JP2015512144A - マルチチャンバ基板処理システム - Google Patents

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Abstract

複数の基板を処理する基板処理システムが提供され、概して、少なくとも１つの基板処理プラットフォームおよび少なくとも１つの基板ステージングプラットフォームを含む。基板処理プラットフォームは、複数の基板支持アセンブリを支持し、それぞれ基板をその上に保持する基板支持アセンブリを連続して回転させることが可能な回転式軌道システムを含む。各基板は、回転式軌道システム上に配置された基板支持アセンブリ上に位置決めされており、基板処理プラットフォームの回転式軌道システムの上に位置決めされた少なくとも１つのシャワーヘッドステーションおよび少なくとも１つの緩衝ステーションによって処理される。基板支持アセンブリ上に配置された複数の基板は、基板処理プラットフォームの内外で処理される。基板ステージングプラットフォームは、少なくとも１つのデュアル基板処理ステーションを含み、各デュアル基板処理ステーションは、２つの基板をその上に支持する２つの基板支持アセンブリを含む。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、一般に、基板を処理する装置に関する。より詳細には、本発明は、原子層堆積（ＡＬＤ）および化学気相堆積（ＣＶＤ）を基板上で実行するバッチ処理プラットフォームに関する。
一般に、半導体デバイスを形成するプロセスは、複数のチャンバを含む基板処理プラットフォーム内で行われる。いくつかの場合、マルチチャンバ処理プラットフォームまたはクラスタツールの目的は、制御された環境内で２つ以上のプロセスを１枚の基板上で連続して実行することである。しかし他の場合、複数チャンバ処理プラットフォームは、単一の処理ステップだけを複数の基板上で実行することができ、追加のチャンバは、このプラットフォームによって基板が処理される速度を最大にすることを目的としている。後者の場合、基板上で実行されるプロセスは通常、バッチプロセスであり、比較的多数の基板、たとえば２５または５０枚の基板が、所与のチャンバ内で同時に処理される。バッチ処理は、ＡＬＤプロセスおよび一部の化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスなど、経済的に成り立つように個々の基板上で実行するには時間がかかりすぎるプロセスにとって、特に有益である。
基板処理プラットフォームまたはシステムの有効性は、所有コスト（ＣＯＯ）によって定量化されることが多い。ＣＯＯは、多くの要因による影響を受けるが、主に、システムの設置面積、すなわち製造工場でシステムを動作させるのに必要な延べ床面積、およびシステムのスループット、すなわち１時間に処理される基板の数による影響を受ける。通常、設置面積は、システムに隣接する保守に必要なアクセス領域を含む。したがって、基板処理プラットフォームは比較的小さくすることができるが、操作および保守のためにすべての側面からのアクセスが必要とされる場合、システムの有効設置面積はやはり非常に大きくなることがある。
半導体デバイスの寸法が縮小するにつれて、プロセスの変動性に対する半導体業界の許容範囲も減少し続けている。これらのますます厳しくなるプロセス要件を満たすために、当業界は、ますます厳しくなるプロセスウィンドーの要件を満たす多数の新しいプロセスを開発してきたが、これらのプロセスは、完成までにより長い時間を要することが多い。たとえば、高アスペクト比で６５ｎｍ以下の相互接続特徴の表面上へ銅の拡散バリア層を共形に形成するには、ＡＬＤプロセスを使用することが必要になることがある。ＡＬＤとはＣＶＤの変種であり、ＣＶＤに比べて段差被覆に優れていることが実証されている。ＡＬＤは、当初はエレクトロルミネッセンスディスプレイを製造するために用いられた原子層エピタキシ（ＡＬＥ）に基づいている。ＡＬＤでは、飽和した単層の反応性前駆体分子を基板表面上に堆積させるために化学吸着を用いる。これは、適当な反応性前駆体を堆積チャンバ内へ周期的に交互にパルシングすることによって実現される。通常、反応性前駆体の各噴射は不活性ガスのパージによって分離され、前に堆積させた層に新しい原子層を提供して、基板の表面上に均一の材料層を形成する。反応性前駆体および不活性パージガスの周期を繰り返して、所望の厚さの材料層を形成する。ＡＬＤ技法に伴う最大の欠点は、堆積速度が典型的なＣＶＤ技法より少なくとも１桁、遅いことである。たとえば、一部のＡＬＤプロセスは、高品質の層を基板の表面上に堆積させるために、約１０〜約２００分のチャンバ処理時間を必要とする可能性がある。より良好なデバイス性能のためにそのようなＡＬＤおよびエピタキシャルプロセスを選んだ場合、基板処理スループットが非常に低くなるため、従来の単一の基板処理チャンバ内でデバイスを製造するコストが増大するはずである。したがって、そのようなプロセスを実施するとき、経済的に実現可能にするには、マルチチャンバでマルチ基板の処理手法が必要とされる。
したがって、処理スループットを最大にするために、マルチ基板ＡＬＤ処理プラットフォームと一体化されたマルチチャンバ基板システムが必要とされている。
