(57)【要約】  並列ウエハ処理リアクタのための基板キャリアは、複数の基板を支持する。上記基板キャリアは、垂直スタックに水平に配列されるサーマルプレート又は環状リングでよい複数のサセプタを含む。上記基板は、サセプタの対の間でそれらサセプタの外周をめぐって設けられた２つ又はそれ以上のサポート上に取り付けられる。サセプタの各対の間に取り付けられる基板の数は、同じであっても異なっていてもよいが、サセプタの少なくとも１つの対の間では２つ又はそれ以上である。【選択図】      図２
2008517461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタ内で複数のウエハを支持するためのキャリアにおいて、
水平に配向されたサーマルプレートの垂直スタックと、
上記サーマルプレートの対の間に配置され、少なくとも２つのウエハを支持するためのウエハサポートと、
を備えるキャリア。
【請求項２】
上記ウエハサポートは、２つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも２つのウエハを対向端部で支持するための少なくとも２つの肩部が形成されている、請求項１に記載のキャリア。
【請求項３】
上記サーマルプレートの各対の間に支持されるウエハの数は、同じである、請求項１に記載のキャリア。
【請求項４】
上記サーマルプレートの各対の間に支持されるウエハの数は、異なる、請求項１に記載のキャリア。
【請求項５】
上記ウエハサポートは、３つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも２つのウエハをウエハの第１の端部、第２の端部及び第３の端部で支持するための少なくとも２つの肩部が形成されている、請求項１に記載のキャリア。
【請求項６】
上記ウエハサポートは、上記サーマルプレートの各対の間に挿入される少なくとも２つのスペーサーを含む、請求項１に記載のキャリア。
【請求項７】
リアクタ内で複数のウエハを支持するためのキャリアにおいて、
水平に配向された環状リングの垂直スタックと、
上記環状リングの対の間に配置され、少なくとも２つのウエハを支持するためのウエハサポートと、
を備えるキャリア。
【請求項８】
上記ウエハサポートは、２つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも２つのウエハを対向端部で支持するための少なくとも２つの肩部が形成されている、請求項７に記載のキャリア。
【請求項９】
上記環状リングの各対の間に支持されるウエハの数は、同じである、請求項７に記載のキャリア。
【請求項１０】
上記環状リングの各対の間に支持されるウエハの数は、異なる、請求項７に記載のキャリア。
【請求項１１】
上記ウエハサポートは、３つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも２つのウエハをウエハの第１の端部、第２の端部及び第３の端部で支持するための少なくとも２つの肩部が形成されている、請求項７に記載のキャリア。
【請求項１２】
上記ウエハサポートは、上記環状リングの各対の間に挿入される少なくとも２つのスペーサーを含む、請求項７に記載のキャリア。
【請求項１３】
基板を処理するためのリアクタにおいて、
上記基板が処理されるチャンバと、
複数の水平に配列されたサセプタ及び前記サセプタの対の間に配設される少なくとも２つの基板を保持するためのサポートを有する基板キャリアと、
を備えるリアクタ。
【請求項１４】
上記サセプタは、サーマルプレートを備える、請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１５】
上記サセプタは、環状リングを備える、請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１６】
上記サセプタの各対の間に支持される基板の数は、同じである、請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１７】
上記サセプタの各対の間に支持される基板の数は、異なる、請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１８】
上記サポートは、２つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも２つの基板を対向端部で支持するための少なくとも２つの肩部が形成されている、請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１９】
上記スペーサーは、上記スペーサーの上方に配置されるサセプタに設けられた下方凹部と係合し、且つ上記スペーサーの下方に配置されるサセプタに設けられた上方ポストと係合する下方開口を有する、請求項１８に記載のリアクタ。
【請求項２０】
上記サポートは、３つのスペーサーを含み、各スペーサーには、前記少なくとも２つのウエハをウエハの第１の端部、第２の端部及び第３の端部で支持するための少なくとも２つの肩部が形成されている、請求項１３に記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、複数の基板上に物質を堆積することに係り、より詳細には、半導体デバイスの製造中の化学気相堆積及び原子層堆積に有用な装置に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]半導体デバイスを製造するには、基板上に種々の物質を順次堆積していく必要がある。これらの堆積は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）又はその他の方法により行うことができる。このような堆積ステップは、１つの処理チャンバにて行われるか、又は、より普通には、一連の処理チャンバにて行われる。例えば、シリコンの堆積は、処理チャンバ内に基板を配置し、この基板を所望の温度まで加熱し、それから、シラン又はジシラン、ジクロロシラン、四塩化シリコン等の如き同様の前駆体を、その他のガスと共に、又はその他のガスを伴わずに、処理チャンバ内へ導入することによって行うことができる。その前駆体は、高温の基板面にて分解してシリコン堆積を生ずる。
