JP2008517461A - 並列ウエハ処理リアクタのための基板キャリア - Google Patents
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Abstract
並列ウエハ処理リアクタのための基板キャリアは、複数の基板を支持する。上記基板キャリアは、垂直スタックに水平に配列されるサーマルプレート又は環状リングでよい複数のサセプタを含む。上記基板は、サセプタの対の間でそれらサセプタの外周をめぐって設けられた2つ又はそれ以上のサポート上に取り付けられる。サセプタの各対の間に取り付けられる基板の数は、同じであっても異なっていてもよいが、サセプタの少なくとも1つの対の間では2つ又はそれ以上である。
【選択図】 図2
【選択図】 図2
Description
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、複数の基板上に物質を堆積することに係り、より詳細には、半導体デバイスの製造中の化学気相堆積及び原子層堆積に有用な装置に関する。
[0001]本発明の実施形態は、複数の基板上に物質を堆積することに係り、より詳細には、半導体デバイスの製造中の化学気相堆積及び原子層堆積に有用な装置に関する。
関連技術の説明
[0002]半導体デバイスを製造するには、基板上に種々の物質を順次堆積していく必要がある。これらの堆積は、化学気相堆積(CVD)、原子層堆積(ALD)又はその他の方法により行うことができる。このような堆積ステップは、1つの処理チャンバにて行われるか、又は、より普通には、一連の処理チャンバにて行われる。例えば、シリコンの堆積は、処理チャンバ内に基板を配置し、この基板を所望の温度まで加熱し、それから、シラン又はジシラン、ジクロロシラン、四塩化シリコン等の如き同様の前駆体を、その他のガスと共に、又はその他のガスを伴わずに、処理チャンバ内へ導入することによって行うことができる。その前駆体は、高温の基板面にて分解してシリコン堆積を生ずる。
[0002]半導体デバイスを製造するには、基板上に種々の物質を順次堆積していく必要がある。これらの堆積は、化学気相堆積(CVD)、原子層堆積(ALD)又はその他の方法により行うことができる。このような堆積ステップは、1つの処理チャンバにて行われるか、又は、より普通には、一連の処理チャンバにて行われる。例えば、シリコンの堆積は、処理チャンバ内に基板を配置し、この基板を所望の温度まで加熱し、それから、シラン又はジシラン、ジクロロシラン、四塩化シリコン等の如き同様の前駆体を、その他のガスと共に、又はその他のガスを伴わずに、処理チャンバ内へ導入することによって行うことができる。その前駆体は、高温の基板面にて分解してシリコン堆積を生ずる。
[0003]処理チャンバ内の動作パラメータを調整することによりスループットを増大させることが望ましい。このようなパラメータとしては、圧力、温度、堆積ガス注入量、パージガス量等がある。同時に、均一膜厚さとする如く、製造される半導体デバイスの各層の品質を維持することも重要である。単一基板上に対して1つ又はそれ以上の処理ステップを行う処理チャンバを含むような単一ウエハ処理リアクタを使用することによって、最適品質制御を行うことができる。しかしながら、単一ウエハ処理では、スループットが制限されてしまっていた。
[0004]スループットを増大させるために、並列ウエハ処理リアクタが使用されている。ある並列ウエハ処理リアクタによれば、同じリアクタ内の垂直スタックに複数の基板が配置される。並列ウエハ処理リアクタの幾つかの例が、米国特許第6,352,593号、米国特許第6,352,594号、米国特許出願第10/216,079号及び米国特許出願第10/342,151号に開示されており、これら明細書の記載は、ここに援用される。
[0005]前述の特許及び特許出願に開示された並列ウエハ処理リアクタによれば、互いに平行配向とされた複数の基板上に同時にシリコン(又は他の物質)を堆積させていくことができる。この並列ウエハ処理リアクタは、ウエハに亘って均一ガス流を与え且つ良好なウエハ温度均一性とする等温ウエハ環境を与えるため、マルチプレナム温度制御垂直インジェクタを使用している。これらの2つの特徴により、広い処理スペースに亘って種々な膜を比較的に高い堆積速度にて堆積させることができる。その結果として、このような並列ウエハ処理リアクタは、一度に多数の基板を処理することによりスループットを増大させながら、単一ウエハ処理リアクタの処理利点(均一、高品質膜、大処理窓、低サイクル時間、マルチステップ逐次処理、真空一体化処理及び融通性のあるロットサイズ)を与えることができる。
[0006]本発明の実施形態によれば、処理スループットを更に増大させる並列ウエハ処理リアクタのための基板キャリアが提供される。1つの実施形態では、基板キャリアは、垂直スタックに水平に配列された複数のサセプタを含む。基板は、サセプタの対の間でそれらサセプタの外周をめぐって設けられた2つ又はそれ以上のサポート上に取り付けられる。サセプタの各対の間に取り付けられる基板の数は、同じであっても異なっていてもよいが、サセプタの少なくとも1つの対の間では2つ又はそれ以上である。
