JP7190905B2 - 半導体基板から炭素汚染物質及び表面酸化物を除去するための処理チャンバを有する真空プラットフォーム - Google Patents
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Description
本開示の実施態様は、概して、基板の表面を洗浄するための装置及び方法に関する。
集積回路は、シリコン及び他の半導体基板の中及び上に形成される。単結晶シリコンの場合、基板は、溶融シリコン槽からインゴットを成長させ、次いで固化したインゴットを複数の基板に切断することによって作られる。次に、ドープされてもドープされなくてもよい欠陥のないシリコン層を形成するために、エピタキシャルシリコン層が、単結晶シリコン基板上に形成されうる。トランジスタなどの半導体デバイスは、エピタキシャルシリコン層から製造されうる。形成されたエピタキシャルシリコン層の電気的特性は、一般に単結晶シリコン基板の特性よりも優れている。
単結晶シリコン及びエピタキシャルシリコン層の表面は、典型的な基板製造設備の周囲条件にさらされると汚染を受けやすい。例えば、基板の取扱い及び／又は基板処理設備内の周囲環境への露出により、エピタキシャル層の堆積前に単結晶シリコン表面に自然酸化物層が形成されることがある。加えて、周囲環境に存在する炭素及び酸素種などの異物混入物が、単結晶表面に堆積する可能性がある。単結晶シリコン表面上の自然酸化物層又は汚染物質の存在は、その後に単結晶表面上に形成されるエピタキシャル層の品質に悪影響を及ぼす。したがって、エピタキシャル層を基板上に成長させる前に、表面酸化物及び他の汚染物質を除去するために基板を前洗浄することが望ましい。しかし、前洗浄処理は、一又は複数の独立型真空処理チャンバ内で実行されることが多く、これは、基板ハンドリング時間及び基板を周囲環境に露出する機会を増加させる可能性がある。
したがって、当技術分野では、エピタキシャル堆積処理を実行する前に、基板ハンドリング時間及び周囲環境への露出を最小にする、基板表面を洗浄するための改良された基板処理システムを提供することが必要である。
本開示の実施態様は、概して、改善された真空処理システム、並びに基板の表面から汚染物質及び自然酸化物を除去するための方法に関する。一実施態様では、真空処理システムは、少なくとも１つの処理チャンバに結合される第１の移送チャンバと、第２の移送チャンバと、第１の移送チャンバと第２の移送チャンバとの間に配置され、それらに連結され、かつ第１のプラズマ洗浄チャンバを含む、移行ステーションと、第２の移送チャンバに結合される第２のプラズマ洗浄チャンバと、第２の移送チャンバに結合されるロードロックチャンバとを含む。
別の実施態様では、真空処理システムは、第１の基板ハンドリング機構を含む第１の移送チャンバと、第１の移送チャンバに結合され、その中に結合又は配置される第１のプラズマ洗浄チャンバを有する移行ステーションと、第１の移送チャンバに結合され、エピタキシーチャンバである、少なくとも１つの処理チャンバとを含む。
更に別の実施態様では、真空処理システム内で基板を処理するための方法が提供される。方法は、第１の移送チャンバ内に配置された第１ロボット式搬送機構を使用して、ロードロックチャンバから第１の洗浄チャンバに基板を移送することであって、第１の洗浄チャンバが、水素含有ガスとフッ素含有ガスとを含む洗浄ガスから形成されたプラズマを使用して、基板の表面から酸化物を除去する、移送することと、第１のロボット式搬送機構によって、基板を第１の洗浄チャンバから移行ステーションに移送することであって、移行ステーションが、その中に配置される第２の洗浄チャンバを有し、第２の洗浄チャンバが、水素含有プラズマを使用して、基板の表面から炭素含有汚染物質を除去する、移送することと、第２の移送チャンバ内に配置される第２のロボット式搬送機構を使用して、第２の洗浄チャンバから第２の移送チャンバに結合された少なくとも１つのエピタキシー処理チャンバに基板を移送することとを含み、移行ステーションが、第１の移送チャンバ及び第２の移送チャンバに連結され、真空処理システム内で真空を破壊（中断）せずに、基板が、ロードロックチャンバ、第１の移送チャンバ、第１の洗浄チャンバ、第２の洗浄チャンバ、第２の移送チャンバ、及びエピタキシー処理チャンバ間で移送される。
上記で簡潔に要約し、下記でより詳細に述べる本開示の実施態様は、添付する図面に示す本開示の例示的な実施態様を参照することにより、理解することができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施態様も許容しうることから、添付する図面は本開示の典型的な実施態様を示しているにすぎず、したがって、本開示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。
理解を容易にするため、可能な場合には、複数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。図は縮尺どおりには描かれておらず、分かり易くするために簡略化されることがある。一実施態様の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施態様に有益に組み込まれることがあると想定される。
