JP2008539564A - 異なる環境での処理を可能とする基板処理プラットフォーム - Google Patents

Abstract

半導体ウエハ処理システム（４０）は、大気圧で動作し複数のウエハカセットを取り付ける工場インターフェース（２６）を含み、更に、フレーム（１６）に取り付けられ工場インターフェースにそれぞれのスリット弁を通して接続される複数のウエハ処理チャンバ（４２、４４）を含む。工場インターフェースにおけるロボットにより、カセットと処理チャンバとの間にウエハ（３２）を移送することができる。処理チャンバのうちの少なくとも１つは、減圧状態で動作でき、フレームに取り付けられた真空ポンプ（４６）によって排気される。その処理チャンバは、ウインドー（６０）を通して処理空間（１００）を照射するランプ（６６）のアレイを含む急速熱処理チャンバ（５２）であることができる。ランプヘッドは、処理空間の圧力とほぼ同じ圧力まで真空排気される。マルチステッププロセスは、異なる圧力で行うことができる。本発明は、また、スリット弁の外側に不活性ガスを流し込み（２１０）、開放されたスリット（２０６）の外側にガスカーテンを形成して毒性処理ガスの流出を阻止することができるようにする、熱処理チャンバのウエハアクセスポート（２０２）を含む。
【選択図】 図２

Description

発明の分野

本発明は、一般的に、半導体処理装置に係る。より詳細には、本発明は、複数の処理チャンバが取り付けられるプラットフォームに関する。

現在の産業用半導体処理の多くは、各真空スリット弁を通して中央移送チャンバに取り付けられた単一ウエハ処理チャンバにて行われている。この移送チャンバ及び関連する制御及び真空装置の多くは、異なるタイプの処理チャンバと組み合わせることのできるプラットフォームと称されている。異なる処理チャンバとしては、スパッタリング、エッチング、化学気相堆積（ＣＶＤ）及び急速熱処理（ＲＴＰ）を行えるものがある。この移送チャンバは、処理ステップの間でのウエハの汚染、おそらく酸化を防止し且つ処理チャンバが常に減圧状態に、エッチングの場合にはミリトールの範囲に、スパッタリングの場合にはマイクロトールの範囲に、保持されうるようにするため、減圧状態に保持される。移送チャンバ内のロボットアームは、真空ロードロックにおけるウエハカセットから処理チャンバのいずれへもウエハを移送することができ、また、異なる処理ステップのためにチャンバ間でウエハを移送することもできる。

真空移送チャンバを含むマルチチャンバプラットフォームは、非常に有効であるが、これらは、大型であり比較的に高価なものである。その上、これらは、非常に高価なクリーンルームにおいて大きなフロアスペースを占めてしまうものである。即ち、これらは、大きなフットプリントを有するものである。また、これらのサイズのため、配管や配線の多くを切り離した状態でそのプラットフォーム及びそのチャンバを別々に輸送することが必要とされている。その結果、そのシステムを装置工場において組み立てて、テストしたとしても、輸送のために分解し、ウエハ製造ラインにて組み立て直して、再度テストする必要がある。従って、システムの発注から生産ラインへの設置までの間のリードタイムが、相当に長くなってしまうことがある。このため、ある用途においては、より簡単なプラットフォームの方が有用である。

急速熱処理（ＲＴＰ）は、真空移送チャンバによる利益をそれほど受けない用途の１つである。ＲＴＰにおいては、高強度ランプのアレイによって、アニーリング又は酸化の如きプロセスを熱的に活性化するため、ウエハを、高い温度まで、例えば、７００℃まで又は１２５０℃よりも高い温度まででも、急速に加熱することができる。その高温で比較的に短い時間の後、それらランプは、ターンオフされ、ウエハが急速に低温とされ、それにより、熱履歴が減少される。ＲＴＰは、典型的には、大気圧又は比較的に緩い真空、例えば、トールの範囲の真空にて行われる。米国特許出願公開第２００３／０１８６５５４号公報において、Tam氏等は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社からバンテージプラットフォームとして入手できる汎用のＲＴＰについて開示しており、この公報の記載はそのままここに援用される。図１の斜視図に例示されたＲＴＰシステム１０は、共通フレーム１６に取り付けられた２つのＲＴＰチャンバ１２、１４を含み、この共通フレーム１６には、また、各コントローラ１８、２０、ガス供給システム２２及び排気ポンプが取り付けられている。これら２つのＲＴＰチャンバ１２、１４は、それぞれのスリット弁を通して工場インターフェース２６に接続されている。この工場インターフェース２６は、プラットフォームの機械的装置とクリーンルームとの間の壁部を構成することができる。ＦＯＵＰボックスの如きアレーロードカセット３０内のオペレータは、そのカセット３０内の棚に支持された複数のウエハ３２を工場インターフェース２６における２つのカセット位置へと搬送する。工場インターフェース２６における単一の図示していないロボットにより、ロードされたカセット３０のいずれかからのウエハ３２を、処理のためＲＴＰチャンバ１２、１４のうちのいずれかへと移送し、それから、処理の後それらをカセット３０へ戻すことができる。このような動作により、オペレータが工場インターフェース２６へカセット３０をローディングし、また、工場インターフェース２６からカセット３０をアンローディングしている間に、これら２つのＲＴＰチャンバ１２、１４による処理をほぼ連続して行うようにすることができる。

