JP2021528849A

JP2021528849A - 対にされた動的平行板の容量結合プラズマ

Info

Publication number: JP2021528849A
Application number: JP2020570180A
Authority: JP
Inventors: ハリポッネカンティ，; 田中　努; マンディアムスリイラム，; ドミトリージルノ，; サンジーヴバルジャ，; マリオディー．シルベッティー，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2039-06-18
Also published as: TW202302909A; WO2019246041A1; KR20210008564A; US20190385819A1; JP7422807B2; TW202000984A; KR102476114B1; US11282676B2; JP2022122897A; KR102652116B1; US20220165540A1; US11923172B2; KR20230004878A; TWI780337B; CN112292755A; JP7078762B2

Abstract

複数の処理ステーション及び個々のウエハ支持面を有する処理チャンバが記載される。処理ステーション及びウエハ支持面は、等しい数の処理ステーションとヒータが存在するように配置される。ＲＦ発生器は、第１のステーション内の第１の電極と、第２のステーション内の第２の電極とに接続される。底部ＲＦ経路は、第１の支持面と第２の支持面との間の接続によって形成される。
【選択図】図７

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、半導体ウエハ処理のための装置に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、平行板の容量結合プラズマを伴う処理チャンバ、及びプラズマを生成する方法に関する。

［０００２］原子層堆積（ＡＬＤ）とプラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）は、高アスペクト比構造における膜の厚さと共形性の制御を提供する堆積技術である。半導体産業においてデバイス寸法が連続的に減少しているため、ＡＬＤ／ＰＥＡＬＤを使用する関心及び用途が増加している。場合によっては、ＰＥＡＬＤのみが、所望の膜の厚さ及び共形性に対する仕様を満たすことができる。

［０００３］半導体デバイスの形成は、一般に、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。いくつかの例においては、マルチチャンバ処理プラットフォーム又はクラスタツールの目的は、制御された環境において、基板上で２つ以上のプロセスを連続して実行することである。しかし、他の例では、複数チャンバ処理プラットフォームは、基板上で単一の処理ステップを実行するだけでよく、追加のチャンバは、基板がプラットフォームによって処理される速度を最大化することを意図している。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（例えば、２５又は５０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、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス及びいくつかの化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスなどの、経済的に実行可能な方法で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。

［０００４］容量結合プラズマ（ＣＣＰ）は、均一なプラズマを生成するための十分に証明された方法であり、半導体製造のための多くのプラズマ処理応用に理想的である。通常、シリコンウエハが配置されるＣＣＰの電極のうちの１つが、処理の直前及び直後又は処理中に物理的に移動する必要がある場合、従来の構成では、接地経路の電気接続をインシトゥ（その場）で切断する必要があり、実装がほぼ不可能となる。

［０００５］したがって、当技術分野では、バッチ処理のために平行板の容量結合プラズマ中に均一なプラズマを提供するための装置が必要とされている。

［０００６］本開示の１つ又は複数の実施形態は、少なくとも２つのプラズマステーションと、処理のために個々のウエハを支持するための複数の支持面を有するウエハペデスタルとを備える処理チャンバを対象とする。ＲＦ発生器は、上部ＲＦ経路を形成するために、第１のプラズマ処理ステーション内の第１の電極、及び第２のプラズマ処理ステーション内の第２の電極に接続される。底部ＲＦ経路を形成するために、ウエハペデスタルの少なくとも２つの支持面の間に接続がある。

［０００７］本開示の１つ又は複数の実施形態は、処理チャンバの内部の周囲に配置された複数の処理ステーションであって、少なくとも２つのプラズマステーションを備える、複数の処理ステーションと、処理のために個々のウエハを支持するための複数のヒータを有するウエハペデスタルであって、ヒータの数が処理ステーションの数に等しい、ウエハペデスタルと、上部ＲＦ経路を形成するために、第１のプラズマ処理ステーション内の第１の電極、及び第２のプラズマ処理ステーション内の第２の電極に接続されたＲＦ発生器と、底部ＲＦ経路を形成するための、ウエハペデスタルの第１のヒータと第２のヒータとの間の接続とを備える処理チャンバを対象とする。

［０００８］本開示の更なる実施形態は、複数の基板を処理する方法を対象とする。上部ＲＦ経路を形成するために、第１のプラズマ処理ステーション内の第１の電極、及び第２のプラズマ処理ステーション内の第２の電極に接続されたＲＦ発生器には、電力が供給される。第１のプラズマ処理ステーションは、第１の支持面を備え、第２のプラズマ処理ステーションは、第２の支持面を備える。底部ＲＦ経路を形成するために、ウエハペデスタルの第１の支持面と第２の支持面との間に接続がある。

［０００９］本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態の一部が添付図面に示される。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面が本開示の典型的な実施形態を例示しているにすぎず、よって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。

［００１０］本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの断面図を示す。［００１１］本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの部分斜視図を示す。［００１２］本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。［００１３］本開示の１つ又は複数の実施形態による、バッチ処理チャンバ内で使用するための、くさび形状のガス分配アセンブリの一部の概略図を示す。［００１４］本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。［００１５］本開示の１つ又は複数の実施形態による、ガスインジェクタインサートのための開口部を備えたガス分配アセンブリを示す。［００１６］本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの概略図を示す。［００１７］本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの概略図を示す。［００１８］本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの概略図を示す。［００１９］本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの概略図を示す。［００２０］本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの概略図を示す。［００２１］本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの概略図を示す。［００２２］本開示の１つ又は複数の実施形態による処理チャンバの概略図を示す。

［００２３］本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構成又はプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施又は実行可能である。

