JP7724388B2

JP7724388B2 - プロセスチャンバー、半導体プロセス機器及びプロセス方法

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Publication number: JP7724388B2
Application number: JP2024575670A
Authority: JP
Inventors: ユェラン
Original assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2023-06-29
Publication date: 2025-08-15
Anticipated expiration: 2043-06-29
Also published as: TW202403075A; WO2024002234A1; KR20250004937A; CN115083964B; JP2025521358A; CN115083964A; KR102809134B1; TWI855758B

Description

本発明は、半導体プロセス機器の分野に関し、より具体的には、プロセスチャンバー、半導体プロセス機器及びプロセス方法に関する。

集積回路チップ製造の後工程では、物理的蒸着（ＰＶＤ：ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）におけるマグネトロンスパッタリングを使用して金属相互接続を形成することが最も重要な技術であり、フォトリソグラフィー技術によって形成されたトレンチやビアにＰＶＤによって金属ワイヤを堆積させ、トランジスタを相互に接続して必要な回路を形成する。完全な金属相互接続工程は、通常、バリア層／シード層堆積、銅めっき、化学機械研磨（ＣＭＰ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）から構成される。しかしながら、チップの最小加工寸法が小さくなるにつれて、ビアとトレンチの開口はいずれも小さくなる一方、アスペクト比は大きくなるため、バリア層／シード層の堆積に多大な困難をもたらしてしまう。

研究によると、リフロープロセスは、信頼性の高い銅相互接続層を形成できる技術である。まず、低温で１層の銅シード層を堆積させ、その後、ウエハを加熱する。高温（通常は３００℃以上）の作用で、銅の表面移動性と結晶粒の凝集力がいずれも強化され、拡散作用及び毛細管力の下で、表面の銅原子が移動し、堆積した銅が深い穴の底部に吸い込まれ、下から上に充填することが実現される。これにより、銅リフローの１サイクルが完了する。深い穴の寸法が小さいほど、毛細管力が強くなり、充填効果が良好になる。深い穴が完全に充填されるまで、このサイクルを繰り返す。

従来の銅リフロー機器で使用されているベースは、低温静電チャック（ＥＳＣ：ＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃＣｈｕｃｋ）であり、プロセスを実行する際に、ＥＳＣに直流電圧を印加する必要があり、静電作用によってウエハを吸着し、堆積プロセスを行うと同時に、ＥＳＣとウエハとの間にガス（バックブローガス）を導入することで、ウエハの熱をガスを通じてＥＳＣに伝え、ウエハ冷却の作用を実現する。

銅リフロープロセスを行う前に、まず、ＥＳＣに印加される直流電圧をオフにし、ＥＳＣとウエハとの間の吸着力がなくなることを待ち、このプロセスは脱着と呼ばれる。その後、ＥＳＣを降下させ、エジェクターピンを上昇させ、ウエハを堆積プロセス位置よりも高い位置に上昇させる。ＥＳＣを降下させ、ウエハを上昇させることで、ウエハとＥＳＣとの間の距離を大きくし、ウエハに対する加熱ランプチューブの照射空間を得ることができる。ウエハが高位置に上昇した後、銅リフロープロセスを開始し、即ち、加熱ランプチューブに非常に高い電力を印加し、エネルギーをウエハの裏面に照射し、ウエハを昇温させる。ウエハが高温でリフロープロセスを完了した後、再度ＥＳＣを上昇させ、エジェクターピンを降下させ、ウエハをＥＳＣの表面に落下させる。その後、再度ＥＳＣに直流電圧を印加し、ウエハを吸着し、バックブローガスを導入して冷却した後、２回目の堆積プロセスを行う。堆積プロセスが完了した後、再度上記脱着プロセスを行い、エジェクターピンを上昇させ、ウエハをＥＳＣから突き上げ、ウエハをチャンバーから搬出する。

このプロセスフローでは、ウエハの吸着－脱着－突き上げプロセスが２回ある。ウエハの裏面の材料がシリコンでない場合、例えば二酸化ケイ素や窒化ケイ素など導電性の低い絶縁材料の場合、ウエハの電荷放出が不完全になり、残留電荷が吸着力を発生させ、脱着が不完全になり、さらにウエハとＥＳＣとの間に残留吸着力があり、ウエハがエジェクターピンにより突き上げられると、ウエハのずれを引き起こす。場合によっては、残留吸着力が大きすぎると、エジェクターピンがウエハを破損させてしまうことがある。

本発明は、銅リフロープロセスフローにおける加工対象のウエハの複数回の吸着－脱着及び加熱によるウエハのずれ、変形、破損などの問題を解決するプロセスチャンバー、半導体プロセス機器及びプロセス方法を提供することを目的とする。

第１態様では、本発明は、チャンバー本体を含み、前記チャンバー本体内には前記チャンバー本体の内壁の周方向に環状のライニングアセンブリが周設され、前記ライニングアセンブリの内輪側に昇降可能な堆積バリアリングが設けられ、前記チャンバー本体内には加工対象のウエハを載置するための昇降可能なベースが設けられ、前記ライニングアセンブリには前記ライニングアセンブリの側壁を貫通する第１開孔が設けられ、前記堆積バリアリングには前記堆積バリアリングの側壁を貫通する第２開孔が設けられ、前記チャンバー本体には前記第１開孔と対向する加熱ランプアセンブリが設けられ、前記堆積バリアリングが第１位置にあるときに、前記第２開孔と前記第１開孔は互いにずれており、前記堆積バリアリングが第２位置にあるときに、前記第２開孔と前記第１開孔は少なくとも部分的に重なり、前記第２位置は前記第１位置よりも高い半導体プロセス機器用のプロセスチャンバーを提供する。

