JP2017103454A - エッチング処理および蒸着処理のためのコンピュータアドレス可能なプラズマ密度修正 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板表面の近くにおいて微細で局所的な空間分解されたプラズマ密度制御を提供する。
【解決手段】フェーズドアレイのマイクロ波アンテナを用いて処理チャンバ内の半導体基板上での反応速度を修正する方法であって、処理チャンバ内でプラズマを励起する工程と、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイ１０１からマイクロ波放射ビーム１１０を放射する工程と、処理チャンバ内の半導体基板の表面１２０上での反応速度を変化させるように、ビームをプラズマに方向付ける工程と、を備える。
【選択図】図１Ａ

Description

半導体製造で重要な多くの種類の処理が、ガスプラズマの利用を含む。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）動作および原子層蒸着（ＡＬＤ）動作は、エネルギプラズマ相イオンおよびフリーラジカル種を用いて、関連する表面反応、すなわち、ＲＩＥの場合の表面エッチング反応およびＡＬＤの場合の表面蒸着反応を活性化することを含む。しかしながら、これらの処理は、必ずしも、処理中の基板の表面全体にわたって理想的な程度の均一性を保持して進行するとは限らない。多くの要因が、ウエハ面内均一性に影響しうる。プラズマを用いた処理では（プラズマ相の高エネルギの性質により）、プラズマが基板表面に接触する空間領域において理想的に均一なプラズマ密度を維持することが困難である場合があり、プラズマ密度のこれらの差が、プラズマ介在表面反応（蒸着でもエッチングでも）のウエハにわたる活性化の差につながりうる。しかしながら、プラズマ特性以外の多くの他の要素も、全体的または部分的にウエハの不均一性に寄与しうる。概して、表面の不均一性は、特定の処理に系統的である（おそらく特定の表面化学物質に特有である）、設計または構造における特定の処理チャンバの不均一性に特有でありうる、などである。その他の系統的な不均一性は、内在的なウエハサイズ／形状により生じるウエハの中央から縁部への不均一性を含みうる。もちろん、基板処理の不均一性は、ランダムでもありうる（例えば、反応チャンバ処理条件のランダムな変動、ランダムなウエハ変異の結果、など）。より典型的には、系統的な要因およびランダムな要因の両方が、基板処理における不均一性に寄与する。これらの様々なシナリオにおける全体的な処理均一性全体の改善に取り組むためのプラズマ技術が求められている。
本明細書では、フェーズドアレイのマイクロ波アンテナを用いて処理チャンバ内の半導体基板上での反応速度を修正する方法が開示されている。方法は、処理チャンバ内でプラズマを励起する工程と、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイからマイクロ波放射ビームを放射する工程と、処理チャンバ内の半導体基板の表面上での反応速度の変化に影響を与えるようにビームをプラズマに方向付ける工程と、を備えてよい。
また、本明細書では、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイの特定の実施形態も開示されている。いくつかの実施形態において、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイは、０．１〜１５０ｃｍの隣接アンテナ間の平均間隔で実質的に平面内に配列された５〜２５６個のマイクロ波アンテナを備えてよい。いくつかの実施形態において、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイは、互いに関して実質的に円筒形状に配列された８〜２５６個のマイクロ波アンテナを備えてもよい。いくつかの実施形態において、円筒形状の配列の高さは５〜５００ｍｍであってよく、円筒形状の配列の直径は３００〜６００ｍｍであってよい。
また、本明細書では、マイクロ波放射ビームを処理チャンバ内に放射するように構成されたマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを備えた半導体処理装置も開示されている。これらの装置は、処理チャンバと、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイと、処理チャンバ内で半導体基板を保持するように構成された基板ホルダと、処理チャンバ内でプラズマを発生させるように構成されたプラズマ発生器と、処理チャンバ内のプラズマに影響を与えるようにフェーズドアレイのマイクロ波アンテナを動作させるための命令を有するコントローラと、を備える。
基板表面に対して配置され、基板表面の１または複数の特定の領域に向かってマイクロ波エネルギの１または複数のスポットを生成するマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを示す図。 基板表面に対して配置され、基板表面の１または複数の特定の領域に向かってマイクロ波エネルギの１または複数のスポットを生成するマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを示す図。 基板表面に対して配置され、基板表面の１または複数の特定の領域に向かってマイクロ波エネルギの１または複数のスポットを生成するマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを示す図。 基板表面に対して配置され、基板表面の１または複数の特定の領域に向かってマイクロ波エネルギの１または複数のスポットを生成するマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを示す図。
リアクタ装置の半導体処理チャンバの上部に配置されたマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを備える誘導結合プラズマリアクタを示す概略図。
リアクタ装置の半導体処理チャンバの周囲に配置されたマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを備える誘導結合プラズマリアクタを示す概略図。
リアクタ装置の半導体処理チャンバの上部に配置されたマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを備える容量結合プラズマリアクタを示す概略図。
図２Ｃに示した容量結合プラズマリアクタの平板電極を示す概略図。
リアクタ装置の半導体処理チャンバの周囲に配置されたマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを備える容量結合プラズマリアクタを示す概略図。
処理装置の上部に配置された２５のマイクロ波アンテナのフェーズドアレイのコンピュータモデルから生成された典型的な基板表面の上または近くへのマイクロ波放射の制御された集束を示す一連のシミュレーション結果を示す図。
処理装置の上部に配置された２５のマイクロ波アンテナのフェーズドアレイのコンピュータモデルから生成された典型的な基板表面の上または近くへのマイクロ波放射の制御された集束を示す別の一連のシミュレーション結果を示す図。
処理装置の上部に配置された２５のマイクロ波アンテナからなるフェーズドアレイのコンピュータモデルから生成された典型的な基板表面の上または近くへのマイクロ波放射の制御された集束を示す別の一連のシミュレーション結果を示す図。
処理装置の周囲に配置された２５のマイクロ波アンテナからなるフェーズドアレイのコンピュータモデルから生成された典型的な基板表面の上または近くへのマイクロ波放射の制御された集束を示す一連のシミュレーション結果を示す図。
単一の処理ステーションを備えた処理チャンバを有する基板処理装置を示す概略断面図。
２つの処理ステーションから基板をロードおよびアンロードするための基板ハンドラロボットと、装置を動作させるためのコントローラとを備えた４ステーション基板処理装置を示す概略図。
シャンデリア型シャワーヘッドおよび関連のシャワーヘッドカラーを用いた様々なＡＬＤおよび／またはＣＶＤ処理を実施し、プラズマフィードおよびカーテンガス流路を組み込むのに適した半導体処理装置のシングルステーション処理チャンバを示す概略断面図。
様々なＡＬＤおよび／またはＣＶＤ処理を実施するのに適した基板処理装置のデュアルステーション処理チャンバ（各処理ステーションが、基板ホルダを有し、シャンデリア型シャワーヘッドおよび関連のシャワーヘッドカラーを利用する）を示す概略断面図。
様々なエッチング処理を実施するのに適した容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタを示す概略図。 様々なエッチング処理を実施するのに適した容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタを示す概略図。 様々なエッチング処理を実施するのに適した容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタを示す概略図。
様々なエッチング処理を実施するのに適した誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタを示す概略図。
様々なエッチング処理を実施するのに適した基板処理クラスタツールを示す概略図。
以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全部がなくとも実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。特定の詳細な実施形態との関連で本発明について説明するが、これらの特定の詳細な実施形態は、本明細書に開示された発明の概念の範囲を限定する意図はないことを理解されたい。
一般的に、ウエハ処理動作が、処理されるすべてのウエハの表面全体にわたって一貫して均一な効果を施されることが望ましいが、かかる均一性は、もちろん現実的ではない。実際には、ウエハ処理動作は、様々な程度のウエハ面内不均一性を示す。一部の例では、蒸着および／またはエッチングされた膜の不均一性は、前の（上流の）処理動作（プラズマベースであるかどうかに関わらず）から生じたものでありうる。一部の例では、不均一性が、後続の（下流の）処理動作（この場合も、プラズマベースであるかどうかに関わらず）から生じることが予測されうる。したがって、第１に、処理ワークフローの複数の段階で、不均一性を防止または最小化することによって、もしくは、一部の例では、不均一性が発生した後に補正することによって、処理の不均一性に対処するための有効な戦略を考案することが、処理エンジニアの課題である。
表面エッチング処理および原子層蒸着（ＡＬＤ）処理を含む表面局所的な処理については、ウエハ面内均一性は、表面にわたる反応速度に依存し、反応速度自体は、衝突および／または吸着する反応物質の入射流束密度、任意の関連付着係数および／または吸着係数、副生成物の出る流速、ならびに、反応が温度および／または圧力感受性である限りにおける表面での温度および圧力、に依存する。さらに、１または複数の外部活性化エネルギ源を必要とするかまたはそれによって強化される表面反応（プラズマベース／プラズマ強化エッチングまたは蒸着処理）については、ウエハにわたる反応速度も、活性化エネルギ源の密度（および／またはエネルギ密度）に依存する。かかる外部活性化エネルギ源は、実施形態に応じて、（反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理において典型的であるように）基板表面に達する前に、到達／衝突する化学種を反応状態まで活性化するように機能してもよいし、（原子層蒸着（ＡＬＤ）処理またはプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理において典型的であるように）表面吸着反応物質を活性化するように機能してもよいことを理解されたい。したがって、表面反応を含む半導体処理動作の文脈においては、処理不均一性に一般的に対処する一方法は、表面反応速度を局所的に（特に、基板表面の特定の位置および／または領域において）変化させる技術を用いて、基板表面に予測される（下流の）系統的な不均一性を補正する方法、過去の（上流の）ランダムな不均一性を修正する方法、（補正を全くすることなしに、エッチング処理が不均一な傾向にある場合など）即時の表面反応処理工程で生じる不均一性を補正する方法、または、上記すべてを行う方法である。
局所的な温度調整／制御が、表面反応速度を局所的に調整および／または制御するために利用できる（そして、成功裏に利用されてきた）１つのメカニズムであることに注意されたい。局所的な温度制御を実現できる一方法は、エッチングチャンバ内（例えば、ウエハチャックの中または下）に配置された時に基板の下に位置する発熱抵抗素子のアレイを利用する方法であり、各抵抗素子を通る電流を個別に制御することによって、基板温度を局所的に修正することができる。この設計は、通例、局所的なエッチング速度調整の文脈で適用されてきたが、原理上は、ＡＬＤまたはＰＥＣＶＤ処理における膜形成反応速度の調整にも適用できる。しかしながら、いずれにしても、かかる局所的な温度制御が反応速度（エッチング速度でも蒸着速度でも）を変えるために効果的に利用されうる程度は、利用される特定のエッチング処理または蒸着処理の反応速度の温度感受性の程度に依存する。しかし、一部のエッチング処理または蒸着処理は、特に温度感受性ではない場合があり、さらに、一部の例では、処理の安定性を改善する目的で、温度不感受性（または、温度に対して弱い感受性を示すだけ）のエッチング処理または蒸着処理を用いることが実際に望ましいことがあり、このような種類の処理については、温度制御による反応速度調整は実現不可能である。したがって、局所的な温度制御は、一部シナリオでは反応速度（蒸着またはエッチング）を局所的に調整するためのメカニズムを提供するものの、欠点がないわけではない。
しかしながら、（上述のように）全体的に温度に依存することに加えて、表面反応速度は、通例、様々な他の要因にも依存するので、表面反応速度を局所的に調整するために利用できる他のメカニズムがある。エッチング処理の場合、エッチング速度は、一般に、活性化されたエッチャント種の局所的密度に依存するので、エッチャントが（例えば、プラズマ解離事象から）プラズマ活性化された場合、局所的なプラズマ密度も、エッチング速度に強い影響を持つことになる。したがって、これらの処理については、局所的なプラズマ密度の制御が、局所的なエッチング速度の調整／制御のための有効なメカニズムを提供する。上述のように、これは、利用するエッチング反応を選択する際に、より大きい自由度を許容するという利点を持つ。なぜなら、局所的なエッチング速度制御のために温度依存性のエッチング反応がもはや必要とされず、（処理の安定性を考慮すると）望ましくない場合もあるためである。
このエッチング速度制御を実行するために、様々なメカニズムを通してプラズマ密度を調整できるが、これらのメカニズムの多くは、ウエハの位置／領域に固有のプラズマ密度の変更を効果的に引き起こすことができない。例えば、（例えば、プラズマベースエッチングのための）典型的なプラズマリアクタ内のプラズマ密度は、ガス組成、ガス流量、印加電気バイアス、ＲＦ電力レベル、周波数、デューティサイクル、電力エネルギ分布、表面再結合事象、などの関数であり、一般に、これらの要素の各々は、プラズマリアクタ設計自体によって、確立され、大部分が固定される。所与の設計が、これらのパラメータのいくつかを選択することに関して或る程度の柔軟性を許容すること、ならびに、プラズマ密度がこれらのパラメータ（例えば、ガス流量、圧力、印加ＲＦ電力）の変更を通して変えられうるが、かかる調整は、一般に、特定の位置／領域においてプラズマ密度を標的とした効果を有するよりはむしろ、リアクタ空間にわたってプラズマ密度に全体的な変化をもたらすことが事実である。
したがって、例えば、他の領域での速度に影響を与えることなく、ウエハ上の特定の領域での速度を調整するための、（蒸着またはエッチングの）反応速度の表面局所的な調整は、さらなるタイプのプラズマ密度制御メカニズムを必要とする。これを達成できる１つのメカニズムは、マイクロ波放射を選択的に的を絞って印加することである。マイクロ波放射は、分子をイオン化してプラズマ密度を高めるために利用可能であることが理解されており、プラズマ生成のための主要または唯一の電力源としてマイクロ波放射を用いる様々な市販のプラズマエッチャがある。しかしながら、これらのツールの内、標的マイクロ波放射を用いて、基板表面の近くにおいて微細で局所的な空間分解されたプラズマ密度制御を提供するものはない。
したがって、本明細書では、マイクロ波（ＭＷ）放射の標的印加（標的を絞った印加）を通して基板表面の近くにおいて標的を絞った空間局所的なプラズマ密度調整／制御を実現するための方法および装置、特に、マイクロ波アンテナ／エミッタのフェーズドアレイを用いて、基板表面にわたって異なる／不均一な強度のマイクロ波放射を生成する方法および装置、が図示および説明されている。したがって、方法は、一般に、プラズマのエネルギ密度に影響を与えることにより処理チャンバ内の半導体基板の表面上での反応速度を変化させるために、処理チャンバ内でプラズマを励起し、処理チャンバに関連するマイクロ波アンテナのフェーズドアレイからマイクロ波放射ビームを放射し、最後に、ＭＷ放射ビームを励起されたプラズマに方向付けることを含む。方法および装置は、実施形態に応じて、プラズマ活性化（および／または強化）エッチング処理、プラズマ活性化（および／または強化）原子層蒸着（ＡＬＤ）処理、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理、もしくは、一般的に、半導体基板の表面において、表面の近くで、または、表面上でプラズマ活性化（および／または強化）されるような反応処理の空間局所的な調整および／または制御に適用可能でありうる。
