JP2011176365A - 化学的酸化物除去（ＣｈｅｍｉｃａｌＯｘｉｄｅＲｅｍｏｖａｌ）処理システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】化学処理チャンバ及び／又は熱処理チャンバを保護するシステムを提供する。
【解決手段】内表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された化学処理チャンバを備え、基材上の露出表面層を非プラズマ環境の下で化学的に変化させる化学処理システムと；温度制御された熱処理チャンバを備え、化学変化された基材上の前記表面層を熱処理する熱処理システムと；前記熱処理システムおよび前記化学処理システムに接続された断熱組立体と；を備える処理システムにより上記課題が達成される。
【選択図】図２
【解決手段】内表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された化学処理チャンバを備え、基材上の露出表面層を非プラズマ環境の下で化学的に変化させる化学処理システムと；温度制御された熱処理チャンバを備え、化学変化された基材上の前記表面層を熱処理する熱処理システムと；前記熱処理システムおよび前記化学処理システムに接続された断熱組立体と；を備える処理システムにより上記課題が達成される。
【選択図】図２
Description
本発明は、基材を処理するシステムおよび方法に関し、より詳細には、化学処理チャンバ及び熱処理チャンバを保護するシステムおよび方法に関する。
半導体プロセスにおいて、ドライプラズマエッチングプロセスは、シリコン基材上にパターン形成された細いラインに沿ってあるいはビアホール（vias）内又は接点で材料をエッチング又は除去するために用いられる。プラズマエッチングプロセスは、一般的に、プロセスチャンバ内で、例えばフォトレジスト層等の被覆するようにパターン形成された保護層を備えた半導体基材を位置決めすることを含む。いったん、基材がチャンバ内に位置決めされると、雰囲気プロセス圧力を得るために真空ポンプを調整しつつ、イオン化性や解離性を有する混合ガスが、予め決められた所定の流量でチャンバ内に導入される。その後、誘導的または容量的に伝送されるラジオ周波数（ＲＦ）電力、又は、例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）等を用いたマイクロ波電力によって加熱された複数の電極によって、存在する複数のガス種の一部分がイオン化されたときに、プラズマが形成される。さらに、加熱された各電極により、周囲のガス種のうちのいくつかのガス種を解離し、露出表面の化学エッチングに適した一又は複数の反応性ガス種が生成する。いったんプラズマが形成されると、選択された複数の基材表面がプラズマによってエッチングされる。以上のプロセスは、基材の選択された各領域において、種々の形態（例えばトレンチ、ビアホール、接点、ゲート等）をエッチングするための所望の反応物の濃度およびイオン密度（ion populations）といった好適条件を得るために、調整される。エッチングが必要とされる部分のこのような基材の材料は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、低比誘電率材料、ポリシリコンおよび窒化珪素を含む。
材料のプロセス中には、上記の各形態にエッチングする際に、概して、対応する各形態が形成される下方のフィルムに対して、マスク層内に形成されたパターンの転写が行われる。このマスクは、（ネガ又はポジとされた）フォトレジスト等の感光性材料、フォトレジスト及び反射防止コーティング（ＡＲＣ）等の層を含む多層体、又は、下方のハードマスク層に対して第1層内のパターンの転写により形成されたフォトレジスト等のハードマスクによって構成することができる。
本発明は、化学処理チャンバ及び／又は熱処理チャンバを保護するシステムおよび方法に関する。
本発明の第１の態様によれば、少ないメンテナンスで基材を処理する処理システムであって、内表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された化学処理チャンバを備え、基材上の露出表面層を非プラズマ環境の下で化学的に変化させる化学処理システムと；温度制御された熱処理チャンバを備え、化学変化された基材上の前記表面層を熱処理する熱処理システムと；前記熱処理システムおよび前記化学処理システムに接続された断熱組立体と；を備えている処理システムが提供される。
また、本発明の第２の態様によれば、基材上の露出表面層を化学的に変化させる化学処理システムであって、非プラズマ環境を提供するよう構成され、内表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された化学処理チャンバと；該化学処理チャンバ内に取り付けられた温度制御された基材ホルダと；前記化学処理チャンバに接続された真空吸引システムと；前記化学処理チャンバ内にプロセスガスを導入する温度制御されたガス分配システムに接続され、複数のガス噴射オリフィスを備えたガス分配板と；を備えている化学処理システムが提供される。
材料プロセスの手順において、パターンエッチングは、エッチング時に下方に位置する薄膜に対してパターンを転写するマスクを用意するために、続けてパターン形成される基材の上面に対してフォトレジスト等の感光性材料の薄膜層を適用することを含む。この感光性材料のパターン形成は、一般に、（ポジティブのフォトレジストの場合には）感光性材料の照射領域の除去によって得られ、又は、（ネガティブのフォトレジストの場合には）現像液を用いる非照射領域の除去によって得られる、例えばマイクロリソグラフィーシステムを用いるレチクル（及び関連する光学系）を介した放射源による感光性材料の露光を含む。
さらに、多層とされた複数のハードマスクを、エッチング技術の中に組み込むことができる。例えば、ハードマスクを用いたエッチング技術の際には、感光性材料層のマスクパターンは、主たるエッチング工程に先立ち、別のエッチング工程を用いてハードマスク層に対して転写される。ハードマスクは、例えば、二酸化ケイ素（SiO2）、窒化ケイ素（Si3N4）、カーボン等のシリコンプロセス用の複数の材料から選択することができる。
形成される構造の寸法を減じるために、ハードマスクを、例えば以下の２つのステップのプロセスを用いて横方向にトリムすることができる。この２つのステップのプロセスは、ハードマスク層の表面の化学状態を変化させるために、ハードマスク層の複数の露出表面に対して行う化学処理と、化学変化が施された表面の化学物質を脱離するために、ハードマスク層の各露出表面に対して行う熱処理とを含む。
