JP2022084631A - 高圧処理チャンバ用のガス供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】高圧チャンバを有するプラットフォームにおいて、各チャンバ内で様々な圧力環境を維持する高圧処理システム及び装置を提供する。【解決手段】高圧処理システム２００は、第１のチャンバ２０２と、第１のチャンバに隣接した第２のチャンバ２０４と、第２のチャンバからガスを除去するフォアラインと、第２のチャンバ内の圧力を真空近くまで低下させるように構成された真空処理システム２０８と、第１のチャンバ内の圧力を第２のチャンバ内の圧力から分離させるバルブアセンブリ２１２と、第１のチャンバへガスを導入して、第１のチャンバ内の圧力を少なくとも１０気圧まで上昇させるガス供給システム２０６と、第１のチャンバからガスを除去する排気ラインと、ガス供給システム及び排気ラインの一部を囲み、ガス供給システム及び排気ラインの一部から漏洩しているガスをフォアラインへそらす格納エンクロージャと、を含む。【選択図】図２

Description

［０００１］本発明は、例えば集積回路を製造中のアニーリング、堆積又はエッチング処理用の高圧処理チャンバに関する。
［０００２］超小型電子回路及び他のマイクロスケールデバイスは一般に、シリコン又は他の半導体材料ウエハ等の基板又はウエハから製造される。超小型電子部品又は他のマイクロスケール部品を形成するために、又は電気接続を提供するために、基板上に複数の金属層が形成される。例えば銅等のこれらの金属層は基板上にめっきされ、一連のフォトリソグラフィ、めっき、エッチング、研磨又は他のステップにおいて部品及び配線が形成される。
［０００３］所望の材料特性に達するには、通常、基板にアニーリング処理が施され、アニーリング処理において基板は急速に、普通は約２００～５００℃まで加熱される。基板は、比較的短時間、例えば６０～３００秒の間、これらの温度に保持されうる。基板は次に急速に冷却され、この全処理には普通、数秒しかかからない。アニーリングを利用して、基板上の層の材料特性を変化させることができる。アニーリングを利用して、基板上の膜間のドーパント、ドライブ（ｄｒｉｖｅ）ドーパントを活性化する、膜と膜とのインターフェース、又は膜と基板とのインターフェースを変化させる、堆積された膜の密度を高める、又はイオン注入による損傷を回復させることも可能である。
［０００４］超小型電子デバイス及び配線の特徴のサイズが小型化するにつれ、許容可能な欠陥率が大幅に下がる。ある欠陥は、汚染粒子から生じる。他の欠陥は、ウエハの特定領域の不完全な処理、例えばトレンチ底部の膜の不完全な成長から生じうる。
［０００５］様々なアニーリングチャンバが過去に使用されてきた。単一ウエハ処理設備において、これらのアニーリングチャンバは通常、基板の温度プロファイルを制御するために、加熱要素と冷却要素との間、又は加熱及び冷却要素上に基板を位置づけする。しかしながら、正確で繰り返し可能な温度プロファイルだけでなく、許容可能な欠陥レベルを達成するのに、工学的課題が生じうる。
［０００６］一態様では、基板上で層を処理するための高圧処理システムは、第１のチャンバと、第１のチャンバに隣接する第２のチャンバと、第２のチャンバからガスを除去するフォアラインと、第２のチャンバ内の圧力を真空近くまで低下させるように構成された真空処理システムと、第１のチャンバ内の圧力を第２のチャンバ内の圧力から分離させる第１のチャンバと第２のチャンバとの間のバルブアセンブリと、第１のチャンバへガスを導入して、ガスが第１のチャンバ内にある間、かつ第１のチャンバが第２のチャンバから分離されている間、第１のチャンバ内の圧力を少なくとも１０気圧まで上昇させるように構成されたガス供給システムと、ガス供給システム及びバルブアセンブリを操作するように構成されたコントローラと、第１のチャンバからガスを除去する排気ラインを備える排気システムと、ガス供給システム及び排気ラインの一部を囲み、ガス供給システム及び排気ラインの一部から漏洩しているガスをフォアラインへそらすように構成された格納エンクロージャとを含む。
［０００７］実装態様は、以下の特徴の一又は複数を含みうる。
［０００８］格納エンクロージャは、漏洩ガスが大気へ漏洩するのを防止するように構成されうる。フォアラインは、ドライラインポンプと、ドライラインポンプに到達する前にガスの圧力を低下させるように構成されたディフューザーとに接続されていてよい。
［０００９］第１のポンプは、ガスを第１のチャンバへ供給する前に、ガスの圧力を少なくとも１０気圧、例えば少なくとも４０気圧まで上昇させるように構成されうる。格納エンクロージャは第１のポンプと、第１のポンプと第１のチャンバとを接続している供給ラインとを囲みうる。
［００１０］第２のガス供給システムは、第２のガスを第１のチャンバへ導入して、第２のガスが第１のチャンバ内にある間、かつ第１のチャンバが第２のチャンバから分離されている間、第１のチャンバ内の圧力を少なくとも１０気圧まで上昇させるように構成されうる。第２のガス供給システムは、第２のガスを第１のチャンバへ供給する前に、第２のガスの圧力を少なくとも４０気圧まで上昇させるように構成された第２のポンプを含みうる。
［００１１］ガス供給システムは、スチームを第１のチャンバへ導入するスチーム供給システムを含みうる。
［００１２］一又は複数の化学センサ、例えば水素センサを、格納エンクロージャの中に置くことができ、コントローラは、コントローラが一又は複数の化学センサから化学漏洩を示す信号を受信した場合に、第１のポンプを遮断するように構成されうる。
［００１３］第１のチャンバ内に基板を支持するペデスタルが位置づけされうる。ペデスタル上の加熱要素は、基板がペデスタル上で支持されているときに、基板に熱を加えて、基板をアニール処理するように構成されうる。
［００１４］真空処理システムは、第２のチャンバ内に１気圧未満の圧力を生成するように構成されうる。
