JP7330181B2 - 高圧蒸気アニール処理装置 - Google Patents

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Description

［０００１］ 本開示の実施形態は、概して、集積回路の製造に関し、具体的には、一又は複数の半導体基板をアニールするための装置に関する。
関連技術の記載
［０００２］ メモリデバイス、論理デバイス、マイクロプロセッサなどの半導体デバイスの形成は、半導体基板上への一又は複数の膜の堆積を伴う。膜は、半導体デバイスを製造するために必要な回路を作成するために使用される。アニーリングは、堆積された膜の電気的特性を改善するために、堆積された膜に対して様々な効果を達成するために使用される熱処理プロセスである。例えば、アニーリングを使用して、ドーパントを活性化し、堆積膜を高密度化し、又は成長膜の状態を変化させることができる。
［０００３］ 半導体デバイスの幾何形状は、数十年前の導入以来、サイズが劇的に縮小されてきた。デバイス密度の増加は、減少した空間寸法を有する構造的特徴をもたらした。例えば、高アスペクト比（深さ対幅の比）の間隙及びトレンチにおいて、現代の半導体デバイスの構造上の特徴は、間隙を材料で充填することが極めて困難になる程度まで狭まっており、特に、間隙を充填する材料の特性を確実に制御することができない点で、極めて困難になってきている。バルク堆積材料の特性を改善するのに適した従来のアニーリング処理は、高アスペクト比の特徴で堆積された材料の特性を改善する能力を実証していない。
［０００４］ したがって、半導体基板をアニールするための方法及び装置の改良が必要となっている。
［０００５］ 本開示の実施形態は、概して、一又は複数の半導体基板をアニールするための装置に関する。一実施形態では、バッチ処理チャンバが開示される。バッチ処理チャンバは、内部空間を取り囲むチャンバ本体と、内部空間内に移動可能に配置されたカセットと、カセットの底壁に連結されたプラグとを含む。チャンバ本体は、チャンバ本体の底壁を貫通する開口部を有する。シャフトが、チャンバ本体に形成された開口部を通って配置され、カセットに連結される。チャンバ本体は、２９０℃を超える温度にチャンバ本体を維持するように動作可能な一又は複数のヒータとインターフェース接続される。カセットは、その上に複数の基板を装填するために第１の位置まで上昇し、処理のために第１の位置の下の第２の位置まで下降するように構成される。プラグは、カセットが第２の位置にあるときに、チャンバ本体の底壁の上面と係合するように構成された下向きのシールを含む。シールは、開口部及びシャフトを包囲し、チャンバ本体の底壁に対して密閉する。
［０００６］ 別の実施形態では、バッチ処理チャンバは、内部空間を取り囲むチャンバ本体と、内部空間内に移動可能に配置されたカセットと、内部空間内に配置された中空の円筒形シェルとを含む。チャンバ本体は、２９０℃を超える温度にチャンバ本体を維持するように動作可能な一又は複数のヒータとインターフェース接続される。カセットは、第１の位置と第１の位置の下の第２の位置との間で移動可能である。第１の位置では、カセットは、シェルの上方に配置される。第２の位置では、カセットはシェルによって包囲される。一又は複数のヒータが、シェルの内面とカセットとの間に配置される。
［０００７］ さらに別の実施形態では、バッチ処理チャンバは、内部空間を取り囲むチャンバ本体と、内部空間内に移動可能に配置されたカセットと、カセットの底壁に連結されたプラグと、内部空間内に配置された中空の円筒形シェルと、カセット上に配置された蓋と、チャンバ本体の側壁を通って形成された装填ポートを密閉可能に閉じるように構成されたドアとを含む。チャンバ本体は、チャンバ本体を２９０℃を超える温度に維持するように動作可能な一又は複数のヒータを含む。カセットは、その底壁を貫通して形成された一又は複数のガス流入開口部を有する。カセットは、第１の位置と第１の位置の下の第２の位置との間で移動可能である。第１の位置では、カセットは、シェルの上方に配置される。第２の位置では、カセットはシェルによって包囲される。プラグは、シャフトに連結され、開口部を取り囲み、カセットが第２の位置にあるときに、チャンバ本体の底壁の上面と係合するように構成された下向きのシールを含む。プラグは、内部に配置された冷却チャネルも含む。シェルは、その内面に配置された一又は複数のヒータを有する。蓋は、シェルの外径よりも大きい直径を有する。
［０００８］ 本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、添付の図面に例示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、本開示は他の同等に有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
複数の基板をカセットに装填するための上昇位置にカセットを備えたバッチ処理チャンバの概略断面図である。 複数の基板を処理するための下降位置にカセットを備えたバッチ処理チャンバの概略断面図である。 カセットの概略的な底面図である。 バッチ処理チャンバ内に配置された円筒形シェルの部分概略断面図である。 開放構成におけるスリットバルブドアの概略断面図である。 閉鎖構成におけるスリットバルブドアの概略断面図である。 バッチ処理チャンバの入口に接続された温度制御された入口流体回路の概略図である。 バッチ処理チャンバの出口に接続された温度制御された出口流体回路の概略図である。
