JP2014514734A - ランプアセンブリを使用した基板下面のオフアングル加熱 - Google Patents

Abstract

基板を処理する方法及び装置を開示する。装置は、基板上への材料処理と熱処理の両方共に行うことができる二重機能チャンバである。チャンバは、チャンバの処理位置と搬送位置の間に配置された環状の放射源を有する。リフトピンは、基板の放射加熱を供給するために基板支持体が放射源平面よりも下に下がっている間、処理位置に基板を維持するに十分な長さを有する。その第１の面に形成された開口を有する基板を処理する方法は、第１の面上の開口に材料を堆積させる段階と、第１の面の反対側の第２の面を加熱することにより材料をリフローさせる段階とを含む。第２の材料をその後に堆積させることができ、開口を部分的に又は完全に充填する。代替的に、循環的な堆積／リフロー処理を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本明細書に開示する実施形態は、半導体処理に関する。より詳細には、本明細書に開示する実施形態は、半導体基板の材料及び熱処理のための装置及び方法に関する。

熱処理は、半導体製造において一般的である。半導体基板は、多くの場合に堆積、注入、又はエッチングのような材料処理の後に熱処理を受ける。多くの場合、熱処理は、材料処理とは別のチャンバで行われる。基板を材料処理チャンバから熱処理チャンバへ移すには時間を消費し、生産スループットを低減する。機械の稼働率、つまり機械が基板を処理するように作動している時間は、製造される各チップのコストを低減することにおいて重要なファクタである。すなわち、より効率的な半導体製造処理及び装置に対する継続的な必要性が存在する。

基板に対する材料処理と熱処理の両方を行うことができる二重機能処理チャンバを使用した基板処理の方法及び装置を開示する。チャンバは、基板が処理のために位置決めされる処理位置と、基板をチャンバから移すために位置決めすることができるチャンバ周囲のチャンバ搬送位置との間に配置された放射エネルギ源を有する。基板支持体は、材料処理を受けるように基板を位置決めすることができる基板受け面を有する。反射器が、放射エネルギ源の周りに配置され、ガス源が、チャンバの処理位置上方に配置される。放射エネルギ源は、放射エネルギ源を通過する放射源平面を形成し、かつ基板支持体の基板受け面にほぼ平行である。基板支持体が放射源平面と搬送位置の間に位置決めされている間に基板を処理位置に維持するのに十分な長さを有するリフトピンを使用して、基板の放射加熱を提供することができる。反射面を有するエッジリングを基板支持体の周りに配置することができる。

１つの態様において、基板の第１の面に形成されたトレンチを含む開口を有する基板を処理する方法は、トレンチの第１の面上に材料を堆積させる段階と、第１の面と反対側の基板の第２の面にエネルギを向けることにより材料をリフローさせる段階とを含む。その後に第２の材料を堆積させることができ、開口は部分的に又は完全に充填される。代替的に、循環的堆積／リフロー処理を開口を充填するために行うことができる。

本発明の上述の特徴を詳細に理解することができる方法により、上記に簡単に要約した本発明のより多くの詳細説明を一部が添付図面に例示されている実施形態を参照して行うことができる。しかし、本発明は、他の等しく有効な実施形態を容認することができるので、添付の図面は、本発明の単に典型的な実施形態だけを例示するものであり、従って、本発明の範囲を制限するものとは見なされないことに注意されたい。

理解しやすいように、図に共通した同一要素を示すために可能な場合は同一の参照番号が使用されている。一実施形態に開示した要素は、具体的な説明なしに他の実施形態で便宜的に利用することができるように考えられている。

一実施形態によるチャンバの概略断面図である。 図１のチャンバの部分詳細図である。 他の実施形態による基板支持体の拡大図である。 図１のチャンバに使用することができる放射源の斜視図である。 他の実施形態による方法を要約する流れ図である。 他の実施形態によるクラスターツールの平面図である。 他の実施形態によるクラスターツールの平面図である。

チャンバは、基板の第１の側面上への材料の堆積、及び基板の第１の側面と反対側の基板の第２の側面上で照射ができるように構成される。そのようなチャンバは、基板への材料処理と熱処理の両方をチャンバから基板を移動することなく実行可能な二重機能チャンバであり、従って、堆積チャンバからアニールチャンバへ基板を搬送するのに必要とされる時間を削除することができる。チャンバは、その周囲領域に位置決めされて処理位置とチャンバ搬送位置の間に放射源平面を形成する放射エネルギアセンブリと、その放射エネルギアセンブリの周りに配置された反射器と、処理位置上方に配置されたガス源とを有する。図１は、一実施形態によるチャンバ１００の概略断面図である。チャンバ１００は、その内部容積１３８を取り囲む壁１０４と蓋部分１０２とを有する。基板支持体１０６は、内部容積１３８を上側容積１３６と下側容積１３４に分ける。処理ガスは、蓋部分１０２に形成された入口１０８を通してチャンバの上側容積１３６に誘導され、基板支持体１０６の基板受け面１１６に配置された基板は、チャンバ１００の処理位置１６０で処理ガスに露出される。処理ガスは、基板支持体１０６の基板受け面１１６を横切って、その周囲部分の周りを流れ、ポンピングポータル１１０を通してチャンバ１００から出て行く。

基板支持体のシャフト１３２は、チャンバの下側壁１４０を貫通しており、かつ冷却ガス源（図示しない）と基板受け面１１６との間で流体連通を提供する導管１３０を含む。基板支持体１０６は垂直に作動され、処理位置１６０とチャンバ搬送位置１２４との間で、基板支持体１０６の基板受け面１１６上に配置された基板を移動する。搬送位置１２４は、基板取扱装置（図示しない）がポータル１２２を通して基板を操作する基板位置を定める。