基本原理が図１Ａに示されており、図１Ａは、基板表面１２０に向かって配置され、基板表面の特定の領域に方向付けられたマイクロ波エネルギのビーム１１０を生成するマイクロ波アンテナのフェーズドアレイ（ＰＡＭＡ）１０１（例えば、市販のレーダシステムに用いられるものと同様のもの）を示す。フェーズドマイクロ波アンテナの例が、“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ，”ＡＬＩ ＨＡＪＩＭＩＲＩ，ＨＯＳＳＥＩＮ ＨＡＳＨＥＭＩ，ＡＲＵＮ ＮＡＴＡＲＡＪＡＮ，ＸＩＡＮＧ ＧＵＡＮ，ＡＮＤ ＡＢＢＡＳ ＫＯＭＩＪＡＮＩ，ＩＥＥＥ ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＴＨＥ ＩＥＥＥ，ＶＯＬ．９３，ＮＯ．９，（２００５年９月）、および、“Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｐｈａｓｅｄ−Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ−Ａ Ｒｅｖｉｅｗ”，Ｌｏｕｉｓ Ｓｔａｒｋ，ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＴＨＥ ＩＥＥＥ，ＶＯＬ．６２，ＮＯ．１２，１９７４年１２月、に記載されており、それぞれ、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。当業者には容易にわかるように、一般に、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイは、アレイの様々なアンテナから放射されたＭＷ放射の位相および／または振幅を互いに対して変化させることを可能にする（すなわち、アレイのアンテナ（の少なくとも一部）から放射されるマイクロ波放射の相対位相および／または相対振幅を調整できる）アンテナアレイである。いくつかの実施形態においては、相対位相のみが変更され、別の実施形態においては、相対振幅のみが変更され、別実施形態においては、アレイのアンテナの相対位相および相対振幅が互いに対して変更される。さらに、いくつかの実施形態において、アレイから放射されたＭＷの１周波数および／または複数の周波数および／または周波数範囲が変更されてよく、特定のかかる実施形態において、フェーズドアレイ内の異なるアンテナで異なった変更をなされてもよい。（適切なＭＷ周波数範囲は、１〜５００ＧＨｚを含む）。かかるマイクロ波アンテナのフェーズドアレイ（ＰＡＭＡ）１０１を用いれば、ＰＡＭＡの２以上のアンテナ（例えば、ＰＡＭＡの３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、または、１３以上のアンテナ）もしくはＰＡＭＡの各アンテナから放射されるマイクロ波放射の位相および／または振幅および／または方向を個別に調整することによって、マイクロ波の方向付けおよびマイクロ波強度の制御を達成できる。このように、建設的干渉および相殺的干渉を通して、基板表面の１または複数の所望の領域にマイクロ波エネルギの操作可能かつ局所的な「ビーム」または「スポット」を生成できる波面の適切な重ね合わせを起こすことができる。いくつかの実施形態において、マイクロ波の振幅、位相、および、方向を速やかに電気的に変化させて、おおよそマイクロ波放射の波長（および／またはそのオーダー）の空間分解能で規定の時間変動プラズマ強度プロファイルを生成することができる。
再び、図１Ａは、マイクロ波ビーム１１０がＰＡＭＡ１０１からの放射によって基板表面１２０の特定の領域に向けられる様子を示す。図１Ａにおいて、ビームは、垂直に対してゼロではない角度で放射され、適切に標的に向けられることを可能にする。さらなる例が、図１Ｂ〜図１Ｄに概略的に図示されている図１Ｂにおいて、ビームは、中心からずれたＰＡＭＡ１０１からビームを放射することによって特定の領域に向けられており、その結果、ビームは、垂直に方向付けられても、図１Ｂに示すように基板表面１２０の様々な領域に当てられうる。図１Ｃは、いくつかの実施形態において、ＰＡＭＡ１０１が、複数のマイクロ波ビーム１１０、１１２、１１４を同時に放射することにより、ウエハ表面１２０上の複数の領域の近傍のプラズマ密度を同時に変えられうることを示す。例えば、６４のＭＷアンテナを有するＰＡＭＡが、８以上の個別に制御可能な「ビーム」を生成してよい。図１Ｄは、いくつかの実施形態において、マイクロ波エネルギの「スポット」１１６が、例えば、複数スタックされたＰＡＭＡを用いることによって、生成されうることを示す。ＰＡＭＡ１０２は３Ｄフェーズドアレイと考えられてよく、ＰＡＭＡ１０１は２Ｄフェーズドアレイと考えられてよい。図１Ｄに示すように、マイクロ波エネルギ（および増加したプラズマ密度）の「スポット」は、（図１Ａ〜図１Ｃと同様に）水平に局所化されるが、ウエハ表面に対して垂直にも局所化される。
図１Ａ〜図１Ｄに示すように、標的に向けられたマイクロ波放射は、それが方向付けられた基板表面の領域のプラズマ密度を高めるので、この戦略は、プラズマ密度の局所的な調整および／または制御のため、さらには、プラズマ密度（および／またはプラズマ活性化反応種の密度）に依存する任意の局所的な反応速度の非常に望ましい局所的な調整および／または制御のためのメカニズムとして機能する。上述のように、これらは、エッチング反応であってもよいし、例えば、ＡＬＤ速度も局所的なプラズマ密度の影響を受けうるため、膜蒸着反応であってもよい。この場合も、このタイプの速度制御は、エッチングまたは蒸着処理が温度感受性であることを必要とせず（プラズマ活性化されるだけでよい）、そのため、フェーズドアレイのマイクロ波アンテナを用いれば、局所的なエッチング速度および／または蒸着速度の強力かつ一般的な制御方法が提供される。実施形態に応じて、マイクロ波放射は、主要なプラズマエネルギ源として機能することも可能であるし、主に別の主要なエネルギ源（または、単に別の主要なマイクロ波エネルギ源）によって維持されるプラズマの密度を修正するために印加される補助的な指向性のエネルギ源として機能することも可能であることに注意されたい。
また、実施形態によっては、１または複数のＰＡＭＡを用いれば、個々のコンピュータアドレス可能な領域／位置にウエハ表面を分割することが可能になることに注意されたい。そうすることで、個々の領域／位置ごとに局所的な速度調整をプログラムによって割り当てて制御することができる。例えば、局所的なエッチング速度が、例えば、ウエハ表面上の領域Ａ、Ｂ、および、Ｃにおいて調整されることが望ましい場合、コンピュータプログラムは、マイクロ波エネルギの「ビーム」が、所望の量だけ各位置のエッチング速度を変えるのに適切な強度で、Ａ、Ｂ、および、Ｃの領域の各々に向けられるように、ＰＡＭＡの複数のマイクロ波アンテナから放射されるマイクロ波放射の必要な位相および／または振幅および／または方向（ならびに、おそらくは、周波数および周波数範囲）を設定するために書かれうる。領域Ａ、Ｂ、および、Ｃの近傍におけるこのプラズマ密度修正は、順次実行されてもよいし、（十分に大きいＰＡＭＡを用いて）複数のビームで同時に実行されてもよい（この場合も、アレイの適切なアンテナから放射される適切な位相および／または振幅および／または方向を選択することによる）。ＭＷ源からの相対的な位相および／または振幅および／または放射方向の調整を通して複数のＭＷ源から放射されるＭＷ放射ビームを方向付ける例（メカニズムとして、建設的／相殺的干渉の原理を用いる）が、例えば、”Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ”，Ｒ．Ｃ．Ｈａｎｓｅｎ，Ｗｉｌｅｙ Ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋａｉ Ｃｈａｎｇ ｅｄ．，１９９８年、および、“Ｐｈａｓｅｄ−Ａｒｒａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，”Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｆｏｕｒｉｋｉｓ，Ｗｉｌｅｙ Ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋａｉ Ｃｈａｎｇ ｅｄ．，１９９７年、に記載されており、それぞれ、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
空間局所的な反応速度（上述のように、エッチング速度および／または蒸着速度）の調整および／または制御を達成するために、１または複数のＰＡＭＡが、適切な基板処理チャンバに対して戦略的に配置される。図２Ａは、半導体処理チャンバ２５０に対して配置されたＰＡＭＡ２１０を備える基板処理装置２０１を概略的に示している。ＰＡＭＡ２１０は、必要に応じて、相対的な位相、振幅、および／または、方向を電気的に制御および変化させるために、アレイの全アンテナ素子に接続する位相／振幅制御ユニット２９０を有することが、図２Ａ（および、図２Ｂ〜図２Ｅ）に示されている。
この特定の実施形態（図２Ａ）において、基板処理装置２０１は、誘導コイル２６０を有する誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタである。処理チャンバ内には、基板ホルダ２３０上に基板２２０が配置されている。ＰＡＭＡ２１０の個々のアンテナは、（一般に、マイクロ波放射を吸収するため、マイクロ波放射からチャンバ２５０の内部を遮蔽する傾向がある）誘導コイル２６０の間にマイクロ波放射を方向付けるように配置および方向付けられる。誘導コイル２６０およびフェーズドアレイ２１０は共に、ＲＦおよびＭＷの放射に（少なくとも）或る程度の透過性を持つ処理チャンバ２５０の「窓」２７０に隣接して配置される（一般に、処理チャンバ２５０の壁は、ＲＦおよびＭＷ透過性ではないことに注意されたい）。「窓」２７０は、例えば、石英またはセラミック製、もしくは、その他の誘電材料で製造されてよいが、一般に、処理チャンバの壁は、金属材料で形成される。
ＰＡＭＡを有する（または、ＰＡＭＡに関連する）ＩＣＰリアクタ装置２０２の別の実施形態が、図２Ｂに示されている。この実施形態では、ＰＡＭＡ２１１（振幅／位相／方向制御ユニット２９０の存在に再び注意すること）が、処理チャンバ２５０の周囲を取り巻いており（図２Ｂに断面が示されている）、従って、（少なくとも）部分的にＭＷ透過性の「窓」２７２が、処理チャンバ２５０の側壁／周壁に配置されている。この設計は、（チャンバ２５０の上部窓２７０に隣接して配置された）誘導コイル２６０がＰＡＭＡ２１０から処理チャンバへのマイクロ波放射の透過を妨げないという利点を有する。しかしながら、後に詳述するように、かかる設計には、考慮すべき他の課題がある。
図２Ｃ〜図２Ｅは、ＰＡＭＡ２１０、２１１と容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）リアクタとの関連（および／または統合）を概略的に示している。図２Ｃに示す装置設計２０３は、ＰＡＭＡ２１０が処理チャンバの上部に配置されている点では、図１Ａに示したＩＣＰリアクタ２０１と類似しているが、（ＩＣＰリアクタ（図１Ａ〜図１Ｂ）のように）プラズマ生成のための誘導コイルがある代わりに、（平板電極２８０と基板ホルダ／チャック２３０との間の電圧差の印加を通して）プラズマを生成するために提供された平板電極２８０がある。図２Ａにおける誘導コイル２６０の場合と同様に、平板電極２８０は、ＰＡＭＡ２１０から放射されたマイクロ波放射から処理チャンバ２５０の内部を遮蔽する傾向がある。したがって、この課題に対処するために、平板電極２８０は、図２Ｄの透視図に示されるように、開口部２９２を有するように構成されてよく、開口部は、アレイ２１０の個々のアンテナの位置とおおよそ整列される。実施形態に応じて、開口部は、一般に、円形、楕円形、または、スロット形状、もしくは、それらの組みあわせであってよい。
同様に、図２Ｅは、側面に取り付けられたＰＡＭＡとＣＣＰリアクタ装置２０４との統合を概略的に示している。図２ＢのＩＣＰリアクタに関連する側面取り付けされたＰＡＭＡと同様に、図２ＥのＣＣＰリアクタに関連するＰＡＭＡは、処理チャンバ２５０の周囲、すなわち、図２Ｂと同様に、処理チャンバ２５０の側壁にある（少なくとも）部分的にＭＷ透過性の「窓」２７２の近傍に、アンテナを配置しており、これにより、平板電極２８０による干渉の問題が避けられる。ＰＡＭＡ２１１を側壁に配置することにより、平板電極２８０は、図２Ｄに示した開口部２９２を提供する必要がないことに注意されたい。さらに、リアクタチャンバ２５０の周囲にＰＡＭＡ２１１を側面取り付けすると共に、反応チャンバの上部であるが上壁の内部に平板電極２８０を配置することで、（少なくとも部分的に）ＭＷ／ＲＦ透過性の窓２７０を（図２Ｅに示すように）排除することができる。この設計の他の関連事項については後述する。
図２Ａ〜図２Ｅに（それぞれ）示した処理装置２０１、２０２、２０３、および、２０４に関して、各装置に関連するＰＡＭＡ２１０および２１１は、装置に統合されるような方法で構成されてもよいし、既存の装置設計に組み込むのに適切なサイズを有する別個の構成要素であってもよい。空間的に標的を絞った反応速度調整のためにＰＡＭＡを備えるように改造できるＩＣＰリアクタおよび容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタの詳細な説明を以下に提供する。１または複数のＰＡＭＡ装置を備えるように適切に改造できる膜蒸着装置（ＡＬＤ処理の実行に適する）についても、以下で説明する。
追加の組み込み可能な構成要素として提供されても、処理装置に完全に統合された元々の構成要素として提供されても、ＰＡＭＡは、適用可能な処理チャンバにマイクロ波放射の集束ビームを効果的に方向付けるようなサイズで形成され、そのアンテナが適切に配列される。したがって、適切な上部配置のＰＡＭＡが、実質的に平面内に配置された５〜２５６個のマイクロ波アンテナを備えうる。平面配列は、いくつかの略同心円状のアンテナグループを備えてよい。最も外側のグループは、２００〜４００ｍｍ（または、より具体的には特定のかかる実施形態において２７５〜３２５ｍｍ）の直径を有してよく、かかるアンテナの３〜２４組の略平面かつ略同心円のグループがあってよい。いくつかの実施形態において、上部配置／上部取り付けのＰＡＭＡの隣接するアンテナ間の平均間隔は、０．１〜１５０ｃｍ、より具体的には０．２〜１００ｃｍ、または、さらに具体的には０．５〜５０ｃｍであってよい。
同様に、適切な側面／周囲に配置されたＰＡＭＡは、図２Ｂおよび図２Ｅ（断面図）および図３Ｄ−１（後述）に示されるように、互いに関して略円筒形状に配列された８〜２５６個のマイクロ波アンテナを備えてよい。いくつかの実施形態において、円筒配列の高さは、５〜５００ｍｍであってよく、より具体的には、１００〜３００ｍｍであってよい。いくつかの実施形態において、円筒配列の直径は、３００〜６００ｍｍであってよく、より具体的には、３５０〜４５０ｍｍであってよい。側面／周囲に配置されたＰＡＭＡにおいて隣接するアンテナ間の平均間隔は、０．１〜１５０ｃｍ、または、より具体的には０．１〜１５ｃｍ、であってよい。いくつかの実施形態において、アンテナは、いくつかのアンテナグループの円筒形スタックに配列されてよく、各グループは、略円形の配列を有し；例えば、２〜７組のかかるグループであってよい（例えば、図２Ｂおよび図２Ｅでは４グループ、図３Ｄ−１では２グループ）。いくつかの実施形態において、蒸着、エッチング、または、その他の処理動作のための基板処理装置が、上部取り付けのＰＡＭＡおよび側面／周囲取り付けのＰＡＭＡの両方を備えてもよく、それらは、所望のレベルのプラズマ密度修正を達成するために連動および／または調和して（協調的に）用いられてよい。いくつかの実施形態において、十分に強力なＰＡＭＡまたはＰＡＭＡセットを用いれば、ＰＡＭＡ自体が、局所的なプラズマ密度修正のための方向付け可能なＭＷ放射ビームを生成するツールとして機能するのに加えて、プラズマを維持して電力供給するための主要なＥＭ放射源として用いられてもよい。基板表面上での反応速度を調整するために共同するように（ＰＡＭＡおよび温度制御アレイ）、上述のＰＡＭＡベースの表面反応速度制御技術を基板温度制御アレイ（基板ホルダ内に配置された個別に制御可能な発熱抵抗性素子など）と連動して用いることを原理上は妨げるものがないことにも注意されたい（とはいえ、効果的にするには、この場合も、温度感受性の反応処理、エッチング、蒸着、または、その他の反応が必要になる）。かかる温度制御アレイの例は、２０１４年１月２８日出願の米国特許第８，６３７，７９４号「Ｈｅａｔｉｎｇ Ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ Ｐｌａｎａｒ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」に記載されており、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
シミュレーション結果
図３Ａ−１〜図３Ｄ−７は、２５個のマイクロ波アンテナからなるフェーズドアレイのコンピュータモデルから生成された典型的な基板表面の上または近くへのマイクロ波（ＭＷ）放射の制御された集束を示すシミュレーション結果を提供する。シミュレートされたＰＡＭＡの様々なアンテナから放射されたマイクロ波放射の相対位相および／または相対振幅を変化させて、様々な結果を生成している。
図３Ａ−１に示すように、第１シミュレーションセットは、ＰＡＭＡ３１０が反応チャンバ３５０の上方に配置され、ＭＷ放射が典型的な基板３２０に向かって下向きに集束される装置構成をモデル化したもので或る。したがって、この構成は、図２Ａに概略的に示したＩＣＰエッチングチャンバ、または、図２ＣのＣＣＰエッチングチャンバに対応しうる。図３Ａ−１に示すように基板表面上の３つの異なるスポット（それぞれ図３Ａ−２、３Ａ−３、および、３Ａ−４の中心、中間点、および、縁部）に集束されたＭＷ放射ビームについて、３つのシミュレーションの結果が示されている。シミュレーションの結果は、モデル化されたＰＡＭＡが、非常に効果的に、基板表面上の３つの指定スポットの各々にＭＷビームを集束していることを示す。