この例示したシステム１０は、カセットのための真空ロードロックを含まず、ＲＴＰチャンバ１２、１４は、ウエハサイクルの間でクリーンルームの大気に対して開放されている。このシステムで従来使用されているＲＴＰチャンバ１２、１４は、真空排気されておらず、実質的に大気圧にて動作する。処理ガスは、排気ラインへと押しやられるように十分に加圧されている。このような限定により、プラットフォームが簡単化されている。何故ならば、真空ポンプがなく、高強度ランプを、ランプウインドーを横切る差圧を最小として大気圧で動作させることができるからである。このシステムは、フレーム１６に取り付けられたシステムをそのまま輸送して、工場インターフェース２６に隣接した製造ラインに素早く設置できるに十分なほど小型である。

Tam氏等は、ウエハ移送中にクリーンルームにおける汚染物質がチャンバ内へと流れ込むのを防止するという大気圧工場インターフェースにおける問題点を解決しようとしている。彼らは、スリット弁が開放されているときに、チャンバ内の不活性ガスの圧力をわずかに正に維持して、クリーンルームの大気がチャンバ内へ流れ込むというのでなく、その不活性ガスが工場インターフェース内へと流れ込むようにしている。

発明の概要

マルチチャンバ基板処理プラットフォームは、基板カセットを保持するための大気圧で動作する工場インターフェースと、各弁スリットを通して工場インターフェースに接続される複数の処理チャンバとを含む。ロボットにより、カセットと処理チャンバとの間で基板を移送することができる。処理チャンバのうちの少なくとも１つは、減圧状態、例えば、２００トールより低い圧力状態で動作することができ、又は処理ガス、特に、毒性ガスを除去するため真空排気することができる。

処理チャンバは、熱処理すべき基板を保持する真空処理チャンバへウインドーを通して放射エネルギーを指向する白熱ランプのアレイを含み、急速熱処理（ＲＴＰ）のために構成することができる。例えば、ヘリウムである熱移送ガスが、そのアレイを包囲し且つ減圧状態、好ましくは、その真空処理チャンバ内の圧力とほぼ同じ圧力状態に真空排気されたランプヘッドキャビティ内へ供給される。単一真空ポンプにより、複数のＲＴＰチャンバのランプヘッドを排気することができる。

本発明は、ＲＴＰチャンバにおいて、特に、基板移送のために大気に通気されるようなものにおいて行われ、異なるステップが異なる処理圧力及び温度にて行われるようなマルチステッププロセスを含む。

本発明の１つの態様は、酸素及び水素を混合するためのマニホールドをＲＴＰチャンバに隣接して含み、これら酸素及び水素は、ガスパネルにて計量され、別々のガスラインによりそのマニホールドへ分配される。

本発明の別の態様は、特に、スリット弁が開放されているときに、処理ガスが工場インターフェース内へと逆流しないようにするため、その工場インターフェースとそのスリット弁との間のポートに形成される不活性ガスのガスシートを含む。

発明の詳細な説明

ロードロックのない工場インターフェース２６を有する図１に例示した汎用のプラットフォームは、混合処理環境のための図２の斜視図に例示したマルチチャンバシステム４０へと変更することができる。このマルチチャンバシステム４０は、比較的に低い圧力まで真空排気でき、毒性ガスの使用を許容することができる１つ又は２つの急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ４２、４４を有するものである。このシステム４０は、付加的に、フレーム１６に支持され且つＲＴＰチャンバ４２、４４へ各排気ライン４８、５０を通して接続され、これら２つのＲＴＰランプヘッドを排気するための真空ポンプ４６を含む。これらＲＴＰチャンバ４２、４４は、２００トールより低い内部処理圧力でもって動作することのできる減圧チャンバの実施例である。本発明では、ＲＴＰチャンバ以外のチャンバを使用することができるが、ＲＴＰは、当面問題とされているものである。望ましくない処理ガスをチャンバからパージする間に、減圧が必要とされる。このような低い圧力は、その近真空及びチャンバ壁部を横切る大きな差圧を考慮するためそのチャンバ及びポンプに付加的な特徴部を必要としている。

これらＲＴＰチャンバ４２、４４は、そのチャンバが真空排気移送チャンバに取り付けられた時にのみ以前に使用されていた特徴部を含むことができる。図３の断面図に概略的に例示されているような減圧ＲＴＰチャンバ４２、４４の１つの実施形態は、ウインドー６０を通してウエハ５６を放射加熱するランプヘッド５８と対向させてウエハ５６を支持するためのウエハ支持体５４を収容している真空チャンバ５２を含む。これらの全ては、中心軸６２のまわりに概ね対称的に配置されている。ウインドー６０は、石英の如きガラス質材料で形成されている。ウインドーは、大きく且つ薄く、大きな差圧に耐えることができない。ランプヘッド５８は、ランプ放射線を、ウインドー６０を通してウエハ５６の方へと指向させるための光パイプとして作用するホール６８に配設された高強度白熱ランプ６６の大きなアレイを支持する金属ランプ本体６４で構成されている。これらランプ６６は、典型的には、六方最密アレイにて配置されが、これらは、放射線のプロファイル強度を可能とするため、付加的に、中心軸６２を中心とした複数の別々に制御される放射ゾーンにグループ分けすることができる。

