JP2010538498A - 蒸気に基づく組合せ処理 - Google Patents

Abstract

組合せ処理チャンバおよび方法が提供される。その方法においては、流体ボリュームが基板の表面上を流れ、基板の分離領域が、隣接する領域が曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物に同時に曝されるようにするために、流体ボリュームの異なる部分が、異なる構成成分を有する。基板の表面上に流体ボリュームを複数回流すことにより、異なる方法で処理された分離領域が生成される。
【選択図】図８Ｂ

Description

本発明は、半導体処理に関する。より詳細には、本発明は、組合せ膜蒸着（combinatorial film deposition）および基板上の一体化を容易にする位置分離または位置単離型（site-isolated）の蒸気に基づく処理の方法および処理システムに関するものである。

化学気相蒸着（ＣＶＤ）は、半導体製造に一般に使用される蒸気に基づく蒸着プロセスであり、このプロセスは、それに限定される訳ではないが、誘電体層、導電層、半導電層、ライナ、バリア、接着層、シード層、応力層およびフィル層の形成を含む。ＣＶＤは、一般に、熱によるプロセスであり、それにより、１または複数の前駆体フラックスを予め混合して、蒸着される基板表面に一致させる。ＣＶＤは、所望の膜物質特性および厚みの均一性を得るために、基板温度と流入する１または複数の前駆体フラックスの制御を必要とする。ＣＶＤに基づくプロセスの派生法には、それに限定される訳ではないが、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）、サブアトモスフェリック化学気相蒸着（ＳＡＣＶＤ）、レーザ使用／誘導ＣＶＤおよびイオン使用／誘導ＣＶＤが含まれる。

デバイス形状が収縮してそれに付随して膜の厚さが減少すると、蒸着層の制御の改善の必要性が増大する。原子層蒸着（ＡＬＤ）として知られる逐次蒸着法は、優れたステップカバレッジ、物質特性、膜厚の制御を可能にするＣＶＤの改良型である。ＡＬＤは、少なくとも２の前駆体または試薬を使用することを含むマルチステップの自己制御式プロセスである。一般に、第１前駆体（または試薬）は、基板を収容する処理チャンバ内に導入されて、基板の表面に吸着される。余剰な第１前駆体は、パージおよび／またはポンプ排出される。その後、第２前駆体（または試薬）が、上記チャンバ内に導入されて、最初に吸着した層と反応し、それにより、蒸着反応を介して蒸着層が形成される。蒸着反応は、自己制御式であり、最初に吸着された層が第２前駆体により消滅したら、反応が終了する。余剰な第２前駆体は、パージおよび／またはポンプ排出される。前述したステップは、１の蒸着またはＡＬＤ“サイクル”を構成する。次の層を形成するために、上記プロセスが繰り返され、そのサイクル数により蒸着膜の全厚さが決まることとなる。異なる物質組成からなるナノコンポジットを生成するために、異なるセットの前駆体を選択することもできる。ＡＬＤの派生法には、それに限定される訳ではないが、プラズマ原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）、ラジカル使用／強化ＡＬＤ、レーザ使用／誘導ＡＬＤおよびイオン使用／誘導ＡＬＤが含まれる。

現在のところ、ＣＶＤおよびＡＬＤのような従来の蒸気に基づくプロセスは、全ウエハに亘って均一に処理されるように設計されている。また、それらＣＶＤおよびＡＬＤプロセスは、プロセス／デバイスフローに組み込まれる必要がある。均一な処理により、基板毎のデータが少なくなって、様々なデータを蓄積するのにより長い時間を要するとともに、かかるデータを取得するのにより高いコストが伴う。

新規なＡＬＤおよびＣＶＤ膜のための発見、最適化および適格性確認プロセスの一部として、本発明は、１または複数の物質、１または複数の処理条件、１または複数の処理条件のシーケンス、１または複数のプロセスのシーケンスおよびそれらの組合せ毎に、同等数のモノリシック基板を使用する必要性が生じることなく、ｉ）１より多い物質、ｉｉ）１より多いプロセス条件、ｉｉｉ）１より多いシーケンスの処理条件、ｉｖ）単一のモノリシック基板上の１より多いプロセスシーケンスの一体化フローを試験することを可能にする。これは、速度を大幅に改善するとともに、新規なＡＬＤおよびＣＶＤに基づく、１または複数の物質、１または複数のプロセスおよび製造に必要な１または複数のプロセス統合シーケンスの発見、実施、最適化および適格性確認に伴うコストを低減することができる。本発明は、流体ボリューム（fluid volume）の構成成分の変化を通じた組合せ方法で基板を処理するシステム、構成要素および方法を提供するものである。

本発明は、添付図面との併用により、以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。同様の符号は同様の構成要素を示している。

図１は、本発明の一実施形態に係るシステムの詳細断面図である。 図２は、図１に示すシステムにおける処理流体の流れを示す概略図である。 図３は、図１に示す半導体処理システムで用いられる第１実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリのボトムアップ式の分解斜視図である。 図４は、図３に示す本発明に係るシャワーヘッドアセンブリのトップダウン式の分解斜視図である。 図５は、図３および図４に示すシャワーヘッドのマニホールド本体のトップダウン式の図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る、図１に示す処理チャンバの流体供給システムの平面図である。 図７は、図６に示す流体供給システムの動作と、その結果としてもたらされる、図３、図４および図５に示すシャワーヘッドから流出する処理流体の分布とを示すグラフである。 図８Ａは、本発明に係る、図１の処理領域に配置される基板の表面上における処理流体の動きを示すトップダウン式の平面図である。 図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る、種の分離がウエハ表面の分離セクタを規定できるようにする軸対称のセグメント化ガスフローのフローベクトルを示す概略図である。 図９は、本発明の第１の代替実施形態に係る、図１に示すシステムの詳細断面図である。 図１０は、本発明の第２の代替実施形態に係る、図１に示すシステムの詳細断面図である。 図１１Ａは、本発明の代替実施形態に係る、図１に示す処理チャンバの流体供給システムの平面図である。 図１１Ｂは、図８Ａおよび図８Ｂの基板に関連するときの、図１１Ａに示す流体供給システムの動作を示すグラフである。 図１２は、本発明の代替実施形態に係る、図４に示すマニホールド本体の断面図である。 図１３は、本発明の代替実施形態に係る、図３および図４に示すマニホールド本体のトップダウン式の図である。 図１３−１は、本発明の一実施形態に係る、図１３のシャワーヘッドの例示的な実施形態を示している。 図１３−２は、本発明の一実施形態に係る、図１３のシャワーヘッドの例示的な実施形態を示している。 図１３−３は、本発明の一実施形態に係る、図１３のシャワーヘッドの例示的な実施形態を示している。 図１３−４は、本発明の一実施形態に係る、図１３のシャワーヘッドの例示的な実施形態を示している。 図１４は、本発明の代替実施形態に係る、図３、図４、図５および図１４に示すマニホールド本体内に形成される注入ポートの詳細図である。 図１５Ａは、本発明の一実施形態に係る、スクリーニング用の組合せ処理シーケンスから規定される構造を有する基板の概略断面図を示している。 図１５Ｂは、本発明の代替実施形態に係る、上面に形成された物質を有する基板のトップダウン式の図である。 図１６は、本発明の一実施形態に係る基板のトップダウン式の図で、基板の領域のセグメント化を示している。 図１７は、クラスタツールの概略平面図で、このクラスタツールにおいては、図１、図９および図１０に示す処理システムの何れかを包含することが可能となっている。 図１８は、本発明のさらに別の実施形態に係る流体制御機構のボトムアップ式の図である。 図１９は、図１８に示す流体制御機構を含む、基板上に物質を蒸着させるシステムの概略平面図である。 図２０は、図１９に示すシステムのトップダウン式の図で、ここでは、流体制御機構が取り除かれている。 図２１は、本発明の一実施形態に係るゲートスタック構成のためのプロセスシーケンスに対するスクリーニングプロセスの適用例を示している。 図２２は、本発明の一実施形態に係るゲートスタック構成のためのプロセスシーケンスに対するスクリーニングプロセスの適用例を示している。 図２３は、本発明の一実施形態に係るゲートスタック構成のためのプロセスシーケンスに対するスクリーニングプロセスの適用例を示している。 図２４は、本発明の一実施形態に係るメモリ装置用のＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を評価するためのスクリーニング技術を示している。 図２５は、本発明の一実施形態に係るメモリ装置用のＭＩＭ構造を評価するためのスクリーニング技術を示している。

本明細書に記載の実施形態は、物質、ユニットプロセスおよびプロセス一体化シーケンスを評価して、半導体製造オペレーションを改善するための方法およびシステムを提供するものである。それらの具体的な細部構成の一部または全部が無くても、本発明を実施できることが、当業者には明らかであると考えられる。他の例では、本発明を不必要に分かり難くするのを避けるために、周知のプロセスオペレーションについては詳細には記載していない。

本明細書に記載の実施形態は、基板の複数の領域における単位製造オペレーション間の相互作用を同時に検討することにより、半導体製造オペレーションの全体的に最適なシーケンスに到達するために、蒸着プロセスシーケンス一体化への組合せ技術の適用を可能にする。特に、多重プロセス条件を同時に用いることができ、それにより、そのような単一製造オペレーションと、この単一製造オペレーション内で利用される構成要素の物質特性とを生じさせて、多重オペレーションを実行するのに必要な時間を最小化することができる。また、全体的に最適なシーケンス順序を、この技術の一部として得ることができる。単位プロセス、単位プロセスパラメータ、並びに最適なシーケンス順序の単位プロセスオペレーションに使用される物質も検討される。

本実施形態は、半導体装置の製造に使用される蒸着プロセスシーケンス全体の一部またはサブセットを分析することができる。プロセスシーケンスは、集積回路（ＩＣ）半導体装置、フラットパネルディスプレイ、オプトエレクトロニクス装置、データ記憶装置、電子磁気装置、光磁気装置およびパッケージ装置などの製造に使用されるものであってもよい。プロセスシーケンスのサブセットが分析用に特定されると、特定されたプロセス全体の中のその部分についての物質、単位プロセスおよびプロセスシーケンスを最適化するために、組合せプロセスシーケンス一体化試験が実施される。本明細書に記載のある実施形態の処理中は、構造の形成に、または基板上に既に形成された構造の変更に、蒸着を使用することができる。それら構造は、製造用の基板の製造中に形成される構造と同等のものである。例えば、半導体基板上の構造には、溝、ビアホール、相互接続線、キャッピング層、マスキング層、ダイオード、記憶素子、ゲートスタック、トランジスタ、またはその他任意の連続層、または半導体チップ上に見られる構造を形成する単位プロセスが含まれるが、それらに限定されるものではない。物質、単位プロセスおよびプロセスシーケンスの変化は、意図した構造の全部または一部を作り出すことなく、層および／または固有の物質界面を作り出すのに使用されるものであってもよく、それにより、プロセスステップを介して作られる構造またはデバイスとは対照的に、結果として得られる物質の特性に対するより多くの基礎研究が可能になる。組合せ処理は、特定の物質、単位プロセスまたはプロセスシーケンスを変えるが、層または構造の組成または厚み、あるいは単位プロセスの作用は、各々の領域内で実質的に均一であることが望ましく、その一方で、組合せ実験毎に、領域間で変化させることもできる。

結果物は、基板上の一連の領域であり、当該基板は、構造または単位プロセスシーケンスの結果物を含み、それらは、領域内で、且つ、適用できるように、実験計画により異なる処理が行われる数々の領域の形成を通じて異なる領域を横断して、均一に適用されている。このプロセスの均一性により、異なる領域内および異なる領域間の特性の比較が可能になり、その結果、試験結果における変化が、パラメータ（例えば、物質、単位プロセス、単位プロセスパラメータまたはプロセスシーケンス）の変化によるものであって、プロセスの均一性の欠如によるものではなくなる。しかしながら、領域の不均一な処理は、スクリーニングの種類の特定の実験用に使用することもできる。すなわち、製造仕様の他に、不均一性を有する勾配処理または局所処理を、特定の状況において使用することができる。