本発明の実施形態は、設置面積を最小にし、複数のプロセスステップを容易に実施でき、かつスループットの高い、マルチ基板処理プラットフォームと一体化されたマルチチャンバ基板処理システムを提供する。一実施形態では、複数の基板を処理するマルチ基板処理プラットフォームが提供され、１つまたは複数のガス分配アセンブリと、回転式軌道機構と、デュアルブレード移送ロボットとを含む。回転式軌道機構は、複数の基板キャリアを回転させるように、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下のある距離に位置決めされる。一態様では、各基板キャリアは、複数の基板キャリア上に配置された複数の基板が、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を移動し、連続して通過するように、少なくとも１つの基板をその上に保持し、回転式軌道機構によって第１の回転速度で回転移動させられるように適合されている。別の態様では、回転式軌道機構上に配置された各基板キャリアは、第２の回転速度で自己回転することが可能である。回転式軌道機構は、デュアルブレード移送ロボットによって回転式軌道機構上へ移送されている、少なくとも２つの基板を同時に受け取ることが可能である。デュアルブレード移送ロボットは、少なくとも２つの基板を保持し、これらの２つの基板を、回転式軌道機構上に配置された２つの基板キャリア上におよび２つの基板キャリアから同時に移送することが可能である。
別の実施形態では、基板処理システムが複数の基板を処理するために提供され、処理プラットフォームと、処理プラットフォームに接続された移送チャンバとを含む。処理プラットフォームは、１つまたは複数のガス分配アセンブリと、回転式軌道機構とを含み、回転式軌道機構は、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下の第１の距離に位置決めされ、少なくとも２つの基板キャリアを同時に受け取ることが可能であり、かつ、複数の基板キャリア上に配置された複数の基板が、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を回転して通過するように、第１の回転速度で回転するように構成されている。移送チャンバは、その中に配置されたデュアルブレード移送ロボットを含む。デュアルブレード移送ロボットは、２つの基板を保持し、これらの２つの基板を、回転式軌道機構上に配置された２つの基板キャリア上におよび２つの基板キャリアから同時に移送することが可能である。一態様では、移送チャンバは、１つまたは複数のデュアル基板処理ステーションに接続される。
さらに別の実施形態では、複数の基板を処理する基板処理システムは、処理プラットフォームと移送チャンバとを含み、処理プラットフォームは、基板支持アセンブリと、１つまたは複数のガス分配アセンブリと、基板支持アセンブリを支持し、１つまたは複数のガス分配アセンブリの下の第１の距離に配置される回転式軌道機構とを含む。基板支持アセンブリは、複数の基板を支持し、移送チャンバ内に配置されたデュアルブレード移送ロボットによって移送されている、少なくとも２つの基板をその上に同時に受け取ることが可能なマルチ基板受取り表面を含む。したがって、２つの基板が、回転式軌道機構の上に配置された基板支持アセンブリのマルチ基板受取り表面上におよびマルチ基板受取り表面から同時に移送される。別の実施形態では、基板処理システムは、移送チャンバに接続された１つまたは複数のデュアル基板処理ステーションをさらに含むことができる。一構成では、基板処理システムは、デュアル基板ロードロックチャンバをさらに備える。
また、複数の基板をバッチ処理する方法が提供される。１つの方法は、複数の基板のうちの２つをバッチ処理プラットフォームの回転式軌道機構上へローディングすることと、複数の基板が回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を移動して通過するように、回転式軌道機構を連続して回転させることと、バッチ処理プラットフォームの回転式軌道機構から２つの基板をアンローディングすることとを含む。
複数の基板をバッチ処理する別の方法は、複数の基板のうちの２つをバッチ処理プラットフォームの回転式軌道機構上に配置された２つの基板キャリア上へローディングすることと、複数の基板が回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を移動して通過するように、回転式軌道機構を連続して回転させることと、バッチ処理プラットフォームの回転式軌道機構から２つの基板をアンローディングすることとを含む。
複数の基板をバッチ処理するさらに別の方法は、２つの基板を保持して回転式軌道機構上におよび回転式軌道機構から同時に移送することが可能なデュアルブレード移送ロボットを使用して、複数の基板のうちの２つをバッチ処理プラットフォームの回転式軌道機構上へローディングすることと、複数の基板が回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を移動して通過するように、回転式軌道機構を連続して回転させることと、バッチ処理プラットフォームの回転式軌道機構から２つの基板をアンローディングすることとを含む。
追加の実施形態では、基板処理プラットフォームは、１つまたは複数のガス分配アセンブリ間に回転式に配置された１つまたは複数の処理ステーションをさらに備える。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の処理ステーションは、プラズマ処理ステーションを備える。１つまたは複数の実施形態では、回転式軌道機構に隣接して回転式に配置された２つ以上のガス分配アセンブリがある。
さらなる実施形態では、基板処理プラットフォームは、１組の第１の処理ステーションおよび１組の第２の処理ステーションをさらに備え、したがって第１の処理ステーションおよび第２の処理ステーションは、ガス分配アセンブリのそれぞれの間でロータリ追跡機構に隣接して回転式に位置決めされる。１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数の処理ステーションは、１つまたは複数のガス分配アセンブリ間に回転式に配置される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の処理ステーションは、プラズマ処理ステーションを備える。１つまたは複数の実施形態では、処理プラットフォームは、回転式軌道機構に隣接して回転式に配置された２つ以上のガス分配アセンブリを備える。いくつかの実施形態では、この装置は、１組の第１の処理ステーションおよび１組の第２の処理ステーションをさらに備え、したがって第１の処理ステーションおよび第２の処理ステーションは、ガス分配アセンブリのそれぞれの間でロータリ追跡機構に隣接して回転式に位置決めされる。
