JP2013539209A - Ｃｖｄ反応器用の排気システム - Google Patents

Abstract

化学蒸着反応器１０とウェハー処理の方法とを提供する。反応器１０は、内部空間２６を有する反応チャンバ１２と、チャンバの内部空間と連通するガス注入口マニホールド１４と、流路７８及び１つ又は複数のポート７６を有する排気マニホールド７２を含む排気システムと、チャンバ内に取付けられる１つ又は複数の清掃部材８０とを備えている。ガス注入口マニホールド１４は、内部空間２６に保持されている基板５８上に堆積物を形成するようにプロセスガスを通すことができる。流路７８は、１つ又は複数のポート７６を通じてチャンバ１２の内部空間２６と連通することができる。１つ又は複数の清掃部材８０は、（ｉ）１つ又は複数の清掃部材を１つ又は複数のポートから離している運転位置と、（ｉｉ）１つ又は複数の清掃部材を１つ又は複数のポート７６内に係合している清掃位置との間で移動可能とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハー処理装置と、このような処理装置に使用する排気システムと、このような排気システムを清掃する方法とに関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１０年８月２日に出願された米国仮特許出願第１２／８４８，５４０の出願日の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、その開示内容を引用することによって本明細書の一部を成すものとする。

多くの半導体素子は、基板上で施されるプロセスによって形成される。この基板は、一般的には「ウェハー」と称される結晶質の平板（スラブ、slab）である。通常、ウェハーは、結晶質を堆積することによって形成され、ディスクの形態を成している。このようなウェハーを形成するための１つの一般的なプロセスは、エピタキシャル成長である。

例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体等の化合物半導体から形成される素子は、通常では有機金属気相成長法、すなわち「ＭＯＣＶＤ」を用いて化合物半導体の連続層を成長させることによって形成される。このプロセスでは、ウェハーは、高温で維持している間にそのウェハーの表面上を流れるガスの組み合わせに晒され、このガスの組み合わせは、通常では第ＩＩＩ族金属源としての金属有機化合物を含み、また第Ｖ族元素源も含む。通常、金属有機化合物及び第Ｖ族源は、反応にはっきりとは関与しないキャリアガス、例えば窒素等と結合される。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の一例は、有機ガリウム化合物とアンモニアとの反応によって、好適な結晶格子間隔を有する基板、例えばサファイヤウェハー上等に形成することができる窒化ガリウムとなっている。通常、ウェハーは、窒化ガリウム及び関連化合物の堆積中に５００℃〜１１００℃程度の温度で維持されている。

半導体の結晶構造及びバンドギャップを変化させるように僅かに異なる反応条件下で、例えば、他の第ＩＩＩ族元素又は第Ｖ族元素を付加するような条件下では、ウェハーの表面上に連続して多数の層を堆積することによって複合素子を作製することができる。例えば、窒化ガリウム系半導体において、インジウム、アルミニウム又はその双方を様々な割合で用いて、その半導体のバンドギャップを変化させることができる。また、ｐ型ドーパント又はｎ型ドーパントを加えて各層の導電率を制御することができる。全ての半導体層が形成された後では、通常は適切な電気接点が加えられた後に、ウェハーが個々の素子に切り分けられる。このようにして、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）及びレーザー等の素子、並びに他の電子素子及びオプトエレクトロニック素子を作製することができる。

典型的な化学蒸着プロセスでは、多くのウェハーを、各ウェハーの頂面を一般的にはウェハーキャリアと称される構成要素の頂面において露出させるように、そのウェハーキャリア上にて保持している。次いでこのウェハーキャリアを反応チャンバ内に配置し、ガス混合体がウェハーキャリアの表面に渡って流れる間にこのウェハーキャリアを所望の温度で維持する。プロセス中は、キャリア上の種々のウェハーの頂面上の全ての箇所において均一の条件を保つことが重要である。反応性ガスの組成における僅かなバラツキ及びウェハー表面の温度における僅かなバラツキは、結果として得られる半導体素子の特性において所望ではないバラツキを引き起こすこととなる。

例えば、窒化ガリウムインジウム層が堆積すると、ウェハー表面温度又は反応性ガスの濃度におけるバラツキは、蒸着層の組成及びバンドギャップにおけるバラツキを引き起こすこととなる。インジウムは比較的高い蒸気圧を有するため、蒸着層は、表面温度がより高いウェハーの領域においてより低い割合のインジウムとより大きなバンドギャップとを有する。蒸着層がＬＥＤ構造体の活性発光層である場合、ウェハーから形成されたＬＥＤの発光波長も変化する。従って、これまでに均一の条件を保つことに対して当該技術において多大な努力がささげられてきた。

産業界で広く受け入れられている１つの種類のＣＶＤ装置は、それぞれが１つのウェハーを保持するように構成された多くのウェハー保持領域を有する大型のディスクの形態のウェハーキャリアを用いている。ウェハーキャリアは、ウェハーの露出した表面を有するウェハーキャリアの頂面をガス分配部材に向かって上に向けるように、反応チャンバ内でスピンドル上に維持されている。スピンドルが回転している間に、ガスはウェハーキャリアの頂面上に下方に配向されて、ウェハーキャリアの周縁に向かって頂面を横切って流れる。

ウェハーキャリアは、加熱素子、通常はウェハーキャリアの底面下に配置される電気抵抗加熱素子によって、所望の高温で維持される。これらの加熱素子は、ウェハー表面の所望の温度を上回る温度で維持されるが、ガス分配部材は、通常ではガスの早期反応（premature reaction）を防ぐように所望の反応温度を十分に下回る温度にて維持される。従って、熱は、加熱素子からウェハーキャリアの底面まで伝達され、ウェハーキャリアを通じて個々のウェハーまで上方に流れる。

