特開 2023-100262 遠隔プラズマユニットおよび遠隔プラズマユニットを含む基材処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023100262

(43)【公開日】2023-07-18

(54)【発明の名称】遠隔プラズマユニットおよび遠隔プラズマユニットを含む基材処理装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/44 20060101AFI20230710BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230710BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230710BHJP

【ＦＩ】

C23C16/44 J

H01L21/205

H01L21/31 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022210459

(22)【出願日】2022-12-27

(31)【優先権主張番号】63/296,628

(32)【優先日】2022-01-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519237203

【氏名又は名称】エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】任 平

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030DA06

4K030EA06

4K030FA01

4K030FA10

5F045AA06

5F045AA08

5F045AA15

5F045AC00

5F045AC11

5F045AC16

5F045BB02

5F045BB14

5F045DP03

5F045DQ17

5F045EB06

5F045EB08

5F045EB09

5F045EF05

5F045EH18

5F045EK07

(57)【要約】

【課題】基材処理装置を開示する。
【解決手段】例示的な基材処理装置は、複数の反応チャンバ、共有遠隔プラズマユニット、共有遠隔プラズマユニットを反応チャンバに流体連結するように構成された複数の第１のクリーニングガスライン、および共有遠隔プラズマユニットにクリーニングガスを提供するクリーニングガス源を含み、第１のクリーニングガスラインの各々には、バルブが設けられ、反応チャンバの側壁に接続される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の反応チャンバと、
共有遠隔プラズマユニットと、
前記共有遠隔プラズマユニットを前記反応チャンバに流体連結するように構成された複数の第１のクリーニングガスラインと、
前記共有遠隔プラズマユニットにクリーニングガスを提供するクリーニングガス源と、を備え、
前記複数の第１のクリーニングガスラインの各々は、バルブを備え、前記反応チャンバの側壁に接続される、基材処理装置。

【請求項2】

前記クリーニングガスが、Ａｒ、Ｏ_２、ＮＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、またはＳＦ_６のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の基材処理装置。

【請求項3】

基材を支持するように配置構成され前記反応チャンバ内に位置付けられたサセプタをさらに備える請求項１に記載の基材処理装置。

【請求項4】

前記サセプタに面するように配置構成されたシャワープレートをさらに備える請求項３に記載の基材処理装置。

【請求項5】

前記シャワープレートには、前記クリーニングガスを供給するための複数の穴が設けられている、請求項４に記載の基材処理装置。

【請求項6】

複数の第２のクリーニングガスラインをさらに備え、該複数の第２のクリーニングガスラインの各々が前記共有遠隔プラズマユニットと前記シャワープレートとの間に配設されている、請求項５に記載の基材処理装置。

【請求項7】

前記複数の第２のクリーニングガスラインの各々に、前記シャワープレートを通して前記反応チャンバにプロセスガスを供給するためのプロセスガスラインが設けられている、請求項６に記載の基材処理装置。

【請求項8】

各バルブが、前記プロセスガスが前記反応チャンバに供給されている間は閉じられるように構成されている、請求項７に記載の基材処理装置。

【請求項9】

複数の反応チャンバと、
共有遠隔プラズマユニットと、
前記共有遠隔プラズマユニットを前記反応チャンバに流体連結するように構成された複数の第１のクリーニングガスラインと、
前記共有遠隔プラズマユニットにクリーニングガスを提供するクリーニングガス源と、を備え、
前記複数の第１のクリーニングガスラインがバルブを共有し、前記複数の第１のクリーニングガスラインの各々が前記反応チャンバの側壁に接続されている、基材処理装置。

【請求項10】

前記反応チャンバ内に位置付けられ基材を支持するように配置構成されたサセプタをさらに備える請求項９に記載の基材処理装置。

【請求項11】

前記サセプタに面するように配置構成されたシャワープレートをさらに備える請求項１０に記載の基材処理装置。

【請求項12】

複数の第２のクリーニングガスラインをさらに備え、該複数の第２のクリーニングガスラインの各々が前記共有遠隔プラズマユニットと前記シャワープレートとの間に配設されている、請求項１１に記載の基材処理装置。

