JP2008521261A - バッチ処理チャンバを用いた基板処理装置 - Google Patents
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- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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- H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
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- H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
- H01L21/67763—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations the wafers being stored in a carrier, involving loading and unloading
- H01L21/67778—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations the wafers being stored in a carrier, involving loading and unloading involving loading and unloading of wafers
- H01L21/67781—Batch transfer of wafers
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Abstract
本発明の態様は、システム処理能力を高めるために１以上のバッチ基板処理チャンバ及び/又は単一基板処理チャンバ内で基板を処理するように適合されたマルチチャンバ処理システム（例えば、クラスタツール）を用いて基板を処理するための方法及び装置を含んでいる。一実施態様においては、システムは、処理能力を最適化するとともに処理欠陥を最少にするために、バッチ処理チャンバのみ、又はバッチ基板処理チャンバと単一基板処理チャンバを含む基板処理シーケンスを行うように構成されている。一実施態様においては、バッチ処理チャンバは、基板処理シーケンスにおいて他のプロセスレシピステップと比べて不釣合いに長いプロセスレシピステップを行うことによりシステム処理能力を高めるために用いられる。本発明の態様は、また、繰り返し可能なＡＬＤ堆積プロセス又はＣＶＤ堆積プロセスを行うことができるように処理チャンバに前駆物質を分配するための装置及び方法を含んでいる。
【選択図】 図２Ｅ
【選択図】 図２Ｅ
Description
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、単一基板とバッチ堆積処理モジュールの双方を含む処理シーケンスを行うように構成された統合処理システムに関する。
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、単一基板とバッチ堆積処理モジュールの双方を含む処理シーケンスを行うように構成された統合処理システムに関する。
関連技術の説明
[0002]半導体デバイスを形成するプロセスは、一般に、制御された処理環境で、基板を処理する能力を持つマルチチャンバ処理システム（例えば、クラスタツール）内で行われる。典型的な制御された処理環境は、ロードロックとメインフレームに接続されている複合真空処理チャンバとの間に基板を搬送する基板搬送ロボットを収容するメインフレームを持つ真空システムを含んでいる。制御された処理環境は、搬送中や種々の基板処理ステップの完了の間、基板表面の汚染を最小にすることを含む多くの利点を持っている。従って、制御された環境での処理は、欠陥の発生数を減少させ、デバイスの歩留まりを改善する。
[0002]半導体デバイスを形成するプロセスは、一般に、制御された処理環境で、基板を処理する能力を持つマルチチャンバ処理システム（例えば、クラスタツール）内で行われる。典型的な制御された処理環境は、ロードロックとメインフレームに接続されている複合真空処理チャンバとの間に基板を搬送する基板搬送ロボットを収容するメインフレームを持つ真空システムを含んでいる。制御された処理環境は、搬送中や種々の基板処理ステップの完了の間、基板表面の汚染を最小にすることを含む多くの利点を持っている。従って、制御された環境での処理は、欠陥の発生数を減少させ、デバイスの歩留まりを改善する。
[0003]基板製造プロセスの有効性は、デバイス歩留まりと所有コスト（ＣＯＯ）である２つの関連した重要な要因によってしばしば測定されている。これらの要因は、電子デバイスを製造するためのコストとそれによるデバイス製造業者の市場での競争力に直接影響するので重要である。ＣＯＯは、多くの要因によって影響されるが、システムとチャンバ処理能力又は単に所望の処理シーケンスを用いて処理される毎時の基板の数によって著しく影響される。プロセスシーケンスは、一般的には、デバイス製造ステップのシーケンス、又はプロセスレシピステップとして定義され、クラスタツール内の１以上の処理チャンバ内で完了する。プロセスシーケンスは、一般的には、種々の基板（又はウエハ）製造処理を含むことができる。クラスタツール内の基板処理能力がロボット制限でない場合には、最も長いプロセスレシピステップは、一般的には、処理シーケンスの処理能力を制限し、ＣＯＯを増大させ、恐らくは所望の処理シーケンスを非実用的にする。
[0004]従来のクラスタツールのプロセスシーケンスは、所望の半導体デバイス製造プロセスを行うように適合されている複数の単一基板処理チャンバを用いている。典型的な堆積プロセスを行うＰＶＤツール又はＣＶＤツールのような従来の製造プロセスに典型的なシステム処理能力は、一般的には、毎時３０〜６０枚の基板である。典型的な前処理ステップと後処理ステップすべてを持つ２〜４のプロセスチャンバシステムについては、約１〜２分の最大処理時間に変換される。許容しうる最大処理ステップ時間は、システム内に含まれる平行プロセス又は重複チャンバの数に基づいて変動させることができる。
[0005]デバイスの処理速度を改善させるとともにデバイスによる熱の発生を減少させるために半導体デバイスのサイズを縮小させる産業の努力が、プロセス変動に対する産業の許容量を縮小させてきた。これらのより厳重な要求を満たすために、産業はより厳重なプロセス窓要求を満たす多くの新規なプロセスを開発してきたが、これらのプロセスは完了するのにしばしば長い時間がかかる。例えば、或るＡＬＤプロセスは、基板表面上に高品質の層を堆積させるためには約１０〜２００分のチャンバ処理時間が必要となってしまい、毎時約０.３〜６枚の基板程度での基板処理シーケンス処理能力になる。デバイス性能要求のためにこのようなプロセスを選ぶことを強いられたが、従来の単一基板処理チャンバ内でデバイスを製造するコストは、基板処理能力が低いために増大する。また、１週間あたりのウエハの始めの必要な数を満たすために、ウエハ製造工場へより多くのツールを加えることは可能であるが、これらがしばしば基板製造プロセスの最も高価な態様であることから、かなりのウエハ製造工場のサイズとツールを行うスタッフのを増加させずに、プロセスチャンバ又はツールの数を増加させることはしばしば非実用的である。
[0006]半導体デバイスのサイズの縮小と常に増加するデバイスの性能要求によって、デバイスの製造プロセスの均一性と再現性の許容しうる変動量が著しく減少した。デバイス性能の変動性と再現性に影響し得る一要因は、“待ち行列時間”として知られる。待ち行列時間は、一般的には、製造されたデバイス性能に或る有害な影響を防ぐために、第１プロセスが基板上で完了された後で第２プロセスが基板上で完了されなければならない前に、大気中の又は他の汚染物質に基板がさらされ得る時間として定義される。基板が大気中の又は他の汚染物質に許容しうる待ち行列時間に近い又はそれ超える時間さらされる場合には、デバイスの性能は、第１層と第２層の間の界面の汚染によって影響されてしまう。それ故、大気中の又は他の汚染源に基板をさらすことを含むプロセスシーケンスについては、デバイスの性能の変動性を防ぐために、基板がこれらの供給源にさらされている時間は制御され最少にしなければならない。それ故、有用な電子デバイス製造プロセスは、均一で再現性のあるプロセス結果をもたらし、汚染の影響の最少にし、基板処理シーケンスでの使用に考えられるように所望の処理能力を満たさなければならない。
[0007]それ故、必要とされるデバイス性能の目標を満たし、システム処理能力を増大させ、それによるプロセスシーケンスＣＯＯを低減させ得るように基板を処理し得るシステム、方法、装置が求められている。
[0008]本発明は、一般的には、通常は大気圧で維持されている搬送領域と、基板を加熱及び/又は冷却するのに適合されている冷却プレートと、ファクトリインタフェースの搬送領域と連通しているバッチ可能基板処理チャンバと、冷却プレートとバッチ可能基板処理チャンバの間の１枚以上の基板の搬送を行うように適合されている搬送領域に位置する搬送ロボットを持つファクトリインタフェースとを備えた基板処理装置を提供する。
[0009]本発明の実施形態は、更に、通常は大気圧で維持されている搬送領域を持つファクトリインタフェースと、基板を加熱及び/又は冷却するように適合されている冷却プレートと、ファクトリインタフェースの搬送領域と連通しているバッチ可能基板処理チャンバアセンブリであって、内部プロセス容積を形成する１以上の壁を持つ基板処理領域を備えた前記バッチ可能基板処理チャンバアセンブリと、内部バッファ容積を形成する１以上の壁を持つ基板バッファ領域であって、基板処理領域に隣接して位置する前記基板バッファ領域と、２枚以上の基板を支持するように適合されているプロセスカセットであって、リフト機構の使用によって内部バッファ容積と内部プロセス容積の間を搬送可能である前記プロセスカセットと、冷却プレートとプロセスカセットの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている搬送領域に位置する搬送ロボットとを備えた基板処理装置を提供する。
[0010]本発明の実施形態は、更に、２枚以上の基板を含むように適合されているポッドと、通常は大気圧に維持している搬送領域を持つファクトリインタフェースと、ファクトリインタフェースの搬送領域と連通している第１バッチ可能基板処理チャンバアセンブリであって、第１内部プロセス容積を形成する１以上の壁を持つ第１基板処理領域を備えている前記第１バッチ可能基板処理チャンバアセンブリと、第１内部バッファ容積を形成する１以上の壁を持つ第１搬送領域であって、第１基板処理領域に縦に隣接して位置する前記第１搬送領域と、２枚以上の基板を支持するように適合されている第１プロセスカセットであって、リフト機構の使用によって第１内部バッファ容積と第１内部プロセス容積の間に搬送可能である前記第１プロセスカセットと、ファクトリインタフェースの搬送領域に連通している第２バッチ可能基板処理チャンバアセンブリであって、第２内部プロセス容積を形成する１以上の壁を持つ第２基板処理領域を備えている前記第２バッチ可能基板処理チャンバアセンブリと、第２内部バッファ容積を形成する１以上の壁を持つ第２搬送領域であって、第２基板処理領域に縦に隣接して位置する前駆第２搬送領域と、２枚以上の基板を支持するように適合されている第２プロセスカセットであって、リフト機構の使用によって第２内部バッファ容積と第２内部プロセス容積の間に搬送可能である前記第２プロセスカセットと、第１内部プロセス容積、第２内部プロセス容積、第１内部バッファ容積、及び第２内部バッファ容積からなる群より選ばれる少なくとも１つの領域内の圧力を低下させるように適合されている真空ポンプと、ポッドと第１プロセスカセット又は第２プロセスカセットの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている搬送領域内に位置する搬送ロボットとを備えた基板処理装置を提供する。
[0011]本発明の実施形態は、更に、通常は大気圧に維持されている搬送領域を持つファクトリインタフェースと、搬送領域とそれぞれ連通している２以上のバッチ可能基板処理チャンバであって、内部プロセス容積を形成する１以上の壁を持つ基板処理領域を備えた前記２以上のバッチ可能基板処理チャンバと、内部バッファ容積を形成する１以上の壁を持つ基板バッファ領域であって、基板処理領域に縦に隣接して位置する前記基板バッファ領域と、２枚以上の基板を支持するように適合されているプロセスカセットであって、リフト機構の使用によって内部バッファ容積と内部プロセス容積の間に搬送可能である前記プロセスカセットと、基板処理領域と基板バッファ領域の間に位置するシャッタであって、内部バッファ容積から内部プロセス容積を分離するように密封して位置するように適合されているシャッタと、ファクトリインタフェースの搬送領域に位置する冷却プレートと、冷却プレートと２以上のバッチ基板処理チャンバの間に基板を搬送するように適合されている搬送チャンバ内に取付けられたロボットとを備えた基板処理装置を提供する。
[0012]本発明の実施形態は、更に、２枚以上の基板を含むように適合されているポッドと、通常は大気圧に維持されている搬送領域を持つファクトリインタフェースと、ファクトリインタフェースの搬送領域と連通しているバッチ可能処理チャンバアセンブリであって、内部プロセス容積を形成する１以上の壁を持つ基板バッファ領域を備えた前記バッチ可能処理チャンバアセンブルと、内部バッファ容積を形成する１以上の壁を持つ基板バッファ領域であって、基板処理領域に縦に隣接してする基板バッファ領域と、２枚以上の基板を支持するように適合されているプロセスカセットと、内部バッファ容積と内部プロセス容積の間にプロセスカセットを搬送するように適合されているリフト機構と、基板を加熱及び/又は冷却するように適合されている第１冷却プレートを備えた第１チャンバと、第１冷却プレートとプロセスカセットの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている第１ロボットと、搬送領域に連通している単一基板処理チャンバであって、単一基板内部プロセス容積を形成する１以上の壁を持っている単一基板処理チャンバと、基板を加熱及び/又は冷却するように適合されている第２冷却プレートを備えた第２チャンバと、第２冷却プレートと単一基板処理チャンバの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている第２ロボットと、搬送領域内に位置し且つ第１チャンバと第２チャンバとポッドとの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている第３ロボットを備えた基板処理装置を提供する。
[0013]本発明の上記特徴が詳細に理解され得るように、上で簡単にまとめた本発明のより具体的な説明は、実施形態によって参照することができ、一部は添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示しているので、本発明の範囲を制限するものとみなすべきでなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を許容することができる。
[0053]本発明は、一般的には、システム処理能力を高めるための１以上のバッチ及び単一基板処理チャンバ内で基板を処理するように適合されているマルチチャンバ処理システム（例えばクラスタツール）を用いた基板を処理するための装置及び方法を提供する。バッチ処理チャンバ、又はバッチ可能な処理チャンバという用語は、一般的には同時に２枚以上の基板を処理し得るチャンバを記載することを意味する。一実施形態においては、バッチ処理チャンバは、クラスタツールで行われる基板処理シーケンスにおいて他のレシピステップと比べて不釣合いに長いプロセスレシピを行うことによってシステム処理能力を増加させるために用いられる。他の実施形態においては、処理シーケンスにおいて不釣合いに長い処理ステップの１以上を用いて複数の基板を処理するために２以上のバッチチャンバが用いられる。発明の一態様においては、バッチ処理チャンバで処理された後で次の処理チャンバで処理される前に基板がアイドリングのままである時間を最小限にしつつ処理シーケンスシステム処理能力を最適化するようにバッチ処理チャンバ内で処理される基板の数（又はロットサイズ）を制御するためにシステムコントローラが用いられる。一般に、次の処理チャンバは、他のバッチ処理チャンバ又は単一基板処理チャンバであってもよい。本発明は、ＦＥＰ、アプライドマテリアルズ社の事業部、カリフォルニア州サンタクララから入手できるＣｅｎｔｕｒａＲＴＭによって以下に説明的に記載される。
[0054]発明の実施形態は、単一基板処理チャンバとバッチ型処理チャンバ内で基板を処理する能力を持つクラスタツールにおいて特に有利である。クラスタツールは、電子デバイス製造プロセスにおいて種々の機能を行う複数のチャンバを備えたモジュールシステムである。図１で示されている複数のチャンバは、基板をチャンバ間に往復させるのに適合されたロボット１１３を収容する中央搬送チャンバ１１０に取付けられている。搬送チャンバ１１０は、典型的には、真空状態を維持され、基板をあるチャンバから他の及び/又はクラスタツールのフロントエンドに位置するロードロックチャンバへ往復させるための中間段階を与える。
[0055]図１は、本発明を有利に用いることができる電子デバイスプロセスに典型的なクラスタツール１００の平面図である。このような２つのプラットフォーム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いずれも入手できるＣｅｎｔｕｒａＲＴＭとＥｎｄｕｒａ ＲＴＭである。このような１つの段階的真空基板処理システムの詳細は、１９９３年２月１６日発行の“Ｓｔａｇｅｄ-Ｖａｃｕｕｍ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍ ａｎｄＭｅｔｈｏｄ”と称するＴｅｐｍａｎらの米国特許第５,１８６,７１８号に開示され、この開示内容は本明細書に援用されている。チャンバの正確な配置と組合わせは、製造プロセスの個々のステップを行うために変えられてもよい。
[0056]本発明の態様によれば、クラスタツール１００は、一般的には、複数のチャンバとロボットを備え、好ましくは、クラスタツール１００内で行われる種々の処理の方法やシーケンスを制御し実行するようにプログラムされたシステムコントローラ１０２を備えている。図２Ａは一実施形態を示し、バッチプロセスチャンバ２０１は搬送チャンバ１１０上の位置１１４に取付けられ、３つの単一基板処理チャンバ２０２Ａ-Ｃは基板搬送チャンバ１１０上の１１４Ｂ-Ｄの位置に取付けられている。バッチプロセスチャンバは、システムの設計のハードウェア統合態様を改善するように又は基板処理能力を改善するように、他の位置、例えば、位置１１４Ｂ-Ｄの１以上に配置させることができる。或る実施形態においては、位置１１４Ａ-Ｄのすべてがシステムのコスト又は複雑さを減少させるために占有されているわけではない。
[0057]図２Ｂは一実施形態を示す図であり、位置１１４Ａ-Ｄの２つに取付けられている２つのバッチチャンバを持ち、その他の位置は単一基板処理チャンバを含んでもよい。図２Ｂは、位置１１４Ａと１１４Ｄに取付けられている２つのバッチ処理チャンバ２０１を示す図であり、バッチ処理チャンバの位置又は数が本明細書に記載されている本発明の種々の態様に限定されないので、この構成は本発明の範囲を制限するものではなく、従って、１以上のバッチチャンバ２０１が位置１１４Ａ-Ｄのいずれか１つに位置してもよい。
[0058]図２Ａと図２Ｂを参照すると、任意のフロントエンド環境１０４（本明細書でファクトリインタフェース又はＦＩとも呼ばれる）は、一組のロードロックチャンバに選択的に連通した位置で示されている。フロントエンド環境１０４の搬送領域１０４Ａ内に配置されたファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂは、フロントエンド環境１０４に取付けられたロードロック１０６と複数のポッド１０５の間で基板を往復する直線、回転、垂直の運動が可能である。フロントエンド環境１０４は、一般的には、基板を大気圧の清浄な環境/包囲を通した複数のポッド１０５に指定されたカセットからプロセスチャンバ（例えば、ロードロック１０６、基板バッファ/冷却位置１５２、バッチ処理チャンバ２０１、及び/又は単一基板処理チャンバ２０２）のような或る所望の位置に搬送するために用いられる。フロントエンド環境１０４の搬送領域１０４Ａ内に見られる清浄な環境は、一般的には、例えば、空気を高性能微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタを通過させるような空気ろ過システムを用いることによって与えられる。フロントエンド環境、又はフロントエンドファクトリインタフェースは、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市販されている。