［００１５］ロボットアームは、バルブアセンブリを通して第１のチャンバから第２のチャンバへ基板を移送するように構成されうる。バルブアセンブリは、第１のチャンバと第２のチャンバとの間にスリットバルブを含みうる。スリットバルブは、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の壁を貫通するスリットと、アームがスリットを塞いで第１のチャンバと第２のチャンバとの間にシールを形成している第１の位置と、スリットが塞がれておらず、スリットバルブを通して第１のチャンバから第２のチャンバへ基板を移送可能な第２の位置との間で移動可能なアームとを含みうる。アームは、第１の位置において第１のチャンバを画定している壁の内面と密着してＯリングを圧縮し、第１のチャンバと第２のチャンバとの間にシールを形成するように構成されうる。第２のチャンバの外でアームの端部に連結されているアクチュエータは、スリットに対してアームを移動させることができる。ガスチャネルはアームの内部にありうる。ガスチャネルは、第１の端部において冷却ガス源に接続されていてよい。
［００１６］リフトピンアセンブリは、支持体から基板を持ち上げうる。冷却チャネルは、リフトピンアセンブリの近くに冷却ガスを供給して、リフトピンアセンブリを冷却しうる。
［００１７］別の態様では、半導体製造装置は、内部に位置づけされたロボットを有する中央真空チャンバと、中央真空チャンバに連結されたファクトリインターフェースモジュールと、第１の真空バルブによって中央真空チャンバに連結された低圧処理チャンバと、上述した高圧処理システムとを含む。第２のチャンバは、第２の真空バルブによって中央真空チャンバに連結されている。
［００１８］実装態様は、下記の利点のうちの１つ以上を含み得る。
［００１９］チャンバにおいて高い圧力がより安全に確立されうる。漏洩が検出可能である。
［００２０］基板全体で層がより均一に処理又は形成されうる。加えて、高圧処理により、低圧では利用できない化学反応へのアクセスも得られうる。
［００２１］一又は複数の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明に記載する。他の特徴、物体、及び利点は、説明及び図面から、及び特許請求の範囲から明らかとなるだろう。
処理プラットフォームの図である。 高圧システムの図である。 改良された安全機能を有する高圧システムの図である。 高圧堆積システムの一実施例の概略側面図である。 ペデスタルの概略側面図である。
［００２７］様々な図面における類似の参照符号は、類似の要素を指し示している。
［００２８］上記のように、ある欠陥は、基板の特定領域の不完全な処理から生じうる。しかしながら、高圧処理（例：アニーリング又は堆積）により、基板全体の処理の一貫性を改善することが可能である。具体的には、アニーリングは、高圧環境で行うことができる。アニーリング処理を通して、例えば熱酸化、又は化学物質が基板の中に拡散し基板と反応する他の処理によって層が形成されるところでは、高圧によって、基板上の材料層の表面被覆率の完全性の改善が支援されうる。例えば、トレンチにおける層の処理形成の問題が削減されうる。この結果、基板全体で層がより均一に処理又は形成されうる。加えて、高圧処理（例：アニーリング又は堆積）により、低圧では利用できない化学反応へのアクセスも得られうる。
［００２９］別の課題は、例えば銅等の特定の材料が約７０℃を超える温度で酸素にさらされたときに急速に酸化することである。銅又は他の材料が酸化すると、基板はもはや使用可能でなくなる可能性がある、又は更に処理する前に酸化層をまず除去しなければならない場合がある。効率的な製造においてこれらは両方とも許容できないオプションである。したがって、設計因子は、基板温度が約７０℃を超えるときに基板を酸素から隔離するということである。当然ながら酸素は周囲空気に存在するわけで、アニーリング中に銅の酸化を回避することもまた、工学的な課題を呈しうる。本書に記載したように、高圧処理チャンバと、低圧の、例えば真空に近い環境の異なる処理チャンバとの間で基板を移送して、基板の汚染及び酸化を回避することが可能である。
［００３０］ウエハの温度均一性は、別の有意な設計因子である。なぜなら、それによりウエハ上の銅又は他の材料の結晶構造が影響を受けるためである。処理システム、例えばペデスタル構成は、ウエハの均一な加熱を提供しうる。
［００３１］別の検討事項は、圧力である。非常に高い圧力は、製造されるウエハの一貫性及び品質を改善しうる。しかしながら、高圧（例：１０ａｔｍ超、１５ａｔｍ超、又は最大２０ａｔｍ）を有するシステムは、格納容器（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）のブリーチ（ｂｒｅａｃｈ）及び損害の高いリスクがある。改良された安全機能を有するシステムは、上記のような超高圧処理の使用に有益である。
［００３２］図１に、物理的気相堆積、化学気相堆積、及び／又はアニーリング処理のうちの少なくとも１つの実施形態を実施するのに好適な、一体型マルチチャンバ基板処理システムを示す。一般に、マルチチャンバ基板処理システムは、高圧処理、例えば堆積又はアニーリング等を実施する、例えば４０気圧を上回る圧力で動作しうる少なくとも１つの高圧処理チャンバと、低圧処理、例えばエッチング、堆積、又は熱処理を実施する、例えば低圧で動作しうる、少なくとも１つの低圧処理チャンバとを含む。ある実装態様では、マルチチャンバ処理システムは、低圧の中央移送チャンバを有するクラスタツールであり、ここから複数の処理チャンバにアクセスすることが可能である。
［００３３］本書に記載の処理及びシステムの幾つかの実施形態は、特徴を画定するために、例えば金属及び金属シリサイドバリア等の材料の層を堆積させることに関連する。例えば、第１の金属層をシリコン基板上に堆積させ、アニール処理して金属シリサイド層を形成する。次に、第２の金属層を金属シリサイド層上に堆積させて、特徴を充填する。金属シリサイド層を形成するアニーリング処理は、複数のアニーリングステップで実施されうる。
［００３４］図１は、２つの移送チャンバ１０２、１０４、移送チャンバ１０２、１０４にそれぞれ位置づけされた移送ロボット１０６、１０８、及び２つの移送チャンバ１０２、１０４に配置された処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０を含む処理プラットフォーム１００の一実施形態の概略上面図である。第１及び第２の移送チャンバ１０２、１０４は、隣接する処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０とインターフェースで接続する中央真空チャンバである。