［００２４］本明細書で使用される「基板」、「基板表面」などは、任意の基板、又は処理が実行される基板上に形成された任意の材料表面を指す。例えば、その上で処理が実行されうる基板表面は、限定されないが、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電性材料などの任意の他の材料を含む。基板は、限定しないが、半導体ウエハを含む。基板は、基板表面を、研磨し、エッチングし、還元し、酸化させ、ヒドロキシル化し（又は化学官能性を付与するためにターゲット化学部分を生成又はグラフトし）、アニールし、及び／又はベークするための前処理プロセスに曝されうる。基板自体の表面上で直接処理することに加えて、本開示では、開示される膜処理ステップのいずれも、以下でより詳細に開示されるように、基板上に形成される下層の上で実行されてもよく、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、そのような下層を含むことが意図される。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合に、新たに堆積された膜／層の露出した表面が基板表面になる。所与の基板表面が何を含むかは、何の材料が堆積されるか、並びに使用される特定の化学物質に依存するだろう。

［００２５］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「反応性化合物」、「反応性ガス」、「反応性種」、「前駆体」、「プロセスガス」などの用語は、表面反応（例えば、化学吸着、酸化、還元）において基板表面又は基板表面上の材料と反応することができる種を有する物質を意味するために交換可能に使用される。例えば、第１の「反応性ガス」は、基板の表面上に単に吸着し、第２の反応性ガスとの更なる化学反応に利用可能でありうる。

［００２６］本明細書で使用される「原子層堆積」又は「周期的堆積」は、基板表面上に材料の層を堆積させるために２つ以上の反応性化合物を連続的に曝露することを指す。基板又は基板の一部は、処理チャンバの反応ゾーンに導入される２つ以上の反応性化合物に別々に曝露される。時間領域ＡＬＤプロセスでは、各反応性化合物への曝露は、各化合物が基板表面上に付着及び／又は反応し、次いで処理チャンバからパージされることができるように、時間遅延によって分離される。これらの反応性化合物は、基板に連続的に曝露されると言われている。空間的ＡＬＤプロセスでは、基板表面の異なる部分、又は基板表面上の材料は、基板上の任意の所与の点が２つ以上の反応性化合物に実質的に同時に曝露されないように、２つ以上の反応性化合物に同時に曝露される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、この点で使用される「実質的に」という用語は、当業者によって理解されるように、基板の小さな部分が拡散によって同時に複数の反応性ガスに曝露される可能性があり、同時の曝露が意図されないものであることを意味する。

［００２７］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、「パイ形状」及び「くさび形状」という用語は、円の扇形部分（ｓｅｃｔｏｒ）である本体を説明するために互換的に使用される。例えば、くさび形状のセグメントは、円形又は円盤形状の構造の断片であり、複数のくさび形状のセグメントを連結して円形本体を形成することができる。扇形部分は、円の２つの半径及び交差する円弧によって囲まれた円の一部として定義することができる。パイ形状のセグメントの内側エッジは、尖っていてもよく、又は平坦なエッジとなるよう切断されたり、丸みを帯びるように加工されたりしてもよい。いくつかの実施形態では、扇形部分は、リング又は環帯の一部として定義することができる。

［００２８］基板の経路は、ガスポートに対して直角でありうる。いくつかの実施形態では、ガスインジェクタアセンブリの各々は、基板が横切る経路に実質的に直角な方向に延びる複数の細長いガスポートを備え、ガス分配アセンブリの前面は、プラテンに実質的に平行である。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される際に、「実質的に直角な」という用語は、基板の移動の概略方向が、ガスポートの軸に対してほぼ直角（例えば、約４５°から９０°）な平面に沿ったものであることを意味する。くさび形状のガスポートでは、ガスポートの軸は、ポートの長さに沿って延びるポートの幅の中点として定義される線であると考えることができる。

［００２９］図１は、インジェクタ又はインジェクタアセンブリとも呼ばれるガス分配アセンブリ１２０と、サセプタアセンブリ１４０とを含む処理チャンバ１００の断面を示す。ガス分配アセンブリ１２０は、処理チャンバ内で使用されるあらゆる種類のガス供給デバイスである。ガス分配アセンブリ１２０は、サセプタアセンブリ１４０に対向する前面１２１を含む。前面１２１は、サセプタアセンブリ１４０に向かってガス流を供給するための、任意の数又は様々な開口部を有しうる。ガス分配アセンブリ１２０はまた、図示された実施形態では実質的に円形である外周エッジ１２４を含む。

［００３０］使用される特定の種類のガス分配アセンブリ１２０は、使用されている特定のプロセスに応じて変化しうる。本開示の実施形態は、サセプタとガス分配アセンブリとの間の間隙が制御される任意の種類の処理システムと共に使用することができる。様々な種類のガス分配アセンブリ（例えば、シャワーヘッド）が用いられうるが、本開示の実施形態は、複数の実質的に平行なガスチャネルを有する空間的ＡＬＤガス分配アセンブリに特に有用でありうる。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される場合、「実質的に平行な」という用語は、ガスチャネルの長手方向軸が同じ概略方向に延びることを意味する。ガスチャネルの平行度にはわずかな不完全さが存在しうる。複数の実質的に平行なガスチャネルは、少なくとも１つの第１の反応性ガスＡチャネル、少なくとも１つの第２の反応性ガスＢチャネル、少なくとも１つのパージガスＰチャネル及び／又は少なくとも１つの真空Ｖチャネルを含みうる。第１の反応性ガスＡチャネル（複数可）、第２の反応性ガスＢチャネル（複数可）、及びパージガスＰチャネル（複数可）から流れるガスは、ウエハの上面に向かって方向付けられる。ガス流の一部は、ウエハの表面にわたって水平に移動し、パージガスＰチャネル（複数可）を通って処理領域から出る。ガス分配アセンブリの一端から他の端に移動する基板は、順にプロセスガスの各々に曝露されることになり、基板表面に層を形成する。

［００３１］いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、単一のインジェクタユニットで作られた剛性の静止体である。１つ又は複数の実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、図２に示すように、複数の個々の扇形部分（例えば、インジェクタユニット１２２）から構成される。単片本体又は複数の扇形部分の本体のいずれかが、記載される本開示の様々な実施形態とともに使用されうる。

