JPH04504929A - 基板上の層の蒸着方法及びこのための処理用システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 基板上の層の蒸着方法及びこのための処理用システム本発明は、システム内への 基板の導入、基板上への少なくも１層の蒸着及び前記システムからの基板の取出 しを含み、周囲に関して隔離しうる処理システムに基板を受け入れることにより 基板上に層を蒸着させる方法に関する。

かかる方法はＵＳ−Ａ−４７１７４６１より知られる。後者はスパッタリングに より基板に層を蒸着させる方法を説明する。基板は、装填／取出しステーション 内に導かれた後に、処理室内に送られる。層は蒸着された後で所要形状にするた めに、エツチング処理を受ける。特徴は処理ステーションが同時に１個だけの基 板しか保持せず処理しない点である。

スパッタリングには多くの利点と欠点とがある。スパッタリングの特徴は処理の 衝撃性である。この結果、典型的には、例えばメガビットのパターン構造の深く 狭い孔及び溝を層で均一に形成すること又は層を除去することは、結局は不可能 である。このため、従来技術においては高温度における物質の化学蒸着も使用さ れる。かかる方法は、例えばＧＢ−Ａ２１９０３４５に説明される。この場合は 、基板は処理炉内に直接輸送される。しかし、こうした場合は表面における汚染 物の存在に関する問題が生ずる。背面に残る金属イオン汚染がまず汚染として関 係するが、基板が空気に暴露されるとき常に作られる基板酸化物もまた同様と認 識される。最後の汚染は基板に吸収された分子（主として炭水化物）により示さ れる。

スパッタリングの場合、スパッタリング処理の開始以前に高エネルギー（５０電 子ボルト以上）の衝撃により表面からいかなる汚染の存在も除去できる。いわゆ るスパッターエッチである。このエツチング処理の欠点は、衝撃分子の照射によ る基板の結晶格子の損傷と欠陥の発生である。

照射原子は基板を貫通し、汚染の一部と共に基板の表層に捕捉される。

技術の進歩と要求の高度化とはより薄い層の一体化を必要とし、上述のスパッタ ーエッチの多用化により不適当が大きくなり、望ましくない原子が基板表層に組 み入れられることなく、かつ清浄処理の結果である基板の結晶格子の損傷なしに 、基板酸化物及び基板に吸収された原子を除去する方法の探索を行うべきである 。更に、清浄にした表面を再び空気に確実に曝さないことが必要である。化学蒸 着の場合には、構造を層により一様に形成しうる利点があるが、同じ装置で清浄 ができない欠点がある。これが化学蒸着の大きな欠点の一つであり、従来は汚染 の除去と層の形成とは、別の装置で行ってきた。

本発明の目的は、化学蒸着（ＣＶＤ）に応用しうる上述の形式の方法を提供する ことである。

この目的は、蒸着方法が高温における物質層の化学蒸着による複数基板の一括式 同時処理を含み、かつ処理システムにおける蒸着処理の前に基板が清浄処理をう ける上述の方法により達成される。基板が、確実に、いささかも汚染なしに物質 の化学蒸着方法を受けるように、閉鎖されたシステム内で基板を清浄化し、次い で、これを閉鎖されたままのシステム内において処理装置にかける。かかる清浄 段階は、プラズマ清浄、高エネルギー（スパッタリングの場合は通常５０電子ボ ルト以上である）原子への暴露のない化学清浄、及び高周波を用いた１９８９年 １１月３日付は米国特許出願第４３１１４９号に説明の如き化学清浄を含み、あ るいはオゾン含有蒸気への暴露手段による。かかる清浄段階は、前述のＵＳ−Ａ −４７１７４６１より知られるエツチング段階とは明らかに区別されねばならな い。この場合は、エツチングは最終構造を得るための処置として行なわれる。即 ち、前記処置は基板については本質的なものであり、一方、本発明の場合におけ る清浄は表面の汚染を除去するために必要である。複数基板に対する同時蒸着処 理の実行は方法の効率を改善する。スパッタリングに比べて化学蒸着は比較的ゆ っくりした処理である。平均基板処理時間は同時処理する基板の数により限定さ れる。

