JP2022146925A - 温度制御された反応チャンバー - Google Patents

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Abstract

【課題】基板を処理するための装置を提供する。【解決手段】基板を処理するための装置は、チャンバー壁が設けられた反応チャンバーと、壁に設けられたゲート弁と、ゲート弁に動作可能に接続された基板搬送チャンバーと、反応チャンバーと基板搬送チャンバーの間でゲート弁を介して基板を搬送するために基板搬送チャンバー内に配置された基板搬送ロボットと、反応チャンバー内に配置されたヒーターが設けられた基板支持体と、ゲート弁の反対側の壁に設けられた冷却装置とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は概して、基板処理装置と、具体的に基板上の温度制御された反応チャンバー（これは反応チャンバー内の表面全域でより均一な処理を容易にする）とに関する。
集積回路は、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）を含む様々な技法によって堆積された多層の材料を備える。そのため、半導体基板上の材料の堆積は、集積回路を製造するプロセスにおいて重要な工程である。基板の表面上で均一な処理を行うことは重要であるが、処理の結果はしばしば様々な理由（例えば温度分布、ゲート弁方向、および／または電界強度の不均一性）のため、異なる。
不均一な温度が発生する主な理由は、ウエハ搬送チャンバーに接続されているゲート弁に向かって大きい熱流束が存在するためである。結果として、ゲート弁側のチャンバー壁の温度は常に、反対側の温度よりも低くなる。
この節に記載のすべての説明（問題および解決策の説明を含む）は、本開示の背景を提供する目的でのみこの開示に含まれていて、本発明がなされた時点で説明のいずれかまたはすべてが公知であったこと、もしくはそれらが先行技術を構成していることを認めたものと解釈されるべきではない。
この「発明の概要」は、選択された複数の概念を簡略化した形態で紹介するために提供されている。これらの概念は、以下の本開示の例示的な実施形態の「発明を実施するための形態」において、さらに詳細に説明される。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。
一部の実施形態において、基板を処理するための装置が提供されている。装置は、チャンバー壁が設けられた反応チャンバーと、壁に設けられたゲート弁と、ゲート弁に動作可能に接続された基板搬送チャンバーと、反応チャンバーと基板搬送チャンバーの間でゲート弁を介して基板を搬送するために基板搬送チャンバー内に配置された基板搬送ロボットと、反応チャンバー内に配置されたヒーターが設けられた基板支持体と、ゲート弁の反対側の壁に設けられた冷却装置とを含む。
冷却装置には冷却チャネルが設けられてもよい。装置は、冷却チャネルを通して冷却流体を提供するように構築および／または配置されてもよい。冷却流体は冷却液であってもよい。冷却液は、冷却チャネルを通る水およびパーフルオロポリエーテルのうちの一つを含んでもよい。
別の方法として、冷却流体は冷却ガスであってもよい。冷却ガスは、チャネルを通る空気、窒素、および不活性ガスのうちの少なくとも一つを含んでもよい。
本開示の追加の実施例によると、装置は、冷却装置と壁の内表面との間に配置された断熱材をさらに含んでもよい。
本開示の追加の実施例によると、装置は、ゲート弁の近くの壁に設けられた壁ヒーターをさらに含んでもよい。装置は、ゲート弁の近くの壁に設けられた追加の壁ヒーターをさらに含んでもよい。装置は、ゲート弁の反対側の壁に設けられた第二の壁ヒーターをさらに含んでもよい。
本開示の追加の実施例によると、装置は、冷却装置と、壁ヒーターの少なくとも一つとの温度を制御するためのコントローラをさらに含んでもよい。コントローラは、ゲート弁の反対側の壁の第一の部分の温度と、ゲート弁の近くの壁の一部の温度とを同じ値に制御するように構成されてもよい。
本開示の追加の実施例によると、装置は、基板支持体に面するように構築および配置されたガス供給ユニットをさらに備えてもよい。ガス供給ユニットは、基板にガスを供給するための複数の穴が設けられたシャワーヘッドを備えてもよい。
これらの実施形態および他の実施形態は、添付の図面を参照する特定の実施形態の以下の「発明を実施するための形態」から当業者に容易に明らかとなることになり、本発明は開示されたいかなる特定の実施形態にも限定されない。
本開示の例示的な実施形態のより完全な理解は、以下の例示的な図に関連して考慮される場合、「発明を実施するための形態」および「特許請求の範囲」を参照することによって得ることができる。
図１は、基板を処理するための装置の概略図である。