[0007]また、本発明の実施形態によれば、基板を処理するための並列ウエハ処理リアクタが提供される。このリアクタは、処理チャンバと、複数の水平に配列されたサセプタ及び少なくとも2つの基板を保持するため上記サセプタの少なくとも1つの対の間に配置されたサポートを有する基板キャリアとを含む。
[0008]本発明の1つの実施形態では、サセプタの各対の間のサポートは、2つの対向するスペーサーを含む。ウエハの対向する端部は、これらの肩部にて支持される。本発明の別の実施形態では、サセプタの各対の間のサポートは、ウエハの第1の端部、第2の端部及び第3の端部がそれらの肩部に支持されるように配列された3つのスペーサーを含む。これらウエハの第1の端部、第2の端部及び第3の端部は、互いに120°離れたウエハ上の半径位置にある。
[0009]本発明の実施形態による基板キャリアは、従来の基板キャリア構造に優る幾つかの特定の効果を与える。それらの効果としては、所定の等温ゾーン内の基板のための容積を増大させることができること及びサセプタの数を減少させることによりコストを低減することができること、がある。
[0010]本発明の前述した特徴が詳細に理解できるように、幾つかを添付図面に例示した実施形態を参照して、概略的に前述した本発明につきより特定して以下説明する。しかしながら、添付図面は単に本発明の典型的な実施形態のみを例示するものであり、本発明の範囲をこれに限定しようとしているものではなく、本発明は、その他の同様に有効な実施形態を含むことができるものであることに注意されたい。
[0024]図1は、本発明の幾つかの特徴と共に使用できる並列ウエハ処理リアクタ10の上部断面図である。このリアクタ10は、処理スペース110を包囲する4つの壁部100a及び4つの壁部100bを含む。ガス注入マニホールド200及びガス排出マニホールド300が、対向する壁部100bに取り付けられている。マルチゾーン加熱構造体400が、それらの4つの側壁部100aの各々に取り付けられている。複数の基板を保持するための基板キャリアが、参照符号406で示されている。
[0025]図2は、本発明の一実施形態による基板キャリア406の拡大側面図である。この基板キャリア406は、全体として、細長い円筒状本体を画成している。サセプタ407の間で基板キャリア406の縦方向軸に沿って開口415が形成されている。基板404は、サセプタ407の対の間で開口415に配置され、スペーサー402に形成された肩部に取り付けられる。
[0026]サセプタ407は、全体として平板状のプラテン417及びこのプラテンの半径方向の周りに配置された2つ又はそれ以上の別々のポスト部材419で構成されている。このプラテン部分417は、加熱要素(図示していない)を用いる等で加熱される設計とされている。プラテン417の加熱に適応させるため、サセプタ407は、好ましくは、SiC被覆グラファイト、SiC被覆SiC又は一体SiCの如き耐火性の高熱伝導性材料で形成される。SiCとグラファイトとを種々な組合せたものが高温応用のためには最適と思われるが、その他の種々な材料を使用することもできる。好ましくは、サセプタ407は、基板404より大きな直径を有するとよい。熱アニーリング又は酸化の如きある処理のためには、サセプタの直径は、基板の直径と等価とされる。
[0027]サセプタ407は、幾つかの重要な役割を果たす。サセプタ407は、処理ガスを予熱し、ガス流が基板404に達する前に安定な流れ及び安定な熱境界層を誘導してウエハエッジ効果を最小とする。サセプタ407のサーマルマスは、また、基板404のサーマルマスを超えている。また、サセプタ407は、基板キャリア406を通してのガスの流れを制御して、ダミーウエハの必要を減少させる。また、サセプタは、粒子のガス相形成を悪化させてしまうような流れ渦又はガス再循環のゾーンの形成を減少させる。
[0028]サセプタ407は、各プラテン417が全体的に互いに平行となるように、垂直に積み重ねられている。図3は、基板キャリア406の部分の拡大斜視図である。この図には、個々のプラテン417及びポスト419が、より明確に示されている。図3からは又、サセプタ407の隣接対の間にギャップ408が形成されていることが分かる。これらギャップ408は、ローディング及びアンローディング中に基板404のパターン自由加熱及び均一放射率とするような個々の等温キャビティとして働く。サセプタ407の間のこのような等温キャビティは、高温測定温度監視及び制御の実施を簡単化する。ギャップ408内に配置された基板404は、基板404に亘る温度均一性を優れたものに維持しつつ、処理温度まで急速に加熱される。
[0029]処理性能に影響するサセプタ407に関連した幾何学的変数は、(a)各ウエハの上下のクリアランス、(b)サセプタ間の間隔、及び(c)サセプタの直径、である。基板404の上下の最適クリアランスは、幾分、処理に依存している。典型的には、ウエハの上下のクリアランスを等しくすると、ウエハの両側での膜厚さ及び膜特性が同じとなる。これは、一般的には望ましいことである。何故ならば、堆積後もそれらの平坦度を保つからである。ウエハの裏側の膜は、処理フローのある点で剥がされることがある。各ウエハの上下のガスの配分は、主として、そのウエハの上下のクリアランスに依存している。そのクリアランスが増大されるにつれて、基板キャリア406に沿ってガス注入マニホールド200(図1参照)を通して導入された処理ガスのより多くの部分が、基板404の表側及び裏側(基板の周りでなく)を横切って流れ、且つそこからガス排出マニホールド300(図1参照)内へと流れる。