選択可能に、前記第１開孔は複数あり、前記ライニングアセンブリの周方向に間隔をおいて分布しており、前記第２開孔の数は前記第１開孔の数と同じであり、前記堆積バリアリングが前記第１位置にあるときに、各前記第２開孔と各前記第１開孔は１対１で対応して互いにずれており、前記堆積バリアリングが前記第２位置にあるときに、各前記第２開孔と各前記第１開孔は１対１で対応して少なくとも部分的に重なり、前記加熱ランプアセンブリの数は前記第１開孔の数と同じであり、各前記加熱ランプアセンブリは各前記第１開孔に１対１で対応して対向する。

選択可能に、前記ベースが第１プロセス位置にあるときに、前記堆積バリアリングは前記第１位置にあり、前記ライニングアセンブリによって支持され、前記ベースが前記第１プロセス位置から第２プロセス位置に上昇すると、前記ベースは前記堆積バリアリングを駆動して前記第２位置に上昇させることができる。

選択可能に、前記ライニングアセンブリの内輪側に環状段差が形成され、前記堆積バリアリングの上部及び底部には第１オーバーラップ部材と第２オーバーラップ部材がそれぞれ設けられ、前記堆積バリアリングが第１位置にあるときに、前記堆積バリアリングは前記第１オーバーラップ部材を介して前記環状段差にオーバーラップされ、前記ベースが前記第１プロセス位置から前記第２プロセス位置に上昇すると、前記ベースは前記第２オーバーラップ部材を介して前記堆積バリアリングを突き上げることができる。

選択可能に、前記ライニングアセンブリは下部ライニングを含み、前記下部ライニングは、同軸に設けられる第１円筒側壁及び第２円筒側壁を含み、前記第２円筒側壁は前記第１円筒側壁の下方に位置し、前記第１円筒側壁は前記チャンバー本体の側壁に接続され、前記第２円筒側壁の内径は前記第１円筒側壁の内径よりも小さく、前記第１円筒側壁の底部と前記第２円筒側壁の上部との間に前記環状段差が接続して形成され、複数の前記第１開孔は前記第２円筒側壁に設けられる。

選択可能に、前記チャンバー本体の側壁の上部にチャンバー本体支持部材が設けられ、前記第１円筒側壁の上部に横方向に延びる第１環状フランジが設けられ、前記第１円筒側壁は前記第１環状フランジを介して前記チャンバー本体支持部材にオーバーラップされる。

選択可能に、前記第１オーバーラップ部材は前記堆積バリアリングの上部から横方向において外側に延びる第２環状フランジである。

選択可能に、前記第２円筒側壁の底部には前記チャンバー本体の内壁から離れる方向に延びる第３環状フランジが設けられ、前記第３環状フランジの末端は上へ延びる環状突縁部を有し、前記第２オーバーラップ部材は、横方向に設けられる環状板を含み、前記環状板の下面には前記環状突縁部とオーバーラップして嵌合する環状溝が設けられる。

選択可能に、前記加熱ランプアセンブリは環状反射部材及び環状加熱ランプチューブを含み、前記環状反射部材は前記チャンバー本体の周方向に前記チャンバー本体の内壁に周設され、前記環状反射部材の内側壁は前記チャンバー本体の中心に面する弧状反射面であり、前記環状加熱ランプチューブは複数の支持部材を介して前記弧状反射面に設けられる。

選択可能に、前記第１円筒側壁と前記第２円筒側壁は一体成形され、前記第１円筒側壁の底部と前記第２円筒側壁の上部との間に前記環状段差が折り曲げ形成されるか、又は、前記第１円筒側壁と前記第２円筒側壁は別体部材であり、前記第１円筒側壁の底部と前記第２円筒側壁の上部には、互いに嵌合する横方向に延びる２つのオーバーラップ部がそれぞれ設けられ、２つの前記オーバーラップ部は前記環状段差を形成する。

選択可能に、前記堆積バリアリングと前記第２オーバーラップ部材は一体成形されるか、又は、前記堆積バリアリングと前記第２オーバーラップ部材は別体部材であり、前記堆積バリアリングの底部には、前記第２オーバーラップ部材の外縁と嵌合する段差状オーバーラップ部が設けられる。

選択可能に、前記第１開孔と前記第２開孔はいずれも長尺状の貫通孔であり、隣接する２つの前記第１開孔間の間隔及び隣接する２つの前記第２開孔間の間隔はいずれも１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

第２態様では、本発明は、第１態様に記載のプロセスチャンバーを含む半導体プロセス機器を提供する。

第３態様では、本発明は、加工対象のウエハを載置したベースを第１プロセス位置に上昇させ、前記堆積バリアリングを前記第１位置に降下させるように制御するステップと、前記ベースと前記加工対象のウエハとの間にバックブローガスを導入し、前記加工対象のウエハに１回目の堆積プロセスを行うステップと、前記１回目の堆積プロセスを完了した後、前記ベースと前記加工対象のウエハとの間へのバックブローガスの導入を停止するステップと、前記ベースを第２プロセス位置に上昇させ、前記堆積バリアリングを前記第２位置に上昇させるように制御し、前記加熱ランプアセンブリによって前記ウエハに対して照射加熱を行い、リフロープロセスを行うステップと、前記リフロープロセスを完了した後、前記ベースを前記第１プロセス位置に降下させ、前記堆積バリアリングを前記第１位置に降下させるように制御し、再度前記ベースと前記ウエハとの間にバックブローガスを導入し、前記ウエハに２回目の堆積プロセスを行うステップと、前記２回目の堆積プロセスを完了した後、前記ベースと前記ウエハとの間へのバックブローガスの導入を停止するステップと、を含む第２態様に記載の半導体プロセス機器を用いたプロセス方法を提供する。

