(57)【要約】      （修正有）【課題】非常に薄い膜を表面にめっきする方法である原子層めっきにおいて前駆物質ガスの望ましくない凝縮を回避し、プロセスが高速のサイクル時間で実施できる装置とプロセスを提供する。【解決手段】前駆物質ガスを受け入れるための入口と、出口配管を通して排気ポンプに連結されている少なくとも１つの出口とを含んでいるプロセス反応器チャンバと、入口と連結されている、第１前駆物質ガスを受け入れる第１前駆物質ガス弁と、入口と連結されている、第２前駆物質ガスを受け入れる第２前駆物質ガス弁と、第１前駆物質ガス弁と連結されている第１バイパス導管と、第２前駆物質ガス弁と連結されている第２バイパス導管と、を備えており、第１バイパス導管と第２バイパス導管とは、出口配管と分離されている、原子層めっき装置および前駆ガスを適切に切り替える方法。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前駆物質ガスを受け入れるための入口と、出口配管を通して排気ポンプに連結されている少なくとも１つの出口とを含んでいるプロセス反応器チャンバと、
前記入口と連結されている、第１前駆物質ガスを受け入れる第１前駆物質ガス弁と、
前記入口と連結されている、第２前駆物質ガスを受け入れる第２前駆物質ガス弁と、
前記第１前駆物質ガス弁と連結されている第１バイパス導管と、
前記第２前駆物質ガス弁と連結されている第２バイパス導管と、を備えており、
前記第１バイパス導管と前記第２バイパス導管とは、前記出口配管と分離されている、原子層めっき装置。
【請求項２】
前記第１前駆物質ガス弁と前記第２前駆物質ガス弁は、それぞれ３方向弁である、請求項１に記載の原子層めっき装置。
【請求項３】
前記第１前駆物質ガス弁と第２前駆物質ガス弁はそれぞれ、２つの２方向弁を含んでいる、請求項１に記載の原子層めっき装置。
【請求項４】
前記第１バイパス導管と前記第２バイパス導管は、互いに分離されている、請求項１に記載の原子層めっき装置。
【請求項５】
前記処理チャンバ内に配置されている、長手方向に動かすことのできる基板保持装置を更に備えている、請求項１に記載の原子層めっき装置。
【請求項６】
前記チャンバはサブチャンバを含んでおり、前記少なくとも１つの出口は、サブチャンバ内に配置されている、請求項１に記載の原子層めっき装置。
【請求項７】
前記基板保持装置は、真空保持システムを備えている、請求項５に記載の原子層めっき装置。
【請求項８】
前記真空保持システムは、少なくとも１つの貫通穴を有するプレート部材に接続されている中空シャフトを含んでいる、請求項７に記載の原子層めっき装置。
【請求項９】
前記プロセス反応器チャンバへの前記入口に連結されている、パージガスを受け入れる弁を更に備えている、請求項１に記載の原子層めっき装置。
【請求項１０】
原子層めっきチャンバへ前駆物質ガス送るための方法において、
チャンバ入口とチャンバ出口とを有するプロセス反応器チャンバ内の基板保持装置上に基板を配置する段階と、
仕切弁を閉じることにより、前記チャンバを分離する段階と、
前記基板保持装置を長手方向上方向に動かし、前記チャンバと真空ポンプとの間に高いコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバ内の圧力を下げる段階と、
前記基板保持装置を長手方向下方向に動かし、前記チャンバと前記真空ポンプとの間に最小のコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバを前記真空ポンプから分離する段階と、
第１前駆物質ガスを、前記チャンバ入口に連結されているチャンバ送出位置を有している第１ガス弁のバイパス位置の入口へ流す段階と、
前記第１ガス弁を前記チャンバ送出位置に切り替えて、前記第１前駆物質ガスを前記ガス弁から前記チャンバ入口へ送る段階と、
前記第１ガス弁を前記第１ガス弁の前記バイパス位置の前記入口へ切り替える段階と、
前記基板保持装置の位置を長手方向上方向に動かし、前記チャンバと前記真空ポンプとの間に高いコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバ内の圧力を下げる段階と、
