JP3199712U - エピタキシャルシリコン堆積用の高容量且つ低コストのシステムのためのガス注入器 - Google Patents

エピタキシャルシリコン堆積用の高容量且つ低コストのシステムのためのガス注入器 Download PDF

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Abstract

【課題】太陽電池製造用の装置及び技法に関し、基板処理チャンバにおける使用のためのガス注入器を提供する。【解決手段】処理チャンバにおける使用のためのガス注入器は、処理チャンバ内へ第１プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第１セット、及び処理チャンバ内へ第２プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第２セットを含むことができ、ガスオリフィスの第１セットは、ガスオリフィスの第２セットの少なくとも２つのガスオリフィスの間に配置される。【選択図】図４Ｃ

Description

本考案の実施形態は、概して半導体処理装置に関し、より具体的には、高効率単結晶エピタキシャル膜堆積装置などの太陽電池製造用の装置及び技法における使用のためのガス注入器に関する。
アモルファス及び多結晶太陽電池は、光をエネルギーに変換する効率性に限度がある。単結晶高移動度材料（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｈｉｇｈ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）は、遥かに高い効率をもつことができるが、通常、遥かにより高価である。従来の装置は、極端な必要条件を有し且つかかるコストが非常に高い半導体用途のために設計されている。しかしながら、これらのシステムすべては、コストが高く、高いスループットオートメーションが可能ではない。
高スループットの光起電力用途のために非常に低コストのエピタキシャル堆積を達成するためには、考案者たちは、すべてを単純に大型化するよりは、急進的な変化が必要であると考えている。例えば、バッチリアクタは、材料、消耗品、及びオートメーション課題のコストが高く、スループットが限られていることを考案者たちは認めている。水素、窒素、水、及び前駆体の非常に高い流量もさらに必要とされる。さらに、厚膜を成長させるときに大量の有害な副生成物が生成される。
エピタキシャルプロセスのために連続リアクタが何度も試されてきたが、生産に相応しかったことはなく、優れた前駆体用途を達成したこともない。貧相な膜品質及び過剰メンテナンスが主な問題である。
一方で、単一ウエハリアクタは、前駆体及び電力（電気）の利用が非常に非効率であり、ウエハあたりのスループットがより低い。それに加えて、単一ウエハリアクタは、複雑な基板リフト／回転機構を必要とする。それゆえ、単一ウエハリアクタは、非常に高い品質、低い金属汚染レベル、及び優れた厚さの均一性と抵抗性を有することができるが、これらの結果を得るためのウエハあたりのコストは非常に高い。
したがって、考案者は、高い前駆体の利用度、単純なオートメーション、低コスト、及び高いスループット及びプロセス品質を有する比較的単純なリアクタの設計のうちの幾つか又はすべてを提供することができる基板処理ツールの実施形態を提供した。
本明細書では、基板処理チャンバにおける使用のための装置が提供される。幾つかの実施形態では、処理チャンバにおける使用のためのガス注入器は、処理チャンバ内へ第１プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第１セット、及び処理チャンバ内へ第２プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第２セットを含むことができ、ガスオリフィスの第１セットは、ガスオリフィスの第２セットの少なくとも２つのガスオリフィスの間に配置される。
幾つかの実施形態では、基板処理ツールは、ベース、及びベースから上方へ延在し、且つその上に配置されたときに一つ又は複数の基板を支持するように構成されるそれぞれの基板支持面を有する対向する基板支持体のペアを有する基板キャリアと、基板キャリアを支持するために下面を有するエンクロージャを含む第１基板処理モジュールとを含むことができ、基板処理モジュールは、対向する基板支持体のペアの間に中央領域に向けて第１プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第１セット、及びガスオリフィスの第１セットの両側上に配置され、且つ基板キャリア上に配置されるとき、基板の上に第２プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第２セットを含むガス注入器と、エンクロージャから第１プロセスガス及び第２プロセスガスを除去するためにガス注入器の反対側に配置される排気装置とを含む。
本考案の他の実施形態及びさらなる実施形態については、以下に記載する。
上記で簡単に要約し、以下でより詳細に論じる本考案の実施形態は、添付の図面に示す本考案の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、本考案は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本考案の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本考案の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
