(57)【要約】  ウエハ表面とガス分配アセンブリとの間の間隙が均一で既知の厚さの状態を保つ、半導体ウエハを処理するための装置および方法が説明される。ウエハは、サセプタアセンブリ内に位置づけられ、アセンブリは、アクチュエータを使用してガス分配アセンブリの方に持ち上げられる。ウエハは、ウエハの下方および／または上方に流体軸受を作り出すことによってガス分配アセンブリの方に持ち上げられ得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分配アセンブリと、
前記ガス分配アセンブリの下方のサセプタアセンブリであり、上面、底面、内径領域、および外径領域を含む、サセプタアセンブリと、
前記サセプタを前記ガス分配アセンブリの方に押すために前記サセプタの下方に位置づけられた少なくとも１つのアクチュエータと
を含む処理チャンバ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのアクチュエータの各々が、前記サセプタアセンブリの前記底面に接触するための、前記アクチュエータの上の軸受を含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項３】
前記軸受が、前記サセプタアセンブリの前記底面に物理的に接触する機械タイプ軸受、または流体のみが前記サセプタアセンブリの前記底面に接触する非接触流体タイプ軸受のうちの１つまたは複数である、請求項２に記載の処理チャンバ。
【請求項４】
前記ガス分配アセンブリが、前記アクチュエータ上の前記軸受と対置する基準パッドをさらに含む、請求項３に記載の処理チャンバ。
【請求項５】
前記サセプタアセンブリと前記ガス分配アセンブリとの間の接触圧力を測定するためのセンサと、前記センサおよび前記アクチュエータと連通するオプションのフィードバック回路とをさらに含む、請求項４に記載の処理チャンバ。
【請求項６】
前記サセプタアセンブリが、前記サセプタアセンブリの外側周囲のまわりにエッジリングをさらに含み、前記アクチュエータおよび前記軸受が、前記エッジリングに接触するように位置づけられる、請求項２に記載の処理チャンバ。
【請求項７】
前記サセプタアセンブリが、前記サセプタアセンブリの内側周囲のまわりの支持リングと、オプションとして、前記内径領域の近くの前記支持リングに接触するように位置づけられた少なくとも１つのアクチュエータおよび軸受とをさらに含む、請求項６に記載の処理チャンバ。
【請求項８】
ガス分配アセンブリと、
前記ガス分配アセンブリの下方のサセプタアセンブリであり、前記サセプタアセンブリが、上面、底面、内径領域、および外径領域を含み、前記上面が、ウエハのエッジを支持するための少なくとも１つの凹部、およびウエハが前記凹部にあるとき、ガスの流れが前記ウエハを前記ガス分配アセンブリの方に押すための流体軸受を作り出すために、前記凹部の底部部分に前記ガスの流れを与えるための、前記凹部と流体連通する少なくとも１つのチャネルを含む、サセプタアセンブリ
を含む処理チャンバ。
【請求項９】
前記ガス分配アセンブリは、ウエハが前記凹部に存在するとき、ガスの放射状流れが、前記ウエハの下方の前記流体軸受に加えて、前記ウエハの上方に流体軸受を作り出すために、前記ガスの流れを放射状に導くためのチャネルをさらに含む、請求項８に記載の処理チャンバ。
【請求項１０】
処理チャンバ内でウエハを処理する方法であって、
サセプタアセンブリの上面の凹部にウエハを位置づけることであり、前記ウエハが上面および底面を有する、位置づけることと、
前記サセプタアセンブリの下方に位置づけられた少なくとも１つのアクチュエータを使用して、上向きの力を前記サセプタアセンブリに与えて、前記サセプタアセンブリをガス分配アセンブリの方に持ち上げ、その結果、前記サセプタアセンブリの前記上面と前記ガス分配アセンブリとの間の間隙を設定することと、
前記サセプタアセンブリの前記上面の方にガスの流れを導く複数の実質的に平行なガスチャネルを含む前記ガス分配アセンブリの下を、前記ウエハおよび前記サセプタアセンブリを通すことと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記サセプタアセンブリと前記ガス分配アセンブリとの間の接触圧力を測定するためにセンサを使用することであり、前記圧力が間隙距離と相関する、センサを使用することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記上向きの力が、前記サセプタアセンブリの外径領域で前記サセプタアセンブリに印加される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記上向きの力が、前記サセプタアセンブリの外側周囲領域に位置づけられたエッジリングに印加される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記上向きの力が、前記サセプタアセンブリの外径領域および内径領域で前記サセプタアセンブリに印加される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記上向きの力が、前記サセプタアセンブリの前記外側周囲領域に位置づけられたエッジリング、および前記サセプタアセンブリの内側周囲領域に位置づけられた支持リングに印加される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般には、基板を処理する装置および方法に関する。特に、本発明の実施形態は、処理の間の噴射器アセンブリと基板との間の間隙を制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間ベース原子層堆積（ＡＬＤ）では、化学噴射器と製品基板との間の間隙は、反応性前駆体を適切に分離するために０．１ｍｍと２ｍｍとの間に保持されなければならない。より大きい基板サイズおよびより大きいバッチロードを採用するためにプロセスチャンバのサイズが増大するにつれて、所望の間隙は制御するのが困難になる。
