(57)【要約】【課題】本開示は概して、複数の基材を処理するための基材処理装置に関する。【解決手段】本開示は、中に複数の基材を有するラックを処理するように構築および配置される第一の反応器と；基材を処理するように構築および配置される第二の反応器と；第一の反応器と第二の反応器との間で基材を搬送するように構築および配置される基材搬送装置と；を備える基材処理装置に関する。第二の反応器に、第二の反応器内の少なくとも一つの基材の上面上に１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を照射するように構築および配置される照射システムを設けてもよい。【選択図】図１
2020133004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材処理装置であって、
中に複数の基材を有するラックを処理するように構築および配置される第一の反応器と；
基材を処理するように構築および配置される第二の反応器と；
前記第一の反応器と前記第二の反応器との間で基材を搬送するように構築および配置される基材搬送装置であって、前記第二の反応器に、前記第二の反応器内の少なくとも一つの基材の上面上に１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を照射するように構築および配置される照射システムを設ける、基材移動装置と；を備える、基材処理装置。
【請求項２】
前記第一の反応器は、前記ラック内の前記基材上に層を堆積させるために前記第一の反応器内に第一の前駆体を供給するように構築および配置される入口を備える、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項３】
前記基材搬送装置は、前記第一の反応器と前記第二の反応器との間で基材を搬送するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項４】
前記基材搬送装置は、前記第一の反応器と前記第二の反応器との間で基材を搬送するように構築および配置される基材ハンドリングロボットを備える、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項５】
前記第二の反応器は、単一の基材を保持するように構築される基材ホルダーを備え、前記照射システムは、ホルダーの上方に構築および配置されて、ホルダー内の基材の上側を照射する、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項６】
前記第二の反応器は、それぞれが単一の基材を保持するように構築される複数の基材ホルダーを備え、前記照射システムは、ホルダー内の複数の基材の前記上側を照射するように、複数のホルダーの上に構築および配置される複数の照射器を備える、請求項５に記載の基材処理装置。
【請求項７】
前記照射システムは、紫外線を前記上面上に照射する放射源を備える、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項８】
前記基材ハンドリングロボットは、離間して複数の基材を保持するように構成されるラックの離間する基材保持部との間で基材を搬送するように構築および配置され、
前記第一の反応器は、反応チャンバー内に前記基材ラックを収容するように構築および配置される、請求項４に記載の基材処理装置。
【請求項９】
前記基材搬送装置は、前記第一の反応器内の前記ラックを移動するように構築および配置されるエレベータを備える、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１０】
前記第二の反応器は、反応チャンバー内に前記基材ラックを収容するように構築および配置され、前記照射システムは、前記基材ラックの側面から前記基材ラック内の前記基材のうちの少なくとも一つの上面上に１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を照射するように構築および配置される、請求項９に記載の基材処理装置。
【請求項１１】
前記装置は、前記第一の反応器から前記第二の反応器に基材を有するラックを水平方向に搬送するように構築および配置されるラックコンベアを備える、請求項１０に記載の基材処理装置。
【請求項１２】
前記第一の反応器は、前記第一の反応器内の前記複数の基材を加熱するように構築および配置されるヒーターを備え、入口は、前記基材上に層を堆積させるために第一の前駆体の供給源に連結する、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１３】
入口は、前記基材上に窒素含有層を堆積させるために窒素含有前駆体の供給源に連結するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１４】
基材ハンドリングロボットは、前記第一の反応器に向かう第一の方向に、および前記第二の反応器に向かう第二の方向に前記基材を搬送するように構築および配置され、前記第一および第二の方向は互いに９０〜１８０度の角度を形成する、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１５】
前記基材搬送装置は、基材搬送装置チャンバー内に設けられ、前記装置は、前記基材搬送装置チャンバー内の第二の反応器内に不活性空間を形成するための不活性空間形成システムを備える、請求項２に記載の基材処理装置。
【請求項１６】
前記第二の反応器は、第二の反応器内に不活性空間を形成するための不活性空間形成システムが設けられる、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１７】
前記第二の反応器は、前記第二の反応器内のガス放出生成物を除去する、または基材を準備するために前記第二の反応器内に洗浄ガスを供給するための洗浄入口が設けられる、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１８】
基材を処理する方法であって、
複数の基材を有するラック内に基材を供給する工程と；
複数の基材を有する前記ラックを第一の反応器内に導入することと；
前記基材上に層を堆積させるために、前記第一の反応器内に第一の前駆体を供給することと；
複数の基材を有する前記ラックを前記第一の反応器から取り出すことと；
前記堆積させた層を備える基材を第二の反応器に搬送することと；