図１は、本考案の幾つかの実施形態による、指標付きのインライン基板処理ツールを示す。 図２は、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理ツールのモジュールの断面図である。 図３は、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理ツールのモジュールを示す。 図４Ａは、本考案の幾つかの実施形態による、ガス入口の概略上面図である。 図４Ｂは、本考案の幾つかの実施形態による、別のガス入口の等角図を示す。 図４Ｃは、本考案の幾つかの実施形態による、別のガス入口の分解等角図を示す。 図４Ｄは、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理モジュール内に配置されるガス入口の概略側断面図である。 図４Ｅは、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理モジュール内に配置されるガス入口の概略制御ブロック図である。 図５は、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理ツールにおいて使用される基板キャリアを示す。
理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。これらの図は、縮尺どおりには描かれておらず、分かりやすくするために簡略化されていることがある。１つの実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態内に有益に組み込むことができることが予期される。
エピタキシャルシリコン堆積用の高容量且つ低コストのシステムの実施形態が本明細書で提供される。範囲を限定しないが、考案者は、考案の基板処理システムが太陽電池製造用途のために特に有利でありうると考える。
考案のシステムは、マルチステップ基板処理（ｍｕｌｔｉ−ｓｔｅｐ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を実行するために利用される従来の基板処理ツールに比べて、有利には、対費用効果が高くシンプルな製造可能性、及びエネルギーとコストの効率がよい使用法を提供することができる。
例えば、基本設計構成要素は、低コストを維持するために標準的な形態で容易に入手可能な材料を使用することによって製造を簡略化し且つコストを抑えるために、フラットプレートに基づく。信頼性の高いリニアランプを使用することができる。特定のランプは、特定の用途のために最適化することができる。ランプは、エピタキシャル堆積リアクタにおいて通常使用される種類のものであることができる。システムの内部の流れ場をさらにそれぞれの特定用途のために最適化し、廃棄物を最小限にすることができる。この設計によってパージガスの所要量が最小限となり、前駆体の利用度が最大限となる。洗浄ガスを排気システムに加え、堆積された材料を排気チャネルから除去することを容易にすることができる。ロード及びアンロードのオートメーションもさらにインライン処理を促進するために分離することができる。複雑なオートメーションはオフラインで取り扱うことができる。基板は、システムの最大限の柔軟性のためにキャリア上（サセプタ）に予めロードされ、それにより他のステップへの統合が容易となる。このシステムは、システム構成の柔軟性をもたらす。例えば、多層構造又はより高いスループットのために、複数の堆積チャンバ（又はステーション）を組み込むことができる。
エピタキシャルシリコン堆積用の高容量且つ低コストのシステムの実施形態は、スタンドアローン基板処理ツール、クラスタ基板処理ツール、又は指標付きのインライン基板処理ツールクラスタ基板処理ツール、又は指標付きのインライン基板処理ツールを使用して実行することができる。図１は、本考案の幾つかの実施形態による、指標付きのインライン基板処理ツール１００を示す。指標付きのインライン基板処理ツール１００は、所望の半導体用途のために基板上で任意の処理を実行するように概して構成されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、指標付きのインライン基板処理ツール１００は、例えば、エピタキシャル堆積処理などの一つ又は複数の堆積処理を実行するように構成されることができる。
指標付きのインライン基板処理ツール１００は、直線的な配置で共に連結される複数のモジュール１１２（図示されている第１モジュール１０２Ａ、第２モジュール１０２Ｂ、第３モジュール１０２Ｃ、第４モジュール１０２Ｄ、第５モジュール１０２Ｅ、第６モジュール１０２Ｆ、及び第７モジュール１０２Ｇ）を概して備える。矢印１２２で示されるように、基板は指標付きのインライン基板処理ツール１００を通って移動することできる。幾つかの実施形態では、一つ又は複数の基板が指標付きのインライン基板処理ツール１００を通って動くことを容易にするために、一つ又は複数の基板は、例えば、図５に関連して以下で説明される基板キャリア５０２などの基板キャリア上に配置されることができる。
複数のモジュール１１２はそれぞれ、所望の処理の一部を実行するために個別に構成されることができる。所望の処理の一部だけを実行するために各モジュールを利用することによって、複数のモジュール１１２のうちの各モジュールは、その処理の一部に関連して、特異的に構成され及び／又は最も効率的な態様で動作するように最適化されてもよく、それにより、指標付きのインライン基板処理ツール１００は、マルチステップ処理を実行するために従来使用されてきたツールに比べて、より効率的になる。
加えて、各モジュールで所望の処理の一部を実行することによって、各モジュールに提供される処理資源（例えば電力、プロセスガス、又は同等物）が、モジュールが完了するように構成される処理の一部を完了するのに必要とされるだけの処理資源の量によって決定されてもよく、それにより、考案の指標付きのインライン基板処理ツール１００は、マルチステップ処理を実行するために従来使用されてきたツールに比べて、より効率的になる。
さらに、個別のモジュールは、有利には、一つ又は複数の基板上に異なるドーパント、例えば、１０ミクロンのｐ＋＋ドーパント、１０ミクロンのｐ＋ドーパント、１０ミクロンのｎドーパントの層を堆積することを可能にする。その一方で、従来の単一チャンバでは、異なるドーパントの堆積は、互いに干渉するために禁止されている。加えて、エピタキシャル層が別々のチャンバで蓄積されるインライン直線状堆積が、１つのモジュールから次のモジュールへの移送段階の間にエッチング効果をもたらすモジュール間のパージガスの使用（以下で説明）のため、キャリアの上で基板からのエピタキシャルシリコン（Ｓｉ）の過成長又はブリッジングを防ぐことを助ける。