放射源アセンブリ１１２は、チャンバ１００の周囲１４２に配置され、処理位置１６０と搬送位置１２４の間にある放射源平面を形成する。複数のリフトピン１１４は、基板支持体１０６の基板受け面１１６を通して配置され、基板支持体１０６が放射源平面１２６の下方に引っ込んでいる間に処理位置の近くに基板を維持するように作動する。基板は、それによって放射源アセンブリからの放射に露出されることになる。１つの態様において、基板は、材料処理位置である場合がある処理位置１６０とは異なる熱処理位置１２８にリフトピンを作動させることにより位置決めすることができる。

放射源アセンブリ１１２は、典型的には、基板支持体１１６を取り囲む。放射源アセンブリ１１２の内側範囲１４４は、基板支持体１０６の外側範囲１４６から半径方向距離「ｄ」の位置にある。距離「ｄ」は、処理位置１６０か又はその近くに位置する基板の選択的照射を生じるように選択される。放射源アセンブリ１１２と基板支持体１０６の外側範囲１４６との間の距離「ｄ」を変えることにより、基板に作用する放射の総量と強度を調整することができる。距離「ｄ」は、典型的には、放射源アセンブリの全個所で実質的に一定であり、約０．００１ｃｍ（つまり１０μｍ）と約５ｃｍの間であり、例えば、３００ｍｍウェーハを処理するように構成されたチャンバに対しては、約１ｃｍと約３ｃｍの間である。距離「ｄ」はまた、いずれかの所望された設計に従ってチャンバ１００の異なる位置で異なる場合がある。例えば、距離「ｄ」は、放射エネルギアセンブリ１１２の範囲の周りの異なる個所で異なる場合がある。

シールドリング１１８は、金属又はセラミックとすることができるが、基板受け面１１６の縁部１４８の周囲に配置される。シールドリング１１８は、基板支持体１０６の外側範囲１４６を覆って、そこへの堆積を防止する。シールドリング１１８は、基板受け面１１６の外側範囲１４６に形成された出っ張り１５０に載っている。殆どの場合、基板受け面１１６に配置された基板は、シールドリング１１８と接触する。他の実施形態において、基板は、基板がシールドリング１１８に接触しないように、シールドリング１１８の内径よりも小さい外径を有することができる。

作動中、基板支持体１０６は、処理の異なる段階で様々な位置へ伸びたり引っ込んだりしてチャンバ１００内で垂直に動く。搬送位置まで完全に引っ込むと、基板受け面１１６は、搬送位置１２４の近くに配置され、基板取扱機構（図示しない）が基板を置く又は回収することができるようにする。リフトピン１１４は、基板を基板受け面上方に持ち上げるためにアクチュエータ１６２により伸ばされる。アクチュエータ１６２は、アクチュエータ１６２に連結したモータ（図示しない）によって基板支持体１０６とは独立に動く。基板支持体１０６が搬送位置から上昇する時にリフトピン１１４は引っ込み、結果として基板受け面は基板と係合する。

基板受け面１１６は、静電チャックを組み込むことができ、静電チャックは、典型的には、絶縁性の受け面１１６に配置された導体１５８である。導体１５８は、プレート、ワイヤメッシュ、又は基板受け面１１６の中をぐるぐる巻きに延びる単一経路ワイヤとすることができる。電力は、典型的には、基板支持体のシャフト１３２を通して配置された導管１５６を通じて導体１５８に結合される。基板受け面１１６が基板と係合すると、静電チャックは活性化され、基板支持体１０６上の基板を固定する。冷却ガスも、その時に導管１３０を通して確立することができる。

基板支持体１０６は、基板をその上に置いて処理位置１２８及び１６０に向けて基板を移動する。基板支持体１０６が処理位置１６０に向けて上昇する時に、基板支持体１０６は、シールドリング１１８を出っ張り１５０に載せて放射源アセンブリの傍を通過する。基板受け面１１６が処理位置に達すると、基板は、堆積、注入、又はエッチングといった材料処理を受けることができる。シールドリング１１８は、カバーリング１６６と係合するようにノッチ１６４を有することができ、カバーリングは、金属又はセラミック製でシールドリング１１８から蓋部分１０２に向けて外側へ広がっている。カバーリング１６６とノッチ１６４は、上側容積からカバーリング１６６を通り過ぎて下側容積へ向うガス流動を制御することにより、シールドリング１１８の機能を改善する。ノッチ１６４及びカバーリング１６６は、任意的である。基板支持体１０６が処理位置１６０及び１２８に向けて移動する時に、シールドリング１１８は、カバーリング１６６と係合する。基板支持体１０６が処理位置１６０から処理位置１２８に向けて移動する時に、カバーリングは、シールドリング１１８及び基板支持体１０６と共に移動する。

一部の実施形態において、放射源アセンブリ１１２と搬送位置１２４の間の個所に側壁１０４から内側に延びる縁部支持体を与えることができる。縁部支持体（図示しない）は、基板支持体１０６が搬送位置１２４に向けて移動する際にシールドリング１１８と係合するように構成することができる。そのような実施形態において、シールドリング１１８の一部分が基板支持体１０６の外側範囲１４６を超えて延びるように、出っ張り１５０は、シールドリング１１８の外径よりも小さい外径を有する。このような構成は、搬送位置において基板受け面１１６へのアクセスを改善するためにシールドリング１１８を基板支持体１０６から取り外すことを可能にする。

処理位置１６０で処理が完了した後、基板支持体１０６は、基板の裏側熱処理に対して位置決めすることができる。基板のいずれかのチャッキングは、導体１５８への電力（又は真空チャックの実施形態では基板受け面への真空）を遮断することによって解除され、基板支持体１０６は引っ込み、そしてリフトピン１１４は、拡張位置の中に作動される。これは、基板を基板受け面１１６から外し、基板支持体１０６が放射源平面１２６下方の熱処理位置に引っ込む際に基板を処理位置１６０に維持する。その結果、基板裏側は、放射源アセンブリ１１２からの放射に露出されることになる。望む場合は、リフトピンを作動させることによって処理位置１６０とは異なる熱処理位置１２８へ基板を移動することができる。そのような実施形態において、処理位置１６０は、材料処理位置である場合がある。特定の実施形態のエネルギ照射必要度に応じて要求されるように、熱処理位置は、材料処理位置の上方又は下方とすることができることに注意すべきである。基板１６８は、図１では熱処理位置に示されている。

