JP2005525693A - シングル・ウエハ・チャンバにおける放射率自由可変ポンプ・プレート・キット - Google Patents

Abstract

ウエハ・アクセス・スロットと複数の穴８２８を有するスカート８２２をもつポンプ・プレート８１２を含む装置において、これら複数の穴は、サセプタ８０６を均一に加熱するように、そのサイズおよび位置が決定されている。

Description

発明の背景

関連出願の相互参照

[0001]本出願は、２０００年７月２１日付けで出願された米国仮出願第６０／２２０，０３９号に基づく優先権を主張した、２００１年３月２日付けで出願された米国特許出願第０９／７９８，４２４号の一部継続出願である。

発明の分野

[0002]本発明は一般に半導体製造分野に関する。より詳細には、本発明はシングル・ウエハ・チャンバにおける放射率自由可変ポンプ・プレート・キットに関する。

関連技術の説明

[0003]通常「ＣＶＤ」と呼ばれる化学気相堆積法は、半導体ウエハ上に材料の薄層を堆積させるのに用いられる多くの処理の一つであり、熱やプラズマまたは光アシスト型の分解または化学物質の反応に基づく。例えば熱ＣＶＤ処理でウエハを処理するために、チャンバには、ウエハを受けるように構成されたサセプタが設けられている。通常、ウエハはロボットブレードによりサセプタ上に置かれ、またサセプタ上から取り除かれ、処理中はサセプタにより支持される。このような従来技術による典型的なシステムでは、処理に先立ち、サセプタとウエハは２００℃〜６５０℃の温度まで加熱される。ウエハが適当な温度まで加熱されたら、処理流体、通常はガスを、たいていの場合ウエハの上方に位置するガス・マニホールドを通し、チャンバ内に導入する。処理ガスは、加熱されたウエハの表面と接触すると熱的に分解して、その表面上に薄い材料の層を堆積する。

[0004]ウエハ処理の主要な目的は、各ウエハからできるだけ多くの使用可能なダイを得ることである。処理された各ウエハから得られるダイの最終歩留まりは多くの要素により影響される。これらの要素の中には、ウエハ上に堆積する材料の層の厚さや均一性に影響する処理変数や、ウエハに付着して１つまたは複数のダイを汚染する可能性のある粒子状汚染物などがある。各ウエハから得られるダイの歩留まりを最大限に高めるためには、ＣＶＤおよびその他の処理において、これらの両要素をコントロールする必要がある。

[0005]処理中、黄色や黒い粉がチャンバ内（例えばポンプ・プレートやフェース・プレート上）に蓄積する傾向があり、これによりチャンバ内の放射率が変化し、さらに温度変化が引き起こされる。一定の数のウエハを処理した後、放射率の変化により１つ１つのウエハの処理が不均一となる。そのため、従来の技術は、放射率の変化を防止し、それにより、処理の均一性を高めるための効果的手段や処理システムが不足しているという点で不十分である。さらに従来の技術は、最適な膜厚均一性を増すように、ウエハ・ヒーターの周辺に均一な温度境界条件を与えるための効果的な手段が不足しているという点で不十分である。本発明は、この技術分野におけるこれらの長年のニーズおよび要望を実現するものである。

発明の概要

[0006]本明細書中で、本発明の一態様においては、シングル・ウエハ・チャンバ内で用いる放射率自由可変ポンプ・プレート・キットが提供される。本キットには、流れを制限しない最上部が開かれたポンプ・プレートが含まれる。本キットには、さらにスカートおよび／または第２段チョーク・プレートを含むことができる。スカートは、ウエハ・ヒーターの周りか、ウエハ・ヒーターの下側又はチャンバ内のチャンバ・ボディに沿って取り付けられ、チョーク・プレートは、パージガス流に沿って最上部が開かれたポンプ・プレートの下流側に取り付ける。

[0007]本明細書に開示する放射率自由可変ポンプ・プレート・キットは、一部には、チャンバにガスパージを送ることによりポンプ・プレートやフェース・プレート上での残渣やパウダーの形成を防ぎ、チャンバ内の放射率の変化を防止することにより、ウエハ処理中の放射率の変化を防止するために用いることができる。より具体的には、ガスパージは底部パージまたはシャワーヘッドから流入させることができる。但し、ガスパージを行なってもパウダーの形成が起こる場合がある。そのため、ポンプ・プレートおよびフェース・プレート上のパウダーの形成を抑えるためには、ガスへの曝露をできるだけ少なくすることが望ましい。つまり、この最上部が開かれたポンプ・プレート・キットを用いることによりポンプ・プレートとフェース・プレートの間に存在するガスが円滑に流れるようにすることができる。また本キットは更に、ウエハ処理中、最適な膜厚均一性を与えるために用いることができる。