図１は、本発明の一実施形態にかかる処理システムを概略的に示した代表図である。図１に示された実施形態では、例えばマスク層トリミングを用いて基材を処理する処理システム１が示されている。処理システム１は、第１処理システム１０と、この第１処理システム１０に接続された第２処理システム２０とを備えることができる。例えば、第１処理システム１０は、熱処理システムを備えることができ、また、第２処理システム２０は、化学処理システムを備えることができる。さらに、図１に示されているように、第１処理システム１０及び第２処理システム２０の内外へ基材を輸送するとともに多要素製造システム（multi-element manufacturing system）４０と基材を交換するために、輸送システム３０を第１処理システムに接続することができる。
第１処理システム１０、第２処理システム２０及び輸送システム３０は、例えば、多要素製造システム４０に接続された処理要素を備えることができる。多要素製造システム４０は、エッチングシステム、蒸着システム、コーティングシステム、パターンニングシステム、メトロロジー（metrology）システムといったような各機器を有する処理要素との間で、機材の輸送を許容することができる。第１及び第２のシステムで発生する各処理を隔離するために、隔離組立体５０を、各システムを接続するために利用することができる。例えば、隔離組立体５０は、断熱を行う少なくとも一つの断熱組立体と、真空隔離を行うゲートバルブ組立体とを備えることができる。他の実施形態では、各処理システム１０，２０及び輸送システム３０を、いずれかのシーケンスに位置させることができる。
また、コントローラ６０を、第１処理システム１０、第２処理システム２０、及び輸送システム３０に接続することができる。例えば、コントローラ６０は、第１処理システム１０、第２処理システム２０、及び輸送システム３０を制御するために使用することができる。また、コントローラ６０を、多要素製造システム４０内の制御要素（図示せず）に接続することができる。
あるいは、第１処理システム１０、第２処理システム２０、及び輸送システム３０を、異なった構成とすることができる。例えば、積層配置（stacked arrangement）又は並列配置（side-by-side arrangement）としてもよい。
一般に、図１に示した処理システム１の第１処理システム１０及び第２処理システム２０の少なくとも一つは、基材の通過を許容する少なくとも２つの輸送用開口を備えている。例えば、図１に示したように、第１処理システム１０は、２つの輸送用開口を備えており、第１輸送用開口は、第１処理システム１０と輸送システム３０との間の基材の通過を許容し、第２輸送用開口は、第１処理システム１０と第２処理システム２０との間の基材の通過を許容する。あるいは、各処理システムは、基材の通過を許容する少なくとも一つの輸送用開口を備えることができる。
図２は、本発明の一実施形態にかかる処理システムを示した概略断面図である。図示した実施態様では、基材に対して化学処理及び熱処理を行う処理システム２００が示されている。処理システム２００は、熱処理システム２１０と、この熱処理システム２１０に接続された化学処理システム２２０とを備えることができる。熱処理システム２１０は、温度制御が可能とされた熱処理チャンバ２１１を備えることができる。化学処理システム２２０は、温度制御が可能とされた化学処理チャンバ２２１を備えることができる。以下に詳述するように、熱処理チャンバ２１１と化学処理チャンバ２２１は、断熱組立体２３０を用いて互いに断熱され得るようになっており、また、ゲートバルブ組立体２９６を用いて互いに真空隔離され得るようになっている。
図３は、本発明の一実施形態にかかる化学処理システムを示した概略断面図である。図２及び図３に示されているように、化学処理システム２２０は、さらに、化学処理チャンバ２２１から実質的に断熱されるとともに基材２４２を支持するように構成された温度制御された基材ホルダ２４０と、センタリング用リング２４３とを備えることができる。センタリング用リング２４３は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）及び／又はテトラフルオロエチレン（TFE）から製造することができる。また、基材ホルダ２４０は、基材ホルダ２４０の１又は２以上の露出表面上に形成された保護バリア２４１を備えることができる。ある態様では、保護バリア２４１は、陽極酸化処理された金属と、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化表面とによって得ることができる。例えば、保護バリアは、硬質陽極酸化（hard-anodised）アルミニウムまたは硬質陽極酸化アルミ合金と、TFE及び／又はPTFEを含浸させた硬質陽極酸化表面とによって形成することができる。他の態様では、保護バリア２４１は必要とされない。
本発明の他の形態では、保護バリアは、Al2O3、イットリア（Y2O3）、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含むことができる。また、本発明の各形態では、保護バリア２２２は、第３族元素（周期表の第３族）及びランタニド元素（Lanthanon element）のうちの少なくとも一つを含むことができる。本発明の他の形態では、第３族元素は、イットリウム、スカンジウム及びランタンのうちの少なくとも一つを含むことができる。本発明の他の形態では、ランタニド元素は、セリウム、ジスプロシウム（Dysprosium）及びユウロピウム（Europium）のうちの少なくとも一つを含むことができる。
本発明の一態様では、保護バリア２４１は、最小厚さを有することができる。ここで、最小厚さは、少なくとも一つの内表面にわたって一定として特定することができる。他の態様では、最小厚さは、各内表面にわたって可変とすることができる。あるいは、最小厚さは、表面の第１部分にわたって一定値とし、表面の第２部分にわたって可変とすることができる。例えば、可変とされた厚さは、曲面上、角部上、又は孔内で生じ得る。例えば、最小厚さは、約０．５μｍから約５００μｍの範囲をとり得る。あるいは、最小厚さは、約１００μｍから約２００μｍの範囲をとすることができ；又は、最小厚さは少なくとも約１２０μｍとすることができる。
さらに、基材ホルダ２４０は、該基材ホルダ２４０の頂面上に形成された保護バリア２４５を備えることができる。この保護バリア２４５は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリア２４５は必要とされない。
