JP5905476B2 - Ｎａｎｏｃｕｒｅｕｖチャンバ用の石英シャワーヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ＵＶ光等を用いて、基板上に膜を形成し、処理するための処理ツールに関する。詳細には、本発明の実施形態は処理チャンバ内のガス流プロファイルを制御することに関する。

酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ_ｘ）及び炭素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯＣ_ｘ）のような、低い誘電率（低ｋ）を有する材料は、半導体デバイスの製造において極めて広範囲に及ぶ用途を見いだす。低ｋ材料を導電性インターコネクト間の金属間誘電体及び／又は層間誘電体として用いることによって、容量性効果に起因する信号伝搬の遅延が減少する。誘電体層の誘電率が低いほど、誘電体の静電容量が低くなり、集積回路（ＩＣ）のＲＣ遅延が小さくなる。

従来、低ｋ誘電体材料は、二酸化ケイ素よりも低い誘電率ｋ、すなわち、ｋ＜４を有する材料と定義される。低ｋ材料を得る典型的な方法は、二酸化ケイ素に炭素又はフッ素を含む種々の官能基をドープすることを含む。フッ素化ケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）は一般的に３．５〜３．９のｋを有するが、炭素ドーピング法によって、ｋ値を約２．５までさらに下げることができる。現在の試みは、超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体とも呼ばれる、最先端技術が必要とする２．５未満のｋ値を有する低ｋ誘電体材料を開発することに的が絞られている。

半導体基板上にシリコン含有膜を形成するための１つの手法は、チャンバ内で化学気相堆積（ＣＶＤ）のプロセスを通して行われる。シリコン含有膜のＣＶＤ中に、多くの場合に、有機シリコンを供給する材料が利用される。そのようなシリコン供給材料内に炭素が存在する結果として、チャンバ壁及び基板上に炭素含有膜を形成することができる。

さらに、超低ｋ（ＵＬＫ）誘電体材料は、低ｋ材料マトリックス内に気泡を組み込むことによって得ることができ、多孔性誘電体材料が作成される。多孔性誘電体を製造する方法は、通常、２つの成分：ポロジェン（通常、炭化水素のような有機材料）及び構造形成剤又は誘電体材料（例えば、シリコン含有材料）を含む「前駆体膜」を形成することを伴う。基板上に前駆体膜が形成されると、プロジェン成分を除去することができ、構造的に無傷の多孔性誘電体マトリックス又は酸化物ネットワークが残される。

前駆体膜からポロジェンを除去するための技法は、例えば、有機ポロジェンを破壊し、気化させるのに十分な温度まで基板が加熱される熱プロセスを含む。前駆体膜からポロジェンを除去するための１つの既知の熱プロセスは、ＣＶＤ酸化ケイ素膜の後処理に役立つＵＶ硬化プロセスを含む。例えば、いずれもＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許第６，５６６，２７８号及び第６，６１４，１８１号は、ＣＶＤ炭素ドープ酸化ケイ素膜の後処理のためのＵＶ光の使用を記述する。

ＵＶチャンバ及びプロセスは、ポロジェンを除去するためにＵＶ硬化プロセス中にチャンバを通る不均一なガス流を有する場合がある。不均一なガス流は、結果として、硬化プロセス中に基板を不均等に加熱することになり、その結果、基板にわたる温度勾配及び不均等な処理が生じる場合がある。さらに、ＵＶ処理チャンバは、無傷のポロジェン、ポロジェンの断片化された化学種、及び他のポロジェン残留物で被覆される可能性があり、その被覆はＵＶ光が基板に達することができるようにする窓を被覆することを含む。流れが不均一であるために、窓は、基板の他方のエッジよりも、一方のエッジに向かって優先的に被覆される場合もある。さらに、窓上にポロジェン残留物が不均一に蓄積する結果として、基板にわたって膜が不均等に硬化する場合がある。

時間の経過とともに、ポロジェン残留物は、基板において利用可能である有効なＵＶ強度を低減することによって、かつチャンバの冷たい構成要素において蓄積することによって、後続のＵＶポロジェン除去プロセスの有効性を低減する可能性がある。さらに、チャンバ内に過剰な残留物が蓄積することは、半導体処理に適していない、基板上の微粒子状欠陥の原因となる可能性がある。したがって、犠牲材料の熱的に不安定な有機物断片（ＣＶＤ中に多孔性を増すために用いられるポロジェンから生じる）は処理チャンバから除去される必要がある。それゆえ、ポロジェン残留物を除去するために、長い洗浄時間を要し、それに応じてスループットが低下する。

それゆえ、効率、スループットを高め、ＵＶポロジェン除去プロセスのためのＵＶ処理チャンバのような生産環境内にある処理チャンバの洗浄プロセスを改善することが必要とされている。それゆえ、従来技術において、スループットを高め、エネルギーの消費を最低限にし、チャンバ自体の内部表面のインサイチュ洗浄プロセスに適合したＵＶチャンバが必要とされている。

本発明の実施形態は包括的には処理チャンバ内のガス流プロファイルを制御するための装置及び方法を提供する。一実施形態では、処理ツールは、処理領域を画定する紫外線処理チャンバと、処理領域内で基板を支持するための基板支持体と、基板支持体から離隔して配置され、紫外線放射を生成し、基板支持体上に位置決めされる基板に送出するように構成される紫外線（ＵＶ）放射源と、ＵＶ放射源と基板支持体との間に配置される窓と、窓と基板支持体との間の処理領域内に配置され、上側処理領域と下側処理領域とを画定する透過性シャワーヘッドとを備える。上側処理領域は窓と透過性シャワーヘッドとの間に位置し、下側処理領域は透過性シャワーヘッドと基板支持体との間に位置する。透過性シャワーヘッドは上側処理領域と下側処理領域との間に１つ又は複数の透過性シャワーヘッド通路を有する。処理ツールはさらに、ガス分配リングであって、ガス分配リング内のガス分配リング内部チャネルと上側処理領域との間に１つ又は複数のガス分配リング通路を有する、ガス分配リングと、ガス分配リング下に位置決めされるガス排出リングであって、ガス排出リングは、ガス排出リング内のガス排出リング内部チャネルと下側処理領域との間に１つ又は複数のガス排出通路を有する、ガス排出リングとを備える。

