特開 2023-184486 改良された排気構造を含む基板処理装置

(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】P2023184486

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】改良された排気構造を含む基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/44 20060101AFI20231221BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20231221BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20231221BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

C23C16/44 B

C23C16/455

H01L21/31 C

H01L21/316 X

【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 2023098014

(22)【出願日】2023-06-14

(31)【優先権主張番号】63/353,118

(32)【優先日】2022-06-17

(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】廖 偉辰

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

4K030AA06

4K030AA11

4K030AA14

4K030AA16

4K030AA18

4K030BA44

4K030CA12

4K030EA03

4K030EA04

4K030EA11

4K030FA01

4K030GA02

4K030GA12

4K030HA01

4K030JA03

4K030JA05

5F045AA08

5F045AA15

5F045AB32

5F045AC00

5F045AC07

5F045AC11

5F045AC15

5F045AC16

5F045AC17

5F045AD01

5F045AE01

5F045BB02

5F045DP03

5F045DQ10

5F045DQ17

5F045EE17

5F045EF05

5F045EF14

5F045EF20

5F045EG06

5F045EH05

5F045EK07

5F058BA06

5F058BC02

5F058BD04

5F058BF07

5F058BF27

5F058BF29

5F058BG02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】基板処理装置ユニットの提供。
【解決手段】反応チャンバ１０と、基板１５を支持しプロセス位置と搬送位置との間で垂直に移動可能なサセプタ１６と、サセプタの上方に設けられ反応空間１１にガスを提供するように構成されたシャワープレート１２と、反応チャンバからガスを排気するように構成されたガス排気ユニット７０であって、シャワープレートを取り囲みメインダクト７８が設けられた排気ダクト７７と、サセプタがプロセス位置にある時にサセプタを空間を有して取り囲む第１の流量制御リング７１と、第１の流量制御リングを取り囲む第２の流量制御リング７３とを備えるガス排気ユニットとを含み、第１の排気チャネル７４は排気ダクトと第１の流量制御リングとの間に形成され、第２の排気チャネル７５は第１の流量制御リングと第２の流量制御リングとの間に形成され、第２の排気チャネルはメインダクトおよびサセプタの下方の領域に流体接続される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理装置であって、
反応空間が設けられた反応チャンバと、
前記反応チャンバ内に配置され、かつ基板を支持するように構成されたサセプタであって、プロセス位置と搬送位置との間で垂直に移動可能であるように構成された、サセプタと、
前記サセプタの上方に設けられ、かつ前記反応空間にガスを提供するように構成されたシャワープレートと、
前記反応チャンバから前記ガスを排気するように構成されたガス排気ユニットであって、
前記シャワープレートを取り囲み、かつメインダクトが設けられた排気ダクトと、
前記サセプタが前記プロセス位置にある時に前記サセプタを空間を有して取り囲む第１の流量制御リングと、
前記第１の流量制御リングを取り囲む第２の流量制御リングと、を備えるガス排気ユニットと、を備え、
第１の排気チャネルが、前記排気ダクトと前記第１の流量制御リングとの間に形成され、
第２の排気チャネルが、前記第１の流量制御リングと前記第２の流量制御リングとの間に形成され、かつ前記第２の排気チャネルが、前記メインダクトおよび前記サセプタの下方の領域に流体接続された、基板処理装置。

【請求項2】

前記第１の流量制御リングが、前記第２の流量制御リングの内周と係合するように構成された複数の突出部をさらに備える、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記空間が０．５～２．５ｍｍである、請求項１または２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記第１の排気チャネルのサイズが０．５～２．５ｍｍである、請求項１または２に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第２の排気チャネルのサイズが０．５～２．５ｍｍである、請求項１または２に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記ガスが、前駆体ガス、反応物質ガス、および第１の不活性ガスを含む、請求項１または２に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記前駆体ガスが、ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（４ＤＭＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（３ＤＭＡＳ）、ビス（ジメチルアミノ）シラン（２ＤＭＡＳ）、テトラキス（エチルメチルアミノ）シラン（４ＥＭＡＳ）、トリス（エチルメチルアミノ）シラン（３ＥＭＡＳ）、ビス（三級ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、およびビス（エチルメチルアミノ）シラン（ＢＥＭＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記反応物質ガスが、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ_２、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記第１の不活性ガスが、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ_２、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項10】

