JP2006037229A - Ｐｅｃｖｄ膜の改善された堆積反復性 - Google Patents

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Abstract

【課題】 プロセスチャンバ内で順に一連の基板を処理する間、均一なＰＥＣＶＤ堆積速度を可能にする一貫した反応チャンバ環境を提供する。
【解決手段】 我々は、多くの基板が堆積チャンバ内で連続して順に処理される場合に、膜の化学気相堆積（ＣＶＤ）の堆積速度の均一性を改善する方法を有する。本方法は、堆積チャンバ内に基板が存在する場合に、基板を取り囲んでいる処理容積内の少なくとも１つの処理容積構造体をプラズマ予熱することを含んでいる。我々は、また、堆積チャンバ内で連続して順に多くの基板の処理の最初に数枚の基板の堆積時間を調整するデバイス制御法を有するので、堆積した膜厚が一連の基板処理中に本質的に一定に保たれる。これらの方法を単一方法に組合わせると、基板から基板までの平均膜厚を制御する点で最良の結果が得られる。
【選択図】 図１Ａ

Description

発明の背景
[0003]１．発明の分野
[0004]本発明は、一般的には、酸化シリコンの薄層を含む物質を製造する化学気相堆積の分野に関する。特に、本発明は、同一の処理チャンバにおいて順に処理される一連の基板上に酸化シリコン層/膜の堆積を制御する方法及び装置に関する。
[0005]２．背景技術の簡単な説明
[0006]化学気相堆積（ＣＶＤ）は、典型的には、液体又は固体前駆物質から蒸気を生成するとともに蒸気が反応して膜を形成する基板の表面（典型的には加熱された）にこれら蒸気を分配することにより、基板上に膜を形成する方法である。化学気相堆積のシステムは半導体製造のような用途に使われ、ＣＶＤは半導体の薄膜、誘電体、金属層を形成するために使われる。プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）は、デバイス品質ＴＥＯＳ系酸化シリコン（ＳｉＯx）膜を得るために用いられる最も一般的な堆積法である。当該技術の現在の状況においては、単一チャンバで連続的に処理される一連の基板の場合、ＴＥＯＳ系酸化シリコン堆積速度は、基板から基板までに生ずるＰＥＣＶＤ反応チャンバの変化があることから、続いての各基板処理が徐々に増加する。一連の基板処理中に均一な堆積速度の欠如によって、デバイス性能及び/又はプロセス歩留まりの点で負に影響する。堆積した膜厚の潜在的な変動を適合させるために、デバイス設計は負に影響する。かなりの制限がデバイス設計に課せられなければならない。
[0007]例として、基板がゲート絶縁膜厚が臨界値である薄膜トランジスタ、又はダイオードのようなデバイスである場合、堆積した膜の厚さの変動は設計性能にかなり影響する。そのような場合、単一チャンバにおいて順に処理される基板の堆積速度の変化は、堆積した膜厚の狭い許容限界を早い段階で破ることがある。膜の堆積速度の一貫性と、一処理基板から次への反復性の改善を援助する一つの要因は、ＰＥＣＶＤ反応チャンバの頻繁な洗浄である。基板処理の間、堆積物質は反応チャンバの内部壁と他の領域に付着し、それによって続いての処理可変部に影響する。湿式洗浄と乾式洗浄双方を含む反応チャンバ内からこの堆積した物質を洗浄する多くの方法が存在する。湿式洗浄においては、反応チャンバは開放され、チャンバ表面は手で洗浄される。手動洗浄は非常に時間を使い、基板処理量に負に影響する。乾式洗浄が反応チャンバを分解する必要のないインサイチュ洗浄プロセスであることから、湿式洗浄法より改善されている。典型的には、乾式洗浄は、必要とされる時だけ適用される湿式洗浄と共に頻繁に用いられる。
[0008]処理チャンバの乾式洗浄法の多くの例が当該技術の現況に存在し、いずれも本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５,７５３,１３７号と同第５,１５８,６４４号を含み、一般的にはチャンバから容易に取り除かれるガス状反応生成物を生成する反応チャンバ内で汚染物質と洗浄化学種を反応させる方法に関する。洗浄の必要とされる頻度を減少させる他の方法は、反応処理ガスによる化学的攻撃からチャンバ壁を保護する炭素物質でチャンバ壁をコーティングすること（米国特許第５,０８５,７２７号）；前記チャンバ内のポリマー蓄積を防止するチャンバに犠牲的な構造体を加えること（米国特許第４,７８６,３５９号）を含んでいる。基板処理後の基板処理チャンバの頻繁な補修洗浄は、処理チャンバ内の動作の変化を減少させる。
[0009]しかしながら、処理チャンバ表面が洗浄された条件で維持される場合でさえ、一連の基板がプロセスチャンバにおいて順に処理されるときにＰＥＣＶＤ堆積膜の堆積速度においてなお著しい変化がある。他のプロセス可変部は、順に一連の基板が処理される間の膜堆積速度に影響する。
[0010]堆積した膜厚が比較的に一定に保持されるかなりの製品歩留まりを達成するために、当業者は処理された各基板の堆積時間の手での調整に頼ってきた。このことはかなりの労力を強いることであり、誤差を受けやすい。
[0011]反応チャンバ内の供給源ガスの堆積速度は、少なくとも圧力、ガス組成、電力、時間、温度を含む多くの変数の関数である。（例えば、Kim，EJ，Gill，WN，分離ガスインジェクターリアクタにおけるＴＥＯＳ/オゾンからＳｉＯ2 ＣＶＤのモデリング，Korean J．Chem．Eng，15(1)，56-63（1998）とその中の文献を参照のこと。）堆積速度の可変性を制御する多くの方法は、これらの変数を制御するための物質と方法を提供するものである。一般に、これらの方法は、堆積物質の蓄積を引き起こすあらゆる負の影響を相殺するために作用する反応チャンバ内に化学的雰囲気を与えるものである。一例は、米国特許第６,７２３,６６０Ｂ１号であり、基板処理中に反応チャンバ内の圧力を制御することにより安定な膜の薄膜を形成するために供給源ガス堆積速度の変動を減少させるための方法が記載されている。この特許には、供給源ガス分配機構（シャワーヘッド）の温度の増加が基板上に堆積される供給源ガスの性質の変化をどのように引き起こされるかが記載されている。文献には、このような温度制御デバイスの複雑な力学が前記供給源ガスの分配に負に影響することから、シャワーヘッドの温度増加を防止するために反応チャンバに温度制御デバイスを付加することが適していないことが述べられている。従って、‘６６０特許の方法は、処理チャンバ内の圧力を調整することによってシャワーヘッド温度の上昇を無効にし、それによって堆積速度が安定し、基板処理における変動が減少する。しかしながら、この方法は化学気相堆積技術が圧力変化に非常に敏感であるということに制限されるので、堆積速度における変動を相殺するために圧力でなし得る狭い範囲の調整だけである。
[0012]従って、プロセスチャンバ内で順に一連の基板を処理する間、均一なＰＥＣＶＤ堆積速度を可能にする更に一貫した反応チャンバ環境を提供することが当該技術において求められている。更に、半導体業界において膜のＰＥＣＶＤ堆積中に改善された基板処理量が当該技術において求められている。
発明の概要
