JP7200367B2 - 改善された温度均一性での空間ウエハ処理 - Google Patents

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Description

本開示は概して、ウエハを処理するための装置及び方法に関する。特に、本開示は、処理されるウエハの熱環境に一致した処理チャンバに関する。
現在の原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスは、多くの潜在的な問題及び困難を有する。多くのＡＬＤ化学物質（例えば、前駆体及び反応物質）は「非相溶性」であり、これは、化学物質が一緒に混合できないことを意味する。非相溶性の化学物質が混合すると、ＡＬＤプロセスではなく化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスが生じる可能性がある。ＣＶＤプロセスは概して、ＡＬＤプロセスよりも厚さの制御が少なく、及び／又は気相粒子の生成を引き起こす可能性があり、結果として得られるデバイスに欠陥を引き起こす可能性がある。一度に単一の反応性ガスが処理チャンバに流入する従来の時間領域ＡＬＤプロセスでは、化学物質が気相で混合されないよう、長いパージ／ポンプアウト時間が発生する。空間ＡＬＤチャンバは、一つ又は複数のウエハを一つの環境から第２の環境に、時間領域のＡＬＤチャンバがポンプ／パージするよりも速く移動できるため、スループットが向上する。
半導体産業は、より低い温度（例えば、３５０℃未満）で堆積できる高品質の膜を必要としている。熱のみのプロセスで膜が堆積される温度よりも低い温度で高品質の膜を堆積するには、代替エネルギー源が必要である。プラズマソリューションは、ＡＬＤ膜にイオン及びラジカルの形で追加のエネルギーを提供するのに使用することができる。課題は、垂直側壁ＡＬＤ膜に十分なエネルギーを与えることである。イオンは通常、ウエハ表面に垂直な方向にウエハ表面の上方のシースを通して加速される。したがって、イオンは水平ＡＬＤ膜表面にエネルギーを提供するが、イオンは垂直面に平行に移動するため、垂直面に十分な量のエネルギーを提供しない。
現在の空間ＡＬＤ処理チャンバは、加熱された円形プラテン上で複数のウエハを一定速度で回転させ、ウエハを一つの処理環境から隣接する環境に移動させる。異なる処理環境は、非相溶性の気体を分離させる。ただし、現在の空間ＡＬＤ処理チャンバでは、プラズマ環境をプラズマ曝露用に最適化することができないため、不均一性、プラズマ損傷及び／又は処理の柔軟性の問題が生じる。
現在の空間ＡＬＤ堆積ツール（又は他の空間処理チャンバ）では、ウエハは異なる熱環境に移動する。ウエハの各部分が各熱環境で費やす時間の違いは、ウエハの温度の不均一性をもたらす可能性がある。温度均一性は、膜の均一性に最も大きな影響を与えるものの一つである（例えば、厚さ、屈折率、ウェットエッチング速度、面内変位などの特性）。したがって、この技術分野では、堆積装置及び方法の改善が必要とされている。
本開示の一又は複数の実施態様は、処理チャンバに関する。一実施態様では、処理チャンバは：第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含む第１の処理ステーションと；第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含む第２の処理ステーションと；複数の実質的に同一平面にある支持表面を含む基板支持アセンブリであって、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で支持表面を移動させるように構成されている基板支持アセンブリとを含み、ここで、第１の面は、複数の支持表面から第１の距離が置かれ、かつ第２の面は、複数の支持表面から第２の距離が置かれており、かつ第１の放射率は、第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高い。
本開示の追加の実施態様は、処理方法に関する。一又は複数の実施態様では、処理方法は：第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で基板支持表面を移動させることであって、第１の処理ステーションが、支持表面から第１の距離が置かれた第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含み、第２の処理ステーションが、支持表面から第２の距離が置かれた第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含み、ここで、第１の放射率は第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高い、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で基板支持表面を移動させることを含む。
一又は複数の実施態様は、処理チャンバであって：第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する熱シャワーヘッドを含む熱処理ステーションと；第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有するプラズマシャワーヘッドを含むプラズマ処理ステーションと；上に少なくとも一つのウエハを有する複数の実質的に同一平面にある支持表面を含む基板支持アセンブリであって、熱処理ステーションとプラズマ処理ステーションとの間で少なくとも一つのウエハを移動させるように構成されている基板支持アセンブリと；複数の実質的に同一平面にある支持表面に接続したコントローラと；を含み、ここで、第１の面が少なくとも一つのウエハから約０．５ｍｍから約３ｍｍの範囲で離間し、かつ第２の面が少なくとも一つのウエハから約７ｍｍから約１５ｍｍの範囲で離間しており、かつ第１の放射率が第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度が第２の温度よりも高い、処理チャンバに関する。