[0030]現場内ドープSi膜の場合には、基板404の周りでなく基板404を横切って適切な量の処理ガスが流れるようにするために、基板404と隣接サセプタ407との間の最適クリアランスは、0.15インチから0.30インチまでの範囲内である。基板404をギャップ408の中央面から離れるように配置することにより、基板404の上側のガス流とその基板404の下側のガス流との比率を変えることができる。ギャップ408は、直径が13.6インチのサセプタの場合、サセプタ間の間隔が0.25インチから1.25インチまでの範囲内であると、それらの等温近黒体特性を保持する(即ち、サセプタ404の間に生ずるギャップ408の好ましい最小アスペクト比は、10:1より大きい)。
[0031]堆積速度、膜均一性及び膜特性を損なうことなしに、基板キャリア406のロードサイズを増大することが望ましい。サセプタ407の各対の間に1つより多い基板404を配置することにより、ロードサイズを増大させることができる。各基板404の上下のクリアランスは、前述したような所望の処理パラメータを満足するように選択される。隣接するサセプタ407の間に1つだけ基板404を配置する代わりに、2つ、3つ、4つ又はそれ以上の基板404を配置することにより、リアクタ10に対して他の大きな変更を加えることなしに、ロードサイズを増大させることができる。
[0032]図4は、サセプタ407の間に複数の基板404を配置したところを示している。サセプタ407の間に複数の基板404を配置するため、基板キャリア406の高さ方向に沿って肩部405が設けられている。より詳述すると、サセプタ407の各対の間に3つの肩部405が設けられている。これら肩部405は、そこに配置される各基板404を支持するものであり、サセプタ407の間に設けられたスペーサー402に形成されている。単一のスペーサー402を図5に示している。この構成では、スペーサー402は、このスペーサー402と一体の肩部405及びこのスペーサー402の高さ方向全体に亘って延長している貫通穴409を有している。
[0033]2つの隣接サセプタ407の間に2つのスペーサー402が使用されるときには、それら2つのスペーサーが基板404の対向端部を支持する。2つの隣接サセプタ407の間に3つのスペーサー402が使用されるときには、それらの3つのスペーサー402が互いに等距離離れた(120度)基板404の第1の端部、第2の端部及び第3の端部を支持する。図6Aは、2つのスペーサー402が使用されるときの基板404の支持されるポイントを例示している。図6Bは、3つのスペーサー402が使用されるときの基板404の支持されるポイントを例示している。
[0034]図4は、また、サセプタポスト419と連結されたスペーサー402の拡大断面図を与えている。各スペーサー402は、上方のサセプタ407及び下方のサセプタ407と係合している。スペーサー402の上部分は、上方のサセプタ407の底面に形成された凹部と係合し、スペーサー402の底部開口は、下方のサセプタ407のポスト419と係合している。図4においては、サセプタ407の各対の間に3つの基板404が支持されているところが示されている。サセプタ407の間に複数の基板404を配置する仕方は幾つかある。例えば、ある幾つかのギャップには、単一の基板404を挿入し、一方、他のギャップには、1つより多い基板404を挿入してもよい。このように、隣接サセプタの間に配置する基板404の数は、基板キャリア406の高さ方向に沿って変えることができる。1つの実施形態では、基板キャリア406の中央領域においてはサセプタ407の各対の間により多くの基板404を配置し、基板キャリア406の上下端に向かうにつれてサセプタ407の各対の間に配置する基板の数をより少なくしていってもよい。
[0035]図7A、図7B及び図7Cは、各々、基板キャリア406A、406B及び406Cの部分側面図である。図7Aの基板キャリア406Aは、ギャップ408当たり2つの基板404を保持するように構成されており、従って、総計で26個の基板を保持するように構成されている。図7Bの基板キャリア406Bは、ギャップ408当たり3つの基板404を保持するように構成されており、従って、総計で27個の基板を保持するように構成されている。最後に、図7Cの基板キャリア406Cは、サセプタ407の対の間で異なる数の基板404を保持するように構成されており、総計で31個の基板を保持するように構成されている。
[0036]任意であるが、特定の隣接するサセプタ407の間に絶縁体又は熱伝導体として作用する物体を選択的に配置することができる。基板キャリア406の上部及び底部からの熱損失を減少させるために、基板キャリア406の上下端に絶縁体を配置すると特に有効である。任意に、底部及び/又は上部ヒータを設けることにより、基板キャリア406の底部及び/又は上部に対する熱束を増大させることができる。
[0037]サセプタ407の対の間に3つの基板404が配設される場合には、いずれかのサセプタ407に最も近い基板404の方が、その2つの外側の基板404の間に挟まれた基板404より急速に加熱されてしまうことがある。図8に例示した本発明の1つの実施形態により、このような作用は軽減される。この実施形態では、各サセプタ407′は、基板404の直径よりわずかに小さい円形開口を中央に有した環状構成とされており、薄い環状リング417′及びスペーサー402と連結するための複数のポスト419′を備える。
