(57)【要約】マルチチャンバＣＶＤシステムは、複数の基板キャリアを含み、各基板キャリアは、少なくとも１つの基板を支持するように適合される。複数の封入体はそれぞれ、処理ステップを行なうために、複数の基板キャリアのうちの１つを封入する堆積チャンバを形成し、独立した化学気相堆積プロセス化学作用を維持するように構成される。移送機構は、処理ステップが、所定の時間の間、複数の封入体内で行なわれることを可能にする離散ステップにおいて、複数の基板キャリアのそれぞれを複数の封入体のそれぞれに移送する。いくつかの実施形態では、基板キャリアは、回転可能であることができる。
2014524151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャンバＣＶＤ処理システムであって、
ａ．複数の基板キャリアであって、それぞれの基板キャリアは、少なくとも１つの基板を支持するように適合されている、基板キャリアと、
ｂ．複数の封入体であって、前記複数の封入体のそれぞれは、処理ステップを行なうために、前記複数の基板キャリアの１つを封入する堆積チャンバを形成することにより、独立した環境を維持するように構成されている、複数の封入体と、
ｃ．処理ステップが、所定の時間の間、前記複数の封入体内で行なわれることを可能にする離散ステップにおいて、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、移送機構と
を備える、システム。
【請求項２】
複数のヒータをさらに備え、前記複数のヒータのそれぞれは、前記複数の封入体のそれぞれに対応している、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３】
前記複数のヒータのそれぞれは、前記複数の基板キャリアのそれぞれが前記複数の封入体によって封入されると、前記複数の基板キャリアのそれぞれに近接する、請求項２に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４】
前記複数の封入体のうちの少なくとも１つは、物理的封入体を備える、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項５】
前記複数の封入体のうちの少なくとも１つは、前記複数の堆積チャンバのうちの少なくとも１つを形成するように、前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つに対して移動可能である、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項６】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、前記複数の堆積チャンバのうちの少なくとも１つを形成するように、前記複数の封入体のうちの少なくとも１つに対して移動可能である、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項７】
前記複数の封入体のうちの少なくとも１つおよび前記複数の基板キャリアの対応する１つは両方とも、前記複数の堆積チャンバのうちの少なくとも１つを形成するように、移動可能である、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項８】
前記複数の封入体のうちの少なくとも１つは、前記対応する封入体の少なくとも１つの境界を形成するガスカーテンを備える、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項９】
前記複数の封入体のうちの少なくとも１つは、原位置測定デバイスを備える、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１０】
前記原位置測定デバイスは、パイロメーター、反射率計、たわみ計、エリプソメータ、光ルミネセンス分光計、組み合わせパイロメーター／反射率計、組み合わせられたたわみ計／反射率計／温度ツール、およびエレクトロルミネセンス分光計から選択される、請求項９に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１１】
前記移送機構は、複数のヒータをさらに備え、前記複数のヒータのそれぞれは、前記複数の基板キャリアのそれぞれに近接している、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１２】
前記移送機構は、レールに沿って、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１３】
前記移送機構は、トラックに沿って、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１４】
前記移送機構は、コンベヤを使用して、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１５】
前記移送機構は、線形経路内において、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１６】
前記移送機構は、非線形経路内において、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１７】
前記移送機構は、円形経路内において、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１８】
前記移送機構は、楕円形経路内において、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項１９】
前記移送機構は、前記複数の基板キャリアへの基板の積載および前記複数の基板キャリアからの基板の取り出しのうちの少なくとも１つを行なう自動化された基板取扱機構に結合されている、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２０】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、回転可能基板キャリアである、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２１】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、サセプタおよび基板キャリアを備える、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２２】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、サセプタのない基板キャリアである、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２３】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、遊星運動キャリアである、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２４】
少なくとも１つの前駆体ガスを注入するガス分散注入器をさらに備え、少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に垂直である方向に、前記注入器を通って流動する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２５】
少なくとも１つの前駆体ガスを注入するガス分散注入器をさらに備え、前記少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に平行である方向に、前記注入器を通って流動する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２６】
少なくとも１つの前駆体ガスを注入するガス分散注入器をさらに備え、少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に垂直である方向に、前記注入器を通って流動し、少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に平行である方向に、前記注入器を通って流動する、請求項１に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２７】
マルチチャンバＣＶＤプロセスシステムであって、
ａ．複数の基板キャリアであって、それぞれの基板キャリアは、少なくとも１つの基板を支持するように適合されている、基板キャリアと、
ｂ．複数の封入体であって、前記複数の封入体のそれぞれは、処理ステップを行なうために、前記複数の基板キャリアの１つを封入する堆積チャンバを形成することにより、独立した環境を維持するように構成されている、複数の封入体と、
ｃ．複数のヒータであって、前記複数のヒータのそれぞれは、前記処理ステップを行なうために、前記複数の基板の対応する１つを所望のプロセス温度まで加熱する、複数のヒータと、
ｄ．処理ステップが、所定の時間の間、前記複数の封入体内で行なわれることを可能にする離散ステップにおいて、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、移送機構と
を備える、システム。
【請求項２８】
前記移送機構は、複数のヒータをさらに備え、前記複数のヒータのそれぞれは、各基板キャリアに近接している、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項２９】
前記複数のヒータのうちの少なくとも１つは、前記基板キャリアに近接して、前記複数の堆積チャンバの対応する１つの内側に配置されている、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３０】
前記複数のヒータのうちの少なくとも１つは、前記基板キャリアに近接して、前記複数の堆積チャンバの対応する１つの内側に配置されている第１の部分と、前記複数の堆積チャンバの対応する１つの外側に配置されている第２の部分とを有する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３１】
前記移送機構は、前記複数の基板キャリアの対応する１つとともに、前記複数のヒータのうちの少なくとも１つを移送する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３２】
前記複数のヒータはそれぞれ、前記複数の基板キャリアを通過させるための間隙を画定する第１および第２の区画を備える、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３３】
前記複数のヒータのうちの少なくとも１つは、抵抗ヒータを備える、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３４】
前記複数のヒータのうちの少なくとも１つは、ＲＦヒータを備える、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３５】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、回転可能基板キャリアである、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３６】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、サセプタおよび基板キャリアを備える、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３７】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、サセプタのない基板キャリアである、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３８】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、遊星運動キャリアである、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項３９】
前記複数の封入体のうちの少なくとも１つは、原位置測定デバイスを備える、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４０】
前記原位置測定デバイスは、パイロメーター、反射率計、たわみ計、エリプソメータ、光ルミネセンス分光計、組み合わせパイロメーター／反射率計、組み合わせられたたわみ計／反射率計／温度ツール、およびエレクトロルミネセンス分光計から選択される、請求項３９に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４１】