熱処理中に、放射源アセンブリ１１２には電力が供給され、エネルギが放射源アセンブリ１１２から基板１６８に向けて放射される。材料処理が行われる面１７０とは反対側の面１７２を意味する基板の「裏側」は、この様式で照射される。材料処理及び熱処理を統合したチャンバを提供することに加えて、この様式で基板１６８の裏側１７２を照射することは、基板１６８のより反射的でない面を照射することにより熱処理のエネルギ効率を改善することができる。一部の実施形態において、基板１６８上に行われる材料処理は、基板上にエネルギ吸収率を低減する反射性の層又は部分層を形成する。裏側１７２を照射することは、反射率の増大を回避する。更に、面１７０の反射性は、更に効率を改善するために基板１６８の裏側から基板１６８中を伝わる放射源アセンブリ１１２からの放射を反射することができる。

一部の実施形態において、熱処理中の基板１６８の位置は、基板１６８への放射均一性を改善するために調整することができる。裏側１７２上の様々な位置に対する放射パターンにおけるいずれの不均一性をも移動するために、リフトピン１１４を作動させることにより、基板１６８を熱処理位置１２８から更に上方に又は下方に周期的に移動することができ、結果として基板処理時の不均一性及び／又は基板の撓みの影響を低減することができる。熱処理位置１２８からの裏側１７２の最大偏位は、基板厚みに対する比率として表現することができる。上昇比率は、基板厚みの約０．１から約１００の間で変わる場合がある。

基板支持体１０６が熱処理位置にある時に、図１に示すように熱センサ１２０は、放射源アセンブリ１１２とシールドリング１１８の間の間隙１５４を通る見通し線により、基板受け面上方の伸びたリフトピン上に位置する基板１６８の熱的な状態を感知する。シールドリング１１８を省略した実施形態において、間隙１５４は、放射源アセンブリ１１２と基板支持体１０６の外側範囲１４６との間であることになる。従って、熱処理位置は、放射源アセンブリ１１２とシールドリング１１８の間、又は基板支持体１０６の外側範囲１４６と放射源アセンブリ１１２の内側範囲１４４との間の望ましい間隙１５４によって形成することができる。

熱処理が完了した後、基板は、典型的には、リフトピンを引っ込めることにより基板受け面１１６と再び係合する。チャッキングが再び適用され、冷却ガスが再び確立されて基板を冷却する。基板支持体１０６は、その後、更に処理を行うための位置へ移動することができ、望む場合は、基板を回収するための搬送位置に戻ることができる。基板支持体１０６が搬送位置にある時に、基板へのアクセスは、ロボットブレードが基板と基板受け面１１６の間に挿入されるようにリフトピン１１４を伸ばすことによって提供される。

図２Ａは、基板支持体１０６と放射源アセンブリ１１２の関係を示すチャンバ１００の詳細図である。放射源アセンブリ１１２は、チャンバ壁１０４と蓋部分１０２の間の延長部２３０によってチャンバ壁１０４に支持されている。放射源アセンブリ１１２は、ハウジング２０２、放射エネルギ源２０４、ハウジングから突き出て放射エネルギ源２０４を支持する少なくとも１つの支持体２０６、及び反射面２０８を含む。ハウジング２０２は、典型的には、金属、例えば、ステンレス鋼のような熱伝導性材料で作られる。ハウジング２０２内部の導管２１２は、冷媒の循環を可能にする。支持体２０６は、金属、例えば、ステンレス鋼のような熱伝導性材料、又はセラミックのような耐熱性材料とすることができる。放射エネルギ源２０４は、赤外線から紫までの波長の放射、又はマイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、サブミリ波、又は遠赤外線を生じるようなランプとすることができる。放射エネルギ源２０４は、約５ｘ１０^-2ｍから約１ｘ１０^-7ｍまでの波長を有する放射を生成することができる。典型的な放射エネルギ源は、加熱ランプ、ハロゲンランプ、アークランプ、及び同軸形マイクロ波又はミリ波源を含む。

ハウジング２０２は、ハウジング２０２の中を通って延びる複数の導管２４２を特徴とする。導管２４２は、処理中及びチャンバのポンプダウン作動中の上側容積１３６から下側容積１３４へのガス流動を可能にする。

ハウジング２０２の反射面２０８は、放射エネルギ源２０４からの放射を処理位置１２８又は１６０に位置する基板の裏側に向けて反射するように成形される。一部の実施形態において、反射面２０８は、基板の実質的に均一な照射を可能にするように成形される。反射面２０８は、円筒形、円環形、楕円形、卵形、又は変則的に湾曲した形といったいずれかの所望される形状を有することができる。反射面２０８は、湾曲していることに加えて又はその代わりに、小面を刻むことができる。一実施形態において、反射面２０８は、同じか又は異なる曲率半径を有する円筒形部分を接合したものとすることができ、その各々はまた、テーパが付いているか又は部分的に小面を刻むことができる。一実施形態において、反射面２０８は半円環形である。他の実施形態において、反射面２０８は、複数の反射部分から成っており、その各々は実質的に平坦、湾曲、テーパ付き、又は小面を刻むことができ、反射部分は、曲面を近似するように配置される。支持体２０６は、典型的に断続的であり、例えば、支持ピン、ロッド、又は突起であり、それゆえ放射エネルギ源２０４からの放射は、反射面の実質的に全ての範囲に届き、基板の方向へ反射する。