[0014]我々は、多くの基板が堆積チャンバ内で一連に連続して処理される場合、化学気相堆積（ＣＶＤ）膜、特にプラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）膜の堆積速度の反復性を改善する方法を発見した。我々は、また、大基板全体に堆積した膜の均一性を改善することを可能にする。膜堆積速度の反復性の改善のほかに、我々は、堆積される膜厚が基板から基板まで一貫するように、順に一連の基板を処理する間に膜堆積時間を調整するデバイス制御された方法を開発した。反復性堆積速度と堆積時間調整の組合わせは、堆積した膜の膜厚と均一性について制御を高めつつ、膜堆積チャンバを洗浄する前に処理することができる基板数の大幅な増加を可能にした。本方法は、堆積チャンバの洗浄前に少なくとも１０基板、典型的には実質的に１０を超える基板の処理を可能にする。本方法の最も重要な態様の一つは、堆積する膜が形成される更に一定の熱条件を供給することである。本方法は、プロセスチャンバの洗浄後に処理される一連の最初の基板がＣＶＤ堆積膜に必要とされる膜厚と均一性を満たすことができない可能性を避け、減少もさせる。処理チャンバを洗浄することにより、湿式洗浄又は化学的反応性プラズマを用いた洗浄のどちらかを意味する。ＰＥＣＶＤ堆積酸化シリコン膜に関して、このような化学的反応性洗浄プラズマは、例えば、ＮＦ3プラズマである。
[0015]堆積チャンバにおいて順に処理される一連の基板の場合、化学気相堆積によって堆積した膜の基板全体に化学気相堆積速度の統一と厚さの均一性を改善する方法は、堆積チャンバ内に基板があるプラットフォームを予熱することと；基板が基板支持プラットフォーム上にある場合に、基板を取り囲む処理チャンバ容積内の少なくとも１つの処理容積構造体を予熱することを含んでいる。典型的には、少なくとも１つの処理容積構造体は、基板が処理チャンバ（例えば、ガス分配プレート）内に存在する場合に、側壁構造体と基板の上に横たわっている構造体からなるグループより選ばれ、プロセス容積内の少なくとも１つの前記予熱は、プラズマ化学種による物理的衝撃を用いて達成される。典型的には、プラズマ化学種は、基本的には化学的に不活性であるが、特例としてプラズマ化学種は反応性化学種を含むことができる。
[0016]任意により、基板支持プラットフォームに載置される基板は、プラットフォーム上に載置する前に予熱することができる。また任意により、基板の上面は、プラズマ化学種による物理的衝撃によりプラットフォーム上の定位置で加熱することができる。基板上面がプラットフォーム上の定位置でプラズマ加熱されるときの例においては、基板表面加熱の物理的衝撃を与えるために用いられるプラズマは、基板表面に対する潜在的な害を減少させるように選ばれる。このことは、非不活性プラズマ化学種の使用を必要とするものである。例えば、我々は、シリコン、ポリシリコン、又はアモルファスシリコン基板表面に衝突させるためのアルゴンプラズマの使用は、その基板上の酸化シリコン誘電体層の体積時に連続して形成されるインタフェースに負に影響することを発見した。このようなインタフェース損傷を避けるために、酸素を含むプラズマが基板表面の物理的衝撃加熱のための化学種を供給するために用いることができる。
[0017]プロセスチャンバ容積構造体は、一連の基板処理中にプラズマ処理によって定期的加熱（ある洗浄を同時に施すことができる）を必要とするので、加熱するためのプロセスチャンバ容積構造体のプラズマ処理と、基板表面の加熱が同時に行うことができる。
[0018]処理容積構造体を加熱するために用いられるプラズマが前もって処理された基板上の膜堆積中に処理容積構造体上に蓄積された残留膜堆積副生成物を同時に取り除く場合に有利である。このことを記載するために、我々は処理容積構造体の加熱/洗浄に言及する。典型的には、しかし任意により、プロセス容積構造体予熱は処理チャンバへ基板を装填する前に実施される。このことは、予熱プロセス中に基板汚染を防止するためである。
[0019]本発明の第一実施形態は、処理チャンバがチャンバ内の内部にプラズマを生成するか又は遠隔で生成されたプラズマを導入する場合に、堆積される膜が膜堆積チャンバ内でプラズマの利用可能性を必要とする熱環境を制御することによって一定の膜堆積速度を得ることに関する。しかしながら、ある例においては、プラズマがチャンバ内で生成される場合、処理容積表面と接触する時間にイオンの形であり又はさらに高いエネルギーレベルにあるプラズマの割合が増加するにつれて有利である。
[0020]一貫した膜厚を得ることに関する本発明の第二実施形態は、順に処理される一連の基板において基板の一部の膜堆積時間を調整するための制御システムの利用可能性を必要とする。
[0021]最良の結果（連続して処理される一連の基板の基板表面全体に一定の膜厚を得る点で）は、処理された基板の全ての熱環境の制御と、基板の一部の膜堆積時間の調整と双方組合わせた方法によって得られる。典型的には、熱環境と膜堆積時間の双方が処理される最初の数枚の基板に処理され、熱環境と一定の堆積時間の制御が連続して処理される基板の残りに十分である。
[0022]処理チャンバにおける上処理容積表面は、平行プレートＰＥＣＶＤ装置のアノードとすることができる。アノードは、しばしば膜を堆積するために用いられるガスが流れるガス分配プレートである。ＰＥＣＶＤ膜堆積中に基板があるプラットフォームは、カソードであることができる。前述のように、ＰＥＣＶＤ堆積チャンバのアノードとカソードは、多くの例でチャンバ表面を洗浄しつつ、処理チャンバの処理容積を予熱するために用いられる処理チャンバにプラズマを生成するために用いることができる。
[0023]プラズマは、構造体の表面に衝突することによって処理容積構造体の温度を増加させるので、これらの構造体はこの方法で容易に加熱され、プラズマと接触によって有害な微粒子汚染物質を生じない物質から構成される必要がある。例えば、処理チャンバがアルミニウムであるとき、ライナーが典型的にはアルミニウムに隣接して用いられ、ライナーは、高エネルギー化学種との衝撃によって加熱されるものである（保護コーティングが処理チャンバ又は成分の表面に直接適用することができる）。ライナー又は保護コーティングは、典型的には、陽極酸化コーティング又は他のセラミックコーティングがアルミニウム表面上に適用されたセラミック又はアルミニウムのような物質から構成される。
[0024]化学気相堆積によって堆積した膜の基板を全体に膜堆積速度の一貫性と膜均一性を改善する上記の方法の場合、当業者は、本開示を考慮して、基板表面の領域における熱環境を制御するために多くの異なる技術を用いることができる。単なる例として限定ではなく、基板は処理チャンバへ移す前に予熱することができる。別法においては、基板表面はプラズマ処理によって予熱することができ、基板の下面は支持プラットフォームからの熱伝達によって予熱される。（基板にイオンを引き付けるために、基板があるプラットフォームに電力を印加することによりバイアスを掛けることができる。）他の別法においては、基板は単に支持プラットフォームから熱伝達によって予熱することができる。
[0025]膜堆積チャンバは、チャンバ処理容積表面の予熱又は本明細書に記載される方法で予熱と同時に洗浄を行うためだけにプラズマがリモートプラズマ生成供給源から供給されるＣＶＤチャンバとすることができる。別法においては、膜堆積チャンバは、プラズマがリモートプラズマ生成供給源から内部で生成されるか又は供給され且つプラズマがチャンバ処理容積表面の予熱に用いられるＰＥＣＶＤチャンバとすることができる。これらの場合のどちらも、基板支持プラットフォームは基板に熱を伝達することができるものである。当業者は、本開示を考慮して方法を達成するために用いられる装置を調整する。
