JPH10512100A - 表面を調整するための処理装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 周囲環境から隔離されかつ反応性ガスを含む調整ガスが供給されるチャンバ内に置かれた、ほぼ平らな基板を調整するための処理装置及びその方法。本装置は、チャンバ内に基板を支持するための支持手段を含み、基板はチャンバ内の低い圧力の反応領域に置かれる。ガス入口は、チャンバのガス入口部内に調整ガスを供給するために設けられており、このガス入口部は、低圧力の反応領域よりも高圧状態にあり、この圧力差により、調整ガスが基板の表面に向けて流れ、これによって、調整ガス成分は、基板表面と化学的に反応しかつ調整され、前記低圧と高圧の領域に粘性流の流れ形態を生じさせる。基板の表面を横切る圧力バイアスが作り出されるように、基板は支持され、その結果、基板表面にガスが化学的に反応した後、ガスが到着した場所からチャンバの周辺に向けて外側に流れ、周辺または中央下側にある排気出口から排出される。ガスの供給は、基板の一面または両面に与えることができ、基板または調整ガスの光活性化も、一面または両面に与えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 表面を調整するための処理装置及びその方法 （技術分野） 本発明は、プラズマ−レスガス相の環境内で、基板(substrate)の表面のコン デショニングのための処理装置に関する。それは、集積回路の製造に用いる半導 体ウエハの表面から、薄膜あるいは汚染物を取り除く特別の応用としてエッチン グ、クリーニング、バルクストリッピング処理(bulk stripping)がある。 （背景技術） 半導体工業における表面汚染物除去の従来の標準規格は、液状化学薬品を用い るＲＣＡクリーンである。高度に選択されるバルクフィルムストリッピングは、 また通常、液状化学薬品により実行される。液状化学薬品は、安全性、廃棄処理 、清潔、及びコストの問題を含み、これらの問題は、ガスによる処理を非常に魅 力的なものにする。 反応ガス混合物あるいは反応イオンエッチング（ＲＩＥ）を含むプラズマの使 用は、液状化学製品による処理に代わるべきものである。これらの種類の処理で は、容器内には低圧ガスが満たされ、基板は反応腐食ガスに沿って容器内に挿入 される。電圧が印加されてガスを励起して表面に化学反応を起こさせる。このタ イプの処理は、基板表面に付加的な損傷や汚染を起こす欠点がある。また、少な くとも一つの反応核種、実質的には電気的に自由荷電粒子を有するプラズマガス を流出させることが知られている。 これは、この技術分野でダウンストリームプラズマ源として知られ、”基板の ドライ処理法及び装置”の名のもとに、バーズィン(Bersin)の米国特許第４，６ ８７，５４４号明細書に開示されている。 プラズマ−レス紫外線処理は、以前に公開されている。例えば、”光化学的活 性化ガスエッチング法”というホール(Hall)の米国特許第２，８４１，４７７号 明細書は、半導体物質をエッチングするために光化学的活性化ガスを使用する工 程を教示する最も初期の特許文献として知られている。 この文献は、光分解ガス中に半導体物質を突っ込み、エッチングされるべき物 質の一部に向けて紫外線をあてる工程を含むエッチング法を開示している。この ガスは明らかに静的なものである。光分解ガスは、紫外線により基板表面と反応 する種々の化学的活性種に分離する。 ”半導体あるいはセラミック装置を製造するためのエッチング技術”と題する リジェンザ(Ligenza)に付与された米国特許第３，１２２，４６３号明細書には 、半導体材料をエッチングするために光化学的に活性化したＦ₂Ｏガスを使用す る方法のもう１つの例が示されている。この文献は、静的なガス内に半導体材料 を突っ込み、エッチングされるべき半導体材料の一部分に紫外線光をあてる方法 を開示している。 ホールあるいはリジェンザの特許で開示されたタイプの方法は、ガス分布が一 様でなく、エッチング反応中に反応器から汚染物やエッチング残留物の搬出がで きない静的ガス形態についての欠点がある。 エッチング工程において、基板の表面を横切ってガス流を使用することは、公 知である。そのような工程は、優れた工程制御を提供し、ウエハ表面の汚染物や 残留物の蓄積を減少させる。 例えば、ＦＳＩコーポレーション及びテキサスインスツルメントに譲渡された ”基板から薄膜を取り除くための気体処理及び装置”と題されたブラックウッド (Blackwood)他の米国特許第４，７４９，４４０号明細書には、無水反応ガスを 水蒸気の存在下で基板上に流して基板を化学的に反応させるための装置が開示さ れている。 ”シリコーン層表面上の薄膜を取り除くための方法”と題されたイズミ(izumi )他の米国特許第５，０２２，９６１号明細書では、米国特許第４，７４９，４ ４０号の装置と実質的に等しい装置を開示しており、この装置は、ウエハの表面 を横切るように向けられるＨＦ及びアルコールガスを用いて、シリコーン酸化物 をエッチングするために使用する。 ”クラスタ ツール ドライクリーニング”と題されたグラント(Grant)他の 米国特許第５，２２８，２０６号明細書では、基板表面を横切るように反応ガス 流を向ける装置を開示し、紫外線の照射によって、反応ガスが基板表面と光化学 的に反応することを明示している。この特許の装置において、基板はその表面に より均一な紫外線フラックスを得るために回転される。 プラズマレスガス処理の例としては、ホールとリジェンザの紫外線活性化処理 の他に、ブラックウッドとイズミの特許に開示された非紫外線処理、並びに１９ ９４年８月１８日に出願された米国特許出願番号第０８／２９２，３５９号及び １９９４年６月１４日に出願された米国特許出願番号第０８／２５９，５４２号 に開示された紫外線活性化処理を含んでいる。 本発明者は、ガスが基板表面を横切って流れるとき、光化学的活性化を伴って あるいは伴わずに、基板と化学的に反応するように、ガスの流れを向けて、基板 に望ましくない非一様なエッチング、クリーニング、バルクストリッピングを与 えるタイプのシステムを見いだした。典型的には、ガスの流れが始まる基板の側 で、よりエッチングが起り、表面を流れる反応性ガスが枯渇することにより、反 応がより少なくなる。発明者は、基板を回転させる装置が基板を横切るガス流と 共同して、望ましくない非一様効果を生じる渦流効果を起こさせることを見いだ した。 上述したすべての方法あるいは装置は、非一様ガス分布かあるいは非一様紫外 線照明の欠点を有しており、また上記いずれの処理も、汚染を更に最小にするた めに、基板と反応したガスを取り除くものではないという欠点を有していた。 特開昭５７−２００５６９号（１９８２年）には、紫外線活性化ガスを用いて ウエハを処理する装置が開示され、ガスは第１の高圧領域にある間、活性化され る。このガスは単一のスリットを通って低圧領域に流され、そこでスリットの下 を移動するベルト上に運ばれるウエハと接触する。 ニシザワに付与され、半導体研究基金に譲渡された、”光化学反応を用いるド ライプロセスによる半導体の製造方法及びそのための装置”と題された米国特許 第４，５４０，４６６号明細書では、高圧ガス領域と低圧ガス領域とを備える装 置を開示し、この装置は、イズミ、ブラックウッド、あるいはグラントと関連し て上述したように、基板表面を横切ってガス流が向けられるのを妨害するように 反応ガスを基板表面に流れさせる。 高圧領域でのガス粒子の平均自由行路は二つの領域、すなわち粘性流の形態間 の開口より小さい。