前記移送機構は、トラック、コンベヤ、レール、履帯、または任意のそれらの組み合わせのうちの１つを使用して、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４２】
前記移送機構は、線形経路内において、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４３】
前記移送機構は、非線形経路内において、前記複数の基板キャリアのそれぞれを前記複数の封入体のそれぞれに移送する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４４】
前記移送機構は、前記複数の基板キャリアへの基板の積載および前記複数の基板キャリアからの基板の取り出しのうちの少なくとも１つを行なう自動化された基板取扱機構に結合されている、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４５】
少なくとも１つの前駆体ガスを注入するガス分散注入器をさらに備え、前記少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に垂直である方向に、前記注入器を通って流動する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４６】
少なくとも１つの前駆体ガスを注入するガス分散注入器をさらに備え、前記少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に平行である方向に、前記注入器を通って流動する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４７】
少なくとも１つの前駆体ガスを注入するガス分散注入器をさらに備え、少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に垂直である方向に、前記注入器を通って流動し、少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に平行である方向に、前記注入器を通って流動する、請求項２７に記載のマルチチャンバＣＶＤシステム。
【請求項４８】
マルチチャンバ化学気相堆積システムを使用して、複数のエピタキシャル層を基板上に形成する方法であって、
ａ．第１の場所において、少なくとも１つの基板を備える第１の基板キャリアを封入することにより、第１の独立した環境を維持する第１の堆積チャンバを形成することと、
ｂ．前記第１の独立した環境を有する前記第１の場所において、第１のエピタキシャル層を前記第１の堆積チャンバ内の前記少なくとも１つの基板上に成長させることと、
ｃ．前記第１のエピタキシャル層が成長された後、第２の場所に前記第１の基板キャリアを移送し、前記第１の基板キャリアを封入することにより、第２の独立した環境を維持する第２の堆積チャンバを形成することと、
ｄ．前記第２の独立した環境を有する前記第２の場所において、第２のエピタキシャル層を前記第２の堆積チャンバ内の前記第１のエピタキシャル層の上部に成長させることと
を含む、方法。
【請求項４９】
ａ．前記第１の場所において、少なくとも１つの基板を備える第２の基板キャリアを封入することにより、前記第１の独立した環境を維持する前記第１の堆積チャンバを形成することと、
ｂ．前記第１の独立した環境を有する前記第１の場所において、前記第１のエピタキシャル層を前記第１の堆積チャンバ内の前記第２の基板キャリア上の前記少なくとも１つの基板上に成長させることと
をさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１および第２の基板キャリア上の前記少なくとも１つの基板は、時間的に同時に処理される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１の基板キャリアを封入することにより、前記第１および第２の堆積チャンバを形成することは、チャンバを前記第１の基板キャリアの上で移動させ、前記第１および第２の堆積チャンバの内側の第１および第２の化学気相堆積プロセス化学作用の個別の１つを隔離することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１の基板キャリアを封入することにより、前記第１および第２の堆積チャンバを形成することは、前記第１の基板キャリアをチャンバ内に移動させることにより、前記第１および第２の堆積チャンバの内側の前記第１および第２の環境の個別の１つを隔離することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１の基板キャリアを封入することにより、前記第１および第２の堆積チャンバを形成することは、ガスカーテンを形成することにより、前記第１および第２の環境の個別の１つを隔離することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１および第２の独立した化学気相堆積プロセス化学作用のうちの少なくとも１つは、前記第１および第２のプロセスチャンバの対応する１つの内側に固定されているヒータを使用して、確立される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５５】
前記第１および第２の環境のうちの少なくとも１つは、前記第１および第２の基板キャリアの対応する１つとともに移動するように前記第１および第２の基板キャリアの対応する１つに固定されたヒータを使用して、確立される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１の基板キャリアを第２の場所に移送することは、トラック、レール、またはコンベヤ、または任意のそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つに沿って、前記第１の基板キャリアを移送することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１の基板キャリアを第２の場所に移送することは、線形経路に沿って、前記第１の基板キャリアを移送することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１の基板キャリアを第２の場所に移送することは、非線形経路に沿って、前記第１の基板キャリアを移送することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１の基板キャリアを平行移動させることをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項６０】
前記第１および第２のエピタキシャル層のうちの少なくとも１つを成長させている間、原位置測定を行なうことをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項６１】
前記原位置測定は、パイロメーター、反射率計、たわみ計、エリプソメータ、光ルミネセンス分光計、組み合わせパイロメーター／反射率計、組み合わせられたたわみ計／反射率計／温度ツール、およびエレクトロルミネセンス分光計から選択されるデバイスを使用して行なわれる、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、回転可能基板キャリアである、請求項４８に記載の方法。
【請求項６３】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、サセプタおよび基板キャリアを備える、請求項４８に記載の方法。
【請求項６４】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、サセプタのない基板キャリアである、請求項４８に記載の方法。
【請求項６５】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、遊星運動キャリアである、請求項４８に記載の方法。
【請求項６６】
少なくとも１つの前駆体ガスのガス分散注入をさらに含み、前記少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に垂直な方向に、注入される、請求項４８に記載の方法。
【請求項６７】
少なくとも１つの前駆体ガスのガス分散注入をさらに含み、前記少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に平行である方向に、注入される、請求項４８に記載の方法。
【請求項６８】
少なくとも１つの前駆体ガスのガス分散注入をさらに含み、少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に垂直な方向に、注入され、少なくとも１つの前駆体ガスは、前記基板キャリアに実質的に平行である方向に、注入される、請求項４８に記載の方法。
【請求項６９】
マルチチャンバ化学気相堆積システムであって、
ａ．複数の固定場所において、少なくとも１つの基板を支持する複数の基板キャリアを封入することにより、複数の堆積チャンバを形成する手段であって、前記複数の堆積チャンバは、それぞれ、独立した環境を維持している、手段と、
ｂ．それぞれが前記独立した環境を維持している前記複数の堆積チャンバ内の前記複数の基板キャリアによって支持された前記少なくとも１つの基板上にエピタキシャル層を成長させる手段と、
ｃ．離散ステップにおいて、前記複数の堆積チャンバ間で前記複数の基板キャリアを移送する手段と
を備える、システム。
【請求項７０】
前記複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つを回転させる手段をさらに備える、請求項６９に記載のマルチチャンバ化学気相堆積システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に使用される見出しは、構成上の目的のためだけであって、本願に説明される主題をいかようにも限定するものと解釈されるべきではない。
【０００２】
（関連出願）
本願は、米国特許出願第１２／４７９，８３４号（２００９年６月７日出願、名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｆｅｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」）の一部継続出願である。米国特許出願第１２／４７９，８３４号の全体の明細書は、参照によって、本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
化学気相堆積（ＣＶＤ）は、反応種を反応させ、基板の表面上に膜を形成するように、化学種を含有する１つ以上のガスを基板の表面上へと指向することを伴う。例えば、ＣＶＤは、結晶性半導体基板上に化合物半導体材料を成長させるために使用可能である。ＩＩＩ−Ｖ半導体等の化合物半導体は、一般に、ＩＩＩ族金属源およびＶ族元素源を使用して、基板上に半導体材料の種々の層を成長させることによって形成される。時として、塩化物処理と称される、あるＣＶＤ処理では、ＩＩＩ族金属は、最も一般的には、ＧａＣｌ２等の塩化物である金属の揮発性ハロゲン化物として提供され、Ｖ族元素は、Ｖ族元素の水素化物として提供される。
【０００４】
別の種類のＣＶＤは、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）である。ＭＯＣＶＤは、ガリウム、インジウム、およびアルミニウム等のＩＩＩ族金属のアルキル等の１つ以上の金属有機化合物を含む化学種を使用する。ＭＯＣＶＤはまた、Ｖ族元素のうちの１つ以上の水素化物（例えば、ＮＨ３、ＡｓＨ３、ＰＨ３、およびアンチモンの水素化物）を含む化学種を使用する。これらの処理では、ガスは、サファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＡｌＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、またはＧａＰの基板等の基板の表面において、相互に反応し、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌＺＮＡＡｓＢＰＣＳｂＤ（式中、Ｘ＋Ｙ＋Ｚは、ほぼ１に等しく、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、ほぼ１に等しく、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、およびＣはそれぞれ、０〜１であることが可能である）のＩＩＩ−Ｖ化合物を形成する。いくつかの事例では、ビスマスが、他のＩＩＩ族金属の一部または全部の代わりに、使用されてもよい。ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＰ、ＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＡｓＳｂＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＺｎＯおよびＩｎＧａＡｌＰ等の多くの化合物半導体が、ＭＯＣＶＤによって成長されている。