第２の不活性ガスが、前記空間および前記第２の排気チャネルを通して、前記サセプタの下方の領域から前記サセプタの上方および前記メインダクトへ提供されるように構成されている、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記基板処理装置が、プラズマ強化原子層堆積装置を備える、請求項１または２に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は概して、改良された排気構造を含む基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図１ａは、堆積工程を示す、従来の基板処理装置の概略断面図である。基板処理装置では、反応ガスは、シャワープレート１２を通して反応チャンバ１０の反応空間１１内に導入される。反応ガスは、排気ダクト７７を通して外部へ排出される。しかしながら、反応ガスの一部は、堆積工程中にサセプタ１６の下方の領域に導入される。

【0003】

図１ｂは、処理工程を示す、従来の基板処理装置の概略断面図である。反応ガスは、処理工程中に反応空間１１に拡散して戻り、その結果基板１５の縁部膜厚を増加させる場合がある。

【0004】

このセクションに記載の、問題および解決策の考察を含むいずれの考察も、本開示の背景を提供する目的でのみこの開示に含まれており、考察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。

【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。

【0006】

本開示の例示的な実施形態によると、基板処理装置が提供される。基板処理装置は、反応空間が設けられた反応チャンバと、反応チャンバ内に配置され、かつ基板を支持するように構成されたサセプタであって、プロセス位置と搬送位置との間で垂直に移動可能であるように構成された、サセプタと、サセプタの上方に設けられ、かつ反応空間にガスを提供するように構成されたシャワープレートと、反応チャンバからガスを排気するように構成されたガス排気ユニットであって、シャワープレートを取り囲み、かつメインダクトが設けられた排気ダクトと、サセプタがプロセス位置にある時にサセプタを空間を有して取り囲む第１の流量制御リングと、第１の流量制御リングを取り囲む第２の流量制御リングとを備えるガス排気ユニットとを備え、第１の排気チャネルは、排気ダクトと第１の流量制御リングとの間に形成され、第２の排気チャネルは、第１の流量制御リングと第２の制御リングとの間に形成され、また第２の排気チャネルは、メインダクトおよびサセプタの下方の領域に流体接続されている。

【0007】

様々な実施形態では、第１の流量制御リングは、第２の流量制御リングの内周と係合するように構成された複数の突出部をさらに備えてもよい。

【0008】

様々な実施形態では、空間は０．５～２．５ｍｍであってもよい。

【0009】

様々な実施形態では、第１の排気チャネルのサイズは、０．５～２．５ｍｍであってもよい。

【0010】

様々な実施形態では、第２の排気チャネルのサイズは、０．５～２．５ｍｍであってもよい。

【0011】

様々な実施形態では、ガスは、前駆体ガス、反応物質ガス、および第１の不活性ガスを含んでもよい。

【0012】

様々な実施形態では、前駆体ガスは、ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（４ＤＭＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（３ＤＭＡＳ）、ビス（ジメチルアミノ）シラン（２ＤＭＡＳ）、テトラキス（エチルメチルアミノ）シラン（４ＥＭＡＳ）、トリス（エチルメチルアミノ）シラン（３ＥＭＡＳ）、ビス（三級ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、およびビス（エチルメチルアミノ）シラン（ＢＥＭＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0013】

様々な実施形態では、反応物質ガスは、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ_２、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0014】

様々な実施形態では、第１の不活性は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ_２、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0015】

様々な実施形態では、第２の不活性ガスは、空間および第２の排気チャネルを通して、サセプタの下方の領域からサセプタの上方およびメインダクトへ提供するように構成されてもよい。