【請求項13】

前記複数の第２のクリーニングガスラインの各々には、前記シャワープレートを通して前記反応チャンバにプロセスガスを供給するためのプロセスガスラインが設けられている、請求項１２に記載の基材処理装置。

【請求項14】

前記バルブが、前記プロセスガスが前記反応チャンバに供給されている間は閉じられるように構成されている、請求項１３に記載の基材処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して遠隔プラズマユニットに関する。より具体的には、本開示の例示的な実施形態は、遠隔プラズマユニットと遠隔プラズマユニットを含む基材処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

処理済みウエハのスループットを高めるために、複数のウエハを一つの反応チャンバにロードし、バッチプログラムを実行することによって同時に処理する。しかしながら、バッチプログラムを使用して高精度で処理を行うことは困難である。一方、単一のウエハを反応チャンバに装填して処理した場合、処理は高精度で制御できるが、スループットは低下する。単一ウエハ処理タイプの複数の反応チャンバが、共通の処理およびクリーニングガス供給システムおよび遠隔プラズマシステム（ＲＰＵ）を共有する場合、複数の反応チャンバの同時動作は、スループットを増加させ得る。例示的な基材処理装置は、特許文献１に開示され、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【0003】

しかしながら、複数の反応チャンバがクリーニングガスラインを共有する場合、堆積中に、クリーニングガスラインを通るクロストークが発生し、それによって、膜均一性、膜組成などの点で、反応チャンバ間に変動を引き起こす場合がある。

【0004】

このセクションに記載の、問題および解決策の説明を含むいずれの説明も、本開示の背景を提供する目的でのみ本開示に含まれており、説明のいずれかもしくはすべてが、本発明がなされた時点において既知であったこと、またはそれらが別様に先行技術を構成することを認めるものと考えられるべきではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第９４４７４９８号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

この「発明の概要」は、概念の選択を、単純化した形態で紹介するために提供される。これらの概念は、下記の開示の例示の実施形態の「発明を実施するための形態」において、さらに詳細に記述される。この「発明の概要」は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図せず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図しない。

【0007】

本開示の例示的な実施形態によると、基材処理装置が提供される。基材処理装置は、複数の反応チャンバ、共有遠隔プラズマユニット、共有遠隔プラズマユニットを反応チャンバに流体連結するように構成された複数の第１のクリーニングガスライン、および共有遠隔プラズマユニットにクリーニングガスを提供するクリーニングガス源を備え、第１のクリーニングガスラインの各々にはバルブが設けられ、反応チャンバの側壁に接続されていてもよい。

【0008】

様々な実施形態において、クリーニングガスは、Ａｒ、Ｏ_２、ＮＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、またはＳＦ_６のうちの少なくとも一つを含んでもよい。

【0009】

様々な実施形態において、基材処理装置は、反応チャンバ内に位置付けられ、基材を支持するように配置構成されるサセプタをさらに備えていてもよい。

【0010】

様々な実施形態において、基材処理装置は、サセプタに面するように配置構成されるシャワープレートをさらに備えてもよい。

【0011】

様々な実施形態では、シャワープレートには、クリーニングガスを供給するための複数の穴が設けられていてもよい。

【0012】

様々な実施形態において、基材処理装置は、複数の第２のクリーニングガスラインをさらに備え、その各々が、共有遠隔プラズマユニットとシャワープレートとの間に配設されてもよい。

【0013】

様々な実施形態において、第２のクリーニングガスラインの各々には、プロセスガスラインが設けられ、シャワープレートを通してプロセスガスを反応チャンバに供給してもよい。