[0059]ロードロック１０６は、フロントエンド環境１０４と搬送チャンバ１１０の間に第１真空インタフェースを与える。一実施形態においては、２つのロードロック１０６が、搬送チャンバ１１０とフロントエンド環境１０４と交互に連通することによって処理能力を高めるように設けられる。従って、ロードロック１０６は搬送チャンバ１０６と連通し、第２ロードロック１０６はフロントエンド環境１０４と連通し得る。一実施形態においては、ロードロック１０６は、ファクトリインタフェースから２枚以上の基板を受取ることができるバッチ型ロードロックであり、チャンバを密封した後、基板を搬送チャンバ１１０に搬送するのに十分低い真空レベルに減圧する間、基板を保持する。好ましくは、バッチロードロックは２５〜５０枚の基板を同時に保持し得る。一実施形態においては、ロードロック１０６Ａ-Ｂはクラスタツール内の処理後に基板を冷却するように適合されるのがよい。一実施形態においては、ロードロック内に保持される基板は、ロードロックに共に取付けられているガス注入口（図示せず）からガス排出口（図示せず）へ流れているガスによって引き起こされる対流により冷却されるのがよい。他の実施形態においては、ロードロックは、冷却され得る複数の熱導電性シェルフ（図示せず）を含むロードロックカセットに取付けられるのがよい。シェルフは、シェルフと基板の間に隙間が存在するようにカセット内に保持された基板間に挟まれる。この実施形態においては、シェルフは、熱を放って基板を冷却し、それにより基板の損傷又は反りを避けるように、基板が一様に加熱又は冷却される。他の実施形態においては、シェルフは、その表面から熱を放出することによって基板を冷却させるように基板の表面と接触している。
[0060]一実施形態においては、クラスタツール１００は、大気圧（例えば、７６０トール）又はそれに近い圧力で基板を処理するように適合され、従って、ロードロック１０６Ａ-Ｂはファクトリインタフェースと搬送チャンバ１１０の間の中間チャンバとして必要とされない。この実施形態においては、ファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂは基板“Ｗ”を直接ロボット１１３（図示せず）に搬送するか又はファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂは基板“Ｗ”を通過チャンバ（図示せず）に搬送することができ、ロボット１１３とファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂが基板を交換し得るようにロードロック１０６Ａ-Ｂの代わりをする。搬送チャンバ１１０は、搬送チャンバ１１０内の酸素分圧、水、及び/又は他の汚染を最小限にするように不活性ガスで絶えずパージすることができ、処理チャンバは、位置１１４Ａ-Ｄやサービスチャンバ１１６Ａ-Ｂに取付けられている。用いることができる不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素、又はヘリウムが挙げられる。他の位置からそれぞれの位置を分離する位置１１４Ａ-Ｄに取付けられる搬送チャンバ１１０、サービスチャンバ１１６Ａ-Ｂ、及び/又はプロセスチャンバに複数のスリットバルブ（図示せず）を加えることができるので、処理シーケンスの間、真空プロセスを行うように各チャンバを別個に減圧することができる。
[0061]ロボット１１３は、基板をロードロック１０６から位置１１４Ａ-Ｄ及びサービスチャンバ１１６Ａ-Ｂに取付けられる種々の処理チャンバの１つへ搬送するように搬送チャンバ１１０の中央に配置されている。ロボット１１３は、一般的には、ロボット駆動アセンブリ１１３Ｃに装着されているブレードアセンブリ１１３Ａ、アームアセンブリ１１３Ｂを含む。ロボット１１３は、システムコントローラ１０２より送られるコマンドの使用によって基板“Ｗ”を種々の処理チャンバへ搬送するように適合されている。本発明から有利になるように適合され得るロボットアセンブリは、１９９４年８月３０日出願の“Ｔｗｏ-ａｘｉｓ ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄｒｏｂｏｔ”と称する共同譲渡された米国特許第５,４６９,０３５号、１９９４年４月１１日出願の“ＲｏｂｏｔＡｓｓｅｂｌｙ”と称する米国特許第５,４４７,４０９号、２０００年４月１４日出願の“Ｒｏｂｏｔ Ｆｏｒ ＨａｎｄｌｉｎｇＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”と称する米国特許第６,３７９,０９５号に記載されており、これらの開示内容は本明細書に全体で援用されている。
[0062]図２Ａと図２Ｂを参照すると、位置１１４Ａ-Ｄの１つに取付けられた処理チャンバ２０２Ａ-Ｃは、前清浄、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ、プラズマ窒化（ＤＰＮ）、急速熱処理（ＲＴＰ）、計測技術（例えば、微パーティクルの測定等）、エッチングのようなかなりの数のプロセスを行うことができ、サービスチャンバ１１６Ａ-Ｂは脱ガス、方向、冷却等に適合されている。一実施形態においては、処理シーケンスは高Ｋコンデンサ構造を形成するように適合され、処理チャンバ２０２は、ＤＰＮチャンバ、多結晶シリコンを堆積することができるＣＶＤチャンバ、及び/又はチタン、タングステン、タンタル、プラチナ、又はルテニウムを堆積することができるＭＯＣＶＤチャンバであってもよい。
[0063]本発明の一態様においては、単一基板処理チャンバ２０２Ａ-Ｃの１つ以上は、バッチ堆積ステップを行う前か又は後に基板をアニールするために使用し得るＲＴＰチャンバであるのがよい。ＲＴＰプロセスは、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から市販されているＲＴＰチャンバと関連したプロセスハードウェアを用いて行うことができる。本発明の他の態様においては、単一基板処理チャンバ２０２Ａ-Ｃの１つ以上は、ＣＶＤチャンバであるのがよい。このようなＣＶＤプロセスチャンバの実施例としては、アプライドマテリアルズ社、カリフォルニア州サンタクララから市販されているＤＸＺＴＭチャンバ、ＵｌｔｉｍａＨＤＰ-ＣＶＤＴＭチャンバ、ＰＲＥＣＩＳＩＩＯＮ５０００(登録商標)チャンバが挙げられる。本発明の他の態様においては、単一基板処理チャンバ２０２Ａ-Ｃの１つ以上は、ＰＶＤチャンバであるのがよい。このようなＰＶＤチャンバの実施例としては、アプライドマテリアルズ社、カリフォルニア州サンタクララから市販されているＥｎｄｕｒａＴＭＰＶＤ処理チャンバが挙げられる。本発明の他の態様においては、単一基板処理チャンバ２０２Ａ-Ｃの１つ以上は、ＤＰＮチャンバであるのがよい。このようなＤＰＮプロセスチャンバの実施例としては、アプライドマテリアルズ社、カリフォルニア州サンタクララから市販されているＣｅｎｔｕｒａＴＭチャンバが挙げられる。本発明の他の態様においては、単一基板処理チャンバ２０２Ａ-Ｃの１つ以上は、プロセス/基板計量チャンバであるのがよい。プロセス/基板計量チャンバ内で完了するプロセスとしては、パーティクル測定技術、残留ガス解析技術、ＸＲＦ技術、偏光解析技術のような膜厚及び/又は膜組成を測定するために用いられる技術が挙げられるがこれらに限定されない。
[0064]図２Ｃは、フロントエンド環境１０４と直接連通ように構成されているバッチ処理チャンバと単一基板処理チャンバ２０２を含むクラスタツール１００の一実施形態を示す平面図である。この構成において、図２Ａ-図２Ｂに示されている中央搬送チャンバ１１０とロボット１１３は、コスト及び/又はシステムの複雑さを低減させるためにクラスタツール１００から取り除かれている。一実施形態においては、クラスタツール１００は、一般的には、バッチチャンバ２０１、フロントエンド環境１０４、バッチチャンバ２０１とフロントエンド環境１０４と連通しているバッファチャンバ１５０（部品１５０Ａを参照のこと）、単一基板処理チャンバ、単一基板処理チャンバとフロントエンド環境チャンバと連通しているバッファチャンバ１５０（部品１５０Ｂを参照のこと）、システムコントローラ１０２を含む。一実施形態においては、フロントエンド環境１０４は、フロントエンド環境１０４の搬送領域１０４Ａ内に見られる汚染物質（例えば、酸素、水等）の分圧をパージし最少限にする不活性ガス源（図示せず）と連通している。
[0065]バッファチャンバ（例えば、要素１５０Ａ、１５０Ｂ）は、一般的には、基板バッファ/冷却位置１５２と基板搬送機構１５４を含む。本発明の他の態様においては、バッファチャンバは、バッファチャンバ内に見られるある種の汚染物質（例えば、酸素、水等）の分圧をパージし最少限にするために不活性ガス源（図示せず）と連通している。一実施形態においては、バッファチャンバ１５０は、フロントエンド環境とバッファチャンバ間のインタフェースのスリットバルブ、及び/又はバッファチャンバと単一基板処理チャンバ又はバッチ基板処理チャンバ間のインタフェースのスリットバルブを含むので、バッファチャンバ１５０は、フロントエンド環境１０４及び/又は単一基板処理チャンバ又はバッチ基板処理チャンバから分離され得る。本明細書に記載される実施形態により用いられるように適合することができるスリットバルブは、１９９２年４月１０日出願の共同譲渡された米国特許第５,２２６,６３２号、１９８７年４月２０日出願の米国特許第４,７８５,９６２号に記載されており、いずれの開示内容も本明細書に全体で援用されている。本発明の一態様においては、バッファチャンバ１５０は、バッファチャンバ１５０を減圧し、よってバッファチャンバ１５０に見られる汚染物質（例えば、酸素、水等）を最小限にする真空ポンプ（例えば、要素１５７Ａ又は１５７Ｂ）と連通するように更に適合される。真空ポンプは、所望のチャンバ処理圧力に達するのに必要とされるターボポンプ、ラフポンプ、及び/又はＲｏｏｔｓ ＢｌｏｗｅｒＴＭであってもよい。
[0066]一実施形態においては、バッファ/冷却位置１５２は単一基板処理チャンバ又はバッチ処理チャンバ内で処理された後、基板を活発に冷却するために用いられる冷却プレート１５３を含むので、ファクトリインタフェースロボット１０８は、基板を確実に扱い且つ熱い基板を大気中の汚染にさらす有害な影響を最少限にすることができる。本発明の一態様においては、バッファ/冷却位置１５２は、ファクトリインタフェースロボット１０８、又は基板搬送機構１５４から基板を受け取ることを可能にし且つ基板が冷却プレート１５３に接触するように上下させることを可能にするリフトアセンブリ（図示せず）を含むこともできる。冷却プレート１５３は、温度制御された熱交換流体の使用によって又は熱電デバイスの使用によって活発に冷却することができる。基板搬送メカニズム１５４は、一般的には、システムコントローラ１０２によって送信されるコマンドの使用によってバッファ/冷却位置１５２へ、また、その位置から基板を搬送するように適合されている従来のロボットである。
[0067]図２Ｄは、上記や図２Ｃに示される要素のすべてと、フロントエンド環境１０４と直接連通するように構成されている追加の単一基板処理チャンバ（例えば、要素２０２Ｂ）を含むクラスタツール１００の一実施形態の平面図である。一態様においては、バッファチャンバ１５０Ｃは、単一基板処理チャンバ２０２Ｂとフロントエンド環境１０４の間に位置し、真空ポンプ１５７Ｃの使用によって真空圧までポンプで排気させることができる。一般に、発明の実施形態は、少なくとも１以上のバッチ処理チャンバ２０１と１以上の単一基板処理チャンバ２０２がフロントエンド環境１０４と直接連通している構造を企図する。他の実施形態においては、クラスタツール１００は１以上のポッド１０５、ファクトリインタフェースロボット１０８、バッファチャンバ１５０、バッチ処理チャンバ２０１を含むのがよい。他の実施形態においては、クラスタツール１００は、１以上のポッド１０５（例えば、要素１０５Ａ-Ｆ）、ファクトリインタフェース１０８、１以上のバッチ処理チャンバ２０１を含むのがよい。
[0068]図２Ｅは、フロントエンド１０４と直接連通するように構成されている２以上の処理チャンバ（例えば、要素２０１）を含むクラスタツール１００の一実施形態を示す平面図である。この構造において、バッファチャンバ（要素１５０）は搬送領域１０４Ａの一部である。それ故、図２Ｅに示されるフロントエンド環境１０４はバッファ/冷却位置１５２と基板搬送機構１５４を含む。バッチ処理チャンバ２０１が図２Ｅに示されているが、この構造は発明の範囲に関して制限することを意図しない。一実施形態においては、クラスタツール１００は、一般的には、フロントエンド環境１０４、システムコントローラ１０２、フロントエンド環境１０４の搬送領域と連通している２つのバッチチャンバ２０１を含む。一態様においては、スリットバルブ１５６はバッチ処理チャンバ２０１の１以上のバッファ容積２２ｂ（図３）と搬送領域１０４Ａの間にフロントエンド環境１０４からバッチ処理チャンバ２０１の内部容積の構成要素を分離するように密封して位置するのがよい。
[0069]図２Ｅに示されるクラスタツール１００の一態様においては、バッファ/冷却位置１５２での冷却プレート１５３と基板搬送チャンバ１５４は、クラスタツール１００の有用性の改善させ且つコストと複雑さを低減させるように搬送領域１０４Ａ内に位置する。一般的には、この構造において、ファクトリインタフェースロボット（要素１０８Ａと１０８Ｂ）は、ポッド（要素１０５Ａ-１０５Ｄ）の１つとバッファ/冷却位置（要素１５４Ａ又は１５４Ｂ）の１つの間に基板を搬送するように適合され、基板搬送機構（要素１５４Ａ又は１５４Ｂ）は、１枚以上の基板をそれぞれのバッファ/冷却位置（要素１５２Ａ又は１５２Ｂ）と関連付けられたバッチ処理チャンバ２０１のバッファ容積２２ｂの間に搬送するように適合されている。一態様においては、唯一の基板搬送機構（図示せず）がバッファ/冷却位置（要素１５２Ａ又は１５２Ｂ）とバッチ処理チャンバ２０１のいずれかの間に基板を搬送するために用いられる。
[0070]図２Ｆは、クラスタツール１０００が、上記と図２Ｅに示された要素のすべてを含み、基板搬送機構１５４を含まない一実施形態を示す平面図である。この構成において、基板はプロセスチャンバ（要素２０１）とバッファ/冷却位置（要素１５２Ａ又は１５２Ｂ）とポッド（要素１０５Ａ-１０５Ｄ）の間に１以上のファクトリインタフェースロボット（例えば、１０８Ａ、１０８Ｂ）を用いて搬送される。この構造は、システムコスト、複雑さ、クラスタツールフットプリントを低減させるのに有用なものである。
[0071]図２Ｇは、図２Ｅに示される構成の一実施形態を示すことを意図するクラスタツール１００の縦断面図である。この構成においては、上述したように、クラスタツール１００は、一般的には、１以上のポッド１０５、フロントエンド環境１０４、フロントエンド環境１０４と直接連通するように適合されている１以上の処理チャンバ（例えば、要素２０１が示されている）を含む。フロントエンド環境は１０４は、示されるように、一般的には、１以上のファクトリフェイスロボット１０８、１以上のバッファ/冷却位置１５２、１以上の基板搬送機構１５４を含む。一態様においては、フロントエンド環境１０４もまた、ＨＥＰＡフィルタのようなフィルタ１９１を含むろ過ユニット１９０、ファンユニット１９２を含む。ファンユニット１９２は、空気をフィルタ１９１、搬送領域１０４Ａに通ってフロントエンド領域１０４のベース１９３から押出すように適合されている。ファクトリインタフェースロボット１０８は、一般的には、従来のＳＣＡＲＡロボット１０９Ａ、従来のロボットブレード１０８Ｂ、基板をポッド１０５からフロントエンド環境１０４における他の所望の場所へ搬送するように適合されている従来のロボット垂直運動アセンブリ１０９を含んでもよい。
[0072]フロントエンド環境１０４の一実施形態においては、各バッファ/冷却位置１５２は、バッチ処理デバイス１５３Ａを用いて同時に複数の基板を処理するように適合されている。一態様においては、基板“Ｗ”は、従来の熱電デバイス又は流体熱交換のような従来の熱交換デバイスを用いて加熱又は冷却され得る複数の熱導電性シェルフ１８５（例えば、図２Ｈに示される九つ）を含むバッチ処理デバイス１５３Ａのカセット内に位置する。シェルフ１８５は、シェルフ１８５と基板の間に隙間が存在して、基板をシェルフ１８５へ、また、シェルフから効率の良い機械的搬送を可能にするように、カセット１８６に保持される基板“Ｗ”の間に挟まれている。シェルフ１８５は、一般的には、処理された基板への損傷又は反りを避けるために、放射型、対流型及び/又は導電型熱伝達を用いて均一に基板を加熱又は冷却するように適合されている。一態様においては、バッチ処理デバイス１５３Ａは、約１枚〜約１００枚の基板を同時に、より好ましくは約２枚〜約５０の基板を同時に加熱又は冷却するように適合されている。
[0073]フロントエンド環境１０４の一実施形態においては、基板搬送機構１５４の１以上が同時に複数の基板を搬送するように適合されている。一態様においては、図２Ｇに示されるように、基板搬送機構１５４は、従来のロボット１６２（例えば、ＳＣＡＲＡロボット）、複数のロボットブレード１６１（例えば、５つが示されている）、バッファ/冷却位置１５２とバッチ処理チャンバ２０１のバッファ容積２２ｂ（後述される）に設置されたカセット４６（後述される；図６を参照のこと）の間に、各々のロボットブレード１６１上に１枚以上の基板を搬送するように適合されのがよい従来の垂直運動アセンブリ１６３を含んでいる。従って、この構造において、基板搬送機構１５４は、カセット４６とバッファ/冷却位置１５２チャンバと連通し、複数の基板を同時に搬送するように適合されている。処理の間、搬送領域１０４Ａからバッチ処理チャンバ２０１のバッファ容積を真空分離するように適合されているスリットバルブ１５６は、カセット４６内に位置する複数の基板へ接近するために基板搬送機構１５４がバッファ容積２２ｂ内に形成されたスリットバルブ開口３６に入ることができるようにアクチュエータの使用によってじゃまにならない所に移動させることができる。
[0074]一実施形態においては、クラスタツール１００は、使用者が定義した処理シーケンスがバッチ処理チャンバだけを用いて行うことができるように、種々の自動構成要素と連通している唯一のバッチ処理チャンバを含んでいる。図２Ｉは、搬送チャンバ１１０に装着された３つのバッチ処理チャンバを含むクラスタツール１００を示す一実施形態である。一態様においては、搬送チャンバ１１０は真空ポンプを（図示せず）の使用によって真空条件下で維持されている。この構成は、基板表面の汚染を最少限にするとともに所望の処理シーケンスを行うことができる複数のバッチ処理チャンバをグループに分けることによってシステム処理能力を増加させる多くの利点を有するものである。従って、制御された環境での処理は、欠陥発生を減少させ、デバイス歩留まりを改善させる。
[0075]図２Ｉは、搬送チャンバ１１０（例えば、３つのチャンバ取付け面１１１Ａ-Ｃ）、ロボット１１３、３つのバッチ処理チャンバ２０１、フロントエンド環境１０４、２つのポッド１０５を含むクラスタツール１００を示す一実施形態である。この構成において、バッチ処理チャンバは、搬送チャンバ１１０上の位置１１４Ａ-Ｃ内に取付けられている。図２Ｉは、位置１１４Ａ-Ｃに取付けられた３つのバッチ処理チャンバ２０１を示しているが、搬送チャンバ上の位置の数とバッチ処理チャンバの位置又は数が本明細書に記載される本発明の種々の態様の限定を意図しないので、この構造は本発明の範囲を制限することを意図していない。この構成は、システムの設計のハードウェア統合態様を改善させ、システムの複雑さを減少させ及び/又はシステムのコストの低減させるのに望ましいものである。位置１１４Ａ-Ｃの１つに取付けられたバッチ処理チャンバ２０１は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、急速熱処理（ＲＴＰ）、エッチング及び/又は冷却のようなかなりの数の処理を行うように適合されてもよい。
[0076]図２Ｉを参照すると、任意のフロントエンド環境１０４は、一組のロードロックチャンバ１０６（上記）に選択的に連通するように位置している。フロントエンド環境１０４に配置されているファクトリインタフェースロボット１０８は、基板をロードロック１０６とフロントエンド環境１０４に取付けられた複数のポッド１０５の間で往復させるのに直線、回転、垂直の運動が可能である。ロボット１１３は、減圧下で基板をロードロック１０６から位置１１４Ａ-Ｃに取付けられた種々の処理チャンバの１つへ搬送するように搬送チャンバ１１０の中央に配置されている。ロボット１１３は、一般的には、ブレードアセンブリ１１３Ａ、ロボットドライブアセンブリ１１３Ｃに装着されているアームアセンブリ１１３Ｂを含む。ロボット１１３は、システムコントローラ１０２から送られるコマンドの使用によって基板“Ｗ”を種々の処理チャンバに搬送するように適合されている。
