JP5976776B2 - Ｕｖ処理、化学処理、および堆積のための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般に、半導体基板上にデバイスを製造する方法および装置に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、ＵＶ処理ならびに化学処理および／または堆積を同じチャンバ内で実行する装置および方法を提供する。

電子デバイスの寸法が低減するにつれて、誘電値が２．２の低さの材料など、誘電率（ｋ）の低い新しい材料が、電子デバイスの形成に使用されている。

プラズマで堆積させた多孔性の低誘電率膜は、そのような要件を満足できる材料の一種である。低い誘電値に寄与する孔および炭素が存在すると、孔はエッチング、灰化、およびプラズマ損傷の影響を受けやすいため、プロセスの統合は著しい難題となる。したがって、形成および／または統合後に多孔性の低誘電率膜を回復するには、一般に誘電率回復プロセスが必要とされる。

従来、誘電率の回復には２つの異なるチャンバが必要とされている。一方のチャンバは、低誘電率膜の表面処理のための薄膜のシリル化または堆積など、低誘電率膜の化学処理に用いられる。他方のチャンバは、ＵＶ（紫外線）硬化を使用して孔を封止するために使用される。従来の誘電率の回復は、化学表面処理ではハロゲンまたはオゾンを含む処理ガスを供給するためにシャワーヘッドを使用するのに対して、ＵＶチャンバでは通常はハロゲンおよびオゾンに適合しない石英窓を使用するため、別個のチャンバ内で実行されている。しかし、２つのチャンバを用いる誘電率回復プロセスでは、２つのチャンバを必要とし、基板の移送に追加の時間がかかることで、所有コストが増大する。

したがって、誘電率回復プロセスに対する装置および方法の改良が必要とされている。

本発明の実施形態は、一般に、基板を処理する装置および方法を提供する。詳細には、本発明の実施形態は、ＵＶ処理ならびに化学または表面処理を実行することが可能な処理チャンバを提供する。

本発明の一実施形態は、処理チャンバを提供する。処理チャンバは、内容積を画定するチャンバ本体と、内容積内に配置された基板支持体と、基板支持体の上に配置されたＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドとを備える。処理チャンバは、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドの上に配置されたＵＶ透過窓をさらに備える。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドとＵＶ透過窓との間にガス容積が形成される。ガス容積と内容積は、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って形成された複数の貫通孔を通って流体連通している。処理チャンバは、内容積の外側に配置されたＵＶユニットをさらに備える。ＵＶユニットは、ＵＶ透過窓およびＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って基板支持体の方へＵＶ光を誘導するように構成される。

本発明の別の実施形態は、処理システムを提供する。処理システムは、移送容積を画定する移送チャンバと、移送容積内に配置された基板移送ロボットと、移送チャンバに結合された処理チャンバとを備える。処理チャンバは、内容積を画定するチャンバ本体と、内容積内に配置された基板支持体と、基板支持体の上に配置されたＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドとを備える。処理チャンバは、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドの上に配置されたＵＶ透過窓をさらに備える。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドとＵＶ透過窓との間にガス容積が形成される。ガス容積と内容積は、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って形成された複数の貫通孔を通って流体連通している。処理チャンバは、ＵＶ透過窓の外側に配置されたＵＶユニットをさらに備える。ＵＶユニットは、ＵＶ透過窓およびＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って基板支持体の方へＵＶ光を誘導するように構成される。

本発明のさらに別の実施形態は、基板を処理する方法を提供する。この方法は、処理チャンバ内に配置された基板支持体上に基板を受け取ることを含む。処理チャンバは、基板支持体の上に配置されたＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドと、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドの上に配置されたＵＶ透過窓と、ＵＶ透過窓の外側に配置されたＵＶユニットとを備える。ＵＶユニットは、ＵＶ透過窓およびＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って基板支持体の方へＵＶ光を誘導するように構成される。この方法は、ＵＶ透過窓とＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドとの間に画定されたガス容積からＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って１つまたは複数の処理ガスを流すことによって基板に化学処理を施すことと、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドおよびＵＶ透過窓を通ってＵＶユニットから基板の方へＵＶエネルギーを誘導することによって基板を硬化させることとをさらに含む。