別の実施形態では、処理チャンバ内の流れ分配プロファイルを制御する方法が、ガス化学種を処理チャンバの上側処理領域に注入することと、上側処理領域は窓と処理チャンバ内に位置決めされる透過性シャワーヘッドとの間に位置し、ガス化学種を透過性シャワーヘッド内に形成される１つ又は複数の通路を通して下側処理領域の中に流すことと、下側処理領域は透過性シャワーヘッドと処理チャンバ内に位置する基板支持体との間に位置し、下側処理領域から排気口を通してガス化学種を吐出することとを含む。

別の実施形態では、処理チャンバを洗浄するための方法が、処理チャンバの上側処理領域に洗浄ガスを注入することと、上側処理領域は窓と処理チャンバ内に位置決めされる透過性シャワーヘッドとの間に位置し、反応性化学種を形成するため、洗浄ガスをＵＶ光及び熱のうちの少なくとも一方と反応させることと、反応性化学種を透過性シャワーヘッド内に形成される１つ又は複数の通路を通して下側処理領域の中に流すことと、下側処理領域は透過性シャワーヘッドと処理チャンバ内に位置する基板支持体との間に位置し、窓の表面及び透過性シャワーヘッドの表面上に堆積した残留物を除去することと、反応性化学種及び残留物を下側処理領域から排気口を通して吐出することとを含む。

本発明の先に記載された特徴を細部にわたって理解することができるように、複数の実施形態を参照することによって、先に簡単に要約された本発明のさらに詳細な説明を行うことができ、それらの実施形態のうちの幾つかが添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、本発明は同等に実効的な他の実施形態も受け入れることができるので、それらの図面は本発明の範囲を制限すると見なされるべきではないことに留意されたい。

本発明の実施形態を組み込むことができる半導体処理システムの平面図である。 ＵＶ硬化用に構成される半導体処理システムのタンデム処理チャンバの図である。 ２つの処理領域の上方にそれぞれ配置される２つのＵＶ電球を備える蓋アセンブリを有するタンデム処理チャンバの部分断面図である。 蓋アセンブリを外した、処理チャンバのうちの１つの一部の概略的な等角断面図である。 Ａの部分は窓アセンブリを外した図４の処理チャンバの概略的な等角断面図で、Ｂの部分はシャワーヘッドの拡大断面図である。 ガス流路を示す図５のＡの処理チャンバの概略的な断面図である。 図６に示される処理チャンバ及びガス流路の位置の拡大等角断面図である。

理解するのを容易にするために、可能な場合には、複数の図面に共通の同じ要素を指定するために同じ参照番号が使用されている。一実施形態において開示される要素は、特に列挙はしないが、他の実施形態においても都合良く利用できると考えられる。

詳細な説明
本発明の実施形態は包括的には、紫外線（ＵＶ）処理チャンバと、処理領域内の流れプロファイルを制御するための処理チャンバ内のハードウェアとを有する処理ツールを提供する。本発明の実施形態によれば、処理ツールは、紫外線処理チャンバ内のガスの供給、流路、分配及び除去を制御でき、それにより、種々のプロセスをより良好に制御できるようになる。本発明の実施形態は、処理ツール内の流れプロファイルを制御する方法、及び処理ツールを洗浄する方法も提供する。

そのハードウェアの設計は、ＵＶチャンバ、ランプ加熱チャンバ、又は基板上で直に、若しくは基板の上方において、膜を処理するか、若しくは反応を触媒するために光の形のエネルギーが用いられる他のチャンバ内で処理される基板にわたって特定の流れプロファイル分配を可能にする。さらに、蓄積された任意の残留物を除去することによって、プロセスチャンバ壁、ＵＶ窓、及び基板支持体を効率的に洗浄することができる。さらに、本発明の実施形態は、基板処理中の基板ガス放出の流れプロファイルを制御することによって、蓄積される初期残留物を低減する。任意の処理チャンバ又はプロセスが本発明の実施形態を用いることができるが、ポロジェン含有膜のＵＶ硬化を用いて、本発明が説明されることになる。

ＵＶ硬化のために用いられる処理チャンバの一実施形態において、タンデム処理チャンバは、チャンバ本体内の２つの別々の、かつ隣接する処理領域と、各処理領域の上方にそれぞれ位置合わせされる１つ又は複数の電球隔離窓を有する蓋とを提供する。電球隔離窓は、１つ又は複数の電球を１つの大きな共通の体積内の基板から隔離するためにタンデム処理チャンバの面当たり１つの窓を有するように、又は電球アレイの各電球が、処理領域と直接接触しているＵＶ透過性エンベロープ内に封入されるように実装することができる。処理領域当たり１つ又は複数のＵＶ電球が、蓋に結合されるハウジングによって覆われることができ、ＵＶ電球はＵＶ光を放射し、そのＵＶ光は窓を通って各処理領域内に位置する各基板上に向けられる。