本発明の有益な効果は以下の通りである。本発明のプロセスチャンバーは、ライニングアセンブリと堆積バリアリングの側壁に第１開孔と第２開孔がそれぞれ設けられ、チャンバー本体には第１開孔と対向する加熱ランプアセンブリが設けられることで、堆積バリアリングが第１位置にあるときに、第２開孔と第１開孔は互いにずれており、このとき、第１プロセス位置にあるベース上の加工対象のウエハに対して堆積プロセスを行うことで、堆積プロセスにおける反応物がチャンバーの内壁に堆積しないことを確保でき、堆積バリアリングが上記第１位置よりも高い第２位置にあるときに、第２開孔と第１開孔は少なくとも部分的に重なり、このとき、加熱ランプアセンブリの光が第１開孔と第２開孔を通じて第２プロセス位置にあるベース上の加工対象のウエハに照射され、ウエハを加熱し、銅リフロープロセスを完了することができる。従来技術と比較して、本発明は、堆積を行う第１プロセス位置と銅リフローを行う第２プロセス位置との切り替え中に、静電脱着を行って加工対象のウエハをベースから離脱させる必要はなく、従って、エジェクターピンがウエハを突き上げることによるウエハ滑りのリスク、及びウエハの昇降による位置ドリフトの問題を効果的に回避することができ、複数回の吸着－脱着による残留吸着力を防止し、さらにウエハ滑りやウエハ破損のリスクを解消することもできる。

本発明の装置はほかの特性及び利点を有し、これらの特性及び利点は本明細書に組み込まれている図面及び以下の具体的な実施形態から明らかになるか、又は本明細書に組み込まれている図面及び以下の具体的な実施形態に詳細に記載される。これらの図面及び具体的な実施形態はともに本発明の特定の原理を説明するために使用される。

図面を参照して本発明の例示的な実施例をより詳細に説明することにより、本発明の上記及びほかの目的、特徴や利点が明らかになり、本発明の例示的な実施例では、同じ符号は通常、同じ部材を表す。

本発明の実施例１に係るプロセスチャンバーの縦断面構成図を示す。本発明の実施例１に係るプロセスチャンバー内の下部ライニングの第２円筒側壁の第１開孔及び堆積バリアリングの第２開孔の模式図を示す。本発明の実施例１に係るプロセスチャンバー内の環状加熱ランプチューブの上面図を示す。本発明の実施例１に係るプロセスチャンバー内のベースが第１プロセス位置にある場合の模式図を示す。本発明の実施例１に係るプロセスチャンバー内のベースが第２プロセス位置にある場合の模式図を示す。本発明の実施例１に係るプロセスチャンバーの別の下部ライニングの構成模式図を示す。本発明の実施例１に係るプロセスチャンバーの別の堆積バリアリングの構成模式図を示す。本発明の実施例３に係るプロセス方法のステップ図を示す。本発明の実施例３に係る銅リフロープロセス方法のステップのフローチャートを示す。

従来の銅リフロープロセスには、ウエハの吸着－脱着－突き上げ－加熱－落下－吸着－脱着－突き上げのプロセスがある。このフローでは、ウエハの吸着－脱着－突き上げのプロセスが２回ある。ウエハの裏面の材料がシリコンでない場合、例えば二酸化ケイ素や窒化ケイ素などの絶縁材料の場合、脱着が不完全であるという問題がある。不完全な脱着のため、ウエハと静電チャック（ＥＳＣ）との間に残留吸着力があり、ウエハがエジェクターピンにより突き上げられると、ウエハのずれを引き起こす。場合によっては、残留吸着力が大きすぎると、エジェクターピンがウエハを破損させてしまうことがある。

また、ウエハ内に比較的大きな応力があり、加熱後にウエハが湾曲して変形する（例えば、高低差は１ｍｍ以上になる）場合もあり、同様にウエハのずれを引き起こす。ずれなくても落下後のウエハとＥＳＣとの接触面が小さくなり、再吸着ができないという問題が生じる。

同様に、全フローでは、２回の吸着プロセスがあるため、ＥＳＣの残留吸着力の大幅な増加にもつながり、ウエハのずれ／破損を引き起こし、ウエハのずれ量が大きいと、ウエハがチャンバーから搬出される時にマニピュレーターとの衝突や隔離弁により挟まれて破損するなどの問題が生じる。

本発明のプロセスチャンバー、半導体プロセス機器及びプロセス方法は、銅リフロープロセスフローにおけるウエハの複数回の吸着－脱着及び加熱によるウエハのずれ、変形、破損などの問題を解決することができる。

以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。図面において本発明の好ましい実施例が示されるが、本発明はここに記載される実施例に限定されるのではなく様々な形態で実現できることを理解すべきである。かえって、これらの実施例は本発明をより徹底的かつ完全なものにするために提供され、本発明の範囲を当業者に完全に伝えることができる。

実施例１
図１は、本発明の実施例１に係るプロセスチャンバーの縦断面構成図を示す。

図１に示すように、プロセスチャンバーは、チャンバー本体を含み、チャンバー本体内にはチャンバー本体の内壁の周方向に環状のライニングアセンブリが周設され、ライニングアセンブリの内輪側に昇降可能な堆積バリアリング２１４が設けられ、チャンバー本体内には加工対象のウエハを載置するための昇降可能なベース２０２が設けられ、ライニングアセンブリにはライニングアセンブリの側壁を貫通する第１開孔２１３が設けられ、堆積バリアリング２１４には堆積バリアリング２１４の側壁を貫通する第２開孔２１５が設けられ、チャンバー本体には第１開孔２１３と対向する加熱ランプアセンブリが設けられ、堆積バリアリング２１４が第１位置にあるときに、第２開孔２１５と第１開孔２１３は互いにずれており、堆積バリアリング２１４が第２位置にあるときに、第２開孔２１５と第１開孔２１３は少なくとも部分的に重なり、上記第２位置は第１位置よりも高い。