また、化学処理システム２２０は、さらに、化学処理チャンバ２２１内の圧力を制御するために、化学処理チャンバ２２１に接続された真空吸引システム２５０と、上方組立体２６０とを備えることができる。上方組立体２６０は、化学処理チャンバ２２１内の処理空間２６２内へとプロセスガスを導入するためのガス分配システムを備えることができる。
また、化学処理チャンバ２２１は、該化学処理チャンバ２２１の１又は２以上の内表面上に形成された保護バリア２２２を備えることができる。この保護バリア２２２は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリア２２２は必要とされない。
さらに、上方組立体２６０の１又は２以上の内表面上に、保護バリア２６１を形成することができる。この保護バリア２６１は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリア２６１は必要とされない。
本発明は、例えば、保護バリアを受け取るための１又は２以上の表面を準備し、そして、これらの表面上に保護バリアを形成するといった多ステッププロセスを含むことができる。
図２及び図５に示されているように、熱処理システム２１０は、さらに、熱処理チャンバ２１１内に取り付けられるとともに熱処理チャンバ２１１から実質的に断熱され、かつ基材２４２’を支持するように構成された温度制御された基材ホルダ２７０と、熱処理チャンバ２１１内を排気する真空吸引システム２８０と、基材リフト組立体２９０と、熱処理チャンバ２１１に接続された駆動システム５３０とを備えることができる。基材リフト組立体２９０は、（実線で示された）保持面と、（破線で示された）基材ホルダ２７０またはこれらの間に位置する輸送面との間で、基材２４２”を垂直方向に輸送することができる。熱処理チャンバ２１１は、さらに、上方組立体２８４を備えることができる。
また、熱処理チャンバ２１１は、熱処理チャンバ２１１内の１又は２以上の内表面上に形成された保護バリア２１２を備えることができる。この保護バリア２１２は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリア２１２は必要とされない。
また、熱処理チャンバ２１１、化学処理チャンバ２２１、及び断熱組立体２３０は、基板を輸送することができる共通開口２９４を定義している。この共通開口２９４は、処理中に、各チャンバ２１１，２２１内で独立して処理するために、ゲートバルブ組立体２９６を用いて閉塞し、シールされ得るようになっている。
さらに、図１に示した輸送システムと基材を交換するために、熱処理チャンバ２１１内に、輸送用開口２９８を形成することができる。輸送システム（図示せず）から熱処理チャンバ２２１を断熱するために、第２断熱組立体２３１を組み込むことができる。輸送用開口２９８は（図１と同様に）熱処理チャンバ２１１の一部として示されているが、この輸送用開口２９８は、（図１に示したチャンバ位置を逆にして）熱処理チャンバ２１１ではなく化学処理チャンバ２２１内に形成することもできる。
さらに、ゲートバルブ組立体２９６、共通開口２９４、及び／又は輸送用開口２９８の各露出表面に、保護バリア（図示せず）を設けることができる。この保護バリアは、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリアは必要とされない。
図２及び図３に示されているように、化学処理システム２２０は、基材ホルダと、基材２４２を温度制御し処理するいくつかの操作機能を提供するための基材ホルダ組立体２４４とを備えることができる。基材ホルダ２４０及び基材ホルダ組立体２４４は、基材ホルダ２４０に対して基材２４２を電気的に（又は機械的に）クランプするために、静電式クランプシステム（又は機械式クランプシステム）を備えることができる。例えば、クランプシステムは、PTFE又はTFEを備えた頂面を備えることができる。
さらに、基材ホルダ２４０は、例えば、基材ホルダ２４０から熱を受け取るとともに熱交換システム（図示せず）へと熱を輸送でき、又は、加熱する際には熱交換システムから熱を輸送することができる再循環冷却剤を有する冷却システムをさらに備える。さらにまた、熱輸送ガスは、例えば、基材２４２と基材ホルダ２４０との間のギャップ間熱コンダクタンスを改善するために、裏面ガスシステムを介して、基材２４２の裏面へと供給される。例えば、基材２４２の裏面へと供給される熱輸送ガスとしては、ヘリウム、アルゴンキセノン、クリプトン等の不活性ガス、ＣＦ４，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，Ｃ４Ｆ６等のプロセスガス、又は、酸素、窒素、水素等の他のガスを用いることができる。このようなシステムは、温度を上昇または下降させるといった基材の温度制御が必要となったときに、利用することができる。例えば、上述の裏面ガスシステムは、（中央と端部の）２領域といった多領域ガス分配システムを備えることができる。基材２４２の中央と端部との間で裏面ガスギャップ圧力を独立に変化させることができる。他の形態では、化学処理チャンバ２２１のチャンバ壁部だけでなく基材ホルダ２４０内に、抵抗加熱要素や熱電加熱／冷却要素といった複数の加熱／冷却要素を設けることができる。
図７には、上述した機能のいくつかを実行する温度制御された基材ホルダ３００の一実施形態が示されている。基材ホルダ３００は、化学処理チャンバ２２１の下壁部に接続されるチャンバ結合部材３１０と、このチャンバ結合部材３１０に接続される断熱部材３１２と、この断熱部材３１２に接続される温度制御部材３１４とを備えることができる。チャンバ結合部材３１０及び温度制御部材３１４は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル等の導電性および熱伝導性を有する材料を用いて製造することができる。断熱部材３１２は、例えば、石英、アルミナ、TFE、PTFE等の比較的低い熱伝導率を有する熱抵抗材料を用いて製造することができる。
さらに、チャンバ結合部材３１０及び温度制御部材３１４は、これらの１又は２以上の外表面上に形成された保護バリア３１３を備えることができる。また、断熱部材３１２は、その１又は２以上の外表面上に形成された保護バリア３１１，３１５を備えることができる。各保護バリア３１１，３１３，３１５は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、１又は２以上の保護バリア３１１，３１３，３１５は必要とされない。