発明の詳細な説明
[0037]ＳｉＯx膜がＴＥＯＳ前駆物質を用いてＰＥＣＶＤによって堆積される本発明の実施形態の一つは、本発明の概念を記載し、本発明の特に重要な特徴を示す手段として以下に詳述する。本開示を読んだ後に、ＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ処理チャンバ内の基板処理容積表面のプラズマ予熱使用の重要性は、当業者に理解される。更に、膜堆積速度と一連の連続して処理された基板の基板数との間にある経験的な関係の発見は、ソフトウェアで制御された堆積時間を与えるために使用し得る代表的なアルゴリズムの展開を可能にする。基板容積のプラズマ予熱と、処理窓が開くまで最初の数枚の基板の堆積時間を制御するためのソフトウェア使用との組合わせは、基板全体に堆積した膜厚と膜厚均一性に関して最良の制御を与える。
[0038]続いて開示される具体例に関係するデータを作成するために用いられる処理装置は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＰＥＣＶＤ反応チャンバであるＡＫＴ５５００−ＰＸとした。この具体的な処理プラットフォームは、例として限定でなく、ＴＦＴ−ＬＣＤを製造するための低温ポリシリコンＰＥＣＶＤ技術の適用に有効である。この処理プラットフォームは単に具体例であり、様々の用途において膜を堆積するための他のＣＶＤとＰＥＣＶＤ処理装置の使用が本発明者らによって企図される。出願人の発明は、他のＡＫＴＣＶＤ処理チャンバや業界で既知の他のＣＶＤとＰＥＣＶＤの膜堆積装置で膜堆積に適用するときに、基板表面上の更に一貫した膜堆積速度と更に一定の膜堆積を達成するのに有益である。
例示的な基板処理装置
[0040]本明細書に記載されるＰＥＣＶＤプロセスの実施形態例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社の子会社であるＡＫＴ(登録商標)から入手できる匹敵するプレート処理チャンバＡＫＴ(登録商標)ＰＥＣＶＤ２５ＫＡシステムにおいて実施した。システム１００は、一般的には、ガス源１０４に結合された処理チャンバ１０２を含んでいる。処理チャンバ１０２は、プロセス容積１１２を部分的に画成する壁１０６と底面１０８を有する。プロセス容積１１２は、典型的には、処理チャンバ１０２の内外へ基板１４０の移動を容易にする壁１０６におけるポート（図示せず）によって接続される。壁１０６は、プロセス容積１１２（種々の排気成分を含む、図示せず）を排気ポートを結合する排気空間１１４を含むリッドアセンブリ１１０を支持する。
[0041]温度制御基板支持アセンブリ１３８は、処理チャンバ１０２内の中央に配置される。支持アセンブリ１３８は、処理中にガラス（例であり、限定するものとしてでない）基板１４０を支持する。基板支持アセンブリ１３８は、典型的には、抵抗素子のような少なくとも１つの備えられたヒータ１３２を封入し、その素子は、備えられたヒータ素子１３２を加熱するために用いられ、支持アセンブリ１３８とその上に位置する基板１４０を制御可能に加熱する、電源１３０に結合される。典型的には、ＣＶＤプロセスにおいては、ヒータは、基板の処理パラメータによって、約１２０℃〜約４６０℃の間の均一な温度で基板１４０を維持する。
[0042]一般的には、支持アセンブリ１３８は、下側１２６と上側１３４を有する。上側１３４は、ガラス基板１４０を支持する。下側１２６は、そこに連結されるステム１４２を有する。ステム１４２は、支持アセンブリ１３８をリフトシステム（図示せず）に結合する。そのリフトシステムは、支持アセンブリ１３８（図示した）を上昇した処理位置と基板を処理チャンバ１０２へ、また、処理チャンバ１０２から基板移動を容易する下降位置との間に移動させる。ステム１４２は、更に、システム１００の支持アセンブリ１３８と他の成分との間にリード線と熱電対リードのコンジットを備えている。
[0043]支持アセンブリ１３８は、一般的には、リッドアセンブリ１１０と基板支持アセンブリ１３８（又はチャンバのリッドアセンブリ内又は近傍の他の電極）との間に配置されるガス分配プレートアセンブリ１１８に電源１２２によって供給されるＲＦ電力が支持アセンブリ１３８とガス分配プレートアセンブリ１１８との間のプロセス容積１１２に存在するガスを励起させることができるように、接地される。電源１２２からのＲＦ電源は、一般的には、化学気相堆積プロセスを動作させるために、基板のサイズに同じ大きさに選ばれる。距離“ｄ”は、基板支持アセンブリ１３８の上面１３４とガス分配プレートアセンブリ１１８の下面１３１との間の間隔を示している。基板１４０の厚さを合わせた間隔“ｄ”は、本質的には処理容積１１２を決定する。間隔“ｄ”は、所望される処理条件を与えるために必要なものとして調整し得る。
[0044]リッドアセンブリ１１０は、典型的には、ガス源１０４によって供給されたプロセスガスが処理チャンバ１０２に導入される挿入ポート１８０を含んでいる。挿入ポート１８０は、また、クリーニング源１８２に結合される。クリーニング源１８２は、典型的には、解離されたフッ素のような洗浄物質を供給し、処理チャンバハードウェアから堆積副生成物と膜を取り除くために処理チャンバ１０２内に導入される。
[0045]ガス分配プレートアセンブリ１１８は、リッドアセンブリ１１０の内側１２０に結合される。ガス分配プレートアセンブリ１１８は、典型的には、例えば、大面積基板の多角形やウェハの円形の、基板のプロフィールに本質的に従って構成される。ガス分配プレートアセンブリ１１８は、ガス源１０４から供給されるプロセスガスと他のガスがプロセス容積１１２に分配される貫通した領域１１６を含んでいる。ガス分配プレートアセンブリ１１８の貫通した領域１１６は、処理チャンバ１０２にガス分配プレートアセンブリ１１８を通過するガスの均一な分布を与えるように構成される。
[0046]ガス分配プレートアセンブリ１１８は、典型的には、ハンガープレート１６０から掛けられた拡散プレート１５８を含んでいる。拡散プレート１５８とハンガープレート１６０は、或いは単一ユニタリ部材を含むができる。複数のガス経路１６２は、ガス分配プレートアセンブリ１１８を通ってプロセス容積１１２へ前駆物質供給源ガスの所定の分配を可能にするために、拡散プレート１５８を通って形成される。ハンガープレート１６０は、リッドアセンブリの拡散プレート１５８と内部表面１２０を隔置された離れた関係で維持するので、その間の空間１６４を画成する。空間１６４は拡散プレート１５８の幅全体に一様に分布するようにリッドアセンブリ１１０を通ってガスを流すので、ガスは中央の貫通した領域１１６上に一様に供給され、ガス経路１６２を通って均一な分布で流れる。