真空チャンバ５２は、ウインドー６０を支持する主チャンバ本体７１を含む。Ｏリング７２、７３は、クランプ７４又はねじ又はボルトの如き他の固定手段によりそれらを一緒に押圧するとき、ウインドー６０を主チャンバ本体７１及びランプ本体６４に対して封止する。環状チャネル７６が主チャンバ本体７１に形成されており、その環状チャネル７６には、磁気ローター７８が配設されており、この磁気ローター７８は、その環状チャネル７６において中心軸６２のまわりに回転することができるものである。磁気ステーター８０は、図示していないモーターによって駆動されて、中心軸６２の周りに回転するものであり、この磁気ステーター８０は、主チャンバ本体７１を介して磁気ローター７８に磁気的に結合され、その磁気ローターを垂直方向において支持すると共に、その磁気ローターを駆動して中心軸６２のまわりに回転させるようにするものである。磁気ローター７８は、管状ライザー８１を支持しており、その管状ライザー８１は、先端でウエハ５６の周辺を支持する環状リップ８４を有するエッジリング８２を支持する。このリップ８４の典型的な幅は、約４ｍｍである。それにより、ウエハ５６は、中心軸６２のまわりに、例えば、約２４０ｒｐｍの速度で回転させられる。管状ライザー８１は、典型的には、シリカで形成され、一方、エッジリング８２は、シリコン、炭化ケイ素又はシリコン被覆石英で形成することができる。ウエハの下となる主チャンバ本体７１の底壁部８６の内側は、ランプヘッド５８がウエハ５６を放射加熱するとき、そのウエハ５６によって放射される熱放射線に対してそのウエハ５６の下に黒体キャビティ８８を形成するように、高度に研磨されているとよい。この黒体キャビティ８８の典型的な高さは、約４．３ｍｍである。

複数の、例えば、７つの高温計９０は、底壁部８６の異なる半径方向位置に形成された孔９４に配設された光パイプ９２によって結合されており、エッジリング８２及び支持されたウエハ５６が中心軸６２のまわりに回転するとき、ウエハ５６又はエッジリング８２の異なる半径部分からの放射線を受けて、温度又はその他の熱特性の半径方向分布を測定する。電力供給コントローラ９６は、高温計９０の出力を受けて、それに応じて、白熱ランプ６６へ分配される電力を調整する。電力は、加熱割合を制御するため変更され、また、更に、ウエハ５６に亘る半径方向温度分布を改善するため、半径方向加熱ゾーン、例えば、３００ｍｍウエハを横切る１３個のゾーンに対して差動的に供給される。

処理スペース１００は、ウインドー６０とウエハ５６の上面との間に形成されており、例えば、３６ｍｍの厚さを有している。水素及び酸素の混合体の如き処理ガスは、酸素源１０２及び水素源１０４から、それぞれマスフローコントローラ１０６、１０８を通して処理スペース１００へのガス入口１１０へと供給される。酸素及び水素は、イン・シトゥー・スチーム生成と称される酸化プロセスのために使用される。即ち、酸素及び水素は、例えば、５トールと２０トールとの間の減圧状態に保持されたチャンバ内に水蒸気を形成するように反応する。しかしながら、本発明がオゾン酸化、窒化、水素アニール及び化学気相堆積の如き他の生産プロセスに適用される場合には、他の処理ガスを使用することができる。典型的には、アルゴンの如き不活性ガスが、パージガス又は希釈剤として使用するため、源１１２から別のマスフローコントローラ１１４を通して供給される。計量の必要のないガス流の場合には、マスフローコントローラの代わりに、制限オリフィス及び弁を使用することができる。

真空ポンプ１２０は、処理ガス及び反応副生物を排出し且つ処理スペース１００を大気圧以下の圧力まで排気するため、処理スペース１００の側部の排気ポート１２４へ弁１２２を介して接続されている。毒性又は可燃性ガスの場合には、ポンプ１２０は、図２のシステム４０から遠く離れた所に配置されるべきであり、好ましくは、おそらくクリーンルームの下に設置されその毒性又は可燃性ガスを取り扱い廃棄するための別のルームに配置されるべきである。図１の大気圧システムへ接続される従来技術のＲＴＰチャンバ１２、１４は、真空ポンプを必要としないが、その代わりに、加圧処理ガスを使用してそのガスが排気ライン又はポートへと流れるようにし、また、加圧パージガスを使用してウエハ移送の前に毒性又は可燃性ガスをチャンバから排除するようにする。

ヘリウムの如き熱移送ガスは、ガス源１３０から、例えば、ヘリウムの５０sccｍを通す受動制限オリフィス１３１を通して供給され、それから、その熱移送ガスは、弁１３２を通して圧力解放ベント１３３を越してランプホール６８の背面のガスマニホールド１３５へと通される。弁１３２及び圧力解放ベント１３３の両者は、ランプヘッド５８のガスマニホールド１３５へ供給されるヘリウムの絶対供給量及び圧力を調整するため、電力供給コントローラ９０と関連付けられたガスコントローラ１３４によって制御される。ランプ６６のバルブ１３６は、ランプホール６８内にゆるく嵌め込まれており、多孔質注封材料により、バルブ１３６の背面は、ランプホール６８の頂部に固定されている。熱移送ガスは、マニホールド１３５からランプバルブ１３６とランプホール６８の側部との間の隙間内へと流れ、ランプ６６の冷却を促進する。