ＵＶ電球は発光ダイオードのアレイとすることができるか、又は限定はしないが、マイクロ波アークランプ、高周波フィラメント（容量性結合プラズマ）ランプ及び誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）ランプを含む、最新技術のＵＶ照明源のいずれかを利用する電球とすることができる。さらに、ＵＶ光は硬化プロセス中にパルス動作することができる。基板照明の均一性を高めるための種々の概念はランプアレイの使用を含み、ランプアレイを用いて、入射光の波長分布を変更し、回転及び周期的並進（掃引）を含む基板とランプヘッドとの間の相対的な動きを変更し、ランプ反射体の形状及び／又は位置のリアルタイム変更を実施することもできる。ＵＶ電球は紫外線放射の放射源であり、ＵＶ及び赤外線（ＩＲ）放射波長の広範なスペクトル範囲を送出することができる。

硬化プロセス中に形成される残留物は炭素、例えば、炭素及びシリコンを含むことができ、オゾンに基づく洗浄を用いて除去される。オゾンの生成は、必要なオゾンを遠隔的に生成して硬化チャンバに輸送すること、インサイチュで生成すること、又はこれら２つの方式を同時に実行することによって成し遂げることができる。オゾンを遠隔的に生成する方法は、限定はしないが、誘電体障壁／コロナ放電（例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＯｚｏｎａｔｏｒ）又はＵＶ活性化反応器を含む、任意の既存のオゾン生成技術を用いて成し遂げることができる。誘電体材料を硬化させるために用いられるＵＶ電球及び／又は離れて位置することができる更なる１つ又は複数のＵＶ電球を用いて、オゾンを生成することもできる。

図１は、本発明の実施形態を用いることができる半導体処理システム１００の平面図である。システム１００は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されるＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）処理システムの一実施形態を示す。処理システム１００は、メインフレーム基板１０１上に支持される必要な処理設備を有する自給式システムである。処理システム１００は包括的には、基板カセット１０９が支持され、基板がロードロックチャンバ１１２との間でロード及びアンロードされるフロントエンドステージングエリア１０２と、基板ハンドラ１１３を収容する移送チャンバ１１１と、移送チャンバ１１１上に取り付けられる一連のタンデム処理チャンバ１０６と、ガスパネル１０３及び配電パネル１０５のような、システム１００の動作のために必要とされる支援設備を収容するバックエンド１３８とを含む。

各タンデム処理チャンバ１０６は基板を処理するための２つの処理領域を含む（図３を参照）。２つの処理領域は、共通のガス供給源、共通の圧力制御、及び共通のプロセスガス排気／ポンピングシステムを共有する。システムのモジュール式設計によって、任意の１つの構成から任意の他の構成に迅速に改造できるようになる。特定のプロセスステップを実行するためにチャンバの配置及び組み合わせを変更することができる。タンデム処理チャンバ１０６のいずれかが、後に説明されるような本発明の態様による蓋を含むことができ、蓋は、基板上での低ｋ材料の硬化プロセス、及び／又はチャンバ洗浄プロセスにおいて用いるための１つ又は複数の紫外線（ＵＶ）ランプを含む。一実施形態では、３つ全てのタンデム処理チャンバ１０６がＵＶランプを有し、スループットを最大にするために並列に動作するＵＶ硬化チャンバとして構成される。

タンデム処理チャンバ１０６の全てがＵＶ硬化チャンバとして構成されるとは限らない代替の実施形態では、タンデム処理チャンバのうちの１つ又は複数が、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング等の種々の他の既知のプロセスに対応することが知られている支援チャンバハードウェアを有するように、システム１００を適合させることができる。例えば、タンデム処理チャンバ１０６のうちの１つが基板上に低誘電率（ｋ）膜のような材料を堆積するためのＣＶＤチャンバとして用いられるように、システム１００を構成することができる。そのような構成は、研究開発及び製造において最大限に活用することができ、所望により、堆積された状態の膜が雰囲気に晒されないようにすることができる。

中央処理装置（ＣＰＵ）１４４、メモリ１４２及び支援回路１４６を含むコントローラ１４０が、半導体処理システム１００の種々の構成要素に結合され、本発明のプロセスの制御を容易にする。メモリ１４２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、又は半導体処理システム１００又はＣＰＵ１４４に対してローカル又はリモートに配置される任意の他の形のデジタル記憶装置のような、任意のコンピュータ可読媒体とすることができる。支援回路１４６は、従来通りにＣＰＵを支援するためにＣＰＵ１４４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、入力／出力回路及びサブシステム等を含む。メモリ１４２内に記憶されるソフトウェアルーチン又は一連のプログラム命令が、ＣＰＵ１４４によって実行されるときに、ＵＶ硬化タンデム処理チャンバ１０６は本発明のプロセスを実行する。

図２は、ＵＶ硬化用に構成される半導体処理システム１００のタンデム処理チャンバ１０６のうちの１つを示す。タンデム処理チャンバ１０６は、本体２００と、本体２００にヒンジ結合される蓋２０２とを含む。チャンバ本体２００は、アルミニウムから形成することができる。蓋２０２に結合されるのは２つのハウジング２０４であり、ハウジング２０４はそれぞれ、冷却用空気をハウジング２０４の中に通すために、排出口２０８とともに吸気口２０６に結合される。冷却用空気は、室温又は約２２℃とすることができる。中央加圧空気源２１０が、任意のＵＶランプ電球、及び／又はタンデム処理チャンバ１０６に関連付けられる電球のための電源２１４の適切な動作を保証するだけの十分な流量の空気を吸気口２０６に与える。排出口２０８はハウジング２０４から排気を受け取り、排気は共通排気システム２１２によって収集され、排気システム２１２は、電球選択に応じて、ＵＶ電球によって生成される可能性があるオゾンを除去するスクラバを含むことができる。オゾン管理問題は、酸素を含まない冷却用ガス（例えば、窒素、アルゴン又はヘリウム）を用いてランプを冷却することによって回避することができる。