前記第二の反応器内の前記基材の前記堆積させた層を、１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線で照射することと；を含む基材を処理する方法。
【請求項１９】
前記方法は、
前記照射された基材を前記第二の反応器から前記第一の反応器に搬送することと；
前記第一の反応器に前記第一の前駆体を供給して、前記基材上に別の層を堆積させることと；
堆積させた別の層を有する基材を前記第二の反応器に搬送することと；
前記第二の反応器内の前記基材の前記堆積させた別の層を、１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線で照射することと；をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、
前記第一の反応器に第二の前駆体を供給して、前記第一の前駆体と反応させて前記基材上に前記層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第一の前駆体は、前記第一の反応器内の前記基材上にシリコン含有層を堆積させるためにシリコンを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第二の前駆体は、前記第一の反応器内の前記基材上に窒素含有層を堆積させるために窒素を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第二の前駆体は、前記第一の反応器内の前記基材上に酸化物層を堆積させるために酸素を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一および第二の前駆体は、原子層堆積プロセスを用いて前記基材上に堆積する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第一および第二の前駆体は、化学気相堆積プロセスを用いて前記基材上に堆積する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第一の前駆体は、アルミニウム、チタンおよびハフニウム、ジルコニウムの群から選択される金属を含み、前記第一の反応器内の基材上に金属含有層を堆積させる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記基材を前記第一の反応器内に供給する前に、前記基材上に層を堆積させるために前記基材を前記第二の反応器に搬送して、前記第二の反応器内で１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を用いて照射して前記基材を準備する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記第二の反応器に、洗浄ガスを供給して前記基材を準備する、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複数の基材を処理するための基材処理装置に関する。より具体的には、本開示は、
中に複数の基材を有するラックを処理するように構築および配置される第一の反応器と；
基材を処理するように構築および配置される第二の反応器と；
第一の反応器と第二の反応器との間で基材を搬送するように構成および配置される基材搬送装置と；を備える基材処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炉とも呼ばれる基材処理装置は、ラック内に支持される複数の基材上に微細な寸法構造、例えば集積回路を作製するための反応チャンバーを備えることができる。典型的な基材処理工程では、ラック内の基材を加熱することができる。更に、反応ガスを加熱した基材上に通過させて、処理される基材上に反応物質の薄層を堆積させることができる。
【０００３】
基材上で層を堆積させる一連の処理工程はレシピと呼ばれる。その後の堆積、ドーピング、リソグラフィー、エッチングおよびその他のプロセスによって、層は集積回路になり、基材のサイズおよび回路の複雑さに応じて、数十から数千、または数百万もの集積素子を製造する。
【０００４】
得られる堆積させた層の高品質を保証するために、様々な処理パラメータが注意深く制御される。このような重要なパラメータの一つは、各レシピ工程中の基材温度である。例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）中、堆積ガスは、特定の温度ウインドウ内で反応し、基材上へ堆積する。温度が異なると堆積速度と品質が異なり、したがって、反応処理が始まる前に、基材を望ましい温度にしておくように基材温度を正確に制御することが重要である。
【０００５】
しかし、基材は感温性である機能部を含む場合があり、その温度は、その感温機能部への損傷を回避するために特定の最大値に制限される場合がある。これは、生産性、品質および／または反応性のために温度が高くなければならないが、一方、基材上の機能部への損傷を避けるために温度は低く保たれるべきであるという矛盾する要件となってしまう。
【０００６】
基材の上面を紫外線で照射することによって、基材を加熱させずに、特定のプロセスのためにエネルギーを上面に供給することが可能となりうる。エネルギーにより、堆積させた層の品質が向上する場合がある。
【０００７】
堆積プロセスは照射システムの一部にも堆積させて紫外線の透過が低下する可能性があるため、堆積プロセスにも使用される炉内に紫外線を照射するように構築および配置される照射システムを組み込むことは、困難な場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この「発明の概要」は、選択された概念を簡略化した形態で紹介するために提供される。これらの概念について、以下の本開示の例示的な実施形態の「発明を実施するための形態」において、更に詳細に説明される。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することは意図しておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用することも意図していない。
【０００９】