本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施態様を参照することによって、得ることができる。そのうちのいくつかの実施態様は添付の図面で例示されている。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施態様のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと見做されず、本開示が他の等しく有効な実施態様も許容し得ることに留意されたい。
本開示の一又は複数の実施態様による処理チャンバの断面等角図を示す。 本開示の一又は複数の実施態様による処理チャンバの断面図を示す。 本開示の一又は複数の実施態様による処理ステーションの分解断面図である。 本開示の一又は複数の実施態様による処理プラットフォームの概略図である。 本開示の一又は複数の実施態様によるプロセスの概略図を示す。 本開示の一又は複数の実施態様による処理チャンバの概略図である。 本開示の一又は複数の実施態様による処理チャンバの概略図である。
本開示のいくつかの例示的な実施態様を説明する前に、本開示が以下の説明で提示される構成又は処理工程の詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施態様も可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。
本書で使用する「基板」とは、製造プロセス中に膜処理が実行される任意の基板又は基板上に形成された材料表面のことを指す。例えば、処理が実行され得る基板表面には、用途に応じて、シリコン、酸化シリコン、ストレインドシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化シリコン、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電材料などの任意の他の材料が含まれる。基板は、半導体ウエハを含むが、それに限定されるわけではない。基板表面を研磨し、エッチングし、還元し、酸化させ、ヒドロキシル化し、アニールし、かつ／又はベイクするために、基板は前処理プロセスに曝露されることがある。本開示では、基板自体の表面に直接的に膜処理を行うことに加えて、開示されている膜処理工程のうちの任意のものが、より詳細に後述するように、基板に形成された下部層に実施されることもある。「基板表面（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｒｆａｃｅ）」という語は、文脈に示唆されるこのような下部層を含むことを意図している。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面に堆積している場合には、新たに堆積した膜／層の露出面が基板表面となる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する「前駆体」、「反応物質」、「反応性ガス」などの用語は、交換可能に使用され、基板表面と、又は基板表面上に形成された膜と反応し得る任意のガス種を指す。
本開示の一又は複数の実施態様は、温度制御、ウエハからの距離、及びウエハが面する表面の放射率の組み合わせを通じて、ウエハに適合する熱環境（又は熱環境間の最小限に抑えられた差）を使用する。いくつかの実施態様は、各ステーションの周りに均一な環境を有利に提供し、方位角の変動を最小限に抑える。
本開示の一又は複数の実施態様は、処理ステーションとも呼ばれる少なくとも二つの空間的に分離された処理環境を有する処理チャンバに関する。ある実施態様は２を超える処理ステーションを有し、またある実施態様は４を超える処理ステーションを有する。処理環境は、水平面内を移動するウエハと同一平面上に取り付けることができる。処理環境は円形に配置されている。上に１から４（又はそれ以上）の個別のウエハヒータが取り付けられている回転可能な構造体は、処理環境に類似する直径を有する円形経路でウエハを移動させる。各ヒータは、温度制御される場合があり、一又は複数の同心円帯を有する場合がある。ウエハのローディングについて、回転可能な構造体は引き下げられ得るため、真空ロボットは、完成したウエハを拾い上げ、未処理のウエハを各ウエハヒータ上（低いＺ位置）に位置するリフトピンに配置することが可能である。操作中、各ウエハは、処理が完了するまで独立した環境下にあることができ、その後、回転可能な構造体は、ヒータ上のウエハを処理のために次の環境（４つのステーションの場合は９０°回転、３つのステーションの場合は１２０°回転）へ移動させるよう回転することができる。
空間ＡＬＤ堆積ツール（又は他の空間処理チャンバ）では、ウエハは異なる熱環境に移動される。ウエハの各部分が各熱環境で費やす時間の違いは、ウエハの不均一性をもたらす。温度均一性は、膜の均一性に最も大きな影響を与えるものの一つである（厚さ、屈折率、ウェットエッチング速度、面内変位などの特性）。
一又は複数の実施態様は、処理チャンバを有利に提供し、ここで、処理ツール（例えば空間ツール）中の異なるステーションは、温度制御、ウエハからの距離、及びウエハが面する表面の放射率の組み合わせを通じて、ウエハに適合する熱環境（又は熱環境間の最小限に抑えられた差）をもたらすよう設計されている。一又は複数の実施態様では、厳密な熱制御も、温度制御、ウエハからの距離、及びウエハが面する表面の放射率の組み合わせを使用してウエハの移動中に有利に維持される。一又は複数の実施態様では、処理チャンバは、各処理ステーションの周りに均一な環境を提供して方位角の変動を最小限に抑えるよう有利に設計されている。
一又は複数の実施態様では、処理チャンバは、第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含む第１の処理ステーションと；第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含む第２の処理ステーションと；複数の実質的に同一平面にある支持表面を含む基板支持アセンブリであって、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で支持表面を移動させるように構成されている基板支持アセンブリとを含む。第１の面は、複数の支持表面から第１の距離が置かれ、かつ第２の面は、複数の支持表面から第２の距離が置かれており、かつ第１の放射率は第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高い。