低圧領域での圧力は、チャンバの直径、すなわち分子流形態 より大きいガス粒子の平均自由行程を与えるようになされる。ニシザワは基板表 面での流体力学を考慮していない。しかし、低圧領域での分子流形態は、基板表 面を横断する径方向のガスの層流を排除する。 （発明の開示） 本発明の目的は、基板表面を調整(conditioning)するための処理装置を提供す るものであり、好ましくはプラズマレスガス相の環境において、上述した従来技 術の限界を克服するものである。 本発明は、ガスが基板表面と反応した後、基板端部の径方向外側にガスが流れ る、ガス流を基板の周辺方向に一様に向けることによって、上述した制限を克服 する。本発明は、また、粘性流形態を操作することによって、上述した制限を克 服する。本発明は従来技術との関係で、上述したプラズマレス法のすべてを達成 し、よりよい結果を得るために用いられる。 本発明は、反応性ガスを含む調整ガスが供給される分離可能な装置内に入れら れる、シリコンウエハのような基板を調整するための装置及び方法を備えること によって上述した問題を克服する。 本装置は、 周囲の環境から隔離され、調整ガスがその内部に供給される第１のガス入口部 と調整ガスで基板が調整される調整部とを有するチャンバと、 このチャンバの調整部内に基板を支持するための支持手段と、 前記ガス入口部内の調整ガスが第１圧力となり、前記調整部内の調整ガスが第 １圧力よりも低い第２圧力となって基板に供給され、さらに第１，第２の圧力が 粘性流の流れ形態で供給されるように、チャンバ内に第１圧力バイアスを形成す るための第１圧力バイアス手段と、 ガス入口部と調整部の間の差圧によって、調整ガスが基板の第１表面に向けて 流れるようにし、調整ガスの反応性ガス成分が基板の第１表面に化学的に反応し てこの表面を調整するように、調整ガスをチャンバのガス入口部に供給するため の入口手段と、 調整ガスが基板表面と化学的に反応した後、このガスが到達した基板から外側 に流れてチャンバの周辺に向かわせるように、前記基板の第１表面を横切る第２ 圧力バイアスを作り出すための第２圧力バイアス手段と、 チャンバからガスを排気する排気手段とを含んでいる。 本装置は、さらに、調整ガス、基板あるいは基板の両表面の光化学的反応を活 性化するために、効率的な波長域で光を照射するように外部にチャンバを備えた 光発生器を含む。 基板の片面あるいは両面を調整するための実施の形態が開示されている。 これらの成果を達成するための変形例には、調整ガスを片面あるいは両面に供 給することと、基板の片面あるいは両面に光の照射を行うことを含む。 （図面の簡単な説明） 本発明の詳細な説明は、図面とともに特定の参考例が以下に記載されている。 図１は、本発明の装置における第１の形態を示す概略図である。 図２は、本発明の第１の形態を一部分を欠いて示した正面斜視図である。 図３ａは、載置位置にある第１の形態を示す部分断面図である。 図３ｂは、処理位置にある第１の形態を示す部分断面図である。 図４は、穴あきプレートと基板との間の拡散混合を決定するためのパラメータ の概略図である。 図５は、第１の形態での調整ガスの流れを示す分解概略図である。 図６は、本装置での調整ガスの流れを示すガス入口部の別の形態を示す分解概 略図である。 図７ａは、載置位置にある装置の別の形態を示す断面図である。 図７ｂは、処理位置にある図７ａの断面図である。 図８は、もう１つの別の形態を示す本装置の断面図である。 図９は、更に別の形態を示す本装置の断面図である。 図１０は、周辺ポンプ及び下部照射装置を備えた実施の形態を示す単純化した 概略断面図である。 図１１は、下部照射装置と周辺及び背面の中央にポンプを備えて、単一の側方 ガスの流れを実現した形態の図１０と同様の概略断面図である。 図１２は、周辺ポンプと下部照射装置を有する両側からのガスの流れを実現し た形態の図１０と同様の概略断面図である。 図１３は、図１２の処理チャンバの外部から見た斜視図である。 図１４は、図１２の処理チャンバの形態を示す上面図である。 （発明を実施する最良な形態） 本発明は、多くの異なる形式のものが具体化されているが、ここでは、本発明 の特定の好ましい形態が詳細に記述されかつ図面に示されている。ここでは、本 発明の原理を例示的に開示する。この開示内容は、特定の形態を説明するもので あり、本発明を限定するものではない。 図１は、本装置を作り上げるシステムの主たる構成部品の概略図である。新規 な構成である溶接密閉されたチャンバを参照符号１０で示す。ガス供給口が１２ で示され、以下で説明するチャンバ１０に連通している。従来から良く知られて いるように、選択可能な紫外線ランプ１４が調整ガスを活性化するために用いら れる。 また、基板を加熱することができる従来公知の選択可能な赤外線ランプが参照 符号１６で示されている。真空ポンプ１８は、チャンバ1０に連結されている。 このチャンバ壁の近くで基板上方に配置された圧力センサ２０は、チャンバ内の 圧力を測定し、この情報を圧力制御装置２２に出力する。 圧力制御装置は、チャンバ１０内の真空度を制御するためにポンプ速度を制御 する。作業上、ガスはチャンバ１０の第１領域（図１の破線上方部分）に供給さ れる。このガスは、第１領域から図１の破線の下側に示した第２領域に均一に流 れる。ガス供給口１２と円形の排気出口２４との間の圧力降下はわずかであり、 粘性流が第１領域及び第２領域の両方に形成される。 周辺ギャップ２５は、ウエハ２３のエッジとチャンパの壁との間に形成されて いる。ポンプ用ギャップ２６は、ウエハ２３と、ウエハ２３の下側中央に配置さ れている排気出口２４との間に形成される。 これらの周辺ギャップ２５と、ポンプ用ギャップ２６と、中央に配置された円 形の排気出口２４と、この排気出口２４において設定される圧力バイアスとによ って、均一な放射雰囲気ガスの流れを形成し、このガスがウエハ表面に到達した 後で、ウエハのエッジに半径方向外側にガスの流れを生じさせる。そして、ガス は、周辺ギャップ２５を通ってウエハ表面の下側から排気出口の外に流れる。 本発明は、チャンパ１０の構造にあり、構成部品１２〜２２は従来公知であ る。図２は、本発明に係るチャンバ１０の第１の形態を示すより詳細な図である 。 チャンバ１０は溶接密閉された室であり、アルミニウムで作られ、かつ硬質被 膜の陽極処理がなされ、２つの領域に分割されている。一方は、高圧力のガス供 給領域３０であり、他方は、低圧力の反応領域３２である。 チャンバ１０は、硬質被膜がされたアルミニウムで構成するのが好適であるが 、耐エッチング、耐腐食、あるい汚染物質に侵されない材料、例えばセラミック 、またはＳｉＣを使用することができる。 ガス供給領域３０（図１に関連して上述した第１領域）は、このチャンバ壁３ ４、固体プレート３６、及び穴あきプレート３８で形成され、それぞれ、選択さ れた波長域の光を透過し、かつこのガスに反応しない不活性材料により作られて いる。 好ましい形態では、プレート３６，３８は、紫外線及び赤外線の波長光を透過 させる不活性材料であるサファイアで作られている。例えば、このプレート３６ ，３８として、フッ化カルシウムＣａＦ₂またはフッ化マグネシウムＭｇＦ₂を用 いることができるが、これらの材料は、サファイアよりもより高価である。 プレート３６，３８は、紫外線ランプ１４及び赤外線ランプ１６からの光が基 板２３の表面を貫通できるように、紫外線および赤外線に対して透過性を有する 。 調整ガスは、エッチング、洗浄、バルクストリッピング(bulk stripping)、ま たは他の基板の表面処理等に使用するための公知のいかなるガスも利用できる。 