[0008]本発明はさらに、サセプタから放出される熱を吸収するように作用する後部スカートを有するポンプ・プレートについて開示する。ポンプ・プレートのスカートは、処理チャンバ内のウエハローディング構造（スリット・バルブ）に面するウエハローディング用スロットを有する。サセプタから放出される熱は、ポンプ・プレートのウエハローディング用スロットを通り、スリット・バルブに入る。スリット・バルブは、チャンバ内部の他の部分よりも多くサセプタから放出される熱を吸収するように作用する。スリット・バルブ領域内のサセプタが受ける反射熱は少ないため、結果的に、この領域内のサセプタは温度が低くなりうる。非均一に加熱されたサセプタは、ウエハ上の堆積に影響を及ぼす可能性があるため、これを補償するため、ポンプ・プレートにスカートが付けられる。スカートにはスロット、すなわちスカートによるサセプタから放出される熱の吸収を高めるための穴が付いている。スカートは、チャンバの壁からサセプタに反射される熱を減少させ、これにより、スリット・バルブ中への熱損失をバランスさせる効果を有する。サセプタが熱的にバランスをされることにより、ウエハ上に均一な堆積を得ることができる。

[0009]本発明の他の更なる態様、特徴、および利点は、開示の目的で示す、以下の本発明の実施形態の説明により明らかになるであろう。

図面の簡単な記述

[0010]本発明の上記の特徴、利点、および目的、および明らかになるであろうその他の点を達成する事項を詳細に理解できるように、上で簡単に概要を述べた本発明のより具体的な説明は、添付の図面に例示する特定の実施形態を参照して得られる。これらの図面は本明細書の一部を構成する。しかしながら、添付の図面は本発明の実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものとみなすべきではない。

発明の詳細な説明

[0030]本明細書では、処理のずれや異物を引き起こす、ウエハ処理中の放射率の変化を防止するために用いる、放射率自由可変ポンプ・プレート・キットを開示する。本明細書では、内部チャンバにおけるパウダーの形成やパウダーによるポンプ穴の閉塞の問題についても扱う。

[0031]シリコン（Ｓｉ）堆積のための従来の技術では、ガスを流すためのポンプ穴を有する標準ポンプ・プレートが用いられている。図２は、標準ポンプ・プレートを用いた場合の、均一性が１．３７％である例を示す。成膜を行っている間、ポンプ・プレートおよびフェース・プレート上に黄色や黒色のパウダーが蓄積し、これによりチャンバ内の放射率の変化やさらに温度変化が引き起こされる。均一性を高めると同時に放射率の変化を防止するために、本発明では最上部が開かれたポンプ・プレートが用いられる（図５参照）。ポンプ・プレートの上部が完全に開かれているため、パージガスが容易にポンプ流路の中に流入し、さらにチャンバ内からパウダーを除去する。図３は、最上部が開かれたポンプ・プレートを用いた場合の、厚さ均一性が０．７９％である例を示す。ポンプ・プレートを開くことにより均一性が改善されたことを示している。

[0032]また成膜を行っている間、ウエハ・ヒーターがチャンバ・ボディと相互に影響を及ぼし合い、そのため熱損失が起こる傾向がある。この熱損失を抑え、それによりヒーターの信頼性と寿命を向上するために、ヒーターの周りか、ヒーターの下側、またはチャンバ内のチャンバ・ボディに沿ってスカートを設置する。スカートは、ヒーターがチャンバ・ボディと直接的に影響を及ぼし合うのを防ぎ、各チャンバの処理条件をより均一にし、ウエハ・ヒーター周辺に同じ温度境界条件を与え、最適な膜厚均一性を達成する。

[0033]シリコン成膜のための従来技術の方法論における別の問題は、高い成膜温度のために、チャンバが常に高圧下にあり、出口ガスの流れの均一性を制御することが困難な点である。この問題を解決するため、本発明では、パージガスの流れに沿って、最上部が開かれたポンプ・プレートの下流側に、開口を小さくした第２ポンプ・プレートを設置する（図４の、ポンプ・プレート・チャンネル・リングを参照）。この第２ポンプ・プレートにより、出口ガスを均一にポンプするためのチョーク効果が与えられ、ウエハ上での最適な厚さ均一性が確保される。チョーク・プレートは均一なもの（図６参照）でも不均一なものとしてもよい。均一なチョーク・プレートは一様な間隔の穴を持ち、不均一なチョーク・プレートはある部分では穴が多く、別の部分では穴が少ない。

[0034]具体的例として、上記の放射率自由可変ポンプ・プレート・キットを組み込んだ処理チャンバを、本発明の一態様として開示する。チャンバはＰＯＬＹＧｅｎチャンバ１００と呼ばれ、チャンバ・ボディ１０５、チャンバ蓋１０４、上部を開いたポンプ・プレート１０６、ポンプ・プレート・チャンネル・リング１０１（すなわち第２段チョーク・プレート）、フェース・プレート１０２、および遮断プレート１０３を有する（図４参照）。スカート（図示なし）をウエハ・ヒーター（図示なし）の周辺か、ウエハ・ヒーターの下側か、あるいはチャンバ１００内のチャンバ・ボディ１０５に沿って、かつポンプ・プレート１０６の下側に取り付ける。放射率自由可変ポンプ・プレート・キットでは２段のポンプが可能となる。すなわち、第１段では上部が開かれたポンプ・プレート１０６により、標準ポンプ・プレートと比べて、ポンプ処理がより自由により迅速に行なわれる。パージガスがチャンバ１００の下部から、上部を開いたポンプ・プレート１０６に流入するため、ポンプ・プレート１０６上およびフェース・プレート１０２上でのパウダーの形成が妨げられる。第２段では、上部により小さい開口を持つ第２ポンプ・プレートにより、チョーク効果が与えられ、出口ガスのポンプが均一になり、ウエハ上で最適な厚さ均一性を確保できる。Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅなどの標準パージガスを用いることができる。