いくつかの実施例では、周方向に加工対象のウエハを均一に加熱することで、プロセス均一性を向上させるために、第１開孔２１３は複数あり、ライニングアセンブリの周方向に間隔をおいて分布しており、第２開孔２１５の数は第１開孔２１３の数と同じであり、堆積バリアリング２１４が上記第１位置にあるときに、各第２開孔２１５と各第１開孔２１３は１対１で対応して互いにずれており、堆積バリアリング２１４が上記第２位置にあるときに、各第２開孔２１５と各第１開孔２１３は１対１で対応して少なくとも部分的に重なり、加熱ランプアセンブリの数は第１開孔２１３の数と同じであり、各加熱ランプアセンブリは各第１開孔２１３に１対１で対応して対向する。

ベース２０２が第１プロセス位置に上昇すると、堆積バリアリング２１４を上記第１位置に位置させることで、第２開孔２１５と第１開孔２１３を互いにずらすことができ、ベース２０２が第２プロセス位置に上昇すると、堆積バリアリング２１４を上記第２位置に位置させることで、第２開孔２１５と第１開孔２１３が少なくとも部分的に重なることができる。いくつかの実施例では、ベース２０２が第１プロセス位置にあるときに、堆積バリアリング２１４は、上記第１位置にあり、ライニングアセンブリによって支持され、ベース２０２が第１プロセス位置から第２プロセス位置に上昇すると、ベース２０２は堆積バリアリング２１４を駆動して上記第２位置に上昇させることができる。つまり、ベース２０２の上昇運動によって堆積バリアリング２１４を駆動して第１位置から第２位置に上昇させることができ、ベース２０２が降下運動を行うと、堆積バリアリング２１４はベース２０２により駆動されて上記第１位置に戻ることができ、このときに、ライニングアセンブリによって支持され、それによって第１位置と第２位置間での堆積バリアリング２１４の切り替えを実現することができ、堆積バリアリング２１４に動力源を別途配置する必要がなく、機器の構造が簡素化され、機器のコストが低減される。しかし、本発明の実施例はこれに限定されず、実際の応用では、第１位置と第２位置間での堆積バリアリング２１４の切り替えを個別制御するように堆積バリアリング２１４に動力源を別途配置してもよく、この場合には、ベース２０２が第１プロセス位置に上昇すると、対応して堆積バリアリング２１４が第１位置に移動するように制御でき、ベース２０２が第２プロセス位置に上昇すると、対応して堆積バリアリング２１４が第２位置に移動するように制御できる。

好ましくは、本実施例では、ベース２０２が第２プロセス位置に上昇し、且つ堆積バリアリング２１４が第２位置にあるときに、第２開孔２１５と第１開孔２１３は高さにおいて完全に重なり、第１開孔２１３及びそれと対向して設けられる加熱ランプアセンブリはいずれもベース２０２の上部の上方に位置し、加熱ランプアセンブリが発する光が第１開孔２１３と第２開孔２１５を通じてベース２０２上に位置するウエハの上面に照射され、ウエハを加熱することができる。

本実施例では、チャンバー本体は下部チャンバー本体２０１及び上部チャンバー本体２０３を含み、下部チャンバー本体２０１は底壁及び環状側壁を含み、ベース２０２は静電チャックを含み、静電チャックの下方には下部チャンバー本体２０１の底壁を貫通する昇降機構が設けられ、昇降機構は、第１プロセス位置と第２プロセス位置との間での切り替えを可能にするように静電チャックを昇降駆動することに用いられる。上部チャンバー本体２０３は円筒状であり、上部チャンバー本体２０３と下部チャンバー本体２０１は同軸に設けられ、上部チャンバー本体２０３の上部にはセラミックリング２０４が設けられ、セラミックリング２０４はターゲット材２０５を配置することに用いられ、ターゲット材２０５は下部チャンバー本体２０１と上部チャンバー本体２０３で囲まれたキャビティを密閉することができる。実際の応用では、ほかの構造のチャンバー本体を採用してもよく、また、ベース２０２は機械チャック又はほかのチャックを採用してもよく、本発明の実施例では、これを特に限定しない。

いくつかの実施例では、ライニングアセンブリの内輪側に環状段差２１７ａが形成され、堆積バリアリング２１４の上部及び底部には第１オーバーラップ部材２１８ａと第２オーバーラップ部材２１８ｂがそれぞれ設けられ、堆積バリアリング２１４が第１位置（図１に示す位置）にあるときに、堆積バリアリング２１４は第１オーバーラップ部材２１８ａを介して環状段差２１７ａにオーバーラップされ、ベース２０２が第１プロセス位置から第２プロセス位置に上昇すると、ベース２０２は第２オーバーラップ部材２１８ｂを介して堆積バリアリング２１４を突き上げ、これにより堆積バリアリング２１４を駆動して第２位置（図５に示す位置）に上昇させることができる。ベース２０２が第２プロセス位置から降下すると、堆積バリアリング２１４は降下中に第１オーバーラップ部材２１８ａを介して再度環状段差２１７ａにオーバーラップされ、このとき、堆積バリアリング２１４は、ライニングアセンブリによって支持され、ベース２０２とともに降下し続けることがない。

いくつかの実施例では、上記第１オーバーラップ部材２１８ａは堆積バリアリング２１４の上部から外側に向かって横方向に延びる第２環状フランジであってもよく、堆積バリアリング２１４は該第２環状フランジを介して環状段差２１７ａにオーバーラップされる。