組合せ処理は、一般に、スクリーニングプロトコルで使用されるときに、最も有効となり、そのスクリーニングプロトコルは、一次スクリーニングと呼ばれることもある比較的簡素なスクリーニングから始まって、二次スクリーニングと呼ばれることもある、構造および／または電気的結果を含むより複雑なスクリーニングに移行し、その後、三次スクリーニングと呼ばれることもある、その全体としてプロセスシーケンスの部分の分析に移行する。スクリーニングレベルの名称および処理および分析の種類は任意であり、実行される具体的な実験により応じたものとなる。このため、上記記載は任意の方法に限定することを意味するものではない。スクリーニングレベルが進むと、物質およびプロセスの変化が取り除かれるとともに、さらに分析を改善するために、情報が前段階にフィードバックされ、それにより、最初の仕様およびパラメータに基づいて最適解が導き出される。

ＡＬＤにおいては、変化される可能性のある条件の簡単な例には、前駆体、試薬、キャリアガス、前駆体の順序、前駆体／試薬の濃度、前駆体／試薬パルスの持続時間、パージ流体種、パージ流体の継続時間、分圧、全圧、流量、サイクル毎の成長速度、定温放置期間、基板種類の関数としての成長速度、膜厚、膜組成、ナノ積層体（例えば、異なる種類のＡＬＤ膜の積層）、前駆体供給源温度、基板温度、飽和可能な吸着のための温度、ＡＬＤ用の温度領域、１または複数の前駆体の熱分解用の温度、プラズマ／イオン／ラジアルに基づくＡＬＤのためのプラズマ出力などが含まれる。一次スクリーニングは、所与の膜種類に対するＡＬＤプロセス領域（少ない温度依存性を有する、自己制御蒸着により特徴付けられる領域）を決定するために、前駆体およびパージ流体のパルス継続時間と、高い基板温度のときのフローとを変化させることから始まる。二次スクリーニングは、例えば単純なＭＩＭコンデンサ構造における積層膜の実効誘電率を変化させるために、２またはそれ以上のかかるＡＬＤ膜の積層を伴うようにしてもよい。そのようなスクリーニングの出力は、最も漏れが少なく、最も高い実効誘電率を与えるとともに、高い温度（例えば、＞５００℃）熱アニールを通して安定な状態を保つような候補であってもよい。以下に説明するシステムおよび方法は、上述した組合せ実験を実施するのに有用であるとともに、特にＡＬＤおよびＣＶＤ処理に有用なものである。

本出願で使用される流体は、液体、気体、蒸気、すなわち流動する成分、並びにＡＬＤおよびＣＶＤプロセスで使用されるその他の種類の流体、それらの変種のことを云い、それら用語は、本明細書を通じて置き換え可能に用いられる。構成成分は、システムにおいてある時点では液体であるかもしれないが、その流体は、処理チャンバに流入して基板に曝される前に、気体、蒸気またはその他のそのような流体に変換される可能性がある。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る基板処理システム１０は、アルミニウムまたは陽極処理アルミニウムのようなプロセスに適合する物質から形成される筐体アセンブリ１２を有している。筐体アセンブリ１２は、処理チャンバ１６を規定するハウジング１４と、処理チャンバ１６への開口部を覆う真空蓋アセンブリ２０とを含む。真空蓋アセンブリ２０には、反応性のキャリア流体を処理チャンバ１６内に供給するプロセス流体注入アセンブリが取り付けられている。そのために、流体注入アセンブリは、複数の流路３０，３１，３２および３３、シャワーヘッド９０を含む。チャンバハウジング１４、真空蓋アセンブリ２０およびシャワーヘッド９０は、従来通り、所望の温度範囲内で維持することができる。当然のことながら、ここに提供される図面は例示的なものであり、必ずしも同じ縮尺で描かれている訳ではない。

ヒータ／リフトアセンブリ４６は、処理チャンバ１６内に配置されている。ヒータ／リフトアセンブリ４６は、支持シャフト４９に連結された支持台４８を含む。支持台４８は、シャフト４９と真空蓋アセンブリ２０との間に設置されている。支持台４８は、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３またはアルミナ）を含むプロセスに適合する任意の物質から形成することができ、基板をその上に保持するように構成されている。例えば、支持台４８は、真空チャックであってもよく、あるいは静電チャック（ＥＳＣ）または物理的クランプ機構のようなその他の従来技術を利用するものであってもよい。ヒータリフトアセンブリ４６は、基板とシャワーヘッドの間隔を制御するために、支持台４８とシャワーヘッド９０との間の距離を変化させるべく、制御可能に移動するように構成されている。センサ（図示省略）は、処理チャンバ１６内における支持台４８の位置に関する情報を与える。支持台４８は、台アセンブリに埋設された抵抗加熱素子のような加熱素子（図示省略）の使用を通じて基板を加熱するために使用することができる。

図１および図２の両図を参照すると、流体供給システム６９は、一連の管路を介して、流路３０，３１，３２および３３との間で流体が流通するようになっている。流体供給システム６９からの処理流体の処理チャンバ１６内における流れは、圧力制御システムにより部分的に与えられる。圧力制御システムは、１またはそれ以上のポンプ、例えばターボポンプ６４および粗引きポンプ６６を含み、それら両ポンプが、バタフライ弁６７およびポンプチャネル６８を介して処理チャンバ１６との間で流体が流通するようになっている。そのために、コントローラ７０は、システム１０の様々な構成要素の動作を制御する。コントローラ７０は、ＲＡＭ７４およびハードディスクドライブ７６のようなメモリとデータ通信するプロセッサ７２を含み、ポンプシステム６４、温度制御システム５２、流体供給システム６９、および必要に応じて様々な態様のシステムと信号通信するものとなっている。システム１０は、支持台４８上に配置される基板７９の表面７８の近傍に位置する処理チャンバ１６の領域７７内に条件を確立して、その上に薄膜などの所望物質を形成することができる。そのために、ハウジング１４は、処理位置に配置されたときに支持台４８を囲う外周フローチャネル７１を形成して、システム１０によって実現される化学プロセスに基づき、所望寸法を有する処理領域７７を与えるように構成されている。ポンプチャネル６８は、このポンプチャネル６８とシャワーヘッド９０との間に処理領域７７が配置されるように、ハウジング１４内で位置付けられている。

外周フローチャネル７１の寸法は、それを通る処理流体の所望の伝導性を与えるように規定されており、それは、後でさらに述べるように、実質的に均一な手法で且つ軸対称な方式で処理流体の流れを基板７９の表面７８上に与える。そのために、ポンプチャネル６８を通じた伝導性は、外周フローチャネル７１を通じた伝導性よりも大きくなるように選択される。一実施形態においては、ポンプチャネル６８と外周フローチャネル７１を通じた処理流体の相対的な伝導性は、例えば１０：１であり、この場合、ポンプチャネル６８の伝導性は、外周フローチャネル７１を通じた処理流体の伝導性よりも少なくとも１０倍大きいものとされる。そのような大きい伝導性の差異は、その他の比率（例えば、５：１，８：１，１５：１、あるいはチャンバおよび利用に適用できる、それらより高いまたは低いその他の比率）を含むものであるが、その差異は、処理領域７７を通って移動して、その後にポンプチャネル６８に向けて基板７９および支持台４８を通り過ぎる、フローＡおよびＢにより示すように基板７９の表面７８を横切る軸対称フローを促進する機能を果たす。

図２、図３および図４を参照すると、フローＡおよびＢの発生を促進するために、シャワーヘッド９０は、そのように形成される必要はないが、中心軸８２まわりに放射対称に形成された邪魔板８０を含む。邪魔板８０は、それを貫通して延びる複数の貫通ポート９１，９３，９５および９７を有する。邪魔板８０には、マニホールド部９２が結合され、マニホールド部９２には、このマニホールド部９２を貫通して延びる複数の注入ポート９４が設けられている。マニホールド部９２は、典型的には、軸８２まわりに放射対称に配置される。マニホールド部９２は、表面８６との間にプレナムチャンバ１０６を形成するために、表面８６から間隔を空けて設けられている。マニホールド部９２は、締結や溶接などを含む半導体処理技術において知られている任意の手段を用いて、邪魔板８０に結合させることができる。邪魔板８０およびシャワーヘッド９０は、ステンレス鋼、アルミニウム、陽極処理アルミニウム、ニッケル、セラミクスなどの、利用に適した既知の任意の材料から形成することができる。

図３、図４および図５を参照すると、マニホールド部９２から邪魔板８０に向けて延在するボディ１１２を含む流体分離機構が、マニホールド部９２から延びている。ボディ１１２が表面から延びる距離は、特定の設計パラメータに応じたものであり、後で詳細に述べるように、その距離の一部または全部を覆うように延びて、プレナム１０６内にセクタを作るものであってもよい。一実施形態においては、ボディ１１２が、マニホールド９２と邪魔板８０との間に、２つの直交する方向に延びて、四分円またはセクタ１１４，１１５，１１６および１１７と称する４つの領域を形成するものであってもよい。４つの四分円が示されているが、基板７８上に規定したい領域数、または規定することができる領域数に応じて、追加的なボディ部１１２を加えることにより、任意の数量のセクタを与えることが可能である。ボディ１１２の交点１１８は、一般に軸８２と一致する。図１に示す流路３０，３１，３２および３３は、ポート９１，９３，９５および９７の対応する何れかに流体を通過させるように構成されている。このように、ポート９１，９３，９５および９７は、四分円１１４−１１７の対応する何れかと関連する処理流体のフローを形成するように配置されている。ボディ１１２は、ポート９１，９３，９５および９７から流出する流体が隣接する四分円１１４−１１７間で拡散するのを、防止できないとしても、最小化するために、十分な分離を与える。このように、４つのポート９１，９３，９５および９７の各々は、処理流体のフローを四分円１１４−１１７の何れか１つに導くが、それは、残りのポート９１，９３，９５および９７が処理流体のフローを導く四分円１１４−１１７とは異なることとなる。

図６は、通常は連続的に、ある時点で１のセクタに前駆体または反応性試薬を流し、分配するための１つの可能性のあるバルブ調節およびシステム構成を示している。シャワーヘッドセクタを介して対応する基板７９上の領域に蒸気を、連続的に、半並行または並行に分配し、流すために、後述するように、その他の構成も可能である。図１および図６の両図を参照すると、流体供給システム６９は、２つの前駆体／試薬サブシステム１１９および１３１、様々なその他のバルブ、配管および機能を有している。試薬サブシステム１１９は、キャリアまたはパージ流体または前駆体１２０−１２７の複数の供給部を含み、それには、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、水（Ｈ_２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ_３）、酸素（Ｏ_２）、水素、ヘリウム、オゾン、シラン、および供給部１２７のＸで示される追加的な試薬により一般に示される、ＡＬＤまたはＣＶＤ処理で使用される、その他の任意の前駆体および／または１または複数のキャリアまたはパージ流体（例えば、気体、蒸気など）を含むようにしてもよい。前駆体分配システム１２８は、供給部１２０−１２７と２つの流体ライン１２９および１３０の何れか一方との間の選択的な分配を容易にする。前駆体分配システム１２８は、供給部１２０および１２１の一方または両方を選択的に（パージ）流体ライン１２９との間で流体が流通するように置くことを可能にするとともに、供給部１２２−１２７を選択的に（前駆体）流体ライン１３０との間で流体が流通するように置くことを可能にする。パージ流体ライン１２９は、パージガスを運ぶことができ、前駆体流体ライン１３０は、前駆体および／または試薬および／またはそれぞれのキャリアガスを運ぶことができる。試薬サブシステム１３１は、試薬流体ライン１３４および１３５との間でそれぞれ流体が流通するように選択的に置かれた供給部１３２および１３３からの前駆体／試薬の分配を可能にする。供給部１３２および１３３は、例えばバブラ、アンプル、または有機金属化合物またはハロゲン化物の前駆体を保持する固体ソース容器とすることができる。適当な不活性キャリアガス（例えば図示のＡｒ１２１）は、供給部１３２および１３３に収容される前駆体／試薬を運ぶために使用することができる。一実施形態用として次に示す前駆体の例には、供給部１３２用のテトラキスエチルメチルアミドハフニウム（ＴＥＭＡＨｆ）と、供給部１３３用のトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とを含むが、それらに限定されるものではない。ハフニウム供給源の代替物には、テトラキスジエチルアミドハフニウム（ＴＤＥＡＨｆ）、テトラキスジメチルアミドハフニウム（ＴＤＭＡＨｆ）、ハフニウム第３ブトキシド、塩化ハフニウムが含まれるが、それらに限定されるものではない。前駆体の選択は、実施形態に例として示されるもの、すなわち、ソース１３２および１３３用のハフニウムおよびアルミニウムベースの前駆体のみにそれぞれ限定されるものではない。