しかし、好ましい形態では、この調整ガスは、反応性ガスに窒素が混合された不 活性ガスから構成される。 この反応性ガスは、公知の種々のガスでもよく、例えば、ＨＦ、ＨＦ／水蒸気 、ＨＦ／アルコール蒸気、さらには、ＣＩＦ₃，Ｆ₂，またはＣＩＦ₃／ＣＬ₂混合 物等の光分解可能なフッ素含有ガスが知られており、あるいは、上記バーズィン の特許において論じたように、少なくとも１つの反応性を有する下流プラズマ源 のガスプラズマからの放出物であってもよいが、荷電粒子ではない、即ち、プラ ズマレスのガス(plasma-less gas)である。 反応性ガスの混合物もまた使用される。光洗浄用としてせいぜい１％程度のガ スでよいが、バルクストリッピング用ガスは、１００％反応性ガスがよい。 実行される処理が、光化学的な活性化が必要でない場合、その時プレート３６ ，３８は不透明材料から作ることができる。光反応性ガスが用いられる処理にお いて、ガスを活性化させるために、また、必要なら基板を加熱するために、望ま しい特定の波長光に対して不活性でかつ透過性である限り、他の材料を使用する ことが可能であることを理解されたい。 好適な形態における基板は、一般に、半導体基板であるが、表面都理が必要と されるいかなる形式の基板であってもよい。例としては、平坦なパネルディスプ レイ等のガラス基板、薄膜ディスクヘッド等の薄いフィルム基板が含まれる。 図１に関連して上述した第２領域である反応性領域３２は、チャンバ壁３４、 穴あきプレート３８、反応性領域内で垂直にスライドして載置位置および処理位 置を定めるバッフル板４０（図３ａ，図３ｂに関連して論じた）によって形成さ れる。 半導体基板、即ち、ウエハ２３は、負荷アーム４６を用いてスロット４４を介 してチャンバ１０内に載置される。 ゲートバルブ（図示略）は、処理の間、スロット４４をシールするのに用いら れる。調整ガスは、ガスマニホールド４８を介して環状通路５０に併給され、環 状通路５０はガス供給領域３０内に開口している。ガスはチャンバケ囲んでいる 環状通路５０内に導かれ、そして、固体サファイア板３６と穴あきサファイア板 ３８の間のギャップを通って流れ、さらに、穴あきサファイア板３８の多数の貫 通穴５２を通り、穴あきサファイア板３８とバッフル板４０との間の反応性領域 に導かれる。 環状通路５０は、流れ通過率(flow conductance)が固体サファイア板３６と穴 あきサファイア板３８の間のギャップにおける流れ通過率よりも大きくなるよう に設計されている。 その結果、反応性ガスが１つの小径のチューブ４８を介してこの環状通路に導 かれる場合においても、この環状通路５０における圧力は、全体環境が損なわれ ないようにほぼ等しくなっている。 本発明者は、環状通路の流れ通過率が、上記サファイア板３６，３８間のギャ ップでの流れ通過率の少なくとも１０倍となるように、環状通路の周辺領域に均 一にガスを供給する。環状リング５０の等圧的特性により、環状リング５０のエ ッジから穴あきサファイア板３８の中心に均一なガスの流れが供給される。 さらに、この穴あきサファイア板３８の多数の貫通穴５２の寸法とその数は、 貫通穴５２の流れ通過率が、固体サファイア板３６と穴あきサファイア板３８の 間のギャップの流れ通過率よりもずっと少なくなるように、また、各貫通穴５２ を通過するガス流がほぼ等しくなるように設計されている。 上部クランプ５４は、適所に固体サファイア板３６を保持するために用いられ る。チャンバ壁３４と共に通路カバー５６は、環状通路のギャップを定め、この ギャップを通して調整ガスがガス供給領域３０に流れる。 図１ないし図８の実施例において、ポンプ１８は、参照符号６９で示す排気マ ニホールド６２の底部に取付けられる。排気マニホールド６２は、バッフル板４ ０に開口する円形の排気出口を有する。 図３ａ及び図３ｂにおいて、チャンバ１０の載置位置及び処理位置が断面で示 されている。半導体基板は、バッフル板４０に取付けられた３つの支持ピン６６ の上に置かれている。バッフル板４０は、チャンバ１０内で垂直に摺動可能であ り、図３ｂにその処理位置が示されている。 図示しない機横が排気マニホールド６２を上下に移動し、これとともにバッフ ル板４０が同時に移動する。収縮自在のベローズシール６８によって、排気マニ ホールドの移動を可能にするシールが構成される。 反応性チャンバ３２は、その処理位置では、より小さな容積であり、バッファ 板４０によりチャンバの残りの部分から効果的に分離されているのが見える。こ のバッファ板４０は、そのエッジ回りの流れ通過率がバッファ板上方の流れ通過 率よりも少なくとも１／１０の大きさとなるように形作られており、ガスが、下 方のチャンバよりもバッファ板上方の排気ポートに確実に流れるようにしている 。 一般的に、ウエハは８インチ（概略２００ｍｍ）であり、本実施の形態では、 チャンバ１０は直径が約８．５インチ（概略２１６ｍｍ）である。それゆえ、ウ エハ２３とチャンバ壁３４の間に形成された周辺ギャップ２５は、２００ｍｍの ウエハが用いられた場合には、概略１／４インチ（６．３５ｍｍ）である。 このギャップは、１５０ｍｍウエハを用いた場合には、大きくなってしまうが 、本発明では、同様の仕方で作業する。ウエハ２３は、複数のピンで支持され、 その結果、本例では、ウエハ２３とバッファ板４０との間にほぼ８ｍｍのポンプ 用ギャップ２６が形成される。 発明者は、多種類の貫通穴、穴の間隔、流れ率、及びプレート３８と半導体基 板すなわちウエハの表面との間の間隔について実験してきた。図４は、穴あきプ レート３８とウエハ表面との間の調整ガスの拡散を決定するときの寸法及びパラ メータを概略的に示している。Ｓは、穴あきプレート３８とウエハ表面都の間の を示している。 テストでは、厚さ１．９ｍｍのサファイア板またはアルミニウム板において、 直径ｄが１ｍｍであった。熱酸化によって、ＨＦ／ＩＰＡ酸化エッチング装置に おいて、全流量が５００及び２０００ｓｃｃｍで、間隔Ｓが１及び６ｃｍ場合に ついてシリコンウエハをエッチングした。 この場合、サファイア板では、６９穴で、ｇが１２．７ｍｍピッチの穴パター ンであり、また、アルミニウム板では、６９穴で、ｇが６．３ピッチの穴パター ン、あるいは、２２１穴ピッチｍｍで、１２．７の穴パターンである。また、圧 力、温度、処理時間は一定に保持された。 反応圧力は、１００トル(torr) 温度は４０℃、処理時間は、５分であった。 酸化のエッチング率は、処理進行の前後で分光反射率計を用いて酸化フィルム厚 さを測定することにより決定された。１５０ｍｍと２００ｍｍのウエハ直径が用 いられた。テスト結果は、以下の表１に示されている。 貫通穴から入来する流れにより生じる拡散混合率における概略計算は、図４で 示すように、流れ方向に直交する各流れにより生じる二元の拡散を仮定して行わ れた。各貫通穴間の距離に対する各流れに特有の拡散長さの比Ｘは、 次元のない変数として拡散の混合率の程度を測定するために用いられる。 ここで、Ｄは窒素希釈における反応性ガスの二元の拡散度、ｔは貫通穴からウ エハ表面に向かう流れに対する時間（ウエハに対する穴の間隔は、ガスが貫通穴 を通過するときのガスの平均速度によって分割される。）であり、またｇは穴間 の中心間距離である。 Ｘが、ｓの＋０．５パワー及び質量流量の−０．５パワーになることを示して いる。このデータは、均一性とＸとの間の相関関係を示す。このデータから見る と、０．１０よりも大きなＸにより、パターンが貫通穴の下方に現れるのを防止 し、また良好なエッチングの均一性が得られる。 １００トル（ガス供給領域内の環状通路の開口で測定）に設定された入口圧力 を用いた場合、穴あきプレートの中心での圧力降下は、わずかに概略０．０２〜 ０．１６ミリトル（ｍTorr）が測定され、最大圧力降下は、貫通穴を通過する時 に生じる２．９〜３８ミリトルであった。また、周辺ギャップの通過して出口 ギャップ、さらに排気出口までの圧力降下は、ほぼ０．０８〜０．３６ミリトル であった。 それゆえ、入口から出口までの圧力降下は、入口での圧力に対してわずかであ り、したがって、粘性流体系が確保されることがわかる。 この穴あきプレートを通過するガスの圧力は、全ての他の圧力降下を左右する 。穴あきプレートを通過する際の圧力降下は、径方向に均一であり、各穴を通し てガスの均一な流れが生じる。 １９９４年８月１８に出願された米国特許出願番号第０８／２９２，３５９号 では、ＣＩＦ₃／ＣＬ₂混合物等の光分解可能なフッ素含有ガスを用いて、ガスシ リコンニトライド(silicon nitride)の選択的エッチングのための処理を開示す る。 １８０〜４００ナノメータ（ｎｍ）の範囲に渡って基板上に適切な活性化を達 成するのに必要な紫外線の強さが、望ましくは、少なくとも５０ｍＷ／ｃｍ²， 好ましくは、少なくとも２００ｍＷ／ｃｍ²である。本発明で使用する一般的な 広帯域紫外線源は、約２５０ｍＷ／ｃｍ²に関して１８０〜４００ｎｍの範囲に 渡り、また約２５ｍＷ／ｃｍ²に関して２５４±５ｎｍの紫外線強さを供給でき る。 発明者は、ガス供給口圧力を１００トルで、貫通穴５２の中心間距離を６ｍｍ と１３ｍｍの間にしたグリッドパターンの場合、各貫通穴の直径を１ｍｍとした ときに反応性ガスがガス供給領域３０に均一に満たされ、その結果、ほぼ等しい ガス流量が、高圧のガス供給口領域３０から低圧の反応領域３２まで各貫通穴５ ２を通過して流れることを見出した。 １９９４年６月１４日に出願された米国特許出願番号第０８／２５９，５４２ 号では、シリコン、ガリウム、ヒ化物、またはシリコンオキサイド等の基板の表 面から、金属または他の汚染物質と同様にシリコンオキサイドを取り除くための 洗浄方法が開示されている。 このプロセスは、ＣＩＦ₃等の少なくとも１つの光分解可能なフッ素含有ガス を含む調整ガスを用いており、選択的に、塩素等の促進ガス及び乾燥窒素等の不 活性ガスの両方またはいずれか一方を含めることもできる。基板は、調整ガスの 存在化に紫外線放射に晒される。 一般的な条件としては、１〜９０％のＣＩＦ₃と０〜０．２５％のＣｌ₂及び調 整用窒素を含む調整ガスを用いる。この調整ガスは、全体のガス圧力が約１００ トルであり、流れ速度が１０００sccmであり、広帯域紫外線放射は中間圧力水銀 アークランプから生じるものである。 このプロセスは、シリコンオキサイドを取り除くのに用いられ、半導体基板か らの金属製汚染物質及び種々の酸化物間に非常に低い選択性を与える。上記特許 出願番号第０８／２５９，５４２号に開示された、この洗浄方法は、本発明の装 置及び方法に実際に用いるときに特に有効である。 図３ａ，図３ｂ及び図５において、調整ガスの流れを示した概略図が示されて いる。 調整ガスは、環状通路５０から出てガス入口領域３０に流入する。このガスは 、貫通穴５２を介して流れるガスの流量に対して領域３０に急速に充填される。 これにより、ガスは、ほぼ等しい量で貫通穴５２を通って流れる。この調整ガス はウエハ２３に向かって流れ、ウエハ２３がガス入口領域３０と反応領域３２と の間の差圧によって部分的に運ばれる。 紫外線ランプ１４の紫外線放射は、上述したように十分な強さを有しており、 固定サファイア層３６と穴あきサファイア層３８を貫通してウエハの表面に達す る。ウエハの表面でガスを活性化させ、すなわち、ウエハ表面及び全体に直接ガ スが触れる。 活性化したガス粒子は、ウエハ表面と化学的に反応する。周辺ギャップ２５、 ポンプ用ギャップ２６及びポンプ出口２４で設定された圧力バイアスにより均一 に放射される周囲ガス流が形成され、このガスはウエハ表面に到着した後、ウエ ハのエッジから半径方向外側に流れ、さらに周辺ギャップを通ってウエハ表面の 下側から出口２４に排出される。 本発明の重要な特徴は、ガスがウエハ表面のどこでも叩くことであり、これに より周辺ギャップ２５、ポンプ用ギャップ２６、及び出口２４によって生じる流 れにより、ガスはウエハ上の位置から最も近いエッジ部分に半径方向に流れるよ うになる。 この流れによって、ガスは、反応後の残留時間が最小となり、ウエハ表面の再 汚染を最小限にする。また、ポンプ用ギャップの重要な特徴は、ウエハ上表面に 到達しなかった活性化したガスが出口２４の方に流れるときに、このガスがウエ ハの底面で作用する調整ガスとなる。 図３ａ，図３ｂ及び図６において、別の実施の形態として、ガス入口領域の概 略図が示されている。このガスは、固体サファイア板３６と、中央部に単一の貫 通穴８２が配置された第２の固体サファイア板８０とによって形成される領域に 直接供給される。 そして、ガスは、貫通穴８２を通ってプレート８０とプレート３８の間の領域 に均一に満たされる。貫通穴８２の流れ通過率は、貫通穴５２の流れ通過率より もより大きくなっている。このため、ガスは均一にその空間に満たされ、そのた め、貫通穴５２を通るガス流量とほぼ等しい。プレート８０は、第１の実施の形 態の環状通路５０に置き換えられるもので、各貫通穴５２を通る均一な流れを可 能にしている。 図７ａ及び図７ｂにおいて、別の実施の形態として、ウエハ２３がピン７６の 上に載せられ、かつ加熱板組立体７８を介して伸びている、変形した基板支持体 が示されている。加熱板組立体７８は、外部に赤外線放射を用いてウエハを加熱 する変形例であり、従来公知のものである。この加熱板組立体７８は、ポンプ用 ギャップ２６と周辺ギャップ２５を形成するために、チャンバ壁３４と加熱板組 立体７８との間に設けたバッフル板４０に取付けられる。 図７ｂに示す処理位置では、複数のピン７６が後退して、ウエハ２３が加熱板 組立体７８上に直接載っている。ガスは、ウエハの表面に向かって流れ、それか らウエハの周辺に向けて放射上に流れ、さらに上述したよう、周辺ギャップ２５ 、ポンプ用ギャップ２６、そして出口へ排出されるように流れる。 図８において、図７ａ及び図７ｂの変形例が示され、そこでは、ピン７６が固 定されており、ウエハと加熱板組立体の間のギャップを与え、また、ウエハ２３ の底面の調整を可能にしている。 加熱板７８は、出口２４の上方に配置された出口８１を有しており、ガスがウ エハ２３の底面を調整した後、ガスを直接出口２４に排出できるようにしてい る。ウエハと加熱板組立体の間のギャップの高さを変更するために、ピン６６上 に載せられたウエハを下降させながらピン７６は選択的に後退できるようにして もよい。 加熱板組立体は、カバープレート７９によって覆われており、このカバープレ ートは、ギャップを狭くするように伸ばすことができ、調整ガスが選択的に基板 の表面下及び出口８１を通って流れるようにさせることができる。 図９において、チャンパ１０の別の形態が示されており、そこに設けられた回 転フィードスルー６０がパイプ６２，９０を連結され、これらのパイプはベロー ズ６８の中で一緒に回転する。 パイプ６２の終端にはバッファ板４０があり、パイプ９０の終端には加熱板組 立体７８がある。回転フィードスルー(rotary feedthrough)６０は従来公知であ り、より均一な紫外線放射を確実に受けるようにバッファ板及び加熱板組立体の 低速回転を可能にするために用いられている。 従来良く知られているように、この回転フィードスルー６０は、固定部分９１ と回転部分９３とで構成されている。