本実施例では、ライニングアセンブリは上部ライニング２１０及び下部ライニング２１２を含み、上部ライニング２１０はチャンバー本体の内側の上部に設けられ、下部ライニング２１２は上部ライニング２１０の下方に設けられる。実際の応用では、ライニングアセンブリは１つのライニングを採用してもよく、この場合には、ライニングは上部チャンバー本体２０３の側壁の内側を完全に遮蔽するように設けられてもよく、又は、上部ライニング２１０と下部ライニング２１２は接続されて一体式構造を形成してもよく、又は、ほかのライニング構造を採用してもよく、本発明の実施例では、これを特に限定しない。

いくつかの実施例では、下部ライニング２１２は、同軸に設けられる第１円筒側壁２１６及び第２円筒側壁２１７を含み、第２円筒側壁２１７は第１円筒側壁２１６の下方に位置し、第１円筒側壁２１６はチャンバー本体の側壁に接続される。具体的な接続方法としては、例えば、チャンバー本体の側壁の上部にチャンバー本体支持部材が設けられ、該チャンバー本体支持部材は、例えば、上部チャンバー本体２０３の上部に形成された第１環状段差２０３ａを含み、第１円筒側壁２１６の上部には横方向に延びる第１環状フランジ２１６ａが設けられ、第１円筒側壁２１６は第１環状フランジ２１６ａを介してチャンバー本体支持部材（即ち、第１環状段差２０３ａ）にオーバーラップされる。選択可能に、該チャンバー本体支持部材は、第１環状段差２０３ａに設けられる上部ライニング支持リング２１１をさらに含み、上部ライニング２１０は上部ライニング支持リング２１１に設けられる。実際の応用では、第１円筒側壁２１６とチャンバー本体の側壁はほかの接続方法を採用してもよく、本発明の実施例では、これを特に限定しない。

いくつかの実施例では、第２円筒２１７の側壁の内径は第１円筒側壁２１６の内径よりも小さく、第１円筒側壁２１６の底部と第２円筒側壁２１７の上部との間に上記環状段差２１７ａが接続して形成され、複数の第１開孔２１３は第２円筒２１７側壁に設けられる。

いくつかの実施例では、第１円筒側壁２１６と第２円筒側壁２１７は一体成形される。この場合には、第１円筒側壁２１６の底部と第２円筒側壁２１７の上部との間に上記環状段差２１７ａが折り曲げ形成される。

いくつかの実施例では、堆積バリアリング２１４と第２オーバーラップ部材２１８ｂは一体成形される。

いくつかの実施例では、上部ライニング２１０の内縁の底部には下へ延びる環状側壁２１０ａが設けられ、該環状側壁２１０ａの外径は第１円筒側壁２１６の内径よりも小さく、環状側壁２１０ａの下端は第１環状フランジ２１６ａの下方に延びており、該環状側壁２１０ａは上部ライニング２１０とライニング支持リング２１１との間の隙間、及びライニング支持リング２１１と下部ライニング２１２との間の隙間を遮蔽することができる。

いくつかの実施例では、上部ライニング２１０の上部の外縁に第２環状段差２１０ｂが設けられ、第２環状段差２１０ｂの上面は上部チャンバー本体２０３の上部と面一であり、セラミックリング２０４は上部チャンバー本体２０３の上部と第２環状段差２１０ｂに設けられ、即ち、第２環状段差２１０ｂは上部チャンバー本体２０３の上部とともにセラミックリング２０４を支持する。

いくつかの実施例では、第２円筒側壁２１７の底部にはチャンバー本体の内壁から離れる方向に延びる第３環状フランジ２１７ｂが設けられ、該第３環状フランジ２１７ｂの末端は上へ延びる環状突縁部２１７ｃを有し、上記第２オーバーラップ部材２１８ｂは、横方向に設けられる環状板２１８ｂ１を含み、該環状板２１８ｂ１の下面には環状突縁部２１７ｃとオーバーラップして嵌合する環状溝２１８ｂ２が設けられる。堆積バリアリング２１４がライニングアセンブリによって支持されるときに、環状溝２１８ｂ２と環状突縁部２１７ｃはオーバーラップして嵌合することで、堆積バリアリング２１４の支持の安定性を向上させることができるとともに、堆積バリアリング２１４への制限作用を果たすことができる。

本実施例では、ベース２０２の上部エッジには、環状板２１８ｂ１の内縁とオーバーラップして嵌合する第３環状段差２０２ａがさらに設けられる。

図１及び図３に示すように、本実施例では、加熱ランプアセンブリは環状反射部材２２３及び環状加熱ランプチューブ２２０を含み、環状反射部材２２３はチャンバー本体の周方向に沿ってチャンバー本体の内壁に周設され、環状反射部材２２３の内側壁はチャンバー本体の中心に面する弧状反射面であり、環状加熱ランプチューブ２２０は複数の支持部材２２１を介して弧状反射面に設けられる。

具体的には、環状反射部材２２３は、チャンバーの中心軸を囲む１つのアセンブリであり、材料はアルミニウム又はステンレス鋼であり、チャンバーの中心に向かって窪んだ円弧を有し、その内面を加工する際に、鏡面研磨を行って高い反射率を得ることで、環状加熱ランプチューブ２２０の光を反射する役割を果たし、それが発する光をプロセスチャンバーの中心位置に反射する。

環状加熱ランプチューブ２２０はチャンバーの中心軸を囲む１周の環状ランプチューブであり、環状加熱ランプチューブ２２０の電力は、好ましくは、５ｋＷ～４０ｋＷであり、環状加熱ランプチューブ２２０は第１給電端４０１及び第２給電端４０２を有し、給電線２２２は上部チャンバー本体２０３の側壁を貫通して第１給電端４０１及び第２給電端４０２に接続し、環状加熱ランプチューブ２２０に電力を供給する。