本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本発明をより詳細に説明する。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

本発明の一実施形態による処理チャンバの概略断面図である。 ＵＶユニットおよび窓を除去した図１の処理チャンバの概略上面図である。 Ａは、本発明の一実施形態によるガスチャネルを示す締付部材の概略部分斜視図であり、Ｂは、図３Ａの締付部材の概略部分断面図である。 ガス流のためのプレナムを含むシャワーヘッド締付アセンブリの部分断面図である。 Ａは、本発明の一実施形態によるＵＶ透過シャワーヘッドの部分断面図であり、Ｂは、本発明の一実施形態によるＵＶ透過窓の部分断面図である。 本発明の一実施形態による２重容積処理チャンバの断面図である。 図６の２重容積処理チャンバの上面図である。 本発明の一実施形態による処理システムの概略平面図である。 本発明の一実施形態による基板を処理する方法を示す図である。

理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくても、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。

本発明の実施形態は、一般に、基板を処理する装置に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、ＵＶ処理ならびに化学処理および／または堆積を同じチャンバ内で実行する装置および方法を提供する。

図１は、本発明の一実施形態による処理チャンバ１００の概略断面図である。処理チャンバ１００は、ＵＶエネルギー、１つまたは複数の処理ガス、および遠隔で生成されたプラズマを使用して基板を処理するように構成される。

処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、チャンバ本体の上に配置されたチャンバリッド１０４とを含む。チャンバ本体１０２およびチャンバリッド１０４は、内容積１０６を形成する。内容積１０６内には基板支持体アセンブリ１０８が配置される。基板支持体アセンブリ１０８は、基板１１０を処理できるように受け取って支持する。

内容積１０６内には、チャンバ１０４の中心開口１１２を通って上部締付部材１１８および下部締付部材１２０によって、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６が掛けられている。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６は、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６の下で基板支持体アセンブリ１０８の上に位置する処理容積１２２全体に１つまたは複数の処理ガスを分布させるように、基板支持体アセンブリ１０８に面して位置決めされる。

ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６の上にはＵＶ透過窓１１４が配置される。一実施形態では、ＵＶ透過窓１１４は、上部締付部材１１８によって支持され、窓締付部材１２４によって固定される。ＵＶ透過窓１１４は、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６の上に距離１２６を開けて位置決めされ、ＵＶ透過窓１１４とＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６との間にガス容積１２８を形成する。

ＵＶ透過窓１１４およびＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６は、ＵＶ波長内の熱エネルギーに対して少なくとも部分的に透過性を有する。

ＵＶ透過窓１１４の上にはＵＶ源１３０が配置される。ＵＶ源１３０は、ＵＶエネルギーを生成し、ＵＶ透過窓１１４およびＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６を通って処理容積１２２の方へＵＶエネルギーを投射するように構成される。ＵＶ源１３０の上にはカバー１３２を配置することができる。一実施形態では、カバー１３２の内面１３４は、ＵＶ源１３０から処理容積１２２の方へのＵＶエネルギーの投射を支援するような形状とすることができる。

一実施形態では、ＵＶ源１３０は、ＵＶ放射を生成するための１つまたは複数のＵＶ光１３６を含む。適したＵＶ源のより詳細な説明は、米国特許第７，７７７，１９８号および米国特許出願公開第２００６／０２４９１７５号に見ることができる。

処理チャンバ１００は、基板支持体アセンブリ１０８の上に配置された基板１１０全体に１つまたは複数の処理ガスを供給するように構成された流れチャネルを含む。

一実施形態では、上部締付部材１１８およびＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６内に形成された流れチャネルを通って、処理容積１２２に１つまたは複数の処理ガスが送出される。

処理チャンバ１００は、１つまたは複数の液体源１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃからの処理ガスを生成および／または混合するように構成されたガスパネル１４０を含む。ガスパネル１４０は、１つまたは複数のガスライン１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃを介して入力マニホルド１４４に結合される。一実施形態では、１つまたは複数のガスライン１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃは、移送中に中で処理ガスが凝縮するのを防止するように加熱される。一実施形態では、ガスパネル１４０は、処理容積１２２内に配置された基板１１０の化学処理のために１つまたは複数の処理ガスを提供するように構成される。

