(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧下で高温で基板をアニール処理するためのバッチ処理チャンバであって、
内部容積室を取り囲むチャンバ本体であって、前記内部容積室はその中に配置された複数の基板を収容するよう構成される、チャンバ本体と、
処理流体を前記内部容積室の中へと提供するよう構成されたガスパネルと、
前記内部容積室に流体連結され、前記処理流体を凝縮させて液相とするよう構成されたコンデンサと、
前記処理流体の凝縮点を上回る温度で前記処理流体を維持するよう構成された温度制御流体回路と、
を備え、
前記温度制御流体回路は、
第１の末端が前記チャンバ本体のポートに流体連結され、第２の末端が前記ガスパネルに流体連結され、及び、第３の末端が前記コンデンサに流体連結されたガス導管と、
第１の末端が前記ガスパネルに流体連結され、第２の末端が入口遮断弁により前記ガス導管に流体連結されたソース導管と、
第１の末端が前記コンデンサに流体連結され、第２の末端が出口遮断弁により前記ガス導管に流体連結された排気導管と、
前記ソース導管と、前記排気導管と、前記ガス導管との各々に結合された１つ以上のヒータであって、前記ソース導管と前記排気導管と前記ガス導管とを流過する前記処理流体を、前記温度制御流体回路を流過する前記処理流体の凝縮点を上回る温度で維持するよう構成される１つ以上のヒータと
を備える、バッチ処理チャンバ。
【請求項２】
前記チャンバ本体が、前記ガス導管の温度を測定するよう動作可能な１つ以上の温度センサをさらに備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
【請求項３】
前記チャンバ本体をシール可能に閉じるよう構成されたドアの近傍に配置された冷却チャネルを更に備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
【請求項４】
前記チャンバ本体は、ニッケル超合金で作製される、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
【請求項５】
前記チャンバ本体内に配置された対流防止板であって、前記内部容積室を、前記基板が処理される加熱処理領域と、チャンバ本体ドアの近傍の冷却領域と、に分ける対流防止板を更に備える、請求項１に記載のバッチ処理チャンバ。
【請求項６】
高圧下で高温で基板をアニール処理するためのバッチ処理チャンバであって、
内部容積室を取り囲むチャンバ本体であって、前記内部容積室はその中に配置された複数の基板を収容するよう構成される、チャンバ本体と、
処理流体を前記内部容積室の中へと提供するよう構成されたガスパネルと、
前記内部容積室に流体連結され、前記処理流体を凝縮させて液相とするよう構成されたコンデンサと、
前記チャンバ本体内に配置された対流防止板であって、前記内部容積室を、前記基板が処理される加熱処理領域と、チャンバ本体ドアの近傍の冷却領域と、に分ける対流防止板と、
前記処理流体の凝縮点を上回る温度で前記処理流体を維持するよう構成された温度制御流体回路であって、第１の末端が前記チャンバ本体のポートに流体連結され、第２の末端が前記ガスパネルに流体連結され、及び、第３の末端が前記コンデンサに流体連結されたガス導管を含む温度制御流体回路と
を備える、バッチ処理チャンバ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の前記バッチ処理チャンバ内で基板をアニール処理する方法であって、
複数の基板を前記バッチ処理チャンバの前記内部容積室に搬入することと、
前記ガス導管を通して、処理流体を前記内部容積室の中に流すことと、
前記ガス導管内及び前記内部容積室内の前記処理流体を、前記処理流体の凝縮点を上回る温度で維持すること
を含む、方法。
【請求項８】
前記内部容積室内の前記処理流体を、前記ガス導管内の前記処理流体の温度を上回る温度で維持することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス導管内の前記処理流体を、摂氏１５０度を上回る温度で維持することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板を摂氏約３５０度と５００度の間の温度で維持することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記内部容積室内の前記処理流体を、約５バールを上回る圧力で維持することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記内部容積室内の前記処理流体を、約５バールと８０バールの間の圧力で維持することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理流体を前記内部容積室の中に流すことは、前記バッチ処理チャンバの中に乾燥蒸気を流すことを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の基板を過熱乾燥蒸気に晒すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記処理流体を前記内部容積室の中に流すことは、酸素含有ガス、窒素含有ガス、又は、シリコン含有ガスのうちの少なくとも１つを前記バッチ処理チャンバの中に流すことを含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、集積回路の作成に関し、特に、１つ以上の半導体基板をアニール処理するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリ素子、論理素子、マイクロプロセッサ等といった半導体素子の形成には、半導体の基板に亘る１つ以上の膜の堆積が含まれている。上記膜は、半導体素子を製造するために必要とされる回路を作るために利用される。アニーリングは、堆積された膜に対する、その電気特性を改善するための様々な効果を実現するために利用される熱処理プロセスである。例えば、アニーリングは、ドーパントを活性化させるため、堆積された膜の密度を上げるため、又は成長した膜の状態を変えるために利用することが可能である。