図１は、本開示の一実施態様による処理シーケンス１００を示す。ボックス１０２では、洗浄処理を使用して、半導体基板の表面から酸化物が除去される。基板はシリコン含有物質を含み、表面はシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコンゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）などの物質を含みうる。いくつかの実装態様では、Ｓｉ、Ｇｅ、又はＳｉＧｅ表面は、自然酸化物層などの酸化物層、及びその上に配置された汚染物質を有することがある。炭素含有汚染物質のような酸化物及び汚染物質に対してエピタキシャル堆積処理が影響を受けやすいために、数時間の間の最も典型的な洗浄室環境への露出から生じる表面汚染は、堆積した酸化物及び汚染物質がその後に形成されるエピタキシャル層の品質に影響を与えるほど十分重大になりうる。
基板表面は、酸化物除去処理及び汚染物質除去処理を実行することによって洗浄されうる。一実施態様では、洗浄処理を使用して、酸化物を基板の表面から除去し（ボックス１０２）、還元処理を使用して、炭素含有汚染物質などの汚染物質を基板の表面から除去する（ボックス１０４）。洗浄処理は、プラズマエッチング処理を含みうる。プラズマエッチング処理は、水素（Ｈ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ３）、ＮＦ３などのフッ素含有ガス、又はこれらのガスの任意の組み合わせを含む洗浄ガスから形成されたプラズマを使用しうる。プラズマは、誘導結合又は容量結合されてもよく、又はプラズマは、処理チャンバ内のマイクロ波源によって励起されてもよい。処理チャンバは、基板が配置される処理領域から空間的に分離された遠隔プラズマチャンバでありうる。本明細書に記載の「空間的に分離された（ｓｐａｔｉａｌｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅｄ）」という用語は、図２に示されるブロッカプレート２２８及びガス供給プレート２３０などの一又は複数のチャンバ構成要素によって基板処理領域から分離されたプラズマ発生領域を指すことがあり、或いは遠隔プラズマチャンバと基板処理チャンバとの間の導管を指すことさえある。
一実施態様では、プラズマは容量結合プラズマ源を使用して生成される。プラズマからのラジカルは、約２５℃から約１００℃の温度で支持体上に位置決めされる基板の上方に配置されるガス供給プレートを通過しうる。処理圧力は、準大気圧、例えば、約２０ｍＴｏｒｒから約２５ｍＴｏｒｒでありうる。ラジカルは基板に到達し、次いで表面酸化物と反応する。プラズマエッチング処理を実行するように適合させることができる例示的な処理チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．，から入手可能なＳｉｃｏｎｉ（登録商標）又はＳｅｌｅｃｔｒａ（登録商標）チャンバを含む。また、他の製造業者からのチャンバが使用されてもよい。
例示的な一実施態様では、プラズマエッチング処理は、基板をＮＦ３及びＮＨ３プラズマ副生成物への同時曝露を含む遠隔プラズマ支援型ドライエッチング処理である。一実施例では、プラズマエッチング処理は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．，から入手可能なＳｉＣｏＮｉ（登録商標）エッチング処理に類似してもよく、又はＳｉＣｏＮｉ（登録商標）エッチング処理を含んでもよい。遠隔プラズマエッチングは、酸化ケイ素層に対して、概ね共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）であり選択的であり、したがって、ケイ素がアモルファス、結晶性又は多結晶性があるかどうかに関わらず、ケイ素を容易にエッチングしない。遠隔プラズマ処理は、概して、基板酸化物材料が消費されるにつれて基板の表面上で成長する固体副生成物を生成することになる。その後、固体副生成物は、基板の温度が上げられると、昇華によって除去することができる。プラズマエッチング処理は、その上にシリコン－水素（Ｓｉ－Ｈ）結合を有する基板表面をもたらす。
ボックス１０４では、基板の表面から酸化物を除去した後、基板の表面上に残っているあらゆる汚染物質が除去される。ボックス１０４の一実施態様では、還元処理を使用して、炭素又は炭化水素などの汚染物質が基板の表面から除去される。還元処理は、汚染物質を除去するために水素含有プラズマを使用しうる。プラズマは、水素ガス（Ｈ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ３）、又はこれらのガスの任意の組み合わせを含む洗浄ガスから形成されうる。プラズマは、誘導結合又は容量結合されてもよく、又はプラズマは、処理チャンバ内のマイクロ波源によって励起されてもよい。処理チャンバは、基板が配置される処理チャンバから物理的に分離される遠隔プラズマチャンバでありうる。
一実施態様では、プラズマは、還元処理１０４を実行するための遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）である誘導結合プラズマ源を使用して生成される。プラズマからのラジカルは、基板の上に配置される通路チューブ及びガス供給プレートを通過しうる。基板は、約２５℃から約４００℃の温度で支持体上に位置決めされる。処理圧力は、準大気圧、例えば、約２０ｍＴｏｒｒから約３００Ｔｏｒｒ、例えば、約１００ｍＴｏｒｒから約３００ｍＴｏｒｒ、例えば、約１５０ｍＴｏｒｒでありうる。ラジカルは基板に到達し、次いで表面の汚染物質と反応する。還元処理を実行するように適合させることができる例示的な処理チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．，から入手可能なＡＫＴＩＶ Ｐｒｅ － Ｃｌｅａｎ（登録商標）、Ｓｉｃｏｎｉ（登録商標）、ＰＣｘＴ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｃｌｅａｎ（登録商標）、又はＳｅｌｅｃｔｒａ（登録商標）チャンバを含む。また、他の製造業者からのチャンバが使用されてもよい。