指標付きのインライン基板処理ツール１００の例示的な構成において、幾つかの実施形態では、第１モジュール１０２Ａは、例えば、基板及び／又は基板キャリアから不純物を除去するために、並びに／或いは堆積のために基板を適切な雰囲気内に導入するために、パージガスを供給するように構成されることができる。第２モジュール１０２Ｂは、堆積を実行するのに適切な温度まで基板の温度を上昇させるために予熱又は温度ランプ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｍｐ）を実行するように構成されることができる。第３モジュール１０２Ｃは、材料の堆積に先立って基板から揮発性不純物を除去するためにベークを実行するように構成されることができる。第４モジュール１０２Ｄは、所望の材料を基板上に堆積するように構成されることができる。第５モジュール１０２Ｅは、例えばアニール処理などの堆積後処理を実行するように構成されることができる。第６モジュール１０２Ｆは、基板を冷却するように構成されることができる。第７モジュール１０２Ｇは、例えば、指標付きのインライン基板処理ツール１００から除去することに先立って、基板及び／又は基板キャリアから処理残留物を除去するために、パージガスを供給するように構成されることができる。特定の処理が必要とされない実施形態では、その処理の一部のために構成されるモジュールが除外されてもよい。例えば、堆積後にアニールが必要とされない場合、アニールのために構成されるモジュール（例えば、以上の例示的実施形態における第５モジュール１０２Ｅ）は、除外されてもよく、又は異なる所望の処理のために構成されるモジュールと交換されてもよい。
基板処理ツール１００の幾つかの実施形態は、モジュール１０２Ａ〜１０２Ｇを通して、当接基板キャリアを連続的に移送することができるインライン「押圧機構」（図示せず）又は他の機構を含む。例えば、指標付きの搬送は、キャリアモジュールをインラインリアクタを通して前に駆動するために、空気圧プランジャ型押圧機構を使用することができる。
複数のモジュールのうちの幾つか又はすべてが、指標付きのインライン基板処理ツール１００における他のモジュールに関連して、隔離された処理容積を維持することを容易にするために、例えばバリア１１８によって、隣接するモジュールから隔離又は遮蔽されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、バリア１１８は、例えば空気又は不活性ガスなどのガスカーテンであることができ、複数のモジュールを互いから隔離又は実質的に隔離するために、隣接するモジュール間に設けられる。幾つかの実施形態では、ガスカーテンは、各モジュール又は所望のモジュール（堆積モジュール又はドーピングモジュール）の４つの垂直壁すべてに沿って設けることができ、それによりモジュール又はキャリアの所望されない位置における望まれないクロス汚染又は堆積を制限する。このような隔離によって、炭素又は湿気などの汚染物質が反応ゾーン／基板に達することがさらに防止される。
幾つかの実施形態では、バリア１１８は、ゲート又はドアであってもよく、基板キャリアが１つのモジュールから次のモジュールへと動くことを可能にするために開くことができ、且つモジュールを隔離するために閉じることができる。幾つかの実施形態では、指標付きのインライン基板処理ツール１００は、ガスカーテンとゲートの両方を含み、例えば、幾つかのモジュールを隔離するためにガスカーテンを使用し、他のモジュールを分離するためにゲートを使用し、及び／又は幾つかのモジュールを分離するためにガスカーテンとゲートを使用することができる。一旦押圧機構が基板キャリアを各チャンバ内の所望の位置に送ると、ドア／ゲートアセンブリ（及びチャンバライナ要素）は、基板キャリアの周囲に密封を形成し、各チャンバの内部に閉鎖領域を形成する。ドア機構が開く又は閉じるにつれて、各ドアとそれに隣接するキャリアとの間にガス流（すなわち、ガスパージ又はガスカーテン）が供給され、チャンバ間のクロス汚染が防止される。供給されたガス流は、処理ツール１００の底部に配置される一つ又は複数の排気口によって受け入れられる。
幾つかの実施形態では、ガスカーテンの位置に応じて、窒素、水素、又はアルゴンガスが使用され、パージガスカーテンによって隔離がもたらされる。例えば、より高温の処理領域内のガスカーテンは、アルゴン又は水素ガスを使用して形成されるであろう。より高温の処理領域から離れた、ゲートの近くのより低温の領域内のガスカーテンは、操作のコストを最小限にするために窒素であってもよい。窒素ガスカーテンは、各モジュールの低温で不活性なセクションでしか使用することができない。
幾つかの実施形態では、ロードモジュール１０４は、指標付きのインライン基板処理ツール１００の第１端部１１４に配置されることができ、アンロードモジュール１０６は、指標付きのインライン基板処理ツール１００の第２端部１１６に配置されることができる。ロードモジュール１０４及びアンロードモジュール１０６が存在しているとき、ロードモジュール１０４及びアンロードモジュール１０６はそれぞれ、基板を指標付きのインライン基板処理ツール１００に供給すること及び基板を指標付きのインライン基板処理ツール１００から取り除くことを容易にすることができる。幾つかの実施形態では、ロードモジュール１０４及びアンロードモジュール１０６は、真空ポンプダウン機能及び大気圧に戻す機能を提供し、基板を指標付きのインライン基板処理ツール１００の外部の大気条件から（真空圧力を含むことができる）指標付きのインライン基板処理ツール１００の内部の条件へ移送することを容易にすることができる。幾つかの実施形態では、一つ又は複数の基板キャリア移送ロボット（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｏｂｏｔｓ）は、基板キャリアを、ロードモジュール１０４から供給する及びアンロードモジュール１０６から取り除くために利用し、それにより、指標付きのインライン基板処理ツール１００への基板キャリアの自動ローディング及び指標付きのインライン基板処理ツール１００からの基板キャリアの自動アンローディングを提供することができる。