図１及び２は、本開示の一又は複数の実施態様による処理チャンバ１００を示している。図１は、本開示の一又は複数の実施態様による、断面等角図として図示された処理チャンバ１００を示す。図２は、本開示の一又は複数の実施態様による断面での処理チャンバ１００を示す。したがって、本開示のいくつかの実施態様は、支持アセンブリ２００及び上部プレート３００を包含する処理チャンバ１００に関する。
処理チャンバ１００は、壁１０４及び底部１０６を有するハウジング１０２を有する。ハウジング１０２は、上部プレート３００と共に、処理空間とも呼ばれる内部空間１０９を規定する。
処理チャンバ１００には複数の処理ステーション１１０が含まれる。処理ステーション１１０は、ハウジング１０２の内部空間１０９に位置し、支持アセンブリ２００の回転軸２１１の周りに円形配置で配置されている。各処理ステーション１１０は、前面１１４を有するガスインジェクタ１１２を含む。いくつかの実施態様では、ガスインジェクタ１１２のそれぞれの前面１１４は実質的に同一平面にある。処理ステーション１１０は、処理が生じ得る領域として規定される。例えば、処理ステーション１１０は、以下に記載されるようなヒータ２３０の支持表面２３１と、ガスインジェクタ１１２の前面１１４とにより規定され得る。
処理ステーション１１０は、任意の適切なプロセスを実施し、任意の適切なプロセス条件を提供するよう、構成され得る。使用されるガスインジェクタ１１２のタイプは、例えば、実施されているプロセスのタイプ及びシャワーヘッド又はガスインジェクタのタイプに依拠することになる。例えば、原子層堆積装置として動作するよう構成されている処理ステーション１１０は、シャワーヘッド又は渦のタイプのガスインジェクタを有し得る。それに対し、プラズマステーションとして動作するよう構成されている処理ステーション１１０は、一又は複数の電極及び／又はプラズマガスがウエハへ向かって流れること可能にしながらプラズマを生成する接地プレート構成を有し得る。図２に示される実施態様は、図の左側に、図の右側（処理ステーション１１０ｂ）とは異なるタイプの処理ステーション１１０（処理ステーション１１０ａ）を有する。適切な処理ステーション１１０には、限定されないが、熱処理ステーション、マイクロ波プラズマ、三電極ＣＣＰ、ＩＣＰ、平行プレートＣＣＰ、ＵＶ曝露、レーザー処理、ポンプチャンバ、アニーリングステーション及び計測ステーションが含まれる。
図３は、本開示の一又は複数の実施態様による処理ステーション１１０の分解図を示している。示されている処理ステーション１１０は、三つの主要な構成要素：上部プレート（リッドとも呼ばれる）、ポンプ／パージインサート３３０及びガスインジェクタ１１２を含む。図３に示されるガスインジェクタ１１２は、シャワーヘッドタイプのガスインジェクタである。いくつかの実施態様では、インサート３３０は、真空空間（排気孔）に接続しているか又はそれと流体連結している。いくつかの実施態様では、インサート３３０は、パージガス源に接続しているか又はそれと流体連結している。
上部プレート３００中の開口部３１０のサイズは、均一であっても異なっていてもよい。異なるサイズ／形状のガスインジェクタ１１２は、開口部３１０からガスインジェクタ１１２への移送に適切に成形されたポンプ／パージインサート３３０と共に使用することができる。例えば、示されているように、ポンプ／パージインサート３３０には、側壁３３５と共に上部３３１及び底部３３３が含まれる。上部プレート３００中の開口部３１０中に挿入されたとき、底部３３３に隣接するレッジ３３４は開口部３１０中に形成された棚３１５上に配置され得る。いくつかの実施態様では、開口部中に棚３１５は存在せず、ポンプ／パージインサート３３０のフランジ部分３１７が、上部プレート３００の頂部にある。示されている実施態様では、レッジ３３４は、気密シールを形成するのに役立つように間に配置されたＯリング３１４を有する棚３１５上にある。
いくつかの実施態様では、上部プレート３００中に一又は複数のパージリング３０９がある。パージリング３０９はパージガスプレナム（図示せず）又はパージガス源（図示せず）と流体連結し、パージガスの正の流れを提供して処理チャンバからの処理ガスの漏出を防ぐことができる。
いくつかの実施態様のポンプ／パージインサート３３０には、ポンプ／パージインサート３３０の底部３３３に少なくとも一つの開口部３３８を有するガスプレナム３３６が含まれる。ガスプレナム３３６は、通常、ポンプ／パージインサート３３０の上部３３１又は側壁３３５の近くに入口（図示せず）を有する。
いくつかの実施態様では、プレナム３３６には、ポンプ／パージインサート３３０の底部３３３にある開口部３３８を通過することができるパージガス又は不活性ガスが充填される可能性がある。開口部３３８を通るガス流は、ガスカーテンタイプのバリアを作成して処理チャンバの内部からの処理ガスの漏れを防ぐことに役立つ可能性がある。
いくつかの実施態様では、プレナム３３６は真空源に接続しているか又はそれと流体連結している。そのような実施態様では、ガスは、ポンプ／パージインサート３３０の底部３３３にある開口部３３８を通ってプレナム３３６へ流れる。ガスはプレナムから排気孔へ排気することができる。そのような配置は、使用中に処理ステーション１１０からガスを排気するのに使用することができる。
ポンプ／パージインサート３３０には、ガスインジェクタ１１２が挿入され得る開口部３３９が含まれる。示されているガスインジェクタ１１２は、ポンプ／パージインサート３３０の上部３３１に隣接するレッジ３３２と接触することができるフランジ３４２を有する。ガスインジェクタ１１２の直径又は幅は、ポンプ／パージインサート３３０の開口部３３９内に収まることができる任意の適切なサイズであり得る。これは、さまざまなタイプのガスインジェクタ１１２が上部プレート３００の同じ開口部３１０内で使用されることを可能にする。
図４は、本開示の一又は複数の実施態様による処理プラットフォーム４００を示す。図４に示す実施態様は、１つの可能な構成を単に表すものであり、本開示の範囲を限定するものとして解釈するべきではない。例えば、ある実施態様では、処理プラットフォーム４００は、示されている実施態様とは異なる数の、処理チャンバ１００、バッファステーション４２０、及び／又はロボット４３０構成のうちの一又は複数を有する。