【0016】

様々な実施形態では、基板処理装置は、プラズマ強化原子層堆積装置を含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【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。

【0018】

【図1】図１ａは、堆積工程を示す、従来の基板処理装置の概略断面図であり、図１ｂは、処理工程を示す、従来の基板処理装置の概略断面図である。

【図2】本発明の実施形態における基板処理装置の概略図である。

【図3】本発明の実施形態における方法のタイミングシーケンスである。

【図4】本発明の実施形態における基板処理装置の概略断面図である。

【図5】本発明の実施形態における第１の流量制御リングの概略斜視図である。

【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。

【発明を実施するための形態】

【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。それゆえに、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。

【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。プロセスガス以外のガス、すなわち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、「基板」という用語は、使用されてもよい、またはその上にデバイス、回路、もしくは膜が形成されてもよい、任意の下地材料（複数可）を指す場合がある。

【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材料または層を含み得るが、それでも少なくとも部分的に連続している。

【0025】

図２は、本発明の実施形態における基板処理装置の概略平面図である。基板処理装置は、（ｉ）それぞれが４つの反応チャンバＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４を有する、４つのプロセスモジュール２０、２２、２４、２６と、（ｉｉ）２つのバックエンドロボット３２（基板ハンドリングロボット）を含む基板ハンドリングチャンバ３０と、（ｉｉｉ）２つの基板を同時に装填または取り出すためのロードロックチャンバ４０とを備えてもよく、ロードロックチャンバ４０は基板ハンドリングチャンバ３０の１つの追加的な側面に取り付けられており、それぞれのバックエンドロボット３２はロードロックチャンバ４０にアクセス可能である。それぞれのバックエンドロボット３２は、各ユニットの２つの反応チャンバに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、前記の基板ハンドリングチャンバ３０は、それぞれが４つのプロセスモジュール２０、２２、２４、２６に対応し、かつそれらに取り付けられた４つの側面と、ロードロックチャンバ４０のための１つの追加的な側面とを有する多角形形状を有し、すべての側面は同一面上に配設されている。それぞれのプロセスモジュール２０、２２、２４、２６の内部およびロードロックチャンバ４０の内部は、ゲート弁によって基板ハンドリングチャンバ３０の内部から隔離されてもよい。

【0026】

一部の実施形態では、コントローラ（図示せず）は、例えば、基板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板を位置付けてもよく、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、ＦＯＵＰ５２およびロードロックチャンバ４０内に保管された基板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内のフロントエンドロボット５６を制御してもよく、バックエンドロボット３２を制御してもよく、またゲート弁および他の弁を制御してもよい。

【0027】

当業者は、本装置が、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１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、ガス流コントローラ、または弁と通信してもよい。

【0028】

一部の実施形態では、装置は、１個よりも大きい（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２では、装置は、１６個の反応チャンバを有するが、その装置は８個以上を有してもよい。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、プラズマ反応器を備えてもよい。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能力を有してもよい。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）を有してもよいが、それらの取り扱い時間は、実質的に同一である。

【0029】

図３は、本発明の実施形態における方法のタイミングシーケンスである。図示したように、不活性ガスは、１つ以上の前駆体ガスパルス１１０、１つ以上の反応物質ガスパルス１４０、および／または１つ以上のプラズマ電力パルス１２０、１３０を通じて、連続的に反応チャンバに提供されてもよい。堆積工程および処理工程の間、反応物質ガスおよび／または不活性ガスは、例えば、ＰＥＡＬＤ（プラズマ強化原子層堆積）プロセスで使用する励起種を形成するために、（例えば、直接）プラズマに曝露されてもよい。堆積サイクルおよび処理サイクルは繰り返すことができる。処理工程中のプラズマを形成するための出力は、堆積工程中のそれよりも高くてもよい。