図３は、蓋２０２、ハウジング２０４及び電源２１４を備えるタンデム処理チャンバ１０６の部分断面図を示す。各ハウジング２０４は、本体２００内に画定される２つの処理領域３００の上方にそれぞれ配置される、２つのＵＶランプ電球３０２のうちの１つをそれぞれ覆う。各処理領域３００は、処理領域３００内で基板３０８を支持するための、基板支持体３０６のような加熱用基板支持体を含む。基板支持体３０６は、セラミック、又はアルミニウムのような金属から形成することができる。好ましくは、基板支持体３０６は心棒３１０に結合し、心棒３１０は本体２００の底部を貫通して延在し、駆動システム３１２によって、処理領域３００内の基板支持体３０６をＵＶランプ電球３０２に対して近接離反させるように動作する。駆動システム３１２は、基板照明の均一性をさらに高めるために、硬化中に基板支持体３０６を回転させ、かつ／又は並進させることもできる。基板支持体３０６を調整可能に位置決めすることによって、揮発性の硬化副生成物を制御できるようになり、さらに、焦点距離のような光供給システム設計の検討事項の性質に応じて、基板３０８上の入射ＵＶ放射照度レベルを微調整できる可能性に加えて、パージ及び洗浄ガス流パターン及び滞留時間を制御できるようになる。

一般的に、水銀マイクロ波アークランプ、パルス式キセノンフラッシュランプ、又は高効率ＵＶ発光ダイオードアレイのような任意のＵＶ源を用いることができる。ＵＶランプ電球３０２は電源２１４によって励起するための、キセノン（Ｘｅ）又は水銀（Ｈｇ）のような１つ又は複数のガスを満たされる封止されたプラズマ電球である。好ましくは、電源２１４はマイクロ波発生器であり、マイクロ波発生器は１つ又は複数のマグネトロン（図示せず）と、マグネトロンのフィラメントに電圧を印加する１つ又は複数の変圧器とを含むことができる。キロワットマイクロ波（ＭＷ）電源を有する一実施形態では、各ハウジング２０４は、電源２１４に隣接して、電源２１４から最大で６０００Ｗまでのマイクロ波電力を受信する開口部２１５を含み、その後に各電球３０２から最大で１００ＷのＵＶ光が生成される。別の実施形態では、ＵＶランプ電球３０２は、その中に電極又はフィラメントを含むことができ、電源２１４は、電極に直流（ＤＣ）又はパルス状ＤＣ等を供給する回路及び／又は電流供給源に相当する。

幾つかの実施形態の場合、電源２１４は、ＵＶランプ電球３０２内のガスを励起することができる高周波（ＲＦ）エネルギー源を含むことができる。電球内のＲＦ励起の構成は容量性又は誘導性とすることができる。誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）電球を用いて、容量性結合放電の場合よりも高密度のプラズマを生成することによって、電球輝度を効率的に高めることができる。さらに、ＩＣＰランプは電極劣化に起因するＵＶ出力の劣化を回避し、結果として、システム生産性を高めるのに適した、より長寿命の電球が生成される。電源２１４がＲＦエネルギー源である利点は、効率を高められることを含む。

好ましくは、電球３０２は１７０ｎｍ〜４００ｎｍの広範な波長帯にわたって光を放射する。本発明の一実施形態では、電球３０２は、１８５ｎｍ〜２５５ｎｍの波長において光を放射する。電球３０２内で使用するために選択されたガスが、放射される波長を決定することができる。ＵＶランプ電球３０２から放射されるＵＶ光は、蓋２０２内の開口部内に配置される窓３１４を通り抜けることによって処理領域３００に入る。窓３１４は、ＯＨを含まない合成石英ガラスから形成され、亀裂を生じることなく、真空を保持するだけの十分な厚みを有することが好ましい。さらに、窓３１４は、ＵＶ光を約１５０ｎｍまで透過させるフューズドシリカであることが好ましい。蓋２０２は本体２００に封止され、窓３１４は蓋２０２に封止されるので、処理領域３００は、約１Ｔｏｒｒ〜約６５０Ｔｏｒｒの圧力を保持することができる容積を提供する。処理ガス又は洗浄ガスは、２つの吸気通路３１６のうちの１つをそれぞれ介して処理領域３００に入る。その後、処理ガス又は洗浄ガスは、共通の排出口３１８を介して、処理領域３００から出る。さらに、ハウジング２０４の内部に供給される冷却用空気は電球３０２を通り過ぎて循環するが、窓３１４によって処理領域３００から隔離される。

ハウジング２０４は、ダイクロイックフィルムで覆われたキャスト石英ライニング３０４によって画定された内部放物面を含むことができる。石英ライニング３０４は、ＵＶランプ電球３０２から放射されたＵＶ光を反射し、石英ライニング３０４によって処理領域３００の中に向けられるＵＶ光のパターンに基づいて、硬化プロセス及びチャンバ洗浄プロセスを適合させるように形作られる。内部放物面の位置及び形状を変更することによって、石英ライニング３０４を調整して、各プロセス又は作業をさらに良好に適合させることができる。さらに、石英ライニング３０４は、ダイクロイックフィルムに起因して、赤外線を透過し、電球３０２によって放射される紫外光を反射することができる。ダイクロイックフィルムは通常、高屈折率及び低屈折率を交互に有する異なる誘電体材料から構成される周期的多層膜を構成する。コーティングは非金属であるので、キャスト石英ライニング３０４の裏側に下向きに入射する電源２１４からのマイクロ波放射は、変調層と著しく干渉しないか、又は変調層によって吸収されず、電球３０２内のガスをイオン化するために容易に透過する。

