JP2017092454A - 高スループットの複数チャンバ原子層堆積システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高スループットを有するＡＬＤ（原子層蒸着）システムおよび方法を提供する。【解決手段】ＡＬＤシステムは、処理チャンバ２０を持つ。処理チャンバは、内部チャンバ仕切り４４によって規定される複数のチャンバ区画を有する。処理されるウエハは、プラテンに支持される。プラテンは、処理チャンバハウジング３０との間に僅かな空隙を有しつつ、処理チャンバハウジングの真下で回転する。これにより、ウエハは、チャンバ区画間を移動する。複数のチャンバ区画は、仕切りおよび空気弁５０によって空気圧で仕切られる。空気弁は、仕切り内に動作可能に配置され、空隙でプラテン表面と空気連通している。チャンバ区画は、処理ガスを使用してＡＬＤ処理を実行するために使用する。一方、その他のチャンバ区画は、パージガスを含む移行部である。いくつかのチャンバ区画は、ウエハを通過させてレーザ処理またはプラズマ処理を実行するために採用する。【選択図】図２

Description

本開示は、原子層堆積に関する。より具体的には、高スループットを有する原子層堆積システムおよび方法に関する。

本明細書において言及されるあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。特許文献には、米国特許第５，９９７，９６３号公報、米国特許第６，０６６，２１０号公報、米国特許第７，８３３，３５１号公報、米国特許第８，８７７，３００号公報、および米国公開第２０１０／０１８３８２５号公報、および米国公開第２０１３／０１９６０７８号公報が含まれる。

原子層堆積（ＡＬＤ）は、非常に制御された手法で基板上に薄膜を堆積する方法である。堆積処理は、２種以上の蒸気状態（すなわち、「処理ガス」）の化学物質を使用して、シリコンウエハなどの基板の表面上でこれらの化学物質を連続的かつ自己制限的に反応させることによって制御される。連続的な処理が繰り返されて、層ごとに薄膜が構築される。これらの層は、原子スケールの厚さを有する。

ＡＬＤは、高度なゲートおよびキャパシタ誘電体用に、二元酸化物、三元酸化物および四元酸化物などの多種の薄膜を形成するために用いられる。またＡＬＤは、相互結合バリアおよびキャパシタ電極用の金属系化合物の薄膜を形成するためにも用いられる。

ＡＬＤ処理は、従来技術において周知の単一のチャンバシステムで実行され得る。しかし、ＡＬＤ処理は、例えば化学蒸着のような処理と比較すると、比較的が遅い。典型的なＡＬＤ処理では、単一の処理チャンバに第１処理ガスを導入する。試料は、短時間の間この環境下に置かれ、表面が第１処理ガスに曝される。一般に、この処理に要する時間は１秒未満であり、実際にはほんの数ミリ秒を要するのみである。

表面が第１処理ガスで満たされると、第１処理ガスは、処理チャンバの外へ送出される。その後、不活性ガスまたはパージガスが、処理チャンバを通過する。その後、第２処理ガスが処理チャンバに導入される。第２処理ガスは、第１処理ガスで飽和された基板の表面と反応する。第２処理ガスの前に不活性ガスを処理チャンバに流入させる目的は、未反応の元の処理ガスのすべてを除去するためである。第２処理ガスは、第１処理ガスで飽和された基板の表面と反応する。この第２反応処理が（数ミリ秒で）完了すると、第２処理ガスは除去され、処理チャンバは再度不活性ガスでパージ（浄化）される。その後、第１処理ガスは、処理チャンバに導入され、所望の厚さを有するＡＬＤ膜が得られるまで、一連の全反応が繰り返される。

ＡＬＤ処理の速度が遅い根本的な理由は、基板の表面での処理ガスの反応速度とは関係しない。この反応は、比較的速い。ＡＬＤ処理は、処理チャンバへの処理ガスの流入に要する時間、処理ガスの排出に要する時間、不活性ガスの流入および排出に要する時間、その後の処理チャンバへの次の処理ガスの流入に要する時間などが原因で長時間を要する。ＡＬＤのスループットを制限しているのは、反応速度ではなく、流入メカニズムなのである。一連の堆積処理のそれぞれは、通常数秒かかり、全体のサイクルは数分を要する。

さらに、ＡＬＤ膜を構成する各ＡＬＤ層が高額な処理ガスを比較的大量に消費することが、ＡＬＤ処理が高額となる根本的な理由である。一般に、処理チャンバは基板よりも大幅に大きい。各サイクルで処理ガスは排出される。ＡＬＤ反応において実際に使用される処理ガスの量は、通常わずか１％である。

ＡＬＤ処理を高速化するために、複数のＡＬＤチャンバが使用される。あるいは、複数の基板を収容する大型の処理チャンバを使用して、バッチ処理という処理を実行することができる。いずれにしても、ＡＬＤ処理を高速化して、基板のスループットを向上させることが、基板に対するコストの削減につながる。さらに、ＡＬＤシステムを単純化することによって、コストを削減することができる。具体的には、ＡＬＤシステム（および、特に複数チャンバＡＬＤシステム）の所有費用を削減することによって、基板のコストを減らすことができる。

したがって、システムコストおよび製造コストを増大させる複雑化を抑えつつ、スループットを向上させることのできる、より改善したＡＬＤシステムおよび方法が必要とされる。

本開示は、処理ガスの使用量を減らすことによってＡＬＤ処理のコストを減少させつつ、ＡＬＤ処理を簡略化するＡＬＤシステムおよび方法に関する。ＡＬＤシステムおよび方法の側面は、処理チャンバの分離したチャンバ区画内に処理ガスを充てんすることと、前記チャンバ区画から前記処理ガスを除去する必要をなくして、前記分離したチャンバ区画間で基板を移動させることとを含む。

本開示の一局面は、複数のウエハ上でＡＬＤを実行するための複数チャンバＡＬＤシステム用の処理チャンバである。この処理チャンバは、ハウジングと、回転可能なプラテンと、空気弁とを備える。前記ハウジングは、内部を有する。前記内部は、該内部に配置されたチャンバ仕切りによって複数のチャンバ区画に分割される。前記ハウジングは、開放底端部を有する。前記回転可能なプラテンは、中心軸と上面を有する。前記上面は、前記複数のウエハを支持する。前記回転可能なプラテンは、前記ハウジングの前記底端部に隣接するその上面とともに動作可能に配置され、空隙によって前記ハウジングから離間される。ここで、前記回転可能なプラテンは、回転可能であり、前記複数のチャンバ区画間で前記ウエハを移動させる。前記空気弁は、各チャンバ仕切りに動作可能に配置される。各空気弁は、前記空隙内で前記回転可能なプラテンの前記上面と空気連通し、隣接するチャンバ区画間に空気仕切りを形成する。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記ハウジングの内部は、円形断面を有する。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記空隙は、５０ミクロン（μｍ）から５００ミクロン（μｍ）の間である。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記回転可能なプラテンは、１０回転／分から２００回転／分の間の回転速度で回転するように構成される。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記チャンバ仕切りは、３個から８個の間のチャンバ区画を規定する。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、各空気弁は、ｉ）２個の真空チャネルに挟まれた中央パージガスチャネル、または、ｉｉ）２個のパージガスチャネルに挟まれた中央真空チャネルのうちの何れかを含む。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記複数のチャンバ区画は、第１および第２処理チャンバ区画と、第１および第２非処理チャンバ区画とを含む。前記第１および第２処理チャンバ区画は、隣接しておらず、第１および第２処理ガス源に動作可能にそれぞれ接続されている。前記第１および第２非処理チャンバ区画は、隣接しておらず、パージガス源に動作可能に接続されている。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記処理チャンバは、レーザシステムをさらに備える。前記レーザシステムは、前記複数のチャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に配置される。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記処理チャンバは、プラズマ源システムをさらに備える。前記プラズマ源システムは、前記複数のチャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に配置される。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、各チャンバ区画は、単一のウエハを収容するように構成される。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記ウエハは厚みＴＨ_Ｗをそれぞれ有し、各チャンバ区画は、内部高さＨを有し、１０・ＴＨ_Ｗ≦Ｈ≦５０・ＴＨ_Ｗの範囲内となっている。