ハウジング２０２の上側部分２３２は、２つの理由に基づいて選択された距離「ｘ」だけ半径方向内向きに反射面２０８から延びている。第一に、障壁１６６を省いた実施形態に関して、距離「ｘ」は、シールドリング１１８と上側部分２３２の間に望ましい空間を提供するように選択され、一方で基板支持体１０６は、その最上部の処理位置に配備することができる。そのような実施形態において、シールドリング１１８と上側部分２３２の間の空間は、堆積材料が下側容積１３４中へ流れてその中でチャンバ面に堆積する範囲に対して影響を及ぼす。第二に、距離「ｘ」は、熱処理中に放射エネルギ源２０４に最の近い基板部分を陰にして過剰な照射を避けるように選択される。上側部分２３２は、放射エネルギ源２０４から来る放射を望ましい量だけ遮るように与えられた突起２３４付きの延長部を有することができる。延長部２１０は、一部の実施形態では、放射エネルギ源２０４及び導管２１２への相対的近接度のためにセラミックのような耐熱材料とすることができる。他の実施形態において、延長部２１０は、放射が選択的に阻止、透過、又は吸収及び再放出されるように、放出された放射に関して望ましい光学特性を有する材料で形成することができる。延長部２１０の内側半径は、チャンバ１００の中心領域から測定すると、一部の実施形態で内側半径１４４と同程度とすることができる。一部の実施形態において、距離「ｘ」と突起２３４は、放射エネルギ源２３４から処理位置１２８及び１６０に位置する基板のいずれの部分への見通し線も遮るように構成することができる。３００ｍｍウェーハを処理するように構成されたチャンバに関して、ハウジングの上側部分及び下側部分は、放射エネルギ源２０４の構成に応じてチャンバ壁１０４から約１ｃｍから約６ｃｍの範囲で拡張することができる。一実施形態において、ハウジングの上側部分及び下側部分は、チャンバ壁から約２ｃｍ拡張されている。

放射エネルギ源２０４による基板の直接照射を低減するために、他の方法が使用することができる。一実施形態において、基板の方を向いた放射エネルギ源２０４の面、例えば、ハウジング２０２から離れる方向に向く面又は反射面２０８は、基板への直接的な見通し線照射の入射を低減する又は除くように構成されたコーティングで被覆することができる。一部の実施形態において、放射エネルギ源２０４からコーティングへ入射する光が反射面２０８のようなハウジング２０２の反射面に向けて反射するように、コーティングは反射性とすることができる。他の実施形態において、コーティングは、吸収性、半透明、不透明、黒色、又は白色とすることができる。一部の実施形態において、コーティングは、金属又はセラミックである。コーティングは、典型的には、放射エネルギ源２０４の温熱環境に耐えるように選択される。コーティングの使用は、任意的に延長部２１０の突起２３４及び上側部分２３２と合わせて、熱処理中に基板へ到達する全ての光が反射光であることを確実にする。一部の実施形態において、コーティングを使用することで、放出された放射による基板面の直接照射に対する可能性を排除することにより、ハウジング２０２の上側部分２３２の必要性を取り除くことができる。

シールドリング１１８は、放射エネルギ源２０４から処理位置１６０に位置する基板に向けて放射を反射するように構成された上面２２４を有することができる。シールドリング１１８の輪郭部分２４０は、反射された放射を基板に向けるように、高くし、角度を付け、又は湾曲させることができる。障壁は、シールドリング１１８の輪郭部分２４０の形状と整合するように成形された輪郭部分２３６を有することができる。輪郭部分２３６は、ノッチ１６４及び障壁１６６周りを通るいずれのガス流動の制御をも確実にするために、シールドリング１１８の輪郭部分２４０に対する整合関係に湾曲させ、角度を付け、又はテーパを付けることができる。

シールドリング１１８は、金属、例えば、ステンレス鋼又は金属被覆セラミックとすることができる。典型的には、シールドリング１１８は、高温処理に耐える材料で形成され、シールドリング１１８の面２２４は反射性である。シールドリング１１８は、銀のような反射性金属で被覆したセラミックとすることができ、又はシールドリング１１８は、異なる屈折率を有する層状のセラミックのような誘電体ミラーを使用することができる。シールドリング１１８の上面２２４は、反射面２０８とシールドリング１１８の上面２２４とが共に可能な限り大量の放射を可能な限り均一に放射エネルギ源２０４から放射エネルギ源２０４上方に位置する基板裏側へ誘導するように構成された複合反射器を形成するように、反射面２０８の曲率及び／又は刻面と適合する方法で湾曲させ及び／又は小面を刻むことができる。

熱センサ１２０は、チャンバ壁１０４の開口部２１６を通して配置される分光センサを含む。プレート２１８は、間隙１５４を通して処理位置１６０にある基板の裏側が見えるように望ましい位置に分光センサを固定する。分光センサ２１４は、高温計とすることができる。一実施形態において、分光センサ２１４は、約１μｍの波長を有する放射の強度を測定するように調整された高温計であると考えられる。他の実施形態において、高温計は、約７−１５μｍの波長領域で作動することができる。

チャンネル２２８は、基板支持体１０６の基板受け面１１６内に形成され、基板受け面１１６に配置された基板への冷媒の接触を容易にする。チャンネル２２８は、導管１３０と流体連通している。冷媒、例えば、冷却ガスは、導管１３０を通じてチャンネル２２８へ供給され、基板受け面の中心から端部へ流れる。チャンネル２２８は、流体の流れを容易にするために基板受け面１１６の中心から端部へ向けて増加する深さを有することができる。流体の流れる領域の増加は、加熱による冷媒の膨張を相殺する。冷媒の膨張は、基板受け面１１６の外周への流れを妨げる圧力を生じる。チャンネルが漸増的に深くなることで、その妨げが相殺される。チャンネルは、望ましい正確な冷却プロフィールに応じて、いずれかの有用な深さプロフィールで設計することができる。一実施形態において、チャンネル深さは、基板受け面１１６中心からの距離に線形比例して増加する。そのような実施形態において、流体流れの流束面積も線形に増加する。他の実施形態において、チャンネルの深さ２２８は、基板受け面１１６中心からの距離の２乗で増加する。図２Ｂは、図１の基板支持体１０６のような基板受け面中心からの距離の２乗で増加する深さを有するチャンネル２２８を有する基板支持体の拡大図である。他の実施形態において、チャンネル２２８の深さは、基板受け面１１６の中心から端部への質量流束が実質的に一定になるように構成することができる。