幾つかの実施形態では、トラック１２０を指標付きのインライン基板処理ツール１００の軸方向長さに沿って設け、基板キャリアを指標付きのインライン基板処理ツール１００を通して導くことを容易にすることができる。トラック１２０は、指標付きのインライン基板処理ツール１００が取り付けられる施設の床又は他のベース面に沿って設けられることができる。このような実施形態では、各モジュールは、トラック１２０がモジュールの露出底部分に沿って位置決めされるように組み立てられるように構成してもよく、それにより基板キャリアをトラック１２０に沿って且つ各々のモジュールを通して動かすことが容易になる。代替的に、トラック１２０は、一旦モジュールが線形配列で組み立てられたら、モジュールの底面に取り付けることができる。代替的に、トラック１２０の一部は、すべてのモジュールが線形配列に組み立てられた後にトラック１２０が完全に形成されるように、個々のモジュールの底面に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、トラック１２０は、ホイール、ボールベアリング、又は他の種類のローラを含み、トラック１２０に沿った基板キャリアの低摩擦運動を容易にすることができる。幾つかの実施形態では、トラック１２０は、図２に関連して以下に記載されるように、低摩擦材料で製造又はコーティングし、トラック１２０に沿った基板キャリアの低摩擦運動を容易にすることができる。
幾つかの実施形態では、洗浄モジュール１１０は、ロードモジュール１０４とアンロードモジュール１０６の間に配置されることができる。洗浄モジュール１１０が存在しているとき、洗浄モジュール１１０は、基板キャリアを洗浄及び／又は準備し、別の一つ又は複数の基板を（戻り通路の矢印１０８によって示されるように）指標付きのインライン基板処理ツール１００を通る後続走行のために受け容れることができる。したがって、基板キャリアは複数回再利用することができる。
図２は、モジュール１０２Ｄなどのモジュールの例示的構成の断面図を示し、モジュールは、以上で説明される複数のモジュール１１２のうちの一つ又は複数のモジュールとして、及び幾つかの実施形態では、基板上に材料を堆積するように構成されるモジュールとして使用することができる。特定のモジュール（１０２Ｅ）に関しては以下で概して説明されているが、堆積処理用に特に必要とされる構成要素及び／又は構成のみを例外として、以下の説明はすべてのモジュールに概して適用される。
図２を参照すると、幾つかの実施形態では、モジュール１０２Ｄはエンクロージャ２０２を概して備える。エンクロージャ２０２は、半導体処理に適した任意の材料、例えばアルミニウム、ステンレス鋼などの金属から製造されてもよい。エンクロージャ２０２は、所与のサイズの一つ又は複数の基板を運ぶと同時に所望の流量及びプロファイルを促進するように構成される基板キャリア（例えば、以下で説明される基板キャリア５０２など）を収容するのに適切な任意の寸法を有することができる。例えば、幾つかの実施形態では、エンクロージャは、約２４インチ又は約３６インチの高さと長さ、及び約６インチの深さを有することができる。
幾つかの実施形態では、エンクロージャ２０２は、複数のプレートを共に連結してエンクロージャ２０２を形成することによって組み立てることができる。各エンクロージャ２０２は、処理のうちの所望の部分を実行することができる特定のモジュール（例えばモジュール１０２Ｄ）を形成するように構成されることができる。エンクロージャ２０２をこのような態様で組み立てることによって、エンクロージャ２０２を、単純でコスト効率の高いプロセスを介して、複数の用途のために複数量作成することができる。
エンクロージャの下面２０６は、基板キャリアを支持し、且つ基板キャリアがモジュール１０２Ｄを通って複数のモジュールのうちの隣接するモジュールへ直線状に移動するための通路を提供する。幾つかの実施形態では、下面２０６はトラック１２０として構成されることができる。幾つかの実施形態では、下面２０６は、下面２０６に連結されるトラック１２０、又はその一部を有することができる。幾つかの実施形態では、下面２０６又はトラック１２０は、コーティング、例えばニッケル合金（ＮｉＡｌ）含有コーティングなどの乾式潤滑剤を備え、モジュール１０２Ｄを通る基板キャリアの動きを容易にすることができる。代替的に、又は組み合わせによって、幾つかの実施形態では、複数のローラ（２２８において破線で示される）を下面２０６の上に配置し、モジュール１０２Ｄを通る基板キャリアの動きを容易にすることができる。このような実施形態では、複数のローラ２２８は、例えば石英（ＳｉＯ２）など、処理環境に対して非反応性の任意の材料から製造することができる。
幾つかの実施形態では、バリア２１９は、（例えば、図１で示されるようにバリア１１８を形成するために）エンクロージャ２０２の第１端部２１６及び／又は第２端部２１８に近接して配置されることができる。バリア２１９が存在しているとき、バリア２１９は、モジュール間のクロス汚染又は環境の混合を防ぐために、複数のモジュールのうちの各モジュールを隣接するモジュールから隔離する。幾つかの実施形態では、バリア２１９は、モジュール１０２Ｄの上に配置されるガス入口（例えばガス入口２０８など）によって供給される、例えばパージガスなどのガスの流れであることができる。代替的に、又は組み合わせによって、幾つかの実施形態では、バリア２１９は移動可能なゲートであることができる。ゲートは、例えば、シーケンスのうちの堆積の部分の間、特定の処理のために追加的な隔離をもたらす。
幾つかの実施形態では、ゲートは、例えばアルミニウム、研磨したステンレス鋼などの金属から製造されてもよい。他の実施形態では、処理システムのより高温の領域におけるゲートは、高温に耐えるために石英からつくることができる。
幾つかの実施形態では、モジュール１０２Ｄは、図２で示されるように例えばエンクロージャ２０２の側面２２０に配置されるウインドウ２１４など、エンクロージャの一つ又は複数の側面に配置される一つ又は複数のウインドウを備えることができる。ウインドウ２１４が存在しているとき、ウインドウ２１４は、輻射熱が、例えば、エンクロージャ２０２の内部の反対側のウインドウ２１４の側面に配置される輻射熱ランプから、エンクロージャ２０２内へ提供されることを可能にする。ウインドウ２１４は、エンクロージャ２０２の内部の処理環境に曝露されたときに劣化に耐える一方で、ウインドウ２１４を通して輻射熱が通ることを可能にするのに適切な任意の材料から製造されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、ウインドウ２１４は石英（ＳｉＯ２）から製造してもよい。