ボックス１０６において、エピタキシャル層が基板の表面に形成される。上述のように事前に洗浄した場合、基板の表面は酸化物及び汚染物質を含まず、これにより基板の表面上に続いて形成されるエピタキシャル層の品質が向上する。例示的なエピタキシャル処理は、約８００℃未満、例えば約４５０℃から６５０℃の温度で実行される選択的エピタキシャル処理でありうる。エピタキシャル層は、高温化学気相堆積（ＣＶＤ）処理を用いて形成されうる。エピタキシャル層は、結晶シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウム、又はＩＩＩ－Ｖ族化合物などの任意の適切な半導体材料でありうる。１つの例示的な熱ＣＶＤ処理では、ジクロロシラン、シラン、ジシラン、ゲルマン、塩化水素、又はそれらの組み合わせなどの処理ガスが、エピタキシャル層を形成するために使用される。処理温度は、８００℃を下回り、処理圧力は５Ｔｏｒｒから６００Ｔｏｒｒの間である。エピタキシャル堆積処理を実行するために使用することができる例示的な処理チャンバは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．，から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）Ｅｐｉチャンバである。また、他の製造業者からのチャンバが使用されてもよい。
ボックス１０２、１０４及び１０６は、図４に示す真空処理システムなどの１つの処理システムで実行されうる。ボックス１０２及び１０４に記載される処理は逆でもよいと考えられる。加えて、ボックス１０２及び１０４に記載される処理は、必要に応じて何度でも繰り返してよい。
図２は、ボックス１０２に見られる処理のうちの少なくともいくつかを実行するように適合され、それによって基板の表面から酸化物を除去する処理チャンバ２００の断面図である。処理チャンバ２００は、熱又はプラズマベースの洗浄処理及び／又はプラズマ支援型ドライエッチング処理を実行するのに特に有用でありうる。処理チャンバ２００は、チャンバ本体２１２、リッドアセンブリ２１４、及び支持アセンブリ２１６を含む。リッドアセンブリ２１４は、チャンバ本体２１２の上端に配置され、支持アセンブリ２１６は、少なくとも部分的にチャンバ本体２１２内に配置される。処理チャンバ２００からガスを除去するために、真空システムを使用することができる。真空システムには、チャンバ本体２１２内に配置された真空ポート２２１に結合された真空ポンプ２１８が含まれる。処理チャンバ２００はまた、処理チャンバ２００内の処理を制御するためのコントローラ２０２を含む。
リッドアセンブリ２１４は、プラズマ空間（ｐｌａｓｍａ ｖｏｌｕｍｅ）又はキャビティを形成するように構成された少なくとも２つの積層構成要素を含む。第１の電極２２０は、プラズマ空間を画定するために第２の電極２２２の垂直上方に配置される。第１の電極２２０は、高周波（ＲＦ）電力供給などの電源２２４に接続され、第２の電極２２２は、接地又は基準電位に接続され、第１の電極２２０と第２の電極２２２との間にキャパシタンスを形成する。リッドアセンブリ２１４はまた、ブロッカプレート２２８及びガス供給プレート２３０、例えばシャワーヘッドなど、を介して、基板表面に洗浄ガスを供給するための一又は複数のガス入口２２６を含む。洗浄ガスは、水素（Ｈ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、アンモニア（ＮＨ３）、ＮＦ３などのフッ素含有ガス、又はこれらのガスの任意の組み合わせを含む洗浄ガスから形成されるプラズマのラジカルを使用しうる。
代替的には、基板表面を洗浄するために、異なる洗浄処理が使用されてもよい。例えば、Ｈｅ及びＮＦ３を含む遠隔プラズマが、ガス供給プレート２３０を介して処理チャンバ２００内に導入される一方で、ＮＨ３は、チャンバ本体２１２の側に配置される別個のガス入口２２５を介して、処理チャンバ２００内に直接注入されうる。
支持アセンブリ２１６は、処理中に基板２１０をその上で支持するための基板支持体２３２を含みうる。基板支持体２３２は、チャンバ本体２１２の底部に形成された中央に配置された開口部を通って延びるシャフト２３６によってアクチュエータ２３４に結合されうる。アクチュエータ２３４は、シャフト２３６の周りの真空漏れを防ぐベローズ（図示せず）によってチャンバ本体２１２に柔軟に封止されてもよい。アクチュエータ２３４により、基板支持体２３２をチャンバ本体２１２内で処理位置と装填位置との間で垂直に移動させることができる。装填位置は、チャンバ本体２１２の側壁に形成されたスリットバルブの開口部よりも僅かに下にある。
基板支持体２３２は、その上で処理される基板を支持するための平坦な、又は実質的に平坦な基板支持面を有する。基板支持体２３２は、シャフト２３６によって基板支持体２３２に結合されるアクチュエータ２３４によってチャンバ本体２１２内を垂直に移動させてもよい。動作中、基板支持体２３２は、処理中の基板２１０の温度を制御するために、リッドアセンブリ２１４にごく近接した位置まで上昇させてもよい。したがって、基板２１０は、供給プレート２３０から放出された放射又は対流を介して加熱されてもよい。