基板３０８上に堆積された誘電体膜の後処理硬化を実行するために、基板が処理領域３００に搬入される。膜は、例えば、膜内にシリコンバックボーン構造及び炭素を含むポロジェンを有する低ｋ誘電体膜とすることができる。膜内のシリコンバックボーン構造及び炭素はポロジェンと呼ばれる場合もある。ＵＶに露光した後に、炭素結合が破壊され、膜から炭素が放出されて、シリコンバックボーンが残され、多孔率が増加し、それによりＫ値が減少し、膜の電流搬送能力が低下する。

従来のシステムでは、基板の硬化及びガス放出中に、横流の不均一なガス流プロファイルがチャンバをパージする。パージガスは、基板と窓との間において、チャンバの一方から反対側まで流れ、それにより、膜から脱出した任意の残留物が運び去られ、その後、窓又はチャンバ内のいずれかの場所において凝結する可能性がある。フロープロファイルが制御されずに不均一であることに起因して、基板処理も不均一になり、結果として基板にわたって温度勾配が生じる。しかしながら、４５ｎｍ範囲内の膜において結果として生じる不均一性は許容できる場合があるが、次世代の２０〜２８ｎｍ膜では許容できないであろう。

本発明の実施形態は、ＵＶチャンバ、ランプ加熱チャンバ、又は基板３０８上で直に、又は基板の上方において、膜を処理するか、又は反応を触媒するために「光」エネルギーが用いられる他のチャンバ内で処理される基板３０８にわたって特定のガス流プロファイル分配を可能にするハードウェアの設計を伴う。本発明の種々の実施形態が、図４〜５に関連して説明されることになる。図４は、処理中にガス流プロファイル均一性を改善し、基板スループットを高める本発明の実施形態を含む処理チャンバ４００のうちの１つの一部の概略的な等角断面図を示す。図５のＡの部分は、窓アセンブリを外した図４の処理チャンバ４００の概略的な等角断面図である。図５のＢの部分は、シャワーヘッドの拡大断面図である。

処理チャンバ４００の一部は、処理チャンバ全体にわたってガス流プロファイルを制御できるようにする種々のハードウェア設計を示す。ＵＶ真空窓４１２を保持するために、処理チャンバ４００内に窓アセンブリ２００の一部に載置され、ＵＶランプ３０２からのＵＶ光が通り抜けることができる真空窓４１２を支持し、本体２００の上方にある蓋アセンブリの一部である。真空窓４１２は、ＵＶランプ３０２のようなＵＶ放射源と基板支持体３０６との間に位置決めされる。ＵＶ放射源３０２は基板支持体３０６から離隔して配置されており、紫外線放射を生成し、基板支持体３０６上に位置決めされる基板３０８に送出するように構成される。

透過性シャワーヘッド４１４は処理領域３００内に、かつ真空窓４１２と基板支持体３０６のような基板支持体との間に位置決めされる。透過性シャワーヘッドは、真空窓４１２と透過性シャワーヘッド４１４との間の上側処理領域３２０を画定し、さらに、透過性シャワーヘッド４１４と基板支持体３０６（図５のＡ）のような基板支持体との間の下側処理領域３２２を画定する。透過性シャワーヘッド４１４は上側処理領域３２０と下側処理領域３２２との間に１つ又は複数の通路４１６も有する。通路４１６は、完全に透過性ではないように、「艶消し」と呼ばれる場合もある粗面４１８を有することができ、完全に透過性であれば、基板３０８上に影を生じさせて膜の適切な硬化を損なう恐れがある。艶消しとすることができる通路４１６は、処理中に基板３０８上に光パターンが存在しないようにＵＶ光を拡散する。

透過性シャワーヘッド４１４は、ＵＶ光が通り抜けて基板３０８に達することができる第２の窓を形成する。第２の窓として、シャワーヘッド４１４は、基板３０８上の膜を硬化させるために望まれる光の波長に対して透過性である必要がある。透過性シャワーヘッドは、石英又はサファイアのような種々の透過性材料から形成することができる。通路４１６は石英片に穿孔することによって形成され、処理領域３００に納まるように透過性シャワーヘッド４１４を形成し、形作ることができる。石英片の表面は火炎研磨することができ、一方、穿孔はエッチングして粗面４１８を形成することができる。通路４１６のサイズ及び密度は、基板表面にわたって所望の流れ特性を達成するために、均一又は不均一とすることができる。通路４１６は、基板３０８にわたって径方向面積当たりの流量が均一である均一な流れプロファイルを有することができるか、又はガス流は基板３０８の中心又はエッジに優先的に流れることができ、すなわち、ガス流は優先的な流れプロファイルを有することができる。

透過性シャワーヘッド４１４及び真空窓４１２は、バンドパスフィルタを有するように、かつ所望の波長の透過度を改善するように被覆することができる。例えば、透過性シャワーヘッド４１４及び真空窓４１２上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）を堆積して、所望の波長の透過効率を改善することができる。ＩＲを反射し、ＵＶが通過できるようにする反射コーティング、又はＵＶを反射し、ＩＲが通過できるようにするダイクロイックコーティングも、透過性シャワーヘッド４１４及び真空窓４１２の表面に塗布することができる。それらのコーティングは、ＰＶＤ、ＣＶＤ又は他の適切な堆積技法によって形成することができる。それらのコーティングは、透過性シャワーヘッド４１４及び真空窓４１２を通って基板３０８まで光が透過するのを助けることができる所望の膜透過率及び屈折率を有する無機膜層を含むことができる。一実施形態では、それらのコーティングは、真空窓４１２及び透過性シャワーヘッド４１４の表面上に形成される、酸化チタン（ＴｉＯ_２）層、酸化スズ（ＳｎＯ_２）層、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）又はそれらの組み合わせを含むことができる。