図２に示すように、本実施例では、第１開孔２１３と第２開孔２１５はいずれも長尺状の矩形貫通孔であり、隣接する２つの第１開孔２１３間の間隔及び隣接する２つの第２開孔２１５間の間隔はいずれも１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

具体的には、下部ライニング２１２と堆積バリアリング２１４の２つの部材は同じ開孔方法を採用しており、一例では、下部ライニング２１２又は堆積バリアリング２１４の側壁には周方向に１周あたり４つの長尺状の矩形開孔が掘られてもよい。開孔の高さは少なくとも２０ミリメートルであり、好ましくは、４０ミリメートルである。加熱ランプチューブの光が通過できるように、チャンバーを囲む方向にできるだけ多く１周のスリットを掘る必要があり、隣接する開孔間に狭い幅の間隔だけが上下両部分の接続ブリッジとして残されている。部材の十分な強度を確保するために、隣接する開孔の間隔領域に位置する接続部分は少なくとも３つ必要であり、４つ、５つ、６つなどであってもよい。接続部分の幅は、十分な強度を確保するために、少なくとも１０ｍｍとする必要があり、好ましくは、３０ｍｍである。第１開孔２１３と第２開孔２１５は垂直方向に重なってもよいし、互いにずれてもよい。隣接する開孔の間隔接続部分が十分に狭く、ランプチューブが包囲型であるため、接続部分の両側のランプチューブ部分でもウエハに光を照射することができる。光がウエハに照射する面積が十分に大きく、ウエハが加熱されると、その内部に熱伝導プロセスが発生し、ウエハ全体を高温に上昇させることができる。

ほかの実施例では、図６に示すように、第１円筒側壁２１６と第２円筒側壁２１７は別体部材であってもよく、第１円筒側壁２１６の底部と第２円筒側壁２１７の上部には、互いに嵌合する横方向に延びる２つのオーバーラップ部がそれぞれ設けられ、２つのオーバーラップ部は環状段差２１７ａを形成する。具体的には、第１円筒側壁２１６の底部のオーバーラップ部はチャンバー本体の内壁から離れる方向に沿って横方向に延びる第４環状フランジ２１６ｂであり、第２円筒側壁２１７の上部のオーバーラップ部はチャンバー本体の内壁に向かう方向に沿って横方向に延びる第５環状フランジ２１７ｄであり、一実施形態では、第２円筒側壁２１７は第５環状フランジ２１７ｄを介して第４環状フランジ２１６ｂにオーバーラップされてもよく、このとき、第２オーバーラップ部材２１８ｂは第５環状フランジ２１７ｄにオーバーラップされ、それによって堆積バリアリング２１４への支持を実現する。別の実施形態では、図６に示すように、第２円筒側壁２１７は第５環状フランジ２１７ｄを介して環状反射アセンブリ２２３の上部にオーバーラップされ、第１円筒側壁２１６の第４環状フランジ２１６ｂは第５環状フランジ２１７ｄの上方に積層されてもよく、このとき、第２オーバーラップ部材２１８ｂは第４環状フランジ２１６ｂにオーバーラップされ、それによって堆積バリアリング２１４への支持を実現する。

図７に示すように、堆積バリアリング２１４と第２オーバーラップ部材２１８ｂは別体部材であってもよく、堆積バリアリング２１４の底部には、第２オーバーラップ部材２１８ｂの外縁と嵌合する段差状オーバーラップ部２１４ａが設けられる。

なお、本実施例のプロセスチャンバーは、従来の銅リフロープロセスチャンバーと同じＲＦシステム及びバックブローガス配管などのシステム部材をさらに含む。

本実施例のプロセスチャンバーの動作原理は以下の通りである。

図４に示すように、ベース２０２は第１プロセス位置（堆積プロセス位置）に上昇し、このとき、堆積バリアリング２１４は第１位置にあり、ベース２０２によって支持される。このとき、下部ライニング２１２の第１開孔２１３と堆積バリアリング２１４の第２開孔２１５は高さにおいて互いにずれており、堆積プロセスを行う際に、ターゲット材２０５上に堆積した薄膜がチャンバー壁上に堆積しないことを確保できる。リフロープロセスを行う際に、図５に示すように、ベース２０２は第２プロセス位置（リフロープロセス位置）まで上昇し続け、堆積バリアリング２１４を駆動して第２位置に上昇させ、このとき、下部ライニング２１２の第１開孔２１３と堆積バリアリング２１４の第２開孔２１５は高さにおいて基本的に位置が揃っている。それによって、環状加熱ランプチューブ２２０が発する光を、環状反射アセンブリ２２３の作用で、第１開孔２１３と第２開孔２１５を透過してベース２０２のウエハに照射することができ、それによってウエハに対して照射加熱を行い、リフロープロセスを実現する。

実施例２
本実施例は、実施例１のプロセスチャンバーを含む半導体プロセス機器を提供する。

該半導体機器は、実施例１のプロセスチャンバーを採用することで、リフロープロセスフローにおけるウエハの複数回の吸着－脱着及び加熱によるウエハのずれ、変形、破損などの問題を効果的に避けることができる。

実施例３
図８に示すように、実施例２の半導体プロセス機器を用いたプロセス方法であり、該方法は、ステップＳ１～Ｓ６を含む。

Ｓ１：加工対象のウエハを載置したベース２０２を第１プロセス位置に上昇させ、堆積バリアリング２１４を第１位置に降下させるように制御する。

Ｓ２：ベース２０２と加工対象のウエハとの間にバックブローガスを導入し、加工対象のウエハに１回目の堆積プロセスを行う。

Ｓ３：１回目の堆積プロセスを完了した後、ベース２０２と加工対象のウエハとの間へのバックブローガスの導入を停止する。

Ｓ４：ベース２０２を第２プロセス位置に上昇させ、堆積バリアリング２１４を第２位置に上昇させるように制御し、加熱ランプアセンブリによってウエハに対して照射加熱を行い、リフロープロセスを行う。