[0077]一実施形態においては、図２Ｉに示されるクラスタツール１００は、大気圧（例えば、７６０トール）で又はそれに近い圧力で基板を処理するように適合されるのがよく、従って、ロードロック１０６Ａ-Ｂは、ファクトリインタフェースと搬送チャンバ１１０の間の中間チャンバとして必要とされない。搬送チャンバ１１０は、位置１１４Ａ-Ｃに取付けるのがよい搬送チャンバ１１０とバッチ処理チャンバ２０１内の酸素、水、及び/又は他の汚染物質の分圧を最小限にするように不活性ガスで絶えずされるのがよい。各位置をその他の位置から分離するために複数のスリットバルブ（図示せず）を搬送チャンバに加えることができるので、処理シーケンスの間、各チャンバは真空プロセスを行うために別個に減圧されてもよい。
[0078]システムコントローラ１０２は、一般的には、システム全体の制御と自動化を容易にするように設計され、典型的には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、支持回路（又はＩ/Ｏ）（図示せず）を含むことができる。ＣＰＵは、種々のシステム機能、チャンバプロセス、支持体ハードウェア（例えば、検出器、ロボット、モータ、ガス源ハードウェア等）を制御する工業環境で用いられるコンピュータプロセッサの任意の形式の１つであってもよく、システムとチャンバプロセス（例えば、チャンバ温度、プロセスシーケンス処理能力、チャンバプロセス時間、Ｉ/Ｏシグナル等）をモニタすることができる。メモリはＣＰＵに接続され、ローカル又はリモートのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又はデジタル記憶装置の他の形式のような１以上の容易に入手できるメモリであってもよい。ソフトウェアの命令やデータは、ＣＰＵを命令するためのメモリ内で暗号化され記憶される。支持回路もまた、従来方法でプロセッサを支持体するためにＣＰＵに接続されている。支持回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力/出力回路構成、サブシステム等を含むことができる。コントローラ１０２で読み込み可能なプログラムは、タスクが基板で実行可能であることを決定する。好ましくは、プログラムは、処理シーケンスタスクと種々のチャンバ処理レシピステップのモニタリングや実行に関係するタスクを行うコードを含むコントローラ１０２で読み込み可能なソフトウェアである。
[0079]一実施形態においては、システムコントローラ１０２は、クラスタツール１００内で処理された基板の待ち行列時間をモニタし制御するように適合されている。基板が最初の処理チャンバ（例えば、単一基板処理チャンバ２０２Ａ又はバッチ処理チャンバ２０１）で処理された後で次の処理チャンバで処理される前の待ち行列時間の最小にすると、デバイス性能に対する汚染源への暴露の影響を制御し最小にすることを援助する。この実施形態は、図１３Ｅ-図１３Ｆに示され記載される種々の実施形態と共に用いた場合に特に有利なものである。本発明の一態様においては、システムコントローラは、次のプロセスチャンバで処理される前にバッチ内の最後の基板が待たなければならない時間を最小限にするために、バッチ処理チャンバ２０１で処理されるバッチサイズ（例えば、ロットサイズ）を制御するように適合されている。本発明の他の態様においては、システムコントローラ１０２は、プロセスレシピステップが開始又は終了する時のタイミングを制御して、システム処理能力を最適化し且ついかなる待ち行列時間の問題を減少させる。例えば、単一基板処理チャンバが基板の処理を開始するタイミングは、バッチ処理チャンバ２０１のような次の処理チャンバが処理された基板を受け入れる用意ができているときにプロセスが完了した後に基板が待たなければならない時間を最短にするように制御される。
バッチチャンバハードウェア
[0080]バッチ処理チャンバ２０１は、主としてＡＬＤチャンバ又はＣＶＤチャンバとして後述されているが、バッチプラズマ酸化処理を行うように、又は或る所望の処理結果を達成するために複数の基板で同時に行われるように導電性である他の半導体プロセスを行うように適合されている。
[0080]バッチ処理チャンバ２０１は、主としてＡＬＤチャンバ又はＣＶＤチャンバとして後述されているが、バッチプラズマ酸化処理を行うように、又は或る所望の処理結果を達成するために複数の基板で同時に行われるように導電性である他の半導体プロセスを行うように適合されている。
[0081]一実施形態においては、バッチ処理チャンバ２０１は、金属層、半導体層及び/又は誘電材料層を堆積するように構成されているＣＶＤチャンバである。このようなプロセスを行うために用いられるハードウェア及び方法の例は、更に、１９９７年８月１１日出願の“Ｍｉｎｉ-ｂａｔｃｈ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｈａｍｂｅｒ”と称する米国特許第６,３５２,５９３,号、２００２年８月９日出願の“ＨｉｇｈＲａｔｅ ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＡｔ ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｎ Ａ Ｓｍａｌｌ ＢａｔｃｈＲｅａｃｔｏｒ”と称する米国特許出願第１０/２１６,０７９号に記載され、いずれの開示内容も本明細書に全体で援用されている。他の実施形態においては、バッチ処理チャンバ２０１は、金属層、半導体層及び/又は誘電材料層を堆積するように構成されているＡＬＤチャンバである。
[0082]図３は、例示的なバッチ処理チャンバ２０１の断面図である。バッチ処理チャンバ２０１は、プロセス容積２２ａ、又は基板処理領域と、バッファ容積２２ｂ、又は基板バッファ領域とをもつ真空チャンバ２２を含んでいる。一般に、バッファ容積２２ｂは、バッチ処理チャンバに基板を挿入したり、バッチ処理チャンバ２０１から基板を取り出すために用いられ、プロセス容積２２ａは処理チャンバとして用いられる。プロセス容積２２ａ、又は基板処理領域と、バッファ容積２２ｂ、又は基板バッファ領域は、共に溶接され又は共にボルトで止められ、密封構造２４又は他の従来の手段を用いて真空密封される。一実施形態においては、プロセス容積２２ａとバッファ容積２２ｂの向きとすべての関連があるハードウェアは、交換することができ、バッファ容積２２ｂが、プロセス容積２２ａ（図示せず）の上に、又は縦に隣接して位置している。処理容積２２ａがバッファ容積２２ｂの上に位置するか、又はバッファ容積２２ｂが処理容積２２ａの上に位置する垂直に隣接した向きは、水平に隣接した向きに対してクラスタツールフットプリントを減少させ、半導体製造ツールにとってしばしば非常に重要な設計の問題であるるので、有利なものである。本明細書に示され記載されるプロセス容積２２ａとバッファ容積２２ｂの向きは、発明の範囲に関して制限することを意図しない。
[0083]図４は、図３に示されるバッチ処理チャンバの平面図である。プロセス２２ａは、図４に示されるように、４つ側壁１００ａと４つの側壁１００ｂを有し、すべて熱交換流体の再循環によって温度制御することができる。ガス注入マニフォールドアセンブリ２００と排気マニフォールドアセブリ３００は、対向する壁１００ｂに装着され、下で更に詳述される。複数ゾーン加熱構造４００は、４つの側壁１００ａのそれぞれに装着されている。例えば、アルミニウムから作られた液体冷却上部プレート３２（図３）は、Ｏリング又はその他の手段（図示せず）によって側壁１００ａ及び１００ｂを真空密封されている。複数ゾーン加熱構造５０７は、上部プレート（図３）の上に位置している。
[0084]ここで図３と図５を参照すると、バッファ容積２２ｂは、４つの側壁３４を含んでいる。ロボットアーム１１３が基板をバッファ容積２２ｂへ（から）周知の方法で挿入する（取り出す）ことができるスリットバルブ開口３６がこれらの側壁の１つに装着されている。スリットバルブ開口３６は、例えば、Ｏリング（図示せず）を用いた周知の方法で側壁３４の１つに対して真空密封する。スリットバルブ３６は、搬送チャンバ１１０のチャンバ取付け面１１１Ａ-Ｄ（図２Ａを参照のこと）のいずれかに装着され得るように設計されている。典型的には、搬送チャンバ１１０は、搬送チャンバから処理の間の位置１１４Ａ-Ｄに取付けられたプロセスチャンバを分離するスリットバルブ（図示せず）を収容している。
[0085]底部プレート３８は、Ｏリング（図示せず）を用いて側壁３４のそれぞれに装着され真空密封されている。加熱構造５０７と同様の複数の加熱構造５５０が、底部プレート３８の外面に装着されている。加熱構造５５０から分配された熱量は、システムコントローラ１０２によって制御される。底部プレート３８の真ん中にシステムコントローラ１０２からの指令の使用によって位置するリフト回転機構６００は、カセット４６と関連パーツを持上げ回転させることができる。一実施形態においては、加熱構造５５０の構成要素は、コストとバッチチャンバの複雑さを減少させるために底部プレート３８の上で取り出される。
[0086]ここで図６を参照すると、装填/非装填状態でのバッチ処理チャンバ２０１が示されている。この位置で、ロボット１１３は、カセット４６内の複数のスロットの１つに基板を装填ことができる。ロボット１１３は、スリットバルブ開口３６（図６には図示せず）を通ってカセット４６に接近する。カセット４６は、所望のプロセス特性によっては、例えば、石英、炭化ケイ素、又はグラファイトのような任意の適した高温材料から作ることができる。図６は、９つの基板“Ｗ”を維持することができるカセット４６を示しているが、カセット４６の他の実施形態は、より多くの又はより少ない数の基板を保持するように適合することもできる。好ましくは、カセット４６は少なくとも２５枚の基板を保持する。
[0087]円形シールプレート６０は、カセット４６のすぐ下にし、ＡＬＤ又はＣＶＤプロセスがカセット４６に取付けられた基板上で行われる場合にバッチ処理チャンバ２０１のプロセス容積２２ａからバッファ容積２２ｂを密封するか、又はバッファ容積２２ｂへのプロセスガス漏れを最小限にすることを意図している。シールプレート６０は、例えば、グラファイト又は炭化ケイ素のような、適した高温材料で作られ、石英リング６１の上面の外部周辺の周りのグルーブへネストされている。シールプレート６０は、３つのリフトロッド６６と、それらの関連したリフト機構７００によって支持され、適した高温材料（１つだけリフトロッド６６が簡単に示されている）で作られている。図６と図７を参照すると、リフト機構７００は、底部プレート６０に対してシール５４（例えば、弾性シール、フェロ流体シール）の使用によって真空密封され、カセット４６から独立してシールプレート６０を移動させるように適合されている。シールプレート６０を上下するリフト機構７００は、すべてが当該技術において周知である１つ又は複数の水圧、空気圧又は電気モータ/リードスクリューメカニカルアクチュエータによって作動させることができる。
[0088]基板“Ｗ”の各々がカセット４６内のスロットに装填された後、ブレードアセンブリ１１３Ａ（図２Ａ）は引っ込められ、カセット４６は、ロボット１１３のブレードアセンブリ１１３Ａがカセット４６の次のスロットへ次の基板を装填させるようにシステムコントローラ１０２の使用によって所定の距離に上昇する。このプロセスは、所望数の基板“Ｗ”がカセット４６へ装填されるまで繰り返される。カセットへ装填される基板の数は、基板バッチサイズが変動するにつれて制御又は変化させることができ又はシステム処理能力のバランスを取るように変化させることができ、バッチ処理チャンバで処理される最後のウエハは、許容しうる行列待ち時間を超える時間アイドリングしない。システムコントローラ１０２は、待ち時間を最短にするとともにプログラムされたプロセスシーケンス情報、実際の又は事前の実験的処理能力情報、又は他の使用者又はシステム入力に基づいたシステム処理能力のバランスを取る最適バッチサイズを決定するために用いられる。スリットバルブ開口３６が閉じられた後に、カセット４６と基板“Ｗ”は、図７に示されるように、バッファ容積２２ｂからプロセス容積２２ａ内の処理位置へ上昇する。
[0089]カセット４６がリフトと回転機構６００によってプロセスチャンバ２２ａに上昇するにつれて、シールプレート６０の石英リング６１は、リフト機構７００の使用よって密封構造２４の内部リップと密接に接触して移動し、それによって図７に示される位置でシールプレート６０を停止させる。クオーツリング６１が密封構造２４と密接に接触しているとき、シールプレート６０はチャンバ２２のプロセス容積２２ａとバッファ容積２２ｂ部分の間をほぼ完全に密封し、プロセス容積２２ａが適した材料の層を基板“Ｗ”上に形成することができる反応チャンバ２０の処理領域になる。バッファ容積２２ｂへアルゴン又はヘリウムのような不活性ガスの比較的少ないフローを注入することによって、このような不活性ガスは、プロセス容積２２ａを排気する途中のシールプレート６０の穴とシャフト４８の間の小さな隙間を通って進まなければならない。この不活性ガスフローは、プロセス容積２２ａからバッファ容積２２ｂに入り得る反応性ガスの量を著しく最小限にするのに役立ち、それによりバッファ容積２２ｂで加熱されたパーツの上に過度の及び望まれていない蒸着を効果的に排除する。更に、プロセス又はプロセス容積内にしばしば高価な反応性ガスをこのように閉じ込めることにより、これらのガスのより効率的な使用が得られる。更に、この閉じ込めにより、反応チャンバの容積の効果的な減少が得られ、それにより反応ガスの滞留時間（ガス分子が注入点からチャンバの対向する側に排気されるまで進むのにかかる平均時間）を短縮する。多くの典型的なＡＬＤプロセス又はＣＶＤプロセスについては、過度の滞留時間は、成長するＡＬＤ膜又はＣＶＤ膜に組込むことができるサブ化学種を生成することができる、望まれていない化学反応を招き得る。シールプレート６０は、プロセス容積２２ａとバッファ容積２２ｂの間の有効な熱分離を与える。更に、シールプレート６０は、また、加熱構造５５０から放射される熱エネルギーのための熱拡散器として役に立ち、このようにして、基板“Ｗ”の中間熱源として作用する。更に、シールプレート６０は、メンテナンス活動の間、バッチ処理チャンバ２０１内で完了するあらゆるインサイチュプラズマ清浄プロセスを改善するのに効果的な閉じ込めを与えることができる。
[0090]発明の一態様においては、図６-図７に示される複数ゾーン加熱構造５０７は、カセット４６に取付けられた基板に向かってエネルギーを放射するハロゲンランプ４０２の配列を含んでいる。他の実施形態においては、複数ゾーン加熱構造５０７は、ハロゲンランプ４０２に変わって、カセット４６内に保持された基板に熱を伝達する１以上の抵抗加熱素子（図示せず）を含んでいる。
[0091]バッチ処理チャンバ２０１の一実施形態においては、真空ポンプシステム１７１（図２Ｇ-２Ｈ）は、所望のチャンバプロセスを行う前にバッファ容積２２ｂ及び/又はプロセス容積２２ａを減圧にするために用いられる。一態様においては、バッチ処理チャンバ２０１が、典型的には真空圧に維持されている搬送チャンバ１１０に搬送可能に連通している場合、バッファ容積２２ｂとプロセス容積２２ａは、一般的には、１つ又は複数のバッチ処理チャンバ２０１に急速な基板の搬送を可能にする真空圧で常に維持されている。本発明の一態様においては、バッチ処理チャンバ２０１が大気圧でのフロントエンド環境１０４と搬送可能に連通している場合、バッファ容積２２ｂは、処理前に真空ポンプシステム１７１の使用によって減圧にし、その後、基板をバッチ処理チャンバ２０１とフロントエンド環境の間で搬送させる処理後に従来の方法によって通気する必要があり、その逆も同じである。真空ポンプシステム１７１は、クラスタツール１００に位置する単一処理チャンバ又は複数の処理チャンバに装着させることができる。真空ポンプシステム１７１は、所望のチャンバ処理圧（例えば、〜５０ミリトール-〜１０トール）を得るために用いられるターボポンプ、ラフポンプ、及び/又はＲｏｏｔｓ ＢｌｏｗｅｒＴＭのような１以上の真空ポンプを含むことができる。
[0092]図２Ｈを参照すると、バッチ処理チャンバ２０１の一実施形態においては、シャッタアセンブリ１８０は、バッファ容積２２ｂとプロセス容積２２ａを分離してプロセス容積ａを真空状態で維持させることを可能にするために用い、一方バッファ容積２２ｂは通気されるので基板を装填するか又はカセット４６から取り出すことができ、又は他のメンテナンス活動がバッファ容積２２ｂの構成要素で行うことができる。シャッタアセンブリ１８０は、一般的には、シャッタドア１８１、シャッタ保管領域１８２、シャッタドア１８１に取付けられた密封部材１８３（例えば、Ｏリング）、シャッタアクチュエータ（図示せず）を含んでいる。シャッタアクチュエータは、プロセス容積２２ａが真空ポンプシステム１７１の使用によって真空圧を維持することができるように、バッファ容積２２ｂとプロセス容積２２ａを分離するために、密封構造２４の開口の上にシャッタドア１８１を位置させるように適合され、一方バッファ容積２２ｂは大気圧に通気される。シャッタアクチュエータは、一般的には、処理前のプロセス容積２２ａへカセット４６を挿入している間、シャッタドア１８１をカセット４６から外れてシャッタ保管領域１８２へ移動させ位置するように適合されている。
[0093]図８及び図８Ａを参照すると、加熱構造４００は、側壁１００ａの各々の外部表面上に取付けられている。加熱構造４００は、石英の窓４０１を通ってバッチ処理チャンバ２０１のプロセス容積２２ａにおける基板“Ｗ”にエネルギーを供給するために用いられる複数のハロゲンランプ４０２を含んでいる。一実施形態においては、基板“Ｗ”とカセット４６は、石英窓４０１を通るハロゲンランプ４０２によって加熱される、熱シールドプレート４２２によって間接的に適温に加熱される。抵抗ヒータのようなランプの変わりに代替的加熱法を用いることができる。Ｏリング型ガスケット４１０（例えば、バイトン、シリコンゴム又はカルレツグラファイト繊維のような適当な材料から作られている）、同様な適当な材料のストリップ４１２とガスケット４１１は、窓４０１が熱くチャンバ２２が減圧下にある時に窓４０１が温度制御された側壁１００ａ又はクランプ４０６と直接接触している場合には、内部破裂を引き起こす過度の圧力を防止するように側壁１００ａか又はクランプ４０６のどちらかとの直接接触しないことを確実にするために、石英窓４０１と側壁１００ａとクランプ４０６の間に設けられる。熱シールドプレート４２２は、基板“Ｗ”に供給される熱エネルギーのより均一な配分を可能にする加熱構造４００から放出されるエネルギーを拡散させるためにチャンバのプロセス容積２２ａに加えられる。一実施形態においては、熱エネルギーの配分は、リフトと回転機構６００に見られる回転モータ６０１を用いた処理の間、カセット４６を回転させることによって更に最適化される。カセットの回転速度は、毎分約０から１０回転（ｒｐｍ）、好ましくは１ｒｐｍ〜５ｒｐｍに変動させることができる。熱シールドプレート４２２と絶縁石英ストリップ４２０は、チタンのような適切な高温材料から作られている複数の保持クランプ４２４によって側壁１００ａに固定されている、例えば、グラファイト又は炭化ケイ素のような適切な高温材料から作られている。クランプ４２４は、側壁１００ａに、ボルト４２５とワッシャ４２６Ａ-Ｂを用いて取付けられている。
[0094]一実施形態においては、１以上の熱交換デバイスは、バッチチャンバの壁温を制御する側壁１００ａと１００ｂ、上部プレート３２及び/又は底部プレート３８と連通して配置されている。１以上の熱交換デバイスは、バッチチャンバの壁の温度の制御をするために用いることができ、処理中に望まれていない堆積物質及び/又は堆積プロセス副生成物の凝縮量を制限し及び/又は処理中に生成された熱勾配による分解から石英窓４０１を保護する。一実施形態においては、図８と図８Ａに示される熱交換デバイスは、連続的にミルドチャネル４４２と４４６を流れ込む熱交換流体の使用によって温度制御される側壁１００ａ-ｂとクランプ４０６に形成されたミルドチャネル４４２と４４６からなる。流体温度コントローラ（図示せず）は、熱交換流体、従って、側壁１００ａ-ｂとクランプ４０６の温度を制御するように適合されている。熱交換流体は、例えば、温度を約３０℃〜約３００℃に加熱するペルフルオロポリエーテル（例えば、Ｇａｌｄｅｎ(登録商標)）である。熱交換流体は、所望の温度約１５℃〜約９５℃に分配された冷却水であってもよい。熱交換流体は、アルゴンや窒素のような温度制御ガスであってもよい。
