JP2009503875A - ガスマニホルドバルブクラスタ - Google Patents

Abstract

本発明は、総括的には半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、ガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置に関する。本発明の一部の実施形態では、洗浄中に大気に曝露されることになるガスラインの長さ及び容積の縮小を可能にし、プロセスチャンバの保守を行うのに必要な時間を最少にすることでプロセスチャンバの生産性を高める、ガスマニホルドバルブクラスタ及びシステムが提供される。他の実施形態では、ガスマニホルドバルブクラスタ及びＡＬＤ堆積装置が提供される。
【選択図】図１

Description

（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２００５年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／７０３，７１１号、２００５年７月２９日に出願された第６０／７０３，７１７号、及び２００５年７月２９日に出願された第６０／７０３，７２３号の利益及びこれらに対する優先権を主張し、これらの全ての開示事項全体は引用により本明細書に組み込まれる。本出願は、本明細書の同時出願の代理人整理番号１８６４４０／ＵＳ／２／ＭＳＳに対応する同時係属の米国特許出願番号に関連し、その全ての開示事項全体は引用により本明細書に組み込まれる。

本発明は、総括的には半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明は、半導体基板上に薄膜を形成する種々のプロセス法を実施するのに有用なガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置に関する。

半導体デバイスの製造には、半導体ウエーハを作業装置の総体に変換するために多くのステップを必要とする。プロセスステップの多くは、一度に１つの基板上で実施されるように適合された方法を含む。これらは、単一ウエーハプロセスとして公知である。これらの方法を実施するのに使用されるプロセスチャンバは、単一ウエーハチャンバとして公知であり、複数の基板を同時に処理することができるバッチプロセスチャンバとは区別されなければならない。単一ウエーハプロセスチャンバは、クラスタツールに共にグループ化されることが多く、これにより幾つかの基板上で同じプロセス法を並行して同時に実施するか、又は同じクラスタツール内で幾つかのプロセス法を順次実施することのいずれかの可能性が許容される。

幾つかのプロセス法は、単一ウエーハプロセスチャンバ内で実施されるのに特に好適である。これらのプロセス法の実施例は、限定ではないが、化学蒸着法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、Ｅｐｉ法、エッチング法、灰化法、急速加熱処理（ＲＴＰ）、スパイクアニールなどの短時間熱プロセス、及び同様のものを含む。これらの方法は、多くの場合、処理、特に熱処理を容易にするためのエネルギー源を含む。これらのエネルギー源の実施例は、熱、プラズマ、光子、及び同様のものを含む。これらの種々のタイプのプロセスチャンバの詳細な構成は、プロセス方法の要件及びプロセスステップの望ましい結果によって決定されることになる。

ドル／ウエーハ単位の維持費（ＣＯＯ）は、半導体処理装置を選定する上での主な検討事項である。ＣＯＯの計算は極めて複雑である。入力変数の１つは装置の稼働時間である。稼働時間は、システム信頼性、手動洗浄間の時間、手動洗浄時間、再適格時間、及び同様のものなどの要因に依存する。上に述べたプロセス法の大部分は、高温及び低圧で実施され、種々の方法ステップ間で幾つかのガス状化学種の交換を必要とする。従って、プロセスチャンバ容積、プロセスチャンバ材料、エネルギー源の統合、ガス導入手段、排気手段、及び同様のものなどの詳細は、そのプロセス法の成功を決定付ける上で重要なことである。

原子層堆積法（ＡＬＤ）により薄膜を堆積させるためのプロセスチャンバ設計を例として用いる。基板又はウエーハは通常、基板支持装置上に支持され、１００℃〜６００℃の範囲の温度まで加熱される。シャワーヘッド注入器のようなガス分配装置が基板の上方に置かれる。シャワーヘッド注入器は、ウエーハの表面全体にわたってガスを分配するための複数の孔を含む。水平プレート又はリングが基板支持装置の周りに配置され、反応容積の底部を大まかに定める。このような従来技術のシステムでは、この反応容積は比較的大きい。プレートは、通常は基板平面よりも下にあるプロセスチャンバの下側部分に見られる単一の排出ポートを通じてプロセスチャンバからガスを排気可能にする複数の孔を含むことができる。更に当該技術分野では、プレートをウエーハ搬送平面の下に位置付けるのが一般的である。この構成の１つの重大な欠点は、ウエーハが搬送されるスロットバルブ及びウエーハ搬送領域も反応ゾーンに曝露されることである。これは、材料、粒子、及び汚染物質のスロットバルブ領域での堆積を生じさせることになる。またこの欠点により、プラズマエネルギー源を使用するプロセス法におけるプラズマ場の非対称性が生じることになる。更に、このウエーハ搬送領域は、処理中に温度の不均一性を引き起こす。この領域は、黒体キャビティ作用を有する傾向があり、この領域に隣接するヒータ区域は、低温領域を生じさせ、従って、ウエーハの一様ではない加熱及び処理を引き起こす。