本発明の追加の実施形態は、複数の基板を処理する方法を対象とする。複数のガス分配アセンブリを備える処理チャンバ内の回転式軌道機構上へ複数の基板がローディングされ、したがってこれらの基板は、回転式軌道機構に隣接する処理チャンバの内部の周りに回転式に配置され、実質上同等の開始位置に位置決めされる。回転式軌道機構が回転し、したがって各基板は、ガス分配アセンブリの第１の側からガス分配アセンブリの第２の側へ移動し、したがってガス分配アセンブリによって提供される複数のガス流によって、基板の表面上に層が堆積される。回転式軌道機構が引き続き回転し、したがって所望の厚さの膜が形成されるまで、各基板はガス分配アセンブリの第１の側からガス分配アセンブリの第２の側へ移動する。複数の基板が処理チャンバからアンローディングされ、したがって各基板は、実質上同じ処理環境を経験する。いくつかの実施形態は、各基板がガス分配アセンブリの第２の側へ進んだ後に、回転式軌道機構を停止させ、したがって各基板はプラズマ処理ステーションに隣接して位置決めされることと、基板の表面上に形成された膜をプラズマ処理することとをさらに備える。
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
本発明の１つまたは複数の実施形態による、４つのガス分配アセンブリおよび４つの中間処理ステーションを有する基板処理システムの概略平面図である。 様々な数のガス分配アセンブリを有する基板処理システムを備えるクラスタツールの概略平面図である。 様々な数のガス分配アセンブリを有する基板処理システムを備えるクラスタツールの概略平面図である。 様々な数のガス分配アセンブリを有する基板処理システムを備えるクラスタツールの概略平面図である。 ３つの処理グループを含み、各処理グループがガス分配アセンブリ、第１の処理ステーション、および第２の処理ステーションを含む、基板処理システムの概略平面図である。 本発明の一実施形態による、複数の基板を連続してローディング、アンローディング、および処理する処理プラットフォーム、移送チャンバ、および追加のチャンバで構成された基板処理システムの概略平面図である。 本発明の別の実施形態による、複数の基板を連続してローディング、アンローディング、および処理する処理プラットフォーム、２つの移送チャンバ、および追加のチャンバで構成された基板処理システムの概略平面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態による、複数のシャワーヘッドステーションおよび複数の緩衝ステーションを有する処理プラットフォームに接続された移送チャンバの概略平面図であり、複数のシャワーヘッドステーションのガス分配アセンブリの下に回転式に配置されている複数の基板を例示する。 本発明の１つまたは複数の実施形態による、基板の表面の方を向いており、複数の開いているガスチャネルを有する面を示す、シャワーヘッドステーション内のガス分配アセンブリの側面図である。 本発明の１つまたは複数の実施形態による、基板が下に配置された処理ステーション内のガス分配アセンブリの部分横断側面図である。 ２つの処理ステーションの２つのガス分配アセンブリの下で、回転式基板支持アセンブリの表面上に２つの基板が配置されている、処理プラットフォームの部分横断側面図である。
処理スループットを最大にしながら処理の均一性を維持するために、マルチチャンバ基板処理システムが提供される。マルチチャンバ基板処理システムは、ＡＬＤおよびＣＶＤ用途向けの処理プラットフォームと、他のＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、洗浄、加熱、アニール、および／または研磨プロセス向けの１つまたは複数の追加のプロセスチャンバとを含むことができる。一実施形態では、複数の基板を回転式軌道機構上に配置し回転させて連続して処理することができるように、処理プラットフォーム内で回転式軌道機構を使用することによりスループットが改善される。複数の基板をそれぞれ、回転式軌道機構の上のある距離に位置決めされた複数のガス分配アセンブリから供給される２つ以上のプロセスガスに連続して露出させることができる。さらに、時間を節約して処理スループットを増大させるために、回転式軌道機構に対して２つの基板が同時にローディングおよびアンローディングされる。
複数のガス噴射器を有する処理チャンバを使用して、複数のウエハを同時に処理することができ、したがってこれらのウエハは、同じプロセスの流れを経験する。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「基板」および「ウエハ」という用語は、処理（たとえば、堆積、アニール、エッチング）が実行される個別の剛性材料を指すために区別なく使用される。たとえば、図１に示すように、処理チャンバは、４つのガス噴射器および４つのウエハを有する。処理の初めに、これらのウエハを噴射器間に位置決めすることができる。カルーセルを４５°回転させる結果、各ウエハは膜の堆積のために噴射器の方へ移動させられる。さらに４５°回転させると、ウエハは噴射器から離れる方へ移動させられるはずである。空間のＡＬＤ噴射器によって、主にウエハが噴射器に対して移動する間に、ウエハ上に膜が堆積される。
