(54)【考案の名称】エピタキシャルシリコン堆積用の高容量且つ低コストのシステムのためのガス注入器

(73)【実用新案権者】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図4C

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案の実施形態は、概して半導体処理装置に関し、より具体的には、高効率単結晶エピタキシャル膜堆積装置などの太陽電池製造用の装置及び技法における使用のためのガス注入器に関する。

【従来の技術】

【0002】
アモルファス及び多結晶太陽電池は、光をエネルギーに変換する効率性に限度がある。単結晶高移動度材料(single crystal high mobility materials)は、遥かに高い効率をもつことができるが、通常、遥かにより高価である。従来の装置は、極端な必要条件を有し且つかかるコストが非常に高い半導体用途のために設計されている。しかしながら、これらのシステムすべては、コストが高く、高いスループットオートメーションが可能ではない。
【0003】
高スループットの光起電力用途のために非常に低コストのエピタキシャル堆積を達成するためには、考案者たちは、すべてを単純に大型化するよりは、急進的な変化が必要であると考えている。例えば、バッチリアクタは、材料、消耗品、及びオートメーション課題のコストが高く、スループットが限られていることを考案者たちは認めている。水素、窒素、水、及び前駆体の非常に高い流量もさらに必要とされる。さらに、厚膜を成長させるときに大量の有害な副生成物が生成される。
【0004】
エピタキシャルプロセスのために連続リアクタが何度も試されてきたが、生産に相応しかったことはなく、優れた前駆体用途を達成したこともない。貧相な膜品質及び過剰メンテナンスが主な問題である。
【0005】
一方で、単一ウエハリアクタは、前駆体及び電力(電気)の利用が非常に非効率であり、ウエハあたりのスループットがより低い。それに加えて、単一ウエハリアクタは、複雑な基板リフト/回転機構を必要とする。それゆえ、単一ウエハリアクタは、非常に高い品質、低い金属汚染レベル、及び優れた厚さの均一性と抵抗性を有することができるが、これらの結果を得るためのウエハあたりのコストは非常に高い。
【0006】
したがって、考案者は、高い前駆体の利用度、単純なオートメーション、低コスト、及び高いスループット及びプロセス品質を有する比較的単純なリアクタの設計のうちの幾つか又はすべてを提供することができる基板処理ツールの実施形態を提供した。
【0007】
本明細書では、基板処理チャンバにおける使用のための装置が提供される。幾つかの実施形態では、処理チャンバにおける使用のためのガス注入器は、処理チャンバ内へ第1プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第1セット、及び処理チャンバ内へ第2プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第2セットを含むことができ、ガスオリフィスの第1セットは、ガスオリフィスの第2セットの少なくとも2つのガスオリフィスの間に配置される。
【0008】
幾つかの実施形態では、基板処理ツールは、ベース、及びベースから上方へ延在し、且つその上に配置されたときに一つ又は複数の基板を支持するように構成されるそれぞれの基板支持面を有する対向する基板支持体のペアを有する基板キャリアと、基板キャリアを支持するために下面を有するエンクロージャを含む第1基板処理モジュールとを含むことができ、基板処理モジュールは、対向する基板支持体のペアの間に中央領域に向けて第1プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第1セット、及びガスオリフィスの第1セットの両側上に配置され、且つ基板キャリア上に配置されるとき、基板の上に第2プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第2セットを含むガス注入器と、エンクロージャから第1プロセスガス及び第2プロセスガスを除去するためにガス注入器の反対側に配置される排気装置とを含む。
【0009】
本考案の他の実施形態及びさらなる実施形態については、以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
上記で簡単に要約し、以下でより詳細に論じる本考案の実施形態は、添付の図面に示す本考案の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、本考案は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本考案の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本考案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。
【0011】
【図1】図1は、本考案の幾つかの実施形態による、指標付きのインライン基板処理ツールを示す。
【図2】図2は、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理ツールのモジュールの断面図である。
【図3】図3は、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理ツールのモジュールを示す。
【図4A】図4Aは、本考案の幾つかの実施形態による、ガス入口の概略上面図である。
