(57)【要約】  複数の基板を処理する基板処理システムが提供され、この基板処理システムは、概して、少なくとも１つの処理プラットフォームと、少なくとも１つのステージングプラットフォームとを含む。各基板は、基板支持アセンブリ上に配置された基板キャリア上に位置決めされる。基板支持アセンブリの表面上には複数の基板キャリアが位置決めされ、各基板キャリアは、基板をその上に保持するように構成される。処理プラットフォームおよびステージングプラットフォームはそれぞれ、別個の基板支持アセンブリを含み、基板支持アセンブリは、別個の回転式軌道機構によって回転させることができる。各回転式軌道機構は、基板支持アセンブリを支持し、基板キャリアによって保持されて基板支持アセンブリ上に配置された複数の基板を連続して回転させることが可能である。したがって、各基板は、処理プラットフォームの回転式軌道機構の上のある距離に位置決めされた少なくとも１つのシャワーヘッドステーションおよび少なくとも１つの緩衝ステーションを通じて処理される。各基板を、処理プラットフォームとステージングプラットフォームとの間で移送することができ、また基板処理システムから出し入れすることができる。【選択図】図４Ａ
2015507097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバであって、
前記処理チャンバの周りに間隔をあけて配置された複数のガス分配アセンブリと、
前記処理チャンバ内部で、前記複数のガス分配アセンブリのそれぞれの下で基板を保持するように回転する基板支持装置と、
前記複数のガス分配アセンブリのそれぞれの間で、それぞれ同じタイプの処理を提供する１組の第１の処理ステーションとを備える、処理チャンバ。
【請求項２】
前記第１の処理ステーションのそれぞれがプラズマ処理ステーションを備える、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項３】
１組の第２の処理ステーションをさらに備え、前記第２の処理ステーションがそれぞれ、ガス分配アセンブリと第１の処理ステーションとの間に位置決めされ、したがって第１の処理ステーションはガス分配アセンブリと第２の処理ステーションとの間にあり、第２の処理ステーションは第１の処理ステーションと隣接するガス分配アセンブリとの間にある、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項４】
前記ガス分配アセンブリのそれぞれが、第１の反応性ガスおよび第２の反応性ガスを基板表面に連続して提供し、前記基板表面上に膜を堆積させる、請求項１に記載の処理チャンバ。
【請求項５】
複数の基板を処理する基板処理プラットフォームであって、
１つまたは複数のガス分配アセンブリと、
前記１つまたは複数のガス分配アセンブリの下のある距離に位置決めされた複数の基板キャリアを移動させる回転式軌道とを備え、各基板キャリアは、前記複数の基板キャリア上に配置された複数の基板が前記１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を回転して通過するように、少なくとも１つの基板をその上に保持し、前記回転式軌道によって第１の回転速度で回転移動させられる、基板処理プラットフォーム。
【請求項６】
各基板キャリアが第２の回転速度で自己回転する、請求項５に記載の基板処理プラットフォーム。
【請求項７】
前記複数の基板キャリアをその上に支持し、前記回転式軌道機構によって回転させられる基板支持アセンブリをさらに備える、請求項５に記載の基板処理プラットフォーム。
【請求項８】
複数の基板を処理する基板処理システムであって、
複数の基板キャリアをその上に受け取ることが可能な第１の回転式軌道機構を備えるステージングプラットフォームであって、各基板キャリアが、少なくとも１つの基板をその上に保持し、前記第１の回転式軌道機構によって第１の回転速度で回転移動させられるように適合される、ステージングプラットフォームと、
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理プラットフォームとを備える、基板処理システム。
【請求項９】
第２の回転式軌道機構上に配置された各基板キャリアが、第３の回転速度で自己回転することが可能である、請求項８に記載の基板処理システム。
【請求項１０】
前記複数の基板キャリアをその上に支持し、前記第１の回転式軌道機構によって回転させられる第１の基板支持アセンブリをさらに備える、請求項８に記載の基板処理システム。
【請求項１１】
前記複数の基板キャリアをその上に支持し、前記第２の回転式軌道機構によって回転させられる第２の基板支持アセンブリをさらに備える、請求項１０に記載の基板処理システム。
【請求項１２】
複数の基板を処理する基板処理システムであって、
ステージングプラットフォームであって、
前記複数の基板をその上に受け取ることが可能な第１のマルチ基板受取り表面を有する第１の基板支持アセンブリと、
前記第１の基板支持アセンブリの下に配置され、前記基板支持アセンブリを第１の回転速度で回転させる第１の回転式軌道機構とを備える、ステージングプラットフォームと、
処理プラットフォームであって、
前記複数の基板をその上に受け取ることが可能な第２のマルチ基板受取り表面を有する第２の基板支持アセンブリと、
前記第２の基板支持アセンブリの上の第１の距離に配置された１つまたは複数のガス分配アセンブリと、
前記第２の基板受取り表面上に配置された前記複数の基板が前記１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を通過するように、前記第２の基板支持アセンブリの下に配置され、前記第２の基板支持アセンブリを第２の回転速度で回転移動させることが可能である第２の回転式軌道機構とを備える、処理プラットフォームとを備える、基板処理システム。