窒素等の不活性ガスが加熱板組立体に通じ るパイプ９０に供給され、そしてこのガスは、加熱コイルを含む２つのプレート 間の空間に充填される。窒素は、加熱板組立体の両側から漏れ出し、排気出口２ ４に運ばれる。 この不活性ガスは、処理中の加熱コイルを保護するためのシール用ガスとして 使用される。このガスはマニホールド６２からチャンバに出て、パイプ９０とマ ニホールド６２の間の環状の間隙から１つのポートを通り真空ポンプ（図示略） に連結された出口９２から排出される。真空ポンプは、１０ミリトル以下となる ようにチャンバの圧力を下げることができる。さらにポンプ排気が要求される場 合、高い真空ポンプポート９４を用いることができる。一般的に、ポンプポート ９４は、チャンバからウエハを取り除く前に正しい状態か、処理動作の間可能と なるように使用することができる。 チャンバ１０は、清浄用入口９６に選択的に設けることができ、この入口９６ を通って、不活性のシールガスがバッファ板の下方のチャンバ内に供給でき、そ の圧力は、調整ガスをバッファ板の下方に流れるのを防止するために、バッファ 板の下方の圧力とポンプ用ギャップ内の圧力との間にある。 加熱板を清浄するガス入口９８は、パイプ９０を通して加熱板組立体に窒素ガ スを供給するための回転シールである。電気作動のスリップリング組立体が参照 符号１００で示され、電気作動のフィードスルーが参照符号１０２で示されてい る。アクセスポート１０４が組立体及びメインテナンス用として設けられている 。 図１０〜図１２において、単純化した本発明に係るチャンバの別の形態の概略 図が示されている。このチャンバは、下側に赤外線及び紫外線の両方またはいず れか一方の照射及びエッチング能力を備えている。図１０〜図１２には、同様の 部品が、これらの各図において、同一番号によって示されている。 図１０には、この処理チャンバが参照符号１０５で指示されている。環状のガ ス供給通路１０６は、この通路１０６と領域１０７の間に設けたスロット開口１ ０９または一連の、好ましくは均等の間隔を置いた複数の穴を通って、固体光透 過窓１０８と穴あき光透過シャワヘッド１１０との間にあるチャンバ１０７のガ ス入口領域に調整ガスを供給する。 この調整ガスは、シャワヘッド１１０内の貫通穴を通過し、中央部の反応領域 内にあるウエハ１２０の上面に供給される。 環状通路１１２，１１４，１１６がチャンバの周辺に配置され、スロット開口 １１３，１１５，１１７または一連の、好ましくは均等に間隔を置いた穴を介し てチャンバと連通する。 この通路１１２，１１４，１１６は、反応性ガスがウエハ１２０の頂部側に達 した後で、このガスを均一に周辺に排出できるようにする。全ての３つの通路１ １２，１１４，１１６が同時にチャンバ１０５に排出するために用いることがで きるが、これらの周辺通路の１つまたは２つだけを効果的にチャンバ１０５にガ スを排気できるようにすることも可能である。 調整ガス及び反応性生成物がウエハ１２０の頂部から容易に周辺通路１１２， １１４，１１６に直接引き出されるが、同時に調整ガスは拡散によってウエハ１ ２０の下側に接近できる。 固体光透過性窓１２２がチャンバの底部に設けられている。好ましくは、窓 １０８，１２２及びシャワヘッド１１０は、赤外線及び紫外線の両方を透過する 材料で作られている。光源１２４，１２６は、それぞれチャンバ１０５の上方及 び下方に設けられ、この光源の出力は、調整ガスまたは基板さらにはこれらの両 方に対して光化学反応を活性化するのに効果があり、ウエハの両側に選択的に上 部側と下部側に光放射を行えるように設けられている。 好適には、光源１２４，１２６は、中圧水銀ランプ、アークランプ、フラッシ ュランプまたは誘電体放電ランプ等の紫外線発生器である。光源１２４または光 源１２６の出力はチャンバ１０５内に、直接またはフィルタを通過した赤外線を ダイクロイックミラー等を介して間接的に導かれる。それゆえ、紫外線の光源１ ２４はウエハの温度に作用させるのに特に重要ではない。温度制御は、チャンバ １０５の下側に１つまたはそれ以上の赤外線ランプによって行われ、このランプ の出力は、窓１２２を通りウエハ１２０の底部側に向かう。 図１１において、この処理チャンバは、参照符号１３５で示されており、チャ ンバ１３５は、光透過性窓１３８が設けられている以外はチャンバ１０５と同等 のものである。この光透過性窓１３８は、中央に単一の開口１４０を有し、周辺 通路１１６への開口の上方にあって、ウエハ１２０と底部窓１２２との間に設け れている。 先に説明した実施の形態のように、チャンバ１３５に供給されるガスは、１つ またはそれ以上の環状周辺通路１１２，１１４，１１６によって排気される。通 路１１６から排気されるガスは、最初にウエハの回りに放射状に引き出されて、 窓１３８の中央開口に至り、そこから窓１３８と窓１２２との間の領域を介して 通路１１６へと進む。 こうして、チャンバ１３５は、ウエハの下側に向かう調整ガスのより均一な供 給を可能にし、また、ウエハの下側での均一な反応を可能にする。さらに所望の 反応性ガスまたは不活性ガスを窓１３８の開口１４０を介してウエハの下側に供 給するために、通路１１６を用いることができる。 この場合、中央周辺通路１１２，１１４は、通路１０６と通路１１６の両方か らチャンバに供給されるガスを排気するために用いる。しかし、反応性ガスまた は不活性ガスをウエハの下側に供給するには、図１２に示すチャンバ１３５に よって行うのが奸ましい。 図１２のチャンバ1３５は、単独の穴あき窓１３８を有する以外は、図１１の チャンバ1３５と同等のものであり、この窓１３８は、多数の均等に間隔を置い た貫通孔を有する透過性シャワヘッド１５８に置き換えられている。好適なシャ ワヘッド１５８は、シャワヘッド１１０と構成上は同一であり、貫通穴の寸法及 び分布も同一である。 さらに、好ましくは、各領域１０７，１４２の寸法、通路１０６，１１６、及 び中央領域１１１への開口等、これら全てほぼ同一であり、チャンバ１５５は、 ウエハ１２０によって形成された面の軸方向及びいずれか一方の面に関して対称 である。 しかし、この対称構造である必要はなく、ある場合において、基板の上下両面 での異なる反応または反応速度を用いることを容易にするためにその構造を非対 称にすることが有利となることもある。 図１３及び図１４は、チャンバ１５５用の複合ツールハウジング２００を外側 から見た斜視図及び上面図を示している。ハウジング２００は、頂部壁２０２及 び底部壁２０４を有し、これらの壁には、それぞれチャンバ１５５の頂部窓１０ ８と底部窓１２２が設けられている。 図１４において想像線で示された側壁２０６は、チャンバ１５５の側面を形成 する。スリットバルブ組立体２０８が、チャンバ１５５内にウエハを出入りさせ るために設けられ、複合ツールを用いて図示しないウエハ処理ユニットに適合す るようになっている。 ウエハ１２０は、複数の支持ピン２１０，２１２，２１４によってチャンバ内 の適所に保持されており、これらのピンは、調整ガスの環境下でほとんど反応し ない水晶または他の物質により作られている。ピン２１０，２１２は、ハウジン グ２００を貫通して供給され、かつ好ましくはウエハの温度を監視するための手 段を設けるために、ウエハ接触端部の内側にサーモカップル温度センサと、ピン ２１０，２１２を通ってハウジングの外部に伸びた電気接続線部とを備えている 。 反応性ガスは、供給ライン２２０，２２２を通りチャンバ１５５に設けた環状 のガス入口１０６，１１６に供給される。排気ポート２２４，２２６は、チャン バ１５５の制御された周辺排気を与えるために、それぞれバルブ２２５，２２７ を介して通路１１２，１１４に連通する。