JP2013545285A - オゾン硬化及び硬化後水分処理のためのモジュール - Google Patents

オゾン硬化及び硬化後水分処理のためのモジュール Download PDF

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Abstract

複数の堆積チャンバと、堆積チャンバのうちの１つとロードロック基板保持エリアとの間で基板を移動させるように動作可能な第１のロボットアームとを有する基板処理システム。また、そのシステムは、ロードロック基板保持エリアと基板硬化及び処理モジュールの硬化チャンバとの間で基板を移動させるように動作可能な第２のロボットアームも有することができる。基板硬化及び処理モジュールはロードロック基板保持エリアに取り付けられ、オゾンを含む雰囲気内で誘電体層を硬化するための硬化チャンバと、水蒸気を含む雰囲気内で硬化済みの誘電体層を処理するための処理チャンバとを含むことができる。硬化チャンバは、処理チャンバに対して垂直に配置することができる。また、そのモジュールは、硬化チャンバ及び処理チャンバに動作可能なように結合される加熱システムも含むことができ、加熱システムは、硬化チャンバの第１の温度を約１５０℃〜約２００℃に調整し、処理チャンバの第２の温度を約８０℃〜約１００℃に調整するように動作する。そのモジュールは、硬化チャンバ及び処理チャンバ両方へのアクセスドアを更に含むことができる。各アクセスドアは基板を受けるために開いた位置に移動するように動作可能であり、基板が硬化又は処理されている間、閉じた密閉位置に移動するように動作可能である。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は２０１１年９月２８日に出願された「ＭＯＤＵＬＥ ＦＯＲ ＯＺＯＮＥ ＣＵＲＥ ＡＮＤ ＰＯＳＴ−ＣＵＲＥ ＭＯＳＩＴＵＲＥ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ」と題する米国特許出願第１３／２４７，６８７号のＰＣＴ出願であり、２０１０年１０月５日に出願された「ＭＯＤＵＬＥ ＦＯＲ ＯＺＯＮＥ ＣＵＲＥ ＡＮＤ ＰＯＳＴ−ＣＵＲＥ ＭＯＳＩＴＵＲＥ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ」と題する米国仮特許出願第６１／３８９，９５７号に関連し、その仮特許出願の利益を主張するものであり、それらの特許出願は全ての目的のために参照によりその全体が本明細書に援用される。
半導体デバイス外形は、数十年前に導入されて以来、サイズが劇的に縮小されてきた。最新の半導体製造装置は、２５０ｎｍ、１８０ｎｍ及び６５ｎｍの加工サイズを有するデバイスを当たり前のように製造し、更に小さな外形を有するデバイスを形成するために、新たな装置が開発され、実現されつつある。加工サイズが小さくなると、結果として、デバイス上の構造的特徴の空間寸法が減少する。寸法が減少すると、非常に小さな固有抵抗を有する導電性材料、及び非常に小さな誘電率を有する絶縁性材料を使用する必要がある。
金属前誘電体（ＰＭＤ）層及び金属間誘電体（ＩＭＤ）層が相互接続メタライゼーションのＲＣ時間遅延を低減し、異なるメタライゼーションレベル間のクロストークを防ぎ、且つデバイスの電力消費を削減するために、低誘電率膜が特に望ましい。初期のＣＶＤ技法を用いて堆積されたドープされない酸化ケイ素膜は、通常、４．０〜４．２の範囲内の誘電率（κ）を有していた。対照的に、現在、半導体業界において一般的に用いられる種々の炭素系誘電体層は、３．０未満の誘電率を有する。これらの炭素系層の多くは、最初に堆積されたときに相対的に不安定であり、膜の安定性を高めるために、後に酸素環境内で硬化され、且つ／又はアニールされる。