【請求項１３】
前記第１の回転速度が前記第２の回転速度と同じである、請求項１２に記載の基板処理システム。
【請求項１４】
前記第２の回転式軌道機構上に配置された各基板キャリアが、第３の回転速度で自己回転することが可能である、請求項１２に記載の基板処理システム。
【請求項１５】
前記ガス分配アセンブリが、複数の空間的に分離されたガスチャネルを備える、請求項１２に記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、基板を処理する装置に関する。より詳細には、本発明は、原子層堆積（ＡＬＤ）および化学気相堆積（ＣＶＤ）を基板上で実行するバッチ処理プラットフォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを形成するプロセスは、複数のチャンバを含む基板処理プラットフォーム内で行われる。いくつかの場合、マルチチャンバ処理プラットフォームまたはクラスタツールの目的は、制御された環境内で２つ以上のプロセスを１枚の基板上で連続して実行することである。しかし他の場合、複数チャンバ処理プラットフォームは、単一の処理ステップだけを複数の基板上で実行することができ、追加のチャンバは、このプラットフォームによって基板が処理される速度を最大にすることを目的としている。後者の場合、基板上で実行されるプロセスは通常、バッチプロセスであり、比較的多数の基板、たとえば２５または５０枚の基板が、所与のチャンバ内で同時に処理される。バッチ処理は、ＡＬＤプロセスおよび一部の化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスなど、経済的に成り立つように個々の基板上で実行するには時間がかかりすぎるプロセスにとって、特に有益である。
【０００３】
基板処理プラットフォームまたはシステムの有効性は、所有コスト（ＣＯＯ）によって定量化されることが多い。ＣＯＯは、多くの要因による影響を受けるが、主に、システムの設置面積、すなわち製造工場でシステムを動作させるのに必要な延べ床面積、およびシステムのスループット、すなわち１時間に処理される基板の数による影響を受ける。通常、設置面積は、システムに隣接する保守に必要なアクセス領域を含む。したがって、基板処理プラットフォームは比較的小さくすることができるが、操作および保守のためにすべての側面からのアクセスが必要とされる場合、システムの有効設置面積はやはり非常に大きくなることがある。
【０００４】
半導体デバイスの寸法が縮小するにつれて、プロセスの変動性に対する半導体業界の許容範囲も減少し続けている。これらのますます厳しくなるプロセス要件を満たすために、当業界は、ますます厳しくなるプロセスウィンドーの要件を満たす多数の新しいプロセスを開発してきたが、これらのプロセスは、完成までにより長い時間を要することが多い。たとえば、高アスペクト比で６５ｎｍ以下の相互接続特徴の表面上へ銅の拡散バリア層を共形に形成するには、ＡＬＤプロセスを使用することが必要になることがある。ＡＬＤとはＣＶＤの変種であり、ＣＶＤに比べて段差被覆に優れていることが実証されている。ＡＬＤは、当初はエレクトロルミネッセンスディスプレイを製造するために用いられた原子層エピタキシ（ＡＬＥ）に基づいている。ＡＬＤでは、飽和した単層の反応性前駆体分子を基板表面上に堆積させるために化学吸着を用いる。これは、適当な反応性前駆体を堆積チャンバ内へ周期的に交互にパルシングすることによって実現される。通常、反応性前駆体の各噴射は不活性ガスのパージによって分離され、前に堆積させた層に新しい原子層を提供して、基板の表面上に均一の材料層を形成する。反応性前駆体および不活性パージガスの周期を繰り返して、所望の厚さの材料層を形成する。ＡＬＤ技法に伴う最大の欠点は、堆積速度が典型的なＣＶＤ技法より少なくとも１桁、遅いことである。たとえば、一部のＡＬＤプロセスは、高品質の層を基板の表面上に堆積させるために、約１０〜約２００分のチャンバ処理時間を必要とする可能性がある。より良好なデバイス性能のためにそのようなＡＬＤおよびエピタキシャルプロセスを選んだ場合、基板処理スループットが非常に低くなるため、従来の単一の基板処理チャンバ内でデバイスを製造するコストが増大するはずである。したがって、そのようなプロセスを実施するとき、経済的に実現可能にするには、連続基板処理手法が必要とされる。
【０００５】
したがって、時間を節約し、堆積させた膜の品質を改善するために、連続基板処理手法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、複数の基板を連続して処理して処理スループットを改善する基板処理システムを提供する。１つまたは複数の実施形態では、基板処理システムは、複数の基板を処理する回転式基板処理プラットフォームを備える。回転式基板処理プラットフォームは、１つまたは複数のガス分配アセンブリと、回転式軌道機構とを含むことができ、回転式軌道機構は、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下の第１の距離に位置決めされ、複数の基板キャリアを受け取ることが可能である。各基板キャリアは、複数の基板キャリア上に配置された複数の基板が１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を回転して通過するように、少なくとも１つの基板をその上に保持し、回転式軌道機構によって第１の回転速度で回転移動させられるように適合される。別法として、回転式基板処理プラットフォームは、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下に配置された回転式基板支持アセンブリを含むことができる。回転式基板支持アセンブリは、直接または基板キャリアを介して、その上に配置された複数の基板を受け取って支持するように適合される。