基板受け面１１６は、反射性とすることができる。誘電体ミラーが一実施形態では備えられている。他の実施形態において、銀のような反射性金属がセラミック材料の上に又は透明材料の下に適用されている。反射性金属は、流体流れの凹部の中に共形的な方式で拡張することができる。例えば、望む場合に、反射性のライナを流体流れの凹部に適用することができる。望む場合は、いずれの公知の共形的処理も、共形的な反射性面を形成するのに使用することができる。他の実施形態において、例えば、反射性材料を共形的に堆積させて、研磨のような物理的手段か又はエッチングのような化学的手段により凹部間の平坦な面から反射性材料を除去することにより、反射性材料は、流体流れの凹部にのみ適用することができる。

反射性の基板受け面１１６は、基板１６８によって吸収される可能性が高い放射を選択的に反射するように構成することができる。一実施形態において、約０．２μｍから約１．０μｍまでの範囲の波長を有する放射を反射するように構成された誘電体ミラーが役に立つ場合がある。そのような誘電体ミラーは、基板受け面１１６上に異なる屈折率を有する交互層を形成することによって作り出すことができる。

図２Ｃは、図２Ａの実施形態で放射エネルギ源２０４として使用することができる放射エネルギ源２５０の斜視図である。放射エネルギ源２５０は、円形基板の処理のために実質的に円筒形をしたチャンバで使用するように半円形である。放射エネルギ源２５０は、放射部分２５２及び各端部に１個ずつの２個のコネクタ２５４を有するハロゲンランプである。コネクタ２５４は、電源（図示しない）への接続のために、図２Ａに関して上述したハウジング２０２及びチャンバ壁１０４の開口部から突き出るように構成される。典型的には、導体は、コネクタ２５４へ電力を伝えるためにチャンバ壁外側の周りに配置される。２個のそのような放射エネルギ源２５０が、全体を通して均一な放射を生じるように、一般的に１つのチャンバで互いに向かい合わせて使用されることになる。一実施形態において、放射エネルギ源２５０は、７．５ｋＷ，４８０Ｖの白熱又はハロゲン白熱Ｏｓｒａｍランプである。他の実施形態において、放射エネルギ源２５０は、キセノン放電ランプである。放射エネルギ源２５０は、図２Ａの支持体２０６のような支持体と接するための接触面２５６を有することができる。接触面２５６は、放射エネルギ源２５０との接触による支持体２０６の直接加熱を低減するために、熱絶縁パッドとすることができる。

本明細書で２０４及び２５０として表される放射エネルギ源は、放射源平面１２６を形成して基板受け面１１６と実質的に同一平面上にあるように示唆されている。一部の実施形態において、基板受け面１１６に対して横断的な又は垂直な変位要素を有する放射源の使用が有利であることに注意すべきである。そのような放射源は、放射が放出される直線距離を増大させることにより放射源の力を増すのに役に立つ場合がある。一実施形態において、複数の直線的に延ばされた放射源は、基板受け面１１６と垂直な方向に配置することができる。他の実施形態において、放射源は、交互に横断的な変位（例えば、波形パターン）を特徴とすることができる。そのような実施形態において、ハウジング及びその反射面は、特定の放射パターンを生じるように最適化することができる。他の実施形態において、ランプは、多角形ランプを形成する複数の結合された直線部分から成ることができる。他の実施形態において、放射源は、チャンバの周囲に基板支持体１０６の基板受け面１１６に実質的に平行な平面と同一平面に配置された複数の線状ランプとすることができ、各ランプの主軸は、基板受け面１１６に実質的に平行である。他の実施形態において、複数のそのようなランプ平面を使用することができ、各平面は、他平面から基板受け面１１６に垂直な方向へ配置されている。他の実施形態において、渦巻き状又は螺旋状のランプは、上述の他のランプ構成と合わせて使用することができる。

他の実施形態では、複数のＵ字形ランプを使用することができ、そこではＵ字形の直線部分は基板受け面と実質的に平行に延びており、１つのＵ字形ランプの端部は、ハウジング反射面の中断を最小にするために２つの隣接するランプの電気接点がハウジング及びチャンバをできるだけ小面積で貫通するように、別のＵ字形ランプの端部の近くに配置される。そのようなランプは、１つのランプの電気出口を隣接するランプの電気入口に接続することにより、容易に直列接続が可能である。チャンバの周囲に配置された多数の供給源を特徴とする実施形態において、各供給源は、個別の反射器とハウジングを有することができ、又は全供給源に対して単一の反射器とハウジングを含み又はそれに至るまで、１つの反射器とハウジングを一群の放射源に対して与えることができる。一実施形態において、２つの放射源が使用される。

