JP2007027791A - 原子層成長プロセスのための処理チャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＬＤ技術の現在の制限を効率的に解決および解消して、ＡＬＤシステムを商業上実現可能にするシステムアプローチを教示する。
【解決手段】標準的なクラスタツール１１００に適用可能な処理ステーション１２０１が、ヒータプレート１３０３を含むウェーハ支持表面１３０７をもつ垂直移動可能なペデスタル１２１５を備える。下部位置では、処理ステーション１２０１との間でウェーハ１２１９が搬送されることができ、上部位置で、ペデスタル１２１５は、処理チャンバ１２０４にある下部円形開口とともに環状排気通路を形成する。処理チャンバ１２０４の下部開口にある取り替え可能なリング１２５３により、プロセス排気速度を異なるプロセスに合わせることができる。ペデスタル１２１５は、ペデスタル１２１５の周辺に環状排気通路を規定する周囲側板１２５７も備える。
【選択図】図１１Ｄ

Description

本発明は、化学気相成長（ＣＶＤ）を実行するための装置および方法に関し、さらに詳しく言えば、原子層成長（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）プロセスに関する。

（関連出願のクロスリファレンス）
本発明は、「原子層成長のためのの垂直積層型プロセスリアクタおよびクラスタツールシステム（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ−Ｓｔａｃｋｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｒｅａｃｔｏｒ ａｎｄ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｔｏｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｉｐｏｓｉｔｉｏｎ）」という発明の名称の、１９９７年８月２９日に出願された同時係属中の米国特許出願第０８／９２０、７０８号と、「化学気相成長プロセスのための多目的処理チャンバ（Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｈａｍｂｅｒ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）」という発明の名称である１９９７年３月３日に出願された米国特許出願第０８／８１０、２５５号であり、１９９９年１月５日に発行された米国特許第５、８５５、６７５号の一部継続出願である。上記に挙げた親出願の内容全体は、参照により本願明細書に組み込まれたものとされ、上記出願日の優先権は主張される。

堆積層の薄膜化が要求される薄膜技術において、さまざまな半導体デバイスを製造するさいに基板を被覆するための装置を製造するメーカーにより開発された技術が明らかになる中、基板の面積増大、生産量の増加、生産性の向上が進む上で、従来そして現在でもそれらの原動力となるものは、良好な均一性である。例えば、マイクロプロセッサの生産工程で達成されるプロセス制御および均一な膜堆積は、達成可能なクロック周波数に直接影響を及ぼす。これらの同じ要因を新材料と組み合わせると、単一のチップまたはデバイス上で利用可能なメモリの記録密度も高くなる。これらのデバイスの小型化が進むにつれ、層厚に関する優れた均一性およびプロセス制御への要求が飛躍的に高くなる。

集積回路（ＩＣ）の製造ステップにおいて、基板または他の基板に薄膜を付けるためのさまざまな技術が当業者に知られている。薄膜を付けることに利用可能なより確立された技術の中に、化学気相成長（ＣＶＤ）および急速熱処理化学気相成長（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＲＴＣＶＤ）として知られる変形技術が、よく用いられ商業化されているプロセスである。ＣＶＤの変形技術である原子層成長（ＡＬＤ）は、均一性、優れたステップカバレッジ、および基板サイズへの透明性を達成する潜在的に優れた方法として現在現れた比較的新しい技術である。しかしながら、ＡＬＤの成膜速度は、ＣＶＤおよびＲＴＣＶＤ（通常、約１０００Ａ°／ｍｉｎ）よりも一般的に遅い（通常、約１００Ａ°／ｍｉｎ）。

ＣＶＤおよびＲＴＣＶＤはともに、基板表面上に均一の厚みをもつ所望の層を形成するために、特定の均一な基板温度、および前駆体（化学種）を処理チャンバ内で均一な状態にする必要がある流量依存性の応用である。これらの要求は、基板サイズが増大するとさらに重大になり、適度な均一性を保つために、チャンバの構成やガスフロー技術をより複雑にする必要性が生じてしまう。例えば、リアクタチャンバにおいて処理される７５ｍｍ基板では、同じシステムで２００ｍｍ基板が必要とするものよりも、ガスフロー、均一な熱、および前駆体の分配に関するより高いプロセス制御が必要とされず、この基板サイズは３００ｍｍ直径へと進みつつあり、さらに４００ｍｍ直径への兆しが見えてきている状態である。

反応物と反応生成物とが、堆積表面に近接した位置に共存するＣＶＤ被覆での別の問題は、各堆積層に反応性生物や他の汚染物質が含まれてしまう可能性である。また、ＣＶＤでは反応物利用効率が低く、チャンバ圧力が低下することにより悪影響を受ける。さらに、前駆体分子の反応性が高いと、均質な気相反応に寄与し、膜質に不利益を与える望ましくない粒子が生成される可能性がある。

ＲＴＣＶＤプロセスを採用している会社やＲＴＣＶＤ装置のメーカーは、反応チャンバに単一の基板を配置した後、薄膜を堆積するのに適切な放射源を用いて急速加熱を行う、限定反応処理（Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＬＲＰ）の概念を導入することにより、これらの問題の解決を試みている。急速加熱は、反応性スイッチとして作用し、他の一部のプロセスよりも膜厚に対する制御度がかなり高くなる。ＲＴＣＶＤも、プロセス時間がより短く、プロセスコストが一般に低く、プロセス制御が向上される点でＣＶＤよりも優れている。本特許出願時点では、ＲＴＣＶＤは、超薄で均一な膜を堆積するのに将来有望な新技術である。ＲＴＣＶＤは、数多くの装置メーカーにより研究開発段階から市場へと着実に導入されつつある。

ＲＴＣＶＤは、一般的なＣＶＤよりも明らかに優れた利点をいくつか備えているが、処理時に使用する温度など、この技術にも固有の問題がある。表面積が大きくなると、温度制御をより厳密に行う必要が生じ、制御されなければ、基板の反りや位置ずれが生じる。また、大きな表面積が要求されると、汚染物質がなく、高速の温度変化とともに高真空に耐えることが可能な適切なチャンバを提供するという難題がより深刻になる。

薄膜技術のさらなる別の重大な部分は、多くのデバイスに固有の複雑なトポロジーに対して、高度の均一性を与え厚みの制御を行うシステムの能力である。この現象を、通常、ステップカバレッジという。ＣＶＤの場合、ステップカバレッジは、見通し線の物理気相成長（ＰＶＤ）プロセスより優れているが、堆積の初期段階では、さまざまな反応性分子を非優先的に同時に吸着し、離散した核生成を生じる。核生成された領域（アイランド）は、横方向と縦方向に成長を続け、最終的には混ざり合って、連続した膜を形成する。成長の初期段階では、このような膜は不連続である。分子の平均自由行程、臨界トポロジー寸法、および前駆体の反応性などの他の要因により、処理がさらに複雑になり、ＣＶＤを介して堆積される超薄膜の複雑なトポロジーに十分なステップカバレッジで高度の均一性を得ることが本質的に困難になる。ＲＴＣＶＤは、ステップカバレッジにおいて従来のＣＶＤよりも著しく優れたものであるとは示されていない。

ＣＶＤまたはＲＴＣＶＤよりもプロセス速度は遅いが、ＡＬＤは、複雑なトポロジーに超均一な薄膜堆積層を維持する著しい能力を備えている。この少なくとも１つの理由として、ＡＬＤが、ＣＶＤやＲＴＣＶＤに関して前述したような流量依存性のものではないことが挙げられる。このようなＡＬＤの流量独立性により、従来のＣＶＤおよびＲＴＣＶＤプロセスよりも低温で処理を行うことができる。

ＡＬＤプロセスは、基板の堆積表面での化学吸着により進む。ＡＬＤの技術は、エレクトロルミネッセンスディスプレイデバイス用に、ＺｎＳの多結晶およびアモルファス膜および誘電体酸化物を成長させるために、１９８０年代初期に開発された原子層エピタキシー（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ、ＡＬＥ）の概念に基づくものである。ＡＬＤの技術は、化学吸着により反応性前駆体分子の飽和単一層を形成する原理に基づいている。ＡＬＤにおいて、適切な反応性前駆体は、堆積チャンバ内に交互にパルス送出される。反応性前駆体の各投入は、不活性ガスパージにより分離される。前駆体をそれぞれ投入すると、前に堆積された層に新しい原子層が付加されて、均一な固体膜の層を形成する。このサイクルが繰り返されて、所望の膜厚を形成する。

ＡＬＤに取り入れた基礎概念について述べている原子層エピタキシーの分野における優れた参考文献は、Ｔｕｏｍｏ Ｓｕｎｔｏｌａ著、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．３、Ｄ．Ｔ．Ｊ．Ｈｕｒｌｅ編、１９９４ Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂ．Ｖ．の第１４章である。この章のタイトルは、「原子層エピタキシー（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）」である。この参考文献の内容全体は、背景情報として本願明細書に参照により引用されたものとする。

ＡＬＤの一般的な概念をさらに説明するために、ここで図１ａおよび図１ｂを参照する。図１ａは、材料ＡおよびＢの膜を形成するためのＡＬＤプロセスの初期段階での基板表面の断面図を示すもので、この例では、材料は元素材料と考えてよい。図１ａに示す基板は、集積回路の生産段階における基板であってよい。元素Ａの固体層が、最初の基板表面上に形成される。Ａ層上には、元素Ｂの層が付けられ、図示されている処理段階において、リガンドｙの最上層がある。これらの層は、第１の前駆体ガスＡｘと第２の前駆体ガスＢｙを、表面の領域に交互にパルス送出することにより、基板表面上に設けられる。前駆体のパルス間に、プロセス領域が排気され、パージガスのパルスが投入される。

図１ｂは、この例において、ＡＢ固体材料を供給するために使用される交互にパルス送出する処理における１回の完全なサイクルを示す。サイクルでは、ガスＡｘの第１のパルスがなされた後、ガスが投入されない移行時間が続く。その後、パージガスの中間パルスがなされた後、別の移行が続く。その後、ガスＢｙがパルス送出され、移行時間が続き、再度パージパルスがなされる。このように、１サイクルには、１パルス分のＡｘと１パルス分のＢＹが取り込まれ、それぞれの前駆体パルス間はパージガスパルスで分離されている。

上記に簡潔に記載したように、ＡＬＤは化学吸着により進む。初期の基板は、活性リガンドの表面をプロセス領域に与える。第１のガスパルス、この場合はＡｘは、Ａの層とリガンドｘとの表面になる。パージ後、Ｂｙが反応領域にパルス送出される。ｙリガンドはｘリガンドと反応し、ｘｙを放出して、図１ａに示されているように、ｙの表面を残す。このプロセスはサイクルごとに進み、この例では各サイクルにかかる時間は約１秒である。

ＡＬＤがもつ膜形成の独特のメカニズムにより、前述した技術よりも優れた利点がいくつか得られる。１つの利点は、基板サイズの透明性およびリアクタ構成と操作の単純性に寄与する、ＡＬＤの流量独立性から生じるものである。例えば、２００ｍｍ基板は、上述した自己限定化学吸着現象により、同じリアクタチャンバで処理される１００ｍｍ基板上に堆積されたものと厚みが等しい均一な層を得る。さらに、堆積領域は、飽和単一層が形成されると、分配される前駆体の量からほぼ独立したものである。これにより、単純なリアクタ構成を実現できる。さらに、ＡＬＤプロセスでの気体力学の役割は比較的重要なものではないため、構成制限が緩和される。ＡＬＤプロセスの別の明確な利点は、化学種が一緒にではなくＡＬＤリアクタに独立して投入されるため、互いに高反応性の前駆体を避けることができる。ＣＶＤでは面倒な高反応性は、ＡＬＤの利点に利用される。このように反応性が高いことにより、反応温度を低下させ、プロセス化学の開発を単純化することができる。さらなる別の明確な利点は、化学吸着による表面反応が、複雑なトポロジーに対して完全に近いステップカバレッジに寄与することである。