例示の処理プラットフォームには、複数の側面４１１、４１２、４１３、４１４を有する中央移送ステーション４１０が含まれる。示されている移送ステーション４１０は、第１の側面４１１、第２の側面４１２、第３の側面４１３及び第４の側面４１４を有する。ここでは４つの側面が示されているが、当業者であれば、例えば、処理プラットフォーム４００の全体的な構成に応じて、移送ステーション４１０に任意の適切な数の側面があってもよいことを理解するであろう。いくつかの実施態様では、移送ステーション４１０は、三つの側面、四つの側面、五つの側面、六つの側面、七つの側面又は八つの側面を有する。
移送ステーション４１０は、その中に位置するロボット４３０を有する。ロボット４３０は、処理中にウエハを移動させることが可能な任意の適切なロボットであり得る。いくつかの実施態様では、ロボット４３０は、第１のアーム４３１及び第２のアーム４３２を有する。第１のアーム４３１及び第２のアーム４３２は、他方のアームから独立して移動することができる。第１のアーム４３１及び第２のアーム４３２は、ｘ－ｙ面において及び／又はｚ軸に沿って移動することができる。いくつかの実施態様では、ロボット４３０は、第３のアーム（図示せず）又は第４のアーム（図示せず）を含む。各アームは、他方のアームから独立して移動することができる。
示されている実施態様には、６つの処理チャンバ１００が含まれており、２つは中央移送ステーション４１０の第２の側面４１２、第３の側面４１３及び第４の側面４１４のそれぞれに接続している。処理チャンバ１００のそれぞれは、異なるプロセスを実施するよう構成され得る。
処理プラットフォーム４００には、中央移送ステーション４１０の第１の側面４１１に接続した一又は複数のバッファステーション４２０も含まれ得る。バッファステーション４２０は同じ又は異なる機能を実施することができる。例えば、バッファステーションは、ウエハのカセットを保持し得る。このウエハのカセットは、処理されて元のカセットに戻される。又は、バッファステーションの一つは、未処理のウエハを保持し得る。このウエハは、処理された後に他のバッファステーションに移動する。いくつかの実施態様では、バッファステーションのうちの一又は複数は、処理の前及び／又は後にウエハを前処理、予加熱、又は洗浄するように構成されている。
処理プラットフォーム４００は、中央移送ステーション４１０と任意の処理チャンバ１００との間に一又は複数のスリット弁４１８をさらに含み得る。スリット弁４１８は、開閉して、中央移送ステーション４１０内の環境から処理チャンバ１００内の内部空間を隔離することができる。例えば、処理チャンバが処理中にプラズマを生成する場合、浮遊プラズマが移送ステーション内のロボットを損傷することを防止するために、その処理チャンバのスリット弁を閉じることが役立つ場合がある。
処理プラットフォーム４００をファクトリインターフェース４５０に接続することができ、それにより、処理プラットフォーム４００にウエハ又はウエハのカセットをロードすることが可能になる。ファクトリインターフェース４５０内のロボット４５５は、ウエハ又はカセットをバッファステーションに出入りするように使用することができる。中央移送ステーション４１０内のロボット４３０によって、ウエハ又はカセットを処理プラットフォーム４００内で移動させることができる。いくつかの実施態様では、ファクトリインターフェース４５０は、別のクラスタツールの移送ステーション（すなわち、別の複数のチャンバ処理プラットフォーム）である。
コントローラ４９５を処理プラットフォーム４００のさまざまな構成要素に提供及び連結させて、それらの動作を制御することができる。コントローラ４９５は、処理プラットフォーム４００全体を制御する単一のコントローラ、又は、処理プラットフォーム４００の個々の部分を制御する複数のコントローラであり得る。例えば、処理プラットフォーム４００には、個々の処理チャンバ１００、中央移送ステーション４１０、ファクトリインターフェース４５０及びロボット４３０のそれぞれ用の別個のコントローラが含まれ得る。
いくつかの実施態様では、処理チャンバ１００は、第１の温度又は第２の温度の一又は複数を制御するよう構成されている複数の実質的に同一平面にある支持表面２３１に接続したコントローラ４９５をさらに含む。一又は複数の実施態様では、コントローラ４９５は、基板支持アセンブリ２００の移動速度を制御する（図２）。
いくつかの実施態様では、コントローラ４９５は、中央処理装置（ＣＰＵ）４９６、メモリ４９７、及びサポート回路４９８を含む。コントローラ４９５は、直接的に、又は、特定の処理チャンバ及び／若しくは支援システムの構成要素と関連づけられたコンピュータ（若しくはコントローラ）を介して、処理プラットフォーム４００を制御し得る。
コントローラ４９５は、さまざまなチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの一つであり得る。コントローラ４９５のメモリ又はコンピュータ可読媒体４９７は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、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）、フラッシュドライブ、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又は複数であり得る。メモリ４９７は、処理プラットフォーム４００のパラメータ及び構成要素を制御するためにプロセッサ（ＣＰＵ４９６）によって動作可能な命令セットを保持し得る。
支援回路４９８は、従来の様態でプロセッサを支持するためにＣＰＵ４９６に連結される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給部、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。一又は複数の処理は、プロセッサにより実行され又は呼び出されるときに、プロセッサに本明細書に記載されるやり方で処理プラットフォーム４００又は個別の処理チャンバの動作を制御させるソフトウェアルーチンとしてメモリ４９８に記憶され得る。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ４９６によって制御されるハードウェアから遠隔に位置付けられた第２のＣＰＵ（図示せず）によっても、記憶及び／又は実行され得る。