【０００３】
半導体素子の外形は、数十年前に導入されて以来、大きさが著しく小さくなっている。上記素子の密度を上げることによって、空間的な寸法が減少するという構造的特徴が得られている。例えば、現在の半導体素子の構造的特徴を成す間隙及びトレンチのアスペクト比（深さと幅との比率）は、間隙に材料を充填することが非常に困難な挑戦となるポイントまで絞られてきた。
【０００４】
従って、現在の半導体素子の製造に関連する上記挑戦を叶えることが可能な、半導体基板をアニール処理するための改良された装置及び方法への必要性がある。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施態様は、１つ以上の半導体基板にアニール処理するための装置及び方法に関する。一実施形態において、バッチ処理チャンバが開示される。バッチ処理チャンバは、処理領域を取り囲むチャンバ本体と、処理領域の中に処理流体を提供するよう構成されたガスパネルと、処理領域に流体連結されたコンデンサと、処理流体の凝縮点を上回る温度で処理流体を維持するよう構成された温度制御流体回路と、を備える。処理領域は、処理中に複数の基板を収容するよう構成される。コンデンサは、処理流体を凝縮させて液相とするよう構成される。
【０００６】
本開示の更に別の実施形態において、基板をアニール処理する方法が開示される。本方法は、基板を処理チャンバの処理領域の中に搬入することと、ガス導管を通る処理流体を処理領域の中に流すことと、ガス導管内及び処理領域内の処理流体を、処理流体の凝縮点を上回る温度で維持することを含む。
【０００７】
本開示の上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部は付随する図面に示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】１つ以上の基板をアニール処理するためのバッチ処理チャンバの、前方から見た簡略化した断面図である。
【図１Ａ】温度制御流体回路への接続を示す、バッチ処理チャンバの一部の部分的な断面図である。
【図２】１つの基板をアニール処理するためのシングル基板処理チャンバの、前方から見た簡略化した断面図である。
【図３】バッチ処理チャンバ内で利用されるガスパネル及びシングル基板チャンバの簡素化された概略図である。
【図４】処理チャンバ内で１つ以上の基板をアニール処理する方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。
【００１０】
本開示の実施態様は、１つ以上の半導体基板にアニール処理するための装置及び方法に関する。基板は、１つの基板として又はまとまった数量により、１つのチャンバ内でアニール処理されうる。基板は、アニーリングの間には、高圧高温下で処理流体に晒されている。１つ以上の基板が処理されるときには、処理流体は、ガスパネルから、温度制御流体回路を通ってチャンバの中へと流される。処理流体は、流体回路に結合された１つ以上のヒータによって、処理流体の凝縮点を上回る温度で維持されている。流体回路は、コンデンサに結合されており、コンデンサでは、アニーリングが完了した後に処理流体が凝縮されて液相となる。流体回路上のヒータは、流体回路の様々な部分と接続された温度センサを通じて得られた温度測定値からの情報を用いて、制御されている。図１に示し本明細書に記載するバッチ処理チャンバ１００、及び、図２に示し本明細書に記載するシングル基板処理チャンバ２００は、高温において高圧アニール処理を行う目的で利用することが可能である。
【００１１】
図１は、高温でのアニール処理のためのバッチ処理チャンバ１００の、前方から見た簡略化された断面図である。バッチ処理チャンバ１００は本体１１０を有し、本体１１０は、外表面１１２と、内部容積室１１５を取り囲む内表面１１３と、を有する。図１といった幾つかの実施形態では、本体１１０は、環状の断面を有しているが、他の実施形態では、本体１１０の断面が矩形又は任意の閉じた形状であってよい。本体１１０の外表面１１２は、ステンレス鋼といった耐食鋼（ＣＲＳ：ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｓｔｅｅｌ）で作製されうるが、これに限定されない。任意に、外表面１１２は、バッチ処理チャンバ１００から外部環境への熱損失を防止する断熱層で被覆されうる。本体１１０の内表面１１３は、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）、ＩＣＯＮＥＬ（登録商標）、及びＭＯＮＥＬ（登録商標）といった、腐食に対して高い耐性を有するニッケル合金鋼で作られ又は被覆されうるが、これらに限定されない。任意に、本体１１０が、ニッケル合金鋼で作製されうる。
【００１２】
バッチ処理チャンバ１００は、本体１１０の内部の内部容積室１１５をシール可能に密閉するよう構成されたドア１２０を有しており、これにより、ドア１２０が開けられたときには、基板が内部容積室１１５の中へと及び内部容積室１１５から外へと移送されうる。高圧シール部１２２が、処理中に、本体１１０に対してドア１２０をシールするために利用される。高圧シール部１２２は、ペルフロウロエラストマーといった高温重合体で作られうるが、これに限定されない。冷却チャネル１２４が、ドア１２０に、又は高圧シール部１２２に隣接する本体１１０に配置されており、従って、高圧シール部１２２が、高圧シール部１２２の最大安全動作温度より低く維持される。不活性の熱伝導流体、誘電性の熱伝導流体、高性能の熱伝導流体といった冷却剤が、冷却チャネル１２４内を循環させられるが、これらには限定されない。冷却チャネル１２４の中の冷却剤の流れは、コントローラ１８０によって、温度センサ１１６又は流量センサ（図示せず）から受信されるフィードバックを通じて制御される。