本開示の他の局面は、上述の処理チャンバであって、前記空気弁は、Ｖ−Ｐ−Ｖ空気配置またはＰ−Ｖ−Ｐ空気配置の何れかを含む。ここで、Ｖは真空を意味し、Ｐは圧力を意味する。

本開示の他の局面は、処理チャンバと、処理ガスシステムと、パージガスシステムとを備える複数チャンバＡＬＤシステムである。前記処理チャンバは、本明細書に開示され、上述されたものである。前記処理ガスシステムは、前記チャンバ区画の少なくとも２つに動作可能に接続される。前記パージガスシステムは、前記処理ガスシステムに動作可能に接続された前記少なくとも２つのチャンバ区画とは異なるチャンバ区画の少なくとも２つに動作可能に接続される。

本開示の他の局面は、上述の複数チャンバＡＬＤシステムであって、前記複数チャンバＡＬＤシステムは、ｉ）前記チャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に接続されるレーザシステム、および、ｉｉ）前記チャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に接続されるプラズマ源システムのうちの少なくとも一つをさらに備える。

本開示の他の局面は、上述の複数チャンバＡＬＤシステムであって、前記処理ガスシステムは、第１および第２処理ガス供給部を含み、前記第１および第２処理ガス供給部は、第１および第２処理ガスをそれぞれ含む。

本開示の他の局面は、上述の複数チャンバＡＬＤシステムであって、前記複数のチャンバ区画は、４個のチャンバ区画で構成される。

本開示の他の局面は、上述の複数チャンバＡＬＤシステムであって、前記ウエハは厚みＴＨ_Ｗをそれぞれ有し、各チャンバ区画は、内部高さＨを有し、１０・ＴＨ_Ｗ≦Ｈ≦５０・ＴＨ_Ｗの範囲内となっている。

本開示の他の局面は、上述の複数チャンバＡＬＤシステムであって、前記空隙は、５０ミクロン（μｍ）から５００ミクロン（μｍ）の範囲内である。

本開示の他の局面は、上述の複数チャンバＡＬＤシステムであって、各チャンバ区画は、単一のウエハを収容するように構成される。

本開示の他の局面は、表面をそれぞれ有する複数のウエハ上にＡＬＤを実行して各ウエハ上にＡＬＤ膜を形成する方法である。この方法は、プラテンの表面に複数のウエハを支持することを含む。前記プラテンは、処理チャンバハウジングから５００ミクロン（μｍ）以下の空隙Ｇを有して離間している。前記処理チャンバハウジングは、複数のチャンバ区画を含む。この方法は、前記チャンバ区画を空気圧で仕切ることを含む。この方法は、前記処理チャンバハウジングの真下で前記プラテンを回転させ、これにより、前記ウエハを前記チャンバ区画間で移動させることを含む。この方法は、前記チャンバ区画の少なくとも一つでＡＬＤ処理を実行しながら、前記ウエハが前記チャンバ区画を通過してＡＬＤ膜を形成することを含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラテンを回転させることは、前記プラテンを継続的に回転させることを含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記空気圧で仕切ることは、前記空隙Ｇで前記プラテンの表面と空気連通している空気弁によって実行される。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記空気弁は、Ｖ−Ｐ−Ｖ空気配置またはＰ−Ｖ−Ｐ空気配置の何れかを含む。ここで、Ｖは真空を意味し、Ｐは圧力を意味する。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、第１チャンバ区画で第１ＡＬＤ処理を実行することと、前記第１チャンバ区画とは隣接しない第２チャンバ区画で第２ＡＬＤ処理を実行することとをさらに含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラテンが一回転（完全な回転を）する間に、各ウエハに一つのＡＬＤ膜層が形成され、前記プラテンを複数回回転させて、複数のＡＬＤ膜層で形成されたＡＬＤ膜を形成することをさらに含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、ガスを含む少なくとも一つのチャンバ区画に前記ウエハを通過させることをさらに含む。前記ガスは、前記ウエハまたは前記ＡＬＤ膜層の表面と化学的に反応しない。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記チャンバ区画の少なくとも一つにおいてレーザ処理を実行することをさらに含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ処理は、固定された線画像を形成することと、前記線画像に対して前記ウエハを動かすこととを含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ処理は、レーザ促進ＡＬＤ処理を実行するために処理ガスの存在下で実行される。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記チャンバ区画の少なくとも一つにおいてプラズマ処理を実行することをさらに含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラテンを回転させることは、各ウエハに、前記チャンバ区画内の滞在時間として、２５０ミリ秒から５００ミリ秒の間の時間を与えるような回転速度で実行される。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記プラテンを複数回回転させることをさらに含み、そして、前記ウエハは、前記チャンバ区画のそれぞれを複数回通過し、これにより、前記ウエハ表面のそれぞれにＡＬＤ膜を形成する。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラテンを回転させることは、１０ＲＰＭ（回転／分）から２００ＲＰＭの間の回転速度で実行される。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記回転速度は、３０ＲＰＭから１００ＲＰＭの間である。

方法の他の局面は、一つ以上のチャンバ区画において、レーザ処理およびプラズマ処理の少なくとも一方を実行することを含む。回転可能なプラテンの回転速度は、特定の処理ガスとウエハ表面との反応速度、または、特定の処理ガスとプラテンの各一回転（完全な回転）の間にウエハ表面に形成されるＡＬＤ膜層との反応速度によってのみ制限される。

さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。

添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
図１は、本開示にかかる高スループットの複数チャンバＡＬＤシステムの模式図である。 図２は、４つのチャンバ区画を規定する４つの仕切りを含む処理チャンバの一例を示す上面切断図である。 図３は、プラテンの一例を示す上方斜視図であり、プラテン上に動作可能に支持される４個のウエハを示す図である。 図４Ａは、本明細書に開示されたシステムおよび方法を使用してＡＬＤ膜が形成された表面を含むウエハの一例を示す上方斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａのウエハの断面図である。図４Ｂに示すウエハは、ウエハ表面に形成されたＡＬＤ膜をさらに含む。また、この図において、拡大挿入図は、複数のＡＬＤ膜層から形成されたＡＬＤ膜を示す。 図５Ａは、プラテンおよびそれに隣接する仕切りの拡大断面図である。この図では、隣接するチャンバ区画間に空気仕切りを形成するための仕切り内の空気弁の動作を示す。 図５Ｂは、プラテンおよびそれに隣接する仕切りの拡大断面図である。この図では、隣接するチャンバ区画間に空気仕切りを形成するための仕切り内の空気弁の動作を示す。 図５Ｃは、プラテンおよびそれに隣接する仕切りの拡大断面図である。この図では、隣接するチャンバ区画間に空気仕切りを形成するための仕切り内の空気弁の動作を示す。 図５Ｄは、プラテンおよびそれに隣接する仕切りの拡大断面図である。この図では、隣接するチャンバ区画間に空気仕切りを形成するための仕切り内の空気弁の動作を示す。 図６Ａは、図５Ａと同様の図であって、本明細書に開示された空気弁におけるＰ−Ｖ−Ｐ空気配置の一例を示す図である。 図６Ｂは、図５Ｃと同様の図であって、本明細書に開示された空気弁におけるＰ−Ｖ−Ｐ空気配置のもう一つの例を示す図である。 図７Ａは、図２と同様の図であって、５つのチャンバ区画を有する異なる実施形態のチャンバを示す。 図７Ｂは、図２と同様の図であって、６つのチャンバ区画を有する異なる実施形態のチャンバを示す。 図８は、図１と同様の図であって、複数チャンバＡＬＤシステムの一例を示す図である。この複数チャンバＡＬＤシステムは、少なくとも一つのチャンバ区画において、レーザ処理（例えば、レーザアニーリング、レーザ促進ＡＬＤなど）を実行するために動作可能に配置されたレーザシステムを含む。 図９は、チャンバ区画内のウエハの上方斜視図である。また、この図は、ウエハ表面で線画像を形成するレーザ光線を示す。ここで、線画像は、下方のウエハを動かすことによってウエハ表面上を走査され、全体的なＡＬＤ処理の一部としてレーザ処理を実行する。 図１０は、図８と同様の図であって、複数チャンバＡＬＤシステムの一例を示す図である。この複数チャンバＡＬＤシステムは、少なくとも一つのチャンバ区画において、プラズマ処理（例えば、プラズマ促進ＡＬＤなど）を実行するために動作可能に配置されたプラズマ源を含む。 図１１は、プラズマ処理能力を有するチャンバ区画内のウエハの拡大図である。この図は、プラズマ源システムからウエハ表面に流れるプラズマを示す。