図３Ｂ−１は、（図３Ａ−１と）同じ装置構成でのさらなる結果を示す。この例において、ＭＷビームは再び、（図３Ａ−２に示すように）ウエハの中心に集束されているが、ここで、図３Ｂ−２、３Ｂ−３、および、３Ｂ−４に示す結果は、図３Ｂ−５に示すウエハ表面の平面でのＭＷ強度と対比されるように、（図に示すように）ウエハ表面の平面の上方の様々な高さの断面におけるＭＷ放射の強度を示している。これらのシミュレーション結果は、ＭＷ放射が（図３Ａに示すように）基板表面で水平方向だけに局所化されるのではなく、垂直にも局所化されることを示している。したがって、これらのシミュレーションは、図１Ｄに示したものにおおよそ対応する。図３Ｃ−１〜図３Ｃ−５は、ウエハ縁部に向けられたＭＷ放射ビームについて同様の結果（ウエハの平面における強度と対比された様々な垂直断面でのＭＷ強度）を示しており、ＭＷ強度における著しい垂直局所化が水平局所化と同時に起きていることがわかる。
図３Ｄ−１に示すように、次のグループのシミュレーションは、ＰＡＭＡ３１１が反応チャンバ３５０の側面／周囲に配置され、ＭＷ放射が典型的な基板３２０に向かって内向きに集束される装置構成に対応する。したがって、この構成は、図２Ｂに概略的に示したＩＣＰエッチングチャンバ、または、図２ＥのＣＣＰエッチングチャンバに対応しうる。３つのシミュレーションの結果が、図３Ｄ−２、３Ｄ−３、および、３Ｄ−４に示されており、反応チャンバ３５０（または、図２Ｂの２５０）内に励起されたエッチングプラズマが存在する状態で、ＭＷビームが、中央、中間点、および、縁部にそれぞれ方向付けられている。エッチングプラズマがオフにされた際の同様の結果が、図３Ｄ−５、３Ｄ−６、および、３Ｄ−７に示されている（この場合も、ＭＷビームは、それぞれ、中央、中間点、および、縁部に向けられている）。エッチングプラズマがオンの場合、結果は、基板の中間点（図３Ｄ−３）および縁部（図３Ｄ−４）でのＭＷビーム強度の良好な水平局所化を示しているが、ビームが中央に向けられた場合（図３Ｄ−２）には局所化が乏しい。これは、基板中央がアレイのアンテナから最も遠い結果である。反応チャンバの上方に配置されたＰＡＭＡ３１０（図３Ａ−１と、以下参照）については、この構成において、ＰＡＭＡが基板の縁部および中間点領域と同様に基板中央の近くに配置されていることがわかるので、かかる問題がなかったことに注意されたい。しかしながら、図３Ｄ−５、３Ｄ−６、および、３Ｄ−７（これらも、それぞれ、中央、中間点、および、縁部に対応する）は、プラズマがオフにされると、基板の中央に到達する側面／周囲放射のＭＷ放射の問題が解消することを示しており、その理由は、励起プラズマが、ＭＷ放射の伝達を幾分遮蔽するイオン化種を有するが、非励起プラズマにはないためである。これは、励起および非励起状態の間でプラズマをサイクルさせることが、基板表面の中央に対しても、このＰＡＭＡ構成による標的ＭＷ放射のパルス印加を可能にしうることを示唆する（とはいえ、いくつかの実施形態では、いずれにしても、反応／エッチング速度の調整／増進が、基板の中間点および端部の領域の近くで最も重要である場合もある）。
プラズマ強化蒸着処理および関連装置
処理動作中に半導体基板表面の近くの局所温度または局所プラズマ密度を調整および／または制御するための様々な技術について上述した。これらの技術は、エッチング動作または蒸着動作の文脈、特に、蒸着側では、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理および原子層蒸着（ＡＬＤ）処理の文脈で適用されてよい。したがって、これらの蒸着動作および関連蒸着装置の概略をここで提供する。様々な基板エッチング動作に利用可能であり、基板表面付近のプラズマ密度を局所的に調整するためにフェーズドアレイのマイクロ波アンテナを用いることで利点がありうる装置の概略については後述する。
蒸着処理の概要
多くの課題が、半導体ウエハへの膜蒸着処理の実施に関連する場合があり、多くは、これらの処理が良好なウエハ面内均一性、単一ウエハに対する蒸着サイクル間での均一性、および、ウエハのバッチにわたる良好な均一性を示すことが望ましいという事実から生じる。さらに、特定の不均一な膜厚を意図的に蒸着して、一部の上流または下流の不均一性を補正することが望ましい場合がある。その上に、処理スループット要件が、しばしば、迅速な蒸着サイクル時間を要求し、これは、関連する物理的ハードウェアおよび処理設計要件への強い要求を課しうる。上述のように、プラズマ均一性は、しばしば、重要な課題であり、膜蒸着中のプラズマの点火が、ウエハにわたる均一なプラズマ密度の達成を困難にしうる。かかる課題は、上述のようにフェーズドアレイアンテナを用いてより良好なプラズマ密度制御を達成するための技術による恩恵を受けうる。
以下で詳述するように、処理チャンバ内で基板上に単一の材料層を蒸着させるための基本的なＡＬＤサイクルは、以下を含んでよい：（ｉ）吸着制限層を形成するように基板上に薄膜前駆体を吸着させる工程、（ｉｉ）基板を保持する処理ステーションの近くから（存在する時、少なくともいくらかの）未吸着（脱着を含む）の薄膜前駆体を除去する工程、および、（ｉｉｉ）未吸着の薄膜前駆体を除去した後に、例えば、処理ステーションの近くでプラズマを点火することによって、基板上に薄膜の層を形成するように吸着した薄膜前駆体を反応させる工程。（本明細書で用いる「未吸着」の薄膜前駆体は、脱着した薄膜前駆体を含むと定義される）。しばしば、ＡＬＤサイクルは、さらに、吸着した薄膜前駆体の反応後に、蒸着された基板を保持する処理ステーションの近くから、脱着した薄膜前駆体および／または薄膜前駆体反応副生成物を除去する工程（ｉｖ）を含む。工程（ｉｉ）および（ｉｖ）における除去は、基板の近くをパージする、ベース圧力までポンプダウンする（「ベースへのポンピング（ｐｕｍｐ−ｔｏ−ｂａｓｅ）」）ことで排気する、などによって行われてよい。工程（ｉｉｉ）で表面反応を活性化するために用いられるプラズマは、通例、例えば、（後に詳述する）１または複数のシャワーヘッドを通して反応チャンバに流入されうるプラズマフィードガスによって維持される。いくつかの実施形態において、プラズマフィードガスは、チャンバをパージして工程（ｉｉ）および（ｉｖ）における除去を達成するために用いられてよい。
しかしながら（上述したように）、ＰＥＣＶＤ処理を介して蒸着された薄膜のウエハ面内均一性も、上述のマイクロ波アンテナのフェーズドアレイを利用するなどして、局所的なプラズマ密度制御から恩恵を受けうる。従来のＰＥＣＶＤ処理には、ＡＬＤ処理とのいくつかの一般的な類似点があり、例えば、いずれの処理も、基板上に膜層を形成するために、処理チャンバに気相の薄膜前駆体を導入した後に、これらの前駆体をプラズマ活性化することを含む。しかしながら、ＰＥＣＶＤにおいて、薄膜形成反応は、薄膜前駆体がまだ気相（または、少なくとも大部分が気相）であり、その結果、膜材料が大量かつ迅速に形成された後にウエハ表面上に蒸着する間に起きる。換言すると、ＡＬＤ処理と対照的に、ＰＥＣＶＤ処理で起きる薄膜形成反応は、一般に、表面介在性および吸着制限性ではないため、薄膜材料の吸着制限層よりもかなり多くが各ＰＥＣＶＤサイクルで蒸着される。いくつかの実施形態において、ＰＥＣＶＤが比較的漸次的ではないというこの事実により、ＰＥＣＶＤは一般にＡＬＤよりも均一性が低いため、本明細書に開示した局所的プラズマ密度制御技術およびハードウェアからかなりの恩恵を引き出す傾向が大きい。
薄膜蒸着装置
半導体基板上に薄膜を蒸着させるための動作は、一般に、図４Ａに示すような基板処理装置で実行されてよい。以下で詳述する図４Ａの装置４００は、真空ポンプ４１８によって真空に維持されうる内部空間内に単一の基板ホルダ４０８を備えた単一の処理チャンバ４０２を有する。また、（例えば）薄膜前駆体、搬送ガスおよび／またはパージガスおよび／または処理ガス、二次反応物質などの供給のために、ガス供給システム４０１およびシャワーヘッド４０６が、チャンバに流体接続されている。処理チャンバ内でプラズマを生成するための装置も、図４Ａに示されており、これについては、後に詳述する。いずれにせよ、以下で詳述するように、図４Ａに概略的に示す装置は、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）処理で利用される動作および原子層蒸着（ＡＬＤ）処理で利用される動作など、半導体基板への薄膜蒸着動作を実行するための基本的な設備を提供する。
いくつかの状況では、図４Ａのような基板処理装置で十分であるが、時間のかかる薄膜蒸着動作が含まれる場合、複数の半導体基板に同時並行で複数回の蒸着動作を実行することにより、基板処理スループットを高めることが有利でありうる。このために、図４Ｂに概略的に示すようなマルチステーション基板処理装置が用いられてよい。図４Ｂの基板処理装置４４０は、（図４Ａの処理装置４００が単一の処理チャンバ４０２を用いるものとして図示されているように）単一の基板処理チャンバ４４５を利用するが、処理チャンバの壁によって規定された単一の内部空間内に、複数の基板処理ステーションがあり、各々が、その処理ステーションに関連するウエハホルダに保持された基板に処理動作を実行するために用いられてよい。この特定の実施形態において、マルチステーション基板処理装置４４０は、図に示すように、４つの処理ステーション４４１、４４２、４４３、および、４４４を有する。装置は、さらに、処理ステーション４４１および４４２に基板をロードするための基板ロード装置（この例では基板ハンドラロボット４４６）と、様々な処理ステーション４４１、４４２、４４３、および、４４４の間で基板を移送するための基板移送装置（この例では基板カルーセル４９０）とを用いる。実施形態に応じて、上述のように、各処理ステーションは、独自のマイクロ波アンテナフェーズドアレイ（すなわち、自身に固有のアレイ）に関連してもよいし（したがって、例えば、４ステーションチャンバが、４つのフェーズドアレイを有する）、いくつかの実施形態では、単一のフェーズドアレイが、複数の処理ステーションのプラズマ密度に影響を与えるように利用できる操作可能なマイクロ波放射の１または複数のビームを提供してもよい（例えば、４ステーションチャンバが、すべての４つの処理ステーションのプラズマ密度を調整する単一のマイクロ波アンテナフェーズドアレイを有してよい）。他の同様のマルチステーション処理装置が、実施形態と、例えば、所望の並列ウエハ処理レベル、サイズ／スペースの制約、コスト制約などとに応じて、より多くまたはより少ない処理ステーションを有してもよい。また、図４Ｂには、例えば、ＡＬＤ動作などで効率的な基板蒸着動作を実行する目標を支援するコントローラ４５０（後に詳述する）が示されている。
装置のコストおよび運転費用の両方に関する様々な効率化が、図４Ｂに示したようなマルチステーション処理装置の利用で達成されうることに注意されたい。例えば、単一の真空ポンプ（図４Ｂでは図示していないが、例えば、図４Ａの４１８）が、４つの処理ステーションすべてのための単一の高真空環境を生成するために用いられてよく、このポンプは、４つの処理ステーションすべてに関して、消費した処理ガスなどを排気するために用いられてもよい。実施形態に応じて、各処理ステーションは、通例、ガス供給のために専用のシャワーヘッド（例えば、図４Ａの４０６を参照）を有するが、シャワーヘッドにガスを供給するガス供給システム（例えば、図４Ａの４０１）のいくつかの構成要素が共有されてもよい。同様に、プラズマ発生装置の特定の要素が、処理ステーション間で共有されてもよい（例えば、電源）が、実施形態によっては、特定の態様が、処理ステーションに固有であってもよい（例えば、シャワーヘッドがプラズマ発生電位を印加するために用いられる場合：以下の図４Ａについてのさらなる記載を参照）。ただし、この場合も、２、３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、または、１６個、もしくは、それより多い反応チャンバあたりの処理ステーションなど、より多くまたはより少ない数の処理ステーションを処理チャンバごとに用いて、程度の差はあるが、かかる効率化を達成できることを理解されたい。
単一の処理チャンバ内で複数の処理ステーションを用いることに関係する別の利点は、かかる設計により、通例、シングル処理ステーションチャンバで一般に実現可能であるよりも高い電力のプラズマを利用できるようになることである。これは、マルチステーションチャンバの容量が一般にシングルステーションチャンバよりも大きいという事実によるものであり、より大きいチャンバ容量によって、チャンバ壁へのアーク放電を起こすことなしに、より高い電圧をプラズマ生成に利用することが可能になり、これは、より大きいプラズマ電力を安全に利用できることを意味する。より高いプラズマ電力は、例えば、誘電体膜蒸着の場合、より高い電力を供給されたプラズマを用いれば、それに対応して高い密度（しばしば、望ましい特性である）を有する蒸着誘電体膜を形成できるため有利である。
複数の処理ステーションを備えたより大きい処理チャンバを用いれば、上述の利点を提供できるが、一方、より小さい単一ステーション処理チャンバを利用することと一般に関連するいくつかの利点がある。これらの利点の１つは、チャンバ空間の迅速な循環であり、すなわち、反応物質、反応副生成物などを迅速に導入および除去できることである。かかる迅速な循環は、相当の厚さの膜を蒸着するために多くの蒸着サイクルが必要とされるＡＬＤ処理で特に重要になりうるため、チャンバ空間を循環させるのに費やす時間が、かなり重要になりうる。したがって、より大きい容量のマルチ処理ステーションチャンバの利点と、より小さい容量の単一処理ステーションチャンバと典型的に関連する利点とを組み合わせるために、マルチステーション／チャンバ処理装置が、様々な処理ステーションの間にガスのカーテンを流すことで薄膜蒸着動作中に処理ステーションの容量を互いに隔離することにより、各処理ステーションで小容量チャンバを「シミュレート」してよい。例えば、蒸着動作中、かかる「カーテンガス」は、反応物質、プラズマフィードガスなどの混合を防ぎつつ、各処理ステーションで起きる反応性薄膜蒸着処理を妨げない（少なくとも実行不可能な程度までは妨げない）ように、処理ステーションの間に流される。これは、反応物質を流すと共に副生成物をパージする目的で小容量を「シミュレート」しうるが、高プラズマ電力と、特定の構成要素のコストの増減とに関しては、より大きいチャンバ容量の利点が保持される。
さらに、上述の利点に加えて、カーテンガス流による処理チャンバの容量隔離は、処理ステーションの間で交互になるように蒸着サイクルを構成する動作シーケンスを可能にしうる。ＡＬＤ処理に関するかかる交互のサイクルと関連する様々な利点については、例えば、２０１３年１２月１８日出願の米国特許出願第１４／１３３，２４６号（代理人整理番号ＬＡＭＲＰ０５９ＵＳ）（現在は、米国特許第８，９４０，６４６号）“ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＰＲＥＣＵＲＳＯＲ ＤＯＳＩＮＧ ＩＮ ＡＮ ＡＬＤ ＭＵＬＴＩ−ＳＴＡＴＩＯＮ／ＢＡＴＣＨ ＲＥＡＣＴＯＲ”に詳細に記載されており、これは、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
しかしながら、上述の利点を達成するために、ＡＬＤまたはＰＥＣＶＤ動作に関しては、様々な処理ステーションが、カーテンガス流によって互いに完全に容量を隔離されるわけではないことに注意されたい。一般に、これは当てはまらないことが予期される。したがって、本開示の文脈では、カーテンガス流によって１つの処理ステーションを別の処理ステーションから「容量的に隔離」することは、処理ガスステーションの間のカーテンガス流が、かかるカーテンガスを用いない場合に起きる処理ステーション間でのガスの混合を大幅に削減するように機能することを意味すると解釈される。これは、各処理ステーションがその独自の別個の処理チャンバ内にある場合に存在する「完全」または「完璧」な容量隔離とは対照的であり、カーテンガスで容量を隔離することは、かかる完璧／完全な分離／隔離を暗示することも必要とすることもない。
また、プラズマベースの蒸着動作において、カーテンガスは、概念上、薄膜蒸着を引き起こす反応を活性化するために用いられるプラズマを支持するために用いられるプラズマフィードガスとは異なるものとして見なされてよいことに注意されたい。いくつかの実施形態において、プラズマフィードガスは、適切な場合、異なる処理ステーションの近くから未吸着の薄膜前駆体（反応物質）を除去するためのパージガスとしても用いられることに注意されたい。したがって、カーテンガスは、蒸着サイクルのすべての段階中に処理ステーションへ連続的に流されうる（通例は、流される）が、プラズマフィードガスは、通例、特定の処理ステーションで動作が実行されている時にプラズマ活性化（および、パージガスとしても用いられる場合のパージ動作）中に、処理チャンバ（より具体的には、処理ステーション）のみに流される。
いくつかの実施形態において、マルチステーション薄膜蒸着装置は、各処理ステーションとそれぞれ関連する複数のシャンデリア型シャワーヘッドを用いてよい。かかるシャンデリアシャワーヘッドは、一般に、ヘッド部分およびステム部分を備えており、ヘッド部分の底面は、薄膜前駆体、プラズマフィードガス、および、場合によっては異なるパージガスを各処理ステーションの近傍で処理チャンバに流すための開口部を提供する。シャワーヘッドのステム部分は、処理チャンバ内の各処理ステーションの上方にヘッド部分を支持／ぶら下げ、さらに、ヘッド部分の開口部に、薄膜前駆体（および／またはその他の反応物質）、プラズマフィードガスなどを流すための流体通路／接続を提供するために存在する。一般に、シャンデリア型シャワーヘッド設計は、基板表面に対する薄膜前駆体の望ましい空間的に均一な分配を可能にし、点流出源として機能するいくつかのノズルだけで達成されるのと比較して改善されることがわかる。
さらに、かかるシャワーヘッドは、蒸着反応（ＡＬＤまたはＰＥＣＶＤ動作のいずれにおけるものでも）を達成するために用いられる各処理ステーションでプラズマを生成（および維持）する役割も果たしうる。特に、適切な電位の印加後に、各シャンデリアシャワーヘッドは、プラズマ生成のための２つの電極の一方として機能してよく、他方の電極は、基板ホルダ（例えば、ペデスタル）であり、それらの間に電位が印加される。シャンデリア設計は、基板表面の近くにシャワーヘッドを配置することを可能にし、それにより、基板の非常に近くで効率的にプラズマを生成すると共に、基板の近くで薄膜前駆体（反応物質）を空間的に均一に分配することを可能にする。このような（シャンデリア型シャワーヘッドを用いた）プラズマ生成は、（例えば、チャンバ上壁に埋め込みで取り付けられたシャワーヘッドを用いるのに比べて）より高い電力を供給されたプラズマの利用を可能にする、プラズマと接地チャンバ壁との間のより大きい空間的分離を提供しうることにも注意されたい。さらに、上述のように、プラズマフィードガスがパージガスとしても用いられる場合、基板の近傍に導入することで、未吸着薄膜前駆体および／または反応副生成物の効率的かつ効果的なパージが可能になる。