【００１３】
対流防止パネル１４２が、ドア１２０とカセット１３０との間に配置されうる。対流防止パネル１４２は内部容積室１１５を、カセット１３０が存在する加熱処理領域１０２と、ドア１２０の近傍の冷却領域１０４と、に分ける。対流防止パネル１４２は、概して、チャンバ本体１１０と同じ材料で作製された金属板である。対流防止パネル１４２は、ドア１２０、カセット１３０、又は他の適切な構造物に結合されうる。対流防止パネル１４２は、カセット１３０に対向する面１４４であって、カセット１３０が存在する領域から、ドア１２０の近傍の本体１１０の領域への伝熱量を低減するよう構成された面１４４を含みうる。上記面１４４は、加熱処理領域１０２と冷却領域１０４との間の対流を抑止するのに充分なほどの大きさでありうる。上記面１４４は、研磨面又は熱反射コーティングも有しうる。対流防止パネル１４２によって、冷却領域１０４と隣接するチャンバ本体１１０の部分が、加熱処理領域１０２と隣接するチャンバ本体１１０の部分から遮蔽され、当該部分よりも低い温度で維持される。従って、ドア１２０の近傍にあり冷却領域１０４と隣接するチャンバ本体１１０の部分と接するシール部１２２が、その最大動作温度の超過により機能しなくなる可能性は低い。
【００１４】
バッチ処理チャンバ１００は、本体１１０を貫通して形成されたポート１１７を有している。ポート１１７は、温度制御流体回路１９０に流体連結されている。流体回路１９０は、ガスパネル１５０と、コンデンサ１６０と、ポート１１７と、を接続する。流体回路１９０は、ガス導管１９２と、ソース導管１５７と、入口遮断弁１５５と、排気導管１６３と、出口遮断弁１６５とを有している。１つ以上のヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、１６６が、流体回路１９０の様々な部分と接続されている。１つ以上の温度センサ１５１、１５３、１１９、１６７及び１６９が、温度測定値獲得してコントローラ１８０に温度測定情報を提供するために、流体回路１９０の様々な部分と接続されている。
【００１５】
ガス導管１９２は、一端が、ポート１１７を通じて内部容積室１１５に流体連結している。ガス導管１９２は、チャンバ導管１１８、Ｔ字型導管１９４、入口導管１５９、及び出口導管１６１を含む４つの部分を有している。Ｔ字型導管１９４は、３つの末端、即ち、入口導管１５９に接続された第１の末端と、出口導管１６１に接続された第２の末端と、チャンバ導管１１８に接続された第３の末端とを有している。チャンバ導管１１８は、ポート１１７を介して、内部容積室１１５に流体連結している。入口導管１５９は、入口遮断弁１５５を介して、ソース導管１５７に流体連結している。出口導管１６１は、出口遮断弁１６５を介して、排気導管１６３に流体連結している。ソース導管１５７は、ガスパネル１５０に流体連結している。排出管１６３が、コンデンサ１６０に流体連結している。
【００１６】
チャンバ導管１１８は、ヒータ１５８と連携している。Ｔ字型導管１９４、入口導管１５９、及び出口導管１６１は、ヒータ１９６と連携している。ソース導管１５７は、ヒータ１５２と連携している。入口遮断弁１５５は、ヒータ１５４と連携している。出口遮断弁１６５は、ヒータ１６４と連携している。排気導管１６３は、ヒータ１６６と連携している。ヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６は、流体回路１９０を通る処理流体を、処理流体の凝縮点を上回る温度で維持するよう構成される。例えば、ヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６は、流体回路１９０を通る処理流体を、当該処理流体が乾燥蒸気又は過熱蒸気として維持される温度で維持するよう構成されうる。任意に、ヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６は、外部環境への熱損失を防止ために、断熱層で被覆されうる。ヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６は、ランプ、抵抗加熱要素、伝導流体を流すための流体導管、又は、他の適切な加熱素子であってよい。一実施形態において、ヒータは、流体回路の上記要素の周りに巻回される抵抗ストリップである。ヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６は、電源１４５に個別に接続されている。一実施形態において、ヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６の各々は、別々に制御されうる。
【００１７】
温度センサ１５１は、ソース導管１５７と連携しており、ソース導管１５７の温度を測定するよう構成されている。温度センサ１５３は、入口遮断弁１５５と連携しており、入口遮断弁１５５の温度を測定するよう構成されている。温度センサ１１９は、チャンバ導管１１８と連携しており、チャンバ導管１１８の温度を測定するよう構成されている。温度読取装置１５６が、温度センサ１５１、１５３及び１１９から温度測定値を受信して表示する。温度センサ１６７は、出口遮断弁１６５と連携しており、出口遮断弁１６５の温度を測定するよう構成されている。温度センサ１６９は、排気導管１６３と連携しており、排気導管１６３の温度を測定するよう構成されている。温度読取装置１６２が、温度センサ１６７及び１６９から温度測定値を受信して表示する。温度読取装置１５６及び１６２は、コントローラ１８０に温度測定情報を送信する。センサ１５１、１５３、１１９、１６７及び１６９は、赤外線センサといった非接触センサ、又は、熱電対といった接触センサであってよい。
【００１８】