図３は、ボックス１０４に見られる処理のうちの少なくともいくつかを実行するように適合され、よって基板の表面に蓄積した炭素又は炭化水素などの汚染物質を除去する処理チャンバ３００の断面図である。処理チャンバ３００は、チャンバエンクロージャ３１６、処理キットハウジング３１８、及びリッド３４０を含む、チャンバ本体３１０を有する。チャンバエンクロージャ３１６及びリッド３４０は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適切な材料から製造されうる。処理キットハウジング３１８は、アルミニウム合金又は他の適切な材料から製造されうる。リッド３４０は、処理キットハウジング３１８を介してチャンバエンクロージャ３１６に取り外し可能に結合される。
処理キットハウジング３１８は、リッド３４０に結合する上面、及びチャンバエンクロージャ３１６に結合する底面を有するリング形状のハウジングでありうる。処理キットハウジング３１８は、処理キットハウジング３１８の内面３３１から下に延びるシールド部分３２９を有する。処理キットハウジング３１８の内面３３１は、当該内面３３１に接したガス供給プレート３２６を取り囲み、かつ支持する。ガス供給プレート３２６は、石英シャワーヘッドでありうる。プレナム３４８は、ガス供給プレート３２６とリッド３４０との間に画定される。ガス供給プレート３２６は、ガス供給プレート３２６の厚さを貫通して形成された複数の開孔３２７を含み、ガスがポート３４２を通してプレナム３４８に流入可能となる。開孔３２７は、ガス供給プレート３２６の直径全域に均等に分散し、基板３０８へのガス又はラジカルの均一な分配を確実にする。開孔３２７を通って流れるガスは、ガス供給プレート３２６とヒータ３１４との間に画定された処理領域３３０内に配置された基板３０８全域に分配される。シールド部分３２９はまた、処理領域３３０内に電気的に中性のラジカルを閉じ込めるのを助ける。一例では、シールド部分３２９は、ヒータ３１４のエッジに隣接する位置又はそれより下の位置まで延びる。
処理チャンバ３００は、通路チューブ３６０によってポート３４２に結合される遠隔プラズマ源３５０を含む。ポート３４２がリッド３４０内に形成される。通路チューブ３６０は、第１の内径と、第１の内径よりも大きい第２の内径とを有しうる、導管３５６を画定する。第１の内径は、遠隔プラズマ源３５０に隣接して配置され、第２の内径は、リッド３４０に隣接して配置されうる。一例では、第１の内径は、約１２ｍｍから約３０ｍｍ、例えば約２０ｍｍであり、第２の内径は、約３５ｍｍから約６０ｍｍ、例えば約４０ｍｍである。
通路チューブ３６０は、処理領域３３０に進入する前に、遠隔プラズマ源３５０で発生したイオンをフィルタリングしつつ、電気的に中性のラジカルが処理領域３３０に進入できるようにする。従って、処理領域３３０内のイオンの相対濃度は減少する。一実施態様では、導管３５６を通って流れるガスは、通路チューブ３６０に隣接して配置された一又は複数の磁石によって発生した磁場によってフィルタリングされる。磁石は、遠隔プラズマ源３５０から流れる反応性ラジカルと同伴する荷電粒子をフィルタリングするために、通路チューブ３６０を横切って磁場を発生させる。
図３に示す実施態様では、第１の磁石３５２及び第２の磁石３５４が、通路チューブ３６０に隣接して配置される。第１の磁石３５２及び第２の磁石３５４は、永久磁石又は電磁石でありうる。磁石３５２、３５４は、通路チューブ３６０の第１の内径を挟んで互いに反対側に配置されうる。例えば、磁石３５２、３５４は、通路チューブ３６０の外周の反対側に接着又は固定されうる。磁石３５２、３５４は、チャンバリッド３４０又はチャンバ本体３１０の他の構成要素に固定されうるとも考えられる。反対側にある磁石と通路チューブ３６０内に形成された導管３５６との間の相対距離は、導管３５６を通過する磁場の強度に影響を与え、それによってフィルタリング効率に影響を与える。磁場はまた、異なる磁石を使用すること、すなわち磁石３５２、３５４を異なる強度に取り替えることによって調整されてもよい。通過する荷電粒子は、通路チューブ３６０の内面３７０に引き寄せられて接触し、電気的に中性の非イオン種となる。そのようにして、フィルタリングされた電気的に中性のラジカルが、基板の表面に供給されて、その上の汚染物質と反応してそれらを洗浄する。
いくつかの実施態様では、イオンは、チャンバ本体３１０内を通過する処理ガス（すなわちラジカル）の流路内に石英表面を設けることによって、更にフィルタリングされうる。例えば、導管３５６を画定する通路チューブ３６０の内面３７０は、全体的に又は部分的にコーティングされてもよく、又は石英から製造されてもよい。加えて、プレナム３４８及び／又はガス供給プレート３２６を画定する表面はまた、全体的に又は少なくとも部分的にコーティングされてもよく、又は石英から製造されてもよい。例えば、図３の実施態様では、上部ライナー３２４は、処理キットハウジング３１８の内面３３１に沿って配置されうる。上部ライナー３２４は、プレナム３４８を囲むリング形状の本体を有し、その内面はプレナム３４８の外側境界を画定する。上部ライナー３２４は、石英から作られてもよい。上部ライナー３２４は、ガス供給プレート３２６上に載置してもよく、又は他の任意の適切な固定手法によって支持されてもよい。