[0038]サセプタ対当たり4つのウエハ(総計で50個のウエハ)を有する基板キャリア406の処理結果を、図9に示している。ボート内の選定された場所の結果が示されている。この結果は、良好な膜均一性が達成されることを示している。
[0039]多くのCVD及びALD処理の場合、チャンバ壁部の温度を精密に制御する必要がある。多くの場合に、その理想的な温度は、処理温度と室温との間の中間の温度である。その理想的な温度では、前駆体又は反応副産物が凝縮することはなく、膜(堆積されるならば)は連続したもので低ストレスのものであり、パウダー状とはならない。これらの要件は、通常、処理温度に近づいた温度で満足される。堆積速度は一般的により低い温度程低下するので、チャンバ壁部への付着の割合が減少させられるように、処理温度より僅かに低い値に壁部温度を制御することが好ましい。結局は、チャンバ壁部への付着層は厚くなってしまい、チャンバの洗浄が必要となる。洗浄のためにチャンバを取り外すことは実行不可能であり、現場内でのチャンバ洗浄では堆積された膜を完全に取り除くことはできないので、チャンバ壁部を覆う取り外し可能な1つ又はそれ以上のライナーを使用するのがよい。これらのライナーは、SiC、SiC被覆SiC、SiC被覆グラファイト、アルマイト又は耐火性材料及びSiO2、AlN、ポリマー等の如き絶縁材料からなる複合構造体を含む種々な材料で形成することができる。
[0040]300℃より高いライナー表面温度の場合、好ましい材料及び構成方法としては、SiC、SiC被覆SiC、SiC被覆グラファイトを用いて、それを、より低い温度に維持されたチャンバ壁部に近接離間(0.25mm−0.75mm)させるのがよい。そのライナーとチャンバ壁部との間のギャップを制御することにより、そのライナー及びチャンバ壁部の外側表皮層の温度を適当に制御することができる。このような小さなギャップは、熱絶縁を与えるのであるが、全体としてそれほど大きくないので、前駆体又は反応副産物がその空所に蓄積するようなことはない。より低いライナー温度の場合には、そのライナーは、介在絶縁体を介してチャンバ壁部と接触配置することができる。
[0041]このライナーは、現場内洗浄及び現場外洗浄の両方において使用して効果のあるものである。現場内洗浄の場合には、このライナーは、堆積膜のエッチング/除去のために既知のステップを通して洗浄することができる。現場外洗浄の場合には、このライナーは、取り外して洗浄するか、又は取り換えることができ、それにより、他のチャンバハードウエアの大規模な洗浄を避けることができる。
[0042]図10は、二次ガス/前駆体インジェクタとして機能する付加的ガス注入マニホールド201を有する並列ウエハ処理リアクタ10を例示している。この付加的ガス注入マニホールド201は、一次ガス注入マニホールド200から空間的に離されている。これらの空間的に離されたガス注入マニホールド200、201の温度は、独立して制御され、前駆体分配中に化学的に反応する前駆体の物理的分離がなされるようにする。
[0043]幾つかの適用例では、2つ以上前駆体に対して固定ボリューム分配構成が必要となる。固定ボリュームは、注入のポイントに近接して配置すべきであるので、スペースの制約により、インジェクタに隣接して取り付けられる固定ボリュームの数に制限がある。このような場合、複数の空間的に離されたインジェクタを使用することで、一体化作業が簡単化される。複数の空間的に離されたインジェクタは、次のような利点を与える。
・インジェクタの温度が独立して制御されるように積極的に加熱される領域の外にそのアセンブリを取り付けることにより、熱管理を改善することができる。
・種々な前駆体に対して独立のプレナムのため、前駆体分配中に化学的相互作用を最小とすることができる。
・従来のマルチポート注入に比較してインジェクタプレートに比較的に多くの穴があることにより、インジェクタの面を横切るガス流速度を均一とすることができる。
・前駆体の間の交配汚染を減少させ且つ前駆体の効率的な導入及び排出を可能とする。
・構成要素のパッケージングをより効率的とすることができ、揮発性前駆体を分配するのに必要とされる配管を減少させることができ、スペースを節約でき、サービスアクセスを増大することができ、複雑さを減少させることにより信頼性を改善することができる。
[0044]図11に例示された固定ボリューム分配機構は、付加的な動作モードを組み入れるように拡張されている。それら動作モードのうちの幾つかは、インジェクタに近接して固定ボリュームを配置することによって実現可能とされている。固定ボリューム分配の動作モードのうちの幾つかについて、以下に説明する。
・充填→[トッピング]→ドージング→[ポンピング]:[]内におけるステップは、任意のものである。このモードにおいては、インジェクタ弁505を通しての反応スペース110への前駆体のドージングは、(a)液体前駆体を含むアンプル520から気相引出又はバブルモードを使用して固定ボリューム510を「充填」圧力まで充填し、(c)固定ボリューム510をトッピング圧力までN2プッシュガス530でトッピングし、(c)前駆体が反応スペース110へと移送されるに従って固定ボリューム510における圧力が低下していくような短いパルスでもって固定ボリューム510から前駆体を反応スペース110内へと出し又はドージングし、(d)充填ステップを繰り返す前にポンプ540を使用して固定ボリューム510を既知の圧力までポンピングする、ことによって達成される。反応スペース110の圧力は、ウエハに亘る均一な表面反応を保証するようにドージングステップ中に制御される。