再び図２Ａを参照すると、ハウジング２０２の上側部分２３２は、通常、基板受け面１１６に対して平行に描かれる下面２３８を有する。下面２３８は、放射源アセンブリ１１２の効率を改善するように反射性とすることができる。一実施形態において、下面２３８と基板受け面１１６の間の距離が、チャンバ壁１０４からの半径方向距離と共に減少するように、下面２３８には、基板受け面１１６に関して傾斜が付けられている。この傾斜は、線形又は非線形とすることができ、放射エネルギ源２０４から基板面への放射を増加させることができる。一実施形態において、下面２３８の傾斜は線形であり、約３°から約７°の範囲のような約１°から約１０°の範囲にある基板受け面１１６となす角を形成しており、例えば、約５°である。他の実施形態において、下面２３８は、いずれかの都合のよい設計に応じて湾曲させることができる。下面２３８は、単一の曲率半径又は焦点を有することができ、又は複数の曲率半径又は焦点を有することができる。一例では、下面２３８は、ランプの放電コイル又はフィラメントと実質的に一致する焦点領域を有して近似的に円筒形とすることができる。下面２３８から反射された放射は、より少ないエネルギで望ましい放射出力電力に達するように、放電コイルの温度を作動範囲まで上昇させるのを助けることができる。他の実施形態では、下面２３８は、基板まで反射放射を到達させるために、反射された放射をランプから遠ざけて面２０８に向けて誘導する又は集束させるように構成することができる。他の実施形態では、下面２３８は、ハウジング２０２内の多数の個所へ、又は基板支持体１０６又はシールドリング１１８へ放射を反射させるようにカスプ型とすることができる。

基板は、材料処理（例えば、堆積又は注入）及び熱処理に対して同じ位置に配置される必要がないことに注意すべきである。上述では処理位置１６０が材料処理中及び熱処理中で同じであると示唆されているが、そうである必要はない。例えば、熱処理位置は、材料処理位置とは異なることができる。基板は、材料処理位置から熱処理位置へ上昇又は下降させることができる。熱処理位置の材料処理位置に対する位置は、一般的に、放射源の設計と材料処理の必要度に依存する。

チャンバ１００は、一実施形態ではＰＶＤチャンバとすることができる。そのような実施形態において、チャンバ１００の蓋部分１０２は、スパッタリングターゲット、マグネトロン、及び当業技術で公知のようなガス給送システムを含むことになる。代替の実施形態では、チャンバ１００は、蓋部分１０２に配置された当業技術で公知のようなシャワーヘッド又はシャワーヘッド電極を有するＣＶＤチャンバ、ＰＥＣＶＤチャンバ、又はエッチングチャンバとすることができる。別の実施形態では、チャンバ１００は、当業技術で公知のような蓋部分１０２内に配置された又は結合された誘導プラズマ源を有するＰ３ｉチャンバとすることができる。放射源アセンブリ１１２のような放射源アセンブリは、統合された熱処理に望ましいあらゆる処理チャンバに使用することができる。

図３は、別の実施形態による方法３００を要約した流れ図である。方法３００は、上述の実施形態のいずれかに説明されるような二重機能チャンバを利用して材料処理（例えば、堆積、エッチング、及び／又は注入）と熱処理を単一チャンバで達成する。３１０で、基板は、チャンバ内の基板支持面に配置される。３２０で、基板は、材料処理位置に配置され、材料処理が基板の第１の面上で実行される。３３０で、基板は、基板支持面からある間隔だけ離される。３４０で、基板の第１の面と反対側の第２の面を基板支持体の周りに配置された放射エネルギ源に露出することによって熱処理が実行される。３５０で、基板は、基板支持体と再度係合し、冷却される。方法３００全体は、単一チャンバで循環的に材料／熱処理を行うためにいずれかの所望回数繰り返すことができる。更に、材料作動及び熱作動は、望む場合に同じ回数又は異なる回数だけ独立して繰り返すことができる。

一実施形態において、３２０の材料処理は、基板に金属を堆積するためのＰＶＤ処理である。スパッタリングガスは、チャンバの蓋部分でチャンバへ供給される。蓋部分に配置されたスパッタリングターゲットは、ＲＦ又はＤＣ電力で活性化され、プラズマを形成する。プラズマは、ターゲットから基板上へ材料をスパッタリングする。金属埋め込み処理の場合には、ＴｉＮ又はＴａＮといった障壁層が、金属化の前に埋め込まれる特徴部に堆積される。シリサイド化の場合には、障壁層は省略され、金属は、直接にシリコン上に堆積される。金属堆積処理の場合に、３２０で行われる熱処理は、基板凹部での金属のオーバーハングを低減するためのリフロー処理、又は金属とシリコン間の反応を促進するシリサイド化処理とすることができる。１つのＰＶＤ実施形態において、銅ターゲットが、必要とされる堆積レート及び基板サイズに応じて約２００ｓｃｍから約２０，０００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給されるアルゴンのスパッタリングガスによってスパッタリングされる。約１００Ｗから約１０，０００Ｗの範囲のＲＦ電力がターゲットに印加される。

金属堆積処理に続いて、基板は、３３０で第１温度プロフィールから第２温度プロフィールへ、約１５℃／ｓｅｃから約１７℃／ｓｅｃの範囲内といった約１０℃／ｓｅｃから約２０℃／ｓｅｃの範囲の例えば約１６．２℃／ｓｅｃの昇温レートで加熱される。第１温度プロフィールは、約５℃の均一性を有して約２０℃から約２００℃の範囲内の例えば約５０℃の平均温度を特徴とする。

本明細書に説明する加熱方法は、金属堆積処理に関して優れている。金属が基板面に堆積される時に、面は反射性を得る。放射エネルギの吸収は、一般的に、金属被膜処理された面上で減少するために、金属被膜処理された面の照射は、金属被膜処理された面の反対側、例えば、基板裏側を加熱するほどには有効ではない。シリコンのエネルギ吸収、例えば、金属被膜シリコンのエネルギ吸収を改善することで、熱処理工程のエネルギ効率が改善する。