前記基板保持装置を長手方向下方向に動かし、前記チャンバと前記真空ポンプとの間に最小のコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバを前記真空ポンプから分離する段階と、
第２前駆物質ガスを、前記チャンバ入口に連結されているチャンバ送出位置を有している第２ガス弁のバイパス位置の前記入口へ流す段階と、
前記第２ガス弁を前記チャンバ送出位置に切り替えて、前記第２前駆物質ガスを前記第２ガス弁から前記チャンバ入口へ送る段階と、
前記第２ガス弁を前記第２ガス弁の前記バイパス位置の前記入口へ切り替える段階と、から成り、
前記第２前駆物質ガスは、全充填量のパージガスで前記チャンバを事前に洗浄することなく前記チャンバ入口に送られる、方法。
【請求項１１】
前記第１前駆物質ガス弁と前記第２前駆物質ガス弁は、それぞれ３方向弁である、請求項１０に記載の原子層めっきチャンバに前駆物質ガスを送るための方法。
【請求項１２】
前記第１前駆物質ガス弁と前記第２前駆物質ガス弁はそれぞれ、２つの２方向弁を含んでいる、請求項１０に記載の原子層めっきチャンバに前駆物質ガスを送るための方法。
【請求項１３】
原子層めっきチャンバへ前駆物質ガス送るための方法において、
チャンバ入口とチャンバ出口を有するプロセス反応器チャンバ内の基板保持装置上に基板を配置する段階と、
仕切弁を閉じることにより、前記チャンバを分離する段階と、
前記基板保持装置を長手方向上方向に動かし、前記チャンバと真空ポンプとの間に高いコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバ内の圧力を下げる段階と、
前記基板保持装置を長手方向下方向に動かし、前記チャンバと前記真空ポンプとの間に最小のコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバを前記真空ポンプから分離する段階と、
第１前駆物質ガスを、前記チャンバ入口に連結されているチャンバ送出位置を有している第１ガス弁のバイパス位置の入口へ流す段階と、
前記第１ガス弁を前記チャンバ送出位置に切り替えて、前記第１前駆物質ガスを前記ガス弁から前記チャンバ入口へ送る段階と、
前記第１ガス弁を前記第１ガス弁の前記バイパス位置の前記入口へ切り替える段階と、
前記基板保持装置を長手方向上方向に動かし、前記チャンバと前記真空ポンプとの間に高いコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバ内の圧力を下げる段階と、
パージガスを前記チャンバ入口に流して、前記チャンバを通して全充填量より少ない量のパージガスを流し、前記チャンバから残っている前記第１ガスを洗い流す段階と、
前記基板保持装置の位置を長手方向上方向に動かし、前記チャンバと前記真空ポンプとの間に高いコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバ内の圧力を下げる段階と、
前記基板保持装置を長手方向下方向に動かし、前記チャンバと前記真空ポンプとの間に最小のコンダクタンスの接続を作り出すことにより、前記チャンバを前記真空ポンプから分離する段階と、
第２前駆物質ガスを、前記チャンバ入口に連結されているチャンバ送出位置を有している第２ガス弁のバイパス位置の前記入口へ流す段階と、
前記第２ガス弁を前記チャンバ送出位置に切り替えて、前記第２前駆物質ガスを前記第２ガス弁から前記チャンバ入口へ送る段階と、
前記第２ガス弁を前記第２ガス弁の前記バイパス位置の前記入口へ切り替える段階と、
前記チャンバから残っている前記第２ガスを洗い流せる圧力で、パージガスを前記チャンバ入口へ流す段階と、から成る方法。
【請求項１４】
