JP2008521258A - 超小型電気機械システムの作成に用いられる基板の等温バッチ処理を行うためのシステム及び方法 - Google Patents

超小型電気機械システムの作成に用いられる基板の等温バッチ処理を行うためのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

複数枚の基板に対して等温処理条件及び一様流体フロー処理条件を達成する、基板処理のためのシステム及び方法。一態様において、発明は、基板スタック全体にわたって等温条件を達成するために基板の露出表面に対向するプロセスチャンバの表面の放射率値と露出表面の放射率値の整合を利用するシステム及び方法である。別の態様において、発明は、基板ローディング開口によるプロセスチャンバプロファイルの空洞または構造不整を排除することによって優れた流体フロー一様性を示すプロセスチャンバ内で基板を処理するシステム及び方法である。また別の態様において、発明は、プロセスチャンバがライナー及び外殻を有し、ライナーが炭素のような高熱伝導性材料で構成され、外殻がステンレス鋼のような非孔質材料で構成される、基板を処理するシステム及び方法である。

Description

本発明は全般的には基板を処理するためのシステム及び方法に関し、特に、超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）の作成のために基板を処理するためのシステム及び方法に関する。しかし、本発明は、集積回路、生基板、リードフレーム、医用デバイス、ディスク及びヘッド、フラットパネルディスプレイ、超小型エレクトロニクスマスク及びプロセスチャンバ内で高度に等温の処理条件を必要とするその他の用途にも適用できる。
ＭＥＭＳデバイス作成は、とりわけ、集積回路（ＩＣ）として知られる従来のオンチップ固体回路に付加される物理素子の形成を含む。これらの物理素子はＩＣの能力にかなりの機能を付加することができる。例えば、加速度計、ジャイロスコープ、ガス密度センサ、化学センサまたは酵素センサ、光投射デバイスまたは光偏向デバイス、マイクロポンプ及び圧力センサが作成されている。通常、外力に対する素子の物理的運動または反応が、静電容量、インダクタンス、固有抵抗等の変化を介して測定される。別の例において、ＭＥＭＳ素子は物理力の測定だけではなく、例えば、マイクロポンプまたはミラー角変更におけるような、物理的動作もおこさせることができる。
初期におけるこれらの物理素子を形成するための形成手法は反応性イオンエッチング（ＩＲＥ）プロセス及びフッ化水素酸（ＨＦ）のような化学薬品内での化学浴エッチングプロセスであり、これは主にそのような手法を実行するに必要な技術がＩＣ製造現場で容易に利用できたからである。これらの方法及び装置で作成できる構造は純粋に縦型になる傾向があった。構造がかなり横型及び／またはアンダーカットになると、液浴処理の終了時に基板のアンダーカット空間から液体を引き抜くことができるに十分に構造を大きくしなければならなかった。アンダーカット構造が小さくなればなるほど、細い毛管またはアンダーカット構造からの液体引抜きまたは乾燥は益々達成困難な課題となった。壁面への液体付着、すなわち表面張力が薄いオーバーハング構造を崩壊させ、よってデバイスを破壊しがちである。この欠陥は「スティクション」と名付けられている。
スティクションに加えて、ＨＦ浴エッチングには別の達成困難な課題及び欠点、すなわち材料エッチング選択性（酸化物１対酸化物２）の制御不能がともなう。また別の達成困難な課題は、アルミニウム、銅、金、銀、窒化チタン及びその他の導電材料のような、ＭＥＭＳ素子へのコンタクトを形成するために用いることができる金属の選択性に関する。
初期のＭＥＭＳエッチング／形成手法における上記の欠点のいくつかの排除に役立てようとして、１９９０年代初めにＨＦ/アルコールエッチングプロセスが従来のＨＦ/水エッチングプロセスの代りとして開発された。ＨＦ/アルコールエッチングプロセスは純粋に化学的な問題のいくつかの解決には役立ったが、特に１０μｍスケールまで、さらには１μｍスケールまでもの構造縮小が始まると、「スティクション」問題には役に立たなかった。その時既に固体回路素子はμｍスケールで作成されていたが、ＭＥＭＳはそのようなスケールにおける作成を規制する特殊な問題を提示した物理素子である。したがって、「スティクション」を生じさせず、隣接材料を侵さずに、細い通路をエッチングで形成することができる、より優れたプロセスが必要であった。
１９９０年代中葉に、スーパークリティカルＣＯ２乾燥と呼ばれるプロセスが開発された。約２０００ｐｓｉ（約１.３８×１０７Ｐａ）及び約３０℃で作用し、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを用いる、このプロセスは細い毛管から液体を除去することができる。このプロセスは、若干の成功は得られたが、スーパークリティカルＣＯ２装置への輸送中にＭＥＭＳチップのある程度の乾燥がおこり得る別個の装置が必要であり、よって「スティクション」が生じたため、扱いにくかった。したがって問題は残った。
次いで、ウエットエッチングにともなう問題のいくつかを排除するために、気相−大気圧ＨＦ/アルコールプロセスが開発された。気相ＨＦ/アルコールプロセスは細かい所でのエッチングが可能であったが、エッチングの副生物に基づく液体残渣が、処理圧力に比較して副生物の蒸気圧が非常に低いことから、残ることが多かった。この問題を排除するため、減圧での気相ＨＦ/アルコールプロセスが開発された。ＭＥＭＳ基板のための減圧−気相ＨＦ/アルコールエッチングプロセスの例はグラント（Grant）等の特許文献１に述べられている。この文献の全体は本明細書に参照として含まれる。
減圧−気相ＨＦ/アルコールプロセスは、「スティクション」の排除及び金属のような同伴材料の侵蝕の最小化のような、大気圧ＨＦ/アルコールプロセスの問題の多くを克服した。減圧プロセスは単一基板反応器／プロセスチャンバで開発され、続いて、例えばブルックス（Brooks）自動ロボットハンドラーを用いて、クラスターツールに統合された。減圧−気相ＨＦ/アルコールエッチングが実施される単一基板処理反応器の代表例がグラント等の特許文献２に開示されている。この文献の全体が本明細書に参照として含まれる。しかし、「スティクション」及び選択性を制御するため、減圧におけるＨＦ/アルコールガスの適用は、完全なリリースエッチングを達成するには２０から３０分ないしさらに長くかかる、かなり長時間のプロセスであることがわかった。生産適用が可能になるためには、プロセスを４分まで短縮することが必要であると考えられた。さらに、エッチングの均一性がクリティカルであり、基板全体にわたり１０％の均一性限界より十分高く維持されなければならなかった。これは、クラスターツール適用の構造上の要請及び既存のＭＥＭＳ処理ツール内の処理条件における非一様性により、困難であることがわかった。プロセス条件の非一様性はある程度、流体力学及び温度差に起因する、基板のローディング及びアンローディング要件並びにその他のプロセス制御設計基準によっていた。
基板のバッチ処理はＩＣの分野において基板のスループットが高められた一手法である。しかし、ＩＣ分野における基板のバッチ処理にはウエット処理手法が含まれ、上述した理由のため、ウエット処理はＭＥＭＳの形成に用いることができない。さらに、ＭＥＭＳ形成におけるエッチング均一性に対する要求はＩＣ製造における要求より厳しい。したがって、ＭＥＭＳ形成に対して受容できる製造歩留で基板バッチを処理できる反応器システムは存在しない。
これらのハードルにもかかわらず、本発明の発明者はＭＥＭＳ形成のために基板をバッチ処理するため、特に、組成ガスの蒸気圧及び分圧に強く依存する減圧−気相ＨＦ/アルコールエッチングプロセスを実施するための、反応器／プロセスチャンバシステムを設計及び構築する作業に着手した。しかし、実施における問題は基板毎の処理均一性の形で現れた。さらに詳しくは、初期の反応器システムの設計及び処理条件では、基板スタックにおける最上部の基板及び最下部の基板がバッチの残りの基板と異なってエッチングされる結果となった。また、反応器のプロセスチャンバ内に基板がロードされる代表的な「ゲート開口」構造が反応器内のガスフローのスワールまたは擾乱を生じさせた。図１はプロセスチャンバ内に、処理中に基板１２の周りにプロセスガスのスワール作用を生じさせる、ゲート開口１１を有するＭＥＭＳ反応器１０を示す。このスワールは流体境界層及び基板のエッチング均一性に影響する再循環パターンを生じさせることがわかった。また、（ＨＦガスとの材料適合性により必要な）純ステンレス鋼または純ニッケルの反応器の温度の制御が困難であった。全ての基板にわたってＭＥＭＳ構造を均一にエッチングするためには処理の変動性を克服しなければならなかった。
米国特許第５４３９５５３号明細書 米国特許第５２２８２０６号明細書
本発明の課題はＭＥＭＳ形成のための基板のバッチ処理を容易にするシステム及び方法を提供することである。
本発明の別の課題は、改善された流体フローダイナミクス一様性を有する、基板のバッチ処理のためのシステム及び方法を提供することである。
また別の課題は、改善された等温状態が得られる、基板のバッチ処理のためのシステム及び方法を提供することである。
また別の課題は、処理されている基板の全てにわたって高められたエッチング均一性を促進するために用いることができる、基板のバッチ処理のためのシステム及び方法を提供することである。
さらに別の課題は、スループットを高め、基板あたりベースで処理時間を短縮する、ＭＥＭＳ形成のための基板の処理のためのシステム及び方法を提供することである。
さらになお別の課題は、改善された反応器プロセスチャンバ内温度一様性を有する、基板のバッチ処理のためのシステム及び方法を提供することである。