本開示の処理及び方法の一部又はすべてをハードウェアで実行することもできる。したがって、処理は、ソフトウェア内に実装され、コンピュータシステムを使用して、例えば、特定用途向け集積回路若しくは他の種類のハードウェア実装形態としての、又はソフトウェアとハードウェアとの組合せとしてのハードウェア内で実行され得る。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されると、汎用コンピュータを、処理が実行されるようにチャンバの動作を制御する特定用途コンピュータ（コントローラ）に変換する。
いくつかの実施態様では、コントローラ４９５は、個々の処理又は二次処理を実行して当該方法を実行するための一又は複数の構成を有する。コントローラ４９５は、中間構成要素に接続され、中間構成要素を作動させて方法の機能を実行するように構成され得る。例えば、コントローラ４９５は、ガス弁、アクチュエータ、モータ、スリット弁、真空制御又は他の構成要素などの一又は複数に接続され、これらを制御するように構成され得る。
一又は複数の実施態様では、処理チャンバ１００は、支持表面上に少なくとも一つのウエハをさらに含む。いくつかの実施態様では、第１の放射率と第１の温度及び／又は第２の放射率と第２の温度は、第１のステーションと第２のステーションのウエハの定常状態温度を提供する。
図５Ａ及び５Ｂは、本開示の別の実施態様を示している。図５Ａは、ヒータ２３０、及びウエハ１０１がガスインジェクタ１１２に隣接するように処理ステーション１１０の下の位置に回転された支持プレート２４５の部分図を示す。支持プレート２４５上、又はヒータ２３０の外側部分上のＯリング３２９は、緩和状態である。
図５Ｂは、ヒータ２３０の支持表面２３１が処理ステーション１１０のガスインジェクタ１１２の前面１１４と接触するか又はほぼ接触するように処理ステーション１１０へ向かって移動した後の、支持プレート２４５及びヒータ２３０を示す。この位置では、Ｏリング３２９は圧縮されて、支持プレート２４５の外縁又はヒータ２３０の外側部分の周りにシールが形成される。これは、ウエハ１０１が可能な限りガスインジェクタ１１２の近くに移動し、反応領域２１９が迅速にパージされ得るように反応領域２１９の空間を最小化することを可能にする。
反応領域２１９から流れ出る可能性のあるガスは、開口部３３８を通ってプレナム３３６中へ及び排気孔又はフォアライン（図示せず）へ排気される。開口部３３８の外側のパージガスカーテンは、パージガスプレナム３７０及びパージガスポート３７１により生成され得る。さらに、ヒータ２３０と支持プレート２４５との間の間隙１３７は、反応領域２１９をさらにカーテンで仕切り、反応性ガスが処理チャンバ１００の内部空間１０９中へ流れることを防ぐのに役立つ可能性がある。
図４に戻ると、いくつかの実施態様のコントローラ４９５は、複数の処理チャンバ間でロボット上の基板を移動させる構成；システムから基板をロード及び／又はアンロードする構成；スリット弁を開閉する構成；ヒータの一又は複数に電力を提供する構成；ヒータの温度を測定する構成；ヒータ上のウエハの温度を測定する構成；ヒータからウエハをロード又はアンロードする構成；温度測定とヒータ電力制御との間でフィードバックを提供する構成；回転軸を中心に支持アセンブリを回転させる構成；支持アセンブリを回転軸に沿って（すなわち、ｚ軸に沿って）移動させる構成；支持アセンブリの回転速度を設定又は変更する構成；ガスインジェクタへのガスの流れを提供する構成；一又は複数の電極へ電力を提供してガスインジェクタ中でプラズマを生成する構成；プラズマ源の電力供給を制御する構成；プラズマ源電力供給の頻度及び／又は電力を制御する構成；及び／又は熱アニール処理ステーションの制御を提供する構成から選択される一又は複数の構成を有する。
図６Ａ－６Ｂを参照すると、いくつかの処理チャンバでは、基板支持アセンブリ２００上に置かれたウエハ１０１は、第１の処理ステーション１１０ａから第２の処理ステーション１１０ｂを往復する（ペデスタルヒータへチャックされる）。一又は複数の実施態様では、第１の処理ステーション１１０ａはアルミニウムで構成される熱シャワーヘッドであり、ウエハ１０１からの距離が約０．５ｍｍから約３ｍｍの第１の間隙Ｇ１を形成するよう位置し得る。第２の処理ステーション１１０ｂは、酸化アルミニウムで構成されるプラズマステーションであり、ウエハ１０１からの距離が約７ｍｍから約１５ｍｍの第２の間隙Ｇ２を形成するよう位置し得る。
差（例えば、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとの間の間隙差、シャワーヘッドの放射率など）によって、ウエハ１０１は、第１のステーション１１０ａと比べて第２のステーション１１０ｂで温まる（すなわち、ウエハ１０１は、第２の処理ステーションへの熱損失が少なくなる）。さらに、簡潔な往復のプロセスの移動では、ウエハ１０１の一側面が第２の処理ステーション１１０ｂへ初めに入り、ウエハ１０１のその同じ側面が第２の処理ステーション１１０ｂを最後に出る。ウエハ１０１には温度勾配が発生する。
したがって、図６Ａを参照すると、一又は複数の実施態様では、処理チャンバ１００は、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとを含む。一又は複数の実施態様では、第１の処理ステーション１１０ａは、第１の面１１４ａ、第１の放射率、及び第１の温度を有する第１のガスインジェクタ１１２ａを含み、第２の処理ステーション１１０ｂは、第２の面１１４ｂ、第２の放射率、及び第２の温度を有する第２のガスインジェクタ１１２ｂを含む。一又は複数の実施態様では、処理チャンバは、複数の実質的に同一平面にある支持表面２３１を含む基板支持アセンブリ２００であって、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとの間で支持表面２３１を移動させるように構成されている、基板支持アセンブリ２００を含む。このように使用される場合、「実質的に同一平面にある」とは、個別の支持表面２３１により形成された平面が、他の支持表面２３１により形成された平面の±５°、±４°、±３°、±２°、又は±１°内にあることを意味する。いくつかの実施態様では、用語「実質的に同一平面にある」とは、個別の支持表面により形成された平面が±５０μｍ、±４０μｍ、±３０μｍ、±２０μｍ又は±１０μｍ内であることを意味する。