［００１７］ 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。
［００１８］ 本開示の実施形態は、概して、一又は複数の基板、例えば、半導体基板をアニールするための装置に関する。一実施例では、装置は、バッチ処理チャンバ内に配置されたカセット上に位置する複数の半導体基板を処理するように動作するバッチ処理チャンバである。カセットが下げられて、例えば処理位置にあるときには、バッチ処理チャンバは、７０ｂａｒまでの圧力及び５５０℃までの温度で基板をアニールする。本明細書に記載の一実施例では、カセットの底壁は、カセットが下降位置にあるとき、バッチ処理チャンバを閉じる下向きのシールを含む。したがって、大気圧を超える処理圧力では、カセットと底部インターフェースに渡る圧力差によって、シールは強制的に圧縮され、これにより、シャフトの密閉用途で一般的に使用される動的シールと比較して、より堅牢なシールが形成され有利である。同様に、バッチ処理チャンバのスリットバルブドアは、処理チャンバの内部空間から密閉し、同様に、スリットバルブドアのシールは、処理チャンバの内部空間が高圧であるときには強制的に圧縮される。他の実施形態では、バッチ処理チャンバは、中空の円筒形シェルを組み込む。シェルは、シェルの境界内に配置され、シェルとカセットとの間に配置された、一又は複数のヒータによって生成された熱を保持するように機能する。シェルはまた、処理チャンバの側壁に伝達される熱量を実質的に減少させる。
［００１９］ 図１は、複数の基板１３５をカセット１３０に装填するため、第１の位置、例えば上昇位置（すなわち、装填位置）に配置されたカセット１３０を備えるバッチ処理チャンバ１００の概略断面図である。バッチ処理チャンバ１００は、内部空間１５０を囲むチャンバ本体１１０と、チャンバ本体１１０の上に配置された蓋１１１とを有する。チャンバ本体１１０は、環形状を有するが、他の実施形態では、本体１１０は、長方形又は任意の閉鎖形状であってもよい。
［００２０］ チャンバ本体１１０は、一又は複数のセクションで製造されてもよい。図１に示す実施形態では、チャンバ本体１１０は、底壁１１５、側壁１１７を含む蓋１１１を含む。底壁１１５は、内面１５１と外面１５３とを有する。側壁１１７は、内面１５５と外面１５７とを有する。蓋１１１及びチャンバ本体１１０は、固定シール１１８によって共に保持される。冷却チャネル１１９は、固定シール１１８に隣接して配置される。他の実施形態（図示せず）では、チャンバ本体１１０は、上部スプールと、底部１１５と蓋１１１との間に配置された下部スプールとを含んでもよい。チャンバ本体１１０は、一又は複数のＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）、Ｉｃｏｎｅｌ（登録商標）、及びＭｏｎｅｌ（登録商標）合金などであるが、これらに限定されない、高い耐腐食性を示すニッケルベースの鋼合金から作製されてもよい。
［００２１］ 一又は複数のカートリッジヒータ１１２が、チャンバ本体１１０内に、例えば、底部１１５又は側壁１１７の凹部内に配置される。ヒータ１１２は、チャンバ本体１１０を能動的に加熱し、チャンバ本体１１０を２９０℃よりも高い温度に維持するように構成される。ヒータ１１２の各々は、抵抗コイル、ランプ、セラミックヒータ、グラファイト系炭素繊維複合材料（ＣＦＣ）ヒータ、ステンレス鋼ヒータ、又はアルミニウムヒータであってもよい。ヒータ１１２は、電源１０５によって給電される。温度センサ１１４は、チャンバ本体１１０に連結され、チャンバ本体１１０の温度を監視するように構成される。ヒータ１１２への電力は、温度センサ１１４から受け取ったフィードバックを介してコントローラ１８０によって制御される。石英のような（少なくともシールドに対して）低い熱伝達係数を有する材料で作られた任意の断熱ライナ１１６を、チャンバ本体１１０の側壁１１７の内面１５５に沿って内部空間１５０に配置することができるが、これに限定されるものではない。このような例では、ライナ１１６は、シェル１２０と側壁１１７との間に配置され、シェル１２０と側壁１１７との間で伝達される熱量を有利に減少させ、これによって、側壁１１７の温度調整を補助する。
［００２２］ カセット１３０は、内部空間１５０内に移動可能に配置される。カセット１３０は、石英、セラミック、又は他の非熱伝導性材料から製造されうる。カセット１３０は、その中に複数の基板１３５を収容し、複数の基板１３５をバッチ処理チャンバ１００に出し入れするのを容易にする。さらに、カセット１３０は、バッチ処理チャンバ１００内の第１の位置とバッチ処理チャンバ１００内の第２の位置との間の基板１３５の移送を容易にし、基板１３５が高圧及び高温でアニールされるようにする。
［００２３］ カセット１３０は、上壁１３２と、底壁１３４と、側壁１３６とを含む。カセット１３０の側壁１３６は、その内面に形成された複数の基板収納スロット１３８を有する。各基板収納スロット１３８は、カセット１３０の側壁１３６の内面に沿って垂直に等間隔に配置される。各基板収納スロット１３８は、複数の基板１３５のうちの１つをその上に保持するように構成される。一実施例では、カセット１３０は、基板１３５を保持するための２５個の基板収納スロット１３８を有することができる。他の実施例では、２５個より多い又は少ない基板収納スロット１３８も想定される。底壁１３４には、カセット１３０内への流体の流れを容易にする一又は複数の開口１３３が形成されている。