・充填→プッシュ/ドージング→ポンピング:このモードでは、インジェクタ弁505を通しての反応スペース110内への前駆体のドージングは、(a)液体前駆体を含むアンプル520から気相引出又はバブルモードを使用して固定ボリューム510を充填圧力まで充填し、(b)N2プッシュガス530で加圧することにより反応スペース110内へ固定ボリューム510から前駆体をドージングし、(d)充填ステップを繰り返す前に固定ボリューム510を既知の圧力までポンピングする、ことによって達成される。反応スペース110の圧力は、ウエハに亘る均一な表面反応を保証するように、ドージングステップ中に制御される。このモードでは、固定ボリューム510は、専用ラインでなくチャンバによってポンピングされてもよい。
・チャンバへの流入:このモードでは、前駆体は、CVDプロセスと同様のドージングステップ中に反応スペース110へと連続流として分配される。前駆体は、気相引出又はバブルモードにより反応スペース110内へと引き出される。
[0045]固定ボリューム510への流量は、低圧マスフローコントローラ(気相引出用)又はマスフローモニタ(バブルモード用)の如きフローモニタ又はフローコントローラ525を使用して任意的に計測することができる。マスフローモニタ525は、キャリヤストリームにおける前駆体の流量を測定し、前駆体の一定流量を維持するようにキャリヤフロー又はバブル動作条件を任意的に調整することができる。実際の実施においては、付加的な固定ボリュームは、固定ボリューム510がアイドル状態、分離状態又はシール状態にあるときに、充填、トッピング又はポンピングが動作中に使用できることを明示する。
[0046]前述した並列ウエハ処理リアクタ10は、また、半導体膜のエピタキシャル及び選択エピタキシャル堆積を可能とする。シリコン及びシリコンゲルマニウム膜の低温エピタキシャル及び選択エピタキシャル堆積は、次世代半導体デバイスのために重要性を増してきている。前述した並列ウエハ処理リアクタ10は、このような膜の堆積を行うように拡張できる。並列ウエハ処理リアクタ10は、エピ処理に適している。何故ならば、並列ウエハ処理リアクタは、ウエハ及び全ウエハロードに亘るドーパントの均一分配、ラジカルを分配する能力及び酸化物再成長の抑制の如きエピ処理のための必須の属性のうちの幾つかを有しているからである。エピタキシャル処理を可能とする並列ウエハ処理リアクタ10の属性について以下に列挙する。
・並列ウエハ処理及びクロスウエハガスフローチャンバアーキテクチャーにより、ポリシリコン及びα-SiGe膜において均一なドーパント含量(<1原子%)とされる。
・外側アルミニウムチャンバ(環状キャビティがフィルタされた高純度不活性ガスでパージされる)内の石英ライナーが、塩素化化学、現場内洗浄及びベーキングに対して適合性があること。円筒石英ライナーは、周辺をめぐって配列された複数のポートを有する。インジェクタが、1つのポートに取り付けられ、一方、排出フランジが、直径方向において対向するポートに接続される。第3のポートを、温度感知のための高温計を収容するのに使用することができる。差動的にポンピングされるキャビティにより、石英ライナー内の真空の完全性が改善され、また、外側アルミニウムチャンバ壁部に対する熱損失を制御することができる。
・マルチウエハ低サーマルマスボート及び低サーマルマス高温受容サーマル拡散シールドにより、任意的なプリエピガス相洗浄のため600−750℃にて>50℃/分ランプを達成できる。低サーマルマス高温シールドは、石英ライナーのポートの間でその石英ライナーを包むことができる。リアクタのCVD変形例では、それらシールドは、石英窓に対して機械的にシールされ、それらシールドと石英窓との間に形成されたキャビティは、不活性ガスでパージされる。
・インジェクタへ集積されるラジカル発生材(例えば、H)により、<750℃前洗浄ができる。マイクロ波励起表面波又はスロットアンテナ励起放電の如き種々な型の無電極放電をインジェクタへ組み入れることができる。この表面波放電は、インジェクタハウジング内に配置される誘電体管(例えば、石英)からなる。この管は、一端が蓋をされ、真空チャンバの外のガスフィードに接続される。表面波を励起するアンテナが、チャンバを出る誘電体管の端部に配置される。管へ供給されたガスは、その管内に維持されたプラズマによってラジカルへと励起され、その管の長さ方向に沿っている微細な穴のパターンを通してその管から出て行き、ボートの長さ方向にそう均一なラジカルの流速となる。ラジカル生成システムの能力を増大するため、又は、複数の型のラジカルを与えるため、このようなラジカル源の複数個を使用することができる。
・ガスラインベーキング能力を有する全ての処理及びパージガスのためのユースポイント清浄器により、処理チャンバ内で<1ppbの実効水分及び酸素含量を達成することができる。