ＡＬＤが、膜堆積に関して上述した利点を備えていると広く考えられていても、ＡＬＤは依然として商業的プロセスに受け入れられていない。その理由の多くは、システム態様とアーキテクチャに関係する。例えば、ＡＬＤシステムの開発を開始したものの多くは、バッチプロセッサのアプローチをとっている。これは、ＡＬＤが、ＣＶＤやＲＴＣＶＤなどの競合するプロセスより性質上成膜速度が遅いことが主な理由である。バッチ反応チャンバにおいていくつかの基板を同時に（並列）処理することにより、スループットを高めることができる。

残念ながら、バッチ処理にも固有の欠点がいくつかあり、バッチ処理によりＡＬＤのスルーップットの制限を解決すると、次々と別の問題が生じてくる。例えば、バッチプロセッサシステムにおいて、基板から基板やバッチからバッチへとバッチリアクタにおいて基板が相互汚染されることにより、深刻な問題が生じる。バッチ処理はまた、プロセス制御、基板から基板やバッチからバッチへのプロセス再現性を抑制し、背面堆積への解決を不可能にする。これらの要因はすべて、システム全体のメインテナンス、歩留まり、信頼性、ひいては正味のスループットおよび生産性にかなり影響する。本特許出願の時点では、商業製品に適用されているＡＬＤ技術に関連するこれらの問題を解消するための解決策は、当業者に知られていない。

明らかに必要とされているものは、複数の基板を処理しながらも、有効なスループットおよび歩留まりを提供することができると同時に、従来通り高価なクリーンルームとそれに関連する生産床面積を用いる、独特かつ新規の高生産性ＡＬＤシステムアーキテクチャおよびガス分配システムである。本発明は、ＡＬＤ技術の現在の制限を効率的に解決および解消して、ＡＬＤシステムを商業上実現可能にするシステムアプローチを教示する。

本発明の好適な実施形態において、第１の断面積を有する下縁を備えた処理チャンバ部分と、処理チャンバ部分の下に位置され、第１の断面積よりも大きい真空排気ポート、基板搬送ポート、および処理チャンバの円形下縁の下に位置する第２の断面積を備えるベースチャンバ部分と、第１の断面積よりも小さい第３の断面積をもつ上側基板支持表面を備え、垂直方向の並進移動を可能にするダイナミック真空シールにより、搬送ポートの下でベースチャンバ部分に適用された基板支持ペデスタルと、処理チャンバの円形下縁と実質的に同一平面の処理位置か、または排気ポートの上方であり搬送ポートの下方であるベースチャンバ部分内の下側搬送位置に、上側支持表面を位置させるように基板支持ペデスタルを並進移動するように適用された垂直並進移動ドライブシステムと、処理チャンバに取り付けられ、原子層成長（ＡＬＤ）プロトコルによりガスを供給する取り外し可能なガス供給リッドとを具備する、クラスタツールシステムのためのＡＬＤ処理ステーションが提供される。基板支持ペデスタルが処理位置にあるときに、基板支持ペデスタルの断面積と、より大きい第１の断面積とが、処理チャンバ部分から真空排気ポートを介した第１の制限された排気速度を決定する第１の全有効面積を有する第１の排気通路を形成し、また、基板支持ペデスタルが下方搬送位置にあるときに、基板支持ペデスタルの断面積と、より大きい第２の断面積とが、第１の有効面積よりも大きな第２の有効面積をもつ第２の環状排気通路を形成して、処理チャンバからの第２の排気速度を第１の制限された排気速度よりも速くすることが可能にする。

いくつかの実施形態において、第１の断面積が、交換可能なリングにより形成されることにより、一定の外径および異なる内径とを有する交換可能なリングを交換することにより、第１の排気速度が速くなるように変更され得る。また、上側支持表面から始まり上側支持表面の下方に延伸する基板ペデスタルの一部を取り囲む環状側板があり、上側支持表面の高さにある環状側板の排気面積は、第１の断面積と実質的に等しいため、基板支持ペデスタルが処理位置にあるとき、環状側板が第１の断面積と結合して、処理チャンバからのすべてのガスフローを、環状側板と基板支持ペデスタル間の環状側板内に流すように抑制する。

好適な実施形態において、処理チャンバの上縁を閉じる取り外し可能なリッドが、リッドとダイナミック真空シールを取り外し可能であるように取り外し可能なシールで取り付けられることにより、基板支持ペデスタルを、ベースチャンバ領域内から処理チャンバ領域を介して上方に引き出すことができる。好適な実施形態において、取り外し可能なリッドが、基板支持ペデスタルが処理位置にあるとき、基板支持ペデスタル上に支持されている露出された基板表面にわたって均等に処理ガスを供給するためのガス分配システムを備える。

場合によっては、基板支持ペデスタルが、上側支持表面と平行であり処理チャンバのための真空境界を形成する閉塞プレートと、閉塞プレートとは断熱された処理チャンバ側にあるヒータプレートと、ヒータプレートの上方に、これとは離間して配置され、上側支持表面を形成する電気的に絶縁されたサセプタとを備える。ヒータプレートが、少なくとも２つの別々に電力が供給される加熱領域をもつ複合ヒータプレートであってよく、別々に電力が供給される領域への電力を管理することにより、プレート全体にわたっての温度プロファイルを管理することができる。これらの態様において、内側加熱領域が、ヒータプレートを実質的に介して少なくとも１つの溝により外側加熱領域から分離される。好適な実施形態において、内側加熱領域が、ヒータプレートにより加熱される基板の断面積と実質的に等しい断面積をもつ。いくつかの好適な場合において、ダイナミック真空シールが、ステンレス鋼製のベローズである。

さまざまな実施形態において、本発明により、半導体ウェーハ上でＡＬＤ処理を達成するための柔軟かつ有効な方法が提供され、本発明のさまざまな態様は、以下に詳細に教示される。

個々に積層可能なモジュールを用いた原子層成長システム
原子層成長技術の商業化を考慮するさい、被覆する基板を異なる平面に配設し、比較的多数の基板を単一のリアクタで同時に被覆するシステムを一般に意味するバッチタイプのＡＬＤシステムは、スループットの観点から魅力的なものであったが、これらの種類の大型バッチシステムは、以下のいくつかの実施形態において教示されているように、単一のガス供給経路を備えるコンパクトロープロファイルシステムと比較すると、本願発明者が指摘するようにいくつかの深刻な欠点を備えることが明らかである。これらの欠点の中には以下のものがある。
（ａ）バッチシステムでのガスパルス送出を、コンパクトなシングル基板システムほど高速かつ鋭くすることができない。
（ｂ）マルチ基板システムでは、背面堆積を防ぐことが困難である。背面堆積を防ぐためには、静電チャックなどの装置を含む専用ヒータ上に個々の基板を締め付ける必要がある。
（ｃ）シングル基板システムと比較すると、大型のバッチシステムではプラズマクリーニングが非効率的であることが分かっている。インシチュプラズマクリーンにより、メインテナンスクリーニング間の時間を非常に長くできる。
（ｄ）ガス消耗の影響が、バッチプロセスリアクタでは厳しいプロセス制限となりえ、バッチシステムにおける処理が困難である。
（ｅ）バッチプロセッサは、プロセス制御、基板から基板への再現性、プロセス変動、およびメインテナンスの点でシングル基板システムより柔軟性がない。また、バッチプロセッサは、比較的小さなフットプリントクラスタリングアーキテクチャ構成に容易に適合しえない。

上記および他の利用により、本願発明者は、内部容積と外部高さをともに低減し、高速ガススイッチングと高度のプロセス制御を可能にするとともに、独特のシステムアーキテクチャを可能にしたロープロファイルコンパクトＡＬＤリアクタ（Ｌｏｗ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｃｏｍｐａｃｔ ＡＬＤ Ｒｅａｃｔｏｒ、ＬＰ−ＣＡＲ）を備えるＡＬＤ処理への独特のアプローチを見い出した。実現可能な独特のアーキテクチャは、連続して一体化するクラスタリング手法に適応可能な垂直積層型マルチユニットシステムを備える。

以下に記載する実施形態において、本願発明者は、独特のロープロファイルコンパクトリアクタと、生産のさいにＡＬＤリアクタを使用するための独特のシステムアーキテクチャを開示し、バッチタイプのＡＬＤシステムの限定特徴を処理し解決する。

本発明の実施形態におけるＬＰ−ＣＡＲの独特の構成において、一つに、リアクタにおいて被覆されるように与えられた表面積に対して、リアクタの内部プロセス容積を最小限に抑えることにより、ガススイッチングを高速化することで、高スループットが増強される。シングル基板リアクタの長さと幅は、通常は、基板直径（基板が円形の場合）の約１．５倍になるように、収容する基板の最大サイズにより決められるのに対して、リアクタの内部高さは、内部容積の制御寸法である。本発明の実施形態において、本願発明者は、一般的に被覆する表面を共通する表面に設けることが要求される、被覆する基板表面への単一の邪魔されることないガス供給経路を備える利点を認識している。

境界層の条件および適切なガスフローは達成されなければならず、代替的なプラズマリッド構成を備えることが望ましい。ＡＬＤプロセスはまた、処理中基板を加熱するためにプロセス容積に基板ヒータを設ける必要があり、さらにガス分配およびガス排気サブシステムへの特別な要求がある。これらの要求がすべて満たされたと仮定すると、本発明の実施形態において、シングル基板処理に適したロープロファイルのコンパクトＡＬＤリアクタ（ＬＰ−ＣＡＲ）が提供される。以下に記載する本発明の実施形態において、ロープロファイルとは、水平寸法と対比させたリアクタの高さとして規定する。本発明の異なる実施形態において、ＬＰ−ＣＡＲの高さと水平寸法の比は、特定のシステム要求に応じて変動するものであってよい。しかしながら、以下の実施形態において、高さと水平寸法の比は、通常１より小さく、０．２と同程度に小さいものであってよい。本願明細書に記載する実施形態においては、約０．６５の比がより一般的である。

本発明の実施形態において、ＬＰ−ＣＡＲは、独立制御可能なリアクタであり、処理シーケンスにおいてスループット要求と所望の柔軟性を満たすための、独特のアーキテクチャにおける基本要素（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）として使用されてよい。好適なシステムの実施形態におけるＬＰ−ＣＡＲは、垂直方向に積層されることにより、非常に高価なプロセス床面積を効率的に使用することができる。垂直積層アーキテクチャは、本願発明者等により、ＶＥＳＣＡＲ（登録商標）（垂直積層型コンパクトＡＬＤリアクタ（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ−ｓｔａｃｋｅｄ ｃｏｍｐａｃｔ ＡＬＤ ｒｅａｃｔｏｒ））と称する。

以下に詳細に教示するいくつかの実施形態において、ＶＥＳＣＡＲシステムは、独立型の構成のものであってよく、カセットロードロックサブシステムを介して、ＶＥＣＡＲユニットとの間で基板の受け渡しが行われる。他の実施形態では、１以上のロードロックおよび１以上のＶＥＳＣＡＲユニットが、クラスタツール取り扱いシステムに結合され、このシステムは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、クリーニング、リソグラフィなどのＡＬＤ以外の処理サブシステムを備えるものであってよい。

図２は、実質的に単一面に設けた被覆する基板表面と、基板表面への単一のガスフロー経路とを備える、本発明の実施形態によるコンパクトリアクタユニット３３のほぼ略図的な等角投影図である。本発明の好適な実施形態におけるリアクタユニットの片面上にある基板Ｉ／Ｏ（入／出）開口５３が、上述し以下にさらに記載するように、仕切弁を備えられる。

適所に装填された処理が施される基板４５上のガスフローは、上部で成長が行われる基板４５の表面に実質的に平行な水平方向に流れ、片側（ガス入）から入り反対側（ガス出）から出る。図１ｂに関して記載したように、前駆体（化学種）が、リアクタユニット３３に交互にパルス送出された後、ガスパージが後に続く。この実施形態では、ガスフローは、図にある方向矢印で示されているように、右（ガス入）から左（ガス出）へと流れる。別の実施形態において、ガスフローは、左から右に流れるものであってよい。一実施形態において、個々のコンパクトリアクタは、リアクタ本体に形成された吸気および排気マニホールドを備える。