図１に示す処理チャンバ１０は、単に１つの可能な構成を表すものであり、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではない。ここで、処理チャンバ１０は、複数のガス分配アセンブリ１１を含む。図示の実施形態では、処理チャンバ１０の周りに４つのガス分配アセンブリ１１が均等に間隔をあけて配置されている。図示の処理チャンバ１０は８角形であるが、これは１つの可能な形状であり、本発明の範囲を限定すると見なされるべきではないことが、当業者には理解されよう。
処理チャンバ１０は、処理チャンバ１０内部に基板支持装置１２を含む。基板支持装置１２は、ガス分配アセンブリ１１のそれぞれの下で複数の基板を移動させることが可能である。チャンバに対して基板をローディング／アンローディングすることを可能にするために、処理チャンバ１０の側面に、図示されていないロードロックを接続することもできる。
処理チャンバ１０は、複数のガス分配アセンブリ１１のそれぞれの間に位置決めされた複数または１組の第１の処理ステーション１３を含む。第１の処理ステーション１３はそれぞれ、同じ処理を基板に提供する。いくつかの実施形態では、図３に示すように、第１の処理ステーション１３とガス分配アセンブリ１１との間に１組の第２の処理ステーション１４が位置決めされており、したがって、処理チャンバ１０を通って回転する基板は、基板がどこから動き出すかに応じて、ガス分配アセンブリ１１、第１の処理ステーション１３、および第２の処理ステーション１４に遭遇し、その後これらのいずれかの２つ目に遭遇するはずである。たとえば、図３に示すように、基板が第１の処理ステーション１３から動き出した場合、基板は第１の処理ステーション１３、ガス分配アセンブリ１１、および第２の処理ステーション１４に順番に出会い、その後第２の第１の処理ステーション１３に遭遇するはずである。
図２Ａ〜２Ｃは、複数のカルーセル型の処理チャンバ１０を有するクラスタツール２０の異なる実施形態を示す。図２Ａに示す実施形態は、中心移送ステーション２１の周りに４つの処理チャンバ１０を有する。処理チャンバ１０はそれぞれ、２つのガス分配アセンブリ１１および２つの第１の処理ステーション１３を含む。図２Ｂの実施形態は、３つのガス分配アセンブリ１１および３つの第１の処理ステーション１３を有し、図２Ｃの実施形態は、４つのガス分配アセンブリ１１および４つの第１の処理ステーション１３を有する。同様に、他の数の噴射器またはガス分配アセンブリを用いることもできる。いくつかの実施形態では、噴射器の数は、同時に処理できるウエハの数に等しい。各ウエハは、噴射器の下または噴射器間の領域内にあり、したがって各ウエハは、処理中に同じ経験を有する（すなわち、同じ条件を経験する）。
噴射器間に、追加の処理装置を位置決めすることもできる。たとえば、ＵＶランプ、フラッシュランプ、プラズマ源、およびヒータなどである。次いでこれらのウエハは、噴射器の位置間を、たとえばウエハにプラズマを供給するシャワーヘッド位置まで移動する。１つまたは複数の例では、各堆積層の後、プラズマ処理によって窒化ケイ素膜を形成することができる。理論的には、表面が飽和している限り、ＡＬＤ反応は自己制限するため、堆積ガスに対する追加の露出は膜の損傷を引き起こさない。
カルーセルの回転は、連続または非連続とすることができる。連続処理の際、ウエハは常に回転しており、したがって噴射器のそれぞれに順に露出される。非連続処理の場合、ウエハを噴射器領域へ移動させて停止させることができ、次いで噴射器間の領域へ移動させて停止させることができる。たとえば、カルーセルは、ウエハが噴射器を越えて噴射器間領域から移動し（または噴射器に隣接して停止し）、次の噴射器間領域へ移動し、そこで再び休止できるように回転することができる。噴射器間の休止は、各層堆積間に、追加の処理ステップ（たとえば、プラズマへの露出）のための時間を提供することができる。
いくつかの実施形態では、対称の配向を維持している噴射器とは異なる数のウエハが存在する。たとえば、処理チャンバは、３つの噴射器および６つのウエハを有することができる。最初は、どのウエハも噴射器の下に位置決めされていない。カルーセルを３０°回転させることで、第１の１組のウエハが噴射器の下に配置され、第２の１組のウエハが噴射器のすぐ前の位置へ移動させられる。次に３０°回転させることで、第１の１組のウエハが噴射器の下から運び出され、第２の１組のウエハが噴射器領域へ移動させられる。この場合も、これらの基板を各噴射器間の追加の処理ステップに露出させることができる。
これらの噴射器は、実質上平行（たとえば、方形）またはくさび形とすることができる。表面反応が飽和した後は、追加の反応は生じないため、ウエハが噴射器に隣接して追加の時間を費やすかどうかは問題ではない。
いくつかの実施形態では、処理チャンバは複数のガスカーテン４０を備える。各ガスカーテン４０は、ガス分配アセンブリ１１からの処理ガスの移動が処理ステーション１３に到達するのを防止し、または最小にし、逆もまた同様にするバリアを生じさせる。ガスカーテン４０は、個々の処理区間を隣接する区間から分離できる任意の適したガスまたは真空流を含むことができる。いくつかの実施形態では、ガスカーテン４０は、パージ（または不活性）ガス流である。１つまたは複数の実施形態では、ガスカーテン４０は、処理チャンバからガスを除去する真空流である。いくつかの実施形態では、ガスカーテン４０は、パージガスと真空流の組合せであり、したがってパージガス流、真空流、およびパージガス流が順番にある。１つまたは複数の実施形態では、ガスカーテン４０は、真空流とパージガス流の組合せであり、したがって真空流、パージガス流、および真空流が順番にある。図１に示すガスカーテン４０は、ガス分配アセンブリ１１および処理ステーション１３のそれぞれの間に位置決めされるが、これらのカーテンは、回転式軌道機構１２の処理経路に沿って任意の１つまたは複数の箇所に位置決めすることができることが理解されよう。