使用済みガスは、反応チャンバからウェハーキャリアの下に配置される排気ポートを通じて排出され、通常はチャンバの周縁付近のスピンドルの軸の周りに分配される。排気ポートは、各ポート内へのガスの流量を制限する機能部を有することができ、これによって、排気ポート内へのガスの均一な流量が促進されるようになっている。従来のＣＶＤ反応器では、反応物質の生産物の寄生成長を排気ポート上に形成することができる。そのような寄生成長は、反応物質の流量を可能な限り均一に維持可能とするように周期的に除去され、その結果、ウェハー表面におけるプロセスの不均一性を改善することができる。しかしながら、そのような除去は、通常では反応器を分解すること、すなわち無駄な生産時間を必要とすることとなる。

そのようなシステムの最適化に対して、これまでに当該技術において多大な努力がささげられてきたが、なお更なる改良が望まれている。詳細には、排気システムを清掃する、より良い方法を提供することが望まれている。

化学蒸着反応器とウェハー処理の方法とを提供する。本発明の一態様では化学蒸着反応器を提供する。前記反応器は、内部空間を有する反応チャンバと、前記チャンバの内部空間と連通するガス注入口マニホールドと、流路及び１つ又は複数のポートを有する排気マニホールドを含む排気システムと、前記チャンバ内に取付けられている１つ又は複数の清掃部材とを備えている。前記ガス注入口マニホールドは、内部空間にて保持されている基板上に堆積物を形成するようにプロセスガスを通す（admit）ことができる。前記流路は、前記１つ又は複数のポートを通じて前記チャンバの内部空間と連通することができる。前記１つ又は複数の清掃部材は、（ｉ）該１つ又は複数の清掃部材を前記１つ又は複数のポートから離している運転位置と、（ｉｉ）該１つ又は複数の清掃部材を前記１つ又は複数のポート内に係合させている清掃位置との間で移動可能に構成することができる。

特定の実施の形態では、前記チャンバは、基板の挿入及び取り外し用の入口ポートと、チャンバに取付けられているシャッタとを有することができる。一例では、前記シャッタは、（ｉ）該シャッタを前記入口ポートから離している開放位置と、（ｉｉ）前記シャッタによって前記入口ポートを封鎖している閉鎖位置との間で移動可能に構成することができる。１つの例示的な実施の形態では、前記１つ又は複数の清掃部材を、前記シャッタと共に移動するように前記シャッタに取付けることができる。１つの特定の例では、前記清掃部材は、（ｉ）前記シャッタが前記閉鎖位置に位置しているときには前記運転位置に位置し、（ｉｉ）前記シャッタが前記開放位置に位置しているときには前記清掃位置に位置するように構成することができる。前記シャッタが垂直方向に移動する場合、通常シャッタを開放するためには下降させ、シャッタを閉鎖するためには上昇させる。従って、開放位置を「下」位置と称することもでき、前記閉鎖位置を「上」位置と称することもできる。

本発明の別の態様はウェハー処理の方法を提供する。この方法は、反応チャンバを準備するステップと、各ウェハーの頂面を前記ウェハーキャリアの頂面にて露出させるように、１つ又は複数のウェハーをウェハーキャリア上で保持するステップと、１つ又は複数のプロセスガスを前記ウェハーの露出した頂面に供給するステップと、前記プロセスガスの一部を、排気システムを通じて除去するステップと、前記チャンバ内に取付けられた１つ又は複数の清掃部材を下方に移動させるステップと、前記排気マニホールドを清掃するように前記清掃部材のそれぞれの少なくとも一部を前記排気マニホールド内に挿入するステップとを含む。前記反応チャンバは、内部空間を画定することができ、ウェハーキャリアの挿入及び取り外し用の入口ポートを含むことができる。前記排気システムは排気マニホールドを含むことができる。前記排気マニホールドは流路及び１つ又は複数のポートを有することができる。前記流路は、前記１つ又は複数のポートを通じて前記チャンバの内部空間と連通することができる。

特定の実施の形態では、前記方法は、前記チャンバに取付けられたシャッタを、（ｉ）該シャッタを前記入口ポートから離している開放位置から、（ｉｉ）前記シャッタによって前記入口ポートを封鎖する閉鎖位置まで移動させるステップを含むことができる。一例では、前記１つ又は複数の清掃部材を、前記シャッタと共に移動するように前記シャッタに直接連結することができる。１つの例示的な実施の形態では、前記シャッタを移動させるステップは、前記清掃部材を、（ｉ）前記シャッタが前記閉鎖位置に位置しているときには運転位置まで、（ｉｉ）該シャッタが前記開放位置に位置しているときには清掃位置まで移動させるステップを含むことができる。

本発明の一実施形態による化学蒸着装置を示す斜視断面図である。 図１に示される化学蒸着装置の部材の実施形態を示す部分斜視断面図である。 図１に示される化学蒸着装置の上面断面図である。 図２に示される部材の別の実施形態を示す部分斜視断面図である。 １つの位置における、本発明の更なる実施形態による装置の部分を示す部分側面断面図である。 異なる位置において示される、図５Ａの装置の部分側面断面図である。

図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る化学蒸着反応器１０の形態の化学蒸着装置が反応チャンバ１２を備え、反応チャンバ１２の一端部にガス注入口マニホールド１４が配置されている。ガス注入口マニホールド１４を有するチャンバ１２の端部は、本明細書においてチャンバ１２の「頂（top）」端部と称される。チャンバのこのような端部は必ずしもではないが、通常、標準の重力基準系におけるチャンバの頂部（top）に配置されている。従って、本明細書において用いられる下方向は、ガス注入口マニホールド１４から離れる方向を指し、その一方で上方向は、チャンバ内にてガス注入口マニホールド１４に向かう方向を指す。これらの方向は、重力による上方向及び下方向と一致するか否かには関係ないものとする。同様に、部材の「頂」面及び「底」面は、本明細書において、チャンバ１２及びマニホールド１４の基準系を参照して説明される。

チャンバ１２は、このチャンバの頂端部における頂部フランジ２２と、このチャンバの底端部におけるベースプレート２４との間に延びる円筒形壁２０を有している。壁２０、フランジ２２、及びベースプレート２４は、これらの間に、ガス注入口マニホールド１４から放出されるガスを収容可能とする気密封止された内部空間２６を画定している。チャンバ１２は円筒形として示されているが、他の実施形態は、例えば、錐面若しくは他の回転面、正方形、六角形、八角形、又は任意の他の適切な形状を有する別の形状を有するチャンバを含むことができる。