[0095]すべての基板について望ましいプロセス結果を達成するために、プロセス容積２２ａ内で処理される“Ｗ”には、バッチ内の基板“Ｗ”のすべてのあらゆる点が摂氏約１度だけプラス又はマイナスの同様の設定温度に達する必要がある。温度の設定点と均一性は、カセットの種々の領域の温度を測定するように位置した１以上の温度センサ（例えば、光学高温計、熱電対等）、複数のゾーンのグループに分けられる２以上のハロゲンランプ（図７）、温度をモニタし、ゾーンの各々に対する電力を調節して、カセットの長さに沿って均一な温度を得るシステムコントローラ１０２の使用によってモニタされ制御されている。一実施形態においては、ハロゲンランプ４０２の一列又はハロゲンランプ４０２の複数列は、温度がカセット４６内の基板から基板まで均一になることを確実にするシステムコントローラによって制御され得る。一実施形態においては、ランプは領域によってグループに分けられ、横列（水平）での１以上のランプと縦列（垂直）での１以上のランプは、プロセス容積２２ａの領域における温度の可変性を調節するために共に制御される。ハロゲンランプ４０２と加熱構造４００のハードウェアのマルチゾーン制御の実施形態は、更に、２００２年８月９日出願の“ＨｉｇｈＲａｔｅ ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＡｔ ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｎ Ａ Ｓｍａｌｌ ＢａｔｃｈＲｅａｃｔｏｒ”と称する米国特許出願第１０/２１６,０７９号に記載され、この開示内容は本明細書に援用されている。
[0096]一実施形態においては、図９-図１０に示されるカセット４６は、基板を支持するサセプタ６２とロッド６４を含んでいる。この実施形態においては、各基板“Ｗ”はサセプタ６２上に直接置かれるのがよく、又は基板はサセプタ６２内のキャビティ（図示せず）にネストされるのがよく、又は２つのサセプタ６２（図示せず）の間に、例えば、サセプタ６２の表面に装着された３つ以上のピンで吊り下げられるのがよい。この実施形態においては、サセプタ６２は、基板“Ｗ”の直径より大きいサイズであるので、加熱構造４００（図９又は図１０では図示せず）から分配される放射エネルギーを吸収することができ、基板のエッジに達する前にプロセスガスを予熱する傾向がある。
[0097]一実施形態においては、カセット４６に取付けられた基板のプロセス温度は、加熱構造４００から基板に移されるエネルギーの量を変えることによりプロセスレシピの異なる相の間に変化する。この構造において、基板温度を処理の間に急速に調整させることを可能にするカセット４６の熱量を最少限にすることは必要なことである。それ故、本発明の一態様においては、サセプタ６２とロッド６４の質量とサイズは、急速に調整されるプロセス温度と達成される基板の熱均一性を可能にするように最小限にされるのがよい。
[0098]加熱構造４００ハードウェアの実施形態は、更に、１９９７年８月１１日出願の“Ｍｉｎｉ-ｂａｔｃｈ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｈａｍｂｅｒ”と称する米国特許第６,３５２,５９３号、２００２年８月９日出願の“ＨｉｇｈＲａｔｅ ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＡｔ ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｎ Ａ Ｓｍａｌｌ ＢａｔｃｈＲｅａｃｔｏｒ”と称する米国特許出願第１０/２１６,０７９号に記載され、いずれの開示内容も本明細書に援用されている。
ガス分配システム
[0099]ここで図９-図１０と図１２を参照すると、基板“Ｗ”上に膜を堆積させるのに用いられるプロセスガスは、一般的には、ガス分配モジュール５００と、１以上の注入管２０３と、混合チャンバ２０４と、注入プレート２１０を含むのがよい、ガス注入マニフォールドアセンブリ２００に供給される。一実施形態においては、注入プレート２１０は、Ｏリング（図示せず）によって側壁１００ｂの１つに対して真空密封されている。プロセスガスが混合チャンバ２０４内で共に混合された後、ガスは注入プレート２１０に形成されるポート２０８に供給され、その後、プロセスガスはポート２０８を通ってプロセス容積２２ａに流れ込む。一実施形態においては、ポート２０８は、入ってくるガスを制限し均等に再配分することができるように形成されているのでバッチ処理チャンバ２０１のプロセス容積２２ａに入るガスフローは均一である(図１２を参照のこと)。一実施形態においては、図９に示される１以上のガスフロー制御デバイス２０６は、混合チャンバ２０４とポート２０８の間に加えられ、バッチ処理チャンバ２０１のプロセス容積２２ａへ供給されるプロセスガスフローの量について正確に制御される。一実施形態においては、ガスフロー制御デバイス２０６は、メカニカルバタフライバルブ又はニードルバルブ、又はプロセスガスのフローを制御し得る他の同等なデバイスであるのがよい。本発明の他の態様においては、注入プレート２１０は、注入プレート２１０におけるミルドチャネル（図示せず）に流れ込む温度制御された熱交換流体の使用によって又はインジェクタのハウジングに組込まれた抵抗加熱素子の使用によって温度制御されている。図９、図１０、図１２は、２以上のプロセスガス源５０１と連通している単一混合チャンバ２０４と注入プレート２１０を示しているが、注入マニフォールドアセンブリ２００の実施形態は、プロセス容積２２ａに種々のプロセスガス（例えば、前駆物質、１つ又は複数の酸素含有ガス、キャリヤガス等）を各々注入する２以上の分離された混合チャンバ２０４と注入プレート２１０を含むのがよい。本発明の一態様においては、２以上の分離された混合チャンバ２０４と注入プレート２１０は相互に隣接し、すべて同じ側壁１００ｂに取付けられている。例えば、一構成においては、注入マニフォールドアセンブリ２００は、ハフニウム前駆物質（例えば、ＴＤＭＡＨ）を別個に分配することが意図される３つの別個の混合チャンバ２０４と注入プレート２１０と、キャリヤガス（例えば、アルゴン）と、酸化ハフニウム膜を形成するプロセス容積２２ａへの酸素含有ガスを含むのがよい。従って、この構成は、プロセスガスの不適合の相互作用を最小限にし、処理中の第１処理ガスの流した後の注入マニフォールドアセンブリとプロセスチャンバ２２ａをパージする要求を減少させるのがよい。
[0099]ここで図９-図１０と図１２を参照すると、基板“Ｗ”上に膜を堆積させるのに用いられるプロセスガスは、一般的には、ガス分配モジュール５００と、１以上の注入管２０３と、混合チャンバ２０４と、注入プレート２１０を含むのがよい、ガス注入マニフォールドアセンブリ２００に供給される。一実施形態においては、注入プレート２１０は、Ｏリング（図示せず）によって側壁１００ｂの１つに対して真空密封されている。プロセスガスが混合チャンバ２０４内で共に混合された後、ガスは注入プレート２１０に形成されるポート２０８に供給され、その後、プロセスガスはポート２０８を通ってプロセス容積２２ａに流れ込む。一実施形態においては、ポート２０８は、入ってくるガスを制限し均等に再配分することができるように形成されているのでバッチ処理チャンバ２０１のプロセス容積２２ａに入るガスフローは均一である(図１２を参照のこと)。一実施形態においては、図９に示される１以上のガスフロー制御デバイス２０６は、混合チャンバ２０４とポート２０８の間に加えられ、バッチ処理チャンバ２０１のプロセス容積２２ａへ供給されるプロセスガスフローの量について正確に制御される。一実施形態においては、ガスフロー制御デバイス２０６は、メカニカルバタフライバルブ又はニードルバルブ、又はプロセスガスのフローを制御し得る他の同等なデバイスであるのがよい。本発明の他の態様においては、注入プレート２１０は、注入プレート２１０におけるミルドチャネル（図示せず）に流れ込む温度制御された熱交換流体の使用によって又はインジェクタのハウジングに組込まれた抵抗加熱素子の使用によって温度制御されている。図９、図１０、図１２は、２以上のプロセスガス源５０１と連通している単一混合チャンバ２０４と注入プレート２１０を示しているが、注入マニフォールドアセンブリ２００の実施形態は、プロセス容積２２ａに種々のプロセスガス（例えば、前駆物質、１つ又は複数の酸素含有ガス、キャリヤガス等）を各々注入する２以上の分離された混合チャンバ２０４と注入プレート２１０を含むのがよい。本発明の一態様においては、２以上の分離された混合チャンバ２０４と注入プレート２１０は相互に隣接し、すべて同じ側壁１００ｂに取付けられている。例えば、一構成においては、注入マニフォールドアセンブリ２００は、ハフニウム前駆物質（例えば、ＴＤＭＡＨ）を別個に分配することが意図される３つの別個の混合チャンバ２０４と注入プレート２１０と、キャリヤガス（例えば、アルゴン）と、酸化ハフニウム膜を形成するプロセス容積２２ａへの酸素含有ガスを含むのがよい。従って、この構成は、プロセスガスの不適合の相互作用を最小限にし、処理中の第１処理ガスの流した後の注入マニフォールドアセンブリとプロセスチャンバ２２ａをパージする要求を減少させるのがよい。
[0100]ガス搬送モジュール５００は、一般的には、不活性ガス源５０２と１以上のプロセスガス源５０１を含み、ＡＬＤ、ＣＶＤ、又は他の基板処理ステップを完了させるのに必要な種々のプロセスガスを分配することができる。図９は、２つのプロセスガス源５０１Ａ-Ｂを含む一実施形態を示す図である。不活性ガス源５０２もまた、注入ライン５０５Ａ-Ｂをパージするために用いることができ、或る実施形態は、ガス源５０１Ａ-Ｂからプロセスガスを分配するためにキャリヤガスとして作用するのがよい。一実施形態においては、ガス源５０２は基板に酸素含有ガスを分配する。他の実施形態においては、ガスソース５０２は、基板に分配することができるオゾン生成源である。
[0101]基板の表面を全体のガスフロー配分は、バッチ処理チャンバ２０１で処理された基板“Ｗ”の上の均一な層の形成に、特に、急速な表面飽和が反応速度制限堆積に必要であるＡＬＤプロセスに重要である。本明細書に用いられるＡＬＤ又は“循環堆積”は、基板表面上に物質層を堆積させるために１以上の反応性化合物を順次導入することを意味する。反応性化合物もまた、交互方式で処理チャンバの処理領域へ導入される。通常、各反応性化合物のプロセス領域への注入は、各化合物が基板表面に付着及び/又は反応することを可能にする時間の遅れによって分けられる。
[00102]図１１は、従来技術の垂直拡散炉１３（又はＶＤＦ）を示す断面図である。一般に、垂直拡散炉１３はチャンバ壁１０、加熱源１１、基板“Ｗ”を保持する基板支持体１２、注入口１３、排出口１４を含む。基板“Ｗ”上に処理ステップを行う前に、各基板はロボット（図示せず）の使用によってアクセスポート（図示せず）を通って基板支持体１２に装填され、チャンバは不活性ガスを排気するかパージされる。処理の間、プロセスガスは注入口１３へ（符号Ａを参照のこと）注入され、その後基板支持体１３（符号Ｂ１を参照のこと）の周りに流れ、排出口１４（符号Ｃを参照のこと）から外に流れる。この構造において、前駆物質は基板のエッジから中央（符号Ｂ２を参照のこと）へ全体に拡散する。従って、垂直拡散炉１３の堆積プロセスは、均一な堆積カバレッジを得るために基板の表面全体にプロセスガスの拡散、又は移動に左右される。しかし、望ましい特性を有する膜を形成する拡散型プロセスに頼ると、２つの主な理由が問題となり得る。第１の問題は、基板のエッジが中央より高いプロセスガスの濃度にさらされ、堆積した膜厚の変化及び/又は基板のエッジに堆積した膜の表面上に未反応の余分な前駆物質の存在のために汚染を招いてしまうことから生じる。第２に、拡散プロセスがプロセスガス温度依存プロセスであり、また、基板支持体におけるあらゆる位置で変わり得る時間依存プロセスであるので、堆積が空間的又は時間の関数として変化し得る。
[00103]それ故、従来技術の短い成功を克服する努力において、本発明の実施形態はプロセス容積２２ａへ基板“Ｗ”全体に１つ又は複数のプロセスガスを注入し、対流型プロセスが拡散依存プロセスと関連がある問題を受けないので対流型プロセスである。対流型プロセスはプロセスガスと基板表面の相互作用を制御することができ、成り行き任せではなく、制御が難しい要因に基づかないので、有益である。図１２は一実施形態を示す図であり、プロセスガスは注入プレート２１０におけるポート２０８を通って複数の基板“Ｗ”全体に、その後排気プレート３５２における排気ポート３５４を通って、その後排気ポンプ（図示せず）とスクラバ（図示せず）から外へ出される。本発明の態様においては、図１２に示されるプロセスガスは、一般的には基板の処理面（例えば、半導体デバイスを含む表面）と平行である方向に注入される。平行なプロセスガスフローは、基板の片面又は両面の処理面の急速な飽和を可能にし、それにより処理時間が短縮する。本発明の他の態様においては、プロセスガスフローは、フロー配分注入プレート２１０の使用によってカセット４６に保持された基板のすべてに全体に一様に配分される。
[00104]本発明の他の態様においては、排気マニフォールドアセンブリ３００は注入マニフォールドアセンブリ２００に実質的に対向する向きに位置する。この構造において、流路、従って、注入されたプロセスガスに基板をさらすことは、プロセスガスの流路が基板表面にほぼ平行のままであるので均一に配分される。一実施形態においては、カセット４６（図示せず）の周りの周辺に隔置される２組以上の対向した排気マニフォールドアセンブリ３００と注入マニフォールドアセンブリ２００があり、各組は別個に又は他の組と一緒に用いられる。
[00105]本発明の他の態様においては、注入マニフォールドアセンブリ２００に対向しない１以上の排気マニフォールドアセンブリ３００、又は１以上の排気マニフォールドアセンブリ３００を対向しない１以上の注入マニフォールドアセンブリ２００を含むことは有益なことである。一般に、対向しない構造において、注入プレート２１０におけるポート２０８は、基板表面全体にプロセスガスのほぼ平行な流路を可能にするために相互にほぼ同じ面にある排気プレート３５２において対応する排気ポート３５４を有する。
[00106]高い圧力プロセスガス源５０１からプロセス容積２２ａへプロセスガスを注入するプロセスは、基板表面への対流型物質搬送を促進させるプロセスガスに速度を与える。プロセスガス速度と注入されたガスの合計量は、堆積した膜特性に影響するように変化し得るわずかだけのプロセス可変部分である。各基板“Ｗ”全体でガス速度は基板“Ｗ”とサセプタ６２の間の隙間に（基板の上と下のもの）、また、サセプタ６２の外側のエッジと熱シールド４２２の間の隙間に左右される（図８と図８Ｂ）。異なる隙間は、それぞれ基板表面全体にガスフローに直接影響するので、再現性と堆積された膜の均一性に効果があり得る。一般に、基板“Ｗ”と対応するサセプタ６２の間の隙間は約０.２インチ〜約１.５インチの範囲が好ましい。サセプタ６２と熱シールド４２２の隙間、サセプタ６２と注入マニフォールドアセンブリ２００の隙間、及び/又はサセプタ６２と排気マニフォールドアセンブリ３００の隙間は、２つのサセプタ６２間の隙間より小さいか同じが好ましい。好ましくは、熱シールドとサセプタ６２の隙間は約０.０５インチ〜約１.０インチである。熱シールドプレート４２２とサセプタ６２の距離を最小限にすると、サセプタへの熱伝達が改善される。プロセス容積２２ａの一実施形態においては、サセプタ６２と熱シールドプレート４２２の隙間は、半円であり、それによりサセプタ６２を覆う熱シールドを用いることにより小さくなるのがよい。図８Ｂは、半円熱シールドプレート４２２を有するプロセス容積２２ａの一実施形態の例を示す図である。
[00107]上述した基板全体のガスの速度は、プロセス容積２２ａに分配されるプロセスガスの圧力低下の関数として変動し得る。従って、ガスの速度はプロセスガス源分配圧（例えば、容器５４３の圧力（後述される））を変えることにより、プロセスガス流量、及び/又はプロセス容積２２ａの処理圧力を制御することにより制御される。例えば、容器５４３の圧力は５トールに維持することができ、プロセス容積２２ａはプロセスガスが注入される前に＜５０ｍＴにポンプで送られ、よって２つの容積間の圧力差が大きい。一実施形態においては、プロセス容積２２ａの圧力が、プロセスレシピステップの間、プロセスガス流量及び/又は排気流量を制御することにより変動し、従って物質搬送プロセスが変わって改善されたプロセス結果が得られる。
[00108]ＡＬＤプロセスを行うために、前駆物質の用量、又は一定量が堆積された膜の成長を制御する既知の圧力でプロセス容積２２ａに注入される。処理領域にプロセスガスを注入する際の前駆物質の初期の高濃度は、基板表面上の開放部位を含む基板表面の急速な飽和を可能にする。高濃度の前駆物質があまりに長い間チャンバ内に残る場合には、前駆成分の１を超える層が基板の表面に付着する。例えば、前駆物質を含むあまりに多くのハフニウムが基板表面に吸着される場合には、得られた膜は許容しえない高ハフニウム濃度を有する。処理領域圧力の制御された、漸次の又は段階的低下によって、処理領域から過剰の前駆物質とキャリヤガスを強制しつつ、基板表面に沿って化学物質の一様な配分を維持するように援助することができる。本発明の一態様においては、ＡＬＤプロセスの１以上のステップにおいて窒素又はアルゴンのようなパージガスを追加してシステムをパージし、プロセス容積２２ａの圧力も制御しつつ、過剰な前駆物質を除去することが有利であるのがよい。処理領域の圧力の制御された漸次低下はまた、急速な圧力の低下に共通である温度低下を防止することができる。例示的なプロセスの一実施例としては、１００℃で５トールの圧力に維持された容器５４３を１００％ＴＤＭＡＨを含むプロセスガスで、前駆物質注入後にチャンバ圧を８トールで２秒間、次に２トールで３秒間維持されるプロセス容積２２ａへ充填することが含まれる。
[00109]均一なＡＬＤ層を基板表面に形成させることを確実にするために、種々のチャンバの処理技術が、処理中にプロセス容積２２ａ内の前駆物質濃度を制御するのに用いられる。ＡＬＤプロセスの全てにおいて、一定量の前駆物質を、薄いＡＬＤ膜が基板上に形成するようにプロセス容積２２ａ内の表面の全ての飽和を確実にするのに十分大きいプロセス容積２２ａへ与える。望ましい堆積した膜特性を得ることができるように、プロセス容積２２ａの飽和と排気は３つの主な処理技術又は方法の使用によって制御される。第１ＡＬＤ処理法には、上述したように、前駆物質量が分配され、プロセス容積２２ａがＡＬＤプロセス中に単一のプロセス圧に維持されることが必要である。プロセス容積２２ａに前駆物質量が注入された後、単一の処理圧がプロセス容積２２ａへのキャリヤガス（例えば、アルゴン、ヘリウム等）のフローを変化させ、及び/又は外部真空ポンピングシステム（図示せず）への排気流量を制御することにより維持される。排気流量は排気フロー制御デバイス３５３位置（図１２）を制御することにより外部真空ポンプシステムへの排気フローを制限することによって制御することができる。上述した第２ＡＬＤプロセスは、基本的には前駆ガス量をプロセス容積２２ａへの注入し、その後、キャリヤガスフロー又はプロセスの残り部分の排気流量を制御することによってプロセス容積２２ａの圧力を変えることを必要とする。従って、第２法は化学物質の一様な配分を確実にするためにＡＬＤプロセスの間、処理圧力を種々の異なるレベルで制御することを可能にし、望ましい処理条件はＡＬＤ堆積プロセスの異なる相の間に維持される。第３ＡＬＤ法においては、前駆物質量が注入され、一方排気フローがある期間停止し、その後、排気フローが再開される。この構造において、チャンバ内の前駆ガス濃度は前駆物質量の開始後、排気流量が再開始されるまで一定のままである。
[00110]本発明の態様においては、バッチ処理チャンバはＣＶＤ堆積方式で用いられる場合、前駆物質はＣＶＤ堆積レシピステップの間、１以上の処理圧力で維持されるプロセス容積２２ａに連続して搬送される。ＣＶＤプロセスはＡＬＤプロセスで用いられる反応速度制限堆積プロセスより、質量搬送限定反応を用いる。このＣＶＤ堆積構造において、処理容積２２ａの圧力は、プロセス容積２２ａへ前駆物質又はキャリヤガス（例えば、アルゴン、ヘリウム等）のフローを変え、及び/又は外部真空ポンプシステム（図示せず）への排気流量を制御することによってＣＶＤプロセスステップの異なる相に変えることができる。排気流量は排気フロー制御デバイス３５３位置（図１２）を制御することにより外部真空ポンプシステムへの排気フローを制限することによって制御することができる。
[00111]一実施形態においては、ＡＬＤとＣＶＤの堆積プロセスの完了に有効なプロセスガスはキャリヤガスと前駆物質“Ａ”の混合物である。キャリヤガスは、典型的には、前駆物質“Ａ”に基づいて選択される。例えば、前駆物質“Ａ”がハフニウム型前駆物質、例えば、テトラキスジエチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨ）、テトラキスジメチルアミノハフニウム（ＴＤＥＡＨ）、テトラキスジメチルアミノハフニウム（ＴＤＭＡＨ）、塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）、Ｈｆ[Ｎ(Ｃ３Ｈ７)２]４、Ｈｆ[Ｎ(Ｃ４Ｈ９)２]４がプロセスに用いられる場合には、キャリヤガスとしてアルゴンが選択される。キャリヤガス又はパージガスは不活性ガス、例えば、アルゴン、キセノン、ヘリウム又は窒素であってもよく、前駆物質１２２と反応性であっても非反応性であってもよい。水素は、本発明の或る実施形態においては適切なキャリヤガス又はパージガスである。