ライナープレート３４４は、蓋３４０の底面に沿って配置されうる。ライナープレート３４４は、石英でコーティングされてもよく、又は石英から製造されてもよい。ライナープレート３４４は、プレナム３４８の上部境界を画定する。したがって、ライナープレート３４４、上部ライナー３２４、及びガス供給プレート３２６は、その中にプレナム３４８を画定する。下部ライナー３２５を処理キットハウジング３１８の内面３３１に沿って配置することができる。下部ライナー３２５は、処理領域３３０を囲むリング形状の本体を有し、その内面は処理領域３３０の外側境界を画定する。下部ライナー３２５は、石英でコーティングされてもよく、又は石英から製造されてもよい。下部ライナー３２５は、シールド部分３２９によって支持されてもよい。図示されるような一例では、下部ライナー３２５を支持するために、棚部３０３がシールド部分３２９の端部で半径方向内側に延びる。したがって、通路チューブ３６０、ライナープレート３４４、上部ライナー３２４、下部ライナー３２５、及びガス供給プレートは共に、処理ガスの流路内に石英表面を提供する。これらの成分は、他のチャンバ材料（例えばアルミニウム）と比較して、ラジカルの再結合を減少させる。したがって、電気的に中性のラジカルのみが、ガス供給プレートを通って流れるか、又はガス供給プレートと処理チャンバの基板支持体との間に画定された処理領域内に存在する。これらの電気的に中性のラジカルは、基板支持体上に配置された基板の表面に到達してそれと反応したときに、反応性を維持し、基板の表面から不要な材料、例えば自然酸化物などを除去することになる。
ヒータ（又は基板支持体）３１４が、チャンバ本体３１０の処理領域３３０内に配置される。ヒータ３１４は、中心軸３４１を介してチャンバエンクロージャ３１６の底部に結合される。ヒータ３１４は、ボックス１０２及び１０４に関して上述した処理などの処理中に、基板３０８をその上で支持するための基板支持面を有する。オプションのフォーカスリング３３８は、基板支持面の外周の周りのヒータ３１４上に配置されうる。フォーカスリング３３８は、処理中にプラズマ又は中性種を基板３０８の上の領域に閉じ込める。フォーカスリング３３８は、石英から製造されうる。
ヒータ３１４は、基板支持面とサファイア接点上に配置された基板との間の接点を最小にするために、基板支持面上に配置された複数のサファイア接点（図示せず）を有する裸のアルミニウムから製造されうる。ヒータ３１４は、装填位置と処理位置との間を垂直に移動するように、駆動ユニット３３７によって作動される。ヒータ３１４は、基板支持面に均一な熱エネルギーを供給するために、その中に埋め込まれた一又は複数の加熱要素３３５を有しうる。適切な加熱要素３３５は、他の加熱デバイスの中でも、抵抗加熱器、熱電デバイス、又は熱伝達流体を流すための導管を含みうる。加熱要素３３５は、基板３０８の温度を約２００℃から約７００℃、又はそれ以上、例えば約３００℃から約３５０℃、約３５０℃から約４５０℃、約４５０℃から約５５０℃、約５５０℃から約６５０℃、又は約６５０℃から約７５０℃などの温度範囲に維持することを可能にする。いくつかの実装態様では、ヒータ３１４が装填位置に位置決めされたときに基板ハンドラ（図示せず）が基板のエッジから基板３０８を操作できるように、ヒータ３１４は、基板支持面の周エッジを通して形成された切り欠きを有してもよい。洗浄処理中、基板３０８が上に配置されたヒータ３１４は、基板３０８を処理するのに望ましい位置である処理位置に位置決めされる。
処理チャンバ３００は、ポンプ３１７を有する。ポンプ３１７は、フォアライン（管部）３６１を通してチャンバ本体３１０に連結される。フォアライン３６１は、エンクロージャ３１６の底部に形成された開口部３１５でチャンバ本体３１０に連結する。チャンバ３００はまた、フォアライン３６１に配置されたスロットルバルブ３６３を含む。スロットルバルブ３６３は、実行されているプラズマ洗浄処理のために、処理チャンバ３００内の圧力を所望の真空範囲内に維持するのに必要な程度に開閉するように操作される。ポンプ３１７及びスロットルバルブ３６３は、チャンバ本体３１０内の圧力を約０．００５Ｔｏｒｒから７５０Ｔｏｒｒの間、例えば約４０Ｔｏｒｒから約５００Ｔｏｒｒに制御する。一例では、ポンプ３１７は、処理チャンバ３００内の圧力を約０．１Ｔｏｒｒから約４０Ｔｏｒｒの例示的な圧力範囲、例えば約３０Ｔｏｒｒに維持するドライポンプである。一例では、ポンプ３１７は、処理チャンバ３００内の圧力を約１００ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの例示的な圧力範囲、例えば約１５０ｍＴｏｒｒに維持する低圧ポンプである。いくつかの例では、ポンプ３１７は、処理チャンバ３００内の圧力を約２０ｍＴｏｒｒから５０ｍＴｏｒｒの例示的な圧力範囲に維持するターボポンプである。
図４は、本開示の実施態様による、図１に示す処理シーケンス１００を完了するために使用することができる例示的な真空処理システム４００を示す。図４に示すように、複数の処理チャンバ４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄが、第１の移送チャンバ４０４に結合される。処理チャンバ４０２ａ－４０２ｄは、アニーリング、化学気相堆積、物理的気相堆積、エピタキシャル処理、エッチング処理、熱酸化又は熱窒化処理、ガス抜きなどのような任意の基板関連処理を実行するために使用されうる。一実施態様では、処理チャンバ４０２ａは、結晶シリコン又はシリコンゲルマニウムを形成することができる、例えばカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．