【０００３】
[0003]処理チャンバ内の動作パラメータを調整することによりスループットを増大させることが望ましい。このようなパラメータとしては、圧力、温度、堆積ガス注入量、パージガス量等がある。同時に、均一膜厚さとする如く、製造される半導体デバイスの各層の品質を維持することも重要である。単一基板上に対して１つ又はそれ以上の処理ステップを行う処理チャンバを含むような単一ウエハ処理リアクタを使用することによって、最適品質制御を行うことができる。しかしながら、単一ウエハ処理では、スループットが制限されてしまっていた。
【０００４】
[0004]スループットを増大させるために、並列ウエハ処理リアクタが使用されている。ある並列ウエハ処理リアクタによれば、同じリアクタ内の垂直スタックに複数の基板が配置される。並列ウエハ処理リアクタの幾つかの例が、米国特許第６，３５２，５９３号、米国特許第６，３５２，５９４号、米国特許出願第１０／２１６，０７９号及び米国特許出願第１０／３４２，１５１号に開示されており、これら明細書の記載は、ここに援用される。
【０００５】
[0005]前述の特許及び特許出願に開示された並列ウエハ処理リアクタによれば、互いに平行配向とされた複数の基板上に同時にシリコン（又は他の物質）を堆積させていくことができる。この並列ウエハ処理リアクタは、ウエハに亘って均一ガス流を与え且つ良好なウエハ温度均一性とする等温ウエハ環境を与えるため、マルチプレナム温度制御垂直インジェクタを使用している。これらの２つの特徴により、広い処理スペースに亘って種々な膜を比較的に高い堆積速度にて堆積させることができる。その結果として、このような並列ウエハ処理リアクタは、一度に多数の基板を処理することによりスループットを増大させながら、単一ウエハ処理リアクタの処理利点（均一、高品質膜、大処理窓、低サイクル時間、マルチステップ逐次処理、真空一体化処理及び融通性のあるロットサイズ）を与えることができる。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明の実施形態によれば、処理スループットを更に増大させる並列ウエハ処理リアクタのための基板キャリアが提供される。１つの実施形態では、基板キャリアは、垂直スタックに水平に配列された複数のサセプタを含む。基板は、サセプタの対の間でそれらサセプタの外周をめぐって設けられた２つ又はそれ以上のサポート上に取り付けられる。サセプタの各対の間に取り付けられる基板の数は、同じであっても異なっていてもよいが、サセプタの少なくとも１つの対の間では２つ又はそれ以上である。
【０００７】
[0007]また、本発明の実施形態によれば、基板を処理するための並列ウエハ処理リアクタが提供される。このリアクタは、処理チャンバと、複数の水平に配列されたサセプタ及び少なくとも２つの基板を保持するため上記サセプタの少なくとも１つの対の間に配置されたサポートを有する基板キャリアとを含む。
【０００８】
[0008]本発明の１つの実施形態では、サセプタの各対の間のサポートは、２つの対向するスペーサーを含む。ウエハの対向する端部は、これらの肩部にて支持される。本発明の別の実施形態では、サセプタの各対の間のサポートは、ウエハの第１の端部、第２の端部及び第３の端部がそれらの肩部に支持されるように配列された３つのスペーサーを含む。これらウエハの第１の端部、第２の端部及び第３の端部は、互いに１２０°離れたウエハ上の半径位置にある。
【０００９】
[0009]本発明の実施形態による基板キャリアは、従来の基板キャリア構造に優る幾つかの特定の効果を与える。それらの効果としては、所定の等温ゾーン内の基板のための容積を増大させることができること及びサセプタの数を減少させることによりコストを低減することができること、がある。
【００１０】
[0010]本発明の前述した特徴が詳細に理解できるように、幾つかを添付図面に例示した実施形態を参照して、概略的に前述した本発明につきより特定して以下説明する。しかしながら、添付図面は単に本発明の典型的な実施形態のみを例示するものであり、本発明の範囲をこれに限定しようとしているものではなく、本発明は、その他の同様に有効な実施形態を含むことができるものであることに注意されたい。
【詳細な説明】
【００１１】
[0024]図１は、本発明の幾つかの特徴と共に使用できる並列ウエハ処理リアクタ１０の上部断面図である。このリアクタ１０は、処理スペース１１０を包囲する４つの壁部１００ａ及び４つの壁部１００ｂを含む。ガス注入マニホールド２００及びガス排出マニホールド３００が、対向する壁部１００ｂに取り付けられている。マルチゾーン加熱構造体４００が、それらの４つの側壁部１００ａの各々に取り付けられている。複数の基板を保持するための基板キャリアが、参照符号４０６で示されている。
【００１２】
[0025]図２は、本発明の一実施形態による基板キャリア４０６の拡大側面図である。この基板キャリア４０６は、全体として、細長い円筒状本体を画成している。サセプタ４０７の間で基板キャリア４０６の縦方向軸に沿って開口４１５が形成されている。基板４０４は、サセプタ４０７の対の間で開口４１５に配置され、スペーサー４０２に形成された肩部に取り付けられる。