当然のことながら、図中の要素は単純化および明瞭化のために例示されていて、必ずしも実寸に比例して描かれていない。例えば、図中の要素のうちの一部の寸法は、本開示の例示された実施形態の理解の向上を助けるために他の要素と相対的に誇張されている場合がある。
ある特定の実施形態および実施例を以下に開示するが、本開示の具体的に開示された実施形態および／または使用、ならびにその明白な修正および均等物を超えて本開示が延長することは、当業者によって理解されるであろう。それ故に、本開示の範囲は、本明細書に記載の特定の実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。
本明細書に提示された図は、任意の特定の材料、装置、構造、またはデバイスの実際の姿であることを意味せず、本開示の実施形態を記述するために使用されている、単に理想化された表現にすぎない。
本開示において、「ガス」は、常温および常圧で気体、気化した固体および／または気化した液体である材料を指すことができ、また状況に応じて単一の気体または気体の混合物で構成されてもよい。プロセスガス以外のガス、すなわちガス供給ユニット（シャワーヘッド、他のガス分配装置など）を通過することなく導入されるガスは、例えば反応空間を密封するためにされてもよく、これには希ガスなどのシールガスが含まれる。
本明細書で使用される「基板」という用語は、使用されうる、またはデバイス、回路、もしくは膜が形成されうる任意の下地材料（複数可）を指してもよい。
本明細書で使用する「原子層堆積」（ＡＬＤ）という用語は、堆積サイクル（好ましくは複数の連続堆積サイクル）がプロセスチャンバー内で行われる蒸着プロセスを指す場合がある。典型的に、各サイクル中に前駆体は、堆積表面（例えば基板表面または以前に堆積された下地表面（以前のＡＬＤサイクルからの材料など））に化学吸着され、追加の前駆体と容易に反応しない（すなわち自己制御反応）単分子層または準単分子層を形成する。その後、必要に応じて、化学吸着した前駆体を堆積表面上で所望の材料に変換するのに使用するために、次に反応物質（例えば別の前駆体または反応ガス）をプロセスチャンバーの中に導入しうる。典型的に、この反応物質は前駆体とさらに反応することができる。さらに、各サイクル中にパージ工程も利用して、化学吸着された前駆体の変換後に、過剰な前駆体をプロセスチャンバーから除去する、および／または過剰な反応物質や反応副生成物をプロセスチャンバーから除去しうる。さらに、本明細書で使用される「原子層堆積」という用語はまた、「化学蒸着原子層堆積」、「原子層エピタキシー」（ＡＬＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、ガス供給源ＭＢＥ、または有機金属ＭＢＥ、ならびに前駆体組成物（複数可）、反応性ガス、およびパージ（例えば不活性キャリア）ガスの交互パルスで実施される場合の化学ビームエピタキシーなどの関連する用語によって示されるプロセスを含むことを意味する。
本明細書で使用する「化学蒸着」（ＣＶＤ）という用語は、基板を一つ以上の揮発性前駆体に曝し、この前駆体が基板表面上で反応および／または分解して所望の堆積物を生成する、任意のプロセスを指すことができる。
本明細書で使用される用語「膜」および「薄膜」は、本明細書に開示される方法によって堆積された任意の連続的または非連続的な構造体および材料を指すことができる。「膜」および「薄膜」としては例えば、２Ｄ材料、ナノロッド、ナノチューブもしくはナノ粒子、またはさらには部分的もしくは完全な分子層、または部分的もしくは完全な原子層、または原子および／または分子のクラスタを挙げることができる。「膜」および「薄膜」は、ピンホールを有する材料または層を含みうるが、依然として少なくとも部分的に連続している。
ＡＬＤやＣＶＤなどに使用される装置は、基板表面上の材料の堆積およびエッチングを含む様々な用途に使用されうる。図１は、基板８０を処理するための装置１の概略図である。装置１は、チャンバー壁１１、１２が設けられた反応チャンバー１０と、壁１１に設けられたゲート弁４０と、ゲート弁４０に動作可能に接続された基板搬送チャンバー５０と、反応チャンバー１０と基板搬送チャンバー５０の間でゲート弁４０を介して基板８０を搬送するために基板搬送チャンバー５０内に配置された基板搬送ロボット９０と、反応チャンバー１０内に配置されたヒーター３１が設けられた基板支持体３０と、ゲート弁４０の反対側の壁１２に設けられた冷却装置２０とを備える。
装置１は、基板支持体３０に面するように構築および配置されたガス供給ユニット７０を有してもよい。ガス供給ユニット７０は、ガスを供給して基板８０上に薄膜を形成するための複数の穴が設けられたシャワーヘッド７２を備えてもよい。
冷却装置２０には冷却チャネル２１が設けられてもよい。装置１は、冷却チャネル２１を通して冷却流体を提供するように構築および／または配置されてもよい。冷却流体は冷却液であってもよい。冷却液は、冷却チャネル２１を通る水およびパーフルオールポリエーテルのうちの一つを含んでもよい。