目的に応じて、中に複数の基材を有するラックを処理するように構築および配置される第一の反応器と；基材を処理するように構築および配置される第二の反応器と；第一の反応器と第二の反応器との間で基材を搬送するように構築および配置される基材搬送装置と；を備える基材処理装置を提供することが望ましい場合がある。第二の反応器に、第二の反応器内の少なくとも一つの基材の上面上に１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を照射するように構築および配置される照射システムを設けてもよい。
【００１０】
第二の反応器内で紫外線を基材の表面に照射することにより、上面にエネルギーを供給してもよい。このエネルギーが供給される一方で、基材を過熱するリスクは最小限に抑えられる。エネルギーは、堆積させた層の品質を改善することができる。
【００１１】
照射システムは、１００〜５００ナノメートル、好ましくは１５０〜４００ナノメートル、更により好ましくは１７０〜３００ナノメートルの範囲の紫外線を照射するように構築および配置されることができる。第一の反応器は、ラック内の基材上に層を堆積させるために、第一の反応器内に第一の前駆体を供給するように構築および配置される入口を備えてもよい。
【００１２】
一実施形態によれば、
複数の基材を有するラック内に基材を供給する工程と；
複数の基材を有するラックを第一の反応器内に導入することと；
基材上に層を堆積させるために、第一の反応器内に第一の前駆体を供給することと、
複数の基材を有するラックを第一の反応器から取り出すことと；
堆積させた層を有する基材を第二の反応器に搬送することと；
第二の反応器内の基材の堆積させた層を、１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線で照射することと；を含む基材を処理する方法が提供されることができる。
【００１３】
先行技術を超えて達成される本発明および利点を要約する目的で、本発明のある特定の目的および利点が本明細書において上記に説明される。当然のことながら、必ずしもこうした目的または利点のすべてが本発明の任意の特定の実施形態によって達成されなくてもよいことが理解されるべきである。それ故に、例えば本明細書に教示または示唆する通り、一つの利点または一群の利点を達成または最適化する様態で、本明細書で教示または示唆されうる通りの他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本発明が具体化または実行されてもよいことを当業者は認識するであろう。
【００１４】
これらの実施形態のすべては、本明細書に開示する本発明の範囲内であることが意図される。当業者には、これらのおよび他の実施形態は、添付の図面を参照して、以下のある特定の実施形態の発明を実施するための形態から容易に明らかとなり、本発明は、開示されるいかなる特定の実施形態にも限定されない。
【００１５】
当然のことながら、図内の要素は、単純化および明瞭化のために例示されており、必ずしも実寸に比例して描かれていない。例えば、図内の要素のうちの幾つかの寸法は、本開示の例示された実施形態の理解の向上を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、一実施形態による照射システムに好適な装置の概略的かつ部分的に露出した斜視図である。
【図２】図２は、図１による装置の図式的な平面図である。
【図３】図３は、一実施形態による照射システムで照射される基材を備える基材ラック断面の平面図である。
【図４】図４ａは、一実施形態によるらせん形態で形成される照射システムである。  図４ｂは、一実施形態による照射システムで使用するガス放出ランプの一部である。
【図５−１】図５ａ〜５ｄは、別の実施形態による放射を伝達する照射システムである。
【図５−２】同上。
【図６】図６は、別の実施形態による基材処理装置の断面の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
いくつかの実施形態および実施例を以下に開示するが、本発明が、具体的に開示する本発明の実施形態および／または用途、並びにその明白な変更および均等物を超えて拡大することは、当業者により理解されるであろう。それ故に、開示される本発明の範囲は、以下に説明される特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。
【００１８】
一実施形態による照射システムに好適な装置１を図１および２に示すことができる。前述の装置１は、ハウジング２を備えてもよく、一般的に、いわゆる「クリーンルーム」に部分的または完全に据え付けられてもよい。特に図２から分かるように、ハウジング２に加えて、仕切り部３、４および５が存在し得る。ハウジング２は、仕切り部３で反応領域２１を区切ることができる。基材ハンドリングチャンバー２２は、ハウジング２と仕切り部３、４との間で区切られてもよい。カセットハンドリングチャンバー２３は、仕切り部４と５とハウジング２との間で区切られてもよい。装置１は、カセット導入部分３３を更に備えうる。
【００１９】
第一および第二の反応チャンバー６、７は、反応器領域２１内に配置されてもよい。反応チャンバーは垂直に配置することができ、基材１３で充填された１２として示される基材ラックを、反応チャンバー６、７内に下から垂直方向に移動することができる。この目的を達成するために、各反応チャンバーは、スピンドル３８を用いて垂直方向に移動可能である挿入アーム１４を備えるラックハンドラーを有し得る。図１の図面では、一つの挿入アーム１４のみが示されるが、装置の両側に二つの挿入アーム１４を有し得る。
【００２０】
基材ラック１２は、より詳細には示されないが、底部に絶縁プラグを備えてもよく、これにより反応チャンバーに対し封止を提供する。反応チャンバーは炉と呼ばれてもよく、基材を加熱するためにヒーターを備えてもよい。
【００２１】
ラックハンドラーは、反応領域２１内に配置される切り抜き１５を備えるロータリープラットフォーム１１を備えうる。切り抜き１５は、切り抜き１５が正しい位置に持ち込まれた場合、アーム１４が切り抜きを通して上下に移動できるように形成されうる。一方、基材ラックの底部の直径は、アーム１４が図１に示す位置から下方に移動する場合、基材ラック１２はロータリープラットフォーム１１上に配置されることができ、逆動作でそこから再び取り外されることができるように、基材ラックの直径がプラットフォーム１１内の切り抜き１５よりも大きくなるようにすることができる。
【００２２】