【００１３】
[0026]サセプタ４０７は、全体として平板状のプラテン４１７及びこのプラテンの半径方向の周りに配置された２つ又はそれ以上の別々のポスト部材４１９で構成されている。このプラテン部分４１７は、加熱要素（図示していない）を用いる等で加熱される設計とされている。プラテン４１７の加熱に適応させるため、サセプタ４０７は、好ましくは、ＳｉＣ被覆グラファイト、ＳｉＣ被覆ＳｉＣ又は一体ＳｉＣの如き耐火性の高熱伝導性材料で形成される。ＳｉＣとグラファイトとを種々な組合せたものが高温応用のためには最適と思われるが、その他の種々な材料を使用することもできる。好ましくは、サセプタ４０７は、基板４０４より大きな直径を有するとよい。熱アニーリング又は酸化の如きある処理のためには、サセプタの直径は、基板の直径と等価とされる。
【００１４】
[0027]サセプタ４０７は、幾つかの重要な役割を果たす。サセプタ４０７は、処理ガスを予熱し、ガス流が基板４０４に達する前に安定な流れ及び安定な熱境界層を誘導してウエハエッジ効果を最小とする。サセプタ４０７のサーマルマスは、また、基板４０４のサーマルマスを超えている。また、サセプタ４０７は、基板キャリア４０６を通してのガスの流れを制御して、ダミーウエハの必要を減少させる。また、サセプタは、粒子のガス相形成を悪化させてしまうような流れ渦又はガス再循環のゾーンの形成を減少させる。
【００１５】
[0028]サセプタ４０７は、各プラテン４１７が全体的に互いに平行となるように、垂直に積み重ねられている。図３は、基板キャリア４０６の部分の拡大斜視図である。この図には、個々のプラテン４１７及びポスト４１９が、より明確に示されている。図３からは又、サセプタ４０７の隣接対の間にギャップ４０８が形成されていることが分かる。これらギャップ４０８は、ローディング及びアンローディング中に基板４０４のパターン自由加熱及び均一放射率とするような個々の等温キャビティとして働く。サセプタ４０７の間のこのような等温キャビティは、高温測定温度監視及び制御の実施を簡単化する。ギャップ４０８内に配置された基板４０４は、基板４０４に亘る温度均一性を優れたものに維持しつつ、処理温度まで急速に加熱される。
【００１６】
[0029]処理性能に影響するサセプタ４０７に関連した幾何学的変数は、（ａ）各ウエハの上下のクリアランス、（ｂ）サセプタ間の間隔、及び（ｃ）サセプタの直径、である。基板４０４の上下の最適クリアランスは、幾分、処理に依存している。典型的には、ウエハの上下のクリアランスを等しくすると、ウエハの両側での膜厚さ及び膜特性が同じとなる。これは、一般的には望ましいことである。何故ならば、堆積後もそれらの平坦度を保つからである。ウエハの裏側の膜は、処理フローのある点で剥がされることがある。各ウエハの上下のガスの配分は、主として、そのウエハの上下のクリアランスに依存している。そのクリアランスが増大されるにつれて、基板キャリア４０６に沿ってガス注入マニホールド２００（図１参照）を通して導入された処理ガスのより多くの部分が、基板４０４の表側及び裏側（基板の周りでなく）を横切って流れ、且つそこからガス排出マニホールド３００（図１参照）内へと流れる。
【００１７】
[0030]現場内ドープＳｉ膜の場合には、基板４０４の周りでなく基板４０４を横切って適切な量の処理ガスが流れるようにするために、基板４０４と隣接サセプタ４０７との間の最適クリアランスは、０．１５インチから０．３０インチまでの範囲内である。基板４０４をギャップ４０８の中央面から離れるように配置することにより、基板４０４の上側のガス流とその基板４０４の下側のガス流との比率を変えることができる。ギャップ４０８は、直径が１３．６インチのサセプタの場合、サセプタ間の間隔が０．２５インチから１．２５インチまでの範囲内であると、それらの等温近黒体特性を保持する（即ち、サセプタ４０４の間に生ずるギャップ４０８の好ましい最小アスペクト比は、１０：１より大きい）。
【００１８】
[0031]堆積速度、膜均一性及び膜特性を損なうことなしに、基板キャリア４０６のロードサイズを増大することが望ましい。サセプタ４０７の各対の間に１つより多い基板４０４を配置することにより、ロードサイズを増大させることができる。各基板４０４の上下のクリアランスは、前述したような所望の処理パラメータを満足するように選択される。隣接するサセプタ４０７の間に１つだけ基板４０４を配置する代わりに、２つ、３つ、４つ又はそれ以上の基板４０４を配置することにより、リアクタ１０に対して他の大きな変更を加えることなしに、ロードサイズを増大させることができる。
【００１９】
[0032]図４は、サセプタ４０７の間に複数の基板４０４を配置したところを示している。サセプタ４０７の間に複数の基板４０４を配置するため、基板キャリア４０６の高さ方向に沿って肩部４０５が設けられている。より詳述すると、サセプタ４０７の各対の間に３つの肩部４０５が設けられている。これら肩部４０５は、そこに配置される各基板４０４を支持するものであり、サセプタ４０７の間に設けられたスペーサー４０２に形成されている。単一のスペーサー４０２を図５に示している。この構成では、スペーサー４０２は、このスペーサー４０２と一体の肩部４０５及びこのスペーサー４０２の高さ方向全体に亘って延長している貫通穴４０９を有している。
【００２０】