共通ランプヘッド真空ポンプ４６は、ランプヘッド出口１３６及び各排気ライン４８、５０を通して、ランプヘッド本体６４の密閉チャンバ内のバルブ１３６を取り巻く空間に接続されていて、ウインドー６０の背面側の圧力を制御し且つウインドー６０を横切る差圧を減少させるようにする。弁１３９は、各排気ホース４８、５０の流れを遮断することができ、また、圧力解放ベント１４０は、出口１３８の圧力、従って、ランプヘッド５８内の圧力を調整することができる。主排気ポート１２４に接続されるマノメーター１４１又は他の圧力センサーは、処理スペース１００内の圧力を測定する。ガスコントローラ１３４は、図示していない電気ラインを介してマノメーター１４１から圧力信号を受け取り、更に別の図示していない電気ラインを介して２つの弁１３２、１３９及び２つの圧力解放ベント１３３、１４０を制御して、ランプヘッド圧力を適当に制御する。

理想的には、ウインドー６０の背面側のヘリウムの圧力は、大気圧ウエハ移送中、排気中、処理中、及びパージ中において、処理スペース１００における処理ガス又はパージガス又は大気の圧力にほぼ等しい。必要ならば、ランプヘッド圧力は、ヘリウム源１３０の圧力に依存して大気圧より上に上昇させることができる。ランプヘッド５８と処理スペース１００との間の差圧、即ち、ウインドー６０を横切る差圧を５トールより高くすることは避けるべきである。もし、両方のチャンバ４２、４４が減圧チャンバであるならば、各出口ポート１３８及び弁１３９を通して各チャンバ４２、４４に単一の真空ポンプ４６のみを接続すればよい。ガスフローコントローラ１４１は、処理サイクルの異なる段階中において、図示していない電気ラインを介して種々なマスフローコントローラ、弁、ベント及びポンプを制御して、ガスの流量及び背面側圧力及び前面側圧力を制御する。

冷却チャネル１４２は、ランプヘッド本体６４に形成されていて、入口１４４を通して供給される冷却水を流して出口１４６を通して排出させる。この冷却チャネル１４２は、ランプホール６８を取り巻いており、それにより、熱移送ガスとあいまってランプ６４を冷却する。ある幾つかのＲＴＰプロセスのために使用される減圧状態での熱結合を増大させるため、熱移送ガスとしてヘリウムが使用される。これと違って、大気圧プロセスの場合には、熱移送ガスとしてヘリウムは必要とされず、大気圧空気環境により、ランプヘッド５８内で十分な熱移送が行われる。

従って、減圧ＲＴＰチャンバ４２、４４は、大気圧ＲＴＰチャンバでは必要とされないような要素である、新たなランプヘッド真空ポンプ４６、新たな処理真空ポンプ１２０、ヘリウムをガスパネルからチャンバに供給するための配管を必要とする。

図２に例示した設備ガス供給ライン１５２、１５４、１５６は、酸素、水素及びヘリウムの如き種々のガスをシステム４０へ供給するものであり、フレーム１６の底部に固定されたガスドックプレート１５８の底部に取り外し可能に接続されている。イン・シトゥー・スチーム生成以外のプロセスは、他のガスを必要とすることがある。窒素又はアルゴンがパージガスとして付加的に供給されることがある。図４に略示されるように、システムガス供給ライン１６０、１６２、１６４は、ドックプレート１５８を通して設備ガス供給ライン１５２、１５４、１５６のそれぞれに接続されており、また、２つのＲＴＰチャンバ４２、４４とそれぞれ関連付けられそれらＲＴＰチャンバとフレーム１６の背面との間の領域でフレーム１６内に支持された２つのガスパネルに供給するように分岐されている。ガスパネル１６６、１６８は、２つのＲＴＰチャンバに関連付けられた種々な弁、マスフローコントローラ及びその他のフローコントロール装置を含んでいる。ヘリウムは、ガスパネル１６６、１６８からガスライン１７０、１７１を通してＲＴＰチャンバ４２、４４へ直接に供給される。アルゴン及び窒素、及びたいていの処理ガスについても同様の直接ラインが設けられる。しかしながら、イン・シトゥー・スチーム生成のための酸素及び水素は、２つのＲＴＰチャンバ４２、４４にそれぞれ関連付けられ且つそれらの近くに配設されたマニホールド１８０、１８２へガスライン１７２、１７４、１７６、１７８によって供給される。ガス弁１８４、１８６、１８８、１９０が、マニホールド１８０、１８２に近いガスライン１７２、１７４、１７６、１７８の端部に配設されている。ガスパネル１６６、１６８における４つのマスフローコントローラによって計量された酸素及び水素は、マニホールド１８０、１８２において混合され、そのスチーム生成混合体は、ガス入口を通してＲＴＰチャンバ４２、４４へとすばやく分配される。このような混合は、安全性の理由のため且つスチーム生成プロセスのダイナミックスを簡単化するため、遅延される。