基材ラック１２は、ラックハンドラーを用いて反応チャンバー６および７の両方に供給されてもよい。一つのラックを最初に第一の反応器で処理し、次に第二の反応器内で処理するように、連続処理を実行することが可能である。また、基材ラック１２の平行群を、反応チャンバー６によって排他的に処理し、反応チャンバー７によって排他的に処理することが可能であってもよい。基材ラック１２は基材１３を備えることができる。
【００２３】
基材１３を（搬送）カセット１０内に供給することができ、カセットは、カセットハンドリングロボット３５のアーム３１を用いて、導入部３３から開閉式開口部３４を通って収納部８に配置されることができる。アーム３１に、ロータリープラットフォーム２７内の一連の切り抜き２６の寸法よりもわずかに小さい寸法を持つ座面３２を備えることができる。このようないくつかのロータリープラットフォームを、収納部８で垂直方向に上下に備えることができる。アーム３１は、カセットハンドリングロボット３５を用いて垂直方向に移動可能であることができる。アーム３１が、導入部３３から収納部８へ、または収納部８から導入部３３へ、カセットをピックアップまたは取り出すことができるだけではなく、カセットを収納部８からロータリープラットフォーム３０へ、またはロータリープラットフォーム３０から収納部８へ移動させることも可能にするように、アームを取り付けることができる。
【００２４】
ロータリープラットフォーム３０は、回転時に開口部３７が形成されている仕切り部４に対してカセットを配置し、カセットを開いた後、基材を基材ハンドラーのアーム２４を用いて該当のカセットから一枚ずつ取り出し、基材ハンドリングチャンバー２２内に配置される基材ラック１２内に配置することができるように構築されてもよい。基材ラック１２は、ラックハンドラーの一部であるヒンジアーム１６によって支持され、端部に座面１７が設けられ、座面の寸法はロータリープラットフォーム１１の切り抜き１５の寸法よりも多少小さい。アーム１６は、回転点１８の周りの回転によって、仕切り部３の開閉式開口部を通って基材ラックと共に移動することができる。反応領域２１と基材ハンドリングチャンバー２２の間の開口部１９を閉じることができるように、クロージャーを設けることができる。
【００２５】
オペレータまたは自動化されたカセット搬送システム（図示せず）は、いくつかのカセットを導入部３３に導入することによって、収納部８を充填することができる。制御操作を、パネル３６で行うことができる。カセット１０を、導入部分３３からアーム３１を用いて、収納部８内のこれらのカセットのために作られた収納区画９へ搬送することができる。開口部３４を通して導入部３３から該当するカセット１０を取り外すために最も低い位置から開始することによって、カセットを、カセットハンドリングロボット３５によって収納部８のより高い区画９に移動させるために上方向に移動させることができる。収納部８の回転により、様々な区画９をカセット１０で充填することが可能である。
【００２６】
該当のカセット１０は、アーム３１によって収納部から取り外され、ロータリープラットフォーム３０上に配置されうる。カセットをロータリープラットフォーム３０上で回転させて、それらのドアを仕切り部４に押し当てて配置する。カセットのドアは、ドアのオープナーで取り外されることができる。アーム２４を用いて、基材を一枚ずつ取り外すことができ、基材ハンドラーを備えるスイングアーム１６上に配置される基材ラック１２内に配置することができる。
【００２７】
その間に、ロータリープラットフォーム１１は、反応領域２１内に存在する基材上で実行される処理に関して最適な方法で、反応領域２１内で移動することができる。基材ラック１２が基材ハンドリングチャンバー２２内に充填され、反応チャンバー６、７のうちの一つが利用可能になった後、この時間まで閉じていた開口部１９が開かれ、新たに充填された基材ラック１２をロータリープラットフォーム１１上に配置することができる。そして、ロータリープラットフォーム１１は位置を一つ移動し、充填された基材ラック１２を、挿入アーム１４を用いてプラットフォーム１１から取り外して反応チャンバー６、７内へ移動させることができる。完成したラック内の処理された基材を、充填されるプラットフォーム１１上に下降させることができる。基材は、上記と逆の動きをして最終的にカセットに入る。
【００２８】
新たな基材を有する基材ラック１２は、挿入アーム１４を用いて反応チャンバー６または７に供給されてもよく、該チャンバー内で処理されてもよい。処理は、ヒーターを用いて基材ラック１２内の基材の温度を上昇させることを含むことができる。したがって、処理が適切な反応性および生産性を得始める前に、基材の温度を正確に制御して基材を所望の温度にすることが重要である。
【００２９】
基材は感温性である機能部を含んでもよく、その温度は、その感温機能部への損傷を回避するために特定の最大値に制限されてもよい。これは、反応性のために基材の温度が望ましくは高い場合がある一方、基材上の温度に敏感な機能部の損傷を避けるために基材の温度が望ましくは低い場合がある矛盾した要件につながる可能性がある。
【００３０】
反応チャンバー６、７内で連続処理を行うことが可能である。第一の反応器６で処理された基材を有する基材ラック１２は、さらなる処理のために第二の反応器７に搬送されてもよい。第二の反応器７は、例えば、基材ラックの側面から基材ラック内の基材の少なくとも一つの上面上に１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を照射するように構築および配置される照射システムを備えてもよい。照射システムを、１００〜５００ナノメートル、好ましくは１５０〜４００ナノメートル、更により好ましくは１７０〜３００ナノメートルの範囲の紫外線を照射するように構築して配置することができる。基材の上面を側面から紫外線で照射することによって、特定のプロセスのためにエネルギーを上面に供給することが可能となりうる。
【００３１】
エネルギーは、上面上の反応性を向上させることができる。この反応性の向上は、基材を過熱させないで達成することができ、基材上の感温機能部が損傷を受けない。反応性の向上は、堆積させた層のより良好な品質および／または装置のより高い生産性につながりうる。また、反応性がゼロであったために以前は不可能だった温度で特定のプロセスが可能になる可能性がある。
【００３２】