【図4B】図4Bは、本考案の幾つかの実施形態による、別のガス入口の等角図を示す。
【図4C】図4Cは、本考案の幾つかの実施形態による、別のガス入口の分解等角図を示す。
【図4D】図4Dは、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理モジュール内に配置されるガス入口の概略側断面図である。
【図4E】図4Eは、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理モジュール内に配置されるガス入口の概略制御ブロック図である。
【図5】図5は、本考案の幾つかの実施形態による、基板処理ツールにおいて使用される基板キャリアを示す。

【0012】
理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。これらの図は、縮尺どおりには描かれておらず、分かりやすくするために簡略化されていることがある。1つの実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態内に有益に組み込むことができることが予期される。
【0013】
エピタキシャルシリコン堆積用の高容量且つ低コストのシステムの実施形態が本明細書で提供される。範囲を限定しないが、考案者は、考案の基板処理システムが太陽電池製造用途のために特に有利でありうると考える。
【0014】
考案のシステムは、マルチステップ基板処理(multi−step substrate processes)を実行するために利用される従来の基板処理ツールに比べて、有利には、対費用効果が高くシンプルな製造可能性、及びエネルギーとコストの効率がよい使用法を提供することができる。
【0015】
例えば、基本設計構成要素は、低コストを維持するために標準的な形態で容易に入手可能な材料を使用することによって製造を簡略化し且つコストを抑えるために、フラットプレートに基づく。信頼性の高いリニアランプを使用することができる。特定のランプは、特定の用途のために最適化することができる。ランプは、エピタキシャル堆積リアクタにおいて通常使用される種類のものであることができる。システムの内部の流れ場をさらにそれぞれの特定用途のために最適化し、廃棄物を最小限にすることができる。この設計によってパージガスの所要量が最小限となり、前駆体の利用度が最大限となる。洗浄ガスを排気システムに加え、堆積された材料を排気チャネルから除去することを容易にすることができる。ロード及びアンロードのオートメーションもさらにインライン処理を促進するために分離することができる。複雑なオートメーションはオフラインで取り扱うことができる。基板は、システムの最大限の柔軟性のためにキャリア上(サセプタ)に予めロードされ、それにより他のステップへの統合が容易となる。このシステムは、システム構成の柔軟性をもたらす。例えば、多層構造又はより高いスループットのために、複数の堆積チャンバ(又はステーション)を組み込むことができる。
【0016】
エピタキシャルシリコン堆積用の高容量且つ低コストのシステムの実施形態は、スタンドアローン基板処理ツール、クラスタ基板処理ツール、又は指標付きのインライン基板処理ツールクラスタ基板処理ツール、又は指標付きのインライン基板処理ツールを使用して実行することができる。図1は、本考案の幾つかの実施形態による、指標付きのインライン基板処理ツール100を示す。指標付きのインライン基板処理ツール100は、所望の半導体用途のために基板上で任意の処理を実行するように概して構成されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、指標付きのインライン基板処理ツール100は、例えば、エピタキシャル堆積処理などの一つ又は複数の堆積処理を実行するように構成されることができる。
【0017】
指標付きのインライン基板処理ツール100は、直線的な配置で共に連結される複数のモジュール112(図示されている第1モジュール102A、第2モジュール102B、第3モジュール102C、第4モジュール102D、第5モジュール102E、第6モジュール102F、及び第7モジュール102G)を概して備える。矢印122で示されるように、基板は指標付きのインライン基板処理ツール100を通って移動することできる。幾つかの実施形態では、一つ又は複数の基板が指標付きのインライン基板処理ツール100を通って動くことを容易にするために、一つ又は複数の基板は、例えば、図5に関連して以下で説明される基板キャリア502などの基板キャリア上に配置されることができる。
【0018】
複数のモジュール112はそれぞれ、所望の処理の一部を実行するために個別に構成されることができる。所望の処理の一部だけを実行するために各モジュールを利用することによって、複数のモジュール112のうちの各モジュールは、その処理の一部に関連して、特異的に構成され及び/又は最も効率的な態様で動作するように最適化されてもよく、それにより、指標付きのインライン基板処理ツール100は、マルチステップ処理を実行するために従来使用されてきたツールに比べて、より効率的になる。
【0019】
加えて、各モジュールで所望の処理の一部を実行することによって、各モジュールに提供される処理資源(例えば電力、プロセスガス、又は同等物)が、モジュールが完了するように構成される処理の一部を完了するのに必要とされるだけの処理資源の量によって決定されてもよく、それにより、考案の指標付きのインライン基板処理ツール100は、マルチステップ処理を実行するために従来使用されてきたツールに比べて、より効率的になる。
【0020】