【０００７】
別の実施形態では、基板処理システムが提供され、基板処理システムは、ステージングプラットフォームおよび処理プラットフォームを含む。ステージングプラットフォームは、複数の基板キャリアをその上に受け取り、かつ／または複数の基板を直接受け取ることが可能な第１の回転式軌道機構を含む。各基板キャリアは、少なくとも１つの基板をその上に保持し、第１の回転式軌道機構によって第１の回転速度で回転移動させられるように適合される。処理プラットフォームは、１つまたは複数のガス分配アセンブリと、第２の回転式軌道機構とを含む。第２の回転式軌道機構は、その上に配置された複数の基板が１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を回転して通過するように、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下のある距離に位置決めされ、複数の基板を直接受け取り、または基板キャリア上に配置された基板を受け取り、複数の基板または基板キャリアを第２の回転速度で回転移動させることが可能である。
【０００８】
さらに別の実施形態では、基板処理プラットフォームおよびステージングプラットフォームを有する基板処理システムが提供される。ステージングプラットフォームは、複数の基板をその上に受け取ることが可能な第１のマルチ基板受取り表面を有する第１の回転式基板支持アセンブリと、第１の回転式基板支持アセンブリの下に配置され、第１の回転式基板支持アセンブリを第１の回転速度で回転させる第１の回転式作動機構とを含む。処理プラットフォームは、複数の基板をその上に受け取ることが可能な第２のマルチ基板受取り表面を有する第２の回転式基板支持アセンブリと、第２の基板支持アセンブリの上の第１の距離に配置された１つまたは複数のガス分配アセンブリと、第２の基板受取り表面上に配置された複数の基板が１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を通過するように、第２の回転式基板支持アセンブリの下に配置され、第２の回転式基板支持アセンブリを第２の回転速度で回転移動させることが可能である、第２の回転式作動機構とを含む。
【０００９】
そのような基板処理システム内で基板を処理する方法も提供される。１つの方法は、基板処理システムのステージングプラットフォームの第１の回転式軌道機構によって回転させられている基板キャリア上へ基板をローディングすることと、第１の回転式軌道機構を第１の回転速度で回転させることと、基板をその上に有する基板キャリアを基板処理システムの処理プラットフォームの第２の回転式軌道機構上へローディングすることと、第２の回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を基板が移動して通過するように、第２の回転式軌道機構を第２の回転速度で回転させることと、基板キャリアを第２の回転式軌道機構からバッチ処理プラットフォームの第１の回転式軌道機構上へアンローディングすることとを含む。
【００１０】
基板処理システム内で基板を処理する別の方法は、基板処理システムのステージングプラットフォーム内部に配置された第１の回転式軌道機構によって回転させられている第１の基板支持アセンブリ上へ基板をローディングすることと、第１の回転式軌道機構を第１の回転速度で回転させることと、基板をその上に有する基板キャリアを、基板処理システムの処理プラットフォーム内部に配置された第２の回転式軌道機構によって回転させられている第２の基板支持アセンブリ上へローディングすることと、第２の回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を基板が移動して通過するように、第２の回転式軌道機構を第２の回転速度で回転させることと、基板キャリアを処理プラットフォームの第２の基板支持アセンブリからステージングプラットフォームの第１の基板支持アセンブリ上へアンローディングすることとを含む。
【００１１】
本発明の追加の実施形態は、複数のガス分配アセンブリと、基板支持装置と、１組の第１の処理ステーションとを備える処理チャンバを対象とする。複数のガス分配アセンブリは、処理チャンバの周りに間隔をあけて配置される。基板支持装置は、処理チャンバ内部にある。基板支持装置は、複数のガス分配アセンブリのそれぞれの下で基板を保持するように回転する。１組の第１の処理ステーションは、複数のガス分配アセンブリのそれぞれの間にあり、第１の処理ステーションはそれぞれ、同じタイプの処理を提供する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１の処理ステーションはそれぞれ、プラズマ処理ステーションを備える。いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリはそれぞれ、第１の反応性ガスおよび第２の反応性ガスを基板表面に連続して提供し、基板表面上に膜を堆積させる。いくつかの実施形態では、基板支持装置は、複数の回転可能な基板キャリアを備え、これらの回転可能な基板キャリアは、基板支持装置の回転とは異なる速度でおよび方向に回転可能である。
【００１３】
１つまたは複数の実施形態は、１組の第２の処理ステーションをさらに備える。第２の処理ステーションはそれぞれ、ガス分配アセンブリと第１の処理ステーションとの間に位置決めされ、したがって第１の処理ステーションはガス分配アセンブリと第２の処理ステーションとの間にあり、第２の処理ステーションは第１の処理ステーションと隣接するガス分配アセンブリとの間にある。
【００１４】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１つまたは複数の実施形態による、４つのガス分配アセンブリおよび４つの中間処理ステーションを有する基板処理システムの概略平面図である。
