위해 연결이 또한 제공된다. 냉각제를 재순환시키는 냉각 시스템은 냉각 반응기에서 공통적이다. 이러한 시스템은 공지되어 있다.
가열 요소는 반응기(33) 내에 구축되고, 본 발명의 실시예에서 CAR 유닛에 대한 고유하고 전체적인 저프로파일 요청을 수용하기 위해 히터는 높이가 제약된다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 한 개의 진공 펌프가 컴팩트 반응기 유닛(33)의 대부분을 펌핑 다운할 수 있다. 이는 진공 펌프와 반응기 유닛 사이에 설치되는 진공 인터페이스로 달성된다. 여기에 반응기 유닛으로부터 생기는 진공 라인이 연결된다. 각각의 연결에서 밸브가 제공되어, 미리 프로그램된 명령을 개방하고 폐쇄하며, 반응기 유닛의 어떤 조합도 동시에 또는 분리적으로 펌핑 다운될 수 있다. 선호되는 실시예에서, 한 개 이상의 반응기 유닛이 대기의 질소나 대기에 노출되어, 밸브(50, 61)을 폐쇄함으로서 고립될 수 있다. 이때 진공 하에서 다른 유닛을 남겨둔다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 개별 컴팩트 반응기 유닛은 도 5의 진공 챔버(32) 인접 벽으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 그 제거 방법은 위치 설정 및 지지용으로 사용되는 적층 픽스쳐나 랙으로부터 반응기 유닛(33)을 제거하는 것과, 인접 챔버 벽으로부터 플랜지(54)를 분리시키고, 전기선을 뽑으며, 신속 연결을 단절시키는 것이다. 몇몇 예에서 플랜지 플러그는 챔버 월이나 메이팅 플랜지에 볼트 연결이나 클램핑 형식으로 제공되어, 다른 LP-CAR 유닛으로 대치하거나 시스템의 완전한 셧다운을 필요로 하지 않으면서, 다수의 반응기 유닛이 유지 등을 위해 제거될 수 있다.
당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 반응기 유닛을 용이하게 제거하기 위한 다수의 신속 연결이 존재한다는 점은 명백하다. 이 방법 및 하드웨어는 공지되어 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 기체 재순환 및 프리커서 태핑 시스템의 다이어그램이고, 여기서 기체는 재순화되고, 유해한 부산물은 제거를 위해 트래핑된다. 프리커서 및 기체 퍼지가 앞서 기술한 바와 같이 컴팩트 반응기 유닛(33) 내로 분리적으로 펄싱되기 때문에, 프리커서나 부산물은 분리적으로 수집되거나 트래핑되어야 한다. 재순환 및 트래핑 시스템(65)은 도 4의 기체 유입 매니폴드(55)로 3-방향 신속 스위칭 뉴메틱 밸브를 연결하는 폐쇄 루프 제어로 반응기 각각의 배출 측부에 설치되어, 퍼지 기체 P가 반응기 유닛(33) 내로 재순환된다. A, B로 표시되는 화학종은 프리커서 트랩(69)에서 분리적으로 트래핑되고, 이는 유해 요소의 처분용으로 제거된다. 무해성 기체 또는 화학종은 프리커서 트랩(69)을 양방향 통과할 수 있고, 배출 펌프에 의해 펌핑 아웃될 수 있다. 여기서 기술되는 혁신적인 접근법은 기체의 사용을 감소시키고, 환경친화적인 프로세스를 제공한다.
당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 직렬 프로세싱의 경우에, 각각의 반응기는 앞서 기술한 트랩 시스템(65)과 같은 트랩 시스템을 가진다는 점은 명백하다. 그러나, 병렬 프로세싱에서, 동일 프로세스가 각각의 반응기에서 실행되면, 한 개의 트랩 시스템이 배출 측부에서 사용될 수 있다.