コンパクトリアクタユニット３３は、ステンレス鋼、アルミニウム、複合グラファイトなどの当業者に知られている任意の適切な材料や、適用した真空を維持し、当業者に知られている成長チャンバの適切な特性を与えるのに適すると考えられる他の材料から作られたものであってよい。一実施形態において、リアクタユニット３３は、真空下での強度を追加する目的で構造上のリブで強化されてよい。図示している実施形態のコンパクトリアクタユニット３３は、全高さｈを有し、成長を行うために少なくとも１枚の基板を収容するような幅と深さのものである。スケーリングは、非常に小さいものから最大４００ｍｍ直径のものか、またはそれを超えるものまで、異なるサイズの基板ごとに行われてよい。

水平寸法の点からみて、ｈ_ｉで表される基板保持領域４９の実際の高さは、ガスパルス送出と処理が行われるリアクタの内部容積を規定するため、非常に重要なパラメータである。外部高さは、以下にさらに詳細に記載するシステムアーキテクチャにおいて、上記に簡潔に記載したように、リアクタの積層を容易にするロープロファイルとなるように制御される。本発明の実施形態によるＬＰ−ＣＡＲユニットにおける反応領域の内部高さは、被覆する基板表面積に対する容積を実質的に最小限にするように別々に制御されることで、ガスが最大限に利用され、ガススイッチングが高速化される。より一般的には、本願発明者が発見した重大な問題は、表面飽和を確保するのに十分な前駆体の量を供給しながら、ガスが過剰になることなく、被覆する表面へのガス分配の速度を最大限にしなければならないことである。これを最良に達成するために、リアクタの内部形状を、リアクタ内に投入された前進するガスの波面の断面をさらに均一にし、内部容積を最小限に抑え、基板表面に対してガスフローが邪魔されないように、被覆する表面上のガス経路に十分な隙間を設けるものにする。

３００ｍｍの基板直径に対して提供されるＬＰ−ＣＡＲにおいて、本発明の実施形態の内部高さは、約１インチのものが好ましいが、実施形態ごとにある程度変動するものであってよい。本願発明者等により、反応領域の内部高さ対水平内部寸法の比は、ガススイッチングを高速化し前駆体を効率的に利用するために、約０．２５を超えないことが好ましい。

いくつかの実施形態では、基板を支持するために、基板保持領域４９の底面に伸縮自在の基板リフトピン（図示せず）が配置されている。基板保持領域４９にある基板リフトピンの数は、通常、３つ以上であり、これらのピンは、基板を水平方向に支持するようなパターンに配列される。

基板リフトピンは、ＲＴＣＶＤなど、プロセスにおいてリアクタチャンバ内に水平方向に基板を支持するために広く使用されている。いくつかの実施形態において、基板リフトピンは、基板保持トレイの部品である。他の実施形態において、基板リフトピンは、リアクタチャンバに作られる。通常、基板リフトピンは、小さなヒートシンク領域を提供する目的で、表面被覆に異常を発生させないように、基板表面の一点に接触する。この方法は、ＲＴＣＶＤなどの多量の熱を用いるプロセスや、基板の両面を同時に処理する場合にさらに重大である。いくつかの実施形態では、処理中、基板が背面堆積されないように、適切な加熱能力を備えた平坦な静電チャック（ＥＳＣ）が使用されてよい。

コンパクトリアクタユニット３３は、基板処理中加熱され冷却される。領域５１は、抵抗加熱コイルなどの加熱デバイスが収容されるヒータコンパートメントを表す。領域４７は、リアクタユニット３３の最上面を通る冷却ラインからなる。さまざまなプロセスで使用される化学種または前駆体が異なれば、プロセス中にコンパクトリアクタユニット３３内に維持する温度を変える必要があることは、当業者に明らかであろう。したがって、本願発明者により、成長の当業者に知られているさまざまな加熱および冷却方法は、本発明のさまざまな実施形態に応用可能であることが意図されている。同様に、領域５１は、例えば、インシチュアニーリングなどを行うのに必要とされるように、異なる時間に熱レベルを分配するのに必要な２種以上の加熱要素を収容してよい。

図３ａは、開口５３を遮蔽および露出するようにフラップタイプの遠隔操作可能な弁５２を設けた、本発明の実施形態による図２のコンパクトリアクタユニット３３の簡略化した等角投影図である。この弁は、処理を行うさいには閉じられ、ＬＰ−ＣＡＲとの間で基板の搬入および搬出を行うさいには開かれる。この実施形態では、開口５３を取り囲む真空シール４６があり、これは、いくつかの実施形態においては、Ｏリング、クワドリング、金属シール、または当業者に知られている他の真空シールであってよい。動作中にユニットを隔離するために、真空シールに近接した位置に弁５２が設けられる。一実施形態において、仕切弁５２の後方にフランジ５４が配置され、以下にさらに詳細に記載するように、生産アーキテクチャにおいて真空チャンバの境界壁の非真空側に対して密封するように設けられた真空シール４８も備える。

弁５２などの仕切弁を自動制御するための当業者に知られているさまざまな方法がある。本発明の好適な実施形態において、仕切弁はフラップタイプの弁であり、カム操作電気メカニズム（図示せず）が、リアクタユニット３３の壁や弁ドア上のピボットアーム（図示せず）に設けられ取り付けられている。動作時に、非真空側からリアクタ３３の本体を電気リードが通る。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、仕切弁５２を開閉するためのカムタイプのデバイスを取り付けるために、さまざまな取付方法がとられてよい。電気作動式カムデバイスは、当業者とともに本願発明者にも一般的かつ知られているものである。

ここに示す実施形態は、ＬＰ−ＣＡＲ３３を、Ｉ／Ｏ開口用の仕切弁に設ける方法の一例にすぎない。別の実施形態において、フラップタイプのドアが、下方からではなく上方から旋回されるように設けられてよい。さらなる別の実施形態において、フラップタイプのドアの代わりに、カム操作スライドドアが組み込まれてよい。好適な実施形態においては、構成が単純で実行が容易である点から、フラップタイプのドアが使用される。

フランジ５４と仕切弁５２の実際の形状は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、かなり変化するものであってよいことは、当業者に明らかであろう。例えば、フランジ５４は、丸められた矩形、おそらく楕円形状のものであってよい。同様に、仕切弁５２は、上述したもの以外の形状のものであってよい。いくつかの実施形態において、リアクタ本体の一体部分としてフランジを用いることなく、密封境界が設けられてよい。

図３ｂは、本発明の実施形態による図３ａに記載する２つのコンパクトリアクタユニットの側面立面図であり、フランジ５４とともに形成された真空境界と、真空チャンバの境界壁４２とを示す。非真空側では、積層用取付具またはラック（図３ｂには図示せず）が使用されて、リアクタユニット３３ａおよび３３ｂと、本発明の実施形態によるＶＥＳＣＡＲシステムの一部であってよい図３ｂには図示しない他のリアクタユニットを支持する。垂直構造にリアクタユニットを支持し間隔をとるために使用する積層用取付具またはラックが、ステンレス鋼などの任意の耐久性材料や、個々のリアクタユニットを支持でき、発生する可能性のある寸法変化に対応可能であるという条件を満たす任意の他の適切な材料から作られてよいことは、当業者に明らかであろう。システムにおいて共有境界につながれる１以上の構成部品を位置決めするために使用される取付具は、当業者に比較的一般的であり知られているものである。本発明のこの実施形態における積層用取付具の重要な特性は、基板を上手く繰り返して搬送しやすくするように、リアクタユニットを等しく正確に間隔をとることが可能なことと、重量を支えることが可能なことである。一実施形態において、適切な位置決めを行うために取り外し可能なスペーサを備えたラック形状の取付具が用いられてよい。別の実施形態において、ネジなどを調節することにより正確な間隔をとってよい。

さまざまな実施形態において、垂直に積層させたＬＰ−ＣＡＲユニットの間隔は、各リアクタの下部高温領域と各隣接するリアクタの上部冷却領域との間を断熱可能なものでなければならない。同様に、積層体の最上位置と最下位置にあるＬＰ−ＣＡＲは、積層体にある他のリアクタと同様の熱環境のものでなければならない。

図３ｂに示されているチャンバ壁４２の左側にある領域は、以下に記載する垂直積層型システムにおける真空搬送チャンバの真空領域である。従来の固定技術やソケットヘッドスクリューなどのハードウェアにより、フランジ５４がチャンバ壁に固定される。代替実施形態において、フランジ５４が、接合フランジに締め付けられて接触面を形成するように、溶接などによりチャンバ壁に接合フランジが固着されてよい。このような場合、接合フランジは、フランジ５４にある開口に一致する整列ピンを備えるものであってよい。可能な構成は多数あり、そのうちの一部しか本願明細書に記載していないことは、当業者には明らかであろう。

図４は、本発明の生産システムの実施形態における、カセットロードロック２１に直接つながれたＶＥＳＣＡＲシステム２７の立面図である。この実施形態において、カセットロードロックには、予め処理された基板が装填される。このアーキテクチャでは、クリーンルーム環境をプロセスルームと分離する壁に、カセットロードロック２１とＶＥＳＣＡＲユニット２７をつなぐ穴がある。非常に高価なクリーンルーム空間を保護するためのこのような種類のクリーンルームの境界は、生産システムの当業者に知られているものである。

ＶＥＳＣＡＲシステム２７は、壁４２（図３ｂも参照）をもつ真空取り扱いチャンバ３２と、水平方向と垂直方向に伸縮可能なＺ軸ロボット３１とを備え、カセットロードロック２１に延伸して図示されている。Ｚ軸ロボット３１が基板を拾い上げ、基板をＶＥＳＣＡＲユニット２７に移動させるように、予め処理された基板を装填したカセット７９が位置決めされる。ＶＥＳＣＡＲ２７内に入ると、Ｚ軸ロボット３１が１８０度回転し、リアクタユニットに基板を配置するのに適切な垂直位置まで延び、１０個のリアクタユニット（ａ〜ｊ）が、真空壁４２につながれた垂直積層型アーキテクチャに示されている。

図４に示されているように、順次上に積み上げた１０個のＬＰ−ＣＡＲユニットが、スループットの要求を満たすと同時に床面積を維持できる、効果的な数であると本願発明者により考えられている。本発明のいくつかの実施形態において、Ｚ軸ロボット３１と関連する２つ以上の伸張搬送アーム、および／またはスループットにあらゆる搬送制限がかからないようにする２つ以上のエンドエフェクタがある。仕上げ基板は、上述した装填プロセスとは逆の順序で取り外され、仕上げ基板は、カセット７９に配置される。

図４のＶＥＳＣＡＲアーキテクチャは、コストを最小限に抑えた解決策であり、より高度のＶＥＳＣＡＲアーキテクチャにさらに統合するための出発点である。また、図示したアーキテクチャは、複数のＬＰ−ＣＡＲユニットを用いたプロセスシーケンスなどを開発するさいに使用するための、良好なプロセス研究開発の構成である。図４のＶＥＳＣＡＲシステムにおいて開発されたプロセスは、以下に記載するようなより高度の処理手法へと拡大されてよい。

図５は、本発明の一実施形態によるＡＬＤ生産システム１９の立面図である。本願明細書に記載するさまざまなコンポーネントを独特に組み合わせて自動化することにより、従来のＡＬＤリアクタで利用可能なシステムアーキテクチャに関連する障害が効果的に解消される。以下に記載し教示される実施形態により、遅い成膜速度、不足した生産スペースの使用などの問題や、現在のＡＬＤ応用や競合するプロセスが直面する他の問題への実質的な解決策が得られる。

以下、図５を参照すると、図４を参照して上述したように、ＶＥＳＣＡＲ２７が、個々のコンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊを取り付けるための垂直境界がある真空チャンバ３２を備える。コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊは、別々に真空チャンバと一体化させて適切な真空を持続するように適用される。各コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊにあるフラップタイプの仕切弁により、別々に排気でき（仕切弁を閉じ）、真空チャンバ３２の真空を共有する（仕切弁を開く）ことができる。各リアクタユニットを個々に設けることで、真空、パージ、およびプロセスガスフローが可能となり、上述したような装填および取り外し用のフラップタイプの弁を含む適切な弁動作により、チャンバ３２との間、そして垂直積層型リアクタとの間で、基板の搬入および搬出が可能となる。