上記及びその他の課題は、一態様において、プロセスチャンバを形成する第１のハウジング及びプロセスチャンバ内に複数枚の基板をスタック配置で支持するための手段を備え、複数枚の基板がスタック配置で支持されるときに、スタック配置が露出表面を有する最初の基板及び露出表面を有する最後の基板を含み、最初の基板及び最後の基板の露出表面は放射率値を有し、複数枚の基板がプロセスチャンバ内にスタック配置で支持されているときに、最初の基板及び最後の基板の露出表面に対向する表面が最初の基板及び最後の基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有する、基板を処理するためのシステムである本発明によって満たされる。本明細書で用いられるように、処理のために基板スタックがプロセスチャンバ内に支持されているときに、対向する表面は最初の基板または最後の基板の露出表面の１つに対向するシステムのいずれかの構造体の表面である。
放射率は表面の熱放射力の尺度である。放射率は熱的に黒い表面（黒体）によって放射されるエネルギーに対する放射エネルギーの分率として定義される。黒体は、吸収するエネルギーの全てを放射するという点で完全な熱エネルギー放射体である材料であり、１の放射率値を有する。対照的に、放射率値が０の材料は完全な熱ミラーと見なされ、この材料の像を形成すると、実材料ではなく、反射エネルギーの読みだけが得られる。例えば、ある物体が１００単位のエネルギーを放射する能力を有しながら実世界では９０単位しか放射しなければ、この物体の放射率値は０.９０になるであろう。
対向表面がステンレス鋼であり、基板がシリコン基板である場合のように、対向表面の放射率値と最初の基板及び最後の基板の露出表面の放射率値が相応しない場合、スタック配置の最初の基板及び最後の基板は他の基板（すなわち中間の基板）とは異なるレートでエッチングされる傾向が強いことがわかった。これは最初の基板及び最後の基板のそれぞれの温度が最初の基板と最後の基板の間におかれた基板の温度とは異なっていることによると思われた。高温になるほど、エッチングを進めるに必要な基板表面上に「付着」するガスが失われることにより、エッチングの進行が遅くなり得るであろう。温度が低くなるほど、エッチング反応にさらに加わり、よってエッチングレートを高める、副生物が露出表面上に蓄積することにより、エッチングの進行が速くなり得るであろう。
対向表面からの熱エネルギーの放射力が最初の基板及び最後の基板の温度変動の主因であることがわかった。減圧条件（例えば５００Ｔｏｒｒ（６.７×１０４Ｐａ）以下）においては、対流よりも、輻射が基板温度に最も強く影響することもわかった。システムの対向表面の放射率値と最初の基板及び最後の基板の露出表面の放射率値が相応することを保証することによって、基板スタック内での温度非一様性の原因の１つが排除及び／または軽減される。言い換えれば、対向表面の放射率値を最初の基板及び最後の基板の露出表面の放射率値と一層厳密に整合させることにより、スタック配置内の基板の全てに対して同等の温度制御が達成された。
一実施形態において、露出表面の放射率値に相当する対向表面の放射率値は約０.２の範囲内にある。別の実施形態において、対向表面の放射率値と露出表面の放射率値はほぼ等しい。一実施形態において、基板はシリコン基板であり、対向表面は炭化ケイ素である。
対向表面はプロセスチャンバを形成する第１のハウジングの内表面とすることができ、あるいは対向表面はシステムの別のいずれかの構造の表面とすることができる。支持手段が第１の基板支持プレート及び第２の基板支持プレートを有し、複数枚の基板が第１の基板支持プレートと第２の基板支持プレートの間にスタック配置で支持されている、一実施形態において、対向表面は第１及び第２の基板支持プレートの表面とすることができる。対向表面が配置される構造にかかわらず、プロセスチャンバを形成する第１のハウジングの内表面の全てを、最初の基板及び最後の基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有するように構成することができる。
別の実施形態において、第１のハウジングは外殻及び外殻の内部に配置されたライナーを有する。この実施形態において、ライナーは、例えば炭素ベース材料のような高熱伝導度を有する材料で構成される。適する炭素ベース材料の例には、緻密化炭素、天然炭素、ダイアモンド及びグラファイトがある。ライナーが炭素ベース材料で構成されている場合、外殻は、例えばステンレス鋼のような、非孔質材料で構成されることが好ましい。ライナーの内表面はプロセスチャンバを形成することになり、例えば炭化ケイ素のように、最初の基板及び最後の基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有することが好ましい。
プロセスチャンバを形成するハウジング自体が温度一様性に影響し得ることがわかった。高熱伝導度を有する材料で構成されたライナーを備えることにより、温度非一様性の第２の原因が排除される。対照的に、例えばステンレス鋼のような、良好な熱伝導体ではない材料でプロセスチャンバが形成されると、５℃もの温度勾配が発生するであろう。これは４つまでの温度ゾーンを用いて制御した場合であっても生じるであろう。ライニングのために、例えば緻密化炭素のような、高熱伝導体である材料を選択することにより、極めて良好な熱伝導度（等温性）及び（露出表面に）整合した放射率を得ることができるであろう。本実施形態においては、炭素ライナーの内表面を炭化ケイ素に変換することによって整合放射率が得られる。
流体フロー一様性を達成するため、システムの一実施形態ではさらにガス吸気マニホールド及び排気マニホールドが設けられる。ガス吸気マニホールドは外殻のガス吸気ポートを覆うように設けられ、排気マニホールドは外殻の排気ポートを覆うように設けられる。ガス吸気ポートとガス吸気マニホールドの間の位置に作動可能な態様で第１のガスディフューザープレートをガス吸気ポートに連結することができる。作動可能な態様で第２のガスディフューザープレートを排気ポートに連結し、排気ポートと排気マニホールドの間に配置することができる。
また別の実施形態において、システムはさらに可動プレートを備える。この実施形態において、支持手段は可動プレートに連結される。可動プレートは、支持手段の少なくとも一部がプロセスチャンバの外あるローディング位置と支持手段が完全にプロセスチャンバ内にある処理位置の間で可動である。可動プレートが処理位置にあるときに、可動プレートは第１のハウジングの床、壁または天井の少なくとも一部を形成する。
また別の実施形態において、ローディングチャンバを形成する第２のハウジングを備えることができる。第２のハウジングは第１のハウジングと共通の壁体を有する。ローディングチャンバからプロセスチャンバへの通路を形成する開口が共通壁体に設けられる。可動プレートはローディングチャンバ内に配置されることが好ましい。そのようなものとして、可動プレートをローディング位置から処理位置に移動させたときに、可動プレートが開口を閉じる。第２のハウジングは大気からローディングチャンバへの通路を形成するゲート開口も有することができる。ゲート開口はローディングチャンバ内の支持手段上に基板をロードするために用いることができる。作動可能な態様でゲート弁をゲート開口に連結することができる。ゲート弁が閉じられると、プロセスチャンバ及びローディングチャンバが大気から気密封止されることになろう。
可動プレートと共通壁体の間にシールを設けることができる。これらの間でシールが圧縮されると、プロセスチャンバは閉鎖環境になる。これは流体フロー一様性のために好ましい。
別の実施形態において、作動可能な態様で少なくとも１つのガス源をガス吸気ポートに連結することができる。少なくとも１つのガス源はアルコール蒸気源及びフッ化水素酸蒸気源を含むことが好ましい。プロセスチャンバからガスを除去するためにガス流通可能な態様で排気システムを排気ポートに連結することができる。さらに、例えばドライポンプのような、プロセスチャンバ内に減圧雰囲気をつくるための手段を備えることができる。最後に、例えばマイカ基板抵抗ヒータのような、プロセスチャンバを加熱するための手段を備えることができる。
スループットを最大化するため、支持手段は２５枚の基板を支持すべきである。もちろん、望ましければ、２５枚より多くの基板を処理することができよう。しかし、自動ハンドラ（例えば横付けブルックス７）で最高スループットを達成するため及び全基板カセットを一時に処理するためには、２５枚の基板数が有利であることがわかった。より大きなバッチでは見返りが少なくなる。
別の態様において、本発明は、
プロセスチャンバを形成する第１のハウジングを有するシステムを提供する工程、
複数枚の基板をスタック配置で支持する工程、
−スタック配置は露出表面を有する最初の基板及び露出表面を有する最後の基板を含む、
−最初の基板及び最後の基板の露出表面は放射率値を有する、
最初の基板及び最後の基板の露出表面が最初の基板及び最後の基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有する表面と対向するように複数枚の基板をプロセスチャンバ内に配置する工程、及び
複数枚の基板をプロセスチャンバ内で少なくとも１つの処理条件にかける工程、
を含む、基板を処理する方法である。
また別の態様において、本発明は、
プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、
プロセスチャンバへの通路を形成する第１のハウジングの開口、
複数枚の基板を支持するための支持手段を有する可動プレート、
支持手段の少なくとも一部がプロセスチャンバの外にあるローディング位置と支持手段が完全にプロセスチャンバ内にある処理位置の間で可動プレートを移動させるための手段、
−可動プレートは処理位置にあるときに開口を閉じる、
第１のハウジングのガス吸気ポート、及び
第１のハウジングの排気ポート、
を備える、基板を処理するためのシステムである。