銅のリフロー処理に関して、第２温度プロフィールは、約２０℃の均一性、例えば、約１５℃以内の均一性を有し、２７５℃から約３２５℃の範囲といった約２５０℃から約３５０℃の範囲の平均温度、例えば、約３２０℃の平均温度を特徴とする。温度は、約１５秒から約２５秒の間といった約１０秒から約３０秒の間、例えば、２０秒間昇温される。第２温度プロフィールは、昇温後、リフロー処理を完了させるために約５秒から約２５秒の間といった約０秒から約３０秒の間、例えば、約２０秒間にわたって実質的に維持される。このような方法は、必要に応じて、異なる温度と時間を使用して異なる材料の堆積及びリフローに使用することができる。チャンバ１００のようなチャンバは、そのような方法に関して最小限の適応化で使用することができる。

一部の実施形態において、基板温度は、放射源に対して第１電力設定値を適用することにより昇温され、その後にターゲット温度に達すると直ちに放射源に対して第２電力設定値を適用することにより、温度は実質的に一定に保たれる。一実施形態において、第１電力設定値は、放射源の定格電力の約９０％であり、第２電力設定値は、放射源の定格電力の約１０％である。先に言及された７．５ｋＷのＯｓｒａｍランプの場合には、９０％の電力設定値は、各ランプに対して約６．７５ｋＷを印加し、１０％の電力設定値は、各ランプに対して約７５０Ｗを印加する。使用される放射源及び実行される熱処理に応じて、昇温のための負荷サイクルは、約６０％から約９５％の範囲であり、温度維持のための負荷サイクルは、約５％から約３０％の範囲である。

基板は、３４０で約３０秒から約１２０秒の間、例えば、６０秒間にわたって約５０℃よりも低い平均温度を有する第３温度プロフィールへ冷却される。冷却中、基板全体での最大温度不均一性は、約５５℃未満に保たれ、基板への熱応力を最小にする。これは、図１及び２Ａと関連して上述した基板支持体を使用することで達成される。一実施形態において、最大温度不均一性は、約５０℃未満である。

金属堆積処理では、金属を堆積してリフローさせる操作は、上述したように、パターン化された基板開口部の金属による充填を達成するために、単一チャンバであらゆる回数繰り返すことができる。このような循環的なリフロー処理は、空隙のない凹部充填を迅速に達成する。殆どの実施形態において、堆積及び熱処理は、５回又はそれ未満繰り返される。一部の実施形態において、従来型の障壁層を上述したような充填処理の開始の前に基板全体に形成することができる。障壁層は、継続的な堆積及び熱処理中に金属が基板内部へ移動する傾向を低減する。

シリサイド処理では、上述の周囲の放射源が、基板を約１５０℃から約５００℃の範囲の温度まで加熱し、シリコンとコバルト及びモリブデンのような堆積された金属との間の反応を促進するのに使用することができる。堆積及び熱処理は、シリサイド化に関しても循環的に繰り返すことができる。

別の実施形態において、方法３００は、窒化及び酸化の処理とすることができる。ＤＰＮ処理のようなプラズマ窒化処理は、基板を窒素プラズマに露出することで行うことができる。その後に、本明細書に説明されるような多機能な材料／熱処理チャンバを用いて、熱処理のために基板を配置して窒素プラズマに露出された面の反対側の基板面を照射するように配置された放射エネルギ源を作動させることにより、再酸化処理を同一チャンバで行うことができる。酸素ラジカルを含む雰囲気のような酸化雰囲気を熱処理中に供給することができる。循環的な窒化／再酸化処理は、あらゆる所望回数だけ繰り返すことができる。

図１−２Ｂに関連して上述したチャンバ１００は、単一チャンバで基板に材料処理と熱処理とを行う二重機能チャンバである。このような二重機能チャンバは、その後に熱処理が続く材料処理を特徴とする処理に対して有用である。そのような処理は、以下に限定されるものではないが、金属堆積とリフロー、シリサイド化、堆積（ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＥＣＶＤ、エピタキシ）とアニール、注入とアニール、及びプラズマ窒化と再酸化を含む。そのような処理は、実質的に上述したような周囲の放射源を材料処理を行うチャンバに結合させることによって達成される。

図４は、別の実施形態によるクラスターツール４００の平面図である。クラスターツール４００は、上述したような少なくとも１つの二重機能材料／熱処理チャンバを特徴とする。クラスターツール４００の例は、カリフォルニア州サンタクララ所在の「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｎｃ．」から入手可能なＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）である。他社により製造されたクラスターツールも使用可能である。いずれかの便利なタイプの搬送ロボット４０４が、クラスターツールの搬送チャンバ４０２に配置される。２つのロード−ロックチャンバ４０６Ａ／Ｂを有するロード−ロック４０６が、搬送チャンバ４０２に連結されている。複数の処理チャンバ４０８、４１０、４１２、４１４、及び４１６も、搬送チャンバ４０２に連結されている。従来のクラスターツールでは、１つ又はそれよりも多くの処理チャンバは、アニール、脱ガス、又は酸化チャンバのような熱処理チャンバとすることができる。本明細書に説明するような二重機能チャンバを使用することにより、熱処理チャンバは削除され、生産率を増大させることができる。

一実施形態において、クラスターツール４００は、論理ゲート形成ツールとすることができる。チャンバ４０８は、シリコン堆積チャンバとすることができ、それは、ＰＶＤ又はＣＶＤとすることができ、プラズマ援用タイプとすることができる。チャンバ４１０は、それに応じて二重機能のプラズマ窒化及び熱処理チャンバとすることができる。チャンバ４１２は、生産率を最大にする必要性に応じて、酸化膜形成、窒化／熱処理、又はシリコン形成に充てることができる。どの１つのチャンバも熱処理だけに充てられないので、二重機能の材料／熱処理チャンバを使用することにより、生産率を増大させることができる。他の実施形態において、チャンバ４０８、４１０、４１２、４１４、及び４１６のいずれも、プラズマ洗浄と再酸化とを組み合わせたチャンバとすることができる。

