JP2018534777A - 半導体製造のウエハ処理用の高生産性ｐｅｃｖｄツール - Google Patents

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Abstract

本開示の実施形態は一般に、半導体基板を処理するクラスタツールに関する。一実施形態では、クラスタツールが、移送チャンバに接続された複数のプロセスチャンバを含み、それぞれのプロセスチャンバが、同時に４つ以上の基板を処理することができる。コストを低減させるため、それぞれのプロセスチャンバは、４つ以上の基板を支持する基板支持体と、基板支持体の上方に配された単一のシャワーヘッドと、シャワーヘッドに電気的に結合された単一の高周波電源とを含む。シャワーヘッドは、基板支持体に面した第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面とを含むことができる。シャワーヘッド内に、第１の表面から第２の表面まで延びる複数のガス通路を形成することができる。シャワーヘッドの中心からシャワーヘッドの端に向かってガス通路の密度を増大させることにより、プロセス均一性が向上する。【選択図】図１Ａ

Description

本開示の実施形態は一般に、半導体基板を処理するクラスタツールに関する。
半導体処理における基板スループットは常にある課題である。技術が進歩するものであるならば、半導体基板を効率的に処理する必要性は絶えず存在する。クラスタツールは、真空を中断することなしに同時に多数の基板を処理する効果的な手段として発展してきた。単一の基板を処理し、次いで別のチャンバに移送する間、基板を大気にさらす代わりに、多数のプロセスチャンバを共通の移送チャンバに接続して、１つのプロセスチャンバ内でその基板に対するプロセスが完了したときに、その基板を、真空下に置いたまま、同じ移送チャンバに結合された別のプロセスチャンバに移動させることができるようにすることができる。
スループットをさらに向上させ、コストをさらに低減させるために、一度に２つ以上の基板、例えば一度に２つの基板をそれぞれのプロセスチャンバが処理することができるようにすることができる。しかしながら、１つのプロセスチャンバ内で一度に２つ以上の基板を処理するときには均一性が問題になることがある。
したがって、スループットを増大させ、コストを低減させ、プロセス均一性を維持する改良されたクラスタツールが求められている。
本開示の実施形態は一般に、半導体基板を処理するクラスタツールに関する。一実施形態では、クラスタツールが、移送チャンバに接続された複数のプロセスチャンバを含み、それぞれのプロセスチャンバが、同時に４つ以上の基板を処理することができる。コストを低減させるため、それぞれのプロセスチャンバは、４つ以上の基板を支持する基板支持体と、基板支持体の上方に配された単一のシャワーヘッドと、シャワーヘッドに電気的に結合された単一の高周波電源とを含む。シャワーヘッドは、基板支持体に面した第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面とを含むことができる。シャワーヘッド内に、第１の表面から第２の表面まで延びる複数のガス通路を形成することができる。シャワーヘッドの中心からシャワーヘッドの端に向かってガス通路の密度を増大させることにより、プロセス均一性が向上する。
別の実施形態では、クラスタツールが、移送チャンバと、移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと、移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバとを含む。これらの複数のプロセスチャンバのうちのそれぞれのプロセスチャンバは、チャンバ壁と、チャンバ壁の内側に配された基板支持アセンブリとを含む。基板支持アセンブリは、４つ以上の基板支持体を含む。プロセスチャンバは、チャンバ壁の内側に配されたシャワーヘッドをさらに含み、シャワーヘッドは、４つ以上の基板支持体の上方に配されている。
別の実施形態では、クラスタツールが、移送チャンバと、移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと、移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバとを含む。これらの複数のプロセスチャンバのうちのそれぞれのプロセスチャンバは、チャンバ壁と、チャンバ壁の内側に配された基板支持アセンブリとを含む。基板支持アセンブリは、４つ以上の基板支持体を含む。プロセスチャンバは、チャンバ壁の内側に配されたシャワーヘッドをさらに含む。シャワーヘッドは、基板支持アセンブリに面した第１の表面を含み、第１の表面は湾曲（ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を有する。
別の実施形態では、クラスタツールが、移送チャンバと、移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと、移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバとを含む。これらの複数のプロセスチャンバのうちのそれぞれのプロセスチャンバは、チャンバ壁と、チャンバ壁の内側に配された基板支持アセンブリとを含む。基板支持アセンブリは、４つ以上の基板支持体を含む。プロセスチャンバは、チャンバ壁の内側に配されたシャワーヘッドをさらに含む。シャワーヘッドは、基板支持アセンブリに面した第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面と、第１の表面から第２の表面まで延びる複数のガス通路とを含む。これらの複数のガス通路のうちのそれぞれのガス通路は、第１のボア（ｂｏｒｅ）と、第１のボアに結合されたオリフィス孔と、オリフィス孔に結合された第２のボアとを含む。