また、シャンデリア型シャワーヘッドの利用は、プラズマフィードガスを基板表面の近くに導入することを可能にするが、カーテンガスは、シャンデリアシャワーヘッドの各々のヘッド部分の背後の流入点から、特に、いくつかの実施形態においては、シャワーヘッドのステム部分を取り巻くシャワーヘッドカラーの開口部を通して、処理チャンバに導入されてよい。さらに、特定のかかる実施形態において、カーテンガスは、これらの開口部から、基板の平面および／またはヘッド部分の底面と実質的に平行な方向に、したがって、一般に最初は、シャワーヘッドのヘッドの底面から流出する流れと垂直な方向に、流されてよい。このカーテンガスの流れは、カーテンガス流が下向きに方向転換してシャワーヘッドのヘッドからのプラズマフィードガスおよび／またはパージガスの流れと平行になるうる場所であるシャワーヘッドの背面（シャワーヘッドのヘッド部分の上面）の端にカーテンガスが到達するまでは、横向きであり続けうる。かかる流れのパターンが、図５Ａの単一処理チャンバに関して図示されているため、処理チャンバ５０２、シャワーヘッド５０６、シャワーヘッドカラー５３０、ならびに、それぞれカーテンガスおよびプラズマフィード（および反応前駆体）の流路５１０および５２０を参照する。図５Ａに示す構成では、上述の記載と一致して、プラズマフィードガス源５１２からのプラズマフィードガスが、シャワーヘッド５０６のヘッド部分の底面を通してチャンバ５０２内に流され、カーテンガス源５２２からのカーテンガスが、シャワーヘッド５０６のステム部分を取り巻くシャワーヘッドカラー５３０の開口部を通してチャンバ５３０内に流される。したがって、この場合のカーテンガス（単一ステーションの文脈でも、説明的な表現「カーテンガス」が保持されることに注意）は、シャワーヘッド５０６の背面の中心軸の近くで処理チャンバ５０２に導入され、ペデスタル５０８上に保持された基板５１２の平面と実質的に平行な（かつ、シャワーヘッド５０６のヘッド部分の底面と実質的に平行な）流れで導入される。次いで、このように導入されたカーテンガスは、（図５Ａの矢印で概略的に示すように）クロスプレート５０３の近くでチャンバから出る前に、シャワーヘッドの周りでチャンバ側壁に沿って下に流れる。
カーテンガス流を用いた処理ステーション間の容量の隔離が図５Ｂに示されており、図５Ｂは、処理装置５５０のマルチステーション処理チャンバ５０３内の一対の処理ステーション５１１および５１２（図５Ｂの破線を参照）を示す。ガス流の方向を示す矢印によって図に示すように、（単一ステーションの文脈で）図５Ａに示したカーテンガス流パターンに加えて、ここでは、カーテンガス５２０は、互いに容量を隔離された処理ステーション５１１および５１２の間にも流れる。この図は、一対の処理ステーションの断面を示しているので、２ステーション処理チャンバの実施形態、または、図４Ｂに概略的に示すような４ステーション処理チャンバの断面を示しうる。いずれにせよ、図の一対の各処理ステーションは、図５Ａに示した単一処理ステーションと同様であるため、図５Ａに伴った記載（および符号）は、適切であれば図５Ｂにも適用され、最も重要な違いは、図５Ｂでは一対の処理ステーション５１１および５１２があり、この一対は、カーテンガス流５２０によって互いに容量を隔離／分離されている点である。
ここで、図４Ａに示したシングル処理ステーション蒸着装置の様々なさらなる態様について説明する；ここで説明するこれらのさらなる態様の多くは、マルチステーション／チャンバ蒸着装置の文脈でも適用されることが明らかである。図に示すように、処理ステーション４００は、分配シャワーヘッド４０６に処理ガスを供給するための反応物質供給システム４０１と流体連通している。反応物質供給システム４０１は、シャワーヘッド４０６への供給に向けて処理ガスを混合および／または調整するための混合容器４０４を備える。１または複数の混合容器入口バルブ４２０が、混合容器４０４への処理ガスの導入を制御しうる。いくつかの反応物質が、気化およびその後の処理チャンバ４０２への供給の前に、液体の形態で収容されてよい。図４Ａの実施形態は、混合容器４０４に供給される液体反応物質を気化させるための気化ポイント４０３を備える。いくつかの実施形態において、気化ポイント４０３は、加熱された液体注入モジュールであってよい。いくつかの実施形態において、気化ポイント４０３は、加熱された気化器であってよい。かかるモジュール／気化器から生み出された飽和反応物質蒸気は、適切な制御が行われない場合（例えば、液体反応物質を気化／霧化する際にヘリウムを用いなかった場合）、下流の供給配管内で凝結しうる。凝結した反応物質に相性の悪いガスを暴露させると、小粒子が発生しうる。これらの小粒子は、配管を詰まらせる、バルブ動作を妨げる、基板を汚染するなどの可能性がある。これらの課題に対処するためのいくつかのアプローチは、残留した反応物質を除去するために、供給配管を一掃および／または排気することを含む。しかしながら、供給配管を一掃することは、処理ステーションのサイクル時間を長くして、処理ステーションのスループットを低下させうる。したがって、いくつかの実施形態において、気化ポイント４０３の下流の供給配管が、熱処理されてもよい。いくつかの例において、混合容器４０４が熱処理されてもよい。非限定的な一例において、気化ポイント４０３の下流の配管は、約１００℃から混合容器４０４で約１５０℃まで増加してゆく温度プロファイルを有する。
いくつかの実施形態において、気化ポイント４０３は、加熱された液体注入モジュール（略して「液体インジェクタ」）であってよい。かかる液体インジェクタは、混合容器の上流の搬送ガス流に液体反応物質のパルスを注入しうる。１つのシナリオにおいて、液体インジェクタは、高圧から低圧へ液体を流す（ｆｌａｓｈ）ことによって反応物質を気化させてよい。別のシナリオにおいて、液体インジェクタは、分散した微液滴に液体を霧化してよく、その後、微液滴は、加熱された供給菅内で気化される。小さい液滴は、大きい液滴よりも速く気化して、液体注入と完全な気化との間の遅延を低減しうることがわかる。より迅速に気化すれば、気化ポイント８０３から下流の配管の長さを短くすることができる。１つのシナリオにおいて、液体インジェクタは、混合容器８０４に直接取り付けられてよい。別のシナリオにおいて、液体インジェクタは、シャワーヘッド１０６に直接取り付けられてもよい。
いくつかの実施形態において、気化ポイント４０３の上流に、液体流コントローラ（ＬＦＣ）が、気化および処理チャンバ４０２への供給に向けて液体の質量流量を制御するために提供されてよい。例えば、ＬＦＣは、ＬＦＣの下流に配置された熱マスフローメータ（ＭＦＭ）を含みうる。次いで、ＬＦＣのプランジャバルブが、ＭＦＭと電気通信して比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されたフィードバック制御信号に応答して調節されてよい。しかしながら、フィードバック制御を用いて液体流を安定化するには、１秒以上かかりうる。これは、液体反応物質を供給する時間を延長しうる。したがって、いくつかの実施形態において、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてよい。いくつかの実施形態において、ＬＦＣは、ＬＦＣの検知菅およびＰＩＤコントローラを無効にすることによって、フィードバック制御モードから直接制御モードに動的に切り替えられてよい。
シャワーヘッド４０６は、処理ガスおよび／または反応物質（例えば、薄膜前駆体）を処理ステーションの基板４１２に分配し、その流れは、シャワーヘッドの上流の１または複数のバルブ（例えば、バルブ４２０、４２０Ａ、４０５）によって制御される。図４Ａに示した実施形態において、基板４１２は、シャワーヘッド４０６の下方に配置され、ペデスタル４０８上に図示されている。シャワーヘッド４０６は、任意の適切な形状を有してよく、基板４１２へ処理ガスを分配するための任意の適切な数および配列のポートを有してよいことがわかる。
いくつかの実施形態において、微小空間４０７が、シャワーヘッド４０６の下方に配置されている。処理チャンバの空間全体ではなく基板付近の処理ステーション内の微小空間でＡＬＤ処理を実行することで、反応物質暴露時間および一掃時間を短縮する、処理条件（例えば、圧力、温度など）を変更するための時間を短縮する、処理ステーションロボットの処理ガスへの暴露を制限するなど、を実現できる。微小空間のサイズの例は、０．１リットルから２リットルまでの間の体積を含むが、これに限定されない。
いくつかの実施形態において、ペデスタル４０８は、微小空間４０７に基板４１２を暴露させるため、および／または、微小空間４０７の体積を変化させるために、上下されてよい。例えば、基板移送段階中に、ペデスタル４０８は、ペデスタル４０８上に基板４１２をロードできるように下げられてよい。基板上への蒸着処理段階中に、ペデスタル４０８は、微小空間４０７内に基板４１２を配置するために上げられてよい。いくつかの実施形態において、微小空間４０７は、基板４１２とペデスタル４０８の一部とを完全に取り囲んで、蒸着処理中にフローインピーダンスの高い領域を作りうる。
任意選択的に、ペデスタル４０８は、微小空間４０７内の処理圧力、反応物質濃度などを調節するために、蒸着処理中の一部の間に下げられてよい、および／または、上げられてよい。処理チャンバ本体４０２が処理中にベース圧力のままである１つのシナリオにおいて、ペデスタル４０８を下げることにより、微小空間４０７の排気を可能にしてよい。処理チャンバ空間に対する微小空間の比の例は、１：５００から１：１０の間の体積比を含むが、それに限定されない。いくつかの実施形態において、ペデスタルの高さは、適切なシステムコントローラによってプログラム的に調節されてよいことがわかる。別のシナリオにおいて、ペデスタル４０８の高さの調節は、例えばＡＬＤまたはＣＶＤ処理に含まれるプラズマ活性化および／または処理サイクル中に、プラズマ密度を変化させることを可能にしうる。蒸着処理段階の最後に、ペデスタル４０８は、ペデスタル４０８から基板４１２を回収できるように、別の基板移送段階中に下げられてよい。
本明細書に記載の微小空間の変更の例では、高さ調節可能なペデスタルに言及しているが、いくつかの実施形態において、微小空間４０７の体積を変化させるために、シャワーヘッド４０６の位置をペデスタル４０８に対して調節してもよいことがわかる。さらに、ペデスタル４０８および／またはシャワーヘッド４０６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切なメカニズムによって変更されてよいことがわかる。いくつかの実施形態において、ペデスタル４０８は、基板４１２の向きを回転させるための回転軸を備えてよい。いくつかの実施形態において、これらの調節の例の内の１または複数は、先述の動作の全部または一部を実行するためのマシン読み取り可能な命令を有する１または複数の適切なシステムコントローラによってプログラム的に実行されてよいことがわかる。
さらに、図４Ａに示すように、シャワーヘッド４０６およびペデスタル４０８は、プラズマに電力供給するために、ＲＦ電源４１４および整合回路網４１６と電気的に通信する。いくつかの実施形態において、プラズマエネルギは、処理ステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、および、プラズマ電力パルスタイミングの内の１または複数を制御することにより、（例えば、適切なマシン読み取り可能な命令を有するシステムコントローラを用いて）制御されてよい。例えば、ＲＦ電源４１４および整合回路網４１６は、所望の組成のラジカル種を有するプラズマを形成するために、任意の適切な電力で動作されてよい。適切な電力の例については上述した。同様に、ＲＦ電源４１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を供給してよい。いくつかの実施形態において、ＲＦ電源４１４は、高周波ＲＦ電源および低周波ＲＦ電源を互いに独立して制御するよう構成されてよい。低周波ＲＦ周波数の例は、５０ｋＨｚから５００ｋＨｚの間の周波数を含みうるが、これに限定されない。高周波ＲＦ周波数の例は、１．８ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの間の周波数を含みうるが、これに限定されない。任意の適切なパラメータが、表面反応にプラズマエネルギを提供するために離散的または連続的に調整されてよいことがわかる。非限定的な一例において、プラズマ電力は、連続的に電力供給されたプラズマと比べて基板表面とのイオン衝撃を削減するために、間欠的にパルス化されてよい。
いくつかの実施形態において、プラズマは、１または複数のプラズマモニタによってその場で監視されてよい。１つのシナリオでは、プラズマ電力が、１または複数の電圧、電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって監視されてよい。別のシナリオでは、プラズマ密度および／または処理ガス濃度が、１または複数の発光分光法（ＯＥＳ）センサによって測定されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数のプラズマパラメータが、かかるその場プラズマモニタからの測定値に基づいてプログラム的に調整されてよい。例えば、ＯＥＳセンサが、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためにフィードバックループで用いられてよい。いくつかの実施形態において、他のモニタが、プラズマおよびその他の処理特性を監視するために用いられてもよいことがわかる。かかるモニタは、赤外線（ＩＲ）モニタ、音声モニタ、および、圧力変換器を含みうるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、プラズマは、入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンシング命令によって制御されてよい。一例において、プラズマ活性化段階のプラズマ条件を設定するための命令は、処理レシピの対応するプラズマ活性化レシピ段階に含まれてよい。一部の例では、処理レシピ段階は、連続的に配列されてよく、その結果、処理段階のためのすべての命令が、その処理段階と同時に実行される。いくつかの実施形態において、１または複数のプラズマパラメータを設定するための命令が、プラズマ処理段階の前のレシピ段階に含まれてよい。例えば、第１のレシピ段階が、不活性ガス（例えば、ヘリウム）および／または反応ガスの流量を設定するための命令と、プラズマ発生器を電力設定点に設定するための命令と、第１のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。次の第２のレシピ段階が、プラズマ発生器を有効にするための命令と、第２のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。第３のレシピ段階が、プラズマ発生器を無効にするための命令と、第３のレシピ段階のための時間遅延命令とを含んでよい。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内で、任意の適切な方法でさらに分割および／または反復されてもよいことがわかる。
一部の蒸着処理において、プラズマ衝突は、数秒以上のオーダーの持続期間にわたって続く。本明細書に記載の特定の実施例では、はるかに短いプラズマ衝突が、処理サイクル中に適用されてもよい。これらは、５０ミリ秒から１秒のオーダーであってよい（具体的な例において、０．２５秒）。かかる短いＲＦプラズマ衝突は、プラズマの迅速な安定化を必要とする。これを達成するために、プラズマ発生器は、周波数が変動することが許容された状態でインピーダンス整合が特定の電圧に予め設定されるように構成されてよい。従来、高周波プラズマは、約１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で生成される。本明細書に記載の様々な実施形態において、周波数は、この標準値とは異なる値に変動することを許容される。インピーダンス整合を所定の電圧に固定しつつ周波数の変動を許すことにより、プラズマは、はるかに迅速に安定化することが可能であり、この結果は、ＡＬＤサイクルに関連する非常に短いプラズマ衝突を利用する場合に重要でありうる。
いくつかの実施形態において、ペデスタル４０８は、ヒータ４１０を用いて温度制御されてよい。さらに、いくつかの実施形態において、処理装置４００のための圧力制御が、バタフライバルブ４１８など１または複数のバルブ式真空源によって提供されてよい。図４の実施形態に示すように、バタフライバルブ４１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供された真空をスロットル調整する。しかしながら、いくつかの実施形態において、処理装置４００の圧力制御は、処理チャンバ４０２に導入される１または複数のガスの流量を変化させることによって調節されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数のバルブ式真空源（バタフライバルブ４１８など）は、適切なＡＬＤ動作段階中に処理ステーションの周りの空間から薄膜前駆体を除去するために用いられてよい。
ここで図４Ｂに戻ると、上述のように、１または複数の処理ステーションが、マルチステーション基板処理ツールに含まれてよい。図４Ｂは、共通の低圧処理チャンバ４４５内に複数の処理ステーション４４１、４４２、４４３、４４４を含むマルチステーション処理ツール４４０の一例を概略的に示す。低圧環境内に各ステーションを維持することにより、薄膜蒸着処理の合間の真空破壊によって引き起こされる欠陥を回避できる。