[00112]本発明の一態様は、本明細書に記載されるバッチプロセスチャンバが使用、従って、しばしば高価な前駆物質の廃棄物を最小限にする方法である。現在、ＴＤＭＡＨ前駆物質は約１０ドル〜約２５ドル/グラムかかると思われ、２５枚の基板のバッチ上に３０オングストローム膜を堆積するために数百ドルに替えることができる。従来技術のバッチチャンバと単一の基板処理チャンバは共に異なる欠陥を受け、本明細書に開示される本発明の実施形態のように前駆物質の廃棄物を最少限にすることを妨げる。基板、例えば、２５枚の基板のバッチの前駆物質の使用は、単一基板処理チャンバ運転複数回（例えば、２５回）に対して、前駆物質が堆積するバッチチャンバ内でチャンバ壁の表面積の増加分の増加が単一基板処理チャンバ被覆複数回の表面積と比較して小さいのでより少ない。従来技術の垂直拡散炉構造は、基板表面全体に直接前駆物質を流すよりも、前駆物質フローのかさが基板支持体１２の周りに、排気口１４の外にあるので、前駆ガスがより無駄になり、より多くの前駆物質が同量の膜を成長させるために分配することが必要である。それ故、基板のバッチの上に前駆ガスの対流ガスを用いると前駆物質の廃棄を著しく減少させることができ、プロセスシーケンスとシステムＣＯＯを減少させることができる。
[00113]一実施形態においては、バッチ処理チャンバの容積は廃棄された前駆物質の量を減少させるとともにプロセスチャンバプロセスサイクル時間を短縮することによりチャンバの処理能力を上げることを最小限にする。ＡＬＤプロセスの重要な一態様は、基板表面を前駆ガスで飽和させるのにかかる時間である。プロセス容積とチャンバ表面積が大きくなる傾向がある従来のバッチ垂直拡散チャンバにおいて、基板の全てとチャンバ表面がプロセスガスで飽和されることを確実にするために著しい時間がかかり得る。それ故、プロセス容積が、前駆物質の廃棄物を減少させるとともに表面の全てを前駆ガスで飽和させることを確実にするのにかかる時間を短縮するためにできるだけ小さくすることを確実にすることは重要である。種々の実施形態は、前駆物質の廃棄物の減少とバッチ処理時間の短縮を達成することを可能にするのがよい。例えば、従来技術において垂直拡散（ＶＤＦ）処理チャンバのように、処理チャンバの終わりで失われた熱を考慮する努力において基板支持体の長さを過去に充分伸長させる処理領域の要求によって、処理領域の容積が束縛されない。一実施形態は、プロセス容積２２ａの側面と末端、温度センサ（図示せず）、カセット４６内の基板の全ての全領域の温度が一定の温度であることを確実にするように適合されているシステムコントローラ１０２に取付けられた、熱生成デバイス（例えば、ハロゲンランプ、抵抗ヒータ）の使用によってカセット４６内に保持された基板の温度を活発に制御することにより従来技術時に改善するように適合されている。一実施形態においては、バッチ処理チャンバのプロセス容積ａの処理中の容積はウエハあたり０.５リットル〜１.５リットルの容積に最小にする。
[00114]他の実施例において、どのように前駆物質の廃棄物の減少とバッチ処理時間の短縮が従来技術の構成よりされ得るかは、従来技術のＶＤＦで必要とされるように、一般的に基板支持体の周りのプロセスガスを均一に流す要求によって束縛されないので、基板処理領域、又はプロセス容積２２ａの直径と長さを最小にする能力であり、各基板がプロセスガスの一定量を知ることを確実にする。
[00115]他の実施例において、どのように前駆物質の廃棄物の減少とバッチ処理時間の短縮が従来技術の構成よりされ得るかは、速度増加によってバッチ処理チャンバの処理能力が高速度によって高められ、プロセスガスのほぼ同時注入のためにプロセスガスが基板表面を飽和することができる。前駆物質が基板表面に飽和することができるという速度増加は、また、表面が飽和される前の前駆ガスと熱いチャンバ壁の相互作用により、前駆ガスのガス相分解により生じるパーティクル問題の機会を減少させる。バッチ内の基板の全てが基板表面を飽和するのに充分長くプロセスガスにさらされることを確実にするために無駄な待ち時間がないので、プロセスガスのほぼ平行な注入から処理能力の獲得が可能になり得る。この問題は、一般に、従来技術のＶＤＦプロセスチャンバにおいて見られ、図１１に示されるように、ガス注入口に最も近い基板が基板支持体１２において最後の基板よりもより長くプロセスガスにさらされ、従って、プロセスの長さは、最後の基板にかかる時間によって制限され、所望の堆積された層の厚さを形成する。本発明の態様においては、注入点から基板表面までの距離が最小にされ、よって前駆物質がインジェクタからの距離とによっては前駆物質の濃度を変化させる分解作用を受け得る機会が減少するので、従来技術より改善させることができる。
前駆物質分配システム
[00116]図１０を参照すると、典型的には、処理チャンバのプロセス領域に分配されて、基板上に所望される物質の層を堆積させることができるガス又は蒸気を形成するように前駆物質“Ａ”が処理される３つの方法がある。第１の処理法は、アンプル５２０内で固体である前駆物質を制御されたプロセスを用いて気化させ、前駆物質がアンプル５２０における固体からガス（又は蒸気）へ状態を変化させることを可能にする昇華プロセスである。本明細書に用いられるガスという用語は、一般的には、ガス又は蒸気を記載することを意味する。前駆物質“Ａ”のガスを生成するために用いられる第２のプロセスは蒸発プロセスにより、キャリヤガスが温度制御液体前駆物質に吹き込まれ、よって流れているキャリヤガスにより運ばれる。前駆物質を生成するために用いられる第３の最後のプロセスは液体分配システムであり、液体前駆物質はポンプ５２５の使用によって蒸発器に分配され、液体前駆物質は蒸発器から移動したエネルギーを加えることによって液体から気体に状態を変化させる。加えられたエネルギーは、典型的には、液体に熱の形で加えられる。前駆ガスを生成させる上記の３つの方法のいずれかでは、蒸発プロセスを調節する努力においてアンプル５２０の温度を制御することは必要なことである。勾配温度によって容器内の前駆物質の温度を制御する説明は、更に、２００３年５月２７日出願の“Ｍｅｔｈｏｄａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓｏｆ ＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＰＤＭＡＴ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ”と称する共同譲渡された米国特許出願第１０/４４７,２５５号にあり、この開示内容は本明細書に援用されている。容器と前駆物質は約２５℃〜約６００℃の範囲の温度、好ましくは約５０℃〜約１５０℃の範囲に維持される。
[00116]図１０を参照すると、典型的には、処理チャンバのプロセス領域に分配されて、基板上に所望される物質の層を堆積させることができるガス又は蒸気を形成するように前駆物質“Ａ”が処理される３つの方法がある。第１の処理法は、アンプル５２０内で固体である前駆物質を制御されたプロセスを用いて気化させ、前駆物質がアンプル５２０における固体からガス（又は蒸気）へ状態を変化させることを可能にする昇華プロセスである。本明細書に用いられるガスという用語は、一般的には、ガス又は蒸気を記載することを意味する。前駆物質“Ａ”のガスを生成するために用いられる第２のプロセスは蒸発プロセスにより、キャリヤガスが温度制御液体前駆物質に吹き込まれ、よって流れているキャリヤガスにより運ばれる。前駆物質を生成するために用いられる第３の最後のプロセスは液体分配システムであり、液体前駆物質はポンプ５２５の使用によって蒸発器に分配され、液体前駆物質は蒸発器から移動したエネルギーを加えることによって液体から気体に状態を変化させる。加えられたエネルギーは、典型的には、液体に熱の形で加えられる。前駆ガスを生成させる上記の３つの方法のいずれかでは、蒸発プロセスを調節する努力においてアンプル５２０の温度を制御することは必要なことである。勾配温度によって容器内の前駆物質の温度を制御する説明は、更に、２００３年５月２７日出願の“Ｍｅｔｈｏｄａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓｏｆ ＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＰＤＭＡＴ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ”と称する共同譲渡された米国特許出願第１０/４４７,２５５号にあり、この開示内容は本明細書に援用されている。容器と前駆物質は約２５℃〜約６００℃の範囲の温度、好ましくは約５０℃〜約１５０℃の範囲に維持される。
[00117]図１０は、プロセスガスをプロセス容積２２ａに分配するために用いられる固体分配型ガス源５０１Ａの一実施形態を示す概略図である。この実施形態においては、ガス源５０１Ａは、一般的には、以下の構成要素：アンプルガス源５１２と、前駆物質“Ａ”を含むアンプル５２０と、計量ポンプ５２５と、蒸発器５３０と、遮断弁５３５と、収集容器アセンブリ５４０と、最終バルブ５０３Ａとを含んでいる。一実施形態においては、最終バルブ５０３Ａは、ＡＬＤプロセスを行う場合にプロセス容積２２ａに注入された量をより良く制御するために急速な反応時間と直線的なプロセスガスフロー制御を有し、注入されたガスフローのバーストを最小限にし、且つ過度の量のプロセスガスの注入を最小限にするように設計されている。収集容器アセンブリ５４０は、一般的には、以下の構成要素：注入口５４６と、排出口５４８と、容器５４３と、容器５４３を取り囲む抵抗熱素子５４１と、ヒータコントローラ５４２と、センサ５４４を含んでいる。一実施形態においては、センサ５４４は、２つのセンサ、例えば、温度と圧力のセンサを含み、容器５４３に含まれる１つ又は複数のプロセスガスの特性を測るために容器５４３装着されている。一実施形態においては、抵抗熱素子５４１、１以上のセンサ５４４、ヒータコントローラ５４２、システムコントローラ１０２は、ガス注入マニフォールドアセンブリ２００を通ってプロセス容積２２ａへ分配される前に所望される状態のガス又は蒸気を確実にするために容器５４３内に存在するガス又は蒸気の温度を制御するために用いることができる。ガスの“状態”という用語は、一般的には、一定量を特徴とすることができるガス又は蒸気の条件（例えば、圧力、温度、容積、エンタルピー、エントロピー）として定義される。一実施形態においては、この熱コントローラ５４２はシステムコントローラ１０２の一部である。
[00118]図１０を参照すると、一実施形態においては、ガス源５０１Ａは、プロセスガスを液体前駆物質を含むアンプル５２０からのプロセス容積２２ａに分配するように適合されている。液体前駆物質からガスを形成するために、液体前駆物質は蒸発器５３０に前駆物質を送る計量ポンプ５２５の使用によって気化され、液体にエネルギーを加えて液体から気体に変化させる。この実施形態においては、計量ポンプ５２５は、システムコントローラ１０２の指令の使用によって、プロセスレシピステップ全体で所望の流量設定点で液体前駆物質を制御し分配するように適合されている。その後、気化した前駆物質は、収集容器アセンブリ５４０に分配され、そこでプロセス容積２２ａに基板“Ｗ”の表面全体に注入されるまで保管される。一実施形態においては、計量ポンプ５２５は蒸発器５３０に分配される液体前駆物質の量を制御するために液体フローメータ（図示せず）とガス源（例えば、要素５１２）に取り替えられる。この構造において、ガス源から加圧されたガスは、蒸発器５３０への液体前駆物質の量を計量、又は制御するように適合されている液体フローメータに液体前駆物質を押し出すために用いられる。
[00119]前駆物質流量とガス量又は用量（又は質量）が具体的なＡＬＤプロセス又はＣＶＤプロセスの均一性、再現性、ステップカバレッジに著しく影響するので、これらのパラメータの制御は半導体製造プロセスが反復可能であり且つ望ましいデバイス特性を達成することを確実にするために非常に重要である。ＣＶＤプロセス又はＡＬＤプロセスの再現性に著しく影響する一要因は、前駆物質気化プロセスの制御である。前駆物質気化プロセスの制御は、更にバッチ型プロセスに用いられる時に、常に分配されるのに必要とされる前駆物質の量、又は用量がより多く、従って質量流量のばらつきが単一の基板処理チャンバにおけるより非常に大きいので、更に複雑である。バッチ分配は、競合する単一基板処理チャンバ内で得られるものと同様のプロセス結果を得るための要求とプロセスが所望の処理範囲から変化する場合には廃棄された多数の基板のこれまでに存在した恐れによって複雑である。また、液体分配システムの使用は、蒸発器を通る液体前駆物質フローのあらゆる妨害が、前駆物質の物質流量を再開始フロー時に激しく変化させ、よって物質流量とプロセス結果を変化させるので、ＡＬＤプロセス又はＣＶＤプロセスに対して更に複雑さが加わる。前駆物質フローの停止と開始は、また、均一でない気化、恐らくはシステムにおける種々の要素に損傷させること、また恐らくはプロセス容積２２ａと基板に用量の分配の再現性に影響する蒸発器の目詰まりによって生じる、分配ラインにおける劇的な圧力変化（例えば、圧力バースト）を引き起こし得る。それ故、常に少なくとも蒸発器を通して蒸発器の目詰まりと均一でないフローを防ぐために前駆物質のフロー量を保つことが望ましい。しかしながら、上述したように、プロセスガスの圧力と温度は、プロセス結果が他への一つの基板バッチから変化しないことを確実にするための再現性を必要とする。一貫性のある結果を得るために、気化した前駆物質と時に不活性ガスを受け取る容器５４３は再現性のある圧力と温度でプロセスガスの好ましい量を収集、分配する大きさである。
[00120]蒸発器を通って液体前駆物質を絶えず流す要求から生じてしまう１つの問題は、堆積した膜厚がプロセスレシピステップの異なる相で変化することがあり、又は用量の分配が起きるときのタイミングが変わり得るので生じ、従って前駆物質の一定の気化速度が処理中に用いられる場合には、容器５４３中のガスの質量や状態は変化することがある。この問題を防ぐために、或る実施形態においては、所望の質量が容器５４３に集められるとすぐに過度のあらゆる前駆ガスを除去（又は排気）することは必要なことである。このプロセスは容器５４３内のプロセスガスの温度や圧力をモニタし、その後、システムコントローラ１０２と、従来の“スクラバ”のような廃棄物収集システムに接続されているパージバルブ５３７の使用によってパージされる過度のガス量を制御することによって達成することができる。生じる１つの問題は、前駆物質がしばしば高価であることであり、廃棄物収集システムへ過度の物質のダンピングは非常に費用がかかり無駄である。それ故、本発明の一態様は、必要とされる予想されたガス量やチャンバへの用量の分配のタイミングによっては、気化速度、又は蒸発器を通って液体前駆物質のフローを制御するためにシステムコントローラ１０２を用いる。従って、システムコントローラ１０２は、次のプロセスレシピステップに必要とされる所望の分配時間とガス量（又は用量）をプロセスシーケンス情報、実際の又は以前の実験処理能力情報に基づいて算出されたタイミング、又は他の使用者又はシステムの入力を予想する。従って、この特徴は、ガスの量とガスの状態が処理チャンバへ分配されるときに一貫していることを確実にするために、時間の関数として蒸発器５３０に定量された前駆物質の流量を変化させるという予測機能である。
前駆物質再循環システム
[00121]図１０Ａを参照すると、一実施形態においては、前駆物質再循環システム５６０は、蒸発器５３０を通って液体前駆物質の連続フロー中に生成される過度の前駆ガスをパージする要求を減少又は排除するためにガス源５０１に加えられる。前駆物質再循環システム５６０は、一般的には、システムコントローラ１０２、注入ライン５６２、再循環注入バルブ５６７、再循環排出ライン５６４、再循環排出バルブ５６６、遮断弁５３５、再循環収集容器５６１、熱制御システム５７２、ガス源５６５を含む。この構成において、一旦所望される物質が容器５４３に分配されると、システムコントローラ１０２が再循環注入バルブ５６７を開けることにより再循環注入ライン５６２を開放し、再循環排出バルブ５６６を閉鎖することにより再循環排出ライン５６４を閉鎖し、蒸発器５３０に流れ込む気化された前駆物質が再循環収集容器５６１に集められ得るように遮断弁５３５を閉鎖する。本発明の或る態様においては、再循環収集容器５６１に集められた前駆ガスの温度は熱制御システム５７２の使用により制御される。熱制御システム５７２は、一般的には、温度コントローラ５６３、１以上のセンサ５７０、再循環収集容器５６１の内側又は外側に取付けられた加熱/冷却素子５６８を含む。加熱/冷却素子５６８は熱電気デバイス、抵抗ヒータ、又は他のタイプの熱変換デバイスであってもよい。一実施形態においては、センサ５７０は、２つのセンサ、温度と圧力を含み、例えば、再循環収集容器５６１に装着されて、それに含まれる１つ又は複数のプロセスガスの特性を測定する。本発明の一態様においては、再循環収集容器５６１に含まれる前駆物質の温度は、前駆物質の効率的な収集を可能にするために前駆物質の凝縮温度よりも低い温度で維持される。
[00121]図１０Ａを参照すると、一実施形態においては、前駆物質再循環システム５６０は、蒸発器５３０を通って液体前駆物質の連続フロー中に生成される過度の前駆ガスをパージする要求を減少又は排除するためにガス源５０１に加えられる。前駆物質再循環システム５６０は、一般的には、システムコントローラ１０２、注入ライン５６２、再循環注入バルブ５６７、再循環排出ライン５６４、再循環排出バルブ５６６、遮断弁５３５、再循環収集容器５６１、熱制御システム５７２、ガス源５６５を含む。この構成において、一旦所望される物質が容器５４３に分配されると、システムコントローラ１０２が再循環注入バルブ５６７を開けることにより再循環注入ライン５６２を開放し、再循環排出バルブ５６６を閉鎖することにより再循環排出ライン５６４を閉鎖し、蒸発器５３０に流れ込む気化された前駆物質が再循環収集容器５６１に集められ得るように遮断弁５３５を閉鎖する。本発明の或る態様においては、再循環収集容器５６１に集められた前駆ガスの温度は熱制御システム５７２の使用により制御される。熱制御システム５７２は、一般的には、温度コントローラ５６３、１以上のセンサ５７０、再循環収集容器５６１の内側又は外側に取付けられた加熱/冷却素子５６８を含む。加熱/冷却素子５６８は熱電気デバイス、抵抗ヒータ、又は他のタイプの熱変換デバイスであってもよい。一実施形態においては、センサ５７０は、２つのセンサ、温度と圧力を含み、例えば、再循環収集容器５６１に装着されて、それに含まれる１つ又は複数のプロセスガスの特性を測定する。本発明の一態様においては、再循環収集容器５６１に含まれる前駆物質の温度は、前駆物質の効率的な収集を可能にするために前駆物質の凝縮温度よりも低い温度で維持される。
[00122]再循環システムの一実施形態においては、再循環収集容器５６１に集められた前駆物質は、再循環注入バルブ５６７を閉鎖し、再循環排出バルブを開放し、アンプル遮断弁５６９を閉鎖し、再循環収集容器５６１を加圧することにより、液体前駆物質“Ａ”を蒸発器５３０、次に容器５４３に流し込ませるガス源５６５の使用によって容器５４３を充填させるために用いられる。一実施形態においては、再循環計量ポンプ（図示せず）は、再循環収集容器５６１から液体前駆物質を取り出し、蒸発器５３０と容器５４３に分配するために再循環排出ライン５６４に加えられる。一旦前駆物質量が再循環収集容器５６１から分配されると、システムコントローラ１０２が再循環収集容器５６１の完全な排出を防止するためにアンプル５２０から液体前駆物質の分配に切り替えることができる。
[00123]他の実施形態においては、前駆物質循環システム５６０は、液体前駆物質量を連続して再循環させることにより、蒸発器５３０を通って液体前駆物質の連続フローを供給するために用いられる。再循環プロセスは、一般的には、再循環収集容器５６１に保持される液体前駆物質“Ａ”の量を、蒸発器５３０に注入させ、蒸発器を通って再び送ることができるように冷却し再び集められる再循環収集容器５６１に転換されることによって完了する。本発明の一態様においては、液体前駆物質の連続フローは、容器５４３が充填されても、再循環システム５６０によって維持され、チャンバハードウェアの損傷を防止し、パーティクルを生成し及び/又は“新鮮な”前駆物質で再循環収集容器５６１内の前駆物質のパーセントを補充する。本発明の他の態様においては、再循環プロセスは、液体前駆物質のフローがアンプル５２０から蒸発器５３０に開始される前に、間に、又は後に停止される。
[00124]図１０Ａは、再循環システム５６０を示す一実施形態であり、前駆物質の量が再循環収集容器５６１に収集された後に再循環収集容器５６１に収集された前駆物質がアンプル５２０に逆に転換される。この構造において、再循環注入バルブ５６７が閉鎖され、再循環は排出バルブ５６６が開放され、ガス源５６５バルブが開放されて、液体前駆物質“Ａ”をアンプル５２０へ流れるように進める。