以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。図面において可能な限り、同一または類似の部分には、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。

下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。

いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向または配置位置を限定するものではない。

以下の記述では、「処理ガス」は、一種類以上のガス構成要素によって構成されてもよいし、単一のガス構成要素からなるものでもよい。処理ガスは、基板（ウエハ）表面、あるいは、基板表面に形成されたＡＬＤ膜層を含んでいる基板（ウエハ）表面と反応するものである。

後述もするように、「パージガス」は、窒素または一種以上の不活性ガスなどの非反応ガスである。非反応ガスは、基板の表面あるいは基板の表面に形成されるＡＬＤ膜層と実質的に反応しない。

後で用いられる「ＰとＱとの間」（ここで、ＰおよびＱは数値である）との説明は、数値ＰおよびＱを含む。

以下では、プラテンの一回転は、プラテンの回転が初期位置から開始し、その初期位置に戻る、すなわち、プラテンが３６０度回転することを意味する。

以下では、２種類の処理ガス１１１および１１２が例示されて説明される。通常「処理ガス」について言及するときには、便宜上、参照番号１１１が使用される。そして、この説明は、他の処理ガス１１２または追加の処理ガスにも適用されることが、理解できるであろう。

複数チャンバＡＬＤシステム
図１は、高スループット複数チャンバＡＬＤシステム（「システム」）１０の模式図である。システム１０は、処理チャンバ２０を含む。処理チャンバ２０の一例は、図２の上面切断図に示される。処理チャンバ２０は、ハウジング３０を含む。ハウジング３０は、内側表面３３を有する側壁３２、頂端部３４、および底端部３６を含む。ハウジング３０は、中心ハウジング軸ＡＨを有する。頂端部３４は頂壁３８を含み、底端部３６は開口している。一例では、側壁３２は、円形断面を有する円筒形状である。他の例では、ハウジング３０は、あらゆる適当な断面形状の側壁３２を有し得る。このような断面形状には、多面形（多角形）が含まれるが、好ましくは、円形の断面形状を規定する内側表面３３を有する。

処理チャンバ２０のハウジング３０は、高さ（「内部高」）Ｈを有する内部４０を含む。内部高Ｈは、ハウジング３０の頂端部３４と底端部３６との間で測定される。内部４０は、仕切り４４を含む。仕切り４４は、一例では、中心ハウジング軸ＡＨから放射状に延びる。図２は、ハウジング３０が４個の仕切り４４を含む例を示す。４個の仕切りは、それぞれ符号４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃおよび４４Ｄで示される。各仕切り４４は、対向側部（対向する側部）４５、頂端４６および底端４８を含む。仕切り４４は、内部４０内で複数のチャンバ区画４１を規定（区画）する。一例では、仕切り４４は、チャンバ区画４１のすべてが実質的に同じ寸法、形状および体積を有するように配置される。４つのチャンバ区画４１Ａから４１Ｄを規定する４つの仕切り４４Ａから４４Ｄは、例えば、図２に示される。各仕切り４４は、空気弁５０を含む。例えば、図２に示し、後で詳細に説明するように、４つの仕切り４４Ａから４４Ｄは、空気弁５０Ａから５Ｄをそれぞれ有する。各仕切り４４は、幅ｗを有する。一例では、幅ｗは、５ｍｍ≦ｗ≦２５ｍｍの範囲内である（図５Ａ参照、以下で説明）。一例では、各仕切り４４の対向する側部４５は、平面的である。

後述するように、システム１０は、厚さＴＨ_Ｗ、および、径または幅Ｗ_ｄを有する複数のウエハ７０を処理するように構成される。一例では、内部高Ｈは、ウエハ７０を処理する際に、チャンバ区画４１が比較的少量の処理ガスまたはパージガスを使用するように選択され得る。一例では、内部高Ｈは、５・ＴＨ_Ｗ≦Ｈ≦１００・ＴＨ_Ｗの範囲内、または、１０・ＴＨ_Ｗ≦Ｈ≦５０・ＴＨ_Ｗの範囲内、または、１０・ＴＨ_Ｗ≦Ｈ≦２０・ＴＨ_Ｗの範囲内となっている。したがって、ウエハ厚さＴＨ_Ｗ＝７５０ミクロン（μｍ）の例では、内部高Ｈは例えば、約１ｃｍから約５ｃｍの間であり得る。

また処理チャンバ２０は、回転可能なプラテン６０を含む。図３は、回転可能なプラテン６０の一例の上方斜視図である。回転可能なプラテン６０は、上面６２、中心Ｃ、中心軸ＡＰ、および半径Ｒを有する。中心軸ＡＰは、中心Ｃを通る。回転可能なプラテン６０の上面６２は、処理される複数のウエハ７０（例えば、図示される４個のウエハ）を支持するように構成される。図３の破線ＤＬは、４つの仕切り４４が上面６２上に存在する位置の一例を示す。このように、一つのウエハ７０は、各チャンバ区画４１内に存在する。一例では、回転可能なプラテン６０は、静電チャックを構成する。静電チャックは、ウエハ７０を定位置に保持し、平らな状態に保つ役割を担う。

回転可能なプラテン６０は、ハウジング３０の底端部３６に隣接し、ハウジング３０からｚ方向に離間して配置される。これにより、空隙Ｇが規定される。一例では、空隙Ｇは、５０ミクロン（μｍ）から５００ミクロン（μｍ）の範囲内である。一例では、空隙Ｇは１ｍｍ未満（＜１ｍｍ）である。一例では、回転可能なプラテン６０の上面６２は、複数の凹部６３を含む。各凹部６３は、ウエハ７０を収容できる大きさとなっている。これにより、ウエハ７０の表面７２は、回転可能なプラテン６０の上面６２に存在するか、あるいは、回転可能なプラテン６０の上面６２よりも下方に存在する（図５Ｃ参照、以下で説明）。一例では、凹部６３は、ウエハ７０の表面７２が回転可能なプラテン６０の上面６２と面一となるように形成される。一例では、ハウジング３０および回転可能なプラテン６０の少なくとも一方が、ｚ方向に移動可能である。これにより、ウエハ７０は、回転可能なプラテン６０の上面６２に、空隙Ｇの大きさに合わせつつ動作可能に配置される。

図４Ａは、一例のウエハ７０の上方斜視図である。ウエハ７０は、上面（「表面」）７２を含む。後述するように、上面７２ではＡＬＤ処理が実行される。各チャンバ区画４１は、少なくとも一つのウエハ７０を収容するように構成される。例えば、ウエハ７０は、少なくとも一つの１００ｍｍウエハ、または少なくとも一つの２００ｍｍウエハ、または少なくとも一つの３００ｍｍウエハ、または少なくとも一つの４５０ｍｍウエハである。一例では、各チャンバ区画４１は、複数のウエハ７０を収容することができる。一例では、径Ｗ_ｄ＝２００ｍｍを有するウエハ７０の中心が、回転可能なプラテン６０の中心Ｃから約７５０ｍｍ離れて配置される場合、全部で２０個の２００ｍｍウエハが、回転可能なプラテン６０の上面６２に支持され得る。ウエハの中心が、回転可能なプラテン６０の中心から約４２５ｍｍ離れて配置される場合、全部で１０個の２００ｍｍウエハが、回転可能なプラテン６０の上面６２に支持され得る。