別の実施形態では、クラスタツールが、移送チャンバと、移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと、移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバとを含む。これらの複数のプロセスチャンバのうちのそれぞれのプロセスチャンバは、チャンバ壁と、チャンバ壁の内側に配された基板支持アセンブリとを含む。基板支持アセンブリは、４つ以上の基板支持体を含む。プロセスチャンバは、チャンバ壁の内側に配されたシャワーヘッドをさらに含む。シャワーヘッドは、基板支持アセンブリに面した第１の表面を含み、第１の表面は湾曲を有する。それぞれのプロセスチャンバは、リッド（ｌｉｄ）と、リッドの上方に配された整合ネットワーク（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）と、シャワーヘッドに結合されたバッキング板と、整合ネットワークからバッキング板まで延びる可撓性高周波供給線（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｅｅｄ）とをさらに含む。可撓性高周波供給線は、プロセスチャンバの垂直軸に対してある角度をなす。
上に挙げた本開示の特徴を詳細に理解することができるように、そのうちのいくつかが添付図面に示された実施形態を参照することによって、上に簡潔に概要を示した本開示をより具体的に説明する。しかしながら、添付図面は典型的な実施形態だけを示したものであり、したがって添付図面を本開示の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意すべきである。本開示の範囲は、等しく効果的な他の実施形態を受け入れる可能性がある。
本明細書に記載された実施形態に基づくクラスタツールを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくクラスタツールを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくクラスタツールを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくクラスタツールを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバを概略的に示す図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバの概略断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッドの部分側断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッドの一部分の概略側断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッドの一部分の概略側断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッドの一部分の概略側断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッドの一部分の概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくガス通路の概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくガス通路の概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくガス通路の概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくガス通路の概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくガス通路の概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくガス通路の概略側断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッドの概略下面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくシャワーヘッドの概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくシャワーヘッドの概略側断面図である。 本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくシャワーヘッドの概略側断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバの概略断面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくバッキング板の概略上面図である。 本明細書に記載された実施形態に基づくバッキング板の概略上面図である。
理解を容易にするため、可能な場合には、上記の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照符号を使用した。特段の言及なしに、１つの実施形態の要素および特徴を他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図される。