【0014】

様々な実施形態において、各バルブは、プロセスガスが反応チャンバに供給される間、閉じられるように構成されてもよい。

【0015】

様々な実施形態において、基材処理装置は、複数の反応チャンバ、共有遠隔プラズマユニット、共有遠隔プラズマユニットを反応チャンバに流体連結するように構成された複数の第１のクリーニングガスライン、および共有遠隔プラズマユニットにクリーニングガスを提供するクリーニングガス源を備え、第１のクリーニングガスラインはバルブを共有し、第１のクリーニングガスラインの各々が反応チャンバの側壁に接続されていてもよい。

【0016】

様々な実施形態において、基材処理装置は、反応チャンバ内に位置付けられ、基材を支持するように配置構成されるサセプタをさらに備えていてもよい。

【0017】

様々な実施形態において、基材処理装置は、サセプタに面するように配置構成されるシャワープレートをさらに備えていてもよい。

【0018】

様々な実施形態において、基材処理装置は、複数の第２のクリーニングガスラインをさらに備え、その各々が、共有遠隔プラズマユニットとシャワープレートとの間に配設されてもよい。

【0019】

様々な実施形態において、複数の第２のクリーニングガスラインの各々には、プロセスガスラインが設けられ、シャワープレートを通してプロセスガスを反応チャンバに供給してもよい。

【0020】

様々な実施形態において、バルブは、プロセスガスが反応チャンバに供給される間、閉じられるように構成されてもよい。

【0021】

本開示の例示的な実施形態のより完全な理解は、以下の例示的な図に関連して考慮される場合、「発明を実施するための形態」および「特許請求の範囲」を参照することによって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態において使用可能なデュアルチャンバモジュールを有する半導体処理装置の概略平面図である。

【図2】本発明の実施形態によるデュアルチャンバモジュールの概略断面図である。

【図3】本発明の別の実施形態によるデュアルチャンバモジュールの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

当然のことながら、図内の要素は、単純化および明瞭化のために例示されており、必ずしも実寸に比例して描かれているわけではない。例えば、図内の要素のうちのいくつかの寸法は、本開示の例示された実施形態の理解を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。

【0024】

ある特定の実施形態および実施例を以下に開示するが、本開示の具体的に開示された実施形態および／または使用、ならびにその明白な修正および均等なものを超えて本開示が拡張することは、当業者によって理解されるであろう。それ故に、本開示の範囲は、本明細書に記載の特定の実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。

【0025】

本明細書に提示された例示は、任意の特定の材料、装置、構造、またはデバイスの実際の様相であることを意味せず、本開示の実施形態を説明するために使用される単なる表現にすぎない。

【0026】

この開示では、「ガス」は、常温および常圧において気体、気化した固体、および／または気化した液体である材料を含んでもよく、また状況に応じて単一の気体または気体の混合物で構成されてもよい。例えばシャワープレートなどの、ガス供給ユニットを通過することなく導入されるガスは、例えば反応空間をシールするために使用されてもよく、希ガスまたは他の不活性ガスなどのシールガスを含んでもよい。不活性ガスという用語は、かなりの程度まで化学反応に関与しないガス、および／またはプラズマ電力が加えられたときに前駆体を励起することができるガスを指す。

【0027】

本明細書で使用される「基材」という用語は、使用される場合がある、または上にデバイス、回路、もしくは膜が形成される場合がある、任意の下地材料（複数可）を指す場合があり、これは典型的には半導体ウエハである。

【0028】

本明細書で使用される「膜」および「薄膜」という用語は、本明細書に開示された方法によって堆積された、任意の連続的または非連続的な構造および材料を指す場合がある。例えば、「膜」および「薄膜」としては、２Ｄ材料、ナノロッド、ナノチューブ、もしくはナノ粒子、またはさらには部分的もしくは完全な分子層、または部分的もしくは完全な原子層、または原子および／もしくは分子のクラスタを挙げることができる。「膜」および「薄膜」は、ピンホールを有するが、それでも少なくとも部分的に連続的な材料または層を含んでもよい。