入口遮断弁１５５及び出口遮断弁１６５は、シャットオフ（ｓｈｕｔｏｆｆ）弁である。入口遮断弁１５５が開いているときには、出口遮断弁１６５は閉じられており、これにより、ソース導管１５７を通る処理流体が、ガス導管１９２の中へと及び内部容積室１１５の中へと進入し、コンデンサ１６０の中への処理流体の流れが防止される。その一方で、出口遮断弁１６５が開いているときには、入口遮断弁１５５が閉じられており、これにより、ガス状生成物が内部容積室１１５から移動させられて、排気導管１６３を通ってコンデンサ１６０の中に入り、ガスパネル１５０の中へのガス状生成物の流れが防止される。
【００１９】
ガスパネル１５０は、処理流体を、ガス導管１９２を通じた内部容積室１１５への転送のために、加圧下でソース導管１５７の中へと提供するよう構成されている。図３に示すように、ガスパネル１５０は、処理流体入口３１０と、任意の不活性ガス入口３２０と、パージガス入口３４０と、共有出口導管３５７と、を含んでいる。処理流体入口３１０は、流体源（図示せず）に流体連結されている。流体源は、加熱されて気相となり処理流体として利用される水又は他の適切な流体でありうる。処理流体入口３１０は、導管３１２、３１４、及び遮断弁３１５によって、気化器３５０に流体連結されている。遮断弁３１５は、流体源からの流れが気化器３５０に進入することを防止する第１の（即ち、閉じられた）状態を有する。遮断弁３１５は、流体源からの流れが気化器３５０に進入することが可能となる第２の（即ち、開けられた）状態を有する。遮断弁３１５はまた、気化器３５０の中へと流れる処理流体の量を調整する質量流量メータを備えて構成され又は利用される。気化器３５０は、処理流体を気相に変換するよう構成されている。一例において、気化器３５０は、水を蒸気に変換する。一例において、気化器３５０は、水を乾燥蒸気又は過熱蒸気に変換する。
【００２０】
気化器３５０は、導管３５２により、共有入口導管３５４に流体連結されている。気化器３５０及び共有入口導管３５４はまた、導管３３２により、圧力安全弁３３０に流体連結されている。圧力安全弁３３０は、導管３５２内の過剰圧力を逃がすよう構成され、従来技術では一般的に知られている。
【００２１】
任意の不活性ガス入口３２０が、圧力制御ガス源（図示せず）からの圧力制御ガスを提供するよう構成されており、この任意の不活性ガス入口３２０は、共有入口導管３５４を通って伝達される処理流体の圧力を制御するために利用される。ガス源により提供される圧力制御ガスは、窒素、アルゴン等、又は、他の適切なガスといった、反応性ガス又は不活性ガスであってよいが、これらには限定されない。不活性ガス入口３２０が、遮断弁３２５及び導管３２２、３２４によって、共有入口導管３５４に流体連結されている。遮断弁３２５は、圧力制御ガス源からの流れが、導管３２４を通って共有入口導管３５４に進入することを防止する第１の（即ち、閉じられた）状態を有する。遮断弁３２５は、圧力制御ガス源からの流れが、導管３２４を通って共有入口導管３５４に進入することが可能となる第２の（即ち、開かれた）状態を有する。遮断弁３２５はまた、共有入口導管３５４の中へと流れる圧力制御ガスの量を調整するための質量流量メータを備えて構成され又は利用される。
【００２２】
共有入口導管３５４は、弁３５５及び導管３５６によって、共有出口導管３５７に流体連結されている。弁３５５が、流体回路１９０から、気化器３５０及び不活性ガス入口３２０を選択的に遮断する遮断弁として構成されうる。共有出口導管３５７は、ソース導管１５７に流体連結されており、ガスパネル１５０を入口遮断弁１５５に結合する。他の例において、弁３５５は、気化器３５０及び不活性ガス入口３２０を通って、流体回路１９０からチャンバ本体１１０の内部容積室１５５へと流れる処理流体の量を選択的に制御するための流量制御弁として構成されうる。流量制御弁の例として、とりわけ、ニードル弁、スロットル弁、及び調節弁が含まれる。
【００２３】
パージガス入口３４０は、共有出口導管３５７を通じてソース導管１５７にも接続されている。パージガス入口３４０は、パージガス源（図示せず）に結合されている。パージガスは、窒素、空気、アルゴン等といった不活性ガスであってよいが、これらには限定されない。パージガスは、望まれるときには、共有出口導管３５７及び流体回路１９０から、残留している処理流体を取り除くために利用されうる。パージガス入口３４０は、遮断弁３４５によって、共有出口導管３５７に流体連結されている。パージガス入口３４０は、導管３４２によって、遮断弁３４５に流体連結されている。遮断弁３４５は、共有出口導管３５７から、パージガス入口３４０を選択的に遮断するよう構成されている。遮断弁３４５は、導管３４４によって、共有出口導管３５７に流体連結されている。
【００２４】
幾つかの実施形態において、遮断弁３１５、３２５、３４５及び３５５はシャットオフ弁である。遮断弁３１５、３２５、３４５及び３５５の動作は、コントローラ１８０によって制御される。内部容積室１１５の中に導入される処理流体の圧力は、本体１１０に結合された圧力センサ１１４によって監視される。流体回路１９０が内部容積室１１５に継続的に結合されている間は、圧力センサ１１４は、流体回路１９０の内部の圧力を決定するためにも利用されうる。流体回路１９０及び内部容積室１１５が、流体回路１９０と内部容積室１１５との間に配置された遮断弁を有し又は圧力の著しい変化を予測するよう構成された実施形態において、流体回路１９０と内部容積室１１５の各々に、別々の圧力センサ１１４が具備されうる。
【００２５】