本発明は、また、基板輸送手段を組み込んだ少なくも一つの室を経て連結された 多数の室を備え上述の方法を実施する処理システムに関し、このシステムは分配 室に関して密閉しつる少なくも一つの装填及び取出し用の室、及び分配室に関し て密閉しうる少な（も一つの処理室を備える。なお、各の場合において、分配室 は１個の基板を扱うように装備される。本発明により、前記処理システムは、処 理室が高温気体から物質層を蒸着させる装置を備えること、及び清浄室が装填室 と処理室との間に設けられることを特徴とする。この方法において、基板は、処 理以前に清浄処理を受けることができる。上述にように、層の蒸着処理は高温で 行なわれ、前記高温（１０００温度まで）はスパッター蒸着に必要な温度より明 らかに高く、熱応力がＵＳ−Ａ−４１７４４６１に述べられた装置より何倍も大 きいので、ＵＳ−Ａ−４７１７４６１より知られる分配室とＧＢ−Ａ、２１９０ ３４５より知られるような垂直式処理塔との連結部において問題が生ずる。熱へ の暴露の結果、層の蒸着後、長い冷却期間なしに上述のハンドリング装置の手段 により基板を直ぐに取り出すと、炉の下方の室内に設けられた持ち上げ機構と分 配室内に設けられたハンドリング装置の両者は失敗するであろう。本発明の別の 有利な実施例により、処理室と分配室との間に熱ロックが設けられ、この熱ロッ クが、処理中、提供されたハンドリング装置の組み込まれた分配室に最小の熱流 のみしか到達できなくすることを確実にする。これは熱遮蔽は備えるが熱絶縁材 の組立体とすることもできる。通常の縦型炉（ＧＢ−Ａ−２１９０３４５）にお いてはリフトは真空室内に設置されないという事実により、かかる問題はわずか である。本発明による処理装置は、更に、垂直方向においては基板の処理が別の 基板に続いて行なわれるように装備され、かつ同時に分配室内の基板輸送手段が 基板を水平方向に動かすように構成することができる。この方法において、利用 可能な空間をできるだけ有利な方法で使用できる。垂直方向の処理の結果として 、非常に良く統制された方法で基板上における熱的及び化学的な管理ができる。

処理中、ある工程において基板を付加的に加熱しなければならないので、処理装 置、特に処理室において基板を加熱する別の手段がある。条件付は工程、特に周 囲気体から物質を蒸着させる工程において、異なった基板上で濃度傾斜がしばし ば発生するであろう。この場合、補償用の温度傾斜を形成することが有利である 。条件付は用の気体が使用されるならば、予熱することが有利であることが多い 。上述の処理室は上述の処理システムにおいては数回発生しうる。

本発明は。図面に示された幾つかの例示の実施例を参照し以下詳細に説明される であろう。

図面において、 図１は本発明による処理システムを平面図で線図的に示す。

図２３及び２ｂは本発明による処理システムの別の実施例を側面図で線図的に示 す。

図３８及び３ｂは図２ａ及び２ｂに示された処理槽の断面部分を異なった縮尺で 更に詳細に示す。そして 図４は図３ｂの線ｒ　ｖ−ｒ　ｖに沿った断面を示す。

図１は全体として１により指示された本発明による処理システムを示す。これは 処理すべきウェファ−のような基板を導入するための入りロポート２を備える。

基板は単独で、又はマガジン内に導入される。更に、処理システム１はここから 取り出すための出口ポート３を備える。入りロボート２の後方に、反応室５．６ ．７．８．９を従えた清浄装置４が設けられる。番号１０は調整ステーションを 示す。入りロポートがら多くの処理室に基板を輸送するためにハンドリング装置 １１があり、これはウェファ＝（図示せず）を１個ずつ入りロボート２から種々 の室に輸送することができる。２個のハンドリング装置１１の間に、１３により 図式的に示された転換装置がある。かかる処理システムは、例えばウェファ−上 にいわゆるＯＮＯ状に蒸着させるために使用することができる。酸化物層／窒化 物層／酸化物層のようなある種の集積回路に対しては手順が重要である。しかし 、従来技術においては、処理槽からの基板の取り出しの際に制御されない方法で 酸化の生ずる可能性があり、その不利な結果の総てにより、かかる層を達成する ことが困難であった。本発明によりこれらの欠点を避けることが可能となった。

同時に、処理すべきウェファ−はマガジン内で入りロポート２内に導入される。

次いでこれらは１個ずつハンドリング装置１１により取り出され、清浄装置４に 輸送される。この工程において、清浄及び特に酸化物の除去は、例えば弗化水素 により達成される。次にウェファ−は種々の室において処理される。