［００２４］ 図１Ｃは、カセット１３０の概略底面図である。一実施形態では、図１Ｃに示すように、カセット１３０の底壁１３４は、中央部分３３０から環形状の周辺部分１３１に半径方向に延在する一又は複数のスポーク１０４を含み、隣接するスポーク１０４間の開口１３３を画定する。
［００２５］ 図１Ａ及び図１Ｂに戻ると、プラグ１７２がカセット１３０の底壁１３４に連結される。プラグ１７２は一又は複数のシール１７５を含む。シールは、プラグ１７２の下面に配置することができる。プラグ１７２は、チャンバ本体１１０の底壁１１５を貫通して形成された開口部１５４の上方に垂直に配置される。プラグ１７２は、バッチ処理チャンバ１００の動作中、カセット１３０と共に垂直に上下に作動する。いくつかの態様において、図１及び図２に示されるように、開口部１５４は、内面１５１に形成され、その中にプラグ１７２を収容するように構成された階段状の上方プロファイルを含む。作動中、プラグ１７２は、垂直下方に駆動され、開口部１５４の階段状プロファイルの底面をシール１７５と係合させ、それにより、プラグ１７２と底壁１１５との間に密閉を形成して、バッチ処理チャンバ１００の開口部１５４を通る流体の流れを阻止する。
［００２６］ プラグが内面１５１と係合すると、バッチ処理チャンバ１００内の上昇した圧力は、バッチ処理チャンバ１００の外側の圧力よりも大きく、シール１７５を内面１５１と強制的に係合させる。シール１７５を強制的に係合させることによって、より強く、より流体的に密閉されたシールが形成される。一実施例では、シール１７５は、パーフルオロエラストマーのような高温ポリマーから作られるが、これに限定されるわけではない。いくつかの実施形態では、シール１７５はＯリングである。いくつかの実施形態では、プラグ１７２は除外されてもよい。このような実施例では、カセット１３０の底壁１３４は底部１１５に対して密閉する。そのような例では、シール１７５は、カセット１３４の底壁１３４の下面に配置されてもよく、又は任意選択により、シール１７５を除外してもよいことが企図される。
［００２７］ プラグ１７２は、シール１７５に隣接して内部に配置された冷却チャネル１７６も含む。冷却チャネル１７６は、冷却流体源１７７に流体接続される。限定されるものではないが、不活性流体、誘電性流体、及び高性能伝熱流体などの冷却流体が、冷却チャネル１７６内で循環されてもよい。冷却チャネル１７６は、プラグ１７２及びシール１７５を冷却して、動作中にシール１７５を最大完全性温度（ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）（例えば、約３２５℃）未満に維持し、それによってシール１７５の有効寿命を延ばすように構成される。プラグ１７２は、内部空間１５０内でプラグ１７２とカセット１３０を上下に動かすシャフト１７４に連結されている。プラグ１７２は、シャフト１７４の上端に配置され、シャフト１７４の別個の構成要素であってもよいし、それと一体的に形成されてもよい。シャフト１７４の下端は、シャフト１７４の運動を容易にするアクチュエータ１７０に連結されている。シャフト１７４及びアクチュエータ１７０は、コントローラ１８０によって制御される。
［００２８］ バッチ処理チャンバ１００はまた、真空リップシール１６０を含む。真空リップシール１６０は、外面１５３とアクチュエータ１７０との間で、底壁１１５の外面１５３に隣接して配置される。真空リップシール１６０は、シャフト１７４の周りの真空リップシール１６０の密閉を容易にするためのシール１６５を含む。シール１６５は、パーフルオロエラストマーのような高温ポリマーから作られるが、これに限定されるわけではない。真空リップシール１６０は、シール１７５に対するバックアップシール又は冗長シールとして機能する。シール１７５が故障した場合、内部空間１５０から流出する加圧流体又は空気は、ポンプ（図示せず）に流体接続された出口１６９を通って導かれる。低圧動作中、シャフト１７４がバッチ処理チャンバ１００の内部空間１５０内でカセット１３０を上下に移動させると、真空リップシール１６０は、内部空間１５０からの加圧された処理流体又は空気の漏出、或いは内部空間１５０内への周囲空気の侵入を防止する。
［００２９］ いくつかの実施形態では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、バッチ処理チャンバ１００は、熱遮断部１７８も含む。熱遮断部は、プラグ１７２の上面及びカセット１３０の底壁１３４の下面に隣接して配置される。熱遮断部１７８は、底壁１３４に、又はプラグ１７２の上面に接着されてもよい。熱遮断部１７８はセラミックから製造されるが、他の材料も想定される。熱遮断部１７８は、カセット１３０とシャフト１７４との間の熱伝達を緩和することによって、カセット１３０からチャンバの外部への熱の流れを制限するように構成される。
［００３０］ 図１Ｄは、バッチ処理チャンバ内に配置された円筒形シェルの部分概略断面図である。円筒形シェル１２０は、（下降位置にある）カセット１３０と任意選択の絶縁ライナ１１６との間に配置される。