本発明のこの態様はプロセスチャンバ内の一様な流体フローの達成に役立ち、続いて、一様フローにともなう境界層の生成に役立つ。一様境界層の達成は、システムがエッチングに用いられる場合に基板表面内のエッチング均一性の達成に役立つであろう。この態様において、本発明は、図１に示されるような、クロスフローガスを擾乱させ得るプロセスチャンバの基板ロード／アンロード構造（例えばゲート開口）を排除することによってプロセスチャンバ内に一様流体フローを達成する。複数基板反応器の動作に対してはクロスフローが望ましいことがわかったので、エッチング均一性に第２に最も強く影響する、境界層厚が影響を受けるから上記の擾乱が排除される。
一実施形態において、ガス流通可能な態様で少なくとも１つのガス源がガス吸気ポートに連結される。エッチングに用いられる場合、少なくとも１つのガス源はアルコール蒸気源及びフッ化水素酸蒸気源を含むことができる。作動可能な態様で排気システムを排気ポートに連結することができる。
プロセスチャンバを大気から有効に隔てるため、可動プレートと第１のハウジングの間にシールを配置することができる。適するシールにはＯリングシールがある。シールはプロセスチャンバ内での対流ループまたは短絡流の発生の防止に役立つ。
クロスフローを達成するため、ガス吸気ポート及び排気ポートは第１のハウジングの対向する壁に配置することができる。この実施形態において、ガス吸気マニホールドがガス吸気ポートを覆うように配置され、排気マニホールドが排気ポートを覆うように配置される。さらに一様なクロスフローを達成するため、吸気マニホールド及び排気マニホールドはそれぞれガス吸気ポート及び排気ポートの周りに特別なパターンで編成された分散孔を有する。分散孔の径はガス吸気ポート（または排気ポート）からの距離が大きくなるにつれて大きくなる。さらに、過度の速度圧を排除するため、ガス吸気ポートとガス吸気マニホールドの間に第１のガスディフューザープレートを配置することができ、排気ポートと排気マニホールドの間に第２のガスディフューザープレートを配置することができる。プロセスチャンバは吸気マニホールドから排気マニホールドまで、例えば実質的に一定の矩形断面プロファイルのような、実質的に一定の断面プロファイルを有することが好ましい。これにより、高度に層流化され、全ての基板の間で一様な流体フローが得られる。
別の実施形態において、本発明のこの態様はさらにプロセスチャンバ内に減圧雰囲気をつくるための手段を備える。減圧雰囲気をつくるための手段は作動可能な態様で排気システムに連結し、続いて排気ポートに連結することができる。プロセスチャンバを加熱するための手段も備えることができる。
別の実施形態において、システムはローディングチャンバを形成する第２のハウジングをさらに備えることができる。第２のハウジングは第１のハウジングと共通の壁体を有することになろう。この実施形態においては、開口が共通壁体を貫通して、ローディングチャンバからプロセスチャンバへの通路を形成する。大気からローディングチャンバへの通路を形成するゲート開口が第２のハウジングに設けられる。ゲート開口は、処理のため、システムに基板をロードするために用いられる。作動可能な態様でゲート弁をゲート開口に連結することができる。ゲート弁が閉じられると、プロセスチャンバ及びローディングチャンバが大気から気密封止される。
本発明のこの態様は、熱放射率整合、熱伝導性ライナー及び支持手段の仕様に関して上で論じた特性のいずれも含むこともできる。しかし、冗長を避けるため、これらの特性の説明は当業者であればそれらの適用性を理解するであろうという了解の下に省略される。
また別の態様において、本発明は、プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、プロセスチャンバへの通路を形成する第１のハウジングの開口、複数枚の基板を支持するための支持手段を有する可動プレート、支持手段の少なくとも一部がプロセスチャンバの外にあるローディング位置と支持手段が完全にプロセスチャンバ内にある処理位置の間で可動プレートを移動させるための手段、第１のハウジングのガス吸気ポート、及び第１のハウジングの排気ポートを備えるシステムを提供する工程、可動プレートがローディング位置にある間に支持手段に複数枚の基板を支持する工程、可動プレートを処理位置に移動させ、よって可動プレートにより開口を閉じる工程、及びガス吸気ポートを介してプロセスチャンバ内にガスを流入させ、複数枚の基板にかけて流し、排気ポートを介してプロセスチャンバから流出させる工程を含む、基板を処理する方法である。
別の態様において、本発明は、
プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、
プロセスチャンバ内に複数枚の基板をスタック配置で支持するための支持手段、
第１のハウジングのガス吸気ポート及び第１のハウジングの排気ポート、
−ガス吸気ポート及び排気ポートは第１のハウジングの対向する壁に配置される、
ガス吸気ポートを覆うガス吸気マニホールド及び排気ポートを覆う排気マニホールド、
−少なくともガス吸気マニホールドはガス吸気ポートからの距離が大きくなるにつれて径が大きくなるようなパターンで配列された複数の孔を有する、
作動可能な態様でガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源、
作動可能な態様で排気ポートに連結された排気システム、
を備え、
プロセスチャンバがガス吸気マニホールドから排気マニホールドまで実質的に一定の矩形断面プロファイルを有する、
基板を処理するためのシステムである。本発明の他の態様と同様に、本発明の他の態様に関して上で論じた詳細のいずれかまたは全てを本発明のこの態様に組み入れることができる。
また別の態様において、本発明は、
プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、
プロセスチャンバ内にスタック配置で複数枚の基板を支持するための支持手段、
第１のハウジングのガス吸気ポート及び第１のハウジングの排気ポート、
−ガス吸気ポート及び排気ポートは第１のハウジングの対向する壁に配置される、
ガス吸気ポートを覆うガス吸気マニホールド及び排気ポートを覆う排気マニホールド、
−少なくともガス吸気マニホールドはガス吸気ポートからの距離が大きくなるにつれて径が大きくなるようなパターンで配列された複数の孔を有する、
作動可能な態様でガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源、
作動可能な態様で排気ポートに連結された排気システム、
を備え、
プロセスチャンバがガス吸気マニホールドから排気マニホールドまで実質的に一定の矩形断面プロファイルを有する、
システムを提供する工程、
ガス吸気マニホールドと排気マニホールドの間のプロセスチャンバ内で支持手段に複数枚の基板を支持する工程、
ガス吸気ポート及びガス吸気マニホールドを介してプロセスチャンバ内にガスを導入する工程、
複数枚の基板にかけてガスを流す工程、及び
排気マニホールド及び排気ポートを介してプロセスチャンバガラがスを取り去る工程、
を含む、基板を処理する方法である。
図２〜４を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう双チャンバＭＥＭＳ反応器１００が示されている。双チャンバＭＥＭＳ反応器１００はＭＥＭＳ処理／形成のために２５枚のシリコン基板のバッチを支持及び処理するように設計されている。双チャンバＭＥＭＳ反応器１００は、温度非一様性の２つの原因を排除し、流体フローダイナミクスにおける擾乱を排除することによって、従来の反応器の欠陥を克服する。
双チャンバＭＥＭＳ反応器１００は、プロセスチャンバ１１１を形成する第１のハウジング１１０及び基板ローディングチャンバ１２１を形成する第２のハウジング１２０を備える。第１のハウジング１１０は縦型配置で第２のハウジング１２０の上に載ってタワー様構造を形成する。第１のハウジング１１０は、ローディングチャンバ１２１内に配置された可動プレート１５０の縦方向移動を駆動するモーター（図示せず）を支持する基部２３０上に載る。
必要に応じてプロセスチャンバ１１１に熱を供給するために、第１のハウジング１１０の外側面に複数の加熱プレート１１２が結合される。第１のハウジング１１０の４つの側面のそれぞれに１枚及び上面１１４に１枚、合せて５枚の加熱プレート１１２が第１のハウジング１１０に結合される。しかし、任意の枚数の加熱プレート１１２を用いてプロセスチャンバ１１１を加熱することができる。正確な枚数は実施されるべきプロセスの温度要件によって規定されることになろう。加熱プレート１１２はマイカ基板抵抗ヒータである。電源線路１１３を介して加熱プレート１１２に電気エネルギーが供給され、電源線路１１３は電源に電気的に接続される。始動、停止及び変化を含む、加熱プレート１１２の機能は適切にプログラムされたプロセッサによって制御される。加熱プレート１１２はプロセスチャンバ１１１を少なくとも５０℃の温度まで加熱するに十分な熱エネルギーを供給する。本発明の図示される実施形態においては加熱プレートがプロセスチャンバを加熱するために用いられるが、電熱線、ランプ等のような、その他のタイプのヒータ及び加熱方法を用いることができる。さらに、ヒータの配置はプロセスチャンバハウジングの外表面に限定されず、プロセスチャンバ内を含むいかなる場所にも配置することができ、あるいはプロセスチャンバの壁体に内蔵することができる。
最後に、所望の処理条件に依存して、チャンバ内の温度一様性を助長するため及び／またはプロセスチャンバ１１１に入れる前にシリコン基板を加熱するために、ローディングチャンバ１２１の加熱が望ましいことがある。
第２のハウジング１２０は側壁の１つにゲート開口１１５を有する。ゲート開口１１５は第２のハウジング１２０の側壁を貫通して、大気からローディングチャンバ１２１への通路を形成する。ゲート開口１１５は、シリコン基板をローディングチャンバ１２１にロードするため及びローディングチャンバ１２１からアンロードするために用いられる。図示されてはいないが、ゲート弁がゲート開口１１５に取り付けられ、双チャンバＭＥＭＳ反応器１００の動作中に作動可能な態様でゲート開口１１５に連結される。ゲート弁は（図２だけに示される）ゲート弁コネクタプレート１１７のボルト穴１１６によって双チャンバＭＥＭＳ反応器１００に取り付けられる。ゲート弁は所望に応じてゲート開口１１５を開閉するように機能する。ゲート弁が閉じられると、ゲート開口１１５は気密封止される。ゲート弁が閉じられると、プロセスチャンバ１１１及びローディングチャンバ１２１も大気から気密封止される。ゲート弁の機能は適切にプログラムされたプロセッサによって制御される。