本開示の実施形態は一般に、半導体基板を処理するクラスタツールに関する。一実施形態では、クラスタツールが、移送チャンバに接続された複数のプロセスチャンバを含み、それぞれのプロセスチャンバが、同時に４つ以上の基板を処理することができる。コストを低減させるため、それぞれのプロセスチャンバは、４つ以上の基板を支持する基板支持体と、基板支持体の上方に配された単一のシャワーヘッドと、シャワーヘッドに電気的に結合された単一の高周波電源とを含む。シャワーヘッドは、基板支持体に面した第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面とを含むことができる。シャワーヘッド内に、第１の表面から第２の表面まで延びる複数のガス通路を形成することができる。シャワーヘッドの中心からシャワーヘッドの端に向かってガス通路の密度を増大させることにより、プロセス均一性が向上する。
図１Ａ〜図１Ｄは、本明細書に記載された１つの実施形態に基づくクラスタツール１００を概略的に示す。図１Ａに示されているように、クラスタツール１００は、ファクトリインターフェース１０２と、ファクトリインターフェース１０２に結合されたロードロックチャンバ１０４と、ロードロックチャンバ１０４に結合された移送チャンバ１０６と、移送チャンバ１０６に結合された複数のプロセスチャンバ１０８とを含むことができる。ロードロックチャンバ１０４からプロセスチャンバ１０８へ、またはプロセスチャンバ１０８からロードロックチャンバ１０４へ基板を移送するため、移送チャンバ１０６内にロボット１１０を配することができる。図１Ａに示されているように、移送チャンバ１０６は長方形とすることができる。この移送チャンバ１０６には６つのプロセスチャンバ１０８が結合されている。いくつかの実施形態では、移送チャンバ１０６に７つ以上のプロセスチャンバ１０８が結合される。
図１Ｂは、別の実施形態に基づくクラスタツール１００を概略的に示す。図１Ｂに示されているように、このクラスタツール１００は、長方形の移送チャンバ１０６の代わりに七角形の移送チャンバ１１２を含む。６つのプロセスチャンバ１０８およびロードロックチャンバ１０４がそれぞれ、七角形の移送チャンバ１１２の側面に結合されている。いくつかの実施形態では、追加のプロセスチャンバ１０８を移送チャンバ１１２に結合するために、移送チャンバ１１２がより多くの側面を含むことができる。図１Ａおよび１Ｂに示されたプロセスチャンバ１０８は長方形または正方形である。いくつかの実施形態では、プロセスチャンバが、円形など、長方形以外とすることができる。図１Ｃは、長方形以外の形状を有する複数のプロセスチャンバ１１４が移送チャンバ１０６に結合されたクラスタツール１００を概略的に示す。移送チャンバ１０６に適切に結合するため、それぞれのプロセスチャンバ１１４と移送チャンバ１０６との間にアダプタ１１６を利用することができる。図１Ｄは、長方形以外の形状を有する複数のプロセスチャンバ１１４が移送チャンバ１１２に結合されたクラスタツール１００を概略的に示す。この場合も、移送チャンバ１１２にプロセスチャンバ１１４を結合するためにアダプタ１１６が利用されている。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄに示されたクラスタツール１００は１つのロードロックチャンバ１０４を含む。２つ以上のロードロックチャンバを含む従来のクラスタツールに比べて、１つのロードロックチャンバ１０４を有するクラスタツール１００のコストは低い。
スループットを増大させるため、移送チャンバに６つ以上のプロセスチャンバ１０８／１１４が結合され、それぞれのプロセスチャンバ１０８／１１４は４つ以上の基板を処理することができる。図２Ａおよび図２Ｂは、本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバ１０８／１１４を概略的に示す。図２Ａに示されているように、プロセスチャンバ１０８は長方形または正方形であり、チャンバ壁２０２を有する。チャンバ１０８内には基板支持アセンブリ２０４が配されている。基板支持アセンブリ２０４は、９つの基板支持体２０６など４つ以上の基板支持体２０６を含むことができる。それぞれの基板支持体２０６は基板２０８を支持するように構成されている。動作時、それぞれの基板支持体２０６は、基板支持体２０６上に配された基板２０８を回転させるために回転することができる。基板支持体２０６のこの回転は、一方向の連続回転または両方向の振動とすることができ、この両方向の振動は例えば、１８０度回転した後に回転方向を変化させることである。一実施形態では、プロセスチャンバ１０８が、酸化物／窒化物膜スタックまたは酸化物／多結晶シリコン膜スタックを堆積させるための堆積チャンバである。基板支持体２０６を回転させると、堆積膜スタックの厚さ均一性を向上させることができる。いくつかの実施形態では、高温プロセスのために、基板支持アセンブリ２０４を、最高摂氏７００度などの高温に加熱することができる。したがって、基板支持アセンブリ２０４は、高温レジーム（ｒｅｇｉｍｅ）に耐えることができるＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、セラミックコーティングを有する黒鉛などの材料から製作することができる。フッ素を含むプラズマなどのプラズマに耐えることができる材料で基板支持アセンブリ２０４をコーティングすることができる。このコーティング材料は、ＡｌＯ、Ｙ2Ｏ3、ＹＡｌＯ、ＡｓＭｙなど、適当な任意の材料とすることができる。