温度制御部材３１４は、複数の冷却溝、複数の加熱溝、複数の抵抗熱要素、又は複数の熱電要素といった温度制御要素を備えることができる。例えば、図７に示すように、熱制御部材３１４は、冷却入口３２２及び冷却出口３２４を有する冷却溝３２０を備えることができる。冷却溝３２０は、例えば、温度制御部材３１４の伝導−対流冷却を提供するために、水、フロリナート（Fluorinert）、ガルデン（Galden）HT-135といった冷却剤の流れを許容する、温度制御部材３１４内に形成されたスパイラル状の流路とすることができる。あるいは、温度制御部材３１４は、対応する要素を流れる電流の方向に応じて、基材を加熱または冷却できる熱電素子の配列を備えることができる。例えば、熱電要素としては、アドバンスドサーモエレクトリック（Advanced Thermoelectric）社のモデルST-127-1.4-8.5M（４０mm×４０mm×３．４mmの熱電デバイスで、７２Ｗの最大熱輸送能力を有する）を市場にて入手することができる。
また、基材ホルダ３００は、さらに、セラミック層３３０を備えた静電式クランプ（ESC）３２８と、このセラミック層３３０ないに埋め込まれたクランプ用電極３３２と、電気接点３３６を用いてクランプ用電極３３２に接続された高電圧（HV）電圧供給源３３４とを備えることができる。ESC３２８は、例えば、単極または双極とすることができる。このようなクランプの構成及び実装については、静電式クランプシステムの技術分野における当業者であればよく知られているところである。ある実施形態では、基材ホルダの上面に、保護バリア２４３を設けることができる。この保護バリア２４３は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリア２４３は必要とされない。
また、基材ホルダ３００は、さらに、少なくとも一つのガス供給ライン３４２を介して基材２４２の裏面へ、ヘリウム、アルゴンキセノン、クリプトン等の不活性ガス、CF4，C4F8，C5F8，C4F6等のプロセスガス、又は、酸素、窒素、水素等の他のガスといった熱輸送ガスを供給する裏面ガス供給システム３４０を備えることができる。裏面ガスシステム３４０は、中央から端部まで半径方向に裏面ガスギャップ圧力を独立に変化させることができる（中央と端部の）２領域といった多領域ガス分配システムを備えることができる。
断熱部材３１２は、さらに、温度制御部材３１４と下方に位置するチャンバ結合部材３１０との間に付加的な断熱を提供するために、断熱ギャップ３５０を備えることができる。断熱ギャップ３５０は、ポンプシステム（図示せず）または真空吸引システム２５０の一部としての真空ラインを用いて排気できるようになっており、及び／又は、熱伝導率を変化させるためにガス供給源（図示せず）に接続されている。ガス供給源としては、熱輸送ガスを基材２４２の裏面に接続するために利用される裏面ガス供給源３４０とすることができる。
チャンバ結合部材３１０は、さらに、基材ホルダ３００の上面と処理システム内の輸送面との間で昇降させて基材を垂直方向に輸送するために、３つ又はそれ以上のリフトピン３６２を上昇および下降させることができるリフトピン組立体３６０を備えることができる。
各部材３１０，３１２，３１４は、さらに、一方を他方に固定し、また基材ホルダ３００を化学処理チャンバ２２１に固定するために、（ボルトやタップ形成された孔といった）固定装置を備えることができる。さらにまた、各部材３１０，３１２，３１４は、対応する部材に対する上述した各ユーティリティの通路を備え、また、処理システムの真空状態を確実に保つ必要がある部分に、エラストマーのＯリングといった真空シールを利用することができる。
温度制御された基材ホルダ２４０の温度は、熱電対（例えばＫ型熱電対、白金センサ等）といった温度検出デバイス３４４を用いてモニタすることができる。さらに、コントローラは、基材ホルダ２４０の温度を制御するために、基材ホルダ組立体２４４へのフィードバックとして温度測定値を利用することができる。例えば、基材ホルダ２４０の温度変化を生じさせるために、流体流量、流体温度、熱輸送ガスの種類、熱輸送ガス圧力、クランプ力、抵抗加熱要素の電流値又は電圧値、熱電デバイスの電流値又は極性のうちの少なくとも一つを調整することができる。
図２及び図３を再び参照すると、化学処理システム２２０は、ガス分配システムを有する上方組立体２６０を備えることができる。
図８Ａ及び図８Ｂ（図８Ａの拡大図）に示された一実施形態では、少なくとも２つのガスから成るプロセスガスを分配するためのガス分配システム４２０は、ガス分配組立体４２４と、ガス分配組立体４２４に接続されるとともに第１ガスを化学処理チャンバ２２１の処理空間へと接続するように構成された第１ガス分配板４３０と、第１ガス分配板４３０に接続されるとともに第２ガスを化学処理チャンバ１２２１の処理空間へと接続するように構成された第２ガス分配板１４３２とを備えている。第１ガス分配板４３０は、ガス分配組立体４２４に接続されたときに、第１ガス分配プレナム４４０を形成する。また、第２ガス分配板４３２は、第１ガス分配板４３０に接続されたときに、第２ガス分配プレナム４４２を形成する。図示していないが、ガス分配プレナム４４０，４４２は、１又は２以上のガス分配バッフルプレートを備えている。第２ガス分配板４３２は、さらに、第１ガス分配板４３０内に形成された１又は２以上の流路４４６の配列に一致して接続される１又は２以上のオリフィス４４４の第１配列と、１又は２以上のオリフィス４４８の第２配列とを備えている。１又は２以上の流路４４６の配列に一致する１又は２以上のオリフィス４４４の第１配列は、第１ガス分配プレナム４４０から化学処理チャンバ２２１の処理空間へと第１ガスを分配するように構成されている。１又は２以上のオリフィス４４８の第２配列は、第２ガス分配プレナム４４２から化学処理チャンバ２２１の処理空間へと第２ガスを分配するように構成されている。プロセスガスとしては、例えば、NH3，HF，H2，O2，CO，CO2，Ar，He，等から構成することができる。各オリフィス４４４，４４８は、約０．１ｍｍ〜約１０ｃｍの直径を有し、約０．５ｍｍ〜約５ｃｍの長さを有する。また、各オリフィスは、処理空間に露出する１又は２以上の表面状に形成された保護バリア２６１を備えることができる。この保護バリア２６１は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリア２６１は必要とされない。上記構成により、第１ガス及び第２ガスは、処理空間内を除いて、互いに混合することなく処理空間へと独立して導入される。