大気圧工場インターフェース２６の別の欠点は、処理チャンバにおいて使用される毒性又は可燃性ガスがその工場インターフェース２６へと逆流したり、また、そこから直接的にクリーンルームへと流れたりすることがある点である。しかしながら、図３の減圧チャンバ４２、４４の付加的真空能力により、処理スペースは、処理後に確実に排気されるので、望ましくないガスの残留物をより効果的に排除することができる。それから、チャンバ４２、４４は、スリット弁がウエハの移送を可能とするように工場インターフェースの大気圧に対して開放される前に、アルゴン又は他の不活性ガスで素早く充填し直される。

前述の公開出願において、Tam氏等は、毒性処理ガスの存在下での付加的チャンバパージについて開示している。大気圧チャンバ及び減圧チャンバの両者に適用しうる別の技法によれば、スリット弁が開放されるときに、そのチャンバスリットに不活性ガスカーテンが生成される。図５の斜視図に例示されるように、ＲＴＰチャンバ２００は、工場インターフェース２６の壁部に対してその壁部の対応する孔のまわりで押し付けられるＯリング２０４を有するポート２０２を介して工場インターフェース２６に封止される。そのＲＴＰチャンバ２００の壁部には、ロボットパドル及びそれが支持しているウエハが通過できるようにするウエハスリット２０６が形成されている。そのＲＴＰチャンバ２００内に配設されている図示していないスリット弁により、そのウエハスリット２０６を閉じて、そのＲＴＰチャンバ２００の処理スペース１００を工場インターフェース２６から隔離し、又はそのウエハスリット２０６を開いて、ウエハの移送が可能とすることができる。

アルゴン源１１２から別のマスフローコントローラ又は弁及び制限オリフィスを通して供給されるアルゴンの如き不活性ガスは、こうして選択的に、ウエハスリット２０６下で外側のポート２０２の側部への図示していないガス入口スリットを有するガス供給マニホールド２０８へ供給される。ガスマニホールド２０８から供給されるガス入口スリットよりも長いガス出口スリット２１０が、そのガス入口スリットに対向するポート２０２の側部にそれと平行に形成されている。そのガス出口スリット２１０は、ウエハスリット２０６の全幅を越えて延びている。図示していないガス排出マニホールドは、ガス出口スリット２１０からのガスを受け入れて、それを排出ポート２１２へと送る。別個の真空ポンプ又はチャンバポンプ１２０によって、排出ポート２１２を排気するようにしてもよい。別の仕方として、パージ圧力を十分に強くすることにより、排出ラインを通してガスを排出させることができる。毒性又は可燃性処理ガスが使用されたときにチャンバスリット弁を解放する直前に、不活性ガスは、ガス供給マニホールド２０８へ供給され、その関連した真空ポンプへの弁が開放され、それにより、開放されたスリット２０６の面に亘る不活性ガスのカーテンが形成される。それにより、処理チャンバ２００から工場インターフェース２６に向かって逆流する毒性又は不活性ガスは、工場インターフェース２６から離れたシステムの外に排気され、良く知られた手順に従って中性化され又は別の仕方で処理され又は通気される。更に又、ガスカーテンは、クリーンルーム及び工場インターフェースの大気が開放されたＲＴＰチャンバ２００へ流れるのを確実に阻止し、それにより、ＲＴＰ処理スペースの汚染を減少させる。スリット弁が閉じられるとき、ガスカーテンは、必要ならば、ターンオフさせることができる。ウエハパドル及び支持されているウエハは、その流れを中断することなく、ガスカーテンを通過することができる。

工場インターフェース２６は、図６の平面図に概略的に例示されている。２つのＲＴＰチャンバ４２、４４は、それらＲＴＰチャンバ４２、４４内に含まれたそれぞれのスリット弁２２０を介して工場インターフェースに結合されている。図５の各ガスシールドポート２０２は、スリット弁２２０と工場インターフェース２６との間に介在させることができる。２つのウエハカセット３０、例えば、ＦＯＵＰは、選択的に、工場インターフェース２６に取り付けられる。それらカセット３０は、典型的には、大気圧又は大気圧近くに保持されており、取り付けられた後は工場インターフェース２６の内部とは連通していない。２ブレードロボットは、ホットブレード２２２及びコールドブレード２２４を有しており、それらの各々は、それぞれのウエハ５６を支持することができ、また、シャフト２２６によって支持され回転させられる。シャフト２２６は、ブレード２２２、２２６を回転させ、工場インターフェース２６にそって延長するトラックにそって進行し、いずれかのブレード２２２、２２４を２つのＲＴＰチャンバ４２、４４のいずれかへ突き出させ又はコールドブレード２２４をカセット３０のいずれかへ突き出させ、且つカセット３０の異なる棚へ上昇及び下降して、ウエハ５６をそれらの棚へ入れたり出したり移送し且つＲＴＰチャンバ４２、４４の支持機構へ入れたり出したり移送することができる。