また、図６の流体供給システムは、第１注入バルブセット１４０−１４３および第２注入バルブセット１４４−１４７も含み、注入バルブセット１４０−１４３が、試薬バルブブロック１４８ａおよび１４８ｂを介して試薬流体ライン１３４および１３５との間で流体が流通するように選択的に置かれるものとなっている。注入バルブ１４４−１４７は、前駆体バルブブロック１４９を介して（前駆体）流体ライン１３０との間で、また、パージバルブブロック１５０を介して（パージ）流体ライン１２９との間で、流体が流通するように選択的に置かれるものとなっている。注入バルブ１４０−１４７およびバルブブロック１４８ａ，１４８ｂ，１４９および１５０は、高速（例えば、空気圧または圧電）バルブを含む蒸着法に適した任意のバルブを含むことができる。バルブブロック１４８ａの高速バルブ１５１は、注入バルブ１４０−１４３を試薬流体ライン１３４との間で選択的に流体が流通する状態とし、バルブブロック１４８ｂの高速バルブ１５８は、注入バルブ１４０−１４３を試薬流体ライン１３５との間で選択的に流体が流通する状態とする。高速バルブ１５２は、フォアライン１５３から試薬流体を排出するために、試薬流体ライン１３４をフォアライン１５３との間で選択的に流体が流通する状態とし、高速バルブ１５９は、同じ目的のために、試薬流体ライン１３５をフォアライン１５３との間で選択的に流体が流通する状態とする。バルブブロック１４９の高速バルブ１５４は、注入バルブ１４４−１４７を前駆体流体ライン１３０との間で選択的に流体が流通する状態とし、高速バルブ１５５は、フォアライン１５３から試薬流体を排出するために、前駆体流体ライン１３０をフォアライン１５３との間で選択的に流体が流通する状態とする。また、パージバルブブロック１５０は、一組の高速バルブ１５６および１５７を含み、このうち、高速バルブ１５７が、注入バルブ１４０−１４３を（パージ）流体ライン１２９との間で選択的に流体が流通する状態とし、高速バルブ１５６が、注入バルブ１４４−１４７を（パージ）流体ライン１２９との間で選択的に流体が流通する状態とする。

前駆体／試薬サブシステム１１９および１３１の構成要素は、用途およびシステム仕様に応じて異なるものとすることができる。本実施形態において、サブシステム１１９は、複数の手動遮断バルブ１６０を含み、その各々が、供給部１２０−１２７の何れか１つと、複数の２ポートバルブ１６１の何れか１つとの間に連結されている。複数のマスフローコントローラ１６２は、複数の２ポートバルブ１６１のサブセットと、複数の３ポート単一アウトラインバルブ１６３のサブセットとの間に連結されている。任意のニードルバルブ１６４は、バルブ１６３の１つ、バルブ１６１の１つおよび遮断バルブ１６０の１つを介して、Ｎ_２を含む供給部１２０との間で選択的に流体が流通する状態とされ、それにより排出流路が形成される。ニードルバルブ１６４は、排出流路をチャンバ通気部１６５との間で選択的に流体が流通する状態とする。Ｈｅの供給部１２６は、基板の裏面との間で流体が流通する状態とされて、それにより、温度制御された（例えば、加熱された）台のウェハへの熱結合を容易にして、均一な基板温度制御を容易にすることができる。

図１、図５、図６および図７を参照すると、基板処理システム１０は、基板７９の異なる領域における処理流体の存在および構成成分の時空調節が、組合せプロセス実験を達成することを可能にする。流体供給システム６９のバルブは、コントローラ７０の制御下で作動され、その結果、処理流体が伝播し、プロセスチャンバ１６およびその内部の基板７９への供給用として、シャワーヘッド９０の四分円１１４−１１７に与えられる。論理図１８４，１８５，１８６，１８７，１８８，１８９，１９０，１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６，１９７，１９８および１９９は、バルブ１５９，１５８，１５７，１５６，１５５，１５４，１５２，１５１，１４７，１４６，１４５，１４４，１４３，１４２，１４１および１４０の動作状態にそれぞれ対応する。論理図１８４−１９９の各々について、“０”論理状態は、対応バルブがオフとされて、その入出力間で流体フローが不可能となっていることを示し、一方、“１”論理状態は、対応バルブが有効とされて、その入出力間で流体の伝播が可能となっていることを示している。論理図２００，２０１，２０２，２０３および２０４は、試薬１２７（例えば、オゾン）、試薬１２２（例えば、水蒸気）、バージ流体１２１（例えば、Ａｒ）、前駆体１３３（例えば、Ａｌ含有前駆体）および前駆体１３２（例えば、Ｈｆ含有前駆体）用のキャリアフローの量にそれぞれ対応する。図示のように、前駆体１３３、前駆体１３２およびアルゴン１２１のフローは、キャリアとパージ流体の両方として機能することができるが、それらフローは、処理中、流体供給システム６９によって維持される。注入バルブと高速バルブの適当な逐次的な活性化および非活性化を通じて、所望のときに、所望の１または複数の四分円において、プロセスチャンバ１６内の所望基板上で、化学物質の選択が行われる。

図７を参照すると、期間２０５中、パージ流体１２１および前駆体１３２がプロセスチャンバ１６内に存在するが、前駆体１３２はそのキャリアガスにより四分円５１４のみを通じて流れる一方、パージガスは、後で詳細に述べるように、四分円５１５−５１７内で利用可能とされる。この結果は高速バルブの順序付けにより達成され、すなわち、バルブ１５４を閉じてバルブ１５５を開くことにより、ライン１３０からフォアライン１５３に流体が流れる一方、バルブ１５８を閉じてバルブ１５９を開くことにより、ライン１３５を介してフォアライン１５３に前駆体１３３が流れ、それにより、プロセスチャンバ１６が迂回される。バルブ１５７を閉じてバルブ１５６を開くことによりパージガスがバルブ１４４−１４７に流れ、そのときに、バルブ１４４を閉じてバルブ１４５−１４７を開くことにより、７５０（ｓｃｃｍ）のパージガスが四分円５１５−５１７間で均等に分割される。これは、２５０立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）のパージガスがそれぞれ四分円５１５−５１７の各々を介して流れるという結果をもたらし、他方、バルブブロック１４０−１４３の中でバルブ１４０のみを開くことにより、バルブ１５１が開いてバルブ１５２が閉じた状態において、前駆体１３２を運ぶ２５０（ｓｃｃｍ）のキャリアガスが四分円５１４を介して流れる。なお、期間２０５中にチャンバを通る全体のフローは１０００（ｓｃｃｍ）で、各２５０（ｓｃｃｍ）のパージガスが四分円５１５−５１７を介して流れ、前駆体１３２を含む２５０（ｓｃｃｍ）のキャリアガスが四分円５１４に流れる。多くの場合において、キャリアガス内で運ばれる前駆体蒸気の量は、多くの前駆体物質の低い蒸気圧により、約１（ｓｃｃｍ）当量と同じまたはそれ未満となることに留意することが重要である。当業者であれば分かると考えられるが、全体のフローは、本実施形態で利用される１０００（ｓｃｃｍ）のみに限定されるものではなく、チャンバ形状およびポンプ容量に応じて、位置分離処理を達成するのに十分な任意の全体フロー（例えば、５０乃至５０００ｓｃｃｍ）とすることができる。期間２０６中、処理チャンバ１６の全体でパージ流体１２１を利用可能であるが、前駆体１３３および１３２の両方をポンプシステムに迂回させることにより、この期間中にプロセスチャンバ１６を避けることができる。余剰の前駆体１３２は、この期間中、処理領域７７から除去される。そのプロセス内で使用される前駆体、試薬およびパージガスは、バルブ論理を操作することにより供給源から常に流れ、それらは、チャンバ１６を通って流れるか、あるいはポンプフォアライン１５３（すなわち、図１の粗引きポンプ６６）に迂回されるように利用される。このアプローチは、オフ状態からのすべての所与の設定点についての、マスフローコントローラまたは液体フローコントローラのフロー安定化期間中に生じる可能性のあるプロセスの効率の悪さを回避する。この段階において、四分円５１４は、前駆体に曝されており、その結果、この四分円５１４に対応する基板７９の表面７８の領域は、その表面に吸着される前駆体１３２の層を有している。

図６のバルブは、バルブが開放されて流体をシャワーアセンブリおよび処理チャンバに供給するときに、バーストを回避して所望の流量を維持するために、流体フローを遮断するよりもむしろ持続するフローを保持するように操作される。また、システムは、領域の全体にわたり実質的に同一の流れを確保して、境界を横断する拡散を防止するために、作動される。例えば、四分円５１４が２５０（ｓｃｃｍ）の流量のキャリアガスと、１（ｓｃｃｍ）当量の前駆体を有する場合には、四分円５１５−５１７は、各々に少なくとも２５０（ｓｃｃｍ）、合計で７５０（ｓｃｃｍ）供給されるはずである。フローの差異が小さく、またその差異と比べて、処理領域７７内の流体の流れが速い（滞留時間が短い）ため、前駆体により加えられる１（ｓｃｃｍ）の差異はシステム全体として影響はない。代替的な実施形態においては、パージガスを与える四分円におけるフローが、処理が行われる領域（例えば、前駆体および／または反応性試薬を含んでいる）よりも高くされ、その結果、任意の拡散が、パージされた空間から、膜が成長する（例えば、吸着または蒸着する）領域へと向かうこととなる。パージされた空間は不活性パージガスを含むため、その拡散は、処理される領域に有害な影響を与えることはない。

期間２０７中、試薬１２２（例えば、Ｈ_２Ｏの蒸気）は四分円５１４において利用されるが、同時に、四分円５１５−５１７は、追加的な処理流体が全く無い場合には、パージ流体１２１に曝される。期間２０７中、試薬１２２は、四分円５１４に対応する基板７９の表面７８の領域上の前駆体１３２の吸着された層と反応して、所望膜（例えば、酸化ハフニウム）の層を形成する。期間２０８においては、チャンバがパージされて、余剰試薬１２２は処理領域７７から除去される。期間２０５から期間２０８は、ＡＬＤサイクルを示しており、所望の膜厚を得るために繰り返すことができる（図示省略、例えば、期間２０９の操作に移行する前に、期間２０５−２０８中の操作が繰り返される）。期間２０５から期間２０８中に、四分円５１５−５１７がパージ流体１２１に曝されることから、その元の状態における基板７９の対応領域を保持することにより、元の状態が、期間２０５の開始に対応するプロセスサイクルｔ＝０の開始時における基板７９の状態として規定されるのに留意することは賢明である。期間２０９を参照すると、四分円５１５が前駆体１３３に曝される一方で、追加的な処理流体が全く無い場合に、四分円５１４，５１６−５１７がパージ流体１２１に曝されるのが明らかである。この結果は、論理状態図に示されるように、バルブ状態を正しい論理状態に設定することにより実現される。当業者であれば、如何にして、そのような処理および膜成長が四分円５１４から四分円５１７に逐次移行して、次の処理サイクルの５１４に戻るのかを理解することができる。