ウエハの搬入及び排出前にチャンバを 真空排気するために、機械式ポンプ２３０及びターボポンプ２４０が設けられて おり、これらのポンプの両方は、チャンバ１５５の内部領域１１１に連通する。 ポンプ２３０は、チャンバの減圧を急速に行い、約１０^-2トル〜約１０^-4トル に減圧する。さらに所望ならば、ターボポンプ２４０により約１０^-6トル以下の 圧力にチャンバ内を減圧させることができる。 図１２ないし図１４に示した特定の例では、選択的に、基板の下側をエッチン グできるようにし、また、基板の一面または両面を光学的活性化することも選択 的にできる。 不活性ガスは、ウエハの下側での反応を減少またはなくすように下側に供給さ れ、基板の上下両面に同一の反応を進行させるが、異なる速度であるいは異なる 反応ガスを等分に供給して、ウエハの上面と下面にそれぞれ異なる反応を同時に 行うようにする。 ここに開示の本発明の好適な形態では、頂部と底部に関して方向づけがなされ ているが、当業者にとって、このような方向付けは本発明から逸脱しない範囲で 変更することができる。さらに、チャンバ及び基板は、基板を垂直に支持する方 向であってもよく、また水平線と垂直線との間の所定角度に方向づけてもよい。 このような場合、本装置に使用することができる圧力、流れ速度、および／ま たは温度等の範囲を狭めることが、水平でない基板上での重力差またはガスの浮 力効果を最小にするのに必要となる。 さらに、基板及びチャンバは、好ましくは同心配置および円形状であるが、非 同心および／または多角形あるいは別の曲線形状であってもよい。 光源からの波長出力は、チャンバ内で使用する活性的な特に望ましい光学反応 あるいは熱的特性のある基板に効果がある場合に、赤外線及び紫外線の範囲外に 設けることもできる。 さらに、平坦なパネルディスプレイ用基板等の非ウエハ基板が、本発明のチャ ンバ内で有効に調整され得る。 本発明の好適な及び他の実施の形態がここに完全に説明されている。本発明に 係る多数の特徴及び利点は、本発明の構造及びその作用とともに上述してきたが 、これらの開示内容は、単に例示的なものである。 本発明の原理の範囲内で部品の形状、寸法、及び配置に関して詳細に説明して きたが、添付の特許請求の範囲において表現された言葉の一般的意味によって示 された程度において、変更が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１２月１７日 【補正内容】 請求の範囲 １．反応性ガスを含んでいる調整ガスにより基板を調整するための処理装置であ って、 前記基板は、調整されるべきほぼ平坦な第１表面と、これに略平行な第２表 面とを有し、前記処理装置は、 周囲環境から隔離され、調整ガスがその内部に供給される第１のガス入口部 と前記調整ガスで基板が調整される調整部とを有するチャンバと、 このチャンバの調整部内に基板を支持するための支持手段と、 前記ガス入口部内の調整ガスが第１圧力となり、前記調整部内の調整ガスが 前記第１圧力よりも低い第２圧力となって基板に供給され、さらに前記第１，第 ２圧力が粘性流の形態で供給されるように、前記チャンバ内に第１圧力バイアス を与え、第１圧力バイアス手段と、 ガス入口部と調整部の間の差圧によって調整ガスが基板の第１表面に向けて 流れるようにし、調整ガスの反応性ガス成分が基板の第１表面に化学的に反応し てこの表面を調整するように、調整ガスをチャンバのガス入口部に供給するため の入口手段と、 調整ガスが基板表面に化学的に反応した後に、このガスが、到達した基板か ら外側に流れてほぼ放射状の流れパターンでチャンバの周辺に向かうように、 前 記基板の第１表面を横切る第２圧力バイアスを作り出すための第２圧力バイアス 手段と、 チャンバからガスを排気する排気手段とを備えており、 前記第２圧力バイアス手段は、チャンバの調整部から分離するとともにこの 調整部と狭くなった通路を介して連通している少なくとも１つの円形通路を含み 、 前記狭くなった通路は、環状のスロット開口または基板の周辺に配置され環 状に離設した別々の一連の穴からなり、かつ前記円形通路の断面積よりも小さい 断面積を有していることを特徴とする基板処理装置 。 ２．第１波長域の光であって、表面上または調整ガス内、あるいはこれらの両方 に光化学反応を活性化するのに十分な強さを有する光を調整ガスに照射するため に、チャンバの外側に設けられた第１光発生器をさらに含んでいることを特徴と する請求項１に記載の基板処理装置。 ３．第１圧力バイアス手段は、調整ガスをチャンバの第１ガス入口部に制御され た圧力で供給するための手段と、前記第１ガス入口部と調整部との間の境界を形 成する第１シャワヘッドとを備えており、この第１シャワヘッドは、ほぼ均等に 間隔を置いて配置された複数の貫通穴を有し、この穴を介してガスが第１ガス入 口部から調整部へと流れ、第１ガス入口部の流れ通過率が第１シャワヘッドの貫 通穴の流れ通過率よりも大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載の基 板処理装置。４ ．チャンバは、さらに、ガス入口部とチャンバ外部との間の第１固体窓を含み 、この第１窓は、第１シャワヘッドから離間して対面しており、前記第１窓と第 １シャワヘッドとは、第１波長域の光に対して透過性の材料から作られ、第１光 発生器は、チャンバの外側に配置され、そこから光を前記第１窓と第１シャワヘ ッドを介して基板の第１表面に向けられるようになっていることを特徴とする請 求項３に記載の基板処理装置。５ ．チャンバは、第２固体窓を備えており、この第２窓は、第２波長域の光に対 して透過性を有し、この光は、第１波長域と同一かあるいは異なっており、さら に、本装置には、第２窓を介して基板の第２表面に第２波長域の光が向けられる 手段を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。６ ．チャンバの第２のガス入口部と、 調整ガスと同一かあるいは異なる第２ガスを、制御した圧力で第２のガス入 口部に供給する手段と、 前記第２のガス入口部をチャンバの調整部から分離し、第２波長域の光に対 して透過性を有し、さらに、少なくとも１つの貫通穴を有している、分離窓とを 備えており、 前記第２ガスは、チャンバの第２のガス入口部からの調整部内に流れ、第２ のガス入口部と分離窓が、基板の第２表面に対面して配置され、前記第２ガスが 調整部内に流れる時、基板の第２表面に向けてガスが流れるようになってい ることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。７ ．分離窓は、ガスが第２のガス入口部から調整部に流れることができるほぼ均 等に間隔を置いた配置の複数の貫通穴を有する第２シャワヘッドであり、 第２のガス入口部の流れ通過率が第２シャワーへッドの貫通穴の流れ通過率 よりも大きくなっていることを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。 ８．チャンバと基板周辺部はほぼ同心配置され、さらに、第２圧力バイアス手段 の円形通路が基板の下方の中央に配置され、かつポンプ用ギャップを介して排気 されており、 前記基板の支持手段が、基板とチャンバ周辺との間に均一な周辺ギャップが 形成されるように前記基板を支持するために配置され、前記周辺ギャップは、円 形のチャンバからのガスの排気手段に連通して、前記狭くなった通路を形成する ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置 。