また、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、図４および図５に示す数と比較して、ＶＥＳＣＡＲ２７に垂直方向に積層され存在するコンパクトリアクタユニットの数が多くても少なくてもよいことは、当業者に明らかであろう。図５を参照して記載する実施形態において、１０個のコンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊがあるが、本発明の実施するさい、知られている商業上のプロセスに対して競合できる高スループットを得やすくするのに適すると考えられる程度の数のコンパクトリアクタユニットが、ＶＥＳＣＡＲ２７に取り込まれてよい。その数は、実際のところ、利用可能な垂直空間により限定され、この目的専用の取り扱い装置の範囲と一致するものでなければならない。

Ｚ軸ロボット３１が、コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊに対して基板を自動的に装填および取り外し、他の材料取り扱い装置とつなぎ合わせるためのチャンバ３２に設けられる。Ｚ軸ロボット３１は、垂直方向と水平方向の位置に伸張可能であり、各コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊと結合作動させるようにプログラムされる。Ｚ軸ロボット３１はまた、この実施形態において、任意の所望のシーケンスで基板をリアクタに装填するようにプログラムされてよい。例えば、基板は、下から上へ、上から下へ、真中から上へなど装填されよい。さらに、基板は、１つのコンパクトリアクタユニットから取り外されて、別のコンパクトリアクタユニットへと再度装填されてよい。あらゆるシーケンスが可能である。いくつかの実施形態において、単一のＺ軸ロボットと関連するエンドエフェクタなどの複数の基板取り扱いデバイスがある。

コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊは、チャンバの１つの壁に沿ってチャンバ３２につなぎ合わされ、Ｚ軸ロボットによる装填および取り外しのエラーがないように慎重に間隔がとられる。リアクタは、真空密閉されたチャンバにつながり、さらなる図面を参照してさらに詳細に以下に記載するように、チャンバ３２の外側にあるラックアセンブリにより支持される。

この実施形態において、仕切弁２９を介して、真空中央ロボット基板ハンドラ２３が、ＶＥＳＣＡＲ２７とつなぎ合わされる。仕切弁２９は、基板の搬送間にＶＥＳＣＡＲユニット２７をクラスタツールハンドラから隔離できる真空弁である。回転メカニズム２５により動作する搬送メカニズム４３が、Ｚ軸ロボット３１との間で基板を装填し取り外す。図１にある搬送メカニズム４３は、仕切弁２９に延伸するように図示されている。図示している位置から１８０度の位置で、搬送メカニズム４３は、予め処理された基板が装填され、仕上げ基板が取り外されるカセットロードロック２１へと延伸してよい。ハンドラ２３により示されたようなロボット基板取り扱いシステムは、数社のベンダー、例えば、Ｂｒｏｏｋｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社、Ｅｑｕｉｐｅ社およびＳｍａｒｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ社により市販されている。

本発明の好適な実施形態において、最初に、垂直方向に向いたカセットまたはラック（図示せず）にあるカセットロードロック２１内に予備処理された基板が配置される。カセットロードロック２１に予備処理された基板が位置した後、ロックが閉じ、真空ポート（図示せず）を介して一定の真空まで排気される。ロボットハンドラ２３内の搬送容積も、図示されていない真空ポートを介して一定の真空まで排気される。真空チャンバ３２は、同様の真空ポート（図示せず）を介して排気される。すべてのユニットが適切に排気されると、仕切弁３５が開き、搬送メカニズム４３がカセットロードロック２１内に延伸して、一度に一枚の基板を引き出すことができる。カセットロードロック２１内のカセットハンドラ（図示せず）が、予備処理された基板を保持する垂直方向のカセットを保持するプラットフォームを上昇または低下させることが可能である。

搬送メカニズム４３が基板を引き出すとき、ロボットハンドラ容積内に後退して１８０度回転することにより、ＶＥＳＣＡＲ２７へと延伸してよい。通常、搬送間で仕切弁３５は閉じているが、これは多くのプロセスフロー手法で厳密に必要とされていることではない。搬送メカニズムがＶＥＳＣＡＲ２７にくると、仕切弁２９が開き、搬送メカニズム４３がＺ軸ロボット３１を介して基板を渡すことができる。その後、Ｚ軸ロボット３１は、基板を受け取り、垂直積層型コンパクトリアクタユニットの１つまたは別のユニットへと基板を装填し、それを続ける。

多くの動作手法が可能である。図示したアーキテクチャにある１つの好適な手法では、装填・取り外しカセット２１の位置と同数のコンパクトＡＬＤリアクタをシステムが備えている。ロードロック２１からすべての基板が、リアクタユニットに搬送されるまで搬送が続き（すべてのリアクタユニットがそれぞれ被覆する基板を備える）、間にある弁が閉じ、リアクタユニット３３ａ〜ｊで処理が始まる。このシステムは、すべての基板を個々に隔離されたリアクタユニットにおいて処理しながら、バッチシステムの処理ステップを有する。

多くの他の手法が可能である。各コンパクトリアクタが隔離仕切弁を備えるため、基板が装填されるとすぐにリアクタ処理が始まる手法もある。他のプロセスフロー手法は、当業者に明らかであろう。

一実施形態において、チャンバ３２に対して排気および隔離が個々に与えられるため、リアクタが装填されたときからリアクタユニットで処理が始まる前に、チャンバ３２において、不活性ガスに流れ出ることにより、個々のリアクタのフラップタイプの弁の両端に圧力差を与えるのに十分なレベルまで圧力が上がり、上記以外の方法で可能なものと比較すると、個々のリアクタの弁にさらなる密封力が与えられる。

コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊですべてのプロセスが実行された後、各ユニットに取り付けられたフラップタイプ仕切弁（図３ａの構成要素５２）が開かれて、装填動作に関して上述したものと逆のプロセスで基板を取り外すことができる。通常、基板が引き出されたところと同じカセットに、一枚ずつ仕上がった基板が戻される。その後、ロック２１は、弁３５を閉じて通気されてよく、仕上がった基板のカセットロードが取り出されてよい。この処理は、カセットロードロック２１に予備処理された基板を置く時点から、カセットロードロック２１にある仕上がった基板を拾い上げる時点まで全自動化されている。仕切弁を開くことに関するタイミング特徴、搬送速度、１つまたは複数のプロセスの長さ（プロセスのシーケンスを含む）、排気シーケンス、および他の必要とされるコマンドは、一般に当業者に知られている技術によるソフトウェアおよびハードウェアを制御するプログラム可能な機能である。

一つの要因として、上述したように化学吸着により堆積表面上に層を形成する当業者に知られているＡＬＤプロセスの流量独立特性により、コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊなどのコンパクトリアクタユニットは、３００ｍｍ基板などの最適のサイズの基板を受ける幅をもつように構成され得る。また、よりサイズが小さい基板は、コンパクトリアクタユニット３３ａ〜ｊのサイズを小さくすることなく同じシステムで処理され得る。別の実施形態において、よりサイズの小さい基板を一度に一枚処理するために、小型のシステムが提供されてよく、またフラットパネルディスプレイなどの他の製品用に大型のシステムが提供されてよい。

本発明のいくつかの実施形態において、上記段落に記載したように、特定の基板サイズ用に開発されたＬＰ−ＣＡＲが、より小さいサイズの複数の基板を処理するために適用されてよい。図６は、点線の円７０で示した名目上の基板サイズをもつ図３ａに示すタイプのＬＰ−ＣＡＲ３３の平面図である。本発明の代替実施形態にあるＬＰ−ＣＡＲユニットが、例えば、ＬＰ−ＣＡＲユニット３３にある基板７０よりも小さい３つの基板７２を処理するように適用されてよい。いくつかの実施形態において、基板７２を共通の搬送点に配置し引き出せるように、ユニット３３に回転チャックが設けられてよい。他の実施形態において、ロボット搬送デバイスが、炉床上の所望の位置で基板を配置させるように適用されてよい。さらなる他の実施形態において、複数の基板が、ＬＰ−ＣＡＲユニットとの間で搬入および搬出が行われる共通のキャリヤにおいて取り扱われてよい。これにより、同じプロセス平面に複数の基板をもつ、単一基板ＬＰ−ＣＡＲ構成を使用することができる。

上述した独特のアーキテクチャにより、現在の技術を用いてこれまで利用できなかった全自動化された商業化ＡＬＤプロセスが提供される。ＶＥＳＣＡＲ２７を利用することにより、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤなどの競合技術で得られるスループットと匹敵する高いプロセススループットを達成できる。また、ＡＬＤプロセスにより固有の均一性が向上し、バッチ技術に代わり個別のリアクタユニットが使用されることにより、相互汚染などに関連する問題を生じることなく、高い歩留まりを実現できる。これらの利点を達成するさいに、コンパクトユニットを垂直方向に積層することから、不足している生産床空間を非常に控えめに使用する。

図５を参照して記載して実施形態は、ＶＥＳＣＡＲ２７を用いて利用可能な装置の多数の可能な装置構成の一例を示しているにすぎない。この実施形態には１つのカセットロードロック２１および１つのＶＥＳＣＡＲ２７しか示していないが、ロボットハンドラ２３上には、さらなるロードロックまたはＶＥＳＣＡＲユニットが追加されてよい、２つの追加位置がある。上述したような装置の追加に関しては、以下のさらなる実施形態においてさらに詳細に記載する。

図７は、ＣＶＤ、クリーニングなどのさらなるプロセスを実行するために、さらなるＶＥＳＣＡＲユニットまたはカセットロードロックを、ロボットハンドラ２３につなげている本発明の代替実施形態による、図５の生産システム１９の上面図である。ロボットハンドラ２３は、図７の位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして示す４つの９０度ごとの位置をもつ。位置Ａは、図５を参照して記載したように、仕切弁３５とカセットロードロック２１に接続される。位置Ｂは、仕切弁７５とカセットロードロック７１に接続される。位置Ｃは、図１を参照して記載したように、仕切弁２９とＶＥＳＣＡＲユニット２７に接続される。位置Ｄは、仕切弁７７と第２のＶＥＳＣＡＲユニット７３に接続される。搬送メカニズム４３は、図５の動作ユニット２５により制御されることにより、各位置に到達するように回転される。図７において、メカニズム４３は、ＶＥＳＣＡＲユニット２７において受け入れられる位置に、装填基板がある位置Ｃで延伸した状態が示されている。仕切弁２９は、基板を搬送できる開位置にある。また、搬送メカニズム４３は、位置Ｂにおいて仕切弁７５とカセットロードロック７１に向いた後退位置（点線で図示）にも示されている。この例では、搬送メカニズムは、カセットロードロック７１から基板を取り出し、それをＶＥＳＣＡＲユニット２７に配置した状態である。搬送メカニズム４３は、基板をロードロックからＶＥＳＣＡＲユニットへと搬送し、ロードロックへと首尾良く戻すために、延伸、後退、回転および延伸を実行する点で、４つの位置すべてに対して同様に動作する。

一実施形態において、各プロセスモジュールにおいて異なるパラレル処理（１つのプロセスモジュールにあるすべてのリアクタユニットが、１つのプロセス専用のもの）を実行するように、３つのＶＥＳＣＡＲユニットおよび１つのカセットロードロックが利用されてよい。同様に、シリアル処理（１つのプロセスモジュールにある各リアクタユニットが、異なるプロセス専用のもの）が実行されてもよい。別の実施形態において、２つのカセットロードロックを組み合わせたシステムを用いて、１つのプロセスモジュールがシリアル処理専用のものであるのに対して、別のプロセスモジュールがパラレル処理専用であってよい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、生産システム１９において利用可能な処理構成が多数あり、そのうちのいくつかを上述していることは、当業者には明らかであろう。