従って、公知のプロセスチャンバ設計には、幾つかの欠点がある。反応容積は、基板支持装置の直径で定義される円筒容積に対して過度に大きくなる傾向がある。このようなプロセスチャンバの壁は、付加的なポート、基板搬送開口、及び同様のものなどの要件に起因して対称ではないことが多い。熱、プラズマ、及び光子発生源などのエネルギー源からのパワーは、プロセスチャンバの壁に到達し、基板のすぐ上にある区域の外側でのプロセス法の動作を容易にする。これは、長い真空排気時間、過度の化学物質の使用、長いパージ時間、ＡＤＬプロセス法の長いサイクル時間、非対称なガス流、粒子の生成、プラズマプロセス法における非対称なプラズマ密度、プロセスチャンバ壁への材料堆積、プロセスチャンバ洗浄間の時間短縮及び同様のことのうちの１つ又はそれ以上を含む、望ましくない作用をもたらす。

プロセスチャンバは、定期的な洗浄及び保守のために開放する必要がある。保守期間の間はプロセスチャンバは生産性が無いので、この時間は高コストである。チャンバの開放に備える作業の１つは、プロセスチャンバが開いている間に外気に曝されることになるガスラインの一部から反応性ガスを除去しパージすることである。この作業は、「サイクル／パージ」手順を含み、該手順は、真空ポンプでガスラインを真空排気すること、次いで窒素などの不活性ガスをガスラインに流すことを交互に行う段階を含む。この手順は、各ガスラインについて何回も（通常２０回又はそれ以上）繰り返す必要がある。

プロセスチャンバの保守期間の間にガスラインが大気に曝露されると、ガスラインの内面が大気中の水分から水の薄膜を吸収することになる。これは、窒素などの不活性ガスがメンテナンス手順全体にわたってガスラインに流される場合でも当てはまる。この水の薄膜は、保守手順が完了した後でガスラインに反応性ガスが再導入される前にガスラインの内面から除去しなければならない。水の薄膜は通常、上述の同じ「サイクル／パージ」手順によって除去される。サイクル／パージ手順の各部分の時間長、及びこれら手順の両方についてのサイクル／パージステップの数は、ガスラインの長さ及び容積に強く影響を受けることになる。

現在では、半導体デバイスの製造で使用される単一ウエーハプロセスチャンバに関して数多くの設計がある。これらの設計には幾つかの欠点がある。欠点の例には、ガスライン長が長いこと、ガスライン容積が大きいこと、反応ゾーン容積が大きいこと、ガス交換時間が遅いこと、プラズマ密度が非対称であること、プロセスチャンバのオーバーヘッド時間が長いこと、及び同様のもののいずれか１つ又はそれ以上が含まれる。

公知の堆積装置設計の多くの制限を考えると、半導体処理に好適な堆積装置及び構成要素の設計が更に進展することに対する必要性がある。

米国特許出願シリアル番号１１／ （代理人整理番号１８６４４０／ＵＳ／２／ＭＳＳ）公報 米国特許第６，９２１，４３７号公報

本発明は、総括的には半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、ガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置に関する。本発明の一部の実施形態では、洗浄中に大気に曝露されることになるガスラインの長さ及び容積の縮小を可能にし、プロセスチャンバの保守を行うのに必要な時間を最少にすることでプロセスチャンバの生産性を高める、ガスマニホルドバルブクラスタ及びシステムが提供される。他の実施形態では、半導体処理中、特に原子層堆積（ＡＬＤ）処理中にガスの迅速な作動を促進するガスマニホルドバルブクラスタ及びシステムが提供される。本発明の一部の実施形態では、ＡＬＤサイクルにおける化学前駆体のパルス時間が、従来技術のパルス時間と比較して最大５０％まで短縮される。

本発明の実施形態は、限定ではないが、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤなどのような薄膜堆積技法、エッチング、灰化法、洗浄、及び同様のものなど、半導体基板に対するプロセス法を実施するのに使用することができる。一部の実施形態では、ガスマニホルドバルブクラスタ及びシステムは、ガスのより効率的な使用、供給源における汚染の低減、均一なガス流パターンの促進、高速ガス交換の促進、及びより簡単なチャンバ洗浄のうちの１つ又はそれ以上を可能にする。

例示的な実施形態では、プロセスチャンバ内で基板を処理するための堆積装置が提供され、１つ又はそれ以上のガス供給源と、プロセスチャンバに近接し各ガス用のガスバルブを含むガスマニホルドバルブクラスタと、該ガスマニホルドバルブクラスタからガス分配装置に延びるチャンバリッドガス供給ラインとを備える。