본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 도 5의 생산 시스템(19)과 같은 생산 시스템이 사용될 수 있고 다양한 기술로 집적가능하다는 사실은 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다. 예를 들어, CVD 시스템, 클리닝 모듈, 리소그래피 유닛, 또는 당 분야에 공지된 다른 프로세스 유닛으로 VESCAR 유닛(27)은 로보틱 핸들러 플랫폼 인터페이스를 공유할 수 있다. 화학적 흡수를 통한 ALD 프로세스에 내재하는 균일성 특성으로 인해, 기판 크기 제한이나 반응기 수에 대한 제한이 없다는 사실은 또한 명백하다. 그러므로, VESCAR 유닛(27)은 다른 경쟁 기술에 대해 최적의 상용 장치로 고안될 수 있다. 여기에는 다른 많은 배치 및 장치 실시예가 가능하고, 그 중 일부는 이미 소개한 바 있다.
발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 여기서 공개되는 장치 및 방법에 생길 수 있는 수많은 변경 사항이 존재하므로, 발명의 범위는 다음의 청구 범위의 폭에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (25)

  1. 저-프로파일, 컴팩트, 원자층 증착 반응기(LP-CAR)로서,
    상기 반응기는 동체, 동체 내의 기판 처리 영역, 로드/언로드 포트, 수축가능지지 받침대, 원격 작동 진공 밸브, 유입구, 그리고 배출구로 구성되고,
    상기 동체는 일정 길이, 폭, 높이를 가지며, 상기 높이는 폭이나 높이와 동일하거나 그 이하이고, 높이와 길이는 서로 반대편의 제 1 측부와 제 2 측부를 정의하며, 상기 폭 및 높이는 서로 반대편의 제 1 단부 및 제 2 단부를 정의하고,
    상기 기판 처리 영역은 프로세싱 동안 기판을 덮도록 작용하며,
    상기 로드/언로드 포트는 제 1 측부에 위치하여, 기판 처리 영역에 대해 개방되고, 기판 처리 영역 내외로 기판을 통과시키며,
    상기 지지 받침대는 높이 방향으로 기판 처리 영역을 향해 연장가능하여, 프로세싱 동안 기판을 지지하고,
    상기 원격 작동 진공 밸브는 제 1 측부에 연결되고, 상기 진공 밸브는 폐쇄 위치에서 진공 밀폐를 실행하는 로드/언로드 개구부를 개방하고 폐쇄하며,
    상기 유입구는 제 1 단부에서 기체나 증기를 주사하고, 그리고
    상기 배출구는 제 2 단부에서 기체와 증기를 진공화시키는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  2. 제 1 항에 있어서, 동체 높이는 길이 및 폭 중 더 큰 것의 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  3. 제 1 항에 있어서, 동체부를 통해 냉각제를 통과시키기 위한 냉각 라인과, 지지 받침대 상에서 지지되는 기판을 가열하기 위한 히터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  4. 제 1 항에 있어서, 기체 유입구는 한 개 이상의 밸브 내장 차지 튜브로 구성되어, 기판 처리 영역에 기체나 증기를 주사하고, 상기 차지 튜브는 한 단부에서 원격 작동 차지 밸브에 의해, 그리고 다른 한 단부에서 원격 작동 주사 밸브에 의해 폐쇄되는 부분으로 구성되며, 상기 주사 밸브를 가지는 단부는 기체 유입구에 연결되어, 압력하에서 기체나 증기의 소스에 개방되는 차지 밸브와 폐쇄되는 주사 밸브와 함께, 차지 밸브는 특정량의 기체나 증기로 차징되고, 개방된 주사 밸브와 폐쇄된 차지 밸브와 함께, 특정량의 기체나 증기가 기판 처리 영역 내로 확장되는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  5. 