特開 2023-100264 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プロセッシング装置

(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】P2023100264

(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プロセッシング装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/44 20060101AFI20230710BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230710BHJP

【ＦＩ】

C23C16/44 J

H01L21/31 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022212165

(22)【出願日】2022-12-28

(31)【優先権主張番号】63/296,598

(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】繆 志▲カイ▼

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030DA06

4K030EA06

4K030FA01

4K030FA10

4K030GA02

4K030KA12

5F045AA08

5F045AA15

5F045AC11

5F045AC16

5F045DP03

5F045EB06

5F045EB08

5F045EC02

5F045EC05

5F045EC07

5F045EF05

5F045EF08

5F045EH18

5F045EK07

(57)【要約】

【課題】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プロセッシング装置を提供する。
【解決手段】基材プロセッシング装置が開示される。例示的な基材プロセッシング装置は、反応チャンバと、遠隔プラズマユニットと、遠隔プラズマユニットを反応チャンバへと流体連結するように構成されたクリーニングガスラインと、反応チャンバの側壁内に配置されたチャンバライナーと、を含み、クリーニングガスラインは、クリーニングガス開口部を通して反応チャンバの側壁へと接続され、チャンバライナーには複数の穴が提供され、クリーニングガス開口部へと流体連結される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材プロセッシング装置であって、
反応チャンバと、
遠隔プラズマユニットと、
前記遠隔プラズマユニットを前記反応チャンバへと流体連結するように構成されたクリーニングガスラインと、前記反応チャンバの側壁内に配置されたチャンバライナーと、を備え、
前記クリーニングガスラインが、クリーニングガス開口部を通して前記反応チャンバの前記側壁へと接続され、
前記チャンバライナーには複数の穴が提供され、前記クリーニングガス開口部へと流体連結される、基材プロセッシング装置。

【請求項2】

前記穴が、前記チャンバライナー上で均等に離隔された、請求項１に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項3】

基材を支持するように構築および配設されるように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に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項4】

サセプタに対して面するように構築および配設されるシャワープレートをさらに備える、請求項２に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項5】

前記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置された第２のクリーニングラインをさらに備える、請求項４に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項6】

前記第２のクリーニングガスラインには、プロセスガスラインが提供されて、前記シャワープレートを通して前記反応チャンバへとプロセスガスを供給する、請求項５に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項7】

基材プロセッシング装置であって、
反応チャンバと、
遠隔プラズマユニットと、
前記遠隔プラズマユニットを前記反応チャンバへと流体連結するように構成されたクリーニングガスラインと、
前記反応チャンバの側壁内に配置されたチャンバライナーと、
前記反応チャンバの底部と前記チャンバライナーの底部との間に提供されたギャップと、を備え、
前記クリーニングガスラインが、クリーニングガス開口部を通して前記反応チャンバの前記側壁へと接続され、
前記ギャップが、前記クリーニングガス開口部を流体連結するように構成された、基材プロセッシング装置。

【請求項8】

基材を支持するように構築および配設されるように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７に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項9】

前記サセプタに対して面するように構築および配設されるシャワープレートをさらに備える、請求項８に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項10】

前記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置された第２のクリーニングラインをさらに備える、請求項９に記載の基材プロセッシング装置。

【請求項11】

前記第２のクリーニングガスラインには、プロセスガスラインが提供されて、前記シャワープレートを通して前記反応チャンバへとプロセスガスを供給する、請求項１０に記載の基材プロセッシング装置。

【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、および遠隔プラズマユニットを含む基材プロセッシング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

反応チャンバ内で堆積工程が実施された後、反応チャンバは、チャンバ壁上に形成されている場合がある望ましくない堆積残留物を除去するために、クリーニングを必要とする場合がある。反応チャンバをクリーニングするための１つの取り組みは、遠隔プラズマユニット（ＲＰＵ）を使用することである。ＲＰＵを有する例示的な基材プロセッシング装置は、米国特許出願公開第２０２１／００７１２９６号（ここに参照により組み込まれる）に開示されている。

【0003】

遠隔プラズマクリーニングは、プラズマおよび反応性ラジカルを生成するために、反応チャンバの外側の遠隔プラズマ源を利用するクリーニング技法である。反応チャンバを均等にクリーニングする必要性がある。生成されたプラズマおよび反応性ラジカルは、反応チャンバを均等にクリーニングすることを支援する場合がある。

【0004】

このセクションに記載される問題および解決策の考察を含む任意の考察は、本開示に対する状況を提供する目的のためにのみこの開示に含まれ、考察のいずれかまたはすべてが、本発明がなされた時点で既知であったこと、または別の方法で先行技術を構成することを認めたものと取られるべきではない。

【発明の概要】

【0005】

この「発明の概要」は、選択された概念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、下記の本開示の「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。