図４Ｂに示すように、マルチステーション処理ツール４４０は、基板ロードポート４６０と、ポッド４４８からロードされたカセットから、大気ポート４４９を通して、処理チャンバ４４５内、最終的には処理ステーション上に、基板を移動させるよう構成された基板ハンドラロボット４４６と、を有する。具体的には、この例において、基板ハンドラロボット４４６は、処理ステーション４４１および４４２に基板をロードし、基板移送装置（この例では、基板カルーセル４９０）が、様々な処理ステーション４４１、４４２、４４３、および、４４４の間で基板を移送する。図４Ｂに示した実施形態において、基板ロード装置は、基板操作のための２つのアームを有する基板ハンドラロボット４４６として図示されており、したがって、図に示すように、ステーション４４１および４４２の両方に（おそらくは同時に、または、おそらくは順次）基板をロードできる。次いで、ステーション４４１および４４２へのロード後、基板移送装置（図４Ｂに示したカルーセル４９０）は、１８０°回転（基板の平面と実質的に直交し（ページから出て）、基板から実質的に等距離にある中心軸に関して回転）し、ステーション４４１および４４２からステーション４４３および４４４に２つの基板を移送することができる。この時点で、ハンドラロボット４４６は、ステーション４４１および４４２に２つの新しい基板をロードして、ロード処理を完了できる。アンロードするには、４つのウエハの複数組が処理される場合に、処理ロボット４４６による２つの基板の各アンロードに続いて、移送カルーセル４９０を１８０°回転させる前に２つの新しい基板をロードすることを除けば、上記の工程を逆転させればよい。同様に、１ステーション（例えば、４４１）だけに基板を配置するよう構成された１アームのハンドラロボットを用いると、すべての４ステーションに基板をロードするために、カルーセル４９０の４回の９０°回転を伴う４工程のロード処理が行われる。
図４Ｂに示した処理チャンバ４４５は、４つの処理ステーション４４１、４４２、４４３、および、４４４を提供する。各ステーションは、加熱されたペデスタル（図４Ａに示した処理ステーションについては４０８と図示されている）と、ガスライン流入口と、を有する。いくつかの実施形態において、各処理ステーションは、異なる目的すなわち複数の目的を有してもよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、１つの処理ステーションが、ＡＬＤ処理モードおよびＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ処理モードの間で切り替え可能であってもよい。追加的または代替的に、いくつかの実施例において、処理チャンバ４４５は、１または複数のマッチドペアのＡＬＤ／ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ処理ステーションを備えてもよい。図の処理チャンバは４つの処理ステーションを備えるが、本開示に従った処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してよいことがわかる。例えば、いくつかの実施形態において、処理チャンバは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６個、または、それより多い処理ステーションを備えてよい（もしくは、１組の実施形態が、上記の値の任意のペアによって規定される範囲内の数の処理ステーションを反応チャンバごとに有する（例えば、反応チャンバごとに２から６個の処理ステーション、反応チャンバごとに４から８個の処理ステーション、または、反応チャンバごとに８から１６個の処理ステーションを有するなど）ように記載されてもよい）。
上述のように、図４Ｂは、処理チャンバ４４５内の処理ステーション４４１、４４２、４４３、および、４４４の間で基板を移送するための基板移送装置４９０の一実施形態を示す。任意の適切な基板移送装置が用いられてよいことがわかる。非限定的な例は、ウエハカルーセルおよび基板ハンドラロボットを含む。
エッチング処理装置の説明
本明細書に開示するフェーズドアレイのマイクロ波アンテナならびにマイクロ波方向付けおよび集束技術は、エッチング処理ひいてはエッチング処理装置で用いられてもよい。半導体基板エッチング動作を達成するための適切な装置は、（後述するように）マルチステーション基板処理ツールに含まれる１または複数の処理ステーション／モジュールと、本明細書に記載の技術および動作に従って装置の処理動作を制御するためのマシン読み取り可能な命令を有する（または、命令にアクセスできる）（後述するような）コントローラと、を備えてよい。
したがって、以下に記載する様々な容量結合プラズマ（ＣＣＰ）および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタの文脈でより具体的に説明するように、適切な基板処理装置は、一般に、処理チャンバ、プラズマ発生器、処理チャンバにガスを流すように構成された１または複数のガス流入口、真空ポンプ、真空ポンプへのバルブ制御された導管、マイクロ波アンテナのフェーズドアレイ（ＰＡＭＡ）、および、これらの構成要素の動作を制御するコントローラを備えてよい。いくつかの実施形態において、かかる装置は、処理チャンバ内で形成されたプラズマの放射強度を測定するための光学検出器をさらに備えてもよく、上述の装置によって具体化された処理モジュールが、この装置を用いて半導体基板上にエッチングされたフィーチャのエッチングプロファイルを測定するための測定ツールにアクセスできてよい。以下の記載では、適切なエッチングチャンバについてより詳細に説明する。
エッチング動作で利用される容量結合プラズマリアクタ
容量結合プラズマ（ＣＣＰ）リアクタが、２００９年２月９日に米国特許出願第１２／３６７，７５４号として出願した米国特許第８，５５２，３３４号「ＡＤＪＵＳＴＡＢＬＥ ＧＡＰ ＣＡＰＡＣＩＴＩＶＥＬＹ ＣＯＵＰＬＥＤ ＲＦ ＰＬＡＳＭＡ ＲＥＡＣＴＯＲ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＬＡＴＥＲＡＬ ＢＥＬＬＯＷＳ ＡＮＤ ＮＯＮ−ＣＯＮＴＡＣＴ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＳＥＡＬ」、および、２０１４年１１月１２日出願の米国特許出願第１４／５３９，１２１号「ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴ ＯＦ ＶＵＶ ＥＭＩＳＳＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＬＡＳＭＡ ＶＩＡ ＣＯＬＬＩＳＩＯＮＡＬ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＥＮＥＲＧＹ ＴＲＡＮＳＦＥＲ ＴＯ ＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＡＢＳＯＲＢＥＲ ＧＡＳ」に記載されており、それぞれ、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
例えば、図６Ａ〜図６Ｃは、ギャップを調整可能な容量結合閉じ込めＲＦプラズマリアクタ６００の一実施形態を示す図である。図に示すように、真空処理チャンバ６０２は、下側電極６０６を収容する内部空間を取り囲むチャンバハウジング６０４を備える。チャンバ６０２の上側部分には、下側電極６０６から垂直に離間されて、上側電極６０８が設けられている。（プラズマ生成に用いるように構成された）上側電極６０８および下側電極６０６の平面は、実質的に、平行であり、電極間の垂直方向に直交する。上側電極６０８および下側電極６０６は、円形であり、１つの垂直軸に関して同軸であることが好ましい。上側電極６０８の下面は、下側電極６０６の上面と対向している。離間されて対向している電極の表面は、それらの間に調整可能なギャップ６１０を規定する。プラズマ生成中、下側電極６０６には、ＲＦ電源（整合）６２０によってＲＦ電力が供給される。ＲＦ電力は、ＲＦ供給管路６２２、ＲＦストラップ６２４、および、ＲＦ電力部材６２６を通して、下側電極６０６に供給される。より均一なＲＦ場を下側電極６０６に供給するために、接地シールド６３６が、ＲＦ電力部材６２６を囲んでよい。米国特許公開第２００８／０１７１４４４号（すべての目的のためにその全体が本明細書に参照によって組み込まれる）に記載されているように、ウエハが、ウエハポート６８２を通して挿入され、処理に向けてギャップ６１０において下側電極６０６上に支持され、処理ガスが、ギャップ６１０に供給されて、ＲＦ電力によってプラズマ状態に励起される。上側電極６０８は、電力供給されてもよいし、接地されてもよい。
図６Ａ〜図６Ｃに示す実施形態では、下側電極６０６は、下側電極支持プレート６１６上に支持されている。下側電極６０６と下側電極支持プレート６１６との間に挿入された絶縁リング６１４は、下側電極６０６を支持プレート６１６から絶縁する。ＲＦバイアスハウジング６３０は、ＲＦバイアスハウジングボウル６３２上に下側電極６０６を支持する。ボウル６３２は、ＲＦバイアスハウジング６３０のアーム６３４によって、チャンバ壁プレート６１８の開口部を通して管路支持プレート６３８に結合されている。好ましい実施形態では、ＲＦバイアスハウジングボウル６３２およびＲＦバイアスハウジングアーム６３４は、１つの構成要素として一体的に形成されるが、アーム６３４およびボウル６３２は、ボルトなどで結合された２つの別個の構成要素であってもよい。
ＲＦバイアスハウジングアーム６３４は、ＲＦ電力と、気体冷却剤、液体冷却剤、ＲＦエネルギ、リフトピン制御のためのケーブル、電気的な監視および作動の信号などの設備とを、真空チャンバ６０２の外側から真空チャンバ６０２の内側の下側電極６０６の背面の空間に通すための１または複数の空洞の通路を備える。ＲＦ供給管路６２２は、ＲＦバイアスハウジングアーム６３４から絶縁されており、ＲＦバイアスハウジングアーム６３４は、ＲＦ電力のＲＦ電源６２０への帰還路を提供する。設備管路６４０は、設備要素のための通路を提供する。設備要素のさらなる詳細は、米国特許第５，９４８，７０４号および米国特許出願第２００８／０１７１４４４号（共に、すべての目的のためのその全体が参照によって本明細書に組み込まれる）に記載されているため、記載を簡単にするため、本明細書では省略する。ギャップ６１０は、閉じこめリングアセンブリ（図示せず）によって囲まれていることが好ましく、その詳細は、米国特許公開第２００７／０２８４０４５号（すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
管路支持プレート６３８は、作動機構６４２に取り付けられている。作動機構の詳細は、米国特許公開第２００８／０１７１４４４号（すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。作動機構６４２（サーボモータ、ステッピングモータなど）は、例えば、ネジ歯車６４６（ボールネジおよびボールネジを回転させるためのモータなど）によって、垂直リニアベアリング６４４に取り付けられる。ギャップ６１０のサイズを調整するための動作の間、作動機構６４２は、垂直リニアベアリング６４４に沿って移動する。図６Ａは、作動機構６４２がリニアベアリング６４４の高位置にある結果、小さいギャップ６１０ａが生じる場合の構成を示す。図６Ｂは、作動機構６４２がリニアベアリング６４４の中間位置にある場合の構成を示す。図に示すように、下側電極６０６、ＲＦバイアスハウジング６３０、管路支持プレート６３８、ＲＦ電源６２０はすべて、チャンバハウジング６０４および上側電極６０８に対して、より低く移動されているため、結果として、中間サイズのギャップ６１０ｂが生じる。
図６Ｃは、作動機構６４２がリニアベアリングの低位置にある場合の大きいギャップ６１０ｃを示す。上側電極６０８および下側電極６０６は、ギャップ調整の間も同軸を維持し、ギャップの両側にある上側電極および下側電極の対向面は、平行を維持することが好ましい。
この実施形態によれば、複数工程のエッチング処理中のＣＣＰチャンバ６０２内の下側電極６０６および上側電極６０８の間のギャップ６１０を、例えば、３００ｍｍウエハまたは平面パネルディスプレイなど、大直径の基板にわたって均一なエッチングを維持するために、調整することが可能である。特に、この実施形態は、下側電極６０６および上側電極６０８の間に調整可能なギャップを提供するのに必要な線形の動きを容易にするための機械的な構成に関する。
図６Ａは、近位端で管路支持プレート６３８に対して、そして、遠位端でチャンバ壁プレート６１８の段付きフランジ６２８に対してシールされた軸直角変位ベローズ６５０を示す。段付きフランジの内径は、ＲＦバイアスハウジングアーム６３４を通すチャンバ壁プレート６１８の開口部６１２を規定する。軸直角変位ベローズ６５０は、真空シールを提供すると共に、ＲＦバイアスハウジング６３０、管路支持プレート６３８、および、作動機構６４２の垂直移動を許容する。ＲＦバイアスハウジング６３０、管路支持プレート６３８、および、作動機構６４２は、片持梁アセンブリと呼んでもよい。好ましくは、ＲＦ電源６２０は、片持梁アセンブリと共に移動し、管路支持プレート６３８に取り付けられてよい。図６Ｂは、片持梁アセンブリが中間位置にある時に中立位置にあるベローズ６５０を示す。図６Ｃは、片持梁アセンブリが低位置にある時に軸直角方向に変位したベローズ６５０を示す。
ラビリンスシール６４８が、ベローズ６５０とプラズマ処理チャンバハウジング６０４の内部との間に粒子バリアを提供する。チャンバハウジング６０４の内壁のチャンバ壁プレート６１８に、固定シールド６５６を固定することで、ラビリンス溝６６０（スロット）が提供されており、そのラビリンス溝６６０内で、移動可能なシールドプレート６５８が、片持梁アセンブリの垂直の動きに対応して垂直移動する。移動可能なシールドプレート６５８の外側部は、下側電極６０６がどの垂直位置にあっても、スロット内に残る。
図の実施形態において、ラビリンスシール６４８は、チャンバ壁プレート６１８の開口部６１２においてチャンバ壁プレート６１８の内面に取り付けられてラビリンス溝６６０を規定する固定シールド６５６を備える。移動可能なシールドプレート６５８は、ＲＦバイアスハウジングのアーム６３４がチャンバ壁プレート６１８の開口部６１２を通過する位置で、アーム６３４から放射状に伸びるように取り付けられる。移動可能なシールドプレート６５８は、ラビリンス溝６６０内に伸びると共に、第１ギャップだけ固定シールド６５６から離間され、第２ギャップだけチャンバ壁プレート６１８の内壁から離間されていることにより、片持梁アセンブリが垂直に移動することを許容する。ラビリンスシール６４８は、ベローズ６５０から砕けた粒子が、真空チャンバの内部に進入することを防ぎ、処理ガスプラズマからのラジカルがベローズ６５０に移動すると堆積物を形成して後に砕ける場合があることから、その移動を防止する。
図６Ａは、片持梁アセンブリが高位置にある（小さいギャップ６１０ａである）時に、移動可能なシールドプレート６５８が、ＲＦバイアスハウジングアーム６３４の上方のラビリンス溝６６０内で高位置にある様子を示す。図６Ｃは、片持梁アセンブリが低位置にある（大きいギャップ６１０ｃである）時に、移動可能なシールドプレート６５８が、ＲＦバイアスハウジングアーム６３４の上方のラビリンス溝６６０内で低位置にある様子を示す。図６Ｂは、片持梁アセンブリが中間位置にある（中間のギャップ６１０ｂである）時に、移動可能なシールドプレート６５８が、ラビリンス溝６６０内で中立すなわち中間位置にある様子を示す。ラビリンスシール６４８は、ＲＦバイアスハウジングアーム６３４に関して対称であることが図示されているが、別の実施形態では、ＲＦバイアスアーム６３４に関して非対称であってもよい。
エッチング動作で利用される誘導結合プラズマリアクタ
本明細書に記載のマイクロ波アンテナフェーズドアレイ（ＰＡＭＡ）およびマイクロ波集束技術は、上述のように基板表面付近の局所的なプラズマ密度を調整および／または制御するために、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタで用いられてもよい。ＩＣＰリアクタのさらなる説明については、２０１３年１２月１０日出願の米国特許公開第２０１４／０１７０８５３号「ＩＭＡＧＥ ＲＥＶＥＲＳＡＬ ＷＩＴＨ ＡＨＭ ＧＡＰ ＦＩＬＬ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ」、および、２０１４年１１月１２日出願の米国特許出願第１４／５３９，１２１号「ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴ ＯＦ ＶＵＶ ＥＭＩＳＳＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＬＡＳＭＡ ＶＩＡ ＣＯＬＬＩＳＩＯＮＡＬ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＥＮＥＲＧＹ ＴＲＡＮＳＦＥＲ ＴＯ ＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＡＢＳＯＲＢＥＲ ＧＡＳ」に記載されており、それぞれ、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
例えば、図７は、本明細書の特定の実施形態を実施するのに適した誘導結合プラズマエッチング装置７００の断面を概略的に示しており、エッチング装置の一例は、カリフォルニア州フレモントラムリサーチ社製のＫｉｙｏ（商標）リアクタである。誘導結合プラズマエッチング装置７００は、チャンバ壁７０１および窓７１１によって構造的に規定された全面エッチングチャンバを備える。チャンバ壁７０１は、ステンレス鋼またはアルミニウムから製造されてよい。窓７１１は、石英、セラミック、または、その他の誘電材料から製造されてよい。任意選択的な内部プラズマグリッド７５０が、全面エッチングチャンバを上側サブチャンバ７０２および下側サブチャンバ７０３に分割する。ほとんどの実施形態において、プラズマグリッド７５０を取り除くことにより、サブチャンバ７０２および７０３でできたチャンバ空間を利用することができる。チャック７１７が、下側サブチャンバ７０３内で底部内面付近に配置されている。チャック７１７は、エッチング処理が実行される半導体ウエハ７１９を受けて保持するように構成されている。チャック７１７は、ウエハの存在時にウエハ７１９を支持するための静電チャックでありうる。いくつかの実施形態では、エッジリング（図示せず）が、チャック７１７を取り囲んでおり、ウエハがチャック７１７上に存在する時にウエハ７１９の上面とほぼ同一平面上にある上面を有する。チャック７１７は、ウエハをチャックおよびデチャックするための静電電極も備える。フィルタおよびＤＣクランプ電源（図示せず）が、そのために提供されてよい。ウエハ７１９をチャック７１７から持ち上げるための他の制御システムも準備されうる。チャック７１７は、ＲＦ電源７２３を用いて帯電されうる。ＲＦ電源７２３は、接続７２７を通して整合回路７２１に接続される。整合回路７２１は、接続７２５を通してチャック７１７に接続される。このように、ＲＦ電源７２３が、チャック７１７に接続されている。