コンデンサ１６０は、冷却流体源（図示せず）に流体連結されており、ガス導管１９２を通って内部容積室１１５を出る気相の処理流体を凝縮させるよう構成されている。コンデンサ１６０における相変化によって、処理流体が内部容積室１１５及び流体回路１９０から引き寄せられ、これにより、ガスを除去する必要性が最小になる。任意に、コンデンサ１６０を出る上記液化した処理流体が、遮断弁１７５を介して、熱交換器１７０を通るよう経路が定められうる。熱交換器１７０は、上記液化した処理流体をさらに冷却するよう構成され、これにより、処理流体がより簡単に管理されうる。コンデンサ１６０は、コンデンサ導管１６８によって、遮断弁１７５に流体連結されている。熱交換器１７０は、熱交換導管１７２によって、遮断弁１７５に結合されている。ポンプ１７６が、ポンプ導管１７４によって熱交換器１７０に流体連結されており、液状になった処理流体を、熱交換器１７０から、再循環、再利用、又は廃棄のための容器へと圧送する。
【００２６】
１つ以上のヒータ１４０が、本体１１０に配置されており、バッチ処理チャンバ１００の本体１１０を加熱するよう構成されている。幾つかの実施形態において、ヒータ１４０は、図１に示すように、本体１１０の外表面１１２に配置されている。各ヒータ１４０は、抵抗コイル、ランプ、セラミックヒータ、グラファイト系ＣＦＣ（ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、炭素繊維複合材）ヒータ、ステンレス鋼ヒータ、又はアルミヒータでありうる。ヒータ１４０は、電源１４５により電力が供給される。ヒータ１４０への電力は、温度センサ１１６から受信されるフィードバックを通じて、コントローラ１８０によって制御される。温度センサ１１６は本体１１０に結合されており、本体１１０の温度を監視する。一例において、ヒータ１４０は、内部容積室１５５の中に配された処理流体の凝縮点を上回る温度で本体１１０を維持する。
【００２７】
１つ以上のヒータ１４６が、本体１１０の中に配置されており、カセット１３０の中に配置された基板１３５を、バッチ処理チャンバ１００の内部容積室１１５の中に存在する間加熱するよう構成されている。各ヒータ１４６は、抵抗コイル、ランプ、セラミックヒータ、グラファイト系ＣＦＣ（ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、炭素繊維複合材）ヒータ、ステンレス鋼ヒータ、又はアルミヒータでありうる。図１に示す実施形態では、ヒータ１４６は抵抗加熱器である。ヒータ１４６は、電源１４５によって電力が供給される。ヒータ１４６への電力は、温度センサ（図示せず）から受信されるフィードバックを通じて、コントローラ１８０によって制御される。温度センサが本体１１０の中に配置可能であり、内部容積室１１５の温度を監視することが可能である。一例において、ヒータ１４６は、カセット１３０の中に配置された基板１３５を、バッチ処理チャンバ１００の内部容積室１１５の加熱処理領域１０２の中にある間、摂氏３００度を上回る温度で、例えば、摂氏３００度と約４５０度の間、又は、摂氏３００度と約５００度の間の温度で維持するよう動作可能である。
【００２８】
ヒータ１４６は概して、内部容積室１５５の加熱処理領域１０２を、流体回路１９０の温度を著しく上回る温度で維持するため、流体回路１９０を出て加熱処理領域１０２の中に入る乾燥蒸気は、過熱状態となる。過熱乾燥蒸気は、有利に、加熱処理領域１０２内で液化せず、この場合、処理チャンバ１００の中で処理されている基板１３５上で流体が液化することが防止される。
【００２９】
アクチュエータ（図示せず）に結合されたカセット１３０は、内部容積室１１５の中へと及び内部容積室１１５から外へと移動させられる。カセット１３０は、頂面１３２と、底面１３４と、壁部１３６とを有している。カセット１３０の壁部１３６は、複数の基板ストレージスロット１３８を有している。各基板ストレージスロット１３８は、カセット１３０の壁部１３６に沿って均等に間隔が置かれている。各基板ストレージスロット１３８は、基板１３５をその中で保持するよう構成される。カセット１３０は、基板１３５を保持するために、５０個もの基板ストレージスロット１３８を有しうる。カセット１３０によって、バッチ処理チャンバ１００の中へと及びバッチ処理チャンバ１００から外へと複数の基板１３５を移送するためと、内部容積室１１５内で複数の基板１３５を処理するためと、の双方のために効率の良い移送手段が提供される。
【００３０】
コントローラ１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ：ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）１８２、メモリ１８４、及び補助回路１８６を含んでいる。ＣＰＵ１８２は、産業用設定で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。メモリ１８４は、ランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、読み出し専用メモリ、フロッピィ、又は、ハードディスクドライブ、又は、他の形態によるデジタルストレージでありうる。補助回路１８６は、従来ではＣＰＵ１８２に接続されており、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電源等を含みうる。
【００３１】
コントローラ１８０は、バッチ処理チャンバ１００の様々な構成要素の動作を制御する。コントローラ１８０は、ガスパネル１５０、コンデンサ１６０、ポンプ１７６、入口遮断弁１５５、出口遮断弁１６５、及び電源１４５の動作を制御する。コントローラ１８０はまた、温度センサ１１６、圧力センサ１１４、冷却チャネル１２４、並びに、温度読取装置１５６及び１６２に通信可能に接続されている。コントローラ１８０は、入力として、基板を処理するために選択された処理流体の種類を受信する。処理流体の種類がコントローラ１８０によって一旦受信されると、コントローラ１８０は、処理流体を気体状態に維持するターゲット圧力及びターゲット温度の範囲を決定する。コントローラ１８０は、ヒータ１４０、１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６の動作、並びに、内部容積室１１５及び流体回路１９０の内部で提供される圧力を制御するために、温度センサ１１６、１５１、１５３、１１９、１６７、１６９及び圧力センサ１１４からの情報を利用する。ヒータにより供給される制御された熱、及び、圧力制御ガスに提供される圧力は、流体回路１９０及び内部容積室１１５の中に配される処理流体を、適用される圧力及び温度について処理流体の凝集点よりも高い温度で維持するために利用される。コントローラ１８０は、ガスパネル１５０内の遮断弁３１５、３２５、３４５及び３５５の動作を制御するために圧力センサ１１４からの情報を利用して、流体回路１９０の中に処理流体を最適に供給し、適用される温度での処理流体の凝縮圧力よりも低い圧力で処理流体を維持する。従って、内部容積室１１５及び流体回路１９０の温度及び圧力が、処理流体が気相であり続けるように、維持される。