[0047]処理容積１１２の領域において処理チャンバの内部表面を保護しつつ、本発明の使用を可能にするために、典型的には、アルミニウムプロセスチャンバ壁１０６ことを保護するためにプロセスチャンバライナ１９０の利用が必要である。チャンバライナ１９０は、典型的には、セラミック材、例えば、限定としてでない酸化アルミニウムで被覆されたセラミック材又はアルミニウムから構成されている。ライナは、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、ヘリウム、窒素（処理される基板によって）及びその組合わせのような本質的に不活性ガスの活性化学種（イオンのような）による衝撃に耐性がある。更に、プラズマと接触することにより表面が加熱することが有利であるある例においては、プラズマは加熱される表面に有益な反応性化学種を含むことができる。更に、処理容積１１２の内部表面を形成するガス分配プレート１１８の表面１３１は、ベアアルミニウム（未変性酸化物コーティング）であってもよく、陽極酸化アルミニウムであってもよい。他のコーティングはアルミニウム表面に適用することができるが、このようなコーティングはＣＶＤコーティング/膜が適用されている基板の汚染源を供給してはならない。基板支持アセンブリ１３８の上面を保護するシャドウリング１４８もまた、セラミックのようなプラズマ耐性物質、又はアルミニウムのような金属から形成され、それはガス分配プレート１１８について前述された種類のプラズマ耐性コーティングでコーティングされている。
発明の方法の例示的実施形態
[0049]一連の基板が処理チャンバ内で連続して処理される場合に、基板上のＣＶＤ膜堆積前に処理容積構造体（基板を取り囲んでいる）の予熱が化学気相堆積速度の一貫性を改善することを出願人は発見した。基板全体に膜厚均一性も更に改善される。処理容積構造体の予熱は、典型的には、処理容積構造体と、化学的に反応性でないが加熱すべき処理容積構造体の物理的衝撃に高エネルギー化学種を与えるために供給するプラズマとを接触させることによって実施される。このような構造体は、処理チャンバ１０２によって前に述べたように、プロセスチャンバライナ１９０、ガス分配プレート１１８の下面１３１、シャドウリング１４８の表面を含んでいる。
[0050]典型的には、プラズマはアルゴン、窒素、ヘリウム又はその組合わせのような供給源ガスから生成され、チャンバ１０２の処理制御容積１１２を望ましい温度にすることと一連の基板処理運転の間、処理制御容積１１２内に安定な温度を維持をすることの双方に有効であり、それによって更に均一な堆積速度、また、処理後の更に均一な膜堆積厚を与える。
[0051]図１Ｂは、マルチチャンバ処理システム１０３を示す概略図であり、図１Ａに示される種類のＰＥＣＶＤ膜堆積処理チャンバ１００を用いている。基板１４０は、図１Ｂに示される任意の加熱チャンバ１０９において予め加熱することができ、又は一別法においては、基板は、業界において既知の技術を用いて、圧力サイクルによってロードロックチャンバ１０７で予熱することができる。他の別法においては、基板は支持プラットフォーム１３８（図１Ａの）に載るまで予熱されない。しかしながら、処理チャンバ１０２における付加的な加熱負荷によって、基板とプロセス容積構造体を加熱するために必要とする時間が延びる。任意に加熱された基板は、チャンバ壁１１６（図１Ａ）におけるスリットバルブ１１１を通ってチャンバ１０２の処理容積１１２（図１Ａ）へ中央基板搬送チャンバ１０５に位置するロボット１１３を用いてＰＥＣＶＤ膜堆積処理チャンバ１０２へ搬送される。基板１４０は、予熱された基板支持プラットフォーム１３８（以後“プラットフォーム１３８”）の上面１３４上に載置され、はめ込み式シャフト部材１５６（以後“シャフト１５６”）によって処理チャンバ容積１１２内に油圧で上げられる。間隔“ｄ”は、プラットフォーム１３８の上面１３４とガス分配プレート１１８（以後“シャワーヘッド１１８”又は“ガス拡散プレート/シャワーヘッド１１８”）の下面１３１の間に作られる。間隔“ｄ”は、基板１４０の上面１４１とシャワーヘッド１１８の下面１３１の間の第二間隔“ｄ２”を与えるように調整される。プラットフォーム１３８は、プラットフォーム１３８の上面１３４とシャワーヘッド１１８の下面１３１の間の基板間隔“ｄ”が典型的には約４００ミル（ミリインチ）〜１,５００ミルの範囲にあるように基板を持ち上げる。ＴＥＯＳ前駆物質からのこのＳｉＯx堆積の場合、距離“ｄ”は約５００ミルとした。
[0052]少なくとも１つの加熱素子１３２はプラットフォーム１３８と第一基板を基板上のＣＶＤ膜の堆積に所望される温度に加熱する。本発明の例示的実施形態においては、ＣＶＤ膜は、ＴＥＯＳ前駆物質から堆積した酸化シリコン（ＳｉＯx）膜である。ＣＶＤ膜がＴＥＯＳ堆積ＳｉＯxである場合、加熱素子１３２の二重制御された設定は、典型的には、プラットフォーム１３８をプラットフォームの内部の中央領域を約３９０℃に、プラットフォーム１３８の外部エッジの周りを約４１０℃に加熱し、基板１４０のエッジからの熱損失を相殺し、基板１４０を約３６５℃〜約３８０℃の範囲にある均一な温度範囲に加熱する。デュアルヒータは、基板の外側エッジの周りに著しい熱損失がある大面積基板に特に有効である。
[0053]例示的実施形態においては、基板はＴＦＴ−ＬＣＤであり、寸法が７３０ｍｍ×９２０ｍｍであり、均一な処理を必要とする６,７１６平方センチメートルの表面積を与える。しかしながら、前記方法がＳｉＯx以外の膜のＣＶＤとＰＥＣＶＤ堆積にちょうど適用できる種々の大きさの様々な基板に適用できる。更に進歩した処理システムのこれらの基板は、均一な処理を必要とする１２,０００平方センチメートル〜４２,０００平方センチメートル（例として、限定としてではなく、）の範囲の表面積に増加する。
[0054]堆積チャンバ１０２の外部は、堆積チャンバ１０２の外面に取付けたコイルヒータを用いて約１００℃に加熱される。典型的には、堆積チャンバ１０２は熱伝達率の高いアルミニウムから作られ、堆積チャンバ１０２の外面を加熱することは、チャンバから周囲に熱損失を減少させるのに有効である。しかしながら、本明細書で前述したように、ＳｉＯx膜のＰＥＣＶＤ堆積中の基板温度は、約３７０℃の範囲にある。ＳｉＯx膜の堆積中のプロセスチャンバ容積内の周囲構造体への潜在的な熱損失の結果として、プロセスチャンバ内に連続して一連の基板を処理する間、プロセスチャンバ容積温度の変動を減少させるために出願人は本発明を開発した。
[0055]出願人の発明の一実施形態は、基板上のＰＥＣＶＤによるＳｉＯx膜の堆積前に処理チャンバライナ１９０、シャワーヘッド１１８の下面１３１、シャドウリング１４８のようなプロセス容積構造体の予熱を与える。このことは、処理チャンバ１０２に搬送する前に基板１４０を予熱することと、プラットフォーム１３８を予熱することとの組み合わせで、基板処理中に更に安定した環境を与える。しかしながら、ある例においては、特に基板がプラットフォーム１３８上に配置される前に予熱されない場合、一連の基板に処理される最初の２枚〜５枚の基板は、トランジスタやダイオードデバイスの用途において誘電体膜の膜層の堆積に所望される反復性の要求を満たさない可変の膜堆積速度を示す。このことは、特に、全基板が堆積した酸化物層の不均一な厚さのために使用できなくなることがあるＴＦＴフラットパネルディスプレイ用途について問題である。
[0056]プロセス容積構造体のプラズマ予熱は、典型的には、約１５０℃〜約３００℃の範囲にある温度にこのような構造体の温度を上げる。プラズマ予熱によって達成される温度は、プラズマ容積構造体が構成される物質や用いられるプラズマ加熱プロセス条件に左右される。前述のように、プラズマ容積構造体の予熱に用いられるプラズマは、典型的には、加熱される基板について本質的に不活性であるプラズマ供給源ガスから生成される。典型的には、このような供給源ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、キセノン及びその組合わせからなるグループより選ばれるが、例としてで限定としてではない。