第１のハウジング１１０はガス吸気ポート１３０及び排気ポート１３１も備える。ガス吸気ポート１３０及び排気ポート１３１はプロセスチャンバ１１１内のクロスフロー流体ダイナミクスを促進するために第１のハウジング１１０の対向する壁に配置される。第２のハウジング１２０にも排気ポート１３２が設けられる。これらの構造は図５及び７に関して以下でさらに詳細に論じられる。
第１のハウジング１１０の上面１１４に熱スナップスイッチ１３３が備えられる。
次に図３及び４を参照すれば、第１のハウジング１１０と第２のハウジング１２０は共通の壁体１１６を有する。図示される実施形態において、共通壁体１１６は、第１のハウジング１１０の床プレート１１７及び第２のハウジング１２０の屋根プレート１１８の、２枚のプレートからなる。しかし、本発明はそのような構成に限定されず、共通壁体は単一プレートからなるかまたはより多くのプレート及び／またはスペーサからなることができる。第１のハウジングの床プレート１１７及び第２のハウジングの屋根プレート１１８には、第１のハウジング１１０が第２のハウジング１２０の上に適切に固定され得るように、フランジが付けられる。第１のハウジング１１０はフランジの対応するボルト穴１１９を通り抜けるボルト及び嵌合ねじ込みナットによって、ハウジング１１０，１２０のフランジを固定し合せることによって、第２のハウジング１２０に固定される。
開口１２５が共通壁体１１６に設けられる。開口１２５はローディングチャンバ１２１からプロセスチャンバ１１１への通路を提供する。開口１２５は、以下で説明されるように、シリコン基板のスタックが通過できるような大きさにつくられる。
双チャンバＭＥＭＳ反応器１００は（図５に最善に示される）支持ラック１４０も備える。支持ラック１４０は、底部基板支持プレート１４１，上部基板支持プレート１４２及び（図５に見ることができる）複数の位置合せピン１４４を有する３本の嵌合ロッド１４３を有する。
次に図６を参照すれば、３本の嵌合ロッド１４３のそれぞれのピン１４４は他の２本の嵌合ロッド１４３の対応するピン１４４と縦方向に位置合せされている。したがって、シリコン基板が支持ラック１４０に挿入されるときに、シリコン基板は３つ一組の対応するピン１４４の間に挿入され、実質的に縦方向配置で支持されるであろう。複数のピン１４４は嵌合ロッド１４３のそれぞれに縦方向に位置合せされて設けられるから、支持ラック１４０は、図８に示されるように、複数枚のシリコン基板を縦方向スタック配置で支持することができる。支持ラック１４０は２５枚のシリコン基板を支持するように設計される。しかし、支持ラックはいかなる枚数のシリコン基板も支持するように設計することができる。複数枚のシリコン基板を縦方向スタック配置で支持する支持ラックが図示されているが、本発明はそのような構成に限定されない。シリコン基板を横方向スタック配置で支持する支持ラックも用いることができる。好ましいスタック配置はシステム構成及び設計基準に依存することになろう。
再び図６を参照すれば、底部基板支持プレート１４１はローディングチャンバ１２１内に配置された可動プレート１５０の上面に連結されている。複数の埋込ボルト、ピン、ねじ、接着または溶接のような、技術上既知のいかなる手段も、底部基板支持プレート１４１を可動プレート１５０に連結するために用いることができる。設計上の必要に応じて、支持ラック１４０は可動プレート１５０に永久的に固定することができ、あるいは可動プレート１５０からの取り外しが可能なように連結することができる。
可動プレート１５０は縦方向に作動することができるピストン１５１に固定される。ピストン１５１の支えはハウジング１５３によって形成されるエレベーターシャフト１５２に作動可能な態様で配置される。ピストン１５１の作動運動は、空気圧制御、電気制御または機械制御のような、技術上既知のいずれかの手段によって容易に行うことができる。作動させるか否か、作動距離等を含む、ピストン１５１の機能は、運動／距離センサに接続することができる適切にプログラムされたプロセッサによって制御される。ピストン１５１を作動させる手段は設計要件及び設計者の採択傾向によって規定されることになろう。
可動プレート１５０はピストン１５１に固定されているから、ピストン１５１を縦方向に作動／移動させることによって可動プレート１５０も縦方向に作動／移動することになる。したがって、可動プレート１５０はローディング位置と処理位置の間で移動させることができる。図６において、可動プレートはローディング位置にある。
次に図６及び８を参照すれば、可動プレート１５０がローディング位置にあるときに、支持ラック１４０の少なくとも一部はプロセスチャンバ１１１の外にある。ローディング位置にあるときに、支持ラック１４０の嵌合ロッド１４３の間にシリコン基板５１が挿入されるまで、ゲート開口１１５を通してロボットアーム１５４によりシリコン基板５１をローディングチャンバ１２１に挿入することができる。そのようにしてシリコン基板５１が完全に挿入されてしまうと、ロボットアーム１５４はシリコン基板５１を離し、嵌合ロッド１４３の一組のピン１４４によるシリコン基板５１の完全な横置き支持が可能になるであろう。１枚のシリコン基板のローディングが完了すると、空の次の一組のピン１４４が別のシリコン基板をロボットアーム１５４から受け取って支持するための位置に来るまで、可動プレート１５０がピストン１５１によって持ち上げられる。全部で２５枚のシリコン基板のスタック５２が支持ラック１４０によって支持されるまで、このプロセスが繰り返される。
支持ラック１４０が完全にロードされると、可動プレート１５０は、処理位置になるまで持ち上げられ続ける。処理位置につくと、支持ラック１４０は完全にプロセスチャンバ１１１内にあり、可動プレート１５０が開口１２５を閉じる。可動プレート１５０の上面の溝にＯリングシール１５５が備えられる。可動プレート１５０が処理位置にあるときは、Ｏリングシールが可動プレートと共通壁体１１６の間で圧縮される。Ｏリングシール１５５で形成される封止は気密封止としてもしなくても差し支えなく、システム構成及び処理要件に依存するであろう。可動プレートが処理位置につくと、シリコン基板５０のスタックは完全にプロセスチャンバ１１１内にあり、したがって処理を行うことができる。
複数枚のシリコン基板はプロセスチャンバ１１１内にスタック配置で支持されているから、スタック配置は当然最初の基板及び最後の基板を有するであろう。縦方向スタックの場合、最初の基板と最後の基板はそれぞれ縦方向スタックの一番上の基板及び一番下の基板になるであろう。複数枚のシリコン基板が処理のためにプロセスチャンバ１１１内に支持されている場合、スタック５０の一番上の基板及び一番下の基板はいずれも露出表面を有することになろう。さらに詳しくは、一番下の基板の下側表面が露出表面になり、一番上の基板の上側表面が露出表面になるであろう。本明細書で用いられるように、基板の露出表面はスタック内で別の基板に面していない基板の表面である。
スタック５０内のシリコン基板の全ての間の温度一様性を促進するためには、スタック５０がプロセスチャンバ１１１内にあるときに一番上の基板及び一番下の基板の露出表面に対向する双チャンバＭＥＭＳ反応器１００の表面が一番上のシリコン基板及び一番下のシリコン基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有することを保証することが望ましいことがわかった。
図５を参照すれば、複数枚のシリコン基板が支持ラック１４０上にロードされ、プロセスチャンバ１２１内に支持されたときに、スタックの一番上のシリコン基板の露出表面は上部基板支持プレート１４２の下側表面１４５に対向するであろう。一方、一番下のシリコン基板の露出表面は下部基板支持プレート１４１の上側表面１４６に対向するであろう。したがって、上部基板支持プレート１４２の下側表面１４５及び下部基板支持プレート１４１の上側表面１４６はいずれも一番上のシリコン基板及び一番下のシリコン基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有する材料で構成される。この実施形態においては、基板がシリコンであるから、下側表面１４５及び上側表面１４６は炭化ケイ素である。しかし、下側表面１４５及び上側表面１４６は、基板の露出表面に放射率値に相当する放射率値を有するいずれかの材料で構成することができる。適する材料は非汚染源であり、プロセスチャンバ内の処理条件に耐え得ることが好ましい。
双チャンバＭＥＭＳ反応器１００の図示される実施形態においては、対向表面（すなわち、シリコン基板の露出表面に対向する表面）が支持ラック１４０の上部基板支持プレート１４２及び下部基板支持プレート１４１にあるが、常にそうであるとは限らない。別の支持ラック実施形態を利用する場合、シリコン基板の露出表面がプロセスチャンバ１１１自体の内表面に対向することがあり得る。そのような実施形態において、プロセスチャンバのそのような内表面は、基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有する材料で構成されることになろう。外側に面している最初の基板と最後の基板を除いて、スタック内の基板は全て互いに面しているであろうから、これは重要な要因である。したがって、対向表面の放射率を（シリコン基板の場合）シリコンの放射率に一層密に整合させることによって、２５枚のウエハ全てに対して厳密な温度制御が可能となった。