径Ｗ_ｄを有するウエハをｎ個支持する必要のある回転可能なプラテン６０の半径Ｒは、以下の式によって近似される。
Ｒ＝（ｎ）・（Ｗ_ｄ）／（２π）＋（Ｗ_ｄ／２）

図４Ｂは、ウエハ７０の断面図である。図４Ｂは、本明細書に記載のシステム１０および方法を用いてウエハ７０の上面７２上に形成されたＡＬＤ膜７４の一例を示す。図４Ｂにおける拡大挿入図は、ＡＬＤ膜７４が多くの個々の層７４Ｌで構成されることを示す。後述するように、個々の層７４Ｌは、各ＡＬＤ堆積処理またはサイクル中に形成される。ＡＬＤ膜７４の層７４Ｌは、実際には分離可能なものではないかもしれないが、ＡＬＤ膜７４が、どのようにして、各段階で層ごとに構築されて所望の厚さＴＨ_Ｆになるかを図示している。

一例では、回転可能なプラテン６０は、ウエハ７０を４００℃まで加熱し、ＡＬＤ処理を促進するように構成される。この加熱能力は、例えば、一つ以上の加熱素子６４によって実現される。加熱素子６４は、図３に示すように、回転可能なプラテン６０内に、あるいは、回転可能なプラテン６０に熱接触して、動作可能に配置される。

図１を参照すると、システム１０は処理ガスシステム１００を含む。処理ガスシステム１００は、処理チャンバ２０に動作可能に接続される。一例では、処理ガスシステム１００は、第１処理ガス供給部１０１および第２処理ガス供給部１０２を含む。第１処理ガス供給部１０１は、第１処理ガス１１１を含む。第２処理ガス供給部１０２は、第２処理ガス１１１を含む。実行される具体的なＡＬＤ処理に応じて、さらなる処理ガス供給部を使用することもできる。例として、２個の処理ガス供給部１０１，１０２が図示される。ＡＬＤの技術分野では、処理ガス１１１および１１２は、「前駆体」または「前駆体ガス」とも呼ばれる。

図２を参照すると、一例では、第１処理ガス供給部１０１は、第１ガスライン１２１を介してチャンバ区画４１Ａに動作可能に接続される。第２処理ガス供給部１０２は、第２ガスライン１２２を介してチャンバ区画４１Ｃに動作可能に接続される。処理ガスシステム１００は、追加の処理ガス、および、他のチャンバ区画４１への追加のガスラインを含むこともできる。このような形態は、例えば、後述するような、レーザアニーリングまたは他の処理がＡＬＤ処理の一部として実行される実施形態で採用される。

またシステム１０は、パージガスシステム１３０を含む。パージガスシステム１３０は、処理チャンバ２０に動作可能に接続される。パージガスシステム１３０は、パージガス供給部１３２を含む。パージガス供給部１３２は、例えば、窒素または他の不活性ガスなどのパージガス１４２を含む。図２に示される例では、パージガス供給部１３２は、図２に示すように、パージガスライン１５２を介して、チャンバ区画４１Ｂおよび４１Ｄに動作可能に接続される。パージガス供給部１３２は、さらなるパージガスライン１５２を介して、各仕切り４４（例えば、仕切り４４Ａから４４Ｄのそれぞれ）内の空気弁５０（例えば、空気弁５０Ａから５０Ｄ）にも動作可能に接続される。

またシステム１０は、真空システム１６０を含む。真空システム１６０は、真空ライン１６２を介して仕切り４４内の空気弁５０に動作可能に接続される。

チャンバ区画４１は、実質的に定圧を維持することができる。すなわち、チャンバ区画４１では、従来のＡＬＤシステムで行われていたように、特定のガスを排出させ、その後、ガスを再度追加する必要はない。むしろ、ガスは任意のチャンバ区画４１内に残存し、ハウジング３０の真下の回転可能なプラテン６０の回転によって、異なるチャンバ区画４１へウエハ７０が移動する。これにより、チャンバ区画４１の間に存在する空気弁５０において、わずかな圧力の変化が起こる。一例では、この圧力変化は、仕切り４４の下の空隙Ｇおよび空気弁５０へのガスの流れを促進する「陰圧」である。ここで、空気弁５０は、チャンバ区画４１間にガスカーテンを形成することによって、隣接するチャンバ区画４１へのガスの流れを実質的に抑える。他の例では、この圧力変化は、「陽圧」である。そのため、空気弁５０からのパージガス１４２の流れが、隣接するチャンバ区画４１内のガスを、仕切り４４の下の対応する空隙Ｇへと流すことを阻止する。

処理ガス１１１，１１２などが、各処理工程間で排出されることなく、各処理チャンバ区画４１に残存しているために、システム１０におけるＡＬＤ堆積処理の費用を実質的に減少させる。上述したように、ＡＬＤ処理の費用の大部分は、処理ガス１１１，１１２と関連している。従来のシステムでは、１０ｍｍのチャンバ高さを有する２００ｍｍウエハ用の処理チャンバは、約５００ｃｍ^３の体積を有し、ガス圧は公称１００ミリトール（ｍｉｌｌｉｔｏｒｒ）である。各ＡＬＤ膜層について、すべての処理ガスが排出され、置換される。１０００層対の場合には、２×５００ｃｍ^３×１０００×１００ミリトール＝１０^５ｃｍ^３−トールの高価なガスが消費される。本明細書に開示されるシステム１０および関連の方法では、チャンバ区画４１の体積は、一回で保存されるため、処理ガスの消費量を約１０００分の１に減らすことができる。

図１を参照すると、システム１０は、駆動モータ１７０を含む。駆動モータ１７０は、例えば、駆動軸などの機械式の駆動装置１７２を介して回転可能なプラテン６０に動作可能に接続される。これにより、回転可能なプラテン６０は、矢印ＡＲで示すように、中心軸ＡＰの周りを回転する。一例では、回転可能なプラテン６０の中心軸ＡＰは、図１に示すように、中心ハウジング軸ＡＨと同軸である。

システム１０は、制御部１８０をさらに含む。制御部１８０は、処理ガスシステム１００、パージガスシステム１３０、並びに、真空システム１６０および駆動モータ１７０に動作可能に接続される。一般に、制御部１８０は、例えば、内部のまたは制御部１８０に動作可能に接続された持続性コンピュータ読み取り可能媒体１８２で具現化された指令によって、システム１０の動作を制御するように構成される。

図５Ａから図５Ｄは、回転可能なプラテン６０およびそれに隣接する仕切り４４の４つの異なるｘ−ｚ断面図である。仕切り４４は、隣接するチャンバ区画４１を分離する。また、図５Ａから図５Ｄでは、仕切り４４内の空気弁５０を示す。空気弁５０は、ベルヌーイバルブとも呼ばれる。空気弁５０は、例えば、導管（コンジット）２００を介して、真空システム１６０およびパージガスシステム１３０に動作可能に接続される。導管２００は、パージガスライン１５２および真空ライン１６２を含む。空気弁５０は、少なくとも一つのパージガスチャネル２５２および少なくとも２つの真空チャネル２６２を含む。少なくとも一つのパージガスチャネル２５２は、少なくとも一つのパージガスライン１５２に動作可能に接続される。少なくとも２つの真空チャネル２６２は、少なくとも２つの真空ライン１６２に動作可能に接続される。パージガスチャネル２５２および真空チャネル２６２は、通常、仕切り４４の頂端部４６から底端部４８へｚ方向に延び、底端部４８において開口している。

処理チャンバ２０は、各チャンバ区画４１が、例えば、特定の処理ガスまたはパージガス１４２などの特定のガスを含むように構成される。空気弁５０、および、空気弁５０内のパージガスチャネル２５２および真空チャネル２６２は、隣接するチャンバ区画４１を空気圧で隔離するように構成される。各空気弁５０は、空隙Ｇを隔てて、回転可能なプラテン６０の上面６２と空気連通（空圧で連通）しており、隣接するチャンバ区画４１間に空気圧の仕切りを形成する。