例えば、室５においては乾式酸化が行なわれる。これに次いで、室７内で窒化層 が蒸着され、一方、室８又は６においては湿式酸化が使用される。異なった室間 の輸送中に、処理すべき基板は常に調整された雰囲気内にあり、周囲の酸素は基 板に影響を与えない。その結果、基板を常時清掃することは不要である。上述の 湿式酸化及び窒化工程は比較的長いので、ウェファ−当たりの平均処理時間を短 くするように一つの室に数個の基板を装填しこれを密閉し同時処理することが有 利である。次いで、室９はドープされないポリシリコン層を形成するように作用 し、一方、室１０は基板をこれが処理された高温から冷却するように作用する。

次いで基板は出口ポート３から取り出される。

図２８及び２ｂは、本発明による同様な処理システムの一部を断面で示す。これ は入りロボート２、分配槽１６及び全体として１５で示された処理槽を備える。

実際には別の処理装置が分配槽１６に連結されるのでこれが不完全な再現である ことは明らかである。ここに示された実施例においては、１７で示された基板は マガジン１８内で入りロポート２内に導入される。ハンドリング装置工１は同時 に１個の基板しか取り扱わず、このため各場合において、指示機構１９の手段に よりマガジン１８から１個の基板１７が分配槽の開口の前面の点に輸送される。

処理槽１５はマガジン２３のある処理室２０、装填及び取出し室２１及び内部に 設けられた貯蔵室２２を備える。同時に、貯蔵室２２にはマガジン２３を昇降さ せる手段（図示せず）が設けられる。この室は装置のその他の部分とは連結され ないようにもできる。処理室２０は線図的に示された加熱装ｒａ２９により囲ま れる。入りロポート２には、ハンドリング装置１１が、基板に作用しつる正しい 位置にマガジン１８内の基板を持ってくるための機構１９が設けられる。図２ｂ より、ウェファ−１７が図２ａに示された位置に導かれれば、マガジン２３が持 ち上げられることが明らかである。処理室２０は線図的に示された遮蔽手段２５ により処理システムのその他の部分より分離され、その結果、使用される物及び ／又は処理中に作られた物は処理システムのその他の部分に入ることができない 。処理中に加熱を利用する場合は、熱絶縁２４を設けることが望ましい。

マガジン２３を清掃するために、これが貯蔵室２２内に導かれ、その後て貯蔵室 ２２が処理システムのその他の部分から分離される。次いでマガジン２３は更に 清掃のために貯蔵室２２外に持ち上げられる。

図３８及び３ｂは、特に基板上への反応蒸気からの物質の蒸着に適した処理槽を 示す。これは比較的長い処理であることが多いので（数時間以上）、適切な生産 効率を達成するためには一括してこれを実施することが必要である。この目的で 、全体として示されたマガジン２３は輸送板３０を備える（図３ａ）。これは種 々の材質より作ることができる。ここに説明された実施例においては、輸送板上 に次々と置かれた基板（図示せず）を加熱することが必要であり、輸送板３０は 熱伝導性の材料で構成される。かかる加熱は、通常、副次的加熱であり、ここに は示されない槽（図２参照）の外側における加熱が主要な加熱である。板にはグ ラファイトを使用することが好ましい。前記板は、その端部が図３に４個の内の ２個が示されている管３１に適合する。線図的に示された加熱用要素３２並びに 温度センサー３３が管３１内に設けられる。種々の温度センサー及び加熱用要素 があるので、多くの輸送板３０上で温度勾配を作り上げることが可能である。処 理槽２０には気体の入り口３４及び出口３５が設けられる。上述の方法では気体 を予熱することが必要であるため、加熱用手段３６がこの目的で設けられる。気 体は出口に向かって槽を通過するとともにだんだんと希薄になるので、多（の基 板上で均一な蒸着を得るには槽の底部よりも出口３５の近くで気体の反応性が大 きいことが必要である。これは、輸送板３０の温度を檜の底部における温度より 檜頂部において高く選定することにより達成される。槽を清掃できるようにする ため、高周波清浄を支援する電極３７がある。装填及び取出し室２１（図３ｂ） が処理槽２０に連結される。

図４に示された断面図がその機能を示す。リンクシステム４１の手段により鎖線 で示された位置に内向きに回転しうる４個のフィンガー４０がある。通常は、フ ィンガー４０は実線で示された位置にあるであろう。