［００３５］第１の移送チャンバ１０２と第２の移送チャンバ１０４は、冷却又は予熱チャンバを備えうる通過チャンバ１２０によって分離される。通過チャンバ１２０はまた、第１の移送チャンバ１０２と第２の移送チャンバ１０４が異なる圧力で動作するときの基板のハンドリング中にポンプダウン又は換気されうる。例えば、第１の移送チャンバ１０２は、約１００ミリトール～約５トール、例えば約４０ミリトールで動作することができ、第２の移送チャンバ１０４は約１×１０－５トール～約１×１０－８トール、例えば約１×１０－７トールで動作しうる。
［００３６］処理プラットフォーム１００は、プログラミングされたコントローラ１２２によって操作される。コントローラ１２２は、チャンバ間でワークピースを搬送するように移送ロボット１０６、１０８を制御することができ、処理プラットフォーム１００の各チャンバに、基板を処理するための個別の処理を実施させることができる。
［００３７］第１の移送チャンバ１０２は、２つのガス抜きチャンバ１２４と、２つのロードロックチャンバ１２８と、反応予洗浄チャンバ１１８と、少なくとも１つの物理的気相堆積チャンバ１１０と、通過チャンバ１２０とに連結される。予洗浄チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているＰｒｅＣｌｅａｎＩＩチャンバであってよい。基板（図示せず）は、ロードロックチャンバ１２８を通して処理プラットフォーム１００へロードされる。例えば、ファクトリインターフェースモジュール１３２が存在する場合には、これは、人間の操作員又は自動基板ハンドリングシステムから一又は複数の基板、例えばウエハ、ウエハのカセット、又はウエハの密閉式ポッドを受け入れる役割を果たす。ファクトリインターフェースモジュール１３２は、該当する場合には、基板のカセット又はポッドを開けて、ロードロックチャンバ１２８の内外へ基板を移動させることができる。処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０は、移送チャンバ１０２、１０４から基板を受け入れ、基板を処理し、移送チャンバ１０２、１０４へ基板を再び移送することを可能にする。処理プラットフォーム１００へロードされた後に、基板は順次、ガス抜きチャンバ１２４及び予洗浄チャンバ１１８でそれぞれ、ガス抜き及び洗浄が行われる。
［００３８］各処理チャンバは分離バルブによって移送チャンバ１０２、１０４から分離され、これにより処理チャンバは移送チャンバ１０２、１０４とは異なる真空レベルで動作することが可能になり、処理チャンバにおいて使用されるいかなるガスも移送チャンバへ導入されるのが防止される。ロードロックチャンバ１２８は、分離バルブを用いて移送チャンバ１０２、１０４からも分離される。各ロードロックチャンバ１２８は、外部環境に対して開く、例えばファクトリインターフェースモジュール１３２に対して開くドアを有する。通常の工程では、基板がロードされたカセットが、ファクトリインターフェースモジュール１３２からドアを通してロードロックチャンバ１２８の中に置かれ、ドアが閉じられる。ロードロックチャンバ１２８は次に、移送チャンバ１０２と同じ圧力まで減圧され、ロードロックチャンバ１２８と移送チャンバ１０２との間の分離バルブが開放される。移送チャンバ１０２のロボットが適所に移動し、ロードロックチャンバ１２８から１つの基板が取り除かれる。ロードロックチャンバ１２８には好ましくはエレベータ機構が配設され、これにより、１つの基板がカセットから取り除かれ、エレベータがカセットのウエハのスタックを移動させて、別のウエハを移送面に位置づけすることで、そのウエハがロボットブレード上に位置づけされうる。
［００３９］移送チャンバ１０２の移送ロボット１０６が次に、基板と共に回転し、これにより、基板が処理チャンバの位置に位置合わせされる。処理チャンバの全ての有害ガスがフラッシュ洗浄され、移送チャンバと同じ圧力レベルにされ、分離バルブが解放される。移送ロボット１０６は次にウエハを処理チャンバへ移動させ、ロボットは処理チャンバにおいてウエハを持ち上げる。移送ロボット１０６はその後、処理チャンバから退避し、分離バルブが閉じられる。その後、処理チャンバでは、ウエハ上に特定の処理を実行する一連の工程が実施される。完了すると、処理チャンバは移送チャンバ１０２と同じ環境に戻され、分離バルブが解放される。移送ロボット１０６は処理チャンバからウエハを取り除き、次にそれを別の工程のために別の処理チャンバへ移動させるか、あるいは全カセットのウエハが処理されたときは、処理プラットフォーム１００から除去するためにロードロックチャンバ１２８に戻し置く。
［００４０］移送ロボット１０６、１０８は、基板を支持し、基板を異なる処理チャンバ間で移動させるロボットアーム１０７、１０９をそれぞれ含む。移送ロボット１０６は、基板をガス抜きチャンバ１２４と予洗浄チャンバ１１８との間で移動させる。基板は次に、その上に材料を堆積させるためにロングスローＰＶＤチャンバ１１０へ移送されうる。
［００４１］第２の移送チャンバ１０４は、処理チャンバ１１６、１１２、１１４、１３０のクラスタに連結される。処理チャンバ１１６、１１２は、作業員の所望通りに、タングステン等の材料を堆積させるための化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバであってよい。ＰＶＤ処理された基板は、通過チャンバ１２０を介して第１の移送チャンバ１０２から第２の移送チャンバ１０４へ移動される。その後、処理において必要な材料の堆積及びアニーリングのために、移送ロボット１０８が基板を一又は複数の処理チャンバ１１６、１１２、１１４、１３０の間で移動させる。
［００４２］当然ながら、上記は全て例示の実装態様に過ぎず、各移送チャンバは、異なる数の処理チャンバのみ、例えば１～５個のチャンバを有していてよく、処理チャンバは異なる機能分散配置を有していてよく、システムは、異なる数の移送チャンバ、例えば単一の移送チャンバのみを有していてよく、移送チャンバを完全に省略してもよく、システムは単一の孤立型処理チャンバのみを有していてよい。