【図２Ａ】様々な数のガス分配アセンブリを有する基板処理システムを備えるクラスタツールの概略平面図である。
【図２Ｂ】様々な数のガス分配アセンブリを有する基板処理システムを備えるクラスタツールの概略平面図である。
【図２Ｃ】様々な数のガス分配アセンブリを有する基板処理システムを備えるクラスタツールの概略平面図である。
【図３】３つの処理グループを含み、各処理グループがガス分配アセンブリ、第１の処理ステーション、および第２の処理ステーションを含む、基板処理システムの概略平面図である。
【図４Ａ】本発明の１つまたは複数の実施形態による、２つのプラットフォームを有するように構成され、複数の基板を連続してローディング、アンローディング、および処理することが可能であり、各プラットフォーム内に回転式軌道機構が配置される、基板処理システムの概略平面図である。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態による、２つのプラットフォームを有するように構成され、複数の基板を連続してローディング、アンローディング、および処理することが可能であり、各プラットフォーム内に回転式基板支持アセンブリが配置される、基板処理システムの概略平面図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態による、複数のシャワーヘッドステーションのガス分配アセンブリの下に回転式に配置されている複数の基板を示す、複数のシャワーヘッドステーションおよび複数の緩衝ステーションを有する処理プラットフォームの概略平面図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態による、基板の表面の方を向いており、複数の開いているガスチャネルを有する面を示す、シャワーヘッドステーション内のガス分配アセンブリの側面図である。
【図７】本発明の１つまたは複数の実施形態による、基板が下に配置された処理ステーション内のガス分配アセンブリの部分横断側面図である。
【図８】２つの処理ステーションの２つのガス分配アセンブリの下で、回転式基板支持アセンブリの表面上に２つの基板が配置されている、処理プラットフォームの部分横断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、スループットを最大にして処理効率を改善する連続基板堆積のための基板処理システムを提供する。この基板処理システムはまた、堆積前および堆積後の基板処理に使用することができる。
【００１７】
複数のガス噴射器を有する処理チャンバを使用して、複数のウエハを同時に処理することができ、したがってこれらのウエハは、同じプロセスの流れを経験する。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「基板」および「ウエハ」という用語は、処理（たとえば、堆積、アニール、エッチング）が実行される個別の剛性材料を指すために区別なく使用される。たとえば、図１に示すように、処理チャンバは、４つのガス噴射器および４つのウエハを有する。処理の初めに、これらのウエハを噴射器間に位置決めすることができる。カルーセルを４５°回転させる結果、各ウエハは膜の堆積のために噴射器の方へ移動させられる。さらに４５°回転させると、ウエハは噴射器から離れる方へ移動させられるはずである。空間のＡＬＤ噴射器によって、主にウエハが噴射器に対して移動する間に、ウエハ上に膜が堆積される。
【００１８】
図１に示す処理チャンバ１０は、単に１つの可能な構成を表すものであり、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではない。ここで、処理チャンバ１０は、複数のガス分配アセンブリ１１を含む。図示の実施形態では、処理チャンバ１０の周りに４つのガス分配アセンブリ１１が均等に間隔をあけて配置されている。図示の処理チャンバ１０は８角形であるが、これは１つの可能な形状であり、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことが、当業者には理解されよう。
【００１９】
処理チャンバ１０は、処理チャンバ１０内部に基板支持装置１２を含む。基板支持装置１２は、ガス分配アセンブリ１１のそれぞれの下で複数の基板を移動させることが可能である。チャンバに対して基板をローディング／アンローディングすることを可能にするために、処理チャンバ１０の側面に、図示されていないロードロックを接続することもできる。
【００２０】
処理チャンバ１０は、複数のガス分配アセンブリ１１のそれぞれの間に位置決めされた複数または１組の第１の処理ステーション１３を含む。第１の処理ステーション１３はそれぞれ、同じ処理を基板に提供する。いくつかの実施形態では、図３に示すように、第１の処理ステーション１３とガス分配アセンブリ１１との間に１組の第２の処理ステーション１４が位置決めされており、したがって、処理チャンバ１０を通って回転する基板は、基板がどこから動き出すかに応じて、ガス分配アセンブリ１１、第１の処理ステーション１３、および第２の処理ステーション１４に遭遇し、その後これらのいずれかの２つ目に遭遇するはずである。たとえば、図３に示すように、基板が第１の処理ステーション１３から動き出した場合、基板は第１の処理ステーション１３、ガス分配アセンブリ１１、および第２の処理ステーション１４に順番に出会い、その後第２の第１の処理ステーション１３に遭遇するはずである。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｃは、複数のカルーセル型の処理チャンバ１０を有するクラスタツール２０の異なる実施形態を示す。図２Ａに示す実施形態は、中心移送ステーション２１の周りに４つの処理チャンバ１０を有する。処理チャンバ１０はそれぞれ、２つのガス分配アセンブリ１１および２つの第１の処理ステーション１３を含む。図２Ｂの実施形態は、３つのガス分配アセンブリ１１および３つの第１の処理ステーション１３を有し、図２Ｃの実施形態は、４つのガス分配アセンブリ１１および４つの第１の処理ステーション１３を有する。同様に、他の数の噴射器またはガス分配アセンブリを用いることもできる。いくつかの実施形態では、噴射器の数は、同時に処理できるウエハの数に等しい。各ウエハは、噴射器の下または噴射器間の領域内にあり、したがって各ウエハは、処理中に同じ経験を有する（すなわち、同じ条件を経験する）。