【0006】

本開示の例示的な実施形態によると、基材プロセッシング装置が提供される。基材プロセッシング装置は、反応チャンバと、遠隔プラズマユニットと、遠隔プラズマユニットを反応チャンバへと流体連結するように構成されたクリーニングガスラインと、反応チャンバの側壁内に配置されたチャンバライナーと、を備えてもよく、クリーニングガスラインは、クリーニングガス開口部を通して反応チャンバの側壁へと接続され、チャンバライナーには複数の穴が提供され、クリーニングガス開口部へと流体連結される。

【0007】

様々な実施形態では、穴は、チャンバライナー上で均等に離隔されていてもよい。

【0008】

様々な実施形態では、基材プロセッシング装置は、基材を支持するように構築および配設されるように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てもよい。

【0009】

様々な実施形態では、基材プロセッシング装置は、サセプタに対して面するように構築および配設されるシャワープレートをさらに備えてもよい。

【0010】

様々な実施形態では、基材プロセッシング装置は、遠隔プラズマユニットとシャワープレートとの間に配置された第２のクリーニングラインをさらに備えてもよい。

【0011】

様々な実施形態では、第２のクリーニングガスラインには、プロセスガスをシャワープレートを通して反応チャンバへと供給するために、プロセスガスラインが提供されてもよい。

【0012】

様々な実施形態では、基材プロセッシング装置は、反応チャンバと、遠隔プラズマユニットと、遠隔プラズマユニットを反応チャンバへと流体連結するように構成されたクリーニングガスラインと、反応チャンバの側壁内に配置されたチャンバライナーと、反応チャンバの底部とチャンバライナーの底部との間に提供されたギャップと、を備えてもよく、クリーニングガスラインは、クリーニングガス開口部を通して反応チャンバの側壁へと接続され、ギャップは、クリーニングガス開口部を流体連結するように構成される。

【0013】

様々な実施形態では、基材プロセッシング装置は、基材を支持するように構築および配設されるように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てもよい。

【0014】

様々な実施形態では、基材プロセッシング装置は、サセプタに対して面するように構築および配設されるシャワープレートをさらに備えてもよい。

【0015】

様々な実施形態では、基材プロセッシング装置は、遠隔プラズマユニットとシャワープレートとの間に配置された第２のクリーニングラインをさらに備えてもよい。

【0016】

様々な実施形態では、第２のクリーニングガスラインには、プロセスガスをシャワープレートを通して反応チャンバへと供給するために、プロセスガスラインが提供されてもよい。

【0017】

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】

【0018】

【図1】図１は、本発明の一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プロセッシング装置の概略平面図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態におけ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】図３は、本発明の一実施形態における反応チャンバの概略断面図である。

【図4】図４は、本発明の別の実施形態における反応チャンバの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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図示されており、必ずしも原寸に比例して描かれていない。例えば、図内の要素のうちの一部の寸法は、本開示の図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。

【0020】

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物を超えて本開示が延長することは、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、本明細書に記述される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。

【0021】

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

【0022】

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。シャワープレートまたはこれに類するもの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、また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。

【0023】

本明細書で使用される場合、「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。

【0024】

本明細書で使用される場合、「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。

【0025】

図１は、本発明の一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プロセッシング装置の概略平面図である。基材プロセッシング装置は、４つのプロセスモジュール１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ（各々、２つの反応チャンバ１２、２２が提供される）、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が提供された基材取り扱いチャンバ４を備えてもよい。

【0026】

この実施形態では、基材プロセッシング装置は、（ｉ）各々が、横に並んで配設され、それらの前面が一直線状に整列した２つの反応チャンバ１２、２２を有する、４つのプロセスモジュール１ａ～１ｄと、（ｉｉ）２つのバックエンドロボット３（基材取り扱いロボット）を含む基材取り扱いチャンバ４と、（ｉｉｉ）２つの基材のローディングまたはアンローディング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つの追加的な側面に取り付けられたロードロックチャンバ５とを備えてもよく、各バックエンドロボット３は、ロードロックチャンバ５に対して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２つの反応チャンバに対して同時にアクセス可能な少なくとも２つのエンドエフェクタを有し、当該基材取り扱いチャンバ４は、それぞれ、４つのプロセスモジュール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、ロードロックチャンバ５のための１つの追加的な側面を有し、すべての側面は、同じ平面上に配置される。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、ゲート弁９によって基材取り扱いチャンバ４の内部から分離されていてもよい。

【0027】

一部の実施形態では、コントローラ（図示せず）は、例えば、基材移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記憶していてもよい。コントローラはまた、各プロセスチャンバのステータスをチェックしてもよく、感知システムを使用して各プロセスチャンバ内で基材を位置付け、各モジュールに対してガスボックスおよび電気ボックスを制御してもよく、ＦＯＵＰ８およびロードロックチャンバ５内に保管された基材の分配ステータスに基づいて機器フロントエンドモジュール６内のフロントエンドロボット７を制御してもよく、バックエンドロボット３を制御してもよく、またゲート弁９および他の弁を制御してもよい。