図２及び図３を再び参照すると、化学処理システム２２０は、さらに、上昇された温度にて維持される温度制御された化学処理チャンバ２２１を備えている。例えば、壁部温度制御要素２６６を、壁部温度制御ユニット２６８に接続することができ、また、この壁部温度制御要素２６６を、化学処理チャンバ２２１に接続するように構成することができる。壁部温度制御要素は、例えば、抵抗加熱要素および／または冷却要素を備えることができる。化学処理チャンバ２２１の温度は、熱電対（例えばＫ型熱電対、白金センサ等）のような温度検出デバイスを用いてモニタすることができる。さらにまた、コントローラは、化学処理チャンバ２２１の温度を制御するために、壁部温度制御ユニット２６８へのフィードバックとして温度測定値を利用することができる。
図３を再び参照すると、化学Ｋ’処理システム２００は、さらに、上方組立体２６０を備えている。上方組立体は、上方組立体および／またはプロセスガスを選択した温度に維持するために使用することができる温度制御されたガス分配システムを備えることができる。例えば、温度制御要素２６７を、ガス分配システム温度制御ユニット２６９に接続することができ、また、温度制御要素２６７を、ガス分配システム２６０に接続するように構成することができる。温度制御要素は、例えば、抵抗加熱要素および／または冷却要素を備えることができる。上方組立体および／またはプロセスガスの温度は、熱電対（例えばＫ型熱電対、白金センサ等）のような温度検出デバイスを用いてモニタすることができる。さらにまた、コントローラは、上方組立体および／またはプロセスガスの温度を制御するために、ガス分配システム温度制御ユニット２６９へのフィードバックとして温度測定値を利用することができる。
図２及び図３に示されているように、真空吸引システム２５０は、真空ポンプ２５２と、チャンバ圧を絞るためのゲートバルブ２５４とを備えることができる。真空ポンプ２５２は、例えば、排気速度が毎秒５０００リットル（およびそれ以上）までの能力を有するターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を備えることができる。例えば、ＴＭＰは、セイコー（Seiko）のＳＴＰ−Ａ８０３真空ポンプ、又は荏原（Ebara）のＥＴ１３０１を用いることができる。ＴＭＰは、典型的には５０mTorrよりも小さい低圧力での処理に適している。高圧（即ち１００mTorrよりも大きい）又は低スループットプロセス（即ち、ガス流れ無し）の場合には、機械式ブースタポンプおよびドライ粗引きポンプを使用することができる。
図３を再び参照すると、化学処理システム２２０は、さらに、コントローラ２３５を備えることができる。このコントローラ２３５は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを有しており、温度検出デバイス及び圧力検出デバイス等の化学処理システム２２０からのモニタ出力だけでなく化学処理システム２２０に対する入力を発生させ、かつ通信するのに十分な制御用電圧を生成することができる。さらに、コントローラ２３５は、基材ホルダ組立体２４４、ガス分配システム２６０、真空吸引システム２５０、ゲートバルブ組立体２９６、壁部温度制御ユニット２６８、及びガス分配システム温度制御ユニット２６９に接続されるとともに情報の交換ができるようになっている。例えば、メモリ内に保存されたプログラムは、プロセスレシピに応じて、上述の化学処理システム２２０の各構成要素に対して入力を発生させるために利用することができる。コントローラ２３５の一例としては、テキサス州オースチンのデル社から入手可能なデル製PRECISION WORKSTATION 610TMが挙げられる。
図４には、化学処理システム１２２０の一例が示されており、この化学処理システム１２２０は、さらに、ハンドル１２２３、少なくとも一つの留め具１２２４及び少なくとも一つのヒンジ１２２７を有する蓋１２２２と、光学ビューポート１２２５と、少なくとも一つの圧力検出装置１２２６とを備えている。
図２及び図５に示されているように、熱処理システム２１０は、さらに、温度制御された基材ホルダ２７０を備えている。基材ホルダ２７０は、熱遮蔽体２７４を用いて熱処理チャンバ２１１から断熱された台２７２を備えている。例えば、基材ホルダ２７０は、アルミニウム、ステンレス鋼、又はニッケルから製造することができ、熱遮蔽体２７４は、PTFE、TFE、アルミナ、又は石英等の断熱材から製造することができる。基材ホルダ２７０は、さらに、その内部に埋め込まれた温度制御要素２７６を備えることができ、また、基材ホルダ温度調整コントローラ２７８が接続されている。温度制御要素２７６は、例えば、抵抗加熱要素および／または冷却要素を備えることができる。
基材ホルダ２７０の温度は、熱電対（例えばＫ型熱電対、白金センサ等）又は光ファイバ温度計のような温度検出デバイスを用いてモニタすることができる。さらにまた、コントローラ２７５は、基材ホルダ２７０の温度を制御するために、基材ホルダ温度制御ユニット２７８へのフィードバックとして温度測定値を利用することができる。
図５を再び参照すると、熱処理システム２１０は、さらに、選択された温度に維持され、温度制御された熱処理チャンバ２１１を備えている。例えば、壁部温度制御要素２８３は、壁部温度制御ユニット２８１に接続することができ、熱処理チャンバ２１１に接続することができる。温度制御要素は、例えば、タングステン、ニッケルクロム合金、アルミ鉄合金、窒化アルミニウム等のフィラメントのような抵抗加熱要素を用いることができる。あるいは、又は加えて、熱処理チャンバ２１１に複数の冷却要素を採用しても良い。熱処理チャンバ２１１の温度は、熱電対（例えばＫ型熱電対、白金センサ等）のような温度検出デバイスを用いてモニタすることができる。さらにまた、コントローラは、熱処理チャンバ２１１の温度を制御するために、壁部温度制御ユニット２８１へのフィードバックとして温度測定値を利用することができる。
図５を再び参照すると、熱処理システム２１０は、さらに、選択された温度にて維持することができ、温度制御された上方組立体２８４を備えることができる。例えば、上方組立体温度制御要素２８５は、上部組立体温度制御ユニット２８６に接続することができ、また、上方組立体２８４の温度に接続することができる。温度制御要素は、例えば、タングステン、ニッケルクロム合金、アルミ鉄合金、窒化アルミニウム等のフィラメントのような抵抗加熱要素を用いることができる。上方組立体２８４の温度は、熱電対（例えばＫ型熱電対、白金センサ等）のような温度検出デバイスを用いてモニタすることができる。さらにまた、コントローラは、上方組立体２８４の温度を制御するために、上方組立体温度制御ユニット２８６へのフィードバックとして温度測定値を利用することができる。上方組立体２８４は、付加的に、又は、代替的に、冷却要素を備えることができる。