［００４３］図２に、基板を処理するための高圧環境と、基板が処理チャンバ間を移送されているときの基板のための低圧環境とを作り出す制御下の高圧システム２００を示す。制御下の高圧システム２００は、第１の高圧チャンバ２０２と、第２の真空チャンバ２０４とを含む。第１のチャンバ２０２は、処理プラットフォーム１００の処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０のうちの１つに対応していてよく、第２のチャンバ２０４は、処理プラットフォーム１００の移送チャンバ１０２、１０４のうちの１つに対応していてよい。あるいは、ある実装態様では、処理チャンバ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１３０のうちの１つは、第１のチャンバ２０２と第２のチャンバ２０４の両方を含む。第１のチャンバ２０２は内側チャンバに対応し、第２のチャンバ２０４は内側チャンバを囲んでいる外側チャンバに対応しうる。
［００４４］第１のチャンバ２０２内の圧力は、第２のチャンバ２０４の圧力と独立に制御されうる。第１及び第２のチャンバ２０２、２０４が移送チャンバとは別個のものである場合、第１及び第２のチャンバ２０２、２０４は、移送チャンバ内の圧力と独立に制御された圧力を有しうる。制御下の高圧システム２００は更に、ガス供給システム２０６と、真空処理システム２０８と、コントローラ２１０とを含む。ある実施例では、処理プラットフォーム１００のコントローラ１２２は、コントローラ２１０を含みうる。
［００４５］第２のチャンバ２０４は、第１のチャンバ２０２に隣接する比較的低圧のチャンバである。ある実装態様では、第２のチャンバ２０４はまた、第１のチャンバ２０２を囲んでいる。第２のチャンバ２０４は、移送チャンバ、例えば異なる処理チャンバ間で基板を受け入れる移送チャンバ１０２、又は移送チャンバ１０４に対応しうる。第２のチャンバ２０４の低圧環境は、基板又は基板上に堆積した材料の汚染及び／又は酸化を妨げることができる。
［００４６］ガス供給システム２０６は、第１のチャンバ２０２を加圧し、また減圧するように動作する。第１のチャンバ２０２は、ガス供給システム２０６から前駆体ガスを受け入れ、例えば少なくとも１０気圧（例：１５ａｔｍ超、２０ａｔｍ超）の圧力等の高い圧力を確立する高圧処理チャンバである。前駆体ガスはワークピース、例えばワークピース上の層と反応しうる、又はワークピース上に堆積される材料の供給源として機能しうる。第１のチャンバ２０２を加圧するために、ガス供給システム２０６が第１のチャンバ２０２へ前駆体ガスを導入する。ガス供給システム２０６は、第１のチャンバ２０２へスチームを導入して、第１のチャンバ２０２内の圧力を上昇させることも可能である。
［００４７］ガス供給システム２０６は、第１のチャンバ２０２から前駆体ガス及びスチームを排気することにより、第１のチャンバ２０２を減圧する排気システム２１１を含む。真空処理システム２０８は、第２のチャンバ２０４の圧力を真空又は真空に近い圧力、例えば１ミリトール未満になるように制御するように動作する。真空処理システム２０８は、第２のチャンバ２０４内の圧力を真空近くにまで低下させることにより、基板の移送に対して適切な低圧環境を作り出す。動作中、第１のチャンバ２０２において達した超高圧（例：１０ａｔｍ超、１５ａｔｍ超）により、第２のチャンバ２０４において対応する高圧（約１ａｔｍ未満（例：おおよそ０．８５ａｔｍ又は６４０トール）が求められる。
［００４８］第１のチャンバ２０２と第２のチャンバ２０４との間のバルブアセンブリ２１２は、第２のチャンバ２０４内の圧力から第１のチャンバ２０２内の圧力を分離する。第１のチャンバ２０２内の高圧環境はしたがって、第２のチャンバ２０４内の低圧環境から切り離され、密封されうる。第１のチャンバ２０２から第２のチャンバ２０４へ直接、基板を移送することができるように、又は第２のチャンバ２０４から第１のチャンバ２０２へ直接、基板を移送することができるように、バルブアセンブリ２１２を開放可能である。
［００４９］高圧システム２００は、移送チャンバ、例えば移送チャンバ１０２、１０４のうちの１つに接続され、外部環境に接続されたフォアライン２１４を含む。外部環境の圧力から第２のチャンバ２０４内の圧力を分離するために分離バルブ２１６がフォアライン２１４に沿って配置されている。分離バルブ２１６は、第２のチャンバ２０４内の圧力を調節し、第２のチャンバ２０４内のガスを解放するように動作しうる。分離バルブ２１６は、第２のチャンバ２０４内の圧力を調整するために真空処理システム２０８と共に動作しうる。分離バルブ２１６は、多極点における高圧システム２００の全体的な安全性を高めるために、ガス供給システム２０６及び排気システム２１１と共に動作しうる。
［００５０］図３は、安全性を高めるための圧力分離を含む、高圧処理システムの概略図である。図３を参照すると、高圧システム３００の一実施形態は、図１及び図２に関して説明した第１のチャンバ３０２及び第２のチャンバ３０４を含む。第１のチャンバ３０２及び第２のチャンバ３０４は、以下に説明すること以外は、第１のチャンバ２０２及び第２のチャンバ２０４と同様でありうる。
［００５１］内側チャンバは、処理される、例えばアニール処理される又は材料層が堆積される基板３２６を支持するペデスタル３１８を含む。ペデスタル３１８は、第１のチャンバ３０２内に位置づけされる又は位置づけ可能である。ある実装態様では、ペデスタル３１８の平坦な上面に直接、基板３２６が置かれる。ある実装態様では、基板３２６は、ペデスタル３１８から突出しているリフトピンに置かれる。