工場インターフェースは、また、両方のブレード２２２、２２４がアクセスできるような冷却チャック２２８を含む。１つの動作モードにおいて、ウエハ５６がチャンバ４２、４４のうちの１つにおいて熱処理されているとき、コールドブレード２２４は、非処理ウエハをカセット３０のいずれかから取り外す。熱処理の完了時に、スリット弁２２０が開放され、ホットブレード２２２は、熱い処理されたウエハ５６をそのＲＴＰチャンバ４２、４４から取り外し、コールドブレードは、すぐに、その同じＲＴＰチャンバに処理されていないウエハ５６を配置する。それから、スリット弁２２０は、閉じられ、そのＲＴＰチャンバ４２、４４は、新しいウエハ５６を処理し始める。ホットブレード２２２は、熱い処理されたウエハを冷却チャック２２８へ置き、典型的にはプラスチックで形成されたカセット３０に対して十分に低い温度までウエハが冷却されるに十分な時間の間そのウエハをそこにそのままとしておく。コールドブレード２２４は、冷却されたウエハ５６を冷却チャック２２８から取り外し、それをカセット３０に入れ、それから、処理されていないウエハ５６をカセット３０の１つから取り外す。このプロセスは、２つのＲＴＰチャンバ４２、４４の間で、単一ロボット及び単一冷却チャックを使用して交互に行うことができる。

２チャンバシステムは商業的に大いに成功しているのであるが、本発明のシステムは、共通の工場インターフェースに対して使用される２つより多いチャンバを含むことができる。

従って、本発明によれば、簡単な大気圧工場インターフェースを、その場のスチーム生成の如き減圧ＲＴＰのために使用することができるようになる。ラジカル酸化プロセスの別の実施例では、オゾンを酸化ガスとして使用することができる。安全性の理由で、オゾンは、２０ミリトールより低い圧力に維持されるべきである。ラジカルの反応を含む他のプロセスは、典型的に、ラジカルの寿命を増大するため低い圧力とする必要がある。また、本発明によれば、ＮＨ_３及びＮＯ_２の如き毒性処理ガスを使用できるようになる。何故ならば、スリット弁を開放する前に、チャンバを排気して、Ｎ_２で充填し直すことができるからである。また、本発明によれば、高温水素アニールを行うことができる。本発明のチャンバに毒性又は可燃性の処理ガスを使用する場合には、その処理ガスでの近大気圧プロセスに続いて、処理チャンバを大気圧工場インターフェースに対して開放する前に、その処理チャンバから有害ガスを取り除くための真空排気を行うことができる。

高温プロセスは、図３のチャンバ４４を変更して、ヘリウムがヘリウム源１３０から別の制限オリフィス２３２及び弁２３４を通して供給されるようにして、ヘリウムを処理スペース１００の入口ポート１１０に選択的に供給できるようにすることにより、行われる。例えば、減じた処理圧力での高温処理の終了時に、ウエハをホットブレードへ移送する前に、もし、処理ガスがあるならば、その処理ガスをターンオフして、その代わりに、ヘリウムを処理スペース１００へ供給して、ウエハの冷却を速める。何故ならば、非常に熱いウエハを、移動部分によって移動すべきでなく又は移動部分に接触すべきではないからである。別の仕方として、従来のパージポートを通してウエハ５の背面側へヘリウムを供給することができる。高温プロセスの１つの実施例は、水素環境におけるＳＩＯ（シリコン・オン・インシュレータ）ウエハのシリコン表面のスムージングである。

この減圧チャンバによって可能とされる他のプロセスとしては、低温酸化、プラズマ酸化、フォーミングガスアニール、化学気相堆積並びにその他のものがある。この減圧チャンバは、また、ウエハ温度が一連のステップにおいて増大されるような、図７のタイミングズに一般的に例示されているが如きマルチステッププロセスも可能とする。異なるステップにて、２つのガスの異なる組合せが、異なるチャンバ圧力及び異なるウエハ温度でチャンバ内へ流される。例えば、イン・シトゥー・スチーム生成においては、チャンバを、窒素環境で満たし、排気し、それから、比較的に高い温度での処理のため水素及び酸素がチャンバ内へ流し込まれる。この減圧チャンバは、工場インターフェースへ通気されるべきでない前駆体を含む化学気相堆積（ＣＶＤ）のためにも使用することができる。このＣＶＤは、白熱ランプを有するＲＴＰチャンバにおいて行うことができ、又は、掃引可能なレーザー源を含むチャンバにおいて行うことができ、又は、加熱ペデスタル及びガスシャワーヘッドを有するより普通のＣＶＤ真空チャンバにおいて行うことができる。

図１の従来技術の２チャンバシステムは、典型的には、同じ大気圧プロセスを行うための２つのチャンバ１２、１４をレプリケーションするものである。このレプリケーションは、スループットを増大し、共用要素のコストを減少させる。図２の本発明のマルチチャンバシステムも又、同様に、その２つ以上の減圧チャンバをレプリケーションすることができる。しかしながら、本発明によれば、また、異なるチャンバが異なる機能を果たすようにすることができ、また、異なるチャンバを異なるように構成することができる。１つのチャンバを従来の大気圧チャンバとし、一方、別のチャンバを減圧状態で動作させることができる。それにより、複数の処理ステップを、同じ大気圧工場インターフェースでもって行うことができる。このような組合せの実施例としては、レーザーアニールとＲＴＰスパイクアニールとの組合せ、スパイクアニールとゲート酸化物形成との組合せ、注入アニールと表面円滑化との組合せ、バリヤメタルアニールと誘電体強化アニールとの組合せがある。