次に図１０を参照すれば、基板温度対チャンバ温度をプロットしたグラフが示されている。このグラフは、チャンバの側壁を構成する材料が、代表的なプロセス圧力である、１００Ｔｏｒｒ（１.３３×１０４Ｐａ）においてシリコン基板温度に与える効果を表す。図１０のグラフのためのデータ収集において、等温の、一方の実験では３１６ステンレス鋼で他方の実験では炭化ケイ素の、２つの異なる表面にシリコン基板を対面させて実験を行った。これらの材料は化学的適合性によって選ばれたが、同じ特性を示す別の材料を選ぶこともできた。シリコン基板はステンレス鋼表面の温度より炭化ケイ素表面の温度に一層忠実にならうことに注意されたい。
図５及び６を参照すれば、第１のハウジング１１０は外殻及びライナーを有するように構成される。外殻には壁体１６０〜１６３及び屋根プレート１６４が含まれる。ライナーには、ガス吸気マニホールド１７０，排気マニホールド１７１及びライナープレート１７２〜１７５が含まれる。ライナー素子１７０〜１７５の全てが緻密化炭素で構成される。全てのライナー素子１７０〜１７５の内表面（すなわち、プロセスチャンバ１１１を形成する表面）は炭化ケイ素である。炭素表面を炭化ケイ素に変換するための方法は技術上既知である。緻密化炭素が用いられたが、例えば、ダイアモンド、グラファイト、天然炭素等のような、その他の炭素ベース材料のような、高熱伝導度を有するいずれかの材料を用いることができる。外殻素子１６０〜１６４はステンレス鋼で構成される。しかし、その他の非孔質材料を用いることができる。３１６ステンレス鋼の熱伝導度は約４４Ｗ/ｍ/Ｋであり、緻密化炭素の熱伝導度は約２倍の７０Ｗ/ｍ/Ｋである。
高熱伝導特性を有する材料で構成され、シリコン基板の露出表面の放射率値に相当する放射率値を有する内表面を有するライナーを設ければ、プロセスチャンバ１１１及び基板スタックの全体にわたる温度一様性の達成に役立つ。緻密化炭素が多孔質であることから、非孔質外殻が備えられる。すなわち、ライナーの外側に非孔質外殻を備えることで、プロセスチャンバ１１１への大気漏入無しに、プロセスチャンバ１１１内に減圧雰囲気をつくることが可能になる。
次に図５を参照すれば、プロセスチャンバ１１１内の流体フローダイナミクスに影響する双チャンバＭＥＭＳ反応器１００の特徴がここで論じられる。上で論じたように、第１のハウジング１１０はガス吸気ポート１３０及び排気ポート１３１を有する。ガス吸気ポート１３０及び排気ポート１３１は第１のハウジング１１０の対向する壁１６０，１６１に配置される。ポート１３０，１３１を対向する壁に配置することにより、基板処理のためにプロセスチャンバ１１１を流過するガスのクロスフローが促進される。ガス供給配管１８０が、作動可能かつガス流通可能な態様で、ガス吸気ポート１３０に連結される。ガス供給配管１８０は（図９に示されるように）ガス流通可能な態様で少なくとも１つのガス源に連結される。基板のエッチングを容易にするため、ガス配管１８０は少なくともアルコール蒸気源及びＨＦ蒸気源に連結されることが好ましい。
ガス吸気ポート１３０及び排気ポート１３１はそれぞれ、第１のハウジング１１０の壁１６０，１６１の実質的に中心に配置される。より一様なクロスフローを達成するため、専用ガス吸気マニホールド１７０及び専用排気マニホールド１７１を作成し、図示されるように、プロセスチャンバ１１１内に配置した。ガス吸気マニホールド１７０はガス吸気ポート１３０を覆うように配置され、排気マニホールド１７１は排気ポート１３１を覆うように配置される。壁１６０，１６１とマニホールド１７０，１７１の間の空隙はそれぞれマニホールドキャビティ１７７，１７８を形成する。マニホールドキャビティ１７７，１７８内の過度の速度圧を排除するため、ガスディフューザープレート１８５，１８６が作動可能な態様でガス吸気ポート１３０及び排気ポート１３１に連結される。ガスディフューザープレート１８５は作動可能な態様でガス吸気ポート１３０に連結され、ガス吸気ポート１３０とガス吸気マニホールド１７０の間の、マニホールドキャビティ１７７内に配置される。同様に、ガスディフューザープレート１８６は作動可能な態様で排気ポート１３１に連結され、排気ポート１３１と排気マニホールド１７１の間の、マニホールドキャビティ１７８内に配置される。
上で説明したように、基板処理中に可動プレート１５０は処理位置まで持ち上げられる。処理位置にあるときには、可動プレート１５０がプロセスチャンバ１１０の床を形成する。これがおこると、プロセスチャンバ１１１は、吸気マニホールド１７０から排気マニホールド１７１まで広がる、実質的に一定の矩形断面プロファイルを有する。基板プロセスチャンバの断面プロファイルを実質的に一定の矩形とすることにより、高度に層流であり、処理中の全ての基板間で一様なクロスフローが形成される。プロセスガスは、排気マニホールド１７１を通ってプロセスチャンバ１１１をでるまで、一定の断面プロファイルを流過する。可動プレート１５０は、プロセスチャンバ内１１１に対流ループまたは短絡流が生じないであろうように、軽く封止される。プロセスチャンバは実質的に一定の矩形断面形状を有するとして図示されているが、断面プロファイルは実質的に一定である限りほとんどいかなる形状もとることができる。実質的に一定の断面プロファイルを有するプロセスチャンバを作成できる能力は、ロード／アンロード「ゲート開口」にともなういかなる空洞または不整も排除されるようにプロセスチャンバを設計することによって達成される。
次に図７を参照すれば、専用設計吸気マニホールド１７０の詳細が示されている。吸気マニホールド１７０は直線パターンで配列された複数の分散孔９０を有する。分散孔９０の直径は吸気マニホールド１７０からの径距離とともに大きくなる。説明を容易にするため、吸気マニホールド１７０はゾーン１，ゾーン２及びゾーン３の、３つのゾーンに分けられているとして示される。ゾーン１にだけ配された分散孔９０の直径は０.１５インチ（約３.８ｍｍ）である。ゾーン２だけに配された分散孔９０の直径は０.１８インチ（約４.６ｍｍ）である。ゾーン３だけに配された分散孔９０の直径は０.２６インチ（約６.６ｍｍ）である。開口９０の直径がポート１３０，１３１からの距離とともに大きくなることで、（速度及び静）総マニホールド圧のバランスの崩れが大きくなる。
吸気マニホールド１７０は、マニホールド１７０をプロセスチャンバ１１１内の所定の位置に固定するための複数のボルト穴９５も周縁に有する。排気マニホールド１７１は図７に示されるような吸気マニホールド１７０と同等である。冗長を避けるために排気マニホールド１７１の議論は省略される。
次に図９を参照すれば、双チャンバＭＥＭＳ反応器１００の動作のための、ＭＥＭＳ処理システム２００の配管図が示されている。ＭＥＭＳ処理システム２００は液体キャビネット２１０及びガスキャビネット２２０を備える。システム２００に様々な供給配管、ポンプ及び弁を備えて、適切に配置することで、ＨＦ蒸気源２１１，窒素ガス源２１２及びアルコール蒸気源２１３が作動可能な態様でガス供給配管１８０に連結される。窒素ガスは、必要に応じてプロセスチャンバ１１１及びローディングチャンバ１２１をパージするために用いることができ、あるいはキャリアガスとして用いることができる。システム２００の全コンポーネントは、ユーザが入力したプロセスレシピを実行するようにプログラムされる、適切にプログラムされたプロセッサに電気的に接続され、制御される。
排気配管１８１，１８２はそれぞれ、ガス流通可能かつ作動可能な態様で、第１のハウジング１１０の排気ポート１３１及び第２のハウジング１２０の排気ポート１３２に連結される（明解さのため図５も見よ）。排気配管１８１，１８２及びこれらにともなうコンポーネントは排気システム１８３を形成する。ドライポンプ１８５が作動可能な態様で排気システム１８３に連結される。起動されると、ドライポンプ１８５はプロセスチャンバ１１１及びローディングチャンバ１２１内に減圧雰囲気をつくるであろう。
新設計の双チャンバＭＥＭＳ反応器１００は許容限界内であり、旧反応器よりもさらに良好な（基板間、基板内、バッチ間）均一性で、２５枚までの基板を一時に処理することができる。１℃以内に基板温度を制御することができ、これにともなってエッチング制御性が向上する。
もちろん、望ましければ、２５枚より多くの基板を一時に処理することができよう。しかし、自動ハンドラ（この場合は横付けブルックス７）を用いて最高のスループットを達成するため、及び基板カセット全体を一時に処理するためには、２５枚の基板数が有利であることがわかった。バッチが大きくなるほど見返りが少なくなる。
基板バッチの最適な大きさ及び均一性への影響を決定するためにスループット解析を行った。この解析の結果を図１１〜１３に示す。このシミュレーションでは、ブルックス７横付け移載チャンバ、２つのロードロック及び５つまでのＣＥＴ（Clean Etch Technology）チャンバの構成とした。この構成ではＩｎｌｉｇｎｅｒを用いなかった。基板を１枚ずつロードロックからＣＥＴチャンバに移し、ＣＥＴチャンバが一杯になったときにプロセスを開始し、次いでロードロックに戻した。ＣＥＴチャンバは１，３，５，２５及び５０基板/レシピを処理するように設計した。
代表的な３０分ＨＦエッチングレシピは以下のチャンバ容量当りの工程に分解される。レシピの最後に、ＣＥＴチャンバをベース圧までポンプダウンしてから、基板移載を進めることになろう。よって、「ＣＥＴチャンバ内総時間」にそのポンプダウン時間を加えた。
Figure 2008521258
ロードロックＡ/Ｂについての、カセットをロード／アンロードするための時間、大気圧までベントするための時間及びベース圧までポンプダウンするための時間を、それぞれの動作について挙げると、
・ ベントアップ（真空から大気まで）： ４分；
・ カセットのロード／アンロード： １分；
・ ポンプダウン（大気から真空まで）： ３分；
である。
代表的な基板移載時間（ロードロックＡ/Ｂ←→ＣＥＴチャンバ）は２０〜２５秒である。図１１〜１３のグラフは最小１０時間で計算してある。チャンバ容量が１，３，５または５０の場合、ロードロックは入庫／出庫兼用ポートとして構成される。チャンバ容量が２５の場合、ロードロックＡが入庫ポートとして構成され、ロードロックＢが出庫ポートとして構成される。