【０００３】
それゆえに、当技術分野には、空間原子層堆積の間厳しく制御された間隙を維持することができる方法および装置の必要性がある。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、ガス分配アセンブリ、サセプタアセンブリ、および少なくとも１つのアクチュエータを含む処理チャンバに関する。サセプタアセンブリは、ガス分配アセンブリの下方に位置づけられ、上面、底面、内径領域、および外径領域を含む。少なくとも１つのアクチュエータが、サセプタの下方に位置づけられて、サセプタをガス分配アセンブリの方に押す。
【０００５】
いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリの上面は、ウエハのエッジを支持するための少なくとも１つの凹部を含む。１つまたは複数の実施形態において、サセプタアセンブリの上面の凹部は、凹部に支持されたウエハがサセプタアセンブリの上面と実質的に共面の上面を有するように大きさを合わせられる。
【０００６】
１つまたは複数の実施形態において、少なくとも１つのアクチュエータの各々は、サセプタアセンブリの底面に接触するための、アクチュエータの上の軸受を含む。いくつかの実施形態では、軸受は、サセプタアセンブリの底面と物理的に接触する機械タイプ軸受である。いくつかの実施形態では、軸受は、流体のみがサセプタアセンブリの底面に接触する非接触流体タイプ軸受である。
【０００７】
いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリは、アクチュエータ上の軸受と対置する基準パッドをさらに含む。１つまたは複数の実施形態は、サセプタアセンブリとガス分配アセンブリとの間の接触圧力を測定するためのセンサをさらに含む。いくつかの実施形態は、センサおよびアクチュエータと連通するフィードバック回路をさらに含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリは、サセプタアセンブリの外側周囲のまわりにエッジリングをさらに含み、アクチュエータおよび軸受が、エッジリングに接触するように位置づけられる。１つまたは複数の実施形態において、サセプタアセンブリは、サセプタアセンブリの内側周囲のまわりに支持リングをさらに含む。いくつかの実施形態は、内径領域の近くの支持リングに接触するように位置づけられた少なくとも１つのアクチュエータおよび軸受をさらに含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリの外径領域のまわりに位置づけられた少なくとも３つのアクチュエータおよび軸受がある。
【００１０】
１つまたは複数の実施形態は、サセプタアセンブリの下方に加熱アセンブリをさらに含む。いくつかの実施形態では、加熱アセンブリは、サセプタアセンブリの底面の方に放射エネルギーを導く複数のランプを含む。
【００１１】
本発明の追加の実施形態は、ガス分配アセンブリと、ガス分配アセンブリの下方のサセプタアセンブリとを含む処理チャンバに関する。サセプタアセンブリは、上面、底面、内径領域、および外径領域を含む。上面は、ウエハのエッジを支持するための少なくとも１つの凹部と、ウエハが凹部にあるとき、ガスの流れが、ウエハをガス分配アセンブリの方に押すための流体軸受を作り出すために、凹部の底部部分にガスの流れを与えるための凹部と流体連通する少なくとも１つのチャネルとを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリは、ウエハが凹部に存在するとき、ガスの放射状流れが、ウエハの下方の流体軸受に加えて、ウエハの上方に流体軸受を作り出すために、ガスの流れを放射状に導くためのチャネルをさらに含む。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態は、処理チャンバ内でウエハを処理する方法に関する。ウエハは、サセプタアセンブリの上面の凹部に位置づけられ、ウエハは上面および底面を有する。上向きの力が、サセプタアセンブリの下方に位置づけられた少なくとも１つのアクチュエータを使用してサセプタアセンブリに与えられて、サセプタアセンブリがガス分配アセンブリの方に持ち上げられ、その結果、サセプタアセンブリの上面とガス分配アセンブリとの間の間隙が設定される。ウエハおよびサセプタアセンブリは、サセプタアセンブリの上面の方にガスの流れを導く複数の実質的に平行なガスチャネルを含むガス分配アセンブリの下を通される。
【００１４】