図２及び図５を再び参照すると、熱処理システム２１０は、さらに、基材リフタ組立体２９０と、駆動システム５３０とを備えることができる。基材リフタ組立体２９０は、基材ホルダ２７０の上面から保持面またはこれらの間の輸送面へと基材２４２”を上昇させるだけでなく、基材ホルダ２７０の上面へと基材２４２’を下降させるように構成することができる。化学処理チャンバ２２１及び熱処理チャンバ２１１の内外へ基材を輸送するために利用される輸送システムを用いて、輸送面において、基材２４２”を交換することができる。輸送システムと化学処理チャンバ２２１及び熱処理チャンバ２１１との間で他の基材が交換されている間に、保持面において、基材２４２”を冷却することができる。
図９に示されているように、基材リフタ組立体２９０は、２又は３以上のタブ５１０を有するブレード５００と、熱処理チャンバ２１１に対して基材リフタ組立体２９０を接続するためのフランジ５２０と、熱処理チャンバ２１１内でブレード５００の垂直移動を許容する駆動システム５３０とを備えることができる。各タブ５１０は、上昇した位置において基材２４２”を把持するとともに、下方位置において、基材ホルダ２７０内に形成された収容キャビティ５４０（図５）内に収容するように構成されている。駆動システム５３０は、例えば、シリンダストローク長、シリンダストローク速度、位置精度、非回転精度等の各種仕様に合致して設計された空気圧式駆動システムを備えることができ、このような設計は、空気圧式駆動システムにおける当業者であれば周知の事項である。
さらに、保護バリア５１２を、ブレード５００の１又は２以上の表面上に形成することができる。この保護バリア５１２は、上述の保護バリア２４１と同様の材料の範囲から選択された材料で構成でき、かつ、同様の厚さを有することができる。あるいは、保護バリア５１２は必要とされない。
図２及び図５に示されているように、熱処理システム２１０は、さらに、真空吸引システム２８０を備えることができる。真空吸引システム２８０は、例えば、真空ポンプと、ゲートバルブやバタフライバルブのようなスロットルバルブとを備えることができる。真空ポンプは、例えば、排気速度が毎秒５０００リットル（およびそれ以上）までの能力を有するターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を備えることができる。ＴＭＰは、典型的には５０mTorrよりも小さい低圧力での処理に適している。高圧（即ち１００mTorrよりも大きい）の場合には、機械式ブースタポンプおよびドライ粗引きポンプを使用することができる。
図５を再び参照すると、熱処理システム２１０は、さらに、コントローラ２７５を備えることができる。このコントローラ２７５は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを有しており、温度検出デバイス及び圧力検出デバイス等の熱処理システム２１０からのモニタ出力だけでなく熱処理システム２１０に対する入力を発生させ、かつ通信するのに十分な制御用電圧を生成することができる。さらに、コントローラ２７５は、基材ホルダ温度制御ユニット２７８、上部組立体温度制御ユニット２８６、上部組立体２８４、壁部温度制御ユニット２８１、真空吸引システム２８０、及び基材リフタ組立体２９０に接続されるとともに情報の交換ができるようになっている。例えば、メモリ内に保存されたプログラムは、プロセスレシピに応じて、上述の熱処理システム２１０の各構成要素に対して入力を発生させるために利用することができる。コントローラ２７５の一例としては、テキサス州オースチンのデル社から入手可能なデル製PRECISION WORKSTATION 610TMが挙げられる。
他の形態として、コントローラ２３５及びコントローラ２７５は、同一のコントローラとすることができる。
図６には、熱処理システム２２１０の一例が示されており、この熱処理システム２２１０は、さらに、ハンドル２２１３及び少なくとも一つのヒンジ２２１４を有する蓋２２１２と、光学ビューポート２２１５と、少なくとも一つの圧力検出装置２２１６と、少なくとも一つのアライメント装置２２３５と、少なくとも一つの固定装置２２３６とを備えている。さらに、熱処理システム２２１０は、基材が保持面に位置しているかを特定するための基材検出システム２２１７を備えることができる。基材検出システムは、例えば、キーエンス社のデジタルレーザセンサを備えることができる。
一実施形態において、図２に示したような処理システム２００は、酸化物ハードマスク（oxide hard mask）をトリミングするための化学的酸化物除去（COR）システムとすることができる。処理システム２００は、基材上の酸化物表面層のような露出表面層を化学的に処理するための化学処理システム２２０を備えることができる。これにより、露出表面上のプロセス化学物質の吸着が表面層の化学変化に影響を及ぼす。また、処理システム２００は、基材を熱処理するための熱処理システム２１０を備えることができる。これにより、化学変化させられた基材上の露出表面層を脱離（蒸発）するために、基材温度が上昇させられる。
化学処理システム２２０では、処理空間２６２（図２）の温度が上昇させられ、HF及びNH3を含むプロセスガスが導入される。プロセス圧力は、約１mTorrから約１００mTorrの範囲とすることができ、例えば、約２mTorrから約２５mTorrの範囲とすることができる。プロセスガスの流量は、各ガス種に対して約１sccmから約２００sccmの範囲とすることができ、例えば、約１０sccmから約１００sccmの範囲とすることができる。図２及び図３には、側方から化学処理チャンバ２２１にアクセスするように真空吸引システム２５０が示されているが、（三次元的に）均一な圧力場を得られるようになっている。表１には、処理圧力およびガス分配システム２６０と基材２４２の上面との距離に対する、基材表面における圧力均一の依存性が示されている。
熱処理システム２１０において、熱処理チャンバ２１１は、約５０℃から約１００℃の範囲の温度で加熱することができる。例えば、その温度を約８０℃とすることができる。また、上方組立体は、約５０℃から約１００℃の範囲の温度で加熱することができる。例えば、その温度を約８０℃とすることができる。基材は、約１００℃超まで加熱することができる。例えば、その温度は、約１００℃から約２００℃までの範囲とすることができる。あるいは、その温度を約１３５℃とすることができる。