[0035]さらに、ポンプ流路の設計により、パウダーを補足する面積が大きくなるため、パウダーによりポンプ穴が塞がれる可能性が大きく減少する。またさらに放射率自由可変ポンプ・プレート・キットは、ウエハ・ヒーターの周辺の温度境界条件を均一とするため（特にスカートの働きにより）、ヒーターと周辺部の条件を均一とすることができる。これにより、最適な膜厚均一性がもたらされる。

[0036]表１は、上部が開かれた第２段チョーク・プレートを有する放射率自由可変ポンプ・プレート・キットにより得られた試験結果を示す。厚さの均一性のパーセントが低いほど、優れた均一性を示す（０＝完全に均一）。図７は表１に記載のデータのグラフである。
表１
（第２段チョークを有する、上部を開いた）ポンプ・プレートを用いて得られた試験結果
シリコン堆積厚（μｍ） 厚さ（Å） 厚さ均一性（％）
0 1335 0.935
3.5 1323 0.840
8.0 1322 0.713
12.6 1318 0.776
17.1 1318 0.797
21.6 1314 0.788

省略：Dep.-堆積；U.-均一性；Tn.-厚さ
[0010]この表から、シリコン（Ｓｉ）の総堆積がほぼ２１μｍに近付くまで、均一性と厚さは変らないことが分る。ウエハ処理中に本発明に開示のポンプ・プレート・キットを用いることにより、Ｐドープ・ポリシリコン処理の生産性は、チャンバのドライ洗浄１回当たり（１回のチャンバ洗浄につき９０分）の総堆積が５μｍから、チャンバ洗浄１回当たりの総堆積が２５μｍを超えるまでに明らかに改善される（図１および図７を比較参照）。洗浄の頻度を減らすことにより、システムのスループットが向上する。本明細書に開示されたポンプ・プレート・キットは、処理の偏りを起こす放射率の変化を防止する。処理の偏りがなくなると、洗浄の必要がなくなる。

[0011]前述した通り、本明細書において、本発明の一態様で開示するのは、シングル・ウエハ・チャンバ内で用いる放射率自由可変ポンプ・プレート・キットである。本キットは、最上部が開かれたポンプ・プレート（ポンプ・プレート）を有し、流れが制限されない。本キットは更にスカートおよび／または第２段チョーク・プレートを有する。スカートはウエハ・ヒーターの回りか、ウエハ・ヒーターの下側か、あるいはチャンバ内のチャンバ・ボディに沿って取り付けることができ、ポンプ・プレートと一体とすることができる。チョーク・プレートはパージガスの流れに沿ってポンプ・プレートの下流側に取り付けることができる。チョーク・プレートは均一な穴を有しても、不均一な穴を有してもよい。

[0012]ウエハ処理チャンバの内部には、他の場所と熱の反射が異なる局部領域がある場合がある。処理チャンバ内にこのように非対称の熱の反射があると、ウエハ上の膜の形成に悪影響を及ぼすことがある。このような不均一な熱の反射により引き起こされる影響の一つとして、ウエハ上に形成される膜が不均一な材料特性を持ったり、厚さが不均一になるという点があげられる。ウエハ成膜に関するこのような起こりうる問題を最小限にするため、ウエハ処理チャンバ内にボディを設置することができる。このために、熱を不均一に反射させる非対称な形で、該当局部領域に対してボディを正確に位置合わせすると熱の反射の不均一性を内部で打ち消すことができるような特殊な形状を有するボディを開示する。

[0013]このようなボディとしては、非対称な形状を持つスカートを取り付けたポンプ・プレートがあり得る。サセプタ周辺に均一な半径温度境界条件（均一な半径温度境界）を与えると同時に、サセプタ内全体の温度を均一にすることができる非対称なスカートを開示する。サセプタは中央で加熱し、サセプタの端に向かって熱が流れるようにし、その結果、サセプタの端に近付くにつれてサセプタの温度が下がるような形態をとることができる。均一な温度境界とは、円形のサセプタが、その半径上に位置する円周上のどの点においても、全ての半径方向の位置で均一な温度をもつ、すなわち均一な半径熱プロファイルを有するということを意味しうる。また更に、ポンプ・プレートは全体の、すなわちポンプ・プレート全体にわたって低い温度プロファイルを有することができ、処理中、このプロファイル内の温度の均一性が高くなる可能性がある。

[0014]一実施形態において、ポンプ・プレートには一体型のスカート（すなわちポンプ・プレートとスカートが一体である）を有し得るが、スカートには、それを貫通するスロットなどの穴が付いており、スカートの長さは短く（ショートスカート）、ウエハローディング領域（ウエハ・アクセス・スロット）ではスカートを完全に取り去っている。スカートの貫通穴は丸、楕円（スロット）、その他いろいろな形とすることができる。ポンプ・プレートは処理チャンバ内に位置し、スカートを正しく配列することにより、スリット・バルブに隣接していない領域へのサセプタの放熱と比較して、加熱されたサセプタからスリット・バルブへの放熱の影響を釣り合わせる。