処理チャンバ１００はまた、プラズマチャネル１５６を介して入力マニホルド１４４に接続された遠隔プラズマ源１５４を含む。一実施形態では、遠隔プラズマ源１５４を使用して、処理チャンバ１００の内面を洗浄するためのプラズマを供給することができる。

入力マニホルド１４４は、１つまたは複数のフィードスルー１４８を出口１５０に接続する内部チャネル１４６を有する。一実施形態では、各ガスライン１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃおよびプラズマチャネル１５６は、フィードスルー１４８の１つに結合される。入力マニホルド１４４は、上部締付部材１１８内に形成された給送スロット１５２に出口１５０が接続されるように、チャンバリッド１０４の上に配置して上部締付部材１１８に結合することができる。入力マニホルド１４４は、金属などの適した材料から機械加工することができる。一実施形態では、入力マニホルド１４４はアルミニウムから機械加工される。

一実施形態では、入力マニホルド１４４からの処理ガスがＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６の上のガス容積１２８に実質的に均一に入るように、上部締付部材１１８内に流れチャネルが形成される。次いで、処理ガスはＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６を通って、処理容積１２２へ流れることができる。

一実施形態では、上部締付部材１１８内の流れチャネルは、入り口プレナム１６０と、入り口プレナム１６０を給送スロット１５２に接続する垂直スロット１５８と、入り口プレナム１６０をガス容積１２８に接続する複数のスポーク開孔１６２とを含む。一実施形態では、複数のスポーク開孔１６２は、ガス容積１２８内で均一なガス分布を実現するように、入り口プレナム１６０に沿って均一に分布する。一実施形態では、入り口プレナム１６０は、上部締付部材１１８の溝１７６および下部締付部材１２０の溝１７８によって形成される。溝１７６および１７８からの容積を組み合わせることによって、上部締付部材１１８および下部締付部材１２０の寸法を変化させることなく入り口プレナム１６０の容積が増大する。入り口プレナム１６０の容積が増大することによって、本発明の実施形態では入ってくるガス流の圧力降下が低減する。

ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６は、ガス容積１２８から処理容積１２２へ処理ガスが流れることを可能にする複数の貫通孔１６４を含む。一実施形態では、複数の貫通孔１６４は、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６全体に均一に分布する。

処理チャンバ１００はまた、内容積１０６内で基板支持体アセンブリ１０８の周りに配置された内側ライナ１６６および外側ライナ１６８を含む。内側ライナ１６６および外側ライナ１６８は、内容積１０６内の処理用の化学物質からチャンバ本体１０２を保護する。内側ライナ１６６および外側ライナ１６８はまた、処理チャンバ１００に対する排気経路を形成する。一実施形態では、内側ライナ１６６と外側ライナ１６８との間に排気プレナム１７０が形成される。排気プレナム１７０は、処理容積１２２を放射状に取り囲む。内側ライナ１６６を通って、排気プレナム１７０と処理容積１２２を接続する複数の開孔１７２が形成される。排気プレナム１７０には真空ポンプ１７４が流体連通し、その結果、複数の開孔１７２および排気プレナム１７０を通って処理容積１２２をポンプで汲み出すことができる。

図２は、ＵＶ源１３０およびＵＶ透過窓１１４を除去した処理チャンバ１００の概略上面図である。矢印は、入力マニホルド１４４からガス容積１２８への流路を示す。

図３Ａは、ガスチャネルを点線で示す上部締付部材１１８の概略部分斜視図である。図３Ｂは、異なる角度から見た上部締付部材１１８の概略部分斜視図である。上部締付部材１１８は、リング形状の本体３０４と、リング形状の本体３０４の上部部分３０４ｕから外側に向かって放射状に延びるフランジ３０２と、リング形状の本体３０４の下部部分３０４Ｌから内側に向かって放射状に延びる下部段部３０６とを含む。フランジ３０２により、円形の上部開口を有するチャンバ本体上に上部締付部材１１８を取り付けることが可能になる。段部３０６は、窓を支持するための上面３０８を有する。