・排出ポートに設置されるターボポンプにより、<2×10−8トルのベース圧力を達成することができ、一方、処理中にチャンバ圧力を制御するのに通常の高容量ポンプを使用することができる。
・還元(N2/H2)環境においてウエハをローディング及びアンローディングし且つ加熱することにより、自然酸化膜の再成長を抑制することができる。
・非常に過剰なH2での低圧力(1−10トル)処理は、一般的に、600℃以下で有益である。これらの温度では、堆積速度は、高膜品質及び選択性を保持するためには、10Å/分に抑えねばならないであろう。より低い温度では、より高次シラン(又は誘導体)が必要でもあろう。これらとしては、固有炭素含有物及び炭素含有添加物を有する又は有さない、ジシラン、トリシラン及び付随ハロゲン化誘導体がある。
・HFラストウエット洗浄と処理開始との間の待ち時間は、好ましくは、<30分である。
[0047]単一ウエハ処理リアクタにおいては、リアクタ表面からの付着膜のエッチング/除去を含む現場内チャンバ洗浄が広く使用される。それに代わる別の洗浄方法は、処理チャンバを開き、付着膜を有した部品を、きれいな部品と交換し、チャンバを物理的にきれいにふくような現場外洗浄である。現場外洗浄は、その性質上、時間のかかるものである。何故ならば、チャンバを大気に通気させ、構成要素を交換し、ウエハの処理を開始する前に延長チャンバの定性及び状態調節を行わなければならないからである。サーマルシステムの場合、現場外洗浄に続くシステムの通気及びヒートアップ前のシステムのクールダウンに関連したオーバーヘッドが、全停止時間に加わる。もし、チャンバがウエハ処理中に毒性ガスに曝される場合には、リアクタを稼働させるために開く前にガス特定の毒性除去処理を行わなければならないであろう。これらの理由のために、現場内洗浄の方が、現場外洗浄よりも有利である。
[0048]現場内洗浄のための1つの方法として、熱拡散シールド及びライナー(設置されている場合)から膜をエッチングによって取り去るためにエッチングガスを処理チャンバに導入させながら、上方チャンバにおけるボートをクールダウンさせることができる。膜がシールド及びライナーからエッチングにより取り去られたとき、ボートが処理チャンバ内へ再導入され、ボートをその場で洗浄でき、又は処理を再開できる。この型のリアクタでは、熱拡散シールドへの付着は、処理条件及び熱拡散シールドとボートとの間の温度差によってボートへの付着の1.5×−3×倍である。従って、ボートは、熱拡散シールド程頻繁には洗浄されない。
[0049]図12に例示するハイブリッド現場内洗浄方法においては、ボートが上方チャンバへ移動させられるとき、その処理チャンバと上方処理チャンバとを隔離するためにシールプレートが使用される(ステップ610)。処理チャンバが密閉されるとき、熱拡散シールド及びライナーが付着膜をエッチングにより取り去るため現場内洗浄に掛けられる(ステップ620)。これと併行して、そのボートを、必要ならばプリビルトのきれいなボートと交換することができる(ステップ630)。ステップ640において、ランプがターンオンされ、システムのチェックがなされる。また、1ミクロン厚さのポリシリコンプレコートを施す。前述したように、ボートは、熱拡散シールド程頻繁に洗浄される必要はない。
[0050]現場内洗浄のためには、NF3、原子フッ素、F2、クロロフルオロカーボン、ClF3、HF、HCl等を含む種々のエッチングガスが使用されている。これらのガスは、エッチング速度、表面温度、リアクタ材料との適合性を考慮しなければならないことを除いて、並列ウエハ処理リアクタ10において使用するのに適している。一般的には、非常に低いエッチング速度では不適である。何故ならば、そうであると、現場内洗浄の時間が非常に長くなってしまい、生産環境におけるシステム動作時間が実効的に低減させられてしまうからである。多くのフッ素化及び塩素化ガスは、特定のしきい値温度より高い温度では、金属面、高分子材料及びコーティング(例えば、SiC、AlN)を侵蝕してしまう。このような侵蝕は腐食を生じさせるだけでなく、低揮発性金属フッ化物/塩化物がリアクタに残留してしまい、その後の処理中に膜を汚染させてしまう。金属表面及びSiCの侵蝕を避けるため、典型的には、表面温度を300℃より低い温度とすべきである。石英構成要素は、比較的に侵蝕を受けず、実質的により高い温度に維持してもそれほどの浸食は受けない。
[0051]原子フッ素は、種々な方法により生成される。通常の方法は、プラズマ源を通してフッ素含有ガスを流すものである。別の仕方としては、フッ素含有ガスが、プラズマ源の下流でプラズマ流へ導入され、そこで、プラズマ源において形成されたイオン、励起原子/分子及びラジカルがフッ素含有ガスを分解して原子フッ素を生成する。プラズマ源は、そのプラズマ流が意図的に非常に長くなるように設計することができる。プラズマ源の下流で反応物質を導入することにより、エッチングにおいて有効な種へのより効率的な分解がなされる。例えば、CF4の場合には、CF及びF原子への完全な分解は、CF2及びFへの部分的分解に比べてSiO2をエッチングするには有効でないであろう。また、プラズマ源に洗浄ガスを加えると、プラズマ収容管の侵蝕により源が損傷させられてしまうかもしれない。どちらの場合においても、プラズマ源を、原子フッ素生成速度を高めるためパルス化することができる。プラズマ源をパルス化すると、プラズマ源を過熱することなく、短い時間期間の間高電力レベルを使用することが可能となる。また、プラズマパルス化は、形成されるラジカルの型を制御する手段でもある。プラズマ源を使用する代わりに、原子フッ素を、熱フィラメントを使用してフッ素含有ガスを熱的にクラッキングすることにより生成することができる。