いくつかの実施形態は、サセプタアセンブリとガス分配アセンブリとの間の接触圧力を測定するためにセンサを使用することであり、圧力が間隙距離と相関する、センサを使用することをさらに含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、上向きの力が、サセプタアセンブリの外径領域でサセプタアセンブリに印加される。１つまたは複数の実施形態において、上向きの力が、サセプタアセンブリの外側周囲領域に位置づけられたエッジリングに印加される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、上向きの力が、サセプタアセンブリの外径領域および内径領域でサセプタアセンブリに印加される。１つまたは複数の実施形態において、上向きの力が、サセプタアセンブリの外側周囲領域に位置づけられたエッジリング、およびサセプタアセンブリの内側周囲領域に位置づけられた支持リングに印加される。
【００１７】
本発明の追加の実施形態は、処理チャンバ内でウエハを処理する方法に関する。ウエハは、サセプタアセンブリの上面の凹部に位置づけられ、ウエハは上面および底面を有する。流体がウエハの真下の凹部を通して流されて、ウエハに上向きの力を与える流体軸受が作り出されて、ウエハをガス分配アセンブリの方に持ち上げ、その結果、ウエハの上面とガス分配アセンブリとの間の間隙が設定される。
【００１８】
いくつかの実施形態は、間隙のサイズを制御するためにウエハの上方および下方に流体軸受を作り出すのにウエハの上面を横切って流体を流すことをさらに含む。
【００１９】
本発明の上述で列挙した特徴を達成し、詳細に理解することができるように、上述で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を、添付図面に示す本発明の実施形態を参照して行うことができる。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、それゆえに、本発明は他の同等に有効な実施形態を認めることができるので本発明の範囲を限定すると見なすべきでないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１つまたは複数の実施形態による処理チャンバの断面図である。
【図２】本発明の１つまたは複数の実施形態によるサセプタアセンブリおよびガス分配アセンブリの斜視図である。
【図３】本発明の１つまたは複数の実施形態によるサセプタアセンブリおよびガス分配アセンブリの斜視図である。
【図４】本発明の１つまたは複数の実施形態による処理チャンバの断面図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態による複数のパイ形状サセプタセグメントをもつサセプタアセンブリの斜視図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態による処理サセプタアセンブリおよびガス分配アセンブリの部分断面図である。
【図７】本発明の１つまたは複数の実施形態による処理サセプタアセンブリおよびガス分配アセンブリの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
理解しやすくするために、同一の参照番号が、可能であれば、図に共通する同一の要素を指定するために使用されている。ある実施形態の要素および特徴は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
【００２２】
本発明の実施形態は、噴射器アセンブリと基板との間の間隙を制御するための装置および方法に関する。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「ウエハ」、「基板」などの用語は、交換可能に使用される。いくつかの実施形態では、ウエハは剛性で個別の基板である。
【００２３】
いくつかの実施形態では、回転サセプタは剛体であり、垂直アクチュエータがサセプタの外径に配置されていると仮定されている。アクチュエータは軸受に圧力を印加し、軸受はサセプタを上方の噴射器に押しつける。各噴射器は、対向する軸受をもつ基準パッドを有する。圧力がアクチュエータに印加されるとき、間隙は、所定の力が間隙距離に相関して達せられるまで噴射器パッドに対して狭まる。
【００２４】
１つまたは複数の実施形態において、サセプタを制限する軸受は、回転サセプタ表面に物理的に接触する機械タイプである。いくつかの実施形態では、軸受は、流体のみがサセプタに接触する非接触流体タイプである。
【００２５】
いくつかの実施形態では、サセプタは剛体ではなく、そこで、軸受と一緒のアクチュエータが、サセプタの外径および内径に配置される。噴射器アセンブリは、内径および外径の両方に、対向する軸受をもつ基準パッドを有する。圧力がアクチュエータに印加されるとき、間隙は、所定の力が間隙距離に相関して達せられるまで噴射器パッドに対して狭まる。
【００２６】
１つまたは複数の実施形態において、流体が支持構造体とサセプタとの間に注入されている間、支持構造体はサセプタアセンブリを保持し、それにより、サセプタの表面にわたって流体軸受が形成され、これが、サセプタと上方の噴射器アセンブリとの間の間隙を制御する。サセプタの上方の噴射器は、間隙距離に相関する所定の力が達せられるまで対向する軸受を有する基準パッドで固定される。
【００２７】
いくつかの実施形態では、サセプタの上方の噴射器アセンブリは、固定されるのではなくて、サセプタに面する噴射器の内部放射状チャネルに沿って注入される流体を有する。これは流体軸受を形成し、間隙距離に相関する所定の力が達せられるまで圧力が印加される。
【００２８】