図８は、本発明の実施形態による、チャンバ壁４２につながれた１０個の垂直積層型リアクタユニットのうちの３個を示すＶＥＳＣＡＲシステム２７の背面図である。ガスまたは蒸気材料をリアクタに供給するために、垂直積層型リアクタユニットの片側に、垂直向きのガス入口マニホールド５５が示されている。本発明の好適な実施形態において、処理中、複数の前駆体および不活性ガスがリアクタユニット３３内に交互にパルス送入されるが、同図には、図面が複雑にならないように、１つのマニホールド５５しか示されていない。本発明を実際に実施するさいには、各前駆体ガスまたは蒸気に対して１つのマニホールドが使用され、パージガスに対して少なくとも１つが使用される。したがって、通常、最低でも３つのマニホールドが使用されることになる。

本発明の好適な実施形態において、供給するガスまたは蒸気のそれぞれに対して各リアクタに供給する量を制御するために、弁を備えた充填管が使用される。図８には、そのような充填管６２が１つ示されている。これらの別々の充填管は、所定の容量ものであり、圧力および温度を制御したガスまたは蒸気で充填されるため、ガスまたは蒸気の分子数が分かる。各充填管は、充填管６２の場合、充填弁５４および噴射弁６１である２つの弁により隔離される。噴射弁６１を開くと、充填管の部分の充填されていた内容物が、リアクタユニット３３内に放出される。噴射弁６１を閉じて充填弁５４を開くことにより、所定の圧力および温度で前駆体ガス、蒸気、またはパージガスで充填管を満たすことができる。

ガスおよび前駆体源をリアクタユニット３３に接続するために、クイックコネクトフランジ５６が使用され、各リアクタユニットに対してガスおよび蒸気ラインを比較的迅速に解放可能な、他のクイックコネクトが設けられてよい。前駆体およびガスパージは、ＡＬＤシーケンスで必要とされたように連続してパルス送出される。個々のパルス送出の時間は、通常、非常に短く（プロセスに依存して約５０〜３００ミリ秒）、パルスは、通常、短い遷移時間により分離されている。このため、高速切換性能をもつ弁が組み込まれる。高速切換弁は、当業者および本願発明者によく知られているものである。

この実施形態では、ガスおよび蒸気をリアクタチャンバから排気するために、クイックコネクト取付具５８を介してリアクタユニット３３の右側に、垂直向きの真空排気マニホールド６３が接続されている。クイックコネクトを使用すると、個々のリアクタの取り外しおよびサービスが容易になる。このようなクイックコネクトは、当業者に知られているものであり、さまざまな形状および構成のものが利用可能である。修理および取り替えを容易にするために、真空遮断弁６０が設けられる。この弁は、ガスのパルス送出中、通常開いている。

代表的な電気ライン５７を介してリアクタユニット３３に電力が供給される。図３Ｂの仕切弁５２、加熱源などのさまざまな構成要素に動力を供給するために、電力が供給される。弁などに代表的な制御ライン５９を介して制御信号が出力される。リアクタユニット３３を迅速に取り外しやすいように、ライン５７および５９などの電気ラインに、電気コネクタ６７および６８が設けられる。

図２を参照して記載したように、基板は通常、処理中に加熱され、処理後に冷却されなければならない。したがって、液体を冷却するための接続も設けられる。冷却剤をリサイクルする冷却システムは、冷却リアクタにおいて共通のものである。このようなシステムは、当業者および本願発明者に知られているものである。

リアクタ３３内には、加熱源が組み込まれており、本発明の実施形態において、ヒータの高さは、ＣＡＲユニットに求められる独特の全体的にロープロファイルの要求を満たすようなものに制限される。

本発明の好適な実施形態において、１つの真空ポンプが、すべてまたは任意の数のコンパクトリアクタユニット３３を排気できるものであってよい。これは、真空境界を真空ポンプとリアクタユニットとの間に設け、それにリアクタユニットから通じるすべての真空ラインを接続することにより達成される。各接続位置で、プログラムされた命令ごとに開閉できる弁が設けられることで、リアクタユニットを任意に組み合わせて、同時または別々に排気を行うことができる。好適な実施形態において、１つ以上のリアクタユニットが周囲窒素または空気にもたらされ、弁６０および６１を閉じることにより隔離され、他のユニットは真空下などの状態のままにする。

本発明の好適な実施形態において、クイックコネクトの接続を離し、電気ワイヤのプラグを抜き、連結しているチャンバ壁からフランジ５４を外し、位置決めおよび支持用に使用される積層用固定具またはラックからリアクタユニット３３を取り外すことにより、個々のコンパクトリアクタユニットが、図５の真空チャンバ３２の連結する壁から容易に取り外し可能である。チャンバ壁または係合するフランジにボルト止めされまたは締め付けられるように、フランジプラグ（Ｏリング付き中実フランジ）が設けられて、システムを完全に遮断することも、他のＬＰ−ＣＡＲユニットと取り替えることもなく、多数のリアクタユニットがメインテナンスなどを行うために取り外されることもある。

本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、リアクタユニットを容易に取り外しやすいように使用可能なクイックコネクトが多数あることは、当業者には明らかであろう。これらの方法およびそのハードウェアは、当業者および本願発明者に知られているものである。

図９は、ガスをリサイクルして有害な副生成物を捕捉して廃棄可能な、本発明の実施形態によるガスリサイクリングおよび前駆体捕捉システムを示す図である。上述したように、前駆体およびガスパージは、コンパクトリアクタユニット３３内に別々にパルス送出されるため、前駆体または副生成物は別々に収集され捕捉されてよいことになる。閉ループ制御を図４のガス入口マニホールド５５で三方高速切換真空弁とつなげて、各リアクタの排気側に、リサイクリングおよび捕捉システム６５が設置されて、パージガスＰがリアクタユニット３３内に戻されてリサイクルされてよい。ＡおよびＢで表されている化学種が、有害元素を廃棄するための取り外し可能な前駆体トラップ６９（すなわち、低温トラップ）において別々に捕捉される。無害のガスまたは化学物質は、前駆体トラップ６９を迂回して、排気ポンプにより排気されてよい。本願明細書に記載され教示されている新規のアプローチにより、ガスの使用量を低減でき、より環境にやさしいプロセスが提供される。

シリアル処理の場合、各リアクタが上述したトラップシステム６５などのトラップシステムを備えてよいことは、当業者に明らかであろう。しかしながら、各リアクタで同じプロセスを実行するパラレル処理の場合、１つのトラップシステムが排気側で利用されてよい。

図５の生産システム１９などの生産システムが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、さまざまな技術とともに利用され統合されてよいことは、当業者に明らかであろう。例えば、ＶＥＳＣＡＲユニット２７は、ＣＶＤシステム、クリーニングモジュール、リソグラフィユニット、または当業者に知られている他のプロセスユニットとつなぐロボットハンドラのプラットフォームインタフェースを共有してよい。化学吸着によるＡＬＤプロセスに固有の均一性の特性により、基板サイズの制限やリアクタ数の制限がないことも、当業者に明らかであろう。したがって、ＶＥＳＣＡＲユニット２７は、他の競合技術に対して最適な商業上の応用に合わせて設計されてよい。可能な構成および応用の実施形態が他にも多数あり、そのうちの多くを上記に記載した。

クラスタツールシステムとともに使用するユニバーサルチャンバ
図１０Ａは、従来技術および本発明を実施するさいの両方で使用される、クラスタツールをベースにした処理システムをほぼ略図的に示した平面図である。クラスタツール自体は、真空チャンバ１１０１内で実質的に動作する材料取り扱いシステムである。ウェーハ搬送装置１１０３が、真空チャンバの中心から動作するように位置決めされ、実質的に円形の真空搬送チャンバ１１０１の周辺部を取り囲んだ場所に設けられた処理ステーションとの間で、通常、ＩＣ製造シーケンスにおいて半導体ウェーハである基板を、回転および延伸により配置し引き出すように適用される。

図示しているシステムには、１〜６の番号を付した６つのステーションの位置があり、これらのステーションのそれぞれが、取付フランジとスリット弁の構成１１０２によりチャンバ１１０１に適用される。この手法では、２つのステーション５および６が、図示されていない排気装置により高真空下に保持されるチャンバ１１０１との間でウェーハを搬入および搬出するためのエアロックとして使用され、残りの４つのステーション１〜４が処理用に利用可能である。

ウェーハが、ロードロック１１０４を介してチャンバ１１０１内に外側から移されると、通常、４つの処理ステーションを連続して通り、アンロードロック１１０５を介して外側に戻される。しかしながら、搬送装置１１０３が任意の所望の順序で配置および引き出しが可能であるため、ウェーハは４つの処理ステーションを介して連続して移動する必要はない。

図１０Ｂは、このような処理ステーションのさらなるいくつかの典型的な特徴を示す、図１０Ａのステーション１１０６の断面立面図である。ステーション１１０６は、フランジ付きのスリット弁装置１１０２を介して、図１０Ａのチャンバ１１０１とつながる密封可能なプロセスチャンバをベースにしたものである。このインタフェースを介して、処理を行うためにウェーハがチャンバ１１０７内に移され、処理が終了するとチャンバ１１０７から取り出される。チャンバ１１０７は、チャンバを排気する真空排気ポート１１０９と、処理中にウェーハ１１１１を支持するための加熱可能な炉床１１１０とを備える。処理時に使用されるガスは、ガス供給制御ユニット１１１５から導管１１１４を介して、リングマニホールド１１１３とシャワーヘッドマニホールド１１１２を経由して導入される。

図１０Ａのシステムでは、チャンバ１１０１の容積すべてを高真空下に保つように、常に実質的な真空ポンプにより排気される。この目的は、処理ステーション間において大気ガスによる汚染を避けることである。処理されるウェーハは、ロードロックチャンバ１１０４の通常キャリヤに配置され、ロードロックは、チャンバ１１０１にある真空レベルの程度の真空レベルまで排気される。その後、内側弁が開き、搬送装置１１０３によりロードロックからウェーハが引き出され、処理ステーション１〜４の任意の１つに搬送されてよい。

通常、処理ステーションの１つにおいて処理が行われている間、過剰な量のプロセスガスを用いることなく、プロセスチャンバ圧力を制御するように真空ポンプが絞られる。このような絞りは、制御可能な開口を備えた弁を含む多数の方法で達成されてよい。通常のプロセスサイクルでは、処理が完了した後、ユニット１１１５（図１０Ｂ）で弁が調節されてガスの供給が停止され、絞りメカニズムが開いて、処理チャンバにおいて最大の排気速度が得られる。この目的は、処理チャンバのガス圧力を、搬送チャンバ１１０７の圧力に近い値まで下げることである。その後、装置１１０２のスリット弁が開かれ、搬送装置１１０３が処理チャンバに入り、処理されたウェーハ１１１１を回収する。回収されたウェーハは、通常、装置１０３を介して別の処理ステーションへと搬送された後、ロードロックまたは別の処理ステーションからのウェーハが挿入されて、炉床１１１１上に配置され、その後、搬送装置が後退する。

新しいウェーハが処理チャンバの炉床上に位置すると、装置１１０２と関連するスリット弁が再度閉じられ、プロセスチャンバと搬送チャンバ１１０１とを隔離する。その後、ユニット１１１５から導管１１１４を介してプロセスガスが導入され、排気速度が絞られる。

上記に簡潔に記載したように、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して記載した、一般的な特性の処理ステーションにおいて達成されるプロセスは数多くある。例えば、クリーニング、エッチング、バックスパッタリング、および多数の異なる成長法が達成されてよい。通常、各プロセスは、そのプロセス専用のチャンバにより行われる。

図１１Ａは、広範囲のプロセスを実行可能な、本発明の好適な実施形態による多目的処理ステーション１２０１の等角投影図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの多目的処理ステーションの分解図である。図１１Ｃは、図１１Ａとは異なる視野から見た図１１Ａおよび図１１Ｂに示す、多目的処理ステーションの等角投影切欠立面図である。図１１Ｄは、処理モードで示されている図１１Ａの多目的処理ステーションの断面立面図であり、図１１Ｅは、搬送モードで示されている図１１Ａの装置の断面立面図である。この実施形態における多目的ステーションは比較的複雑な装置であるため、ステーションの特徴および構成要素を理解しやすいように説明するために、いくつかの図および断面図を示しており、多目的処理ステーションに関する以下の記載は、それらの図面すべてを参照して最良に理解される。