，から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）Ｅｐｉチャンバなどのエピタキシー堆積チャンバでありうる。処理チャンバ４０２ｂは、急速熱処理チャンバ（ＲＴＰ）でありうる。処理チャンバ４０２ｃは、プラズマエッチングチャンバである。処理チャンバ４０２ｄは、ガス抜きチャンバでありうる。第１の移送チャンバ４０４はまた、少なくとも１つの移行ステーション、例えば一対の通過ステーション４０６、４０８にも結合される。通過ステーション４０６、４０８は、第１の移送チャンバ４０４と第２の移送チャンバ４１０との間で基板を搬送可能にしつつ、真空状態を維持する。第１の移送チャンバ４０４は、通過ステーション４０６、４０８と処理チャンバ４０２ａ－４０２ｄのうちの任意のチャンバとの間で基板を移送するためのロボット式基板ハンドリング機構（図示せず）を有する。
通過ステーション４０６、４０８の一端は、第２の移送チャンバ４１０に結合される。従って、第１の移送チャンバ４０４と第２の移送チャンバ４１０とは、通過ステーション４０６、４０８によって分離されかつ連結される。第２の移送チャンバ４１０は、第１のプラズマ洗浄チャンバ４１４に結合され、この第１のプラズマクリーニングチャンバ４１４は、基板の表面から酸化物を除去するための、ボックス１０２に見られる処理のうちの少なくともいくつかを実行するように適合される処理チャンバ２００（図２）などのプラズマチャンバとすることができる。一実施態様では、第１のプラズマ洗浄チャンバ４１４は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．，から入手可能なＳｉｃｏｎｉ（登録商標）又はＳｅｌｅｃｔｒａ（登録商標）チャンバである。
一実施態様では、少なくとも１つの移行ステーション、例えば通過ステーション４０６、４０８のうちの１つは、プラズマ洗浄チャンバであるように構成される。代替的には、プラズマ洗浄チャンバは、基板の表面から汚染物質を除去するために通過ステーション４０６、４０８のうちの１つに結合されてもよい。したがって、処理システム４００は、通過ステーション４０６、４０８のうちの１つである、又はそれに連結される第２のプラズマ洗浄チャンバを有しうる。図４に示す一実施態様では、通過ステーション４０６は、第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６を含む。第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６は、基板の表面から汚染物質を除去するための、ボックス１０４に見られる処理のうちの少なくともいくつかを実行するように適合される処理チャンバ３００（図３）のバージョンでありうる。１つのプラズマ洗浄チャンバ４１６のみが通過ステーション、この場合は通過ステーション４０６に結合されるよう示されているが、プラズマ洗浄チャンバ（例えば、処理チャンバ３００のバージョン）が、通過ステーション４０６及び４０８の両方に結合されてもよいことに留意されたい。
第２の移送チャンバ４１０はまた、一組のロードロックチャンバ４１２と第１のプラズマ洗浄チャンバ４１４又は第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６との間で基板を移送するためのロボット式基板ハンドリング機構（図示せず）を有する。ファクトリインターフェース４２０は、ロードロックチャンバ４１２によって、第２の移送チャンバ４１０に結合される。ファクトリインターフェース４２０は、ロードロックチャンバ４１２の反対側で一又は複数のポッド４３０に結合される。ポッド４３０は、典型的には、洗浄室（図示せず）からアクセス可能な前面開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）である。
２つの移送チャンバが示されているが、移送チャンバのいずれかが省略されてもよいと考えられる。第２の移送チャンバ４１０が省略される一実施態様では、第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６は、通過ステーション４０６又は４０８によって占められるように現在示されている位置で第１の移送チャンバ４０４内に配置され又は第１の移送チャンバ４０４に結合されうる。第１の移送チャンバ４０４は、エピタキシーチャンバ、例えばカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．，から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）Ｅｐｉチャンバなどの結晶シリコン又はシリコンゲルマニウムを形成可能な一又は複数の処理チャンバに結合されうる。代替的には、第１の移送チャンバ４０４が省略され、第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６が、第２の移送チャンバ４１０に結合される通過ステーション４０６内に配置され又は通過ステーション４０６に結合されうる。そのような場合、第２の移送チャンバ４１０は、結晶シリコン又はシリコンゲルマニウムを形成可能な一又は複数の処理チャンバと結合するように構成されてもよい。