［００５２］ガス供給システム３０６は、ガス供給システム３０６からガスを受け入れて、高圧、例えば最大７５ｐｓｉ又は８０ｐｓｉの圧力を確立する第１のチャンバ３０２を加圧及び減圧するように動作する。第１のチャンバ３０２を加圧するために、ガス供給システム３０６はガスを第１のチャンバ３０２へ導入する。ガスは、第１の処理ガス供給モジュール３４２から第１の高圧ガスを送るために供給される、及び／又は第２の処理ガス供給モジュール３４６から第１の高圧ガスとは異なる組成の第２の圧力ガスを送るために供給される。第１のガスはＨ２であってよく、第１の処理ガス供給モジュール３４２は高圧Ｈ２ガス供給モジュールである。第２のガスはＮＨ３であってよく、第１の処理ガス供給モジュール３４５は、高圧ＮＨ３ガス供給モジュール３４６である。ガス供給システム３０６は、第１のチャンバ３０２内の圧力を上昇させるために、第１のチャンバ３０２へ高圧スチーム供給モジュール３４４から供給されるスチームも導入しうる。供給モジュール３４２、３４４、３４６は、それぞれのガスを供給する供給設備又はガスタンクに接続される。供給モジュール３４２、３４４、３４６は、第１の供給ライン３５２、第２の供給ライン３５４、及び第３の供給ライン３５６によって第１のチャンバ３０２に接続される。
［００５３］第１の高圧ガス供給モジュール３４２は第１のポンプ３７２を含み、第２の高圧ガス供給モジュール３４６は第２のポンプ３７６を有する。第１の供給モジュール３４２に組み込まれた第１のポンプ３７２により、流入する第１のガス、例えば水素ガスの圧力が上昇する。第１のガスは比較的低圧、例えば２５～４０ｐｓｉ（おおよそ１．７～２．７ａｔｍ）で第１のガス供給モジュール３４２へ供給することができる。第１のポンプ３７２によって、ある場合には最大７５０ｐｓｉの規模の圧力に上昇させることができる。
［００５４］同様に、第２の供給モジュール３４６へ組み込まれた第２のポンプ３７６により、流入する第２のガス、例えばアンモニアガスの圧力が上昇する。ガスは比較的低圧で第２の供給モジュール３４６へ供給することができ、第２のポンプ３７６によって、例えば１０ａｔｍ超、１５ａｔｍ超、又は最大５０ａｔｍの圧力に上昇させることができる。第１のガス供給モジュール３４２と第２のガス供給モジュール３４６は各々、独立したポンプ３７２、３７６を有する。ある場合には、必要なポンプは１つのみであり、システム３００に含まれている。
［００５５］それぞれのポンプ３７２、３７６を有する第１のガス供給モジュール３４２と第２のガス供給モジュール３４６、及びスチーム供給モジュール３４４はそれぞれ、独立したハウジング３６２、３６６、及び３６４に収容されている。ある実装態様では、それぞれのハウジングはいずれも、システム３００の安全性を促進するために、物理的に及び流体的に接続されていなくてよい。
［００５６］システム３００の安全性を更に高めるために、各供給モジュール３４２、３４４、３４６は格納アセンブリ内に密閉されている。格納アセンブリは、供給ライン３５２、３５４、３５６のチャンバ３０２、３０４との接続部を取り囲む少なくとも１つの格納エンクロージャ３６０を含む。
［００５７］ある実装態様では、格納アセンブリは、各々が、それぞれのガス供給モジュールを囲んで封入する圧力格納エンクロージャである複数の部品を含む。例えば、第１のガス供給モジュール３４２は第１の格納エンクロージャに密閉され、スチーム供給モジュール３４４は第２のエンクロージャに、第２のガス供給モジュールは第３のエンクロージャに密閉されていてよい。ある場合には、これらの格納アセンブリの物理的に独立した細部品は、ハウジング３６２、３６４、３６６に対応しうる。
［００５８］あるいは、例えば図３に示すように、供給モジュール３４２、３４４、３４６は共通の格納エンクロージャ３６０によって密閉されていてよい。この場合、ハウジング３６２、３６４、３６６は、共通の格納エンクロージャ３６０の一部であってよい。ハウジング３６２、３６４、３６６は、供給ライン３５２、３５４、３５６のチャンバ３０２、３０４との接続部を密閉する格納エンクロージャ３６０の一部３６０ａに連結されうる。具体的には、供給ライン３５２、３５４、３５６は、ハウジング３６２、３６４、３６６のそれぞれと、一部３６０ａとの間に延在する、それぞれの導管３５２ａ、３５４ａ、３５６ａに密閉されうる。
［００５９］格納エンクロージャ３６０はまた、外側チャンバ３０４も含んでいてよく、第２のチャンバ３０４からガス及びスチームを排気する排気システム３１１に流体接続されていてよい。排気システム３１１は、分離バルブ３１６とフォアライン３１４とを含む。
［００６０］格納エンクロージャ３６０はまた、格納排気ライン３６８も含みうる。格納排気ライン３６８は、第１のチャンバ３０２を排気システム３１１に接続する、第１のチャンバ３０２用の排気ライン３７０を取り囲んでいる。格納排気ライン３６８は排気ライン３７０を囲み、格納エンクロージャ３６０を排気システム３１１に接続する。
［００６１］格納エンクロージャ３６０内の加圧部品のいずれかのブリーチは、格納エンクロージャ３６０によって抑制されうる。ある場合には、排気ライン３６８によってブリーチングガスがフォアライン３１４へ送り込まれ、ブリーチングガスはフォアライン３１４においてシステム３００から安全に放出されうる。
［００６２］各供給ライン３５２、３５４、３５６はそれ自体が格納エンクロージャ３６０内に収納され、供給ライン３５２、３５４、３５６の各ラインは、格納エンクロージャ３６０内に圧力解放ラインを有する。圧力解放ラインによって解放される供給ライン３５２、３５４、３５６の中に蓄積した圧力は全て、格納エンクロージャ３６０へ流され、例えば格納排気ライン３６８によって、又はある場合には排気システム３１１に接続された独立した排気チャネル３６９を介してシステム３００から除去される。
［００６３］システム３００は、内側チャンバ３０２に連結された圧力解放ライン３８２も含む。内側チャンバ３０２の圧力が許容レベルを超えた場合、圧力解放ライン３８２によって解放されたガスが外側チャンバ３０４へ流され、排気チャネル３６９によってシステム３００から除去される、又は格納エンクロージャ３６０へ流されて格納排気ライン３６８によって、又はある場合には、排気システム３１１に接続された独立した排気チャネルを介してシステム３００から除去される。
［００６４］したがって、加圧部品は全て格納エンクロージャ３６０内に収納され、これにより、システム３００が加圧ガスを大気にさらすことさえなく、予期しない漏洩、破裂、又はブリーチを除去することができる。