ガス注入口マニホールド１４は、金属有機化合物及び第Ｖ族金属源等のキャリアガス及び反応性ガス等のプロセスガスであって、ウェハー処理プロセスにて用いられるプロセスガスの供給源に接続されている。典型的な化学蒸着プロセスでは、キャリアガスは、窒素、水素、又は窒素及び水素の混合体とすることができ、その結果、ウェハーキャリアの頂面におけるプロセスガスを、反応性ガス成分の幾らかの量を有する窒素及び／又は水素から主に構成することができる。ガス注入口マニホールド１４は、種々のガスを受け入れて、プロセスガスの流れを略下方向に向けるように配置されている。

ガス注入口マニホールド１４はまた、動作中に部材の温度を所望の温度に維持するよう、ガス分配部材を通じて液体を循環させるように配置される冷却系（図示されない）に接続することもできる。チャンバ１２の壁を冷却するために同様の冷却機構（arrangement）（図示されない）を設けることができる。

チャンバ１２にはまた、アンティチャンバ（antechamber）３２につながる入口開口部３０と、入口開口部３０を開閉するシャッタ３４とが設けられている。シャッタ３４は、ドアがチャンバ１２の内部空間２６をアンティチャンバ３２から分離する閉鎖位置であって、図１にて実線で示される閉鎖位置、すなわち、上位置と、図１の３４’にて破線で示される開放位置、すなわち、下位置との間で移動可能となっている。

シャッタ３４は、リンク機構３５（図２に示される）を用いてシャッタ３４に結合された制御及び作動機構４１（図２に概略的に示される）によって移動可能とすることができる。制御及び作動機構４１は、シャッタ３４を、図１に示される閉鎖位置と、符号「３４’」として示される開放位置との間で移動させることができる。制御及び作動機構は、リンク機構３５及びシャッタ３４を移動させることができる任意の種類のアクチュエータ、例えば、機械的アクチュエータ、電気機械的アクチュエータ、油圧式アクチュエータ、又は空気圧式アクチュエータを含むことができる。図２にて見てとることができるように、シャッタ３４は、ガス注入口マニホールド１４に面する上面３６と、排気マニホールド７２に面する下縁部３７とを画定している。

シャッタ３４は、例えば米国特許第７，２７６，１２４号において開示されているように構成することができ、この米国特許の開示は引用することにより本発明書の一部を成すものとする。シャッタ３４は円筒形として示されているが、他の実施形態は、例えば、正方形、六角形、八角形、又は任意の他の適切な形状を有する別の形状を含んだシャッタを備えることができる。

再び図１を参照すると、スピンドル４０は、該スピンドル４０の中心軸４２が上方向及び下方向に延びるようにチャンバ内に配置されている。スピンドルは、ベアリング及びシール（図示されない）を組み込む従来の回転型パススルー装置（pass-through device）４４によってチャンバに取付けられており、その結果、スピンドルは、スピンドル４０とチャンバ１２のベースプレート２４との間における封止を維持しながら中心軸４２回りにて回転することができる。スピンドル４０は、その頂端部にて、すなわち、ガス注入口マニホールド１４に最も近いスピンドルの端部にて接続金具４６を有している。接続金具４６は、ウェハーキャリア５０に取り外し可能に係合するように構成されている。ここで開示されている特定の実施形態では、接続金具４６は、スピンドル４０の頂端部に向かってテーパ状に形成されると共に平坦な頂面にて終端するように形成される略円錐台形の部材となっている。

スピンドル４０は、中心軸４２回りにスピンドルを回転させるように配置される電動機等の回転駆動機構４８に接続されている。スピンドル４０にはまた、ガス通路内で概してスピンドルの軸方向に延びる内部の冷却材流路を設けることができる。内部冷却材流路を冷却剤供給源に接続することができ、その結果、流体冷却剤を冷却剤供給源によって、冷却剤流路を通じて冷却剤供給源に戻るように循環させることができる。

ウェハーキャリア５０は、中心軸５４を有する実質的に円形ディスクの形態である本体５２を含む。図１及び図３に示される動作位置では、ウェハーキャリア本体５２の中心軸５４は、スピンドルの軸４２と一致している。本体５２を、単体として又は複数の部品の複合体として形成することができる。例えば、米国特許出願公開第２００９／０１５５０２８号にて開示されているように、ウェハーキャリア本体は、本体６２の中心軸５４を包囲する小さな領域を画定するハブと、ディスク状本体の残りの部分を画定するより大きな部分とを含むことができる。上記米国特許出願公開の開示は引用することにより本発明書の一部を成すものとする。

ウェハーキャリア本体５２を、ＣＶＤプロセスを損なわず、かつこのプロセスにおいて晒される（encountered）温度に耐えることができる材料から形成することができる。例えば、ディスクのうちのより大きい部分を、グラファイト、炭化ケイ素、又は他の耐火材料等の材料から大部分を又は全体的に形成することができる。本体５２は、互いに対して略平行にかつディスクの中心軸５４に対して略垂直に延びている略平面的な頂面及び底面を有している。本体５２はまた、本体の頂面から本体５２内に下方に延びている複数の略円形のウェハー保持ポケット５６も有しており、各ポケットはウェハー５８を保持するように構成されている。一例では、ウェハーキャリア本体５２は、その直径を約５００ｍｍ〜約１０００ｍｍとすることができる。

サファイヤ、炭化ケイ素、又は他の結晶基板から形成されるディスク状ウェハー等のようなウェハー５８の形態の基板が、ウェハーキャリア５０の各ポケット５６内に配置されている。通常、各ウェハー５８は、その主表面の寸法に比べて小さい厚みを有している。例えば、直径が約２インチ（５０ｍｍ）の円形ウェハー５８は、厚さを約４３０μｍ以下とすることができる。各ウェハー５８は、その頂面を上に向けた状態で配置されており、その結果、この頂面はウェハーキャリア５０の頂部において露出することとなる。