当然のことながら、期間２０９−２１２と比べて、期間２０５−２０８は、基板上の位置分離組合せ処理（site isolated combinatorial processing）を示しており、それにより、所望の処理の位置に加えて、第１前駆体の種類が変えられている。期間２１３−２１６は、所望の処理の位置に加えて、第２試薬パルスの継続期間の変化を示している。期間２１７−２２０は、所望の処理の位置に加えて、第２試薬の種類の変化を示している。供給部１３２，１３３に蓄えられる前駆体、独立に供給される試薬または供給部１２２−１２７からの供給と組み合わせて供給される試薬、およびパージ流体１２０−１２１の慎重な検討および適正な選択を介して、４つの四分円５１４−５１７の各々で得られる膜特性を調節することが可能である。また、膜厚、膜配列、膜積層体（例えば、ナノ積層体）、膜組成、混注（例えば、１領域内における２またはそれ以上のソース前駆体の混注）を位置分離方式で変えることができる。また、位置分離変化に加えて、チャンバの幅広いプロセスの変化には、流量、チャンバ圧力、伝導性（例えば、バタフライ弁を介した）、パルス継続期間、前駆体／試薬ソース温度、供給ライン温度、基板温度、シャワーヘッド温度、チャンバ本体温度などが含まれるが、それらに限定されるものではない。それら変化の幾つか、例えば、供給源や供給ライン温度は、その他のものと同様に、位置分離方式で実行することも可能である。

図１、図４、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、流体分配システム６９は、キャリア、前駆体および試薬流体をプロセスチャンバ１６内に入れて、選択した流体から、基板７９の表面７８上を通過する流体のボリュームを与えることができる。流体ボリュームの一部は異なる構成成分を有し、その結果、基板７９の表面７８の異なる領域が異なる構成成分に同時に曝され得る。表面７８上を通過する流体ボリュームは、注入ポート９４を介して処理チャンバ１６内に進む流体を処理することにより生成される。流体分配システムは、対応する（すなわち、直上のまたは重ね合わされる）シャワーヘッドセクタ１１４−１１７の１つと関連する注入ポート９４を介して伝播する流体ボリュームの一部の構成成分に、表面７８の領域５１４−５１７の各々を曝すことができる。基板７９の各領域５１４−５１７は、その他のセクタ１１４−１１７を介して伝播する流体ボリュームの一部の構成成分に曝されることなく、対応するセクタ１１４−１１７からの流体ボリュームに曝される。この実施例では、セクタ１１４が領域５１４に対応し、セクタ１１５が領域５１５に対応し、セクタ１１６が領域５１６に対応し、セクタ１１７が四分円５１７に対応する。それらセクタは、基板のその他の領域に対応させることも可能であり、あるいは対応するセクタと領域は、シャワーヘッドに対して（例えば、全体または一部の領域／四分円の分だけ）基板を回転させることによって処理間で領域を変えることも可能である。

基板処理システム１０は、四分円１１４の注入ポート９４から残りの四分円１１５−１１７内に流入する流体を処理することによって生成される処理ボリュームの一部の伝播を最小化するために作動する。このため、処理ボリュームのこの部分に対する基板表面７８の領域５１５−５１７の曝露が最小化される。四分円１１４に対応する領域５１４は、この部分の実質的に全ボリュームに曝される。同様に、ある四分円、例えば１１５−１１７から、その四分円と対応しない領域、すなわちその四分円と重なり合わない領域、例えば５１５−５１７内に流入する流体を処理することにより生成される処理ボリュームの伝播が最小化される。よって、四分円１１５，１１６および１１７とそれぞれ対応する領域５１５，５１６および５１７は、その部分の実質的に全ボリュームに曝される。流体の流れを領域間の横方向の大きな拡散（処理に影響を与えるような、または領域の処理間の比較を信頼できないものとするような十分な拡散）無しにシャワーヘッドのセクタからウェハ上の対応領域に向ける能力は、シャワーヘッド設計、システム圧力、流体分配システム、流体分配のバルブ調節、流体分配、流体フロー、チャンバ設計、システム動作、および本明細書で検討されるその他の特徴により可能とされる。

例えば、注入ポート９４から流出する処理流体が、四分円１１４−１１７の適切な１つに対応しない表面７８の領域５１４−５１７内に伝播されないようにする１つの方法は、処理チャンバ１６を通る処理流体のフローの伝播を制御することにより行われる。具体的には、基板表面７８に向かう方向３００に沿う、放射対称的に基板７９を横切る基板７９のまわりの処理流体の流れを生成するために（図１、図２、図８Ａおよび図８Ｂ）、処理チャンバ１６内で条件が確立され、それにより、シャワーヘッド９０に向けて、すなわち方向３００と反対方向に戻る処理流体の動きを妨げ、あるいは阻止する。これは、流体供給システム６９および圧力制御システム（図１に示すポンプ６４および６６、バルブ６７およびチャネル６８を含み、その他の可能性のある構成を含むことができる圧力制御システム）を作動させて、表面７８上に処理流体の軸対称の流れを生成することにより、部分的に達成される。そのために、圧力制御システムはポンプチャネル６８内にフローを生成し、それが、図８Ａおよび図８Ｂ内の矢印３０４に示すように、基板７９の外周に向けて外方向に伝播する処理流体をもたらす。その後、処理流体は、シャワーヘッド９０から離れて、基板７９を通過し、ポンプチャネル６８を介して処理チャンバ１６から流出する。ガスのフローを制御することにより、図８Ｂの領域５２０に示すように、領域間の拡散が少なくまたは無くなる。

一実施形態においては、ポンプ６４および６６により生成されるポンプ動作に応答して基板７９の外周の周囲に実質的に同一の伝導性を与えるために、基板の外周部が選択される。外周フローチャネル７１の寸法は、それを通過する処理流体の所望の伝導性を与えるように規定され、それにより、ほぼ均一で軸対称の形式で基板７９の表面７８上に処理流体の流れが与えられる。ポンプチャネル６８を通じた伝導性は、外周フローチャネル７１を通じた伝導性よりも大きくなるように選択される。一実施形態においては、ポンプチャネル６８および外周フローチャネル７１を通じた処理流体の相対的な伝導性は、例えば、１０：１であり、この場合、ポンプチャネル６８を通じた伝導性が、外周フローチャネル７１を通じた処理流体の伝導性の少なくとも１０倍大きくなるように設定される。その他の比率も含む、そのような大きな伝導性の差異は、図８Ｂのベクトルフロー、並びに処理領域７７を通ってその後に基板７９および支持台４８を通過してポンプチャネル６８に向かう図２のフローＡおよびＢに示すように、基板７９の表面７８を横切る軸対称の流れを促進する機能を果たす。

また、処理チャンバ１６からの処理流体の評価と連携して、流体供給システム６９は、一実施形態では四分円毎の構成処理流体が時間の関数として変わる場合もあるが、シャワーヘッドアセンブリを通る全体のフローが４つの四分円を介して対称となるように、処理流体の分布を制御する。これは軸対称フローを促進する機能を果たす。さらに、かかる操作中にバタフライ弁６７を使用して、チャンバ圧力を固定圧力（例えば、１ｍＴｏｒｒ乃至１０Ｔｏｒｒ）に制御することができる。また、その他のチャンバの幅広いパラメータを既知の手法により制御することもできる。

図１、図９および図１０を参照すると、図１のポンプチャネル６８は、チャンバ１６のその他の空間に配置して、本明細書に記載のように、領域間の相互拡散を防止および／または低減するのに必要な同じ軸対称フローを与えるようにしてもよい。例えば、図９を参照すると、ポンプチャネル１６０が部分的または全体的にシャワーヘッド９０を取り囲むように、排気チャネル１６６を位置させることができる。必ずしも必要という訳ではないが、本実施形態においては、排気チャネル１６６およびポンプチャネル１６０の一部が蓋２０内に形成されるとともに、ポンプシステム６４との間で流体が流通する状態とされる。ポンプチャネル１６０は、図８Ａおよび図８Ｂ内の矢印３０４により示すように、基板７９の外周に向けて外方向に伝播する処理流体を有するように構成されている。チャネル２６６は、本発明の一実施形態において軸対称フローを促進するために、処理ガスに対して代替的な排出経路を提供する。排出経路は、バルブ６７の位置により制御される。

図１０を参照すると、開口部５１は、図８Ａの矢印３０４および図８Ｂのベクトルにより示すように、軸対称な方式で処理流体の伝播を生成して基板７９を横切る局所ボリューム間の相互拡散を回避するために基板台４８の下方から対称的な方式でガスを送り込むチャネル１６８により、チャンバ１６の排気を促進することができる。

また、このシステムは、組合せ処理を可能にするのに加えて、真空破壊無しに、基板の全ウェハまたは従来型処理を可能にする。流路３０−３３の各々を通じて同じ流体を流すことにより、図３、図４および図５に示されるマニホールド本体８０の各四分円１１４−１１７が、基板７９の対応領域を横切る同じ流体のフローを与えることとなり、それにより、基板７９の表面上に処理流体の均一なフローが形成される。これは、組合せ処理システムとしてのみならず、従来の処理システムとしても、システム１０の利用を可能にする。このため、従来処理および組合せ処理を可能とするのに、選択されたバルブを適性にオン／オフ切り替えて図１に示すチャンバ１６内に所望の処理流体を供給することを除いては、変更無しに、同じチャンバを使用することができる。この能力は、ツール間または１つのツール内のチャンバ間で基板７９を移動させることなく、一連の組合せおよび従来処理において、任意の変化により、基板７９が処理されることを可能にする。このため、パーツを取り除くことなく、単に、ガスを制御するバルブのスイッチング論理を変えることにより、それら２種類の処理を実行することができる。

図１、図４および図１１Ａを参照すると、流体供給システム６９の別の実施形態は、前駆体／試薬サブシステム１１９および１３１、バルブブロック１４８ａ，１４８ｂおよび１４９を含む。バルブ１５０，１５６，１５７および１７０の追加的セットは、流路３０−３３との間で流体が流通する状態とされて、四分円１１４−１１７の２以上に同時に処理ガスを供給することを容易にする。そのために、バルブブロック１４８ａのバルブ１５１は、流体ライン１３４をバルブ１４４，１４５，１４６および１４７との間で選択的に流体が流通する状態とするように機能し、それにより、流体ライン１３４および１３５から処理チャンバ１６内に同時に処理流体を導入することを可能にする。バルブ１６８は、円滑に、流体ライン１３０をバルブ１４４−１４７との間で選択的に処理流体が流通する状態とし、バルブ１６９は、円滑に、流体ライン１３０をバルブ１４０−１４３との間で選択的に処理流体が流通する状態とする。バルブ１７１は、円滑に、流体ライン１３０をバルブ１５０，１５６，１５７および１７０との間で選択的に処理流体が流通する状態とする。表面７８近傍の処理ボリューム内の構成成分のフレキシビリティを拡大することは、このバルブ構成によって提供される。

図１１Ｂに示すように、図１１Ａの流体供給システムを使用して、図８Ａおよび図８Ｂに示す基板７９の２領域を、同時に（すなわち並列に）前駆体（領域間で同じまたは異なる）に曝すことができる。図１１Ｂにおいては、第１ＡＬＤサイクル（ステップ２０５，２０６，２０７，２０８）と同じ形式で、領域５１４および５１６が並列に処理される一方、第２ＡＬＤサイクル（ステップ２０９，２１０，２１１，２１２）における異なる形式（すなわち、ステップ２０９では異なる試薬）で、領域５１４および５１６が並列に処理されている。図１１Ｂにおいては、各前駆体／試薬ステップの後に、図示のように、すべての領域に亘るチャンバパージが続くが、それは必ずしも必要なものではない。例えば、別の実施形態（図示省略）においては、図８の領域５１４および５１６が１または複数の前駆体に曝された後に、それら領域を、領域５１５および５１７が同時に１または複数の前駆体等に曝されている間に、パージすることができる。その他の処理変化は、図１１Ａの流体供給システムを使用して作り出すことができる。また、領域のすべてまたは任意の一部が並列方式で前駆体または試薬を受け入れることができるように、その他のバルブ調節システムを構築することも可能である。

図１２を参照すると、別の実施形態では、ボディ６１２が邪魔板（図示省略）と反対側に配置されたマニホールド６９８から離れるように延出していることを除いて、シャワーヘッドアセンブリ６３６が、図３、図４および図５のシャワーヘッドアセンブリ９０と実質的に同一となっている。ボディ６１２は、ボディ１１２と同じ機能を果たし、同じように加工されている。ボディ６１２は、処理中に基板表面７８に物理的に接触するように、あるいは接触しないように選択することができる。なお、シャワーヘッドの別の実施形態では、領域間の物理的障壁が必要ではない。その代わりに、図１３に示すように、複数の開口７１２を設けるようにしてもよく、その場合、不活性ガスのカーテンを放出することにより、１セクタ、例えば四分円１１４−１１７に導入される処理流体が、別のまたは隣接するセクタに伝播して、基板７９上の対応領域の処理に影響を与えるのを、防止できないにしても、減少させることができる。