[0015]図８Ａは、スロットを有するスカートが備えたポンプ・プレートを含む処理チャンバの一実施形態の横断面図である。図８Ｂは、スリット・バルブに隣接するポンプ・プレートとサセプタの横断面図である。図８Ｃは、ポンプ・プレートのスカートのエッジを例示する図である。図８Ａを参照すると、例えばＰＯＬＹＧｅｎチャンバのような処理チャンバ８００内で、例えばＣＶＤのような処理により、被覆膜をウエハ８０２上に形成できる。ウエハ８０２は、サセプタ８０６内に埋め込まれた加熱エレメント８０４および／または隣接するサセプタ・ベース８１０内に位置する抵抗加熱ロッド８０８を用いて、サセプタ８０６により加熱できる。その結果、ウエハ８０２は、成膜処理の一部としての処理の間、加熱される。ウエハの処理の後に、サセプタ８０６とサセプタ・ベース８１０とを下降させ、サセプタ８０６内に浮動しているピン（図示せず）が平行移動し、ウエハ８０２をサセプタ８０６から持ち上げ、ロボットブレードが（図示せず）それを処理チャンバ８００から取り出すことができる。

[0016]処理中、熱は伝導によりサセプタ８０６の外径に向かって、また表面に向かって外向きに流れ、チャンバ内部８１６内に放射する。サセプタ８０６からの、この外向きの熱の流れが不均一であると、ウエハ８０２の加熱環境が不均一になる可能性がある。ウエハ８０２上に不均一な加熱環境が生じると、被覆の形成が不均一になる可能性がある。

[0017]処理チャンバ８１６の内部容量は、サセプタ８０６からの放射熱を受けるための、均一な形状をとっていない。そのため、処理チャンバの内部８１６では、場所によってサセプタ８０６からの放射熱を吸収する度合いが異なり、そのためサセプタ８０６上に反射する熱の量も場所によって異なる。その結果、サセプタ８０６上の場所により、サセプタ８０６から放出される熱の度合いに違いが生じうる。ポンプ・プレート８１２の一つの用法としては、サセプタ８０６の周りに、サセプタ８０６のエッジ８０７とその近辺で放出される熱の総量に更なる均一性を与える、熱的制限を加えることである。ポンプ・プレート８１２の形は、ポンプ・プレート８１２周辺の異なる局部領域で、サセプタ８０６から放射される熱の吸収、通過、または反射の度合いが異なるような設計とすることにより、処理チャンバ８００内の異なる形状を相殺するような設計となっている。結果として、ポンプ・プレート８１２の円周の形状に補償するための変化を加え、処理チャンバ内部８１６のこれら異なる局部領域への放射によるサセプタからの純熱損失がバランスされる。

[0018]特に図８Ｂを参照すると、ポンプ・プレート８１２の幾何形状には補償を行わず、処理チャンバ８００へのウエハ８０２のローディングやアンローディングの為に用いられるウエハ処理チャンバ内部８１６内の隙間である、スリット・バルブ８１８として知られている局部領域に、熱は、放射により、サセプタ８０６から迅速に除去できる。サセプタ８０６から放出される熱は、ポンプ・プレート８１２のウエハローディング用スロット８２１を通ってスリット・バルブ８１８へと放射され、スリット・バルブの対面する表面８２４と８２５の間で繰り返し反射可能である。このように繰り返して反射することにより、一定の黒体吸収が起こり、スリット・バルブ８１８内への熱の吸収が高くなる。スリット・バルブ領域８１８内への熱の吸収が増加することにより、サセプタ８０６への放射のはね返りが抑えられる。吸収が高くなり、反射が抑えられることにより、スリット・バルブ８１８に隣接するサセプタ８０６の領域からの高速の熱流量が生じる。

[0019]ポンプ・プレート８１２にスカート８２２を付加することにより、熱を吸収し、サセプタ８０６から放射する熱に対して円形のバリア、すなわち温度境界を設けることができる。スロット８２８の付いたスカート８２２により、サセプタ８０６から放射される熱を更に多く吸収することができ、また更にサセプタの熱がチャンバ内部壁８１４から離れてサセプタ８０６上に戻って反射するのを制限することができる。そのため、スカート８２２に隣接した領域で、より迅速に熱がサセプタ８０６から放たれる。そのため、スカートのスロット８２８をスリット・バルブ８１８と軸方向にほぼ同じ位置に設置した場合（但し、ウエハ投入スロット８２１がスリット・バルブ８１８に隣接しているため、スリット・バルブ８１８には隣接しない）、スカート８２２はスリット・バルブ８１８へのサセプタ８０６の熱損失を実質的に補償することができる。

[0020]ポンプ・プレート８１２により吸収された熱は、環状のポンプ・プレートのフランジ８１７を通り、チャンバハウジング８１４の温度の低い領域（すなわち水で冷却されている領域８１５）へと伝えられる。スカート８２２は、ウエハ８０２にアクセスすることが必要なスリット・バルブ８１８の領域を除いて、ポンプ・プレート８１２の円周の周りに取り付けられていることに留意する。そのため、スロット付きのスカート８２２はサセプタ８０６からの熱の吸収を高め、スリット・バルブ８１８における黒体吸収効果をバランスさせ、その結果、サセプタ８０６周辺にさらに均一な温度境界を与える。