基板上に堆積された誘電体層の硬化及び硬化後処理を実行するための基板硬化及び処理モジュールが記述される。そのモジュールは別々の硬化チャンバ及び処理チャンバを含むことができる。ＦＣＶＤプロセスによってその上に未硬化の層が堆積された基板を、モジュールの硬化チャンバに移送することができる。堆積プロセスは、基板上に、未硬化のシリコン−酸素−炭素含有層、シリコン−酸素−窒素含有層、及び／又はシリコン−酸素−窒素−炭素含有層を形成することができる。基板が硬化チャンバに移送されるとき、１つ又は複数の堆積された層を、オゾン含有雰囲気内で約１５０℃〜約２００℃の温度において硬化することができる。硬化後に、基板をモジュールの処理チャンバに移送し、露点より高い温度（例えば、約８０℃〜約１００℃）において水蒸気含有雰囲気に暴露して、処理済みの誘電体膜を形成することができる。幾つかの製造プロセスの場合、モジュールから取り出された硬化済み及び処理済みの基板は、ロードロックチャンバ及びファクトリーインターフェース（ＦＩ）を通して前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）に移送され、製造システムから基板が取り出されるのに応じて、前方開口型統一ポッドによって基板が保管される。
本発明の実施形態は、基板硬化及び処理モジュールを含む。そのモジュールは、オゾンを含む雰囲気内で誘電体層を硬化するための硬化チャンバと、水蒸気を含む雰囲気内で硬化済みの誘電体層を処理するための処理チャンバとを含むことができる。硬化チャンバは処理チャンバに対して垂直に配置することができる。また、そのモジュールは、硬化チャンバ及び処理チャンバに動作可能なように結合される加熱システムも含むことができる。加熱システムは、硬化チャンバの第１の温度を約１５０℃〜約２００℃に調整し、且つ処理チャンバの第２の温度を約８０℃〜約１００℃に調整するように動作することができる。そのモジュールは、硬化チャンバ及び処理チャンバ両方へのアクセスドアを更に含むことができる。各アクセスドアは、基板を受けるために開いた位置に移動するように動作可能であり、基板が硬化又は処理されている間、閉じた密閉位置に移動するように動作可能である。
本発明の実施形態は、複数の堆積チャンバと、堆積チャンバのうちの１つとロードロック基板保持エリアとの間で基板を移動させるように動作可能な第１のロボットアームとを有する基板処理システムを更に含む。また、そのシステムは、ロードロック基板保持エリアと、基板硬化及び処理モジュールの硬化チャンバとの間で基板を移動させるように動作可能な第２のロボットアームも有することができる。基板硬化及び処理モジュールは、ロードロック基板保持エリアに取り付けられ、オゾンを含む雰囲気内で誘電体層を硬化するための硬化チャンバと、水蒸気を含む雰囲気内で硬化済みの誘電体層を処理するための処理チャンバとを含むことができる。硬化チャンバは、処理チャンバに対して垂直に配置することができる。また、そのモジュールは、硬化チャンバ及び処理チャンバに動作可能なように結合される加熱システムも含むことができ、加熱システムは、硬化チャンバの第１の温度を約１５０℃〜約２００℃に調整し、且つ処理チャンバの第２の温度を約８０℃〜約１００℃に調整するように動作する。そのモジュールは、硬化チャンバ及び処理チャンバ両方へのアクセスドアを更に含むことができる。各アクセスドアは、基板を受けるために開いた位置に移動するように動作可能であり、基板が硬化又は処理されている間、閉じた密閉位置に移動するように動作可能である。
更なる実施形態及び特徴が、後続の説明において一部が記述されており、本明細書を検討すれば、当業者には一部が明らかになるか、又は本発明を実践することによって習得することができる。本発明の特徴及び利点は、本明細書において記述される手段、組合せ及び方法によって実現し、達成することができる。
本発明の本質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって達成することができ、幾つかの図面を通して、類似の構成要素を参照するために類似の参照番号が用いられる。場合によっては、参照番号にサブラベルが関連付けられ、ハイフンに続くサブラベルによって、複数の類似の構成要素のうちの１つを表す。存在しているサブラベルを指定することなく参照番号が参照されるとき、そのような複数の類似の構成要素の全てを参照することを意図している。