一部の実施形態では、ウエーハを処理するための堆積装置が提供され、該堆積装置は、ウエーハを保持するためのウエーハ支持装置と、ロボット式搬送装置によってプロセスチャンバの壁の開口を通ってウエーハ支持装置上にウエーハが送られるウエーハ搬送領域と、該ウエーハの上に位置付けられたガス分配装置と、該装置内に形成されてウエーハ支持装置を囲み、複数の開口が形成され且つ排出領域から反応ゾーンを分離するように構成されたバッフルリングと、装置に近接し且つ外部に位置付けられたガスマニホルドバルブクラスタと、を備え、該ガスマニホルドバルブクラスタが、各ガスに対するガスバルブと、ガスマニホルドバルブクラスタから注入器に延びるチャンバリッドガス供給ラインとを含み、ウエーハ支持装置が、基板をウエーハ搬送領域及びプロセスチャンバ壁の開口の水平位置の上に上昇させるようにガス分配装置に向かって垂直方向に移動可能であり、ウエーハ支持装置が、バッフルリングと協働して縮小容積を有する反応ゾーンを定める。一部の実施形態では、ガスマニホルドバルブクラスタは、装置又はプロセスチャンバの外部に取り付けられる。一部の実施形態では、堆積装置は、チャンバリッド組立体を更に備え、ガスマニホルドバルブクラスタが、シールを含み且つリッドの開放を可能にするために該リッドから取り外し可能な接続ポイントによって、チャンバリッドガス供給ラインに結合される。

別の実施形態では、ウエーハを処理するためのＡＬＤ堆積装置が提供され、該堆積装置は、ウエーハ支持装置を収容するためのプロセスチャンバと、ウエーハにガスを搬送するための注入器と、ウエーハ支持装置を囲むバッフルリングと、を備え、ウエーハ支持装置、注入器、及びバッフルリングは、ウエーハが処理される反応ゾーンを定め、該反応ゾーンは、ウエーハがプロセスチャンバの内外に移動される領域から分離されており、堆積装置は更に、該堆積装置に近接して外部に位置付けられたガスマニホルドバルブクラスタであって、各ガスに対してのガスバルブとガスマニホルドバルブクラスタから注入器に延びるチャンバリッドガス供給ラインとを含むガスマニホルドバルブクラスタと、バッフルリングを囲み且つバッフルリングに形成された開口と流体連通し、実質的に３６０度にわたって反応ゾーンからガスを排出するように構成されるガス排出プレナムと、を更に備える。

本発明のこれら及び他の種々の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下で詳述される説明及び以下で提供される添付の請求項を読めば理解されるであろう。

本発明は一般に、半導体処理用の堆積装置に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、ガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置に関する。図１は、本発明のガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置の一実施形態の簡易断面図である。図２は、本発明のガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置の実施形態の三次元組立分解図である。図６は、ガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置の実施形態の平面図である。本発明の実施形態は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、Ｅｐｉ法、エッチング法、灰化法、急速加熱処理（ＲＴＰ）、スパイクアニールなどの短時間熱プロセス、及び同様のものといった、広範なプロセス法に適用可能であることは当業者には理解されるであろう。

図１及び２を参照すると、基板（図示せず）は、プロセスチャンバ１００内に支持される。プロセスチャンバ又はチャンバ本体１００は一般に、ウエーハを支持するためのウエーハ支持装置（図示せず）と、処理のために基板にガスを送給する注入器などのガス分配装置１０２とを含む。プロセスチャンバ１００は更に、チャンバリッドガスライン１０６が形成された、取り外し可能なチャンバリッド組立体１０１を含む。チャンバリッド組立体１０１は加熱することができる。プロセスチャンバに近接してガスマニホルドバルブクラスタ４００が配置される。ガスマニホルドバルブクラスタ４００は、１つ又はそれ以上の供給ライン及び関連するガス供給バルブ１０４を介して遠隔ガス供給源１０３に結合される。

特に有利には、ガスマニホルドバルブクラスタ４００は、プロセスチャンバ１００の近傍で且つ外部に位置付けられる。一部の実施形態では、ガスマニホルドバルブクラスタ４００は、プロセスチャンバの裏面上など、プロセスチャンバ１００に取り付けられる。

ガスは、プロセスチャンバ１００に、及びガス分配装置１０２を通じて基板に導入される。ガス分配装置１０２は、単一の注入口、注入器、シャワーヘッド注入器、ガスリング、又は同様のものから構成することができる。ガス分配装置１０２には、実施される特定プロセス法の要件に応じて給電することができる。

１つ又はそれ以上のガスが遠隔のガス供給源１０３からプロセスチャンバ１００に供給される。通常、ガス供給装置１０３の近傍又は内部に位置してガス供給バルブ１０４がある。簡単にするために、ガス供給装置１０３と関連のガス供給バルブ１０４の単一のペアだけが示されている。しかしながら、図３に示すガス概略図において例示されるように、プロセスチャンバに供給される各ガスについて同様の構成がある。ガスは、ガス供給バルブ１０４からガス供給ライン１０７を通じてガスマニホルドバルブクラスタ４００に送られる。ガスマニホルドバルブクラスタ４００は、複数のバルブ４０２（図２）を含み、その各々がガス供給バルブに専用のものである。ガスマニホルドバルブクラスタ４００は、チャンバ１００に密接に近接して位置し、ガス分配装置１０２からバルブまでの配管長さが実質的に短縮される。