図２Ｂは、本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバ１１４を概略的に示す。プロセスチャンバ１１４は、円形の基板支持アセンブリ２１０を含む。基板支持アセンブリ２１０は、９つの基板支持体２１２など４つ以上の基板支持体２１２を含むことができる。それぞれの基板支持体２１２は基板２０８を支持するように構成されている。基板２０８のロード（ｌｏａｄｉｎｇ）およびアンロード（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）時、ならびに酸化物／窒化物膜スタックの堆積などの動作時に、基板支持アセンブリ２１０を回転させることができる。この場合も、それぞれの基板支持体２１２は、基板支持体２１２上に配された基板２０８を回転させるために回転することができる。基板支持体２１２のこの回転は、一方向の連続回転または両方向の振動とすることができ、この両方向の振動は例えば、１８０度回転した後に回転方向を変化させることである。基板支持アセンブリ２１０および基板支持体２１２を回転させると、厚さ均一性などの膜特性均一性を向上させることができる。基板２０８のロードおよびアンロード時には、一度に１つまたは一度に２つの基板２０８をロード／アンロードすることができる。１つまたは２つの基板２０８のロード／アンロード間に基板支持アセンブリ２１０を回転させることができる。
図２Ｃは、本明細書に記載された別の実施形態に基づくプロセスチャンバ１０８を概略的に示す。チャンバ壁（図示せず）の内側に基板支持アセンブリ２１４が配されている。基板支持アセンブリ２１４は、主支持体２１５と、９つの基板支持体２１６など４つ以上の基板支持体２１６とを含むことができる。それぞれの基板支持体２１６は基板２０８を支持するように構成されている。それぞれの基板支持体２１６と主支持体２１５との間に間隙２１８を形成することができる。プロセスチャンバ１０８は、基板支持アセンブリ２１４の下方に置かれたポンプ２２０を含むことができ、基板支持アセンブリ２１４に関して中心に位置することができる。間隙２１８を通ってポンプ２２０にプロセスガスが流れることができる。ポンプ２２０は基板支持アセンブリ２１４の中心の下方に置かれているため、間隙２１８を通るプロセスガス流は均一である（すなわちそれぞれの間隙２１８を通るガスの流量は同じである）。間隙２１８がある結果、チャンバ境界の非対称性によって誘起される基板２０８上のプロセスガス流の不均一性が排除または最小化される。この場合も、動作時、それぞれの基板支持体２１６は、基板支持体２１６上に配された基板２０８を回転させるために回転することができる。基板支持体２１６のこの回転は、一方向の連続回転または両方向の振動とすることができ、この両方向の振動は例えば、１８０度回転した後に回転方向を変化させることである。いくつかの実施形態では、高温プロセスのために、それぞれの基板支持体２１６を、最高摂氏７００度などの高温に加熱することができる。したがって、基板支持体２１６は、高温レジームに耐えることができるＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、セラミックコーティングを有する黒鉛などの材料から製作することができる。フッ素を含むプラズマなどのプラズマに耐えることができる材料で基板支持体２１６をコーティングすることができる。このコーティング材料は、ＡｌＯ、Ｙ2Ｏ3、ＹＡｌＯ、ＡｓＭｙなど、適当な任意の材料とすることができる。
図２Ｄは、本明細書に記載された別の実施形態に基づくプロセスチャンバ１１４を概略的に示す。プロセスチャンバ１１４は、円形の基板支持アセンブリ２２２を含む。基板支持アセンブリ２２２は、主支持体２２４と、９つの基板支持体２２６など４つ以上の基板支持体２２６とを含むことができる。それぞれの基板支持体２２６は基板２０８を支持するように構成されている。それぞれの基板支持体２２６と主支持体２２４との間に間隙２２８を形成することができる。プロセスチャンバ１１４は、基板支持アセンブリ２２２の下方に置かれたポンプ２３０を含むことができ、基板支持アセンブリ２２２に関して中心に位置することができる。間隙２２８を通ってポンプ２３０にプロセスガスが流れることができる。ポンプ２３０は基板支持アセンブリ２２２の中心の下方に置かれているため、間隙２２８を通るプロセスガス流は均一である（すなわちそれぞれの間隙２２８を通るガスの流量は同じである）。間隙２２８がある結果、チャンバ境界の非対称性によって誘起される基板２０８上のプロセスガス流の不均一性が排除または最小化される。酸化物／窒化物膜スタックの堆積などの動作時に、基板支持体２２６上に配された基板２０８を回転させるために、基板支持体２２６を回転させることができる。基板支持体２２６のこの回転は、一方向の連続回転または両方向の振動とすることができ、この両方向の振動は例えば、１８０度回転した後に回転方向を変化させることである。いくつかの実施形態では、高温プロセスのために、それぞれの基板支持体２２６を、最高摂氏７００度などの高温に加熱することができる。したがって、基板支持体２２６は、高温レジームに耐えることができるＡｌＮ、セラミックコーティングを有する黒鉛などの材料から製作することができる。フッ素を含むプラズマなどのプラズマに耐えることができる材料で基板支持体２２６をコーティングすることができる。このコーティング材料は、ＡｌＯ、Ｙ2Ｏ3、ＹＡｌＯ、ＡｓＭｙなど、適当な任意の材料とすることができる。