[0033]２つの隣接サセプタ４０７の間に２つのスペーサー４０２が使用されるときには、それら２つのスペーサーが基板４０４の対向端部を支持する。２つの隣接サセプタ４０７の間に３つのスペーサー４０２が使用されるときには、それらの３つのスペーサー４０２が互いに等距離離れた（１２０度）基板４０４の第１の端部、第２の端部及び第３の端部を支持する。図６Ａは、２つのスペーサー４０２が使用されるときの基板４０４の支持されるポイントを例示している。図６Ｂは、３つのスペーサー４０２が使用されるときの基板４０４の支持されるポイントを例示している。
【００２１】
[0034]図４は、また、サセプタポスト４１９と連結されたスペーサー４０２の拡大断面図を与えている。各スペーサー４０２は、上方のサセプタ４０７及び下方のサセプタ４０７と係合している。スペーサー４０２の上部分は、上方のサセプタ４０７の底面に形成された凹部と係合し、スペーサー４０２の底部開口は、下方のサセプタ４０７のポスト４１９と係合している。図４においては、サセプタ４０７の各対の間に３つの基板４０４が支持されているところが示されている。サセプタ４０７の間に複数の基板４０４を配置する仕方は幾つかある。例えば、ある幾つかのギャップには、単一の基板４０４を挿入し、一方、他のギャップには、１つより多い基板４０４を挿入してもよい。このように、隣接サセプタの間に配置する基板４０４の数は、基板キャリア４０６の高さ方向に沿って変えることができる。１つの実施形態では、基板キャリア４０６の中央領域においてはサセプタ４０７の各対の間により多くの基板４０４を配置し、基板キャリア４０６の上下端に向かうにつれてサセプタ４０７の各対の間に配置する基板の数をより少なくしていってもよい。
【００２２】
[0035]図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、各々、基板キャリア４０６Ａ、４０６Ｂ及び４０６Ｃの部分側面図である。図７Ａの基板キャリア４０６Ａは、ギャップ４０８当たり２つの基板４０４を保持するように構成されており、従って、総計で２６個の基板を保持するように構成されている。図７Ｂの基板キャリア４０６Ｂは、ギャップ４０８当たり３つの基板４０４を保持するように構成されており、従って、総計で２７個の基板を保持するように構成されている。最後に、図７Ｃの基板キャリア４０６Ｃは、サセプタ４０７の対の間で異なる数の基板４０４を保持するように構成されており、総計で３１個の基板を保持するように構成されている。
【００２３】
[0036]任意であるが、特定の隣接するサセプタ４０７の間に絶縁体又は熱伝導体として作用する物体を選択的に配置することができる。基板キャリア４０６の上部及び底部からの熱損失を減少させるために、基板キャリア４０６の上下端に絶縁体を配置すると特に有効である。任意に、底部及び／又は上部ヒータを設けることにより、基板キャリア４０６の底部及び／又は上部に対する熱束を増大させることができる。
【００２４】
[0037]サセプタ４０７の対の間に３つの基板４０４が配設される場合には、いずれかのサセプタ４０７に最も近い基板４０４の方が、その２つの外側の基板４０４の間に挟まれた基板４０４より急速に加熱されてしまうことがある。図８に例示した本発明の１つの実施形態により、このような作用は軽減される。この実施形態では、各サセプタ４０７′は、基板４０４の直径よりわずかに小さい円形開口を中央に有した環状構成とされており、薄い環状リング４１７′及びスペーサー４０２と連結するための複数のポスト４１９′を備える。
【００２５】
[0038]サセプタ対当たり４つのウエハ（総計で５０個のウエハ）を有する基板キャリア４０６の処理結果を、図９に示している。ボート内の選定された場所の結果が示されている。この結果は、良好な膜均一性が達成されることを示している。
【００２６】
[0039]多くのＣＶＤ及びＡＬＤ処理の場合、チャンバ壁部の温度を精密に制御する必要がある。多くの場合に、その理想的な温度は、処理温度と室温との間の中間の温度である。その理想的な温度では、前駆体又は反応副産物が凝縮することはなく、膜（堆積されるならば）は連続したもので低ストレスのものであり、パウダー状とはならない。これらの要件は、通常、処理温度に近づいた温度で満足される。堆積速度は一般的により低い温度程低下するので、チャンバ壁部への付着の割合が減少させられるように、処理温度より僅かに低い値に壁部温度を制御することが好ましい。結局は、チャンバ壁部への付着層は厚くなってしまい、チャンバの洗浄が必要となる。洗浄のためにチャンバを取り外すことは実行不可能であり、現場内でのチャンバ洗浄では堆積された膜を完全に取り除くことはできないので、チャンバ壁部を覆う取り外し可能な１つ又はそれ以上のライナーを使用するのがよい。これらのライナーは、ＳｉＣ、ＳｉＣ被覆ＳｉＣ、ＳｉＣ被覆グラファイト、アルマイト又は耐火性材料及びＳｉＯ２、ＡｌＮ、ポリマー等の如き絶縁材料からなる複合構造体を含む種々な材料で形成することができる。
【００２７】
[0040]３００℃より高いライナー表面温度の場合、好ましい材料及び構成方法としては、ＳｉＣ、ＳｉＣ被覆ＳｉＣ、ＳｉＣ被覆グラファイトを用いて、それを、より低い温度に維持されたチャンバ壁部に近接離間（０．２５ｍｍ−０．７５ｍｍ）させるのがよい。そのライナーとチャンバ壁部との間のギャップを制御することにより、そのライナー及びチャンバ壁部の外側表皮層の温度を適当に制御することができる。このような小さなギャップは、熱絶縁を与えるのであるが、全体としてそれほど大きくないので、前駆体又は反応副産物がその空所に蓄積するようなことはない。より低いライナー温度の場合には、そのライナーは、介在絶縁体を介してチャンバ壁部と接触配置することができる。
【００２８】