［００３２］サセプタアセンブリ１４０は、ガス分配アセンブリ１２０の下に位置付けられる。サセプタアセンブリ１４０は、上面１４１と、上面１４１内の少なくとも１つの凹部１４２とを含む。サセプタアセンブリ１４０は、底面１４３とエッジ１４４も有する。凹部１４２は、処理されている基板６０の形状及びサイズに応じて、任意の適切な形状及びサイズとすることができる。図１に示す実施形態では、凹部１４２は、ウエハの底部を支持するための平坦な底部を有するが、凹部の底部は変化しうる。いくつかの実施態様において、凹部は、ウエハの外周エッジを支持するようにサイズ決定された凹部の外周エッジの周りに段差領域を有する。ステップによって支持されるウエハの外周エッジの量は、例えば、ウエハの厚さ及びウエハの裏側に既に存在する特徴の存在に応じて変化しうる。

［００３３］いくつかの実施形態では、図１に示すように、凹部１４２で支持された基板６０がサセプタ１４０の上面１４１と実質的に同一平面上にある上面６１を有するように、サセプタアセンブリ１４０の上面１４１の凹部１４２は、サイズ決定される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「実質的に同一平面上の」という用語は、ウエハの上面及びサセプタアセンブリの上面が±０．２ｍｍ以内の同一平面上にあることを意味する。いくつかの実施形態では、上面は、±０．１５ｍｍ、±０．１０ｍｍ、又は±０．０５ｍｍ以内で同一平面上にある。いくつかの実施態様の凹部１４２は、ウエハの内径（ＩＤ）が、サセプタの中心（回転軸）から約１７０ｍｍから約１８５ｍｍの範囲内に位置するように、ウエハを支持する。いくつかの実施態様では、凹部１４２は、ウエハの外径（ＯＤ）がサセプタの中心（回転軸）から約４７０ｍｍから約４８５ｍｍの範囲に位置するように、ウエハを支持する。

［００３４］図１のサセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０を持ち上げ、下げ、回転させることができる支持ポスト１６０を含む。サセプタアセンブリは、支持ポスト１６０の中心内にヒータ、又はガスライン、又は電気部品を含みうる。支持ポスト１６０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の間隙を増減し、サセプタアセンブリ１４０を適切な位置に移動させる主要な手段でありうる。サセプタアセンブリ１４０はまた、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間に所定の間隙１７０を形成するために、サセプタアセンブリ１４０に微調整を行うことができる微調整アクチュエータ１６２を含みうる。いくつかの実施形態では、間隙１７０の距離は、約０．１ｍｍから約５．０ｍｍの範囲、又は約０．１ｍｍから約３．０ｍｍの範囲、又は約０．１ｍｍから約２．０ｍｍの範囲、又は約０．２ｍｍから約１．８ｍｍの範囲、又は約０．３ｍｍから約１．７ｍｍの範囲、又は約０．４ｍｍから約１．６ｍｍの範囲、又は約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの範囲、又は約０．６ｍｍから約１．４ｍｍの範囲、又は約０．７ｍｍから約１．３ｍｍの範囲、又は約０．８ｍｍから約１．２ｍｍの範囲、又は約０．９ｍｍから約１．１ｍｍの範囲、又は約１．１ｍｍである。

［００３５］図に示されている処理チャンバ１００は、サセプタアセンブリ１４０が複数の基板６０を保持できるカルーセル型チャンバである。図２に示すように、ガス分配アセンブリ１２０は、複数の別個のインジェクタユニット１２２を含んでもよく、各インジェクタユニット１２２は、ウエハがインジェクタユニットの下に移動する際に、ウエハ上に膜を堆積することができる。サセプタアセンブリ１４０のほぼ反対側及び上方に配置された２つのパイ形状のインジェクタユニット１２２が示されている。この数のインジェクタユニット１２２は、単に例示目的で示されている。より多くの又はより少ないインジェクタユニット１２２が含まれうることが理解されるだろう。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリ１４０の形状に適合する形状を形成するのに十分な数のパイ形状のインジェクタユニット１２２が存在する。いくつかの実施形態では、個々のパイ形状のインジェクタユニット１２２の各々は、他のインジェクタユニット１２２のいずれにも影響を及ぼすことなく、独立して移動、取り外し、及び／又は交換されうる。例えば、ロボットがサセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の領域にアクセスして基板６０をロード／アンロードできるようにするために、１つのセグメントを上昇させてもよい。

［００３６］ウエハが同じプロセスの流れを経るよう、複数のウエハを同時に処理するために、複数のガスインジェクタを有する処理チャンバを使用することができる。例えば、図３に示すように、処理チャンバ１００は、４つのガスインジェクタアセンブリと４つの基板６０とを有する。処理開始時に、基板６０をインジェクタアセンブリ３０の間に配置することができる。サセプタアセンブリ１４０を４５o回転させる１７と、ガス分配アセンブリ１２０の間にある各基板６０が、ガス分配アセンブリ１２０の下方の点線円で示されているように、膜堆積のために、ガス分配アセンブリ１２０の方に移動することになる。更に４５o回転させると、基板６０はインジェクタアセンブリ３０から離れるように移動するだろう。空間的ＡＬＤインジェクタでは、インジェクタアセンブリに対するウエハの移動中に、ウエハ上に膜が堆積される。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリ１４０は、基板６０がガス分配アセンブリ１２０の下で停止しないような増分で回転する。基板６０及びガス分配アセンブリ１２０の数は、同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリが存在するのと同じ数の、処理されているウエハが存在する。１つ又は複数の実施形態では、処理されているウエハの数は、ガス分配アセンブリの数の分数又は整数倍である。例えば、４つのガス分配アセンブリがある場合、処理されているウエハの数は４ｘであり、ｘは１以上の整数値である。