さらに、個別のモジュールは、有利には、一つ又は複数の基板上に異なるドーパント、例えば、10ミクロンのp++ドーパント、10ミクロンのp+ドーパント、10ミクロンのnドーパントの層を堆積することを可能にする。その一方で、従来の単一チャンバでは、異なるドーパントの堆積は、互いに干渉するために禁止されている。加えて、エピタキシャル層が別々のチャンバで蓄積されるインライン直線状堆積が、1つのモジュールから次のモジュールへの移送段階の間にエッチング効果をもたらすモジュール間のパージガスの使用(以下で説明)のため、キャリアの上で基板からのエピタキシャルシリコン(Si)の過成長又はブリッジングを防ぐことを助ける。
【0021】
指標付きのインライン基板処理ツール100の例示的な構成において、幾つかの実施形態では、第1モジュール102Aは、例えば、基板及び/又は基板キャリアから不純物を除去するために、並びに/或いは堆積のために基板を適切な雰囲気内に導入するために、パージガスを供給するように構成されることができる。第2モジュール102Bは、堆積を実行するのに適切な温度まで基板の温度を上昇させるために予熱又は温度ランプ(temperature ramp)を実行するように構成されることができる。第3モジュール102Cは、材料の堆積に先立って基板から揮発性不純物を除去するためにベークを実行するように構成されることができる。第4モジュール102Dは、所望の材料を基板上に堆積するように構成されることができる。第5モジュール102Eは、例えばアニール処理などの堆積後処理を実行するように構成されることができる。第6モジュール102Fは、基板を冷却するように構成されることができる。第7モジュール102Gは、例えば、指標付きのインライン基板処理ツール100から除去することに先立って、基板及び/又は基板キャリアから処理残留物を除去するために、パージガスを供給するように構成されることができる。特定の処理が必要とされない実施形態では、その処理の一部のために構成されるモジュールが除外されてもよい。例えば、堆積後にアニールが必要とされない場合、アニールのために構成されるモジュール(例えば、以上の例示的実施形態における第5モジュール102E)は、除外されてもよく、又は異なる所望の処理のために構成されるモジュールと交換されてもよい。
【0022】
基板処理ツール100の幾つかの実施形態は、モジュール102A〜102Gを通して、当接基板キャリアを連続的に移送することができるインライン「押圧機構」(図示せず)又は他の機構を含む。例えば、指標付きの搬送は、キャリアモジュールをインラインリアクタを通して前に駆動するために、空気圧プランジャ型押圧機構を使用することができる。
【0023】
複数のモジュールのうちの幾つか又はすべてが、指標付きのインライン基板処理ツール100における他のモジュールに関連して、隔離された処理容積を維持することを容易にするために、例えばバリア118によって、隣接するモジュールから隔離又は遮蔽されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、バリア118は、例えば空気又は不活性ガスなどのガスカーテンであることができ、複数のモジュールを互いから隔離又は実質的に隔離するために、隣接するモジュール間に設けられる。幾つかの実施形態では、ガスカーテンは、各モジュール又は所望のモジュール(堆積モジュール又はドーピングモジュール)の4つの垂直壁すべてに沿って設けることができ、それによりモジュール又はキャリアの所望されない位置における望まれないクロス汚染又は堆積を制限する。このような隔離によって、炭素又は湿気などの汚染物質が反応ゾーン/基板に達することがさらに防止される。
【0024】
幾つかの実施形態では、バリア118は、ゲート又はドアであってもよく、基板キャリアが1つのモジュールから次のモジュールへと動くことを可能にするために開くことができ、且つモジュールを隔離するために閉じることができる。幾つかの実施形態では、指標付きのインライン基板処理ツール100は、ガスカーテンとゲートの両方を含み、例えば、幾つかのモジュールを隔離するためにガスカーテンを使用し、他のモジュールを分離するためにゲートを使用し、及び/又は幾つかのモジュールを分離するためにガスカーテンとゲートを使用することができる。一旦押圧機構が基板キャリアを各チャンバ内の所望の位置に送ると、ドア/ゲートアセンブリ(及びチャンバライナ要素)は、基板キャリアの周囲に密封を形成し、各チャンバの内部に閉鎖領域を形成する。ドア機構が開く又は閉じるにつれて、各ドアとそれに隣接するキャリアとの間にガス流(すなわち、ガスパージ又はガスカーテン)が供給され、チャンバ間のクロス汚染が防止される。供給されたガス流は、処理ツール100の底部に配置される一つ又は複数の排気口によって受け入れられる。
【0025】
幾つかの実施形態では、ガスカーテンの位置に応じて、窒素、水素、又はアルゴンガスが使用され、パージガスカーテンによって隔離がもたらされる。例えば、より高温の処理領域内のガスカーテンは、アルゴン又は水素ガスを使用して形成されるであろう。より高温の処理領域から離れた、ゲートの近くのより低温の領域内のガスカーテンは、操作のコストを最小限にするために窒素であってもよい。窒素ガスカーテンは、各モジュールの低温で不活性なセクションでしか使用することができない。
【0026】