動作中、基板は、ロードロックチャンバ４１２のうちの１つの中に位置決めされる搬送カセット（図示せず）内でポッド４３０から真空処理システム４００に運ばれる。第２の移送チャンバ４１０内のロボット式搬送機構は、基板をロードロックチャンバ４１２から第１のプラズマ洗浄チャンバ４１４に一度に１つずつ搬送し、ここで、基板の表面から酸化物を除去するために、洗浄処理、例えばボックス１０２に見られる処理が実行される。酸化物が基板表面から除去されると、第２の移送チャンバ４１０内に配置されたロボット式搬送機構が、基板を第１のプラズマ洗浄チャンバ４１４から第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６に移送し、ここで、炭素又は炭化水素などの汚染物質を基板表面から除去するために、還元処理、例えばボックス１０４に見られる処理が実行される。ここでのステップはまた、逆の順序で、すなわち基板を第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６から第１のプラズマ洗浄チャンバ４１４に移送するために、ロボット式搬送機構を使用して、実行されてもよい。いずれの場合も、洗浄基板は次に、第１の移送チャンバ４０４内に配置されたロボット式搬送機構によって、第２のプラズマ洗浄チャンバ４１６（又は第１のプラズマ洗浄チャンバ４１４）から一又は複数の処理チャンバ４０２ａ－４０２ｄに移送される。一又は複数の処理チャンバ４０２ａ－４０２ｄは、ボックス１０６に記載されるエピタキシャル堆積などの層形成処理が実行されるエピタキシー処理チャンバを含みうる。
一又は複数の処理チャンバ４０２ａ－４０２ｄ内での処理が完了すると、第１の移送チャンバ４０４内に配置されるロボット式搬送機構が、基板を処理チャンバ４０２のうちのいずれか１つから通過ステーション４０８に移動させる。次に、基板は、第２の移送チャンバ４１０内に配置されたロボット式搬送機構によって通過ステーション４０８から取り出され、他のロードロックチャンバ４１２に搬送され、それを通って真空処理システム４００から引き出される。
３つのすべてのボックス１０２、１０４、及び１０６の処理が同じ真空処理システム４００内で実行されるので、基板が様々なチャンバ間で移送されるときに真空が破壊されず、汚染の機会が減少し、堆積されるエピタキシャル膜の品質が向上する。基板の動きは、例示目的で本明細書に記載されていると理解すべきである。用途に応じて変化しうる所望の順序付けプログラムに従って、真空処理システム４００を通る基板の移動をスケジュールするために、コントローラ（図示せず）が使用されうる。
本開示の利点は、同じ真空処理システム上で２つの異なる種類の前洗浄処理チャンバをエピタキシャル処理チャンバと統合する、改良された真空処理システムを含む。前洗浄処理チャンバは、第１のプラズマ洗浄処理チャンバと第２のプラズマ洗浄処理チャンバとを含みうる。同一の真空処理システム上に２種類の表面材料除去チャンバを共存させることで、表面準備とエピタキシャル堆積との間で基板を真空に保つことができ、それによって基板が周囲にさらされる時間が短縮され、別の処理チャンバ又はシステム上に基板を準備する必要がなくなる。このアーキテクチャはまた、２つの移送チャンバ間の通過ステーションが前洗浄処理チャンバとしても機能するので、真空システム上の処理チャンバの数を最大にし、これもまた基板の全体的な処理時間を短縮する。
上記は本開示の実施態様を対象としているが、本開示の他の更なる実施態様は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案されうる。
Claims (13)
- エピタキシー処理チャンバである少なくとも１つの処理チャンバに結合される第１の移送チャンバと、
第２の移送チャンバと、
前記第２の移送チャンバに結合され、基板の表面から酸化物を除去するように構成された第１のプラズマ洗浄チャンバと、
前記第１の移送チャンバと前記第２の移送チャンバとの間に配置され、それらに連結された移行ステーションであって、前記移行ステーションは、第１の通過ステーション及び第２の通過ステーションを含み、かつ基板の表面から炭素含有汚染物質を除去するように構成された第２のプラズマ洗浄チャンバを含み、前記第２のプラズマ洗浄チャンバは、前記第１及び第２の通過ステーションの双方に結合される、移行ステーションと、
前記第２の移送チャンバに結合されるロードロックチャンバと、
前記ロードロックチャンバに結合されるファクトリインターフェースと、
を含む真空処理システム。 - 前記第２のプラズマ洗浄チャンバが、
一又は複数の加熱要素を含む基板支持体を取り囲むチャンバ本体と、
前記基板支持体を垂直に移動させるために、前記基板支持体に結合されるアクチュエータと、
遠隔プラズマ源と、
前記遠隔プラズマ源を前記チャンバ本体に結合する通路チューブと、
前記通路チューブに隣接して配置される少なくとも１つの磁石と、
前記チャンバ本体内に配置されるガス供給プレートであって、前記ガス供給プレートが前記ガス供給プレートの厚さを貫通して形成される複数の開孔を有し、前記ガス供給プレート及び前記基板支持体が、それらの間に処理領域を画定する、ガス供給プレートと、
前記チャンバ本体に結合されるポンプと、
前記ポンプと前記チャンバ本体との間に配置されるスロットルバルブと
を含む、請求項１に記載の真空処理システム。 - 前記一又は複数の加熱要素が、４５０℃から６５０℃の温度範囲まで対象物を加熱可能である、請求項２に記載の真空処理システム。
- 前記通路チューブの内面が、石英でコーティングされる、又は石英から製造される、請求項２に記載の真空処理システム。
- 前記ポンプ及び前記スロットルバルブが、処理中に、前記第２のプラズマ洗浄チャンバ内部の圧力を０．００５Ｔｏｒｒから５００Ｔｏｒｒの圧力範囲に維持可能である、請求項２に記載の真空処理システム。
- 前記チャンバ本体が、