プラズマ生成のための要素には、窓７１１の上方に配置されたコイル７３３が含まれる。コイル７３３は、導電材料から製造され、少なくとも１つの完全な巻きを含む。図７に示すコイル７３３の例は、３回の巻きを含む。コイル７３３の断面が記号で示されており、「Ｘ」のコイルは、紙面の表から裏に向かって回転して伸び、「●」のコイルは、紙面の裏から表に向かって回転して伸びている。プラズマ生成のための要素には、コイル７３３にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源７４１も含まれる。一般に、ＲＦ電源７４１は、接続７４５を通して整合回路７３９に接続される。整合回路７３９は、接続７４３を通してコイル７３３に接続される。このように、ＲＦ電源７４１が、コイル７３３に接続されている。任意選択的なファラデーシールド７４９が、コイル７３３と窓７１１との間に配置されている。ファラデーシールド７４９は、コイル７３３に対して離間された関係に維持される。ファラデーシールド７４９は、窓７１１の直上に配置される。コイル７３３、ファラデーシールド７４９、および、窓７１１は、各々、互いに実質的に水平になるように構成される。ファラデーシールドは、金属またはその他の種がプラズマチャンバの誘電体窓上に蒸着することを防ぎうる。
処理ガス（例えば、ヘリウム、ネオン、エッチャントなど）が、上側チャンバ内に配置された１または複数の主要ガス流入口７６０および／または１または複数の側方ガス流入口７７０を通して処理チャンバに流されてよい。同じように、明示されていないが、同様のガス流入口が、図６Ａ〜図６Ｃに示した容量結合プラズマ処理チャンバに処理ガスを供給するために用いられてよい。真空ポンプ（例えば、１または２段の機械的乾式ポンプおよび／またはターボ分子ポンプ）７４０が、処理チャンバ７２４から処理ガスを引き出すため、および、処理チャンバ７００内の圧力を維持するために用いられてよい。バルブ制御された導管が、真空ポンプを処理チャンバに流体接続して、真空ポンプによって提供される真空環境の印加を選択的に制御するために用いられてよい。これは、動作プラズマ処理中、スロットルバルブ（図示せず）または振り子バルブ（図示せず）などの閉ループ制御された流量制限装置を用いて行われてよい。同様に、真空ポンプ、および、図６Ａ〜図６Ｃの容量結合プラズマ処理チャンバへのバルブ制御された流体接続が、用いられてもよい。
装置の動作中、１または複数の処理ガスが、ガス流入口７６０および／または７７０を通して供給されてよい。特定の実施形態において、処理ガスは、主要ガス流入口７６０を通してのみ、または、側方ガス流入口７７０を通してのみ供給されてよい。いくつかの場合、図に示したガス流入口は、例えば、より複雑なガス流入口、１または複数のシャワーヘッドと置き換えられてもよい。ファラデーシールド７４９および／または任意選択的なグリッド７５０は、チャンバへの処理ガスの供給を可能にする内部チャネルおよび孔を備えてよい。ファラデーシールド７４９および任意選択的なグリッド７５０の一方または両方が、処理ガスの供給のためのシャワーヘッドとして機能してよい。
高周波電力が、ＲＦ電源７４１からコイル７３３へ供給されることで、ＲＦ電流がコイル７３３を流れる。コイル７３３を流れるＲＦ電流は、コイル７３３の周りに電磁場を生成する。電磁場は、上側サブチャンバ７０２内で誘導電流を発生させる。生成された様々なイオンおよびラジカルとウエハ７１９との物理的および化学的な相互作用が、ウエハのフィーチャを選択的にエッチングする。
上側サブチャンバ７０２および下側サブチャンバ７０３の両方が存在するようにプラズマグリッドが利用される場合、誘導電流は、上側サブチャンバ７０２に存在するガスに作用して、上側サブチャンバ７０２内で電子イオンプラズマを生成する。任意選択的な内部プラズマグリッド７５０は、下側サブチャンバ７０３内のホットエレクトロンの量を制限する。いくつかの実施形態において、装置は、下側サブチャンバ７０３に存在するプラズマがイオン−イオンプラズマになるように設計および動作される。
上側の電子−イオンプラズマおよび下側のイオン−イオンプラズマは両方とも、正イオンおよび負イオンを含むが、イオン−イオンプラズマの方が、正イオンに対する負イオンの比が大きい。揮発性のエッチング副生成物が、ポート７２２を通して下側サブチャンバ７０３から除去されてよい。
本明細書に開示されたチャック７１７は、約１０℃〜約２５０℃の範囲の高温で動作されてよい。温度は、エッチング処理動作および個々のレシピに依存する。いくつかの実施形態において、チャンバ７０１は、約１ｍＴｏｒｒ〜約９５ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で動作してもよい。特定の実施形態において、圧力は、上述のようにより高くてもよい。
チャンバ７０１は、クリーンルームまたは製造施設に設置される時に、設備（図示せず）に接続されてよい。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および、環境粒子制御を提供する配管を備える。これらの設備は、対象となる製造施設に設置される時に、チャンバ７０１に接続される。さらに、チャンバ７０１は、典型的なオートメーションを用いてロボット技術により半導体ウエハをチャンバ７０１の内外に移送することを可能にする移送チャンバに接続されてよい。
いくつかの実施形態において、１または複数のフィジカルコントローラまたはロジックコントローラを備えうるシステムコントローラ７３０（例えば、後述するようなコントローラ）が、上述のように局所的なプラズマ密度（および反応速度）を調整および／または制御するための１または複数の操作可能なマイクロ波放射ビームを提供するために、ＰＡＭＡの各アンテナから放射されたマイクロ波放射の位相および／または振幅および／または方向を制御するなど、処理ステーションに関連する１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイの動作を含め、エッチングチャンバの動作の一部または全部を制御してよい。システムコントローラ７３０は、１または複数のメモリデバイスと、１または複数のプロセッサとを備えてよい。
統合測定ツールを有するクラスタツール
図８は、真空移送モジュール８３８（ＶＴＭ：ｖａｃｕｕｍ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）に接続された様々なモジュールを備えた半導体処理クラスタツール８００の図である。複数の保管設備および処理モジュールの間でウエハを「移送する」移送モジュールの配置は、「クラスタツール構造」システムと称されることがある。エアロック８３０（ロードロックまたは移送モジュールとしても知られる）が、４つの処理モジュール８２０ａ〜８２０ｄと共にＶＴＭ８３８内に図示されており、処理モジュールは、様々な製造処理を実行するために個別に最適化されうる。
例えば、処理モジュール８２０ａ〜８２０ｄは、基板エッチング（ＡＬＥ処理による一次元または二次元のパターンのエッチングなど）、蒸着（原子層蒸着（ＡＬＤ）処理による共形膜の蒸着など）、イオン注入、ウエハ洗浄、ウエハ平坦化、スパッタリング、および／または、その他の半導体処理を実行するために実装されてよい。したがって、例えば、処理モジュールは、（上述の）誘導結合プラズマリアクタまたは（上述の容量結合プラズマリアクタであってよい。
いくつかの実施形態において、基板処理モジュールの内の１または複数（８２０ａ〜８２０ｄのいずれか）が、クラスタツール上の他のウエハ処理モジュールの動作を調整および／または制御するために利用できるウエハ測定データを取得することに特化してもよい。例えば、ウエハ測定ツールモジュールが、エッチング動作後の１または複数の基板フィーチャの１または複数の特性を測定してよく、次いで、結果として得られたデータは、クラスタツール上で実行されるさらなるエッチング動作で処理パラメータ（例えば、ＡＬＥ処理を活性化するために用いられるプラズマ中のヘリウムおよびネオンの相対的比率など）を調整するために用いられてよい。特定のかかる実施形態において、測定モジュール／ツールによって測定される基板フィーチャは、半導体基板のフィーチャのエッチングプロファイルであってよい。
図８に示したのと同様のクラスタツール上で実行されるいくつかのエッチング動作において、エッチング動作中に測定が行われてよく、測定値は、同じエッチングの進行中および／または（例えば、異なる基板への）次のエッチング動作中に、１または複数の処理パラメータを調整および／または制御する方法を決定するために分析されてよい。例えば、誘導結合プラズマリアクタまたは容量結合プラズマリアクタは、例えば、ＡＬＥ表面反応を活性化するために用いられたプラズマからの、１または複数の可視光線、赤外線、紫外線（ＵＶ）、および／または、真空紫外線の放射帯域からの放射強度を測定するための光学検出器を用いてよい。いくつかの実施形態において、測定された放射強度は、本明細書に記載のように、ＡＬＥ動作で用いられるヘリウム−ネオンプラズマ中のヘリウムおよびネオンの相対濃度を調整するために分析および利用されうる。
図８を参照すると、エアロック８３０および処理モジュール８２０は、「ステーション」と呼ばれてもよい。各ステーションは、ステーションをＶＴＭ８３８とつなぐファセット８３６を有する。各ファセットにおいて、ウエハがそれぞれのステーションの間で移動された時にウエハ８２６の通過を検出するために、センサ１〜１８が用いられる。ロボット８２２が、ステーション間でウエハ８２６を移送する。一実施形態において、ロボット８２２は、１つのアームを有し、別の実施形態において、ロボット８２２は２つのアームを有し、各アームは、移送のためにウエハ（ウエハ８２６など）をつかむエンドエフェクタ８２４を有する。大気移送モジュール（ＡＴＭ：ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）８４０内のフロントエンドロボット８３２が、ロードポートモジュール（ＬＰＭ：Ｌｏａｄ Ｐｏｒｔ Ｍｏｄｕｌｅ）８４２内のカセットまたは前開き一体型ポッド（ＦＯＵＰ：Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）８３４からエアロック８３０へウエハ８２６を移送するために用いられる。処理モジュール８２０内のモジュールセンタ８２８が、ウエハ８２６を配置するための１つの場所となる。ＡＴＭ８４０内のアライナ８４４が、ウエハを整列させるために用いられる。
処理シーケンスの一例において、ウエハは、ＬＰＭ８４２内のＦＯＵＰ８３４の１つに配置される。フロントエンドロボット８３２は、ＦＯＵＰ８３４からアライナ８４４へウエハを移送し、アライナ８４４は、ウエハ８２６をエッチングまたは処理の前に適切に中心に配置することを可能にする。整列後、ウエハ８２６は、フロントエンドロボット８３２によってエアロック８３０へ移動される。エアロックモジュールは、ＡＴＭおよびＶＴＭの間で環境に合わせることができるので、ウエハ８２６は、損傷されることなしに２つの圧力環境の間で移動されうる。エアロックモジュール８３０から、ウエハ８２６は、ロボット８２２によってＶＴＭ８３８を通して、処理モジュール８２０ａ〜８２０ｄの１つに移動される。このウエハ移動を達成するために、ロボット８２２は、そのアームの各々にあるエンドエフェクタ８２４を用いる。ウエハ８２６は、処理されると、ロボット８２２によって処理モジュール８２０ａ〜８２０ｄからエアロックモジュール８３０へ移動される。ここから、ウエハ８２６は、フロントエンドロボット８３２によってＦＯＵＰ８３４の１つまたはアライナ８４４へ移動されてよい。
クラスタツールの動作を制御するために（例えば、クラスタツール上の様々なステーション間での基板の移動を制御するために）、（以下に記載のような）システムコントローラが用いられてよいことに注意されたい。システムコントローラは、クラスタ構造にローカルに配置されてもよいし、製造フロア内でクラスタツールの外側すなわち離れた位置に配置され、ネットワークを介してクラスタ構造に接続されてもよい。
システムコントローラ
上述の処理装置のいずれかにおける蒸着動作またはエッチング動作（または、その他の処理動作）を制御するために、システムコントローラが用いられてよい。いくつかの実施形態において、システムコントローラは、上述のように局所的なプラズマ密度（および蒸着またはエッチングの反応速度）を調整および／または制御するための１または複数の操作可能なマイクロ波放射ビームを提供するために、アレイの各アンテナから放射されたマイクロ波放射の位相および／または振幅および／または方向を制御するなど、処理ステーションに関連する１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイの動作を制御してよい。
したがって、例えば、蒸着装置（図４Ｂに示したものなど）に関しては、システムコントローラ４５０が、処理ツール４４０およびその処理ステーションの処理条件およびハードウェア状態を制御するために用いられてよい。システムコントローラ４５０は、１または複数のメモリデバイス４５６と、１または複数のマスストレージデバイス４５４と、１または複数のプロセッサ４５２と、を備えてよい。プロセッサ４５２は、１または複数のＣＰＵ、ＡＳＩＣ、汎用コンピュータ、および／または、専用コンピュータ、１または複数のアナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、１または複数のステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。
同様に、システムコントローラは、半導体基板エッチング装置（ＣＣＰリアクタを構成するものでもＩＣＰリアクタを構成するものでも）に関して用いられてもよく；同様に、かかるシステムコントローラは、上述のように局所的なプラズマ密度を調整および／または制御するための１または複数の操作可能なマイクロ波放射ビームを提供するために、アレイの各アンテナから放射されたマイクロ波放射の位相および／または振幅および／または方向を制御するなど、エッチングリアクタの１または複数の処理ステーションに関連する１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイの動作を制御してよい。
したがって、図８は、さらに、処理ツール８００およびその処理ステーションの処理条件およびハードウェア状態を制御するために用いられるシステムコントローラ８５０の一実施形態を示す。システムコントローラ８５０は、１または複数のメモリデバイス８５６と、１または複数のマスストレージデバイス８５４と、１または複数のプロセッサ８５２と、を備えてよい。プロセッサ８５２は、１または複数のＣＰＵ、ＡＳＩＣ、汎用コンピュータ、および／または、専用コンピュータ、１または複数のアナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、１または複数のステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。
いくつかの実施形態において、システムコントローラ（図４Ｂの４５０、図８の８５０）は、個々の処理ステーションの動作を含む処理ツール（図４Ｂの４５０、図８の８００）の動作の一部または全部を制御する。マシン読み取り可能なシステム制御命令（図４Ｂの４５８、図８の８５８）が、本明細書に記載の膜蒸着処理および／またはエッチング処理を実施／実行するために提供されてよい。命令は、システムコントローラに接続されうるおよび／またはシステムコントローラによって読み出されうるマシン読み取り可能な持続性の媒体で提供されてよい。命令は、プロセッサ（図４Ｂの４５２、図８の８５２）上で実行されてよく、システム制御命令は、いくつかの実施形態において、マスストレージデバイス（４５４、８５４）からメモリデバイス（４５６、８５６）にロードされる。システム制御命令は、タイミング；気体および液体反応物質の混合；チャンバおよび／またはステーションの圧力；チャンバおよび／またはステーションの温度；ウエハ温度；目標電力レベル；ＲＦ電力レベル（例えば、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル）；ＲＦ暴露時間；基板ペデスタル、チャック、および／または、サセプタの位置；ならびに、処理ツールによって実行される特定の処理の他のパラメータ、を制御するための命令を含んでよい。上述のように、処理ステーションに関連する１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイを動作させるための命令を含んでもよい。
半導体基板処理動作は、（表面に吸着したエッチャントのプラズマ活性化を含む原子層エッチング（ＡＬＥ）動作（例えば、２０１４年１１月１２日出願の米国特許出願第１４／５３９，１２１号「ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴ ＯＦ ＶＵＶ ＥＭＩＳＳＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＬＡＳＭＡ ＶＩＡ ＣＯＬＬＩＳＩＯＮＡＬ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＥＮＥＲＧＹ ＴＲＡＮＳＦＥＲ ＴＯ ＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＡＢＳＯＲＢＥＲ ＧＡＳ」を参照。これは、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる）による）基板上の薄膜のエッチングに関する処理、蒸着処理（表面に吸着した薄膜前駆体のプラズマ活性化による原子層蒸着（ＡＬＤ）など）、および、その他のタイプの基板処理動作を含むがこれらに限定されない様々なタイプの処理を利用しうる。