幾つかの実施形態では、ロードモジュール104は、指標付きのインライン基板処理ツール100の第1端部114に配置されることができ、アンロードモジュール106は、指標付きのインライン基板処理ツール100の第2端部116に配置されることができる。ロードモジュール104及びアンロードモジュール106が存在しているとき、ロードモジュール104及びアンロードモジュール106はそれぞれ、基板を指標付きのインライン基板処理ツール100に供給すること及び基板を指標付きのインライン基板処理ツール100から取り除くことを容易にすることができる。幾つかの実施形態では、ロードモジュール104及びアンロードモジュール106は、真空ポンプダウン機能及び大気圧に戻す機能を提供し、基板を指標付きのインライン基板処理ツール100の外部の大気条件から(真空圧力を含むことができる)指標付きのインライン基板処理ツール100の内部の条件へ移送することを容易にすることができる。幾つかの実施形態では、一つ又は複数の基板キャリア移送ロボット(substrate carrier transfer robots)は、基板キャリアを、ロードモジュール104から供給する及びアンロードモジュール106から取り除くために利用し、それにより、指標付きのインライン基板処理ツール100への基板キャリアの自動ローディング及び指標付きのインライン基板処理ツール100からの基板キャリアの自動アンローディングを提供することができる。
【0027】
幾つかの実施形態では、トラック120を指標付きのインライン基板処理ツール100の軸方向長さに沿って設け、基板キャリアを指標付きのインライン基板処理ツール100を通して導くことを容易にすることができる。トラック120は、指標付きのインライン基板処理ツール100が取り付けられる施設の床又は他のベース面に沿って設けられることができる。このような実施形態では、各モジュールは、トラック120がモジュールの露出底部分に沿って位置決めされるように組み立てられるように構成してもよく、それにより基板キャリアをトラック120に沿って且つ各々のモジュールを通して動かすことが容易になる。代替的に、トラック120は、一旦モジュールが線形配列で組み立てられたら、モジュールの底面に取り付けることができる。代替的に、トラック120の一部は、すべてのモジュールが線形配列に組み立てられた後にトラック120が完全に形成されるように、個々のモジュールの底面に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、トラック120は、ホイール、ボールベアリング、又は他の種類のローラを含み、トラック120に沿った基板キャリアの低摩擦運動を容易にすることができる。幾つかの実施形態では、トラック120は、図2に関連して以下に記載されるように、低摩擦材料で製造又はコーティングし、トラック120に沿った基板キャリアの低摩擦運動を容易にすることができる。
【0028】
幾つかの実施形態では、洗浄モジュール110は、ロードモジュール104とアンロードモジュール106の間に配置されることができる。洗浄モジュール110が存在しているとき、洗浄モジュール110は、基板キャリアを洗浄及び/又は準備し、別の一つ又は複数の基板を(戻り通路の矢印108によって示されるように)指標付きのインライン基板処理ツール100を通る後続走行のために受け容れることができる。したがって、基板キャリアは複数回再利用することができる。
【0029】
図2は、モジュール102Dなどのモジュールの例示的構成の断面図を示し、モジュールは、以上で説明される複数のモジュール112のうちの一つ又は複数のモジュールとして、及び幾つかの実施形態では、基板上に材料を堆積するように構成されるモジュールとして使用することができる。特定のモジュール(102E)に関しては以下で概して説明されているが、堆積処理用に特に必要とされる構成要素及び/又は構成のみを例外として、以下の説明はすべてのモジュールに概して適用される。
【0030】
図2を参照すると、幾つかの実施形態では、モジュール102Dはエンクロージャ202を概して備える。エンクロージャ202は、半導体処理に適した任意の材料、例えばアルミニウム、ステンレス鋼などの金属から製造されてもよい。エンクロージャ202は、所与のサイズの一つ又は複数の基板を運ぶと同時に所望の流量及びプロファイルを促進するように構成される基板キャリア(例えば、以下で説明される基板キャリア502など)を収容するのに適切な任意の寸法を有することができる。例えば、幾つかの実施形態では、エンクロージャは、約24インチ又は約36インチの高さと長さ、及び約6インチの深さを有することができる。
【0031】
幾つかの実施形態では、エンクロージャ202は、複数のプレートを共に連結してエンクロージャ202を形成することによって組み立てることができる。各エンクロージャ202は、処理のうちの所望の部分を実行することができる特定のモジュール(例えばモジュール102D)を形成するように構成されることができる。エンクロージャ202をこのような態様で組み立てることによって、エンクロージャ202を、単純でコスト効率の高いプロセスを介して、複数の用途のために複数量作成することができる。
【0032】
エンクロージャの下面206は、基板キャリアを支持し、且つ基板キャリアがモジュール102Dを通って複数のモジュールのうちの隣接するモジュールへ直線状に移動するための通路を提供する。幾つかの実施形態では、下面206はトラック120として構成されることができる。幾つかの実施形態では、下面206は、下面206に連結されるトラック120、又はその一部を有することができる。幾つかの実施形態では、下面206又はトラック120は、コーティング、例えばニッケル合金(NiAl)含有コーティングなどの乾式潤滑剤を備え、モジュール102Dを通る基板キャリアの動きを容易にすることができる。代替的に、又は組み合わせによって、幾つかの実施形態では、複数のローラ(228において破線で示される)を下面206の上に配置し、モジュール102Dを通る基板キャリアの動きを容易にすることができる。このような実施形態では、複数のローラ228は、例えば石英(SiO)など、処理環境に対して非反応性の任意の材料から製造することができる。