一又は複数の実施態様では、図６Ａに示すように、第１の処理ステーション１１０ａの第１のガスインジェクタ１１２ａの第１の面１１４ａは、複数の支持表面２３１から第１の距離Ｄ１が置かれ、第２の処理ステーション１１０ｂの第２のガスインジェクタ１１２ｂの第２の面１１４ｂは、複数の支持表面２３１からの第１の距離Ｄ１よりも大きい第２の距離Ｄ２が置かれる。つまり、いくつかの実施態様では、第１のガスインジェクタ１１２ａの第１の面１１４ａは、ウエハ１０１表面から第１の間隙Ｇ１の距離であり、第２のガスインジェクタ１１２ｂの第２の面１１４ｂは、ウエハ１０１表面からの、第１の間隙Ｇ１の距離よりも大きい、第２の間隙Ｇ２の距離である。
いくつかの実施態様では、図６Ｂに示すように、第１の処理ステーション１１０ａの第１のガスインジェクタ１１２ａの第１の面１１４ａは、複数の支持表面２３１から第１の距離Ｄ１が置かれ、第２の処理ステーション１１０ｂの第２のガスインジェクタ１１２ｂの第２の面１１４ｂは、複数の支持表面２３１からの第１の距離Ｄ１に等しい第２の距離Ｄ２が置かれる。つまり、いくつかの実施態様では、第１のガスインジェクタ１１２ａの第１の面１１４ａは、ウエハ１０１表面から第１の間隙Ｇ１の距離であり、第２のガスインジェクタ１１２ｂの第２の面１１４ｂは、ウエハ１０１表面からの、第１の間隙Ｇ１の距離に等しい、第２の間隙Ｇ２の距離である。
一又は複数の実施態様では、第１の放射率は第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高い。本明細書で使用される場合、用語「放射率」又は「ε」は、所与のオブジェクトの放射輝度の、同じ温度並びに同じスペクトル及び方向条件での黒体の放射輝度に対する比として定義される。放射率は、表面形態、不純物濃度、波長、温度、及びおよびオーバーレイヤの存在の関数である。理論に縛られることを意図するものではないが、両方のシャワーヘッドが同じ放射率及び温度を有する場合、間隙の大きいステーションでは伝導性温度損失が減少するため、間隙の大きいステーションでは温度の上昇が観察されると考えられている。同じ温度と異なる間隙（図６Ａに示される。Ｇ１及びＧ２を参照）の二つの異なるステーション中のウエハからの熱損失を一致させるために、大きな間隙（Ｇ２）を有するステーションは高い放射率を有すると考えられている。放射率が高いほど良いとは限らない。最適な放射率があり、その放射率を超えると、熱損失の差が反転し、ウエハからの熱損失が増加する。例えば、第１の面の放射率が１ｍｍの間隙を有する第１の処理ステーション中約０．１で維持され、第２の面の放射率が１０ｍｍの間隙を有する第２の処理ステーション中約０．８で維持される場合、ウエハ全体の最大温度スキューは、０．５秒の期間にわたり３００ｍｍウエハ全体で約０．５℃以下になる。
一又は複数の実施態様では、約０．５秒間にわたる約０．５℃以下の温度スキューは、ステーション間でウエハを移動させる際に生じる。本明細書で使用される場合、用語「温度スキュー」は、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとの間の温度差を指す。すべての温度スキュー値は、０．５秒のタイムフレームに基づく。一又は複数の実施態様では、温度スキューは、約０．５℃、約０．４５℃、約０．４℃、約０．３５℃、約０．３℃、約０．２５℃、約０．２℃、約０．１５℃、約０．１℃、又は約０．０５℃以下である。理論に縛られることを意図するものではないが、ウエハからの熱損失を二つの異なるステーションに一致させることで、ウエハ上の温度及び温度の不均一性は最小限に保たれることになる。その一方で、第２の処理ステーション１１０ｂの定常状態温度が第１の処理ステーション１１０ａの定常状態温度よりも高い場合、ヒートシンク（つまりガスインジェクタ）がウエハ表面から離れているため、ウエハが加熱するのが容易である。
したがって、一又は複数の実施態様では、第１の処理ステーション１１０ａは高温（例えば２００℃）で比較的低い放射率のシャワーヘッドを使用するが、第２の処理ステーション１１０ｂは、ウエハ移送中の一時的な影響を最小限に抑えるために、低温（例えば１５０℃）で比較的高い放射率のシャワーヘッドを使用する。一又は複数の実施態様では、ウエハの定常状態温度は、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂの両方で類似している。
いくつかの実施態様では、複数の実質的に同一平面にある支持表面２３１はヒータ２３０を含む。一又は複数の実施態様では、ヒータ２３０又は支持表面２３１は、静電チャックを含む。
一又は複数の実施態様では、第１の放射率と第２の放射率は異なり、第１の温度と第２の温度は異なる。他の実施態様では、第１の放射率と第２の放射率は異なり、第１の温度と第２の温度は同じである。
一又は複数の実施態様では、第１の処理ステーション１１０ａは熱ステーションを含み、第２の処理ステーション１１０ｂはプラズマステーションを含む。他の実施態様では、第１の処理ステーション１１０ａは熱ステーションを含み、第２の処理ステーション１１０ｂは熱ステーションを含む。
図１から図６Ｂを参照すると、本開示の一又は複数の実施態様は処理チャンバ１００に関する。一又は複数の実施態様では、処理チャンバ１００は、第１の面１１４ａ、第１の放射率及び第１の温度を有する熱シャワーヘッド（ガスインジェクタ１１２ａ）を含む熱処理ステーション（第１の処理ステーション１１０ａ）と；第２の面１１４ｂ、第２の放射率及び第２の温度を有するプラズマシャワーヘッド（ガスインジェクタ１１２ｂ）を含むプラズマ処理ステーション（第２の処理ステーション１１０ｂ）と；上に少なくとも一つのウエハを有する複数の実質的に同一平面にある支持表面２３１を含む基板支持アセンブリ２００であって、熱処理ステーション（第１の処理ステーション１１０ａ）とプラズマ処理ステーション（第２の処理ステーション１１０ｂ）との間で少なくとも一つのウエハを移動させるよう構成されている、基板支持アセンブリ２００と；複数の実質的に同一平面にある支持表面２３１に接続されたコントローラ４９５とを含む。
一又は複数の実施態様は処理方法に関する。処理方法は第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとの間で基板支持表面を移動させることを含み、第１の処理ステーション１１０ａは、支持表面２３１から第１の距離Ｄ１が置かれた第１の面１１４ａを有する第１のガスインジェクタ１１２ａ、第１の放射率及び第１の温度を含み、第２の処理ステーション１１０ｂは、支持表面２３１からの第１の距離Ｄ１よりも大きい第２の距離Ｄ２が置かれた第２の面１１４ｂ、第２の放射率及び第２の温度を有する第２のガスインジェクタ１１２ｂを含む。一又は複数の実施態様では、第１の放射率は第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高い。