Figure 2008521258
本発明を詳細に説明及び図示したが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない様々な別形及び改変が当業者には容易に明らかになるであろう。特に、本発明はエッチングプロセスでの使用に限定されず、温度及び流体フローの一様性が望ましいいかなる基板プロセスにも用いることができる。
従来技術のＭＥＭＳ反応器内でゲート開口が流体フローにどのようにスワールまたは擾乱を生じさせるかを示す、従来技術のＭＥＭＳ反応器の略図である 本発明の一実施形態にしたがう双チャンバＭＥＭＳ反応器の斜視図である 線III-IIIに沿って見た図２の双チャンバＭＥＭＳ反応器の破断図である 線IV-IVに沿って見た図２の双チャンバＭＥＭＳ反応器の破断図である 線III-IIIに沿って見た図２の双チャンバＭＥＭＳ反応器の簡略な側面図である 線IV-IVに沿って見た図２の双チャンバＭＥＭＳ反応器の簡略な側面図である 本発明の一実施形態にしたがう、図２の双チャンバＭＥＭＳ反応器に用いられるガス吸気マニホールドの前面図である 本発明の一実施形態にしたがう、破断区画がプロセスチャンバ内にスタック配置で支持される基板のバッチを示す、図２の双チャンバＭＥＭＳ反応器の簡単な略図である 本発明の一実施形態にしたがうＭＥＭＳ処理システムのための配管図である ステンレス鋼側壁を有するプロセスチャンバ及び炭化ケイ素側壁を有するプロセスチャンバについての基板温度対プロセスチャンバ温度のグラフである ％均一性対プロセスチャンバ設計容量のグラフである 様々なチャンバ容量についての基板/時間対ＣＥＴチャンバ数のグラフである 様々なＣＥＴチャンバ数についての基板/時間対チャンバ容量のグラフである
符号の説明
５０，５２ シリコン基板スタック
５１ シリコン基板
１００ 双チャンバＭＥＭＳ反応器
１１０ 第１のハウジング
１１１ プロセスチャンバ
１２０ 第２のハウジング
１２１ 基板ローディングチャンバ
１１５ ゲート開口
１２０ 第２のハウジング
１３０ ガス吸気ポート
１５０ 可動プレート
１５４ ロボットアーム

Claims (67)

  1. 基板を処理するためのシステムにおいて、
    プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、
    前記プロセスチャンバ内にスタック配置で複数枚の基板を支持するための支持手段であって、前記複数枚の基板が前記スタック配置で支持されたときに前記スタック配置は露出表面を有する最初の基板及び露出表面を有する最後の基板を有し、前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面は放射率値を有している支持手段、
    及び
    前記複数枚の基板が前記プロセスチャンバ内に前記スタック配置で支持されたときに前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面に対向するように配置された対向表面であって、前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有する対向表面、
    を備えることを特徴とするシステム。
  2. 前記基板がシリコンであり、前記対向表面が炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記対向表面が前記プロセスチャンバを形成する前記第１のハウジングの内表面であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 前記支持手段が第１の基板支持プレート及び第２の基板支持プレートを有し、前記複数枚の基板が前記第１の基板支持プレートと前記第２の基板支持プレートの間に前記スタック配置で支持され、前記対向表面が前記第１の基板支持プレート及び前記第２の基板支持プレートの表面であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 前記第１のハウジングが前記プロセスチャンバを形成する内表面を有し、前記内表面が前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  6. 前記第１のハウジングが外殻及び前記外殻の内部に配置されたライナーを有し、前記ライナーが高熱伝導度を有する材料で構成され、前記ライナーが前記プロセスチャンバを形成する内表面を有し、前記内表面が前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. 前記ライナーが炭素ベース材料で構成され、前記外殻が非孔質材料で構成されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
  8. 前記炭素ベース材料が、緻密化炭素、天然炭素、ダイアモンド及びグラファイトからなる群から選ばれることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  9. 前記ライナーの前記内表面が炭化ケイ素であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  10. 前記ライナーが前記外殻のガス吸気ポートを覆うガス吸気マニホールド及び前記外殻の排気ポートを覆う排気マニホールドを含むことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
  11. 前記ガス吸気ポートと前記ガス吸気マニホールドの間に配置され、作動可能な態様で前記ガス吸気ポートに連結された第１のガスディフューザープレートをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 可動プレートをさらに備え、前記支持手段が前記可動プレートに連結され、前記支持手段の少なくとも一部が前記プロセスチャンバの外にあるローディング位置と前記支持手段が完全に前記プロセスチャンバ内にある処理位置の間で前記可動プレートが可動であり、前記可動プレートが前記処理位置にあるときに前記可動プレートが前記第１のハウジングの床、壁または天井の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  13. ローディングチャンバを形成する第２のハウジングをさらに備え、前記第２のハウジングは前記第１のハウジングと共通の壁体を有し、前記ローディングチャンバから前記プロセスチャンバへの通路を形成する開口が前記共通壁体にあり、前記可動プレートは前記ローディングチャンバ内に配置され、前記可動プレートが前記ローディング位置から前記処理位置に移動させられたときに前記可動プレートが前記開口を閉じ、前記第２のハウジングが大気から前記ローディングチャンバへの通路を形成するゲート開口を有することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記可動プレートと前記共通壁体の間にシールをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. 作動可能な態様で前記ゲート開口に連結されたゲート弁をさらに備え、前記ゲート弁が閉じられたときに前記プロセスチャンバ及び前記ローディングチャンバが前記大気から気密に封止されることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  16. 前記第１のハウジングがガス吸気ポート及び排気ポートを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  17. 前記ガス吸気ポートを覆うように前記プロセスチャンバ内に配置されたガス吸気マニホールド及び前記排気ポートを覆うように前記プロセスチャンバ内に配置された排気マニホールドをさらに備え、前記ガス吸気マニホールド及び前記排気マニホールドが熱伝導度が高い材料で構成され、前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有する内表面を有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
  18. 作動可能な態様で前記ガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
  19. 前記少なくとも１つのガス源がアルコール蒸気源及びフッ化水素酸蒸気源を含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
  20. ガス流通可能な態様で前記排気ポートに連結された排気システムをさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
  21. 前記プロセスチャンバ内に減圧雰囲気をつくるための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  22. 前記プロセスチャンバを加熱するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  23. 前記対向表面の前記放射率値が前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値の約０.２の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  24. 前記支持手段が少なくとも２５枚の基板を支持できることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  25. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記支持手段が上部基板支持プレート及び底部基板支持プレートを有し、