このような空気圧の仕切りを実現するために、一例の各空気弁５０は、少なくとも２つの真空チャネル２６２を含む。真空チャネル２６２は、仕切り４４の対向側部４５に最も近い位置にそれぞれ存在する。また空気弁５０は、少なくとも一つのパージガスチャネル２５２を含む。パージガスチャネル２５２は、２つの真空チャネル２６２の間に存在する（すなわち、２つの真空チャネル２６２は、少なくとも一つのパージガスチャネル２５２を挟んでいる）。このような空気配置は、左から右へ「Ｖ−Ｐ−Ｖ」と記載される。ここで、「Ｖ」は真空を意味し、「Ｐ」は、パージまたは少なくとも一つのパージガスチャネル２５２から流れるパージガスからの圧力を意味する（図５Ａ参照）。「Ｖ」は、真空チャネル２６２に相当し、「Ｐ」は、パージガスチャネル２５２に相当する。異なるタイプの種々の「Ｖ−Ｐ−Ｖ」空気配置が存在する。このような空気配置において、真空Ｖは、各「外側」にあり、一つ以上の圧力Ｐおよび一つ以上の他の真空Ｖは、外側のＶの間に存在する。

隣接するチャンバ区画４１間の空気圧の仕切りは、可能な限り強固であることが好ましいが、完全である必要はないことに、ここでは留意すべきである。一例では、一つのチャンバ区画４１からのいくつかの処理ガス１１１，１１２は、移動するガスの量がごくわずかであれば、隣接するチャンバ区画４１へ移動することができる。また、いくつかのパージガス１４２は、移動するガスの量がごくわずかであれば、一つのチャンバ区画４１から隣接するチャンバ区画４１へ移動することができる。ここで、ごくわずかとは、任意のチャンバ区画４１内で起こるＡＬＤ処理を実質的に変更しない、すなわち、形成された最終的なＡＬＤ膜の品質に実質的な影響を与えないことを意味する。、チャンバ区画４１内に既に存在するガスの量に対して、ガス中の数個の原子があるチャンバ区画４１から他のチャンバ区画４１へ移動したとしても、最終的なＡＬＤ膜７４の形成に与える影響は、ごくわずかであろう。

図５Ｂおよび図５Ｃに示される空気弁５０の構成例は、大径の中央パージガスチャネル２５２を有している。この中央パージガスチャネル２５２から何れかの側部へ移動するのが、Ｖ−Ｐ−Ｖ空気配置である。したがって、仕切り４４の左側の側部４５から右側の側部４５への中央パージガスチャネル２５２の配置は、Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖと記載される空気配置を定義する。この空気配置の表記は、理解を容易にするために、図５Ｂおよび図５Ｃにおいて用いられている。

図５Ｄは、図５Ｃと同様の図であり、Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖ空気配置を示す。ここでは、中央パージガスチャネル２５２は、中央真空チャネル２６２と置き換わっている。そして、２つの最内側の真空チャネル２６２は、大径の中央真空チャネル２６２に組み込まれている。

空気弁５０の基本的なＶ−Ｐ−Ｖ空気配置（すなわち、真空によって挟まれたパージガス１４２）により、パージガス１４２は、中央パージガスチャネル２５２を通って空隙Ｇへと流れ、パージガスチャネル２５２の各側部においてその後空隙Ｇ内で短距離を通って、隣接する真空チャネル２６２によってのみ吸い上げられて、横方向（側方）へ拡散されることができる。さらに、外側の真空チャネル２６２は、隣接するチャンバ区画４１からガスをそれぞれ集める。具体的には、最も左側の真空チャネル２６２は、その左側のチャンバ区画４１から空隙Ｇへ流れる第１処理ガス１１１を集める。また、最も右側の真空チャネル２６２は、その右側のチャンバ区画４１内に存在し、空隙Ｇへ流れるパージガス１４２を集める。

同様に、図５Ｂおよび図５ＣのＶ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖの配置、並びに、図５ＤのＶ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖの配置は、隣接するチャンバ区画４１のさらなる空気圧の分離（すなわち、隣接するチャンバ区画４１間の空気圧の仕切り）を提供しながら、同じ方法で動作する。具体的には、Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖ配置を参照すると、最も外側の真空チャネル２６２は、隣接するパージガスチャネル２５２からのパージガス１４２を除去しながら、その左側のチャンバ区画４１から第１処理ガスを除去し、その右側のチャンバ区画４１からパージガス１４２を除去するように機能する。

また、最も内側の真空チャネル２６２は、中央パージガスチャネル２５２および外側で隣接するパージガスチャネル２５２からのパージガス１４２をそれぞれ除去する。パージガスチャネル２５２における圧力下でのパージガス１４２の下流への流れと、真空チャネル２６２における真空下でのパージガス１４２および第１処理ガス１１１の上流への流れとは、結果として、ガスの動的循環を実現する。このガスの動的循環は、ガスバッファーあるいは「ガスカーテン」５５を創り出す。ガスバッファーまたはガスカーテン５５は、隣接するチャンバ区画４１間における実質的な量の処理ガス１１１，１１２およびパージガス１４２の移動を抑制する。

空気弁５０の別の空気配置は、Ｐ−Ｖ−Ｐ配置に基づく。すなわち、外側にパージガス圧力Ｐがあり、内側に真空Ｖがある。図６Ａは、図５Ａと同様の図であって、Ｐ−Ｖ−Ｐ空気配置を示す。パージガスチャネル２５２および真空チャネル２６２を用いた異なるＰ−Ｖ−Ｐ空気配置として、例えば、Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐ−Ｖ−ＰおよびＰ−Ｖ−Ｐ−Ｖ−Ｐなどのような、図５Ｂから図５Ｄに示す空気配置に類似する構造が採用され得る。図６Ｂは、図５Ｃと同様の図であって、空気弁５０のＰ−Ｖ−Ｐ空気配置の別の例を示す。このように、Ｐ−Ｖ−Ｐ配置は、少なくとも２つのパージガスチャネル２５２と、少なくとも一つの真空チャネル２６２とを必要とする。

一般的なＰ−Ｖ−Ｐ配置では、いくつかのパージガス１４２が、隣接するチャンバ区画４１へと流れることを可能とするであろう。ここで、パージガス圧力Ｐは、隣接するチャンバ区画４１における圧力と実質的に同じであるか、あるいはわずかに大きい。チャンバ区画４１の一つがパージガス部である場合、空気弁５０からパージガスチャンバ区画４１へのパージガス１４２の移動は、重要ではない。チャンバ区画４１の一つが処理ガス１１１，１１２を含む場合、処理ガスチャンバ区画４１へ流入するパージガス１４２の量はわずかであり、そのため、実施されるＡＬＤ処理に実質的な影響は及ぼされない。一方、処理ガスチャンバ区画４１へ移動し得る少量のパージガス１４２は、第１処理ガス１１１の空気弁５０への流れを減少させるか、抑制するように働く。すなわち、少量のパージガス１４２は、高価な処理ガスの損失を軽減させることができる。

動作の一般的な方法
図３に示すように、システム１０の一般的な動作において、ウエハ（基板）７０は、回転可能なプラテン６０の上面６２に配置され、これによって支持される。ウエハ７０は、回転可能なプラテン６０上に同時に置かれ、凹部６３内に存在し得る（図５Ｃ参照）。その後、駆動モータ１７０が稼働する。これにより、回転可能なプラテン６０は、その中心軸ＡＰの周りを回転する。一例では、図１に示すように、中心軸ＡＰは中央ハウジング軸ＡＨと同軸にある。これにより、ウエハ７０は、例えば、４１Ａ→４１Ｂ→４１Ｃ→４１Ｄ→４１Ａなどのように、隣接するチャンバ区画４１間を移動することができる。そのため、任意のウエハ７０は、回転可能なプラテン６０が一回転するたびにチャンバ区画４１間を順番に周るであろう。一例では、回転可能なプラテン６０は、連続的に、すなわち、停止することなく回転する。また、回転可能なプラテン６０は、一例では、実質的に一定の速度で回転する。他の例では、回転可能なプラテン６０は、任意の一回転または完全な回転の間に一回以上停止しながら回転することもできる。またあるいは、回転可能なプラテン６０は、種々の速度を用いながら回転することもできる。