図３は、本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバ３００の概略断面図である。プロセスチャンバ３００は、図２Ａおよび図２Ｂに示されたプロセスチャンバ１０８またはプロセスチャンバ１１４とすることができる。プロセスチャンバ３００は、酸化物層と窒化物層の互層であるスタック、酸化物層と多結晶シリコン層の互層であるスタックなどの誘電体膜スタックを堆積させる目的に利用されるプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバとすることができる。図３に示されているように、プロセスチャンバ３００は、チャンバ壁３０２と、チャンバ壁３０２の内側に配された基板支持アセンブリ３０４と、チャンバ壁３０２の内側に配されたシャワーヘッド３０６とを含む。基板支持アセンブリ３０４は、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃまたは図２Ｄに示された基板支持アセンブリ２０４、基板支持アセンブリ２１０、基板支持アセンブリ２１４または基板支持アセンブリ２２２と同じ基板支持アセンブリとすることができる。基板支持アセンブリ３０４の基板支持体２０６／２１２／２１６／２２６上に４つ以上の基板２０８を配することができる。コストを低減させるため、４つの基板２０８を処理するのに単一のシャワーヘッド３０６が使用され、そのシャワーヘッド３０６には単一のＲＦ電源３０８が結合されている。シャワーヘッド３０６は、基板支持アセンブリ３０４に面した第１の表面３１４と、第１の表面３１４の反対側の第２の表面３１６とを含む。シャワーヘッド３０６は基板支持アセンブリ３０４を覆うことができる。その結果、それらの４つ以上の基板支持体２０６／２１２／２１６／２２６は単一のシャワーヘッド３０６によって覆われる。言い換えると、それらの４つ以上の基板支持体２０６／２１２／２１６／２２６は単一のシャワーヘッド３０６の真下とすることができる。１種または数種のプロセスガスをプロセスチャンバ３００内に送達するため、シャワーヘッド３０６にガス源３１０を結合することができる。解離したフッ素などの洗浄剤をプロセスチャンバ３００内に送達して、シャワーヘッド３０６を含むプロセスチャンバハードウェアから堆積副生物および膜を除去するため、シャワーヘッド３０６に遠隔プラズマ源３１２を結合することもできる。
シャワーヘッド３０６は通常、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）、陽極酸化アルミニウム、ニッケル（Ｎｉ）または他のＲＦ伝導性材料から製作される。シャワーヘッド３０６は、鋳造、ろう付け、鍛造、ホットアイソスタティック成形または焼結によって製作することができる。シャワーヘッド３０６は円形とすることができ、または長方形、正方形などの多角形とすることができる。
図４は、本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッド３０６の部分側断面図である。シャワーヘッド３０６は、基板支持アセンブリ３０４に面した第１の表面３１４と、第１の表面３１４の反対側の第２の表面３１６とを含む。シャワーヘッド３０６内に、第１の表面３１４から第２の表面３１６まで延びる複数のガス通路４０２を形成することができる。それぞれのガス通路４０２は、オリフィス孔４１４によって第２のボア４１２に結合された第１のボア４１０によって画定され、第１のボア４１０、オリフィス孔４１４および第２のボア４１２は結合して、シャワーヘッド３０６を貫く流体経路を形成する。第１のボア４１０は、シャワーヘッド３０６の第２の表面３１６から底部４１８まで、第１の深さ４３０を延ばす。ガスが第１のボア４１０からオリフィス孔４１４に流入するときの流れの制限（ｆｌｏｗ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を最小化するため、第１のボア４１０の底部４１８はテーパ、斜面（ｂｅｖｅｌ）、チャンファー（ｃｈａｍｆｅｒ）または丸みを有することができる。第１のボア４１０は一般に約０．０９３〜約０．２１８インチの直径を有し、一実施形態では、第１のボア４１０が約０．１５６インチである。
第２のボア４１２は、シャワーヘッド３０６内に形成されており、第１の表面３１４から、約０．１０インチ〜約２．０インチの深さ４３２まで延びている。一実施形態では、深さ４３２が、約０．１インチ〜約１．０インチの間である。第２のボア４１２の直径４３６は一般に約０．１インチ〜約１．０インチであり、約１０度〜約５０度の角度４１６のフレアを形成することができる。一実施形態では、直径４３６が約０．１インチ〜約０．５インチの間であり、フレア角（ｆｌａｒｉｎｇ ａｎｇｌｅ）４１６が２０度〜約４０度の間である。第２のボア４１２の表面は、約０．０５インチ2〜約５インチ2の間など、約０．０５インチ2〜約１０インチ2の間である。第２のボア４１２の直径とは第１の表面３１４における直径である。隣接する第２のボア４１２の周縁４８２間の距離４８０は、約０インチ〜約０．４インチの間など、約０インチ〜約０．６インチの間である。第１のボア４１０の直径は通常、限定はされないが、少なくとも第２のボア４１２の直径に等しいかまたは第２のボア４１２の直径よりも小さい。オリフィス孔４１４を出て第２のボア４１２に流入するガスの圧力損失を最小化するために、第２のボア４１２の底部４２０はテーパ、斜面、チャンファーまたは丸みを有することができる。
オリフィス孔４１４は一般に、第１のボア４１０の底部４１８と第２のボア４１２の底部４２０とを結合する。オリフィス孔４１４は一般に、約０．０１インチ〜約０．１インチなど、約０．０１インチ〜約０．３インチの直径を有し、通常、約０．０２インチ〜約０．５インチなど、約０．０２インチ〜約１．０インチの長さ４３４を有する。オリフィス孔４１４の長さ４３４および直径（または他の幾何学的属性）は、シャワーヘッド３０６の第２の表面３１６を横切るガスの均等な分布を促進する、シャワーヘッド３０６とチャンバリッドとの間の領域の背圧の主要な源である。オリフィス孔４１４は通常、複数のガス通路４０２間で均一に構成されるが、シャワーヘッド３０６の１つのエリアを通るガス流が別のエリアを通るガス流よりも多くなることを促進するように、オリフィス孔４１４による制限を、ガス通路４０２間で異なって構成することもできる。例えば、プロセスチャンバ３００のチャンバ壁３０２により近いシャワーヘッド３０６のガス通路４０２のオリフィス孔４１４の直径および／または長さ４３４をより大きく／より短くして、シャワーヘッド３０６の端を通ってより多くのガスが流れるようにすることができる。プロセスチャンバ３００内で同時に４つの基板２０８を処理するとき、第１のボア４１０、第２のボア４１２およびオリフィス孔４１４を有するシャワーヘッド３０６は、それぞれの基板２０８へのガス送達を最適化し、プラズマの発生および分布を最適化することができる。