［００３７］図３に示される処理チャンバ１００は、１つの可能な構成を単に表しているものであり、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。ここで、処理チャンバ１００は、複数のガス分配アセンブリ１２０を含む。図示された実施形態では、処理チャンバ１００の周囲に均等に離間した４つのガス分配アセンブリ（インジェクタアセンブリ３０とも呼ばれる）が存在する。図示された処理チャンバ１００は八角形であるが、当業者は、これが１つの可能な形状であり、本開示の範囲を限定するものと見なすべきではないことを理解するだろう。図示されたガス分配アセンブリ１２０は台形であるが、図２に示されているように、単一の円形構成要素であっても、複数のパイ形状のセグメントで構成されてもよい。

［００３８］図３に示す実施形態は、ロードロックチャンバ１８０、又はバッファステーションのような補助チャンバを含む。このチャンバ１８０は、処理チャンバ１００の側面に接続されており、例えば、基板（基板６０とも呼ばれる）を処理チャンバ１００にロード／アンロードすることができるようになる。基板をサセプタ上に移動させるために、ウエハロボットがチャンバ１８０内に配置されてもよい。

［００３９］カルーセル（例えば、サセプタアセンブリ１４０）の回転は、連続的であっても不連続的であってもよい。連続処理において、ウエハは、インジェクタの各々に順に曝露されるように、常に回転している。不連続処理においては、ウエハは、インジェクタ領域に移動して停止し、次いで、インジェクタ間の領域８４に移動して停止しうる。例えば、ウエハがインジェクタ間領域からインジェクタを越えて動き（又は、インジェクタに隣接して停止し）、カルーセルが再度止まりうる次のインジェクタ間領域へと続いて動くように、カルーセルが回転しうる。インジェクタ間で止まることで、各層の堆積と堆積との間の追加の処理ステップ（例えばプラズマへの曝露）のための時間が提供されうる。

［００４０］図４は、ガス分配アセンブリ２２０の扇形部分又は一部を示し、これは、インジェクタユニット１２２と呼ばれうる。インジェクタユニット１２２は、個々に、又は他のインジェクタユニットと組み合わせて使用することができる。例えば、図５に示すように、図４のインジェクタユニット１２２のうちの４つを組み合わせて、単一のガス分配アセンブリ２２０を形成する。（４つのインジェクタユニットを分離する線は、分かりやすくするために図示しない。）図４のインジェクタユニット１２２は、パージガスポート１５５及び真空ポート１４５に加えて、第１の反応性ガスポート１２５及び第２の反応性ガスポート１３５の両方を有するが、インジェクタユニット１２２は、これらの構成要素のすべてを必要としない。

［００４１］図４及び図５の両方を参照すると、１つ又は複数の実施形態によるガス分配アセンブリ２２０は、各扇形部分が同一である又は異なっている複数の扇形部分（又はインジェクタユニット１２２）を備えうる。ガス分配アセンブリ２２０は、処理チャンバ内に配置され、ガス分配アセンブリ２２０の前面１２１に複数の細長いガスポート１２５、１３５、１４５を備える。複数の細長いガスポート１２５、１３５、１４５及び真空ポート１５５は、内周エッジ１２３に隣接するエリアからガス分配アセンブリ２２０の外周エッジ１２４に隣接するエリアに向かって延びる。図示した複数のガスポートは、第１の反応性ガスポート１２５、第２の反応性ガスポート１３５、第１の反応性ガスポートと第２の反応性ガスポートの各々を取り囲む真空ポート１４５、及びパージガスポート１５５を含む。

［００４２］図４又は図５に示される実施形態を参照すると、ポートが少なくとも内周領域の周りから少なくとも外周領域の周りに延びると述べても、ポートは、内側領域から外側領域まで単に半径方向に延びるだけではない可能性がある。真空ポート１４５が反応性ガスポート１２５及び反応性ガスポート１３５を取り囲んでいるので、ポートは、接線方向に延びうる。図４及び図５に示す実施形態では、くさび形状の反応性ガスポート１２５、１３５は、真空ポート１４５によって、内周領域及び外周領域に隣接することを含めて、すべてのエッジで取り囲まれている。

［００４３］図４を参照すると、基板が経路１２７に沿って移動すると、基板表面の各部分が種々の反応性ガスに曝露される。経路１２７を辿ると、基板は、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第１の反応性ガスポート１２５、真空ポート１４５、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第２の反応性ガスポート１３５、及び真空ポート１４５に曝露されるか、又はそれらに「遭遇」する。したがって、図４に示す経路１２７の端では、基板は、第１の反応性ガスポート１２５及び第２の反応性ガスポート１３５からのガス流に曝露されて、層が形成される。図示されたインジェクタユニット１２２は、四分円をなしているが、より大きくてもより小さくてもよいだろう。図５に示すガス分配アセンブリ２２０は、連続して接続された図４のインジェクタユニット１２２の４つの組み合わせと見なすことができる。

［００４４］図４のインジェクタユニット１２２は、反応性ガスを分離するガスカーテン１５０を示す。「ガスカーテン」という用語は、反応性ガスを混合しないように分離するための、ガス流又は真空の任意の組み合わせを説明するために使用される。図４に示すガスカーテン１５０は、第１の反応性ガスポート１２５と隣り合った真空ポート１４５の部分と、中央のパージガスポート１５５と、第２の反応性ガスポート１３５と隣り合った真空ポート１４５の部分とを含む。第１の反応性ガスと第２の反応性ガスとの気相反応を防止又は最小限に抑えるために、このガス流と真空との組み合わせを使用することができる。

［００４５］図５を参照すると、ガス分配アセンブリ２２０からのガス流と真空との組み合わせが、複数の処理領域２５０への分離を形成する。処理領域は、２５０間にあるガスカーテン１５０を用いて、個々の反応性ガスポート１２５、１３５の周りに大まかに画定される。図５に示される実施形態は、８個の別個のガスカーテン１５０を間に有する８個の別個の処理領域２５０を構成する。処理チャンバは、少なくとも２つの処理領域を有しうる。いくつかの実施形態では、少なくとも３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、又は１２個の処理領域が存在する。