給送スロット１５２は、フランジ３０２内に形成され、フランジ３０２の外面３１２に対して開いている。溝１７６は、段部３０６の底面３１０から形成される。垂直スロット１５８は、給送スロット１５２を溝１７６に接続する。複数のスポーク開孔１６２は、段部３０６内で段部３０６の内面３１４と溝１７６の内壁３１６との間に形成される。処理中、処理ガスは給送スロット１５２に入り、垂直スロット１５８を通過し、溝１７６内で膨張し、次いで複数のスポーク開孔１６２を通って流れる。一実施形態では、給送スロット１５２および垂直スロット１５８を流れに対して垂直の方向に細長くして、上部締付部材１１８内で流れチャネルの寸法を増大させる。給送スロット１５２および垂直スロット１５８の寸法を増大させることによって、ガス流の圧力降下を低減させることができる。

一実施形態では、溝１７６内に２つ以上のカラム３１８を形成することができる。カラム３１８は、下部締付部材１２０を取り付けるために使用される。

図４は、下部締付部材１２０が１つまたは複数のねじ４０２によってカラム３１８で上部締付部材１１８に取り付けられているところを示す概略部分断面図である。図４はまた、上部締付部材１１８および下部締付部材１２０の溝１７６、１７８をぴったり合わせることによって入り口プレナム１６０が形成されることを示す。上部締付部材１１８および下部締付部材１２０からの容積を含むことによって、チャンバ構成要素の他の寸法を変化させることなく入り口プレナム１６０の容積を増大させる。入り口プレナム１６０の容積を増大させることで、処理中の流路の圧力降下がさらに低減される。

上記で論じたように、処理チャンバ１００は、化学または表面処理とＵＶ処理の両方を実行することが可能である。たとえば、図１に示す実施形態では、ＵＶ透過窓１１４およびＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６を通ってＵＶ源１３０からＵＶエネルギーを送出することによって、処理容積１２２上に配置された基板１１０に対するＵＶ処理を実行することができる。

ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６を含む流路を通ってガスパネル１４０から処理容積１２２へ１つまたは複数の処理ガスを供給することによって、処理容積１２２内に配置された基板１１０に対する化学処理を実行することができる。図１に示す実施形態では、この流路は、プラズマチャネル１５６と、入力マニホルド１４４内の内部チャネル１４６と、給送スロット１５２と、垂直スロット１５８と、入り口プレナム１６０と、複数のスポーク開孔１６２と、ガス容積１２８と、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６内の複数の貫通孔１６４とを含む。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６およびＵＶ透過窓１１４は、ＵＶ波長内の光に対して実質的な透過性を有するだけでなく、処理ガス中の化学物質に対する耐性も有する。

図５Ａは、本発明の一実施形態によるＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド５００の部分断面図である。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド５００は、ＵＶ波長内の光に対する実質的な透過性、およびフッ素などのハロゲンまたはオゾンを含む処理用の化学物質に対する耐性を有する。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド５００は、処理チャンバ１００内でＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６の代わりに使用することができる。

ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド５００は、本体５０２を含む。本体５０２は、互いに対して実質的に平行な上部表面５０８および下部表面５１０を有する実質的にディスク状の形状とすることができる。本体５０２を通って複数の貫通孔５０６が形成される。貫通孔５０６は、上部表面５０８および下部表面５１０に対して開いており、本体５０２を通って処理ガスを均一に分布させることが可能になるように構成される。本体５０２は、ＵＶ波長内の光に対して実質的な透過性を有する材料から形成される。一実施形態では、本体５０２は石英から形成される。

ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド５００はまた、上部表面５０８と、下部表面５１０と、複数の貫通孔５０６を形成する内面５１２とを覆うコーティング５０４を含む。コーティング５０４は、ＵＶ波長を阻止することなく、貫通孔５０６を通過する処理ガスによる損傷から本体５０２を保護する。一実施形態では、コーティング５０４は、フッ素などのハロゲンまたはオゾンを含む処理用の化学物質に対する耐性を有する。コーティング５０４は、酸窒化アルミニウム、サファイア、または他の適した材料を含むことができる。コーティング５０４は、化学気相堆積、物理的気相堆積、噴霧コーティングなどの一般的な堆積技術を使用して、本体５０２上に堆積させることができる。コーティング５０４の厚さは、本体５０２のＵＶ透過性に影響を与えることなく本体５０２に対する保護を提供するのに十分な厚さになるように選択することができる。一実施形態では、コーティング５０４は、化学気相堆積または物理的気相堆積によって形成された厚さ約５００マイクロメートルまでの酸窒化アルミニウム膜である。

図５Ｂは、本発明の一実施形態によるＵＶ透過窓５２０の部分断面図である。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド５００と同様に、ＵＶ透過窓５２０もまた、ＵＶ波長内の光に対する実質的な透過性、およびフッ素などのハロゲンまたはオゾンを含む処理用の化学物質に対する耐性を有する。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド５００は、処理チャンバ１００内でＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド１１６の代わりに使用することができる。

ＵＶ透過窓５２０は、ＵＶ透過材料から形成された本体５２２と、少なくとも本体５２２の下部表面５２６上に形成されたコーティング５２４とを含む。本体５２２は、任意のＵＶ透過材料から形成することができる。一実施形態では、本体５２２は石英から形成される。コーティング５２４は、処理ガスに露出されたときの損傷から本体５２２を保護する。一実施形態では、コーティング５２４は、フッ素などのハロゲンまたはオゾンを含む処理用の化学物質に対する耐性を有する。コーティング５２４は、酸窒化アルミニウム、サファイア、または他の適した材料を含む。コーティング５２４は、化学気相堆積、物理的気相堆積、噴霧コーティングなどの一般的な堆積技術を使用して、本体５２２上に堆積させることができる。コーティング５２４の厚さは、本体５２２のＵＶ透過性に影響を与えることなく本体５２２に対する保護を提供するのに十分な厚さになるように選択することができる。一実施形態では、コーティング５２４は、化学気相堆積または物理的気相堆積によって形成された厚さ約５００マイクロメートルまでの酸窒化アルミニウム膜である。

図６は、本発明の一実施形態による２重容積処理チャンバ６００の断面図である。図７は、２重容積処理チャンバ６００の上面図である。２重容積処理チャンバ６００は、図１の処理チャンバ１００と実質的に同様の２つの処理チャンバ６００ａ、６００ｂを含む。

処理チャンバ６００ａ、６００ｂは、チャンバ本体６０２およびチャンバリッド６０４を共用する。処理チャンバ６００ａ、６００ｂは、中心平面６２８を中心とする互いの鏡像である。

処理チャンバ６００ａは、単一の基板を処理するための処理容積６２４を画定する。処理チャンバ６００ａは、ＵＶ透過窓６１６と、処理容積６２４の上に配置されたＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド６２０とを含む。処理チャンバ６００ｂは、単一の基板を処理するための処理容積６２６を画定する。処理チャンバ６００ｂは、ＵＶ透過窓６１８と、処理容積６２６の上に配置されたＵＶ透過ガス分布シャワーヘッド６２２とを含む。

処理チャンバ６００ａ、６００ｂは、遠隔プラズマ源６０６、ガスパネル６０８、および真空ポンプ６１０を共用する。処理チャンバ６００ａは、入力マニホルド６１２を介して遠隔プラズマ源６０６およびガスパネル６０８に結合されており、処理チャンバ６００ｂは、入力マニホルド６１４を介して遠隔プラズマ源６０６およびガスパネル６０８に結合されている。入力マニホルド６１２、６１４は、入力マニホルド６１２、６１４と遠隔プラズマ源６０６の距離を最小にして、プラズマ内のラジカルが処理容積６２４、６２６へ流れる間に再結合するのを低減させるように位置決めすることができる。一実施形態では、入力マニホルド６１２、６１４は、水平線６３０から角度αをなす位置で位置決めされる。一実施形態では、角度αは約４５度である。