９ ．第１ガス入口手段は、チャンバの第１ガス入口部の周辺部分の回りを取り囲 んでいる調整ガスの供給通路を含み、さらにチャンバの第１ガス入口部の周辺部 分に開口する連続したスロット、または、調整ガス供給通路とチャンバの第１ガ ス入口部の周辺部分との間にほぼ等間隔に離設した一連の開口を含んでおり、 また、第２ガス入口手段は、チャンバの第２のガス入口部の周辺部分の回り を取り囲んでいる第２のガス供給通路を含み、さらに、チャンバの第２ガス入口 部の周辺部分に開口する連続したスロット、または、第２の調整ガス供給通路と チャンバの第１ガス入口部の周辺部分との間にほぼ等間隔に離設した一連の開口 を含んでいることを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載の基板処理装 置。10 ．基板を加熱するための加熱手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項 １ないし９のいずれかに記載の基板処理装置。11 ．基板がチャンバ内に載置された後で、チャンバの調整部の容積を減じるため にチャンバ内で支持手段を鉛直上方に持ち上げる手段をさらに含んでいることを 特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。12 ．処理中の基板の温度を測定するための基板温度センサ手段と、 処理中のチャンバの調整部におけるガス圧力を測定するための圧力センサ手 段と、 チャンバの調整部内にあるガス種を監視するためのガスセンサ手段とをさら に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。13 ．調整されるべきほぼ平坦な第１平面と、これに略平行な第２平面とを有する 基板がチャンバ内に置かれて周囲環境から隔離され、このチャンバ内に反応性ガ スを含む調整ガスを供給して前記基板を調整するための処理方法であって、 前記基板をチャンバ内に支持し、 前記基板がチャンバの第１ガス入口部よりも低い圧力領域の第２チャンバ部 内にあるように、前記チャンバ内に第１圧力バイアスを形成し、前記チャンバの 第１ガス入口部と第２チャンバ部に粘性流の流れ形態を生じさせ、 前記調整ガスを前記チャンバのガス入口部内に供給して、調整ガスの差圧に より、基板の第１表面に向けて調整ガスを流し、その反応性ガス成分が前記基板 の第１表面と化学的に反応し、 前記基板の表面を横切る第２圧力バイアスを作り出し、調整ガスが基板の第 １表面と化学的に反応した後で、この調整ガスが、反応した場所からチャンバの 周辺に向かって基板から離れる半径方向外側へと流れ、 このガスをチャンバから排気する、各ステップを有することを特徴とする基 板処理方法。14 ．調整ガスが反応した場所からチャンバの周辺に向うガス流は、基板の第１表 面に直交する軸線に対して半径方向外側に流れることを特徴とする請求項１３に 記載の基板処理方法。15 ．基板の第１表面で光の放射を行うステップをさらに含んでおり、この光放射 は、第１の光波長域にあり、かつ第１表面上または調整ガス内で、あるいはこれ らの両方で、光化学反応を活性化するのに十分の強さがあることを特徴とする請 求項１３または１４に記載の基板処理方法。16 ．基板の第２表面で光の放射を行うステップをさらに含んでおり、この光放射 は、第２波長域の光にあり、かつ第２表面上または調整ガス内で、あるいはこれ らの両方で、光化学反応を活性化するのに十分の強さがあり、さらに、前記 第２波長域の光及びその強さは、第１の光波長域及びその強さと同一であるかま たは異なっていることを特徴とする請求項１５に記載の基板処理方法。 17．基板を調整するために請求項１ないし１２のいずれかに記載の基板処理装置 の使用。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フェイフィールド，ロバート ティー. アメリカ合衆国 ミネソタ 55416 セン ト ルイス パーク ハンチングトン ア ベニュー 2814 (72)発明者 シーフェリング，ケビン アメリカ合衆国 ミネソタ 55318 チャ スカ ブルフ パス エヌ．1035 (72)発明者 ヘイツィンガー，ジョン アメリカ合衆国 ミネソタ 55344 アー デン プレーリー ワイルダー ドライブ ナンバー333 11625 (72)発明者 ハイアット，シー．フレッド アメリカ合衆国 ミネソタ 55337 バー ンズビル ビマンウッド ドライブ 40

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反応性ガスを含んでいる調整ガスにより基板を調整するための処理装置であ って、 前記基板は、調整されるべきほぼ平坦な第１表面と、これに略平行な第２表 面とを有し、前記処理装置は、 周囲環境から隔離され、調整ガスがその内部に供給される第１のガス入口部 と前記調整ガスで基板が調整される調整部とを有するチャンバと、 このチャンバの調整部内に基板を支持するための支持手段と、 前記ガス入口部内の調整ガスが第１圧力となり、前記調整部内の調整ガスが 前記第１圧力よりも低い第２圧力となって基板に供給され、さらに前記第１，第 ２圧力が粘性流の形態で供給されるように、前記チャンバ内に第１圧力バイアス を与え、第１圧力バイアス手段と、 ガス入口部と調整部の間の差圧によって調整ガスが基板の第１表面に向けて 流れるようにし、調整ガスの反応性ガス成分が基板の第１表面に化学的に反応し てこの表面を調整するように、調整ガスをチャンバのガス入口部に供給するため の入口手段と、 調整ガスが基板表面に化学的に反応した後に、このガスが到達した基板から 外側に流れてチャンバの周辺に向かわせるように、前記基板の第１表面を横切る 第２圧力バイアスを作り出すための第２圧力バイアス手段と、 チャンバからガスを排気する排気手段とを備えていることを特徴とする基板 処理装置。 ２．第１波長域の光であって、表面上または調整ガス内、あるいはこれらの両方 に光化学反応を活性化するのに十分な強さを有する光を調整ガスに照射するため に、チャンバの外側に設けられた第１光発生器をさらに含んでいることを特徴と する請求項１に記載の基板処理装置。 ３．第１圧力バイアス手段は、調整ガスをチャンバの第１ガス入口部に制御され た圧力で供給するための手段と、前記第１ガス入口部と調整部との間の境界を形 成する第１シャワヘッドとを備えており、この第１シャワヘッドは、ほぼ均 等に間隔を置いて配置された複数の貫通穴を有し、この穴を介してガスが第１ガ ス入口部から調整部へと流れ、第１ガス入口部の流れ通過率が第１シャワヘッド の貫通穴の流れ通過率よりも大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載 の基板処理装置。 ４．基板は、第１シャワヘッドから距離を置いて支持されており、調整ガスが貫 通穴を通過した後のガス拡散速度が、このガスが基板上到達する前にすでに基板 上に残留しているガスと共に均一に混合され、これによって、基板の表面の方に 向う調整ガスの流れが、基板の第１表面全体に横方向に均一に流れることを特徴 とする請求項３に記載の基板処理装置。 ５．チャンバは、さらに、ガス入口部とチャンバ外部との間の第１固体窓を含み 、この第１窓は、第１シャワヘッドから離間して対面しており、前記第１窓と第 １シャワヘッドとは、第１波長域の光に対して透過性の材料から作られ、第１光 発生器は、チャンバの外側に配置され、そこから光を前記第１窓と第１シャワヘ ッドを介して基板の第１表面に向けられるようになっていることを特徴とする請 求項３または４に記載の基板処理装置。 ６．チャンバは、第２固体窓を備えており、この第２窓は、第２波長域の光に対 して透過性を有し、この光は、第１波長域と同一かあるいは異なっており、さら に、本装置には、第２窓を介して基板の第２表面に第２波長域の光が向けられる 手段を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。 ７．チャンバの第２のガス入口部と、 調整ガスと同一かあるいは異なる第２ガスを、制御した圧力で第２のガス入 口部に供給する手段と、 前記第２のガス入口部をチャンバの調整部から分離し、第２波長域の光に対 して透過性を有し、さらに、少なくとも１つの貫通穴を有している、分離窓とを 備えており、 前記第２ガスは、チャンバの第２のガス入口部からの調整部内に流れ、第２ のガス入口部と分離窓が、基板の第２表面に対面して配置され、前記第２ガスが 調整部内に流れる時、基板の第２表面に向けてガスが流れるようになっているこ とを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。 ８．分離窓は、ガスが第２のガス入口部から調整部に流れることができるほぼ均 等に間隔を置いた配置の複数の貫通穴を有する第２シャワヘッドであり、 第２のガス入口部の流れ通過率が第２シャワーヘッドの貫通穴の流れ通過率 よりも大きくなり、 第２シャワーヘッドを通過した後の第２ガスの拡散速度が、この第２ガスが 基板表面に到達する前にすでに基板上に在留しているガスと均一に混合できる速 度となるように、基板が、第２シャワーヘッドから距離を置いて支持されており 、これにより、前記基板の表面に向いた第２ガスが、基板の第２表面全体に横方 向に均一に流れることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。 ９．チャンバと基板周辺部は、ほぼ同心配置されており、さらに、第２圧力バイ アス手段が、 前記基板とチャンバ周辺との間に均一な周辺ギャップが形成されるように前 記基板を支持するために配置された基板支持手段と、 前記基板の下方の中央に配置され、かつチャンバからのガスを排気するため の排気手段に連通する出口手段とを備えており、 前記基板は、ポンプ用ギャップが基板と前記排気用の出口手段との間に支持 され、また、調整ガスが、基板の第１表面に化学的に反応した後で基板から離れ て外側に流れ、さらに周辺ギャップを通りポンプ用のギャップを介して出口手段 から排出させるように、基板の第１表面上に圧力バイアスが形成されるように、 前記出口手段における圧力が整えられていることを特徴とする請求項１ないし８ のいずれかに記載の基板処理装置。 10．第２圧力バイアス手段は、チャンバの調整部の周辺からガスを移動させる排 気手段と連通する周辺出口手段を含んでいることを特徴とする請求項１ないし８ のいずれかに記載の基板処理装置。 11．周辺出口手段は、チャンバの調整部の周辺部分をその回りに取り囲んでいる 少なくとも１つの出口通路からなり、さらに、チャンバの調整部の周辺に開口す る連続したスロット、または、出口通路とチャンバの調整部の周辺部分との間に ほぼ等間隔に離設した一連の開口を含んでいることを特徴とする請求項８に記載 の基板処理装置。 12．第１ガス入口手段は、チャンバの第１ガス入口部の周辺部分の回りを取り囲 んでいる調整ガスの供給通路を含み、さらにチャンバの第１ガス入口部の周辺部 分に開口する連続したスロット、または、調整ガス供給通路とチャンバの第１ガ ス入口部の周辺部分との間にほぼ等間隔に離設した一連の開口を含んでおり、 また、第２ガス入口手段は、チャンバの第２のガス入口部の周辺部分の回り を取り囲んでいる第２のガス供給通路を含み、さらに、チャンバの第２ガス入口 部の周辺部分に開口する連続したスロット、または、第２の調整ガス供給通路と チャンバの第１ガス入口部の周辺部分との間にほぼ等間隔に離設した一連の開口 を含んでいることを特徴とする請求項３ないし８のいずれかに記載の基板調整装 置。 13．調整ガスが反応した場所からチャンバの周辺に向うガス流は、基板の第１表 面に直交する軸線に対して半径方向外側に流れることを特徴とする請求項１ない し１２のいずれかに記載の基板処理装置。 14．支持手段は、基板の底部側表面に調整ガスが到達できるように、基板の下側 にギャップを設けて、チャンバ内に前記基板を支持することを特徴とする請求項 １ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。 15．基板を加熱するための加熱手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項 １ないし１４のいずれかに記載の基板処理装置。 16．基板がチャンバ内に載置された後で、チャンバの調整部の容積を減じるため にチャンバ内で支持手段を鉛直上方に持ち上げる手段をさらに含んでいることを 特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。 17．処理中の基板の温度を測定するための基板温度センサ手段と、 処理中のチャンバの調整部におけるガス圧力を測定するための圧力センサ手 段と、 チャンバの調整部内にあるガス種を監視するためのガスセンサ手段とをさら に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。 18．調整されるべきほぼ平坦な第１平面と、これに略平行な第２平面とを有する 基板がチャンバ内に置かれて周囲環境から隔離され、このチャンバ内に反応性 ガスを含む調整ガスを供給して前記基板を調整するための処理方法であって、 前記基板をチャンバ内に支持し、 前記基板がチャンバの第１ガス入口部よりも低い圧力領域の第２チャンバ部 内にあるように、前記チャンバ内に第１圧力バイアスを形成し、前記チャンバの 第１ガス入口部と第２チャンバ部に粘性流の流れ形態を生じさせ、 前記調整ガスを前記チャンバのガス入口部内に供給して、調整ガスの差圧に より、基板の第１表面に向けて調整ガスを流し、その反応性ガス成分が前記基板 の第１表面と化学的に反応し、 前記基板の表面を横切る第２圧力バイアスを作り出し、調整ガスが基板の第 １表面と化学的に反応した後で、この調整ガスが、反応した場所からチャンバの 周辺に向かって基板から離れる半径方向外側へと流れ、 このガスをチャンバから排気する、各ステップを有することを特徴とする基 板処理方法。 19．調整ガスが反応した場所からチャンバの周辺に向うガス流は、基板の第１表 面に直交する軸線に対して半径方向外側に流れることを特徴とする請求項１８に 記載の基板処理方法。 20．基板の第１表面で光の放射を行うステップをさらに含んでおり、この光放射 は、第１の光波長域にあり、かつ第１表面上または調整ガス内で、あるいはこれ らの両方で、光化学反応を活性化するのに十分の強さがあることを特徴とする請 求項１８または１９に記載の基板処理方法。 21．基板の第２表面で光の放射を行うステップをさらに含んでおり、この光放射 は、第２の光波長域にあり、かつ第２表面上または調整ガス内で、あるいはこれ らの両方で、光化学反応を活性化するのに十分の強さがあり、さらに、前記第２ の光波長域及びその強さは、第１の光波長域及びその強さと同一であるかかまた は異なっていることを特徴とする請求項２０に記載の基板処理方法。 22．基板を調整するために請求項１ないし１７のいずれかに記載の基板処理装置 の使用。