ガス通路４０２の設計はさらに、膜厚均一性および膜特性均一性を向上させることができる。図５Ａ〜図５Ｄは、本明細書に記載された実施形態に基づくシャワーヘッド３０６の一部分の概略側断面図である。図５Ａに示された直径「Ｄ」（または図４の直径４３６）、深さ「ｄ」（または図４の長さ４３２）およびフレア角「α」（または図４のフレア角４１６）を変更することによって、第２のボア４１２の容積を変化させることができる。直径、深さおよび／またはフレア角を変化させると、第２のボア４１２の表面積も変化することになる。シャワーヘッド３０６の端から中心に向かってボア深さ、直径、フレア角またはこれらの３つのパラメータの組合せを低減させることによって、基板２０８が存在しない基板支持アセンブリ３０４の中心領域のプラズマ密度を低減させることができる。第２のボア４１２の深さ、直径および／またはフレア角を低減させると、第２のボア４１２の表面積も低減する。図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄは、シャワーヘッド３０６上に配置された３つのガス通路設計を示す。図５Ｂ、図５Ｃおよび図５Ｄは、同じボア直径を有する設計を示しているが、ボア深さおよびボア全表面積は図５Ｂの設計が最も大きく、図５Ｄの設計が最も小さい。ボアフレア角は、最終的なボア直径と整合するように変更されている。図５Ｂのボア深さは０．７インチ、図５Ｃのボア深さは０．５インチ、図５Ｄのボア深さは０．３２５インチである。一実施形態では、シャワーヘッド３０６が、中心領域に位置する図５Ｄに示された第１の複数のガス通路４０２と、第１の複数のガス通路４０２を取り囲む図５Ｃに示された第２の複数のガス通路４０２と、第２の複数のガス通路４０２を取り囲む図５Ｂに示された第３の複数のガス通路とを含む。
図６Ａ〜図６Ｆは、本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくガス通路４０２の概略側断面図である。それぞれのガス通路４０２は第２のボア４１２を含むことができる。図６Ａ〜図６Ｆには、第２のボア４１２のさまざまな設計が示されている。図５Ａ〜図５Ｄおよび図６Ａ〜図６Ｆに示された第２のボア４１２を有するガス通路４０２は、プロセス均一性ならびに膜厚均一性および膜特性均一性を向上させるのに役立つ。
ガス通路４０２の第２のボア４１２の直径を同一に維持したまま、ガス通路４０２の密度をシャワーヘッド３０６を横切って変化させるのは、膜堆積物の厚さ均一性および特性均一性を向上させるためである。ガス通路４０２の密度は、測定領域におけるシャワーヘッド３０６の第１の表面３１４における第２のボア４１２の開口の全表面を、測定領域におけるシャワーヘッド３０６の第１の表面３１４の全表面で除することによって計算される。ガス通路４０２の密度は、約１０％〜約１００％まで、好ましくは３０％〜約１００％まで変化させることができる。内側領域のプラズマ密度を低減させるため、内側領域のガス通路４０２の密度は外側領域に比べて低くすべきである。均一で滑らかな堆積プロファイルおよび膜特性プロファイルを保証するため、内側領域から外側領域への密度変化は緩やかかつ滑らかであるべきである。図７は、中心（領域Ａ）における低密度から端（領域Ｂ）における高密度へのガス通路４０２の密度の緩やかな変化を示す。中心領域のガス通路４０２の密度を低くすれば、中心領域のプラズマ密度も低くなるであろう。図７のガス通路４０２の配置は単に、中心から端に向かって増大するガス通路４０２の密度を例示するために使用しただけである。ガス通路４０２の他の配置およびパターンを利用することもできる。密度を変化させるこの発想をガス通路４０２の設計と組み合わせて、中心から端までの均一性を向上させることもできる。
図８Ａ〜図８Ｃは、本明細書に記載されたさまざまな実施形態に基づくシャワーヘッド３０６の概略側断面図である。図８Ａに示されているように、このシャワーヘッド３０６は、基板支持アセンブリ３０４に面した第１の表面８０２と、第１の表面８０２の反対側の第２の表面３１６とを含む。平面である第１の表面３１４とは違い、第１の表面８０２は、図８Ａに示されているように、凹面などの湾曲を有することができる。第１の表面８０２が凹形であると、第１の表面８０２の中心領域は、第１の表面８０２の端領域よりも、基板支持アセンブリ３０４または基板２０８からさらに遠くなる。他の実施形態では、シャワーヘッド３０６が、基板支持アセンブリ３０４に面した第１の表面８０４と、第１の表面８０４の反対側の第２の表面３１６とを有する。図８Ｂに示されているように、第１の表面８０４も、凸面などの湾曲を有する。第１の表面８０４が凸形であると、第１の表面８０４の中心領域は、第１の表面８０４の端領域よりも、基板支持アセンブリ３０４または基板２０８に近くなる。あるいは、シャワーヘッド３０６は、基板支持アセンブリ３０４に面した第１の表面８０６と、第１の表面８０６の反対側の第２の表面３１６とを有する。第１の表面８０６は、凹形の中心領域８０８と、凸形の側部領域８１０とを含むことができる。このようにすると、中心領域８０８および端領域８１２は、側部領域８１０よりも基板２０８からさらに遠くなる。図８Ａ〜図８Ｃに示されたさまざまな設計を有するシャワーヘッド３０６は、プロセス均一性および膜均一性を向上させることができる。