幾つかの実施形態では、モジュール１０２Ｄは、エンクロージャ２０２の上部２３０に近接して配置されるガス入口２０８を含み、一つ又は複数のガスを、エンクロージャ２０２内に形成される貫通孔２３１を介して、エンクロージャ２０２内へ供給することができる。ガス入口２０８は、所望のプロセスガス流をエンクロージャ２０２に供給するために適切な任意の態様で構成されることができる。ガス注入を２つの基板キャリアの間に提供し、２つの基板キャリアの間の反応ゾーンにおけるプロセスガス、及び／又は基板キャリアとモジュール壁の間のパージガスを収容することができる。
例えば、図４Ａを参照すると、幾つかの実施形態では、ガス入口２０８は、複数のガスオリフィス４１０を有するガス供給プレート４０２を備えることができる。ガスオリフィス４１０は、エンクロージャ２０２内へプロセスガスの所望の流れを供給するように構成されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、ガスオリフィス４１０は、図４Ａで示されるように、複数の内側ガス孔４０８及び複数の外側ガス孔４０６を備えることができる。このような実施形態では、内側ガス孔４０８は、エンクロージャ２０２の中央領域へプロセスガスの高速ジェット流を提供し、処理を容易にすることができる。幾つかの実施形態では、外側ガス孔４０６は、基板キャリア内に配置される基板の上にプロセスガスのより低い速度の層流を提供することができる。
加えて、外側ガス孔４０６は、モジュールの壁により近接しながらも反応ゾーンの内部にあるように内側ガス孔４０８の両側に配置され、それにより基板支持体の角度を算定することができる（例えば、外側ガス孔４０６は、約３度で配置される基板支持体に対してよりも約６度で配置される基板支持体に対して、壁により近接して配置されることができる）。幾つかの実施形態では、外側ガススロット４０６は、注入器に対して垂直にプロセスガスを注入する。他の実施形態では、外側ガス孔４０６は、基板支持面に平行してプロセスガスを流すように構成又は調整されることができる（例えば、外側ガス孔４０６は、基板支持キャリアが基板を支持するのと同じ角度で基板の表面にわたって層流を供給するように角度を付けることができる）。
図４Ｂ及び図４Ｃを参照すると、幾つかの実施形態では、ガス入口２０８のガス供給プレート４０２は、ベースプレート４２２に連結される注入プレート４２０を備えることができる。注入プレート４２０は、締め具孔４２４を使用して締め具によってベースプレート４２２に連結してもよく、又は基板処理の間に生まれる環境条件に耐えるに適切な態様で共に接合されることができる。幾つかの実施形態では、（図４Ｃに示されるように）ベースプレート４２２は複数のプレナム４２６を含むことができる。各プレナム４２６は、各プレナム４２６内に配置される一つ又は複数の入口４２８を介して、一つ又は複数のプロセスガスを受け入れることができる。
図４Ｃで示されるように、内側ガス孔４０８と外側ガス孔４０６の別々のゾーンは、各プレナム４２６に関連付けられることができ、それぞれのゾーンを介するガス注入はそれに応じて調節することができる。例えば、図４Ｃでは、注入プレート４２０上のゾーン４３０は、プレナムゾーン４３０’に対応する外側ガススロット４０６を含む。幾つかの実施形態では、内側ガス孔４０８及び外側ガス孔４０６の異なるゾーンを介するガス注入は、徐々に及び／又は一つのプレナム４２６から別のプレナムへ（例えば、モジュールの一つの端部からもう一つの端部へ）ガスの流量を開始、停止、又は変化させることにより、一時的及び／又は空間的に調節されうる。内側ガス孔４０８及び外側ガス孔４０６を介するガス注入は、流量を制御することができる並びに／或いは孔４０８又はスロット４０６（或いは孔４０８又はスロット４０６のゾーン）が使用されるファインチューニング（例えば、図４Ｅに示され及び以下で説明されるような流量コントローラ又はバルブ）の使用を通して動的に調整されることによって、さらに調節されうる。つまり、ガス入口２０８の幾つかの実施形態は、基板へのガスの空間的（例えば、列ごと、カラムごと、又はキャリアの領域による）及び／又は一時的な供給を動的に調整することができる複数のゾーンを有するガス供給プレート４０２を含む。これは、例えば、処理チャンバにおいてガス供給プレート４０２から最も遠い基板が、ガス供給プレート４０２により近く配置される基板上に堆積される層と似たような物理的、電気的、及び構造的な特性を有する堆積された層を含むことを保証する。
注入プレート４２０及びベースプレート４２２を含むガス供給プレート４０２は、例えば、透明又は不透明の石英（ＳｉＯ２）などの任意の適切な材料から製造されることができる。ガス供給プレート４０２用に使用される材料の熱伝達係数又は使用される石英の透明度は、ランプによるガス入口２０８の加熱を制御するために、及び基板処理の間にガス入口２０８への材料の望まれない堆積を防止又は制限するために、選択されることができる。
図４Ｄは、モジュール１０２Ｄ内に配置されるガス入口２０８の側面図を示す。図４Ｄで示されるように、ガス入口２０８は、パージガススロット４３２のもう一つのセットを含み、図１に関連して以下で説明されるように、バリア１１８として（或いは、ゲート又はドアがバリアとして使用されるとき、ゲートと組み合わせて）パージカーテンを設けることができる。パージガススロットによって各モジュール又は所望のモジュール（堆積モジュール又はドーピングモジュールなど）の４つの垂直壁すべてに沿ってパージカーテンを設け、モジュール又はキャリアの所望されない位置における望まれないクロス汚染又は堆積を制限することができる。つまり、パージガススロット４３２は、（例えば、以上で説明されるように、ウインドウ２１４及び／又はゲート又はドアに近接するように）エンクロージャの内部の一つ又は複数のコールドゾーンへパージガスの流れを供給し、コールドゾーンの内部の材料の望まれない堆積を減少又は除去することができる。