一又は複数の実施態様では、処理方法は、第１の温度又は第２の温度の一又は複数を制御することをさらに含む。図４を参照すると、いくつかの実施態様では、処理チャンバ１００は、第１の温度又は第２の温度の一又は複数を制御するよう構成されている複数の実質的に同一平面にある支持表面２３１に接続したコントローラ４９５をさらに含む。
一又は複数の実施態様では、処理方法は、基板支持表面の移動速度を制御することをさらに含む。いくつかの実施態様では、コントローラ４９５は、基板支持アセンブリ２００の移動速度を制御する。
一又は複数の実施態様では、処理方法は、基板支持表面上に少なくとも一つのウエハをロードすることをさらに含む。
一又は複数の実施態様では、処理方法は、少なくとも一つのウエハの温度スキューを制御することをさらに含む。いくつかの実施態様では、コントローラ２９５は、少なくとも一つのウエハの温度スキューを制御する。
本開示の一又は複数の実施態様は、処理チャンバに関する。一実施態様では、処理チャンバ１００は、第１の面１１４ａ、第１の放射率、第１の温度、及び第１の熱損失係数を有する第１のガスインジェクタ１１２ａを含む第１の処理ステーション１１０ａと、第２の面１１４ｂ、第２の放射率、第２の温度、及び第２の熱損失係数を有する第２のガスインジェクタ１１２ｂを含む第２の処理ステーション１１０ｂと、複数の実質的に同一平面にある支持表面２３１を含む基板支持アセンブリ２００であって、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとの間で支持表面２３１を移動させるように構成されている基板支持アセンブリ２００とを含む。一又は複数の実施態様では、第１の面１１４ａは複数の支持表面２３１から第１の距離Ｄ１が置かれ、第２の面１１４ｂは複数の支持表面２３１から第２の距離Ｄ２が置かれ、第１の熱損失係数と第２の熱損失係数が実質的に同じになるよう、第１の距離Ｄ１、第１の放射率、第１の温度、第２の距離Ｄ２、第２の放射率、又は第２の温度は調整される。本明細書で使用される場合、用語「熱損失係数」は、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとの間でウエハ１０１を移動させる際に発生する温度スキューを指す。本明細書で使用される場合、「第１の熱損失係数と第２の熱損失係数は実質的に同じである」という語句は、ステーション（すなわち１１０ａ及び１１０ｂ）間でウエハ１０１を移動させる際に発生する、約０．５秒の期間の温度スキューが約０．５℃未満であることを意味する。
本開示の一又は複数の実施態様は処理方法に関する。一実施態様では、処理方法は、第１の処理ステーション１１０ａと第２の処理ステーション１１０ｂとの間で基板支持表面２３１を移動させることを含み、第１の処理ステーション１１０ａは、支持表面２３１から第１の距離Ｄ１が置かれた第１の面１１４ａ、第１の放射率及び第１の温度を有する第１のガスインジェクタ１１２ａを含み、第２の処理ステーション１１０ｂは、支持表面２３１から第２の距離Ｄ２が置かれた第２の面１１４ｂ、第２の放射率及び第２の温度を有する第２のガスインジェクタ１１２ｂを含み、ここで、第１の熱損失係数と第２の熱損失係数が実質的に同じになるよう、第１の距離Ｄ１、第１の放射率、第１の温度、第２の距離Ｄ２、第２の放射率、又は第２の温度の一又は複数は調整される。
この明細書全体を通じて、「一実施態様」、「特定の実施態様」、「一又は複数の実施態様」、又は「実施態様」に対する言及は、実施態様に関連して説明されている特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の少なくとも一つの実施態様に含まれることを意味する。したがって、この明細書全体のさまざまな箇所での「一又は複数の実施態様で」、「特定の実施態様で」、「一実施態様で」、又は「実施態様で」などの表現は、必ずしも、本開示の同一の実施態様に言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、一又は複数の実施態様において任意の適切なやり方で組み合わせられ得る。
本明細書の開示は特定の実施態様を参照して説明されているが、これらの実施態様は、本開示の原理及び用途の例示にすぎないことを理解されたい。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して様々な改変及び変形を行い得ることが、当業者には明らかになろう。このように、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内である改変例及び変形例を含むことが意図されている。

Claims (15)

  1. 処理チャンバであって、
    第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含む第１の処理ステーションと；
    第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含む第２の処理ステーションと；
    複数の実質的に同一平面にある支持表面を含む基板支持アセンブリであって、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で支持表面を移動させるように構成されている基板支持アセンブリと；
    を含み、
    第１の面が、複数の実質的に同一平面にある支持表面から第１の距離が置かれ、かつ第２の面が、複数の実質的に同一平面にある支持表面から第２の距離が置かれており、かつ第１の放射率が第２の放射率よりも低い、
    処理チャンバ。
  2. 処理チャンバであって、
    第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含む第１の処理ステーションと；
    第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含む第２の処理ステーションと；