前記パージガスは、窒素とアルゴンから成るグループから選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１前駆物質ガス弁と第２前駆物質ガス弁は、それぞれ３方向弁である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１前駆物質ガスは、Ｓｉ2Ｃｌ6とＴｉＣｌ4から成るグループから選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２前駆物質ガスは、ＮＨ3と活性ＮＨ3から成るグループから選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１前駆物質ガスは、Ｓｉ2Ｃｌ6とＴｉＣｌ4から成るグループから選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２前駆物質ガスは、ＮＨ3と活性ＮＨ3から成るグループから選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２前駆物質ガスは、Ｓｉ2Ｃｌ6とＮＨ3、ＴｉＣｌ4とＮＨ3、及びＳｉ2Ｃｌ6と活性ＮＨ3から成るグループから選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記パージガスを、２秒未満の間、１標準リットル毎分までの流量で、前記チャンバへ流す段階を含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層めっきに関する。厳密には、本発明は、原子層めっきプロセスが高速のサイクル時間で実施できるように、単原子層を形成するのに使用される種を含む前駆物質ガスを迅速に変更することのできる装置とプロセスを提供する。
【背景技術】
【０００２】
原子層めっき(atomic layer deposition)は、非常に薄い膜を表面にめっきする方法である。個々の前駆物質ガスは、前駆物質を気体相で混ぜ合わせることなく逐次的に、一般的にはウェーハである表面上に律動的に送られる。各前駆物質ガスは、前記表面と反応して、一時に一層だけが表面にめっきされるやり方で原子層を形成する。
【０００３】
所望の表面以外の領域で前駆物質ガスが目詰まりしたり反応したりしないようにするために、異なる前駆物質ガスを使用する合間には、パージガスとしてアルゴンや窒素のような不活性ガスが用いられる。例えば、Ｓｉ2Ｃｌ6とＮＨ3、ＴｉＣｌ4とＮＨ3、及び、Ｓｉ2Ｃｌ6と活性ＮＨ3が、一般的に用いられる前駆物質である。
【０００４】
残念なことに、或る前駆物質ガスの流れを、別の前駆物質ガスを導入できるようにするために遮断すると、特に不安定な前駆物質を使用している場合は、凝縮に関わる問題の生じることがある。
【０００５】
従って、凝縮を低減し、所望の表面以外の領域での前駆物質ガスの目詰まりと反応を回避し、ガスの乱流を最小化し、高速のサイクル時間を提供できる原子層めっき装置とプロセスが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、前駆物質ガスの望ましくない凝縮を回避する原子層めっき装置(atomic layer deposition arrangement)とプロセスを提供することである。
本発明の別の目的は、前駆物質ガスの高速のサイクル時間を可能にする原子層めっき装置とプロセスを提供することである。
【０００７】
本発明の更に別の目的は、前駆物質ガスの安定した流れを提供する原子層めっき装置とプロセスを提供することである。
本発明の更に別の目的は、前駆物質ガスのパルスとパルスの間のパージガスの使用を低減する原子層めっき装置とプロセスを提供することである。
【０００８】
本発明の更に別の目的は、処理チャンバから前駆物質ガスを高速で排出する原子層めっきプロセスと装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記及びこの他の目的は、本発明による原子層めっき装置(atomic layer deposition arrangement)によって達成され、同装置は、前駆物質ガスを受け入れるための入口と、出口配管を通して排気ポンプに連結されている少なくとも１つの出口とを含んでいるプロセス反応器チャンバと、第１前駆物質ガスを受け入れる第１前駆物質ガス弁と、第２前駆物質ガスを受け入れる第２前駆物質ガス弁とを備えている。第１前駆物質ガス弁と第２前駆物質ガス弁は、プロセス反応器チャンバの入口と連結されている。第１前駆物質弁と連結している第１バイパス導管と、第２前駆物質弁と連結している第２バイパス導管は、プロセス反応器チャンバへの送出の間に、前駆物質ガスが安定して流れるようにする。第１バイパス導管と第２バイパス導管は、出口配管とは分離されている。排気ポンプと連結している出口配管は、プロセス反応器チャンバを高速で排出できるようにする。