一部の実施形態では、ガスマニホルドバルブクラスタ４００は、接続ポイント１０８でチャンバリッドガスライン１０６と連通する。接続ポイント１０８は、Ｏ−リングシール又は他の適切なシール手段を含み、チャンバリッド組立体１０１の開放を可能にするように構成される。これにより保守の容易さがより促進される。

一部の実施形態では、不相溶性のガス混合物が利用される場合がある。このような事例では、図６に示すように２つの分離されたバルブクラスタ４００ａ及び４００ｂを使用することができる。この実施形態では、チャンバガスライン１０６は、ガス送給装置１０２内の２つの別個のガス経路供給網に独立してガスを送給する２つの別個のガス送給ラインを含む。分離されたバルブクラスタ４００ａ及び４００ｂは、別個の関連接続ポイントを介してチャンバガスライン１０６に結合される。

処理中、ガスマニホルドバルブクラスタ４００が作動され、ポイント１０８及びチャンバリッドガスライン１０６を介して注入器１０２に所望のガスを送給する。有利には、処理中に循環／パージされなければならないガスラインの長さが最小にされる。更に、保守については、チャンバリッドガスライン１０６は、ほとんどは堆積及び蓄積によって影響を受けるので、本発明に従って容易に洗浄及びサービスすることができる。一部の実施形態では、チャンバリッドガスライン１０６は、ガス送給システムにおいて「低温スポット」を防ぐために極めて均一な加熱を生じる材料で製造される。これは、蒸気圧が低いガスに対して特に有利である。加えて、保守が完了するのを待機する間に、ガス供給ライン１０７内部に新鮮な反応ガスを供給することができる。これは、プロセスチャンバに対し保守を行うのに必要な時間を更に短縮し、全体のシステムの生産性を向上させる。

図４及び図５を参照すると、本発明の別の実施形態が示されている。一般に、堆積装置は、容積を密閉するプロセスチャンバ１００を含み、更に、プロセスチャンバにガスを送るためにチャンバリッドガスライン１０６及び接続ポイント１０８を介してガスマニホルドバルブクラスタ４００に結合されたガス分配装置１０２と、処理のためにウエーハ又は基板１１４を支持するように適合されたウエーハ支持装置１１３と、ウエーハ支持装置１０３を囲むバッフルリング２００とを含み、これらは共に反応ゾーン又は容積２０８を形成する。一部の実施形態では、堆積装置は、本出願と同時に出願された米国特許出願シリアル番号１１／ （代理人整理番号１８６４４０／ＵＳ／２／ＭＳＳ）においてより詳細に説明されており、その開示事項全体は引用により本明細書に組み込まれる。

通常、ロボット式搬送装置（図示せず）は、プロセスチャンバ本体１００の壁を貫通するスロットバルブ１１２を通ってウエーハ搬送領域１１０中にウエーハを移動させる。ウエーハは、ウエーハ支持装置１１４又はウエーハ支持装置１１３を通って突出するピン上に配置される。プロセスチャンバ１００は、排出ポート２２０を介して真空ポンプ（図示せず）によって排出される。

ガスは、ガス分配装置１０２を介してプロセスチャンバ１００に導入される。ガス分配装置１０２は、あらゆる好適なガス送給装置から構成することができ、例えば、単一の注入口、１つ又はそれ以上の注入器、シャワーヘッド注入器、ガスリング、又は同様のものから構成することができる。ガス分配装置１０２には、実施される特定のプロセス法の要件に応じて給電することができる。例示的な実施形態では、ガス分配装置１０２は、シャワーヘッド形注入器から構成され、注入器のガス送給面にわたって離間して配置された複数の注入器ポート又はオリフィス１１６を含む。別の実施形態では、ガス分配組立体１０２は、本明細書に引用によりその全体が組み込まれる米国特許第６，９２１，４３７号に記載された注入器から構成され、該注入器により、独立したガス分配網を介して反応ゾーン２０８に２つのガスの送給が可能になる。

ガスは、ガスを迅速に送給し作動させるためにガスマニホルドバルブクラスタ４００に結合されたチャンバリッドガスライン１０６によってガス分配装置１０２に送られる。

ウエーハ支持装置１１３は、処理中にウエーハ１１４を支持するように構成される。ウエーハ支持装置１１３は一般に、ウエーハ１１４を受けて固定するポケットが形成された上面を含む。リフトピンを受けるためにウエーハ支持装置１１３にリフトピンガイドを形成することができる。リフトピンは通常、ウエーハ搬送ロボット（図示せず）からウエーハを受けるようにウエーハ支持装置の表面の上方に延びて、次いで後退させて、ウエーハが処理のためにウエーハ支持装置１１３の表面に形成されたポケット内に着座されるようになる。リフトピンは、独立した動きをするように構成することができる。或いは、リフトピンは固定することができ、ウエーハ支持装置１１３が垂直方向に移動することによって延伸及び後退される。