【0029】

図１は、本発明の実施形態におけるデュアルチャンバモジュールを有する基材処理装置の概略平面図である。基材処理装置は、４つの処理モジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ（それぞれに、２つの反応チャンバ１２、２２が設けられる）、ロードロックチャンバ５、およびバックエンドロボット３が設けられた基材取り扱いチャンバ４を備えていてもよい。

【0030】

この実施形態では、基材処理装置は、（ｉ）各々が、並んで配置され、それらの前部が一列に整列した２つの反応チャンバ１２、２２を有する、４つの処理モジュール１ａ～１ｄと、（ｉｉ）２つのバックエンドロボット３（基材ハンドリングロボット）を含む基材取り扱いチャンバ４と、（ｉｉｉ）２つの基材の装填または取り出しを同時に行うためのロードロックチャンバ５であって、基材取り扱いチャンバ４の１つの追加的側面に取り付けられたロードロックチャンバ５とを備え、各バックエンドロボット３が、ロードロックチャンバ５にアクセス可能である。バックエンドロボット３の各々は、各ユニットの二つの反応チャンバに同時にアクセス可能な少なくとも二つのエンドエフェクタを有し、該基材取り扱いチャンバ４は、それぞれ、４つの処理モジュール１ａ～１ｄに対応し、かつそれらに取り付けられる４つの側面を有する多角形形状を有し、さらにロードロックチャンバ５のための追加的側面を一つ有し、すべての側面は、同一面上に配設される。各反応チャンバ１２、２２の内部およびロードロックチャンバ５の内部は、ゲートバルブ９によって基材取り扱いチャンバ４の内部から隔離されていてもよい。

【0031】

一部の実施形態では、コントローラ（図示せず）は、例えば、基材搬送のシーケンスを実行するようにプログラムされたソフトウェアを格納してもよい。コントローラは、各反応チャンバの状態確認、各モジュールの感知システム、制御装置、ガスボックス、および電装ボックスを使用して各処理チャンバの中での基材位置の確認、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）８およびロードロックチャンバ５内に格納された基材の分配状態に基づいて機器フロントエンドモジュール６内でのフロントエンドロボット７の制御、バックエンドロボット３の制御、およびゲートバルブ９や他のバルブの制御などを行ってもよい。

【0032】

当業者は、装置が、本明細書の他の箇所に記載された堆積処理および反応器クリーニング処理を実行させるようにプログラムされたかまたは他の方法で構成された一つ以上のコントローラを含むことを理解し得る。当業者に理解されるように、コントローラ（複数可）は、様々な電源、加熱システム、ポンプ、ロボットおよびガス流コントローラまたはバルブと連通してもよい。

【0033】

一部の実施形態では、装置は、１個よりも大きい（例えば、２個、３個、４個、５個、６個、または７個の）、任意の数の反応チャンバおよび処理モジュールを有してもよい。図１では、装置は、８個の反応チャンバを有するが、しかしその装置は、１０個以上を有してもよい。一部の実施形態では、モジュールの反応器は、（プラズマ強化ＣＶＤ反応器および熱ＣＶＤ反応器などの）ＣＶＤ（化学気相堆積）反応器、（プラズマ強化ＡＬＤ反応器および熱ＡＬＤ反応器などの）ＡＬＤ（原子層堆積）反応器を含む、ウエハを処理または処置するための任意の適切な反応器であってもよい。典型的には、反応チャンバは、ウエハ上に薄膜または層を堆積させるための、プラズマ反応器である。一部の実施形態では、すべてのモジュールは、取り出し／装填を順次的かつ定期的に時間調節することによって生産性またはスループットを向上させることができるように、ウエハを処置する同一の能力を有する、同じタイプのものであってもよい。一部の実施形態では、モジュールは、異なる能力（例えば、異なる処置）を有している場合があるが、それらの取り扱い時間は、実質的に同一である。