本発明の実施形態による基板硬化及び処理モジュールの簡略化された断面図である。 本発明の実施形態による１対の基板硬化及び処理モジュールを含む基板処理システムの簡略化された図である。 本発明の実施形態による、ロードロックチャンバに結合される１対の基板硬化及び処理モジュールを有する基板処理システムの別の図である。 本発明の実施形態による、１組の基板処理チャンバと連係するロードロックチャンバの両側に配置される１対の基板硬化及び処理モジュールを有する基板処理システムの簡略化された正面斜視図である。 本発明の実施形態による、１組の基板処理チャンバと連係するロードロックチャンバの両側に配置される１対の基板硬化及び処理モジュールを有する基板処理システムの簡略化された背面斜視図である。 ファクトリーインターフェースに隣接して配置される基板硬化及び処理モジュールを有する基板処理システムの簡略化された俯瞰図である。
図１は、互いに対して垂直に配置される硬化チャンバ１０２及び処理チャンバ１０４を含む基板硬化及び処理モジュール１００を示す。モジュール１００において、硬化チャンバは処理チャンバ１０２の上方に垂直に配置されるように示されるが、更なる実施形態では、この順序を入れ替えて、硬化チャンバの上方に処理チャンバを配置することができる。また、モジュール１００は、両面が硬化チャンバ１０２及び処理チャンバ１０４の内部にそれぞれ露出している共通壁１１０によって、２つのチャンバが分離されることも示す。更なる実施形態は、硬化チャンバ１０２の底部及び処理チャンバ１０４の上部をそれぞれ画定する２つの別々の壁を有することができる。別々の壁は互いに可逆的に、又は永久に取り付けられる場合があるか、代替的には、それらの壁は間隙によって分離される場合があり、その間隙は断熱材料で満たされる場合があるか、又は満たされない場合がある。
いずれのチャンバもアクセスドア１０６ａ〜ｂを含み、アクセスドアは１つ又は複数の基板１０８ａ〜ｃを受けるために開いた位置に移動するように動作可能であり、基板が硬化又は処理されている間、閉じた密閉位置に移動するように動作可能である。モジュール１００は基板ラック１１２ａ〜ｂを示し、基板ラックはチャンバ内に同時に複数の基板１０８ａ〜ｃを保持することができる。これにより、モジュール１００はバッチ硬化及び処理モジュールになり、そのモジュールは複数の基板（例えば、２枚以上の基板、３枚以上の基板、４枚以上の基板、５枚以上の基板、１０枚以上の基板等）において同時に硬化ステップ及び処理ステップを実行することができる。更なる実施形態は、垂直、水平及び／又は環状方向において並進可能とすることができるプラテンのような、基板を保持するための代替の構造体を含むことができる。これらの代替の構造体は、単一の基板又は複数の基板を保持するように動作可能とすることができる。
モジュール１００はロボットアーム１１４から基板を受けることができ、ロボットアームは、硬化チャンバ１０２及び処理チャンバ１０４の内外に基板を移動させるように動作可能な位置決めアーム１１６を有する。位置決めアーム１１６は、基板１０８ａ〜ｃを硬化チャンバ１０２の基板ラック１１２ａの中に置くことができ、後に硬化済みの基板を硬化チャンバから取り出すことができる。また、位置決めアーム１１６は、硬化済みの基板を硬化チャンバ１０２から処理チャンバ１０４の基板ラック１１２ｂに移送することもできる。また、アーム１１６は硬化済み及び処理済みの基板を処理チャンバ１０４から取り出すこともできる。図示される実施形態では、位置決めアーム１１６は、モジュール１００のチャンバの中に延び、且つモジュール１００のチャンバから後退することができ、更には、チャンバ間を垂直方向に移動することができる。アーム１１６は、モジュール１００の近くにある基板保持エリアから基板を受けるか、又は基板保持エリアに基板を置くために回転することもできる。
モジュール１００は、チャンバの雰囲気条件及び温度を制御するために、硬化チャンバ及び処理チャンバにそれぞれ結合されるガス分配システム１１８及び加熱システム１２２も含むこともできる。先に言及されたように、基板硬化は基板を約１５０℃〜約２００℃においてオゾン含有雰囲気に暴露することを含むことができ、基板処理は硬化済みの基板を約８０℃〜約１００℃において水蒸気含有雰囲気に暴露することを含むことができる。