ウエーハ支持装置１１３は、支持装置の本体内に形成されたヒータ要素及び／又は冷却通路（図示せず）を介して加熱及び／又は冷却することができる。一部の実施形態では、ウエーハ支持装置１１３は、ステージヒータから構成することができる。他の実施形態では、ウエーハ支持装置１１３は、静電チャックから構成することができ、実施される特定のプロセス法の要件に応じて接地又は給電することができる。プラズマソース、放射熱ランプ、ＵＶ源、及び同様のものなどの他のエネルギー源を設けることができ、このような他のエネルギー源は、プロセスチャンバ１００内の好適な位置に配置することができる。

一部の実施形態では、ウエーハ支持装置１１３は、ｚ−軸方向に移動するように適合されたシャフト組立体によって支持される。シャフト組立体はまた、必要に応じて基板支持装置１１３に回転を加えることができる。例示的な実施形態では、シャフト組立体は一般に、ウエーハ支持装置１１３に結合されたシャフト１１５から構成され、シールされた可撓性べローズ１２０及び垂直移動カプラ１２１によって作動される。シャフト組立体の１つの特定の実施形態が示されているが、本発明の範囲内でｚ−軸方向の移動を可能にする多くの他のタイプの組立体を使用することができる。

シャフトのｚ−軸方向の移動によりウエーハ支持装置１１３が昇降する。図４は、シャフト１１５及びウエーハ支持装置１１３が下方又は下降位置にあるときの堆積装置１００を示している。図５は、シャフト１１５及びウェーハ支持装置１１３が上方又は上昇位置にある時の堆積装置１００を示している。例示的な実施形態では、可撓性べローズ１２０は、プロセスチャンバの底部と垂直移動カプラ１２１との間を結合する。この配置により、プロセスチャンバ内でのウエーハ支持装置１１３の高さ位置が変化することにより反応ゾーンの容積２０８を変化させることができるが、それでも外側大気とプロセスチャンバ内部との間の離隔シールが維持されたままである。本発明の実施形態によれば、プロセスチャンバ１００は、ウエーハ支持装置１１３及びシャフト１１５が上昇位置にあるときに処理を行うように構成される。図５に示すように上昇位置にあるときには、基板支持装置１１３は、バッフルリング２００及びガス分配装置１０２と協働して縮小容積を有する反応ゾーン２０８を定める。明らかに、ウエーハ搬送区域１１０及びスロットバルブ１１２は、縮小反応ゾーン２０８内には存在しない。ウエーハ搬送区域１１０及びスロットバルブ１１２は、ウエーハ支持装置１１３の下方にあり、従って、処理中にウエーハ１１４には影響を及ぼさない。

処理中、ＡＬＤパルス処理ステップの間に遙かに少ない容積が排出される必要があるので、反応ゾーン２０８の容積のこの実質的な縮小によって更に高速な処理中間が促進される。更に、この縮小反応ゾーンは、ガスのより均一な分布を促進する。加えて、搬送区域１１０及びスロットバルブ１１２がウエーハ支持装置１０３の下方にあるので、ウエーハ１０４は、、黒体作用を受けず、従来技術のシステムでは共通の問題であった加熱及び温度の均一性が乱されることもない。

特に有利には、本発明の堆積装置の実施形態は、バッフルリング２００を用いる。排出ポート２２０は一般に装置１００の底部の単一の場所にあるので、反応ゾーン２０８において非対称のガス流が発生する可能性がある。このような非対称ガス流は、処理中にウエーハ表面上の膜の加熱及び堆積の不均一性を招く可能性がある。本発明の実施形態は、この問題に対処する。図４及び図５に示すように、バッフルリング２００は、一般にウエーハ支持装置１０３を囲み、例示的な実施形態では上側部分２０４及び下側部分２０６から構成される。複数のバッフル孔又はオリフィス２０２が、バッフルリング２００の上側部分２０４に形成される。バッフル孔２０２は、未反応又は副生成ガスが反応ゾーン２０８から排出プレナム２１６に流れるのを可能にする。バッフル孔２０２は、好ましくはバッフルリング２０４の実質的に周辺に離間して配置され、ウエーハの周縁全体に対する実質部分の周りにガスの排出経路が形成されるようになる。これにより、ウエーハからのガスの実質的に対称な流れが促進され、３６０度にわたるガスの排出が可能になる。

バッフル孔２０２は、反応容積２０８中の流れの非対称性を補償し、及び／又は特定用途及びプロセスに合わせるように異なるサイズに構成することができる。一部の実施形態では、バッフル孔２０２は、局部的な圧力低下をもたらす流量制限を引き起こし、これによりウエーハ全体にわたるより均一なガス分配が促進される。バッフル孔２０２は、バッフルリング２００の全周に対する実質部分の周りに等間隔で配置することができる。或いは、バッフル孔２０２は、ガスを選択的に分布させるために、バッフルリング２００の全周に対する実質部分の周りに非等間隔で配置することができる。バッフル孔２０２の好ましい数、幾何形状、サイズ、及び分布は、特定用途又はプロセス要件に基づいて選択することができ、通常の実験によって決定することができる。好適な幾何形状の実施例は、スリット、スロット、矩形、円、三角形、台形、及び同様のものを含む。