【０００５】
別の種類のＣＶＤは、ハロゲン系気相成長法（ＨＶＰＥ）として知られる。あるＨＶＰＥ処理では、ＩＩＩ族窒化物（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ）が、高温ガス状金属塩化物（例えば、ＧａＣｌまたはＡｌＣｌ）をアンモニアガス（ＮＨ３）と反応させることによって形成される。金属塩化物は、高温ＨＣｌガスを高温ＩＩＩ族金属上を通過させることによって発生する。すべての反応は、温度制御された石英炉内で行なわれる。ＨＶＰＥの特徴の１つは、いくつかの最先端の処理に対して、最大毎時１００μｍの超高成長率を有することが可能なことである。ＨＶＰＥの別の特徴は、膜が、無炭素環境内で成長され、高温ＨＣｌガスが、自己洗浄効果を提供するため、比較的に高品質の膜を堆積させるために使用可能なことである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本教示は、マルチチャンバＣＶＤ処理システムに関連し、そのシステムは、複数の基板キャリアであって、それぞれの基板キャリアは、少なくとも１つの基板を支持するように適合されている、基板キャリアと、複数の封入体であって、複数の封入体のそれぞれは、処理ステップを行なうために、複数の基板キャリアの１つを封入する堆積チャンバを形成することにより、独立した環境を維持するように構成されている、複数の封入体と、処理ステップが、所定の時間の間、複数の封入体内で行なわれることを可能にする離散ステップにおいて、複数の基板キャリアのそれぞれを複数の封入体のそれぞれに移送する、移送機構とを備える。マルチチャンバＣＶＤシステムは、加えて、複数のヒータを備えることができ、複数のヒータのそれぞれは、複数の封入体のそれぞれに対応する。マルチチャンバＣＶＤシステムは、加えて、複数の封入体のうちの少なくとも１つ内に定置された原位置測定デバイスを備えることができる。移送機構は、加えて、複数のヒータを備えることができ、複数のヒータのそれぞれは、複数の基板キャリアのそれぞれに近接している。移送機構は、例えば、レール、トラックまたはコンベヤシステム（ベルト、プッシュロッド、および磁気的に結合された駆動部（磁気線形モータ等）も含むことができる）を使用して、線形または非線形経路内において、複数の基板キャリアのそれぞれを移送することができる。いくつかの実施形態では、マルチチャンバＣＶＤシステム内の複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、回転可能である。
【０００７】
本教示はまた、マルチチャンバＣＶＤプロセスシステムに関連し、そのシステムは、複数の基板キャリアであって、それぞれの基板キャリアは、少なくとも１つの基板を支持するように適合されている、基板キャリアと、複数の封入体であって、複数の封入体のそれぞれは、処理ステップを行なうために、複数の基板キャリアの１つを封入する堆積チャンバを形成することにより、独立した環境を維持するように構成されている、複数の封入体と、複数のヒータであって、複数のヒータは、それぞれ、処理ステップを行なうために、複数の基板の対応する１つを所望のプロセス温度まで加熱する、複数のヒータと、処理ステップが、所定の時間の間、複数の封入体内で行なわれることを可能にする離散ステップにおいて、複数の基板キャリアのそれぞれを複数の封入体のそれぞれに移送する、移送機構とを備える。移送機構は、加えて、各サセプタに近接している複数のヒータを備えることができる。ヒータは、堆積チャンバの内側に配置されるか、または基板キャリアとともに対応して平行移動されることができる。いくつかの実施形態では、マルチチャンバＣＶＤシステム内の複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、回転可能である。
【０００８】
本教示はまた、マルチチャンバ化学気相堆積システムを使用して、複数のエピタキシャル層を基板上に形成する方法に関連し、その方法は、第１の場所において、少なくとも１つの基板を備える第１の基板キャリアを封入することにより、第１の独立した環境を維持する第１の堆積チャンバを形成することと、第１の独立した環境を有する第１の場所において、第１のエピタキシャル層を第１の堆積チャンバ内の少なくとも１つの基板上に成長させることと、第１のエピタキシャル層が成長された後、第１の基板キャリアを第２の場所に移送し、第１の基板キャリアを封入することにより、第２の独立した環境を維持する第２の堆積チャンバを形成することと、第２の独立した環境を有する第２の場所において、第２のエピタキシャル層を第２の堆積チャンバ内の第１のエピタキシャル層の上部に成長させることとを含む。本方法はさらに、第１の場所において、少なくとも１つの基板を備える第２の基板キャリアを封入することにより、第１の独立した環境を維持する第１の堆積チャンバを形成することと、第１の独立した環境を有する第１の場所において、第１のエピタキシャル層を第１の堆積チャンバ内の第２の基板キャリア上の少なくとも１つの基板上に成長させることとを含むことができる。
【０００９】
本教示はまた、マルチチャンバ化学気相堆積システムに関連し、システムは、複数の固定場所において、少なくとも１つの基板を支持する複数の基板キャリアを封入することにより、それぞれが独立した環境を維持している複数の堆積チャンバを形成する手段と、それぞれが独立した環境を維持している複数の堆積チャンバ内の複数の基板キャリアによって支持された少なくとも１つの基板上にエピタキシャル層を成長させる手段と、離散ステップにおいて、複数の堆積チャンバ間で複数の基板キャリアを移送する手段とを備える。いくつかの実施形態では、マルチチャンバ化学気相堆積システム内の複数の基板キャリアのうちの少なくとも１つは、回転可能である。
【００１０】
本明細書に説明されるＣＶＤ処理システム内では、基板キャリアは、例えば、サセプタおよび基板キャリアアセンブリ、サセプタのないキャリア、あるいは遊星キャリアを備えることができる。
【００１１】
本教示は、好ましい実施形態および例示的実施形態に従って、そのさらなる利点とともに、付随の図面と関連して検討される以下の詳細な説明においてより具体的に説明される。当業者は、後述の図面が、例証目的のためだけのものであることを理解する。図面は、必ずしも、正確な縮尺で描かれているわけではなく、代わりに、本教示の原理を例証するために、強調されている。図面は、出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステムの一実施形態の側面図を図示する。
【図２Ａ】図２Ａは、本教示による堆積チャンバの一実施形態の側面図を図示し、堆積チャンバは、封入体を基板キャリアの上で移動させることによって形成される。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本教示による堆積チャンバの一実施形態の側面図を図示し、堆積チャンバは、基板キャリアを封入体内に移動させることによって形成される。
【図３Ａ】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、本システムにおいて有用なヒータの異なる実施形態の実施例を示す。
【図３Ｂ】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、本システムにおいて有用なヒータの異なる実施形態の実施例を示す。
【図３Ｃ】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、本システムにおいて有用なヒータの異なる実施形態の実施例を示す。
【図３Ｄ】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図３Ｄは、本システムにおいて有用なヒータの異なる実施形態の実施例を示す。
【図４】図４は、特定のモードにおける、図１におけるマルチチャンバＣＶＤシステムの実施形態の側面図を図示する。
【図５】図５は、別の特定のモードにおける、図１におけるマルチチャンバＣＶＤシステムの実施形態の側面図を図示する。
【図６】図６は、別の特定のモードにおける、本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステムの実施形態の側面図を図示する。
【図７Ａ】図７Ａは、本教示による堆積チャンバの一実施形態の側面図を図示し、プロセスガスは、堆積チャンバ内に水平に注入される。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示される堆積チャンバの上下図を図示する（Ａ方向に）。
【図８】図８は、本教示による水平流動ガス注入器ＣＶＤシステムの別の変形例の斜視上面図を図示する。
【図９】図９は、本教示による水平流動ガス注入器ＣＶＤシステムの別の変形例の側面図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
明細書において、「一実施形態」または「ある実施形態」とは、実施形態と併せて説明される特定の特徴、構造、または特性が、本教示の少なくとも１つの実施形態内に含まれることを意味する。明細書中の種々の場所で使用される「一実施形態では」という語句は、必ずしも、すべて同一実施形態を指すわけではない。
【００１４】
本教示の方法の個々のステップは、本教示が作用可能のままである限り、任意の順番および／または同時に、行われてもよいことを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が作用可能のままである限り、任意の数またはすべての説明される実施形態を含むことが可能であることを理解されたい。
【００１５】
次に、付随の図面に示される本教示の例示的実施形態を参照して、本教示をより詳細に説明する。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等部を包含する。本明細書の教示へのアクセスを有する当業者は、本明細書に説明される本開示の範囲内である付加的実装、修正、および実施形態、ならびに他の使用分野を認識する。
【００１６】
本教示は、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、およびＨＹＰＥ等の反応気相処理のための方法および装置に関する。半導体材料の反応気相処理では、半導体基板または基板は、反応チャンバ内側の基板キャリア内に装着される。ガス分散注入器または注入器ヘッドは、基板キャリアに向かって面するように装着される。注入器または注入器ヘッドは、典型的には、ガスの組み合わせを受容する複数のガス入口を含む。注入器または注入器ヘッドは、化学気相堆積のために、反応チャンバにガスの組み合わせを提供する。多くのガス分散注入器は、ヘッド上に、あるパターンで離間されたシャワーヘッド状デバイスを有する。ガス分散注入器は、前駆体ガスが、可能な限り基板に近接して反応し、したがって、ウエハ表面での反応処理およびエピタキシャル成長を最大限にするように、基板キャリアにおける前駆体ガスを指向する。
【００１７】
いくつかのガス分散注入器は、化学気相堆積処理の際、層流ガス流動を提供する補助をするシュラウドを提供する。また、１つ以上のキャリアガスが、化学気相堆積処理の際、層流ガス流動を提供するのを補助するために使用可能である。キャリアガスは、典型的には、処理ガスのいずれとも反応せず、化学気相堆積処理に別様に影響を及ぼさない。ガス分散注入器は、典型的には、注入器のガス入口から、基板が処理される反応チャンバの特定の標的領域へと、前駆体ガスを指向する。
【００１８】
例えば、ＭＯＣＶＤ処理では、注入器は、金属有機物および水素化物（例えば、アンモニアまたはアルシン）を含む前駆体ガスの組み合わせを、注入器を通して、反応チャンバ内へと導入する。水素、窒素、あるいはアルゴンまたはヘリウム等の不活性ガス等のキャリアガスが、多くの場合、基板キャリアにおいて層流を維持する補助をするために、注入器を通して、反応器内に導入される。前駆体ガスは、反応チャンバ内で混合し、反応し、基板上に膜を形成する。ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＡｓＳｂＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、およびＩｎＧａＡｌＰ等の多くの化合物半導体が、ＭＯＣＶＤによって成長されている。