【0033】
幾つかの実施形態では、バリア219は、(例えば、図1で示されるようにバリア118を形成するために)エンクロージャ202の第1端部216及び/又は第2端部218に近接して配置されることができる。バリア219が存在しているとき、バリア219は、モジュール間のクロス汚染又は環境の混合を防ぐために、複数のモジュールのうちの各モジュールを隣接するモジュールから隔離する。幾つかの実施形態では、バリア219は、モジュール102Dの上に配置されるガス入口(例えばガス入口208など)によって供給される、例えばパージガスなどのガスの流れであることができる。代替的に、又は組み合わせによって、幾つかの実施形態では、バリア219は移動可能なゲートであることができる。ゲートは、例えば、シーケンスのうちの堆積の部分の間、特定の処理のために追加的な隔離をもたらす。
【0034】
幾つかの実施形態では、ゲートは、例えばアルミニウム、研磨したステンレス鋼などの金属から製造されてもよい。他の実施形態では、処理システムのより高温の領域におけるゲートは、高温に耐えるために石英からつくることができる。
【0035】
幾つかの実施形態では、モジュール102Dは、図2で示されるように例えばエンクロージャ202の側面220に配置されるウインドウ214など、エンクロージャの一つ又は複数の側面に配置される一つ又は複数のウインドウを備えることができる。ウインドウ214が存在しているとき、ウインドウ214は、輻射熱が、例えば、エンクロージャ202の内部の反対側のウインドウ214の側面に配置される輻射熱ランプから、エンクロージャ202内へ提供されることを可能にする。ウインドウ214は、エンクロージャ202の内部の処理環境に曝露されたときに劣化に耐える一方で、ウインドウ214を通して輻射熱が通ることを可能にするのに適切な任意の材料から製造されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、ウインドウ214は石英(SiO)から製造してもよい。
【0036】
幾つかの実施形態では、モジュール102Dは、エンクロージャ202の上部230に近接して配置されるガス入口208を含み、一つ又は複数のガスを、エンクロージャ202内に形成される貫通孔231を介して、エンクロージャ202内へ供給することができる。ガス入口208は、所望のプロセスガス流をエンクロージャ202に供給するために適切な任意の態様で構成されることができる。ガス注入を2つの基板キャリアの間に提供し、2つの基板キャリアの間の反応ゾーンにおけるプロセスガス、及び/又は基板キャリアとモジュール壁の間のパージガスを収容することができる。
【0037】
例えば、図4Aを参照すると、幾つかの実施形態では、ガス入口208は、複数のガスオリフィス410を有するガス供給プレート402を備えることができる。ガスオリフィス410は、エンクロージャ202内へプロセスガスの所望の流れを供給するように構成されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、ガスオリフィス410は、図4Aで示されるように、複数の内側ガス孔408及び複数の外側ガス孔406を備えることができる。このような実施形態では、内側ガス孔408は、エンクロージャ202の中央領域へプロセスガスの高速ジェット流を提供し、処理を容易にすることができる。幾つかの実施形態では、外側ガス孔406は、基板キャリア内に配置される基板の上にプロセスガスのより低い速度の層流を提供することができる。
【0038】
加えて、外側ガス孔406は、モジュールの壁により近接しながらも反応ゾーンの内部にあるように内側ガス孔408の両側に配置され、それにより基板支持体の角度を算定することができる(例えば、外側ガス孔406は、約3度で配置される基板支持体に対してよりも約6度で配置される基板支持体に対して、壁により近接して配置されることができる)。幾つかの実施形態では、外側ガススロット406は、注入器に対して垂直にプロセスガスを注入する。他の実施形態では、外側ガス孔406は、基板支持面に平行してプロセスガスを流すように構成又は調整されることができる(例えば、外側ガス孔406は、基板支持キャリアが基板を支持するのと同じ角度で基板の表面にわたって層流を供給するように角度を付けることができる)。
【0039】
図4B及び図4Cを参照すると、幾つかの実施形態では、ガス入口208のガス供給プレート402は、ベースプレート422に連結される注入プレート420を備えることができる。注入プレート420は、締め具孔424を使用して締め具によってベースプレート422に連結してもよく、又は基板処理の間に生まれる環境条件に耐えるに適切な態様で共に接合されることができる。幾つかの実施形態では、(図4Cに示されるように)ベースプレート422は複数のプレナム426を含むことができる。各プレナム426は、各プレナム426内に配置される一つ又は複数の入口428を介して、一つ又は複数のプロセスガスを受け入れることができる。
【0040】