［００３１］ シェル１２０は、その内面１０６に連結されたヒータ１２７を有する壁１２３を含む。シェル１２０は、壁１２３内に位置する処理領域１２５を加熱し、処理領域１２５内の熱から壁１２３の外側の外側領域１２９を遮蔽するように構成される。言い換えるならば、シェル１２０は、処理領域１２５と外側領域１２９との間の熱分離を容易にする。壁１２３は、高反射性の板金又はＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）合金のようなニッケルベースの鋼合金から製造することができる。壁１２３の外面１０７は、処理領域１２５と外側領域１２９との間の熱分離をさらに容易にするために、任意選択で絶縁層（図示せず）でコーティングされてもよい。
［００３２］ 壁１２３の内面１０６は、複数のフック１２６を有し、セラミックフックなどがそこに連結されている。複数のフック１２６は、その上に一又は複数のヒータ１２７を支持する。ヒータ１２７は、螺旋状又は軸方向に整列した構成で配置され、アニーリング動作中に処理領域１２５及びその中に配置された複数の基板１３５を加熱するように構成される。一実施例では、一又は複数のヒータ１２７は、処理領域１２５を５５０℃の温度まで加熱するように構成される。ヒータは、例えば、ニッケルクロム合金から形成された抵抗ヒータであってもよい。シェル１２０内のヒータ１２７は、電源１０５に電気的に接続される。一実施例では、内面１０６は熱反射性であり、ヒータ１２７によって生成された熱を処理領域１２５に反射させるように構成される。いくつかの態様では、内面１は、熱反射をさらに高めるために、その上に反射コーティングを含むことができる。
［００３３］ 圧力センサ１２２は、底部１１５の内面１５１上の処理領域１２５内に配置される。圧力センサ１２２は、アニーリング処理中に処理領域１２５の圧力を測定するように構成される。温度センサ１２４は、圧力センサ１２２に隣接する底部１１５の内面１５１上の処理領域１２５内に配置され、温度センサ１２４は、アニーリング処理中に処理領域１２５の温度を測定するように構成される。
［００３４］ カセット１３０の蓋１４０は、その下面に環状凹部１４２を含む。環状凹部１４２は、シェル１２０の壁１２３の上に配置されるように構成され、壁１２３と蓋１４０との間に間隙１２８を形成する。一実施例では、蓋１４０は、環状凹部１４２を収容するためにシェル１２０の外径よりも大きい直径を有する。処理流体が処理領域１２５内に導入されると、間隙１２８があることによって、残留空気は処理流体によって内部空間１５０（図１Ｂに示す）内に押し退けられる。
［００３５］ 図１Ｄはまた、熱遮断部１７８の一実施例を示している。図示した実施例では、熱遮断部１７８は、カプセル化されたカップとして形成されている。カプセル化されたカップは、カセット１３０の底壁１３４との接触を最小にする。図１Ｄに示すように、熱遮断部１７８は、中空の中央部分１０９を囲む薄い円筒壁１０８を有する。中空の中央部分１０９及び薄い円筒壁は、カセット１３０とプラグ１７２との間の熱伝達を低減する。別の実施例では、熱遮断部１７８は、中空中央部分１０９を省略しうることが企図される。このような例では、熱遮断部１７８は、熱絶縁材料から形成することができる。
［００３６］ 図１Ａ及び図１Ｂに戻り、図１Ｅ及び図１Ｆを参照すると、装填ポート１５８は、チャンバ本体１１０の側壁１１７を通って形成される。図１Ｅは、開放構成のスリットバルブドア１９５の概略断面図である。図１Ｆは、閉鎖構成におけるスリットバルブドア１９５の概略断面図である。処理中に、複数の基板１３５をバッチ処理チャンバ１００から装填ポート１５８を通って装填すること又は取り出すことができる。スリットバルブドア１９５は、装填ポート１５８を選択的に開閉することによって、装填ポート１５８を通って内部空間１５０へアクセスするために使用される。スリットバルブドア１９５は、装填ポート１５８を囲む側壁１１７の内面１５５と係合するように構成される。シール１９９は、装填ポート１５８を覆って密閉することによって、スリットバルブドア１９５の閉鎖を容易にする。内部空間１５０内の上昇した圧力は、スリットバルブドア１９５及びシール１９９を内面１５５にさらに係合させる。シール１９９は、パーフルオロエラストマーのような高温ポリマーから作られるが、これに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、シール１９９はＯリングであってもよい。
［００３７］ スリットバルブドア１９５は、細長いスロット１０５ｂ内に配置された回転ピン１０５ａを含む。ピン１０５ａは、スリットバルブドア１９５をバー１９８ａに連結する。バー１９８ａは、水平アクチュエータ１９４ａ及び垂直アクチュエータ１９０に連結されている。水平アクチュエータ１９４ａは、内部空間１５０内のスリットバルブドア１９５の一端を、装填ポート１５８に向かって、また、装填ポート１５８から離れるように直線的に移動させるように構成される。水平アクチュエータ１９４ａの作動により、スリットバルブドア１９５はピン１０５ｃを中心に枢動し、一方、ピン１０５ａは細長いスロット１０５ｂ内を移動する。スリットバルブドア１９５の回転のためのクリアランスを提供するために、第２の水平アクチュエータ１９４ｂは、スリットバルブドア１９５がバー１９８ｂを介して内面１５５から離れる動作を容易にしうる。スリットバルブドア１９５は、基板の出し入れを可能にするため、非垂直配向（例えば、内面１５５に対して約４５度）に旋回されてもよい。さらなるクリアランスを提供するため、水平アクチュエータ１９４ａ、１９４ｂは、ブラケット１９６の作動を容易にするように、リンク１９２によって垂直アクチュエータ１９０に連結されるブラケット１９６に連結されてもよい。ブラケット１９６の垂直方向の作動は、バー１９８ａ、１９８ｂを装填ポート１５８内で垂直方向に移動させることによって、装填ポート１５８内にさらなるクリアランスを提供する。スリットバルブドア１９５及び各アクチュエータの運動は、コントローラ１８０によって制御される。