以下、図１１Ａおよび図１１Ｂを最初に参照すると、多目的処理ステーション１２０１が、他の要素と組み立てられると真空完全性をもたらす、ベースチャンバ１２０３により、クラスタツールに取り付けられている。ベースチャンバ１２０３は、フランジ１２０７で終端する側面延長通路１２０５を備え、フランジ１２０７は、ステーション１１０４がシステム１１００（図１０Ａ）に取り付けられるように、クラスタツール搬送装置上の係合するフランジに取り付けられ得るものである。スリット弁は図示されておらず、この実施形態において、フランジ１２０７が取り付けられるクラスタツール装置の一部である。

筒状（この実施形態の場合）の処理チャンバ１２０４が、インタフェースに真空完全性をもたらす真空シールで、ベースチャンバ１２０３の上端に取り付けられ、リッドアセンブリ１２６１が、真空シールでプロセスチャンバの上端を密封する。この実施形態のリッドアセンブリは、プロセスチャンバにヒンジ留めされており、プロセスガスをプロセスチャンバ内に供給するための装置も備える。リッドアセンブリおよび関連する装置を以下にさらに詳細に記載する。本記載のこの部分に関して、リッドアセンブリとペデスタルを備えるプロセスチャンバにより閉鎖された処理容積が得られることを、留意することは重要なことである（図１１Ｃおよび図１１Ｄ）。

真空シールを備えた水平フランジにより、ベースチャンバ１２０３の下方にドライブアセンブリ１２０９が取り付けられる。水平フランジは、図示されていない真空排気システムに取り付けるための側面出口１２１３を備える上部筒状ハウジング１２１１の一部である。上部ハウジング１２１１は、ベースチャンバ１２０３に固定して取り付けられ、このベースチャンバが、クラスタツールの真空搬送チャンバに固定して取り付けられるため、以下の記載からさらに明らかなように、他の構成要素を構造的に支持する静止要素である。

ドライブアセンブリの目的は、内部ペデスタル装置１２１５（図１１Ｂ）を上昇および下降させることである。ペデスタル装置は、処理されるウェーハを支持しそれに熱を与えるための加熱される炉床を備える。ペデスタルが最低位置にある場合、ウェーハがベースチャンバ内に挿入され、炉床上に位置するように離され、搬送装置が延長部１２０５を介して後退して関連するスリット弁が閉じた後、ペデスタルが上昇され、処理される位置にあるプロセスチャンバ内に支持されたウェーハを移動させてよい。

図１１Ｃ、図１１Ｄおよび図１１Ｅに、ペデスタル装置１２１５とドライブアセンブリとの関係が最良に示されている。ペデスタル装置１２１５は、ヒータプレート、電気絶縁板、および以下に断面図で詳細に記載する他の構成要素を備える上側部分１２１７をもつ。ドライブアセンブリに関する記載に関して、ペデスタル装置とドライブアセンブリとの接続は、最重要な部分である。

図１１Ｅは、ペデスタル装置の上側部分１２１７上にウェーハ１２１９を支持させる、最低位置にあるペデスタル装置１２１５を示す。この位置において、搬送装置（図１０Ａの１１０３）が、延長部分１２０５を介してベースチャンバに入り、ウェーハを拾いペデスタル装置の上側部分上に配置してよい。この記載により、ウェーハ１２１９がペデスタル装置上に配置されたとされる。

以下、ドライブアセンブリ１２０９の上部ハウジング１２１１に注目する。上部ハウジング１２１１よりも直径が小さい剛性の下部筒状ハウジング１２２１が、上部ハウジング１２１１の下方に延びる。ペデスタル装置１２１５は、上部構造１２２４と下部延長部１２２５とを備え、下部延長部は、外側筒状部材１２２３が取り付けられるフランジ１２２７で終端し、それらの間に環状領域が形成される。外側筒状部材１２２３は、ベアリング材料と整列され、下部ハウジング１２２１の周りに緊密に適合されることにより、偏心荷重を生じさせることなく確実にペデスタル装置１２１５を昇降するための垂直方向リニアガイドを形成する。

下端部にあるフランジ１２２７と下部筒状ハウジング１２２１の下端部に外径により固定されたフランジ１２２９との間を密封する金属ベローズ１２３３により、ペデスタル装置を垂直方向に自由に運動可能にしながら、アセンブリ全体に真空完全性が維持される。フランジ１２２９は、ベースチャンバ１２０３に取り付けられているハウジング１２１１に取り付けられた、下部ハウジング１２２１の一部であるため固定されている。フランジ１２２７は、ペデスタル装置１２１５の下部延長部１２２５に取り付けられているため、ペデスタル装置１２１５とともに上下に移動する。ペデスタル装置が下降されると、ベローズ１２２３が伸び、ペデスタル装置１２１５が上昇されると、ベローズ１２３３が縮む。ペデスタル装置は、フランジ１２２９の内径により、主にシリンダ１２２３内の内部ベアリングにより垂直経路に抑制される。

ドライブアセンブリ１２０９とペデスタル装置の昇降に関して、最低位置（図１１Ｅ）と最高位置（図１１Ｄ）との間で、ペデスタル装置２１５を並進移動するメカニズムをさらに記載する。以下、主に図１１Ａを参照すると、ドライブアセンブリ１２０９が、この実施形態では、ガイドハウジング１２３８内にあり、図示されていない制御システムから受信した制御信号により開始されると、ハウジング１２８内で伸び縮みする伸張可能な軸１２３７を備える、電気に作動される電動リニアアクチュエータ１２３５を含む。伸張可能な軸１２３７の一端が、クレビス１２３９によりドライブアセンブリの上部ハウジング１２１１に旋回可能に取り付けられる。Ｕ状のトラックからなるヨークセンブリ１２４１が、シリンダ１２２３（ペデスタルアセンブリ１２１５に固定して取り付けられる）の本体を取り囲み、Ｕ状トラックの端部でクランプバー１２４３の反対の端部に旋回可能に取り付けられ、クランプバーが、ドライブハウジング１２３８上で締め付けを行う。

以下、図１１Ｂおよび図１１Ｃを参照すると、ヨークアセンブリ１２４１が、シリンダ１２２３の反対側に取り付けられた２つのベアリング１２４５と係合する。以下、図１１Ｂを参照すると、カム・トラック／ヨークアセンブリ１２４１のＵ状トラックの湾曲端部中心で、長さの調節が可能なリンク１２４７の一端が、クレビス１２４９により旋回可能に固定されている。リンク１２４７の他端は、クレビス１２５１によりハウジング１２１１に固定されている。

上述した構成において、伸張可能な軸１２３７が伸びると、クレビス１２４９の留め具を支点とするレバーのように、ヨークアセンブリが動くことにより、シリンダ１２２３は、軸１２３７が伸びた長さの約半分の距離だけ下降され、プロセスチャンバとベースチャンバに対してペデスタルアセンブリ全体が下降する。軸１２３７が縮むと、ペデスタルアセンブリは、ベースおよびプロセスチャンバに対して同様に上昇される。

ペデスタルアセンブリを、ベースおよびプロセスチャンバに対して並進移動するメカニズムは他にもあり、さらに本発明の範囲から逸脱することなく実現可能なメカニズムにはさまざまな代替メカニズムがあることは、当業者に明らかであろう。例えば、エアシリンダ、エアオイルシステム、油圧システムなど、多数の異なる伸張可能なドライブが使用されてよい。記載した実施形態により、滑らかな並進移動および高精度が得られる。

本発明の一態様において、ペデスタルアセンブリを垂直方向に移動すると、下部位置では、延長部１２０５を介してウェーハを挿入し回収でき、上部位置では、ペデスタル上のウェーハが処理を行うために処理チャンバ内へと上方に与えられるが、上部位置と下部位置との排気速度を変えることもできる。また、これを可能にする構成要素により、処理位置での実際の排気速度を容易に変更することもできる。これらの特徴は、図１１Ｄおよび図１１Ｅを参照して最良に理解される。

図１１Ｄおよび図１１Ｅを参照すると、ベースチャンバ１２０３がプロセスチャンバ１２０４に接合する位置に、リング状ライナ１２５３が配置される。ライナ１２５３の内径は、ペデスタルが最高位置にあるとき、ライナ１２５３とペデスタル１２１５の最上縁との間に形成される環状通路１２５５（図１１Ｄ）の面積を決定する。また、ライナ１２５３は、熱伝達係数が比較的低いことにより、ペデスタルが処理（最高）位置にある間、加熱されたペデスタルに最も近づくプロセスチャンバとベースチャンバの部品を保護する材料からなる。

ライナ１２５３とともに、ペデスタルに取り付けられ、適合した形状の排気環状部を形成する、環状側板１２５７がペデスタル１２１５に設けられる。ペデスタル１２１５が最高位置にあるとき、ペデスタル１２１５の本体と側板１２５７が形成する上側環状部は、ライナ１２５３と係合する側版の上側リムにより環状部１２５５と係合する。図１１Ｄを参照すると、プロセスチャンバから側面出口排気ポンプ１２１３を介して排気を行うための通路は、環状通路を介して、側板１２５７とペデスタル１２１５の本体との間に形成されることは明らかである。

以下、ステーションとの間でウェーハの搬入および搬出を行うためにペデスタル１２１５が最低位置に移動されている図１１Ｅを参照すると、プロセス領域からのガスが、上述した側板環状部を通っているが、領域１２５９を介して側板の外側付近を通り、そこからハウジング１２１１の領域へ流れ、排気ポート１２１３を介して排出されてもよいことは明らかである。

処理後およびウェーハ搬送後、排気速度は比較的高速である必要があり、処理中は全ガス圧力を確保するために、より低い制御された速度まで処理中減速されなければならないことは、当業者に知られている。従来のシステムにおいて、これは、通常、チャンバの排気ポートにある絞り弁などにより達成される。本発明のこの態様では、取り付けられた排気側板を備えたペデスタルアセンブリを垂直方向に移動させるだけで、この差が生じる。この態様において、プロセス圧力を正確に制御するために、絞り弁が使用されてもよい。

ライナおよび側板の１つの構成が、プロセスにおいて非常に異なる排気速度が必要となることがある、広範囲のさまざまなプロセス、すなわちＣＶＤおよびＰＥＣＶＤの両方に適用されないことは、当業者に明らかであろう。本発明の上述した実施形態において、プロセスが異なる場合、ペデスタルを取り外し、側板とライナを置き換えるだけでよく、この作業は、日常的なメインテナンスやクリーニングに必要な計画されたダウンタイム時に行われてよい。さらに、このような置き換え作業は、以下にさらに詳細に記載されるように、チャンバの他の態様の独特の構成により比較的簡単である。

以下、図１１Ａ〜図１１Ｄを参照すると、プロセス領域は、リッドリング１２６３と、絶縁リング１２６５と、ガス拡散アセンブリ１２６７とを備えるリッドアセンブリ１２６１により閉じられている。ガス拡散アセンブリ１２６７は、プロセスガスを導入するための図示されていないポートと、プロセスガスをプロセスチャンバに流すための内部通路と、処理されるプロセスチャンバの適所にあるペデスタル１２１５上のウェーハにわたって均等にプロセスガスを分配するためのプロセス領域内の拡散要素とを備える。このようなポート、通路、分配要素は、当業者に知られているものである。

拡散アセンブリ１２６７は、拡散アセンブリを電気的および熱的に絶縁することにより、さまざまなプロセス方法の要求に応じて、他の構成要素に対して拡散アセンブリを電気的にバイアス可能にする絶縁リング１２６５に入れ子になっている。このようなバイアスは、例えば、プラズマ強化されたＣＶＤプロセスにおいて知られているように、チャンバにあるプロセスガスを励起してプラズマを形成するために使用されてよい。絶縁リング１２６５は、真空シールを用いて真空完全性をもたらし、剛性リッドアセンブリを形成するように、リッドリング１２６３と拡散アセンブリ１２６７に接合される。好適な実施形態において、リッドアセンブリ１２６１は、取り外し可能な真空シールでプロセスチャンバ１２０４にヒンジ留めされることで、比較的容易に日常的にクリーニングおよびメインテナンスのためにアクセスできる。他の実施形態において、リッドは、異なる方法で取り付けられて、アクセスするために完全に取り外されてよい。