[0041]このライナーは、現場内洗浄及び現場外洗浄の両方において使用して効果のあるものである。現場内洗浄の場合には、このライナーは、堆積膜のエッチング／除去のために既知のステップを通して洗浄することができる。現場外洗浄の場合には、このライナーは、取り外して洗浄するか、又は取り換えることができ、それにより、他のチャンバハードウエアの大規模な洗浄を避けることができる。
【００２９】
[0042]図１０は、二次ガス／前駆体インジェクタとして機能する付加的ガス注入マニホールド２０１を有する並列ウエハ処理リアクタ１０を例示している。この付加的ガス注入マニホールド２０１は、一次ガス注入マニホールド２００から空間的に離されている。これらの空間的に離されたガス注入マニホールド２００、２０１の温度は、独立して制御され、前駆体分配中に化学的に反応する前駆体の物理的分離がなされるようにする。
【００３０】
[0043]幾つかの適用例では、２つ以上前駆体に対して固定ボリューム分配構成が必要となる。固定ボリュームは、注入のポイントに近接して配置すべきであるので、スペースの制約により、インジェクタに隣接して取り付けられる固定ボリュームの数に制限がある。このような場合、複数の空間的に離されたインジェクタを使用することで、一体化作業が簡単化される。複数の空間的に離されたインジェクタは、次のような利点を与える。
【００３１】
・インジェクタの温度が独立して制御されるように積極的に加熱される領域の外にそのアセンブリを取り付けることにより、熱管理を改善することができる。
【００３２】
・種々な前駆体に対して独立のプレナムのため、前駆体分配中に化学的相互作用を最小とすることができる。
【００３３】
・従来のマルチポート注入に比較してインジェクタプレートに比較的に多くの穴があることにより、インジェクタの面を横切るガス流速度を均一とすることができる。
【００３４】
・前駆体の間の交配汚染を減少させ且つ前駆体の効率的な導入及び排出を可能とする。
【００３５】
・構成要素のパッケージングをより効率的とすることができ、揮発性前駆体を分配するのに必要とされる配管を減少させることができ、スペースを節約でき、サービスアクセスを増大することができ、複雑さを減少させることにより信頼性を改善することができる。
【００３６】
[0044]図１１に例示された固定ボリューム分配機構は、付加的な動作モードを組み入れるように拡張されている。それら動作モードのうちの幾つかは、インジェクタに近接して固定ボリュームを配置することによって実現可能とされている。固定ボリューム分配の動作モードのうちの幾つかについて、以下に説明する。
【００３７】
・充填→[トッピング]→ドージング→[ポンピング]：[]内におけるステップは、任意のものである。このモードにおいては、インジェクタ弁５０５を通しての反応スペース１１０への前駆体のドージングは、（ａ）液体前駆体を含むアンプル５２０から気相引出又はバブルモードを使用して固定ボリューム５１０を「充填」圧力まで充填し、（ｃ）固定ボリューム５１０をトッピング圧力までＮ２プッシュガス５３０でトッピングし、（ｃ）前駆体が反応スペース１１０へと移送されるに従って固定ボリューム５１０における圧力が低下していくような短いパルスでもって固定ボリューム５１０から前駆体を反応スペース１１０内へと出し又はドージングし、（ｄ）充填ステップを繰り返す前にポンプ５４０を使用して固定ボリューム５１０を既知の圧力までポンピングする、ことによって達成される。反応スペース１１０の圧力は、ウエハに亘る均一な表面反応を保証するようにドージングステップ中に制御される。
【００３８】
・充填→プッシュ／ドージング→ポンピング：このモードでは、インジェクタ弁５０５を通しての反応スペース１１０内への前駆体のドージングは、（ａ）液体前駆体を含むアンプル５２０から気相引出又はバブルモードを使用して固定ボリューム５１０を充填圧力まで充填し、（ｂ）Ｎ２プッシュガス５３０で加圧することにより反応スペース１１０内へ固定ボリューム５１０から前駆体をドージングし、（ｄ）充填ステップを繰り返す前に固定ボリューム５１０を既知の圧力までポンピングする、ことによって達成される。反応スペース１１０の圧力は、ウエハに亘る均一な表面反応を保証するように、ドージングステップ中に制御される。このモードでは、固定ボリューム５１０は、専用ラインでなくチャンバによってポンピングされてもよい。
【００３９】
・チャンバへの流入：このモードでは、前駆体は、ＣＶＤプロセスと同様のドージングステップ中に反応スペース１１０へと連続流として分配される。前駆体は、気相引出又はバブルモードにより反応スペース１１０内へと引き出される。
【００４０】
[0045]固定ボリューム５１０への流量は、低圧マスフローコントローラ（気相引出用）又はマスフローモニタ（バブルモード用）の如きフローモニタ又はフローコントローラ５２５を使用して任意的に計測することができる。マスフローモニタ５２５は、キャリヤストリームにおける前駆体の流量を測定し、前駆体の一定流量を維持するようにキャリヤフロー又はバブル動作条件を任意的に調整することができる。実際の実施においては、付加的な固定ボリュームは、固定ボリューム５１０がアイドル状態、分離状態又はシール状態にあるときに、充填、トッピング又はポンピングが動作中に使用できることを明示する。
【００４１】
[0046]前述した並列ウエハ処理リアクタ１０は、また、半導体膜のエピタキシャル及び選択エピタキシャル堆積を可能とする。シリコン及びシリコンゲルマニウム膜の低温エピタキシャル及び選択エピタキシャル堆積は、次世代半導体デバイスのために重要性を増してきている。前述した並列ウエハ処理リアクタ１０は、このような膜の堆積を行うように拡張できる。並列ウエハ処理リアクタ１０は、エピ処理に適している。何故ならば、並列ウエハ処理リアクタは、ウエハ及び全ウエハロードに亘るドーパントの均一分配、ラジカルを分配する能力及び酸化物再成長の抑制の如きエピ処理のための必須の属性のうちの幾つかを有しているからである。エピタキシャル処理を可能とする並列ウエハ処理リアクタ１０の属性について以下に列挙する。