【００１９】
ＭＯＣＶＤおよびＨＶＰＥ処理の両方において、基板は、反応チャンバ内で高温に維持される。処理ガスは、典型的には、反応チャンバ内に導入されると、約５０〜６０℃またはそれより低い比較的低温に維持される。ガスが、高温基板に到達するのに伴って、その温度、ひいては、反応のためのその利用可能エネルギーが、増加する。
【００２０】
最も一般的種類のＣＶＤ反応器は、回転円盤状反応器である。そのような反応器は、典型的には、円盤状基板キャリアを使用する。基板キャリアは、処置される１つ以上の基板を保持するように配列されたポケットまたは他の特徴を有する。キャリアは、その上に配置されたウエハとともに、反応チャンバ内に載置され、上流方向を向いたキャリアのウエハ軸受表面によって保持される。キャリアは、典型的には、上流から下流方向に延在する軸を中心として、毎分数１００回転の回転速度で回転される。基板キャリアの回転は、堆積される半導体材料の均一性を改善する。基板キャリアは、本処理の際、約３５０℃〜約１，６００℃の範囲であり得る所望の高温に維持される。
【００２１】
キャリアが、軸を中心として回転される間、反応ガスは、キャリア上方の流動入口要素から、チャンバ内に導入される。流動ガスは、好ましくは、層流栓流として、キャリアおよび基板に向かって下方に進む。ガスが、回転キャリアに接近するのに伴って、粘性抵抗が、ガスが、キャリアの表面近傍の境界領域内において、軸まわりにキャリアの周縁に向かって外向きに流動するように、ガスを軸まわりに回転させる。ガスが、キャリアの外側縁を越えて流動するのに伴って、キャリアの下に配置された排出ポートに向かって下方に流動する。最も一般的には、ＭＯＣＶＤ処理は、一連の異なるガス組成、ある場合には、異なる基板温度で行なわれ、所望の半導体デバイスを形成するために要求されるような異なる組成を有する半導体の複数の層を堆積させる。
【００２２】
他の種類のＣＶＤまたはＭＯＣＶＤ反応器は、堆積および／またはエピタキシャル層成長の間、反応器において回転しない円盤状基板キャリアを含む。
【００２３】
本教示の装置および方法は、線形およびインラインＣＶＤ処理システムに関する。用語「インライン」は、基板の移送と関連して本明細書で使用される場合、マルチチャンバＣＶＤシステムのあるチャンバからマルチチャンバＣＶＤシステムの別のチャンバへの平面における基板の移送を指す。インラインにおける移送は、直線において移送する必要はない。移送は、線形であることができるか、または曲線に沿ってであることもできる。例えば、市販のインラインシステムは、いくつかの平行線、円形、Ｕ形状配列、あるいは線形またはＵ形状配列において垂直に積層されて配列されている。さらに、移送は、同一の開始および停止点を有する閉鎖レールまたはトラックに沿ってであることができ、あるいは１つのみの方向においてであることもできる。用語「インライン」は、本教示による移送機構を参照するとき、連続ベルトを有する２つ以上のローラを含むコンベヤベルト等のコンベヤ式移送機構を含むことができ、連続ベルトは、そのローラまわりに回転する。本発明において有用な他の種類のシステム処理構造は、２００９年８月２６日出願の米国仮特許出願第６１／２３７，１４１号「Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ａ  Ｐａｔｔｅｒｎ  ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉａ」に見出されるものを含み、その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００２４】
ＭＯＣＶＤおよびＨＹＰＥ等のＣＶＤのための公知の装置および方法は、線形およびインライン処理システムに好適ではない。本教示の装置および方法は、ＭＯＣＶＤおよびＨＹＰＥ等の任意の種類のＣＶＤを行なうことができる。本教示の一側面では、本教示の装置および方法は、インライン断続移送機構を使用する。本明細書で称されるような用語「断続移送機構」は、断続ステップにおいて、基板および／または基板キャリアを移送する移送機構である。すなわち、基板および／または基板キャリアは、マルチチャンバＣＶＤ処理システム内のあるＣＶＤ処理チャンバから、マルチチャンバＣＶＤ処理システム内の別のＣＶＤ処理チャンバに移送され、次いで、基板および／または基板キャリアは、ＣＶＤプロセスステップが行なわれる間の所定の時間の間、その個別のＣＶＤプロセスチャンバ内において、固定場所に配置される。
【００２５】
図１は、本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステム１００の一実施形態の側面図を図示する。ＣＶＤシステム１００は、Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．（Ｐｌａｉｎｖｉｅｗ，  ＮＹ）によって製造される自動化された機械的取扱システム等の基板積載ステーション１０２を含む。基板積載ステーション１０２は、典型的には、大気圧に開放しており、基板が、ＣＶＤ処理のために挿入される。ゲート弁は、マルチチャンバＣＶＤシステム１００内に堆積チャンバ１１０および１５２を形成する複数の封入体１０８を含む筐体１０６内に位置する基板移送機構１０４の入力に基板積載ステーション１０２を界面接触させる。堆積チャンバ１１０および１５２の上部には、ガス流動フランジ３００がある。ガス流動フランジ３００は、典型的には、ＭＯＣＶＤまたはＣＶＤプロセスチャンバにおいて見出される流動入口要素である。そのようなガス流動フランジは、典型的には、少なくとも１つの反応性ガス源、いくつかの事例では、キャリアガス、ならびにマニホールドおよびバッフルおよびガス分散チャンバを有し、基板の方向に向かう適切なガス流を確実にする。好適なガス流動フランジの実施例は、米国特許出願公開第２０１０／０１４３５８８号に見出すことができる。堆積チャンバ１１０および１５２の底部には、オリフィス１６０があり、プロセス条件に応じて、あるいは封入体１０８が陥凹１７０内に移動し、スピンドル１４０Ａおよび１４０Ｂがシステム１００内のその次の停止部まで平行移動し得るように、堆積チャンバ１１０および１５２が反応性ガスをパージされる場合、堆積チャンバ１１０および１５２を加圧または真空化するように、オリフィス１６０は、適切なポンプ、ガス源、および排出マニホールドを装備され得る。スピンドル１４０Ａおよび１４０Ｂは、例えば、限定されないが、機械的コネクタ（例えば、ナットおよびボルト）、電気機械（例えば、ソレノイドピン）、および磁気結合装置等、当業者に公知の種々のコネクタによって、基板移送システム１０４に接続されることができる。本明細書に説明される他の基板移送システムおよびスピンドルも、類似方式で接続されることができる。
【００２６】
処理された基板は、複数の封入体１０８を含む筐体１０６の端部に配置された基板取り出しステーション１１２を用いて、マルチチャンバＣＶＤシステム１００から除去される。基板取り出しステーション１１２はまた、Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．（Ｐｌａｉｎｖｉｅｗ，  ＮＹ）によって製造される自動化された機械的取扱システムであることができる。基板取り出しステーション１１２は、典型的には、大気圧に開放しており、基板は、ＣＶＤ処理後、除去される。ゲート弁は、マルチチャンバＣＶＤシステム１００内に堆積チャンバ１１０および１５２を形成する複数の封入体１０８を含有する筐体１０６内に位置する基板移送機構１０４の出力に基板取り出しステーション１１２を界面接触させる。基板積載ステーション１０２および基板取り出しステーション１１２の両方はまた、システムの残りから独立して、ポンプパージされることができる。
【００２７】
移送機構１０４に沿って移動可能である複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂが存在する。図１に示されるマルチチャンバＣＶＤシステムは、図を単純化するために、２つの基板キャリアのみ図示する。実際は、本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステムは、封入体１０８内に封入され、多数の堆積チャンバ１１０および１５２を形成する多数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを含む。いくつかのＣＶＤシステムは、基板上に成長される各層に対して、１つの堆積チャンバを有するように構成される。
【００２８】
複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂは、基板が基板積載ステーション１０２から隣接する基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂに移され得るように、基板積載ステーション１０２と界面接触する。複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれは、それぞれ、サセプタ１１６Ａおよび１１６Ｂと、それぞれ、基板キャリアアセンブリ１１８Ａおよび１１８Ｂとを含む。サセプタ１１６Ａおよび１１６Ｂは、熱エネルギーが、ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂから基板に容易に移されるように、高温において高い熱伝導性を有する材料から作製されたベース構造を含む。基板キャリアアセンブリ１１８Ａおよび１１８Ｂは、ＣＶＤを用いてエピタキシャル層の成長の間、半導体ウエハ等の少なくとも１つの基板を保持するためのプラテンと、サセプタ１１６Ａおよび１１６Ｂを支持するスピンドル１４０Ａおよび１４０Ｂと、本明細書に開示されるようないくつかの事例では、ヒータ支持部１４２Ａおよび１４２Ｂを使用することにより、ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂとを含み、例えば、ヒータ支持部１４２Ａおよび１４２Ｂは、単一支持支柱であり得るか、またはスピンドル１４０Ａおよび１４０Ｂの周囲の外筒であり得る。他の実施形態では、サセプタのないウエハキャリアが、サセプタ１１６Ａおよび１１６Ｂならびにプラテンの代わりに、使用されることができ、その場合、熱は、ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂから、直接、ウエハキャリアの底部に移され、ウエハキャリアの底部は、熱エネルギーが、ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂから基板に容易に移されるように、高温において高い熱伝導性を有する材料から作製される。ある種類のサセプタのないウエハキャリアは、米国特許第６，６８５，７７４号に説明される。多くの実施形態では、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれが、同時に処理される複数の基板を支持するプラテンを備える。
【００２９】
本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステムは、複数の堆積チャンバ１１０および１５２のそれぞれ内に配置された基板の成長表面における温度を制御し、所望の成長温度を維持するための複数のヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂを含む。複数のヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂのうちの１つは、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれと熱接触するように配置される。複数の堆積チャンバ１１０および１５２のそれぞれの成長表面において、温度を制御するために使用され得る、多くの可能な種類のヒータが存在する。ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂは、封入体１０８の内側および／または外側に配置されることができる。
【００３０】