［００４６］処理中、基板は、任意の所与の時間に２つ以上の処理領域２５０に曝露されうる。しかしながら、異なる処理領域に曝露される部分は、２つを分離するガスカーテンを有することになる。例えば、基板の前方エッジが第２の反応性ガスポート１３５を含む処理領域に進入する場合、基板の中央部分は、ガスカーテン１５０の下にあり、基板の後方エッジは、第１の反応性ガスポート１２５を含む処理領域に留まることになる。

［００４７］ファクトリインターフェース２８０（例えば、ロードロックチャンバでありうる）が、処理チャンバ１００に接続されて示されている。基板６０は、基準フレームを提供するために、ガス分配アセンブリ２２０の上に重ねられて示されている。基板６０は、しばしば、ガス分配アセンブリ１２０（ガス分配板とも呼ばれる）の前面１２１の近くに保持されるサセプタアセンブリ上に位置しうる。基板６０は、ファクトリインターフェース２８０を介して処理チャンバ１００内の基板支持体又はサセプタアセンブリ上にロードされる（図３参照）。基板６０は、処理領域内に配置された状態で図示されうるが、これは、基板が、第１の反応性ガスポート１２５に隣接し、２つのガスカーテン１５０ａと１５０ｂとの間に位置するためである。経路１２７に沿って基板６０を回転させると、処理チャンバ１００の周囲で基板が反時計回りに移動することになる。したがって、基板６０は、第１の処理領域２５０ａから第８の処理領域２５０ｈ（その間にすべての処理領域が含まれる）に曝露されることになる。図示されたガス分配アセンブリを使用して、処理チャンバの周りの各サイクルについて、基板６０は、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスの４つのＡＬＤサイクルに曝露されることになる。

［００４８］バッチプロセッサにおける従来のＡＬＤシーケンスは、図５のものと同様に、空間的に分離されたインジェクタからの化学物質Ａ及びＢの流れをそれぞれ維持し、それらの間にポンプ／パージセクションがある。従来のＡＬＤシーケンスには、開始及び終了パターンがあり、堆積された膜に不均一性が生じうる。驚くべきことに、本発明者らは、空間的ＡＬＤバッチ処理チャンバ内で実行される時間ベースのＡＬＤプロセスが、より高い均一性を有する膜を提供することを発見した。ガスＡ、反応性ガスがない状態、ガスＢ、反応性ガスがない状態に曝露していくという基本プロセスは、膜に開始及び終了パターンが形成されることを避けるために、インジェクタの下で基板を掃引して、化学物質Ａと化学物質Ｂのそれぞれで基板を飽和させるためのものである。驚くべきことに、本発明者らは、時間ベースのアプローチが、ターゲット膜の厚さが薄い（例えば、２０ＡＬＤサイクル未満）場合に特に有益であり、開始及び終了パターンが、ウエハ内の均一性性能に著しい影響を及ぼすことを発見した。本発明者らはまた、本明細書に記載されるようなＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ及びＳｉＣＯＮの膜を生成するための反応プロセスが、時間領域プロセスでは達成され得ないことを発見した。処理チャンバをパージするために使用される時間量は、基板表面からの材料の剥離をもたらす。記載された空間的ＡＬＤプロセスでは、ガスカーテンの下にある時間が短いため、この剥離は発生しない。

［００４９］したがって、本開示の実施形態は、複数の処理領域２５０ａ−２５０ｈを有し、各処理領域がガスカーテン１５０によって隣接領域から分離されている処理チャンバ１００を含む処理方法を対象としている。例えば、図５に処理チャンバが示される。処理チャンバ内のガスカーテン及び処理領域の数は、ガス流の配置に応じて任意の適切な数とすることができる。図５に示す実施形態は、８つのガスカーテン１５０と８つの処理領域２５０ａ−２５０ｈを有している。ガスカーテンの数は、概して、処理領域の数以上である。例えば、領域２５０ａが反応性ガス流を有しておらず、単にローディングエリアとしての役割を果たしているにすぎない場合、処理チャンバは、７つの処理領域と８つのガスカーテンを有することになろう。

［００５０］複数の基板６０は、例えば、図１及び図２に示すサセプタアセンブリ１４０のように、基板支持体上に位置決めされる。複数の基板６０は、処理のために処理領域の周りを回転する。概して、ガスカーテン１５０は、反応性ガスがチャンバに流れ込んでいない期間を含む処理の間ずっと稼働している（ガスが流れて真空がオンになっている）。

［００５１］第１の反応性ガスＡは、処理領域２５０の１つ又は複数に流入し、一方、不活性ガスは、第１の反応性ガスＡが流入していない任意の処理領域２５０に流入する。例えば、第１の反応性ガスが、処理領域２５０ｈを通って処理領域２５０ｂに流入している場合、不活性ガスが処理領域２５０ａに流入することになろう。不活性ガスは、第１の反応性ガスポート１２５又は第２の反応性ガスポート１３５を通って流されうる。

［００５２］処理領域内の不活性ガス流は、一定であっても変動してもよい。いくつかの実施形態では、反応性ガスは、不活性ガスと共流する。不活性ガスは、キャリア及び希釈剤として作用することになる。キャリアガスに対する反応性ガスの量が少ないので、共流は、隣接する領域間の圧力差を減少させることによって、処理領域間のガス圧力の平衡をより容易にすることができる。

［００５３］図６は、４つのインジェクタユニット１２２と４つの開口部６１０を有するガス分配アセンブリ１２０の別の実施形態を示す。開口部６１０は、インジェクタインサート（図示せず）によって占有され、均一な構成要素を形成することになる。いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、温度制御された本体を有する。例えば、４つの開口部６１０及び４つのインジェクタユニット１２２を有する大型の図示された構成要素は、流体チャネル又は当業者に知られている他の冷却／加熱構成を使用して冷却及び／又は加熱することができる。図示された開口部６１０は、インジェクタインサートを支持するようにサイズ決めされたレッジ６１２を含むが、これは、単に代表的な１つの可能な構成であり、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