反応器１０は、ウェハーキャリア５０をアンティチャンバ３２からチャンバ１２内へ移すことと、動作条件にてウェハーキャリア５０をスピンドル４０と係合させることとが可能であるローディング機構（図示されない）であって、かつウェハーキャリア５０をスピンドル４０からアンティチャンバ３２内へ移すことも可能であるローディング機構（図示されない）をさらに備えることができる。

加熱素子６０が、チャンバ１２内に取付けられており、接続金具４６の下方のスピンドル４０を包囲している。加熱素子６０は、主に放射伝熱によって熱をウェハーキャリア５０の底面に伝達することができる。ウェハーキャリア５０の底面に加えられた熱は、ウェハーキャリア５０の本体５２を通ってウェハーキャリアの頂面に向かって上方に流れることが可能となっている。熱は、各ウェハー５８の底面まで上方に進み、かつウェハー５８を通ってウェハーの頂面に向かって上方に通過することができる。熱を、ウェハーキャリア５０の頂面及びウェハー５８の頂面からプロセスチャンバ１２のより冷たい部材まで、例えば、プロセスチャンバ１２の壁２０及びガス注入口マニホールド１４まで放射することができる。熱はまた、ウェハーキャリア５０の頂面及びウェハー５８の頂面から、これら頂面を横切る（passing over）プロセスガスまで伝達することができる。チャンバ１２はまた、加熱素子６０を収容するチャンバのエリア内にプロセスガスが侵入することを低減する外側ライナ２８を含んでいる。例示的な一実施形態例では、熱シールド（図示されない）を加熱素子６０の下方に設けて、例えば、ウェハーキャリア５０に対して平行に配置して、熱を加熱素子６０から、チャンバ１２の底端部におけるベースプレート２４に向かって下方に配向するのではなくウェハーキャリア５０に向かって上方に配向することを助けることができる。

チャンバ１２にはまた、使用済みガスをチャンバの内部空間２６から除去するように構成された排気システム７０が設けられている。排気システム７０は、チャンバ１２の底部に又は底部付近に排気マニホールド７２を含んでいる。排気マニホールド７２は、ベースプレート２４を通って下方に延びると共に反応チャンバ１２から使用済みガスを運び出すように構成された排気導管７４に結合されている。

図１に示されるように、排気マニホールド７２は、スピンドル４０の頂部の下方でかつウェハーキャリア５０の下方でチャンバ１２の周縁部に延びている。排気マニホールド７２は流路又はチャネル７８を画定している。チャネル７８は円筒形又はリング状として示されているが、他の実施形態は、例えば、正方形、六角形、八角形又は任意の他の適切な形状を有する別の形状を含むチャネル７８を備えることができる。

排気マニホールド７２は、チャンバ１２の内部空間２６からマニホールド７２の頂面７７を通ってチャネル７８内に延びている、円形の開口の形態の複数のポート７６を含んでいる。チャネル７８は、直径方向に対向した位置にて２つの排気ポート７９に結合されている。各排気ポート７９は、チャネル７８と排気導管７４との間で延びている。導管７４は、ポンプ７５又は他の真空源にさらに接続されている。

ポート７６は、例えば、約０．５インチ〜約０．７５インチの比較的小さな直径を有するものである。ポート７６は、チャンバ１２の内部空間２６と排気マニホールド７２のチャネル７８との間における流量制限をもたらす低い流体コンダクタンス部材を提供する。従って、排気マニホールド７２は、チャンバ１２の内部空間２６と排気ポート７９との間に圧力バリアを提供し、その結果、チャンバ１２の内側における反応物質の流量均一性の増加をもたらすこととなる。チャネル７８内の流れ抵抗が小さいため、全てのポート７６を通る流量は実質的に等しくなる。これによって、チャンバ１２の周縁部のチャネル７８内に向かう排ガスの実質的に均一な流量がもたらされることとなる。

特定の例では、排気マニホールド７２は略１０個のポート７６を含むことができ、各ポート７６は各隣接ポート７６から略３６度離れて位置している。他の実施形態では、排気マニホールド任意の個数のポートを含むことができ、各ポートは各隣接ポートから任意の距離離れて位置している。例えば、排気マニホールド７２の頂面の周囲に等しい距離でそれぞれ離間する６個、８個、１２個、１６個、２０個、２４個、又は３２個のポートを設けることができる。

ここで開示されるように、排気マニホールド７２は円形のポート７６を含んでいる。他の実施形態では、排気マニホールド内の開口は、例えば、楕円形、放物形、正方形、長方形、三角形、六角形、八角形、三日月形、又はＳ字型を含む任意の形状を画定することができる。

ここで開示されるように、各ポート７６は、反応チャンバの中心軸から半径方向に、頂面７７の幅の略４分の３を水平方向に横切って延びている。他の実施形態では、各ポートは、頂面の幅の略半分、３分の２、５分の４、又は１０分の９を含むような排気マニホールドの頂面における幅の任意の部分を横切って延びることができる。

排気マニホールド７２のポート７６等の低流体コンダクタンス部材がチャンバ１２内に含まれていなかった場合、２つの直径方向に対向した排気ポート７９の位置は、圧力勾配をチャンバ１２の外周で引き起こし、従って、ウェハーキャリア５０を横切る不均一なガス流量をもたらす可能性があり、このガス流量は、結果として得られる半導体ウェハー５８の特性における所望でないバラツキを引き起こす可能性がある。

流量制限を提供するために排気マニホールド７２を使用することは、反応器１０の動作中にポート７６内外に（in and around）形成される固体粒子（例えば反応物質の生産物）の寄生成長をもたらす可能性がある。そのような固体粒子は、ポート７６のうちの幾つか又は全ての大きさを小さくするか又はポート７６のうちの幾つか又は全てを完全に封鎖する場合があり、これによって種々のポート７６間の不均一な流量を引き起こす可能性があり、これはガス流量における所望ではないバラツキをもたらし、その結果、反応器１０によって形成されるウェハー５８の特性に影響を及ぼす場合がある。ポート７６のうちの１つ又は複数の部分封鎖もまた、ウェハー５８の不均一な成長速度を引き起こす可能性がある。