[0057]別法においては、基板上面はプラズマ処理によって処理チャンバ内で予熱することができ、基板の下面は支持プラットフォームからの熱伝達によって予熱される。（基板にイオンを引き付けるために、基板があるプラットフォームに電力を印加することにより基板にバイアスをかけることができる。）他の別法においては、基板は支持プラットフォームからの熱伝達によって単独で予熱することができる。基板の上面がプラズマ化学種による衝突によってプラットフォーム上の定位置に加熱される場合、基板表面を加熱するために用いられるプラズマは、基板表面に対して害の少ないように選ばれる。このことは、非不活性プラズマ化学種の使用を必要とする。例えば、我々は、シリコン又はポリシリコン又はアモルファスシリコン基板表面に衝突させるためのアルゴンプラズマの使用が、その表面上の酸化シリコン誘電体層の堆積時に続いて形成されるインタフェースに負に影響することを発見した。このようなインタフェースの損傷を避けるために、酸素を含むプラズマが、基板の物理的衝撃による加熱のための化学種を供給するために用いることができる。処理チャンバ容積構造体が一連の基板処理中にプラズマ処理による定期的な加熱/洗浄処理を必要とするので、加熱/洗浄処理のため処理チャンバ容積構造体のプラズマ処理と、基板表面の加熱を同時に行うことができる。
[0058]プラズマ供給源ガスは、ガス供給源１０４を接続している少なくとも１つのポートを通って、例えば、上リッド１１０を通って、次に挿入ポート１８０を通って、最後にガス分配プレート/シャワーヘッド１１８を通ってチャンバ１０２の処理容積１１２に供給される。
[0059]チャンバライナ１９０とシャワーヘッド１１８の表面１３１、シャドウリング１４８のような処理容積構造体を加熱するために用いられるプラズマを生成するために、例示的な実施形態の基板が処理された、ＡＫＴ(登録商標)ＰＥＣＶＤ５５００ＰＸにおいて、典型的には１３.５６ＭＨｚの周波数で、約１００Ｗ〜約７５００Ｗの範囲にある電圧で、高周波電力（ＲＦ電力）が、電源１２２によってガス分配プレート/シャワーヘッド１１８に印加される。それ故、電源１２２は、プラズマ生成プロセス（シャワーヘッド表面積は、基板全体に均一なプラズマ密度が必要とされるために基板表面積にかなり近く合わせる）においてアノードとして働くシャワーヘッド１１８の基板１３１上に約１.５×１０-2Ｗ/ｃｍ2〜約１.１２Ｗ/ｃｍ2の範囲にある電力密度を生じる。接地されたプラットフォーム１３８内の加熱素子１３２を作動させる電力は、電源１３０によって印加され、約３７０℃に基板温度を上昇させる。プラズマ供給源ガスは、前述の条件の存在において処理制御容積１１２に導入され、プラズマ供給源ガスはイオンを含む高エネルギー化学種に変換されてプラズマを形成する。また、プラズマは基板処理容積１１２を取り囲む表面と接触し、イオンと他の高エネルギー化学種による物理的衝撃によって処理容積内の少なくとも１つの構造体を加熱する。
[0060]本発明の好適実施形態においては、処理容積構造体の加熱中に基板が膜堆積処理チャンバ内に存在しない場合、アルゴンが言及されたガスの中で最も重い元素であり物理的衝撃により最も迅速に加熱するので、プラズマ供給源ガスはアルゴンとした。アルゴンプラズマ供給源ガスは、約１標準リットル毎分（ｓｌｍ）〜約３０ｓｌｍの範囲にある流量で、処理容積１１２とともにガス供給源１０４に接続しているポートを通って処理容積１１２に導入される。実験用の基板によって得られるデータの場合、アルゴンの流量は３ｓｌｍに設定した。処理第一基板の場合、加熱プラズマが生成される時間から約５分以内に、処理容積構造体が処理チャンバに基板を搬送するのに許容できる温度であるとみなした。処理容積構造体の正確な温度は不明であるが、推定温度は約２５０〜約３００℃の範囲にある。処理される続いての基板の場合、処理容積の温度が第一基板の処理によって上昇されるので、処理容積構造体のプラズマ加熱処理は約１分短縮された。プラズマ容積構造体のプラズマ予熱中の処理容積１１２の圧力は、典型的には約１００ｍＴｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの範囲にある。更に典型的には、プラズマ予熱中の処理容積の圧力は、約１Ｔｏｒｒ〜約３Ｔｏｒｒの範囲にある。生成されたプラズマは、典型的には、前述のように、密度が１.５Ｗ/ｃｍ-2〜約１.１２Ｗ/ｃｍ2の範囲にある。
[0061]処理容積構造体表面の物理的衝撃は、これら表面の温度を上昇させるだけでなく、処理チャンバ１０２内の減圧条件と組合わせた表面温度上昇が、予め処理された基板上の膜堆積中に処理容積構造体に残された反応副生成物の少なくとも一部の除去を可能にする。このことは、チャンバ洗浄前の一連の連続した基板処理中に、更に一定量の副生成物蓄積がプロセスチャンバ表面上に維持されるので、処理チャンバを更に清浄に保つことを援助する。副生成物蓄積量が熱伝達に影響するので、ＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ膜堆積前のプロセス容積表面の予熱は、一連の連続した基板が反応プラズマ及び/又はプロセスチャンバの湿式洗浄の間に処理される場合に、２つの方法で更に一定のプロセス容積温度に維持することを援助する。
[0062]次に、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、Ｏ2、ヘリウムの膜形成混合ガスは、ガス供給源１０４から処理制御容積１１２に導入される。例示的実施形態においては、これらのガスのプラズマは、典型的には１３.５６ＭＨｚでＲＦ電力発電機を用いて形成、維持され、ここで、印加電力は１０００Ｗ〜７５００Ｗの範囲にあり、約０.１５Ｗ/ｃｍ2〜０.１５Ｗ/ｃｍ2の範囲にある基板上のプラズマ密度を生成する。ガスの流量は、約１００ｓｃｃｍ〜約３０００ｓｃｃｍのＴＥＯＳ、約０〜約２０００ｓｃｃｍのＨｅ、約１０００〜約３０,０００ｓｃｃｍのＯ2の範囲にあることができる。
[0063]ＳｉＯx膜は基板１４０上に堆積され、ガス分配プレート/シャワーヘッド１１８から流れるガス状前駆物質から生成される。膜の供給源ガスは、基板１４０上のプラズマに入り、プラズマからの活性化学種が基板１４０の表面１３１上に吸着されて膜（図示せず）を形成する。膜形成ステップからの副生成物は、基板１４０の表面１３１から脱着させる。基板上のＴＥＯＳ膜の堆積速度と堆積処理時間は、基板１４０の表面１３１上の前記堆積膜の厚さを決定する。ＰＥＣＶＤ膜の堆積時間は、約１０秒〜約６００秒の範囲にあることができ、具体的な生成の要求に左右される。経済的に望ましい条件下、膜厚が約１０００オングストロームである本発明の実施形態のＳｉＯx薄膜の堆積時間は約３０秒である。本例における膜厚測定のためにエリプソメータを用いた。