フィンガー４０が鎖線で示された状態にある場合、これらが輸送板３０の溝を通 って動きうるように、輸送板３０には図示されない方法で溝が設けられる。輸送 板上に設置された基板３０を外すために、輸送板３０を適当な方法で装填及び取 出し室２１内に動かすことが必要である。この目的で、フィンガー４０がちょう ど輸送板を通って動ける高さに関係の輸送板を下降又は上昇させる。次いで、フ ィンガー４０が鎖線で示された位置に動かされる。この時、輸送板を下げつるな らば、基板は輸送板から外され、その結果、基板はハンドリング装置１１により 装填及び取出し室２１外に取り出せる。装填の際は、基板はこの位置のフィンガ ー上に置かれ、その後、輸送板は更に上昇させられる。

図３ａは底部に気密用の縁３８が設けられた処理槽を示す。これはノールを形成 するようにＯシール３９により作動されうる。この方法で、処理室は処理システ ムのその他の部分から完全に分離される。板４２は、貯蔵室２２内に設けられた ジヤツキ装置に連結されたカプリング４３の手段により、特に輸送板３０を含み その上に設けられた総ての装置と共に昇降させることができる。図３ｂより明ら かなように、前記貯蔵室２２の直径は処理槽２０内にあるマガジン２３のそれよ りも相当に大きい。

その結果、マガジン２３は貯蔵室２２内に設けられた熱遮蔽４４の間を下方に動 くことができる。カプリング部分４３がフランジ４５に連結され、このとき、こ れは昇降用に３個のねじ軸４７の設けられたテーブル４６上で作動する。鎖線で 示された位置は最低位置を示す。ねじ軸４７はモーター４８及び伝達機構４９の 手段により駆動され、駆動の気密伝達を形成するように気密用手段５０がある。

本発明は、特に気体から基板への蒸着に関して以上説明されたが、本発明はこれ に限定されず、かつその他の反応気体、又は反応気体無しで高温又は低温のいず れともなしうる温度で使用される工程に拡張することを理解すべきである。

その例は、連続した輸送板が互いに絶縁され、板間に高周波フィールドが加えら れる実施例である。かかる方法はＵＳ−Ａ４６１０７４８に説明された別の装置 に使用される。

更に、溝付きのいわゆるクオルツポート（ｑｕａｒｔｚ　ｂｏａｔ）としてマガ ジンを構成でき、その結果、ウェファ−を縁で作動させうるので、上述のフィン ガーのある構造は不要となる。

以下の請求範囲において保護が請求された特徴のみが本質的である。

補正書の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成３年９月５日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．処理システム内への基板の導入、基板上への層の蒸着及び前記システムから の基板の取り出しを含み、周囲に関して気密にしうる処理システムに基板を受け 入れることにより基板上に層を蒸着させる方法にして、蒸着方法が高温における 物質層の化学蒸着による複数基板の同時一括処理を包含し、かつ基板は処理シス テムにおいて蒸着処理より前に清浄処理を受けることを特徴とする蒸着方法。
2. ２．清浄処理は、その構成に５０電子ボルト以下のエネルギーを有するプラズマ に基板が暴露されるより以前の基板の清掃を含む請求範囲１による方法。
3. ３．清浄処理が化学的清浄を含む請求範囲１による方法。
4. ４．基板輸送手段を組み入れた少なくも１個の分配室を経て連結された多数の室 を備え請求範囲１−３のいずれかを実施する処理システムにおいて、このシステ ムは分配室に関して密閉しうる少なくも一つの装填及び取り出し用の室及び分配 室に関して密閉しうる少なくも一つの処理室を備え、分配室は各場合において１ 個の基板を取り扱うように配置された処理システムにして、処理室が高温におい て気体から物質の層を蒸着させる装置を備え、更に清浄室が装填室と処理室との 間に設けられることを特徴とする処理システム。
5. ５．処理室と分配室との間に熱シールが設けられる請求範囲４による処理システ ム。
6. ６．熱シールが熱遮蔽を備える請求範囲４又は５による処理システム。
7. ７．処理装置は垂直方向で基板の連続処理ができるように配置され、かつ分配室 内の基板輸送手段が基板を水平方向に動かすように構成される請求範囲４−５の いずれかによる処理システム。
8. ８．処理室が同時に数個の基板を処理するように配置されかつその中に多くの基 板が異なった温度を受けるような方法で設けられた加熱手段がある請求範囲４− ７のいずれかによる処理システム。
9. ９．処理用気体のための加熱用手段がある請求範囲４−８のいずれかによる処理 システム。