反応器１０は、プランジャ８０の形態の複数の清掃部材をさらに含み、各プランジャは、プランジャ８０が排気マニホールド７２に対してシャッタ３４と共に上下に並進移動するように、シャッタ３４から、すなわち、シャッタの下縁部３７における位置又は下縁部３７付近の位置から下方向に延びている。各プランジャ８０は、それぞれのポート７６から固体粒子を清掃するように構成されている。プランジャ８０が排気マニホールド７２の頂面７７に対して上下に並進移動されるときに各プランジャ８０がそれぞれのポート７６の内縁部から固体粒子を掻き取ることができるように、各プランジャ８０は、それぞれのポート７６と略等しいか又はそれぞれのポート７６よりも僅かに小さい直径を画定することができる。

図２に最もよく示されているように、各プランジャ８０は、シャッタ３４に対してその外面３８において取付けられており、各プランジャ８０は、内方及び下方に屈曲されるシャフト８１と、プランジャの下端部における円錐形の先端部８２の形態の接触部材とを含む。円錐形の先端部８２を有することによって、シャッタ３４が下方に移動すると複数のプランジャがそれぞれのポート７６に対して自己配置（self-locate）可能となり、その結果、円錐形の先端部８２がそれぞれのポート７６と正確に位置合わせされていない場合、円錐形の先端部８２と頂面７７との間の接触によって、プランジャ８０が、それぞれのポート７６内へ下方摺動することができるまでシャッタ３４を僅かに水平方向に移動可能にする。プランジャシャフト８１は望ましくは、そのような自己センタリングを可能にするように水平方向にて十分な可撓性を有している。

ここで開示されるように、各清掃部材８０は円形のプロファイルを有すると共に円錐形に形成された先端部８２を含む。他の実施形態では、各清掃部材の接触部材は、例えば楕円形、放物形、正方形、長方形、三角形、六角形、八角形、三日月形、又はＳ字型を含む任意の形状を画定することができる。

ここで開示されるように、円錐形の先端部８２は各清掃部材８０の下端部に位置している。他の実施形態では、各清掃部材の接触部材は清掃部材の下端部に位置する必要はない。一例では、各清掃部材は、同じ直径及び断面プロファイルを有するシャフト及び先端部を有することができ、その結果、シャフトのいずれの部分も清掃部材としての機能を果たすことができる。別の例では、各清掃部材は、その上端部及び下端部間に位置する接触部材であって、半径方向に延びるディスクの形態の接触部材を有することができる。そのような例では、清掃部材の下端部が、ディスク状の接触部材がポートに接触するまでポート内へと下方に移動させられて、その結果、ポートの固体粒子を掻き取ることができる。

各先端部８２及びそれぞれのポート７６の相対直径に応じて、各プランジャ８０をそれぞれのポート７６内に完全に挿入してもよいし（例えば、先端部の直径はポートの直径よりも小さいか又はポートの直径と等しい）、各プランジャ８０をそれぞれのポート７６内に部分的に挿入してもよい（例えば、先端部の直径はポートの直径よりも大きい）。先端部８２の直径がそれぞれのポート７６の直径よりも大きい実施形態では、先端部８２の周縁部が排気マニホールド７２の頂面７７に接触するまで先端部８２を開口内へと下降させることができる。それぞれのポート７６に向かう先端部８２のそのような部分的貫通は、ポート７６内に堆積された固体粒子の幾らか又は全てを効果的に除去することができる。

図２に示されるように、各ポート７６は面取りされた縁部を有することができる。各ポート７６の面取りされた縁部の角度は、幾つかの実施形態では、角度は、それぞれの先端部８２の角度に略一致することができる（例えば、各ポートの面取りされた縁部の角度及び各先端部の円錐形の角度は略４５度とすることができる）が任意の角度とすることができる。それぞれの先端部８２の直径がポートの直径よりも大きい実施形態では、ポートの面取りされた縁部と円錐形の先端部との間における嵌合表面は、ポートと先端部との間でより大きな表面積の接触を可能にし、従って、ポート７６から大量の固体粒子を取り除くことができる。

動作時、本発明の実施形態によるプロセスでは、シャッタ３４を開放位置３４’まで下降させること、その結果、複数のプランジャ８０をそれぞれのポート７６内へと下げることによって、入口開口部３０が開放され、従って、反応器の前回の動作サイクル中にポートに堆積した可能性のある固体粒子が除去されることとなる。

次いで、ウェハー５８をその上に積んだウェハーキャリア５０を、アンティチャンバ３２からチャンバ１２内に積み、図１及び図３に示される動作位置に配置する。この条件では、ウェハー５８の頂面は、ガス注入口マニホールド１４に向かって上を向くこととなる。シャッタ３４を図１に実線で示される閉鎖位置まで上昇させること、その結果、プランジャ８０をポート７６から抜き取ることによって、入口開口部３０を閉鎖する。加熱素子６０を作動し、回転駆動機４８は、スピンドル４０、すなわち、ウェハーキャリア５０を中心軸４２の周りで回転させるように動作する。通常、スピンドル４０を約５０回転〜約１５００回転／分の回転速度で回転させる。

プロセスガス供給ユニット（図示されない）を作動して、ガス注入口マニホールド１４を通してガスを供給する。これらのガスは、ウェハーキャリア５０に向かって下方へ移動し、ウェハーキャリア５０の頂面及びウェハー５８の頂面を横切って移動し、ウェハーキャリアの周縁部を下方に移動し、排気システム７０へと移動するように通過する（これにより、ポート７６内に堆積している固体粒子をもたらす可能性がある）。従って、ウェハーキャリア５０の頂面及びウェハー５８の頂面は、種々のプロセスガス供給ユニットによって供給される種々のガスの混合体を含むプロセスガスに晒される。最も典型的には、頂面におけるプロセスガスは、キャリアガス供給ユニット（図示されない）によって供給されるキャリアガスから主に構成される。