図４Ｅを参照すると、以上で説明されるように、ガス入口２０８の幾つかの実施形態は、基板へのガスの空間的（例えば、列ごと、カラムごと、又はキャリアの領域による）及び／又は一時的な供給を動的に調整することができる複数のゾーンを有するガス供給プレート４０２を含む。幾つかの実施形態では、各プレナム４２６にプロセスガスを供給する入口４２８はそれぞれ、（ガス供給導管４４８を介して）質量流量コントローラ４４０に連結されることができる。流量コントローラは、バルブ、質量流量、コントローラなどを含むことができる。流量コントローラ４４０は、ガス供給４４２に連結されることができる。幾つかの実施形態では、ガス供給４４２は、同じガスの種類又は異なるガスの種類であることができる。図示されていないが、幾つかの実施形態では、パージガススロット４３２は、一つ又は複数の流量コントローラ４４０及びガス供給４４２にさらに連結されることができる。流量コントローラ４４０及びガス供給４４２は、供給される一つ又は複数のプロセスガスの量、タイミング、及び濃度を制御するためにコントローラ４５０に作動的に連結されることができる。コントローラ４５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）４５２、メモリ４５４、及び支持回路４５６を含む。コントローラ４５０は、様々な基板処理ツール又はその構成要素を制御するために産業用の設定で使用できる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つとすることができる。コントローラ４５０のメモリ又はコンピュータ可読媒体４５４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体（例えば、コンパクトディスク若しくはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライバ、又はローカル若しくは遠隔の任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの一つ又は複数とすることができる。支持回路４５６は、従来の方式でプロセッサを支持するためにＣＰＵ４５２に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。本明細書に記載する本考案の方法は、本明細書に記載するようにガス入口２０８の動作を制御するために実行する又は呼び出すことができるソフトウェアルーチンとして、メモリ４５４内に記憶することができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ４５２によって制御されるハードウェアから遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶及び／又は実行することもできる。
図２に戻ると、幾つかの実施形態では、モジュール１０２Ｄは、ガス入口２０８（例えば底部２０４）の反対側のエンクロージャ２０２の一部に連結される排気装置２２１を備え、エンクロージャ２０２の底部２０４内で形成される通路２３３を介して、ガスがエンクロージャ２０２から除去されることを容易にすることができる。
図３を参照すると、幾つかの実施形態では、モジュール１０２Ｄは、エンクロージャ２０２の側面３０６、３０８に連結される一つ又は複数の加熱ランプ（図示の２つの加熱ランプ３０２、３０４）を含むことができる。加熱ランプ３０２、３０４は、ウインドウ２１４を介してエンクロージャ２０２内へ輻射熱を供給する。加熱ランプ３０２、３０４は、モジュール１０２Ｄの内部で処理のうちの所望の部分を実行するために、エンクロージャ内へ十分な輻射熱を供給するのに適切な任意の種類の加熱ランプであることができる。例えば、幾つかの実施形態では、加熱ランプ３０２、３０４は、約０．９ミクロンの波長又は幾つかの実施形態では約２ミクロンの波長で、輻射熱を供給することができるリニアランプ又はゾーンで分けられたリニアランプであることができる。所望の用途に基づいて、様々なモジュールでランプに使用される波長を選択することができる。例えば、所望のフィラメント温度を提供するように、波長を選択することができる。低波長の電球は、より安価であり、使用する電力がより少なく、且つ予熱に使用することができる。波長がより長い電球は、高出力を提供し、例えば堆積処理用により高い処理温度を提供することを容易にする。
幾つかの実施形態では、赤外線（ＩＲ）ランプは、一つ又は複数のゾーンにおいて提供され、基板キャリアに対して、及び最終的には基板に対して、熱エネルギーを提供することができる。ウインドウなど、堆積が所望されないチャンバの部分は、ＩＲ光エネルギーを吸収せず且つ加熱されない材料で製造することができる。このような熱管理は堆積を所望の領域に実質的に収める。例えば、モジュールの側面の上部から底部までの横帯におけるＩＲランプの一つ又は複数のゾーンによって、垂直温度勾配の制御が容易となり、堆積又は他の処理の逓減効果又は他の垂直不均一性が補償される。幾つかの実施形態では、温度は、徐々に調整できると同時にゾーン間で調節することもできる。図４に関連して以上で説明されたガス注入調整に加えて、この種類の粒状温度制御（ｇｒａｎｕｌａｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）、又はその組み合わせは、基板の上部から底部まで、並びに横方向に端から端まで（例えば、堆積された膜の厚み或いはドーパント濃度及び／又は深みの均一性）の基板処理結果の制御を容易にすることができる。
図５は、本明細書で説明される本考案の実施形態で使用することができる基板キャリア５０２の少なくとも１つの例示的な実施形態を示す。基板キャリア５０２は、指標付きのインライン基板処理ツール１００を通して又はクラスタ基板処理ツール（図示せず）に対して、２つ以上の基板を支持し、２つ以上の基板を運ぶことができる。幾つかの実施形態では、基板キャリア５０２は、ベース５１２、及び対向する基板支持体のペア５０８、５１０を概して含むことができる。一つ又は複数の基板（図５で示される基板５０４、５０６）は、処理のために基板支持体５０８、５１０それぞれに配置されることができる。幾つかの実施形態では、基板支持体５０８、５１０は、２つの基板が互いに向き合ってその間に反応ゾーンが画定されるように、基板キャリア５０２上に固定され、且つ互いに対して鋭角に保持されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、基板支持体５０８、５１０は、垂直方向から約２度と１０度の間の角度で保持される。