別の実施形態では、ＡＲＣコーティングは、真空窓４１２及び透過性シャワーヘッド４１４の表面上に形成される１つ又は複数の層を有する複合層とすることができる。一実施形態では、ＡＲＣコーティングは、真空窓４１２及び透過性シャワーヘッド４１４の表面上に形成される、第２の層上に第１の層が形成される膜スタックとすることができる。一実施形態では、第１の層は酸化ケイ素層（ＳｉＯ_２）とすることができ、第２の層は酸化チタン（ＴｉＯ_２）層又は酸化スズ（ＳｎＯ_２）層とすることができるが、逆であってもよい。別の実施形態では、ＡＲＣ層は酸化ケイ素層（ＳｉＯ_２）層及び酸化チタン（ＴｉＯ_２）層を繰返し含む膜スタックを含むことができる。

１つ又は複数のガス分配リング通路４２６を有するガス分配リング４２０が処理領域３００内に配置される。１つ又は複数のガス分配リング通路４２６は、ガス分配リング内部チャネル４２４を上側処理領域３２０と結合し、内部チャネル４２４と、透過性シャワーヘッド４１４の上方の上側処理領域３２０との間のガス流路を形成する。ガス排出リング４３０がガス分配リング４２０下に位置決めされ、処理領域３００内の透過性シャワーヘッド４１４下に少なくとも部分的に存在することができる。ガス排出リング４３０は、１つ又は複数のガス排出通路４３６も有し、ガス排出通路４３６は、ガス排出リング内部チャネル４３４と下側処理領域３２２とを結合し、下側処理領域３２２とガス排出内部チャネル４３４との間のガス流路を形成する。ガス排出リング４３０の１つ又は複数のガス排出通路４３６は、透過性シャワーヘッド４１４下に少なくとも部分的に配置される。

図６は、ガス流路を示す、図５のＡの処理チャンバの概略的な断面図を示す。パージガス又は他のタイプのガスを真空窓４１２と透過性シャワーヘッド４１４との間の上側処理領域３２０内に注入することができ、ガスは、透過性シャワーヘッド４１４を通って、透過性シャワーヘッド４１４から基板に向かって降下する。通路４１６、４２６、４３６のサイズ、及びガス流量は、基板３０８に向かう下方への流れを一定にする背圧が形成されるように調整することができる。ガス流は上方から基板上に降り注ぎ、同心円状に広がり、ガス排出通路４３６を通って下側処理領域３２２から出てポンプ６１０に至る。

矢印６０５はガス流路を示しており、ガス流路は、ガス分配リング４２０から、透過性シャワーヘッド４１４を通って、その上に基板３０８を有する場合もある基板支持体３０６上を横切り、ガス排出リング４３０を通って、チャンバ４００から出る。ガス流速を所望のように増減するために、通路４１６、４２６、４３６の密度及びサイズを調整することができる。一実施形態では、通路４１６、４２６、４３６の密度及びサイズは、基板３０８にわたって均一な流れプロファイルを与える。ガス分配リング４２０のようなハードウェアは、透過性シャワーヘッド４１４の上方の上側処理領域３２０に入る前に、ガスを均等に分配するのに十分な圧力降下を与える。シャワーヘッド４１４の通路４１６を通る高い流れ抵抗に起因して、その際、ガスは透過性シャワーヘッド４１４の上方の上側処理領域３２０を均等に満たすことができる。ガス流は基板に進み、その後、ガス排出リング４３０を通ってポンプ６１０まで均等に送り出される。

シャワーヘッド４１４内の通路４１６のパターンに応じて、その流れは均一にする（基板面積に比例する）ことができるか、又は中心若しくはエッジに向かって優先的にすることができる。したがって、基板３０８にわたってガス流プロファイルを制御して、所望の均一又は不均一な分配を与えることができる。さらに、基板３０８にわたる温度プロファイルも、均一又は不均一になるように制御することができる。したがって、本発明の実施形態は、基板にわたって均一なガス流プロファイル及び温度プロファイルを生成する能力だけでなく、所望の不均一なガスプロファイル及び温度プロファイルを生成し、制御する能力も提供する。

本発明の幾つかの実施形態では、ガス組成物は、チャンバをパージするためのパージガスを含むことができる。そのようなガスは、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス化学種又は非反応性ガスを含むことができる。別の実施形態では、ガス組成物は、処理チャンバ及びチャンバ内の構成要素を洗浄するための洗浄ガスを含むことができる。洗浄ガスは、オゾン、Ａｒ、Ｈｅ又はそれらの組み合わせを含むことができる。本発明の実施形態は、洗浄ガスがオゾンであるときに、処理プロセスを改善するのに特に有用である。オゾンは処理領域から離れて生成することができるか、又はチャンバにオゾンを導入することは、紫外光を用いて酸素を活性化してオゾンを生成することを含むことができる。ガス供給源６００がオゾン発生源を処理領域３００に結合することができる。チャンバの体積が小さいほど、オゾンを用いるときの洗浄効率を改善することができる。処理領域に供給されるＵＶ光及び熱は、オゾンを破壊して、堆積された残留物と反応して残留物を除去するための酸素ラジカルにすることができる。