例えば、複数のヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂは、黒鉛ヒータ等の抵抗式ヒータであることができる。そのようなヒータは、典型的には、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれに近接して、かつそれと熱接触して、堆積チャンバ１１０および１５２の内側に定置される。１つの特定の実施形態では、３つの線形抵抗ヒータ集合が、２つの半体内に配置され、２つの半体は、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを支持するスピンドルを通過させるための２つの半体間の間隙を有する。加えて、複数のヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂは、ＲＦエネルギーを複数の堆積チャンバ１１０および１５２内の基板のそれぞれの成長表面に伝達するＲＦヒータであることができる。そのようなヒータは、封入体１０８の内側または外側に配置されたＲＦ誘導コイルを有する。ランプ、例えば、石英ランプからの放射エネルギーもまた、加熱または温度プロファイルの微調整のために使用されてもよい。
【００３１】
本教示によるいくつかのマルチチャンバＣＶＤシステムは、複数の封入体１０８内外に移送される複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのための間隙または通路を画定するように成形されている定常抵抗ヒータ要素を含む。例えば、１つの特定の実施形態では、定常抵抗ヒータは、複数の封入体１０８が、複数の堆積チャンバ１１０および１５２の内外へ通過するための通路を画定する２つの半円形ヒータ要素を画定するように形成される。通路は、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを支持するスピンドルが、複数の基板キャリアが移送機構１０４を用いて移送されているとき、２つの半円形ヒータ要素間の通路を自由に通過するように、十分に広い。
【００３２】
本教示による他のマルチチャンバＣＶＤシステムは、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂが複数の封入体１０８の内外に移送される間隙または通路を画定するように成形された定常抵抗ヒータ要素を含む、第１のヒータと、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂに取り付けられる第２のヒータとを含む。これらのヒータは、独立して、制御可能であることができる。基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂに取り付けられるヒータは、次の堆積チャンバに移送されている間、基板を加熱するため、または基板の所望の温度を維持するために使用されることができる。２つのヒータの使用は、基板が所望のプロセス温度を達成するためにかかる時間を短縮することによって、処理量を増加させることができる。
【００３３】
図３Ａは、２つの半体間の間隙を有するヒータ１２２の実施例（上面図）を示し、その間隙をスピンドルが通過することができる。ヒータ要素１３０Ａおよびヒータ要素１３０Ｂは、それぞれ、ブラケット１６０Ａ＆１６２Ａおよび１６０Ｂ＆１６２Ｂによって、チャンバ１１０および１５２内の任意の非可動表面に接続される。適切な配線および他のヒータ制御手段もまた、適切なブラケットを通過する。間隙１７０は、スピンドル１４０Ａおよび１４０Ｂが、システム内の異なるチャンバを通して平行移動する場合に、通って移動することを可能にするために十分に広い。
【００３４】
図３Ｂおよび図３Ｃは、ヒータ支持部１４２（図示せず）を使用して、スピンドル１４０に接続され得るヒータ１２２の実施例を示す。図３Ｂでは、支持部１４７および１４８は、ヒータ１２２を別の支持部（図示せず）に接続する。適切な配線および他の制御手段もまた、支持部１４７および１４８を通ることができる。図３Ｃでは、ブラケット１４６は、ヒータ１２２をヒータ支持部（図示せず）に接続し、適切な配線および他の制御手段も、ブラケット１４６へヒータ支持部１４２（図示せず）を通過する。
【００３５】
図３Ｄは、２つの半体間の間隙を有するヒータ１９０の別の実施例（上面図）を示し、その間隙をスピンドルが通過し得る。ヒータ要素１９６Ａおよびヒータ要素１９６Ｂは、それぞれ、ブラケット１９２Ａ＆１９４Ａおよび１９２Ｂ＆１９４Ｂによって、チャンバ１１０および１５２内の任意の非可動表面に接続される。適切な配線および他のヒータ制御手段もまた、対応するブラケットを通過する。間隙１７０は、スピンドル１４０Ａおよび１４０Ｂが、システム内の異なるチャンバを通して平行移動する場合に、通って移動することを可能にするために十分に広い。
【００３６】
別の実施形態では、基板自体が、抵抗ヒータとして使用される。本実施形態では、基板は、抵抗加熱に好適である抵抗率をもたらす材料および厚さで構築される。電力供給源は、基板に電気的に接続される。電力供給源によって発生する電流は、基板が所望の処理温度まで加熱されるように調整される。当業者は、他の種類のヒータも、基板１０４を加熱するために使用されることができることを理解する。加えて、本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステムは、堆積チャンバ１１０および１５２の内側および／または外側に配置され、基板の成長表面を所望の処理温度まで加熱し得る、複数の種類のヒータを含むことができる。
【００３７】
本教示のいくつかの実施形態では、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのうちの少なくとも１つが、処理の間、軸を中心として、少なくとも１つの基板を回転させる。回転速度は、特定のプロセスに依存する。いくつかのプロセスの場合、回転速度は、最大１，５００ｒｐｍである。他の実施形態では、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのうちの少なくとも１つは、処理の間、少なくとも１つの基板を平行移動させる。さらに他の実施形態では、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのうちの少なくとも１つは、処理の間、少なくとも１つの基板を回転および平行移動させる。基板キャリアはまた、１つ以上の基板がその軸を中心として回転する遊星上に積載される間、静止したままであるか、または線形に平行移動し得る。基板キャリアは、キャリア上に種々の構成で配列された基板または遊星を有する丸形であってもよく、あるいはキャリアが回転しない場合、長方形または正方形であり得る。キャリア構成は、処理されている基板のサイズに対して最適化される。このように、丸形、正方形、または長方形であり、２”〜１２”のサイズに及ぶ基板は、典型的には、適切に定寸および構成されたキャリアを使用することによって、処理されてもよい。
【００３８】
複数の封入体１０８はそれぞれ、独立した環境を維持するために、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂの１つを封入する複数の堆積チャンバ１１０および１５２の１つを形成するように構成される。独立した環境では、化学気相堆積プロセス化学作用が、ＣＶＤ処理ステップとして行なわれることができる。他の事例では、独立した環境において、アニーリングまたは他の非化学気相堆積プロセス化学作用ステップを行なうことができる。本教示によるいくつかのシステムでは、複数の堆積チャンバ１１０および１５２はそれぞれ、ＣＶＤ処理ステップのシーケンスにおいて、複数の処理ステップのうちの１つを行なうように設計および動作される。本教示による他のシステムでは、複数の堆積チャンバ１１０および１５２はそれぞれ、化学気相堆積プロセス化学作用関連であってもよく、またはそうではなくてもよい、１つ以上の処理ステップを行なう。
【００３９】
多くの実施形態では、複数の封入体１０８のうちの１つ以上は、ステンレス鋼封入体またはガラスベルジャー等の物理的封入体を備える。当業者は、多数の種類の材料が、物理的封入体を形成するために使用することができることを理解する。多くの実施形態では、複数の封入体１０８のそれぞれは、流体冷却され、堆積の間に発生した熱を除去する。水冷または他の種類の流体冷却のための導管が、複数の封入体１０８内またはその周囲に形成されることができる。
【００４０】
他の実施形態では、複数の封入体１０８のうちの少なくとも１つは、対応する封入体の少なくとも１つの境界を形成するガスカーテン（または、パージ）を備える。これらの実施形態では、隣接するガスカーテンは、真空下にある領域によって、分離されることができる。真空下の領域は、別個のプロセス化学作用が、複数の堆積チャンバ１１０および１５２のそれぞれ内に維持されるように、隣接する堆積チャンバ１１０と１５２との間のプロセスガスを除去する。ガスカーテン（パージ）は、典型的ＧａＮ系反応器のために、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３および／またはそれらの任意の組み合わせであることができる。他のＩＩＩ／Ｖ族系反応器の場合、水素化物（例えば、ＡｓＨ３またはＰＨ３）等のガスが、有用である。封入体間のプロセスクロストークを低減させるために、封入体内の圧力は、封入体が開放される前に、チャンバ全体の圧力に平衡化される。また、ガスは、キャリアが、あるステーションから別のステーションに移されている間、各注入器内に位置する選択された注入器を通して流動し続け、基板の不都合な劣化を防止するために必要なガス雰囲気を維持してもよい。
【００４１】
他の実施形態では、１つ以上のガスカーテンが、複数の封入体１０８の少なくとも２つ間で使用される。そのようなガスカーテンは、別個のプロセス化学作用が、複数の堆積チャンバ１１０および１５２のそれぞれ内に維持されるように、ある堆積チャンバにおいて使用されるプロセスガスが、別の堆積チャンバ内に流入しないように防止するために使用されることができる。さらに他の実施形態では、ガスパージは、複数の堆積チャンバ１１０および１５２の少なくとも２つ間のエリアにおいて使用されることができる。ガスパージは、基板がガスパージを通して次の堆積チャンバに移動するにつれて、残留プロセスガスを基板から除去するために使用されることができる。
【００４２】
封入体は、動作モードに応じて、同期的または非同期的に動作し得る。段階的モードでは、キャリアは、キャリアが最後のステーションから除去され、プロセスがステーションを通して波及後、最後のステーション内に移動されることができる。別のモードでは、全てのキャリアは、あるステーションから次のステーションに同期的に移動する。さらに別のモードでは、最後のステーションは、取り出され、次いで、残りのキャリアが、同期的に次のステーションに向けられる。他の動作モードもまた、可能であり、そのモードにおいて、キャリアは、一式の連続的チャンバが、成長の一部を完了するために使用される一方、別の一式が、成長の別の部分を完了するために使用されるように、チャンバ間を双方向に移動する。最適動作モードは、プロセスおよび処理量に依存する。
【００４３】
複数の封入体のそれぞれは、少なくとも１つのガス入力ポートが、少なくとも１つのプロセスガスを個別の堆積チャンバ１１０および１５２に注入するように、少なくとも１つのＣＶＤプロセスガス源に結合されている少なくとも１つのガス入力ポートを含む。ガス流動フランジ３００（図２Ａおよび２Ｂ）は、本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステムと併用され得る、７５℃を上回る温度でＣＶＤプロセスガスを注入するために使用され得る、高温ガス入力ポートを含む複数のガス入力ポートを含むことができる。堆積チャンバ１１０および１５２の壁は、ガス入力ポート温度、またはそれを上回る温度まで加熱されることができる。高温ガス入力ポート温度の使用は、比較的に低い基板キャリア回転速度、比較的に高い動作圧力、比較的に低い流速、または望ましい基板キャリア回転速度、動作圧力、およびガス流速のいくつかの組み合わせの使用を可能にする。流動フランジの異なる構成が、各封入体内で使用されてもよい。例えば、これらは、回転円盤反応器、密接に結合されたシャワーヘッド状反応器、クロスフロー遊星反応器、空間または時間変調原子層エピタキシ反応器、プラズマまたはホットワイヤＣＶＤ反応器のために構成された流動フランジを含むことができる。一般に、インライン実装と適合可能な任意の反応器の種類を使用することができる。これは、最適な反応器構成が、特定の成長ステップのために使用される、うまく組み合わせられた方式を可能にする。本発明において有用である、他の種類の反応器設計および基板キャリア設計は、２０１１年４月７日出願の米国仮特許出願第６１／４７２，９２５号「Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」において見出されるものを含み、その内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００４４】