ガス分配システム１１８は、ガス供給源（図示せず）から硬化チャンバ１０２及び処理チャンバ１０４へのガスの流れを制御するように動作可能である。モジュール１００において、供給機構は、ガスをガス供給システムから各チャンバに輸送するガス導管１２０ａ〜ｂを含む。ガス供給システムは、ガスをモジュール１００のチャンバから除去するガス戻り管（図示せず）も含むことができる。ガス戻り管は真空ポンプ及び排気管に結合することができ、真空ポンプ及び排気管はモジュール１００に流体結合される。
ガス分配システム１１８によって硬化チャンバ１０２に供給されるガスは、数あるガスの中でも、酸素分子、オゾン、アルゴン及び窒素分子を含むことができる。それらのガスは混合され、単一の流れとして硬化チャンバ１０２に送られる場合があるか、又は別々に供給され、チャンバ内で初めて混合される場合がある。分配システム１１８によって処理チャンバ１０４に供給されるガスは、数あるガスの中でも、水蒸気、アルゴン及び窒素分子を含むことができる。
加熱システム１２２は、硬化チャンバ１０２及び処理チャンバ１０４両方の加熱素子（図示せず）に動作可能なように結合される。これらの加熱素子は、硬化チャンバ１０２の温度を処理チャンバ１０４の温度と異なる温度にできるように、加熱システム１２２によって独立制御される。それらのチャンバ内に独立した温度センサ（図示せず）が存在し、チャンバ温度を監視し、加熱システム１２２にチャンバ内の温度を調整し、且つ／又は維持するためのフィードバックを与えることができる。
ここで図２及び図３を参照すると、本発明の実施形態による１対の基板硬化及び処理モジュール２０２ａ〜ｂを含む基板処理システム２００が示される。システム２００の市販品の例は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造されるＣｅｎｔｕｒａ（商標）、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（商標）及びＥｔｅｒｎａ（商標）システムの特定の構成を含むことができる。
図２に示されるように、モジュール２０２ａ〜ｂはロードロックチャンバ２０４の両端に、且つシステム２００のファクトリーインターフェース（ＦＩ）２０６の後方に配置される。図示されるシステム２００の構成において、この配置によって、システムの全幅を広げることなく、且つシステムの正面に可逆的に結合される４つのＦＯＵＰのうちの２つ２０８ａ〜ｂを動かすことなく、ＦＩ２０６の後方にモジュール２０２ａ〜ｂが置かれる。
モジュール２０２ａ〜ｂは、ロードロックチャンバ２０４に可逆的に、且つ実質的に漏れのないように結合することができる。その結合機構は、可逆的な留め具（例えば、ねじボルト、ねじ等）と、モジュール２０２ａ〜ｂをロードロックチャンバに漏れのないように結合するガスケットとを含むことができる。ロボットアームがロードロックチャンバとモジュールとの間で基板を移送できるようにするために、ロードロックチャンバ２０４は、モジュール２０２ａ〜ｂの硬化チャンバ及び処理チャンバのアクセスドアと位置合わせされる開口部を含む。
ＦＯＵＰ２０８ａ〜ｄを通してシステムに基板ウエハを与えることができ、ＦＯＵＰはＦＩ２０６に密封結合することができる。ＦＩ内に配置されるロボットアーム（図示せず）の助けを借りて、基板はＦＩ２０６を通り抜け、ロードロックチャンバ２０４に入ることができる。その後、別のロボットアームが基板をロードロックチャンバ２０４から処理チャンバ２１０ａ〜ｆのうちの１つに移送することができ、それらの処理チャンバは基板上に１つ又は複数の未硬化の誘電体層を堆積する。