図１を再び参照すると、本発明の１つまたは複数の実施形態は、複数の基板を処理する方法を対象とする。複数の基板１６はそれぞれ処理チャンバ１０内へローディングされ、したがって各基板１６は、他の基板１６と相対的に同一の位置にくる。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「相対的に同一」、「相対的に同じ」、「実質上等しい開始位置」などの用語は、これらの基板が同等の位置にある（たとえば、それぞれがガス分配アセンブリの下にあり、またはそれぞれがガス分配アセンブリ間にある）ことを意味する。たとえば、図１の各基板１６は、ガス分配アセンブリ１１の下に位置決めされた状態で示されている。したがって、各基板１６は、他の基板と実質上等しい開始位置を有する。複数の基板は、基板支持装置１２上に位置決めされ、基板支持装置１２は、軌道部分および／または支持構造を含むことができる。基板支持装置１２は、円１７または類似の形状で基板１６を回転させる。回転時、基板１６は、最初の位置から次の位置へ移動する。次の位置は、第１の処理ステーション１３の下とすることができる。ガス分配アセンブリ１１が、図７に図示および記載の装置のような空間原子層堆積装置であるとき、ガス分配アセンブリの下を移動することで、基板の各部分は一連のプロセスガス（前駆体ガスまたは反応性ガスなどとも呼ばれる）に露出され、基板表面上に層を堆積させる。次いで基板は、堆積後プロセスを受ける第１の処理ステーション１３へ移動する。いくつかの実施形態では、堆積後プロセスとは、１つまたは複数のアニールおよびプラズマ処理である。
基板は、連続して途切れない方法、または不連続のステップで移動する。不連続のステップで移動するとき、基板は、第１の処理ステーションからガス分配アセンブリ領域を通って別の第１の処理ステーションへ移動することができる。このことは、基板の移動が、膜を堆積させるためガス分配アセンブリに隣接する異なる反応ガスの連続した露出を引き起こすことを可能にする。
いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリを交互にすることで交互の反応ガスを提供し、第１の処理ステーションを交互にすることで異なる処理を提供する。たとえば、第１のガス分配アセンブリは、第１の反応性ガスを基板表面に供給して、表面上に部分的な膜を形成することができ、次いで基板は、第１の処理ステーションへ移動することができ、そこで部分的な膜が加熱され、次いで第２のガス分配アセンブリへ移動することができ、そこで第２の反応性ガスが部分的な膜と反応して完全な膜を形成し、それに続いて、基板は別の第１の処理ステーションへ移動し、そこで膜はプラズマに露出されてたとえば膜の密度を高める。
図４Ａは、連続して複数の基板を処理する基板処理システム１００の概略平面図である。基板処理システムは、処理プラットフォーム２００と、処理プラットフォーム２００に接続された移送チャンバ１６０と、任意選択で基板ステージングプラットフォーム１８０とを含むことができる。
処理プラットフォーム２００は、ＡＬＤまたはＣＶＤプロセスで複数の基板２１０の上に材料層を堆積させるように設計される。処理プラットフォーム２００は概して、複数の基板２１０を支持することが可能なマルチ基板受取り表面を有する基板支持アセンブリ２７５（たとえば、カルーセルのような機構）を含む。基板支持アセンブリ２７５を、回転式軌道機構またはその下に配置されたロータリシャフトによって、支持して回転させることができる。
各基板２１０を、回転中に各基板２１０を基板支持アセンブリ２７５上で容易に固定できるように、基板キャリア２４０によって支持することができる。別法として、複数の基板２１０をそれぞれ、基板キャリア２４０によって支持することができ、基板キャリア２４０のそれぞれを、基板処理中に回転式シャフトまたは回転式軌道機構上に順に固定して配置することができ、回転式軌道機構の回転移動中に基板２１０が外れるのを防ぐことができる。
２つの基板２１０を、デュアルブレードロボット（図５に示す）によって単独で支持することができ、移送チャンバ１６０から移送して、処理プラットフォーム２００内の基板支持アセンブリ２７５上へローディングすることができる。別法として、２つの基板２１０を、２つの基板キャリア２４０上に保持することができ、２つの基板をその上に有する２つの基板キャリア２４０をデュアルブレードロボットによって移送し、基板支持アセンブリ２７０上にローディングし、基板支持アセンブリ２７５の上に固定することができる。
ステージングプラットフォーム１８０は、ＡＬＤもしくはＣＶＤプロセス前に２つの基板２１０を準備し、かつ／または堆積前、堆積後基板処理を実行するのに適した１つまたは複数のデュアル基板処理ステーション１２０Ａ、１２０Ｂを含む。さらに、ステージングプラットフォーム１８０は、他のＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、洗浄、加熱、アニール、および／または研磨プロセスのために、追加のプロセスチャンバを含むことができる。基板処理システム１００は、ロードロックチャンバ（たとえば、デュアル基板ロードロックチャンバ１１０）を含むことができる。概して、基板処理システム１００内部では低汚染の清浄な環境が維持される。
図４Ｂは、処理プラットフォーム２００およびステージングプラットフォーム１８０で構成された基板処理システム１００の別の例の概略平面図である。ステージングプラットフォーム１８０は、たとえば、２つの移送チャンバ１６０Ａ、１６０Ｂおよび４つのデュアル基板処理ステーション１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、ならびに連続マルチ基板処理のための追加のチャンバを含むことができ、２つの基板を、処理プラットフォーム２００上におよび処理プラットフォーム２００からローディングおよび／またはアンローディングすることができる。