[00125]前駆物質分配システムの一実施形態においては、前駆物質分配が昇華プロセス又は気化プロセスによって行われ、システムコントローラ１０２は、容器が所望される時間に所望される量の前駆物質を含むことを確実にすることを必要とするように前もって見るとともに気化速度を調節ように適合されている。この構造は、昇華又は気化プロセスを用いる場合に、前駆物質が気化しうる最大速度に限界であるので重要である。気化速度は、一般的には、ガス/液体又はガス/固体界面表面積、前駆物質の温度、アンプルに分配されるキャリヤガスの流量によって制限される。それ故、本発明の一態様においては、システムコントローラ１０２は、気化し始める時の時間と気化速度を調節して、前駆物質分配システムが前駆物質分配システムの最大気化速度を超える速度で前駆物質を気化させることが必要であることにより、決まった時間に容器４３を充填することができない場合を防止するように適合されている。
排気マニフォールドアセンブリ
[00126]図９と図１０を参照すると、排気マニフォールドアセンブリ３００は、複数の排気ポート３５４を有する排気プレート３５２、排気プレナム３５１、コントロールスロットルバルブ３５７、ゲートバルブ３５７含み、Ｏリング（図示せず）によってその他の壁１００ｂに真空シールされている。プロセスガスは、複数のポート３５４を通ってプロセス容積２２ａから取り出され、複数の関連した排気フロー制御デバイス３５３によって排気プレナム３５１へ供給され、或る実施形態においては、流量制御デバイス２０６と似ている。その後、プロセスガスは、制御スロットルバルブ３５７とゲートバルブ３５６を通って外部の真空ポンプ装置（図示せず）に流れ込む。排気プレート３５２は、再循環液体又は他の手段によって冷却か又は加熱することができ、使われる具体的なプロセスに左右される。ＡＬＤプロセス又はＣＶＤプロセスの場合、その凝縮を最小にするために排気マニフォールドアセンブリ３００（従って、排気ポート３５４）を加熱することが望ましいことに留意すること。流量制御デバイス２０６は、一実施形態においては、メカニカルバタフライバルブ又はニードルバルブであるのがよく、排気フロー制御デバイス３５３は、プロセス容積２２ａ内に最適なプロセスガスフローパターン又は用量フローを可能にするように独立して調節することができる。本発明の他の態様においては、排気プレート３５２は、排気プレート３５２におけるミルドチャンネル（図示せず）に流れ込む温度制御熱交換流体の使用によって温度制御される。
[00126]図９と図１０を参照すると、排気マニフォールドアセンブリ３００は、複数の排気ポート３５４を有する排気プレート３５２、排気プレナム３５１、コントロールスロットルバルブ３５７、ゲートバルブ３５７含み、Ｏリング（図示せず）によってその他の壁１００ｂに真空シールされている。プロセスガスは、複数のポート３５４を通ってプロセス容積２２ａから取り出され、複数の関連した排気フロー制御デバイス３５３によって排気プレナム３５１へ供給され、或る実施形態においては、流量制御デバイス２０６と似ている。その後、プロセスガスは、制御スロットルバルブ３５７とゲートバルブ３５６を通って外部の真空ポンプ装置（図示せず）に流れ込む。排気プレート３５２は、再循環液体又は他の手段によって冷却か又は加熱することができ、使われる具体的なプロセスに左右される。ＡＬＤプロセス又はＣＶＤプロセスの場合、その凝縮を最小にするために排気マニフォールドアセンブリ３００（従って、排気ポート３５４）を加熱することが望ましいことに留意すること。流量制御デバイス２０６は、一実施形態においては、メカニカルバタフライバルブ又はニードルバルブであるのがよく、排気フロー制御デバイス３５３は、プロセス容積２２ａ内に最適なプロセスガスフローパターン又は用量フローを可能にするように独立して調節することができる。本発明の他の態様においては、排気プレート３５２は、排気プレート３５２におけるミルドチャンネル（図示せず）に流れ込む温度制御熱交換流体の使用によって温度制御される。
バッチ堆積プロセスの熱制御
[00127]望ましい膜特性（例えば、良好なステップカバレッジ、パーティクルの最小化、結晶構造又はアモルファス構造、応力等）を有する均一な膜を形成する努力において、バッチ処理チャンバ内で種々の構成要素の温度を制御することが重要である。温度制御が一般には必要であるバッチ処理チャンバの４つの領域は、加熱する構造５００、５０１、５５０の使用による基板温度、１以上の熱変換デバイスの使用によるチャンバ壁の温度、１以上の熱変換デバイスの使用による注入マニフォールドアセンブリにおける構成要素の温度、１以上の熱変換デバイスの使用による排気マニフォールドアセンブリにおける構成要素の温度である。上述した基板温度の制御は、堆積した膜の膜特性に影響し、よってバッチＡＬＤプロセス又はバッチＣＶＤプロセスの重要な部分である。それ故、カセット４６における基板の均一性と設定温度の制御はバッチ堆積プロセスの重要な態様である。
[00127]望ましい膜特性（例えば、良好なステップカバレッジ、パーティクルの最小化、結晶構造又はアモルファス構造、応力等）を有する均一な膜を形成する努力において、バッチ処理チャンバ内で種々の構成要素の温度を制御することが重要である。温度制御が一般には必要であるバッチ処理チャンバの４つの領域は、加熱する構造５００、５０１、５５０の使用による基板温度、１以上の熱変換デバイスの使用によるチャンバ壁の温度、１以上の熱変換デバイスの使用による注入マニフォールドアセンブリにおける構成要素の温度、１以上の熱変換デバイスの使用による排気マニフォールドアセンブリにおける構成要素の温度である。上述した基板温度の制御は、堆積した膜の膜特性に影響し、よってバッチＡＬＤプロセス又はバッチＣＶＤプロセスの重要な部分である。それ故、カセット４６における基板の均一性と設定温度の制御はバッチ堆積プロセスの重要な態様である。
[00128]バッチ処理チャンバの第２温度制御領域は、バッチ処理チャンバのプロセス容積壁（例えば、側壁１００a-ｂ、上部プレート３２、円形シールプレート６０等）である。上述した壁温の制御は、バッチチャンバ壁と連通している壁内のミルドチャネル又は熱生成デバイスを用いて完了することができる。バッチチャンバ壁の温度は、プロセス汚染とパーティクル生成を最小限にする努力において、壁上に望ましくない副生成物の収集を最小限にするとともに次の処理ステップ中に壁上に凝縮した前駆物質が残らないことを確実にするために重要である。場合によっては、良好な品質の膜（例えば、非微粒化膜）をプロセス汚染とパーティクル生成を最小限にするために壁上に形成させることを可能にするのに十分高く壁温度が設定されることは必要なことである。
[00129]バッチ処理チャンバの第３温度制御領域は、注入マニフォールドアセンブリ２００である。注入マニフォールドアセンブリの温度は、種々の構成要素と連通している注入マニフォールドアセンブリ２００の構成要素又は１以上の熱生成デバイス（例えば、抵抗熱素子、熱交換等）（図示せず）におけるミルドチャンネルの使用により制御することができる。典型的には、注入マニフォールドアセンブリ２００と注入ライン５０５Ａにおける構成要素のすべてが、パーティクルを生成しチャンバプロセスに影響し得る、注入された前駆物質がこれらの構成要素の表面で凝縮せず残らないことを確実にするために加熱される。前駆物質分解温度より低く注入マニフォールドアセンブリ２００構成要素の温度を制御して、注入プレート２１０においてポート２０８を“詰まらせる”ことがある種々の注入マニフォールドアセンブリの構成要素の表面上での気相分解及び/又は前駆物質の表面分解を防止することも共通である。
[00130]バッチ処理チャンバの第４温度制御領域は、排気マニフォールドアセンブリ３００である。排気マニフォールドアセンブリの温度は、種々の要素と連通している排気マニフォールドアセンブリ３００の構成要素又は１以上の熱生成デバイス（例えば、抵抗加熱素子、熱交換器等）（図示せず）におけるミルドチャンネルの使用により制御される。典型的には、排気マニフォールドアセンブリ３００と排出ライン３５５における要素の全ては、注入された前駆物質がこれらの構成要素の表面で凝縮せず残らないことを確実にするために加熱される。前駆物質分解温度より低く注入マニフォールドアセンブリ２００構成要素の温度を制御して、種々の注入マニフォールドアセンブリの構成要素の表面上での前駆物質の堆積と注入プレート２１０における排気ポート３５４の“詰まり”を防止することも共通である。
[00131]本発明の一態様においては、例えば、酸化ハフニウムの堆積プロセスは、ＴＤＭＡＨ前駆物質を用いて完了し、基板温度は約２００℃〜約３００℃の温度に維持され、壁温度は約８０℃〜約１００℃の温度で維持され、注入マニフォールド２００の温度は約８０℃〜約１００℃の温度に維持され、排気マニフォールド３００の温度は約８０℃〜約１００℃の温度に維持される。本発明の一態様においては、基板温度は、注入マニフォールドアセンブリ２００の温度よりも高い、排気マニフォールドアセンブリ３００の温度よりも高い温度で維持されるチャンバ壁（例えば、側壁１００ａ-ｂ、上部プレート等）よりも高い温度で維持される。
プラズマ援助ＡＬＤ
[00132]一実施形態においては、バッチ処理チャンバは、堆積プロセスがバッチ処理チャンバ内で完了する前、間、又は後に、プラズマ衝撃を加える容量又は誘導結合源ＲＦ源（図示せず）を含む。典型的には、プロセス容積２２ａにおいてプラズマを生成するために用いられるＲＦ周波数は約０.３ＭＨｚ〜１０ＧＨｚである。膜のプラズマ衝撃は堆積した膜の特性（例えば、膜応力、ステップカバレッジ）に影響し得る。バッチ処理チャンバ内で容量結合プラズマを生成する例示的装置と方法は、更に、１９９９年１月１２日出願の“ＶｅｒｔｉｃａｌＰｌａｓｍａ ＥｎｈａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓ Ａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ”と称する米国特許出願第６,３２１,６８０号に記載され、この開示内容は、本明細書に主張された特徴と開示と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。一実施形態においては、誘導コイルが、基板上にプラズマを生成させ制御するためにプロセス容積２２ａの内側（又は外側）に取り付けられている。一実施形態においては、トロイダルプラズマ源が、基板の表面上にプラズマを生成するためにバッチ処理チャンバに適合されている。例示的トロイダル源アセンブリは、更に、２０００年８月１１日出願の“ＭｅｔｈｏｄＯｆ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＡ ＷｏｒｋｐｉｅｃｅＵｓｉｎｇ ＡｎＥｘｔｅｒｎａｌｌｙ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｔｏｒｒｏｉｄａｌ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ”と称する米国特許出願第６,４１０,４４９号に記載され、この開示内は、本明細書に主張された特徴と開示と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。本実施形態においては、プラズマが生成される１以上のトロイダル源コンジット（図示せず）はバッチチャンバ壁１００ｂの１つに装着され、コンジットのその他の側面は対向する側の壁１００ｂに装着されている。それ故、一コンジットから基板表面全体にコンジットのその他の側面まで流れるプラズマ電流を生成することができる。
[00132]一実施形態においては、バッチ処理チャンバは、堆積プロセスがバッチ処理チャンバ内で完了する前、間、又は後に、プラズマ衝撃を加える容量又は誘導結合源ＲＦ源（図示せず）を含む。典型的には、プロセス容積２２ａにおいてプラズマを生成するために用いられるＲＦ周波数は約０.３ＭＨｚ〜１０ＧＨｚである。膜のプラズマ衝撃は堆積した膜の特性（例えば、膜応力、ステップカバレッジ）に影響し得る。バッチ処理チャンバ内で容量結合プラズマを生成する例示的装置と方法は、更に、１９９９年１月１２日出願の“ＶｅｒｔｉｃａｌＰｌａｓｍａ ＥｎｈａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓ Ａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ”と称する米国特許出願第６,３２１,６８０号に記載され、この開示内容は、本明細書に主張された特徴と開示と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。一実施形態においては、誘導コイルが、基板上にプラズマを生成させ制御するためにプロセス容積２２ａの内側（又は外側）に取り付けられている。一実施形態においては、トロイダルプラズマ源が、基板の表面上にプラズマを生成するためにバッチ処理チャンバに適合されている。例示的トロイダル源アセンブリは、更に、２０００年８月１１日出願の“ＭｅｔｈｏｄＯｆ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＡ ＷｏｒｋｐｉｅｃｅＵｓｉｎｇ ＡｎＥｘｔｅｒｎａｌｌｙ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｔｏｒｒｏｉｄａｌ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ”と称する米国特許出願第６,４１０,４４９号に記載され、この開示内は、本明細書に主張された特徴と開示と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。本実施形態においては、プラズマが生成される１以上のトロイダル源コンジット（図示せず）はバッチチャンバ壁１００ｂの１つに装着され、コンジットのその他の側面は対向する側の壁１００ｂに装着されている。それ故、一コンジットから基板表面全体にコンジットのその他の側面まで流れるプラズマ電流を生成することができる。
[00133]一実施形態においては、複数のバイアス電極（図示せず）が堆積プロセスの異なる相の間、基板にバイアスをかけて基板表面のプラズマ衝撃を促進させるためにサセプタ６２に組込まれるのがよい。バイアス電極は第２ＲＦ源の使用によってバイアスがかけられるＲＦであってもよく、基板表面の衝撃を促進させる努力において接地されてもよい。
システム処理能力の増強
[00134]上で強調した本発明の一態様は、システムの処理能力を増加させるために、１以上の単一基板処理チャンバとともにバッチチャンバを用いることである。１以上の処理チャンバを用いる利点は、不釣合いに長いプロセスステップがバッチ内で基板のすべてに一度に完了するだけ必要であるので、バッチチャンバが処理シーケンスにおいて不釣合いに長い処理ステップの１以上を完了するために用いられる場合に真に理解することができる。
[00134]上で強調した本発明の一態様は、システムの処理能力を増加させるために、１以上の単一基板処理チャンバとともにバッチチャンバを用いることである。１以上の処理チャンバを用いる利点は、不釣合いに長いプロセスステップがバッチ内で基板のすべてに一度に完了するだけ必要であるので、バッチチャンバが処理シーケンスにおいて不釣合いに長い処理ステップの１以上を完了するために用いられる場合に真に理解することができる。
[00135]図１３Ａ-Ｃは、ロボット１１３とファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂがシステムコントローラ１０２からの指令によって基板処理配列を通って基板を搬送するために用いられる種々の基板搬送経路を示す概略図である。搬送経路は、一般的には、種々のプロセスレシピステップが１枚又は複数枚の基板上で行われ得るように基板が一方の一からもう一方の位置に移動されるように進む経路の概略図である。搬送経路における関連した位置に適合する関連したプロセスレシピステップは、図１４Ａ-Ｆに示され、次に説明される。ロボット１１３とそれに関連した構成要素は明瞭にするために図１３Ａ-Ｆに示されず、よってより明らかに基板搬送経路を示している。図１３Ａ-Ｆに示されている搬送経路は、アプライドマテリアルズ社から入手できるＣｅｎｔｕｒａＲＴＭシステムによる可能な搬送経路を示しているが、クラスタツールの形又は処理ステーションの数は本明細書に記載される本発明の種々の態様に限定しないので、本発明の範囲を制限することを意図しない。例えば、一実施形態においては、１以上の単一基板処理チャンバとともにバッチチャンバを用いると、アプライドマテリアルズ社から入手できるＥｎｄｕｒａＲＴＭシステムで用いることができる。図１３Ａ-Ｃは全て位置１０５Ａに配置されたポッド、又はＦＯＵＰＳから分配される基板“Ｗ”を示し、ポッドがポッド位置１０５Ａ-Ｄのいずれかに配置されてもよく、また、ファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂがロードロック１０６Ａ又は１０６Ｂに基板を搬送することができるので、この構造は制限することを意図しない。他の実施形態においては、ファクトリインタフェースが用いられず、基板は使用者によってロードロック１０６Ａ-Ｂの１つに直接配置される。
[00136]図１３Ａは、基板“Ｗ”がクラスタツール１００を通って基板搬送経路Ａ１-Ａ６の従って搬送される処理シーケンスの一実施形態を示す図である。図１３Ａに示されている処理シーケンスに関連したプロセスレシピステップは、更に図１４Ａに示されている。この実施形態においては、基板は位置１０５Ａに配置されたポッドから取り出され、搬送経路ＦＩ１に従ってロードロック１０６Ａに分配される。一実施形態においては、ロードロック１０６Ａがバッチロードロックである場合、ファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂは、ロードロック１０６Ａに取付けられたロードロックカセット（図示せず）を最大になるまで、次にシステムコントローラ１０２からの指令によって装填し、ロードロック１０６Ａは、基板が既に真空ポンプダウン状態にある搬送チャンバ１１０に搬送され得るように望ましいベース圧まで閉鎖しポンプダウンする。一旦ロードロック１０６Ａをポンプダウンすると、基板は搬送経路Ａ１に従ってロードロック１０６からサービスチャンバ１１６Ａへ任意に搬送されてもよく、準備ステップ３０２（図１４Ａに示されている）は基板上で完了する。他の実施形態においては、プロセスシーケンスは搬送経路Ａ１と関連した準備ステップ３０２に飛ばすことができる。準備ステップ３０２は基板センタファインディング、基板の向き、脱ガス、アニーリング、基板の検査、堆積及び/又はエッチングを含む１以上の準備ステップを包含するがこれらに制限されない。プロセスレシピステップ３０２を完了した後、基板は搬送経路Ａ２に従って、図１３Ａに示されるように位置１１４Ａのプロセスチャンバに搬送される。一実施形態においては、図１３Ａに示される第１処理チャンバはバッチ処理チャンバ２０１である。この場合、システムコントローラは、バッチ処理チャンバを２つ以上の基板で装填し、各基板は、以前の処理シーケンスステップ、例えば、図１３Ａに示されるＡ１とＡ２の搬送経路とそれらの関連したプロセスレシピステップ、例えば、図１４Ａに記載される準備ステップ３０２に従って処理される。バッチ処理チャンバ２０１内でプロセスレシピステップ３０４を行った後、基板は、図１３Ａと図１４Ａに示されているように、搬送経路Ａ３-Ａ５とそれぞれのプロセスレシピステップ３０６-３１０に従って単一基板処理チャンバ２０２Ｃ〜２０２Ａ内で順次処理される。一実施形態においては、プロセスレシピステップ３０４は酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）の堆積ステップ及び/又はＡｌ２Ｏ３ＡＬＤ堆積ステップである。一実施形態においては、プロセスレシピステップ３０６〜３１０は次のプロセス、ＲＴＰ、ＤＰＮ、ＰＶＤ、ＣＶＤ（例えば、ＣＶＤ多結晶シリコン、ＴＥＯＳ等）の１つ、又は計測処理ステップより選ばれるのがよい。
[00137]図１３Ａと図１４Ａを参照すると、最後のプロセスレシピステップが基板上で完了した後に、基板は搬送経路Ａ６に従って、バッチロードロックに装填される。バッチロードロックを装填するプロセスは、基板の全てが処理されロードロック１０６Ａに戻るまで順次完了される。一旦全ての基板がロードロックに戻ると、大気圧まで通気され、基板は搬送経路Ｆ１１に従ってファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂの１つによってポッドに搬送される。図１３Ａと図１４Ａに示される他のプロセスシーケンスの実施形態は、また、バッチ処理チャンバがプロセスシーケンスにおいて第２又は第３のプロセスチャンバであってもよく、その場合、以前のプロセスシーケンスがバッチ処理チャンバ２０１に入る前に基板上で行われる計画を含んでいる。他の実施形態においては、バッチ処理ステップ後には２つのプロセスステップだけが完了し、従って、搬送経路Ａ５がロードロック１０６Ａに基板を分配する。更に他の実施形態においては、バッチ処理ステップ後に一つのプロセスステップだけが完了し、従って、搬送経路Ａ４がロードロック１０６Ａに基板を分配する。