例えば、基材処理装置は、その中に複数の基材を有するラックを処理するように構築および配置される第一の反応器６を備え、第二の反応器７は、基材を処理するように構築および配置されてもよい。装置は、ラックと、第一の反応器６との間で基材を搬送する基材ハンドラーと、を備える基材搬送装置５１を有してもよい。基材ハンドラーを用いて、基材を第二の反応器７の基材ホルダーに搬送してもよい。第二の反応器７に、第二の反応器７内の少なくとも一つの基材の上面上に１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を照射するように構築および配置される照射システム４１を設けてもよい。
【００３３】
第一の反応器６は、ラック１２内の基材上に層を堆積させるために、第一の反応器６内に第一の前駆体を供給するように構築および配置される入口を備えてもよい。第一の前駆体は、第一の反応器内の基材上にシリコン含有層を堆積させるためにシリコンを含んでもよい。例えば、第一の前駆体は、ハロゲン化ケイ素、金属有機シリコン、トリシラン、ジシラン、またはシランを含みうる。第一の前駆体は、アルミニウム、チタンおよびハフニウム、ジルコニウムの群から選択される金属を含み、第一の反応器内の基材上に金属含有層を堆積させることができる。例えば、第一の前駆体はＴｉＣＬ４またはＴＭＡであってもよい。
【００３４】
第一の反応器６は、照射のために基材を第二の反応器に搬送する前に第一の前駆体と反応させるために、第一の反応器６内でラック１２内の基材上の層に第二の前駆体を供給するように構築および配置される入口を備えてもよい。第二の前駆体は、第一の反応器内の基材上に窒素含有層を堆積させるために窒素を含んでもよい。例えば、第二の反応器は、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４を含んでもよい。第二の前駆体は、第一の反応器内の基材上に酸化物層を堆積させるために酸素を含んでもよい。例えば、第二の前駆体はＨ２Ｏ、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、および／またはＨ２Ｏ２を含むことができる。
【００３５】
第一および第二の前駆体は、原子層堆積プロセスまたは化学気相堆積プロセスにより、第一の反応器内の基材上に堆積することができる。
【００３６】
層を堆積させた後、ラックを基材搬送装置で下に移動し、第一の反応器６から第二の反応器７に搬送してもよい。基材処理装置は、基材を有するラックを第一の反応器６から第二の反応器７に水平方向に搬送するように構築および配置されるラックコンベアを備えてもよい。ラックを、エレベータを用いて第二の反応器７内に移動することができる。
【００３７】
第二の反応器７は、反応チャンバー内に基材ラックを収容するように構築および配置されてもよい。第二の反応器は、基材ラック内の基材のうちの少なくとも一つの上面上に１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を照射するように構築および配置される照射システムを備えてもよい。照射システムは、基材ラックの側面から基材を照射してもよい。堆積させた層の品質は、基材を過熱させずに紫外線照射によって向上されることができる。紫外線で処理した後、基材を後退させて別の層を堆積させ、堆積および照射のサイクルを繰り返してもよい。層が完成した場合、基材は装置の外に搬送されることができる。
【００３８】
第一の反応器６に堆積プロセスを備え、第二の反応器７に照射システムを備えることにより、堆積プロセスは、第二の反応器７内の照射システムを汚染させないことができる。したがって、第二の反応器７における紫外線照射の透過は、装置の寿命の間、実質的に変化しない可能性がある。
【００３９】
図３は、照射システム４１を備える図１および図２の第二の反応器７の四つの側面から照射される基材１３を有する基材ラック１２の断面を示す。照射システム４１は、複数の側面から基材１３に紫外線を照射するように、四つの部品、例えば管４３を備えることができる。照射システム４１は、１００〜５００ナノメートルの範囲の紫外線を照射するように構成されることができる。
【００４０】
照射システム４１の管４３は細長くてもよく、基材表面に対して垂直な方向に延在してもよい。照射システム４１の管４３は、ラック１２の一部の上に延在してもよく、ラック１２の全長にわたって延在してもよく、またはさらに少し長く延在してもよい。照射システムの管４３は、ラック１２の全長にわたって基材を照射するために、５０〜２００ｃｍ、好ましくは７５〜１５０ｃｍの長さを有することができる。
【００４１】
基材表面を照射するための照射システム４１は、５Ｗ〜１００ｋＷ、好ましくは３００Ｗ〜２０ｋＷの、更により好ましくは１〜１０ｋＷの電力を有することができる。照射システムは、電気エネルギーの紫外線照射への変換において５０〜９０％の効率を有することができる。照射システムは、基材に対し垂直な方向に、０．０５  Ｗ〜１ｋＷ／ｃｍ、好ましくは３〜２００Ｗ／ｃｍ、最も好ましくは１０〜１００Ｗ／ｃｍの電力出力を有し得る。
【００４２】
基材表面は、０．１〜２００ミリワット（ｍＷ）／ｃｍ２、好ましくは１〜１００ｍｗ／ｃｍ２、更により好ましくは５〜８０ｍＷのパワーを受け入れることができる。照射システムを、１００〜５００ナノメートル、好ましくは１５０〜４００ナノメートル、更により好ましくは１７０〜３００ナノメートルの範囲の紫外線を照射するように構築して配置することができる。ラック１２は５０〜２００ｃｍの長さを有することができる。照射システムは、放射を基材に導くための光導波路を備えてもよい。光導波路は光ファイバーを含むことができる。照射装置には、紫外線を基材に向けるために放射反射面を設けることができる。
【００４３】
複数の基材を離間して保持するように構成される、複数の離間する基材保持部を備える三本の支柱を有し得る基材ラック１２に、基材１３を配置することができる。ラック１２は、等量の基材を保持するために、支柱に沿って最大５０〜２００、好ましくは１００〜１８０の離間する基材保持部を有することができる。
【００４４】
最適な製造のために、ラックは最大限まで充填され得るが、基材上に受けるパワーを増大させるため、および基材の表面に全体に受ける照射の均一性を向上させるために、ラック１２内の基材の数は最大よりも少なくしてもよい。例えば、ラックには、離間して１０〜８０の基材が提供され得る。ラック内の基材の間の距離は、５〜２００、好ましくは２０〜１４０、最も好ましくは４０ｍｍ〜１００ｍｍであり得る。
【００４５】