ステージングプラットフォーム１８０内の４つのデュアル基板処理ステーション１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄは、前処理ステーション、後処理ステーション、および異なるプロセス（たとえば、プラズマ処理、アニールなど）のためのステーションとすることができる。
図５は、複数のシャワーヘッドステーション２５０を有する処理プラットフォーム２００の概略平面図である。処理プラットフォーム２００は、処理プラットフォーム２００内におよび処理プラットフォーム２００から２つの基板を移送するための移送チャンバ１６０に接続され、移送チャンバ１６０はその中に配置されたデュアルブレードロボット１６２を有する。任意選択で、シャワーヘッドステーション２５０間には、各シャワーヘッドステーション２５０を空間的に分離し、かつ／または基板の加熱もしくは基板２１０の表面の上に堆積させた膜の硬化を行うための複数の緩衝ステーション２４８が配置される。
図５に示すように、複数のシャワーヘッドステーション２５０のガス分配アセンブリ２５２の下に、複数の基板２１０を回転式に配置することができる。基板処理中、基板支持アセンブリ２７５の下の回転式軌道機構２４５またはシャフトは、複数の基板２１０がシャワーヘッドステーション２５０および緩衝ステーション２４８のそれぞれの下を回転して通過するように、第１の回転速度（たとえば、０〜３０ｒｐｍ未満）で水平方向２４２（たとえば、時計回りまたは反時計回り）に回転するように構成される。
図６は、シャワーヘッドステーション２５０内のガス分配アセンブリ２５２の側面図を示し、この側面は基板２１０の表面の方を向いている。図７は、ガス分配アセンブリ２５２の部分横断側面図であり、ガス分配アセンブリ２５２の下に基板２１０が配置されている。
ガス分配アセンブリ２５２は、前駆体ガスＡ、前駆体ガスＢ、およびパージガスをそれぞれガスボックス１２０、１３０、１４０から供給するように基板２１０の表面の方を向いている複数の開口を持つ、複数のガスチャネル１２５、１３５、１４５を含むことができる。複数のガスチャネル１５５は、ポンピングシステムに接続され、基板２１０の表面の上の処理空間から余分のガスをポンピングするように設けられる。一実施形態では、ガスチャネル１２５、１３５、１４５、１５５は、空間的に分離され、別法としてガス分配アセンブリ２５２の水平面全体にわたって配置される。別の実施形態では、前駆体ガスＡ、前駆体ガスＢ、およびパージガスは、ガスチャネル１２５、１３５、１４５、１５５内へ連続して流れ込み、基板２１０の表面の上の異なる場所へ流れる。各ガスチャネル１２５、１３５は、基板が回転して各ガスチャネル１２５、１３５の下に到達したときに基板２１０の表面の上へ化学吸着されるべき前駆体化合物のガス流を供給するように提供される。
各ガスチャネル１４５は、基板が回転してガスチャネル１４５の下に到達したときに基板２１０の表面の上で前駆体Ａおよび前駆体Ｂのそれぞれの流れを分離するためのパージガスのガス流を供給するように提供される。したがって、各基板２１０は、各ガス分配アセンブリ２５２内で空間的に分離された複数のガスチャネル１２５、１３５、１４５の開口の下に配置されたとき、前駆体ガスＡ、前駆体ガスＢ、およびパージガスに同時に異なる場所で露出させられることができる。
図１を再び参照すると、本発明の追加の実施形態は、複数の基板１６を処理する方法を対象とする。複数の基板１６は、複数のガス分配アセンブリ１１を含む処理チャンバ１０内の回転式軌道機構１２上へローディングされる。基板１６は、回転式軌道機構１２に隣接する処理チャンバ１０の内部の周りに実質上同等の開始位置に回転式に配置され（たとえば、各基板は、隣接するガス分配アセンブリ１１の第１の側に位置決めされる）、したがって、基板１６から見ると、それぞれ同じ位置にある。回転式軌道機構１２は、各基板１６がガス分配アセンブリ１１の下にあるガス分配アセンブリ１１の第１の側３１からガス分配アセンブリ１１の第２の側３２へ移動するように回転する。図６および図７に関して説明したように、ガス分配アセンブリ１１によって提供される複数のガス流によって、基板１６の表面上に層が堆積される。回転式軌道機構は、各基板１６がガス分配アセンブリの第１の側３１からガス分配アセンブリ１１の第２の側３２へ移動し、次いで次のガス分配アセンブリ１１の第１の側３１の方へさらに移動するように、繰り返しまたは連続して回転する。これは、所望の厚さの膜が形成されるまで継続する。膜の厚さが形成された後、複数の基板は処理チャンバから取り出され、したがって各基板は実質上同じ処理環境を経験する（たとえば、それぞれ同じ数のガス分配アセンブリの下を通過し、かつ／またはそれぞれ同じ数のガス分配アセンブリの下を同じ回数通過する）。
いくつかの実施形態では、各基板１６がガス分配アセンブリ１１の第２の側３２へ進んだ後、回転式軌道機構１２の移動が停止され、したがって各基板１６は、基板１６の表面上に形成された膜のプラズマ処理を提供する処理ステーション１３に隣接して位置決めされる。回転式軌道機構１２は、任意の回数停止および開始することができ、したがって、各基板はガス分配アセンブリの下を進み、それに続いてガス分配アセンブリによって堆積させた膜のプラズマ処理が行われる。
１つまたは複数の実施形態では、回転式軌道機構は、それぞれのガス分配アセンブリの前および／または後の間に位置決めされたガスカーテン４０を通って、基板を回転させる。このガスカーテン４０は、処理チャンバ１０に入るパージガス流および／または処理チャンバ１０から出る真空流を含むことができる。いくつかの実施形態では、パージガス流と真空流の両方が用いられ、したがって、ガス分配アセンブリのそれぞれを隣接する処理ステーション１３から分離する、パージガス流、真空流、およびパージガス流が、順番にある。