[0064]堆積プロセス後、第一基板は処理制御容積１１２から取り除かれ、続いて予熱された基板が処理のために処理制御容積１１２に装填される。本明細書の続いて示されるように、一連の基板における各々の新しい基板を装填する前にプロセス容積周囲構造体を予熱するために基板から基板への一貫した堆積速度の点で更に有利である。しかしながら、少なくとも第一基板、又は最初の数枚の基板を処理する前にプロセス容積構造体を予熱することも同様に有益である。当業者は、一連の基板の連続処理中の更に一貫した堆積速度のために得られる歩留まりの改善に対する処理容積構造体の予熱の時間の費用増加と釣り合わせることができる。第一基板が処理された後、予熱時間量は減少させることができる。例えば、一実施形態においては本発明の場合、処理容積チャンバを取り囲む構造体は、第一基板の装填前に５分間アルゴンプラズマを用いて予熱される。基板を装填する前の続いての予熱は1分短縮された。
[0065]代替的実施形態においては、プラズマ容積構造体を予熱するためのプラズマ処理プロセス時間が一貫して１分である場合、第一基板に関連した予熱プロセスの後、予熱に用いられるプラズマの密度は調整することができる。例えば、一定に保持される変数に関して、プラズマを生成するために用いられるアルゴンのガス流量は約３ｓｌｍで一定であり、膜堆積中の基板に熱を加えるための電源１３０に印加される電力は外部加熱素子の約２.５ｋＷであり、２つの内部加熱素子は各々約１.２５ｋＷに出力された。プロセスチャンバ圧は約１.５Ｔｏｒｒであった。プラズマを生成するために用いられる１２２の電源への電力は、処理される第一基板と関連するプラズマ容積構造体の予熱プロセス中に１２００〜１８００Ｗの範囲であった。続いて、１２２の電源への電力は、残っている基板の各々の処理に関連するプラズマ容積構造体の予熱が約６００Ｗに減少した。チャンバライナ１９０とシャワーヘッド１１８を含む処理容積構造体は、本方法を用いたＳｉＯx膜堆積中に２５０℃〜３００℃の範囲の温度に維持された。
[0066]実施例
[0067]出願人は、プロセス容積構造体の加熱プロセスの潜在的なプラズマ源ガスとして、アルゴン、ヘリウム、窒素の数値を評価した。これらのプラズマ源ガスの各々が裏づけを示したが、最長の連続した一連（１０試料）の基板が処理される試験の場合、アルゴンを用いることが決定された。本明細書に示されるデータは、他のプロセス変数がデータに影響を及ぼし、数枚（３試料）の基板だけが順に処理されたときに膜堆積の動作の傾向を明瞭に見ることができなかったことから、これらの長い連続した一連の基板処理に制限される。例えば、基板プラットフォーム１３８における加熱素子が基板の処理中にオンとオフになり、プラットフォーム１３８からの熱の入力変動が膜堆積速度に影響する。基板プラットフォーム１３８におけるヒータサイクルによる堆積速度の変化のパターンは、多くの数の基板が順に処理されるときに無視することができ、処理容積構造体の予熱の利点が明白になる。
[0068]実施例１‐３
[0069]図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、プロセス容積周囲構造体の予熱の使用を関数としてＰＥＣＶＤ堆積ＳｉＯx膜の堆積速度を示す一連のグラフである。図２Ａは、ＴＥＯＳ前駆物質から堆積したＳｉＯx膜の堆積速度をオングストローム/分で示したグラフであり、一連の１０枚の基板が同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにおいて順に処理され、処理容積チャンバ表面のプラズマ予熱処理をしなかった。図２Ｂは、同一のＴＥＯＳ前駆物質から堆積したＳｉＯx膜の堆積速度をオングストローム/分で示したグラフであり、第一基板の処理前だけに処理容積チャンバ表面のプラズマ予熱処理した以外は、図２Ａの膜堆積中に用いた同様のプロセス条件下で、一連の基板を同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにおいて順に処理した。図２Ｃは、同一のＴＥＯＳ前駆物質から堆積したＳｉＯx膜の堆積速度をオングストローム/分で示したグラフであり、一連の基板が同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにおいて順に処理され、各基板の処理前に処理容積チャンバ表面のプラズマ予熱処理がされた。
[0070]この一連の実施例から、反応性プラズマ洗浄ステップを含まずに順に多くの基板を処理した後、ＳｉＯx膜の堆積速度の差と基板表面全体に膜厚の差が見える。
[0071]ＰＥＣＶＤ堆積チャンバは、使用前に前調整された（使い込まれた）ＡＫＴ５５００ＰＸチャンバとした。前調整は、当該技術において既知の遠隔生成ＮＦ3プラズマを用いたプラズマ洗浄後に実施した。前調整は、処理チャンバを一晩中使用されない状態にさせることを含み、その後プラズマを含まずに約２３００ｓｃｃｍの流量で５分間ＴＥＯＳをチャンバ表面上に流した。使い込んでいる間の支持プラットフォームは、内部ヒータ温度を３９０℃、外部ヒータ温度を４１０℃に設定した。この使い込むことは、ＰＥＣＶＤ膜堆積チャンバのＮＦ3プラズマ洗浄後、第一基板処理前のみ実施した。
[0072]図２Ａに関して、ＳｉＯx膜がＰＥＣＶＤによって適用される１０枚の基板を、プロセス容積周囲構造体のあらゆるプラズマ予熱の利点を含めずに処理した。１０枚の基板の各々を、処理チャンバをいかなる洗浄もせずに順に処理した。１０枚の各々の基板の膜堆積プロセス条件は以下のようにした。ＴＥＯＳガス流量は８５０ｓｃｃｍ、ヘリウムガス流量は３００ｓｃｃｍ、酸素流量は１０ｓｌｍであった。２７００Ｗの電力を、処理チャンバ１０２のガス分配プレート１１８に印加した。膜堆積中の処理チャンバにおける圧力は、０.９５Ｔｏｒｒであった。プラットフォーム１３８の上面１３４とガス分配プレート１１８の下面１３１との間の間隔“ｄ”は、４７０ミル（０.４７０インチ）であった。プラットフォーム１３８の内部加熱素子１３２の温度は３９０℃、外部加熱素子（図示せず）の温度は４１０℃であった。各基板の膜堆積時間は３７秒であった。
[0073]図２Ａは、軸２０２に基板処理数、軸２０４にオングストローム/分でＳｉＯxの堆積速度を示し、曲線２０６が順に処理された基板数が増加するにつれて増加する堆積速度を示すグラフ２００である。データの変動は、オフとオンになる基板支持プラットフォームにおける加熱素子に関連する。しかしながら、曲線２０６によって示される傾向は、一連の基板の連続した処理中にＳｉＯx膜の堆積速度の一定の増加を示している。ＳｉＯx膜の堆積後、各基板表面を図３Ａに示されるパターンでエリプソメータを用いて測定した。平均ＳｉＯx堆積速度は、平均膜厚測定に基づいて各基板を計算した。図２Ａにプロットされたグラフ２００に相関するデータは、図３Ａのパターンからｘ軸とｙ軸の座標によって図３Ｂに示される表３２０に示される。平均堆積速度（ＤＲ）は３２４に示され、平均ＳｉＯx膜厚は３２２に示される。このデータはエッジ効果によって影響されるので、図３Ｂに示されるボックス内のデータは平均膜厚又は平均堆積速度の計算に用いなかった。
[0074]図２Ａに示されるグラフと相関する膜堆積速度と膜厚均一性データを下記表１に示す。基板数１〜基板数１０間の平均堆積速度の増加は、５.４％であった。
[0075]図２Ｂに関して、ＳｉＯx膜をＰＥＣＶＤによって適用する１０枚の基板を、第一基板上にＳｉＯx膜を堆積する前に実施される処理容積周囲構造体における単一プラズマ予熱の利点で処理した。１０枚の基板の各々を、プロセスチャンバをいかなる洗浄もせずに順に処理した。プロセス容積周囲構造体の予熱は以下のようにした。予熱した基板のＰＥＣＶＤ処理チャンバに導入する前に、５分間プロセス容積周囲構造体にアルゴンプラズマを適用した。ガス拡散プレート１１８に適用された電力は６００Ｗ、処理チャンバの圧力は１.５Ｔｏｒｒ、間隔“ｄ”は１５００ミル、アルゴン流量は３ｓｌｍであった。プロセス容積構造体の推定温度は約３９０℃の範囲にあった。ＳｉＯx膜が堆積されるプロセス条件は、前実施例と同様にした。