ウエハ７０の表面７２は、ほんのミリ秒で第１処理ガス１１１によって飽和されるため、回転可能なプラテン６０は、非常に高速で回転することができる。例えば、回転可能なプラテン６０が６０回転／分（ＲＰＭ）（すなわち、１回転／秒）で回転すると、ウエハ７０は、全体で約２５０ミリ秒の間（「滞在時間」）、各チャンバ区画４１内に滞在するであろう。この滞在時間は、ウエハ７０の表面７２を飽和させるには十分な時間である。回転可能なプラテン６０の回転速度の範囲の一例は、１０ＲＰＭから２００ＲＰＭの間、あるいは、３０ＲＰＭから１００ＲＰＭの間である。

一例では、回転可能なプラテン６０の回転速度は、任意のチャンバ区画４１内のウエハ７０の滞在時間が、１００ミリ秒から１０００ミリ秒（すなわち、１秒）の間、あるいは、２００ミリ秒から７５０ミリ秒の間、あるいは、２５０ミリ秒から５００ミリ秒の間となるように設定される。一例では、滞在時間は、ウエハ７０の先頭の端部が最初にチャンバ区画４１に入ってから、ウエハ７０の末尾の端部がチャンバ区画４１を出るまでの間で測定される。末尾の端部をチャンバ区画４１の外側に残しつつ、ウエハ７０の先頭の端部部分を任意のチャンバ区画４１に入らせることによって、不均一な処理が起こった場合であっても、ウエハ７０の先頭の端部が、上記の任意のチャンバ区画４１の外側へ出て、そこに存在したときに、ウエハ７０の末尾の端部部分へ不均一な曝露が行われることによって、相殺されることに留意すべきである。

回転可能なプラテン６０の回転、およびそれに追従するチャンバ区画４１間のウエハ７０の移動中に、仕切り４４内の空気弁５０は、それぞれ空気圧の仕切りとしての役割を果たす。空気圧の仕切りは、ウエハ７０が処理チャンバ２０のハウジング３０の下方で移動することができるのに十分な空隙Ｇを確保しつつ、隣接するチャンバ区画４１を空気圧で隔離する。上述したように、この空気圧の仕切りは、パージガスチャネル２５２を介した圧力下でのパージガス１４２の流れと、真空チャネル２６２を介した真空の賢明な使用との組み合わせによって実現される。ここで、真空チャネル２６２は、真空ライン１６２を介して真空システム１６０に動作可能に接続される。上述したように、空気弁５０は、ガスカーテン５０を形成する。ガスカーテン５０は、隣接するチャンバ区画４１を空気圧で隔離する。

任意のチャンバ区画４１内の少量のガス（処理またはパージガス）は、空気弁５０によって除去される。この少量のガスは、対応するガス源を用いて置換され、チャンバ区画４１内の圧力を維持する。この方法でのガス損失量は、真空レベルおよびパージガス１４２の流れを調整することによって少量に抑えることができ、可能な限り空隙Ｇを小さく維持する。また、上述したように、処理ガス１１１，１１２の消費速度は、空隙Ｇの大きさを小さなサイズまたは最小サイズにすることで、低くまたは最小に維持され得る。

一例では、一つおきのチャンバ区画４１（例えば、４１Ａ，４１Ｃ・・・）は、処理チャンバ区画であり、その間の各チャンバ区画４１（例えば、４１Ｂ，４１Ｄ・・・）は、非処理チャンバ区画である。一例では、処理チャンバ区画４１は、非処理チャンバ区画４１内のガスとは異なるガスを含む。一例では、非処理チャンバ区画４１の主要な目的は、処理チャンバ区画４１を分離し、ウエハ７０に対して次の処理を準備するための遷移位置を提供することである。他の実施形態では、チャンバ区画４１Ｂおよび４１Ｄの一方または両方についても、処理チャンバ区画４１として構成することもできる。

４つの処理チャンバ区画４１（４１Ａから４１Ｄ）を有するシステム１０で実施され、Ａｌ_２Ｏ_３膜７４を形成するＡＬＤ処理の一実施例が、以下の表１に示される。

４つの処理チャンバ区画４１（４１Ａから４１Ｄ）を有するシステム１０で実施され、ＧａＮ膜を形成するＡＬＤ処理の他の実施例が、以下の表２に示される。

システム１０は、上記の実施例で説明されるような合計で４つのチャンバ区画４１を含むものに限定はされない。図７は、図２と同様の図であって、一例の処理チャンバ２０の上面切断図である。この処理チャンバ２０は、５つの仕切り４４を有し、５つのチャンバ区画４１を規定する。５つの仕切り４４は、符号４４Ａから４４Ｅで示される。５つのチャンバ区画４１は、符号４１Ａから４１Ｅで示される。このような処理チャンバ２０の実施形態では、チャンバ区画４１Ａ，４１Ｃおよび４１Ｄが処理区画であり、チャンバ区画４１Ｂおよび４１Ｅが非処理区画であり得る。

例えば、隣接する処理チャンバ区画４１Ｃおよび４１Ｄは、一方の処理チャンバ区画４１で追加の処理動作を実行しながら、同様の処理ガス１１１，１１２を使用することができる。追加の処理動作とは、例えば、加熱、レーザアニーリング、元の処理ガス１１１，１１２をパージすることなく他の処理ガスを追加することなどである。他の例では、処理チャンバ２０は、隣接するパージチャンバ区画４１を有することができる。そして、一方のパージチャンバ区画４１では、後述するようなレーザアニーリング能力を有する。

図７Ｂは、図７Ａと同様の図であり、処理チャンバ２０の他の例を示す。この処理チャンバ２０は、６個の仕切り４４を有し、６つのチャンバ区画４１を規定する。６個の仕切り４４は、符号４４Ａから４４Ｆで示される。６つのチャンバ区画４１は、符号４１Ａから４１Ｆで示される。このような６つのチャンバ構成では、一つおきのチャンバ区画４１は、非処理チャンバ区画であり、その他のチャンバ区画４１は、処理チャンバ区画であり得る。処理チャンバ区画は、３種の異なる処理ガス１１１，１１２をそれぞれ使用する。

他の例では、２つの処理チャンバ区画４１が、２種の異なる処理ガス１１１，１１２をそれぞれ使用し、第３の処理チャンバ区画４１を、その他の処理に使用することができる。その他の処理とは、例えば、レーザアニーリング、プラズマ処理、熱処理などである。チャンバ区画４１の適切な数は、例えば、２から１２、あるいは、３から８である。４つのチャンバ区画４１の配置は、より有用であることが見込まれる。その理由は、パージチャンバ区画４１によって隔離されて処理チャンバ４１を一つおきに配置できること、あるいは、レーザアニーリング、熱処理などの他の非処理ガスの処理が可能になることである。

レーザアニーリングでの複数チャンバＡＬＤシステム
図８は、図１と同様の図であり、システム１０の一例を示す。このシステム１０は、任意でレーザシステム３００を含む。レーザシステム３００は、処理チャンバ２０に対して動作可能に配置される。レーザシステム３００は、レーザ光線３１２を出射するレーザ３１０を含む。またレーザシステム３００は、光線調整光学システム３１６およびミラー３２０を含む。光線調整光学システム３１６は、レーザ光線３１２を調整するとともに、成形する。ミラー３２０は、レーザ光線３１２を任意のチャンバ区画４１内の所望の位置に方向づける。一例では、レーザ光線３１２は、ハウジング３０を通って、ハウジング３０内に動作可能に配置された窓３９から、所望のチャンバ区画４１の内部４０に入射する。他の実施形態では、選択チャンバ区画４１は、（例えば、管状の形態の）内部部分を含み得る。内部部分は、レーザシステム３００まで延びる。そして、内部部分を通って、レーザ光線３１２は進み、ウエハ７０の表面７２を照射する。一例では、レーザシステム３００は、制御部１８０に動作可能に接続される。