支柱は細長くてもよく、基材表面に対して垂直な方向に延在してもよい。複数の基材は、基材ラック１２内に互いに平行に配置されてもよい。基材ラック１２および照射システム４１の構成により、照射４１は、基材ラック１２の側面から基材ラック内の基材の少なくとも一つの上面上に紫外線を照射する。図示のように、照射システムは、四つの側面から基材に紫外線を照射する四つの部分を備えることができる。四つの側面から照射することにより、基材上に受ける照射の均一性が向上され得る。照射システムはまた、基材表面を照射する一つ、二つ、三つ、または四つの部分を備えることができる。
【００４６】
紫外線照射は、それを通過することができるガスにプラズマを生成することができる。プラズマは、反応チャンバー内で行われているプロセスに対して有用でも、または不要でもある場合がある。
【００４７】
プラズマが不要である場合、装置は第二の反応チャンバー７内でプラズマを抑制するよう構築および配置されることができる。装置はまた、プラズマが第二の反応チャンバー７内に伝搬するのを妨げるように構築および配置されてもよい。例えば、装置にプラズマシールド、例えば、導電性の配線またはコーティングを設けることにより、プラズマは反応チャンバーに到達する前に抑制または遮断されることができる。装置にはまた、第二の反応チャンバー７の内部でのプラズマの生成が抑制されることができるように、装置上で実行される場合、ガス、圧力範囲および／またはパワー範囲を選択するプログラムを備えることができる。
【００４８】
図４ａは、基材の上面を照射するために用いられることができるらせん状に形成される第二の反応チャンバー７に設けられる照射システム４１を示す。らせん状に形成された照射システムは、基材１３によって基材ラック１２を囲むように構成され得る。照射システム４１は、ガス放電ランプであってもよい。
【００４９】
図４ｂは、ガス放電ランプの一部を示す。ガス放電ランプは、イオン化されたガス、例えば管４３内のプラズマを介して二つの電極間の放電を引き起こすことによって放射を発生させる。このようなランプは、希ガス、例えばアルゴン、ネオン、クリプトン、およびキセノン、またはそれらの混合物を使用してもよく、更に、管４３内の混合物中に水銀、ナトリウム、および金属ハロゲン化物を使用してもよい。一つの電極４５のみが描かれている二つの電極間に印加される電界によって、陽極近傍でガスの原子から電子を強制的に引き離すことができ、これらの原子を陽イオン化したままにする。自由電子は陽極に流れ、一方、陽イオンは陰極に流れる。イオンは中性のガス原子と衝突する可能性があり、中性のガス原子はそれらの電子をイオンに移動させる。衝突中に電子を失った原子は、イオン化して陰極に向かって加速し、一方、衝突中に電子を得たイオンは、より低いエネルギー状態に戻る間に、基材の基材上面の方向に放射される放射の形態でエネルギーを放出しながら、そのエネルギーを上面に伝達する。電極４５は、管４３に接続し、ピン４９が設けられる基部４７に取り付けられる。
【００５０】
図５ａ〜５ｄは、別の実施形態による照射システムを示す。図５ａは、個別に制御可能な放射源、例えば発光ダイオードを備え、垂直方向の基材のスタックに沿って基材１３を側面から個別に照射するためのパワーを制御する照射システム４１の側面図を示す。基材１３の方向に照射ビームを放射するための照射システム４１は、ラック１２の側面上に配置され得る。照射システム４１は、照射ビームを基材１３の上面に向かって側面から下向きに照射し得る。ここに示す通り、照射システムはラック１２の上部のみを照射するが、場合によっては、照射システム４１はラック１２の全長にわたって延在することができる。
【００５１】
照射ビームの角度は、基材１３の上面に対して垂直な線に対して、６０〜９０°、好ましくは８０〜８９．５°、さらにより好ましくは８５〜８９°とし得る。照射システム４１の照射ビームはわずかに平行であってもよい。照射システムの照射ビームの方向は、従って、照射システム４１によって放射される照射の平均的な方向として定義され得る。
【００５２】
装置は、照射システム４１に対して基材ラックの他方の側面に反射器（図示せず）を備えてもよく、基材１３の基材表面に戻る照射を反射することができる。反射器はレトロリフレクタであってもよく、照射ビームが来るのと同じ方向に照射ビームを反射し返すことができる。反射器は、ガラス、鋼、アルミニウム、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む材料の群から選択される材料を含み、放射を基材へ導くことができる。
【００５３】
反射器は偏光子を備え、それにより反射光の偏光を９０°変化させ、反射光の吸収を向上させ得る。偏光子は、反射器の前方に配置された波長の１／８の厚さを有する薄いプレートであってもよい。
【００５４】
照射システムは、個別に制御可能な放射源９１、９３の第一および第二の群を有し得る。個別に制御可能な放射源９１の第一の群は、縁部からさらに離れた基材１３の表面に向けられてもよく、基材１３の縁部付近の上面に向けられた個別に制御可能な放射源９３の第二の群に対して増大した電力出力を有し得る。基材表面上の照射強度の均一性は、このように向上しうる。照射強度が基材の表面上で均一である場合、照射システム４１による基材表面上での反応性の向上は同様になり、これはプロセス制御に有利である。
【００５５】
図示のように、照射システム４１は基材１３を直接照射し得るが、反応チャンバーはまた、照射システムと基材１３との間にあるプロセス管によって制限される場合がある。プロセス管は、ガスを処理するためのバリアを形成してもよく、放射透過面として少なくとも部分的に機能してもよい。照射システム４１は、反応チャンバーの外側に提供されてもよく、放射透過面を通して反応チャンバー内に紫外線を照射するよう構築および配置されてもよい。プロセス管は、反応チャンバー内に提供された緩和温度および堆積製品から照射システム４１を保護し得る。
【００５６】
図５ｂは、図５ａの照射システム上の上面図を示す。照射システムが一側面だけから提供される場合、基材１３の一部が直接照射される可能性がある。装置に回転装置を備え、矢印９５によって示される方向に基材を回転させることにより、基材１３は均一に照射されることを確認することができる。
【００５７】
ラック１２が反応チャンバー６、７（図１および図２を参照）内で上方に移動する場合、反応チャンバー６、７に対してシールを提供する絶縁プラグを基材ラック１２の底部に設けてもよい。照射システム４１による照射の均一性の向上のために、絶縁プラグには、基材１３を備えたラック１２を垂直軸の周りで回転させるための（ラック）回転装置が提供され得る。
【００５８】