ベース５１２は、処理の間に基板支持体５０８、５１０を支持するのに適切な任意の材料、例えばグラファイトなどから製造することができる。幾つかの実施形態では、第１スロット５２６及び第２スロット５２８をベース５１２内に形成し、基板支持体５０８、５１０を第１スロット５２６及び第２スロット５２８の内部に少なくとも部分的に配置することを可能にし、基板支持体５０８、５１０を処理のために望まれる位置に保つことができる。幾つかの実施形態では、基板支持体５０８、５１０は、基板支持面が概して互いに向き合って「Ｖ」字形状に配置されるように、概して僅かに外側に角度が付いている。幾つかの実施形態では、ベース５１２は、絶縁材料から製造され、温度管理のために、透明な石英又は不透明な石英、或いは透明な石英と不透明な石英の組み合わせであることができる。
チャネル５１４は、ベース５１２の底面５２７に配置され、開口５１８は、ベース５１２の上面５２９からチャネル５１４へ、ベース５１２を貫通して配置され、一つ又は複数のガスがベース５１２を通って流れるための通路を形成する。例えば、基板キャリア５０２が上述のモジュール１０２Ｄなどのモジュールに配置されるとき、開口５１８及びチャネル５１４は、ガス入口（例えば上述のガス入口２０８）からモジュールの排気装置（例えば上述のモジュール１０２Ｄの排気装置２２１）までのガスの流れを促進する。キャリッジは石英から製造されてもよく、石英又は石英の下に配置される金属ベースに排気装置及び洗浄チャネルが機械加工される。バッフルは、ベース５１２を通して流れを均一化することを容易にするために提供されることができる。
幾つかの実施形態では、ベース５１２は、ベース５１２の内部に配置され、且つチャネル５１４を囲む導管５１６を含むことができる。導管５１６は、導管５１６をチャネル５１４に流体連結するための、導管５１６の長さに沿って形成される一つ又は複数の開口を有し、導管５１６からチャネル５１４へガスが流れることを可能にすることができる。幾つかの実施形態では、基板キャリア５０２がモジュール内に配置される間、洗浄ガスが導管５１６及びチャネル５１４に供給され、チャネル５１４から堆積された材料を除去することを容易にすることができる。排気装置の内部に処理副生成物が堆積されることを防ぐために洗浄ガスを一つ又は複数の排気装置に近接するように供給することができ、それにより、洗浄／保守に必要なダウンタイムが減少する。洗浄ガスは、モジュールから特定の材料を除去するのに適切な任意のガスであってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、洗浄ガスは、塩化水素（ＨＣ１）、塩素ガス（Ｃ１２）などのもう一つの塩素含有ガスを含むことができる。代替的に、幾つかの実施形態では、不活性ガスが導管５１６及びチャネル５１４に供給され、チャネル及びチャネルの表面を通って流れる排気ガスの間にバリアを形成することによってチャネル５１４上に材料が堆積されることを最小限にすることができる。
基板支持体５０８、５１０は、処理の間に基板５０４、５０６を支持するのに適切な任意の材料から製造することができる。例えば、幾つかの実施形態では、基板支持体５０８、５１０は、グラファイトから製造することができる。このような実施形態では、グラファイトは、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）でコーティングし、劣化に対する耐性を提供する及び／又は基板の汚染を最小限にすることができる。
対向する基板支持体５０８、５１０は、ベース５１２から上方へ且つ外側へ延在する、それぞれの基板支持面５２０、５２２を備える。したがって、基板５０４、５０６が基板支持体５０８、５１０の上に配置されるとき、基板５０４、５０６それぞれの上面５０５、５０７が互いに向き合う。処理の間に基板５０４、５０６を互いに向き合わせることにより、有利には、基板間に放射状空隙（例えば基板支持体５０８、５１０の間の領域５２４）がつくられ、それにより、基板５０４、５０６の両方に均等で釣り合いがとれた熱の量が供給され、したがって、基板５０４、５０６の間の処理の均一性が促進される。
幾つかの実施形態では、堆積の間にプロセスガスが基板支持体５０８、５１０の間の領域５２４に供給される一方で、基板支持体５０８、５１０の裏面５３０、５３２に近接して配置される熱源（例えば上述の加熱ランプ３０２、３０４）が基板５０４、５０６に熱を供給する。基板支持体５０８、５１０の間の領域５２４にプロセスガスが供給されることにより、有利には、モジュールの内側の構成要素がプロセスガスに曝されることが減少し、したがって、プロセスガスを熱源と基板支持体との間に供給する従来の処理システムに比べて、モジュールの内部のコールドスポット（例えばモジュールの壁、ウインドウ、又はその同等物など）上に材料が堆積されることが減少する。それに加えて、基板支持体５０８、５１０の裏面５３０、５３２を介して基板５０４、５０６を加熱することによって、モジュールの内部の任意の不純物が、基板５０４、５０６ではなく、基板支持体５０８、５１０の裏面５３０、５３２上に堆積し、それにより、有利には、基板５０４、５０６の上の材料の堆積が、高純度且つ少ない粒子数を有することを可能にすると考案者は認めている。
上記の図面で説明されているように、指標付きのインライン基板処理ツール１００の操作において、基板キャリア５０２内に配置される基板の第１セット（例えば基板５０４、５０６）を有する基板キャリア５０２は、第１のモジュール（例えば第１モジュール１０２Ａ）に提供される。第１のモジュールの第１側面及び／又は第２側面の上のバリア（例えばバリア１１８又はバリア２１９）が存在しているとき、これらのバリアは、第１のモジュールの隔離を容易にするために閉じられるか、又はオンにされることができる。次いで、処理のうちの第１部（例えば堆積処理のパージ工程）が、基板の第１セット上で実行されることができる。処理のうちの第１部が完了した後、第２の基板キャリア内に配置される基板の第２セットを有する第２の基板キャリアが第１のモジュールに提供される。第２の基板キャリアが第１のモジュールに提供されるにつれて、第２の基板キャリアが第１のキャリアを第２のモジュール（例えば第２モジュール１０２Ｂ）へと押し出す。次いで、処理のうちの第２部が第２のモジュール内の基板の第１セット上で実行される間に、処理のうちの第１部が第１のモジュール内の基板の第２セット上で実行される。後続の基板キャリアが追加されることが繰り返され、各基板キャリアが固定位置（すなわち、所望のモジュール内の）に提供され、それゆえ基板キャリアの機械的な指標付けが提供される。処理が完成するにつれて、基板キャリアは、アンロードモジュール（例えばアンロードモジュール１０６）を介して、指標付きのインライン基板処理ツール１００から取り除かれることができる。