レーザ光線３１２は、ウエハ７０の表面７２またはその表面７２に形成されるＡＬＤ膜７４へ入射する。チャンバ区画４１は、レーザシステム３００に動作可能に配置される。このチャンバ区画４１は、レーザ促進ＡＬＤ（「ＬＥ−ＡＬＤ」）を実行するために使用される。レーザシステム３００は、一つ以上のチャンバ区画４１に対して動作可能に配置することができる。これにより、チャンバ区画４１を通るウエハ７０の任意のサイクルに対して、レーザ処理を１回以上実施することができる（すなわち、回転可能なプラテン６０の各１回転において、複数回のレーザ処理を行うことができる。）。例えば、上述の４つのチャンバ区画配置では、２つのパージチャンバ区画（例えば、４０Ｂおよび４０Ｄ）を、ＬＥ−ＡＬＤ処理部として構成することができる。

図９は、チャンバ区画４１内のウエハ７０の上方斜視図であり、ウエハ７０の表面７２で線画像３１４を形成するレーザ光線３１２を示す。一例では、線画像３１２は固定されており、ウエハ７０の表面７２（または、そこに形成されたＡＬＤ膜７４）が、矢印ＡＲで示すように線画像３１４の下を走査する。これにより、チャンバ区画４１内でレーザアニーリングが行われ、ＡＬＤ膜成長処理が促進される。一例では、チャンバ区画４１は、上述のパージガス１４２を含むか、処理ガスシステム１００からの処理ガス（例えば、処理ガス１１１または１１２）を含む。処理ガスとしては、例えば、アニーリングまたはレーザ処理中に、走査された線画像３１４によって加熱されたウエハ７０の表面７２の局所加熱部と反応するようなものが選択される。線画像３１４は、その長手方向と直交する方向に走査される。

一例では、線画像３１４は、線長Ｌ_Ｌを有する。線長Ｌ_Ｌは、ウエハ７０の幅Ｗ_ｄ以上の幅（例えば、２００ｍｍ径のウエハについて２００ｍｍ以上の長さＬ）を有する。また線画像３１４は、線幅Ｗ_Ｌを有する。レーザアニーリングが約１ミリ秒（ｍｓ）で実現されるような線幅Ｗ_Ｌを有することが好ましい。回転可能なプラテン６０が６０ＲＰＭで動作する場合、および、回転可能なプラテン６０が２０個の２００ｍｍウエハ７０を保持する場合、ウエハ７０は、およそ４０００ｍｍ／秒で動く。Ｗ_Ｌ＝４ｍｍのレーザ光線３１２の幅では、アニーリング時間が１ミリ秒かかる。一例では、ウエハ７０の表面７２における線画像３１４の線長Ｌ_Ｌおよび線幅Ｗ_Ｌは、光線調整光学システム３１６によって規定される。ミラー３２０の位置は、レーザ光線３１２が選択角度（例えば、法線入射、ブルースター角（偏光角）など）でウエハ７０の表面７２に入射するように調整され得る。

システム１０を用いて実行されるレーザアニーリング処理の一例では、ウエハ７０の表面７２において、６００℃から１０００℃の間のピーク温度ＴＳが生じる。回転可能なプラテン６０の温度が２００℃である場合には、レーザ光線３１２は、ウエハ７０の表面温度ＴＳを４００℃から８００℃の間の温度まで上昇させる必要がある。

レーザ光線３１２の波長λとしては、レーザ光線３１２がレーザアニールの熱拡散距離以内で吸収されるような波長λを用いることが望ましい。１ミリ秒のアニールおよびシリコンウエハ７０では、熱拡散距離は、およそ１００ミクロン（μｍ）である。したがって、吸収長は１００ミクロン未満（＜１００ミクロン）とすることが望ましい。シリコンウエハ７０の場合、これはレーザ波長λが約１ミクロン未満であることを意味する。

短時間で高温のアニーリングを行うことにより、塑性変形ではなく弾性変形を起こすことが明らかとなっているため、ウエハ７０の各地点で約１ミリ秒のアニーリング時間（「滞留時間」）を有することが望ましい。このようにして、薄いＡＬＤ膜７４およびシリコンウエハ７０は、弾性的に拡張する。ピーク温度の要望とともに、このような要望を満たすことで、十分に適切なレーザ３００を設計することができる。

処理チャンバ２０の４つのチャンバ区画の実施形態において、チャンバ区画４１Ａおよび４１Ｃの一方または両方がレーザアニーリング処理チャンバ区画であり、チャンバ区画４１Ｂおよび４１Ｄが非処理チャンバ区画であることに留意すべきである。実行可能なＡＬＤ処理の実施と調和する処理チャンバ区画および非処理チャンバ区画のあらゆる組み合わせが、システム１０において用いられる。

プラズマ処理に伴う複数チャンバのＡＬＤシステム
図１０は、図１および図８と同様の図であり、システム１０の一実施形態を示す。このシステム１０は、プラズマ源システム４００を含む。プラズマ源システム４００は、処理チャンバ２０に対して動作可能に配置される。プラズマ源システム４００は、制御部１８０と動作可能に接続され得る。図１１は、プラズマ４１０を放射するプラズマ源システム４００の側方斜視図である。プラズマ４１０は、チャンバ区画４１内においてウエハ７０の表面７２へ流れる。

プラズマ４１０は、プラズマ種（例えば、酸素ラジカルＯ^＊などの帯電されたイオン）を含む。プラズマ種は、ウエハ７０の表面７２またはＡＬＤ膜層７４Ｌと化学反応する。ＡＬＤ膜層７４Ｌは、ウエハ７０の表面７２上に存在する。プラズマ４１０は、プラズマ源システム４００とウエハ７０の表面７２との間の圧力差に起因して、ウエハ７０の表面７２の方へ移動する。一例では、プラズマ源システム４００は、一つ以上のチャンバ区画４１に対して動作可能に配置される。したがって、一例では、システム１０は、チャンバ区画４１の少なくとも一つにおいてプラズマ促進ＡＬＤ（ＰＥ−ＡＬＤ）を実行するために用いられる。他の例では、例えば、パージチャンバ区画４１または非処理チャンバ区画４１に対して、プラズマ源システム４００を動作可能に配置することによって、プラズマ４１０は、処理工程間でウエハ７０を清浄化するために使用されることができる。

スループットの検討
本明細書に開示されたシステムおよび方法は、比較的高スループットの処理ウエハ７０を提供するように設計されている。高スループットの一例は、１時間に、１０個以上の６インチウエハに対して０．２５ミクロン以上の材料を堆積させることである。

ここで、システム１０を使用したＧａＮの形成処理の一例であって、表２に記載の基本処理を用いた上述の対応する方法について検討する。ＧａＮ結晶格子は、０．３ｎｍの大きさを有する。各サイクルについて一層のＡＬＤ膜層７４Ｌを堆積させながら、回転可能なプラテン６０について６０ＲＰＭの回転速度で、１時間に３６００サイクル（すなわち、完全な回転）の回転を行う。これにより、１時間で厚さＴＨ_Ｆが約１ミクロンのＧａＮを有するＡＬＤ膜を成長させることができる。処理チャンバの大きさ（例えば、回転可能なプラテン６０の半径Ｒ）は、ウエハ７０の個数を決定する。ウエハ７０の個数は、回転可能なプラテン６０に適合するが、回転可能なプラテン６０の半径Ｒは、単一の回転可能なプラテン６０上に２０個以上の６インチウエハ７０を収容するのに十分な大きさに形成される。これは、上述の高スループット処理の例の２倍の量のウエハ７０および４倍の厚さの膜に相当する。すなわち、約８倍のスループットの改善を意味する。

当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。

Claims (34)