제 4 항에 있어서, 배출구에 연결되는 진공 배출 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  6. 제 4 항에 있어서, 분리식으로 기체 및 증기 소스에 연결되는 두 개 이상의 차지 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 LP-CAR은 진공 챔버의 월을 통해 반응기의 제 1 측부에 가해지는 진공 밀폐 인터페이스를 추가로 포함하여, 로드/언로드 포트가 진공 챔버 내에 있고 컴팩트 반응기의 균형이 진공 챔버 외부에 있는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  8. 제 1 항에 있어서, 기판 처리 영역은 수직 한계와 수평 한계를 가지고, 수직 한계는 수평 한계의 1/4 이하인 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 LP-CAR은 프로세스 사이클 당 단일 기판 1개를 처리하고, 수평 한계는 최대 기판 치수의 1.5 배 이하인 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 LP-CAR은 프로세스 사이클 당 여러 기판을 처리하고, 기판은 수평 평면의 처리 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  11. 저-프로파일, 컴팩트, 원자층 증착 반응기(LP-CAR)로서,
    상기 반응기는 동체, 동체 내의 기판 처리 영역, 유입구, 그리고 배출구로 구성되고,
    상기 동체는 일정 길이, 폭, 그리고 높이를 가지며, 상기 높이와 길이는 서로 반대편의 제 1 측부와 제 2 측부를 정의하고, 상기 폭 및 높이는 서로 반대편의 제 1 단부와 제 2 단부를 정의하며,
    상기 기판 처리 영역은 프로세싱 동안 기판을 덮고,
    상기 유입구는 제 1 단부에서 기체나 증기를 주사하며, 그리고
    상기 배출구는 제 2 단부에서 기체와 증기를 진공화시키고,
    기체 유입구는 한 개 이상의 밸브 내장 차지 튜브로 구성되어, 기판 처리 영역 내로 기체나 증기를 주사하고, 각각의 차지 튜브는 한 단부에서 원격 작동 차지 밸브에 의해, 그리고 다른 한 단부에서 원격 작동 주사 밸브에 의해 폐쇄되는 부분으로 구성되며, 상기 주사 밸브를 가지는 단부는 기체 유입구에 연결되어,
    압력하에서 기체나 증기의 소스에 개방된 차지 밸브와 폐쇄된 주사 밸브와 함께 차지 튜브는 특정량의 기체나 증기로 차징되고, 개방된 주사 밸브와 폐쇄된 차지 밸브와 함께 특정량의 기체나 증기는 기판 처리 영역 내로 확장되는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  12. 제 11 항에 있어서, LP-CAR은 제 1 측부의 로드/언로드 포트, 수축가능한 지지 받침대, 그리고 원격 작동 진공 밸브를 추가로 포함하고, 상기 로드/언로드 포트는 기판 처리 영역으로 개방되고 기판 처리 영역 내외로 기판을 통과시키며, 상기 지지 받침대는 높이 방향으로 기판 처리 영역을 향해 연장가능하여, 프로세싱동안 기판을 지지하고, 상기 원격 작동 진공 밸브는 제 1 측부에 연결되어, 폐쇄 위치에서 진공 밀폐를 실행하는 로드/언로드 개구부를 개방 및 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  13. 제 11 항에 있어서, 프로세스 사이클 당 한 개의 단일 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  14. 제 11 항에 있어서, 분리식 기체나 증기 소스에 연결되는 두 개 이상의 차지 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 LP-CAR.