図８は、本発明の一実施形態による処理システム８００の概略平面図である。処理システム８００は、１つまたは複数の２重容積処理チャンバ６００を含む。

処理システム８００は、真空気密性の処理プラットフォーム８０４、ファクトリインターフェース８１２、およびシステムコントローラ８１０を含む。プラットフォーム８０４は、複数の２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６と、移送チャンバ８０２に結合されたロードロックチャンバ８１６とを含む。一実施形態では、移送チャンバ８０２は、４つの側面８０６を有することができる。各側面８０６は、２重容積処理チャンバ６００またはロードロックチャンバ８１６と接続するように構成される。図８に示すように、移送チャンバ８０２の３つの側面８０６に３つの２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６が結合される。

ファクトリインターフェース８１２は、デュアルロードロックチャンバ８１６を通って移送チャンバ８０２に結合される。一実施形態では、ファクトリインターフェース８１２は、基板の移送を容易にするために、少なくとも１つのドッキングステーション８１４と、少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット８２０とを含む。ドッキングステーション８１４は、１つまたは複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）８１８を受け入れるように構成される。

それぞれの２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６は、それぞれ並列に位置決めされた２つの処理容積８２２ａ、８２２ｂ、８２４ａ、８２４ｂ、８２６ａ、８２６ｂを含む。それぞれの２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６は、２つの基板を同時に処理するように構成される。基板移送ロボット８０８は、２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６およびロードロックチャンバ８１６間で２つの基板を移送するように並列に構成された２つのロボットブレード８０８ａ、８０８ｂを含む。この２重容積構成を用いると、基板移送ロボットおよび各処理チャンバのガスパネルなどの資源が増大することなく、生産性が増大する。

一実施形態では、２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６は、処理方策において異なる処理ステップを実行するために異なる構成を有することができる。別法として、２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６は、これらの基板に対して同じ処理を実行するために同じ構成を有することもできる。

一実施形態では、２重容積処理チャンバ８２２、８２４、８２６の少なくとも１つは、２重容積処理チャンバ６００と実質的に同様であり、基板に対してＵＶ処理および化学処理を連続して、交互に、または同時に実行することによって、２つの処理容積内で２つの基板を同時に処理するように構成される。

図９は、本発明の一実施形態による基板を処理する方法９００を示す図である。方法９００は、図１の処理チャンバ１００、図６の２重容積処理チャンバ６００などの独立型の処理チャンバ、もしくは図８の処理システム８００などの処理システムに結合された処理チャンバ、または図１の単一容積処理チャンバ１００を含む処理システム内で実行することができる。

方法９００は、ＵＶ処理および化学処理を同じ処理チャンバ内で使用して低誘電率の誘電体材料を回復するように構成される。

たとえば、方法９００を使用して、プラズマ化学気相堆積によって形成されたＳｉＣＯＨ材料を基材とする低誘電率の誘電体膜に対してワンストップの回復を実行することができる。具体的には、気相シリル化と硬化を組み合わせることで、低誘電率膜の特性を回復し、側壁の損傷を修復する。気相シリル化では、メチルまたはフェニルを含有するシリル化化合物が低誘電率膜内のＳｉ−ＯＨ基と反応して、親水性のＳｉ−ＯＨ基を吸湿性に耐える疎水性のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ_３）_３基に変換し、それによって誘電率を低減させる。ＵＶ硬化では、低誘電率膜内の孔が硬化によって封止される。

方法９００のボックス９１０で、処理チャンバの処理容積内に配置された基板支持体上に基板が受け取られる。一実施形態では、処理容積は、ＵＶ波長内の光に対して実質的な透過性を有するＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドの下に配置される。ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドにより、化学処理用の処理ガスを基板全体に実質的に均一に分布させることが可能になる。また、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドにより、ＵＶ光を通すことで処理容積内の基板のＵＶ硬化を行うことが可能になる。

方法９００のボックス９２０で、基板の上のＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドから１つまたは複数の処理ガスを流すことによって化学処理が実行される。一実施形態では、１つまたは複数の処理ガスは、ＵＶ透過窓とＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドとの間の領域からＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って基板の方へ送出される。