【００２２】
噴射器間に、追加の処理装置を位置決めすることもできる。たとえば、ＵＶランプ、フラッシュランプ、プラズマ源、およびヒータなどである。次いでこれらのウエハは、噴射器の位置間を、たとえばウエハにプラズマを供給するシャワーヘッド位置まで移動する。１つまたは複数の例では、各堆積層の後、プラズマ処理によって窒化ケイ素膜を形成することができる。理論的には、表面が飽和している限り、ＡＬＤ反応は自己制限するため、堆積ガスに対する追加の露出は膜の損傷を引き起こさない。
【００２３】
カルーセルの回転は、連続または非連続とすることができる。連続処理の際、ウエハは常に回転しており、したがって噴射器のそれぞれに順に露出される。非連続処理の場合、ウエハを噴射器領域へ移動させて停止させることができ、次いで噴射器間の領域へ移動させて停止させることができる。たとえば、カルーセルは、ウエハが噴射器を越えて噴射器間領域から移動し（または噴射器に隣接して停止し）、次の噴射器間領域へ移動し、そこで再び休止できるように回転することができる。噴射器間の休止は、各層堆積間に、追加の処理ステップ（たとえば、プラズマへの露出）のための時間を提供することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、対称の配向を維持している噴射器とは異なる数のウエハが存在する。たとえば、処理チャンバは、３つの噴射器および６つのウエハを有することができる。最初は、どのウエハも噴射器の下に位置決めされていない。カルーセルを３０°回転させることで、第１の１組のウエハが噴射器の下に配置され、第２の１組のウエハが噴射器のすぐ前の位置へ移動させられる。次に３０°回転させることで、第１の１組のウエハが噴射器の下から運び出され、第２の１組のウエハが噴射器領域へ移動させられる。この場合も、これらの基板を各噴射器間の追加の処理ステップに露出させることができる。
【００２５】
これらの噴射器は、実質上平行（たとえば、方形）またはくさび形とすることができる。表面反応が飽和した後は、追加の反応は生じないため、ウエハが噴射器に隣接して追加の時間を費やすかどうかは問題ではない。
【００２６】
図１を参照すると、本発明の１つまたは複数の実施形態は、複数の基板を処理する方法を対象とする。複数の基板１６はそれぞれ処理チャンバ１０内へローディングされ、したがって各基板１６は、他の基板１６と相対的に同一の位置にくる。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「相対的に同一」、「相対的に同じ」、「実質上等しい開始位置」などの用語は、これらの基板が同等の位置にある（たとえば、それぞれがガス分配アセンブリの下にあり、またはそれぞれがガス分配アセンブリ間にある）ことを意味する。たとえば、図１の各基板１６は、ガス分配アセンブリ１１の下に位置決めされた状態で示されている。したがって、各基板１６は、他の基板と実質上等しい開始位置を有する。複数の基板は、基板支持装置１２上に位置決めされ、基板支持装置１２は、軌道部分および／または支持構造を含むことができる。基板支持装置１２は、円１７または類似の形状で基板１６を回転させる。回転時、基板１６は、最初の位置から次の位置へ移動する。次の位置は、第１の処理ステーション１３の下とすることができる。ガス分配アセンブリ１１が、図７に図示および記載の装置のような空間原子層堆積装置であるとき、ガス分配アセンブリの下を移動することで、基板の各部分は一連のプロセスガス（前駆体ガスまたは反応性ガスなどとも呼ばれる）に露出され、基板表面上に層を堆積させる。次いで基板は、堆積後プロセスを受ける第１の処理ステーション１３へ移動する。いくつかの実施形態では、堆積後プロセスとは、１つまたは複数のアニールおよびプラズマ処理である。
【００２７】
基板は、連続して途切れない方法、または不連続のステップで移動する。不連続のステップで移動するとき、基板は、第１の処理ステーションからガス分配アセンブリ領域を通って別の第１の処理ステーションへ移動することができる。このことは、基板の移動が、膜を堆積させるためガス分配アセンブリに隣接する異なる反応ガスの連続した露出を引き起こすことを可能にする。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリを交互にすることで交互の反応ガスを提供し、第１の処理ステーションを交互にすることで異なる処理を提供する。たとえば、第１のガス分配アセンブリは、第１の反応性ガスを基板表面に供給して、表面上に部分的な膜を形成することができ、次いで基板は、第１の処理ステーションへ移動することができ、そこで部分的な膜が加熱され、次いで第２のガス分配アセンブリへ移動することができ、そこで第２の反応性ガスが部分的な膜と反応して完全な膜を形成し、それに続いて、基板は別の第１の処理ステーションへ移動し、そこで膜はプラズマに露出されてたとえば膜の密度を高める。
【００２９】