図１３−１，１３−２，１３−３および１３−４は、本発明の一実施形態に係る図１３のシャワーヘッドの例示的な実施形態を示している。図１３−１は、図１３のシャワーヘッドの一実施形態の底面斜視図を示している。パージチャネル７１２−１および７１２−２は、シャワーヘッドのフェースプレートのそれぞれの直径を横切って延びて、それにより、この実施形態においてフェースプレートを四分円に分割している。ボディ６１２−１から６１２−４は、フェイスプレートの表面から外方向に延出して、四分円とパージチャネルとの間の境界を規定するとともに、領域間の物理的障壁を提供する。一実施形態においては、フェースプレートをチャンバ頂部に締結するために開口７１１が設けられている。図１３−１の例示的な実施形態においては、パージチャネル７１２−１および７１２−２の幅が約１インチとなっている。この幅は例示的なものであって、限定することを意味するものではなく、１インチよりも大きいかまたは小さい代替的な幅を用いることができ、それを用途に応じたものとすることができる。なお、本明細書に記載のシャワーヘッドを用いて蒸着を受ける基板の中心部に位置する試験構造がパージガスのみに対して曝されるように、パージチャネル幅を調整することもできる。すなわち、本明細書に記載の組合せ処理のスクリーニングおよび特徴付けのために試験構造が利用可能となるように、この実施形態においては、試験構造に蒸着が生じることがない。さらに、図１３−１および図１３−２のフェースプレートは四分円で描かれているが、これは限定することを意味しているのではなく、その他の構成も可能である。例えば、望ましい用途に応じて、半分に、三分の１、五分の１、六分の１にフェースプレートを分割することもできる。

図１３−２は、図１３のシャワーヘッドの一実施形態の上面斜視図である。一実施形態においては、四分円の注入ポート９４−１およびパージチャネルの注入ポート９４−２の間隔を異なるものとすることができる。すなわち、注入ポート９４−２の間隔を、対応する注入ポート９４−１の間隔より小さいか、大きいか、あるいは等しいものとすることができる。同様に、注入ポート９４−１および９４−２の直径を同じとすることも、あるいは必要に応じて、異なるようにすること、すなわち大きくすることまたは小さくすることも可能である。この実施形態では、図１３−２の四分円およびパージチャネルの各々が、密封面７１３から僅かに窪んだ状態で示されている。図１３−３においては、フェイスプレートの上面が、適当な固定手段、開口７１１を貫通する例えばビスを介して、チャンバトップ７１５に取り付けられている。チャンバトップ７１５は、分配されるプロセス／パージガスをシャワーヘッドを介して処理チャンバ内に供給するために、接続およびマニホールディングを提供する。図１３−４には、チャンバトップの上面斜視図が示されている。チャンバトップ７１５には、パージガス注入口７１７が設けられ、このパージガス注入口７１７が、パージチャネルの注入ポートへのパージガス供給用の注入ポートを提供する。プロセスガス注入口７１９−１から７１９−４は、対応四分円の注入ポートへのプロセスガス用の供給ポートを提供する。代替的な構成が４セクション、すなわち四分円構成より大きいまたは小さい領域を与える場合には、より多いまたは少ないガス注入口をそれぞれ設けることができる。当業者であれば分かるように、代替的な実施形態が、より多くのパージガス注入口を提供するものであってもよい。パージガス注入口およびプロセスガス注入口の数量は例示的なものであり、本明細書に記載されているようにプロセスおよびパージガスの均一な分配が提供されて隣接領域の所望の分離が維持される限りは、任意の数量の注入口を用いることができる。また、セクション、例えば四分円の幾つかを削除するようにしてもよい。すなわち、幾つかのセクションが、注入ポートおよび対応するガス注入口を含まないものであってもよい。当業者であれば分かるように、図１３−１から図１３−４までの実施形態について数多くの構成が可能であり、それら構成は本明細書に記載の実施形態の範囲内に入るものである。

図１４には別の代替的な実施形態が示されており、この実施形態では、処理流体が処理チャンバに到達するまで分離された状態で維持されるように、シャワーヘッドの各注入ポートが、同心円状に配置された流路７２４および７２６をそれぞれ備えている。それら流路は、同心円状に配置する代わりに隣接させたり、あるいは処理チャンバ内に流入する前にガスの分離を維持する、その他の空間的および物理的配置とすることも可能である。

図１、図９または図１０に記載のチャンバまたはシステムの何れか、または本明細書に記載の発明に従いまたは本発明を実施するために構成された別のチャンバは、支持シャフト４９と、よって支持台４８とを中心軸まわりに回転させるために連結されたモータ３１０を含むことができる。回転中に真空を維持するためには、磁性流体シールのような回転真空シールを使用することができる。なお、台の回転のために、後述する同じ効果をもたらすように、チャンバ内のシャワーヘッドを回転させることもできる。回転支持台４８は、シャワーヘッド上により多くのセクタを加えることなく（例えば、物理的障害、不活性ガス仕切りまたはその他の機構を介して）、基板上により多くの領域を形成することを可能にする。また、回転により、基板上に多層の蒸着の容易な形成が可能となる。図１５Ａに示すとともに、後で詳述するように、基板上の領域の空間的配置は、処理流体のボリュームの異なる部分に対して変化される。上記回転は、処理流体ボリュームと表面７８間の相対的角度位置を複数回変化させて、シャワーヘッド設計により規定される角度セクタの一部を提示する一連の角回転を規定することを可能にする。

例えば、図１６に示すように、基板７８の第１、第２、第３および第４領域は、処理流体のボリュームに曝される。第１領域はエッジ８００および８０１により境界が付けられ、第２領域はエッジ８０１および８０２により境界が付けられ、第３領域はエッジ８０２および８０３により境界が付けられ、第４領域はエッジ８００および８０３により境界が付けられている。ここで、第１、第２、第３および第４領域の各々が、上記ボリュームの異なる構成成分に曝されると仮定する。このプロセスは、第１領域に第１物質の第１層と、第２領域に第２物質の第１層と、第３領域に第３物質の第１層と、第４領域に第４物質の第１層とを生成する。なお、それら領域の１つまたはサブセットは、物質を蒸着させるか、または続くステップで蒸着用の領域を準備するのに必要なガスを含むものであってもよい（例えば、その他の領域がパージガスに曝されている間に、第１領域プロセスのみが、形成される層をもたらすものであってもよい）。一実施例においては、第２角度位置において、第５、第６、第７および第８領域が、処理流体の別のボリュームのその他の構成要素に曝されるものであってもよい。この実施例における基板ホルダおよび基板の回転は、シャワーヘッドにより規定された４つのセクタを使用して、基板上に８つの領域を形成することを可能にする。第５領域はエッジ８０４および８０５により境界が付けられ、第６領域はエッジ８０５および８０６により境界が付けられ、第７領域はエッジ８０６および８０７により境界が付けられ、第８領域はエッジ８０４および８０７により境界が付けられている。ここで、第５、第６、第７および第８領域の各々が、追加的なボリュームの異なる構成成分に曝され、それが前駆体または試薬のような反応性ガスを含むまたは含まないと仮定する。このプロセスは、元の四分円の各々が第２位置において２つの異なる流体に曝されるため、やがて８のセクタの各々に異なる層および物質を形成する。

別の実施形態においては、両セクタの第１ペアが、残りのペア内のパージセクタ（例えば、Ａｒ）により境界付けられるＡＬＤ蒸着反応の第１試薬（例えば、ＴＭＡＨ）および第２試薬（例えば、Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。その後、基板全体に亘って実質的に均一なＡＬＤ膜を蒸着させるために、基板の回転が使用される。この実施形態においては、ガスバルブ調節およびフローを介してのみとは対照的に、基板の特定の領域が時間の関数とみなされるようにガスを順序付けるために（例えば、ＴＭＡＨ＋Ａｒパージ＋Ｈ_２Ｏ＋Ａｒパージ）、基板の回転が使用される。各セクタを通るフローは、時間の関数として固定されて、転換されることはない。この方法は、均一性およびスループットの利点を有し、同じ組合せＡＬＤチャンバ内で全ウエハプロセスの生成を可能とする。回転速度の変更は、ＡＬＤサイクル毎の時間を制御するために利用することができる。毎分６０回転の回転速度は、１秒のＡＬＤサイクル（前駆体１＋パージ＋前駆体２＋パージ）時間に相当する。処理中の６０秒の基板の回転は、６０のＡＬＤサイクルと同等となると考えられる。

図１５Ａは、図１６に記載の回転を用いる本発明の一実施形態に従う基板２１７９の概略断面図を示しており、基板２１７９は、スクリーニング目的で、組合せ処理シーケンスから当該基板上に形成される物質を有している。基板２１７９は、その上に配置された、電極として機能する導電性層２１８０を有している。層２１８０は、物理的気相成長法（ＰＶＤ）を含む、任意の既知の蒸着プロセスを使用して、蒸着させることができる。層２１８０上には、４つの領域２１８３，２１８４，２１８５および２１８６を含む組合せ層２１８２が蒸着されており、その各々が、異なる構成成分を有している（それら領域の各々は、上述したように、本発明に従い、直列、半並列、または完全に並列な方式で形成することができる）。一例として、領域２１８３はＡｌ_２Ｏ_３から形成され、領域２１８４はＴｉＯ_２から形成され、領域２１８５はＨｆＯ_２から形成され、領域２１８６はＺｒＯ_２から形成される。

組合せ層２１８２の上には、領域２１８３，２１８４，２１８５および２１８６を有する追加的組合せ層２１８７が形成されている。しかしながら、組合せ層２１８７における領域２１８３，２１８４，２１８５および２１８６の各々は、組合せ層２１８２における領域２１８３，２１８４，２１８５および２１８６に対してシフトされている。すなわち、組合せ層２１８２における領域２１８３は、伝導層２１８０の表面のセクタ３００１−３００４と重なり合い、一方、組合せ層２１８７における領域２１８３は、伝導層２１８０の表面のセクタ３００２−３００５と重なり合う。このオフセットは、組合せ層２１８２の形成後であって組合せ層２１８７の形成前における、シャワーヘッド９０に対する基板２１７９の回転によりもたらされるものである。基板２１７９の回転は、組合せ層２１８８および２１８９の領域２１８３，２１８４，２１８５および２１８６の相対的な位置により示される、各組合せ層の形成の間に行うことができる。組合せ層２１８９の上には、例えば位置分離ＰＶＤにより蒸着させることができる伝導機構２１９０が形成され、それは、従来（ブランケット）方式または組合せ方式で処理されるものであってもよい。これは、シャワーヘッドが４セクタしか有していなくても、異なる物質を持つ複数の領域（例えば、１６）を有する膜積層体を与える。セクタ毎の位置分離組合せＰＶＤ処理を使用する導電機構２１９０の変更（例えば、プロセスパラメータ、物質、厚さなど）は、最終的な膜積層体における追加的な変更をもたらす。

図１５Ｂを参照すると、異なる種類の組合せ処理を組み合わせることが可能である。それら異なる種類は、例えば、ＰＶＤマスクに基づく手法および本明細書に記載の分離セクタに基づくシステムにより処理された位置分離領域を含むことができる。例えば、組合せ領域４０００，４００１，４００２は、本明細書に記載のシステムにより、湿式処理（無電解析出、電気化学析出、洗浄、単分子層形成などを含む）のようなＰＶＤまたはその他手法により形成された領域４００３を既に含む基板上に形成することができる。それら組合せ手法を組み合わせることにより、追加的な実験を行うことができるとともに、収集される情報量を増やしつつ、使用される基板数を減少させることができる。