［００５４］従来の方法及び装置は、ＲＦ電流に対して良好な接地経路を必要とする。これにより、複数のＣＣＰ電極の下を物理的に移動しているステージが使用できなくなる。その場合、対向電極が設けられ、ウエハが配置されるステージの一方の側のリターン経路は、ＲＦリターン経路の一部である必要はない。これにより、ウエハ全体にわたって均一なプラズマ（電位及びイオン密度）を生成することが困難になる可能性がある。

［００５５］本開示のいくつかの実施形態は、有利には、電気的に直列に接続された一対の容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源を有する装置を提供する。いくつかの実施形態は、有利には、１つのプラズマ源上のＲＦ電流が別のプラズマ源を通過して戻るＣＣＰを提供する。いくつかの実施形態は、有利には、ＲＦ電流が通過して戻るための外部接地経路を最小化又は排除する装置及び方法を提供し、良好な接地経路の固定が困難な機械的に動的なプラズマチャンバに適するようになる。

［００５６］本開示のいくつかの実施形態は、有利には、共に移動する２つのＣＣＰステージをペアリングし、一方のＣＣＰ源を他方の源のリターンとして使用する装置及び方法を提供する。いくつかの実施形態は、ＲＦリターン経路の係合及び係合解除の複雑な配置を伴わない装置及び方法を提供する。

［００５７］いくつかの実施形態では、２つのＣＣＰ源が並列に接続される。底部ＲＦ経路は、互いに接続される。ＲＦ電力は、位相が互いに１８０度ずれた上側に印加され、プッシュアンドプル方式でＲＦ電流を前後に駆動する。ＲＦ電流は、一方の源に進入し、底部から源を出て、底部から他方の源に戻り、他方の源の上部電極から出る。

［００５８］電源は、１８０o同期外れで動作する２つの高周波発生器によって、又はバラン（同軸変圧器、従来の変圧器など）を介して２つの側に給電する１つの発生器によって、駆動することができる。２つの源を通るＲＦ電流の連続性は、２つの源の改善された同時動作を可能にするだろう。単一の発生器を使用することにより、第２の発生器及び整合回路のコストを節約することができる。

［００５９］図２及び図３に示す実施形態では、サセプタは単一の導電体である。いくつかの実施形態では、図７に示すように、別個の基板支持体７１０が使用され、単一のウエハペデスタル７００のように機能するよう構成される。４つの別個の基板支持体７１０は、十字型のペデスタルベース７２０に接続される。ペデスタルベース７２０は、ｚ軸移動又はシータ移動（ｚ軸を中心とした回転）の１つ又は複数を提供することができるモータ７３０に接続される。図示されたウエハペデスタル７００は、４つの別個の基板支持体７１０と適切に成形されたペデスタルベース７２０を有するが、当業者は、適切に成形されたペデスタルベース７２０を有する任意の適切な数の基板支持体７１０（例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つなど）が存在しうることを認識するだろう。

［００６０］基板支持体７１０の各々は、他の基板支持体７１０とは独立して加熱／冷却することができる。これにより、各ペデスタル上のウエハが、ｚ軸の周りの任意の所与の位置で生じる特定のプロセス／反応に応じて別々に温度制御可能となる。例えば、処理ツールは、４つの別個の処理領域を有することができ、その結果、各ウエハは、ペデスタル上で、複数の反応及びプロセスのための処理領域のいくつか又はすべてに移動される。

［００６１］図８から図１３を参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態は、処理チャンバ８００及び均一なプラズマを提供する方法を対象とする。図８では、一対の固定電極８２０ａ、８２０ｂ及び一対の移動電極（移動ヒータ８１０ａ、８１０ｂとして示す）を、直列回路に示すように使用することができる。図示した実施形態は移動ヒータを使用するが、本開示は、このような装置に限定されない。概して、本開示は、接地経路を接続し、物理的接地が必要とされないように位相を調整することによって、２つ以上の源にわたってプラズマを生成する方法を対象とする。図６及び図７に示す実施形態では、２つ又は４つのプラズマインジェクタ（シャワーヘッド）を設けることができ、ここで、本明細書に記載の位相調整を使用して２つを同時に点火することができる。プラズマ８１５ａは、電極８２０ａとヒータ８１０ａとの間で点灯させることができ、別のプラズマ８１５ｂは、電極８２０ｂとヒータ８１０ｂとの間で同時に点灯する。次いで、ヒータ８１０ａ、８１０ｂは、電極８２０ａとヒータ８１０ｂが対になるように移動することができ、その逆もありうる。２つのプラズマを再び点灯させることができる。同じ発生器８３０及び整合セット８３５が、両方のプラズマに直列に電力を供給するために使用される。任意の特定の動作理論に束縛されることなく、直列の２つのプラズマを有することは、両方のプラズマが同時に点火し、同じ電流が２対の電極を通過することを保証し、したがって、２つのウエハの露光は類似していると考えられる。電極間を交互にすることにより、２つのウエハに対して平均化効果が保証される。同軸ケーブル８４０は、ヒータと共に移動する２つのヒータ８１０ａ、８１０ｂ電極を接続し、物理的なＲＦ接続に相対運動がないようにする。１つの発生器８３０及び１つの整合セット８３５に対するＲＦ構成要素を縮小することで、ウエハ対ウエハの整合を確実にしつつ、コスト及び複雑さが低減される。

［００６２］図８に示される実施形態では、同軸ケーブル８４０は、ペデスタルベース７２０内に埋め込まれる。同軸ケーブル８４０は、ヒータに接続され、当業者に知られた任意の適切な方法で配線することができる。同軸ケーブル８４０は、内部導体８４２と、間に絶縁体８４４を備えた外部導体８４６とを備える。