図４Ａは、複数の基板を連続して処理する基板処理システム１００の概略平面図である。基板処理システム１００は、ステージングプラットフォーム１２０と、ステージングプラットフォーム１２０に接続された処理プラットフォーム２００とを含むことができる。処理プラットフォーム２００は、ＡＬＤまたはＣＶＤプロセスで複数の基板２１０の上に材料層を堆積させるために使用することができる。任意選択で、基板処理システム１００は、ファクトリインターフェース１１０を含む。基板２１０を、ファクトリインターフェース１１０から方向２４８に移送することができ（たとえば、一度に１つの基板または図４Ａに示すような縦一列に移送される２つの基板）、ステージングプラットフォーム１２０上へローディングすることができる。概して、基板処理システム１００内では低汚染の清浄な環境が維持される。
【００３０】
１つまたは複数の実施形態では、回転式機構を使用することによって、スループットが改善される。複数の基板２１０を、回転式軌道機構上に直接配置することができ、基板処理システム１００の内側で回転させて連続して処理することができる。別法として、回転式軌道機構２４５、２４７を、基板２１０が基板キャリア２４０上に配置され、処理システム１００の周りを移動させられるように、複数の基板キャリア２４０を受け取るように構成することができる。１つまたは複数の実施形態では、回転式軌道機構上に配置された各基板キャリア２４０は、第２の回転速度で自己回転し、その上に基板２１０を保持することが可能である。
【００３１】
たとえば、ステージングプラットフォーム１２０は、複数の基板２１０を支持して第１の回転速度（たとえば、０〜３０ｒｐｍ未満）で方向２４６（たとえば、時計回りまたは反時計回り）に回転させる第１の回転式軌道機構２４７を含むことができる。ステージングプラットフォーム１２０は、前処理ステーション、後処理ステーション、および異なるプロセス（たとえば、プラズマ処理、アニールなど）のためのステーションを含むことができる。
【００３２】
処理プラットフォーム２００は、移送される複数の基板２１０をその上に支持して第２の回転速度（たとえば、０〜３０ｒｐｍ未満）で回転させる第２の回転式軌道機構２４５を含むことができる。ステージングプラットフォーム１２０内で準備して処理された後、基板２１０は、たとえば、第１の回転式軌道機構２４７および第２の回転式軌道機構２４５の軌道の交換および接続（鉄道線路の軌道交換に類似している）を介して、ステージングプラットフォーム１２０から処理プラットフォーム２００へ移送することができる。一態様では、基板の移送を容易にするために、第１の回転式軌道機構２４７の第１の回転速度は、第２の回転式軌道機構２４５の第２の回転速度とほぼ同じ速度に整合される。
【００３３】
基板の処理中、第２の回転式軌道機構２４５は、複数の基板２１０が（複数の基板キャリア２４０上に配置されるか、それとも第２の回転式軌道機構２４５上に直接配置されるかにかかわらず）、１つまたは複数のガス分配アセンブリ２５２の下を回転して通過するように、方向２４２（たとえば、時計回りまたは反時計回り）に回転するように構成される。１つまたは複数の実施形態では、各回転式軌道機構上に配置された各基板キャリアは、第３の回転速度（たとえば、０〜３０ｒｐｍ未満）で自己回転することが可能である。
【００３４】
処理プラットフォーム２００は、第２の回転式軌道機構２４５の上のある距離に位置決めされた１つまたは複数のシャワーヘッドステーション２５０の下で複数の基板２１０のそれぞれを回転させることによって、複数の基板を同時に処理するように適合される。各シャワーヘッドステーション２５０は、ガス分配アセンブリ２５２を含む。複数の基板２１０を回転させ、それらを複数のガス分配アセンブリ２５０を通過させることによって、ガス分配アセンブリ２５２から供給される２つ以上のプロセスガスに各基板２１０を連続して露出させる。各ガス分配アセンブリ２５２は、異なるタイプのプロセスガス（たとえば、反応性の前駆体ガス、不活性ガス、および他の流体または化合物）を交互に供給するように構成される。概して、第２の回転式軌道機構２４５は、シャワーヘッドステーション２５０のガス分配アセンブリ２５２の平面の下のある距離にある。
【００３５】
図４Ｂは、本発明の別の実施形態による、ステージングプラットフォーム１２０および処理プラットフォーム２００を有するように構成され、複数の基板を連続してローディング、アンローディング、および処理することが可能な基板処理システム１００の別の例の概略平面図である。
【００３６】
ステージングプラットフォーム１２０は、水平方向２４６（たとえば、時計回りまたは反時計回り）の回転移動が可能な基板支持アセンブリ２７７（たとえば、カルーセルのような機構）を含むことができる。基板支持アセンブリ２７７は、複数の基板２１０または基板２１０がその上に配置された複数の基板キャリア２４０を支持することが可能なマルチ基板受取り表面を含むことができる。基板支持アセンブリ２７７は、（たとえば、回転シャフトまたは第１の回転式軌道機構２４７により）支持されて回転させられるように構成される。各基板２１０を、基板支持アセンブリ２７７の受取り表面上の特定の場所に直接配置することができる。別法として、各基板２１０を、各基板２１０を基板支持アセンブリ２７７上で容易に固定できるように、基板キャリア２４０によって支持することができる。
【００３７】
処理プラットフォーム２００は、水平方向２４２（たとえば、時計回りまたは反時計回り）の回転移動が可能な基板支持アセンブリ２７５（たとえば、カルーセルのような機構）を含むことができる。基板支持アセンブリ２７５は、複数の基板２１０または基板２１０がその上に配置された複数の基板キャリア２４０を支持することが可能なマルチ基板受取り表面を含むことができる。基板支持アセンブリ２７５は、（たとえば、図８に示す回転シャフトまたは第１の回転式軌道機構２４５により）支持されて回転させられるように構成される。各基板２１０を、基板支持アセンブリ２７５の受取り表面上の特定の場所に直接配置することができる。別法として、各基板２１０を、各基板２１０を基板支持アセンブリ２７５上で容易に固定できるように、基板キャリア２４０によって支持することができる。