【００１０】
本発明は、更に、前駆物質ガスを原子層めっきチャンバへ送るための方法を提供しており、同方法は、チャンバ入口とチャンバ出口を有するプロセス反応器チャンバ内に基板を導入する段階と、チャンバ内の圧力を下げる段階と、チャンバ入口と連結されているチャンバ送出位置を有する第１ガス弁のバイパス位置の入口に第１前駆物質ガスを流す段階と、第１ガス弁をチャンバ送出位置に切り替えて、ガス弁からチャンバ入口へ第１前駆物質ガスを送る段階と、第１ガス弁を第１ガス弁のバイパス位置の入口へ切り替える段階と、チャンバ内の圧力を下げる段階と、チャンバ入口と連結されているチャンバ送出位置を有する第２ガス弁のバイパス位置の入口に第２前駆物質ガスを流す段階と、第２ガス弁をチャンバ送出位置に切り替えて、第２ガス弁からチャンバ入口へ第２前駆物質ガスを送る段階と、第２ガス弁を第２ガス弁のバイパス位置の入口へ切り替える段階と、から成り、第２前駆物質ガスは、チャンバをパージガスで事前に洗浄することなくチャンバ入口に送られるように構成されている方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明による原子層めっき装置(atomic layer deposition arrangement)の概略を図１に示している。
この原子層めっきシステムは、前駆物質ガスを受け入れるための入口１２を有するプロセス反応器チャンバ１０を含んでいる。プロセス反応器チャンバ出口１４は、出口配管１６を通して排気ポンプ１８に連結されている。排気ポンプは、ＢＯＣエドワードから入手できるＥＰＸ  １８０Ｌ  ドライポンプ（Ｄｒｙ  Ｐｕｍｐ）の様な適切な大きさの真空ポンプである。第１前駆物質ガス弁２０は第１前駆物質ガスＡを受け取り、第２前駆物質弁２２は第２前駆物質ガスＢを受け取る。第１バイパス導管２４は第１前駆物質弁２０に連結されており、第２バイパス導管２６は第２前駆物質弁２２に連結されている。図１から分かるように、第１バイパス導管２４と第２バイパス導管２６は、出口配管１６とは分離されている。
【００１２】
別の実施形態では、図２に示すように、３方向弁の代わりに２組の２方向弁４５を使用している。
代表的な原子層めっきプロセスでは、基板は、仕切弁３０が選択的に閉鎖する開口部を通してプロセス反応器チャンバ１０内に導入される。基板は、例えば、処理済みの半導体ウェーハ、未処理の半導体ウェーハ、又はフラットパネルディスプレイ用に作られた基板及び／又は何らかの他の型式の基板である。真空弁３４を開くと、プラテン３２に真空保持力が働く。排気ポンプ１８は、チャンバ１０と流体連通している。真空弁３４、３５は、チャンバ１０及び真空保持システム４０と直接連通するように配置されている。真空保持システム４０は、プラテン３２が運動する間、基板をプラテン３２上に保持するよう構成されている。真空弁４２は、サブチャンバ４４を通してチャンバ１０と流体連通している。真空弁３４、３５及び４２を介するチャンバ１０の排気速度を監視するために、複数の真空ゲージ３６、３８が設けられている。
【００１３】
逆止弁４６は、チャンバ１０が加圧されるイベントで排気弁４８が開いているときにガスが逆流するのを防ぐため、ガス流路の排気弁４８の下流に配置されている。真空ポンプ１８は通気孔５９に接続されている。
【００１４】