【００３２】
処理流体が、バッチ処理チャンバ１００内の基板の所望のアニーリングについての処理要件に従って選択されることが考えられる。処理流体は、酸素、蒸気、水、過酸化水素、及び／又はアンモニアといった、酸素含有ガス及び／又は窒素含有ガスを含みうる。酸素含有ガス及び／又は窒素含有ガスとは代替的に、又は酸素含有ガス及び／又は窒素含有ガスに加えて、処理流体は、オルガノケイ素、オルトケイ酸テトラアルキルガス、及び、ジシロキサンガスといったシリコン含有ガスを含みうるが、これらには限定されない。幾つかの実施形態において、処理流体は、約５バールと約８０バールとの間の圧力下の蒸気又は乾燥蒸気であってよく、温度は、摂氏約１５０度と約２５０度との間で維持され、又は、摂氏約５００度もの高さですら維持されうる。このことによって、乾燥蒸気が内部容積室１１５及び流体回路１９０内で凝縮されて水とならず、さらに加えて、乾燥蒸気が、処理のために基板１３５が過熱乾燥蒸気に晒される加熱処理領域１０２内で、過熱乾燥蒸気となりうることが保証される。
【００３３】
図１Ａは、温度制御流体回路１９０Ａへの接続を示す、他のバッチ処理チャンバ１０６の一部の部分的な断面図である。バッチ処理チャンバ１０６は、基本的に、上述したバッチ処理チャンバ１０６と同じであるが、図１で示したコンデンサ１６０及びガスパネル１５０の双方へと１つのポート１１７が温度制御流体回路１９０を結合する代わりに、図１Ａのバッチ処理チャンバ１０６は、内部容積室１１５を温度制御流体回路１９０Ａのガスパネル１５０に結合する第１のポート１１７Ａと、温度制御流体回路１９０Ａのコンデンサ１６０へと内部容積室１１５を結合する第２のポート１１７Ｂと、を含んでいる。
【００３４】
温度制御流体回路１９０Ａは、基本的には、温度制御流体回路１９０と同一であり、下付き文字のＡ及びＢは、ガスパネル側（Ａ）及びコンデンサ側（Ｂ）に結合された要素を示している。温度制御流体回路１９０の中のコンデンサ１６０及びガスパネル１５０を共通のチャンバ導管１１８を通じてチャンバ本体１１０の内部容積室１１５に流体連結する温度制御流体回路１９０とは異なって、温度制御流体回路１９０Ａは、コンデンサ１６０及びガスパネル１５０を流体的に遮断して、コンデンサ１６０及びガスパネル１５０を別々に、別々のチャンバ導管１１８Ａ、１１８Ｂを通じて、チャンバ本体１１０の内部容積室１１５に別々の固有ポート１１７Ａ、１１７Ｂを通じて結合する。
【００３５】
図２は、高温での１個の基板の高圧アニール処理のためのシングル基板処理チャンバ２００の、前方から見た簡素化された断面図である。シングル基板処理チャンバ２００は、本体２１０を有し、本体２１０は、外表面２１２と、内部容積室２１５を取り囲む内表面２１３と、を有する。図２のような幾つかの実施形態では、本体２１０は環状の断面を有しているが、他の実施形態において、本体２１０の断面は矩形又は任意の閉じた形状であってよい。本体２１０の外表面２１２は、ステンレス鋼といった耐食鋼（ＣＲＳ：ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｓｔｅｅｌ）で作製されうるが、これに限定されない。１つ以上の遮熱材２２５が、本体２１０の内表面２１３に配置されており、シングル基板処理チャンバ２００から外部環境への熱損失を防止する。本体２１０の内表面２１３及び遮熱材２２５は、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）、ＩＣＯＮＥＬ（登録商標）、及びＭＯＮＥＬ（登録商標）といった、腐食に対して高い耐性を有するニッケル合金鋼で作られうるが、これに限定されない。
【００３６】
基板支持体２３０が、処理容積室２１５の中に配置されている。基板支持体２３０は、脚部２３４と、脚部２３４により保持される基板支持部材２３２と、を有している。脚部２３４は、チャンバ本体２１０を貫通して形成された通路２２２を通っている。アクチュエータ２３８に接続されたロッド２３９が、チャンバ本体２１０を貫通して形成された第２の通路２２３を通っている。ロッド２３９は、プレート２３５に結合されており、プレート２３５は、基板支持体２３０の脚部２３４を収容する開口部２３６を有している。リフトピン２３７が、基板支持部材２３２に接続されている。リフトピン２３７と接続し又はリフトピン２３７から切断するためにプレート２３５が上下に動かされるように、アクチュエータ２３８がロッド２３９を作動させる。リフトピン２３７が上げられ又は下げられる間、基板支持部材２３２が、チャンバ２００の内部容積室２１５の中で上げられ又は下げられる。基板支持部材２３２の内部の中央には、抵抗加熱素子２３１が埋め込まれている。電源２３３が、抵抗加熱素子２３１に電気を供給するよう構成されている。電源２３３及びアクチュエータ２３８動作は、コントローラ２８０によって制御されている。
【００３７】