リッドと、
前記リッドの底面に沿って配置され、かつ石英でコーティングされる、又は石英から製造される、ライナープレートと、
前記リッドと前記チャンバ本体との間に配置された処理キットハウジングであって、前記処理キットハウジングの内面が前記ガス供給プレートを支持する、処理キットハウジングと、
前記処理キットハウジングの前記内面に沿って配置され、かつ石英でコーティングされ、又は石英から製造される上部ライナーであって、前記上部ライナー、前記ライナープレート、及び前記ガス供給プレートが、それらの中にプレナムを画定する、上部ライナーと、
前記処理キットハウジングの前記内面に配置され、かつ石英でコーティングされ、又は石英から製造され、前記処理領域の外側境界を囲む、下部ライナーと
を更に含む、請求項２に記載の真空処理システム。 - 前記第１のプラズマ洗浄チャンバが、
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体に結合され、２つの電極の間にプラズマ空間を画定する２つの電極を含む、リッドアセンブリと、
前記チャンバ本体内に配置される基板支持体と、
前記リッドアセンブリと前記基板支持体との間に配置されるガス供給プレートと、
前記チャンバ本体に結合される真空ポンプと
を更に含む、請求項１に記載の真空処理システム。 - 第１の基板ハンドリング機構を含む第１の移送チャンバと、
前記第１の移送チャンバに結合された移行ステーションであって、前記移行ステーションは、第１の通過ステーション及び第２の通過ステーションを含み、かつ基板の表面から炭素含有汚染物質を除去するように構成された第１のプラズマ洗浄チャンバを含み、前記第１のプラズマ洗浄チャンバは、前記第１及び第２の通過ステーションの双方に結合される、移行ステーションと、
前記第１の移送チャンバに結合され、エピタキシーチャンバである、少なくとも１つの処理チャンバと
を含む、真空処理システム。 - 前記第１のプラズマ洗浄チャンバが、
一又は複数の加熱要素を含む基板支持体を取り囲むエンクロージャを有するチャンバ本体と、
前記基板支持体を垂直に移動させるために、前記基板支持体に結合される駆動ユニットと、
遠隔プラズマ源と、
前記遠隔プラズマ源を前記チャンバ本体に結合する通路チューブと、
前記通路チューブに隣接して配置される少なくとも１つの磁石と、
前記チャンバ本体内に配置されるガス供給プレートであって、前記ガス供給プレートが前記ガス供給プレートの厚さを貫通して形成される複数の開孔を有し、前記ガス供給プレート及び前記基板支持体が、それらの間に第１のプレナムを画定する、ガス供給プレートと、
前記チャンバ本体に結合されるポンプと
を含む、請求項８に記載の真空処理システム。 - 前記第１の移送チャンバ及び前記移行ステーションに結合され、第２の基板ハンドリング機構を含む、第２の移送チャンバと、
前記第２の移送チャンバに結合され、基板の表面から酸化物を除去するように構成された第２のプラズマ洗浄チャンバと、
前記第２の移送チャンバに結合されるロードロックチャンバと
を更に含む、請求項８に記載の真空処理システム。 - 前記第２のプラズマ洗浄チャンバが、
基板支持面を有する基板支持体を取り囲むチャンバ本体と、
第１の電極及び第２の電極を含むリッドアセンブリであって、前記第１の電極が前記第２の電極の垂直上方に配置され、前記第１及び第２の電極がそれらの間にプラズマ空間を画定する、リッドアセンブリと、
前記リッドアセンブリと前記基板支持体との間に配置されるガス供給プレートと、
前記チャンバ本体に結合されるポンプと
を更に含む、請求項１０に記載の真空処理システム。 - 少なくとも１つの処理チャンバに結合され、第１のロボット式搬送機構を含む第１の移送チャンバと、
第２のロボット式搬送機構を含む第２の移送チャンバと、
前記第２の移送チャンバに結合され、基板の表面から酸化物を除去するように構成された第１のプラズマ洗浄チャンバと、
前記第１の移送チャンバと前記第２の移送チャンバとの間に配置され、それらに連結された移行ステーションであって、前記移行ステーションは、第１の通過ステーション及び第２の通過ステーションを含み、かつ基板の表面から炭素含有汚染物質を除去するように構成された第２のプラズマ洗浄チャンバを含み、前記第２のプラズマ洗浄チャンバは、前記第１及び第２の通過ステーションの双方に結合される、移行ステーションと、
前記第２の移送チャンバに結合されるロードロックチャンバと、
前記ロードロックチャンバに結合されるファクトリインターフェースと、
を含む真空処理システムであって、
前記第２の移送チャンバの前記第２のロボット式搬送機構が、前記ロードロックチャンバ内に配置されるべき基板を、前記第１のプラズマ洗浄チャンバと前記移行ステーションの前記第２のプラズマ洗浄チャンバに移動させるように動作可能であり、前記第１の移送チャンバの前記第１のロボット式搬送機構が、前記基板を前記第２のプラズマ洗浄チャンバから前記第１の移送チャンバの前記少なくとも１つの処理チャンバに移動させるように動作可能であり、前記基板が、真空を破壊せずに前記第２の移送チャンバと、前記第１のプラズマ洗浄チャンバ及び前記第２のプラズマ洗浄チャンバと、前記第１の移送チャンバの前記少なくとも１つの処理チャンバとの間を移動する、真空処理システム。 - 前記第１のプラズマ洗浄チャンバ及び前記第２のプラズマ洗浄チャンバのそれぞれが単一のチャンバ空間を有する、請求項１２に記載の真空処理システム。
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