図4Cで示されるように、内側ガス孔408と外側ガス孔406の別々のゾーンは、各プレナム426に関連付けられることができ、それぞれのゾーンを介するガス注入はそれに応じて調節することができる。例えば、図4Cでは、注入プレート420上のゾーン430は、プレナムゾーン430’に対応する外側ガススロット406を含む。幾つかの実施形態では、内側ガス孔408及び外側ガス孔406の異なるゾーンを介するガス注入は、徐々に及び/又は一つのプレナム426から別のプレナムへ(例えば、モジュールの一つの端部からもう一つの端部へ)ガスの流量を開始、停止、又は変化させることにより、一時的及び/又は空間的に調節されうる。内側ガス孔408及び外側ガス孔406を介するガス注入は、流量を制御することができる並びに/或いは孔408又はスロット406(或いは孔408又はスロット406のゾーン)が使用されるファインチューニング(例えば、図4Eに示され及び以下で説明されるような流量コントローラ又はバルブ)の使用を通して動的に調整されることによって、さらに調節されうる。つまり、ガス入口208の幾つかの実施形態は、基板へのガスの空間的(例えば、列ごと、カラムごと、又はキャリアの領域による)及び/又は一時的な供給を動的に調整することができる複数のゾーンを有するガス供給プレート402を含む。これは、例えば、処理チャンバにおいてガス供給プレート402から最も遠い基板が、ガス供給プレート402により近く配置される基板上に堆積される層と似たような物理的、電気的、及び構造的な特性を有する堆積された層を含むことを保証する。
【0041】
注入プレート420及びベースプレート422を含むガス供給プレート402は、例えば、透明又は不透明の石英(SiO)などの任意の適切な材料から製造されることができる。ガス供給プレート402用に使用される材料の熱伝達係数又は使用される石英の透明度は、ランプによるガス入口208の加熱を制御するために、及び基板処理の間にガス入口208への材料の望まれない堆積を防止又は制限するために、選択されることができる。
【0042】
図4Dは、モジュール102D内に配置されるガス入口208の側面図を示す。図4Dで示されるように、ガス入口208は、パージガススロット432のもう一つのセットを含み、図1に関連して以下で説明されるように、バリア118として(或いは、ゲート又はドアがバリアとして使用されるとき、ゲートと組み合わせて)パージカーテンを設けることができる。パージガススロットによって各モジュール又は所望のモジュール(堆積モジュール又はドーピングモジュールなど)の4つの垂直壁すべてに沿ってパージカーテンを設け、モジュール又はキャリアの所望されない位置における望まれないクロス汚染又は堆積を制限することができる。つまり、パージガススロット432は、(例えば、以上で説明されるように、ウインドウ214及び/又はゲート又はドアに近接するように)エンクロージャの内部の一つ又は複数のコールドゾーンへパージガスの流れを供給し、コールドゾーンの内部の材料の望まれない堆積を減少又は除去することができる。
【0043】
図4Eを参照すると、以上で説明されるように、ガス入口208の幾つかの実施形態は、基板へのガスの空間的(例えば、列ごと、カラムごと、又はキャリアの領域による)及び/又は一時的な供給を動的に調整することができる複数のゾーンを有するガス供給プレート402を含む。幾つかの実施形態では、各プレナム426にプロセスガスを供給する入口428はそれぞれ、(ガス供給導管448を介して)質量流量コントローラ440に連結されることができる。流量コントローラは、バルブ、質量流量、コントローラなどを含むことができる。流量コントローラ440は、ガス供給442に連結されることができる。幾つかの実施形態では、ガス供給442は、同じガスの種類又は異なるガスの種類であることができる。図示されていないが、幾つかの実施形態では、パージガススロット432は、一つ又は複数の流量コントローラ440及びガス供給442にさらに連結されることができる。流量コントローラ440及びガス供給442は、供給される一つ又は複数のプロセスガスの量、タイミング、及び濃度を制御するためにコントローラ450に作動的に連結されることができる。コントローラ450は、中央処理装置(CPU)452、メモリ454、及び支持回路456を含む。コントローラ450は、様々な基板処理ツール又はその構成要素を制御するために産業用の設定で使用できる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの1つとすることができる。コントローラ450のメモリ又はコンピュータ可読媒体454は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取り専用メモリ(ROM)、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体(例えば、コンパクトディスク若しくはデジタルビデオディスク)、フラッシュドライバ、又はローカル若しくは遠隔の任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの一つ又は複数とすることができる。支持回路456は、従来の方式でプロセッサを支持するためにCPU452に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。本明細書に記載する本考案の方法は、本明細書に記載するようにガス入口208の動作を制御するために実行する又は呼び出すことができるソフトウェアルーチンとして、メモリ454内に記憶することができる。ソフトウェアルーチンは、CPU452によって制御されるハードウェアから遠隔に位置する第2のCPU(図示せず)によって記憶及び/又は実行することもできる。
【0044】