［００３８］ バッチ処理チャンバ１００内の空気の流れを容易にするために、入口ポート１５２は、チャンバ本体１１０の底壁１１５を貫通して形成され、入口導管２５９（図２に示す）を内部空間１５０に流体接続する。出口ポート１５６はまた、底壁１１５を貫通して形成され、内部空間１５０を出口導管３６１（図３に示す）に接続する。入口ポート１５２は、一又は複数のガス（例えば、試薬、前駆体、パージガス、又はキャリアガス）を供給するために、ガス供給源に流体連結される。
［００３９］ 図２は、温度制御された入口流体回路２００を概略的に示す。温度制御された入口流体回路２００は、入口導管２５９を介して入口ポート１５２に流体接続可能である。入口流体回路２００は、ガスパネル２５０と、ソース導管２５７と、入口導管２５９に連結された入口分離バルブ２５５とを含む。一又は複数のヒータ２５２、２５４、及び２５８は、入口流体回路２００の異なる部分とインターフェース接続され、入口流体回路２００全体にわたる温度制御を容易にする。一又は複数の温度センサ２５１、２５３、及び２５６は、入口流体回路２００の異なる部分とインターフェース接続され、温度測定値を取得し、温度測定情報をコントローラ１８０に提供し、それによってフィードバック制御を容易にする。
［００４０］ 図２に示されているように、ソース導管２５７はヒータ２５２とインターフェース接続され、かつ熱連通している。入口分離バルブ２５５は、ヒータ２５４とインターフェース接続され、かつ熱連通している。入口導管２５９は、ヒータ２５８とインターフェース接続され、かつ熱連通している。温度センサ２５１は、ソース導管２５７とインターフェース接続され、ソース導管２５７の温度を測定するように構成される。温度センサ２５３は、入口分離バルブ２５５とインターフェース接続され、入口分離バルブ２５５の温度を測定するように構成される。温度センサ２５６は、入口導管２５９とインターフェース接続され、入口導管２５９の温度を測定するように構成される。温度読取装置２０５は、温度センサ２５１、２５３及び２５６から温度測定値を受け取り、表示する。温度読取装置２０５は、温度情報をコントローラ１８０に送り、入口流体回路２００の温度制御を容易にする。
［００４１］ 図３は、温度制御された出口流体回路３００を概略的に示す。出口流体回路３００は、出口導管３６１を介して出口ポート１５６に流体接続可能である。出口流体回路３００は、出口分離バルブ３６５と、排気導管２６３と、凝集装置（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）３６０と、ポンプ３７８とを含む。出口流体回路３００の熱制御を容易にするために、一又は複数のヒータ３６２、３６４、及び３６６が出口流体回路３００の異なる部分とインターフェース接続される。一又は複数の温度センサ３６７、３６８、及び３６９が、出口流体回路３００の異なる部分とインターフェース接続され、温度測定値を取得し、温度測定情報をコントローラ１８０に提供する。図３に示されているように、出口導管３６１はヒータ３６２とインターフェース接続され、かつ熱連通している。出口分離バルブ２６５は、ヒータ３６４とインターフェース接続され、かつ熱連通している。排気導管３６３は、ヒータ３６６とインターフェース接続され、かつ熱連通している。温度センサ３６７は、出口導管３６１とインターフェース接続され、出口導管３６１の温度を測定するように構成される。温度センサ３６８は、出口分離バルブ３６５とインターフェース接続され、出口分離バルブ３６５の温度を測定するように構成される。温度センサ３６９は、排気導管３６３とインターフェース接続され、排気導管３６３の温度を測定するように構成される。温度読取装置３０５は、温度センサ３６７、３６８及び３６９から温度測定値を受け取り、表示する。温度読取装置３０５は、出口流体回路３００の温度制御を容易にするために、温度情報をコントローラ１８０に送る。
［００４２］ 凝集装置３６０は、内部空間１５０に流体連結され、出口導管３６１を通って内部空間１５０を出る処理流体を凝集するように構成される。任意選択的に、凝集装置３６０を出る凝集した処理流体は、分離バルブ３７５を経由して熱交換器３７０を通って送られてもよい。熱交換器３７０は、処理流体がより容易に管理されうるように、凝集した処理流体をさらに冷却するように構成される。凝集装置３６０は、凝集導管３７２によって分離バルブ３７５に流体接続されている。熱交換器３７０は、熱交換器導管３７４によって分離バルブ３７５に連結される。ポンプ３７８は、ポンプ導管３７６によって熱交換器３７０に流体的に接続され、リサイクル、再利用又は廃棄するため、熱交換器３７０から容器（図示せず）への液化処理流体のポンピングを容易にする。