[0021]スカート８２２による吸収の効率は、スカート８２２に開口または穴８２８（ここでは垂直楕円の貫通穴（垂直スロット）８２８として図示）を使用することにより一層高められる。垂直楕円とは、スロットの楕円の主軸が、垂直（軸）方向に位置することである。サセプタ８０６から放射される熱の一部は、垂直スロット８２８を通過しうる。垂直スロット８２８を通って放射される熱は、スロット８２８を形成する側壁表面８３１により吸収され得る。側壁表面８３１に当たる熱の一部は吸収され、一部は反射される。側壁表面８３１から反射される熱の一部は、対面する側壁８３１に当たり、さらに吸収され、反射される。吸収されない熱がスロットの側壁表面８３１に連続して反射することで、結果としてこれもスカート８２２による熱の吸収を増やす黒体効果となり得る。

[0022]効率的な補償を行うため、垂直スロット８２８の総面積は、スリット・バルブ８１８が処理チャンバの内部８１６に向かって開口している、スリット・バルブ８１８の部分の面積にほぼ等しくすることができる。円形の処理チャンバ内部８１６の場合、このようなスリット・バルブ８１８の領域は、２つのスリット・バルブ表面８２４と８２５の間の距離を、チャンバ軸８３２からスリット・バルブ８１８がチャンバ内部壁８１４に出会うところまでで形成される半径Ｒで、ほぼ３０°〜１２０°の範囲の弧で回転させることにより、定められる。

[0023]図８Ｃを参照すると、３００ｍｍのウエハを処理するための一実施形態において、スロット８２８の形状は、主軸（垂直軸８４０）と短軸（水平軸８４２）を有し、主軸対短軸の比は、１（主軸／短軸＝１）以上とすることができる。スロット８２８は、スロット８２８の間の間隔８４４がほぼ０．１〜０．５インチの範囲内になるように、スカート８２２の周りに均一な間隔で配置することができる。垂直スロットの場合、スロットの主軸（垂直軸）はほぼ０．５０インチとし、スロットの短軸はほぼ０．２５インチとすることができる。スロット８２８をスカート８２２内に位置させて、ポンプ・プレート８１２が処理チャンバ８００内に設置されると、スロット８２８がスリット・バルブ８１８とほぼ同じ高さ（軸方向に同じ位置）となるようにできる。すなわち垂直スロットの後端８２７と前端８２９とが、各々、表面８２４と８２５の延長線８３３と８３４と同じ高さである（図８Ｂ）。スカート８２２の内径はほぼ１２〜１５インチの範囲とすることができ、ウエハ・アクセス・スロットはほぼ３０〜１２０°の範囲で円周上に延ばせる。スカート８２２の厚みはほぼ０．２５インチとすることができ、スカートの軸長（Ｌ）はほぼ１．０インチとすることができ、スカート長さは、スロット８２８をスリット・バルブ８１８と同じ高さに配置することができるだけの長さをもたせる（図８Ａおよび図８Ｂ）。

[0024]適当なサイズのスロット付きスカート８２２を取り付けたポンプ・プレート８１２は、処理チャンバの内部壁８１４から反射する熱を最小限に抑えることができる。これにより、スリット・バルブ８１８に隣接していない領域の、サセプタ・エッジ８０７の近くの熱損失を増加させる効果がある。その結果、ポンプ・プレート８１２、中でも特にスカート８２２より吸収される熱を、サセプタ８０６から直接スリット・バルブ８１８に放射される熱の部分的影響とバランスさせることができる。

[0025]しかしながら、スカート８２２およびスロット８２８の形状は、単にスリット・バルブ８１８だけでなく、処理チャンバ８１６内の異なる形状の影響を補償するように設計することができる。再び図８Ａを参照すると、当業者であれば、垂直スロット８２８の間にある間隔を保持すべきであるという点は理解できるであろう。これにより、スカート８２２の後端で吸収される熱を、ボトルネック（停滞）を引き起こすことなく、すなわち温度上昇を引き起こすことなく、スロット８２８の周辺およびポンプ・プレートのフランジ８１７へと伝導するに十分な領域を得ることができる。さらに、スカート８２２の厚さは、スロット８２２を通過する放射熱を吸収し、スカート８２２を通ってフランジ８１７へと全ての熱を伝導させるのに十分なだけの側壁表面８３１の領域を確保できるような厚さとする必要がある。

[0026]図８Ｂに図示のとおり、ポンプ・プレート８１２を処理チャンバ８００に組み付けると、スカート内の穴（ここではスロット）を、スリット・バルブ８１８とほぼ同じ高さ（軸方向に）にできる。これは、スカート８２２の垂直スロット８２８の後端が、スリット・バルブ８１８の底表面（床）８２４と軸方向にほぼ同じ位置８３３にあると言うことを意味しうる。垂直スロットの前端８３４は、スリット・バルブ８１８の最上表面８２５と軸８３２(図８Ａ)方向に同じ位置にある。これによりスロット８２８全体がスリット・バルブの開口８１８と同じ高さとなるが、そもそもこの局部的熱吸収条件を引き起こすウエハ投入の必要のために、スリット・バルブ８１８に隣接する局部領域ではぐるりと、スカート８２２とスロット８２８が除去されて、ウエハ投入スロット８２１を形成する。