［００６３］図９は、基板支持体９１０ａ、９１０ｂ及び電極９２０ａ、９２０ｂを有する処理チャンバ９００の概略図を示す。適切な整合回路９３５を有するＲＦ源９３０は、電極９２０ａ及び電極９２０ｂに接続される。電流９５０がＲＦ源９３０から一方向に流れ、ＲＦ源９３０に戻るように、基板支持体９１０ａ、９１０ｂ（いくつかの実施形態では、ヒータである）及び同軸ケーブル９４０は、回路の底部の部分を形成する。電流９５０を示す矢印は、電流９５０と画像電流９６０とを区別するために細線を有する。当業者が認識するように、矢印の方向は、ＲＦ電流の振動と共に変化することになる。

［００６４］図示した実施形態では、上部ＲＦ経路（ＲＦ発生器９３０を通して９２０ａを９２０ｂに接続する）は、開放接続である。底部ＲＦ経路（支持体９１０ａを支持体９１０ｂに接続する）は、同軸ケーブル９４０及び接続９７０で完成され、画像電流９６０が流れるための完全な経路を形成する。ＲＦ源９３０は、変圧器接続バランを介して電極に接続される。バランは、発電機の出力を平衡出力に変換するために使用することができる。

［００６５］図１０は、処理チャンバ１０００の別の実施形態を示す。ここで、同軸線１０４０は、底部１００２の構成要素（支持体１０１０ａ、１０１０ｂ）を接続し、同軸線１０４１は、ＲＦ発生器１０３０を通して電極１０２０ａ及び１０２０ｂを接続する。一方のプラズマ源（電極１０２０ａ、１０２０ｂ）に供給されたＲＦ電流は、他方の源を介して戻ることになる。これにより、処理エリア内のＲＦ場を歪ませうる画像電流１０６０が生成される。完全な円を完成させるために同軸経路を使用することは、対称的な電流分布を形成するのに役立ちうるが、壁に沿って、処理チャンバ１０００の上部１００１と底部１００２との間の間隙１００５を横切る電流の流れ１０５０（変位電流又は無効電流でありうる）を有することになる。いくつかの実施形態の間隙は、約０．１ｍｍから約５ｍｍの範囲、又は約０．５ｍｍから約２ｍｍの範囲、又は約１ｍｍである。

［００６６］図１１は、処理チャンバ１１００の別の実施形態を示す。図９と同様に、図１１に示される実施形態は、底部構成要素（基板支持体１１１０ａ、１１１０ｂ）を接続する同軸線１１４０を有し、一方、開放線１１４１は、上部構成要素（電極１１２０ａ、１１２０ｂ及びＲＦ発生器１１３０）を接続する。上部構成要素を接続するために、同軸線を使用することもできるだろう。ここで、同調素子１１４７ａ、１１４７ｂは、電極に仮想接地をもたらすために追加される。これは、電極と周囲の金属構造１１０８との間の電圧を低下させ、それらの領域で放電が開始される機会を最小化することになると考えられる。同調素子１１４７ａ、１１４７ｂは、寄生プラズマを低減するために、ペデスタル（基板支持体１１１０ａ、１１１０ｂ）と周囲の金属構造１１０８との間の電圧を低減する。

［００６７］図１２は、誘電体遮断部１２７０を備える処理チャンバ１２００の別の実施形態を示す。チャンバの上部の部分は、図１１に示すものと類似の方法で接続される。チャンバの底部の部分は、誘電体遮断部１２７０を含むことで異なっている。基板支持体１２１０ａは、バラン１２４７ａ、１２４７ｂを有する同軸線１２４０を通して基板支持体１２１０ｂに接続される。誘電性スペーサ１２７０は、基板支持体１２１０ａ、１２１０ｂを分離し、チャンバの底部における画像電流を低減する。任意の特定の動作理論に束縛されることなく、誘電体遮断シルを設けることによって、チャンバの壁に沿った経路が不要になると考えられる。これにより、構成要素の表面間に電圧差が発生する可能性がある。

［００６８］誘電体遮断部１２７０は、当業者に知られている任意の適切な材料とすることができる。適切な誘電体材料は、限定されないが、石英、セラミック、及びテフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）を含む。

［００６９］図１３は、非同軸底部経路を有する処理チャンバ１３００の別の実施形態を示す。ＲＦ発生器１３３０は、電極１３２０ａを電極１３２０ｂと接続する。底部経路は、基板支持体１３１０ａを基板支持体１３１０ｂと接続する同軸線なしに形成される。同調素子１３４７ａ、１３４７ｂは、同軸線なしで画像電流のためのリターン経路を提供する外部導体に結合される。

［００７０］本開示の更なる実施形態は、少なくとも２つのプラズマステーションを有する処理チャンバを対象とする。このようにして使用されるように、プラズマステーションは、プラズマを生成するために使用することができる電極、シャワーヘッド又はガス分配システムを有する。プラズマステーションは、図７から図８の実施形態のように分離された領域であってもよく、図１から図６に示す処理チャンバなどのバッチ処理チャンバの別個の部分であってもよい。

［００７１］再び図８から図１３を参照すると、処理チャンバ８００は、処理のために個々のウエハを支持する複数の支持面を有するウエハペデスタルを含む。図８では、支持面は、一対の移動電極として示されている（移動ヒータ８１０ａ、８１０ｂとして示されている）。