[00138]図１３Ｂは、基板“Ｗ”が基板搬送経路Ｂ１-Ｂ７に従ってクラスタツール１００を通って搬送される処理シーケンスを示す一実施形態である。図１３Ｂに示される処理シーケンスに関連したプロセスレシピステップは、更に図１４Ｂに示されている。この実施形態においては、基板は位置１０５Ａに配置されたポッドから取り出され、搬送経路ＦＩ１に従ってロードロック１０６Ａに分配される。ロードロック１０６Ａがバッチロードロックである場合、システムコントローラ１０２はロードロック１０６Ａ（図示せず）にロードロックカセットを装填し、基板がメインフレーム１１０へ搬送され得るようにロードロックをポンプダウンする。一旦ロードロック１０６Ａがポンプダウンされると、搬送経路Ｂ１に従ってロードロック１０６からサービスチャンバ１１６Ａに任意に搬送されてもよく、準備ステップ３０２は基板上に完了される。準備ステップ３０２が完了した後には、基板は位置１１４Ａ-Ｄに取付けられた処理チャンバに搬送される。一実施形態においては、基板は、搬送経路Ｂ２に従って、図１３Ｂに示されるように、位置１１４Ａに取付けられたプロセスチャンバに搬送される。一実施形態においては、図１３Ｂに示されるように、第１処理チャンバはバッチ処理チャンバ２０１である。この場合、システムコントローラ１０２は、図１３Ｂに示されるＢ１とＢ２搬送経路と図１４Ｂに示されるそれらの関連したプロセスレシピステップ３０２に従ってバッチ処理チャンバ２０１に２枚以上の基板を装填する。プロセスレシピステップ３０４がバッチ処理チャンバ２０１内で完了した後には、基板はバッチ処理チャンバ２０１が空になるまで搬送経路Ｂ３に従って一枚ずつロードロック１０６Ａに戻る。次に、ロードロック１０６Ａに収容された基板は、図１３Ｂと図１４Ｂに示されるように、それぞれ搬送経路Ｂ４-Ｂ６とプロセスレシピステップ３０６〜３０８に従って、単一基板処理チャンバ２０２Ａ〜２０２Ｃ内で順次処理される。一実施形態においては、プロセスレシピステップ３０４は酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）堆積ステップ及び/又はＡｌ２Ｏ３ＡＬＤ堆積ステップである。一実施形態においては、プロセスレシピステップ３０８〜３１０は次のプロセス、ＲＴＰ、ＤＰＮ、ＰＶＤ、ＣＶＤ（例えば、ＣＶＤ多結晶シリコン、ＴＥＯＳ等）の１つ、又は計測処理ステップより選ばれるのがよい。
[00139]図１３Ｂと図１４Ｂを参照すると、最後のプロセステップが基板のそれぞれについて完了した後に、基板は搬送経路Ｂ７に従ってバッチロードロックに装填される。一旦基板がすべてロードロック１０６Ａに戻ると、ロードロックは大気圧に通気され、基板は搬送経路Ｆ１１に従ってファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂの１つによってポッドに搬送される。図１３Ｂに示されるプロセスシーケンスは、バッチ処理チャンバ２０１に装填していないプロセスシーケンスの作用が上のバッチ処理チャンバ２０１になく、位置１０５Ｂ-Ｄの１つに取付けられた他のポッドからロードロック１０６Ｂに装填された基板がバッチ処理チャンバ２０１に装填され処理することができ、続いてのプロセス２０２Ａ-Ｃがロードロック１０６Ａに最初に装填された基板について完了されるので、図１３Ａに示したプロセスシーケンスと異なる。他の実施形態においては、プロセスシーケンスは図１３Ｂと図１４Ｂに示されるより少ないプロセスシーケンスステップであるのがよい。
[00140]図１３Ｃは、基板“Ｗ”が基板搬送経路Ｃ１-Ｃ４に従ってクラスタツール１００を通って搬送されるプロセスシーケンスの一実施形態を示す図である。図１３Ｃに示されるプロセスシーケンスに対する関連したプロセスレシピステップは、更に図１４Ｃに示されている。この実施形態においては、基板は位置１０５Ａに配置されたポッドから取り出され、搬送経路ＦＩ１に従ってロードロック１０６Ａに配置されている。ロードロック１０６がバッチロードロックである場合、ファクトリインタフェースロボット１０８Ａ-Ｂは、ロードロック１０６Ａに取付けられたロードロックカセット（図示せず）を最大になりその後ポンプダウンされるまで装填する。一旦ロードロック１０６Ａがポンプダウンされると、基板は搬送経路Ｃ１に従ってロードロック１０６Ａからサービスチャンバ１１６Ａ又は１１６Ｂに任意に搬送されてもよく、１以上の準備ステップ３２２が基板について完了する。処理後には、基板は搬送経路Ｃ２に従って、位置１１４Ｃ又は１１４Ｄに取付けられた処理チャンバに搬送される。一実施形態においては、図１３Ｃに示される第１処理チャンバは、基板プロセスステップ３２４が基板上で行われのがよい単一基板処理チャンバ２０２Ａ又は２０２Ｂである。一実施形態においては、基板処理ステップ３２４は一つ以上のプロセス方法シーケンスを含み、基板の脱ガス、アニーリング、前洗浄、計測又は基板検査、堆積及び/又はエッチングを含むがこれらに限定されない１を超えるプロセスレシピステップを包含することができる。カリフォルニア州サンタクララから入手できるＰｒｅ-ＣｌｅａｎＩＩ ＣｈａｍｂｅｒＴＭのような前洗浄チャンバは、酸化物の所望されない層を除去することにより基板を洗浄する。処理チャンバ２０１Ａ又は２０２Ｂの１つで処理された後には、基板は、搬送経路Ｃ３に従ってバッチ処理チャンバ２０１に搬送される。この場合、図１３Ｃと図１４Ｃに示されている方法ステップ３２２と３２４のように、新ステムコントローラはバッチ処理チャンバへ搬送経路Ｃ１とＣ２に従って処理された二つ以上の基板を組み込む。プロセスレシピステップ３２６はバッチ処理チャンバ２０１内で基板上に完了される。一実施形態においては、プロセスレシピステップ３２６は酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）堆積ステップ及び/又はＡｌ２Ｏ３ＡＬＤ堆積ステップである。
[00141]図１３Ｃと図１４Ｃに示すプロセスシーケンスの一実施形態においては、単一基板処理チャンバ２０２Ａ又は２０２Ｂで行われる第１基板プロセスは、バッチ処理チャンバ２０１に配置される前に基板が所望される温度まで予熱される予熱プロセスである。この処理シーケンスの使用はバッチウエハプロセスを開始する前にバッチ処理チャンバ２０１内で基板温度を安定化するのに必要とされる時間を最短にし、よってプロセスシーケンス処理能力を増大させることができる。このプロセスシーケンスは、放射熱伝達法によって基板に熱伝達する能力がこれらの低処理温度で効率的でないので、バッチプロセスが約３５０℃未満の温度で行われることが意図される場合に重要である。例示的な予熱プロセスは、例えば、約２５０℃の温度のバッチ処理チャンバ内で基板を処理する前に約２５０℃の温度で基板を予熱させることがよい。本発明の一態様においては、単一基板処理チャンバは２枚以上の基板を所望される温度に同時に予熱するように適合されているバッチ基板予熱チャンバ（図示せず）に取り替えられている。
[00142]一実施形態においては、予熱プロセスは、基板がバッチ処理チャンバ２０１に配置される前にバッチロードロックチャンバ１０６内で行われる。本発明の一態様においては、チャンバが放射熱伝達法（例えば、ランプ、抵抗ヒータ等）の使用又はバッチロードロックカセット内で保持される基板の表面全体に加熱したパージガス（例えば、アルゴン等）を流すことによってポンプダウンされた後に、基板がバッチロードロックチャンバ内で予熱され得る。本発明の他の態様においては、バッチロードロックは、その中に保持される基板を予熱するように適合されている複数の熱導電性シェルフを含むロードロックカセットで固定されるのがよい。一実施形態においては、バッチロードロック１０６内で予熱した後に、基板はバッチ処理チャンバ内に配置される前に、１以上の単一基板処理チャンバ２０２Ａ内で処理される。
[00143]クラスタツール１００の一実施形態においては、予熱位置又は予熱チャンバ（図示せず）は搬送チャンバ１１０とバッチ処理チャンバ２０１の間に位置している。クラスタツール１００の他の実施形態においては、予熱位置又は予熱チャンバは、フロントエンド環境１０４とバッチ処理チャンバ２０１の間に位置している。例えば、図２Ｃに示されるバッファ/冷却位置１５２内の冷却プレート１５３は、バッチ処理チャンバ２０１内に基板を配置する前に、基板の予熱するように適合されている。一実施形態においては、バッファ/冷却位置１５２はバッチ処理チャンバ内に基板を配置する前に基板の予熱ように適合され、また、バッチ処理チャン２０１内で処理した後に基板を冷却するように適合されている。この構造において、バッファ/冷却位置１５２は熱電デバイス又は基板を加熱及び/又は冷却するために温度制御された流体熱交換本体を用いてもよい。
[00144]図１３Ｃと図１４Ｃを参照すると、その後、基板は搬送経路Ｃ４に従って、バッチ処理チャンバ２０１が空になるまで、ロードロック１０６Ａに搬送される。一旦基板が全て戻ると、ロードロックは大気圧まで通気され、基板は搬送経路ＦＩ１に従って一枚ずつポッドに搬送される。
[00145]一実施形態においては、プロセスステップ３２８は、図１３Ｃに示され、更に図１３Ｄと図１４Ｄに示されている処理シーケンスに加えられる。この実施形態においては、基板は、バッチ処理チャンバ２０１内で処理された後、搬送経路Ｃ４’に従ってポストバッチ処理チャンバに搬送される。プロセスレシピステップ３２８が処理チャンバ２０２Ｄ内で完了した後、基板は搬送経路５Ｃ’に従ってロードロック１０６Ａに搬送される。
[00146]図１３と図１３Ｆは、図２Ｃに示されるクラスタツール１００とともに使用し得る２つの異なる処理シーケンスを示している。図１３Ｅは、基板“Ｗ”が搬送経路Ｅ１-Ｅ４とＦＩ１-ＦＩ３に従ってクラスタツール１００を通って搬送される処理シーケンスの一実施形態を示す図である。図１３Ｅに示される処理シーケンスに関連した処理ステップは更に図１４Ｅに示されている。この実施形態においては、基板は位置１０５Ａに配置されるポッドから取り出され、搬送経路ＦＩ１に従うことにより、バッチ基板処理チャンバ２０１に装着されたチャンバ１５０Ａのバッファ/冷却位置１５２Ａに配置されている。基板がバッファ/冷却位置１５２Ａから下りた後に、基板分配メカニズム１５４Ａは基板を搬送経路Ｅ１に従って装着されたバッチ処理チャンバ２０１に搬送する。システムコントローラ１０２は、図１３Ｅに示される搬送経路ＦＩ１とＥ１に従ってバッチ処理チャンバ２０１に２枚以上の基板を装填することができる。バッチ処理ステップ３０４がバッチ処理チャンバ２０１内で完了した後には、基板は搬送経路Ｅ２に従ってバッファ/冷却位置１５２Ａに搬送され、そこで、基板は次の処理ステップに搬送され得るように冷却され得る。その後、基板は、搬送経路ＦＩ２に従ってバッファ/冷却位置１５２Ａからバッファ/冷却チャンバ１５２Ｂへ分配される。基板がバッファ/冷却位置１５２Ｂから下りた後に、基板分配メカニズム１５４Ｂは、基板を搬送経路Ｅ３に従って装着された単一基板処理チャンバ２０２Ａへ搬送する。単一基板処理ステップ３０６が単一基板処理チャンバ２０２Ａ内で完了した後には、基板は、基板が搬送経路ＦＩ３に従ってポッドに搬送され得るように冷却されてもよい、搬送経路Ｅ４に従ってバッファ/冷却位置１５２Ｂに搬送される。
[00147]図１３Ｆは、単一基板処理チャンバ２０２Ａ内に基板を分配することを示している。図１３Ｆは、基板“Ｗ”が基板搬送経路Ｆ１-Ｆ４とＦＩ１-ＦＩ３に従ってクラスタツール１００を通って搬送される処理シーケンスの一実施形態を示す図である。図１３Ｆに示される処理シーケンスに関連したプロセスステップは、更に図１４Ｆに示されている。この実施形態においては、基板は位置１５０Ｂの配置されたポッドから取り出され、搬送経路ＦＩ１に従って、単一基板処理プロセスチャンバ２０２Ａに装着されたチャンバ１５０Ｂのバッファ/冷却位置１５２Ｂ内に配置されている。基板がバッファ/冷却位置１５２Ｂから下りた後、基板搬送メカニズム１５４Ｂは基板を装着された単一基板処理チャンバ２０２Ａへ搬送する。単一基板処理ステップ３０４がバッチ処理チャンバ２０２Ａ内で完了した後には、基板は搬送経路Ｆ２に従ってバッファ/冷却位置１５２Ｂに搬送され、そこで基板は次のプロセスステップへ分配され得るように冷却されるのがよい。その後、基板は、搬送経路ＦＩ２に従ってバッファ/冷却位置１５２Ｂからバッファ/冷却位置１５２Ａに搬送される。基板がバッファ/冷却位置１５２Ａから下りた後、基板搬送メカニズム１５４Ａは、基板を搬送経路Ｆ３に従って装着されたバッチ処理チャンバ２０１へ搬送する。システムコントローラ１０２は、図１３Ｆに示される搬送経路ＦＩ１、Ｆ１-Ｆ２、ＦＩ２そしてＦ３に従ってバッチ処理チャンバ２０１に２枚以上の基板を装填することができる。処理ステップ３０６がバッチ処理チャンバ２０１内で完了した後には、基板は搬送経路Ｆ４に従ってバッファ/冷却位置１５２Ａに搬送され、そこで基板は搬送経路ＦＩ３に従ってポッドに搬送され得るように冷却されてもよい。
[00148]本発明の一態様においては、図２Ｃ-図２Ｅと図１３Ｅ-図１３Ｆに示されるシステムコントローラ１０２は、第一処理チャンバ（例えば、単一基板処理チャンバ２０２Ａ又はバッチ処理チャンバ２０１）内で処理された後の雰囲気にさらされた後で次の処理レシピステップに処理される前に基板の待ち時間をモニタするように適合されている。例えば、図１３Ｅに示す実施形態のシステムコントローラ１０２は、バッファ/冷却チャンバ１５２Ａに配置された時間から基板が単一基板処理チャンバ２０２Ａ（例えば、搬送経路ステップＥ２、ＦＩ２、Ｅ３）内に配置されるまで基板をさらすタイミングを開始するのがよく、よって単一基板処理チャン２０２Ａが基板を受け取る準備ができるまでバッファ/冷却位置１５２Ａに基板を配置しない。このように、基板が汚染物質にさらされる時間が２つのプロセスレシピステップ（例えば、処理ステップ３０４と処理ステップ３０６）の間で最小限になる。
プロセスレシピシーケンス
酸化ハフニウム/酸化アルミニウムのコンデンサスタックの実施例
[00149]図１５Ａと図１５Ｂは、本発明の態様に用いる処理シーケンス６を用いて製造し得るコンデンサ構造５を示す断面図である。一実施形態においては、以下に述べられるコンデンサ構造を製造するために用いられるプロセスシーケンスは、図１５Ｄに示される搬送経路に従って、図２Ｂに示される構成と同様のクラスタツール１００上に完了されるのがよい。コンデンサ構造５は、一般的には、基板１、底部導電層２、誘電体層３、上部導電層４を含む。一実施形態においては、処理の前にトレンチ１が基板１の表面に形成されるように従来のリソグラフとエッチング技術を用いてトレンチ１Ａが基板に形成される。トレンチ１Ａが１枚以上の基板に形成された後、図１５Ｃに示されるプロセスシーケンスに従って、また、図１５Ｄに示す搬送経路（要素Ｇ１-Ｇ８）に従って、層２-４が基板表面に形成され得るようにクラスタツール１００に運ばれる。基板は、まず、サービスチャンバ１１６Ａ（又は１０６Ｂ図示せず）内に置かれ、サービスチャンバ１１６Ａ内に取付けられたＩＲランプを用いて脱ガスされる。本発明の一態様においては、前洗浄プロセスステップ３０２はサービスチャンバ１１６Ａ内で基板について完了されて、あらゆる表面汚染物質を除去するのがよい。
プロセスレシピシーケンス
酸化ハフニウム/酸化アルミニウムのコンデンサスタックの実施例
[00149]図１５Ａと図１５Ｂは、本発明の態様に用いる処理シーケンス６を用いて製造し得るコンデンサ構造５を示す断面図である。一実施形態においては、以下に述べられるコンデンサ構造を製造するために用いられるプロセスシーケンスは、図１５Ｄに示される搬送経路に従って、図２Ｂに示される構成と同様のクラスタツール１００上に完了されるのがよい。コンデンサ構造５は、一般的には、基板１、底部導電層２、誘電体層３、上部導電層４を含む。一実施形態においては、処理の前にトレンチ１が基板１の表面に形成されるように従来のリソグラフとエッチング技術を用いてトレンチ１Ａが基板に形成される。トレンチ１Ａが１枚以上の基板に形成された後、図１５Ｃに示されるプロセスシーケンスに従って、また、図１５Ｄに示す搬送経路（要素Ｇ１-Ｇ８）に従って、層２-４が基板表面に形成され得るようにクラスタツール１００に運ばれる。基板は、まず、サービスチャンバ１１６Ａ（又は１０６Ｂ図示せず）内に置かれ、サービスチャンバ１１６Ａ内に取付けられたＩＲランプを用いて脱ガスされる。本発明の一態様においては、前洗浄プロセスステップ３０２はサービスチャンバ１１６Ａ内で基板について完了されて、あらゆる表面汚染物質を除去するのがよい。
[00150]プロセスシーケンス６における第２プロセスレシピステップ３０４は、基板１表面上とトレンチ１Ａ内の底部導電層２の堆積である。プロセスレシピステップ３０４は単一基板処理チャンバ２０２Ａ内で完了することができ、１０００オングストロームの金属、例えばタンタル、窒化タンタル、タングステン、チタン、プラチナ、窒化チタン、ドープされたポリシリコン、ルテニウムがＣＶＤ、ＰＶＤ又はＡＬＤ堆積プロセスを用いて堆積される。プロセスレシピステップ３０４を行う前に、基板は搬送経路Ｇ２に従ってサービスチャンバ１１６Ａから一つの基板処理チャンバ２０２Ａに搬送される。
[00151]次のプロセスレシピステップ３０６（例えば、３０６Ａ-Ｄ）は、１以上の誘電材料の１以上の層を堆積させてコンデンサ構造５の誘電体層３の形成を援助するように行われる。図１５Ａと図１５Ｂは、３誘電体層（即ち、３Ａ-Ｃ）が底部導電層２上に堆積されるような本発明の一態様を示し、最後の表面処理プロセス３Ｄは最後の誘電体層３Ｃの最上層上で行われる。基板表面に堆積される誘電体層の数と厚さは、デバイス性能の要求を満たすのに必要とされるように変動させることができ、従って、本明細書に記載されるプロセスシーケンスの説明又は図は本発明の範囲を制限することを意図しない。
[00152]第３プロセスレシピステップ３０６Ａは、ＣＶＤ又はＡＬＤ処理技術を用いて底部導電層２上に最初の誘電体層３Ａを堆積させる。例えば、第１誘電体層３ＡはＡＬＤ型プロセスを用いて堆積された３０オングストローム厚の酸化ハフニウム又はケイ酸ハフニウム（例えば、酸化シリコンハフニウム）層である。例えば、酸化ハフニウム又はケイ酸ハフニウムの堆積速度が遅いので、３０オングストロームを堆積する時間は約２００分間程度かかることがあり、この不釣合いに長いプロセスステップはバッチ処理チャンバ２０１Ａ内で完了する。それ故、クラスタツールの処理能力を最大にするために、バッチ処理チャンバ２０１Ａは、バッチ処理ステップ３０６Ａを開始する前に、第１プロセスレシピステップと第２プロセスレシピステップ３０２と３０４を完了した２以上の基板で装填される。ＡＬＤ酸化ハフニウム又はケイ酸ハフニウム膜を形成する例示的方法の一例は、更に、２００４年５月１２日出願の“ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ Ｈａｆｎｉｕｍ-Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｈｉｇｈ-Ｋ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”と称する米国特許仮出願第６０/５７０,１７３号［ＡＰＰＭ８５２７Ｌ］であり、この開示内容は本明細書に主張された態様と開示と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。プロセスレシピステップ３０６を行う前に、基板は、搬送経路Ｇ３に従って単一基板処理チャンバ２０２Ａから第１バッチ処理チャンバ２０１Ａに搬送される。
[00153]第４プロセスレシピステップ３０６Ｂは、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセス技術を用いて第１誘電体層３Ａ上に第２誘電体層３Ｂを堆積させる。例えば、第２誘電体層３ＢはＡＬＤ型プロセスを用いた３０オングストローム厚の酸化アルミニウム層である。一方、図１５Ｃと図１５Ｄは、あらゆるプロセスの相互作用又は汚染関係を最小にするために、基板を第１バッチ処理チャンバ２０１Ａから第２バッチチャンバ２０１Ｂに搬送するプロセスを示している。一実施形態においては、双方の堆積プロセス（例えば、３０６Ａと３０６Ｂ）は同一のバッチ処理チャンバ内で完了されている。ＡＬＤ酸化アルミニウムプロセス堆積速度が遅いので、３０オングストロームを堆積させる時間は約２０-４５分かかり得るので、この不釣合いの長いプロセスステップはバッチ処理チャンバ２０１Ｂ内で完了されている。それ故、クラスタツール処理能力を最大限にするために、バッチ処理チャンバ２０１Ｂは、バッチ処理ステップ２０６Ｂを開始する前に、第１、第２、第３プロセスレシピステップ３０２、３０４、３０６Ａを完了した２枚以上の基板で装填される。ＡＬＤ酸化アルミニウム膜を形成する例示的な方法の一例は、更に、２００２年１１月２１日出願の“Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ Ｃｈａｍｂｅｒ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ”と称する米国特許出願第１０/３０２,７３号に記載され、この開示内容は本明細書に主張された態様と開示と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。プロセスレシピステップ３０６Ｂを行う前に、基板は搬送経路Ｇ４に従って第１バッチ処理チャンバ２０１Ａから第２バッチ処理チャンバ２０１Ｂに搬送される。