以下、主に図１１Ｄおよび図１１Ｅを参照すると、プロセスチャンバの内部へのアクセスは、リッドアセンブリ１２６１を開放し、邪魔にならないようにそれを移動させることにより行われてよい。ステーション１２０１の底部では、下側部分１２２５がフランジ１２２７に固定されているフランジ１２２７に容易にアクセスできる。リッドアセンブリを開くと、フランジ１２２７からペデスタルアセンブリ１２１５を取り外し、それを開いた最上部を通って処理ステーションから取り外してよい。このような特徴により、クリーニングやメインテナンスが必要な処理チャンバの部分に迅速かつ簡単にアクセスができ、さらにライナや側板を交換して新しい異なる処理条件を提供できる。

従来技術と比較して、ペデスタル２１５の上側部分のアーキテクチャに著しい改良がなされた。図１２は、図１１Ｄの破線の円１２６９の位置付近にあるペデスタル１２１５の最上領域の部分的断面図である。上述したように、さらに特に図１１Ｃを参照することにより分かるように、ペデスタル１２１５は、上部構造１２２４と下部延長部１２２５のアセンブリである。上部構造１２２４は、閉塞プレート１２２６により最上部で閉じられており、構成要素１２２５、１２２６、１２２４が真空シールで組み立てられて、本質的に中空の真空気密構造が得られる。図１２を参照して以下にさらに詳細に記載されるように、処理中にウェーハを支持するために、上部閉塞プレート１２２６がヒータおよび電極要素を支持する。ペデスタルアセンブリ１２１５の閉塞プレート１２２６は、図１２におけるベースプレートであり、従来のＯリングなどの真空シールや高温により損傷を受ける可能性のある他の要素に対して、動作温度を維持するように水冷される。

以下、主に図１２を参照すると、閉塞プレート１２２６は、独特の電気フィードスルーユニット１３０１により、この実施形態では２箇所で貫通されている。図１２に、このような貫通部の１つが示されているが、好適な実施形態において、このような貫通部は２つあり、独特のヒータプレートを以下に記載するように作用させる。フィードスルーユニット１３０１は、真空シールで閉塞プレート１２２６に適用されて、真空完全性を保持する。閉塞プレート１２２６の１つの貫通部にあるフィードスルーユニット１３０１は、電気絶縁板１３０５により閉塞プレート１２２６から間隔を置いて離した、ヒータプレート１３０３にある加熱要素に電力を供給する。ヒータプレート１３０３の役割は、処理中にウェーハが載るサセプタ１３０７に熱を供給することである。

サセプタ１３０７は、熱伝達係数が高い大部分がグラファイトの構造体であり、わずかな距離Ｄ１だけヒータプレート１３０３から間隔を置いて離されている。ヒータプレート１３０３は、ギャップＤ１を横断して対流および放射によりサセプタ１３０７に熱を供給することにより、上面を横切って、すなわちウェーハの表面にわたって温度を比較的に一定にし、さらに高周波数電気バイアスを付与するための効率的な電極を提供する。サセプタは電気体を形成し、プロセスがそれを必要とする場合、図１２に図示されていないＲＦフィードスルーを介してバイアスされる。

ペデスタルアセンブリ１２１５（図１１Ｃ、図１１Ｄおよび図１１Ｅを参照）の中空内部を介して案内されることにより、２つのフィードスルー１３０１、ＲＦ電力用の第２のフィードスルー、および種々の他の導管およびコネクタへつながるヒータ電力ワイヤが、閉塞プレート１２２６の下面の領域に設けられる。電力および他のユーティリティをペデスタル１２１５のサブアセンブリおよび構成要素に供給するためのこのようなワイヤや導管は、簡潔性を増すためにこれらの図面には図示されておらず、一般的に、当業者に知られているように、外部の電力およびユーティリティ供給源から延びている。

本願明細書に記載される好適な実施形態において、閉塞プレート１２２６を通る真空密閉された貫通部は他にもいくつかあるが、図面には詳しく図示していない。これらは、内部構成要素の温度を感知するために適切なフィードスルーを備えた熱電対、およびサセプタの温度をモニタするための少なくとも１つの光センサを含む。このようなフィードスルーは、一般的に当業者に知られている。通常３つのセラミックピンのパターンを並進移動させるためのエアシリンダ作動式メカニズムが、ヒータ／サセプタアセンブリにも適用され、サセプタ１３０７の表面からウェーハを昇降させるために使用されることで、サセプタプレートとの間でウェーハを拾い上げ配置するために、ウェーハ下に搬送デバイスが延伸することが可能となる。好適な実施形態において、閉塞プレートの開口を介してシリンダのベローズシールを経由して可動柄が延伸するように、閉塞プレート１２２６の下側に空気圧シリンダが適用される。空気圧シリンダは、１／２インチストロークを有し、ヒータとサセプタプレートにある小さな開口を延びる３つのセラミックピンを載せるヒータの下方に位置するスパイダを動作させる。

ウェーハを搬送させる場合など、図１１Ｅに示すようにペデスタル１２１５が後退される場合、サセプタ１３０７上にあるウェーハが、上述した空気圧シリンダにより作動される上記に参照したセラミックピンにより、サセプタの上面から持ち上げられて離されてよい。その後、搬送アーム（図１０Ａの参照符号１１０３を参照）が、ピン上のウェーハより下側であるがサセプタより上側のプロセスステーション内に延伸してよい。その後、ピンを後退させて、搬送アーム上にウェーハを配置して、搬送アームがウェーハとともに後退されてよい。処理される新しいウェーハをサセプタ上に配置する場合は、このプロセスを逆に行ってよい。

図１３Ａに、図１２のフィードスルー１３０１が分離されて示されている。この実施形態において、Ｏリングなどの真空シール用のシール溝１４０７を備える金属本体部分１４０５に金属間接着することにより、セラミック本体部分１４０３が接合されて、閉塞プレート１２２６（図１２）にある適切な開口を介して密封可能な単一の本体が形成される。ニッケルのソリッドワイヤ１４０９が、当業者に知られている金属間接着によりセラミック本体部分１４０３を介して密封され、伝達された熱が問題とならない程度にフィードスルーから十分に離れた距離において、はんだ付けなどにより従来の電力ワイヤ１４１１に接合される。

フィードスルー１３０１の真空側では、ニッケルワイヤ１４０９が、セラミック本体部分１４０３にある開口１４１５に組み立てられたソケット１４１３に接合され、ヒータプレート１３０３（図１２）からポストを受け入れるように適用される。ポストについては、以下にさらに詳細に記載する。ソケット１４１３は、大きな剛性をもつワイヤ１４０９により垂直方向に制約される。開口１４１５の直径は、ソケット１４１３の直径よりも少し大きいため、ソケット１４１３は横方向に自由に運動できる（ワイヤ１４０９による横運動への抵抗はほとんどない）。このように横方向に自由に運動できることにより、ポスト（以下にさらに記載する）を備えたヒータプレートを閉塞プレートに組み立てる場合、ある程度の移動や位置ずれを見込むことができる。

図１３Ｃは、図１３Ａのフィードスルー１３０１の上面図であり、図１３Ｂは、図１３Ｃの線１３Ｂ−１３Ｂに沿って、フィードスルー１３０１の本体アセンブリを切り取った断面図であり、図１３Ａの断面から９０度だけ実質的に回転させたものである。断面図１３Ｂは、円形開口１４１９の下方にある、セラミック本体部分１４０３の溝１４１７に沿ったものである。開口１４１９は、コネクタのポストが延びるヒータプレート１３０３の円形部分を受け、溝１４１７は、電気フィードスルーの個々のポストの間で見通し線の電気相互作用を防止するように作用する、セラミック絶縁バリヤ１３０９のバフル延長部１３１１を受ける。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、セラミック絶縁バリヤ１３０９の上面図と側面図を示し、この全直径は、両ソケット１４１３の位置を取り囲むのに十分な大きさのものである。この実施形態において、バリヤ１３０９は、ヒートプレート１３０３に組み立てられたポストが、以下にさらに詳細に記載されるように通過できるように適用される、円形開口１５１１および１５１３を備える。バリヤ１３０９のバフル延長部１３１１は、セラミックバリヤの平坦な本体に対して実質的に９０度の方向に、バリヤ１３０９の直径にわたってバリヤ壁として延伸し、記載する実施形態においてヒータプレートがペデスタルに組み立てられる場合、溝１４１７と係合するように適用される。

図１５Ａは、図１２のヒータプレート１３０３の等角投影図である。図１５Ｂは、同じヒータプレートの平面図であり、図１５Ｃは側面図である。この実施形態において、ヒータプレート１３０３は、ヒータプレートの厚みを通る、デュアルチャネル１６０７および１６０９により分離された内側領域１６０３および外側領域１６０５とをもつ、独特の２つのゾーンからなるヒータである。内側領域１６０３は、ヒータにわたってウェーハの直径をサセプタ上に位置させるように適用され、外側領域１６０５は、ヒータプレートの領域の残りの部分を実質的に囲む。この実施形態において、ヒータプレート１３０３は、薄膜加熱要素を備えたセラミックアセンブリである。

この実施形態において、ヒータプレート１３０３上に２つの離れた位置にあるコネクタポスト構造１６１１が組み立てられており、一方は内側領域１６０３用のものであり、他方は外側領域１６０５用のものである。独立して電力を供給することが可能な２つの離れた領域を設けることで、２ゾーンヒータ上にあるサセプタ上のウェーハを加熱するさいのエッジ効果に対応するように熱の分配を調整することが可能となるため、外径まで均等にウェーハを加熱でき、従来のヒータと比較して著しく向上される。

図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃは、主に図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃを参照して上述した、ヒータプレートおよびソケットアセンブリと組み合わせて本発明の実施形態において使用される独特のコネクタポスト１７０１を示す。図１６Ａは、コネクタポスト１７０１の等角投影図であり、図１６Ｂは、拡大端面図であり、図１６Ｃは、図１６Ｂの切断線１６Ｃ−１６Ｃに沿って切り取った断面図である。

コネクタポスト１７０１は、ねじ部１７０３と、フランジ１７０５と、可撓性フィンガポスト延長部１７０７とを備える。本発明の実施形態における全長は約１／２インチであり、そのうちねじ部とポスト延長部がそれぞれ約１／４インチであるが、他の実施形態において、それよりも長いまたは短いポストが使用されてよい。ねじ部のねじは、微細なねじ筋であることが好ましいが、いくつかの異なるねじサイズが使用されてよい。

図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃに示す好適な実施形態において、コネクタポスト１７０１のポスト延長部１７０７は、図示されているフィンガ１７０９などのように、１２個の同等の可撓性フィンガに分割される。コネクタポストは、通常、数種類のステンレス鋼の１つなどの耐薬品性材料からなり、フィンガのばね張力を適切なものにするために、当業者に知られている方法で加熱処理される。

以下、図１５Ａ、図１５Ｂおよび図１５Ｃを参照すると、各コネクタポスト構造１６１１が、２つのねじ穴をもつ起立部１６０１を備える。各起立部上には、絶縁バリヤ１３０９が配置され、コネクタポスト１７０１が、絶縁バリヤにある開口１５１１および１５１３を介してねじ込まれることにより、フランジ１７０５が、絶縁バリヤを捕らえてヒータプレートに対して保持する。図１２を参照すると、このアセンブリが明確に示されている。ヒータプレート１３０３は、ねじ穴により、各ヒータポストがヒータプレートにある適切な加熱要素と係合できるように構成されている。上述した独特の構造を利用するために、ヒータの構成に施されてよい構成は他にも多くあることは、当業者に明らかであろう。

図１２を再度参照すると、フィードスルー１３０１をもつフィードスルー貫通部は、ヒータプレート１３０３のコネクタポスト構造１６１１と係合するのに必要とされるパターンで閉塞プレート１２２６に設けられる。ヒータプレートが閉塞プレートに組み立てられる場合、各コネクタポスト構造の起立部１６０１は、円形開口１４１９（図１３Ａおよび図１３Ｂを参照）と係合する。同時に、絶縁バフル１３０９のバフル延長部１３１１が溝１４１７と係合して、見通し線接続を形成しない。上述したように、フィードスルー１３０１のワイヤ１４０９上のソケット１４１３により、ある程度の横運動が可能となることで、ポストの可撓性フィンガとともに、容易かつ確実に係合が達成される。