図９は、本明細書に記載された実施形態に基づくプロセスチャンバ９００の概略断面図である。プロセスチャンバ９００はＰＥＣＶＤチャンバとすることができ、図１Ａ〜図１Ｄに示されたプロセスチャンバ１０８または１１４とすることができる。プロセスチャンバ９００は、チャンバ本体９０２およびリッド９０４を含むことができる。図２Ａ〜図２Ｄに示された基板２０８などの１つまたは複数の基板をロードおよびアンロードするため、チャンバ壁にスリットバルブ開口９０６を形成することができる。プロセスチャンバ９００の水平軸９１２は、スリットバルブ開口９０６を貫いて延びることができる。チャンバ本体９０２内に基板支持アセンブリ９１０を配することができ、基板支持アセンブリ９１０の上方にシャワーヘッド９０８を配することができる。基板支持アセンブリ９１０は、図２Ａ〜図２Ｄに示された基板支持アセンブリ２０４、２１０、２１４または２２２とすることができ、シャワーヘッド９０８は、図３に示されたシャワーヘッド３０６とすることができる。シャワーヘッド９０８の裏側にバッキング板９０９を結合することができ、バッキング板９０９はリッド９０４に面することができる。シャワーヘッド９０８を介して１種または数種のプロセスガスをプロセスチャンバ３００内に送達するため、バッキング板９０９にガス源９１１を結合することができる。
図９に示されているように、リッド９０４の上方に、リッド９０４によって支持された整合ネットワークなどの整合ネットワーク９１６を配することができる。整合ネットワーク９１６は、導体９１５によって高周波（ＲＦ）源９１４に電気的に接続することができる。導体９１５を管９１３が取り囲んでもよい。ＲＦ源９１４によってＲＦ電力を発生させ、そのＲＦ電力を、可撓性ＲＦ供給線９１８によってバッキング板９０９に供給することができる。可撓性ＲＦ供給線９１８は、整合ネットワーク９１６に電気的に結合された第１の端部９２２と、バッキング板９０９に電気的に結合された第２の端部９２４とを有することができる。可撓性ＲＦ供給線９１８は、銅ストリップ（ｃｏｐｐｅｒ ｓｔｒｉｐ）などの可撓性の導電性材料から製作することができる。可撓性ＲＦ供給線９１８は、約０．２ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲の厚さ、約１０ｃｍ〜約２０ｃｍの範囲の長さ、および約１０ｃｍ〜約２０ｃｍの範囲の幅を有することができる。可撓性ＲＦ供給線９１８は、整合ネットワーク９１６からバッキング板９０９まで延びることができ、プロセスチャンバ９００の垂直軸９２０に対して（零度よりも大きな）ある角度をなすことができる。（スリットバルブ開口９０６があることに起因する）チャンバ境界の非対称性によって誘起されるプラズマ不均一性を低減させるため、可撓性ＲＦ供給線９１８の第２の端部９２４を、可撓性ＲＦ供給線９１８の可撓性により、バッキング板９０９上の異なる位置に結合することができる。
図１０Ａ〜図１０Ｂは、本明細書に記載された実施形態に基づくバッキング板９０９の概略上面図である。図１０Ａに示されているように、バッキング板９０９は長方形とすることができ、リッド９０４（図９）に面した頂面１００２を含むことができる。バッキング板９０９の頂面１００２に複数の位置１００４を配置することができる。それぞれの位置１００４を利用して、可撓性ＲＦ供給線９１８の第２の端部９２４を固定することができる。一実施形態では、それぞれの位置１００４が凹みであり、導電性材料から製作されたねじなどの固定装置（図示せず）を利用して、それらの凹みに、可撓性ＲＦ供給線９１８の第２の端部９２４を固定する。これらの複数の位置１００４は、軸９１２に沿って整列させることができ、等間隔に配置することができる。
従来、ＲＦ供給線は整合ネットワークとバッキング板とを接続することができ、ＲＦ供給線は通常、軸９２０に対して零度である。プロセスチャンバ非対称性（例えばプロセスチャンバの１つの側面に形成されたスリットバルブ開口）が、ＲＦ経路の位相のずれを誘起することがあり、それによって高密度プラズマゾーンは中心を外れ、スリットバルブの方へずれる。このプロセスチャンバ非対称性によって生じるプラズマ不均一性を排除または最小化するため、可撓性ＲＦ供給線９１８を、バッキング板９０９のスリットバルブ開口９０６により近い位置に電気的に接続することができる。バッキング板９０９に可撓性ＲＦ供給線９１８を固定する位置１００４が複数あることによって、プラズマ均一性を微調整することができる。例えば、バッキング板９０９の複数の位置１００４のうちの１つの位置に可撓性ＲＦ供給線９１８の第２の端部９２４が結合されたプロセスチャンバ９００などのプロセスチャンバがプラズマ不均一性を有するとする。可撓性ＲＦ供給線９１８の第２の端部９２４をバッキング板９０９上の異なる位置１００４に移動させることによって、プラズマ不均一性を最小化することができる。この可撓性ＲＦ供給線９１８の移動は堆積プロセスの前に実行することができる。
図１０Ｂは、本明細書に記載された別の実施形態に基づくバッキング板９０９の概略上面図である。図１０Ｂに示されているように、バッキング板９０９は円形とすることができ、頂面１００２を有することができる。この場合も、可撓性ＲＦ供給線９１８の第２の端部９２４を固定するための複数の位置１００４を、バッキング板９０９の頂面１００２に形成することができる。