本明細書において説明した化学処理および熱処理によれば、熱酸化物に対する化学処理によって６０秒あたり約１０nm超の露出酸化物表面層のエッチング量を得ることができ、熱酸化物に対する化学処理によって１８０秒あたり約２５nm超の露出酸化物表面層のエッチング量を得ることができ、オゾンTEOSの化学処理によって１８０秒あたり約１０nm超の露出酸化物表面層のエッチング量を得ることができる。各処理によれば、基板全域に対して、約２．５％未満のエッチング量の変動に抑えることができる。
上述の通り、本発明の一実施形態について説明したが、本技術分野における当業者であれば、本発明の新規な教示および有利点から離れることなく多くの変形を施すことが可能である。したがって、これらの全ての変形例は、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
Claims (37)
- 少ないメンテナンスで基材を処理する処理システムであって：
内表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された化学処理チャンバを備え、基材上の露出表面層を非プラズマ環境の下で化学的に変化させる化学処理システムと；
温度制御された熱処理チャンバを備え、化学変化された基材上の前記表面層を熱処理する熱処理システムと；
前記熱処理システムおよび前記化学処理システムに接続された断熱組立体と；
を備えている処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記断熱組立体は、少なくとも一つの露出表面上に、保護バリアを備えている処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記化学処理システムは、前記化学処理チャンバ内に取り付けられるとともに、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された基材ホルダと、前記化学処理チャンバに接続された真空吸引システムと、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する複数のガス噴射オリフィスを備えるとともに、前記化学処理チャンバ内にプロセスガスを導入する温度制御されたガス分配システムに接続され、その露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有するガス分配板とを備え；
前記熱処理システムは、前記熱処理チャンバ内に取り付けられるとともに、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された基材ホルダと、前記熱処理チャンバに接続された真空吸引システムとを備え；
前記化学処理システム及び前記熱処理システムに接続されるとともに、化学処理チャンバ温度、化学処理ガス分配システム温度、化学処理基材ホルダ温度、化学処理基材温度、化学処理プロセス圧力、化学処理ガス流量、熱処理チャンバ温度、熱処理基材ホルダ温度、熱処理基材温度、熱処理プロセス圧力および熱処理ガス流量のうちの少なくとも一つを制御するように構成された制御システムを備えている処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記化学処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項４記載の処理システムにおいて、
前記化学処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、TFE及び／又はPTFEが含浸された硬質陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項４記載の処理システムにおいて、
前記金属は、アルミニウム及びアルミ合金の少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記化学処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記化学処理システムは、その少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された基材ホルダを備え、
前記化学処理チャンバ内に取り付けられ、温度制御された前記基材ホルダ上の前記保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記化学処理システムは、その少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された基材ホルダを備え、
前記化学処理チャンバ内に取り付けられ、温度制御された前記基材ホルダ上の前記保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記化学処理システムは、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する複数のガス噴射オリフィスを備えるとともに、前記化学処理チャンバ内にプロセスガスを導入する温度制御されたガス分配システムに接続され、その露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有するガス分配板を備え、
該ガス分散板上の保護バリアおよび前記各オリフィス上の保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項１０記載の処理システムにおいて、
前記ガス分散板の露出表面上の保護バリアおよび前記各オリフィスの露出表面上の保護バリアは、TFE及び／又はPTFEが含浸された硬質陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項１０記載の処理システムにおいて、
前記金属は、アルミニウム及びアルミ合金の少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記化学処理システムは、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する複数のガス噴射オリフィスを備えるとともに、前記化学処理チャンバ内にプロセスガスを導入する温度制御されたガス分配システムに接続され、その露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有するガス分配板を備え、