Ｓ５：リフロープロセスを完了した後、ベース２０２を第１プロセス位置に降下させ、堆積バリアリング２１４を上記第１位置に降下させるように制御し、再度ベース２０２とウエハとの間にバックブローガスを導入し、ウエハに２回目の堆積プロセスを行う。

Ｓ６：２回目の堆積プロセスを完了した後、ベース２０２とウエハとの間へのバックブローガスの導入を停止する。

銅リフロープロセスを例とすると、図９に示すように、本実施例の方法は、具体的には以下のステップＳ１０１～Ｓ１１３を含む。

Ｓ１０１：ウエハをチャンバーに搬送する。

Ｓ１０２：まず、ベース２０２を第１プロセス位置に上昇させるように制御する（このとき、堆積バリアリング２１４は第１位置に降下する）。

Ｓ１０３：ベース２０２上の静電チャックがウエハを静電吸着するように制御し、静電チャックとウエハとの間にバックブローガスを導入する。

Ｓ１０４：１回目の銅薄膜堆積プロセスを開始する。このとき、ウエハと静電チャックとの間のバックブローガスの熱伝導によって、堆積中にウエハを低温に維持することができる。

Ｓ１０５：１回目の堆積プロセスが終了した後、バックブローガスをオフにし、このとき、静電チャックが静電吸着電圧を維持するように制御し、ウエハを静電チャックの表面にしっかりと吸着し続ける。バックブローガスをオフにするため、このとき、ウエハと静電チャック間の熱伝導がほとんどなく、静電チャックがウエハに冷却作用をほとんど与えない。

Ｓ１０６：ベース２０２を第２プロセス位置に上昇させるように制御する（このとき、堆積バリアリング２１４は第２位置に上昇する）。

Ｓ１０７：加熱ランプアセンブリによってウエハに対して照射加熱を行い、銅リフロープロセスを行う。

ベース２０２が堆積バリアリング２１４を第２プロセス位置に上昇させると、堆積バリアリング２１４の第２開孔２１５と下部ライニング２１７の第１開孔２１３は高さにおいて少なくとも部分的に重なり、環状加熱ランプ２００の光が第１開孔２１３と第２開孔２１５を通じてウエハに照射し、ウエハを加熱することができる。好ましくは、このとき、環状加熱ランプの光が、ウエハの上面を照射して加熱することができ、銅リフロープロセスを完了する。

Ｓ１０８：銅リフロープロセスを完了した後、再度ベース２０２とウエハとの間にバックブローガスを導入してウエハを冷却する。

Ｓ１０９：ベース２０２を第１プロセス位置に降下させるように制御する（ステップＳ１０８とステップＳ１０９の順序は互換可能である）（このとき、堆積バリアリング２１４は第１位置に降下する）。

Ｓ１１０：２回目の銅薄膜堆積プロセスを行う。

Ｓ１１１：２回目の堆積プロセスを完了した後、ベース２０２とウエハとの間へのバックブローガスの導入を停止する。

Ｓ１１２：ベース２０２がウエハの静電吸着を停止して脱着（ｄｅ－ｃｈｕｃｋ）を完了するように制御する。

Ｓ１１３：最後に、ウエハをチャンバーから搬出し、銅リフロープロセスを完了する。

本実施例のプロセス方法は、実施例２の銅リフロープロセス機器を採用し、環状加熱ランプチューブ２２０の光が第１開孔２１３と第２開孔２１５を透過してウエハの表面に照射できる（例えば、ベース２０２及びウエハの上方から下へ照射する）ため、プロセスでウエハをベース２０２から離脱させる必要がなく、脱着ステップも必要なく、従って、脱着による残留吸着力、及びエジェクターピンがウエハを突き上げることによるウエハ滑りのリスクを回避することができ、リフロープロセスでは、ウエハをベースから離脱させる必要がないことで、ウエハ昇降による位置ドリフトの問題を効果的に防止することができ、複数回の吸着－脱着による残留吸着力を防止し、さらにウエハ滑りやウエハ破損のリスクを解消することもできる。

以上、本発明の各実施例を説明したが、上記説明は網羅的でなく例示的なものであり、開示されている各実施例に限定されない。説明された各実施例の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多くの修正や変更が行えることは当業者にとって自明である。