［００６５］システム３００には、複数の化学センサ３８０、例えばガスセンサが含まれる。具体的には、揮発性のために、ガスセンサは水素センサであってよい。ガスセンサ３８０は、漏洩の可能性のある場所、例えば格納エンクロージャ３６０の中、及び排気ライン３６８の中に組み込まれる。いずれかの水素センサ３８０が水素の漏洩を検出した場合、コントローラはセンサ３８０から信号を検出して、ポンプ３７２、３７６を遮断する。
［００６６］ある場合は、格納エンクロージャ３６０はフォアライン３１４に接続されており、フォアライン３１４はドライラインポンプ３７８に接続されている。加圧ユニット、例えば供給ライン３５２、３５４、３５６のうちの１つが漏洩した場合、漏洩しているガスはフォアライン３１４へ送られ、ガスは次にドライラインポンプ３７８を通って流される。圧力に対応する（例：高圧によるドライラインポンプ３７８のブリーチを防止する）ために、ドライラインポンプ３７８に到達する前にガスを広がらせる。ある場合には、ガスは、大きい直径のディフューザー、例えば２０インチ×５フィートの高さのディフューザーを通って流される。
［００６７］第２のチャンバ３０４は、第１のチャンバ３０２よりも低い圧力、例えばおおよそ１２ｐｓｉに維持される。第２のチャンバ３０４の漏洩は全て、ドライラインポンプ３７８も経由する。
［００６８］基板３２６において材料層を処理する又は堆積させるために、コントローラは、真空処理システムを操作して、第２のチャンバ３０４を低圧状態、例えば第２のチャンバ３０４が１気圧未満の圧力を有する状態まで減圧して、第２のチャンバ３０４を通して基板３２６を移送するための準備をすることができる。低圧状態は、例えば１ミリトールを下回る圧力等の真空に近い状態であってよい。第２のチャンバ３０４が低圧である間に、移送ロボット、例えば図１の移送ロボット１０６、１０８のうちの１つによって第２のチャンバ３０４を通して基板３２６を移動させることにより、基板３２６の汚染及び酸化を妨げることができる。
［００６９］基板３２６は、処理のために第１のチャンバ３０２へ移送される。第１のチャンバ３０２の中へ基板３２６を移送するために、コントローラは、バルブアセンブリ２１２を操作して、例えばバルブアセンブリ２１２を開放して、例えばそれを通して第１のチャンバ３０２へ基板３２６を移送することができる開口部を提供することができる。コントローラは、移送ロボットを操作して、第１のチャンバ３０２の中に基板３２６を運び、ペデスタル３１８上に基板３２６を載置することができる。
［００７０］基板３２６が第１のチャンバ３０２へ移送された後に、コントローラは、バルブアセンブリ２１２を操作して、開口部を閉じる、例えばバルブアセンブリ２１２を閉じることにより、第１及び第２のチャンバ３０２、３０４を互いから分離させることができる。バルブアセンブリ２１２が閉じられると、第１のチャンバ３０２と第２のチャンバ３０４の圧力は異なる値に設定されうる。コントローラは、ガス供給システム３０６を操作して第１のチャンバ３０２の中にガスを導入し、第１のチャンバ３０２を加圧して基板３２６上に材料層を堆積させることができる。ガスの導入により、第１のチャンバ３０２内の圧力が、例えば１０気圧以上に上昇しうる。
［００７１］ガスは、基板３２６上の層と反応するアニーリングガスであってよい。あるいは、ガスは、基板３２６上に堆積される材料を含んでいてよい。第１のチャンバ３０２における適切な温度及び圧力条件により、材料をアニール処理する、又は堆積させることができる。処理中、例えばアニーリング又は堆積中に、コントローラは、ペデスタル３１８の一又は複数の加熱要素３２０を操作して基板３２６に熱を加え、基板３２６上の材料層の処理を促進することができる。
［００７２］基板３２６上の材料層の処理が完了すると、移送ロボットを使用して第１のチャンバ３０２から基板３２６を取り除くことができ、必要な場合には、後続の処理チャンバへ移送することができる。第１のチャンバ３０２の外へ基板３２６を移送する準備をするために、コントローラは、ガス供給システム３０６の排気システムを操作して、バルブアセンブリ２１２が開放される前に第１のチャンバ３０２を減圧しうる。具体的には、第１のチャンバ３０２の外へ基板３２６を移送する前に、第１のチャンバ３０２内の圧力を低下させるように第１のチャンバ３０２からガスを排気する。第１のチャンバ３０２と第２のチャンバ３０４との間の圧力差が最小限になりうるように、圧力を真空圧近くまで低下させうる。
［００７３］第１のチャンバ２０２と第２のチャンバ２０４との間のバルブアセンブリ２１２は、第１のチャンバ２０２内の圧力を第２のチャンバ２０４内の圧力から分離する。第１のチャンバ２０２内の高圧環境はしたがって、第２のチャンバ２０４内の低圧環境から切り離され、密封されうる。第１のチャンバ２０２から第２のチャンバ２０４へ直接、基板を移送することができるように、又は第２のチャンバ２０４から第１のチャンバ２０２へ直接、基板を移送することができるように、バルブアセンブリ２１２を開放可能である。
［００７４］図４を参照すると、高圧堆積システム４００は更に、図２のバルブアセンブリ２１２と同様に、第１のチャンバ４０２を第２のチャンバ４０４から分離する、第１のチャンバ４０２と第２のチャンバ４０４との間のバルブアセンブリ４１６を含む。第２のチャンバ４０４は、内壁４２０と外壁４２４との間の容積によって画定されうる。加えて、基板３２６は、ヒータ要素４８４を有するペデスタル４１８上でも支持可能である。基板は、ペデスタル４１８上に直接置く、又はペデスタルを通って延びるリフトピンアセンブリ４３０上に置くことができる。
［００７５］バルブアセンブリ４１６は、第１のチャンバ４０２の内壁４２０と基部４２２に対して移動可能なアーム４２５によって形成される。アーム４２５は、第１のチャンバ４０２の外壁４２０と基部４２２に対して移動可能であってよい。具体的には、バルブアセンブリ４１６は、第１のチャンバ４０２と第２のチャンバ４０４との間にスリットバルブ４２３を含む。スリットバルブ４２３は、スリット４２３ａと、アーム４２５とを含む。スリット４２３ａは、第１のチャンバ４０２の内壁４２０のうちの１つを通って延びている。アーム４２５の垂直端部４２５ａは、第１のチャンバ４０２の外に位置づけされているが、アーム４２５の水平端部４２５ｂは、第１のチャンバ４０２内に位置づけされている。アーム４２５の垂直端部４２５ａは、第２のチャンバ４０４内に位置づけされ、第２のチャンバ４０４内に位置づけされたアクチュエータによって動かされうる。あるいは、アーム４２５の垂直端部４２５ａが第２のチャンバ４０４の外に位置づけされることにより、やはり第２のチャンバ４０４の外に位置づけされたアクチュエータ４２８によって動かされる。