【００４２】
・並列ウエハ処理及びクロスウエハガスフローチャンバアーキテクチャーにより、ポリシリコン及びα-ＳｉＧｅ膜において均一なドーパント含量（＜１原子％）とされる。
【００４３】
・外側アルミニウムチャンバ（環状キャビティがフィルタされた高純度不活性ガスでパージされる）内の石英ライナーが、塩素化化学、現場内洗浄及びベーキングに対して適合性があること。円筒石英ライナーは、周辺をめぐって配列された複数のポートを有する。インジェクタが、１つのポートに取り付けられ、一方、排出フランジが、直径方向において対向するポートに接続される。第３のポートを、温度感知のための高温計を収容するのに使用することができる。差動的にポンピングされるキャビティにより、石英ライナー内の真空の完全性が改善され、また、外側アルミニウムチャンバ壁部に対する熱損失を制御することができる。
【００４４】
・マルチウエハ低サーマルマスボート及び低サーマルマス高温受容サーマル拡散シールドにより、任意的なプリエピガス相洗浄のため６００−７５０℃にて＞５０℃／分ランプを達成できる。低サーマルマス高温シールドは、石英ライナーのポートの間でその石英ライナーを包むことができる。リアクタのＣＶＤ変形例では、それらシールドは、石英窓に対して機械的にシールされ、それらシールドと石英窓との間に形成されたキャビティは、不活性ガスでパージされる。
【００４５】
・インジェクタへ集積されるラジカル発生材（例えば、Ｈ）により、＜７５０℃前洗浄ができる。マイクロ波励起表面波又はスロットアンテナ励起放電の如き種々な型の無電極放電をインジェクタへ組み入れることができる。この表面波放電は、インジェクタハウジング内に配置される誘電体管（例えば、石英）からなる。この管は、一端が蓋をされ、真空チャンバの外のガスフィードに接続される。表面波を励起するアンテナが、チャンバを出る誘電体管の端部に配置される。管へ供給されたガスは、その管内に維持されたプラズマによってラジカルへと励起され、その管の長さ方向に沿っている微細な穴のパターンを通してその管から出て行き、ボートの長さ方向にそう均一なラジカルの流速となる。ラジカル生成システムの能力を増大するため、又は、複数の型のラジカルを与えるため、このようなラジカル源の複数個を使用することができる。
【００４６】
・ガスラインベーキング能力を有する全ての処理及びパージガスのためのユースポイント清浄器により、処理チャンバ内で＜１ｐｐｂの実効水分及び酸素含量を達成することができる。
【００４７】
・排出ポートに設置されるターボポンプにより、＜２×１０−８トルのベース圧力を達成することができ、一方、処理中にチャンバ圧力を制御するのに通常の高容量ポンプを使用することができる。
【００４８】
・還元（Ｎ２／Ｈ２）環境においてウエハをローディング及びアンローディングし且つ加熱することにより、自然酸化膜の再成長を抑制することができる。
【００４９】
・非常に過剰なＨ２での低圧力（１−１０トル）処理は、一般的に、６００℃以下で有益である。これらの温度では、堆積速度は、高膜品質及び選択性を保持するためには、１０Å／分に抑えねばならないであろう。より低い温度では、より高次シラン（又は誘導体）が必要でもあろう。これらとしては、固有炭素含有物及び炭素含有添加物を有する又は有さない、ジシラン、トリシラン及び付随ハロゲン化誘導体がある。
【００５０】
・ＨＦラストウエット洗浄と処理開始との間の待ち時間は、好ましくは、＜３０分である。
【００５１】
[0047]単一ウエハ処理リアクタにおいては、リアクタ表面からの付着膜のエッチング／除去を含む現場内チャンバ洗浄が広く使用される。それに代わる別の洗浄方法は、処理チャンバを開き、付着膜を有した部品を、きれいな部品と交換し、チャンバを物理的にきれいにふくような現場外洗浄である。現場外洗浄は、その性質上、時間のかかるものである。何故ならば、チャンバを大気に通気させ、構成要素を交換し、ウエハの処理を開始する前に延長チャンバの定性及び状態調節を行わなければならないからである。サーマルシステムの場合、現場外洗浄に続くシステムの通気及びヒートアップ前のシステムのクールダウンに関連したオーバーヘッドが、全停止時間に加わる。もし、チャンバがウエハ処理中に毒性ガスに曝される場合には、リアクタを稼働させるために開く前にガス特定の毒性除去処理を行わなければならないであろう。これらの理由のために、現場内洗浄の方が、現場外洗浄よりも有利である。
【００５２】
[0048]現場内洗浄のための１つの方法として、熱拡散シールド及びライナー（設置されている場合）から膜をエッチングによって取り去るためにエッチングガスを処理チャンバに導入させながら、上方チャンバにおけるボートをクールダウンさせることができる。膜がシールド及びライナーからエッチングにより取り去られたとき、ボートが処理チャンバ内へ再導入され、ボートをその場で洗浄でき、又は処理を再開できる。この型のリアクタでは、熱拡散シールドへの付着は、処理条件及び熱拡散シールドとボートとの間の温度差によってボートへの付着の１．５×−３×倍である。従って、ボートは、熱拡散シールド程頻繁には洗浄されない。
【００５３】