[0027]図８Ｄは不均一な間隔のスロットを例示する図である。処理チャンバ内部８１６内の非対称な特徴を補償するため、スロット８２８の間隔は、このような局部的内部特徴部分に隣接するスカート８２２の周方向位置に、均一にあるいは不均一に大きくしたり小さくしたりすることができる。異なる特徴とは、形状の異なる特徴である場合もあり、表面温度の異なる特徴である場合もある。すなわち、適切な設計のスカート８２２を用いることにより、スリット・バルブ８１８以外の局部領域で、処理中に生じる内部チャンバ壁８１４(図８Ａ)上の局部的高温部、または低温部を補償することも可能である。

[0028]図８Ｅ〜図８Ｇに図示の通り、スカート８２２の熱吸収穴の形は、機械加工コストと、必要な表面領域とを勘案して、いろいろな形、又は、いろいろな形の組み合わせとすることができる。楕円８３５や円形８３４と共に、正方形８３６、長方形８３８、三角形８４０、また非対称曲線８４２で形成された開口など、いろいろな形が考えられる。

[0029]図９Ａは、短いスカートを持つポンプ・プレートの一実施形態の３次元図である。図９Ｂは、短いスカートを持つポンプ・プレートの該一実施形態の横断面図である。スカート９２２と多数の穴、ここでは垂直スロット９２８は、処理チャンバ内部８１６（図８Ａ）内の不均一な条件により生じる熱吸収の高低の局部的影響をバランスすることができる。しかしながら、処理中にポンプ・プレート９１２内の温度をできるだけ抑えることも重要である。ポンプ・プレート９１２内の温度を低く抑えることと併せて、処理中の温度の均一性もまた重要である。処理中のポンプ・プレート９１２内の温度を低減することにより、ポンプ・プレート９１２の材料が不純物を処理チャンバ８００（図８Ａ）内に付加し、ウエハや堆積されたウエハ膜を汚染する可能性を低くできる。ポンプ・プレート９１２はアルマイト被膜を施したアルミニウムを用いて製作することができるが、当業者であれば、これ以外にもステンレススチールなどの材料が用いられることは理解できるであろう。ポンプ・プレート９１２内の温度が高くなると、アルマイト被膜などのポンプ・プレート９１２上の被覆（用いられている場合）にクラックや剥がれが生じる場合がある。下の地金が露出すると、金属の一部が汚染物質として空気とともに運ばれる可能性がある。

[0030]図９Ｂを参照すると、完全な水平なスロットを付ける代わりに、ウエハ・アクセス・スロット部分９２８で、スカート９２６の区域（破線部）を除去すると、熱は、フランジ９１７に到達するために、スロット９２４の周りをぐるりと回る必要がなくなる。このような熱の流れにより、ウエハ・アクセス・スロット９２８に隣接するスロット９３０の間のボトルネック領域に「高温部」が生じる。スカート９２２のこの領域９２６を除去することにより、この部分では熱が吸収されず、そのため、隣接するスロット領域９３２において熱の流れが増加しないで、温度上昇が引き起こされる。さらに、ウエハ・アクセス・スロット８２１の後端８３０を開口することにより、スカートの全長Ｌを短くするもことも可能である（ショートスカート）。これにより、スリット・バルブ８１８（図８Ｂ）とぴったりあうように穴の大きさ、この場合はスロットの主軸にあわせてスカート長Ｌを決めることができる。スカートのスロットの軸をスリット・バルブと合わせ、スロットの総領域をスリット・バルブの面積とほぼ等しくさせることは経験に基づく一般的原則であるが、これによりスリット・バルブ８１８への熱損失をほぼ補償することができる。

[0031]スカート９２２における温度を最小限に抑える熱流を許容するために、垂直スロット９３０間の距離を決定することは、当業者にとっては可能であろう。距離「ｓ」は均一にしてもよく、均一に変化させても、不均一に変化させてもよく、あるいはスカート９２２に均一な加熱を行うため、その他いろいろの形で変化させて間隔をあけてもよい。

[0032]スカート９２２の長さＬは、熱吸収のための表面領域を小さくすることにより、ポンプ・プレート９１２内の温度を減少させながら、サセプタ８０６（図８Ａ上部）からチャンバ内部壁（図示せず）の部分の直接放射加熱に対してスクリーンを与えるようなサイズとすることができる。このような幾何形状の結果として、ポンプ・プレート９１２をほぼ２５０℃未満の温度で維持することが可能であり、処理チャンバがほぼ５５０〜８００℃の範囲で運転しているとき、ポンプ・プレート９１２の温度は、ほぼ±３０℃の範囲内で均一である。