シングル基板処理チャンバ２００は、本体２１０に開口部２１１を有しており、開口部２１１を通じて、１つ以上の基板２２０が、内部容積室２１５内に配置された基板支持体２３０へと搬入され及び基板支持体２３０から搬出されうる。開口部２１１は、本体２１０にトンネル部２２１を形成する。スリット弁２２８は、当該スリット弁２２８が開いているときには開口部２１１及び内部容積室２１５のみにアクセスしうるように、トンネル部２２１をシール可能に閉鎖するよう構成されている。高圧シール部２２７が、スリット弁２２８を本体２１０に対してシールするために利用され、これにより、処理のために内部容積室２１５がシールされる。高圧シール部２２７は、ポリマーで作製され、例えば、ペルフルオロエラストマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）といったフルオロポリマーで作製されるが、これらには限定されない。高圧シール部２２７は、シール性能を改善するためにシール部を付勢するバネ部材をさらに含みうる。冷却チャネル２２４が、高圧シール部２２７の近傍のトンネル部２２１に配置されており、これにより、処理中に高圧シール部２２７が、高圧シール部２２７の最大安全動作温度を下回る温度で維持される。不活性の熱伝導流体、誘電性の熱伝導流体、高性能の熱伝導流体といった冷却流体源２２６からの冷却剤が、冷却チャネル２２４の内を循環させられうる。冷却流体源２２６からの冷却剤の流れは、温度センサ２１６又は流量センサ（図示せず）から受信されるフィードバックを通じて、コントローラ２８０によって制御される。環状に成形された熱チョーク２２９が、トンネル部２２１の周りに形成されており、スリット弁２２８が開いているときには、内部容積室２１５から開口部２１１を通る熱流が防止される。
【００３８】
シングル基板処理チャンバ２００は、本体２１０を貫通するポート２１７を有しており、ポート２１７は、ガスパネル２５０、コンデンサ２６０、及びポート２１７を接続する流体回路２９０に流体連結されている。流体回路２９０は、流体回路１９０と実質的に類似した構成要素、及び流体回路１９０と実質的に類似したやり方による機能を有している。流体回路２９０は、ガス導管２９２と、ソース導管２５７と、入口遮断弁２５５と、排気導管２６３と、出口遮断弁２６５とを有している。複数のヒータ２９６、２５８、２５２、２５４、２６４、２６６が、流体回路２９０の様々な部分と連携している。複数の温度センサ２５１、２５３、２１９、２６７及び２６９も、温度測定値を収集してその情報をコントローラ２８０に送るために、流体回路２９０の様々な部分に配置されている。コントローラ２８０は、ヒータ２５２、２５４、２５８、２９６、２６４、及び２６６の動作を制御するために温度測定情報を利用し、これにより、流体回路２９０の温度が、流体回路２９０内及び内部容積室２１５内に配される処理流体の凝縮点を上回る温度で維持される。
【００３９】
ガスパネル２５０及び圧力センサ２１４は、性質及び機能が、ガスパネル１５０及び圧力センサ１１４と実質的に類似している。コンデンサ２６０は、性質及び機能が、コンデンサ１６０と実質的に類似している。ポンプ２７０は、性質及び機能が、ポンプ１７６と実質的に類似している。１つ以上のヒータ２４０が、本体２１０に載置されており、シングル基板処理チャンバ２００の中の内部容積室２１５を加熱するよう構成されている。ヒータ２４０も、性能及び機能が、バッチ処理チャンバ１００内で使用されるヒータ１４０と実質的に類似している。
【００４０】
コントローラ２８０が、シングル基板処理チャンバ２００の動作を制御する。コントローラ２８０は、ガスパネル２５０、コンデンサ２６０、ポンプ２７０、入口遮断弁２５５、出口遮断弁２６５、電源２３３及び２４５の動作を制御する。コントローラ２８０はさらに、温度センサ２１６、圧力センサ２１４、アクチュエータ２３８、冷却流体源２２６、並びに、温度読取装置２５６及び２６２と通信可能に接続されている。コントローラ２８０は、性質及び機能が、バッチ処理チャンバ１００内で利用されているコントローラ１８０と実質的に類似している。
【００４１】
バッチ処理チャンバ１００によって、処理流体を用いて高温高圧下で１つ以上の基板のアニーリングを行う便利な処理チャンバが提供される。ヒータ１４０には、処理チャンバ１００を加熱して、処理流体の凝縮点を上回る温度で内部容積室１１５で維持するために電力が供給される。同時に、ヒータ１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６には、流体回路１９０を加熱するために電力が供給される。
【００４２】
複数の基板１３５が、バッチ処理チャンバ１００の中に配置されるようカセット１３０で搬入される。バッチ処理チャンバ１００のドア１２０が開けられて、カセット１３０が、内部容積室１１５の中に移動させられる。その後で、処理チャンバ１００の中で基板１３５をシールするためにドア１２０が閉じられる。シール部１２２は、ドア１２０が一旦閉じられると内部容積室１１５からの漏れがないことを保証する。
【００４３】
処理流体が、ガスパネル１５０によって、処理チャンバ１００の内側で画定された内部容積室１１５の中に提供される。入口遮断弁１５５が開けられて、処理流体が、ソース導管１５７及びガス導管１９２を通って内部容積室１１５の中へと流れることが可能となる。このとき、出口遮断弁１６５は閉じられた状態に保たれている。処理流体が加えられる際の圧力は、徐々に上げられうる。内部容積室１１５内に充分な量の処理流体が存在するときには、入口遮断弁１５５は閉じられている。代替的に、処理流体は、基板１３５が処理される間、継続的に内部容積室１１５を流過しうる。
【００４４】
処理中に、内部容積室１１５及び流体回路１９０は、処理流体が気相で維持されるように或る温度及び或る圧力で維持されている。内部容積室１１５及び流体回路１９０の温度は、適用された圧力での処理流体の凝縮点よりも高い温度で維持される。内部容積室１１５及び流体回路１９０は、適用された温度での処理流体の凝縮点よりも低い圧力で維持される。
【００４５】