該ガス分散板上の保護バリアおよび前記各オリフィス上の保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
温度制御された前記熱処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項１４記載の処理システムにおいて、
温度制御された前記熱処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、TFE及び／又はPTFEが含浸された硬質陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項１４記載の処理システムにおいて、
前記金属は、アルミニウム及びアルミ合金の少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
温度制御された前記熱処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記熱処理システムは、前記熱処理チャンバ内に取り付けられると共に、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された基材ホルダを備え、
温度制御された前記熱処理チャンバ内に取り付けられ温度制御された基材ホルダの露出表面上の前記保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記熱処理システムは、前記熱処理チャンバ内に取り付けられると共に、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された基材ホルダを備え、
温度制御された前記熱処理チャンバ内に取り付けられ温度制御された基材ホルダの露出表面上の前記保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記断熱組立体は、ゲートバルブ組立体を備えており、
該ゲートバルブ組立体の露出表面の少なくとも一部分上に形成に、保護バリアが形成されている処理システム。 - 請求項２０記載の処理システムにおいて、
前記ゲートバルブ組立体の露出表面上の前記保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項２０記載の処理システムにおいて、
前記ゲートバルブ組立体の露出表面上の前記保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項１０記載の処理システムにおいて、
前記プロセスガスは、第１ガス及び第２ガスを含む処理システム。 - 請求項２３記載の処理システムにおいて、
前記第１ガスは、NH3，HF，H2，O2，CO，CO2，Ar，Heのうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項２３記載の処理システムにおいて、
前記第２ガスは、NH3，HF，H2，O2，CO，CO2，Ar，Heのうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 請求項２３記載の処理システムにおいて、
複数の前記オリフィスは、第１ガスを処理空間に接続するオリフィスの第１配列と、第２ガスを処理空間に接続するオリフィスの第２配列とを備えている処理システム。 - 請求項１記載の処理システムにおいて、
前記熱処理システムは、前記熱処理チャンバに接続されるとともに、輸送面と前記基材ホルダとの間で基材を垂直方向に輸送する基材リフタ組立体を備えている処理システム。 - 請求項２７記載の処理システムにおいて、
前記基材リフタ組立体は、基材を受け取るための２又は３以上のタブを有するとともに、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有するブレードと、前記基材ホルダと輸送面との間で基材を垂直方向に輸送する駆動システムとを備えている処理システム。 - 請求項２８記載の処理システムにおいて、
前記ブレードの露出表面の少なくとも一部分上の前記保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている処理システム。 - 請求項２８記載の処理システムにおいて、
前記ブレードの露出表面の少なくとも一部分上の前記保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む処理システム。 - 基材上の露出表面層を化学的に変化させる化学処理システムであって：
非プラズマ環境を提供するよう構成され、内表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有する温度制御された化学処理チャンバと；
該化学処理チャンバ内に取り付けられた温度制御された基材ホルダと；
前記化学処理チャンバに接続された真空吸引システムと；
前記化学処理チャンバ内にプロセスガスを導入する温度制御されたガス分配システムに接続され、複数のガス噴射オリフィスを備えたガス分配板と；
を備えている化学処理システム。 - 請求項３１記載の化学処理システムにおいて、
前記化学処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、PTFE及び／又はTFEが含浸された陽極酸化金属を備えている化学処理システム。 - 請求項３２記載の化学処理システムにおいて、
前記化学処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、TFE及び／又はPTFEが含浸された硬質陽極酸化金属を備えている化学処理システム。 - 請求項３２記載の化学処理システムにおいて、
前記金属は、アルミニウム及びアルミ合金の少なくとも一つを含む化学処理システム。 - 請求項３１記載の化学処理システムにおいて、
前記化学処理チャンバの内表面上の前記保護バリアは、Al2O3、Y2O3、Sc2O3、Sc2F3、YF3、La2O3、CeO2、Eu2O3、及びDyO3のうちの少なくとも一つを含む化学処理システム。 - 請求項３１記載の化学処理システムにおいて、
前記基材ホルダは、露出表面の少なくとも一部分上に形成された保護バリアを有している化学処理システム。 - 請求項３１記載の化学処理システムにおいて、
保護バリアが、前記ガス分配板の露出表面の少なくとも一部分上に、及び、前記各オリフィスの露出表面の少なくとも一部分上に、形成されている化学処理システム。
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