従って、本発明によれば、小型で簡単なシステムの能力を、そのシステムの複雑さ及びサイズをあまり増大させずに、相当に増大することができる。

従来の大気圧システムプラットフォームの斜視図である。 本発明の１つの実施形態の圧力可変システムプラットフォームの斜視図である。 本発明のシステムプラットフォームの部分として減圧状態で動作することのできる急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバの１つの実施形態の概略断面図である。 図２のシステム内のガス供給配管の概略図である。 工場インターフェースを処理チャンバへ連結し、スリット弁が開放されているときにガスシートを生成するための手段を含むポートの斜視図である。 図３のシステムプラットフォーム及びその動作を示す概略平面図である。 本発明によって可能とされるマルチステップ熱プロセスのタイミング図である。

符号の説明

１０…ＲＴＰシステム、１２…ＲＴＰチャンバ、１４…ＲＴＰチャンバ、１６…共通フレーム、１８…コントローラ、２０…コントローラ、２２…ガス供給システム、２６…工場インターフェース、３０…カセット、３２…ウエハ、４０…マルチチャンバシステム、４２…急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、４４…急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、４６…真空ポンプ、４８…排気ライン、５０…排気ライン、５２…真空チャンバ、５４…ウエハ支持体、５６…ウエハ、５８…ランプヘッド、６０…ウインドー、６２…中心軸、６４…金属ランプ本体、６６…白熱ランプ、６８…ランプホール、７１…主チャンバ本体、７２…Ｏリング、７３…Ｏリング、７４…クランプ、７６…環状チャネル、７８…磁気ローター、８０…磁気ステーター、８１…管状ライザー、８２…エッジリング、８４…環状リップ、８６…底壁部、８８…黒体キャビティ、９０…高温計、９２…光パイプ、９４…孔、９６…電力供給コントローラ、１００…処理スペース、１０２…酸素源、１０４…水素源、１０６…マスフローコントローラ、１０８…マスフローコントローラ、１１０…ガス入口、１１２…源、１１４…マスフローコントローラ、１２０…真空ポンプ、１２２…弁、１２４…排気ポート、１３０…ガス源、１３１…制限オリフィス、１３２…弁、１３３…圧力解放ベント、１３４…ガスコントローラ、１３５…ガスマニホールド、１３６…バルブ、１３８…出口、１３９…弁、１４０…圧力解放ベント、１４１…マノメーター、１４２…冷却チャネル、１４４…入口、１４６…出口、１５２…設備ガス供給ライン、１５４…設備ガス供給ライン、１５６…設備ガス供給ライン、１５８…ガスドックプレート、１６０…システムガス供給ライン、１６２…システムガス供給ライン、１６４…システムガス供給ライン、１６６…ガスパネル、１６８…ガスパネル、１７０…ガスライン、１７１…ガスライン、１７２…ガスライン、１７４…ガスライン、１７６…ガスライン、１７８…ガスライン、１８０…マニホールド、１８２…マニホールド、１８４…ガス弁、１８６…ガス弁、１８８…ガス弁、１９０…ガス弁、２００…ＲＴＰチャンバ、２０２…ポート、２０６…ウエハスリット、２０８…ガスマニホールド、２１０…ガス出口スリット、２１２…排出ポート、２２０…スリット弁、２２２…ホットブレード、２２４…コールドブレード、２２６…シャフト、２２８…冷却チャック、２３２…制限オリフィス、２３４…弁

Claims (21)