処理中に、ウエーハ支持装置１１３が上方又は上昇位置にあるときには、ウエーハ１１４の上面は、好ましくはバッフル孔２０２に隣接して位置付けられ、未反応ガス及び副生成物の実質的に対称な排出が促進されるようになる。バッフル孔がスロットから構成される一実施形態では、ウエーハの上面は、スロットの底部半径の中心線に隣接して位置付けられる。勿論、他の配向が可能であり、これは本発明の範囲内にある。

バッフルリング２００の上側部分は、上側バッフルリング２０４とも呼ばれ、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組合せを含む材料で作られる。材料の選択は、一般に、材料のプロセス要件及びコストによって決定されることになる。好ましくは、上側バッフルリング２０４はセラミックから構成される。一部の実施形態では、上側バッフルリング２０４の上面は、通常は同等の材料で作られる上側チャンバシールド２１０と結合し、堆積装置１００のリッド１０６上への材料の堆積を低減する働きをする。更に、プラズマプロセスが使用される場合には、この構成は、プラズマベースプロセス法におけるプラズマ密度の閉じこめに有用である。上側バッフルリング２０４は、下側バッフルリング２０６とも呼ばれるバッフルリング２００の下側部分によって支持される。

下側バッフルリング２０６は、スロット又は開口（図示せず）を有し、該スロット又は開口は、基板搬送領域１１０と協働して堆積装置に基板を搬送し、基板支持装置１０３上に配置することを可能にする。この構成は、上側バッフルリング２０４が特殊な高価な材料から構成される場合に下側バッフルリング２０６をより安価な材料で製造するのを可能にする。下側バッフルリング２０６は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組合せを含む材料から作ることができる。好ましくは、下側バッフルリング２０６は、アルミニウムなどの単純な材料から構成される。例示的な実施形態では、上側バッフルリング２０４は単純な円筒形として示されているが、上側バッフルリング２０４の形状は、円筒、円錐、多角形、又はこれらの組合せを含むことができる。

本発明の一実施形態では、バッフルリング組立体は、上側バッフルリング２０４及び下側バッフルリング２０６の２つの部品から作られる。上側バッフルリング２０４及び下側バッフルリング２０６は、同じの材料から作ってもよく、又は異なる材料から作ってもよい。材料の実施例は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組合せを含む。

本発明の別の実施形態では、バッフルリング２００は、上側バッフルリング２０４と下側バッフルリング２０６との融合によって形成された単一部品で作られる。単一部品のバッフルは、様々な材料から作ることができる。材料の実施例は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組合せを含む。

本発明の更に別の実施形態では、バッフルリング２００は、上側バッフルリング２０４と下側バッフルリング２０６との融合によって形成された単一部品で作られ、ここでは上部シールド２１０を上側バッフルリング２０４と組み合わせて単一の要素にされる。単一部品のバッフルリング組立体は、様々な材料で作ることができる。材料の実施例は、金属、金属合金、セラミック、ガラス、ポリマー、複合材料、又はこれらの組合せを含む。

更に、図に示された例示的な実施形態は、２つの部品２０４及び２０６から構成され、結合又は融合されたバッフルリング２００を示しているが、代替的に、バッフルリング２００は単一リングで形成してもよいことは理解されたい。

本発明の実施形態は、堆積装置からの実質的に対称なガス排出を可能にする。堆積装置１００は更に、ガス排出プレナム２１６を含む。排出プレナム２１６は、反応ゾーン２０８の実質的に円周の周りで延びて反応ゾーンからの対称なガス排出を促進する環状空間又はチャンネルから構成されるのが好ましい。例示的な実施形態では、排出プレナム２１６は、バッフルリング２００と、複数のチャンバシールド、すなわち具体的には上側チャンバシールド２１０、下側チャンバシールド２１２、及びフロアチャンバシールド２１４によって形成され、これらのチャンバシールドは、バッフルリング２００から離間して配置され、且つバッフルリング２００の全体的な輪郭をほぼ辿って間に環状空間を形成する。ガスは、バッフル孔２０２を介して反応ゾーンから出て排出プレナム２１６に流入し、次いで、ガスは、真空ポンプポート２２０を通じて堆積装置１００から排出される。

上側チャンバシールド２１０は、排出プレナム２１６の頂部を形成し、一部の実施形態では、上側チャンバシールド２１０は、チャンバリッド１０１と当接して、部分的にガス分配装置１０２と共に反応ゾーン２０８の頂部を形成することができる。上述のような上側バッフルリング２０４と同様に、上側チャンバシールド２１０は、特に上側チャンバシールド２１０が反応ゾーン２０８に曝露される場合には、特殊な材料で形成することができる。