別の方法として、装置１は、冷却チャネル２１を通して冷却流体として冷却ガスを提供するように構築および配置されてもよい。冷却ガスは、チャネル２１を通る空気、窒素、および不活性ガスのうちの少なくとも一つを含んでもよい。
装置１は、温度をより正確に制御するために、冷却装置２０と壁１２の内表面との間に配置された空間２４をさらに備えてもよい。断熱材は空間２４内に定置されてもよい。
装置１は、ゲート弁の近くの壁１１に設けられた壁ヒーター２２またはストリップヒーターをさらに備えてもよい。装置１は、ゲート弁４０の近くの壁１１に設けられた追加の壁ヒーター２５をさらに備えてもよい。装置１は、ゲート弁４０の反対側の壁１２に設けられた第二の壁ヒーター２６またはカートリッジヒーターをさらに備えてもよい。
装置１は、冷却装置２０と、壁ヒーター２２、２５、および２６のうちの少なくとも一つとの温度を制御するためのコントローラ６０をさらに備えてもよい。コントローラ６０は、ゲート弁４０の反対側の壁１１の第一の部分の温度と、ゲート弁４０の近くの壁１２の一部の温度とを同じ値に制御し、処理の均一性の改善をもたらすように構成されてもよい。例として、反応チャンバー内の温度（例えば、基板または基板支持体の温度）は、５００℃～約７００℃としうる。
上述の本開示の例示的な実施形態は、本発明の実施形態の単なる実施例であるため、本発明の範囲を限定しない。いかなる均等の実施形態も、本発明の範囲内にあることが意図される。実際に、記載の要素の代替的な有用な組み合わせなど、本明細書に示されかつ記載されたものに加えて、本開示の様々な修正は、記載内容から当業者に明らかになる場合がある。こうした修正および実施形態もまた、添付の特許請求の範囲内に入ることが意図される。

Claims (15)

  1. 基板を処理するための装置であって、
    チャンバー壁が設けられた反応チャンバーと、
    前記壁に設けられたゲート弁と、
    前記ゲート弁に動作可能に接続された基板搬送チャンバーと、
    前記反応チャンバーと前記基板搬送チャンバーの間で前記ゲート弁を介して前記基板を搬送するための前記基板搬送チャンバー内に配置された基板搬送ロボットと、
    前記反応チャンバー内に配置されたヒーターが設けられた基板支持体と、
    前記ゲート弁の反対側の前記壁に設けられた冷却装置と、を備える、装置。
  2. 前記冷却装置に冷却チャネルが設けられている、請求項１に記載の装置。
  3. 前記装置が、前記冷却チャネルを通して冷却流体を提供するように構築および配置されている、請求項２に記載の装置。
  4. 前記装置が、前記冷却チャネルを通して前記冷却流体として冷却液を提供するように構築および配置されている、請求項３に記載の装置。
  5. 前記装置が、前記冷却チャネルを通して水とパーフルオロポリエーテルのうちの一つを含む冷却液を提供するように構築および配置されている、請求項４に記載の装置。
  6. 前記装置が、前記冷却チャネルを通して冷却流体として冷却ガスを提供するように構築および配置されている、請求項３に記載の装置。
  7. 前記装置が、前記冷却チャネルを通して空気、窒素、および不活性ガスのうちの少なくとも一つを含む冷却ガスを提供するように構築および配置されている、請求項６に記載の装置。
  8. 前記冷却装置と前記壁の内表面との間に配置された空間をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  9. 前記ゲート弁の近くの前記壁に設けられた壁ヒーターをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  10. 前記ゲート弁の近くの前記壁に設けられた追加の壁ヒーターをさらに備える、請求項９に記載の装置。
  11. 前記ゲート弁の反対側の前記壁に設けられた第二の壁ヒーターをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記冷却装置と、前記壁ヒーターの少なくとも一つとの温度を制御するためのコントローラをさらに備える、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記コントローラが、前記ゲート弁の反対側の前記壁の第一の部分の温度と、前記ゲート弁の近くの前記壁の一部の温度とを同じ値に制御するように構成されている、請求項１２に記載の装置。
  14. 前記基板支持体に面するように構築および配置されたガス供給ユニットをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  15. 前記ガス供給ユニットが、前記基板にガスを供給するための複数の穴が設けられたシャワーヘッドを備える、請求項１４に記載の装置。
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