一実施形態では、化学処理は、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、テトラメチルジシラザン（ＴＭＤＳ）、トリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）、ジメチルジクロロシラン（ＤＭＤＣＳ）、メチルトリクロロシラン（ＭＴＣＳ）、トリメチルメトキシシラン（ＴＭＭＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＰＴＭＯＳ）、フェニルジメチルクロロシラン（ＰＤＭＣＳ）、ジメチルアミノトリメチルシラン（ＤＭＡＴＭＳ）、ビス（ジメチルアミノ）ジメチルシラン（ＢＤＭＡＤＭＳ）、またはこれらの組合せを含む群から選択されたシリル化剤を使用する気相シリル化である。一実施形態では、気相シリル化中の時間は、約１分〜約１０分とすることができる。シリル化温度は、約１００℃〜約４００℃とすることができる。シリル化剤流量は、約０．５ｇ〜約５ｇ／分とすることができ、チャンバ圧力は、約２ミリトル〜約５００トルとすることができる。

方法９００のボックス９３０で、基板は、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドおよびＵＶ透過窓の上に配置されたＵＶユニットからのＵＶエネルギーを使用して同じ処理チャンバ内で硬化される。一実施形態では、ＵＶ硬化温度は、室温〜約４００℃とすることができる。ＵＶ硬化時間は、約１０秒〜約１８０秒とすることができる。ＵＶ硬化ガスは、ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って処理チャンバへ流すことができる。一実施形態では、ＨｅおよびＡｒなどの不活性の硬化ガスを約８ｓｌｍ〜約２４ｓｌｍの流量で処理チャンバへ流すことができる。

別の実施形態では、ボックス９２０のシリル化とボックス９３０のＵＶ硬化を同時に実行することができる。ＵＶユニットは、シリル化プロセスと同時にオン／オフが切り替わる。シリル化剤流量、ＵＶ出力、ウエハ温度、シリル化およびＵＶ硬化プロセスのチャンバ圧力、シリル化時間、ならびにＵＶオン時間は調整可能である。

別の実施形態では、ボックス９３０のＵＶ硬化は、ボックス９２０のシリル化処理の前に実行することができる。

別の実施形態では、ボックス９３０のＵＶ硬化とボックス９２０のシリル化を交互に実行することができる。第１にＵＶ硬化を実行して、表面／側壁から水を除去する。シリル化を実行して、表面の疎水性を回復する。次いでＵＶ硬化を実行して、低誘電率膜の損傷をさらに回復する。シリル化剤流量、ＵＶ出力、ウエハ温度、シリル化およびＵＶ硬化プロセスのチャンバ圧力、シリル化時間、ならびにＵＶオン時間は調整可能である。

さらに別の実施形態では、ボックス９２０のシリル化とボックス９３０のＵＶ硬化は、パルス式にインシトゥで実行される。シリル化処理は約５〜１０秒のパルスで実行され、それに続いてＵＶ硬化が約５〜１０秒のパルスで行われる。

本発明の実施形態は、低誘電率膜を回復するための化学処理およびＵＶ硬化を単一のチャンバ内で実行する装置および方法を提供する。また本発明の実施形態では、遠隔プラズマ源を含むことによって、ＵＶ硬化チャンバのプラズマ洗浄が可能になる。その結果、使用されるチャンバの数が低減することによって、生産コストが低減する。基板の移送および追加のチャンバによる汲み出しをなくすことによって、製品の効率が増大する。またさらに、本発明の実施形態では、様々な処理の特徴および機能を最小の空間内に組み込むことが可能になり、それによって、製造環境内で誘電率の回復を高い費用効果で実施することが可能になる。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (14)