上記処理は、上記処理条件で処理流体に晒すことを通じて、基板１３５が所望の効果に達すると完了する。その後で、出口遮断弁１６５が開けられて、内部容積室１１５からガス導管１９２及び排気導管１６３を通ってコンデンサ１６０の中へと処理流体が流される。処理流体が、コンデンサ１６０内で凝縮されて液相となる。最適な熱交換器１７０が、流体の処理を容易にするために、液相の処理流体をさらに冷却しうる。その後で、液化した処理流体がポンプ１７６によって除去される。液化した処理流体が除去されると、出口遮断弁１６５が閉じる。ヒータ１４０、１５２、１５４、１５８、１９６、１６４、及び１６６によって、流体回路内の処理流体が気相で維持される一方、流体回路内での液化を防止するために、コンデンサ１６０への出口遮断弁１６５が開けられる。その後で、バッチ処理チャンバ１００のドア１２０が、内部容積室１１５から基板１３５を移動させるために開けられる。
【００４６】
シングル基板処理チャンバ２００は、バッチ処理チャンバ１００と実質的に同じやり方で動作する。シングル基板処理チャンバ２００は、基板支持体２３０に載置された１つの基板２２０にアニール処理をするために利用される。スリット弁２２８が開けられて、基板２２０が、トンネル部２２１を通って、内部容積室２１５内の基板支持体２３０へと搬送される。ヒータ２５２、２５４、２５８、２９６、２６４、及び２６６によって、流体回路の中の処理流体は、内部容積室２１５へと伝達される間気相で維持される。
【００４７】
図４は、本開示の一実施形態に係る、処理チャンバ内で１つ以上基板をアニール処理する方法４００のブロック図である。方法４００は、ブロック４１０で、１つ以上の基板を処理チャンバの処理領域の中に搬入することで開始される。例えば、１つの基板が、シングル基板処理チャンバ内に配置された基板支持体で搬入されうる。そうでなければ、複数の基板が、配置されたカセットで、バッチ処理チャンバの中に搬入されうる。
【００４８】
ブロック４２０では、処理流体が、ガス導管を通って、シングル基板処理チャンバの中の処理領域の中へと又はバッチ処理チャンバの中へと流される。幾つかの実施形態において、処理流体は、高圧化の処理流体でありうる。１つの基板又は複数の基板が、アニーリング処理の間、高温の処理流体に晒される。処理が完了した後で、処理流体はガス導管を通じて処理領域から除去され、コンデンサにより液化されて液相となる。続いて、液化した処理流体がポンプにより除去される。
【００４９】
ブロック４３０において、ガス導管の中の処理流体が、処理流体の凝縮点を上回る温度で維持される。ガス導管は、ガス導管を流過する処理流体を、処理流体の凝縮点を上回る温度で維持するよう構成された１つ以上のヒータに結合されており、これにより、処理流体が気相のままである。幾つかの実施形態において、上記ヒータは、電源により電気が供給される抵抗加熱素子を含みうる。ガス導管は、ガス導管の温度を測定するよう動作可能な１つ以上の温度センサを有している。ガス導管からの温度測定値がコントローラに送信され、コントローラは、ガス導管上のヒータの動作を制御するために上記情報を利用する。
【００５０】
基板を処理するために選択される処理流体の種類が、コントローラのユーザインタフェースに入力され、又は、他のチャネルを介して、コントローラへと提供される。コントローラは、流体回路及びチャンバ本体の様々な部分と連携するヒータの動作を制御するために、及び、流体回路内及び処理領域内に存在する処理流体を、感知された圧力について、処理流体の凝縮点を上回る温度で維持するために、温度センサ及び圧力センサからの情報を利用する。コントローラはまた、ガスパネルから流体回路の中への処理流体及び圧力制御ガスの流れを制御するために、及び、感知された温度での処理流体の凝集圧力より低い圧力で処理流体を維持するためにも、チャンバ本体に結合された温度センサ及び圧力センサからの情報を利用する。従って、処理領域及び流体回路の温度及び圧力が、処理流体が気相のままであるように維持される。一例において、圧力が、約５バールと約３５バールの間で維持され、温度が、摂氏約１５０度と約２５０度との間で維持され、これにより、優勢的に蒸気の形態の処理流体が、気相のままである。
【００５１】
処理チャンバ１００、２００で利用される流体回路１９０、２９０によって、流体回路１９０、２９０を通って高圧アニーリングチャンバの中へと流れる処理流体の温度を制御して、当該処理流体の凝集点を上回る温度で維持するという利点が提供される。流体回路１９０、２９０の様々な部分に結合された複数のヒータ及び温度センサによって、コントローラ１８０、２８０が、流体回路１９０、２９０、及び処理チャンバ１００、２００内の内部容積室１１５、２１５への熱供給を制御し維持することが支援される。結果として、処理流体の液化が防止されて、処理流体が気相のまま維持される。
【００５２】
バッチ処理チャンバ１００によって、複数の基板をバッチ処理により同時に同じ条件下でアニール処理することが可能となり、従って、各基板の処理コストが低減される。その一方で、シングル基板処理チャンバ２００によって、より効率の良い基板の処理が可能となり、従って、アニール処理される各基板に対する優れた基板温度制御が提供される。さらに、シングル基板処理チャンバ２００は、真空クラスタ処理ツールと容易に一体化するが可能であり、従って、素子の集積化のために要求される、優れた基板処理及び処理チャンバの統合が提供される。
【００５３】
前述の記載は、本開示の特定の実施形態に関するが、上記実施形態が、本発明の原理及び用途の単なる例示であると理解されたい。従って、例示的な実施形態に対して数多くの変更を行うことが可能であり、添付の特許請求項の範囲で定義された、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく、他の実施形態に想到すると理解されたい。
【図１】
0006947914.tif 000002
【図１Ａ】
0006947914.tif 000003
【図２】
0006947914.tif 000004
【図３】
0006947914.tif 000005
【図４】
0006947914.tif 000006