ＵＶランプ３０２が点灯されるとき、真空窓４１２及び透過性シャワーヘッド４１４はいずれも、ランプに由来する赤外光に起因して加熱される。透過性シャワーヘッド４１４は、ＵＶ光に対して透過性とすることができるが、ＩＲ光の一部を吸収するので、２つの窓間に加熱されたチャネルが生成され、オゾンは上側処理領域３２０内で破壊され、その後、下方に進み、洗浄のために下側処理領域３２２に入る。透過性シャワーヘッド４１４によって吸収されるＩＲ光は温度勾配を生成し、その温度勾配はガス分配リング４２０から上側処理領域３２０に注入されるオゾンと相互作用し、それによりオゾンが破壊される。オゾンが破壊される量は、シャワーヘッド４１４及びガス分配リング４２０のような、上側処理領域３２０を包囲する構成要素の温度及び表面積に比例することができる。加熱される構成要素の表面積を増やすことによって、オゾンを破壊して反応性酸素ラジカルにするために必要なエネルギーを少なくすることができ、洗浄効率を改善することができる。さらに、オゾンは基板３０８に均一に供給することができ、ＵＶ光がオゾンを破壊してＯ_２及びラジカル酸素を生成し、ラジカル酸素を用いて基板３０８上の有機膜又は材料をエッチングすることができる。

図６に示されるように、別のヒータ６３０を用いて、真空窓クランプ４１０、真空窓４１２及びガス分配リング４２０のような処理チャンバ内の構成要素を加熱することができる。これらのハードウェア構成要素を加熱することによって、オゾン破壊の効率を改善することができ、構成要素へのポロジェンの堆積を低減することができる。ガス分配リング４２０、ガス排出リング４３０及び真空窓クランプ４１０は、それらの構成要素の放射率を高めるために、陽極酸化アルミニウムから形成することができる。その後、それらの構成要素はさらに多くの熱を吸収することができ、それにより、構成要素の温度が上昇し、構成要素上の残留物堆積の量が減少し、結果として、洗浄時間が減少し、スループットが改善され、粒子性能が改善される。さらに、熱を排気口３１７に与えて、ポロジェンが排気口３１７内に凝集するのを少なくするか、又は防ぐことができる。

ガス供給源６００がガス分配リング４２０と結合され、チャンバ４００内で実行される場合がある堆積プロセス、形成プロセス、処理プロセス、パージプロセス及び洗浄プロセスのための種々のガスを与えることができる。別の実施形態では、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）もガス分配リング４２０と結合され、所望により、プラズマが励起される化学種を処理領域内に与えることができる。ガスポンプ６１０が、チャンバからガス化合物を除去するためにガス排出リング４３０と結合される。さらに、下側処理領域３２２内のガスを含む、基板及び周囲エリアを加熱するために、ヒータ６２０が基板支持体３０６と結合される。

図７は、図６に示されるような処理チャンバ及びガス流路の一部の拡大等角断面図である。ガス分配リング４２０及びガス排出リング４３０は種々の構成要素を含むことができる。ガス分配リング４２０は、ベース分配リング４２１及びガス吸気リング４２３を含むことができる。ベース分配リング４２１は、１つ又は複数のガス分配リング通路４２６を画定することができる。ガス吸気リング４２３はベース分配リング４２１と結合することができ、ベース分配リング４２１とともに、ガス分配リング内部チャネル４２４を画定することができる。また、ガス吸気リング４２３は、１つ又は複数のガス吸気口４２５も有することができ、ガス吸気口４２５を通って、ガスがガス分配リング内部チャネル４２４に入ることができる。ガス化学種及び混合物をガス分配リング４２０に与えるために、ガス供給源６００がガス吸気口４２５に結合される。

ガス排出リング４３０はベース排出リング４３１及びガスポンピングリング４３３を含むことができる。ガスポンピングリング４３３は、１つ又は複数のガス排出通路４３６を画定することができ、透過性シャワーヘッド４１４を支持することができる。ベース排出リング４３１は、ガスポンピングリング４３３と合され、ガス排出リング４３０を画定する。ベース排出リング４３１及びガスポンピングリング４３３は合わせて、ガス排出リング内部チャネル４３４を画定することができる。ガス排出リング４３０の少なくとも１つのガス排出口４３８を、ガスがガス排出リング４３０から出るための排気口３１７と位置合わせすることができる。

図７に示されるように、かつ矢印６０５によって表されるように、ガスはガス吸気口４２５に入り、ガス分配リング内部チャネル４２４を通って流れ、ガス排出リング４３０の通路４２６から出ることできる。ガスは透過性シャワーヘッド４１４の上方の容積、例えば、上側処理領域３２０を満たし、シャワーヘッド通路４１６を通って流れる。その後、ガスは基板３０８にわたってガス排出通路４３６まで同心円状に、かつ径方向に流れる。その後、ガスは下側処理領域３２２から吐出され、ガス排出リング内部チャネル４３４に入り、内部チャネル４３４を通って流れ、ガス排出口４３８から出て、ガス排気口３１７に入り、その後、ポンプ６１０に至る。

例えば、基板エッジ冷間又はエッジ熱間プロセスが望ましい場合には、基板３０８上の温度プロファイルを変更するために、本発明の実施形態によって与えられる同心円状のフロープロファイルは圧力、ガス組成、ガス混合物を調整できるようにする。従来の設計は、基板表面にわたって温度プロファイルを生成し、制御するために、これらの変数を調整できなかった。例えば、本発明の幾つかの実施形態では、圧力を変更し、アルゴン又はヘリウムの量を増やすことによって、温度プロファイルを調整することができる。熱を搬送するのにヘリウムがより効率的であり、その圧力はガスの滞留時間を変更することになる。透過性シャワーヘッドを通る流れ分配のための通路サイズとともに、これらのプロセス変数を変更することは、基板３０８上の所望の場所において、基板にわたる温度プロファイルが均一又は不均一になるように制御するのに寄与することができ、それにより、基板３０８及び基板上の膜を優先的に処理することができる。幾つかの実施形態では、処理チャンバ４００内の異なる領域においてガスを注入することができる。