1. 複数のウエハ上で原子層蒸着（ＡＬＤ）を実行するための複数チャンバＡＬＤシステム用の処理チャンバであって、
   ハウジングと、回転可能なプラテンと、空気弁とを備え、
   前記ハウジングは、内部を有し、前記内部は、該内部に配置されたチャンバ仕切りによって複数のチャンバ区画に分割され、前記ハウジングは、開放底端部を有し、
   前記回転可能なプラテンは、中心軸と上面とを有し、前記上面は、前記複数のウエハを支持し、前記回転可能なプラテンは、前記ハウジングの前記底端部に隣接するその上面とともに動作可能に配置され、空隙によって前記ハウジングから離間されており、前記回転可能なプラテンは、回転可能であり、前記複数のチャンバ区画間で前記ウエハを移動させ、
   前記空気弁は、各チャンバ仕切りに動作可能に配置され、各空気弁は、前記空隙内で前記回転可能なプラテンの前記上面と空気連通し、隣接するチャンバ区画間に空気仕切りを形成する、
   処理チャンバ。
2. 前記ハウジングの内部は、円形断面を有する、請求項１に記載の処理チャンバ。
3. 前記空隙は、５０ミクロンから５００ミクロンの間である、請求項１または２に記載の処理チャンバ。
4. 前記回転可能なプラテンは、１０回転／分から２００回転／分の間の回転速度で回転するように構成される、請求項１から３の何れか１項に記載の処理チャンバ。
5. 前記チャンバ仕切りは、３から８の間のチャンバ区画を規定する、請求項１から４の何れか１項に記載の処理チャンバ。
6. 各空気弁は、
   ｉ）２個の真空チャネルに挟まれた中央パージガスチャネル、または、
   ｉｉ）２個のパージガスチャネルに挟まれた中央真空チャネル
   のうちの何れかを含む、請求項１から５の何れか１項に記載の処理チャンバ。
7. 前記複数のチャンバ区画は、第１および第２処理チャンバ区画と、第１および第２非処理チャンバ区画とを含み、
   前記第１および第２処理チャンバ区画は、隣接しておらず、第１および第２処理ガス源に動作可能にそれぞれ接続されており、
   前記第１および第２非処理チャンバ区画は、隣接しておらず、パージガス源に動作可能に接続されている、
   請求項１から６の何れか１項に記載の処理チャンバ。
8. 前記複数のチャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に配置されるレーザシステムをさらに備える、請求項１から７の何れか１項に記載の処理チャンバ。
9. 前記複数のチャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に配置されるプラズマ源システムをさらに備える、請求項１から８の何れか１項に記載の処理チャンバ。
10. 各チャンバ区画は、単一のウエハを収容するように構成される、請求項１から９の何れか１項に記載の処理チャンバ。
11. 前記ウエハは厚みＴＨ_Ｗをそれぞれ有し、
    各チャンバ区画は、１０・ＴＨ_Ｗ≦Ｈ≦５０・ＴＨ_Ｗの範囲内の内部高さＨを有する、請求項１から１０の何れか１項に記載の処理チャンバ。
12. 前記空気弁は、Ｖ−Ｐ−Ｖ空気配置またはＰ−Ｖ−Ｐ空気配置の何れかを含み、
    前記Ｖは真空を意味し、前記Ｐは圧力を意味する、
    請求項１から１１の何れか１項に記載の処理チャンバ。
13. 請求項１から１２の何れか１項に記載の処理チャンバと、
    処理ガスシステムと、
    パージガスシステムと
    を備え、
    前記処理ガスシステムは、前記チャンバ区画の少なくとも２つに動作可能に接続され、
    前記パージガスシステムは、前記処理ガスシステムに動作可能に接続された前記少なくとも２つのチャンバ区画とは異なるチャンバ区画の少なくとも２つに動作可能に接続される、
    複数チャンバＡＬＤシステム。
14. ｉ）前記チャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に接続されるレーザシステム、および、
    ｉｉ）前記チャンバ区画の少なくとも一つに対して動作可能に接続されるプラズマ源システム
    のうちの少なくとも一つをさらに備える、請求項１３に記載の複数チャンバＡＬＤシステム。
15. 前記処理ガスシステムは、第１および第２処理ガス供給部を含み、前記第１および第２処理ガス供給部は、第１および第２処理ガスをそれぞれ含む、請求項１３また１４に記載の複数チャンバＡＬＤシステム。
16. 前記複数のチャンバ区画は、４つのチャンバ区画で構成される、請求項１３から１６の何れか１項に記載の複数チャンバＡＬＤシステム。
17. 前記ウエハは厚みＴＨ_Ｗをそれぞれ有し、各チャンバ区画は、１０・ＴＨ_Ｗ≦Ｈ≦５０・ＴＨ_Ｗの範囲内の内部高さＨを有する、請求項１３から１６の何れか１項に記載の複数チャンバＡＬＤシステム。
18. 前記空隙は、５０ミクロンから５００ミクロンの間の範囲内である、請求項１３から１７の何れか１項に記載の複数チャンバＡＬＤシステム。
19. 各チャンバ区画は、単一のウエハを収容するように構成される、請求項１３から１８の何れか１項に記載の複数チャンバＡＬＤシステム。
20. 表面をそれぞれ有する複数のウエハ上に原子層堆積（ＡＬＤ）を実行して各ウエハ上にＡＬＤ膜を形成する方法であって、
    複数のチャンバ区画を含む処理チャンバハウジングから５００ミクロン以下の空隙Ｇを有して離間しているプラテンの表面に複数のウエハを支持することと、
    前記チャンバ区画を空気圧で仕切ることと、
    前記処理チャンバハウジングの真下で前記プラテンを回転させ、これにより、前記ウエハを前記チャンバ区画間で移動させることと、
    前記チャンバ区画の少なくとも一つでＡＬＤ処理を実行しながら、前記ウエハを前記チャンバ区画に通過させてＡＬＤ膜を形成することと
    を備える方法。
21. 前記プラテンを回転させることは、前記プラテンを継続的に回転させることを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記空気圧で仕切ることは、前記空隙Ｇで前記プラテンの表面と空気連通している空気弁によって実行される、請求項２０または２１に記載の方法。
23. 前記空気弁は、Ｖ−Ｐ−Ｖ空気配置またはＰ−Ｖ−Ｐ空気配置の何れかを含み、ここで、前記Ｖは真空を意味し、前記Ｐは圧力を意味する、請求項２２に記載の方法。
24. 第１チャンバ区画で第１ＡＬＤ処理を実行することと、前記第１チャンバ区画とは隣接しない第２チャンバ区画で第２ＡＬＤ処理を実行することとをさらに備える、請求項２０から２３の何れか１項に記載の方法。
25. 前記プラテンが一回転する間に、各ウエハに一つのＡＬＤ膜層が形成され、
    前記プラテンを複数回回転させて、複数のＡＬＤ膜層で形成されたＡＬＤ膜を形成することをさらに備える、請求項２０から２４の何れか１項に記載の方法。
26. ガスを含む少なくとも一つのチャンバ区画に前記ウエハを通過させることをさらに備え、前記ガスは、前記ウエハまたは前記ＡＬＤ膜層の表面と化学的に反応しない、請求項２５に記載の方法。
27. 前記チャンバ区画の少なくとも一つにおいてレーザ処理を実行することをさらに備える、請求項２０から２６の何れか１項に記載の方法。
28. 前記レーザ処理は、固定された線画像を形成することと、前記線画像に対して前記ウエハを動かすこととを含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記レーザ処理は、処理ガスの存在下で実行され、レーザ促進ＡＬＤ処理を実行する、請求項２７または２８に記載の方法。
30. 前記チャンバ区画の少なくとも一つにおいてプラズマ処理を実行することをさらに備える、請求項２０から２９の何れか１項に記載の方法。
31. 前記プラテンを回転させることは、各ウエハに、前記チャンバ区画内の滞在時間として、２５０ミリ秒から５００ミリ秒の間の時間を与えるような回転速度で実行される、請求項３０に記載の方法。
32. 前記プラテンを複数回回転させることをさらに備え、そして、前記ウエハは、前記チャンバ区画のそれぞれを複数回通過し、これにより、前記ウエハ表面のそれぞれにＡＬＤ膜を形成する、請求項２０から３１の何れか１項に記載の方法。
33. 前記プラテンを回転させることは、１０回転／分（ＲＰＭ）から２００ＲＰＭの間の回転速度で実行される、請求項２０から３２の何れか１項に記載の方法。
34. 前記回転速度は、３０ＲＰＭから１００ＲＰＭの間である、請求項３３に記載の方法。
    

Images