［００４３］ 図２及び図３を参照すると、ヒータ２５２、２５４、２５８、３６２、３６４、及び３６６は、流体回路２００及び３００を通って流れている処理流体を所定の温度に維持するように構成される。一実施例では、所定の温度は、処理流体の凝結点よりも高い。ヒータ２５２、２５４、２５８、３６２、３６４、及び３６６は、外部環境への熱の損失を防止するために、任意選択により、断熱層で覆われてもよく、それによって、流体入口回路２００及び流体出口回路３００の温度制御効率が改善される。ヒータ２５２、２５４、２５８、３６２、３６４、及び３６６は、ランプ、抵抗加熱素子、伝熱流体を流すための流体導管、又は他の適切な加熱装置であってもよい。図２及び図３に示すような実施形態では、ヒータ２５２、２５４、２５８、３６２、３６４、及び３６６は、流体回路２００及び３００の素子の周囲に巻かれた抵抗ヒータである。ヒータ２５２、２５４、２５８、３６２、３６４、及び３６６は、電源１０５に個別に連結される。いくつかの実施形態では、ヒータ２５２、２５４、２５８、３６２、３６４、及び３６６の各々は、独立して制御されてもよい。温度センサ２５１、２５３、２５６、３６７、３６８、及び３６９は、それぞれ、赤外線センサなどの非接触センサ、又は熱電対などの接触センサになりうる。
［００４４］ 入口分離バルブ２５５及び出口分離バルブ３６５は、遮断バルブである。入口分離バルブ２５５が開いているときには、ソース導管２５７を通って流れる処理流体が、内部空間１５０内で入口導管２５９及び処理領域１２５に入るように、出口分離バルブ３６５は閉じられる。一方、出口分離バルブ３６５が開いているときには、ガス状生成物が処理領域１２５から除去され、出口導管３６１及び排気導管３６３を通って凝集装置３６０に流れるように、入口分離バルブ２５５は閉じられる。
［００４５］ 処理流体は、バッチ処理チャンバ１００内の基板の所望のアニーリングのための処理要件に従って選択されることが企図される。処理流体は、酸素、蒸気、水、過酸化水素、及び／又はアンモニアなどの酸素含有ガス及び／又は窒素含有ガスを含みうる。酸素含有ガス及び／又は窒素含有ガスの代わりに、又はこれに加えて、処理流体は、一又は複数の有機ケイ素化合物、一又は複数のテトラアルキルオルトシリケート、一又は複数のジシロキサン、或いはこれらの任意の組合せなどであるが、これらに限定されないケイ素含有ガスを含有してもよい。いくつかの実施形態では、処理流体は、７０ｂａｒまでの圧力で約５５０℃の温度の蒸気であってもよい。
［００４６］ 図１Ａ及び図１Ｂに戻ると、バッチ処理チャンバは、コントローラ１８０も含む。コントローラ１８０は、アクチュエータ１７０、１９４ａ、１９４ｂ、及び１９０、並びにバッチ処理チャンバ１００の電源１０５の動作を制御する。また、コントローラ１８０は、冷却流体源１７７と、入口流体回路２００（図２）と、出口流体回路３００（図３）とに接続される。コントローラ１８０は、圧力センサ１２２と、温度センサ１１４及び１２４とに、通信可能に接続される。コントローラ１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１８２と、メモリ１８４と、補助回路１８６とを含む。ＣＰＵ１８２は、産業用の設定で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであってよい。メモリ１８４は、ランダムアクセスメモリ、読取専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、又は他の形態のデジタル記憶装置であってよい。補助回路１８６は、通常、ＣＰＵ１８２に連結され、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電源などを含みうる。
［００４７］ バッチ処理チャンバ１００は、７０ｂａｒまでの圧力下、かつ約５５０℃の温度下で、複数の基板１３５をアニールするために構成される。動作中、ヒータ１１２は、バッチ処理チャンバ１００を予熱し、その後バッチ処理チャンバ１００内に導入される過熱処理流体の凝結を回避するため、２９０℃を超える温度で内部空間１５０を維持するように、電源が投入される。
［００４８］ コントローラは、装填ポート１５８を開くため、一又は複数のアクチュエータ１９０、１９４ａ、１９４ｂを駆動する。装填ポート１５８の開放と同時に、又は開放した後に、シャフト１７４はアクチュエータ１７０によって駆動され、バッチ処理チャンバ１００の内部空間１５０内でカセット１３０を上昇させる。シャフト１７４は、ロボットエンドエフェクタ（図示せず）からの複数の基板１３５をそれぞれの基板収納スロット１３８上に個別に装填することができるように、各基板収納スロット１３８を装填ポート１５８と徐々に整列させる。複数の基板１３５がカセット１３０に装填されると、装填ポート１５８は閉じられる。
［００４９］ シャフト１７４は、アクチュエータ１７０によって駆動され、バッチ処理チャンバ１００の内部空間１５０内でカセット１３０を下降させる。カセット１３０が下降位置に下がると、プラグ１７２が内面１５１と係合して開口部１５４を密閉する。同時に、カセット１３０の蓋１４０は、シェル１２０の壁１２３の上に配置され、これにより、処理領域１２５を画定する。