【００３８】
上記したように、基板が処理されている間に、基板の移送のうち、最も時間のかかる要素（たとえば、基板のローディングおよびアンローディング、ロードロックのポンピングおよび通気など）を実行することによって、システムのスループットが実質上改善される。図４Ａおよび図４Ｂに示す構成は、これらの要因の寄与を低減させ、または排除し、システムのスループットを改善することができる。
【００３９】
図５は、複数のシャワーヘッドステーション２５０を有する処理プラットフォーム２００の概略平面図である。任意選択で、シャワーヘッドステーション間には、各シャワーヘッドステーション２５０を空間的に分離し、かつ／または基板の加熱もしくは基板２１０の表面の上に堆積させた膜の硬化を行うための複数の緩衝ステーション２４８が配置される。
【００４０】
図５に示すように、複数のシャワーヘッドステーション２５０のガス分配アセンブリ２５２の下に、複数の基板２１０を回転式に配置することができる。基板処理中、基板支持アセンブリ２７５の下の回転式軌道機構２４５またはシャフトは、複数の基板２１０がシャワーヘッドステーション２５０および緩衝ステーション２４８のそれぞれの下を回転して通過するように、第１の回転速度（たとえば、０〜３０ｒｐｍ未満）で水平方向２４２（たとえば、時計回りまたは反時計回り）に回転するように構成される。
【００４１】
図６は、シャワーヘッドステーション２５０内のガス分配アセンブリ２５２の側面図を示し、この側面は基板２１０の表面の方を向いている。図７は、ガス分配アセンブリ２５２の部分横断側面図であり、ガス分配アセンブリ２５２の下に基板２１０が配置されている。
【００４２】
ガス分配アセンブリ２５２は、前駆体ガスＡ、前駆体ガスＢ、およびパージガスをそれぞれガスボックス１２０、１３０、１４０から供給するように基板２１０の表面の方を向いている複数の開口を持つ、複数のガスチャネル１２５、１３５、１４５を含むことができる。複数のガスチャネル１５５は、ポンピングシステムに接続され、基板２１０の表面の上の処理空間から余分のガスをポンピングするように設けられる。１つまたは複数の実施形態では、ガスチャネル１２５、１３５、１４５、１５５は、空間的に分離され、別法としてガス分配アセンブリ２５２の水平面全体にわたって配置される。別の実施形態では、前駆体ガスＡ、前駆体ガスＢ、およびパージガスは、ガスチャネル１２５、１３５、１４５、１５５内へ連続して流れ込み、基板２１０の表面の上の異なる場所へ流れる。
【００４３】
各ガスチャネル１２５、１３５は、基板が回転して各ガスチャネル１２５、１３５の下に到達したときに基板２１０の表面の上へ化学吸着されるべき前駆体化合物のガス流を供給するように提供される。各ガスチャネル１４５は、基板が回転してガスチャネル１４５の下に到達したときに基板２１０の表面の上で前駆体Ａおよび前駆体Ｂのそれぞれの流れを分離するためのパージガスのガス流を供給するように提供される。したがって、各基板２１０は、各ガス分配アセンブリ２５２内で空間的に分離された複数のガスチャネル１２５、１３５、１４５の開口の下に配置されたとき、前駆体ガスＡ、前駆体ガスＢ、およびパージガスに同時に異なる場所で露出させられることができる。
【００４４】
図８は、処理プラットフォーム２００の部分横断側面図であり、２つの処理ステーション２５０の２つのガス分配アセンブリ２５２の下で、回転式基板支持アセンブリ２７５の表面上に２つの基板２１０が配置されていることを示す。図８に示すように、ガスチャネル１２５の開口を介して、基板の一部分を前駆体ガスＡの複数の流れに露出させることができる一方、ガスチャネル１４５の開口を介して、別の基板の一部分をパージガスの複数の流れに露出させることができる。
【００４５】
さらに、処理プラットフォーム２００内のプロセス温度および圧力は、ＡＬＤまたはＣＶＤプロセスに適したレベルで制御される。たとえば、処理プラットフォーム２００の内側に、１つまたは複数のポンプを配置することができ、基板支持アセンブリ２７５の下に、１つまたは複数のヒータシステム２０５を配置することができる。追加の加熱システムは、基板支持アセンブリ２７５の上部または底部からの放射または対流による加熱を含むことができる。さらに、処理プラットフォームを、処理システム１００内部でプラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスを行うために、ローカルまたは遠隔のプラズマ源に結合することができる。
【００４６】
動作の際には、基板２１０の表面の上に窒化タンタル（ＴａＮ）材料層を堆積させるために、２つの前駆体化合物を使用することができる。第１の前駆体は、タンタルベースの有機金属前駆体またはその誘導体、たとえばペンタジメチルアミノタンタル（ＰＤＭＡＴ、Ｔａ（ＮＭｅ２）５）、ペンタエチルメチルアミノタンタル（ＰＥＭＡＴ、Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）２］５）、ペンタジエチルアミノタンタル（ＰＤＥＡＴ、Ｔａ（ＮＥｔ２）５）、ＴＢＴＤＥＴ（Ｔａ（ＮＥｔ２）３ＮＣ４Ｈ９またはＣ１６Ｈ３９Ｎ４Ｔａ）、およびタンタルハロゲン化合物、ならびに上記の化合物のあらゆる誘導体など、タンタル含有化合物とすることができる。タンタル含有化合物を、ガスとして提供することができ、またはキャリアガスの助けを借りて提供することができる。使用できるキャリアガスの例には、それだけに限定されるものではないが、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、および水素（Ｈ２）が含まれる。
【００４７】