一般に、下側チャンバシールド２１２が排出プレナム２１６の外壁を形成するのに対し、バッフルリング２００は、排出プレナム２１６の内壁を形成する。一実施形態では、下側チャンバシールド２１２は、スロット又は開口（図示せず）を有し、該スロット又は開口は、基板搬送区域１１０と協働して堆積装置に基板を搬送し、基板支持装置１１３上に配置することを可能にする。下側チャンバシールド２１２の開口は、下側バッフルリング２０６の開口と同様の輪郭及び形状を有することができる。更に、上述の下側バッフルリング２０６と同様に、下側チャンバシールド２１２は、上側チャンバシールド２１０とは異なるより安価な材料で形成することができる。

下側バッフルリング２０６の開口及び下側チャンバシールド２１２の開口は、ガス排出プレナム２１６の隔離を維持しながら、ウエーハ搬送区域１１４を通じて堆積装置１００の内外にウエーハ１１４を搬送可能にするスロットバルブシールド１１９を受けるように適合される。一部の実施形態では、上側バッフルリング２０４及び上側チャンバシールド２１０の各々はまた、下側バッフルリング２０６及び下側チャンバシールド２１２の開口と協働してスロットバルブシールド１１４を収容する開口（図示せず）を含む。特に有利には、従来技術の装置とは対照的に、上記のことによって、ウエーハ搬送領域から反応ゾーン２０８を隔離しながら絶縁ガスの３６０度にわたる完全で且つ対称的な排出が可能になる。

チャンバフロアシールド２１４は一般に、排出プレナム２１６のフロアを形成し、例示的な実施形態では全３６０度に延びる。フロアシールド２１４は、いずれかの好適な材料から構成することができ、反応ゾーンには曝露されないので、フロアシールド２１４は、上側チャンバシールド２１０とは異なる材料から構成することができる。

例示的な実施形態において示されるように、チャンバシールド２１０、２１２、及び２１４は、別個の部品から形成される。これは柔軟な材料選択を可能にし、更に、プロセスチャンバ１００全体の稼働を停止する必要もなしにシールドの各々を取り外して洗浄し、及び／又は個別にサービスすることができるので、堆積装置の洗浄をより迅速にすることが可能になる。しかしながら、他の実施形態も本発明の範囲内である点を理解されたい。例えば、一部の実施形態では、３つのシールド全てを単一部品で形成することができる。更に、別の代替実施形態では、下側チャンバシールド及びチャンバフロアシールドは、単一部品で形成することができる。

本発明の堆積装置は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実施するのに特に好適である。一般に、ＡＬＤは、前駆体の第１パルスを反応ゾーンに送る段階を含み、ここで前駆体のパルスが基板表面上に単分子層を形成する。次に、パージ、真空排気、又はこれらの組み合わせなどの技術によって、第１の前駆体の超過量が除去される。次いで、反応物の次のパルスを導入し、第１の前駆体の単分子層と反応させて所要の材料を形成する。次に、反応物の超過量が、パージ、真空排気、又はこれらの組み合わせなどの技術によって除去される。結果として、所要の材料の単一の単分子層の堆積が得られる。このシーケンスは、ターゲット材料の所要の厚さが堆積されるまで繰り返される。

上述のように、バッフルリング２００、ガス分配装置１０２、及び基板支持装置１１３は全て、図５に示す上昇位置にあるときには、極めて小さな反応容積２０８を定める。チャンバリッドガスライン１０６、接続ポイント１０８、及びガスマニホルドバルブクラスタ４００は全て、明確にするためにこの図では除外されている点に留意されたい。この縮小反応ゾーンは、化学物質の使用がより少ないこと、化学効率がより大きいこと、ガスパージ及び排気時間がより高速であること、ガス交換時間がより高速であること、及び同様のことの１つ又はそれ以上を促進する。本発明の実施形態は更に、半導体処理装置におけるより高いスループット及びより低い維持費を促進する。更にバッフルリング２００は、熱エネルギー又はプラズマエネルギー等のエネルギー源の反応容積２０８内への閉じ込めを促進する。これにより、堆積物蓄積がより少なくなり、ウェーハ上の粒子汚染がより少なくなり、洗浄のためにプロセスチャンバを開放しなければならない合間の時間間隔がより長くなる。本発明の実施形態はまた、ウェーハ移送区域１１０が縮小反応ゾーン２０８内に存在しないので、かかる区域における材料、副生成物、又は粒子の堆積を最小限にする。

本発明の実施形態を用いて実施される実験では、化学物質の使用量がより少なく均一性を示す。一例では、酸化アルミニウム膜Ａｌ₂Ｏ₃の堆積をＡＬＤによってトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及び水から行った。堆積速度が維持されると共に、時間が短縮され、本発明の堆積装置の実施形態において行われた方法を実施するために使用された前駆体の量が減少した。更に、堆積された膜の均一性が従来技術のシステムと比べて改善された。本発明の一部の実施形態では、ＡＬＤサイクルにおける化学前駆体のパルス時間が、従来技術のパルス時間と比較して最大５０％短縮された。