［００５０］ シェル１２０の内部に配置されたヒータ１２７は、電源１０５によって電源が投入され、処理領域１２５及び複数の基板１３５を約５５０℃の温度に維持する。過熱状態の処理流体は、ガスパネル２５０によって、入口流体回路２００の入口導管２５９を通って処理領域１２５内に導入される。入口導管２５９を通って流体が導入されている間は、出口流体回路３００は作動しない。流体が処理領域１２５に導入されると、流体に加えられる圧力は徐々に高まる。一実施例では、流体は、約７０ｂａｒの圧力が処理領域１２５内に確立されるまで、処理領域１２５内に導入される蒸気である。処理領域内に所望の圧力が確立されると、流体の流れは停止される。
［００５１］ 複数の基板１３５は、処理流体に曝される。複数の基板１３５をアニールするため、高圧かつ高温下で、例えば蒸気に曝される。複数の基板１３５の処理中、処理領域１２５、入口導管２５９及び出口導管３６１は、処理流体が気相に留まるような温度及び圧力に維持される。例えば、処理領域１２５、入口導管２５９及び出口導管３６１の温度は、加えられた圧力での処理流体の凝結点よりも高い温度に維持される。処理領域１２５、入口導管２５９及び出口導管３６１は、適用される温度で処理ガスの凝縮圧力未満の圧力に維持される。コントローラ１８０は、温度センサ１１４及び１２４、温度読取装置２０５及び３０５、並びに圧力センサ１２２からの情報を使用して、バッチ処理チャンバ１００に関して処理流体の流れ、適用される圧力、及び適用される熱を制御する。
［００５２］ アニーリング処理が完了すると、出口流体回路３００が起動され、処理領域１２５からの処理流体の除去を容易にする。処理流体は、出口流体回路３００の出口導管３６１を通って処理領域から出る。処理領域１２５から処理ガスを除去する間は、入口流体回路２００は作動しない。処理領域１２５内の凝縮物の形成を緩和するために、処理領域１２５から処理流体を除去した後に、ヒータ１２７の電源はオフにされる。次に、バッチ処理チャンバ１００の内部空間１５０内でカセット１３０を上昇させるため、シャフト１７４はアクチュエータ１７０によって駆動される。次に、装填ポート１５８は、スリットバルブドア１９５の駆動を介して開かれ、基板１３５はバッチ処理チャンバ１００から個々に取り出される。
［００５３］ 一態様では、バッチ処理チャンバ１００は、複数の基板１３５をカセット１３０へ装填するときに、或いはカセット１３０から取り出すときに、０．５気圧未満の圧力で動作する。このような低圧動作の間、真空リップシール１６０は、シャフト１７４がカセット１３０を内部空間１５０内で上下に移動させるときに有効になる。真空リップシール１６０は、シャフト１７４の周囲を密閉することによって、さらに加圧された流体又は空気の内部空間１５０への漏れを防止する。漏れの軽減を促進するため、真空リップシールは真空ポンプ（図示せず）に連結され、出口１６９を通って流体又は空気を引き出す。一実施例では、シール１７５が故障した場合、真空リップシール１６０は、低圧動作中にバッチ処理チャンバ１００の真空完全性を維持できるように、出口１６９を通る任意の加圧された処理流体の除去を容易にする。
［００５４］ 本明細書に記載のバッチ処理チャンバは、多くの利点をもたらす。バッチ処理チャンバは、真空下だけでなく高圧下でも動作するように構成される。バッチ処理チャンバは、内面に配置された多数のヒータを有する中空の円筒形シェルを組み込み、アニーリングなどの処理中に複数の基板を５５０℃まで加熱する。同時に、シェルは、シェル内部の熱がチャンバ壁に伝播するのを防止するための熱シールドとして作用し、チャンバ壁の温度を約２９０℃から約３２５℃の範囲に維持することが可能になる。チャンバ壁の温度を約２９０℃から約３２５℃の範囲に維持することで、シールが温度劣化することなく、チャンバへのポートを閉じるようにシールを使用することが可能になる。このようなシールを使用しないと、金属シールが必要となる。しかしながら、金属シールは恒久的に設置することが必要で、再利用能力が限られている。さらに、金属シールは、望ましくない粒子汚染を発生させる傾向がある。
［００５５］ しかも、シールの位置決めによっては、使用圧力により、さらに頑強な密閉を形成することが可能になる。開示されている連結されたプラグ及びスリットバルブドアは共に、このようなシール位置決めが有効であると企図される。
［００５６］ 最終的に、本明細書に開示される入口流体回路及び出口流体回路は、処理流体の温度を、流体回路を流れる処理流体の凝縮点より上に制御し、かつ維持する利点をもたらす。入口流体回路及び出口流体回路の異なる部分に連結された多数のヒータ及び温度センサは、コントローラが入口流体回路、出口流体回路及びチャンバへの熱供給を制御し、かつ維持するのを支援する。本明細書に開示の態様によって提供される追加の温度制御は、処理流体の凝縮を防止し、処理流体を気相に維持し、それによって基板の処理全体を改善する。
［００５７］ 上記は、本開示の特定の実施形態に対象としているが、これらの実施形態は、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。したがって、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態に到達するために、例示的な実施形態に多数の修正を行いうることを理解されたい。

Claims (15)

  1. 内部空間を取り囲むチャンバ本体であって、該チャンバ本体の底壁を貫通して開口部が形成されているチャンバ本体と、