図2に戻ると、幾つかの実施形態では、モジュール102Dは、ガス入口208(例えば底部204)の反対側のエンクロージャ202の一部に連結される排気装置221を備え、エンクロージャ202の底部204内で形成される通路233を介して、ガスがエンクロージャ202から除去されることを容易にすることができる。
【0045】
図3を参照すると、幾つかの実施形態では、モジュール102Dは、エンクロージャ202の側面306、308に連結される一つ又は複数の加熱ランプ(図示の2つの加熱ランプ302、304)を含むことができる。加熱ランプ302、304は、ウインドウ214を介してエンクロージャ202内へ輻射熱を供給する。加熱ランプ302、304は、モジュール102Dの内部で処理のうちの所望の部分を実行するために、エンクロージャ内へ十分な輻射熱を供給するのに適切な任意の種類の加熱ランプであることができる。例えば、幾つかの実施形態では、加熱ランプ302、304は、約0.9ミクロンの波長又は幾つかの実施形態では約2ミクロンの波長で、輻射熱を供給することができるリニアランプ又はゾーンで分けられたリニアランプであることができる。所望の用途に基づいて、様々なモジュールでランプに使用される波長を選択することができる。例えば、所望のフィラメント温度を提供するように、波長を選択することができる。低波長の電球は、より安価であり、使用する電力がより少なく、且つ予熱に使用することができる。波長がより長い電球は、高出力を提供し、例えば堆積処理用により高い処理温度を提供することを容易にする。
【0046】
幾つかの実施形態では、赤外線(IR)ランプは、一つ又は複数のゾーンにおいて提供され、基板キャリアに対して、及び最終的には基板に対して、熱エネルギーを提供することができる。ウインドウなど、堆積が所望されないチャンバの部分は、IR光エネルギーを吸収せず且つ加熱されない材料で製造することができる。このような熱管理は堆積を所望の領域に実質的に収める。例えば、モジュールの側面の上部から底部までの横帯におけるIRランプの一つ又は複数のゾーンによって、垂直温度勾配の制御が容易となり、堆積又は他の処理の逓減効果又は他の垂直不均一性が補償される。幾つかの実施形態では、温度は、徐々に調整できると同時にゾーン間で調節することもできる。図4に関連して以上で説明されたガス注入調整に加えて、この種類の粒状温度制御(granular temperature control)、又はその組み合わせは、基板の上部から底部まで、並びに横方向に端から端まで(例えば、堆積された膜の厚み或いはドーパント濃度及び/又は深みの均一性)の基板処理結果の制御を容易にすることができる。
【0047】
図5は、本明細書で説明される本考案の実施形態で使用することができる基板キャリア502の少なくとも1つの例示的な実施形態を示す。基板キャリア502は、指標付きのインライン基板処理ツール100を通して又はクラスタ基板処理ツール(図示せず)に対して、2つ以上の基板を支持し、2つ以上の基板を運ぶことができる。幾つかの実施形態では、基板キャリア502は、ベース512、及び対向する基板支持体のペア508、510を概して含むことができる。一つ又は複数の基板(図5で示される基板504、506)は、処理のために基板支持体508、510それぞれに配置されることができる。幾つかの実施形態では、基板支持体508、510は、2つの基板が互いに向き合ってその間に反応ゾーンが画定されるように、基板キャリア502上に固定され、且つ互いに対して鋭角に保持されることができる。例えば、幾つかの実施形態では、基板支持体508、510は、垂直方向から約2度と10度の間の角度で保持される。
【0048】
ベース512は、処理の間に基板支持体508、510を支持するのに適切な任意の材料、例えばグラファイトなどから製造することができる。幾つかの実施形態では、第1スロット526及び第2スロット528をベース512内に形成し、基板支持体508、510を第1スロット526及び第2スロット528の内部に少なくとも部分的に配置することを可能にし、基板支持体508、510を処理のために望まれる位置に保つことができる。幾つかの実施形態では、基板支持体508、510は、基板支持面が概して互いに向き合って「V」字形状に配置されるように、概して僅かに外側に角度が付いている。幾つかの実施形態では、ベース512は、絶縁材料から製造され、温度管理のために、透明な石英又は不透明な石英、或いは透明な石英と不透明な石英の組み合わせであることができる。
【0049】
チャネル514は、ベース512の底面527に配置され、開口518は、ベース512の上面529からチャネル514へ、ベース512を貫通して配置され、一つ又は複数のガスがベース512を通って流れるための通路を形成する。例えば、基板キャリア502が上述のモジュール102Dなどのモジュールに配置されるとき、開口518及びチャネル514は、ガス入口(例えば上述のガス入口208)からモジュールの排気装置(例えば上述のモジュール102Dの排気装置221)までのガスの流れを促進する。キャリッジは石英から製造されてもよく、石英又は石英の下に配置される金属ベースに排気装置及び洗浄チャネルが機械加工される。バッフルは、ベース512を通して流れを均一化することを容易にするために提供されることができる。
【0050】