ＣＶＤプロセスガスは、マルチチャンバＣＶＤシステム１００に近接して位置することができるか、または遠隔場所に位置することができる。多くの実施形態では、ＭＯＣＶＤガス源等の複数のＣＶＤガス源が、ガス分散マニホールドを通して、複数の堆積チャンバ１１０および１５２のそれぞれのガス入力ポートに接続されるために利用可能である。マルチチャンバ堆積システム１００は、ガス分散マニホールドを構成することによって、堆積されている材料構造を変化させるように容易に構成されることができる。ガス分散マニホールドは、マニホールドにおいて、手動で構成されることができるか、または電気的に動作される弁およびソレノイドを起動することによって、遠隔で構成されることができる。そのような装置は、堆積される材料構造を変化させるように容易に再構成され得るため、研究および順応性のある生産環境に非常に好適である。全堆積チャンバのための源ガスを提供する共有アセンブリは、構成要素数およびコストを削減すると同時に、全チャンバへの源ガス送達の一貫性を改善する。そのようなアセンブリはまた、インライン精製機およびフィルタ等の高価な構成要素が共有されることを可能にする。システムはまた、ステーションの１つが故障する場合、予備ステーションとして使用され得る、源ガスとともに完全に構成されている冗長ステーションを含んでもよい。冗長ステーションは、現在システム内に積載されている基板上の全プロセスステップの完了を可能にする。生産中の未完成品（ＷＩＰ）が取り除かれた後、影響を受けたステーションは、点検されることができる。移送システムは、故障ステーションを迂回する手段を含んでもよい。ステーションの１つが故障するとき、ＷＩＰを復元するために使用される、多くの他の公知のシステム構造特徴が、本システム上に実装されることができる。
【００４５】
ガス入力ポートは、ＣＶＤガスが複数の基板の表面に到達するまで、ＣＶＤガスが反応しないように実質的に防止するガス分散ノズルを含むことができる。そのようなガス分散ノズルは、プロセスガスの反応が、堆積チャンバ１１０および１５２内の複数の基板の表面から離れて生じないように実質的に防止し、それによって、反応副産物が、処理されている基板の表面上に堆積される材料中に混入しないように防止するように構成される。
【００４６】
また、複数の封入体１０８のそれぞれは、少なくとも１つの排出ポートを含み、プロセスガスおよび反応副産物ガスを除去する。一実施形態では、リング形状排出ポート１２０が、プロセスガスおよび反応副産物ガスを除去するために使用される。少なくとも１つの排出ポート１２０が、排出マニホールドに結合される。真空ポンプは、排出マニホールドに結合される。真空ポンプが、排出マニホールドを真空化し、それによって、プロセスガスおよび反応副産物ガスを複数の堆積チャンバ１１０および１５２から除去する圧力差を生成する。排出ポートはまた、プロセスガスの反応が、堆積チャンバ１１０および１５２内の基板の表面から離れて生じないように実質的に防止し、それによって、堆積される膜の汚染を防止するように構成される。各チャンバに対するガス負荷に応じて、排出ポンプはまた、複数のチャンバにわたって共有されることができるが、但し、クロストークが存在せず、排出されているガスが、相互に適合可能であることを条件とする。
【００４７】
移送機構１０４は、１つ以上の処理ステップが、所定の時間の間、複数の封入体１０８のそれぞれ内で行なわれることを可能にする離散ステップにおいて、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれを複数の封入体１０８のそれぞれに移送する。本教示による離散ステップおよび移送機構の種類において、複数の堆積チャンバ１１０と１５２との間で複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを移送するための多数の手段が存在する。例えば、本教示による１つの種類の移送機構は、レールに沿って、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれを複数の封入体１０８のそれぞれに移送する。本教示による別の種類の移送機構は、トラック上において、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれを複数の封入体１０８のそれぞれに移送する。本教示による別の種類の移送機構は、例えば、コンベヤベルトを使用するコンベヤ式移送機構を用いて、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのそれぞれを複数の封入体１０８のそれぞれに移送する。そのような移送システムでは、レール、トラック、またはコンベヤシステム（ベルト、プッシュロッド、および磁気的に結合された駆動部（磁気線形モータ等）も含むことができる）は、電力を複数のヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂに提供するように設計することができる。加えて、そのような移送システムでは、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂのための回転および／または平行移動アセンブリ等の空気圧式に動作される構成要素のためのガスが、レール、トラック、またはコンベヤシステムから提供されることができる。
【００４８】
図１に示される移送機構１０４は、第１の封入体から第２の封入体への経路内において、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを移動させる。実際、典型的には、２つよりも多い堆積チャンバ１１０および１５２を形成する２つよりも多い基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂおよび封入体１０８が存在する。種々の実施形態では、移送機構１０４は、直線線形方向または湾曲方向に、基板キャリアを移送することができる。移送機構が、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを移送する経路は、開始場所と停止場所との間の直線経路または湾曲経路を有する開始場所および停止場所が異なる物理的場所にある、開放経路であることができる。代替として、移送機構１０４が複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを移送する経路は、経路の停止場所が単一の場所における経路の開始場所に戻る、閉鎖経路であることができる。種々の実施形態では、閉鎖経路は、非線形経路であることができ、例えば、限定されないが、円形、楕円形、または連続トラック（例えば、履帯）形状である。
【００４９】
多くの実施形態では、移送機構１０４は、一方向に、マルチチャンバＣＶＤ堆積システムを通して、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを移送する。しかしながら、他の実施形態では、移送機構は、第１の方向に、マルチチャンバＣＶＤ堆積システムを通して、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを移送し、次いで、第１の方向と反対の第２の方向に、マルチチャンバＣＶＤ堆積システム１００を通して逆移送する。
【００５０】
図１に示される実施形態では、処理のために、基板をマルチチャンバＣＶＤシステム１００内に挿入するための１つの基板積載／取り出しステーション１０２と、処理後、処理された基板をマルチチャンバＣＶＤシステム１００から除去するための別の基板積載／取り出しステーション１１２とが存在する。閉鎖経路を含む、本教示によるマルチチャンバＣＶＤシステム１００では、処理のために、基板をマルチチャンバＣＶＤシステム１００内に挿入し、処理後、処理された基板をマルチチャンバＣＶＤシステム１００から除去する単一基板積載／取り出しステーションが存在することができる。多くの実施形態では、基板積載／取り出しステーション１０２、１１２からの基板の取扱は、ロボット式移送機構によって自動化される。積載および取り出しステーションはまた、プロセス要件に応じて、点検または清掃のいずれかを行なうために、キャリアのシステムからの除去／システムへの追加のいずれかを行なうように機能する。例えば、Ａｓ／Ｐ系材料のＭＯＣＶＤ成長の場合、キャリアは、清掃が必要となる前に、複数回、再使用することができる一方、ＧａＮ系材料の成長の場合、各堆積サイクル後の清掃が、必要である。加えて、ユーザが、除去／置換および／または任意の他の種類の調節のために、プラテンまたはウエハキャリアにアクセスし得るように、１つ以上のアクセスステーションまたはポートが存在することができる。
【００５１】
本教示によるいくつかのマルチチャンバＣＶＤシステムは、ヒータを備える移送機構を含み、ヒータは、基板の成長表面と熱連通するように、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂに近接して配置されるか、またはそれと一体型である。そのようなシステムでは、ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂは、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂとともに移動する。基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂと一体型である抵抗ヒータのための電力は、移送機構によって提供されることができるか、または移動可能電力ケーブルによって提供されることができる。
【００５２】
本教示によるいくつかのシステムでは、複数の封入体のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの原位置測定デバイス１２４を備える。いくつかのシステムでは、複数の封入体のうちの少なくとも１つは、堆積の間、複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂ上に配置された基板の成長表面における温度を測定するパイロメーターを含むことができる。結果として生じる温度測定値は、基板の表面における所望の成長温度を維持するために、フィードバックをヒータ制御回路に提供するために使用することができる。また、いくつかのシステムでは、複数の封入体１１０および１５２のうちの少なくとも１つは、堆積される膜の厚さおよび／または成長速度を測定する反射率計を含む。反射率計は、基板の成長表面における温度、プロセスガス流速、ならびに堆積チャンバ１１０および１５２内の圧力等の種々の堆積パラメータを制御するフィードバック信号を提供することができる。付加的原位置測定デバイス１２４は、一般に、半導体産業において使用される他の計測ツールを含み、例えば、堆積の間、ウエハの曲率を測定するために使用することができるたわみ計、エリプソメータ、光ルミネセンス分光計、反射率計、組み合わせパイロメーター／反射率計、組み合わせられたたわみ計／反射率計／温度ツール、およびエレクトロルミネセンス分光計、ならびに同等物が挙げられる。組み合わせパイロメーター／反射率計は、例えば、米国特許第６，３４９，２７０号に開示されるものであることができる。組み合わせられたたわみ計、反射率計、および温度ツールは、Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＤＲＴ−２１０原位置プロセスモニタとして利用可能である。
【００５３】
図２Ａは、本教示による堆積チャンバ２００の一実施形態の側面図を図示し、堆積チャンバ２００は、封入体２０２を基板キャリア２０４の上で移動させることによって形成される。本実施形態では、基板キャリア２０４は、垂直方向に固定される。例えば、基板キャリア２０４は、水平方向に、マルチチャンバ堆積システム１００（図１）を通して、基板キャリア２０４（スピンドル２４０によって支持される）を移送するトラック、レール、またはコンベヤ式移送システム（ベルト、プッシュロッド、および磁気的に結合された駆動部（磁気線形モータ等）も含むことができる）に取り付けることができる。アクチュエータ２０６は、垂直方向に、基板キャリア２０４の上で封入体２０２を平行移動させ、堆積チャンバ２０８を形成する。封入体２０２は、移送システム２１０と界面接触し、プロセス化学作用を堆積チャンバ２０８内に含むシールを形成する。いくつかのシステムでは、移送システム２１０は、移送システム１０４の上部表面の上部またはその中に形成されたガスシールを含む。１つの特定の実施形態では、移送システム２１０は、上部表面中に形成されたＯリング型溝を含むコンベヤ式移送システムであり、封入体２０２の底部縁が、直接、Ｏリング型溝に接触し、Ｏリングフランジ、またはガスケットを圧縮し、それによって、堆積チャンバ２０８内にプロセスガスを実質的に含むガスシールを形成する。
【００５４】