当然のことながら、図１５Ａおよび図１５Ｂは、本明細書に記載の組合せ処理下で単一の基板から得られる大量のデータを示している。上述のように、異なる構成成分を有する流体ボリュームの分離部分は基板の表面上を流れる。それら分離部分は、対応する基板の分離セクタを、隣接する分離セクタが曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物に同時に曝す。基板上の分離セクタ上に層が蒸着され、その層が、隣接する分離セクタ上に蒸着される層とは異なるものとなる。基板は部分的に回転させること、すなわち回転の３６０度の一部を回転させることができ、異なる積層された層を有する積層体は、図１５Ａに示すように構築することができる。また、スタック上に配置された機構は異なる形状を有するようにしてもよく、例えば、分離セクタをパイ形状（円の一部）、機構２１９０を円形状とすることもできる。

図１７には、本発明の一実施形態に係る一体化高生産性組合せ（ＨＰＣ）システムの概略図が示されている。ＨＰＣシステムは、複数の処理モジュールを支持するフレーム９００を含む。当然のことながら、フレーム９００は、一実施形態に係る単一のフレームであってもよく、また、真空の維持および／またはより多くの処理モジュールの追加を容易とするために複数のチャンバを含むものであってもよい。一実施形態においては、フレーム９００内の環境が制御される。ロードロック／ファクトリインターフェース９０２は、ＨＰＣシステムの複数のモジュールへのアクセスを提供する。ロボット９１４は、モジュール間の基板（およびマスク）の移動と、ロードロック９０２内への移動およびロードロック９０２からの移動とを与える。組合せ手法を使用して試験することが望まれる構造の類、または実行される実験を支持するのに必要な従来の処理モジュールおよび組合せ処理モジュールを含む、任意の既知のモジュールをＨＰＣシステムに取り付けることができる。

例えば、モジュール９０４は、一実施形態において、方向付け／ガス抜きモジュールとすることができる。モジュール９０６は、本発明の一実施形態において、プラズマまたは非プラズマベースの清浄モジュールとすることができる。モジュール９０８は、本明細書の記載の基板処理システムとすることができる。代替的には、モジュール９０８は、ＨＰＣシステムのその他のモジュールで使用される、処理マスクとも呼ばれる複数のマスクを含むものであってもよい。モジュール９１０は、本発明の一実施形態において、例えば、米国特許出願第１１／６７２，４７８号および第１１／６７２，４７３号に記載されているようなＨＰＣ物理的気相成長法（ＰＶＤ）モジュールを含むことができる。一実施形態においては、集中型コントローラ、すなわち演算装置９１１がＨＰＣシステムの処理を制御するものであってもよい。ＨＰＣシステムの場合、ＰＶＤ、ＡＬＤ、ＣＶＤおよび前・後処理ステップまたはその他の可能性のある代替ステップを含む組合せ処理を採用して、基板上に物質を蒸着するために、複数の方法を用いることができる。１つのクラスタツールにおいて組合せ処理を可能とすることにより、異なるツールまたは位置間で基板を往復させるのと比べた場合に、より良好な汚染物質制御、より良好な環境制御、より正確な実験、組合せ処理シーケンス一体化の試験、およびより良好なスループットを与えることができる。例えば、図１５Ａに示す処理は、１つのクラスタ内で実行することができ、それにより全ウエハＰＶＤ、組合せＡＬＤおよび組合せＰＶＤを可能にする。図１５Ｂに示す処理は、組合せＰＶＤとＡＬＤの両方、または基板上に構造を形成するためのその他の任意の組合せを有するそのようなシステムにおいて実行され得るものである。

本発明の別の実施形態は、図１８−図２０に示すように、基板７８の近傍に配置される蒸気制御装置１０００を用いることができ、この実施形態では、蒸気注入装置１００２が蒸気抽出装置１００４の反対側に配置されている。蒸気制御装置１０００は、間隔を空けた複数のボディ１１１２を含み、それらは、ボディ１１２に関して上述したようなものであっても、スペーシングまたはガスフロー制御のようなその他の分離技術を介して実行されるものであってもよい。蒸気注入装置１００２は、作動中、排気口１００５，１００６，１００７および１００８から処理蒸気を放出する。蒸気は放出され、蒸気抽出装置１００４により生成される真空の助けを借りて、基板７８を横切って移動する。それらフロー１１１４，１１１５，１１１６，１１１７は、基板７８の領域１１１８，１１１９，１１２０，１１２１を横切って移動する。条件は、領域１１１８，１１１９，１１２０，１１２１、または上述したようにそれら領域の１領域またはサブセットに、物質の層（または前／後処理）を生成するために維持されるものであってもよい。図１９に示す間隔は、適当な距離で維持され、それにより、蒸気の層流が可能となり、その層流により、蒸気分離を維持して、基板上の領域間の相互拡散を防止するのが補助される。

図２１、図２２および図２３を参照すると、本明細書に記載の実施形態が、以下に示す特定の用途に適用されている。例えば、実施形態の１つは、ゲートスタック構成のためのプロセスシーケンスを対象とすることができる。高誘電性（高Ｋと称される）物質の使用は、特にゲート酸化物として使用するための、半導体装置製造における実行可能な代替案となっているため、半導体装置製造のためのプロセスシーケンスにそれら物質を組み込むことに、非常に大きな関心が存在している。しかしながら、観察される移動度低下および／または閾値電圧シフトを解消するために、金属ゲート電極とゲート酸化物との間に界面キャップ層を配置して、そのような低下を軽減するようにしてもよい。

図２３を参照すると、シリコン基板９００は、高誘電性ゲート酸化物９０２、界面キャップ９０４およびゲート９０６をその上に有する。上述したスクリーニング手法を組み込む１つのアプローチは、図２１に示す基板上に配置されている高誘電性物質を固定することである。一実施形態において、高誘電性物質を、ケイ酸ハフニウムまたは酸化ハフニウムとすることができる。高誘電性物質を固定することは、従来の全ウエハ手法（例えば、全ウエハを介した、非組合せ原子層蒸着）におけるこの操作の実行を引用する。その後、金属ゲートを形成するためのこのプロセスシーケンスは、組合せ的に変化される。窒化タンタルケイ素（tantalum silicon nitride）、窒化タンタル、ルテニウム、窒化チタン、レニウム、白金など、様々な金属を最初に使用することができる。図１７に記載のＨＰＣシステムは、一実施形態において、そのような位置分離型の処理をもたらすために使用することができる。本明細書に記載の組合せ蒸気に基づくシステムは、例えば、ゲート電極物質の有効仕事関数（effect work function）を調整するために金属ゲート層を含むプロセスのために使用することができる。結果として得られる基板は、急速熱処理（ＲＴＰ）ステップを介して処理され、その後、結果として得られる半導体基板上の絶縁体上の金属の構造が試験される。そのような試験は、熱安定性、結晶化、剥離、キャパシタンス電圧、フラットバンド電圧、有効仕事関数外挿などを含む。

究明されるかもしれないが、高誘電性ゲート酸化物とともに金属ゲートを使用することは、試験結果（例えば、有効仕事関数シフト）により証明されるように欠陥が構造にもたらされることとなるため、相性が良くない。このため、ゲートとゲート酸化物との間に界面キャップが配置されるような、異なるプロセスシーケンスが評価される。一実施形態においては、界面キャップ処理が組合せ的に変化されるが、高誘電性処理および金属ゲート処理が固定される。基板はＲＴＰを介してアニールされ、結果として得られる構造は、最適な物質、単位プロセス、高誘電性物質とゲート物質との間に導入された界面キャップを有するプロセスシーケンスを特定するために試験される。可能性のある界面キャップ層の実施例は、酸化ランタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび酸化スカンジウムを含む。本明細書に記載の組合せ流体システムは、例えば、界面キャップ層を含むプロセスに使用することができる。ＲＴＰ処理は高速熱アニールを含むことができる。

図２４および図２５は、本発明の一実施形態に係る、メモリ装置要素のためのＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を評価するためのスクリーニング手法を示している。メモリ装置要素は、例えば、相変化、抵抗の変化、またはその他のメモリ要素とすることができ、それにはＤＲＡＭメモリ素子が含まれる。この実施例のための金属は、導電性原子（例えば、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕなど）または導電性化合物（例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２など）とすることができ、ＭＩＭ構造のための電極を形成する。この絶縁体は、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ランタン、シリコン酸化物、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、それら任意の酸化物のナノ積層体またはナノ複合物質などの金属酸化物であり、その他の数の界面またはその他の層をメモリ物質のスタック内に含むことができる。この実施例において、絶縁体は、二成分金属酸化物（ＢＭＯ）、複合金属酸化物（ＣＭＯ）、ナノ積層体、ドープされたまたは傾斜組成の（graded metal oxide）金属酸化物とすることができる。ＤＲＡＭメモリ素子の実施例においては、低リーク、低ＥＯＴ、高実効誘電率、良好な熱安定性を示す最適ＭＩＭスタックを実現することが望ましい。

この実施例のための最適なプロセスシーケンスは、本明細書に記載のスクリーニングアプローチにより生み出すことができる。図２４は、出発基板を示しており、その後、従来からの製造プロセス（例えば、物理的気相成長法またはスパッタリング）により、金属電極Ｍ（例えば、ＴｉＮ）が始めに基板上に均一に蒸着される。その後、金属電極が上面に蒸着された基板の領域に絶縁層を（例えば、組合せ物理的気相成長法または組合せ原子層蒸着法を介して）蒸着するために、位置分離処理（例えば、図１７に記載のＨＰＣシステムを使用する）が使用される。絶縁体の一部として、界面層を蒸着するようにしたり、あるいは絶縁体を形成するために（例えば、ＡＬＤを介して）複数の層を形成するようにしてもよい。領域間で変化させることができるＡＬＤ処理のためのアイテムには、前駆体、試薬、キャリアガス、前駆体の順番、前駆体／試薬の濃度、前駆体／試薬パルスの継続時間、パージ流体種、パージ流体期間、分圧、全圧、流量、膜厚、膜組成、ナノ積層体（例えば、異なるＡＬＤ膜種類の積層）などが含まれる。結果として得られる基板は、ＲＴＰ（任意のステップ）を通じて後処理された後、試験される。このため、基板は金属下地層を有し、酸化物は変えられ、その後、基板はアニールされる。試験は、層の接着性、抵抗試験、ハンダはじき（dewetting）、位相／結晶化、および組成を含む。試験に基づいて、組合せのあるサブセット（例えば、低い接着性やハンダはじきを示すか、あるいはあまりにも低い膜抵抗等を有する組合せ）が除去される。

その後、この減らされたサブセットについて、図２５に示されるように、Ｍ−Ｉ構造の上端に別の電極を置くことの効果について評価される。ここで、下端電極および絶縁体プロセスを固定すること（あるいは、代替的な矢印により示されるように変化させること）ができ、上端電極が変化される。結果として得られる構造は、上述したように、アニールされて試験される。ここで、試験は、ＭＩＭスタックが構築されるため、抵抗スイッチングのための電流／電圧（Ｉ／Ｖ）試験（例えば、スイッチング無し、単一の安定スイッチング、２の安定スイッチング）を含む。上述したように、試験は、スクリーニングプロセスが進むに連れてより高度なものとなり、最適なプロセスシーケンスを規定する。スクリーニングプロセスは、最適な金属酸化物と対応する単位プロセスを決定し、その後、最適な結果を組み込んで、図２５に関して述べたように、上端電極とのプロセス相互作用を決定する。

求めることができるその他の代替的な実施形態は、半導体処理チャンバ内に流体を分配するための装置を含む。その装置は、第１および第２の両面を有するとともに、それら第１および第２の両面間に延びる複数の貫通路を有する邪魔板を含む。また、その装置は、邪魔板に結合されたフェイスプレートも含み、そのフェイスプレートが、当該プレートを貫通する注入ポートのセクタにセグメント化されている。セグメント化されたセクタは、フェイスプレートの軸から外方向に放射状に延びる流体分離機構を介して規定されている。流体分離機構は、注入ポートを介して伝播する流体のセクタ分離を容易に可能にし、その場合に、邪魔板およびフェイスプレートが、相互に結合されたときにプレナムを規定する。一実施形態においては、セクタの数が貫通路の数に対応し、流体分離機構が、フェイスプレートの表面から延びるボディを含み、そのボディが、隣接するセクタを介して伝播する流体の分離を維持するように構成されている。ボディは、フェイスプレートの表面と邪魔板の表面の両方から離れるように延びるものであっても、あるいは代替的には、ボディは、フェースプレートから離れて邪魔板に向かう方向に延びるものであってもよい。一実施形態において、流体分離機構は、隣接セクタ間に配置される一組の注入ポートである。一実施形態において、注入ポートは、第１および第２流路を含み、第２流路が第１流路内に配置されるものとなっている。あるいは、注入ポートが、第１および第２流路を含み、第１流路が縦軸を有し、第２流路が第１流路内に配置されて縦軸に沿って延在するものであってもよい。