第１の前駆体ガス（前駆体ガスＡ）をバッチ処理チャンバ２００の処理領域２８０内へ供給した後、単層のタンタル含有化合物が基板２１０の表面上へ化学吸着され、余分のタンタル含有化合物は、パージガスのパルスをプロセスチャンバへ導入することによってプロセスチャンバから除去される。使用できるパージガスの例には、それだけに限定されるものではないが、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、および他のガスが含まれる。
【００４８】
プロセスチャンバがパージされた後、バッチ処理チャンバ２００の処理領域２８０内へ第２の前駆体ガス（前駆体ガスＢ）を供給することができる。第２の前駆体は、窒素原子および１つまたは複数の反応性の原子／化学種を有する窒素含有化合物とすることができる。たとえば、窒素含有化合物は、アンモニアガス（ＮＨ３）および他の窒素含有化合物とすることができ、他の窒素含有化合物には、それだけに限定されるものではないが、ｘおよびｙを整数としてＮｘＨｙ（たとえば、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４））、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２）、ｔ−ブチルヒドラジン（Ｃ４Ｈ９Ｎ２Ｈ３）、フェニルヒドラジン（Ｃ６Ｈ５Ｎ２Ｈ３）、他のヒドラジン誘導体、窒素プラズマ源（たとえば、Ｎ２、Ｎ２／Ｈ２、ＮＨ３、またはＮ２Ｈ４のプラズマ）、２，２’−アゾイソブタン（（ＣＨ３）６Ｃ２Ｎ２）、エチルアジド（Ｃ２Ｈ５Ｎ３）、ならびに他の適したガスが含まれる。窒素含有化合物は、パルスとして処理領域２８０内へ導入することができ、単独で提供することができる。別法として、キャリアガスを使用して、必要に応じて窒素含有化合物を供給することができる。
【００４９】
第２の前駆体ガス（前駆体ガスＢ）をバッチ処理チャンバ２００の処理領域２８０内へ供給した後、単層のタンタル含有化合物上へ単層の窒素含有化合物を化学吸着させることができる。原子層堆積（ＡＬＤ）中の表面上の前駆体の組成および構造は、正確には知られていない。理論に拘束されるものではないが、化学吸着された単層の窒素含有化合物は、単層のタンタル含有化合物と反応して窒化タンタル層を形成すると考えられる。２つの前駆体化合物からの反応性の化学種は副生成物を形成することがあり、これらの副生成物は、基板表面から（たとえば、流体出口２６２および排出システム２６０を介して）輸送される。窒素含有化合物とタンタル含有化合物の反応は自己制限性であり、前駆体化合物を処理領域２８０内へ供給する各パルスにおいて、１つの単層の前駆体化合物のみが基板２１０の表面上へ化学吸着されると考えられる。２つ以上の交互の前駆体を基板の表面の上へ連続して供給する各サイクルは、所望の厚さの材料層（たとえば、窒化タンタル膜）が形成されるまで繰り返される（たとえば、２０〜３０サイクル）。
【００５０】
流体供給システムを、ガス分配アセンブリ２５０のそれぞれの下の内部プロセス体積に流体的に連通させることができ、そして処理プラットフォーム２００近傍の設備タワー内に位置決めすることができる。処理プラットフォーム２００および／またはマルチチャンバ基板処理システム１００には、処理プラットフォーム２００の内側で実行されるプロセスを制御するためのシステム制御装置が接続される。
【００５１】
基板処理システム１００内で基板を処理する１つの方法は、基板処理システムのステージングプラットフォームの第１の回転式軌道機構によって回転させられている基板キャリア上へ基板をローディングすることと、第１の回転式軌道機構を第１の回転速度で回転させることと、基板をその上に有する基板キャリアを基板処理システムの処理プラットフォームの第２の回転式軌道機構上へローディングすることと、第２の回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を基板が移動して通過するように、第２の回転式軌道機構を第２の回転速度で回転させることと、基板キャリアを第２の回転式軌道機構からバッチ処理プラットフォームの第１の回転式軌道機構上へアンローディングすることとを含む。
【００５２】
基板処理システム内で基板を処理する別の方法は、基板処理システムのステージングプラットフォーム内部に配置された第１の回転式軌道機構によって回転させられている第１の基板支持アセンブリ上へ基板をローディングすることと、第１の回転式軌道機構を第１の回転速度で回転させることと、基板をその上に有する基板キャリアを、基板処理システムの処理プラットフォーム内部に配置された第２の回転式軌道機構によって回転させられている第２の基板支持アセンブリ上へローディングすることと、第２の回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を基板が移動して通過するように、第２の回転式軌道機構を第２の回転速度で回転させることと、基板キャリアを処理プラットフォームの第２の基板支持アセンブリからステージングプラットフォームの第１の基板支持アセンブリ上へアンローディングすることとを含む。
【００５３】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2015507097.tif 000003
【図２Ａ】
2015507097.tif 000004
【図２Ｂ】
2015507097.tif 000005
【図２Ｃ】
2015507097.tif 000006
【図３】
2015507097.tif 000007
【図４Ａ】
2015507097.tif 000008
【図４Ｂ】
2015507097.tif 000009
【図５】
2015507097.tif 000010
【図６】
2015507097.tif 000011
【図７】
2015507097.tif 000012
【図８】
2015507097.tif 000013
【国際調査報告】
2015507097.tif 000014
2015507097.tif 000015