ＵＶ硬化は、膜を修復すること、及び膜内の水素結合を破壊して膜の歪みエネルギーを高めること等の種々の用途を有することができる。また、処理チャンバ４００は、処理領域３００にＵＶ活性化ガス化学種を注入して、基板３０８上に膜を形成するために用いることもできる。基板３０８の上方において特定のガスを混合することができ、ＵＶ光を用いて気相における反応を活性化することができ、それにより、「ドロップオン」堆積プロセスを可能にする。別の実施形態では、基板３０８上に膜を形成するために、ガスを、触媒として用いられることになるＵＶ光と反応させることができる。したがって、ガス供給源６００は、膜を形成するためにＵＶ光によって開始することができる前駆体及び非反応性ガスも含むことができる。幾つかの実施形態では、窓４１２及びシャワーヘッド４１４は、その上に膜が堆積されるのを防ぐために、冷却されるか、又は少なくとも加熱されないようにする必要がある場合もある。しかしながら、オゾン洗浄プロセスを開始して、任意のそのような膜堆積物を窓４１２及びシャワーヘッド４１４から除去することができる。さらに、基板上に単層膜又は多層膜のいずれかを作製するために、ガスを均一に導入することができる。その後、所望により、ＵＶエネルギーを用いて基板３０８上の反応を活性化し、堆積層をさらに形成することができる。

本発明の実施形態は、基板の温度均一性を２〜３倍改善し、真空窓がより実効的に洗浄される。洗浄プロセス及び硬化プロセスの両方の効率を高めることができるので、このシステムのスループットは高められる。場合によっては、改善された硬化時間は１０〜１５％程度だけ短縮され、それは、チャンバ内、又は基板３０８上に冷たいスポットがないようにすること、及び堆積された残留物の蓄積によって窓表面にわたって異なる光強度が生じないように窓をより清浄な状態に保つことによって、基板３０８の温度がより均一になる結果であると考えられる。さらに、ガスをより有効に使用できるので、処理チャンバの中に流すために必要とされるガスの量を少なくすることができる。

上記の事柄は本発明の実施形態に向けられるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び更なる実施形態も考案することができる。

Claims (9)

1. 処理領域を画定する紫外線処理チャンバと、
   前記処理領域内で基板を支持するための基板支持体と、
   前記基板支持体から離隔して配置され、紫外線放射を生成し、前記基板支持体上に位置決めされる基板に送出するように構成される紫外線（ＵＶ）放射源と、
   前記ＵＶ放射源と前記基板支持体との間に配置される窓と、
   前記窓と前記基板支持体との間の前記処理領域内に配置され、上側処理領域及び下側処理領域を画定する透過性シャワーヘッドであって、該上側処理領域は前記窓と該透過性シャワーヘッドとの間に位置し、該下側処理領域は該透過性シャワーヘッドと前記基板支持体との間に位置し、該透過性シャワーヘッドは該上側処理領域と該下側処理領域との間に１つ又は複数の透過性シャワーヘッド通路を有する、透過性シャワーヘッドと、
   ガス分配リングであって、該ガス分配リング内のガス分配リング内部チャネルと前記上側処理領域との間に１つ又は複数のガス分配リング通路を有する、ガス分配リングと、
   前記ガス分配リング下に位置決めされるガス排出リングであって、該ガス排出リング内のガス排出リング内部チャネルと前記下側処理領域との間に１つ又は複数のガス排出通路を有する、ガス排出リングとを備える、処理ツール。
2. 前記１つ又は複数のガス排出通路は前記透過性シャワーヘッド下に配置される、請求項１に記載の処理ツール。
3. 前記ガス分配リングに結合されたガス供給源と、
   前記ガス排出リングに結合されたガスポンプと
   をさらに備える、請求項１に記載の処理ツール。
4. 前記ガス分配リングは、
   前記１つ又は複数のガス分配リング通路を画定するベース分配リングと、
   前記ベース分配リングと結合され、前記ベース分配リングとともに前記ガス分配リング内部チャネルを画定するガス吸気リングであって、該ガス吸気リングは、ガスが前記ガス分配リング内部チャネルに入るための１つ又は複数のガス吸気口をさらに備える、ガス吸気リングとをさらに備える、請求項１に記載の処理ツール。
5. 前記ガス排出リングは、
   前記１つ又は複数のガス排出通路を画定するガスポンピングリングと、
   前記ガスポンピングリングと結合され、前記ガスポンピングリングとともに前記ガス排出リング内部チャネルを画定するベース排出リングであって、該ベース排出リングは、ガスが前記ガス排出リングから出るための少なくとも１つのガス排出口をさらに備える、ベース排出リングとをさらに備える、請求項１に記載の処理ツール。
6. 前記ガスポンピングリングは、前記透過性シャワーヘッドを支持する、請求項５に記載の処理ツール。
7. 前記１つ又は複数の透過性シャワーヘッド通路は均一な流れプロファイルを有し、前記基板にわたる径方向面積当たりのガス流は均一である、請求項１に記載の処理ツール。
8. 前記１つ又は複数の透過性シャワーヘッド通路は優先的な流れプロファイルを有し、径方向面積当たりのガス流は前記基板の中心に対して、又はエッジに対して優先的である、請求項１に記載の処理ツール。
9. 前記処理領域から離れて位置するオゾン発生源をさらに備え、前記オゾン発生源は前記ガス供給源により処理領域に結合される、請求項３に記載の処理ツール。

Images