  15. 수직 적층 컴팩트 원자층 증착 반응기(VESCAR) 프로세싱 유닛으로서,
    상기 유닛은 진공 조작 영역, 다수의 저프로파일 컴팩트 원자층 증착 반응기(LP-CAR), 그리고 진공 조작 영역의 Z-축 로봇으로 구성되고,
    상기 진공 조작 영역은 밸브 내장 로드/언로드 개구부를 가져서, 기판을 진공 조작 영역 내외에서 처리되도록 이송하며,
    상기 LP-CAR 각각은 밸브 내장 기판 포트에 의해 진공 조작 영역으로 접하게 되고, 다수의 LP-CAR은 진공 조작 영역의 외부로 층층이 수직 적층되어, 컴팩트 반응기의 밸브 내장 기판 포트가 진공 조작 영역 내의 포트의 수직 열을 제공하며,
    상기 Z-축 로봇은 밸브 내장 로드/언로드 개구부를 통해 이송 장치에 의해 진공 조작 영역 내로 이송되는 기판을 수용하여, 기판 포트 각각의 레벨로 수직으로 이동하고, 밸브 내장 기판 포트 각각을 통해 컴팩트 반응기 각각에 기판을 위치시키며, 상기 컴팩트 반응기 각각으로부터 기판을 수용하고, 그리고 로드/언로드 포트를 통해 진공 조작 영역으로 이송되도록 이송 장치 상에 처리된 기판을 위치시키는 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서, 진공 조작 영역 내로 그리고, 컴팩트 반응기 각각의 내외로, 기판에 대한 정해진 이송 순서에 따라 상기 Z-축 로봇이 프로그래밍 가능한 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  17. 제 15 항에 있어서, 컴팩트 반응기 각각은 두 개 이상의 기체 주사기와 기체 배출기로 구성되고, 주사된 기체가 개별 컴팩트 반응기에 위치하는 기판 사이로 이동하도록 주사기 및 배출기가 배열되는 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  18. 제 17 항에 있어서, 컴팩트 반응기 각각은 한 단부에서 원격 작동 차지 밸브, 그리고 다른 한 단부에서 원격 작동 주사 밸브를 가지는 차지 튜브로 구성되고, 상기 차지 밸브는 차지 튜브를 압력조절 기체 공급원에 연결시키며, 상기 주사 밸브는 개별 컴팩트 반응기 내로 차지 튜브를 연결시키는 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 VESCAR 프로세싱 유닛은 두 개 이상의 밸브 내장 차지 튜브로 구성되고, 상기 두 개 이상의 밸브 내장 차지 튜브는 개별 컴팩트 반응기 내로 분리식 기체나 증기를 주사하는 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  20. 제 19 항에 있어서, 원격 작동 차지 밸브 및 주사 밸브의 작동은 프로그래밍 가능하여, 밸브 내장 기판 포트를 통해 컴팩트 반응기 내외로 기판을 이송함과 함께, 개별 컴팩트 반응기 내로 분리식 기체나 증기의 주사를 일체화시키는 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 VESCAR 프로세싱 유닛은 로드/언로드 개구부에 연결되는 카세트 로드/언로드 락과 조합되고, 상기 로드/언로드 락은 배출 시스템 및 외부 도어를 가져서, 다중 비처리 기판의 카세트가 로드/언로드 락 내로 위치하고, 로드/언로드 락은 진공화되며, 개별 기판은 개별 컴팩트 반응기 내외로 이송되고, 미리 프로그래밍된 순서에 따라 카세트로 다시 돌아오는 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 VESCAR 프로세싱 유닛은 한 개의 이송 위치만큼 로드/언로드 개구부에 연결되는 다중 위치 진공 중앙 로보틱 기판 핸들러와, 클러스터-툴 핸들러에 연결되는 카세트 로드/언로드 락과 조합되고, 상기 로드/언로드 락은 배출 시스템 및 외부 도어를 가져서, 다중 비처리 기판의 카세트가 로드/언로드 락 내로 위치하고, 로드/언로드 락은 진공화되며, 개별 기판은 클러스터-툴 핸들러를 통해 개별 컴팩트 반응기 내외로 이송되고, 미리 프로그래밍된 순서에 따라 카세트로 다시 돌아오는 것을 특징으로 하는 VESCAR 프로세싱 유닛.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 조합은 클러스터-툴 핸들러의 제 2 이송 위치에 연결되는 제 2 VESCAR 프로세싱 유닛을 추가로 포함하여, 로드/언로드 락으로부터의 기판이 VESCAR 프로세싱 유닛 한쪽 컴팩트 반응기 유닛의 내외로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 조합.
  24. 제 15 항에 있어서, 다중 기판이 각각의 프로세스 사이클에서 각각의 LP-CAR의 수평 어레이로 처리되는 것을 특징으로 하는 VESCAR 유닛.
  25. 제 23 항에 있어서, Z-축 로봇은 다중 기판을 조작하기 위해 다중 단부 이펙터를 포함하는 것을 특징으로 하는 VESCAR 유닛.
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