【0030】

前駆体ガスは、ビス（ジエチルアミノ）シラン（ＢＤＥＡＳ）、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（４ＤＭＡＳ）、トリス（ジメチルアミノ）シラン（３ＤＭＡＳ）、ビス（ジメチルアミノ）シラン（２ＤＭＡＳ）、テトラキス（エチルメチルアミノ）シラン（４ＥＭＡＳ）、トリス（エチルメチルアミノ）シラン（３ＥＭＡＳ）、ビス（三級ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、およびビス（エチルメチルアミノ）シラン（ＢＥＭＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0031】

反応物質ガスは、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＣＯ_２、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0032】

第１の不活性ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ_２、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでもよい。第１の不活性ガスは、反応チャンバ内のプラズマを点火する、またはプラズマの点火を容易にするために、反応チャンバから反応物質および／もしくは副産物をパージするために、使用されてもよく、かつ／または反応チャンバへの前駆体の送達を支援するためのキャリアガスとして使用されてもよい。

【0033】

図４は、本発明の実施形態における基板処理装置の概略断面図である。基板処理装置は、反応空間１１が設けられている反応チャンバ１０と、反応チャンバ１０内に配置され、かつ基板１５を支持するように構成されたサセプタ１６とを含む。サセプタ１６は、プロセス位置と搬送位置との間で垂直に移動可能であるように構成される。サセプタ１６がプロセス位置にある時、基板処理装置は基板１５上で処理を行ってもよい。サセプタ１６が搬送位置にある時、基板処理装置は、反応チャンバ１０の内外に基板１５を搬送してもよい。

【0034】

基板処理装置は、サセプタ１６の上方に設けられ、かつ反応空間１１に前駆体ガス、反応物質ガス、および第１の不活性ガスを提供するように構成されている、シャワープレート１２をさらに備える。シャワープレート１２は、ガス孔を有してもよい。シャワープレート１２は、ＰＥＡＬＤ装置用の電極であってもよい。

【0035】

基板処理装置は、反応チャンバからガスを排気するように構成されたガス排気ユニット７０をさらに備える。ガス排気ユニット７０は、シャワープレート１２を取り囲み、かつメインダクト７８が設けられた排気ダクト７７と、サセプタ１６がプロセス位置にあるときにサセプタ１６を空間７９を有して取り囲む第１の流量制御リング７１と、第１の流量制御リング７１を取り囲む第２の流量制御リング７３とを備える。第１の排気チャネル７４は、排気ダクト７７と第１の流量制御リング７１との間に形成される。ガスは、第１の排気チャネル７４およびメインダクト７８を通して外部へ排気される。ガスの一部は、堆積工程中にサセプタ１６の下方の領域に導入されてもよい。

【0036】

第２の排気チャネル７５は、第１の流量制御リング７１と第２の制御リング７３との間に形成され、また第２の排気チャネル７５は、メインダクト７８およびサセプタ１６の下方の領域に流体接続されている。サセプタ１６の下方のガスは、処理工程の間に、第２の排気チャネル７５を通してメインダクト７８に排気されてもよい。

【0037】

第１の流量制御リング７１は、第２の流量制御リング７３の内周と係合し、それによって第２の排気チャネル７５を有するように構成された複数の突出部７２をさらに備えてもよい。

【0038】

第１の流量制御リング７１とサセプタ１６との間の空間７９は、０．５～２．５ｍｍであってもよい。第１の排気チャネル７４のサイズは、０．５～２．５ｍｍであってもよい。第２の排気チャネル７５のサイズは、０．５～２．５ｍｍであってもよい。

【0039】

第２の不活性ガスは、空間７５および第２の排気チャネル７５を通して、サセプタ１６の下方の領域からサセプタ１６の上方およびメインダクト７８へ提供されるように構成されてもよい。第２の不活性ガスは、シールガスであってもよく、またＨｅ、Ａｒ、Ｎ_２、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0040】

これらの実施形態は単に本発明の実施形態の実施例にすぎないため、上述の本開示の例示的な実施形態は、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】

【図4】

【図5】

【外国語明細書】