[0076]図２Ｂは、軸２２２に基板処理数、軸２２４にオングストローム/分でＳｉＯxの堆積速度を示し、曲線２２６が順に処理された基板数が増加するにつれて増加する堆積速度を示すグラフ２２０を示している。ＳｉＯx膜の堆積後、各基板表面を図３Ａに示されるパターンでエリプソメータを用いて測定した。平均ＳｉＯx堆積速度を、前実施例について記載された方法で、平均膜厚測定に基づいて各基板を計算した。
[0077]図２Ｂに示されるグラフと相関する膜堆積速度と膜厚均一性データを、下記表２に示す。基板数１から基板数１０の間で増加する平均堆積速度は、３.８％であった。
[0078]図２Ｃに関して、ＳｉＯx膜がＰＥＣＶＤによって適用された１０枚の基板を、処理された１０枚の基板の各々のＳｉＯx膜の堆積前に実施したプロセス容積周囲構造体におけるプラズマ予熱の利点で処理した。１０枚の基板の各々を、プロセスチャンバのいかなる洗浄もせずに順に処理した。処理チャンバに最初の予熱基板を導入する前に、アルゴンプラズマを処理容積周囲構造体に５分間適用した。プラズマ処理時間は、処理時間の短縮の問題で残りの９枚の基板について１分短縮した。ガス分配プレート１１８に印加された電力は６００Ｗ、プロセスチャンバの圧力は１.５Ｔｏｒｒ、間隔“ｄ”は１５００ミル、アルゴン流量は３ｓｌｍであった。この処理後のプロセスチャンバライナ１９０とシャワーヘッド１１８の温度は、約３９０℃であると推定された。ＳｉＯx膜が堆積されるプロセス条件は、前の２つの実施例について示されたものと同様にした。
[0079]図２Ｃは、軸２３２に基板処理数、軸２３４にオングストローム/分でＳｉＯxの堆積速度であり、曲線２３６が順に処理された基板数が増加するにつれて増加する堆積速度を示すグラフ２３０を示している。ＳｉＯx膜堆積後、各基板表面を図３Ａに示されるパターンでエリプソメータを用いて測定した。平均ＳｉＯx堆積速度を、前の実施例について記載された方法で平均膜厚測定に基づいて各基板を計算した。
[0080]図２Ｃに示されるグラフと相関する膜堆積速度と膜厚均一性データを、下記表３に示す。基板数１〜基板数１０間の平均堆積速度の増加は、３.４％であった。
Figure 2006037229
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Figure 2006037229
[0084]本発明の第一実施形態においては、ＣＶＤ又はＰＥＣＶＤによる膜堆積前に、少なくとも１つのプロセス容積周囲構造体を予熱すると（一連の基板が同一処理チャンバで連続して処理される場合）、膜堆積速度の不変性を著しく改善し、基板全体の膜均一性を改善すること発見した。この改善は、基板の処理量を増加させるとともに製造歩留まりを高めるために使用し得る。
[0085]本発明の第二実施形態においては、我々は、膜堆積チャンバの湿式洗浄（又は反応性プラズマ洗浄）の直後に基板から基板までの平均膜厚を制御することに関連した問題を解決した。表１から３までのデータ検証から明らかなように、処理された第一基板と第四又は第五基板処理の間の膜堆積速度の著しい増加がある。この後、膜堆積速度はほぼ横ばいである。我々は、最初の数枚の基板の処理中の膜堆積時間を調整するデバイス制御（例えば、コンピュータ制御）法を開発することによって最初の数枚の試料のこの堆積速度増加を相殺することができた。典型的には、最初の４枚〜５枚の基板の堆積時間の調整が限定しないものとして十分であるので、堆積される膜厚が処理された全ての一連の基板全体に基板から基板まで一貫する。
[0086]図４Ａは、軸４０２に基板数（処理数）、軸４０４に秒で堆積時間が示される、一連の連続して処理された基板のデータを示すグラフ４００である。推定平均膜厚は、オングストロームで軸４０６に示される。曲線４０８は、一連の基板の処理中に基板から基板までの堆積時間を調整しないときの平均膜厚を示している。曲線４１０は、曲線４０８に基づく一貫した膜厚を達成するために必要とされる堆積時間を示している。曲線４１２は、処理された最初の５枚の基板の堆積時間を制御するためにソフトウェアを用いたときの膜厚を示している。
[0087]図４Ｂは、図４Ａに示されたグラフのデータを支持する表４２０である。経験的に得られたデータに基づき、ＳｉＯx膜のＰＥＣＶＤ堆積がＴＥＯＳ前駆物質を用いて実施されたときの一連の連続して処理された基板の堆積時間を設定するために用いることができる代表的アルゴリズム４２２を展開した。この代表的アルゴリズムは、例えば（また、限定するものとしてでなく）、処理された最初の５枚の基板の膜堆積時間を制御するために用いられる制御システムにプログラムされる。当業者は、本明細書の開示を考慮して、異なる処理条件及び/又は異なる処理装置を経験的に適用できるアルゴリズムを同様に決定することができ、次に、処理された最初の数枚の基板の堆積時間を制御するために用いられるソフトウェアとしてアルゴリズムを適用することができる。
[0088]反復性堆積速度と堆積時間調整の組み合わせによって、堆積した膜の膜厚と均一性について制御を高めつつ、膜堆積チャンバを洗浄する前に処理することができる基板数を大きく増加が可能になった。本方法によって、化学的反応性プラズマ処理又は湿式洗浄プロセスを用いて堆積チャンバを洗浄する前に少なくとも１０枚の基板、典型的に連続して１０枚をかなり超える基板の処理が可能である。
[0089]本発明の種々の修正及び変更は当業者に明らかであり、このような修正は、次の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない。
図１Ａは、膜のＰＥＣＶＤ堆積に有効である種類の処理チャンバの断面概略図である。 図１Ｂは、図１Ａに示される種類のプロセスチャンバを使うマルチチャンバ処理システムの概略図である。 図２Ａは、ＴＥＯＳ前駆物質から堆積されたＳｉＯx膜のオングストローム/分での堆積速度を示したグラフであり、一連の基板は同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにおいて順に処理され、処理容積チャンバ表面のプラズマ予熱処理はなされなかった。 図２Ｂは、ＴＥＯＳ前駆物質から堆積されたＳｉＯx膜のオングストローム/分での堆積速度を示したグラフであり、一連の基板は同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにおいて順に処理され、第一基板の処理前だけに処理容積チャンバ表面のプラズマ予熱処理がなされた。 図２Ｃは、ＴＥＯＳ前駆物質から堆積されたＳｉＯx膜におけるオングストローム/分での堆積速度を示したグラフであり、一連の基板は同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにおいて順に処理され、各基板の処理前に処理容積チャンバ表面のプラズマ予熱処理がなされた。 図３Ａは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍのガラス基板全体に膜堆積速度と膜均一性を求めるために作られたＳｉＯx膜厚測定の位置を示すチャートである。 