使用される特定のタイプのガス分配アセンブリは、使用されている特定のプロセスに応じて変更することができる。本発明の実施形態は、任意のタイプの処理システムに対して使用することができ、サセプタとガス分配アセンブリとの間の間隙の制御が制御される。様々なタイプのガス分配アセンブリ（例えば、シャワーヘッド）を利用することができるが、本発明の実施形態は、複数の実質的に平行なガスチャネルを有する空間ＡＬＤガス分配アセンブリにとって特に有用であり得る。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「実質的に平行な」という用語は、ガスチャネルの細長い軸が概略で同じ方向に延びていることを意味する。ガスチャネルの平行度にはわずかな不完全部があってもよい。複数の実質的に平行なガスチャネルは、少なくとも１つの第１の反応性ガスＡチャネル、少なくとも１つの第２の反応性ガスＢチャネル、少なくとも１つのパージガスＰチャネル、および／または少なくとも１つの真空Ｖチャネルを含むことができる。第１の反応性ガスＡチャネル、第２の反応性ガスＢチャネル、およびパージガスＰチャネルから流れるガスは、ウエハ１２０の上面１２１の方に導かれる。ガス流のうちの若干は、ウエハの表面を水平に横切って、パージガスＰチャネルを通って処理領域から外に移動する。ガス分配アセンブリの一方の端部から他方の端部に移動する基板は、プロセスガスの各々に順番にさらされることになり、それによって、層が基板表面に形成される。
【００２９】
図１は、噴射器２０とも呼ばれるガス分配アセンブリと、サセプタアセンブリ３０とを含む処理チャンバ１００の一実施形態を示す。この実施形態では、サセプタアセンブリ３０は剛体である。いくつかの実施形態の剛体は、０．０５ｍｍ以下の垂下許容範囲（ｄｒｏｏｐ  ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を有する。軸受と一緒のアクチュエータ３２は、例えば、サセプタアセンブリ３０の外径領域３１の３つの場所に配置される。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「外径」および「内径」という用語は、それぞれ、外側周囲エッジおよび内側エッジの近くの領域を参照する。外径は、サセプタアセンブリ３０の一番端の外側エッジの特定の位置ではなくて、サセプタアセンブリ３０の外側エッジの近くの領域である。これは、図１のアクチュエータ３２の配置から分かる。アクチュエータ３２および軸受３３の数は１つから変更することができ、しかしながら、多数が、利用可能な物理的空間内に収まることになる。いくつかの実施形態は、外径領域３１に位置づけられた２組、３組、４組、または５組のアクチュエータ３２および軸受３３を有する。
【００３０】
ひとたび圧力がアクチュエータ３２からサセプタアセンブリ３０に印加されると、サセプタアセンブリ３０は、上方の噴射器２０を押す。噴射器２０は所定の位置に固定されており、対向する軸受をもつ基準パッド２２を有している。圧力がアクチュエータ３２によって印加されるとき、所定の力が間隙距離に相関して達せられるまで間隙１０は狭まる。いくつかの実施形態では、間隙距離は、約０．１ｍｍから約２．０ｍｍの範囲にあり、または約０．２ｍｍから約１．８ｍｍの範囲にあり、または約０．３ｍｍから約１．７ｍｍの範囲にあり、または約０．４ｍｍから約１．６ｍｍの範囲にあり、または約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲にあり、または約０．６ｍｍから約１．４ｍｍの範囲にあり、または約０．７ｍｍから約１．３ｍｍの範囲にあり、または約０．８ｍｍから約１．２ｍｍの範囲にあり、または約０．９ｍｍから約１．１ｍｍの範囲にあり、または約１ｍｍである。
【００３１】
サセプタアセンブリ３０は、ガス分配アセンブリ２０の真下に位置づけられる。サセプタアセンブリ３０は、上面３５と、オプションとして上面３５の少なくとも１つの凹部３４とを含む。凹部３４は、処理されているウエハ１５の形状およびサイズに応じて任意の好適な形状およびサイズとすることができる。図示の実施形態では、凹部３４は、凹部３４の外側周囲エッジのまわりに２つの段差領域を有する。これらの段差は、ウエハ１５の外側周囲エッジを支持するように大きさを合わせることができる。段差によって支持されるウエハ１５の外側周囲エッジの量は、例えば、ウエハの厚さと、ウエハの裏面に既に存在する特徴部の存在とに応じて変更することができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、図１に示すように、サセプタアセンブリ３０の上面３５の凹部３４は、凹部３４に支持されたウエハ１５がサセプタ３７の上面３５と実質的に共面の上面１６を有するように大きさを合わせられる。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「実質的に共面の」という用語は、ウエハの上面およびサセプタアセンブリの上面が±０．２ｍｍ以内で共面であることを意味する。いくつかの実施形態では、上面は、±０．１５ｍｍ、±０．１０ｍｍ、または±０．０５ｍｍ以内で共面である。
【００３３】
図１のサセプタアセンブリ３０は、サセプタアセンブリ３０を持ち上げ、下ろし、回転させることができる支柱４０を含む。サセプタアセンブリは、支柱４０の中心内にヒータ、またはガスライン、または電気構成要素を含むことができる。支柱４０は、サセプタアセンブリ３０をおおまかな位置に移動させることによってサセプタアセンブリ３０と噴射器２０との間の間隙を増加させるかまたは減少させる主な手段とすることができる。次に、アクチュエータ３２は、所望の間隙を作り出すためにサセプタアセンブリの位置を微調節することができる。