本願明細書に記載する好適な実施形態において、単一のヒータプレートにある２つの離れたヒータ領域への電力接続を与える２つのコネクタポスト構造がある。この実施形態において、分離した単一ポスト構造が示されていないが、同じソケットおよびポスト構成（単一ポスト以外同じ）を用いて、プラズマ強化されたＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスにおける、ＲＦバイアス付与用の高周波数接続に設けられる。しかしながら、コネクタポスト構造の数は増減してもよく、さらにデュアルポストフィードスルーが高周波数バイアス付与にも良好に使用されてよいことは、当業者に明らかであろう。

本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、上述した実施形態に行ってよい詳細およびスケールの変更が多数あることは、当業者に明らかであろう。多くのこのような変形についてはすでに記載した。他にも多数ある。例えば、集積回路の製造に現在使用されているウェーハサイズは多数あり、本発明の実施形態による処理ステーションは、個々のウェーハサイズまたはある範囲のウェーハサイズを収容するように構成されてよい。本発明によるステーションは、例えば、直径が最大１２インチまたはそれ以上のウェーハを収容するような大きさのものであってよいが、名目上の８インチ直径のウェーハを適切に均等に効率的に加熱するようにヒータ構造に適合されてよい。

本発明の範囲の別の例として、上記に詳細に記載したドライブアセンブリ１２０９により、本発明のさまざまな実施形態においてペデスタルアセンブリを昇降するために、効率的で滑らかで極めて超寿命のドライブが得られる。しかしながら、使用されてよいこのようなドライブには多数の変形があり、さらに、従来技術と比較して独特の発明上の違いを備えたまま、いくつかの実施形態に組み込まれてよいまったく異なるドライブもある。

ＡＬＤプロセス用の多目的処理チャンバの使用
本発明の別の態様において、図１０Ａ〜図１６Ｃを参照して上述した多目的プロセスチャンバは、図１Ａ〜図９を参照して開示され記載されたように、原子層成長（ＡＬＤ）プロセスを実行するために用いられる。

以下、図５を参照すると、ＶＥＳＣＡＲ構成２７が、真空中央基板ハンドラ２３につなげられたシステム構成が示されている。図７を参照して記載したように、複数のＶＥＳＣＡＲユニットは、真空中央基板ハンドラのスリット弁につなげられてよい。ハンドラ２３は、図１０Ａを参照して記載したものと本質的に同じクラスタツールハンドラであり、本願明細書において教示したように、多目的チャンバまたはＶＥＳＣＡＲユニットのいずれかか、それぞれの１つまたはそれ以上のものが、このようなクラスタツールハンドラにつながれてよいことは明らかであろう。

本発明の好適な実施形態において、上記記載による少なくとも１つの多目的チャンバが、クラスタツールハンドラにつながれ、ガス供給制御装置が、図８および図９を参照して上述した記載による多目的チャンバに与えられる。好ましくは複数の多目的チャンバ（以下、ＡＬＤチャンバ）が、少なくとも１つのロードロック装置とともにつながれて、被覆するウェーハが、固定されたＡＬＤチャンバに装填されそこから取り外されてよい。このように、ＡＬＤチャンバの数と同程度のウェーハが、各サイクルに導入されてよく、各ウェーハは、実行するＡＬＤプロセスに対して独自の専用のプロセスチャンバをもつ。プロセスは同一のものであっても非常に異なるものであってもよく、装填、取り外し、および処理パラメータは、適合するようにプログラムされてよい。

以下、処理位置（１１Ｄ）および搬送位置（１１Ｅ）にある、多目的チャンバの１つを示す図１１Ｄおよび図１１Ｅを注目する。この態様のチャンバ１２０４は、ＡＬＤプロセスにより被覆されるウェーハの大きさに特に適合するように提供されるため、ガス流量と一致するチャンバの容積が最小限に抑えられる。チャンバの容積は、ペデスタルが最高位置にある場合に確定されるのに対して、ペデスタルが後退する場合（図１１Ｅ）、容積は明らかに大きくなる。

ＡＬＤガスは、リッド１２６７として一般的に示した特別なリッドを介して供給され、リッドを多目的チャンバに置き換えることにより、ウェーハの厚み、膜材料などの変化のような特別な状況に対応してよい。同様に、処理を行うための排気速度は、ペデスタルが最高位置にあるときに形成される環状体１２２５により処理位置において決定される。排気要求は、リング１２５３（図１１Ｅ）を取り替えることにより微調整されてよい。

動作中、ペデスタルが後退し、仕上がったウェーハが取り外され、新しいウェーハがクラスタツール構成にある各チャンバに装填される。スリット弁インタフェースは閉じられ、ペデスタルが前進する。このプロセスにおいて、各チャンバにあるウェーハ炉床がある温度に維持されるため、ウェーハは急速に処理温度まで上昇する。これは、熱風を導入することにより促進されてよい。ウェーハが被覆温度になると、各チャンバにガスフロー投入法が課せられ、ＡＬＤプロセスが始まる。

本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、上述した装置および方法に施してよい変更が多数あることは、当業者に明らかであろう。多数の異なるサイズのウェーハが、例えば、チャンバの一部の構成要素を変えることにより処理されてよい。プロセスパラメータは、さまざまな方法で調整されてよい。

さらなる例として、ヒータプレートやサセプタの材料など、本発明の多数の構成要素に施されてよい材料の代用が多数ある。広範囲の変形がなされてよい点から鑑みて、本発明は特許請求の範囲によりのみ制限される。

一般的な原子層成長プロセスの略図である。 ＡＬＤガスパルスの典型的なタイミング図である。 本発明の実施形態によるロープロファイルコンパクトリアクタユニットの等角投影図である。 本発明の実施形態によるフラップタイプの仕切弁とフランジを示す、図１のコンパクトリアクタユニットの等角投影図である。 本発明の実施形態による図１に示した２つのコンパクトリアクタユニットの右側面図である。 本発明のさらなる別の実施形態によるロードロックと一体型のＶＥＳＣＡＲ２７の立面図である。 本発明の実施形態によるＡＬＤ垂直積層システムアーキテクチャの立面図である。 単一のＬＰ−ＣＡＲユニットにおいて複数の基板を処理するのに適した本発明の実施形態によるＬＰ−ＣＡＲの平面図である。 本発明の代替実施形態による生産システム１９の上面図である。 本発明の実施形態による後方から見た図１の積層コンパクトリアクタの立面図である。 本発明の実施形態によるガスリサイクリングおよび前駆体捕捉システムを示す図である。 本発明の実施形態において使用される当業者に知られているクラスタツールベースの処理システムの理想的な平面図である。 当業者に知られている従来のＣＶＤ処理ステーションのほとんどが略図化された断面立面図である。 本発明の好適な実施形態による多目的処理ステーションの等角投影図である。 図１１Ａの多目的処理チャンバの分解図である。 図１１Ａの多目的処理ステーション装置の等角投影切欠立面図である。 処理モードの状態を示した図１１Ａの多目的処理チャンバの立面断面図である。 搬送モードの状態を示した図１１Ａの装置の立面断面図である。 図１１Ｅからの電気フィードスルー装置を含むペデスタル要素の立面断面図である。 図１２の電気フィードスルー装置の立面断面図である。 図１３Ｃの切断線１３Ｂ−１３Ｂに沿って切り取った図１３Ａのフィードスルーの本体アセンブリを切り取った、断面図である。 図１３Ａのフィードスルー装置の上面図である。 図１２からのセラミック絶縁体バリヤの側面立面図である。 図１４Ａの側面図に示された絶縁バリヤの平面図である。 本発明の実施形態における２つのゾーンからなるヒータプレートの等角投影図である。 図１５Ａのヒータプレートの平面図である。 図１５Ａのヒータプレートの側面図である。 本発明の実施形態におけるコネクタポストの等角投影図である。 図１６Ａのコネクタポストの端面図である。 図１６Ａおよび図１６Ｂのコネクタポストの断面図である。

Claims (10)

1. 第１の断面積を有する下縁を備えた処理チャンバ部分と、
   処理チャンバ部分の下に位置され、第１の断面積よりも大きい真空排気ポート、基板搬送ポート、および処理チャンバの円形下縁の下に位置する第２の断面積を備えるベースチャンバ部分と、
   第１の断面積よりも小さい第３の断面積をもつ上側基板支持表面を備え、垂直方向の並進移動を可能にするダイナミック真空シールにより、基板搬送ポートの下でベースチャンバ部分に適用された基板支持ペデスタルと、
   処理チャンバの円形下縁と実質的に同一平面の処理位置か、または排気ポートの上方であり基板搬送ポートの下方であるベースチャンバ部分内の下側搬送位置に、上側支持表面を位置させるように、基板支持ペデスタルを並進移動するように適用された垂直並進移動ドライブシステムと、
   処理チャンバに取り付けられ、原子層成長（ＡＬＤ）プロトコルによりガスを供給する取り外し可能なガス供給リッドとを具備し、
   基板支持ペデスタルが処理位置にあるときに、基板支持ペデスタルの断面積と、より大きい第１の断面積とが、処理チャンバ部分から真空排気ポートを介した第１の制限された排気速度を決定する第１の全有効面積を有する第１の排気通路を形成し、また、基板支持ペデスタルが下方搬送位置にあるときに、基板支持ペデスタルの断面積と、より大きい第２の断面積とが、第１の有効面積よりも大きな第２の有効面積をもつ第２の環状排気通路を形成して、処理チャンバからの第２の排気速度を第１の制限された排気速度よりも速くすることが可能である、クラスタツールシステムのためのＡＬＤ処理ステーション。
2. 第１の断面積が、交換可能なリングにより形成されることにより、一定の外径および異なる内径とを有する交換可能なリングを交換することにより、第１の排気速度が速くなるように変更され得る、請求項１に記載の処理チャンバ。
3. 上側支持表面から始まり上側支持表面の下方に延伸する基板ペデスタルの一部を取り囲む環状側板をさらに具備し、上側支持表面の高さにある環状側板の排気面積は、第１の断面積と実質的に等しいため、基板支持ペデスタルが処理位置にあるとき、環状側板が第１の断面積と結合して、処理チャンバからのすべてのガスフローを、環状側板と基板支持ペデスタル間の環状側板内に流すように抑制する、請求項１に記載の処理チャンバ。
4. 処理チャンバの上縁を閉じる取り外し可能なリッドが、リッドとダイナミック真空シールを取り外し可能であるように取り外し可能なシールで取り付けられることにより、基板支持ペデスタルをベースチャンバ領域内から処理チャンバ領域を介して上方に引き出すことができる、請求項１に記載の処理ステーション
5. 取り外し可能なリッドが、基板支持ペデスタルが処理位置にあるとき、基板支持ペデスタル上に支持されている露出された基板表面にわたって均等に処理ガスを供給するためのガス分配システムを備える、請求項４に記載の処理ステーション。
6. 基板支持ペデスタルが、上側支持表面と平行であり処理チャンバのための真空境界を形成する閉塞プレートと、閉塞プレートとは断熱された処理チャンバ側にあるヒータプレートと、ヒータプレートの上方に、ヒータプレートとは離間して配置され、上側支持表面を形成する電気的に絶縁されたサセプタとを備える、請求項１に記載の処理ステーション。
7. ヒータプレートが、少なくとも２つの別々に電力が供給される加熱領域をもつ複合ヒータプレートであり、別々に電力が供給される領域への電力を管理することにより、プレート全体にわたっての温度プロファイルを管理することができる、請求項６に記載の処理ステーション。
8. 内側加熱領域が、ヒータプレートを実質的に介して少なくとも１つの溝により外側加熱領域から分離される、請求項７に記載の処理ステーション。
9. 内側加熱領域が、ヒータプレートにより加熱される基板の断面積と実質的に等しい断面積をもつ、請求項７に記載の処理ステーション。
10. ダイナミック真空シールが、ステンレス鋼製のベローズである、請求項１に記載の処理ステーション。

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