[0052]並列ウエハ処理リアクタ10のための小さなフットプリント高スループットウエハハンドラを、図13−図15に概略的に例示している。ウエハハンドラの前面図を図13に示している。処理すべきウエハの出し入れ部であるFOUP(前面開放ユニファイポッド)に対して、FOUPのバッファ710からランダム又は順次にアクセスすることができ、それらは、ロードポートに配置することができる。オーバーヘッド搬送システム(OHT)720又は同様の工場自動システムによって、バッファ710にFOUPを配置し又はバッファ710からFOUPを取り出すことができる。そのFOUPから処理チャンバへのウエハ移送モードは、ウエハハンドラのアーキテクチャーにより左右される。
[0053]図14に示すアーキテクチャーでは、ウエハハンドラチャンバ805及びロードロックは、ろ過ドライN2(又は不活性ガス)で大気圧へと通気させられる。複数のエフェクタを有するデュアルエンドロボット830のアーム815の一方が、FOUPから複数のウエハを内部ロードロックへと移送する。52個のウエハの容量を有する処理チャンバ850の場合には、各ロードロックは、26個のウエハの容量を有する。第1のロードロックがロードされた後、処理すべきウエハを収容している次のFOUPが、ロードポートへ移動され、ロボット830が、それらウエハを第2のロードロックへと移送する。ウエハ移送に続いて、ロードロック及びウエハハンドラがサイクルポンプ/パージされ、ベース又はウエハ移送圧力へとポンピングされる。それから、デュアルエンドロボット830の第2のアーム820が、ロードロックの各々からウエハを処理チャンバ850へと移動させる。もし、処理チャンバ850がサセプタ対当たり4つのウエハを有するように構成されている場合には、1、2又は4個のウエハを一度に移動させることができる。ロードロックにおけるウエハ間ピッチは、FOUP及び処理チャンバ850におけるウエハ間ピッチに一致するように調整できる。また、ウエハ移送中のロボット830のz軸走行を減少させるため、処理チャンバ850におけるFOUPロードロックカセット及びボートを、移送すべきウエハがロボットアーム815、820の面にあるようにして、並進移動させることができる。ウエハがロードされた後、処理チャンバ850をウエハハンドラチャンバ805から分離するゲート弁を閉じ、処理モジュールのウエハ処理を開始する。ウエハ処理が完了するとき、処理チャンバ850をウエハハンドラチャンバ805から分離するゲート弁を開き、ウエハをロードロックへと移送する。ウエハ移送が完了し、ゲート弁が閉じられるとき、ロードロック及びウエハハンドラチャンバ805を大気圧へと通気する前に、それらウエハを許容温度(通常は<100℃)までクールダウンさせるため各ロードロックをポンピング/パージすることができる。それから、ウエハは、FOUPの各々へと移送される。一般的には、それらウエハは、それらウエハが取り出されたFOUPへと戻されねばならない。それから、このようなサイクルを、処理すべきウエハの次のセットに対して繰り返す。
[0054]処理チャンバ850は、ウエハの第1のセットがその処理チャンバ850を出た時点でアイドル状態に維持され、ウエハの第2のセットがその処理チャンバ850へロードされる。従って、処理すべきウエハのセットに対するサイクル時間は、処理時間と全ウエハ取り扱い時間との和となる。短い処理の場合には、全ウエハ取り扱い時間は、処理時間を超えてしまうことがあり、可能な最大スループットが制限されてしまう。
[0055]図15Aは、ウエハハンドラの1つの状態を示しており、図15Bは、ウエハハンドラの別の状態を示している。ここに示すウエハアーキテクチャーでは、ロボット830は、いずれかのFOUPから一度に1つ又は2つのウエハをロードロックへ移動させるが、ロードロックと処理チャンバ850との間のリップルスワップを行う。リップルスワップにおいては、処理チャンバ850における処理されたウエハは、ロードロックからの処理されていないウエハと交換される。処理チャンバ850におけるすべてのウエハが未処理のウエハと交換されたとき、処理チャンバ850は、処理を再開する。処理チャンバ850がウエハを処理している間、ロードロックからの処理済みウエハは、好ましくは一度に2つずつ、FOUPへ移動させられ、処理すべきウエハの次のセットが、FOUPからロードロックへと移送させられる(ここでも、好ましくは、一度に2つずつ)。それから、これらのウエハは、処理チャンバ850が処理を完了するとき、処理チャンバ850におけるウエハと交換することができる。このようなアーキテクチャーでは、処理すべきウエハのセットに対するサイクル時間は、処理時間と両方のロードロックと処理チャンバ850との間のリップルスワップの継続時間との和である。後者は全ウエハ取り扱い時間の小部分のみであるので、連続動作においてより高いスループットを達成することができる。この動作の連続モードにおいて、処理を完了したFOUPは、すぐにオフロードされ、まだ処理されねばならないFOUPと置き換えられる。