図５は、別の実施形態によるクラスターツール５００の平面図である。クラスターツール５００は、２つの搬送チャンバ５０２及び５０４に連結された複数の処理チャンバを特徴とする。クラスターツール５００の例は、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｎｃ．」のＥＮＤＵＲＡ（登録商標）システムである。他社により製造されたクラスターツールも使用可能である。搬送チャンバ５０６及び５０８の各々は、それぞれ搬送ロボット５０６及び５０８を有する。２つのロード−ロックチャンバ５１０Ａ／Ｂを特徴とするロード−ロック５１０が、第１搬送チャンバ５０２に連結されている。基板は、搬送ロボット５０６と５０８の両方にアクセス可能な通過チャンバ５２０及び５２２を使用して搬送チャンバ間で渡される。

典型的な構成では、処理チャンバ５２４、５２６、５２８、５３０、及び５３２のいずれか又は全ては、蓋部分の構成に応じてプラズマ援用とすることができるＣＶＤ、ＰＶＤ、又はＡＬＤ処理による堆積を行う二重機能の堆積／熱処理チャンバとすることができる。一実施形態において、処理チャンバ５２４及び５３６は、障壁層を形成するＰＶＤチャンバであり、チャンバ５２８、５３０、及び５３２は、二重機能のＰＶＤ金属堆積／リフローチャンバであり、各チャンバは、図３の処理に類似した処理を行うことができる。チャンバ５１６及び５１８は、前洗浄チャンバとすることができ、チャンバ５１２及び５１４は、脱ガス、冷却、又は表面安定化のためのチャンバとすることができる。チャンバ５１６、５１８，５２４、５２６、５２８、及び５３２のいずれも、プラズマ洗浄と再酸化を組み合わせたチャンバとすることができる。

以上は本発明の実施形態へ向けられたものであるが、本発明の他の及び更に別の実施形態は、その基本的な範囲から外れることなく考案することができる。

１００ チャンバ。
１０６ 基板支持体
１１２ 放射源アセンブリ
１１６ 基板受け面
１７２ 基板裏側

Claims (18)

1. 半導体基板を処理するためのチャンバであって、
   チャンバの処理位置と搬送位置の間に放射源を与えるためにチャンバの周囲領域に位置決めされた放射エネルギ源と、
   前記放射エネルギ源の周りに配置された反射器と、
   前記処理位置の上方に配置されたガス源と、
   を含むことを特徴とするチャンバ。
2. 前記反射器は、前記放射熱源から前記処理位置に向けて放射を反射するように成形されることを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
3. 垂直アクチュエータに連結された基板支持体と、該基板支持体に連結されてその基板受け面を通して延びるリフトピンアセンブリとを更に含み、
   前記リフトピンアセンブリは、複数のリフトピンを含み、その各々は、前記基板支持体の前記基板受け面が前記放射源と前記搬送位置の間に位置決めされている間、基板を前記処理位置に維持するのに十分な長さを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
4. 前記反射器は、前記放射熱源と前記チャンバの内側の前記処理位置の各周囲部分との間に突き出る半径方向延長部を含むことを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
5. 反射面を有するエッジリングを備えた基板支持体を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
6. 前記基板支持体は、溝付きの基板受け面を有し、該溝の深さが、該基板支持体の中心からの距離と共に増加することを特徴とする請求項５に記載のチャンバ。
7. 前記放射エネルギ源は、前記反射器から離れる方向に向く該放射エネルギ源の面上にコーティングを有することを特徴とする請求項１に記載のチャンバ。
8. その第１の面に開口が形成された基板を処理する方法であって、
   処理チャンバ内の基板支持体上に基板を位置決めする段階と、
   前記前記処理チャンバ内で前記第１の面にわたってかつ前記トレンチに第１の材料を堆積させる段階と、
   前記処理チャンバ内で前記第１の面の反対側の前記基板の第２の面を照射することによって前記堆積された第１の材料をリフローさせる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記処理チャンバ内で前記第１の面にわたってかつ前記トレンチに第２の材料を堆積させる段階を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記基板の第２の面を照射する段階は、該基板を前記基板支持体の上方に位置決めする段階と、環状ランプ熱源を活性化する段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記基板を前記基板支持体の上方に位置決めする段階は、リフトピンで該基板を上昇させる段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記堆積された第１の材料をリフローさせる段階は、前記基板面のフィールド領域から該堆積された第１の材料を実質的に除去する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
13. 前記基板の前記第２の面を照射することによって前記堆積された第２の材料をリフローさせる段階を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 単一基板を処理するためのチャンバであって、
    チャンバの内側の処理位置と基板搬送位置の間を移動するように作動される基板支持体であって、該基板支持体が、
    複数の通路がそこに形成され、かつ複数の開口部がそこを通して形成された基板受け面、及び
    前記基板支持体に連結され、前記開口部を通して配置されて前記基板受け面の上方に延びるように作動される複数のリフトピンを含むリフトピンアセンブリ、
    を含む前記基板支持体と、
    チャンバの側壁から半径方向内向きに延びる複数のピン上に配置され、前記処理位置と前記基板搬送位置の間にある放射源平面を定める環状ランプと、
    前記環状ランプの周りに配置された凹面環状反射器と、
    を含むことを特徴とするチャンバ。
15. 前記基板受け面に形成された通路は、該基板受け面の中心から該基板受け面の周囲部分まで増加する深さを有することを特徴とする請求項１４に記載のチャンバ。
16. 前記基板支持体の周りに配置され、かつ反射性の上面を有するエッジリングを更に含み、
    前記基板支持体も、反射性の上面を有する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のチャンバ。
17. 前記基板支持体は、誘電体ミラーを含む反射性の基板受け面を有することを特徴とする請求項１４に記載のチャンバ。
18. 前記環状ランプは、該環状ランプの面上に反射コーティングを有することを特徴とする請求項１４に記載のチャンバ。

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