    前記複数枚の基板が前記上部基板支持プレートと前記底部基板支持プレートの間に縦方向スタック配置で支持され、
    前記対向表面が前記上部基板支持プレート及び前記底部基板支持プレートの表面であり、
    前記支持手段が少なくとも２５枚の基板を支持でき、
    前記基板がシリコンであり、前記対向表面が炭化ケイ素であり、
    前記第１のハウジングが、炭素ベース材料で構成され、炭化ケイ素の内表面を有する、ライナーを有し、
    前記第１のハウジングが、非孔質材料で構成され、前記ライナーを囲む、外殻をさらに有し、
    前記システムがさらに、
    ローディングチャンバを形成する第２のハウジングであって、前記第１のハウジングと共通の壁体を有する前記第２のハウジング、
    前記ローディングチャンバから前記プロセスチャンバへの通路を形成する前記共通壁体の開口、
    前記ローディングチャンバ内の可動プレート、
    −前記底部基板支持プレートは前記可動プレートに連結される、
    −前記可動プレートは前記支持手段の少なくとも一部が前記ローディングチャンバ内にあるローディング位置と前記支持手段が完全に前記プロセスチャンバ内にある処理位置の間で可動である、
    −前記可動プレートが前記ローディング位置から前記処理位置に移動させられたときに、前記支持手段が前記開口を通過して前記プロセスチャンバ内に入ってから、前記可動プレートが前記開口を閉じる、
    −前記第２のハウジングは大気から前記ローディングチャンバへの通路を形成するゲート開口を有する、
    作動可能な態様で前記ゲート開口に連結されたゲート弁、
    −前記ゲート弁が閉じられたときに、前記プロセスチャンバ及び前記ローディングチャンバは前記大気から気密に封止される、
    前記可動プレートが前記処理位置にあるときに前記可動プレートと前記共通壁体の間で圧縮される、前記可動プレートの上面のＯリングシール、
    −前記第１のハウジングはガス吸気ポート及び排気ポートを有する、
    −前記第２のハウジングは排気ポートを有する、
    −前記ライナーはガス吸気マニホールド及び排気マニホールドを含む、
    作動可能な態様で前記ガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源、
    ガス流通可能な態様で前記第１のハウジングの前記排気ポート及び前記第２のハウジングの前記排気ポートに連結されたガス排気システム、
    前記排気システムに連結された前記プロセスチャンバ内に減圧雰囲気をつくるための手段、及び
    前記プロセスチャンバを加熱するための手段、
    を備えることを特徴とするシステム。
  26. 基板を処理する方法において、
    プロセスチャンバを形成する第１のハウジングを有するシステムを提供する工程、
    複数枚の基板をスタック構成で支持する工程であって、前記スタック構成は露出表面を有する最初の基板及び露出表面を有する最後の基板を含み、前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面は放射率値を有している工程、
    前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面が前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有する表面に対向するように前記複数枚の基板を前記プロセスチャンバ内に配置する工程、及び
    前記複数枚の基板を前記プロセスチャンバ内で少なくとも１つの処理条件にかける工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  27. 基板を処理するためのシステムにおいて、
    プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、
    前記プロセスチャンバへの通路を形成する前記第１のハウジングの開口、
    複数枚の基板を支持するための支持手段を有する可動プレート、
    前記支持手段の少なくとも一部が前記プロセスチャンバの外にあるローディング位置と前記支持手段が完全に前記プロセスチャンバ内にある処理位置の間で前記可動プレートを移動させるための手段であって、前記可動プレートは前記処理位置にあるときに前記開口を閉じるものである手段、
    前記第１のハウジングのガス吸気ポート、及び
    前記第１のハウジングの排気ポート、
    を備えることを特徴とするシステム。
  28. ガス流通可能な態様で前記ガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  29. 前記少なくとも１つのガス源がアルコール蒸気源及びフッ化水素酸蒸気源を含むことを特徴とする請求項２８に記載のシステム。
  30. 作動可能な態様で前記排気ポートに連結された排気システムをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  31. 前記可動プレートと前記第１のハウジングの間に配置されたシールをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  32. 前記シールがＯリングを含むことを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
  33. 前記ガス吸気ポート及び前記排気ポートが前記第１のハウジングの対向する壁に配置されることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  34. 前記ガス吸気ポートを覆うように配置されたガス吸気マニホールド及び前記排気ポートを覆うように配置された排気マニホールドをさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
  35. 前記ガス吸気マニホールド及び前記排気マニホールドが、径が増大する放射パターンに編成された分散穴を有することを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
  36. 前記ガス吸気ポートと前記ガス吸気マニホールドの間に配置された第１のガスディフューザープレート及び前記排気ポートと前記排気マニホールドの間に配置された第２のガスディフューザープレートをさらに備えることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
  37. 前記可動プレートが前記処理位置にあるときに前記プロセスチャンバが前記ガス吸気マニホールドから前記排気マニホールドまで実質的に一定の矩形断面プロファイルを有することを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
  38. 前記プロセスチャンバ内に減圧雰囲気をつくるための手段をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  39. 前記減圧雰囲気をつくるための前記手段が前記排気ポートに連結された排気システムに配置されることを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
  40. 前記支持手段が前記プロセスチャンバ内にスタック配置で複数枚の基板を支持し、前記スタック配置が露出表面を有する最初の基板及び露出表面を有する最後の基板を含み、前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面が放射率値を有し、
    前記システムが、前記複数枚の基板が前記プロセスチャンバ内にスタック配置で支持されているときに前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面に対向する、対向表面をさらに有し、前記対向表面が前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有する、
    ことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  41. 前記対向表面の前記放射率値が前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値の約０.２の範囲内にあることを特徴とする請求項４０に記載のシステム。
  42. 前記基板がシリコンであり、前記対向表面が炭化ケイ素であることを特徴とする請求項４１に記載のシステム。
  43. 前記対向表面が前記プロセスチャンバを形成する前記第１のハウジングの内表面であることを特徴とする請求項４０に記載のシステム。
  44. 前記支持手段が第１の基板支持プレート及び第２の基板支持プレートを有し、前記複数枚の基板が前記第１の基板支持プレートと前記第２の基板支持プレートの間にスタック配置で支持され、前記対向表面が前記第１の基板支持プレート及び記第２の基板支持プレートの表面であることを特徴とする請求項４０に記載のシステム。
  45. 前記第１のハウジングが高熱伝導度を有する材料で構成されたライナーを有し、前記ライナーが前記プロセスチャンバを形成する内表面を有し、前記内表面が前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  46. 前記ライナーが炭素ベース材料で構成されることを特徴とする請求項４５に記載のシステム。
  47. 前記炭素ベース材料が、緻密化炭素、天然炭素、ダイアモンド及びグラファイトからなる群から選ばれることを特徴とする請求項４６に記載のシステム。
  48. 前記ライナーの前記内表面が炭化ケイ素であることを特徴とする請求項４６に記載のシステム。
  49. 前記第１のハウジングが非孔質材料で構成された外殻を有し、前記ライナーが前記外殻の内部にあることを特徴とする請求項４３に記載のシステム。