図２Ｂは、本教示による堆積チャンバ２５０の一実施形態の側面図を図示し、堆積チャンバ２５０は、基板キャリア２５２を封入体２５４中に移動させることによって形成される。本実施形態では、封入体２５４は、非移動可能正面、背面、および側壁、ならびにガス流動フランジ３００によって画定された天井から形成される。封入体２５４等の封入体は、アセンブリエリア内の種々の場所に配置されることができ、垂直かつ水平であるように、垂直方向および水平方向の両方に固定される。アクチュエータ２６２は、基板キャリア２５２が、封入体２５４の下に適切に整列されるまで、基板キャリア２５２を水平方向に平行移動させる。次いで、アクチュエータ２５６は、垂直方向に、基板キャリア２５２を封入体２５４内に移動させ、堆積チャンバ２５８を形成する。いくつかのシステムでは、基板キャリア２５２を支持するスピンドル２６０は、垂直方向に、封入体２５４内に移動され、堆積チャンバ２５８を形成する。これらのシステムでは、移送システム２６２は、固定場所にあることができる。また、いくつかのシステムでは、基板キャリア２５２を支持する移送システム２６２は、基板キャリア２５２が、封入体２５４内に配置され、堆積チャンバ２５８を形成するように、垂直方向に移動される。封入体２５４は、移送システム２６０と界面接触し、プロセス化学作用を堆積チャンバ２５８内に含むシールを形成する。移送システム２６０は、実質的に、プロセスガスを含む移送システム２６０の上部表面の上部またはその中に形成されたＯリング、フランジ、またはガスケットシール等のガスシールを含む。
【００５５】
再び、図１を参照すると、当業者は、本教示による複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂを封入するための種々の他の手段ならびに構成が存在し、複数の封入体１０８と複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂとが、界面接触し、複数の堆積チャンバ１１０および１５２を形成することを理解する。例えば、一構成では、複数の封入体１０８のうちの少なくとも１つならびに複数の基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂの対応する１つは両方とも、複数の堆積チャンバ１１０および１５２のうちの少なくとも１つを形成するために、相互に対して移動可能である。
【００５６】
図４は、図１に示される実施形態の側面図を示し、封入体１０８は、陥凹１７０内に持ち上げられる。そうすることによって、チャンバ１１０および１５２は、反応ガスがパージされ、筐体１０６内の圧力が、平衡化され、それによって、基板キャリア１１４Ａおよび１１４Ｂが、その個別のサセプタ１１６Ａおよび１１６Ｂ、基板キャリアアセンブリ１１８Ａおよび１１８Ｂ、スピンドル１４０Ａおよび１４０Ｂ、ならびにある場合には、ヒータ支持部１４２Ａおよび１４２Ｂを伴うヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂとともに、筐体１０６内の移送機構１０４によって、所望のプロセスにおける次のステップに移動され得る。
【００５７】
図５は、別の特定のモードにおける、図１におけるマルチチャンバＣＶＤシステムの実施形態の側面図を図示する。側面図は、基板キャリア１１４Ｂが、その個別のサセプタ１１６Ｂ、基板キャリアアセンブリ１１８Ｂ、スピンドル１４０Ｂ、およびある場合には、ヒータ支持部１４２Ｂを伴うヒータ１２２Ｂとともに、堆積チャンバ１５２から基板取り出しステーション１１２内に移動され、基板キャリア１１４Ａが、その個別のサセプタ１１６Ａ、基板キャリアアセンブリ１１８Ａ、スピンドル１４０Ａ、およびある場合には、ヒータ支持部１４２Ａを伴うヒータ１２２Ａとともに、さらなる処理のために、堆積チャンバ１１０から堆積チャンバ１５２内に移動されていることを示す。
【００５８】
図６は、本教示の実施形態の側面図を示し、堆積チャンバｉ、ｉ＋１、ｉ＋２、およびｉ＋３は、プロセスガスがパージされ、それらのエリア内の圧力が、平衡化されている。所望に応じて、キャリア（単数または複数）が、チャンバのうちの１つから移動されていても、特定プロセス条件が、維持される必要がある場合、ガスカーテンが、堆積チャンバｉおよびｉ＋１の間、ｉ＋１およびｉ＋２の間、ならびにｉ＋２およびｉ＋３の間で使用されることができる。複数の基板キャリア１１４ｉ、１１４ｉ＋１、および１１４ｉ＋２は、その個別のサセプタ１１６ｉ、１１６ｉ＋１、および１１６ｉ＋２、基板キャリアアセンブリ１１８ｉ、１１８ｉ＋１、および１１８ｉ＋２、スピンドル１４０ｉ、１４０ｉ＋１、および１４０ｉ＋２、ならびにある場合には、ヒータ支持部１４２ｉ、１４２ｉ＋１、および１４２ｉ＋２を伴うヒータ１２２ｉ、１２２ｉ＋１、および１２２ｉ＋２とともに、基板移送機構１０４によって、それぞれ、堆積チャンバｉ、ｉ＋１、およびｉ＋２から移動されるプロセスにある。本事例では、封入体１０８ｉ、１０８ｉ＋１、１０８ｉ＋２、および１０８ｉ＋３は、その個別の陥凹１７０ｉ、１７０ｉ＋１、１７０ｉ＋２、および１７０ｉ＋３内に持ち上げられている。基板キャリア１１４が、その次の堆積チャンバ内に、例えば、基板キャリア１１４ｉが、サセプタ１１６ｉ、基板キャリアアセンブリ１１８ｉ、スピンドル１４０ｉ、およびある場合には、ヒータ支持部１４２ｉを伴うヒータ１２２ｉとともに、チャンバｉ＋１内に、基板キャリア１１４ｉ＋１が、サセプタ１１６ｉ＋１、基板キャリアアセンブリ１１８ｉ＋１、スピンドル１４０ｉ＋１、およびある場合には、ヒータ支持部１４２ｉ＋１を伴うヒータ１２２ｉ＋１とともに、チャンバｉ＋２内に、ならびに基板キャリア１１４ｉ＋２が、サセプタ１１６ｉ＋２、基板キャリアアセンブリ１１８ｉ＋２、スピンドル１４０ｉ＋２、およびある場合には、ヒータ支持部１４２ｉ＋２を伴うヒータ１２２ｉ＋２とともに、チャンバｉ＋３内に適切に整列されると、封入体１０８ｉ、１０８ｉ＋１、１０８ｉ＋２、および１０８ｉ＋３が、所望のプロセスにおける次の堆積ステップが行なわれ得るように、陥凹１７０ｉ、１７０ｉ＋１、１７０ｉ＋２、および１７０ｉ＋３から降下され、チャンバｉ、ｉ＋１、ｉ＋２、およびｉ＋３を密閉することができる。
【００５９】
本教示によるＣＶＤ処理システムにおいて使用されるプロセスガスは、基板キャリアに対して任意の角度において、堆積チャンバ内に注入されることができる。本教示によるいくつかのＣＶＤ処理システムは、基板キャリアの表面に実質的に垂直である、垂直方向に、プロセスガスを注入する。これらのシステムでは、プロセスガスは、本明細書に論じられるように、ガス流動フランジ３００を介して、注入されることができる。本教示による他のＣＶＤプロセスシステムでは、プロセスガスは、基板キャリアの表面に実質的に平行である方向にガスが流動する水平方向に注入される。例えば、本教示のＣＶＤ処理システムの一特定の実施形態は、図７Ａおよび７Ｂに描写されるように、水平または並列ガス注入システムを使用する。
【００６０】
図７Ａは、本教示による堆積チャンバ４００の一実施形態の側面図を図示し、堆積チャンバ４００は、封入体４０２を基板キャリア３０４の上で移動させることによって形成される。本実施形態では、基板キャリア３０４は、垂直方向に固定される。例えば、基板キャリア３０４は、水平方向に、マルチチャンバ堆積システム１００（図１）を通して、基板キャリア３０４（スピンドル３４０によって支持される）を移送するトラック、レール、またはコンベヤ式移送システム（ベルト、プッシュロッド、および磁気的に結合された駆動部（磁気線形モータ等）も含むことができる）に取り付けることができる。アクチュエータ４０６は、垂直方向に、基板キャリア３０４の上で、封入体４０２を平行移動させ、堆積チャンバ３０８を形成する。封入体４０２は、移送システム３１０と界面接触し、プロセス化学作用を堆積チャンバ３０８内に含むシールを形成する。いくつかのシステムでは、移送システム３１０は、移送システム３１０の上部表面の上部またはその中に形成されたガスシールを含む。１つの特定の実施形態では、移送システム３１０は、上部表面内に形成されたＯリング型溝を含む、コンベヤ式移送システムであり、封入体４０２の底部縁が、直接、Ｏリング型溝に接触し、Ｏリング、フランジ、またはガスケットを圧縮し、それによって、プロセスガスを堆積チャンバ３０８内に実質的に含むガスシールを形成する。
【００６１】
プレート４２０は、基板キャリア３０８の上部から適切な距離に定置され得る十分な数の水平に装着された管（例えば、管４１２、４１４、および４１６（全管が識別されていない））を含有する。チャンバ３０８内の配列に応じて、管４１２、４１４、および４１６はそれぞれ、チャンバ３０８内で行なわれているＭＯＣＶＤプロセスに応じて、前駆体ガスまたはキャリアガスを搬送することができる。多くの事例では、不活性ガスを搬送する管は、キャリアガスを搬送する管と反応ガスを搬送する管との間に定置される。基板キャリア３０４の上部表面に向いた管の底部に定置された孔または細隙は、ガスが、キャリア３０４に向かって流動することを可能にする。
【００６２】
図７Ｂは、図７Ａに示される堆積チャンバ（多くのチャンバ部分が除去されている）の（図７Ａに示されるように、Ａ方向に）上から見下ろした図を図示する。堆積チャンバの上から見下ろした図は、管４１２、４１４、および４１６を有する、プレート４２０の一実施形態を示す。管４１２、４１４、および４１６内の矢印は、その中のガス流動の概括的方向を示す。当業者は、ガスの指向性流動が、事前に形成されている特定のＣＶＤプロセスに応じて、変化され得ることを理解する。ガスは、所望のエピタキシャル構造が、基板キャリア３０４が回転するにつれて、ウエハ上に成長されるように、適切な流速で放出される。水平モードにおいて、エピタキシャル構造成長の均一性を向上させるために、ウエハは、概して、遊星運動において、その軸を中心として、回転する必要があり、ウエハが取り付けられるウエハキャリアが、第１の速度で回転させられると同時に、第２の速度において、ウエハをそれら自身まわりに（そのウエハ座部内で）回転させ、それによって、ウエハキャリア内にウエハの遊星運動をもたらす。そのようなシステムは、遊星歯車システム、ウエハキャリアを回転させるモータ駆動部、およびその上に定置されるウエハを使用することを提案されている。当業者は、ある状況では、基板キャリア３０４が、回転する必要がないことを理解する。
【００６３】
図８は、本教示による水平流動ガス注入器ＣＶＤシステム５００の別の変形例の斜視上面図を図示する。水平流動ガス注入器５００は、プレート４２０ならびに管４１２、４１４、および４１６によって提供されるガス流動の代わりに、またはそれを補完するために、使用されることができる。ＣＶＤシステム５００は、プラテン５１０の平面に前駆体ガスおよび不活性ガス（すなわち、プロセスチャンバ内への水平流動）を注入する円形ガス注入器５０４、５０６、および５０８を含む。第１の円形ガス注入器５０４は、第１の前駆体ガス源５１２に結合される。第２の円形ガス注入器５０６は、不活性ガス源５１４に結合される。第３の円形ガス注入器５０８は、第２の前駆体ガス源５１６に結合される。いくつかの事例では、第１および第３の円形ガス注入器５０４、５０８もまた、キャリアガス源に結合される。第１の円形ガス注入器５０４は、第１の前駆体ガスを第１の水平領域５１８内に注入する。第３の円形ガス注入器５０８は、第２の前駆体ガスを第２の水平領域５２０内に注入する。円形電極５２２は、第１の前駆体ガス分子が、円形電極５２２と接触して、またはそれに近接して、流動するように、第１の水平領域５１８内に配置される。物理的障壁または化学障壁が、円形電極５２２を第２の前駆体ガス分子の流動から隔離するために、第１の水平領域５１８と第２の水平領域５２０との間に配置されることができる。
【００６４】
いくつかの事例では、バッフルが、円形電極５２２の上方に配置され、第１の前駆体ガス分子がプラテン５１０に流動するにつれて、電極５２２によって熱的に活性化されないように実質的に防止する。いくつかの事例では、ガスカーテンが、第１および第２の水平領域５１８および５２０を分離するために使用される。これらのシステムでは、第２の円形ガス注入器５０６は、第２の前駆体ガス分子が円形電極５２２によって活性化されないように実質的に防止するパターンにおいて、不活性ガスを第１の水平領域５１８と第２の水平領域５２０との間に注入する。
【００６５】