［００７６］アーム４２５はスリット４２３ａを通って延び、壁４２０に対して移動可能であるため、アーム４２５を壁４２０とともにシールを形成するような位置へ移動させることができる。アクチュエータ４２８は、アーム４２５の垂直端部４２５ａに連結され、壁４２０に対してアーム４２５の水平端部４２５ｂを動かす。アーム４２５は、スリット４２３ａを塞ぐ、又は塞がないように垂直に移動可能である。具体的には、アーム４２５の垂直端部４２５ａは、隣接する内壁４２０の内面に実質的に平行に延びたフランジであってよい、又はフランジを含みうる。アーム４２５はまた、アーム４２５の水平端部４２５ｂが壁４２０と密着するように、又は壁４２０との密着が解除されうるように側方へも動かされる。アーム４２５はまた、外壁４２４の開孔４２６を通って延びていてもよい。
［００７７］バルブアセンブリ４１６は、解放位置と閉鎖位置との間で移動可能である。バルブアセンブリ４１６が開放位置にあるときに、アーム４２５の水平端部４２５ｂは壁４２０、例えば壁４２０の内面から側方に間隔をおいて配置される。加えて、アーム４２５の水平端部４２５ｂは、スリット４２３ａを塞がないように垂直に位置づけされる。スリット４２３ａはしたがって、第１のチャンバ４０２と第２のチャンバ４０４との間の流体連結を可能にし、また例えば上述したようにロボット等によって基板３２６を第１のチャンバ４０２の内外に移動させることも可能にする開口部を提供する。バルブアセンブリ４１６が閉鎖位置にあるときに、アーム４２５の水平端部４２５ｂがスリット４２３ａを塞いで、壁４２０のうちの１つと接触することにより、第１のチャンバ４０２を第２のチャンバ４０４から分離するシールが形成される。加圧されると、フランジ又は水平端部４２５ｂが、第１のチャンバ４０２を画定している壁４２０の内面と接触する。壁４２０と接触する表面の水平端部４２５ｂの周囲に沿ってＯリングが載置され、第１のチャンバ４０２が加圧されたときに、封じ込めのシールの強化を助ける。
［００７８］ペデスタル４１８のヒータ要素４８４は、第１のチャンバ４０２のガスを最大２５０℃に加熱する。Ｏリングの損傷を防止するために、アーム４２５は、内部ガスチャネル４８０を含む。内部ガスチャネル４８０は、冷却ガス供給４８２から供給され、アーム４２５を通して冷却ガスを流す導管である。内部ガスチャネル４８０は、水平端部４２５ｂを通って延びていてよい、あるいは、水平端部４２５ｂと垂直端部４２５ａの両方を通って延びていてよい。内部ガスチャネルと冷却ガス供給４８２は、バルブアセンブリ４１６が解放位置にあるときに冷却ガス供給４８２からのガスが使用不可能となり、基板の移送が行われているときに冷却ガスの流れが防止されるように構成されうる。
［００７９］図５を参照すると、リフトピンアセンブリ４３０は、加熱要素とともにペデスタル５００の中に組み込まれうる。ペデスタル５００は、例えば、記載されたペデスタル４１８のうちの１つに対応しうる。ペデスタル５００は、プレート５０８に画定された開口部５０６に少なくとも部分的に配置されたリフトピン５０４を有するリフトピンアセンブリ５０２（例：リフトピンアセンブリ４３０）を含む。リフトピン５０４を使用してペデスタル５００から基板が持ち上げられることにより、移送ロボット、例えば移送ロボット１０６、１０８のうちの１つが基板にアクセスして、基板をチャンバの外へ移動させることができる。リフトピン５０４は、アクチュエータ５０５によって、リフトピン５０４がペデスタル５００内に後退している第１の位置から、リフトピン５０４がペデスタル５００から突出している第２の位置へと動かされる。
［００８０］ペデスタルからの放射及び伝導に起因して、リフトピンアセンブリ５０２周囲のエリアが熱くなる、例えば１５０℃又は２００℃になる。リフトピンアセンブリ５０２向けの様々な冷却機構が可能である。一例では、壁５２４に、冷却ガス（例えば１００℃未満のＨ２）をリフトピンアセンブリ５０２の領域へ送るガスチャネル５２０を有していてよい。
［００８１］本発明の幾つかの実施形態が記載されている。それでも、本発明の意図及び範囲から逸脱せずに、様々な変更を行うことが可能であることを理解すべきである。例えば、前述では、コバルト又はニッケル層膜から金属シリサイド層の形成を記載したが、ある実装態様では、他の材料を使用することが可能である。例えば、本書に記載の金属シリサイド材料を形成するための他の材料には、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、プラチナ、鉄、ニオブ、パラジウム、及びそれらの組み合わせ、及びニッケル・コバルト合金、コバルト・タングステン合金、コバルト・ニッケル・タングステン合金、ドープされたコバルト及びニッケルの合金、又はニッケル・鉄合金を含むその他の合金が含まれうる。
［００８２］堆積システムに関連して上述したが、提供されるガスによっては、エッチングシステムに高圧チャンバを使用する場合もある。あるいは、不活性ガスで高圧チャンバを充填することができ、高圧チャンバを高圧における熱処理のみに使用することができる。本書に記載の処理プラットフォームは、他の種類の処理チャンバを含みうる。例えば、処理プラットフォームは、パターンを基板の表面上にエッチングするエッチングチャンバを含みうる。
［００８３］処理プラットフォームの異なるチャンバは各々、真空に近い気圧から、５０気圧を上回る範囲の様々な圧力環境を有しうる。チャンバ間の分離バルブ、例えば真空バルブは、互いの圧力からの分離を可能にし、これにより、各チャンバ内でこれらの様々な圧力環境を維持することができる。
［００８４］したがって、その他の実施形態は下記の特許請求の範囲内にある。

Claims (15)