上記は本考案の実施形態を対象とするが、本考案の基本的な範囲から逸脱することなく、本考案の他のさらなる実施形態を考案することができる。

Claims (15)

  1. 処理チャンバにおける使用のためのガス注入器であって、
    前記処理チャンバ内へ第１プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第１セット、及び
    前記処理チャンバ内へ第２プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第２セットを備え、
    前記ガスオリフィスの第１セットは、前記ガスオリフィスの第２セットの少なくとも２つのガスオリフィスの間に配置される、ガス注入器。
  2. 前記ガス注入器は細長い本体を含み、前記ガスオリフィスの第１セット及び第２セットは前記細長い本体の第１表面上に配置される、請求項１に記載のガス注入器。
  3. 前記細長い本体はベースプレートに連結される注入プレートを備え、前記ガスオリフィスの第１セット及び第２セットは前記注入プレート内に配置される、請求項２に記載のガス注入器。
  4. 前記ベースプレートは、それぞれの入口を介して、プロセスガスを受け入れるように構成される複数のプレナムを含む、請求項３に記載のガス注入器。
  5. 前記ガスオリフィスの第１セット及び第２セットはゾーンに分けられ、各ゾーンは前記複数のプレナムのうちの１つに関連付けられる、請求項４に記載のガス注入器。
  6. 前記第１プロセスガス及び前記第２プロセスガスの流量を開始、停止、又は変化させることにより、それぞれのゾーンを介したガス注入を時間的に又は空間的に調節できるように、各ゾーンに連結される流量コントローラ
    をさらに備える、請求項５に記載のガス注入器。
  7. 前記第１プロセスガス及び前記第２プロセスガスが同じ種のガスであるように、前記ガスオリフィスの第１セット及び第２セットに連結される第１ガス供給をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス注入器。
  8. 前記第１プロセスガス及び前記第２プロセスガスが異なる種のガスであるように、
    前記ガスオリフィスの第１セットに連結される第１ガス供給、及び
    前記ガスオリフィスの第２セットに連結される第２ガス供給
    をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス注入器。
  9. 前記ガスオリフィスの第１セット及び第２セットを囲み、且つ前記処理チャンバ内にパージガスバリアを供給するように構成されるガスオリフィスの第３セットをさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス注入器。
  10. 前記ガス注入器は透明の石英（ＳｉＯ２）から製造される、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス注入器。
  11. 前記ガス注入器は不透明の石英（ＳｉＯ２）から製造される、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス注入器。
  12. 基板処理ツールであって、前記基板処理ツールは、
    ベース、及び前記ベースから上方へ延在し、一つ又は複数の基板が上に配置されたときに一つ又は複数の基板を支持するように構成されるそれぞれの基板支持面を有する対向する基板支持体のペアを有する基板キャリアと、
    前記基板キャリアを支持するために下面を有するエンクロージャを含む第１基板処理モジュールとを備え、前記基板処理モジュールは、
    前記対向する基板支持体のペアの間に中央領域に向けて第１プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第１セット、及び前記ガスオリフィスの第１セットの両側上に配置され、且つ前記基板キャリア上に配置されるとき、基板の上に第２プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第２セットを含むガス注入器と、
    前記エンクロージャから前記第１プロセスガス及び前記第２プロセスガスを除去するために前記ガス注入器の反対側に配置される排気装置とを備える、基板処理ツール。
  13. 前記基板処理ツールは、直線的な配置で互いに連結される複数の基板処理モジュールを含む指標付きのインライン基板処理ツールであり、前記複数の基板処理モジュールのうちの各基板処理モジュールは、前記基板キャリアを支持し、且つ前記複数のモジュールのうちの第１のモジュールから、任意の介在モジュールを通って、前記複数のモジュールの最後のモジュールへと、前記複数のモジュールを通って直線的に移動するための前記基板キャリア用通路を設けるために、第１端部、第２端部、及び下面を有するエンクロージャを備える、請求項１２に記載の基板処理ツール。
  14. 前記ガス注入器は、前記第１基板処理モジュールの壁に近接して前記基板キャリアの周りにパージガスバリアを設けるように構成されるガスオリフィスの第３セットをさらに備え、前記パージガスバリアは、前記複数の基板処理モジュールの間のクロス汚染又は堆積を実質的に防ぐ、請求項１３に記載の基板処理ツール。
  15. 前記ガス注入器は細長い本体を含み、前記ガスオリフィスの第１セット及び第２セットは前記細長い本体の第１の表面上に配置され、前記細長い本体はベースプレートに連結される注入プレートを備え、前記ガスオリフィスの第１セット及び第２セットは前記注入プレート内に配置される、請求項１２に記載の基板処理ツール。
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