本発明の特定の実施形態の上記の説明は、例証及び説明の目的で提示されている。これらは、網羅的であること又は開示された厳密な形態に本発明を限定することを意図するものではなく、上記の教示に照らして多くの修正、実施形態、及び変形形態が可能であることは明らかである。本発明の範囲は、本明細書に添付される請求項及びこれらの均等物によっ定義されるものとする。

ガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置の一実施形態の概略部分断面図である。 本発明の実施形態によるガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置の三次元組立分解図である。 本発明の実施形態によるガス結線図の例示的な実施形態である。 下降位置のウエーハ支持装置を示す、本発明の堆積装置の一実施形態の概略断面図である。 上昇位置のウエーハ支持装置を示す、本発明の堆積装置の一実施形態の概略断面図である。 本発明のガスマニホルドバルブクラスタ及び堆積装置の実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１００ プロセスチャンバ
１０１ リッド組立体
１０２ ガス分配装置
１０３ 遠隔ガス供給源
１０４ ガス供給バルブ
１０６ チャンバリッドガスライン
１０７ 延長された長さの供給ライン
１０８ Ｏリングシール付き接続ポイント
４００ チャンバにおけるバルブクラスタ

Claims (10)

1. プロセスチャンバ内で基板を処理するための装置であって、
   １つ又はそれ以上のガス供給源と、
   前記プロセスチャンバに近接し、各ガス用のガスバルブを含むガスマニホルドバルブクラスタと、
   前記ガスマニホルドバルブクラスタからガス分配装置に延びるチャンバリッドガス供給ラインと、
   を備え、
   前記チャンバリッドガス供給ラインの長さ及び容積が最小にされている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記ガスマニホルドバルブクラスタが、前記装置の外部に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ガスマニホルドバルブクラスタが、シールを含み且つ前記装置のリッドを取り外し可能に係合するように適合されている接続ポイントによって、前記チャンバリッドガス供給ラインに結合される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 基板を処理するための堆積装置であって、
   基板を保持するための基板支持装置を収容するプロセスチャンバと、
   搬送装置によって前記プロセスチャンバの壁の開口を通ってウエーハ支持装置上に前記基板が送られるウエーハ搬送領域と、
   前記基板の上に位置付けられたガス分配装置と、
   前記装置内に形成されて前記ウエーハ支持装置を囲み、複数の開口が形成され且つ排出領域から反応ゾーンを分離するように構成されたバッフルリングと、
   前記プロセスチャンバに近接し且つ外部に位置付けられたガスマニホルドバルブクラスタと、
   を備え、
   前記ガスマニホルドバルブクラスタが、各ガスに対するガスバルブと、前記ガスマニホルドバルブクラスタから前記ガス分配装置に延びるチャンバリッドガス供給ラインとを含み、
   前記ウエーハ支持装置が、前記基板を前記ウエーハ搬送領域及び前記プロセスチャンバ壁の開口の水平位置よりも上に上昇させるように前記ガス分配装置に向かって垂直方向に移動可能であり、前記ウエーハ支持装置が、前記バッフルリングと協働して縮小容積を有する前記反応ゾーンを定める、
   ことを特徴とする装置。
5. 前記ガスマニホルドバルブクラスタが、前記装置の外部に取り付けられる、ことを特徴とする請求項４に記載の堆積装置。
6. 前記装置がチャンバリッド組立体を更に備え、前記ガスマニホルドバルブクラスタが、シールを含み且つ前記リッドの開放を可能にするために前記チャンバリッド組立体から取り外し可能な接続ポイントによって、前記チャンバリッドガス供給ラインに結合される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の堆積装置。
7. 前記バッフルリングが、上側バッフルリング及び下側バッフルリングから構成され、前記複数の開口が、前記上側バッフルリングに形成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の堆積装置。
8. 前記バッフルリング内の開口と連通して前記反応ゾーンからガスを排出させるガス排出プレナムを更に備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の堆積装置。
9. 前記ガス排出プレナムが、前記バッフルリングの実質的に円周を囲み、実質的に３６０℃にわたって前記反応ゾーンからガスを排出するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の堆積装置。
10. ウエーハを処理するためのＡＬＤ堆積装置であって、
    ウエーハ支持装置を収容するプロセスチャンバと、
    前記ウエーハにガスを搬送するための注入器と、
    前記ウエーハ支持装置を囲むバッフルリングと、
    を備え、
    前記ウエーハ支持装置、注入器、及びバッフルリングは、前記ウエーハが処理される反応ゾーンを定め、前記反応ゾーンは、前記ウエーハが前記プロセスチャンバの内外に移動される領域から分離されており、
    前記堆積装置が更に、
    前記堆積装置に近接して外部に位置付けられたガスマニホルドバルブクラスタであって、各ガスに対してのガスバルブと、前記ガスマニホルドバルブクラスタから前記注入器に延びるチャンバリッドガス供給ラインとを含むガスマニホルドバルブクラスタと、
    前記バッフルリングを囲み且つ前記バッフルリングに形成された開口と流体連通し、実質的に３６０度にわたって前記反応ゾーンからガスを排出するように構成されているガス排出プレナムと、
    を備えるＡＬＤ堆積装置。

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