ＣＶＤシステム５００を動作させる方法は、第１の前駆体ガスを第１の円形ガス注入器５０４を用いて注入することと、第２の前駆体ガスを第３の円形ガス注入器５０８を用いて注入することとを含む。不活性ガスが、第１の水平領域５１８と第２の水平領域５２０との間に、第２の円形ガス注入器５０６を用いて注入され、第２の前駆体ガス分子が、円形電極５２２によって活性化されないように防止する化学障壁を形成する。円形電極５２２が、電力供給源２２０によって給電されると、円形電極５２２は、第１の円形ガス注入器５０４によって注入された第１の前駆体ガス分子を熱的に活性化し、その第１の前駆体ガス分子は、円形電極５２２と接触して、またはそれに近接して流動する。活性化された第１の前駆体ガス分子および第２の前駆体ガス分子は、次いで、基板５２４の表面の上を流動し、それによって、エピタキシャル層を形成するように反応する。パージガスもまた、必要に応じて、添加され（例えば、封入体に隣接して、またはキャリアの下方に）、これらの領域から寄生堆積を排除することができる。寄生堆積は、メモリ効果、粒子汚染、流動阻止、および有害物質の蓄積をもたらし得、これらは全て、望ましくないＣＶＤの副次的影響である。
【００６６】
図９は、本教示による水平流動ガス注入器ＣＶＤシステムの別の変形例の側面図を図示する。基板キャリア１８２は、サセプタ１８６および基板キャリアアセンブリ１８４を含む。サセプタ１８６および基板キャリアアセンブリ１８４を含む基板キャリア１８２は、前述のように、遊星式キャリアであり、典型的には、熱エネルギーが、容易に、ヒータ１９２から基板に伝達されるように、高温で高い熱伝導性を有する材料から作製される。スピンドル１４０は、前述のように、サセプタ１８６を支持し、スピンドル１４０は、移送機構１０４に接続される。チャンバ１９８は、基板キャリア１８４を封入体１９０内に移動させることによって形成され、封入体１９０は、非移動可能正面、背面、および側壁、ならびにマルチ区域シャワーヘッド１８８によって画定された天井から形成される。封入体１９０等の封入体は、アセンブリエリア内の種々の場所に配置されることができ、垂直および水平であるように、垂直方向および水平方向の両方において固定される。
【００６７】
封入体１９０は、形成された位置に示される。図２Ｂに開示される実施形態と同様に、アクチュエータ１０４は、基板キャリア１８２が、封入体１９０下に適切に整列されるまで、基板キャリア１８２を水平方向に平行移動させる。次いで、アクチュエータ（図示せず）は、垂直方向に、基板キャリア１８２を封入体１９０内に移動させ、堆積チャンバ１９８を形成する。本システムはまた、図２Ｂに関して前述のように、付加的様式において、移動されることができる。適切なシールが、定位置に置かれ、プロセスガスの漏出を防止する。
【００６８】
本システムの一部として、プロセスガスの２つの異なる配列が、示されたが、当業者は、水平方式において、プロセスガスをチャンバ１９８内に導入するために、多くの他の配列が存在することを理解する。プロセスガスは、注入器２２２において、３つのガスＡ、Ｂ、およびＣを含む配列１９４から、チャンバに流入することができる。排出口１８０は、チャンバ１９８の上に中心に位置し、気相核生成を防止または低減させるように加熱され、チャンバ内におけるガス流動の滞留を回避するのに役立つ。プロセスガスはまた、注入器２２４において、３つのガスＤ、Ｅ、およびＦを含む配列１９６から、チャンバに流入することができる。注入器２２２または２２４は、３つの区域の周縁型注入器であり、それは、制御されたプロセスガスの予混合、アンモニアの予熱および他の不活性ガスを提供し、チャンバ壁からチャンバの中心へのガスの半径方向流動をもたらすことができる。
【００６９】
いくつかのシステムでは、ある前駆体またはキャリアガスは、キャリア表面に実質的に垂直方向に、注入され、別の前駆体またはキャリアガスは、キャリア表面に実質的に平行方向に注入されることが有利であり得る。
【００７０】
本教示のマルチチャンバ堆積システムの特徴の１つは、非常に高い処理量を有し得、したがって、特に、大量生産用途に好適であることである。複数の堆積チャンバのそれぞれが、特定の層構造を特定の厚さまで成長させるために最適化され得るため、高い処理量を得ることができる。ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂが、堆積チャンバ１１０および１５２の内側またはそれに近接して固定される実施形態では、ヒータ１２２Ａおよび１２２Ｂは、基板の成長表面をその所望の温度まで加熱する狭い温度範囲内で動作されることができる。そのようなシステムでは、成長表面がその所望の成長温度に到達するためにかかる時間は、最小限にされることができる。
【００７１】
本教示のマルチチャンバ堆積システムの別の特徴は、異なる材料層構造を堆積するように、容易に再構成され、また、研究および試験環境に非常に好適であることである。本教示のマルチチャンバ堆積システムの別の特徴は、基板がそれぞれ、実質的に同一のプロセス条件に曝されるため、システムが、非常に再現性があることである。各チャンバに対する固有のプロセス安定性は、各チャンバが、プロセスステップのサブセットに割り当てられるため、改善される。以前のステップからの残留ガス汚染に敏感な異種プロセスステップが同一のチャンバ内で行なわれるときに生じ得るクロストークおよびメモリ効果は、本質的に、本教示のインライン構造において回避することができる。
【００７２】
本教示のマルチチャンバ堆積システムのさらに別の特徴は、システムが、複数の堆積チャンバ１１０および１５２内の基板上に堆積された層の原位置特性評価を行なうように容易に構成されることができることである。当業者は、多数の種類の原位置測定デバイスが、複数の堆積チャンバ１１０内または複数の堆積チャンバ１１０と１５２との間において、堆積された膜を特性評価するために使用されることができることを理解する。測定はまた、原位置測定デバイスを含む短い区画を含むことによって、基板が複数のチャンバを横切る場合に行なわれてもよい。
【００７３】
一般に、本教示によるマルチチャンバ化学気相堆積システムを使用して、複数のエピタキシャル層を基板上に形成する方法は、第１の場所において、少なくとも１つの基板を備える第１の回転可能基板キャリアを封入し、化学気相堆積プロセス化学作用環境であり得る第１の独立した環境を維持する第１の堆積チャンバを形成することを含む。第１の基板キャリアを封入し、第１の堆積チャンバを形成することは、封入体を第１の基板キャリアの上で移動させ、第１の堆積チャンバの内側の第１の化学気相堆積プロセス化学作用を隔離することを含むことができる。第１の基板キャリアを封入し、第１の堆積チャンバを形成することはまた、第１の基板キャリアを封入体またはチャンバ内に移動させ、第１の堆積チャンバの内側の第１の化学気相堆積プロセス化学作用を隔離することを含むことができる。代替として、第１の基板キャリアを封入し、第１の堆積チャンバを形成することは、ガスカーテンを形成し、第１の化学気相堆積プロセス化学作用を隔離することを含むことができる。
【００７４】
第１のエピタキシャル層は、第１の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を有する第１の場所において、第１の堆積チャンバ内の少なくとも１つの基板上に成長される。第１のエピタキシャル層を少なくとも１つの基板上に成長させる任意の手段が、使用されることができる。第１の堆積チャンバの内側または外側に配置されたヒータは、少なくとも１つの基板の成長表面を加熱するために使用される。少なくとも１つのＣＶＤプロセスガスは、化学気相堆積によって所望の膜の堆積をもたらす流速において、第１の堆積チャンバに提供される。少なくとも１つのＣＶＤプロセスガスは、少なくとも１つのＭＯＣＶＤガスであることができる。
【００７５】
第１の基板キャリアは、第１のエピタキシャル層が、第２の場所において成長された後、移送される。いくつかの方法では、第１の基板キャリアと関連付けられたヒータは、第１の基板キャリアとともに移送される。第１の基板キャリアは、トラック、レール、またはコンベヤ式機構（ベルト、プッシュロッド、および磁気的に結合された駆動部（磁気線形モータ等）も含むことができる）に沿った移送手段のような多数の手段によって移送されることができる。第１の基板キャリアは、次いで、第２の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を維持する第２の堆積チャンバを形成するように封入される。
【００７６】
第２のエピタキシャル層は、第２の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を有する第２の場所において、第２の堆積チャンバ内の第１のエピタキシャル層の上部に成長される。第２のエピタキシャル層を少なくとも１つの基板上に成長させるための任意の手段が、使用されることができる。第２の堆積チャンバの内側または外側に配置されたヒータは、少なくとも１つの基板の成長表面およびＣＶＤプロセスガスを加熱するために使用される。
【００７７】
また、（基板を積載された）基板キャリアが、あるチャンバから別のチャンバに移動される前に、各移送シーケンス内、すなわち、各チャンバ内に、複数のエピタキシャル層または層の積層を堆積させることも可能である。
【００７８】
少なくとも１つのＣＶＤプロセスガスが、化学気相堆積によって所望の膜の堆積をもたらす流速において、第２の堆積チャンバに提供される。少なくとも１つのＣＶＤプロセスガスは、少なくとも１つのＭＯＣＶＤガスであることができる。本方法は、所望のＣＶＤガスを第１および第２の堆積チャンバのそれぞれに提供するように、ガス分散マニホールドを構成するステップを含むことができる。
【００７９】
マルチチャンバ化学気相堆積システムを使用して、複数のエピタキシャル層を基板上に形成する方法は、第２の回転可能基板キャリアを用いて継続される。第１の場所において、少なくとも１つの基板を備える第２の回転可能基板キャリアは、第１の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を維持する第１の堆積チャンバを形成するように封入される。第１のエピタキシャル層は、次いで、第１の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を有する第１の場所において、第１の堆積チャンバ内の第２の基板キャリア上に配置された基板上に成長される。第１および第２の基板キャリア上の少なくとも１つの基板は、典型的には、時間的に同時に処理される。
【００８０】
本方法は、第２のエピタキシャル層が成長された後、第３の場所に第１の基板キャリアが移送されることによって継続される。少なくとも１つの基板を備える第１の回転可能基板キャリアは、次いで、第３の場所において封入され、第３の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を維持する第３の堆積チャンバを形成する。いくつかの方法では、第３の基板キャリアと関連付けられたヒータは、第３の基板キャリアとともに移送される。第２の回転可能基板キャリアは、第２の場所に移送され、第２の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を維持する第２の堆積チャンバを形成するように封入される。第３の回転可能基板キャリアは、第１の場所に移送され、第１の独立した化学気相堆積プロセス化学作用を維持する第１の堆積チャンバを形成するように封入される。第１、第２、および第３の基板キャリアの移送は、同時に行なわれることができる。加えて、堆積は、第１、第２、および第３の堆積チャンバ内で同時に行なわれることができる。本方法は、第４および追加の基板キャリアに対して継続される。前述のように、全チャンバが、類似しなくてもよく、またはＣＶＤプロセスのために使用されなくてもよい。いくつかのチャンバは、キャリアの焼成／加熱、プロセスステップ前または後のアニーリング、プロセスシーケンスの終了時の冷却、またはプロセスステップ前または後のまたは表面修飾ステップの専用にされてもよい。
【００８１】
本教示による他の方法およびシステムでは、基板キャリアは、回転可能キャリアではない。当業者は、本明細書に前述の本教示によるそのようなシステムにおいて、またはそのような方法によって、エピタキシャル層を堆積および成長させる方法を理解する。
【００８２】
本教示によるいくつかの方法では、堆積された材料層特性の原位置測定が、堆積の間、行なわれる。例えば、原位置高温測定は、第１および第２のエピタキシャル層のうちの少なくとも１つを成長させる間に行われ、基板の表面における成長温度を監視することができる。加えて、原位置反射率計は、堆積される膜の膜厚および／または成長速度を測定するように、事前に形成されることができる。
【００８３】
（均等物）
本出願人の教示が、種々の実施形態と併せて説明されたが、本出願人の教示が、そのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に成され得る、種々の代替、修正、および均等物を包含する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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