単一のシャワーヘッドをそれぞれが有する複数のプロセスチャンバを含むクラスタツールは、スループットを増大させるだけでなく、プロセス均一性および膜均一性も向上させる。一実施形態では、それぞれのプロセスチャンバが４つの基板を処理することができ、クラスタツールに６つのプロセスチャンバが含まれる。このクラスタツールは、プロセス均一性および膜均一性を維持しつつ、同時に２４個の基板を、低コストで処理することができる。低コストで処理できるのは、それぞれのプロセスチャンバに対して１つのシャワーヘッドおよび１つのＲＦ電源が利用されるためである。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の追加の実施形態を考案することができる。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. 移送チャンバと、
    前記移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと、
    前記移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバと
    を備え、前記複数のプロセスチャンバのうちのそれぞれのプロセスチャンバが、
    チャンバ壁と、
    前記チャンバ壁の内側に配された基板支持アセンブリであり、４つ以上の基板支持体を備える基板支持アセンブリと、
    前記チャンバ壁の内側に配されたシャワーヘッドであり、前記４つ以上の基板支持体の上方に配されたシャワーヘッドと
    を備える
    クラスタツール。
  2. 前記複数のプロセスチャンバが６つのプロセスチャンバを含む、請求項１に記載のクラスタツール。
  3. 前記シャワーヘッドが、前記基板支持アセンブリに面した第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを含む、請求項１に記載のクラスタツール。
  4. 前記第１の表面が湾曲を有する、請求項３に記載のクラスタツール。
  5. 前記基板支持アセンブリが、主支持体と、前記主支持体とそれぞれの基板支持体との間に形成された間隙とをさらに備える、請求項１に記載のクラスタツール。
  6. それぞれのプロセスチャンバが、
    リッドと、
    前記リッドの上方に配された整合ネットワークと、
    前記シャワーヘッドに結合されたバッキング板と、
    前記整合ネットワークから前記バッキング板まで延びる可撓性高周波供給線であり、前記プロセスチャンバの垂直軸に対してある角度をなす可撓性高周波供給線と
    をさらに備える、請求項１に記載のクラスタツール。
  7. 前記バッキング板が、前記リッドに面した表面と、前記バッキング板の前記表面に位置する複数の位置とを備え、前記複数の位置のうちの１つの位置が前記可撓性高周波供給線に接続された、請求項６に記載のクラスタツール。
  8. 移送チャンバと、
    前記移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと、
    前記移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバと
    を備え、前記複数のプロセスチャンバのうちのそれぞれのプロセスチャンバが、
    チャンバ壁と、
    前記チャンバ壁の内側に配された基板支持アセンブリであり、４つ以上の基板支持体を備える基板支持アセンブリと、
    前記チャンバ壁の内側に配されたシャワーヘッドであり、前記基板支持アセンブリに面した第１の表面を備え、前記第１の表面が湾曲を有するシャワーヘッドと
    を備える
    クラスタツール。
  9. 前記シャワーヘッドが、前記第１の表面の反対側の第２の表面をさらに備える、請求項８に記載のクラスタツール。
  10. 前記シャワーヘッドが、前記第１の表面から前記第２の表面まで延びる複数のガス通路をさらに備える、請求項９に記載のクラスタツール。
  11. 前記複数のガス通路のうちのそれぞれのガス通路が、
    第１のボアと、
    前記第１のボアに結合されたオリフィス孔と、
    前記オリフィス孔に結合された第２のボアと
    を備える、請求項１０に記載のクラスタツール。
  12. 前記４つ以上の基板支持体のうちのそれぞれの基板支持体が回転可能である、請求項８に記載のクラスタツール。
  13. 前記４つ以上の基板支持体のうちのそれぞれの基板支持体が、一方向に連続的に回転することができる、請求項１２に記載のクラスタツール。
  14. 前記４つ以上の基板支持体のうちのそれぞれの基板支持体が、両方向に振動することができる、請求項１２に記載のクラスタツール。
  15. 移送チャンバと、
    前記移送チャンバに結合されたロードロックチャンバと、
    前記移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバと
    を備え、前記複数のプロセスチャンバのうちのそれぞれのプロセスチャンバが、
    チャンバ壁と、
    前記チャンバ壁の内側に配された基板支持アセンブリであり、４つの基板支持体を備える基板支持アセンブリと、
    前記チャンバ壁の内側に配されたシャワーヘッドと
    を備え、前記シャワーヘッドが、
    前記基板支持アセンブリに面した第１の表面と、
    前記第１の表面の反対側の第２の表面と、
    前記第１の表面から前記第２の表面まで延びる複数のガス通路と
    を備え、前記複数のガス通路のうちのそれぞれのガス通路が、
    第１のボアと、
    前記第１のボアに結合されたオリフィス孔と、
    前記オリフィス孔に結合された第２のボアと
    を備える
    クラスタツール。
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