1. 実質的に大気圧で動作し複数の基板カセットを取り付けることのできる工場インターフェースと、
   前記工場インターフェースにそれぞれの弁付アクセスポートを通して接続される複数の基板処理チャンバであって、前記基板処理チャンバのうちの少なくとも１つは、２００トールより低い減圧状態にて動作するような複数の基板処理チャンバと、
   前記工場インターフェース内に取り付けられ、前記複数の基板処理チャンバ及び前記基板カセットへ基板を移送したり前記複数の基板処理チャンバ及び前記基板カセットから基板を移送したりすることができる１つ以上のブレードを含むロボットと、
   を備えるマルチチャンバ処理システム。
2. 上記複数の基板処理チャンバを支持するフレームを更に備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記基板処理チャンバのうちの少なくとも１つは、熱処理チャンバであり、この熱処理チャンバは、
   基板のための支持体を含む真空チャンバと、
   前記真空チャンバの側部を密閉するウインドーと、
   前記ウインドーの前記支持体とは反対の側において密閉されたランプチャンバに配設された白熱ランプのアレイと、
   ある減じた圧力まで前記ランプチャンバを排気することのできる真空ポンプと、
   を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ランプチャンバに接続されるヘリウムの源を更に備える、請求項３に記載のシステム。
5. 上記熱処理チャンバ及び上記真空ポンプを支持するフレームを更に備える、請求項３に記載のシステム。
6. 前記基板処理チャンバのうちの２つは、それぞれ熱処理チャンバであり、各熱処理チャンバは、
   基板のための支持体を含む真空チャンバと、
   前記真空チャンバの側部を密閉するウインドーと、
   前記ウインドーの前記支持体とは反対の側において密閉されたランプチャンバに配設された白熱ランプのアレイと、
   を含み、更に、
   前記２つの熱処理チャンバを取り付けるフレームと、
   前記ランプチャンバの各々に接続されるヘリウムの源と、
   前記フレームに取り付けられ前記ランプチャンバの両方を排気することができる真空ポンプと、
   を備える、請求項１に記載のシステム。
7. 実質的に大気圧で動作し複数の基板カセットを取り付けることができる工場インターフェースと、
   前記工場インターフェースにそれぞれ弁付アクセスポートを通して接続される複数の基板処理チャンバと、
   前記工場インターフェース内に取り付けられ、前記複数の基板処理チャンバ及び前記基板カセットへ基板を移送したり前記複数の基板処理チャンバ及び前記基板カセットから基板を移送したりすることができる１つ以上のブレードを含むロボットと、
   を備え、
   前記基板処理チャンバのうちの少なくとも１つは、熱処理チャンバであり、この熱処理チャンバは、
   基板支持体を含む真空チャンバと、
   前記真空チャンバの前記基板支持体とは反対の側部を密閉するウインドーと、
   前記ウインドーの前記基板支持体とは反対の側において密閉されたランプチャンバに配設された白熱ランプのアレイと、
   前記密閉されたランプチャンバをある減じた圧力まで排気することができる真空ポンプと、
   を含む、マルチチャンバ処理システム。
8. 前記ランプチャンバに接続されるヘリウムの源を更に含む、請求項７に記載のシステム。
9. 処理チャンバ及び前記真空ポンプを支持するフレームを更に備える、請求項７に記載のシステム。
10. 前記処理チャンバのうちの別の１つは、第２の真空チャンバを含む熱処理チャンバであり、この第２の真空チャンバは、第２の密閉されたランプチャンバに配設された白熱ランプの第２のアレイと、第２のウインドーとを含み、前記真空ポンプは、前記第２の密閉されたランプチャンバを排気する、請求項７に記載のシステム。
11. 前記処理チャンバ及び前記真空ポンプを支持するフレームを更に備える、請求項１０に記載のシステム。
12. 工場インターフェースに隣接してフレームに共に取り付けられた第１の基板処理チャンバ及び第２の処理チャンバを含み、上記処理チャンバは、それぞれスリット弁を通して上記工場インターフェースに結合されるようなシステムを作動する方法において、
    基板を収容する少なくとも１つのカセットを上記工場インターフェースへローディングするステップと、
    上記工場インターフェースが実質的に大気圧に維持されている間に、上記基板処理チャンバのうちの少なくとも１つへそれぞれ開放されたスリット弁を通して基板を移送するステップと、
    上記２つの基板処理チャンバに収容された基板を処理するステップと、
    を含む方法。
13. 上記基板は、上記２つの基板処理チャンバにおいて実質的に異なる処理環境にて処理される、請求項１２に記載の方法。
14. 上記処理チャンバのうちの１つにおいて処理される基板は、実質的に異なる処理環境を有する複数のステップにて処理される、請求項１２に記載の方法。
15. 上記２つの基板処理チャンバのうちの少なくとも１つにおいて行われる処理は、急速熱処理を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 実質的に大気圧にて動作し複数の基板カセットを取り付けることができる工場インターフェースと、
    前記工場インターフェースにそれぞれの基板ポート及びそれぞれの基板弁を通して接続される複数の基板処理チャンバであって、上記それぞれの基板弁は、前記ポートと前記処理チャンバとの間に配設されているような複数の基板処理チャンバと、
    前記工場インターフェース内に取り付けられ、前記複数の基板処理チャンバ及び前記基板カセットへ基板を移送したり前記複数の基板処理チャンバ及び前記基板カセットから基板を移送したりすることのできる１つ以上のブレードを含むロボットと、
    を備え、
    前記基板処理チャンバのうちの少なくとも１つの上記基板ポートは、前記ポートの第１の横側壁部における不活性ガスのためのガスポートと、前記ポートの前記第１の横側壁部とは反対の第２の横側壁部に形成され真空ポンプに接続されるスリット開口とを含む、マルチチャンバ処理システム。
17. 前記ロボットが上記基板処理チャンバへ基板を入れたり上記基板処理チャンバから基板を出したり基板を移送する前記基板ポートを含む移送軸は、前記ガスポートと前記スリットとの間を通る、請求項１６に記載のシステム。
18. 大気圧にて、熱処理チャンバの処理空間における支持体へスリット弁を通して基板を移送するステップと、
    前記スリット弁を閉じて、前記チャンバを真空排気するステップと、
    前記チャンバ内へ第１の処理ガスを流し込むステップと、
    前記処理空間が第１の減じた圧力に維持されている間に、前記支持体に支持された前記基板を第１の上昇温度まで加熱するように、ウインドーによって処理空間から分離されたランプチャンバにおける白熱ランプのアレイでもって前記支持体上の前記基板を照射するステップと、
    前記ランプチャンバを、前記減じた圧力から５トール以下だけ異なる減じた圧力に維持するステップと、
    を含む熱処理方法。
19. 前記ランプチャンバ内へ熱移送ガスを流し込むステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記熱移送ガスはヘリウムを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１の処理ガスとは異なる第２の処理ガスを前記チャンバ内へと流し込むステップと、
    前記処理空間が前記第１の減じた圧力とは異なる第２の減じた圧力に維持されている間に、前記支持体に支持された前記基板を前記第１の温度とは異なる第２の上昇温度まで加熱するように、前記白熱ランプのアレイでもって前記支持体上の前記基板を照射するステップと、
    前記ランプチャンバを、前記第２の減じた圧力から５トール以下だけ異なる減じた圧力に維持するステップと、
    を更に含む、請求項１８から２０のいずれかに記載の方法。
    

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