ラック回転装置は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，０１８，５６７  Ｂ２号明細書から公知である場合がある。基材表面上の照射強度の均一性は、このように向上しうる。照射強度が基材の表面上で均一である場合、照射システム４１による基材表面上の反応性の向上は同様になり、これはプロセス制御に有利である。
【００５９】
図５ｃは、基材１３を照射するための照射システム４１を用いる、および基材１３を有するラック１２を図５ｂの垂直軸の周りで回転させるための（ラック）回転装置を備える、装置に生じる可能性のある問題を示す。照射システム４１の照射は、基材ラックの一部１２ａを過度に照射および加熱し得る。照射は、反応チャンバー６の周囲を通して基材ラック１２から分散してもよく、これは照射されることが意図されていない装置の一部を照射する。
【００６０】
図５ｄは、図５ｃの基材ラックの一部１２ａを過度に照射するおよび／または加熱する問題を解決する別の実施形態による照射システムを示す。基材ラック１２を回転させて、より均一な照射分布と過剰な加熱の回避を達成することができる。
【００６１】
さらに、基材ラック１２の形状および制御システムから入手可能なラック１２の回転位置の情報を用いて、ラック１２の前述の一部１２ａに当る照射システム４１の一部のパワーを停止または制限することができる。したがって、基材ラック１２の一部１２ａが受ける放射の量が減り、照射または加熱されることを意図していない装置の一部を照射および加熱する支持部材の周囲を通って基材ラック１２から散乱する放射はより少ない可能性がある。
【００６２】
装置は、照射システム４１の出力を制御するための電力制御装置９７を備えてもよく、電力制御装置は、基材ラックの過剰な加熱を避けるために、基材ラックの幅に沿って照射システム４１の照射出力を調整するようにプログラムされてもよい。
【００６３】
図６は、図１の第一の反応器６および第二の反応器７と同様の第一の反応器６を備える基材処理装置の断面の側面図を概略的に示す。第二の反応器７には、単一の基材１３を保持するように構成される基材ホルダー５０と、ホルダー５０内の基材１３の上側を照射するようにホルダーの上に構築および配置される照射システム４１とが設けられてもよい。照射システムは、１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線を第二の反応器内の少なくとも一つの基材の上面上に照射することができる。第二の反応器７には、複数の、例えば五つの基材ホルダー５０が設けられていてもよく、各ホルダーは照射システム４１下で単一の基材１３を保持するように構築および配置されている。
【００６４】
装置は、第一の反応器６と第二の反応器７との間で基材を搬送する基材ハンドラーを備える基材搬送装置５１を備えてもよい。基材ハンドラーは、離間して複数の基材を保持するように構成されるラックの離間する基材保持部との間で基材を搬送するように構築および配置されてもよい。第一の反応器６は、第一の反応器６内に基材ラックを収容するように構築および配置されてもよい。基材搬送装置５１は、第一の反応器６内のラックを移動させるように構築および配置されるエレベータを備えてもよい。
【００６５】
基材搬送装置５１の基材ハンドラーはまた、基材を第二の反応器７の基材ホルダー５０に搬送ように用いられてもよい。この場合、単一の基材は基材ホルダー５０に搬送される。照射システム４１は、基材１３の上面上に紫外線を照射する放射源（発光ダイオード、エキシマ光源（ランプまたはレーザー）、水銀蒸気ランプ、レーザー）を備えてもよい。
【００６６】
基材ハンドラーは、第一の反応器６に向かう第一の方向および第二の反応器７に向かう第二の方向に基材を搬送するように構築および配置されてもよい。第一および第二の方向は、互いに９０度〜１８０度の角度を形成することができる。基材搬送装置は、不活性空間が設けられる基材搬送装置チャンバー５３に設けられてもよい。
【００６７】
基材搬送装置チャンバーには、不活性空間形成システム、例えば、窒素パージシステム、真空排気システム、または低酸素システムが設けられ、基材搬送装置チャンバー５５内に不活性空間を形成する。基材搬送装置チャンバー５３内の不活性空間は、照射システム４１による処理のために第二の反応器７への搬送中に第一の反応器６内の基材１３上に堆積された層の酸化を避けることができる。
【００６８】
第二の反応器７にはまた、同じ理由で第二の反応器内に不活性空間を形成するために、不活性空間形成システム、例えば、窒素パージシステム、真空排気システム、または低酸素システムを設けることができる。
【００６９】
第二の反応器７には、第二の反応器内でガス放出生成物を除去する、または基材を準備するために第二の反応器内で洗浄ガス（例えばエッチング反応物質）を供給するための洗浄入口を設けることができる。
【００７０】
基材処理装置を用いて、基材搬送装置５１で複数の基材を有するラック内に基材を供給し、第一の反応器６内に複数の基材を有するラックを導入することにより基材を処理することができる。その後、基材上に層を堆積させるために、第一の前駆体、また必要に応じて第二の前駆体を第一の反応器に供給してもよい。
【００７１】
処理された基材を有するラックは、基材搬送装置５１のエレベータを用いて第一の反応器６から降ろされてもよい。堆積させた層を有する基材は、基材搬送装置５１の基材ハンドラーを用いてラックから第二の反応器７の基材ホルダー５０に搬送されてもよい。第二の反応器７内の基材ホルダー５０上の基材の堆積させた層は、１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線で照射されてもよい。
【００７２】
基材１３上に別の層を堆積させるために、基材搬送装置５１を用いて、照射された基材１３を第二の反応器７から第一の反応器６に再び搬送することができる。堆積後、堆積させた別の層を有する基材は、１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線で照射するために、第二の反応器７に再び搬送されてもよい。このようにして、新しく堆積させた材料の薄層を、紫外線照射で繰り返し処理してもよい。後者は、堆積させた材料が紫外線照射に対して制限された透過率を有し、層の品質を深さ方向に改善することを困難にする場合に有利である場合がある。基材の準備ができている場合、基材は、基材搬送装置５１を用いてカセット１０に搬送されてもよい。
【００７３】