したがって、例えば、１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイを有するプラズマベースエッチング処理または蒸着処理を実行するための基板処理装置に関して、システムコントローラによって実行されるマシン読み取り可能な命令は、処理チャンバ内でプラズマを発生させるように構成されたプラズマ発生器を動作させるための命令と、さらに、チャンバにマイクロ波放射ビームを放射して、処理チャンバ内のプラズマに影響を与えるように構成された１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイを動作させるための命令と、を含んでよい。いくつかの実施形態において、コントローラは、放射されたマイクロ波放射ビームを操作するために、１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイを動作させてよい。コントローラは、１または複数のフェーズドアレイの２以上のアンテナから放射されたマイクロ波放射の相対位相を変化させることによって、操作を実現しうる。コントローラは、１または複数のフェーズドアレイの２以上のアンテナから放射されたマイクロ波放射の相対振幅を変化させることによって、操作を実現してもよい。さらに、いくつかの実施形態において、基板処理装置は、プラズマベース処理動作で用いられるプラズマからの光学放電を測定するための光学検出器を有してよく、コントローラは、プラズマの放射帯域の放射強度を測定するために光学検出器を動作させてよく、特定のかかる実施形態では、測定値に応じて、フェーズドアレイから放射されたマイクロ波放射の位相および／または振幅および／または方向を変化させてよい（および／または、その他の処理条件を調整してよい）。
システム制御命令（図４Ｂの４５８、図８の８５８）は、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールの処理を実行するために必要な処理ツール構成要素の動作を制御するために、様々な処理ツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。システム制御命令は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラム言語でコードされてよい。いくつかの実施形態において、システム制御命令は、ソフトウェアで実装され、別の実施形態において、命令は、ハードウェアで実装されてもよく（例えば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）内にロジックとしてハードコードされる）、また、別の実施形態において、ソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせとして実装されてもよい。
いくつかの実施形態において、システム制御ソフトウェア（図４Ｂの４５８、図８の８５８）は、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を備えてよい。例えば、１または複数の蒸着および／またはエッチング処理の各段階が、システムコントローラによる実行のための１または複数の命令を備えてよい。例えば、薄膜蒸着および／またはエッチング処理段階のための処理条件を設定するための命令が、対応する蒸着および／またはエッチングレシピ段階に含まれてよい。いくつかの実施例において、レシピ段階は、連続的に配列されてよく、その結果、処理段階のためのすべての命令が、その処理段階と同時に実行される。
システムコントローラ８５０に関連するマスストレージデバイス８５４および／またはメモリデバイス８５６（または、図４Ｂに関しては、システムコントローラ４５０に関連するマスストレージデバイス４５４および／またはメモリデバイス４５６）に格納された他のコンピュータ読み取り可能な命令および／またはプログラムが、いくつかの実施形態で用いられてもよい。プログラムまたはプログラムセクションの例は、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、および、プラズマ制御プログラムを含む。
基板位置決めプログラムは、基板をペデスタル（例えば，図４Ｂの４０８を参照：さらに、図５の５０８を参照）上にロードすると共に基板と処理ツールの他の部品との間の間隔を制御するために用いられる処理ツール構成要素のための命令を備えてよい。位置決めプログラムは、基板上に薄膜を蒸着および／またはエッチングするために、必要に応じて、反応チャンバに基板を適切に出し入れするための命令を備えてよい。
処理ガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するため、ならびに、任意選択的に、蒸着および／またはエッチングの前に１または複数の処理ステーションの周りの空間内にガスを流して、これらの空間内の圧力を安定させるための命令を備えてよい。いくつかの実施形態において、処理ガス制御プログラムは、基板への薄膜蒸着および／またはエッチング動作中に処理チャンバ内の１または複数の処理ステーションの周りの空間に特定のガスを導入するための命令を備えてもよい。処理ガス制御プログラムは、さらに、蒸着される薄膜の組成および／または含まれるエッチング処理の性質に応じて、同じ持続時間、同じ流量、もしくは、異なる流量および／または異なる持続時間で、これらのガスを供給するための命令を備えてもよい。処理ガス制御プログラムは、さらに、加熱された注入モジュール内で、ヘリウムまたはその他の搬送ガスの存在下で、液体反応物質を霧化／気化させるための命令を備えてもよい。
圧力制御プログラムは、例えば、処理ステーションの排気システムのスロットルバルブ、処理ステーションへのガス流量などを調節することにより、処理ステーション内の圧力を制御するための命令を備えてよい。圧力制御プログラムは、基板への様々な薄膜タイプの蒸着中および／または基板のエッチング中に、同じまたは異なる圧力を維持するための命令を備えてよい。
ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために用いられる加熱ユニットへの電流を制御するための命令を備えてよい。代替的または追加的に、ヒータ制御プログラムは、基板への熱伝達ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してもよい。ヒータ制御プログラムは、基板への様々な薄膜タイプの蒸着および／または基板のエッチング中に、反応チャンバ内および／または処理ステーションの周りの空間内で、同じまたは異なる温度を維持するための命令を備えてよい。
プラズマ制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って、１または複数の処理ステーションにおけるＲＦ電力レベル、周波数、および、暴露時間を設定するための命令を備えてよい。いくつかの実施形態において、プラズマ制御プログラムは、基板への薄膜蒸着および／または基板のエッチング中に、同じまたは異なるＲＦ電力レベルおよび／または周波数および／または暴露時間を利用するための命令を備えてよい。
いくつかの実施形態において、システムコントローラに関連したユーザインターフェースがあってもよい。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。
いくつかの実施形態において、システムコントローラによって調整されるパラメータは、処理条件に関してよい。非限定的な例は、処理ガスの組成および流量、温度（例えば、基板ホルダおよびシャワーヘッドの温度）、圧力、プラズマ条件（ＲＦバイアス電力レベルおよび暴露時間）などを含む。さらなるパラメータが、１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイから放射されたマイクロ波放射の振幅および位相に関してよい。さらに、パラメータは、個々に、１または複数のアレイの各アンテナから放射されたマイクロ波放射の振幅および／または位相および／または方向を制御することに関してよい。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを用いて入力されうる。
処理を監視するための信号が、様々な処理ツールセンサから、システムコントローラのアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてよい。処理を制御するための信号が、処理ツールのアナログおよびデジタル出力接続で出力されてよい。監視されうる処理ツールセンサの非限定的な例は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、圧力センサ（マノメータなど）、温度センサ（熱電対など）などを含む。ウエハ表面付近の局所的プラズマ密度を調整および／または制御するための１または複数のマイクロ波アンテナフェーズドアレイを有するエッチング装置において、装置のセンサは、プラズマの密度および／または電力／レベルを測定するために、プラズマからのスペクトル放電を監視するための光学放射センサを備えてよい。適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズムおよび制御アルゴリズムが、処理条件を維持するためにこれらのセンサからのデータと共に用いられてよい。
上述の様々な装置および方法は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールおよび／または処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、共通の製造施設で一緒および／または同時に、かかるツールが利用され、また、処理が実行される。
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール（誘導結合プラズマまたは容量結合プラズマを用いるもの）、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
ＡＬＤ技術および蒸着膜のさらなる詳細な説明
上述のように、ＩＣデバイスサイズが縮小し続け、ＩＣが三次元トランジスタおよびその他の三次元構造の利用に移行しているので、正確な量（厚さ）の共形薄膜材料（特に誘導体だが、様々なドーパント含有材料も）を蒸着できることが、ますます重要になっている。原子層蒸着（ＡＬＤ）は、所望の膜厚を達成するために、通例は複数サイクルの蒸着を含む共形薄膜蒸着を実行するための一技術である。
薄膜を蒸着させるために熱的に活性化された気相反応を用いる化学蒸着（ＣＶＤ）処理とは対照的に、ＡＬＤ処理は、表面媒介性の蒸着反応を用いて、一層ずつ薄膜を蒸着する。例えば、或る種のＡＬＤ処理では、第１の薄膜前駆体（Ｐ１）が気相で処理チャンバ内に導入され、基板に暴露され、基板の表面（通例、一群の表面活性部位）上に吸着することを許容される。Ｐ１の分子の一部は、Ｐ１の化学吸着種および物理吸着分子を含む凝集相を基板表面上に形成しうる。次いで、基板表面の周りの空間は、化学吸着種だけが残るように、気相および物理吸着したＰ１を除去するために排気される。次いで、第２の薄膜前駆体（Ｐ２）が、基板表面にＰ２分子の一部を吸着させるように、処理チャンバに導入されてよい。処理チャンバ内の基板の周りの空間は、ここで未結合のＰ２を除去するために、再び排気されてよい。その後、基板に供給されたエネルギ（例えば、熱エネルギまたはプラズマエネルギ）が、Ｐ１およびＰ２の吸着分子の間の表面反応を活性化し、薄膜層を形成する。最後に、基板の周りの空間は、未反応のＰ１および／またはＰ２および／または反応副生成物が存在する場合にそれらを除去するために再び排気され、１回のＡＬＤサイクルが終了する。
様々な化学物質を有する共形薄膜を蒸着させるためのＡＬＤ技術と、基本的なＡＬＤ処理シーケンスの多くの変形例については、２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３９９号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４０５）、２０１１年９月２３日出願の米国特許出願第１３／２４２，０８４号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」すなわち米国特許第８，６３７，４１１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４２７号）、２０１１年９月１日出願の米国特許出願第１３／２２４，２４０号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４２８号）、および、２０１２年９月７日出願の米国特許出願第１３／６０７，３８６号「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＯＰＩＮＧ ＶＩＡ ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４８８号）に詳細に記載されており、これらの各々は、参照によって全ての目的で本明細書に組み込まれる。これらの先行出願に記載のように、基板上に単一の材料層を蒸着させるための基本的なＡＬＤサイクルは、以下を含んでよい：（ｉ）吸着制限層を形成するように処理ステーションで薄膜前駆体を基板上に吸着させる動作、（ｉｉ）存在する場合に、処理ステーションの近傍から未吸着の前駆体（脱着した前駆体を含むと定義された「未吸着の前駆体」）を除去する動作、（ｉｉｉ）基板上に薄膜の層を形成するように、吸着した前駆体を反応させる動作、ならびに、随意的に（ｉｖ）処理ステーションの近傍から、脱着した薄膜前駆体および／または反応副生成物を除去する動作。動作（ｉｉ）および（ｉｖ）における除去は、基板の周りの空間をパージする、排気する、ベース圧力までポンプダウンする（「ベースへのポンピング」）などによって行われてよい。いくつかの実施形態において、パージガスは、主要プラズマフィードガスと同じであってよい。上述の一連の動作（ｉ）ないし（ｉｖ）は、単一の薄膜層の形成をもたらす１回のＡＬＤサイクルを表す。ただし、ＡＬＤによって形成された単一の薄膜層は、通例、非常に薄い（しばしば、１分子の厚さのみである）ため、適切な厚さの薄膜を形成するために、複数回のＡＬＤサイクルが、順次繰り返される。したがって、例えばＮ層の薄膜（または、等価に、Ｎの薄膜層ともいう）が蒸着されることが望ましい場合、複数回のＡＬＤサイクル（動作（ｉ）〜（ｉｖ））が、Ｎ回順次繰り返されてよい。
動作（ｉ）ないし（ｉｖ）のこの基本的なＡＬＤシーケンスは、上述の例のように２つの化学吸着した反応種Ｐ１およびＰ２を含む必要も、第２の反応種を含む必要もないが、これらの可能性／選択肢は、含まれる所望の蒸着化学物質に応じて用いられてもよいことに注意されたい。
しかしながら、ＡＬＤの吸着制限される性質により、１回のＡＬＤサイクルで蒸着されるのは、１つの材料薄膜のみであり、しばしば、材料の１つの単分子層のみである。例えば、薄膜前駆体供給動作の暴露時間および（基板表面への）薄膜前駆体の付着係数に応じて、各ＡＬＤサイクルは、約０．５から３オングストローム厚だけの薄膜層を蒸着しうる。したがって、典型的なＡＬＤサイクル内の一連の動作（上述の動作（ｉ）ないし（ｉｖ））は、一般に、所望の厚さの共形薄膜を形成するために、複数回繰り返される。したがって、いくつかの実施形態において、動作（ｉ）ないし（ｉｖ）は、少なくとも１回、少なくとも２回、少なくとも３回、少なくとも５回、少なくとも７回、または、少なくとも１０回連続で繰り返される。ＡＬＤ薄膜は、ＡＬＤサイクルごとに約０．１Åから２．５Åの間、ＡＬＤサイクルごとに約０．２Åから２．０Åの間、ＡＬＤサイクルごとに約０．３Åから１．８Åの間、ＡＬＤサイクルごとに約０．５Åから１．５Åの間、ＡＬＤサイクルごとに約０．１Åから１．５Åの間、ＡＬＤサイクルごとに約０．２Åから１．０Åの間、ＡＬＤサイクルごとに約０．３Åから１．０Åの間、または、ＡＬＤサイクルごとに約０．５Åから１．０Åの間、の割合で蒸着されうる。
一部の薄膜形成化学物質では、「薄膜前駆体」と呼ばれるものに加えて、補助反応物質または共反応物質が用いられてもよい。特定のかかる実施形態において、補助反応物質または共反応物質は、上記の工程が繰り返される際に、工程（ｉ）ないし（ｉｖ）の一部の間または工程（ｉ）ないし（ｉｖ）の各々を通して、連続的に流されてよい。いくつかの実施形態において、この他の反応化学種（補助反応物質、共反応物質など）は、（上述の前駆体Ｐ１およびＰ２を含む例のように）薄膜前駆体との反応の前に薄膜前駆体を有する基板表面上に吸着されてよいが、別の実施形態においては、それ自体が、基板の表面上に事前に吸着することなしに、吸着した薄膜前駆体と接触した時に反応してもよい。また、いくつかの実施形態において、吸着した薄膜前駆体を反応させる動作（ｉｉｉ）は、吸着した薄膜前駆体をプラズマに接触させることを含んでよい。プラズマは、基板表面上での薄膜形成反応を促進するためのエネルギを提供しうる。特定のかかる実施形態において、プラズマは、適切なＲＦ電力を印加して反応チャンバ内で生成された酸化プラズマであってよい（ただし、いくつかの実施形態では、遠隔で生成されてもよい）。別の実施形態では、酸化プラズマの代わりに、不活性プラズマが用いられてもよい。酸化プラズマは、１または複数の酸化剤（Ｏ２、Ｎ２Ｏ、または、ＣＯ２など）から形成されてよく、１または複数の希釈剤（Ａｒ、Ｎ２、または、Ｎｅなど）を任意選択的に含んでもよい。別の実施形態では、酸化プラズマは、Ｏ２およびＡｒから形成される。適切な不活性プラズマが、１または複数の不活性ガス（ＨｅまたはＡｒなど）から形成されうる。ＡＬＤ処理に関するさらなる変形例については、上述の先行特許出願（参照によって組み込まれている）に詳述されている。