【００３４】
ガス分配アセンブリ２０は、１つまたは複数のセンサ２４をさらに含むことができる。センサ２４は、サセプタアセンブリ３０を押し進めるアクチュエータ３２および軸受３３に対応する位置に設置される。センサ２４は、例えば、サセプタアセンブリ３０から噴射器の前面に印加される圧力を測定するように構成することができる。センサは、フィードバック回路（図示せず）に接続することができ、フィードバック回路は、圧力が所定の条件を満たしたと決定した際、アクチュエータ３２の移動を停止させて、ガス分配アセンブリ２０にぶつかってサセプタアセンブリ３０を損傷または破砕しないようにすることができる。
【００３５】
図１に示した処理チャンバ１００は、サセプタアセンブリ３０が複数のウエハ１５を保持することができるカルーセルタイプチャンバである。ガス分配アセンブリ２０は、複数の別個の噴射器ユニット２１を含むことができ、各噴射器ユニット２１は、ウエハが噴射器ユニットの真下を移動するときウエハに膜を堆積させることができる。図２は、カルーセルタイプ処理チャンバの斜視図を示す。２つのパイ形状噴射器ユニット２１が、ほぼ反対側で、サセプタアセンブリ２０の上方に位置づけられて示されている。噴射器ユニット２１のこの数は、例示的な目的のためにのみ示されている。より多いまたはより少ない噴射器ユニット２１を含むことができることが理解されよう。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリの形状に一致する形状を形成するために十分な数のパイ形状噴射器ユニット２１アセンブリが存在する。いくつかの実施形態では、個々のパイ形状噴射器ユニット２１の各々は、他の噴射器ユニット２１のいずれにも影響を与えることなく、独立に、移動させ、取り外され、および／または取り替えられ得る。例えば、１つのセグメントは、ロボットがサセプタアセンブリ３０とガス分配アセンブリ２０との間の領域にアクセスしてウエハ１５をロード／アンロードできるようにするために上げることができる。
【００３６】
アクチュエータ３２および軸受３３は、使用されている特定のサセプタアセンブリ３０に応じて、サセプタアセンブリまたはサセプタリングに接触することができる。図２を参照すると、軸受３３と一緒のアクチュエータ３２は、図２に示すように、ウエハ１５を保持するサセプタ３７に接触し、サセプタ３７を直接押し進める。
【００３７】
いくつかの実施形態では、図３に示すように、サセプタアセンブリ３０は、サセプタ３７を囲むエッジリング３６を含む。エッジリング３６は、限定はしないが石英を含む任意の好適な材料で製作することができる。図示のように、軸受３３は、サセプタ３７の代わりにエッジリング３６を直接押し進めることができる。エッジリング３６は、サセプタ３７を保持する支持構造体の役割を果たして、軸受３３とサセプタ３７との間に熱バリアを作り出す。
【００３８】
軸受３３は、任意の好適な軸受とすることができる。いくつかの実施形態では、サセプタ３７に接触する軸受３３は機械式である。このタイプの軸受３３は、サセプタ３７またはエッジリング３６表面に物理的に接触する。これらの実施形態では、軸受３３は、サセプタアセンブリ３０の回転によって回転するかまたは適当に低い摩擦接触をすることができ、その結果、サセプタアセンブリ３０に印加される圧力と間隙１０とは、処理の全体を通して維持することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、軸受３３は非接触流体タイプ軸受である。これらの実施形態では、流体（例えば、不活性ガス）のみがサセプタアセンブリ３０の回転表面に接触する。これにより、サセプタアセンブリ３０の底面３８とのほとんど摩擦のない軸受インターフェースが実現し、サセプタアセンブリ３０は、処理の間、間隙１０のサイズを変化させることなく回転できるようになる。
【００４０】
図４は、サセプタアセンブリ３０が剛体でない本発明の別の実施形態を示す。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリ３０は、約０．１ｍｍ以下、または約０．０５ｍｍ以下、または約０．０２５ｍｍ以下、または約０．０１ｍｍ以下の垂下許容範囲を有する。ここで、サセプタ３７の外径領域３１および内径領域３９に配置された、軸受３３と一緒のアクチュエータ３２がある。軸受３３と一緒のアクチュエータ３２は、サセプタアセンブリの内側周辺および外側周辺のまわりの任意の好適な数の場所に位置づけることができる。いくつかの実施形態では、アクチュエータ３２および軸受３３は、外径領域３１および内径領域３９の両方において３つの場所に配置される。外側寸法領域３１および内側寸法領域３９の両方におけるアクチュエータ３２および軸受３３は、サセプタアセンブリ３０に圧力を印加し、圧力は、サセプタ３７を上方の噴射器２０に押しつける。噴射器２０は、図４に示すように、所定の位置に固定され、外径領域３１および内径領域３９の両方に位置合わせされた対向する軸受をもつ基準パッド２２を有する。基準パッド２２の近くに位置づけられたセンサ２４が存在することもある。圧力がアクチュエータ３２および軸受３３に印加されるとき、所定の力が所望の間隙距離に相関して達せられるまで間隙１０は狭まる。
【００４１】