[0056]本発明の実施形態について前述したのであるが、本発明の他のさらなる実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく、推考できるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって定められるものである。
10…リアクタ、100a、100b、100c…壁部、110…処理スペース、200、201…ガス注入マニホールド、300…ガス排出マニホールド、400…マルチゾーン加熱構造体、402…スペーサー、404…基板、405…肩部、406、406A、406B、406C…基板キャリア、407、407′…サセプタ、408…ギャップ、409…貫通穴、415…開口、417…プラテン、417′…環状リング、419、419′…ポスト、505…インジェクタ弁、510…固定ボリューム、520…アンプル、525…フローモニタ又はフローコントローラ、530…N2プッシュガス、540…ポンプ、710…FOUPのバッファ、720…オーバーヘッド搬送システム、805…ウエハハンドラチャンバ、815、820…ロボットアーム、830…デュアルエンドロボット、850…処理チャンバ
Claims (20)
- リアクタ内で複数のウエハを支持するためのキャリアにおいて、
水平に配向されたサーマルプレートの垂直スタックと、
上記サーマルプレートの対の間に配置され、少なくとも2つのウエハを支持するためのウエハサポートと、
を備えるキャリア。 - 上記ウエハサポートは、2つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも2つのウエハを対向端部で支持するための少なくとも2つの肩部が形成されている、請求項1に記載のキャリア。
- 上記サーマルプレートの各対の間に支持されるウエハの数は、同じである、請求項1に記載のキャリア。
- 上記サーマルプレートの各対の間に支持されるウエハの数は、異なる、請求項1に記載のキャリア。
- 上記ウエハサポートは、3つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも2つのウエハをウエハの第1の端部、第2の端部及び第3の端部で支持するための少なくとも2つの肩部が形成されている、請求項1に記載のキャリア。
- 上記ウエハサポートは、上記サーマルプレートの各対の間に挿入される少なくとも2つのスペーサーを含む、請求項1に記載のキャリア。
- リアクタ内で複数のウエハを支持するためのキャリアにおいて、
水平に配向された環状リングの垂直スタックと、
上記環状リングの対の間に配置され、少なくとも2つのウエハを支持するためのウエハサポートと、
を備えるキャリア。 - 上記ウエハサポートは、2つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも2つのウエハを対向端部で支持するための少なくとも2つの肩部が形成されている、請求項7に記載のキャリア。
- 上記環状リングの各対の間に支持されるウエハの数は、同じである、請求項7に記載のキャリア。
- 上記環状リングの各対の間に支持されるウエハの数は、異なる、請求項7に記載のキャリア。
- 上記ウエハサポートは、3つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも2つのウエハをウエハの第1の端部、第2の端部及び第3の端部で支持するための少なくとも2つの肩部が形成されている、請求項7に記載のキャリア。
- 上記ウエハサポートは、上記環状リングの各対の間に挿入される少なくとも2つのスペーサーを含む、請求項7に記載のキャリア。
- 基板を処理するためのリアクタにおいて、
上記基板が処理されるチャンバと、
複数の水平に配列されたサセプタ及び前記サセプタの対の間に配設される少なくとも2つの基板を保持するためのサポートを有する基板キャリアと、
を備えるリアクタ。 - 上記サセプタは、サーマルプレートを備える、請求項13に記載のリアクタ。
- 上記サセプタは、環状リングを備える、請求項13に記載のリアクタ。
- 上記サセプタの各対の間に支持される基板の数は、同じである、請求項13に記載のリアクタ。
- 上記サセプタの各対の間に支持される基板の数は、異なる、請求項13に記載のリアクタ。
- 上記サポートは、2つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも2つの基板を対向端部で支持するための少なくとも2つの肩部が形成されている、請求項13に記載のリアクタ。
- 上記スペーサーは、上記スペーサーの上方に配置されるサセプタに設けられた下方凹部と係合し、且つ上記スペーサーの下方に配置されるサセプタに設けられた上方ポストと係合する下方開口を有する、請求項18に記載のリアクタ。
- 上記サポートは、3つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも2つのウエハをウエハの第1の端部、第2の端部及び第3の端部で支持するための少なくとも2つの肩部が形成されている、請求項13に記載のリアクタ。
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