別の実施形態においては、処理チャンバに流体を分配するためのシャワーヘッドが与えられている。シャワーヘッドは、複数の流体フローを独立に受け入れるための手段と、セグメント化されたセクタを介して受け入れた複数の流体フローを分配するための手段とを含む。分配するための手段は、複数の流体フローを独立に受け入れるための手段と結合されている。分配するための手段は、セグメント化されたセクタに従って受け入れた複数の流体フローを分配するための手段を介して伝播する複数の流体フローの分離を維持するための手段を含む。セグメント化されたセクタの数は、複数の流体フローの数に対応させることができる。独立に受け入れるための手段と分配するための手段とを結合させることにより、プレナムを規定するようにしてもよい。分離を維持するための手段は、分配するための手段の表面から延びるものと、分配するための手段の表面と、独立に受け入れるための手段の表面とから離れるように延びるものと、分配するための手段の表面から離れて、独立に受け入れるための手段の表面に向けて延びるものとからなる群から選択することができ、分離を維持するための手段は、セグメント化されたセクタ間で流体を伝播させるための手段を含む。一実施形態においては、分配するための手段が、流路のための第２手段内に規定された流路のための第１手段を含み、それら第１手段および第２手段が縦軸を共有するものとなっている。

さらに別の実施形態においては、基板を処理するための方法が提供される。この方法は、異なる構成成分を有する流体ボリュームの分離部分を流すステップを含み、そのステップにより、基板の対応する分離セクタを、隣接する分離セクタが曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物に同時に曝すものとなっている。この方法は、基板の分離セクタ上に層を蒸着させるステップであって、その層が、隣接する分離セクタ上に蒸着される層とは異なるステップと、部分的に基板を回転させるステップとを含む。流すステップと蒸着させるステップが繰り返し行われ、第１層における分離セクタに対応するセグメントが、次の層における対応セグメントからオフセットされている。この方法は、セグメントと対応セグメント間で製造パラメータを変化させるステップと、物理的気相成長操作を介して次の層上に機構を蒸着させるステップとを含み、第１層と次の層の蒸着が原子層蒸着を介して実行されるものとなっている。一実施形態においては、分離セクタは第１形状を有し、機構は第２形状を有し、例えば、第１形状が円の一部、第２形状が円形となっている。蒸着操作間の部分的な回転により異なるセグメント組合せを有する積層された層は、この方法を通じて形成される。一実施形態においては、異なるセグメント組合せの数が、流体ボリュームの分離部分の数よりも多くなっている。

基板を処理するためのシステムが提供される。このシステムは、異なる構成成分を有する流体ボリュームの分離部分を流す手段を含み、その手段により、基板の対応する分離セクタを、隣接する分離セクタが曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物に同時に曝すものとなっている。基板の分離セクタ上に層を蒸着させる手段であって、その層が、隣接する分離セクタ上に蒸着される層とは異なる手段が含まれるとともに、上記層の上に次の層を蒸着させるために部分的に基板を回転させる手段であって、その層における分離セクタの１つに対応するセグメントが、次の層の対応セグメントからオフセットされる手段が含まれる。セグメントと対応セグメント間で製造パラメータを変化させる手段と、物理的気相成長操作を介して次の層上に機構を蒸着させる手段とが含まれている。分離セクタが第１形状を有し、機構が第２形状を有するようにしてもよい。このシステムは、蒸着操作間の部分的な回転により異なるセグメント組合せを有する積層された層を形成する手段を含み、異なるセグメント組合せの数が、流体ボリュームの分離部分の数よりも多くなっている。

基板上に物質を蒸着させるための基板処理システムが提供される。このシステムは、処理チャンバと、プロセス流体を処理チャンバ内に導入するための流体分配システムと、処理チャンバとの間で流体が流通する圧力制御システムと、処理チャンバ内に配置された回転支持システムと、流体分配システムおよび圧力制御システムとの間でデータ通信するプロセッサと、コントローラとの間でデータ通信するメモリとを含む。メモリは、プロセッサにより実行されるプログラムを格納し、そのプログラムが、基板処理ステムの操作を制御して、物質を蒸着すべく処理チャンバ内の条件を確立するためのものとなっている。そのプログラムは、流体分配システムの操作を制御する第１サブルーチンを含み、その第１サブルーチンが、異なる構成成分を有する流体ボリュームの分離部分を流して、支持システムの表面の対応する分離セクタを、隣接する分離セクタが曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物に同時に曝すためのものとなっている。分離セクタ上に蒸着される層は、隣接する分離セクタ上に蒸着される層とは異なり、回転支持システムは、隣接層スタックが異なるセグメント組合せにより規定されるように層スタック間において部分的に回転する。流体分配システムは、前駆体流体およびキャリア流体を表面上に分配するための流体分配装置を含み、この流体分配装置がフェイスプレートを含み、このフェイスプレートが、当該プレートを貫通する複数セットの注入ポートを有している。流体分離機構は、複数セットの注入ポートの隣接セットを介して伝播する異なる部分の分離を容易に可能とするように配置されている。流体分配システムは、前駆体流体およびキャリア流体を表面上に分配するための流体分配装置をさらに含み、この流体分配装置が、フェイスプレートであって、当該プレートを貫通する複数セットの注入ポートを有するフェイスプレートと、複数セットの注入ポートの隣接セットを介して伝播する異なる部分の分離を維持するためにフェイスプレートから延びるボディとを含むものとなっている。一実施形態においては、複数セットの１つの注入ポートが、フェイスプレートの中心部分から外周部分へと放射状に延びる線に沿って配列されている。流体分配システムは、プロセス流体を表面の第１面に向けて導き、圧力制御システムは、処理チャンバからのプロセス流体を、第１面の反対側に配置された表面側から排出する。基板の中心部分は、軸および流体分配システムの周囲に放射状に対照的に配置され、それにより、プロセス流体のフローを生成して、流体ボリュームが軸の周囲に放射状に対照的に配置されるものとなっている。流体分配システムおよび圧力制御システムは、表面に向かって当該表面を半径方向に横切る流体の一方向の動きを形成するように作動する。プログラムは、追加的なサブルーチンをさらに含み、そのサブルーチンが、流体分配システムの操作を制御して、キャリア流体および前駆体流体を処理チャンバ内に導入するとともに、キャリアおよび前駆体流体から、基板の表面上を通過する追加的な流体ボリュームを与えるものとなっている。追加的な流体ボリュームの異なる部分は、共通の追加的構成成分を有し、それにより、基板の分離セクタの各々が、基板の隣接セクタが曝される追加的な構成成分と等しい追加的な構成成分の混合物に曝されるものとなっている。

別の実施形態においては、基板上に物質を蒸着する方法が提供される。この方法は、基板の両面を通り過ぎるようにプロセス流体を流すステップを含み、そのステップにより、前記両面の一方の分離領域を、当該一方の隣接領域が曝されるプロセス流体の構成成分とは異なるプロセス流体の構成成分の混合物に曝すものとなっている。少なくとも１の領域の表面の近傍の雰囲気において条件が確立されて、プロセス流体から物質が生成される。この方法は、分離領域を蒸着物およびパージ流体に順次曝すステップを含むことができる。プロセス流体のフローは、異なる構成成分を有するプロセス流体の部分間の圧力平衡および流速を利用して、隣接領域上に分離される。一実施形態においては、プロセス流体を流すステップ間で基板が回転される。流すステップは、キャリアガスの第１フローと、前駆体を含む第２フローとを前記両面の一方に向けるステップを含み、それぞれの圧力を、前記両面の一方の近傍の異なる構成成分を含む処理流体の分離を維持するために、第１フローおよび第２フロー間で実質的に同一にするようにしてもよい。一実施形態においては、プロセス流体が、前記両面の一方とは別の面から排出されており、その面から排出するための伝導性が、前記両面の一方の上方の伝導性よりも大きく、その確立が、流量を作り出すとともに、プロセス流体のフローの分離を維持するものとなっている。この方法においては、基板の中心部が、軸の周囲に放射状に対照的に配置されるとともに、流すステップが、軸の周囲に放射状に対照的に配置される流体ボリュームを導くステップをさらに含む。

別の実施形態においては、半導体処理システムが提供される。このシステムは、キャリア流体および前駆体を含む複数の成分を収容する流体供給部を有する。この流体供給部は、複数の成分の異なる混合物を貯蔵して供給するように構成されている。中心フレームに取り付けられるチャンバが含まれ、その中心フレームの周囲には複数のその他のチャンバが置かれる。そのチャンバは、流体供給部との間で流体が流通するシャワーヘッドを含む。このシャワーヘッドは、異なる構成成分を含む流体フローを受け入れて、成分の分離を維持するように構成されている。基板支持部と、真空機構に結合された真空注入口とが含まれる。真空注入口は、基板支持部の外周領域の近傍の伝導性よりも大きい伝導性を有し、流体供給部が、実質的に同一の圧力をそれぞれ有する異なるフローを提供するとともに、真空機構が、流体の流速が基板支持部の近傍の領域における流体フロー分離を維持できるようにするものとなっている。一実施形態において、上記その他のチャンバの１つが、基板を組合せ的に処理するように構成された物理的気相成長法（ＰＶＤ）モジュールとなっている。チャンバは、流体フローの余剰流体ボリュームを排出するための真空源との間で流体が流通可能で、真空源への注入口がシャワーヘッドとは別個のものとなっている。一実施形態においては、真空源への注入口の伝導性が、基板支持部の外周の周囲に規定されるチャネルの伝導性よりも大きく、それを通って、余剰流体ボリュームが真空源の注入口に流れるものとなっている。一実施形態においては、シャワーヘッドが、その表面を横切って外方向に放射状に延びる流体分離機構を含むとともに、注入ポートのセットとなるものであってもよい。

この実施形態は、基板上に物質を形成する組合せ蒸着法を含む。この方法は、シャワーヘッドの対応部分によって異なる流体の複数のフローを同時に提供するステップを含む。流体ボリュームは、前記異なる流体の複数のフローから基板上に流れてフローパターンを形成し、その際に、基板の分離された領域が、異なる構成部分を有する流体ボリュームの部分に同時に曝されるものとなっている。プロセス条件は、流している間に複数のフローの１つから物質を蒸着させるのに適した条件で維持される。シャワーヘッドの対応部分と同等の流体の複数のフローが提供されるとともに、プロセス条件が、基板の分離された複数の領域上に同等の流体のフローから物質層を蒸着させるのに適した条件で維持される。この方法は、流体ボリュームのフローパターンと分離された領域との間の空間的な関係を変更するステップを含み、このステップより、シャワーヘッド固定を維持する間に、曝される少なくとも１つ分離領域を変更するものとなっている。この変更は、基板を回転させること、または異なる流体の複数のフローを供給するバルブを操作することの一方を含むものであってもよい。この方法は、空間的関係を順次変更するステップを含み、それにより基板上に蒸着物質の積層を形成することができる。一実施形態においては、その変更後に、複数の分離領域が、その分離領域の１つのパージ中に、異なる構成成分に曝される。分離領域の１つに対応する積層のセグメント内においては、当該セグメントが、空間関係の変更によって、異なる物質層から構成されている。流している間に複数のフローの１つから物質を蒸着させるのに適したプロセス条件を維持した後は、上記方法は、積層の複数のセグメント上に機構を組合せ的に蒸着するステップを含み、セグメントが分離領域に空間的に対応するものとなっている。一実施形態においては、分離領域の数が、異なる流体のフローの数よりも多くなっている。別の実施形態においては、隣接する分離領域間の水平拡散領域が、隣接する分離領域間の境界の近接位置に維持される。各方法の操作は、物質を蒸着するステップと物質層を蒸着するステップとの間の真空を破壊せずに、共通のチャンバ内で実行することができる。