  1. 基板上で層を処理するための高圧処理システムであって、
    第１のチャンバと、
    前記第１のチャンバで前記基板を保持する支持体と、
    前記第１のチャンバに隣接した第２のチャンバと、
    前記第２のチャンバからガスを除去するフォアラインと、
    前記第２のチャンバ内の圧力を真空近くまで低下させるように構成された真空処理システムと、
    前記第１のチャンバ内の圧力を前記第２のチャンバ内の圧力から分離させる前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間のバルブアセンブリと、
    前記第１のチャンバへガスを導入して、前記ガスが前記第１のチャンバ内にある間、かつ前記第１のチャンバが前記第２のチャンバから分離されている間、前記第１のチャンバ内の圧力を少なくとも１０気圧まで上昇させるように構成されたガス供給システムと、
    前記ガス供給システム及び前記バルブアセンブリを操作するように構成されたコントローラと、
    前記第１のチャンバからガスを除去する排気ラインを備える排気システムと、
    前記ガス供給システム及び前記排気ラインの一部を囲み、前記ガス供給システム及び前記排気ラインの一部から漏洩しているガスを前記フォアラインへそらすように構成された格納エンクロージャと
    を備える、システム。
  2. 前記ガス供給システムが、前記ガスを前記第１のチャンバへ供給する前に、前記ガスの圧力を上昇させるように構成された第１のポンプを備える、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記格納エンクロージャによって囲まれた前記ガス供給システムの一部が、前記第１のポンプと、前記第１のポンプと前記第１のチャンバとを接続する供給ラインとを備える、請求項２に記載のシステム。
  4. 第２のガスを前記第１のチャンバへ導入し、前記第２のガスが前記第１のチャンバ内にある間に、かつ前記第１のチャンバが前記第２のチャンバから分離されている間に、前記第１のチャンバ内の圧力を少なくとも１０気圧まで上昇させるように構成された第２のガス供給システムを備える、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記第２のガス供給システムは、前記第２のガスを前記第１のチャンバへ供給する前に、前記第２のガスの圧力を少なくとも４０気圧まで上昇させるように構成された第２のポンプを備える、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記ガス供給システムが、スチームを前記第１のチャンバへ導入するスチーム供給システムを備える、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記格納エンクロージャの中に水素センサを更に備え、前記コントローラが前記水素センサから水素の漏洩を示す信号を受信した場合に、前記コントローラが第２のポンプを遮断するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記第２のチャンバ内に圧力を生成するように構成された真空処理システムを更に備え、前記圧力は１気圧未満である、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記バルブアセンブリは、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間にスリットバルブを備えている、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記スリットバルブは、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間の壁を貫通するスリットと、アームが前記スリットを塞いで前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間にシールを形成している第１の位置と、前記スリットが塞がれておらず、前記スリットバルブを通して前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ前記基板を移送可能である第２の位置との間で移動可能なアームとを備えている、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記アームは、第１の位置において前記第１のチャンバを画定している壁の内面と密着してＯリングを圧縮し、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間にシールを形成するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記スリットに対して前記アームを移動させるアクチュエータであって、前記第２のチャンバの外で前記アームの端部に連結されているアクチュエータを更に備える、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記アームの内部にガスチャネルを更に備え、前記ガスチャネルは第１の端部において冷却ガス源に接続されている、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記支持体から前記基板を持ち上げるリフトピンアセンブリと、
    前記リフトピンアセンブリの近くに冷却ガスを供給して、前記リフトピンアセンブリを冷却する冷却チャネルと
    を更に備える、請求項１に記載のシステム。
  15. 半導体製造装置であって、
    内部に位置づけされたロボットを有する中央真空チャンバと、
    前記中央真空チャンバに連結されたファクトリインターフェースモジュールと、
    第１の真空バルブによって前記中央真空チャンバに連結された低圧処理チャンバと、
    第２の真空バルブによって前記中央真空チャンバに前記第２のチャンバが連結されている請求項１に記載の高圧堆積システムと
    を備える、装置。
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