[0033]図１０Ａ〜図１０Ｃはスカート１０２２を貫通しない、スカートのスロットの別の実施形態の図である。図１０Ａは、タップ付き底穴となっているスロット１０２８の図である。図１０Ｂは、フラットな底穴であるスロット１０３０の図である。図１０Ｃは、ネジ付きのフラットな底穴１０３２であるスロットの図である。一実施形態では、１つ以上のスロット１０２８、１０３０、１０３２は完全にスカート１０２２を貫通しておらず、ポンプ・プレートを処理チャンバ内に設置した場合、スロットの開口１０２８、１０３０、１０３２は、サセプタ（図８Ａ）の方に向けられる。スカート１０２２を貫通していないスロット１０２８、１０３０、１０３２を用いて、スカート１０２２を機能させることも可能ではあるが、生産性でのメリットおよび、最大の側壁表面領域８３１（図８Ｂ）を得る為のメリットは、スカート１０２２を貫通する穴と比べて、あまり有利でない。

[0034]本明細書に開示する放射率自由可変ポンプ・プレート・キットは、チャンバにガスパージを送ることにより、ウエハ処理中の放射率の変化を防止し、ポンプ・プレートおよびフェース・プレート上の残渣やパウダーの形成を防止し、それによりチャンバ内の放射率の変化を防止するために用いることができる。ポンプ・プレートは、またウエハ処理中、加熱されたサセプタからより均一に熱を除去し、膜厚や膜材料特性の均一性を改善するためにも用いることができる。このような熱の均一性は、サセプタ周辺に均一な温度境界条件を与えることにより達成することが可能であり、これによりウエハ上の均一な成膜を得ることができる。ポンプ・プレートは平均運転温度を低くすることが可能であり、ポンプ・プレートの運転温度をさらに均一にすることによって、ベースメタルからの処理チャンバ内での金属汚染の可能性が少なくなる。

[0035]当業者であれば、本発明に固有の目的、結果、利点とあわせて、この目的を達成し、前述した結果や利点を得るために本発明がうまく適合しているという点が容易に理解できるであろう。当業者にとっては、本発明の精神や範囲を逸脱しない範囲で、本発明を実施するにあたり、種々の修正や変形が可能であるということは明らかであろう。当業者であれば、特許請求の範囲に規定される本発明の精神の範囲内において、本発明の変更やその他の用法に想到するであろう。

図１は、標準的なポンプ・プレートを用いて３０ミクロンのドープまで複数反復したものを示しており、洗浄が約１０ミクロンまで引き延ばされたことを示している。 図２は、標準的なポンプ・プレートを用い、均一性が１．３７％であるものを示す。従来の技術によるこの標準的なポンプ・プレートは上部が開かれておらず、穴が付いている。ポンプ中、パージガスがこの穴を通る。 図３は、上部が開いたポンプ・プレートにより、厚さの均一性が０．７９％であるものを示す。ポンプ・プレートを開くことにより均一性が改善されたことを示している。 ポンプ・プレートのチャンネル・リング１０１、フェース・プレート１０２、遮断プレート１０３、チャンバ蓋１０４、チャンバ・ボディ１０５、および上部が開かれたポンプ・プレート１０６を含むＰＯＬＹＧｅｎチャンバ１００の断面図である。ポンプ・プレートのチャンネル・リングは第２段チョーク・プレートとして機能する。パージガスはチャンバの下部または上部からポンプ・プレートに入る。上部が開かれているため、ガスは自由にチャンバから流出する。 最上部を開いたポンプ・プレート１０６の３次元図である。 穴の間隔が均一にあけられたである均一チョーク・プレート１０１の３次元図である。 表１に含まれるデータのグラフであり、ウエハ処理中に、本明細書に開示されるポンプ・プレート・キットを用い、シリコンの総堆積が２１μｍ近くになるまで、均一性と厚さが変わらずにいることを示す。 スカートの付いたポンプ・プレートを有する処理チャンバの一実施形態の横横断面図である。 スリット・バルブに隣接するポンプ・プレート領域とサセプタの横断面図である。 ポンプ・プレートのウエハローディング用スロットに隣接するスカートエッジを示す図である。 スカート内のスロットが均一でないポンプ・プレートの一実施形態を示す図である。 ポンプ・プレートのスカートの穴の一実施形態を示す図である。 ポンプ・プレートのスカートの穴の別の実施形態を示す図である。 ポンプ・プレートのスカートの穴の更に別の実施形態を示す図である。 短いスカートを有するポンプ・プレートの一実施形態の３次元図である。 短いスカートを有するポンプ・プレートの一実施形態の横断面図である。 下部がタップ付き穴であるスロットの図である。 下部がフラットな穴であるスロットの図である。 下部がネジ付きのフラットな穴であるスロットの図である。

符号の説明

１００…チャンバ、１０１…チャンネル・リング、１０２…フェース・プレート、１０３…遮断プレート、１０４…チャンバ蓋、１０５…チャンバ・ボディ、８００…処理チャンバ、８０２…ウエハ、８０４…加熱エレメント、８０６…サセプタ、８０７…サセプタ・エッジ、８０８…抵抗加熱ロッド、８１０…サセプタ・ベース、８１４…チャンバ内部壁、８１５…水冷局部領域、８１６…処理チャンバ内部、８１７…ポンプ・プレート・フランジ、８１８…スリット・バルブ、８２１…ウエハ投入スロット、８２７…スロット後端、８２８…スロット、８２９…スロット前端、８３０…ウエハ・アクセス・スロット後端、８３１…スロット側壁面、８３２…チャンバ軸、８３３…表面８２４の延長線、８３４…円形、８３４…表面８２５の延長線、８３５…楕円、８３６…正方形、８３８…長方形、８４０…三角形、８４０…主軸、８４２…短軸、８４２…非対称曲線、９１７…フランジ、９２６…スカートを除去した部分、９２８…ウエハ・アクセス・スロット、９２８…垂直スロット、９３０…隣接するスロット、９３２…隣接するスロット部分、１０２８…タップ付き底穴のスロット、１０３０…フラットな底穴のスロット、１０３２…ネジ付きのフラットな底穴のスロット、１０６、８１２、９１２…ポンプ・プレート、８２２、９２２、１０２２…スカート、８２４、８２５…スリット・バルブ表面、Ｌ…スカートの軸方向の長さ、Ｒ…半径、Ｓ…距離