    前記内部空間内で移動可能に配置されたカセットであって、その内部に複数の基板を装填するために第１の位置まで上昇し、処理のために前記第１の位置の下の第２の位置まで下降するように構成されたカセットと、
    前記チャンバ本体に形成された前記開口部を通って配置され、前記カセットに連結されたシャフトと、
    前記カセットの底壁に連結されたプラグであって、前記カセットが前記第２の位置にあるときに前記チャンバ本体の前記底壁の上面と係合するように構成された下向きのシールであり、前記開口部及び前記シャフトを包囲し、前記カセットが前記第２の位置にあるときに前記チャンバ本体の前記底壁に対して密閉可能な前記シールを備えるプラグと、
    前記チャンバ本体の側壁に配置され、２９０℃を超える温度に前記チャンバ本体を維持するように動作可能なヒータと、
    を備える、バッチ処理チャンバ。
  2. 前記内部空間内に配置された中空の円筒形シェルをさらに備え、前記シェルの内面に配置された一又は複数のヒータを有する、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
  3. 前記チャンバ本体を通って形成された装填ポートを密閉可能に閉じるように構成されたスリットバルブドアをさらに備え、前記スリットバルブドアは、前記チャンバ本体の内面と係合するシールを備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
  4. 前記カセット上に配置された蓋をさらに含み、前記蓋は、前記シェルの外径よりも大きい直径を有する、請求項２に記載のバッチ処理チャンバ。
  5. 前記スリットバルブドアはさらに、前記チャンバ本体の内面と係合するように構成されたシールを備える、請求項３に記載のバッチ処理チャンバ。
  6. 前記チャンバ本体の前記底壁は、前記プラグを収容するための段付き開口部を備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
  7. 前記カセットの前記底壁と前記プラグとの間に配置された熱遮断部をさらに備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
  8. 前記プラグ内に配置された冷却チャネルをさらに備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
  9. 前記カセットの前記底壁は、流体が通過することを可能にするように構成された開口部を備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
  10. 内部空間を取り囲むチャンバ本体と、
    前記内部空間内に移動可能に配置されたカセットであって、第１の位置と前記第１の位置の下の第２の位置との間で移動可能なカセットと、
    前記内部空間内に配置され、前記カセットが前記第２の位置にあるときに前記カセットを取り囲む中空の円筒形シェルと、
    前記チャンバ本体の側壁に配置され、２９０℃よりも高い温度に前記チャンバ本体を維持するように動作可能なヒータと、
    前記カセットが前記第２の位置にあるときに前記シェルの内面と前記カセットとの間に配置される追加のヒータと、
    を備えるバッチ処理チャンバ。
  11. 前記カセットの底壁に連結されて、前記内部空間内で上下に移動するように構成されたプラグをさらに備え、前記プラグは、
    前記チャンバ本体の底壁の上面と係合するように構成された下向きのシールを備える、請求項１０に記載のバッチ処理チャンバ。
  12. 前記チャンバ本体を通って形成された装填ポートを密閉可能に閉じるように構成されたスリットバルブドアをさらに備え、前記スリットバルブドアは、前記チャンバ本体の内面と係合するシールを備える、請求項１０に記載のバッチ処理チャンバ。
  13. 前記プラグ内に配置された冷却チャネルと、
    前記カセットの前記底壁と前記プラグとの間に配置された熱遮断部であって、カプセル化されたカップを備える熱遮断部と、
    をさらに備える、請求項１１に記載のバッチ処理チャンバ。
  14. 内部空間を取り囲むチャンバ本体であって、該チャンバ本体の底壁を貫通して開口部が形成されているチャンバ本体と、
    前記内部空間内に移動可能に配置されたカセットであって、その内部に複数の基板を装填するために第１の位置まで上昇し、処理のために前記第１の位置の下の第２の位置まで下降するように構成されたカセットと、
    前記カセットの底壁に連結されたプラグであって、前記カセットが前記第２の位置にあるときに前記チャンバ本体の前記底壁の上面と係合するように構成された下向きシールであり、前記開口部を包囲し、前記カセットが前記第２の位置にあるときに前記チャンバ本体の前記底壁に対して密閉可能な前記シールを備えるプラグと、
    前記チャンバ本体の側壁に配置され、２９０℃よりも高い温度に前記チャンバ本体を維持するように動作可能なヒータと、
    前記カセットが前記第２の位置にあるときにシェルの内面と前記カセットとの間に配置される追加のヒータと、
    を備える、バッチ処理チャンバ。
  15. 前記チャンバ本体に形成された前記開口部を通って配置され、前記カセットに連結されたシャフトをさらに備える、請求項１４に記載のバッチ処理チャンバ。
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