[0049]図１２に例示するハイブリッド現場内洗浄方法においては、ボートが上方チャンバへ移動させられるとき、その処理チャンバと上方処理チャンバとを隔離するためにシールプレートが使用される（ステップ６１０）。処理チャンバが密閉されるとき、熱拡散シールド及びライナーが付着膜をエッチングにより取り去るため現場内洗浄に掛けられる（ステップ６２０）。これと併行して、そのボートを、必要ならばプリビルトのきれいなボートと交換することができる（ステップ６３０）。ステップ６４０において、ランプがターンオンされ、システムのチェックがなされる。また、１ミクロン厚さのポリシリコンプレコートを施す。前述したように、ボートは、熱拡散シールド程頻繁に洗浄される必要はない。
【００５４】
[0050]現場内洗浄のためには、ＮＦ３、原子フッ素、Ｆ２、クロロフルオロカーボン、ＣｌＦ３、ＨＦ、ＨＣｌ等を含む種々のエッチングガスが使用されている。これらのガスは、エッチング速度、表面温度、リアクタ材料との適合性を考慮しなければならないことを除いて、並列ウエハ処理リアクタ１０において使用するのに適している。一般的には、非常に低いエッチング速度では不適である。何故ならば、そうであると、現場内洗浄の時間が非常に長くなってしまい、生産環境におけるシステム動作時間が実効的に低減させられてしまうからである。多くのフッ素化及び塩素化ガスは、特定のしきい値温度より高い温度では、金属面、高分子材料及びコーティング（例えば、ＳｉＣ、ＡｌＮ）を侵蝕してしまう。このような侵蝕は腐食を生じさせるだけでなく、低揮発性金属フッ化物／塩化物がリアクタに残留してしまい、その後の処理中に膜を汚染させてしまう。金属表面及びＳｉＣの侵蝕を避けるため、典型的には、表面温度を３００℃より低い温度とすべきである。石英構成要素は、比較的に侵蝕を受けず、実質的により高い温度に維持してもそれほどの浸食は受けない。
【００５５】
[0051]原子フッ素は、種々な方法により生成される。通常の方法は、プラズマ源を通してフッ素含有ガスを流すものである。別の仕方としては、フッ素含有ガスが、プラズマ源の下流でプラズマ流へ導入され、そこで、プラズマ源において形成されたイオン、励起原子／分子及びラジカルがフッ素含有ガスを分解して原子フッ素を生成する。プラズマ源は、そのプラズマ流が意図的に非常に長くなるように設計することができる。プラズマ源の下流で反応物質を導入することにより、エッチングにおいて有効な種へのより効率的な分解がなされる。例えば、ＣＦ４の場合には、ＣＦ及びＦ原子への完全な分解は、ＣＦ２及びＦへの部分的分解に比べてＳｉＯ２をエッチングするには有効でないであろう。また、プラズマ源に洗浄ガスを加えると、プラズマ収容管の侵蝕により源が損傷させられてしまうかもしれない。どちらの場合においても、プラズマ源を、原子フッ素生成速度を高めるためパルス化することができる。プラズマ源をパルス化すると、プラズマ源を過熱することなく、短い時間期間の間高電力レベルを使用することが可能となる。また、プラズマパルス化は、形成されるラジカルの型を制御する手段でもある。プラズマ源を使用する代わりに、原子フッ素を、熱フィラメントを使用してフッ素含有ガスを熱的にクラッキングすることにより生成することができる。
【００５６】
[0052]並列ウエハ処理リアクタ１０のための小さなフットプリント高スループットウエハハンドラを、図１３−図１５に概略的に例示している。ウエハハンドラの前面図を図１３に示している。処理すべきウエハの出し入れ部であるＦＯＵＰ（前面開放ユニファイポッド）に対して、ＦＯＵＰのバッファ７１０からランダム又は順次にアクセスすることができ、それらは、ロードポートに配置することができる。オーバーヘッド搬送システム（ＯＨＴ）７２０又は同様の工場自動システムによって、バッファ７１０にＦＯＵＰを配置し又はバッファ７１０からＦＯＵＰを取り出すことができる。そのＦＯＵＰから処理チャンバへのウエハ移送モードは、ウエハハンドラのアーキテクチャーにより左右される。
【００５７】
[0053]図１４に示すアーキテクチャーでは、ウエハハンドラチャンバ８０５及びロードロックは、ろ過ドライＮ２（又は不活性ガス）で大気圧へと通気させられる。複数のエフェクタを有するデュアルエンドロボット８３０のアーム８１５の一方が、ＦＯＵＰから複数のウエハを内部ロードロックへと移送する。５２個のウエハの容量を有する処理チャンバ８５０の場合には、各ロードロックは、２６個のウエハの容量を有する。第１のロードロックがロードされた後、処理すべきウエハを収容している次のＦＯＵＰが、ロードポートへ移動され、ロボット８３０が、それらウエハを第２のロードロックへと移送する。ウエハ移送に続いて、ロードロック及びウエハハンドラがサイクルポンプ／パージされ、ベース又はウエハ移送圧力へとポンピングされる。それから、デュアルエンドロボット８３０の第２のアーム８２０が、ロードロックの各々からウエハを処理チャンバ８５０へと移動させる。もし、処理チャンバ８５０がサセプタ対当たり４つのウエハを有するように構成されている場合には、１、２又は４個のウエハを一度に移動させることができる。ロードロックにおけるウエハ間ピッチは、ＦＯＵＰ及び処理チャンバ８５０におけるウエハ間ピッチに一致するように調整できる。また、ウエハ移送中のロボット８３０のｚ軸走行を減少させるため、処理チャンバ８５０におけるＦＯＵＰロードロックカセット及びボートを、移送すべきウエハがロボットアーム８１５、８２０の面にあるようにして、並進移動させることができる。ウエハがロードされた後、処理チャンバ８５０をウエハハンドラチャンバ８０５から分離するゲート弁を閉じ、処理モジュールのウエハ処理を開始する。ウエハ処理が完了するとき、処理チャンバ８５０をウエハハンドラチャンバ８０５から分離するゲート弁を開き、ウエハをロードロックへと移送する。ウエハ移送が完了し、ゲート弁が閉じられるとき、ロードロック及びウエハハンドラチャンバ８０５を大気圧へと通気する前に、それらウエハを許容温度（通常は＜１００℃）までクールダウンさせるため各ロードロックをポンピング／パージすることができる。それから、ウエハは、ＦＯＵＰの各々へと移送される。一般的には、それらウエハは、それらウエハが取り出されたＦＯＵＰへと戻されねばならない。それから、このようなサイクルを、処理すべきウエハの次のセットに対して繰り返す。