図３Ｂは、図３Ａチャートに示されたｍｍでｘとｙの位置に相関する本発明の方法によって堆積したＰＥＣＶＤ膜のオングストロームで測定されたＳｉＯx厚さ３２２を示す表３２０である。表は、また、膜厚が供給される各位置での膜の堆積速度３２４（ＤＲ）を示している。 図４Ａは、一連の連続して処理をされた基板のデータを示すグラフ４００であり、基板数（処理数）は軸４０２に示され、堆積時間、秒単位は軸４０４に示され、オングストロームでの推定膜厚（堆積速度に基づく平均値）は軸４０６に示される。曲線４０８は、一連の基板処理中に基板から基板までの堆積時間の調整がないときの膜厚を示している。曲線４１２は、ソフトフェアが処理される最初の５枚の基板の堆積時間を制御するために用いられるときの膜厚を示している。 図４Ｂは、図４Ｂに示されるグラフの支持データを示した表４２０である。経験的に得られたデータに基づき、ＳｉＯx膜のＯＰＥＣＶＤ堆積がＴＥＯＳ前駆物質を用いて実施される場合、一連の連続的に処理された基板の堆積時間を設定するために用いることができる代表的なアルゴリズム４２２が開発された。この代表的アルゴリズムは、典型的で限定としてではなく、連続して処理された最初の５枚の基板の膜堆積時間を制御するために用いられた制御システム内にプログラムされる。
符号の説明
１００…システム、１０２…処理チャンバ、１０４…ガス供給源、１０５…基板搬送チャンバ、１０６…壁、１０８底面、１１０…リッドアセンブリ、１１１…スリットバルブ、１１２…プロセス容積、１１３…ロボット、１１４…排気空間、１１６…貫通領域、１１８…ガス分配プレートアセンブリ、１２２…電源、１２６…下側、１３１…下面、１３２…ヒータ、１３４…上側、１３８…基板支持アセンブリ、１４０…基板、１４２…ステム、１４８…シャドウリング、１５６…シャフト、１５８…拡散プレート、１６０…ハンガープレート、１６２…ガス通路、１６４…空間、１８０…挿入ポート、１８２…クリーニング源、１９０…プロセスチャンバライナ。

Claims (20)

  1. 複数の基板が堆積チャンバ内で連続して処理される場合に、ＳiＯx膜の化学気相堆積速度の均一性を改善する方法であって、
    ａ）基板が前記堆積チャンバ内に残っている基板支持プラットフォームを予熱するステップと、
    ｂ）前記基板が前記基板支持プラットフォーム上に存在する場合に、基板を取り囲んでいる少なくとも１つの処理容積構造体を予熱するステップと、
    を含み、前記少なくとも１つの処理容積構造体が側壁構造体、前記基板が存在する場合にその上に横たわっている構造体、及び前記基板に隣接している挿入構造体からなるグループより選ばれ、前記少なくとも１つの処理容積構造体の前記予熱がプラズマの高エネルギー化学種による物理的衝撃を用いて達成される、前記方法。
  2. 前記方法が追加ステップ：
    ｃ）ので、前記基板が前記予熱した基板支持プラットフォーム上に残るように予熱した基板を前記処理チャンバに搬送するステップ、
    を含む、請求項１記載の方法。
  3. 前記処理容積構造体を予熱するために用いられる前記プラズマが、一連の基板の１枚として処理される基板上に膜堆積する間、該処理容積構造体上に蓄積した残留副生成物の少なくとも一部を除去する、請求項１又は２記載の方法。
  4. 前記方法によって堆積した前記ＳiＯx膜が、プラズマ増強型化学気相堆積を用いて堆積される、請求項１又は２記載の方法。
  5. 前記膜がＴＥＯＳを含む前駆ガスの組合わせから堆積される、請求項４記載の方法。
  6. 前記少なくとも１つの処理容積構造体の前記予熱が、前記処理チャンバに基板を搬送した後に実施される、請求項１記載の方法。
  7. 前記少なくとも１つの処理容積構造体の予熱のプラズマ源ガスが、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、ヘリウム、窒素及びその組合わせからなるグループより選ばれる、請求項１又は２記載の方法。
  8. 前記少なくとも１つの処理容積構造体の予熱のプラズマ源ガスが酸素を含んでいる、請求項６記載の方法。
  9. 膜堆積速度の均一性を改善することに加えて、前記基板表面全体の膜厚均一性も改善される、請求項１又は２記載の方法。
  10. 前記複数の基板が１０枚以上の基板である、請求項１又は２記載の方法。
  11. 複数の基板が堆積チャンバ内で連続して処理される場合に、面積が少なくとも６,０００平方センチメートルの基板上に堆積されるＳｉＯx膜の平均膜厚を制御する方法であって、
    ａ）前記複数の基板の各々の表面上に前記ＳｉＯx膜の適度な膜厚を各基板に対して一定の膜堆積時間を用いて堆積させるステップと、
    ｂ）前記複数の基板の各々に対して平均膜厚を経験的に求めるステップと、
    ｃ）各基板の平均膜厚の差に基づいてアルゴリズムを展開するステップであって、該アルゴリズムが基板のシーケンスにおける基板数の関数であり、該アルゴリズムを展開するために用いられる該基板の平均膜厚値が、増加する膜厚に向かう傾向がある平均膜厚に限定される、前記ステップと、
    ｄ）少なくとも１０枚の処理中にほぼ一定の平均膜厚を維持する方法で膜堆積時間を制御するために用いられるソフトウェアに前記アルゴリズムを組込むステップと、
    を含む、前記方法。
  12. 前記平均膜厚が約３.５％以下の変動を示す、請求項１１記載の方法。
  13. 前記ＳｉＯx膜がプラズマ増強型化学気相堆積を用いて堆積した、請求項１１記載の方法。
  14. 前記膜が、ＴＥＯＳを含む前駆ガスの組合わせから堆積される、請求項１３記載の方法。
  15. 複数の基板が堆積チャンバ内で連続して処理される場合に、ＳｉＯx膜の化学気相堆積速度の均一性を改善する方法であって、
    ａ）基板が前記堆積チャンバ内に残っている基板支持プラットフォームを予熱するステップと、
    ｂ）前記基板が前記基板支持プラットフォーム上に存在する場合に、基板を取り囲んでいる少なくとも１つの処理容積構造体を予熱するステップであって、前記少なくとも１つの処理容積構造体が側壁構造体、前記基板が存在する場合にその上に横たわっている構造体、及び前記基板に隣接している挿入構造体からなるグループより選ばれ、前記少なくとも１つの処理容積構造体の前記予熱がプラズマの高エネルギー化学種による物理的衝撃を用いて達成される、前記ステップと、
    ｃ）少なくとも１０枚の基板の処理中にほぼ一定の平均膜厚を維持する方法で膜堆積時間を制御するために用いられるソフトウェアにアルゴリズムを組込むステップと、
    を含む、前記方法。
  16. 前記平均膜厚が約３.５％以下の変動を示す、請求項１５記載の方法。
  17. 前記方法が、前記予熱した基板支持プラットフォーム上に配置する前に前記基板が予熱される追加ステップを含む、請求項１５記載の方法。
  18. 前記処理容積構造体を予熱するために用いられる前記プラズマが、一連の基板の１枚として処理される基板上に膜堆積する間、該処理容積構造体上に蓄積した残留副生成物の少なくとも一部を除去する、請求項１５又は１６記載の方法。
  19. 前記ＳｉＯx膜がプラズマ増強型化学気相堆積を用いて堆積した、請求項１５又は１６記載の方法。
  20. 前記膜がＴＥＯＳを含む前駆ガスの組合わせから堆積される、請求項１９記載の方法。
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