堆積後に、ロボットアームは基板を処理チャンバ２１０ａ〜ｆからロードロックチャンバ２０４に移送して戻すことができ、最初のロボットアームが、チャンバ内の開いているアクセスドアを通して、モジュール２０２ａ〜ｂのうちの一方のモジュールの硬化チャンバの中に基板を置くことができる。上記の図１の説明において言及されるように、ロボットアームが未硬化の基板を硬化チャンバの中に置いた後に、ガス分配システム及び加熱システムが硬化チャンバ内の環境を硬化状態に調整している間、アクセスドアは閉じた密閉位置にすることができる。基板上の１つ又は複数の誘電体層が硬化されると、アクセスドアを開けることができ、ロボットアームが硬化済みの基板を取り出し、同じモジュール２０２ａ〜ｂの処理チャンバに移送することができる。ガス分配システム及び加熱システムがチャンバの環境を処理状態に調整し、硬化済み及び処理済みの基板を作製している間、処理チャンバのアクセスドアは閉じた密閉位置にすることができる。処理プロセスの終了時に、アクセスドアを開けることができ、ロボットアームが硬化済み及び処理済みの基板をモジュール２１０ａ〜ｂから取り出し、基板をＦＯＵＰ２０８ａ〜ｄに戻すことができ、そして、基板はシステム２００から取り出されるのを待つ。代替的には、硬化済み、処理済みの基板は、更なる堆積、エッチング、ＣＭＰ等のために処理チャンバ２１０ａ〜ｆのうちの１つ又は複数に移送して戻すことができ、その後、最終的に、ＦＯＵＰ２０８ａ〜ｄのうちの１つに移送することができる。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態による基板処理システム４００の簡略化された正面斜視図及び背面斜視図をそれぞれ示しており、１対の基板硬化及び処理モジュール４０２ａ〜ｂが、１組の基板処理チャンバ４０６ａ〜ｆと連係するロードロックチャンバ４０４の両側に配置される。これらの図は、ファクトリーインターフェース（図示せず）に取り付けられるロードロックチャンバの正面に対して概ね平面的になるように、ロードロックチャンバの両側に取り付けられるモジュール４０２ａ〜ｂを示す。先に言及されたように、モジュール４０２ａ〜ｂのこの構成によれば、システム４００の幅を広げることなく、又はロードロックチャンバ４０６とＦＩとの結合を妨げることなく、それらのモジュールを基板処理システム４００全体と一体化できるようになる。
図５は、ＦＩ５０４に隣接して配置される基板硬化及び処理モジュール５０２を有する基板処理システム５００の簡略化された俯瞰図を示す。ＦＩに隣接して硬化及び処理モジュール５０２を配置することによって、ＦＩの背面にある堆積チャンバ（図示せず）からの基板の移動を短くできるようになり、且つ硬化及び処理モジュール５０２からＦＩの正面に位置するＦＯＵＰ５０６ａ〜ｄに基板を供給できるようになる場合がある。硬化及び処理モジュールはＦＩの片側又は両側に位置することができる。
幾つかの実施形態を説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく、種々の変更形態、代替構成及び均等物を用いることができることは当業者によって認識されよう。更に、本発明を不必要にわかりにくくするのを避けるために、幾つかのよく知られているプロセス及び素子は示されていない。したがって、上記の説明は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
或る範囲の値が与えられる場合、文脈において他に明示されない限り、その範囲の上限と下限との間に存在する、下限の単位の１０分の１までの各介在値も具体的に開示されるものと理解されたい。規定された範囲内の任意の規定値又は介在値と、その規定された範囲内の任意の他の規定値又は介在値との間にある、更に狭い各範囲も包含される。これらの更に狭い範囲の上限及び下限は、独立して、その範囲内に含まれるか、又はその範囲から除外されることがあり、規定された範囲内の任意の具体的に除外される限界値に応じて、更に狭い範囲内に上限及び下限のうちの一方、若しくは両方が含まれるか、又はいずれも含まれない各範囲も本発明内に包含される。規定された範囲が、限界値の一方又は両方を含む場合、それらの含まれる限界値の一方又は両方を除外する範囲も含まれる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、単数形「１つの」、及び「その」は、文脈において他に明示されない限り、複数の指示物を含む。したがって、例えば、「１つのプロセス」への言及は、複数のそのようなプロセスを含み、「その基板」への言及は、１つ又は複数の基板及び当業者に既知であるその均等物への言及を含み、他も同様である。