【００５８】
[0054]処理チャンバ８５０は、ウエハの第１のセットがその処理チャンバ８５０を出た時点でアイドル状態に維持され、ウエハの第２のセットがその処理チャンバ８５０へロードされる。従って、処理すべきウエハのセットに対するサイクル時間は、処理時間と全ウエハ取り扱い時間との和となる。短い処理の場合には、全ウエハ取り扱い時間は、処理時間を超えてしまうことがあり、可能な最大スループットが制限されてしまう。
【００５９】
[0055]図１５Ａは、ウエハハンドラの１つの状態を示しており、図１５Ｂは、ウエハハンドラの別の状態を示している。ここに示すウエハアーキテクチャーでは、ロボット８３０は、いずれかのＦＯＵＰから一度に１つ又は２つのウエハをロードロックへ移動させるが、ロードロックと処理チャンバ８５０との間のリップルスワップを行う。リップルスワップにおいては、処理チャンバ８５０における処理されたウエハは、ロードロックからの処理されていないウエハと交換される。処理チャンバ８５０におけるすべてのウエハが未処理のウエハと交換されたとき、処理チャンバ８５０は、処理を再開する。処理チャンバ８５０がウエハを処理している間、ロードロックからの処理済みウエハは、好ましくは一度に２つずつ、ＦＯＵＰへ移動させられ、処理すべきウエハの次のセットが、ＦＯＵＰからロードロックへと移送させられる（ここでも、好ましくは、一度に２つずつ）。それから、これらのウエハは、処理チャンバ８５０が処理を完了するとき、処理チャンバ８５０におけるウエハと交換することができる。このようなアーキテクチャーでは、処理すべきウエハのセットに対するサイクル時間は、処理時間と両方のロードロックと処理チャンバ８５０との間のリップルスワップの継続時間との和である。後者は全ウエハ取り扱い時間の小部分のみであるので、連続動作においてより高いスループットを達成することができる。この動作の連続モードにおいて、処理を完了したＦＯＵＰは、すぐにオフロードされ、まだ処理されねばならないＦＯＵＰと置き換えられる。
【００６０】
[0056]本発明の実施形態について前述したのであるが、本発明の他のさらなる実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく、推考できるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の幾つかの特徴と共に使用することのできる並列ウエハ処理リアクタの上部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による基板キャリアの拡大図である。
【図３】図２の基板キャリアの拡大部分斜視図である。
【図４】サセプタポストとインターロックされたスペーサーの拡大断面図である。
【図５】スペーサーの斜視図である。
【図６Ａ】スペーサーによって支持されるウエハ上のポイントの一実施例を示す図である。
【図６Ｂ】スペーサーによって支持されるウエハ上のポイントの別の実施例を示す図である。
【図７Ａ】基板キャリアのための構成の一実施例を示す部分側面図である。
【図７Ｂ】基板キャリアのための構成の別の実施例を示す部分側面図である。
【図７Ｃ】基板キャリアのための構成の別の実施例を示す部分側面図である。
【図８】サセプタのための構成の一実施例を示す部分側面図である。
【図９】本発明の一実施形態による基板キャリアを使用して達成される処理結果を示すグラフである。
【図１０】複数のガス注入マニホールドを有する並列ウエハ処理リアクタの上部断面図である。
【図１１】固定ボリューム分配機構の概略図である。
【図１２】ハイブリッド洗浄法のフロー図である。
【図１３】並列ウエハ処理リアクタで使用されるウエハハンドリングシステムを示す図である。
【図１４】並列ウエハ処理リアクタで使用されるウエハハンドリングシステムを示す図である。
【図１５Ａ】並列ウエハ処理リアクタで使用されるウエハハンドリングシステムを示す図である。
【図１５Ｂ】並列ウエハ処理リアクタで使用されるウエハハンドリングシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…リアクタ、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…壁部、１１０…処理スペース、２００、２０１…ガス注入マニホールド、３００…ガス排出マニホールド、４００…マルチゾーン加熱構造体、４０２…スペーサー、４０４…基板、４０５…肩部、４０６、４０６Ａ、４０６Ｂ、４０６Ｃ…基板キャリア、４０７、４０７′…サセプタ、４０８…ギャップ、４０９…貫通穴、４１５…開口、４１７…プラテン、４１７′…環状リング、４１９、４１９′…ポスト、５０５…インジェクタ弁、５１０…固定ボリューム、５２０…アンプル、５２５…フローモニタ又はフローコントローラ、５３０…Ｎ２プッシュガス、５４０…ポンプ、７１０…ＦＯＵＰのバッファ、７２０…オーバーヘッド搬送システム、８０５…ウエハハンドラチャンバ、８１５、８２０…ロボットアーム、８３０…デュアルエンドロボット、８５０…処理チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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