このプロセスは、ウェハー５８の所望の処理が完了するまで続く。プロセスが完了すると、シャッタ３４を位置３４’まで下げること、その結果、複数のプランジャ８０をそれぞれのポート７６内に下降させることによって、入口開口部３０が開放され、従って、反応器における完了したばかりの動作サイクル中にてポート７６内に堆積した可能性がある固体粒子が除去されることとなる。入口開口部３０が開放すると、ウェハーキャリア５０を、スピンドル４０から取り外すことができ、次の動作サイクルのために新たなウェハーキャリア５０と交換することができる。上述の構造及び方法は、通常の動作サイクル中における排気システム７０の流量制限ポート７６の効果的な清掃を提供する。これは、ポート７６を清掃するためにシステムを分解する必要性を回避するか又は最小限に抑えるものである。

他の実施形態（図示されない）では、プランジャはシャッタとは無関係に排気マニホールドに対して上下に移動することができる。例えば、プランジャを、シャッタと排気マニホールドとの間に位置しているブラケット（例えば、円筒形ブラケット）に取付けることができる。ブラケットを、図２に示されるリンク機構３５と同様のリンク機構を用いて反応チャンバに結合されている制御及び作動機構によって上下に移動させることができる。一方では、上記で論じられているように清掃部材を移動させるためにシャッタ自体を使用することは、反応器の設計及び動作を大幅に簡略化することとなる。

プランジャがシャッタとは無関係に排気マニホールドに対して上下に移動することができる実施形態では、プランジャを各動作サイクルに続けて排気マニホールドの開口内に移動させることは必要でない。そのような実施形態では、プランジャを、例えば、２回、３回、４回、５回、８回、１０回、１５回、又は２０回の動作サイクルを含むような任意の回数のサイクル後に、開口を清掃するために下方に移動させることができる。

さらなる変形形態では、プランジャ８０をシャッタ３４に取付けてもよいが、シャッタ３４と制御及び作動機構４１とは、シャッタ３４の通常の開放位置では、プランジャ８０がポート７６の上に留まるように構成されている。シャッタ３４の通常の開放位置を越えてプランジャ８０がポート７６内に係合される特別なポート清掃位置まで下方に移動するように、シャッタ３４を制御及び作動機構４１を構成することができる。清掃位置への移動を、必要に応じて、サイクル毎に又は断続的に用いることができる。

図４に示されるシャッタ１３４を、図１〜図３に示されるシャッタ３４の代わりに用いることができる。シャッタ１３４は、下縁部１３７付近で下方に延びているプランジャ１８０がシャッタ１３４に対して、その外面１３８にではなくて内面１３９に取付けられていることを除いてシャッタ３４と同じである。プランジャ１８０は、内面１３９に沿って真っ直ぐ下に延びるシャフト１８１を含み、このシャフト１８１は、円錐形の先端部１８２の形態で示されている接触部材で終端している。

図１、図２、及び図４に示されるように、プランジャ８０及び１８０は、それぞれのポートと接触するようにシャッタ３４及び１３４から下方に延びている。しかしながら、他の実施形態では、シャッタの下縁部をプランジャとして機能するように成形することができ、そのため、プランジャは単一の構成要素としてシャッタの下縁部の形状に一体化される。例えば、シャッタの下縁部は、それぞれのポートに向かって下方に延びているプランジャ状の突出部を含むことができ、その結果、シャッタがポートから固体粒子を清掃するように下方に移動すると、各プランジャ状の突出部の一部又は全てをそれぞれのポート内に挿入することができ、従って、それぞれのポートから固体粒子が掻き取られることとなる。

ここで、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による化学蒸着反応器２１０が、図１に示される反応チャンバ１２等の反応チャンバ内でのウェハー処理プロセスにおいて用いられるシャッタ２３４を含んでいる。図５Ａ（開放したシャッタ位置）及び図５Ｂ（閉鎖したシャッタ位置）に示されるシャッタ２３４は、シャッタ２３４がその縁部から下方に延びているプランジャを含まず、かつ排気システムが複数の円形ポートを有するマニホールドではなく単一のリング状ポートを有する迷路形状部（ラビリンス）を含むことを除いて図１〜図３に示されるシャッタ３４と同様になっている。

反応器２１０は、図１及び図３に示される入口開口部３０等の入口開口部を開閉するシャッタ２３４を含んでいる。シャッタ２３４は、ガス注入口マニホールド（図示されない）に面する上面２３６と、排気用迷路形状部２７２に面する下縁部２３７とを画定している。

排気用迷路形状部２７２は、その迷路形状部２７２の頂面２７７を通って、ボルト２８４によって共に結合されている複数のバッフル（阻流板、baffles）２８３を有するチャネル２７８（例えば、リング状チャネル）内に延びている単一のポート２７６（例えば、リング状ポート）を含んでいる。チャネル２７８は、チャンバの内部空間から使用済みガスを除去するように構成される排気導管２７４及び排気ポートに結合されている。

排気用迷路形状部２７２及び含まれるバッフル２８３は、反応チャンバの内部空間と排気導管２７４との間での流量制限をもたらす低流体コンダクタンス部材を提供するように構成される。排気用迷路形状部２７２及び含まれるバッフル２８３は、チャンバの内部空間と排気導管２７４との間に圧力バリアを提供し、従って、チャンバの内側での反応物質の流量均一性の増加をもたらすことができる。

（図１〜図４に示されるように）シャッタに結合されている個々のプランジャを有するのではなく、シャッタ２３４の下縁部２３７は、排気用迷路形状部２７２に対して移動可能であり、排気用迷路形状部２７２の単一のポート２７６に接触して単一のポートから固体粒子を取り除くか、清掃するか、又は掻き取るように構成されている。

シャッタ２３４の下縁部２３７は、（例えば、ウェハーキャリアの挿入又は取り外しのために反応チャンバを開放するように）シャッタ２３４を下降させるとシャッタ２３４の一部を単一のポート２７６内に挿入することができ、その結果、固体粒子をその単一のポートから掻き取ることができるように構成されている。下縁部２３７は、ポート２７６の幅に対して略等しいか又は僅かにより小さい（反応チャンバの中心軸に対して垂直の方向に）幅を画定することができる。そのような実施形態では、下縁部２３７は、シャッタ２３４を迷路形状部２７２の頂面２７７に対して上下に並進移動させるときに、ポート２７６の内側に部分的に嵌合することができ、また、ポート２７６の内縁部から固体粒子を掻き取ることができる。