図８は、処理プラットフォーム２００の部分横断側面図であり、２つの処理ステーション２５０の２つのガス分配アセンブリ２５２の下で、回転式基板支持アセンブリ２７５の表面上に２つの基板２１０が配置されていることを示す。図８に示すように、ガスチャネル１２５の開口を介して、基板の一部分を前駆体ガスＡの複数の流れに露出させることができる一方、ガスチャネル１４５の開口を介して、別の基板の一部分をパージガスの複数の流れに露出させることができる。
さらに、処理プラットフォーム２００内のプロセス温度および圧力は、ＡＬＤまたはＣＶＤプロセスに適したレベルで制御される。たとえば、処理プラットフォーム２００の内側に、１つまたは複数のポンプを配置することができ、基板支持アセンブリ２７５の下に、１つまたは複数のヒータシステム２０５を配置することができる。追加の加熱システムは、基板支持アセンブリ２７５の上部または底部からの放射または対流による加熱を含むことができる。さらに、処理プラットフォームを、処理システム１００内部でプラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスを行うために、ローカルまたは遠隔のプラズマ源に結合することができる。
動作の際には、基板２１０の表面の上に窒化タンタル（ＴａＮ）材料層を堆積させるために、２つの前駆体化合物を使用することができる。第１の前駆体は、タンタルベースの有機金属前駆体またはその誘導体、たとえばペンタジメチルアミノタンタル（ＰＤＭＡＴ、Ｔａ（ＮＭｅ２）５）、ペンタエチルメチルアミノタンタル（ＰＥＭＡＴ、Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）２］５）、ペンタジエチルアミノタンタル（ＰＤＥＡＴ、Ｔａ（ＮＥｔ２）５）、ＴＢＴＤＥＴ（Ｔａ（ＮＥｔ２）３ＮＣ４Ｈ９またはＣ１６Ｈ３９Ｎ４Ｔａ）、およびタンタルハロゲン化合物、ならびに上記の化合物のあらゆる誘導体など、タンタル含有化合物とすることができる。タンタル含有化合物を、ガスとして提供することができ、またはキャリアガスの助けを借りて提供することができる。使用できるキャリアガスの例には、それだけに限定されるものではないが、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、および水素（Ｈ２）が含まれる。
第１の前駆体ガス（前駆体ガスＡ）をバッチ処理チャンバ２００の処理領域２８０内へ供給した後、単層のタンタル含有化合物が基板２１０の表面上へ化学吸着され、余分のタンタル含有化合物は、パージガスのパルスをプロセスチャンバへ導入することによってプロセスチャンバから除去される。使用できるパージガスの例には、それだけに限定されるものではないが、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、および他のガスが含まれる。
プロセスチャンバがパージされた後、バッチ処理チャンバ２００の処理領域２８０内へ第２の前駆体ガス（前駆体ガスＢ）を供給することができる。第２の前駆体は、窒素原子および１つまたは複数の反応性の原子／化学種を有する窒素含有化合物とすることができる。たとえば、窒素含有化合物は、アンモニアガス（ＮＨ３）および他の窒素含有化合物とすることができ、他の窒素含有化合物には、それだけに限定されるものではないが、ｘおよびｙを整数としてＮｘＨｙ（たとえば、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４））、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２Ｈ２）、ｔ−ブチルヒドラジン（Ｃ４Ｈ９Ｎ２Ｈ３）、フェニルヒドラジン（Ｃ６Ｈ５Ｎ２Ｈ３）、他のヒドラジン誘導体、窒素プラズマ源（たとえば、Ｎ２、Ｎ２／Ｈ２、ＮＨ３、またはＮ２Ｈ４のプラズマ）、２，２’−アゾイソブタン（（ＣＨ３）６Ｃ２Ｎ２）、エチルアジド（Ｃ２Ｈ５Ｎ３）、ならびに他の適したガスが含まれる。窒素含有化合物は、パルスとして処理領域２８０内へ導入することができ、単独で提供することができる。別法として、キャリアガスを使用して、必要に応じて窒素含有化合物を供給することができる。
第２の前駆体ガス（前駆体ガスＢ）をバッチ処理チャンバ２００の処理領域２８０内へ供給した後、単層のタンタル含有化合物上へ単層の窒素含有化合物を化学吸着させることができる。原子層堆積（ＡＬＤ）中の表面上の前駆体の組成および構造は、正確には知られていない。理論に拘束されるものではないが、化学吸着された単層の窒素含有化合物は、単層のタンタル含有化合物と反応して窒化タンタル層を形成すると考えられる。２つの前駆体化合物からの反応性の化学種は副生成物を形成することがあり、これらの副生成物は、基板表面から（たとえば、流体出口２６２および排出システム２６０を介して）輸送される。窒素含有化合物とタンタル含有化合物の反応は自己制限性であり、前駆体化合物を処理領域２８０内へ供給する各パルスにおいて、１つの単層の前駆体化合物のみが基板２１０の表面上へ化学吸着されると考えられる。２つ以上の交互の前駆体を基板の表面の上へ連続して供給する各サイクルは、所望の厚さの材料層（たとえば、窒化タンタル膜）が形成されるまで繰り返される（たとえば、２０〜３０サイクル）。
流体供給システムを、ガス分配アセンブリ２５０のそれぞれの下の内部プロセス体積に流体的に連通させることができ、そして処理プラットフォーム２００近傍の設備タワー内に位置決めすることができる。処理プラットフォーム２００および／またはマルチチャンバ基板処理システム１００には、処理プラットフォーム２００の内側で実行されるプロセスを制御するための管理システムまたは制御システムが接続される。
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 複数の基板を処理する基板処理システムであって、