本明細書において、及び添付の特許請求の範囲において使用されるときに、単語「備える」又は「含む」は、規定された特徴、完全体、構成要素又はステップの存在を規定することを意図するが、それらの単語は１つ又は複数の他の特徴、完全体、構成要素、ステップ、動作又はグループの存在又は追加を排除しない。

Claims (10)

  1. 基板硬化及び処理モジュールであって、
    オゾンを含む雰囲気内で誘電体層を硬化するための硬化チャンバ、及び水蒸気を含む雰囲気内で前記硬化済みの誘電体層を処理するための処理チャンバであって、前記硬化チャンバは前記処理チャンバに対して垂直に配置される、硬化チャンバ及び処理チャンバと、
    前記硬化チャンバ及び前記処理チャンバに動作可能なように結合される加熱システムであって、前記硬化チャンバの第１の温度を約１５０℃〜約２００℃に調整し、前記処理チャンバの第２の温度を約８０℃〜約１００℃に調整するように動作する、加熱システムと、
    前記硬化チャンバ及び前記処理チャンバ両方へのアクセスドアであって、各アクセスドアは、基板を受けるために開いた位置に移動するように動作可能であり、前記基板が硬化又は処理されている間、閉じた密閉位置に移動するように動作可能である、アクセスドアと
    を備える、モジュール。
  2. 前記硬化チャンバ及び前記処理チャンバは同時に複数の基板を受けることができる、請求項１に記載のモジュール。
  3. 前記複数の基板は前記硬化チャンバ又は前記処理チャンバ内で互いに対して垂直に配置される、請求項２に記載のモジュール。
  4. 前記モジュールはバッチ基板硬化及び処理モジュールである、請求項２に記載のモジュール。
  5. 前記硬化チャンバ及び前記処理チャンバに結合されるガス分配システムを更に備え、前記ガス分配システムは、前記硬化チャンバにオゾンを含む硬化ガスを導入し、前記処理チャンバに水蒸気を含む処理ガスを導入するように動作可能である、請求項１に記載のモジュール。
  6. 前記硬化チャンバから前記硬化ガスを排気し、前記処理チャンバから前記処理ガスを排気するように構成されるガス排気システムを更に備える、請求項５に記載のモジュール。
  7. 基板処理システムであって、
    複数の堆積チャンバと、
    前記堆積チャンバのうちの１つとロードロック基板保持エリアとの間で基板を移動させるように動作可能な第１のロボットアームと、
    前記ロードロック基板保持エリアと基板硬化及び処理モジュールの硬化チャンバとの間で前記基板を移動させるように動作可能な第２のロボットアームとを備え、前記基板硬化及び処理モジュールは前記ロードロック基板保持エリアに取り付けられ、前記基板硬化及び処理モジュールは、
    オゾンを含む雰囲気内で誘電体層を硬化するための前記硬化チャンバ、及び水蒸気を含む雰囲気内で前記硬化済みの誘電体層を処理するための処理チャンバであって、前記硬化チャンバは前記処理チャンバに対して垂直に配置される、前記硬化チャンバ及び処理チャンバと、
    前記硬化チャンバ及び前記処理チャンバに動作可能なように結合される加熱システムであって、前記硬化チャンバの第１の温度を約１５０℃〜約２００℃に調整し、前記処理チャンバの第２の温度を約８０℃〜約１００℃に調整するように動作する、加熱システムと、
    前記硬化チャンバ及び前記処理チャンバ両方へのアクセスドアであって、各アクセスドアは、基板を受けるために開いた位置に移動するように動作可能であり、前記基板が硬化又は処理されている間、閉じた密閉位置に移動するように動作可能である、アクセスドアとを備える、
    システム。
  8. 前記第２のロボットアームは前記硬化チャンバから前記基板を取り出し、前記基板を前記処理チャンバに供給するように動作可能である、請求項７に記載のシステム。
  9. 複数の基板硬化及び処理モジュールを備え、各モジュールは前記ロードロック基板保持エリアに取り付けられる、請求項７に記載のシステム。
  10. 前記硬化チャンバ及び前記処理チャンバは同時に複数の基板を受けることができる、請求項７に記載のシステム。
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