シャッタ２３４の下縁部２３７に隣接している面取りされた内縁部２８５を有することと、ポート２７６の面取りされた内縁部２８６を有することとによって、シャッタ２３４を下方に移動させると、シャッタ２３４がポート２７６に対して自己配置することが可能となる。そのような実施形態では、シャッタ２３４がポート２７６と正しく位置合わせされていない場合、面取りされた内縁部２８５及び２８６間の接触によって、シャッタの下縁部２３７が下方に摺動してポート２７６内に部分的に入ることができるまでシャッタ２３４が僅かに水平方向に移動することができる。

シャッタ２３４の面取りされた内縁部２８５の角度、及びポート２７６の面取りされた内縁部２８６の角度は任意の角度とすることができるが、幾つかの実施形態では、面取りされた内縁部２８５の角度及び面取りされた内縁部２８６の角度は、互いに略一致させることができる（例えば、面取りされた内縁部２８５の角度、及び面取りされた内縁部２８６の角度は、チャンバの中心軸に対して略４５度とすることができる）。そのような実施形態では、嵌合している面取りされた内縁部２８５及び２８６は、シャッタ２３４とポート２７６との間のより大きな表面積の接触を可能にし、従って、より多量の固体粒子をポート２７６から取り除くことができる。

ここで開示されるように、排気用迷路形状部２７２は、その排気用迷路形状部２７２全体の周りを延びている単一のポート２７６を含んでいる。他の実施形態では、排気用迷路形状部は、その迷路形状部の周りを延びている弓状ポートであって、複数の離間した弓状ポートを含むことができる。例えば、排気用迷路形状部は、それぞれが略３０度に広がり、またそれぞれが排気用迷路形状部の頂面から６度ずつ離されている１０個の離間した弓状ポートを含むことができる。そのような実施形態では、シャッタの下縁部は１０個の下方に延びる（lowered）部分を含むことができ、各下方に延びる部分は対応の弓状ポート内に嵌合するように構成され、その結果、シャッタが排気用迷路形状部に接触すると弓状ポートから固体粒子を清掃することができる。

ここで開示されるように、ポート２７６は、反応チャンバの中心軸から半径方向に、頂面２７７の幅の略４分の１を横切って水平方向に延びる。他の実施形態では、ポートは、頂面の幅の略半分、３分の２、５分の４、又は１０分の９を含む、排気マニホールドの頂面の幅の任意の部分を横切って延びることができる。

図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、シャッタ２３４は、排気用迷路形状部との接触及び固体粒子の除去のために排気用迷路形状部２７２に対して上下に並進移動する。他の実施形態（図示されない）では、別個の清掃部材（例えば円筒形状の清掃部材）がシャッタとは無関係に排気用迷路形状部に対して上下に移動することができる。例えば、シャッタと排気用迷路形状部との間に位置している円筒形ブラケットが上下に移動し、排気用迷路形状部に接触して固体粒子を取り除くことができる。ブラケットを、図２に示されるリンク機構３５等のリンク機構を用いて反応チャンバに結合されている制御及び作動機構によって移動させることができる。

ここで開示されるように、シャッタ２３４は、下縁部２７７及び面取りされた内縁部２８５の一部のみを開口２７６内に挿入して開口から固体粒子を取り除くことができるように、ポート２７６の幅よりも大きな幅を有している。他の実施形態（図示されない）では、シャッタの下縁部及び面取りされた内縁部全体をポートに挿入することが可能となる（例えば、シャッタの幅は開口の幅よりも小さいか又は開口の幅と等しい）。

ここで開示されるように、排気用迷路形状部２７２の内側に位置している３つのバッフル２８３が設けられている。他の実施形態では、所望されている反応チャンバの内側領域と排気導管との間におけるガス流量制限の程度に応じて、排気用迷路形状部の内側に位置している任意の個数のバッフルを設けることができる。

本発明は、種々のウェハー処理プロセス、例えばウェハーの化学蒸着、化学エッチング等に適用することができる。

本発明は特定の実施形態を参照しながら本明細書において説明されてきたが、これらの実施形態は本発明の原理及び応用形態を例示するにすぎないことは理解されたい。それゆえ、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に数多くの変更を加えることができること、及び他の構成を考案することができることは理解されたい。添付の特許請求の範囲において記述される種々の従属請求項及び他の特徴は、初期の請求項において提示されるものとは異なる方法において組み合わせることができることは理解されよう。また、個々の実施形態との関連で説明された特徴は、記述される実施形態のうちの他の実施形態と共用できることも理解されよう。

Claims (29)