    複数の実質的に同一平面にある支持表面を含む基板支持アセンブリであって、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で支持表面を移動させるように構成されている基板支持アセンブリと；
    を含み、
    第１の面が、複数の実質的に同一平面にある支持表面から第１の距離が置かれ、かつ第２の面が、複数の実質的に同一平面にある支持表面から第２の距離が置かれており、かつ第１の放射率が第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高く、
    ウエハが支持表面上にあるとき、０．５℃未満の温度スキューが、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で０．５秒間ウエハを移動させる際に生じる、処理チャンバ。
  3. 処理チャンバであって、
    第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含む第１の処理ステーションと；
    第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含む第２の処理ステーションと；
    複数の実質的に同一平面にある支持表面を含む基板支持アセンブリであって、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で支持表面を移動させるように構成されている基板支持アセンブリと；
    を含み、
    第１の面が、複数の実質的に同一平面にある支持表面から第１の距離が置かれ、かつ第２の面が、複数の実質的に同一平面にある支持表面から第２の距離が置かれており、かつ第１の放射率が第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高く、
    第２の距離が第１の距離よりも大きい、処理チャンバ。
  4. 第１の距離と第２の距離が同じである、請求項１に記載の処理チャンバ。
  5. 第１の放射率と第２の放射率が異なり、第１の温度と第２の温度が異なる、請求項１に記載の処理チャンバ。
  6. 第１の放射率と第２の放射率が異なり、第１の温度と第２の温度が同じである、請求項１に記載の処理チャンバ。
  7. 第１の処理ステーションが熱ステーションを含み、第２の処理ステーションがプラズマステーションを含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
  8. 第１の処理ステーションが熱ステーションを含み、第２の処理ステーションが熱ステーションを含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
  9. 支持表面上に少なくとも一つのウエハをさらに含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
  10. 第１の放射率と第１の温度及び／又は第２の放射率と第２の温度が、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションのウエハの定常状態温度を提供する、請求項９に記載の処理チャンバ。
  11. 処理方法であって、
    第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で基板支持表面を移動させることであって、第１の処理ステーションが、基板支持表面から第１の距離が置かれた第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含み、第２の処理ステーションが、基板支持表面から第２の距離が置かれた第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含む、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で基板支持表面を移動させることを含み、
    第１の放射率が第２の放射率よりも低い、処理方法。
  12. 処理方法であって、
    第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で基板支持表面を移動させることであって、第１の処理ステーションが、基板支持表面から第１の距離が置かれた第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する第１のガスインジェクタを含み、第２の処理ステーションが、基板支持表面から第２の距離が置かれた第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有する第２のガスインジェクタを含む、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で基板支持表面を移動させることを含み、
    第１の放射率が第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度は第２の温度よりも高く、
    第２の距離が第１の距離よりも大きい、処理方法。
  13. 第１の距離と第２の距離が同じである、請求項１１に記載の方法。
  14. 少なくとも一つのウエハを基板支持表面上にローディングすることをさらに含む、請求項１１に記載の処理方法。
  15. 処理チャンバであって、
    第１の面と第１の放射率と第１の温度とを有する熱シャワーヘッドを含む熱処理ステーションと；
    第２の面と第２の放射率と第２の温度とを有するプラズマシャワーヘッドを含むプラズマ処理ステーションと；
    上に少なくとも一つのウエハを有する複数の実質的に同一平面にある支持表面を含む基板支持アセンブリであって、熱処理ステーションとプラズマ処理ステーションとの間で少なくとも一つのウエハを移動させるように構成されている基板支持アセンブリと；
    複数の実質的に同一平面にある支持表面に接続したコントローラと；
    を含み、
    第１の面が少なくとも一つのウエハから０．５ｍｍから３ｍｍの範囲で離間し、かつ第２の面が少なくとも一つのウエハから７ｍｍから１５ｍｍの範囲で離間しており、かつ第１の放射率が第２の放射率よりも低く、かつ／又は第１の温度が第２の温度よりも高い、
    処理チャンバ。
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