第一および第二の前駆体を第一の反応器６に供給して、互いに反応させて基材上に層を形成することができる。層は、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相堆積（ＣＶＤ）反応によって堆積されてもよい。紫外線照射システムは、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積される層の品質を改善するために用いられることができる。
【００７４】
基材を第一の反応器６に供給して、その上に層を堆積する前に、基材を第二の反応器で１００〜５００ナノメートルの範囲内の紫外線で照射して基材を準備してもよい。第二の反応器には、基材を準備するための洗浄ガス（例えば、エッチング反応物）を供給してもよい。
【００７５】
装置内の放射透過面または反射面を洗浄するために、第二の反応器では、エッチングガスを用いる補完的な定期的なその場洗浄が必要になる場合がある。装置はエッチングシステムを備えてもよい。エッチングシステムは、流体貯蔵部、制御システムおよびバルブを備えてもよい。制御システム上で実行される場合、制御システムに、第二の反応器の放射透過面または反射面の透過率を改善するためのプログラムを設けてもよい。
【００７６】
エッチング液を、エッチングシステムの流体貯蔵部に保存してもよい。制御システムは、反応チャンバー６内にエッチング液を供給するためのバルブを制御してもよい。制御システムはバルブを制御してエッチング液、すなわちエッチャントを反応チャンバー内に供給し、放射透過面または反射面上に堆積される層をエッチング除去して表面の透過率を改善することができる。
【００７７】
エッチング液は、塩素（Ｃｌ２）、塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、塩化水素（ＨＣｌ）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、臭化水素（ＨＢｒ）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、フッ素（Ｆ２）、三フッ化塩素（ＣＩＦ３）、または水素もしくは酸素含有ガス、例えば水素もしくは酸素を組み合わせた紫外線照射により生成されるアッシング成分であってもよい。
【００７８】
示され説明された特定の実施形態は、本発明およびその最良の形態の例示であり、別途態様および実施形態の範囲をいかなるやり方でも限定することを意図しない。実際、簡潔さのために、従来の製造、関連、調製、およびシステムの他の機能的態様を詳細には説明していない場合がある。さらに、様々な図に示される接続線は、様々な要素間の例示的な機能的関係および／または物理的連結を表すことを意図する。多くの代替的もしくは追加の機能的関係、もしくは物理的接続が実際のシステムに存在してもよく、および／または幾つかの実施形態では存在しなくてもよい。
【００７９】
本明細書に記載される構成および／または方法は本質的に例示的であり、これらの特定の実施形態または実施例は、数多くの変形が可能であるので、限定的な意味で考えられるべきではないことが理解されるべきである。本明細書に記載される特定のルーチンまたは方法は、任意の数の加工方策のうちの一つまたは複数を表す場合がある。それ故に、例示された様々な動作は、例示される逐次で実施されてもよく、他の逐次で実施されてもよく、または場合によっては省略されてもよい。
【００８０】
本開示の主題は、本明細書で開示される様々なプロセス、システム、および構成、ならびに他の特徴、機能、動作および／または特性の、すべての新規かつ自明でない組み合わせおよび部分的組み合わせ、ならびにその任意のおよびすべての均等物を含む。
【００８１】
いくつかの実施形態および実施例を本明細書に開示するが、本発明が、具体的に開示する本発明の実施形態および／または用途、並びにその明白な変更および均等物を超えて拡大することは、当業者により理解されるであろう。それ故に、開示される本発明の範囲は、本明細書に記載される特定の開示される実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。本明細書に示される図は、任意の特定の材料、構造またはデバイスの実際の図であることを意味せず、本開示の実施形態を説明するために使用される、単に理想化された表現にすぎない。
【００８２】
本明細書で使用される場合、「基材」または「ウエハ」という用語は、使用されてもよい任意の下地材料、またはデバイス、回路、もしくは膜が上に形成されてもよい任意の下地材料を指す場合がある。「半導体デバイス構造」という用語は、処理された半導体構造または部分的に処理された半導体構造の任意の部分であって、半導体基材の上またはその中に形成される半導体デバイスの能動部品または受動部品の少なくとも一部分を含む、またはそれらを画定する、半導体構造の任意の部分を指しうる。例えば、半導体デバイス構造としては、集積回路の能動部品および受動部品、例えばトランジスタ、メモリ素子、トランスデューサ、コンデンサ、抵抗器、導電線、導電性ビア、および導電性コンタクトパッドなどが挙げられうる。
【符号の説明】
【００８３】
１  装置
２  ハウジング
３、４、５  仕切り部
６  第１の反応チャンバー
７  第２の反応チャンバー
８  収納部
９  収納区画
１０  カセット
１１  ロータリープラットフォーム
１２  基材ラック
１３  基材
１４  挿入アーム
１５  切り抜き
１６  アーム
１７  座面
１８  回転点
１９  開口部
２１  反応器領域
２２  基板ハンドリングチャンバー
２３  カセットハンドリングチャンバー
２６  切り抜き
２７  ロータリープラットフォーム
３０  ロータリープラットフォーム
３１  アーム
３２  座面
３３  カセット導入部分
３４  開閉式開口部
３５  カセットハンドリングロボット
３７  開口部
４１  照射システム
４３  管
４５  電極
４７  基部
４９  ピン
５０  基材ホルダー
５１  基材搬送装置
【図１】
2020133004.tif 000003
【図２】
2020133004.tif 000004
【図３】
2020133004.tif 000005
【図４】
2020133004.tif 000006
【図５−１】
2020133004.tif 000007
【図５−２】
2020133004.tif 000008
【図６】
2020133004.tif 000009
【外国語明細書】
2020133004000001.pdf