プラテン３２の詳細図を図３に示している。プラテン３２は、運動機構５２に取り付けられており、この運動機構は、直線作動器、油圧ピストン、空圧ピストン、或いはプラテン３２を直線運動させるのに適していればどの様な機構でもよい。プラテン３２には、少なくとも１つの貫通穴１００が中に設けられている。プラテン３２は、更に、プラテンの貫通穴１００と流体連通している第１中空シャフト部分１０２と第２中空シャフト部分１０４を有している。ポート部材１０６は、中空シャフト部分１０２と流体連通している真空出口４０に挿入される。ポート部材１０６の他方の端部は、図１に示す真空ポンプ１８と流体連通している。貫通穴１００を真空ポンプ１８と流体連通させる流路を形成している構造体１２２は、対象物をプラテン３２の表面に固定する真空保持機能を作り出す。複数の隆起部分１２４が、真空力をプラテンの表面に分布させるのを支援し、それによって対象物をプラテン３２に固定するのを助ける。
【００１５】
中空シャフト部分１０２の、プラテン３２と反対の端部は、運動機構５２に取り付けられており、この運動機構は、直線作動器、油圧ピストン、空圧ピストン、或いはプラテン３２を直線運動させるのに適していればどの様な機構でもよい。
【００１６】
運動機構５２は、サブチャンバ４４に固定されている支持部材１１０内に配置されている。サブチャンバ４４は、１つ又は複数の貫通孔１１４（その１つだけを図示している）を介して、図１のチャンバ１０に留められている。この装置では、サブチャンバ４４とチャンバ１０の内側に対してプラテン３２を上げ下げすることができる。サブチャンバ４４内には鋼製のベローズ１１６も設けられ、中空シャフト部分１０２上の半径方向に伸張するフランジ部分１１８と協働して、サブチャンバ４４を中空シャフト部分１０４の回りで密閉している。
【００１７】
サブチャンバ４４は、出口１４（例えば排気ポート）を有しており、図１のチャンバ１０の内側と真空ポンプ１８の間を流体連通させている。出口１４と出口配管１６は、図１に示す真空ポンプ１８と排気弁４８の両方に接続されている排気流路を画定して、排気流路に真空の流れを提供する。
【００１８】
プラテン３２は、チャンバ１０の内側から出口１４を経由する排気流路までの排気の流れのコンダクタンスを調整できるように、出口１４の上方に配置されており、チャンバ１０の内側で移動できるようになっている。例えば、プラテン３２を上げ下げして、プラテンの下側表面１２６とサブチャンバ４４の上側表面１２８との間の距離Ｈを変えることができる。距離Ｈを変えることで、チャンバを真空状態にする間にチャンバ１０からガスを吸引する速さを制御し、プラテン３２とサブチャンバ４４の間の出口１４を通るコンダクタンスを変えることができる。この対象物収容機構１３０は、対象物収容機構１３０が低い位置にあるときには、吸引されるガスの絞りを大きくし、対象物収容機構１３０が高い位置にあるときには、絞りを小さくするように構成されている。これによって、ガス排出プロセスの間の対象物２８への損傷を防ぐことができる。更に、対象物収容機構１３０を上げるとコンダクタンスが上がり、対象物収容機構１３０を下げるとコンダクタンスが下がる。
【００１９】
図１に示す真空ゲージ３６、３８を監視することによって、運動機構５２を制御して距離Ｈを変更し、それによって吸引されるガスの流量を調節することができる。代わりに、真空ゲージ３６、３８に頼ることなく、或る期間に亘るプラテン３２の位置と動きを事前に決めておいて、流量を適宜調整することもできる。どちらの方法も、対象物収容機構１３０の位置又は真空ゲージ３６、３８からのデータに基づいて対象物収容機構１３０の動きを制御し、チャンバ１０内部からの排気流れの絞りを調整するように、図示していない制御器を作ることによって、実現することができる。このやり方で、必要なコンダクタンスをチャンバに与え、チャンバ内で粒子の攪拌を起こさせることなく適切な時間フレームで排気できるように、プラテンの位置を調整することができる。
【００２０】
チャンバの排気の間は、弁２０と２２は、前駆物質ガス種Ａ及びＢ用の安定した気体条件を達成できるように、バイパスモードになっている。