サセプタアセンブリ３０は、図５に示すように、サセプタ３７の内側周囲に位置づけられた内側支持体６０を含むことができる。軸受３３は内側支持体６０構造体を押し進める。内側支持体６０は、石英などの断熱材料で製作することができ、それにより、サセプタ３７が保持されて、外径領域３１および内径領域３９においてサセプタ３７から軸受３３への熱遮断が作り出される。サセプタ３７の真下の支持構造体の領域は、ＩＲ放射に対して透明とすることができ、そこで、サセプタアセンブリ３０の下方に位置づけられたヒータ源（図示せず）からの入射放射は、サセプタ３７に伝わることができる。再び、軸受３３は、サセプタ表面と物理的に接触する機械式とするか、または非接触流体タイプとすることができる。
【００４２】
図５に示した実施形態では、サセプタアセンブリ３０は、複数の（この場合、６個存在する）別個のパイ形状サセプタセグメントを含む。これらのセグメントの各々は、他のセグメントに影響を与えることなく、独立に、サセプタに関して水平にされ、移動され、取り外され、および／または取り替えられ得る。例えば、１つのセグメントを下げて、ウエハをロード／アンロードするのを可能にすることができる。
【００４３】
図６は、支持構造体６０がサセプタ３７を保持し、一方、流体（例えば、ガス）が支持構造体６０とサセプタ３７との間に注入される本発明の別の実施形態を示す。ガスは、支持構造体６０の底面の入口７１を通ってサセプタアセンブリ３０に入るが、ガスは、別の経路を通って入ることができる。ガスは、導管７０を通って凹部３４に流れ、ガスは、ウエハ１５の裏面１７を横切り、凹部３４から出て、導管７０を通って出口７２に流れる。ウエハ１５の裏面１７を横切って流れるガスの圧力は、ウエハを噴射器２０に押しつける。このガス流は、ウエハ１５の下面を横切って流体軸受を形成し、流体軸受は、サセプタ３７と上方の噴射器アセンブリ２０との間の間隙１０を制御するのに使用することができる。サセプタ３７の上方の噴射器２０は、間隙距離に相関する所定の力が達せられるまで、対向する軸受を有する基準パッド２２で固定することができる。
【００４４】
導管７０が、サセプタ３７の裏面３８で始まって終わるように示されているが、入口７１または出口７２のいずれかは、他の位置に設置することができる。例えば、入口は、サセプタアセンブリ３０の支柱４０を通して導いてもよい。
【００４５】
導管７０を通るガス流は、いくつかの方法で制御することができる。導管７０の入口７１に入るガスの圧力は制御することができる。出口７２での導管７０の直径は、入口７１直径と異なっていてもよく、固定した直径とするか、または絞りタイプ開孔を使用して動的としてもよい。
【００４６】
図７は、ガス分配アセンブリ２０が固定位置にない本発明の別の実施形態を示す。噴射器アセンブリ２０は、ウエハ１５の上面１６を横切って放射状にガスを注入するためのガスチャネル２６を有する。放射状に注入されたガスは、間隙１０に相関する所定の力が達せられるまで、大表面流体軸受を形成する。いくつかの実施形態では、上面１６を横切って、さらにサセプタ３７の導管７０を通って底面１７を横切ってガスを放射状に流すことによって、流体軸受がウエハの上方におよびウエハの下方に作り出される。組み合わされた流体軸受は、所望の間隙１０を作り出すために適切な量の圧力を与えるように微調整することができる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、図７に示したように、処理チャンバ１００は加熱アセンブリ８０を含む。加熱アセンブリ８０は、限定はしないが、サセプタアセンブリ３０の下方、および／またはガス分配アセンブリ２０を除くサセプタアセンブリ３０の反対側を含む処理チャンバ内の任意の好適な場所に位置づけることができる。加熱アセンブリ８０は十分な熱を処理チャンバに供給して、ウエハ１５の温度をプロセスに有用な温度まで上昇させる。好適な加熱するアセンブリ８０は、限定はしないが、抵抗ヒータと、サセプタアセンブリ３０の底面３８の方に放射エネルギーを導く放射ヒータ（例えば、複数のランプ）を含む。
【００４８】
本発明の実施形態は、ウエハが中心軸からオフセットされ、中心軸のまわりに回転されるカルーセルタイプ処理チャンバで特に有用である。これは、図２および３で見ることができる。サセプタアセンブリの回転に関連する遠心力が、ウエハを中心軸から遠くに滑らせることがある。ガス分配アセンブリのガスチャネルは、同時に制御することができ（例えば、出力チャネル（反応性ガスおよびパージチャネル）のすべてが一緒に制御される）、集団で制御することができ（例えば、第１の反応性ガスチャネルのすべてが一緒に制御される）、または独立に制御することができる（例えば、左端のチャネルが隣接チャネルなどから切り離して制御される）。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「出力チャネル」、「ガスチャネル」、「ガス噴射器」などは交換可能に使用されて、ガスが処理チャンバに注入されるスロット、チャネル、またはノズルタイプ開口を意味する。いくつかの実施形態では、第１の反応性ガスチャネル、第２の反応性ガスチャネル、および少なくとも１つのパージガスチャネルは、独立に制御される。独立制御は、サセプタアセンブリの凹部に位置づけられたウエハの上面に正圧を与えるのに有用であり得る。いくつかの実施形態では、第１の反応性ガス噴射器、第２の反応性ガス噴射器、パージガス噴射器、およびポンプチャネルの一つ一つは、個別に独立に制御することができる。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態は、ウエハを処理する方法に関する。ウエハは、サセプタアセンブリの上面の凹部に位置づけられる。上向きの力が複数のアクチュエータによりサセプタアセンブリの底面に印加されて、サセプタアセンブリが移動してガス分配アセンブリに接触する。