  50. 前記ライナーが吸気マニホールド及び排気マニホールドを含むことを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
  51. ローディングチャンバを形成する第２のハウジングをさらに備え、前記第２のハウジングが前記第１のハウジングと共通の壁体を有し、前記開口が前記共通壁体を貫通して前記ローディングチャンバから前記プロセスチャンバへの通路を形成し、前記第２のハウジングが大気から前記ローディングチャンバへの通路を形成するゲート開口を有することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  52. 作動可能な態様で前記ゲート開口に連結されたゲート弁をさらに備え、前記ゲート弁が閉じられたときに前記プロセスチャンバ及び前記ローディングチャンバが前記大気から気密封止されることを特徴とする請求項５１に記載のシステム。
  53. 前記プロセスチャンバを加熱するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  54. 前記支持手段が少なくとも２５枚の基板を支持できることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
  55. 請求項２７に記載のシステムにおいて、
    ガス流通可能な態様で前記ガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源、
    ローディングチャンバを形成する第２のハウジング、
    −前記第２のハウジングは前記第１のハウジングと共通の壁体を有する、
    −前記開口は前記共通壁体を貫通して前記ローディングチャンバから前記プロセスチャンバへの通路を形成する、
    −前記第２のハウジングは大気から前記ローディングチャンバへの通路を形成するゲート開口を有する、
    作動可能な態様で前記ゲート開口に連結されたゲート弁、
    −前記ゲート弁が閉じられたときに前記プロセスチャンバ及び前記ローディングチャンバは前記大気から気密に封止される、
    前記可動プレートと前記共通壁体の間に配置されたシール、
    前記第２のハウジングの排気ポート、
    作動可能な態様で前記第１のハウジング及び前記第２のハウジングの前記排気ポートに連結された排気システム、
    −前記プロセスチャンバの前記ガス吸気ポート及び前記排気ポートは前記第１のハウジングの対向する壁に配置される、
    前記ガス吸気ポートを覆うように配置されたガス吸気マニホールド、
    前記ガス吸気ポートと前記ガス吸気マニホールドの間に配置された第１のガスディフューザープレート、
    前記プロセスチャンバの前記排気ポートを覆うように配置された排気マニホールド、
    前記排気ポートと前記排気マニホールドの間に配置された第２のガスディフューザープレート、及び
    前記プロセスチャンバ内に減圧雰囲気をつくるための手段、
    −前記手段は作動可能な態様で前記排気システムに連結される、
    を備え、
    前記支持手段は前記プロセスチャンバ内にスタック配置で前記複数枚の基板を支持し、前記スタック配置は露出表面を有する最初の基板及び露出表面を有する最後の基板を含み、前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面は放射率値を有し、
    前記システムはさらに、
    前記複数枚の基板が前記プロセスチャンバ内にスタック配置で支持されているときに前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面に対向する対向表面、
    −前記対向表面は前記最初の基板及び前記最後の基板の前記露出表面の前記放射率値に相当する放射率値を有する、
    −前記第１のハウジングは、炭素ベース材料で構成されたライナー及び、前記ライナーを囲む、非孔質材料で構成された外殻を有する、
    −前記ライナーは前記ガス吸気マニホールド及び前記排気マニホールドを含む、
    及び
    前記プロセスチャンバを加熱するための手段、
    を有することを特徴とするシステム。
  56. 基板を処理する方法において、
    プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、前記プロセスチャンバへの通路を形成する前記第１のハウジングの開口、複数枚の基板を支持するための支持手段を有する可動プレート、前記支持手段の少なくとも一部が前記プロセスチャンバの外にあるローディング位置と前記支持手段が完全に前記プロセスチャンバ内にある処理位置の間で前記可動プレートを移動させるための手段、前記第１のガス吸気ポート及び前記第１のハウジングの排気ポートを備えるシステムを提供する工程、
    前記可動プレートが前記ローディング位置にある間に前記支持手段に複数枚の基板を支持する工程、
    前記可動プレートを前記処理位置に移動させ、よって前記可動プレートで前記開口を閉じる工程、及び
    前記ガス吸気ポートを介してガスを前記プロセスチャンバ内に流入させ、前記複数枚の基板にかけて流し、前記排気ポートを介して前記プロセスチャンバから流出させる工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  57. 基板を処理するためのシステムにおいて、
    プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、
    前記プロセスチャンバ内にスタック配置で複数枚の基板を支持するための支持手段、
    前記第１のハウジングのガス吸気ポート及び前記第１のハウジングの排気ポートであって、前記第１のハウジングの対向する壁に配置されるガス吸気ポート及び排気ポート、
    前記ガス吸気ポートを覆うガス吸気マニホールド及び前記排気ポートを覆う排気マニホールドであって、少なくともガス吸気マニホールドは前記ガス吸気ポートからの距離が大きくなるとともに径が大きくなるようなパターンで配列された複数の穴を有するものである、ガス吸気マニホールド及び排気マニホールド、
    作動可能な態様で前記ガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源、及び
    作動可能な態様で前記排気ポートに連結された排気システム、
    を備え、
    前記プロセスチャンバが前記ガス吸気マニホールドから前記排気マニホールドまで実質的に一定の矩形断面プロファイルを有することを特徴とするシステム。
  58. 前記プロセスチャンバ内の減圧雰囲気をつくるための手段をさらに備えることを特徴とする請求項５７に記載のシステム。
  59. さらに、前記少なくとも１つのガス源がアルコール蒸気源及びフッ化水素酸蒸気源を含むことを特徴とする請求項５７に記載のシステム。
  60. 前記ガス吸気ポートと前記ガス吸気マニホールドの間に配置された第１のガスディフューザープレート及び前記排気ポートと前記排気マニホールドの間に配置された第２のガスディフューザープレートをさらに備えることを特徴とする請求項５７に記載のシステム。
  61. 前記ガス吸気ポートが前記ガス吸気マニホールドの中心にほぼ位置合せされることを特徴とする請求項５７に記載のシステム。
  62. 前記プロセスチャンバを加熱するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項５７に記載のシステム。
  63. 前記支持手段が少なくとも２５枚の基板を支持できることを特徴とする請求項５７に記載のシステム。
  64. 基板を処理するための方法において、
    プロセスチャンバを形成する第１のハウジング、
    前記プロセスチャンバ内にスタック配置で複数枚の基板を支持するための支持手段、
    前記第１のハウジングのガス吸気ポート及び前記第１のハウジングの排気ポートであって、前記第１のハウジングの対向する壁に配置されるガス吸気ポート及び排気ポート、
    前記ガス吸気ポートを覆うガス吸気マニホールド及び前記排気ポートを覆う排気マニホールドであって、少なくとも前記ガス吸気マニホールドは前記ガス吸気ポートからの距離が大きくなるとともに径が大きくなるパターンで配置された複数の穴を有するものであるガス吸気マニホールド及び排気マニホールド、
    作動可能な態様で前記ガス吸気ポートに連結された少なくとも１つのガス源、及び
    作動可能な態様で前記排気ポートに接続された排気システム、
    を備え、
    前記プロセスチャンバが前記ガス吸気マニホールドから前記排気マニホールドまで実質的に一定の矩形断面プロファイルを有する、
    システムを提供する工程、
    前記ガス吸気マニホールドと前記排気マニホールドの間で前記プロセスチャンバ内の前記支持手段に複数枚の基板を支持する工程、
    前記ガス吸気ポート及び前記ガス吸気マニホールドを介して前記プロセスチャンバ内にガスを導入する工程、
    前記複数の基板にかけて前記ガスを流す工程、及び
    前記排気マニホールド及び前記排気ポートを介して前記プロセスチャンバから前記ガスを取り出す工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  65. 前記ガスの前記導入に先立ち、前記プロセスチャンバ内に減圧雰囲気をつくる工程をさらに含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。
  66. 前記ガスの前記導入に先立ち、前記プロセスチャンバを加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
  67. 前記ガスがアルコール蒸気及びフッ化水素酸蒸気を含むことを特徴とする請求項６６に記載の方法。
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