別の実施形態においては、組合せ蒸着システムが提供される。このシステムは、異なる流体の複数のフローを処理チャンバに同時に提供するための手段と、異なる流体の複数のフローから基板上に流体ボリュームを流してフローパターンを形成するための手段と、基板の分離領域を、異なる構成部分を有する流体ボリュームの部分に同時に曝すための手段とを含む。このシステムは、流している間に複数のフローの１つから物質を蒸着させるのに適したプロセス条件を維持するための手段と、基板の複数の分離領域上に物質の実質的に均一な層を蒸着させるための手段とを含む。一実施形態においては、シャワーヘッド固定を維持する間に、曝される少なくとも１つ分離領域を変更するために、流体ボリュームのフローパターンと分離領域との間の空間的な関係を変更する手段と、基板を回転させるための手段と、処理チャンバへの複数のフローの供給を変更するための手段とを含む。流すための手段は分離されたシャワーヘッドであってもよく、その場合、セグメントの数は、異なる流体の複数のフローの数と同じとなる。また、処理チャンバを排気するための手段が含まれており、この処理チャンバを排気するための手段が第１伝導性を有する注入口を含み、その第１伝導性が、処理チャンバの処理領域内へのアクセスを可能にするチャネルの伝導性よりも大きくなっている。一実施形態においては、フローパターンが、軸方向に対称的なフローパターンとなっている。別の実施形態においては、流すための手段が、基板の端部から基板を横断する直線的な表面フローを提供する。処理チャンバとの間で流体を流通可能な圧力制御手段と、複数のフローを同時に与えるための手段とを含むことができ、圧力制御手段が、基板の表面に向かって基板の表面を半径方向に横切る一方向の動きの中に流体ボリュームのフローを生成するように構成されている。複数のフローを同時に提供する手段は、キャリア流体および前駆体流体を処理チャンバ内に導入するとともに、キャリアおよび前駆体流体から、異なる構成成分を有する流体ボリュームの部分を有する基板の表面上を通る流体ボリュームを与え、その結果、基板の異なる領域が、基板の隣接領域が曝される構成成分の混合物とは異なる構成成分の混合物に曝されることとなる。複数のフローを同時に提供する手段は、流す手段の中心部分に衝突する、キャリア流体の第１フローと前駆体流体の第２フローとを生成するように構成されて、第１および第２フローの相対的な流量が、流体ボリュームの部分の圧力を釣り合わせるために確立されるものであってもよい。流すための手段は、複数のフローの流体分離を維持するための手段を含み、この流体分離を維持するための手段を、流すための手段の隣接セクタ間に配置して、流すための手段の中心部から外周部へと半径方向に延びる線に沿って設置することができる。一実施形態においては、流体分離を維持するための手段が、流すための手段の隣接セクタを通って伝播する流体の分離を維持するために、流すための手段から延びるボディを含む。一実施形態においては、基板の中心部が軸の周囲に半径方向に対称的に配置されて、フローパターンが軸の周囲に半径方向に対称的に配置されるものとなっている。実質的に均一な層が、複数のフローの１つから物質を吸着させた後に真空を破壊することなく、蒸着されるものであってもよい。

さらに別の実施形態においては、蒸着システムが提供される。このシステムは、複数の流体フローを処理チャンバに同時に提供するように構成された流体供給システムと、この流体供給システムとの間で流体が流通するシャワーヘッドとを含む。シャワーヘッドは、異なる流体の複数のフローから流体ボリュームの１つを分配してフローパターンを形成するように構成され、このフローパターンが、システムの表面を、同じ流体の複数のフローからの流体ボリュームまたは異なる構成部分を有する流体ボリュームの分離部分に同時に曝すものとなっている。また、システムは、隣接領域が曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物への流体ボリュームの分離部分からの物質の蒸着と、同じ流体の複数のフローからの物質の蒸着の一方に適した処理チャンバ内のプロセス条件を交互に繰り返すためのコントローラも含む。プロセスチャンバ内に注入口を有する真空ポンプであって、その注入口が、処理チャンバの処理領域内へのアクセスを与えるチャネルの伝導性よりも大きい伝導性を有する真空ポンプを含むようにしてもよい。一実施形態においては、回転基板支持部であって、その部分的な回転を介して、フローパターンとその下方の表面との間の空間的な関係の変更を可能とする回転基板支持部が提供される。シャワーヘッドは、複数のフローの数と同じセグメント数にセグメント化されるものであってもよい。空間的な関係の変更は、多重積層が、回転基板支持部上に配置される基板の表面に蒸着されるのを可能とし、その場合に、２つの多重積層が、それら多重積層間の空間的な関係の変更により、互いにある程度オフセットした対応する分離領域を有する。流体供給システムは、試薬サブシステムおよび前駆体サブシステムを含み、この流体供給システムは、さらに、上方に流体ボリュームが流れる表面に対する、流体ボリュームの空間的な変更を可能にするマニホールドシステムを含む。

要約すると、上述した実施形態は、半導体製造操作用の物質、単位プロセスおよびプロセスシーケンスの迅速で効率的なスクリーニングを可能にする。本明細書に記載した原子層蒸着ツールを介して、２つの組合せまたは互いの上にある同じ平面内において、様々な層を基板の表面上に組合せ的に蒸着させることができる。一実施形態においては、組合せプロセスシーケンスが、従来のプロセスフローから基板を得て、非従来型の手法により、すなわち組合せ的に、基板上に様々な構造または装置をもたらすものとなっている。しかしながら、実際の構造または装置は、分析のために形成される。すなわち、層、装置要素、溝、ビアホールなどは、従来のプロセスを通じて規定された、層、装置要素、溝、ビアホールなどと同等である。本明細書に記載の実施形態は、フラットパネルディスプレイ、オプトエレクトロニクスデバイス、データストレージデバイス、磁気電子デバイス、光磁気デバイス、パッケージデバイスなどのプロセス操作など、任意の半導体製造操作またはその他の付随する技術と組み合わせることができる。

特定の実施形態の観点から本発明を説明してきたが、本発明の範囲内で様々な変更を行うことができることが、当業者に認識されるものと考えられる。例えば、４つの四分円を示したが、物質を蒸着させるために用いられる異なるプロセス流体の数に応じて、任意の数量の四分円を提供することが可能である。また、処理チャンバがＡＬＤまたはＣＶＤ法の何れか用の標準的な処理チャンバとして機能するように、構成成分の均質な混合物を有する処理ボリュームを提供することも可能である。したがって、本発明の範囲は、上述した記載に限定すべきではない。むしろ、本発明の範囲は、その均等物の全範囲を含み、列挙される請求項に基づいて特定すべきである。

Claims (17)

1. 基板を組合せ的に処理する方法において、
   前記基板の表面上に流体ボリュームを流すステップであって、前記基板の分離領域を、隣接する領域が曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物に同時に曝すために、前記流体ボリュームの異なる部分が、異なる構成成分を有するものとされるフローイングステップと、
   前記フローイングステップを複数回行うことにより、異なる方法で処理される分離領域を生成する生成ステップとを備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記生成ステップが、前記フローイングステップを複数回行う間に物質を生成するために、少なくとも１の前記分離領域の前記表面の近傍の雰囲気における条件を確立することを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記分離領域を処理流体およびパージ流体に順次曝すステップをさらに備え、
   前記処理流体が少なくとも１の前駆体を含み、前記パージ流体がキャリアガスであり、前記分離領域の１つが、前記フローイングステップ中に１またはそれ以上の前駆体に曝されることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、
   物理的障壁または流体の流れの一方により、前記異なる部分の隣接部分を分離するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記隣接部分を分離するステップが、前記隣接部分間で共有の外周端部に沿う、隣接する異なる部分の相互拡散を可能にし、分離された隣接部分の残りが、実質的に均一に処理されることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、
   前記流体ボリュームの前記異なる部分の分離を維持するために、前記流体ボリュームの前記異なる部分の各々の圧力を実質的に釣り合わせるステップと、
   非処理時間中に前記流体ボリュームを流すステップと、
   前記基板の表面に向かって前記基板の表面を半径方向に横切る前記流体の各流体フローについて、単一方向の動きを形成するために、前記流体フローを排気するステップとをさらに備えることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、
   真空源へのチャネルの伝導性が、前記基板の外周のまわりに形成されるチャネルの伝導性よりも大きいことを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、
   前記流体ボリュームの前記異なる部分と前記基板の前記分離領域との間の空間的配置を変化させるステップと、
   前記フローイングステップおよび前記生成ステップを繰り返し行うステップとをさらに備え、
   前記空間的配置を変化させるステップが、
   前記流体ボリュームの前記異なる部分と前記基板の前記分離領域との間の相対的な角度位置を複数回、順次変化させるステップを含み、
   前記流体ボリュームの前記異なる部分と前記基板の前記分離領域との間の相対的な順次的角度位置の各々が、予め設定された時間維持されることを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法において、
   前記異なる部分における圧力を実質的に釣り合わせるために、流速を用いて、前記異なる部分の隣接部分を分離するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
10. 基板を組合せ的に処理するためのチャンバにおいて、
    流体源との間で流体が流通するシャワーヘッドであって、異なる構成成分を有する流体フローを受け入れるための複数の注入口と、前記流体フローの分離を維持するための流体分離機構とを有するシャワーヘッドと、
    基板支持部と、
    前記基板支持部により規定される空間に向かって当該空間を放射状に横切る指向性流体フローを維持するために、前記シャワーヘッドと前記基板支持部との間の上流領域に対してより高い伝導性を有する真空源とを備えることを特徴とするチャンバ。
11. 請求項１０に記載のチャンバにおいて、
    前記基板支持部上に配置される基板をさらに備え、異なる構成成分を有する前記流体ボリュームの異なる部分が、前記基板の分離領域を、隣接する領域が曝される構成成分とは異なる構成成分の混合物に同時に曝すように構成され、
    前記チャンバが、当該チャンバに結合された流体供給システムをさらに備え、この流体供給システムが、前記基板の前記隣接する領域が曝される前記流体フローの分離が維持されるように、前記シャワーヘッドに与えられる前記流体フローのそれぞれの圧力を均等化できるものであることを特徴とするチャンバ。
12. 請求項１０に記載のシステムにおいて、
    前記真空源への注入口が、前記基板支持部の下方と、前記基板の端部の近傍の何れか一方に配置されていることを特徴とするシステム。
13. 請求項１０に記載のシステムにおいて、
    前記流体分離機構が、前記シャワーヘッドの表面を横切って外方向に放射状に延び、前記流体分離機構が、前記シャワーヘッド内の壁、前記シャワーヘッドから前記チャンバ内に延びる壁、同心ポート、または半径方向に整列された注入ポートのセットの中の１つであることを特徴とするシステム。
14. 処理チャンバ内で組合せ処理を実行するためのシステムにおいて、
    異なるフローが異なる構成成分を含むように、前記システムの複数の流体注入口に、対応する流体フローを供給するための手段と、
    基板支持部と、
    分配手段であって、前記異なる流体フローが、この分配手段と前記基板支持部との間で分離された状態で保たれるように、前記複数の流体注入口から前記流体フローを分配するための手段と、
    前記処理チャンバを排気して、前記基板支持部により規定される領域上で前記異なるフローの分離を維持することにより、組合せ処理を生じさせる手段とを備えることを特徴とするシステム。
15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、
    前記基板支持部上に配置される基板をさらに備え、前記基板の隣接する領域が、前記異なる流体フローの異なる構成成分に曝されることを特徴とするシステム。
16. 請求項１４に記載のシステムにおいて、
    前記流体を分配する手段が、前記複数の流体注入口からの前記流体フローの分離を維持するための手段と、前記流体フローを流している間に、前記領域のセクタを１またはそれ以上の前駆体に曝すための手段とを備えることを特徴とするシステム。
17. 請求項１４に記載のシステムにおいて、
    前記処理チャンバを排気する手段が、当該手段のための注入口において、前記基板支持部の外周端部の周囲に規定される領域の伝導性よりも大きい伝導性を有することを特徴とするシステム。

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