［００７２］プラズマ８１５ａは、第１の電極８２０ａと第１の支持面（ヒータ８１０ａ）との間で点灯可能であり、プラズマ８１５ｂは、第２の電極８２０ｂと第２の支持面（ヒータ８１０ｂ）との間で同時に点灯される。次いで、支持面（ヒータ８１０ａ、８１０ｂ）は、第１の電極８２０ａと第２の支持面（ヒータ８１０ｂ）とが対になるように移動することができ、その逆もありうる。２つのプラズマを再び点灯させることができる。同じＲＦ発生器８３０及び整合セット８３５が、両方のプラズマに直列に電力を供給するために使用される。ＲＦ発生器８３０は、第１のプラズマステーション内の第１の電極８２０ａと、第２のプラズマステーション内の第２の電極８２０ｂとに接続され、上部ＲＦ経路を形成する。任意の特定の動作理論に束縛されることなく、直列の２つのプラズマを有することは、両方のプラズマが同時に点火し、同じ電流が２対の電極を通過することを保証し、したがって、２つのウエハの露光は類似していると考えられる。電極間を交互にすることにより、２つのウエハに対して平均化効果が保証される。同軸ケーブル８４０は、ヒータと共に移動する２つのヒータ８１０ａ、８１０ｂ電極を接続し、物理的なＲＦ接続に相対運動がないようにする。１つの発生器８３０及び１つの整合セット８３５に対するＲＦ構成要素を縮小することで、ウエハ対ウエハの整合を確実にしつつ、コスト及び複雑さが低減される。

［００７３］図８に示される実施形態では、同軸ケーブル８４０は、ペデスタルベース７２０内に埋め込まれる。同軸ケーブル８４０は、底部ＲＦ経路を形成するために、ウエハペデスタルの少なくとも２つの支持面（例えば、ヒータ８１０ａ、８１０ｂ）に接続することができる。接続は、同軸ケーブル（ｃｏａｘｉａｌ（ｃｏａｘ）ｃａｂｌｅｓ）を含むがこれに限定されない、当業者に知られている任意の適切な方法で経路決定することができる。同軸ケーブル８４０は、内部導体８４２と、間に絶縁体８４４を備えた外部導体８４６とを備える。

［００７４］図９から図１３に示す実施形態の各々は、少なくとも２つの支持面と少なくとも２つのプラズマステーションとを有する処理チャンバに適用可能である。これらの図における構成要素の配置は、可動ヒータがより一般的な支持面と置き換えられる構成要素の配置に類似している。支持面は、可動ヒータを含みうるが、このように限定されるものではない。

［００７５］本開示の更なる実施形態は、複数の基板を処理する方法を対象とする。本方法は、第１のプラズマ処理ステーション内の第１の電極及び第２のプラズマ処理ステーション内の第２の電極に接続されたＲＦ発生器に電力を供給して、上部ＲＦ経路を形成することを含む。電極に電力を供給する間、第１の支持面が第１のプラズマ処理ステーション内に位置し、第２の支持面が第２のプラズマ処理ステーション内に位置する。第１の支持面及び第２の支持面は、底部ＲＦ経路を形成するように接続されている。支持面は、可動ヒータ又は当業者に知られた任意の他のサセプタ型構成要素とすることができる。いくつかの実施形態では、この方法は、図９−１３に関して上述したように、第１の電極と第２の電極との間の接続、及び／又は第１の支持面と第２の支持面との間の接続を提供することを更に含む。

［００７６］前述の明細書では、本開示の実施形態は、その特定の例示的な実施形態を参照して説明されてきた。以下の特許請求の範囲に記載されている本開示の実施形態のより広い主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが明らかだろう。したがって、本明細書及び図面は、限定を意味するのではなく、例示を意味すると見なされるべきである。

Claims

少なくとも２つのプラズマステーションと、
処理のために個々のウエハを支持するための複数の支持面を有するウエハペデスタルと、
上部ＲＦ経路を形成するために、第１のプラズマ処理ステーション内の第１の電極、及び第２のプラズマ処理ステーション内の第２の電極に接続されたＲＦ発生器と、
底部ＲＦ経路を形成するための、前記ウエハペデスタルの少なくとも２つの支持面の間の接続と
を備える処理チャンバ。
前記支持面の間の前記接続が、前記ウエハペデスタル内にある、請求項１に記載の処理チャンバ。
前記支持面の間の前記接続が、同軸接続を含む、請求項１に記載の処理チャンバ。
前記支持面を接続する第２の底部ＲＦ経路を更に備える、請求項３に記載の処理チャンバ。
前記上部ＲＦ経路が、同軸ケーブルで形成される、請求項３に記載の処理チャンバ。
前記支持面の各々に接続された同調素子を更に備える、請求項３に記載の処理チャンバ。
前記同調素子がバランを含む、請求項６に記載の処理チャンバ。
前記同調素子が、前記支持面と前記処理チャンバを形成する周囲の金属構造との間の電圧差を低減する、請求項６に記載の処理チャンバ。
前記支持面を分離する誘電体スペーサを更に備える、請求項３に記載の処理チャンバ。
前記誘電体スペーサが、石英、セラミック、又はポリテトラフルオロエチレンのうちの１つ又は複数を含む、請求項９に記載の処理チャンバ。
前記支持面の各々に接続された同調素子を更に備える、請求項１に記載の処理チャンバ。
前記同調素子がバランを含む、請求項１１に記載の処理チャンバ。
前記底部ＲＦ経路が、同軸ケーブルなしで形成される、請求項１１に記載の処理チャンバ。
処理チャンバの内部の周囲に配置された複数の処理ステーションであって、少なくとも２つのプラズマステーションを備える、複数の処理ステーションと、
処理のために個々のウエハを支持するための複数のヒータを有するウエハペデスタルであって、前記ヒータの数が前記処理ステーションの数に等しい、ウエハペデスタルと、
上部ＲＦ経路を形成するために、第１のプラズマ処理ステーション内の第１の電極、及び第２のプラズマ処理ステーション内の第２の電極に接続されたＲＦ発生器と、
底部ＲＦ経路を形成するための、前記ウエハペデスタルの第１のヒータと第２のヒータとの間の接続と
を備える処理チャンバ。
前記第１のヒータと前記第２のヒータとの間の前記接続が、前記ウエハペデスタル内にある、請求項１４に記載の処理チャンバ。