1. （ａ）内部空間を有する反応チャンバと、
   （ｂ）前記チャンバの内部空間と連通するガス注入口マニホールドであって、前記内部空間内に保持されている基板上に堆積物を形成するようにプロセスガスを通すガス注入口マニホールドと、
   （ｃ）流路及び１つ又は複数のポートを有する排気マニホールドを含む排気システムであって、前記流路が、前記１つ又は複数のポートを通じて前記チャンバの内部空間と連通している、排気システムと、
   （ｄ）前記チャンバ内に取付けられる１つ又は複数の清掃部材であって、（ｉ）１つ又は複数の清掃部材を前記１つ又は複数のポートから離している運転位置と、（ｉｉ）１つ又は複数の清掃部材を前記１つ又は複数のポートに係合させている清掃位置との間で移動可能に構成された１つ又は複数の清掃部材と
   を備えている化学蒸着反応器。
2. 前記チャンバが、前記基板の挿入及び取り外し用の入口ポートと、シャッタとを有しており、
   前記シャッタが、前記チャンバに取付けられると共に、（ｉ）前記シャッタを前記入口ポートから離している開放位置と、（ｉｉ）前記シャッタにより前記入口ポートを封鎖している閉鎖位置との間で移動可能に構成され、
   前記１つ又は複数の清掃部材が、前記シャッタと共に移動するように前記シャッタに取付けられている、請求項１に記載の反応器。
3. 前記清掃部材は、（ｉ）前記シャッタが前記閉鎖位置に位置しているときには前記運転位置に位置し、（ｉｉ）前記シャッタが前記開放位置に位置しているときには前記清掃位置に位置するように構成されている、請求項２に記載の反応器。
4. 前記排気マニホールドがリング形状を画定し、
   前記１つ又は複数のポートが複数の円形開口を含んでいる、請求項２に記載の反応器。
5. 前記１つ又は複数の清掃部材が、前記シャッタに取付けられた複数のプランジャとなっている、請求項４に記載の反応器。
6. 前記プランジャのそれぞれが円錐形状の先端部を有している、請求項５に記載の反応器。
7. 前記円錐形状の先端部のそれぞれが前記チャンバの中心軸に対して角度を成しており、
   該角度が、前記複数の円形開口のそれぞれにおける面取りされた内縁部によって画定される角度に略等しくなっている、請求項６に記載の反応器。
8. 前記排気マニホールドが複数のバッフルを含む迷路形状部を備え、
   前記１つ又は複数のポートが単一の円筒形開口となっている、請求項２に記載の反応器。
9. 前記１つ又は複数の清掃部材が前記シャッタの下側部分となっている、請求項８に記載の反応器。
10. 前記シャッタの下側部分が面取りされた内縁部を有している、請求項９に記載の反応器。
11. 前記シャッタの下側部分の面取りされた内縁部が、前記反応器の中心軸に対して角度を成し、
    該角度が、前記排気マニホールドの開口の面取りされた内縁部によって画定される角度に略等しくなっている、請求項１０に記載の反応器。
12. 上方向及び下方向に延びる軸の回りにて回転するように構成され、かつ前記チャンバ内に取付けられたスピンドルをさらに備え、
    該スピンドルの上端部が、複数のウェハーを保持するように構成されるウェハーキャリアに取り外し可能に係合する構成となっている、請求項１に記載の反応器。
13. 前記スピンドルを前記軸の回りにて回転させるように構成される電動機をさらに備えている、請求項１２に記載の反応器。
14. 前記ウェハーキャリアを加熱するように構成されるヒーターをさらに備える、請求項１２に記載の反応器。
15. （ａ）内部空間を画定すると共に、ウェハーキャリアの挿入及び取り外し用の入口ポートを含む反応チャンバを準備するステップと、
    （ｂ）１つ又は複数のウェハーの頂面を前記ウェハーキャリアの頂面にて露出させるように、前記１つ又は複数のウェハーを前記ウェハーキャリア上で保持するステップと、
    （ｃ）１つ又は複数のプロセスガスを前記ウェハーの露出した頂面に供給するステップと、
    （ｄ）前記プロセスガスの一部を、排気システムを通じて除去するステップであって、前記排気システムが排気マニホールドを含み、該排気マニホールドが流路及び１つ又は複数のポートを有し、該流路が前記１つ又は複数のポートを通じて前記チャンバの内部空間と連通している、除去するステップと、
    （ｅ）前記チャンバ内に取付けられた１つ又は複数の清掃部材を下方に移動させるステップと、
    （ｆ）前記排気マニホールドを清掃するように前記清掃部材のそれぞれの少なくとも一部を前記排気マニホールド内に挿入するステップと
    を含むウェハー処理の方法。
16. （ｇ）前記チャンバに取付けられたシャッタを、（ｉ）該シャッタを前記入口ポートから離している開放位置から、（ｉｉ）該シャッタによって前記入口ポートを封鎖する閉鎖位置まで移動させるステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記１つ又は複数の清掃部材が、前記シャッタと共に移動するように前記シャッタに直接連結されている、請求項１６に記載の方法。
18. 前記シャッタを移動させるステップ（ｇ）が、前記清掃部材を、（ｉ）前記シャッタが前記閉鎖位置に位置しているときには運転位置まで、（ｉｉ）前記シャッタが前記開放位置に位置しているときには清掃位置まで移動させることを含む、請求項１７に記載の方法。
19. （ｇ）前記ウェハーキャリアを前記チャンバ内に取付けられたスピンドルの上端部と取り外し可能に係合させるステップをさらに含み、
    前記スピンドルが上方向及び下方向に延びる中心軸に対して実質的に平行に配向されている、請求項１５に記載の方法。
20. （ｈ）前記スピンドル及び前記ウェハーキャリアを前記中心軸の回りにて回転させるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記排気マニホールドがリング形状を画定し、
    前記１つ又は複数のポートが複数の円形開口を含む、請求項１５に記載の方法。
22. 前記１つ又は複数の清掃部材が、前記シャッタに取付けられている複数のプランジャとなっている、請求項２１に記載の方法。
23. 前記プランジャのそれぞれが円錐形状の先端部を有している、請求項２２に記載の方法。
24. 前記円錐形状のそれぞれの先端部が前記反応器の中心軸に対して角度を成し、
    該角度が、前記複数の円形開口のそれぞれにおける面取りされた内縁部によって画定される角度に略等しくなっている、請求項２３に記載の方法。
25. 前記排気マニホールドが複数のバッフルを含む迷路形状部を備え、
    前記１つ又は複数のポートが単一の円筒形開口となっている、請求項１５に記載の方法。
26. 前記１つ又は複数の清掃部材が前記シャッタの下側部分となっている、請求項２５に記載の方法。
27. 前記シャッタの下側部分が面取りされた内縁部を有している、請求項２６に記載の方法。
28. 前記シャッタの下側部分の面取りされた内縁部が、前記反応器の中心軸に対して角度を成し、
    該角度が、前記排気マニホールドの開口の面取りされた内縁部によって画定される角度に略等しくなっている、請求項２７に記載の方法。
29. 前記ウェハーキャリアからの伝熱によって前記ウェハーを少なくとも部分的に加熱するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。

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