幾つかの実施形態では、ベース512は、ベース512の内部に配置され、且つチャネル514を囲む導管516を含むことができる。導管516は、導管516をチャネル514に流体連結するための、導管516の長さに沿って形成される一つ又は複数の開口を有し、導管516からチャネル514へガスが流れることを可能にすることができる。幾つかの実施形態では、基板キャリア502がモジュール内に配置される間、洗浄ガスが導管516及びチャネル514に供給され、チャネル514から堆積された材料を除去することを容易にすることができる。排気装置の内部に処理副生成物が堆積されることを防ぐために洗浄ガスを一つ又は複数の排気装置に近接するように供給することができ、それにより、洗浄/保守に必要なダウンタイムが減少する。洗浄ガスは、モジュールから特定の材料を除去するのに適切な任意のガスであってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、洗浄ガスは、塩化水素(HC1)、塩素ガス(C1)などのもう一つの塩素含有ガスを含むことができる。代替的に、幾つかの実施形態では、不活性ガスが導管516及びチャネル514に供給され、チャネル及びチャネルの表面を通って流れる排気ガスの間にバリアを形成することによってチャネル514上に材料が堆積されることを最小限にすることができる。
【0051】
基板支持体508、510は、処理の間に基板504、506を支持するのに適切な任意の材料から製造することができる。例えば、幾つかの実施形態では、基板支持体508、510は、グラファイトから製造することができる。このような実施形態では、グラファイトは、例えば炭化ケイ素(SiC)でコーティングし、劣化に対する耐性を提供する及び/又は基板の汚染を最小限にすることができる。
【0052】
対向する基板支持体508、510は、ベース512から上方へ且つ外側へ延在する、それぞれの基板支持面520、522を備える。したがって、基板504、506が基板支持体508、510の上に配置されるとき、基板504、506それぞれの上面505、507が互いに向き合う。処理の間に基板504、506を互いに向き合わせることにより、有利には、基板間に放射状空隙(例えば基板支持体508、510の間の領域524)がつくられ、それにより、基板504、506の両方に均等で釣り合いがとれた熱の量が供給され、したがって、基板504、506の間の処理の均一性が促進される。
【0053】
幾つかの実施形態では、堆積の間にプロセスガスが基板支持体508、510の間の領域524に供給される一方で、基板支持体508、510の裏面530、532に近接して配置される熱源(例えば上述の加熱ランプ302、304)が基板504、506に熱を供給する。基板支持体508、510の間の領域524にプロセスガスが供給されることにより、有利には、モジュールの内側の構成要素がプロセスガスに曝されることが減少し、したがって、プロセスガスを熱源と基板支持体との間に供給する従来の処理システムに比べて、モジュールの内部のコールドスポット(例えばモジュールの壁、ウインドウ、又はその同等物など)上に材料が堆積されることが減少する。それに加えて、基板支持体508、510の裏面530、532を介して基板504、506を加熱することによって、モジュールの内部の任意の不純物が、基板504、506ではなく、基板支持体508、510の裏面530、532上に堆積し、それにより、有利には、基板504、506の上の材料の堆積が、高純度且つ少ない粒子数を有することを可能にすると考案者は認めている。
【0054】
上記の図面で説明されているように、指標付きのインライン基板処理ツール100の操作において、基板キャリア502内に配置される基板の第1セット(例えば基板504、506)を有する基板キャリア502は、第1のモジュール(例えば第1モジュール102A)に提供される。第1のモジュールの第1側面及び/又は第2側面の上のバリア(例えばバリア118又はバリア219)が存在しているとき、これらのバリアは、第1のモジュールの隔離を容易にするために閉じられるか、又はオンにされることができる。次いで、処理のうちの第1部(例えば堆積処理のパージ工程)が、基板の第1セット上で実行されることができる。処理のうちの第1部が完了した後、第2の基板キャリア内に配置される基板の第2セットを有する第2の基板キャリアが第1のモジュールに提供される。第2の基板キャリアが第1のモジュールに提供されるにつれて、第2の基板キャリアが第1のキャリアを第2のモジュール(例えば第2モジュール102B)へと押し出す。次いで、処理のうちの第2部が第2のモジュール内の基板の第1セット上で実行される間に、処理のうちの第1部が第1のモジュール内の基板の第2セット上で実行される。後続の基板キャリアが追加されることが繰り返され、各基板キャリアが固定位置(すなわち、所望のモジュール内の)に提供され、それゆえ基板キャリアの機械的な指標付けが提供される。処理が完成するにつれて、基板キャリアは、アンロードモジュール(例えばアンロードモジュール106)を介して、指標付きのインライン基板処理ツール100から取り除かれることができる。
【0055】
上記は本考案の実施形態を対象とするが、本考案の基本的な範囲から逸脱することなく、本考案の他のさらなる実施形態を考案することができる。

(57)【要約】

【課題】太陽電池製造用の装置及び技法に関し、基板処理チャンバにおける使用のためのガス注入器を提供する。【解決手段】処理チャンバにおける使用のためのガス注入器は、処理チャンバ内へ第1プロセスガスのジェット流を供給するように構成されるガスオリフィスの第1セット、及び処理チャンバ内へ第2プロセスガスの層流を供給するように構成されるガスオリフィスの第2セットを含むことができ、ガスオリフィスの第1セットは、ガスオリフィスの第2セットの少なくとも2つのガスオリフィスの間に配置される。


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