    基板処理プラットフォームが、
    １つまたは複数のガス分配アセンブリと、
    その上に配置された複数の基板支持キャリアによって支持された前記複数の基板を受け取るために、前記１つまたは複数のガス分配アセンブリの下の第１の距離に位置決めされた回転式軌道機構と、
    ２つの基板を保持し、前記２つの基板を、前記回転式軌道機構上に配置された２つの基板キャリア上におよび２つの基板キャリアから同時に移送することが可能なデュアルブレード移送ロボットとを備え、
    前記回転式軌道機構は、前記複数の基板キャリア上に配置された前記複数の基板が、前記１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を回転して通過するように、少なくとも２つの基板を同時に受け取り、かつ、第１の回転速度で回転することが可能である、基板処理システム
  2. 前記回転式軌道機構に隣接して回転式に配置された２つ以上のガス分配アセンブリがある、請求項１に記載の基板処理システム。
  3. 複数の基板を処理する基板処理システムであって、
    請求項１または２に記載の前記処理プラットフォームと、
    ２つの基板を保持し、前記２つの基板を、前記回転式軌道機構上に配置された２つの基板キャリア上におよび２つの基板キャリアから同時に移送することが可能なデュアルブレード移送ロボットを有する移送チャンバとを備える、基板処理システム。
  4. 前記回転式軌道機構上に配置された各基板キャリアが、第２の回転速度で自己回転することが可能である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  5. 前記処理プラットフォームが、前記１つまたは複数のガス分配アセンブリ間に回転式に配置された１つまたは複数の緩衝ステーションをさらに備える、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  6. 前記１つまたは複数のガス分配アセンブリ間に回転式に配置された１つまたは複数の処理ステーションをさらに備える、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  7. 前記１つまたは複数の処理ステーションが、プラズマ処理ステーションを備える、請求項６に記載の基板処理システム。
  8. 前記処理プラットフォームが、前記回転式軌道機構に隣接して回転式に配置された２つ以上のガス分配アセンブリを備える、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  9. １組の第１の処理ステーションおよび１組の第２の処理ステーションをさらに備え、したがって第１の処理ステーションおよび第２の処理ステーションが、前記ガス分配アセンブリのそれぞれの間で前記ロータリ追跡機構に隣接して回転式に位置決めされる、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  10. ２つの基板をその中で同時に処理するように構成された少なくとも１つのデュアル基板処理ステーションを有するステージングプラットフォームをさらに備える、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の基板処理システム。
  11. 複数の基板を処理する方法であって、
    複数のガス分配アセンブリを備える処理チャンバ内の回転式軌道機構上へ複数の基板をローディングし、したがって前記基板が回転式軌道機構に隣接する前記処理チャンバの内部の周りに回転式に配置され、実質上同等の開始位置に位置決めされることと、
    前記回転式軌道機構を回転させ、したがって各基板がガス分配アセンブリの第１の側から前記ガス分配アセンブリの第２の側へ移動し、したがって前記ガス分配アセンブリによって提供される複数のガス流によって、前記基板の表面上に層が堆積されることと、
    前記回転式軌道機構を引き続き回転させ、したがって所望の厚さの膜が形成されるまで、各基板がガス分配アセンブリの前記第１の側から前記ガス分配アセンブリの前記第２の側へ移動することと、
    前記複数の基板を前記処理チャンバからアンローディングし、したがって各基板が実質上同じ処理環境を経験することと、を含む方法。
  12. 各基板が前記ガス分配アセンブリの前記第２の側へ進んだ後に、各基板がプラズマ処理ステーションに隣接して位置決めされるように前記回転式軌道機構を停止させることと、前記基板の前記表面上に形成された前記膜をプラズマ処理することとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 複数の基板をバッチ処理する方法であって、
    前記複数の基板のうちの２つをバッチ処理プラットフォームの回転式軌道機構上へローディングすることと、
    前記複数の基板が前記回転式軌道機構の上の第１の距離に位置決めされた１つまたは複数のガス分配アセンブリの下を移動して通過するように、前記回転式軌道機構を連続して回転させることと、
    前記バッチ処理プラットフォームの前記回転式軌道機構から前記２つの基板をアンローディングすることと、を含む方法。
  14. 前記複数の基板が、前記回転式軌道機構上に配置された２つの基板キャリア上に配置される、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記複数の基板のうちの２つが、前記２つの基板を保持して前記回転式軌道機構上におよび回転式軌道機構から同時に移送できるデュアルブレード移送ロボットを使用してローディングされる、請求項１３に記載の方法。
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