【００５０】
いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリのセンサが、サセプタアセンブリとガス分配アセンブリとの間の圧力または圧縮力を測定する。センサは、フィードバック回路と連通することができ、フィードバック回路は、さらに、アクチュエータと連絡することができる。フィードバック回路は、適正なサイズの間隙を作り出すために、より多くの上方圧力、より少ない上方圧力を印加するか、または現在の上方圧力を維持するようにアクチュエータに命令を与えることができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、アクチュエータの代わりに、ウエハがサセプタアセンブリの凹部内にある間、ガス流がウエハの底面を横切って流される。ガス流は、ウエハの真下に流体軸受を作り出し、ウエハを押し上げてガス分配アセンブリに寄り掛からせることができる。
【００５２】
１つまたは複数の実施形態では、流体軸受が、ウエハの真下の流体軸受に加えてウエハの上方に作り出される。ウエハの上面および底面に印加される圧力は、流体軸受の強度または大きさを変化させることによって調整することができる。圧力の調節により、ウエハを押してガス分配アセンブリに寄り掛からせ、適切な間隙を作り出すことができる。いくつかの実施形態では、ウエハの上方に作り出される流体軸受は、ガスを半径方向に表面を横切って流すことによって作り出される。表面を横切って流れるガスは、ガス分配アセンブリを通して、または補助ラインを通して流すことができる。
【００５３】
本発明の実施形態で使用するための基板は任意の好適な基板とすることができる。詳細な実施形態では、基板は、剛性で、個別の、全体的に平面の基板である。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される、基板を参照するときの「個別の」という用語は、基板が固定した寸法を有することを意味する。特定の実施形態の基板は、２００ｍｍまたは３００ｍｍ直径シリコンウエハなどの半導体ウエハである。
【００５４】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「反応性ガス」、「反応性前駆体」、「第１の前駆体」、「第２の前駆体」などの用語は、基板表面または基板表面上の層と反応することができるガスおよびガス状核種を参照する。
【００５５】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層は、プラズマ原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスの間に形成することができる。いくつかのプロセスにおいて、プラズマを使用すると、励起状態に核種を活性化するのに十分なエネルギーが供給され、表面反応が有望になり、起こりそうになる。プラズマをプロセスに導入するのは、連続的またはパルス的とすることができる。いくつかの実施形態では、前駆体（または反応性ガス）およびプラズマの連続したパルスが、層を処理するために使用される。いくつかの実施形態では、反応物質は、局所的に（すなわち、処理区域内で）または遠隔で（すなわち、処理区域の外で）イオン化させることができる。いくつかの実施形態では、遠隔イオン化は、イオンまたは他の高エネルギー核種もしくは光放出核種が堆積膜に直接接触しないように堆積チャンバの上流で生じることができる。いくつかのＰＥＡＬＤプロセスでは、プラズマは、遠隔プラズマジェネレータシステムなどによって処理チャンバの外で発生される。プラズマは、当業者には既知の任意の好適なプラズマ発生プロセスまたは技法を介して発生させることができる。例えば、プラズマは、マイクロ波（ＭＷ）周波数ジェネレータまたは高周波（ＲＦ）ジェネレータのうちの１つまたは複数によって発生させることができる。プラズマの周波数は、使用されている特定の反応性核種に応じて調整することができる。好適な周波数は、限定はしないが、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、および１００ＭＨｚを含む。プラズマは本明細書で開示する堆積プロセスの間使用することができるが、プラズマが必要とされない場合があることに留意されたい。実際、他の実施形態は、プラズマのない非常に穏やかな条件下での堆積プロセスに関する。
【００５６】
１つまたは複数の実施形態によれば、基板は、層の形成の前におよび／または後に処理を受ける。この処理は、同じチャンバで、または１つまたは複数の別個の処理チャンバで実行することができる。いくつかの実施形態では、基板は、さらなる処理のために第１のチャンバから別個の第２のチャンバに移動される。基板は、第１のチャンバから別個の処理チャンバに直接移動させることができ、または第１のチャンバから１つまたは複数の移送チャンバに移動させ、次に、所望の別個の処理チャンバに移動させることができる。それに応じて、処理装置は、移送ステーションと連通する多数のチャンバを含むことができる。この種の装置は、「クラスタツール」または「クラスタシステム」などと呼ばれることがある。
【００５７】