【0034】

図２は、本発明の実施形態によるデュアルチャンバモジュールの概略断面図である。反応チャンバ１２では、シャワープレート１４およびサセプタ１３が設けられていてもよく、反応チャンバ２２では、シャワープレート２４およびサセプタ２３が設けられていてもよい。サセプタ１３、２３は、基材を支持し、組み込まれたヒータまたは外付けヒータによって加熱されて基材の温度を制御してもよい。

【0035】

シャワープレート１４、２４は、サセプタ１３、２３に面するように配置構成されてもよい。シャワープレート１４、２４には、プロセスガスがサセプタ１３、２３の上に載置された基材へと供給されるように複数の穴が設けられていてもよく、これにより、基材上に薄膜の堆積を生じる。

【0036】

遠隔プラズマユニット（ＲＰＵ）４０は、反応チャンバ１２、２２の上方に配設されてもよい。クリーニングガスは、クリーニングガス源（図示せず）からＲＰＵ４０に供給されてもよく、それによって、ガスラジカル、ガスイオン、または両方（反応性ガス）に変換される。クリーニングガスは、例えば、Ａｒ、Ｏ_２、ＮＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、またはＳＦ_６のうちの少なくとも一つであってもよい。

【0037】

クリーニングガスは、中央ガスライン４２および第２のクリーニングガスライン１７、２７を使用して、シャワーヘッド１４、２４を通って反応チャンバ１２、２２内に導入されてもよい。第２のクリーニングガスライン１７、２７は、分割点から反応チャンバ１２、２２の間に実質的に対称に配置されてもよい。中央ガスライン４２の第１の端部は、ＲＰＵ４０に接続されてもよい。中央ガスライン４２の他方の端は、第２のクリーニングガスライン１７、２７および第３のクリーニングガスライン４４の、三つのガスラインに分割されてもよい。

【0038】

第２のクリーニングガスライン１７、２７の各々には、ＲＰＵゲートバルブ１９、２９およびプロセスガスライン１１、２１が設けられていてもよい。ＲＰＵゲートバルブ１９、２９は、プロセスガスがプロセスガスライン１１、２１およびシャワーヘッド１４、２４を通して基材に供給されているときに閉じることによって、クリーニングガスがプロセスガス中に混合されるのを防いでもよい。

【0039】

クリーニングガスはまた、中央ガスライン４２、第３のクリーニングガスライン４４、および第１のクリーニングガスライン１５、２５を使用して、反応チャンバ１２、２２の側壁に配設される穴１８、２８を通って、反応チャンバ１２、２２の下部領域内に導入されてもよい。第１のクリーニングガスライン１５、２５は、反応チャンバ１２、２２の間において、分割点から反応チャンバ１２、２２まで、実質的に対称に配置されてもよい。各第１のクリーニングガスライン１５、２５には、バルブ１６、２６が設けられていてもよい。

【0040】

コントローラ（図示せず）は、開位置と閉位置との間のバルブ１６、２６を制御するように構成されてもよい。プロセスガスが基材に供給されている時にバルブ１６、２６が閉じることによって、反応チャンバ１２、２２間のクロストークが防止されてもよい。

【0041】

図３は、本発明の別の実施形態によるデュアルチャンバモジュールの概略断面図である。図２のバルブ１６、２６の代わりに、第１のクリーニングガスライン１５、２５は、バルブ５６を共有して、両方のライン１５、２５を同時に閉じてもよい。バルブ５６はまた、プロセスガスが基材に供給されている時に閉じることによって反応チャンバ１２、２２間のクロストークを防止してもよい。

【0042】

上述の本開示の例示的な実施形態は、これらの実施形態が本発明の実施形態の単なる実施例にすぎないため、本発明の範囲を限定しない。任意の同等の実施形態は、本発明の範囲内にあることが意図される。実際に、記述される要素の代替的な有用な組み合わせなどの、本明細書に示されかつ記述されるものに加えて、本開示の様々な修正は、当業者には記述から明らかになる場合がある。こうした修正および実施形態も、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【外国語明細書】