【0028】

当業者は、本装置が、本明細書の他の箇所に記述された堆積プロセスおよび反応器クリーニングプロセスを行わせるようにプログラムされた、または別の方法で構成された１つ以上のコントローラ（複数可）を含むことを理解し得る。当業者には理解されるであろうように、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、ガス流量コントローラ、または弁と通信してもよい。

【0029】

一部の実施形態では、装置は、１個より多い（例えば、２、３、４、５、６、または７個の）、任意の数の反応チャンバおよびプロセス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、ＣＶＤ反応器（プラズマ強化ＣＶＤ反応器および熱ＣＶＤ反応器など）、またはＡＬＤ反応器（プラズマ強化ＡＬＤ反応器および熱ＡＬＤ反応器など）を含む、ウエハをプロセッシングまたは処理するための任意の好適な反応器であってもよい。典型的に、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ってもよい。一部の実施形態では、すべてのモジュールは、アンローディング／ローディングを逐次的かつ規則的に時間調節することができ、それによって生産性またはスループットを増加させるように、ウエハを処理するための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、異なる処理）を有してもよいが、しかしそれらの取り扱い時間は、実質的に同一であり得る。

【0030】

図２は、本発明の一実施形態におけ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内には、シャワープレート１４およびサセプタ１３が提供されてもよく、また反応チャンバ２２内には、シャワープレート２４およびサセプタ２３が提供されてもよい。サセプタ１３、２３は、基材を支持してもよく、また組み込まれたヒーターまたは外部ヒーターによって加熱されてもよく、それによって基材の温度を制御してもよい。

【0031】

シャワープレート１４、２４は、サセプタ１３、２３に面するように構築されてもよく、また配設されてもよい。シャワープレート１４、２４には、複数の穴が提供されてもよく、こうしたプロセスガスがサセプタ１３、２３の上に定置された基材へと供給され、それによって基材の上へと薄膜の堆積を引き起こす。

【0032】

遠隔プラズマユニット（ＲＰＵ）４０は、反応チャンバ１２、２２の上方に配置されてもよい。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）へと変換される。クリーニングガスは、例えば、Ａｒ、Ｏ２、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６、またはＳＦ６のうちの少なくとも１つであってもよい。

【0033】

クリーニングガスは、中央クリーニングガスライン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を通して反応チャンバ１２、２２の中へと導入されてもよい。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設されてもよい。中央クリーニングガスライン４２の第１の端部は、ＲＰＵ４０に接続されてもよい。共有されるクリーニングガスライン４２の他方の端部は、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である、３本のガスラインに分割されてもよい。

【0034】

第２のクリーニングガスライン１７、２７の各々には、ＲＰＵゲート弁１９、２９およびプロセスガスライン１１、２１が提供されてもよい。ＲＰＵゲート弁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時、閉鎖されてもよく、それによって、クリーニングガスがプロセスガスの中へと混合されるのを防止してもよい。

【0035】

クリーニングガスはまた、中央クリーニングガスライン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の下部領域の中へも導入されてもよい。第１のクリーニングガスライン１５、２５は、分割点から反応チャンバ１２、２２の間に実質的に対称に配設されてもよい。各第１のクリーニングガスライン１５、２５には、弁１６、２６が提供されてもよい。

【0036】

コントローラ（図示せず）は、弁１６、２６を開位置と閉位置との間で制御するように構成されてもよい。弁１６、２６は、プロセスガスが基材に供給されている時、閉鎖されてもよく、それによって反応チャンバ１２、２２の間のクロストークを防止してもよい。

【0037】

図３は、本発明の一実施形態におけるチャンバモジュールの概略断面図である。クリーニングガスライン１５は、クリーニングガス開口部１８を通して反応チャンバ１２の側壁へと接続されてもよい。チャンバライナー５２は、反応チャンバ１２の側壁内に配置されてもよい。チャンバライナー５２は、クリーニングガス開口部１８に流体連結された複数の穴５５を有してもよい。穴５５は、チャンバライナー５２上で均等に離隔されていてもよく、それによって、反応チャンバを均等にクリーニングしてもよい。チャンバライナーは、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮを備えてもよい。

【0038】

図４は、本発明の別の実施形態における反応チャンバの概略断面図である。図３の穴５５の代わりに、反応チャンバ１２の底部とチャンバライナー５２の底部との間にギャップ５７が提供されてもよい。ギャップ５７の距離は、０．３ｍｍ～２０ｍｍであってもよい。

【0039】

これらの実施形態は、本発明の実施形態の単なる実施例にすぎないので、上述の本開示の例示の実施形態は、本発明の範囲を限定しない。任意の均等な実施形態は、本発明の範囲内であることが意図される。実際、記述された要素の代替的な有用な組み合わせなど、本明細書に示されかつ記述されたものに加えて、本開示の様々な修正は、記述から当業者に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また、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】

【図4】

【外国語明細書】