[00154]第５プロセスレシピステップ３０６Ｃは、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセス技術を用いて第２誘電体層３Ｂ上に第３誘電体層３Ｃを堆積させる。例えば、第１誘電体層３ＡはＡＬＤ型プロセスを用いた３０オングストローム厚の酸化ハフニウム層又はケイ酸ハフニウム層である。酸化ハフニウム又はケイ酸ハフニウムの堆積速度が遅いので、バッチ処理チャンバ２０１Ｂの相互汚染を避けるために、この不釣合いに長いプロセスステップはバッチ処理チャンバ２０１Ａ内で完了されている。それ故、クラスタツール処理能力を最大限にするために、バッチ処理チャンバ２０１Ａは、バッチ処理ステップ３０６Ｃを開始する前に第１、第２、第３、第４プロセスレシピステップ３０２、３０４、３０６Ａ、３０６Ｂを完了した２枚以上の基板で装填される。プロセスレシピステップ３０６Ｃを開始する前に、基板は搬送経路Ｇ５に従って第２バッチ処理チャンバ２０１Ｂから第１バッチ処理チャンバ２０１Ａに搬送される。
[00155]第６プロセスレシピステップ３０６Ｄは、第３誘電体層３Ｃの表面上にＤＰＮ処理技術を順次行うように構成されている単一基板処理チャンバ２０２Ｂ内で完了されるプラズマ窒化物形成プロセスステップである。例えば、基板は、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できるＣＥＮＴＵＲＡＴＭＤＰＮチャンバのようなＤＰＮチャンバに搬送される。ＤＰＮプロセス中、誘電体層３ＣはＮ２とアルゴンのような希ガスプラズマを同時に流すことによって形成される原子のＮと衝突する。Ｎ２に加えて、他の窒素含有ガスは、ＮＨ３、ヒドラジン（例えば、Ｎ２Ｈ４又はＭｅＮ２Ｈ３）、アミン（例えば、Ｍｅ３Ｎ、Ｍｅ２ＮＨ又はＭｅＮＨ２）、アニリン（例えば、Ｃ６Ｈ５ＮＨ２）、アジド（例えば、ＭｅＮ３又はＭｅ３ＳｉＮ３）のような窒素プラズマを形成するのに用いることができる。プラズマプロセスに用いることができる他の希ガスとしてはヘリウム、ネオン、キセノンが挙げられる。窒化物形成プロセスの長さは約１０秒〜約１２０秒の間であり得る。窒素物形成プロセスは、典型的には、約９００ワット〜約２,７００ワットに設定するプラズマ出力と約１０ミリトール〜約１００ミリトールのプロセス圧力で行われる。窒素は約０.１ｓｌｍ〜約１.０ｓｌｍの流量を有し、希ガスは約０.１ｓｌｍ〜約１.０ｓｌｍの流量を有する。好ましい実施形態においては、窒化物形成プロセスはＤＰＮプロセスであり、ＡｒとＮ２を同時に流すことによりプラズマを含んでいる。プロセスレシピステップ３０６Ｄを行う前に、基板は搬送経路Ｇ６に従って第１基板処理チャンバ２０１Ｂから第２単一基板処理チャンバ２０２Ｂに搬送される。
[00156]プロセスシーケンス６における第６と最後のプロセスレシピステップ３０７は、トレンチ１Ａの残部を充填する誘電体層３の表面上の上部導電層４の堆積である。プロセスレシピステップ３０７は、単一基板処理チャンバ２０２Ａ内で完了することができ、上部導電層４、例えば、タンタル、窒化タンタル、プラチナ、チタン、窒化チタン、ドープされたポリシリコン又はルテニウムがＣＶＤ、ＰＶＤ又はＡＬＤ堆積プロセスを用いて堆積される。プロセスレシピステップ３０７を行う前に、基板は搬送経路Ｇ７に従って第２単一基板処理チャンバ２０２Ｂから単一基板処理チャンバ２０２Ａに搬送される。その後、１つ又は複数の基板は、搬送経路Ｇ８とＦＩ１に従って単一基板処理チャンバ２０２Ａからポッド１０５Ａに搬送される。
[00157]上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の多くの実施形態はその基本的な範囲から逸脱することなく構成されてもよく、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。
２…底部導電層、３…誘電体層、４…上部導電層、５…コンデンサ構造、１０…チャンバ壁、１１…熱源、１２…基板支持体、１３…注入口、１４…排出口、２２…真空チャンバ、２４…密封構造、３２…上部プレート、３６…スリットバルブ開口、３８…底部プレート、４６…カセット、４８…シャフト、６０…シールプレート、６１…石英リング、６２…サセプタ、６６…リフトロッド、１００…クラスタツール、１０２…システムコントローラ、１０４…フロントエンド環境、１０５…ポッド、１０６…ロードロック、１０８…ファクトリインタフェースロボット、１１０…搬送チャンバ、１１３…ロボット、１５０…バッファチャンバ、１５３…冷却プレート、１５４…基板搬送機構、１５６…スリットバルブ、１５７…真空ポンプ、１７１…真空ポンプシステム、１８０…シャッタアセンブリ、１８１…シャッタドア、１８５…シェルフ、１８６…カセット、１９０…ろ過ユニット、１９２…ファンユニット、２００…ガス注入マニフォールドアセンブリ、２０１…バッチ処理チャンバ、２０２…基板処理チャンバ、２０３…注入ダクト、２０４…混合チャンバ、２０６…流量制御デバイス、２０８…ポート、２１０…注入プレート、３００…排気マニフォールドアセンブリ、３５１…排気プレナム、３５２…排気プレート、３５４…排気ポート、３５５…排出ライン、３５７…ゲートバルブ、４００…加熱構造、４０１…石英窓、４０２…ハロゲンランプ、４０６…クランプ、４１０…ガスケット、４１２…ストリップ、４２２…熱シールドプレート、４２４…クランプ、４２５…ボルト、４４２…ミルドチャネル、４４６…ミルドチャネル、５００…ガス分配モジュール、５０１…ガス源、５０２…ガス源、５０７…加熱構造、５１２…ガス源、５２０…アンプル、５２５…計量ポンプ、５３０…蒸発器、５３５…遮断弁、５４０…収集容器アセンブリ、５４１…加熱素子、５４２…ヒータコントローラ、５４３…容器、５４４…センサ、５４６…注入口、５５０…加熱構造、５６０…再循環システム、５６１…再循環収集容器、５６３…温度コントローラ、５６６…再循環排出バルブ、５６７…再循環注入バルブ、５６８…加熱/冷却素子、５７０…センサ、５７２…熱制御システム、６００…リフト回転機構、６０１…回転モータ、７００…リフト機構。
Claims (25)
- 基板処理装置であって、
通常は大気圧で維持されている搬送領域を有するファクトリインタフェースと、
基板を加熱及び/又は冷却するように適合されている冷却プレートと、
該ファクトリインタフェースの該搬送領域と連通しているバッチ可能な基板処理チャンバと、
該冷却プレートと該バッチ可能な基板処理チャンバの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている該搬送領域に位置した搬送ロボットと、
を備えた前記装置。 - 該ファクトリインタフェースが、該搬送領域にろ過した空気を供給するように適合されているろ過ユニットを更に備えている、請求項１記載の装置。
- ２枚以上の基板を含むように適合されているポッドを更に備え、該搬送ロボットが該ポッド内に位置する該基板に接近するように更に適合されている、請求項１記載の装置。
- 該ファクトリインタフェースの該搬送領域と連通している第２バッチ可能な基板処理チャンバを更に備えている、請求項１記載の装置。
- 該ファクトリインタフェースの該搬送領域と連通している基板処理チャンバを更に備え、該第２基板処理チャンバが脱結合プラズマ窒化物（ＤＰＮ）チャンバ、急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ、又は計測チャンバである、請求項１記載の装置。
- 該バッチ可能な基板処理チャンバが、基板上で化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス又は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを行うように適合されている、請求項１記載の装置。
- 基板処理装置であって、
通常は大気圧で維持されている搬送領域を有するファクトリインタフェースと、
基板を加熱及び/又は冷却するように適合されている冷却プレートと、
該ファクトリインタフェースの該搬送領域と連通しているバッチ可能な基板処理チャンバであって、該バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリが、
内部プロセス容積を形成する１以上の壁を有する基板処理領域、
内部バッファ容積を形成する１以上の壁を有する基板バッファ領域であって、該基板バッファ領域が該基板処理領域に隣接して位置している、前記基板バッファ領域、
２枚以上の基板を支持するように適合されているプロセスカセットであって、該プロセスカセットがリフト機構の使用によって該内部バッファ容積と該内部プロセス容積の間に搬送可能である、前記プロセスカセット、
を備えている前記バッチ可能な基板処理チャンバと、
該冷却プレートと該プロセスカセットの間に１枚以上の基板を搬送させるように適合されている該搬送領域内に位置する搬送ロボットと、
を備えた前記装置。 - 該基板処理領域が、該基板バッファ領域の上に位置している、請求項７記載の装置。
- ２枚以上の基板を含むように適合されているポッドと、
該冷却プレートと該ポッドの間の該ポッド内に位置する該２枚以上の基板の１枚を搬送するように適合されている第２ロボットと、
を更に備えている、請求項７記載の装置。 - 該搬送領域と該基板バッファ領域の該内部バッファ容積の間に密封して位置し且つ該搬送領域から該内部バッファ容積を流体的に分離するように適合されているスリットバルブと、
該バッファ領域と流体で連通している真空ポンプであって、該真空ポンプが該基板バッファ領域内の圧力を大気圧未満の圧力まで低下させるように適合されている、前記真空ポンプと、
を更に備えている、請求項７記載の装置。 - 該バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリの該内部プロセス容積と流体で連通しているガス分配システムを更に備え、該ガス分配システムが該内部プロセス容積に前駆物質含有ガスを分配するように適合されているので、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス又は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスをその中に位置する１枚以上の基板上で行うことができる、請求項７記載の装置。
- 該搬送ロボットが、該冷却プレートと該プロセスカセットの間に基板を同時に搬送するように適合されている複数のロボットブレードを有する、請求項７記載の装置。
- 該バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリが、該基板処理領域と該基板バッファ領域の間に位置するシャッタを更に備え、該シャッタが該内部バッファ容積から該内部プロセス容積を密封して位置ように適合されている、請求項７記載の装置。
- 基板処理装置であって、
通常は大気圧で維持されている搬送領域を有するファクトリインタフェースと、
２枚以上の基板を含むように適合されているポッドであって、該ポッドが該ファクトリインタフェースの該搬送領域と連通している、前記ポッドと、
該ファクトリインタフェースの該搬送領域と連通している第１バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリであって、該第１バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリが、
第１内部プロセス容積を形成する１以上の壁を有する第１基板処理領域、
第１内部バッファ容積を形成する１以上の壁を有する第１搬送領域であって、該第１搬送領域が該第１基板処理領域に隣接して位置している、前記第１搬送領域、
２枚以上の基板を支持するように適合されている第１プロセスカセットであって、該第１プロセスカセットがリフト機構の使用によって該第１内部バッファ容積と該第１内部プロセス容積の間に搬送可能である、前記第１プロセスカセット、
を備えている、前記第１バッチ可能な基板処理チャンバと、
該ファクトリインタフェースの該搬送領域と連通している第２バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリであって、該バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリが、
第２内部プロセス容積を形成する１以上の壁を有する第２基板処理領域、
第２内部バッファ容積を形成する１以上の壁を有する第２搬送領域であって、該第２搬送領域が該第２基板処理領域に隣接して位置している、前記第２搬送領域、
２枚以上の基板を支持するように適合されている第２プロセスカセットであって、該第２プロセスカセットがリフト機構の使用によって該第２内部バッファ容積と該第２内部プロセス容積の間に搬送可能である、前記第２プロセスカセット、
を備えている、前記第２バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリと、
該第１内部プロセス容積、該第２内部プロセス容積、該第１内部バッファ容積、及び該第２内部バッファ容積からなる群より選ばれる少なくとも１つの領域内の圧力を低下させるように適合されている真空ポンプと、
該ポッドと該第１プロセスカセット又は第２プロセスカセットの間に１枚以上の基板を搬送させるように適合されている該搬送領域内に位置する搬送ロボットと、
を備えた前記装置。 - 少なくとも１つのガス分配システムが該第１バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリと第２バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリの該内部プロセス容積と流体で連通している複数のガス分配システムを更に備え、各ガス分配システムが該内部プロセス容積に前駆物質含有ガスを分配するように適合されているので、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス又は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスをその中に位置する１以上の基板上で行うことができる、請求項１４記載の装置。
- 該ファクトリインタフェースが、該搬送領域にろ過した空気を供給するように適合されているろ過ユニットを更に備えている、請求項１４記載の装置。
- 該第１バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリと該第２バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリが共に該基板処理領域と該基板バッファ領域の間に位置するシャッタを更に備え、該シャッタが該内部バッファ容積から該内部プロセス容積を分離するために密封して位置するように適合されている、請求項１４記載の装置。
- 該基板処理領域が該基板バッファ領域の上に位置している、請求項１４記載の装置。
- 基板処理装置であって、
一般的には大気圧である搬送領域を有するファクトリインタフェースシステムと、
それぞれが該搬送領域と連通している２以上のバッチ可能な基板処理チャンバであって、該２以上のバッチ可能な基板処理チャンバが、
内部プロセス容積を形成する１以上の壁を有する基板処理領域、
内部バッファ容積を形成する１以上の壁を有する基板バッファ領域であって、該基板バッファ領域が該基板処理領域に縦に隣接して位置している、前記基板バッファ領域、
２枚以上の基板を支持するように適合されているプロセスカセットであって、該プロセスカセットが、リフト機構の使用によって該内部バッファ容積と該内部プロセス容積の間に搬送可能である、前記プロセスカセット、
該基板処理領域と該基板バッファ領域の間に位置するシャッタであって、該シャッタが該内部バッファ容積から該内部プロセス容積を分離するように密封して位置されるように適合されている、前記シャッタ、
を備えた、前記２以上のバッチ可能な基板処理チャンバと、
該ファクトリインタフェースの該搬送領域内に位置する冷却プレートと、
該冷却プレートと該２枚以上のバッチ基板処理チャンバの間に基板を搬送するように適合されている該搬送チャンバ内に取付けられたロボットと、
を備えた前記装置。 - 少なくとも１つのガス分配システムが該２以上のバッチ可能な基板処理チャンバの各々の該内部プロセス容積と流体で連通している複数のガス分配システムを更に備え、各ガス分配システムが該内部プロセス容積に前駆物質含有ガスを分配するように適合されているので、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス又は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスをその中に位置する１枚以上の基板上で行うことができる、請求項１９記載の装置。
- 該ファクトリインタフェースが、該搬送領域にろ過した空気を供給するように適合されているろ過ユニットを更に備えている、請求項１９記載の装置。
- 基板処理装置であって、
通常は大気圧で維持されている搬送領域を有するファクトリインタフェースと、
２枚以上の基板を含むように適合されているポッドであって、該ポッドが該ファクトリインタフェースの搬送領域と連通している、前記ポッドと、
該ファクトリインタフェースの搬送領域と連通しているバッチ可能な基板処理チャンバアセンブリであって、該バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリが、
内部プロセス容積を形成する１以上の壁を有する基板処理領域、
内部バッファ容積を形成する１以上の壁を有する基板バッファ領域であって、該基板バッファ領域が該基板処理領域に隣接して位置している、前記基板バッファ領域、
２枚以上の基板を支持するように適合されているプロセスカセット、
該内部バッファ容積と該内部プロセス容積の間に該プロセスカセットを搬送するように適合されているリフト機構、
を備えた前記バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリと、
第１バッファチャンバであって、
基板を加熱及び/又は冷却するように適合されている第１冷却プレート、
該第１冷却プレートと該プロセスカセットの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている第１ロボット、
を備えた前記バッファチャンバと、
該搬送領域と連通している単一基板処理チャンバであって、該単一基板処理チャンバが単一基板内部プロセス容積を形成する１以上の壁を有する、前記単一基板処理チャンバと、
第２バッファチャンバであって、
基板を加熱及び/又は冷却するように適合されている第２冷却プレート、
該第２冷却プレートと該単一基板処理チャンバの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている第２ロボット、
を備えた前記バッファチャンバと、
該搬送領域内に位置し且つ該第１バッファチャンバと該第２バッファチャンバと該ポッドの間に１枚以上の基板を搬送するように適合されている第３ロボットと、
を備えた前記装置。 - 該単一基板処理チャンバが、脱結合プラズマ窒化物（ＤＰＮ）チャンバ、急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバ、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ、又は計測チャンバである、請求項２２記載の装置。
- 該バッチ可能な基板処理チャンバアセンブリの該内部プロセス容積と流体で連通しているガス分配システムを更に含み、該ガス分配システムが該内部プロセス容積に前駆物質含有ガスを分配するように適合されているので、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス又は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスをその中に位置する１枚以上の基板上で行うことができる、請求項２２記載の装置。
- 該ファクトリインタフェースが、該搬送領域にろ過した空気を供給するように適合されているろ過ユニットを更に備えている、請求項２２記載の装置。
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