1. 内容積および上部開口を画定するチャンバ本体と、
   前記内容積内に配置された基板支持体と、
   前記基板支持体の上に配置されたＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドと、
   前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドの上に配置されたＵＶ透過窓であって、前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドと前記ＵＶ透過窓との間にガス容積が形成され、前記ガス容積と前記内容積が前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って流体連通している、ＵＶ透過窓と、
   前記ＵＶ透過窓の外側に配置されたＵＶユニットであって、前記ＵＶ透過窓および前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って前記基板支持体の方へＵＶ光を誘導するように構成されるＵＶユニットと、
   前記チャンバ本体の前記上部開口内に配置された締付部材であって、前記締付部材が前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドと前記ＵＶ透過窓との間に配置されて、前記締付部材内にガス流の経路が形成されている締付部材と
   を備え、
   前記締付部材が上部締付部材および下部締付部材を含み、
   前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドが前記上部締付部材および前記下部締付部材の間に締め付けられており、
   前記上部締付部材および前記下部締付部材の間にプレナムが形成され、前記プレナムが前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを取り囲むようになっている、処理チャンバ。
2. 前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドが、
   実質的にＵＶ透過性の材料から形成される本体と、
   前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って流れる処理ガスへの露出から前記本体を保護するように構成されたコーティングと
   を備えている、請求項１に記載の処理チャンバ。
3. 前記本体が石英から形成されている、請求項２に記載の処理チャンバ。
4. 前記コーティングが酸窒化アルミニウム膜またはサファイアを含んでいる、請求項３に記載の処理チャンバ。
5. 前記ＵＶ透過窓が、
   石英から形成された本体と、
   前記ガス容積内の処理ガスへの露出から前記本体を保護するように構成されたコーティングと
   を備えている、請求項１に記載の処理チャンバ。
6. 前記締付部材が、
   リング形状の本体と、
   前記リング形状の本体の上部部分から外側に向かって放射状に延びるフランジであって、前記チャンバ本体に結合されたフランジと、
   前記リング形状の本体の下部部分から内側に向かって放射状に延びる段部であって、前記段部の上面に前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドが配置される段部と
   を有している、請求項１に記載の処理チャンバ。
7. 前記ガス流の経路が、
   前記フランジ内に形成された水平スロットであって、前記フランジの外面で開いている水平スロットと、
   前記リング形状の本体内に形成された垂直スロットであって、前記水平スロットに上端部で接続された垂直スロットと、
   前記リング形状の本体の前記下部部分内に形成されたプレナムであって、前記垂直スロットの下端部が前記プレナムに対して開いている、プレナムと、
   前記段部を通って形成された複数のスポーク開孔であって、前記複数の開孔がそれぞれ、前記プレナムに対して開く第１の端部と前記段部の内面に対して開く第２の端部とを有している、複数のスポーク開孔と
   を含んでいる、請求項６に記載の処理チャンバ。
8. 前記締付部材に結合された入力マニホルドであって、前記入力マニホルドの出口が前記締付部材内に形成された前記ガス流の経路に接続されている、入力マニホルドと、
   前記入力マニホルドに接続された遠隔プラズマ源と、
   前記入力マニホルドに接続されたガスパネルと
   をさらに備える請求項６に記載の処理チャンバ。
9. 移送容積を画定する移送チャンバと、
   前記移送容積内に配置された基板移送ロボットと、
   前記移送チャンバに結合された２重容積処理チャンバと
   を備え、前記２重容積処理チャンバが、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の第１の処理チャンバと、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の第２の処理チャンバと
   を備える、処理システム。
10. 前記第１の処理チャンバ内の流路と第２の処理チャンバ内の流路とが互いの鏡像である、請求項９に記載のシステム。
11. 基板を処理する方法であって、
    請求項１ないし８のいずれか一項に記載の処理チャンバの内容積内に配置された基板支持体上に基板を受け取ることと、
    前記ＵＶ透過窓と前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドとの間に画定されたガス容積から前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドを通って１つまたは複数の処理ガスを流すことによって、前記基板に化学処理を施すことと、
    前記ＵＶ透過ガス分布シャワーヘッドおよび前記ＵＶ透過窓を通って前記ＵＶユニットから前記基板の方へＵＶエネルギーを誘導することによって、前記基板を硬化させることと
    を含む方法。
12. 前記基板に化学処理を施すことが、前記基板上に形成された低誘電率膜に化学処理を施すためにシリル化剤を含む１つまたは複数の処理ガスを流すことを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記化学処理と前記硬化とを同時に実行する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記化学処理を前記硬化の前に実行する、請求項１２に記載の方法。

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