Claims

チャンバー本体を含み、前記チャンバー本体内には前記チャンバー本体の内壁の周方向に環状のライニングアセンブリが周設され、前記ライニングアセンブリの内輪側に昇降可能な堆積バリアリングが設けられ、前記チャンバー本体内には加工対象のウエハを載置するための昇降可能なベースが設けられ、
前記ライニングアセンブリには前記ライニングアセンブリの側壁を貫通する第１開孔が設けられ、前記堆積バリアリングには前記堆積バリアリングの側壁を貫通する第２開孔が設けられ、前記チャンバー本体には前記第１開孔と対向する加熱ランプアセンブリが設けられ、
前記堆積バリアリングが第１位置にあるときに、前記第２開孔と前記第１開孔は互いにずれており、前記堆積バリアリングが第２位置にあるときに、前記第２開孔と前記第１開孔は少なくとも部分的に重なり、前記第２位置は前記第１位置よりも高いことを特徴とする半導体プロセス機器用のプロセスチャンバー。
前記第１開孔は複数あり、前記ライニングアセンブリの周方向に間隔をおいて分布しており、前記第２開孔の数は前記第１開孔の数と同じであり、前記堆積バリアリングが前記第１位置にあるときに、各前記第２開孔と各前記第１開孔は１対１で対応して互いにずれており、前記堆積バリアリングが前記第２位置にあるときに、各前記第２開孔と各前記第１開孔は１対１で対応して少なくとも部分的に重なり、
前記加熱ランプアセンブリの数は前記第１開孔の数と同じであり、各前記加熱ランプアセンブリは各前記第１開孔に１対１で対応して対向することを特徴とする請求項１に記載のプロセスチャンバー。
前記ベースが第１プロセス位置にあるときに、前記堆積バリアリングは前記第１位置にあり、前記ライニングアセンブリによって支持され、
前記ベースが前記第１プロセス位置から第２プロセス位置に上昇すると、前記ベースは前記堆積バリアリングを駆動して前記第２位置に上昇させることができることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロセスチャンバー。
前記ライニングアセンブリの内輪側に環状段差が形成され、
前記堆積バリアリングの上部及び底部には第１オーバーラップ部材と第２オーバーラップ部材がそれぞれ設けられ、前記堆積バリアリングが第１位置にあるときに、前記堆積バリアリングは前記第１オーバーラップ部材を介して前記環状段差にオーバーラップされ、
前記ベースが前記第１プロセス位置から前記第２プロセス位置に上昇すると、前記ベースは前記第２オーバーラップ部材を介して前記堆積バリアリングを突き上げることができることを特徴とする請求項３に記載のプロセスチャンバー。
前記ライニングアセンブリは下部ライニングを含み、
前記下部ライニングは、同軸に設けられる第１円筒側壁及び第２円筒側壁を含み、前記第２円筒側壁は前記第１円筒側壁の下方に位置し、前記第１円筒側壁は前記チャンバー本体の側壁に接続され、
前記第２円筒側壁の内径は前記第１円筒側壁の内径よりも小さく、前記第１円筒側壁の底部と前記第２円筒側壁の上部との間に前記環状段差が接続して形成され、複数の前記第１開孔は前記第２円筒側壁に設けられることを特徴とする請求項４に記載のプロセスチャンバー。
前記チャンバー本体の側壁の上部にチャンバー本体支持部材が設けられ、前記第１円筒側壁の上部に横方向に延びる第１環状フランジが設けられ、前記第１円筒側壁は前記第１環状フランジを介して前記チャンバー本体支持部材にオーバーラップされることを特徴とする請求項５に記載のプロセスチャンバー。
前記第１オーバーラップ部材は前記堆積バリアリングの上部から横方向において外側に延びる第２環状フランジであることを特徴とする請求項４に記載のプロセスチャンバー。
前記第２円筒側壁の底部には前記チャンバー本体の内壁から離れる方向に延びる第３環状フランジが設けられ、前記第３環状フランジの末端は上へ延びる環状突縁部を有し、
前記第２オーバーラップ部材は、横方向に設けられる環状板を含み、前記環状板の下面には前記環状突縁部とオーバーラップして嵌合する環状溝が設けられることを特徴とする請求項５に記載のプロセスチャンバー。
前記加熱ランプアセンブリは環状反射部材及び環状加熱ランプチューブを含み、前記環状反射部材は前記チャンバー本体の周方向に前記チャンバー本体の内壁に周設され、前記環状反射部材の内側壁は前記チャンバー本体の中心に面する弧状反射面であり、
前記環状加熱ランプチューブは複数の支持部材を介して前記弧状反射面に設けられることを特徴とする請求項１に記載のプロセスチャンバー。
前記第１円筒側壁と前記第２円筒側壁は一体成形され、前記第１円筒側壁の底部と前記第２円筒側壁の上部との間に前記環状段差が折り曲げ形成されるか、
又は、前記第１円筒側壁と前記第２円筒側壁は別体部材であり、前記第１円筒側壁の底部と前記第２円筒側壁の上部には、互いに嵌合する横方向に延びる２つのオーバーラップ部がそれぞれ設けられ、２つの前記オーバーラップ部は前記環状段差を形成することを特徴とする請求項５に記載のプロセスチャンバー。
前記堆積バリアリングと前記第２オーバーラップ部材は一体成形されるか、
又は、前記堆積バリアリングと前記第２オーバーラップ部材は別体部材であり、前記堆積バリアリングの底部には、前記第２オーバーラップ部材の外縁と嵌合する段差状オーバーラップ部が設けられることを特徴とする請求項４又は８に記載のプロセスチャンバー。
前記第１開孔と前記第２開孔はいずれも長尺状の貫通孔であり、隣接する２つの前記第１開孔間の間隔及び隣接する２つの前記第２開孔間の間隔はいずれも１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスチャンバー。
請求項１～１２のいずれか１項に記載のプロセスチャンバーを含むことを特徴とする半導体プロセス機器。
加工対象のウエハを載置したベースを第１プロセス位置に上昇させ、堆積バリアリングを前記第１位置に降下させるように制御するステップと、
前記ベースと前記加工対象のウエハとの間にバックブローガスを導入し、前記加工対象のウエハに１回目の堆積プロセスを行うステップと、
前記１回目の堆積プロセスを完了した後、前記ベースと前記加工対象のウエハとの間へのバックブローガスの導入を停止するステップと、
前記ベースを第２プロセス位置に上昇させ、前記堆積バリアリングを前記第２位置に上昇させるように制御し、前記加熱ランプアセンブリによって前記ウエハに対して照射加熱を行い、リフロープロセスを行うステップと、
前記リフロープロセスを完了した後、前記ベースを前記第１プロセス位置に降下させ、前記堆積バリアリングを前記第１位置に降下させるように制御し、再度前記ベースと前記ウエハとの間にバックブローガスを導入し、前記ウエハに２回目の堆積プロセスを行うステップと、
前記２回目の堆積プロセスを完了した後、前記ベースと前記ウエハとの間へのバックブローガスの導入を停止するステップと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体プロセス機器を用いたプロセス方法。