一般に、クラスタツールは、基板心出しおよび配向、ガス抜き、アニーリング、堆積、および／またはエッチングを含む様々な機能を実行する多数のチャンバを含むモジュラシステムである。１つまたは複数の実施形態によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバと、中央移送チャンバとを含む。中央移送チャンバは、処理チャンバとロードロックチャンバとの間で基板を往復させることができるロボットを収納することができる。移送チャンバは、一般に、真空状態に維持され、あるチャンバから別のチャンバにおよび／またはクラスタツールの前端に位置づけられたロードロックチャンバに基板を往復させるための中間段を用意する。本発明に適応することができる２つのよく知られているクラスタツールは、Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）およびＥｎｄｕｒａ（登録商標）であり、両方ともカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から入手可能である。１つのそのような多段真空基板処理装置の詳細は、１９９３年２月１６日に発行されたＴｅｐｍａｎ等の「Ｓｔａｇｅｄ−Ｖａｃｕｕｍ  Ｗａｆｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許第５，１８６，７１８に開示されている。しかしながら、チャンバの正確な配列および組合せは、本明細書で説明したようなプロセスの特定のステップを実行する目的のために変更することができる。使用することができる他の処理チャンバには、限定はしないが、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、化学的洗浄、ＲＴＰなどの熱処置、プラズマ窒化、ガス抜き、配向、ヒドロキシル化、および他の基板プロセスが含まれる。クラスタツールのチャンバでプロセスを実行することによって、大気不純物による基板の表面汚染は、後続の膜を堆積させる前に酸化させることなしに避けることができる。
【００５８】
１つまたは複数の実施形態によれば、基板は、連続的に真空または「ロードロック」条件下にあり、あるチャンバから次のチャンバに移動されるときに外気にさらされない。このように、移送チャンバは、真空下にあり、真空圧力下で「排気される。」不活性ガスが、処理チャンバまたは移送チャンバに存在することがある。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、基板の表面にシリコン層を形成した後、反応物質の一部またはすべてを取り除くためにパージガスとして使用される。１つまたは複数の実施形態によれば、パージガスは、堆積チャンバから移送チャンバおよび／または追加の処理チャンバに反応物質が移動しないようにするために、堆積チャンバの出口で注入される。それにより、不活性ガスの流れは、チャンバの出口でカーテンを形成する。
【００５９】
基板は、単一の基板堆積チャンバで処理することができ、単一の基板が、ロードされ、処理され、アンロードされた後、別の基板が処理される。基板は、さらに、コンベヤシステムのように連続的な方法で処理することができ、多数の基板が、個別に、チャンバの第１の部分にロードされ、チャンバを通って移動し、チャンバの第２の部分からアンロードされる。チャンバおよび関連するコンベヤシステムの形状は、直線経路または湾曲経路を形成することができる。追加として、処理チャンバはカルーセルとすることができ、多数の基板が中心軸のまわりを移動し、カルーセル経路の全体を通って堆積、エッチング、アニーリング、洗浄などのプロセスにさらされる。
【００６０】
処理の間、基板は加熱または冷却することができる。そのような加熱または冷却は、限定はしないが、基板支持体の温度を変化させること、および加熱または冷却ガスを基板表面に流すことを含む任意の好適な手段によって達成することができる。いくつかの実施形態では、基板支持体は、基板温度を伝導的に変化させるように制御することができるヒータ／冷却器を含む。１つまたは複数の実施形態では、利用されているガス（反応性ガスまたは不活性ガスのいずれか）が加熱または冷却されて、基板温度を局所的に変化させる。いくつかの実施形態では、ヒータ／冷却器は、基板温度を対流的に変化させるためにチャンバ内において基板表面に隣接して位置づけられる。
【００６１】
基板は、さらに、処理の間、静止するかまたは回転することができる。回転する基板は、連続的にまたは離散的なステップで回転することができる。例えば、基板は、プロセス全体の間じゅう回転させることができ、または基板は、異なる反応性またはパージガスにさらされる間にわずかな量だけ回転させることができる。処理中に基板を回転させる（連続的にまたはステップで）のは、例えばガス流形状の局所的変動の影響を最小にすることによって、より均一な堆積またはエッチングをもたらすのに役立つことができる。
【００６２】
本明細書の本発明が特定の実施形態を参照しながら説明されたが、これらの実施形態は本発明の原理および用途の単なる例証であることを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明の方法および装置に様々な変更および変形を行うことができることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある変更および変形を含むことが意図されている。
【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６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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