圧力が適切なレベルに下がると、運動機構５２は下方向に下がり、真空ポンプ１８に最小のコンダクタンスを作り出す。次に、３方向弁２０が切り替えられ、蒸気／ガス種Ａがチャンバ１０へ流れ込み、基板上に単原子層がめっきされる。このプロセスの間に、チャンバの圧力は大気圧近くまで上昇する。次いで、弁２０がバイパスに切り替えられ、運動機構５２が上方向に動き、チャンバ１０を排気して蒸気／ガス種Ａが取り除かれる。圧力が下がると、運動機構５２が下方向に動き、真空ポンプに最小のコンダクタンスが作り出され、弁２２が切り換えられ、蒸気／ガス種Ｂがチャンバ１０へ流れ込み、基板上に単原子層がめっきされる。
【００２１】
上記プロセスは、複数の層Ａ及びＢが順次的にめっきされ所望のめっき厚さになるまで繰り返される。それぞれの種／層は、１−２秒のサイクル時間でめっきされる。
めっきプロセスが完了すると、分離弁４８が開き、弁４２が閉じ、弁３５が開き、真空保持されていたウェーハが解放される。次いで仕切弁３０が開き、チャンバから基板を取り出せるようになる。
【００２２】
処理チャンバ１０は、従来型の真空クラスタ中央ハンドラに接続してもよいし、大気ロボット取扱システムに接続してもよい。これによって、原子層めっきプロセスを、どの様な構成のウェーハ処理アーキテクチャにでも組み込めるようになる。
【００２３】
パージガスシステムを含む別の実施形態を図４に示している。プロセス反応器への前駆物質ガスＡの導入と前駆物質ガスＢの導入の間に、例えば窒素又はアルゴンの様なパージガスをプロセス反応器チャンバ１０内へ導入する。パージガスが弁２００を通って処理チャンバ１０に流入する際には、弁２０と２２は、それぞれバイパスモードにある。パージガスは、プロセス反応器チャンバ１０を通って真空ポンプに流れる。パージガスは、５秒未満の持続時間で５標準リットル毎分(standard (std) liters per minute)の圧力でプロセス反応器チャンバ１０内へ導入されるのが望ましく、２秒未満の持続時間で１標準リットル毎分であれば更に望ましい。全充填量のパージガスが、５から１０秒間、１０標準リットル毎分の圧力で処理チャンバ内へ導入される従来型のシステムとは異なり、パージプロセスは、実質的に短縮される。この様に、本発明は高速のサイクル時間を提供している。
【００２４】
２方向弁を使って前駆物質ガスを計量供給するパージガスシステムを含む実施形態を、図５に示している。二組の２方向弁２１０及び２２０が、前駆物質ガスＡと前駆物質ガスＢの流れを制御している。
【００２５】
以上、好適な実施形態を具体的に図示し説明してきたが、上記教示に照らし、特許請求の範囲に述べる内容を検分すれば、本発明の精神及び意図している範囲から逸脱することなく、本発明に多くの修正と変更を加え得ることを理解頂けるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による原子層めっき装置の概略図である。
【図２】本発明による、２方向弁を含む原子層めっき装置の概略図である。
【図３】処理チャンバ反応器内の基板収容機構の部分断面図である。
【図４】本発明によるパージガスシステムを備えている原子層めっき装置の概略図である。
【図５】本発明による、前駆物質のガスを計量供給する２方向弁を備えている原子層めっき装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２  チャンバ入口
１４  チャンバ出口
１６  出口配管
１８  真空ポンプ
１０、４４  プロセス反応器チャンバ
２０、２２、３４、３５、４２、２００、２１０、２２０  弁
２４、２６  導管
３０  仕切弁
４０  真空保持システム
１００、１１４  貫通穴
１０２、１０４  中空シャフト
【図１】
2005232591.tif 000003
【図２】
2005232591.tif 000004
【図３】
2005232591.tif 000005
【図４】
2005232591.tif 000006
【図５】
2005232591.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月12日(2005.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2005232591.tif 000008
【外国語明細書】
2005232591000001.pdf