Claims (25)

1. 複数の穴とウエハ・アクセス・スロットとを含むスカートを有するポンプ・プレートを備える装置。
2. 前記ウエハ・アクセス・スロットが、前記スカートのエッジで開口されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の穴が貫通穴である、請求項１に記載の装置。
4. 処理チャンバと、
   スリット・バルブと、を更に備え、
   前記ポンプ・プレートが前記処理チャンバ内に位置し、前記ウエハ・アクセス・スロットが前記スリット・バルブに隣接し、前記複数の穴の軸方向の高さが、前記スリット・バルブの軸方向の高さとほぼ等しい、請求項１に記載の装置。
5. 前記複数の穴が前記スリット・バルブと軸方向に同じ位置にある、請求項４に記載の装置。
6. 前記複数の穴の、軸方向の高さ対穴幅の比がほぼ１以上である、請求項４に記載の装置。
7. 前記複数の穴の総面積が、前記スリット・バルブが前記処理チャンバの内部に向かって開いているスリット・バルブ部分の面積にほぼ等しい、請求項２に記載の装置。
8. サセプタ・ヒーターの温度がほぼ５５０〜８００℃の範囲である時、前記ポンプ・プレートがほぼ２５０℃±３０℃未満の温度を維持することが可能である、請求項１に記載の装置。
9. 前記複数の穴が、均一に間隔をあけて配置されている、請求項１に記載の装置。
10. 前記複数の穴が、不均一に間隔をあけて配置されている、請求項１に記載の装置。
11. 前記複数の穴が、２つ以上の形状を有する、請求項１に記載の装置。
12. 前記複数の穴における２つ以上の形状は、円、楕円、長方形、正方形、不均一な曲線からなる群から選ばれている、請求項１１に記載の装置。
13. ウエハ処理チャンバと、
    前記ウエハ処理チャンバの内部において、該内部の別の局部領域よりも熱の反射が少ない局部領域と、
    前記局部領域に位置合わせした時に前記局部領域による低い熱反射を熱的に補償するように熱を非対称的に反射する前記処理チャンバ内に取り付けられたボディと、を備える装置。
14. 前記局部領域がスリット・バルブであり、ボディが複数の穴を有するスカートである、請求項１３に記載の装置。
15. サセプタと、
    サセプタ・ヒーターと、
    ブロッキング・プレートを更に備え、
    前記サセプタが、前記サセプタの表面に伝わる熱により加熱され、前記複数の穴の位置とスカートの形状との結果として、前記スカートが、放射された熱を不均一に吸収してスリット・バルブからの前記減らされた熱反射を熱的に補償し、前記サセプタ周辺に均一な温度境界を与える、請求項１４に記載の装置。
16. 処理中の前記ポンプ・プレート全体の温度が均一になるように前記スカートの後端に開けられているウエハ・アクセス・スロットを有する前記スカートを更に備えた、請求項１４に記載の装置。
17. 前記ポンプ・プレート全体の温度をおさえるような短いスカートを更に備える、請求項１４に記載の装置。
18. 前記複数の穴が、前記サセプタの周辺の均一な温度境界を改善するような形状を有する、請求項１５に記載の装置。
19. 前記複数の穴が複数の形状をしている、請求項１８に記載の装置。
20. 処理チャンバと、
    サセプタと、
    ポンプ・プレートと、
    スカートと、
    前記処理チャンバ内の局部的加熱効果を補償することにより、前記サセプタ周辺に均一な境界を与える手段と、
    を備える装置。
21. 前記ポンプ・プレート内の温度を下げるための手段を更に備える、請求項２０に記載の装置。
22. 前記ポンプ・プレートにより温度の均一性を与えるための手段を更に備える、請求項２１に記載の装置。
23. 円形のサセプタと、
    フェース・プレートおよび前記サセプタ上部に位置する遮断プレートと、
    サセプタ加熱機構と、
    スリット・バルブと、
    ポンプ・プレートと、
    複数の貫通穴を有するポンプ・プレートのスカートと、
    前記ポンプ・プレートのスカートのエッジで開口されている前記ポンプ・プレートのスカート内のウエハ・アクセス・スロットと、
    を備え、
    処理中、前記ポンプ・プレート内の温度プロファイルを低減するため、前記スカートの長さを短くしている装置。
24. 前記スカートの前記複数の貫通穴が、処理中の温度を均一にするように配置されている、請求項２３に記載の装置。
25. 前記スカートが短いスカートである、請求項２３に記載の装置。

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