いくつかの実施形態では、多層の蒸着薄膜が、例えば、或る組成を有する複数の層を連続的に共形蒸着し、次いで、別の成分を有する複数の層を共形蒸着し、その後、これら２つのシーケンスを潜在的に繰り返して交互に行うことによって形成された交互の組成を持つ領域／部分を含んでよい。蒸着ＡＬＤ膜のこれらの態様の一部は、例えば、２０１２年９月７日出願の米国特許出願第１３／６０７，３８６号「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＯＰＩＮＧ ＶＩＡ ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４８８）に記載されており、この出願は、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。交互の組成を持つ部分を有する共形膜のさらなる例（下側のターゲットＩＣ構造または基板領域にドープするために用いられる膜など）と、これらの膜の形成方法については、以下に詳述されている：２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３９９号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４０５）；２０１１年９月２３日出願の米国特許出願第１３／２４２，０８４号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、すなわち、米国特許第 ８，６３７，４１１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４２７）；２０１１年９月１日出願の米国特許出願第 １３／２２４，２４０号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４２８）；２０１２年９月７日出願の米国特許出願第１３／６０７，３８６号「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＯＰＩＮＧ ＶＩＡ ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４８８）；および、２０１４年２月２８日出願の米国特許出願第１４／１９４，５４９号「ＣＡＰＰＥＤ ＡＬＤ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＤＯＰＩＮＧ ＦＩＮ−ＳＨＡＰＥＤ ＣＨＡＮＮＥＬ ＲＥＧＩＯＮＳ ＯＦ ３−Ｄ ＩＣ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ」；これらは各々、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
上で参照した明細書で詳述されているように、ＡＬＤ処理は、しばしば、共形の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を蒸着させるために用いられるが、先述の組み込まれた明細書にも開示されているように、他の化学物質の共形誘電体膜を蒸着させるために用いられてもよい。ＡＬＤで形成された誘電体薄膜は、いくつかの実施形態において、炭化シリコン（ＳｉＣ）材料、窒化シリコン（ＳｉＮ）材料、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）材料、または、それらの組み合わせを含んでよい。シリコン−炭素−酸化物およびシリコン−炭素−酸窒化物、ならびに、シリコン−炭素−窒化物が、いくつかの実施形態のＡＬＤ形成された薄膜に形成されてもよい。これらのタイプの膜を蒸着する方法、技術、および、動作については：２０１２年６月１２日出願の米国特許出願第１３／４９４，８３６号「ＲＥＭＯＴＥ ＰＬＡＳＭＡ ＢＡＳＥＤ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＳｉＯＣ ＣＬＡＳＳ ＯＦ ＦＩＬＭＳ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４６６／ＮＶＬＳ００３７２２）；２０１３年５月３１日出願の米国特許出願第１３／９０７，６９９号「ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＯＢＴＡＩＮ ＳｉＣ ＣＬＡＳＳ ＯＦ ＦＩＬＭＳ ＯＦ ＤＥＳＩＲＥＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＦＩＬＭ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ」（代理人整理番号ＬＡＭＲＰ０４６／３１４９）；米国特許出願第１４／０６２，６４８号「ＧＲＯＵＮＤ ＳＴＡＴＥ ＨＹＤＲＯＧＥＮ ＲＡＤＩＣＡＬ ＳＯＵＲＣＥＳ ＦＯＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＳＩＬＩＣＯＮ−ＣＡＲＢＯＮ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＦＩＬＭＳ」；および、２０１４年２月２８日出願の米国特許出願第１４／１９４，５４９号「ＣＡＰＰＥＤ ＡＬＤ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＤＯＰＩＮＧ ＦＩＮ−ＳＨＡＰＥＤ ＣＨＡＮＮＥＬ ＲＥＧＩＯＮＳ ＯＦ ３−Ｄ ＩＣ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ」に詳述されており、これらは各々、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。
ＡＬＤによる膜蒸着の他の例は、上で列挙して参照によって組み込まれた特許出願に記載されるように、ドーパント含有膜を蒸着させるための化学物質を含む（米国特許出願第１３／０８４，３９９号、第１３／２４２，０８４号、第１３／２２４，２４０号、および、第１４／１９４，５４９号）。それらに記載されているように、様々なドーパント含有薄膜前駆体が、ホウ素ドープケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、リンドープケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素リンドープケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、ヒ素（Ａｓ）ドープケイ酸塩ガラス（ＡＳＧ）などのドーパント含有膜を形成するために用いられてよい。ドーパント含有膜は、Ｂ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ｐ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ５などを含みうる。したがって、ホウ素以外のドーパントを有するドーパント含有膜が実現可能である。例としては、ガリウム、リン、または、ヒ素ドーパント、もしくは、半導体基板のドープに適切な他の元素（他のＩＩＩ価およびＶ価の元素など）が含まれる。
ＡＬＤ処理条件に関して、ＡＬＤ処理は、様々な温度で実行されてよい。いくつかの実施形態において、ＡＬＤ反応チャンバ内の適切な温度は、約２５℃から４５０℃の間、約５０℃から３００℃の間、約２０℃から４００℃の間、約２００℃から４００℃の間、または、約１００℃から３５０℃の間、の範囲でありうる。
同様に、ＡＬＤ処理は、様々なＡＬＤ反応チャンバ圧力で実行されてよい。いくつかの実施形態において、反応チャンバ内の適切な圧力は、約１０ｍＴｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの間、約２０ｍＴｏｒｒから８Ｔｏｒｒの間、約５０ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒの間、または、約１００ｍＴｏｒｒから２Ｔｏｒｒの間、の範囲であってよい。
様々なＲＦ電力レベルが、動作（ｉｉｉ）で用いられる場合にプラズマを生成するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、適切なＲＦ電力は、約１００Ｗから１０ｋＷの間、約２００Ｗから６ｋＷの間、約５００Ｗから３ｋＷの間の間、または、約１ｋＷから２ｋＷの間、の範囲であってよい。
様々な薄膜前駆体流量が、動作（ｉ）で用いられてよい。いくつかの実施形態において、適切な流量は、約０．１ｍＬ／分から１０ｍＬ／分の間、約０．５ｍＬ／分から５ｍＬ／分の間、または、約１ｍＬ／分から３ｍＬ／分の間、の範囲であってよい。
様々なガス流量が、様々な動作で用いられてよい。いくつかの実施形態において、一般的なガス流量は、約１Ｌ／分から２０Ｌ／分の間、または、約２Ｌ／分から１０Ｌ／分の間、の範囲であってよい。動作（ｉｉ）および（ｉｖ）の任意選択的な不活性パージ工程については、用いられるバースト流量が、約２０Ｌ／分から１００Ｌ／分の間、または、約４０Ｌ／分から６０Ｌ／分の間、の範囲であってよい。
再び、いくつかの実施形態において、ベースへのポンピング工程とは、１または複数の真空ポンプを直接作用させることによって、反応チャンバをベース圧力までポンプで減圧することである。いくつかの実施形態において、ベース圧力は、通例、ほんの数ミリＴｏｒｒであってよい（例えば、約１から２０ｍＴｏｒｒの間）。さらに、上述のように、ベースへのポンピング工程は、不活性パージを伴っても伴わなくてもよく、したがって、１または複数のバルブが真空ポンプへの導通路を開いた時に搬送ガスが流れてもよいし流れなくてもよい。
また、再び、複数回のＡＬＤサイクルが、共形層のスタックを形成するために繰り返されてよい。いくつかの実施形態において、各層は、実質的に同じ組成を有してよいが、別の実施形態において、連続的にＡＬＤ蒸着された層が、異なる成分を有してもよく、また、特定のかかる実施形態において、上述のように、組成が層から層へ交互に変わってもよいし、異なる組成を有する一連の層の繰り返しがあってもよい。したがって、実施形態に応じて、上で列挙して参照によって組み込まれた特許出願（米国特許出願第１３／０８４，３９９号、１３／２４２，０８４号、および、１３／２２４，２４０号）に開示されたような特定の積層工学概念は、これらの薄膜内のホウ素、リン、または、ヒ素の濃度を調節するために利用できる。
リソグラフィパターニング
上述の様々な装置および方法は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールおよび／または処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、共通の製造施設で一緒および／または同時に、かかるツールが利用され、また、処理が実行される。
薄膜のリソグラフィパターニングは、通例、以下の動作の一部または全部を含み、各動作は、複数の可能なツールで実現される：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、基板（窒化シリコン薄膜を上に形成された基板など）上にフォトレジストを塗布する工程；（２）ホットプレートまたは炉またはその他の適切な硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる工程；（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはｘ線にフォトレジストを暴露させる工程；（４）ウェットベンチまたはスプレー現像装置などのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する工程；（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜または基板にレジストパターンを転写する工程；ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去する工程。いくつかの実施形態において、アッシング可能なハードマスク層（アモルファス炭素層など）および別の適切なハードマスク（反射防止層など）が、フォトレジストの塗布前に蒸着されてよい。
別の実施形態
上述の開示されている技術、動作、処理、方法、システム、装置、ツール、薄膜、化学物質、および、組成は、簡潔さおよび理解を促進するために具体的な実施形態の文脈で詳細に記載されているが、当業者にとって、本開示の精神および範囲の中に含まれる上述の実施形態を実施する多くの別の方法があることは明らかである。したがって、本明細書に記載の実施形態は、限定的ではなく、開示された発明の概念を例示するものと見なされるべきであり、最終的には本開示の主題に向けられた任意の請求項の範囲を不当に限定するための容認できない根拠として用いられるべきではない。
また、シャンデリア型シャワーヘッドの利用は、プラズマフィードガスを基板表面の近くに導入することを可能にするが、カーテンガスは、シャンデリアシャワーヘッドの各々のヘッド部分の背後の流入点から、特に、いくつかの実施形態においては、シャワーヘッドのステム部分を取り巻くシャワーヘッドカラーの開口部を通して、処理チャンバに導入されてよい。さらに、特定のかかる実施形態において、カーテンガスは、これらの開口部から、基板の平面および／またはヘッド部分の底面と実質的に平行な方向に、したがって、一般に最初は、シャワーヘッドのヘッドの底面から流出する流れと垂直な方向に、流されてよい。このカーテンガスの流れは、カーテンガス流が下向きに方向転換してシャワーヘッドのヘッドからのプラズマフィードガスおよび／またはパージガスの流れと平行になるうる場所であるシャワーヘッドの背面（シャワーヘッドのヘッド部分の上面）の端にカーテンガスが到達するまでは、横向きであり続けうる。かかる流れのパターンが、図５Ａの単一処理チャンバに関して図示されているため、処理チャンバ５０２、シャワーヘッド５０６、シャワーヘッドカラー５３０、ならびに、それぞれカーテンガスおよびプラズマフィード（および反応前駆体）の流路５１０および５２０を参照する。図５Ａに示す構成では、上述の記載と一致して、プラズマフィードガス源５２４からのプラズマフィードガスが、シャワーヘッド５０６のヘッド部分の底面を通してチャンバ５０２内に流され、カーテンガス源５２２からのカーテンガスが、シャワーヘッド５０６のステム部分を取り巻くシャワーヘッドカラー５３０の開口部を通してチャンバ５３０内に流される。したがって、この場合のカーテンガス（単一ステーションの文脈でも、説明的な表現「カーテンガス」が保持されることに注意）は、シャワーヘッド５０６の背面の中心軸の近くで処理チャンバ５０２に導入され、ペデスタル５０８上に保持された基板５１８の平面と実質的に平行な（かつ、シャワーヘッド５０６のヘッド部分の底面と実質的に平行な）流れで導入される。次いで、このように導入されたカーテンガスは、（図５Ａの矢印で概略的に示すように）クロスプレート５０３の近くでチャンバから出る前に、シャワーヘッドの周りでチャンバ側壁に沿って下に流れる。
いくつかの実施形態において、気化ポイント４０３は、加熱された液体注入モジュール（略して「液体インジェクタ」）であってよい。かかる液体インジェクタは、混合容器の上流の搬送ガス流に液体反応物質のパルスを注入しうる。１つのシナリオにおいて、液体インジェクタは、高圧から低圧へ液体を流す（ｆｌａｓｈ）ことによって反応物質を気化させてよい。別のシナリオにおいて、液体インジェクタは、分散した微液滴に液体を霧化してよく、その後、微液滴は、加熱された供給菅内で気化される。小さい液滴は、大きい液滴よりも速く気化して、液体注入と完全な気化との間の遅延を低減しうることがわかる。より迅速に気化すれば、気化ポイント４０３から下流の配管の長さを短くすることができる。１つのシナリオにおいて、液体インジェクタは、混合容器４０４に直接取り付けられてよい。別のシナリオにおいて、液体インジェクタは、シャワーヘッド１０６に直接取り付けられてもよい。
いくつかの実施形態において、ペデスタル４０８は、ヒータ４１０を用いて温度制御されてよい。さらに、いくつかの実施形態において、処理装置４００のための圧力制御が、バタフライバルブ４１８など１または複数のバルブ式真空源によって提供されてよい。図４Ａの実施形態に示すように、バタフライバルブ４１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供された真空をスロットル調整する。しかしながら、いくつかの実施形態において、処理装置４００の圧力制御は、処理チャンバ４０２に導入される１または複数のガスの流量を変化させることによって調節されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数のバルブ式真空源（バタフライバルブ４１８など）は、適切なＡＬＤ動作段階中に処理ステーションの周りの空間から薄膜前駆体を除去するために用いられてよい。

Claims (35)

  1. マイクロ波アンテナのフェーズドアレイであって、
    ０．１〜１５０ｃｍの隣接アンテナ間の平均間隔で実質的に平面内に配列された５〜２５６個のマイクロ波アンテナを備える、フェーズドアレイ。
  2. 請求項１に記載のフェーズドアレイであって、
    前記実質的に平面のアンテナ配列は、最外のグループが２７５〜３２５ｍｍの直径を有するいくつかの実質的に同心円状のアンテナグループを備える、フェーズドアレイ。
  3. 請求項２に記載のフェーズドアレイであって、
    前記実質的に平面のアンテナ配列は、３〜２４組の実質的に同心円状のアンテナグループを備える、フェーズドアレイ。
  4. マイクロ波アンテナのフェーズドアレイであって、
    互いに関して実質的に円筒形状に配列された８〜２５６個のマイクロ波アンテナを備え、
    前記円筒形状の配列の高さは５〜５００ｍｍであり、前記円筒形状の配列の直径は３００〜６００ｍｍである、フェーズドアレイ。
  5. 請求項４に記載のフェーズドアレイであって、
    前記円筒形状の配列の高さは１００〜３００ｍｍであり、前記円筒形状の配列の直径は３５０〜４５０ｍｍである、フェーズドアレイ。
  6. 請求項５に記載のフェーズドアレイであって、
    隣接アンテナ間の平均間隔は、０．１〜１５０ｃｍである、フェーズドアレイ。
  7. 請求項６に記載のフェーズドアレイであって、
    前記円筒形状の配列は、実質的に円形に配列されたアンテナのいくつかのグループのスタックを備える、フェーズドアレイ。
  8. 請求項７に記載のフェーズドアレイであって、
    前記円筒形状の配列は、実質的に円形に配列されたアンテナの３〜７組のグループのスタックを備える、フェーズドアレイ。
  9. 処理チャンバ内の半導体基板上での反応速度を変える方法であって、
    処理チャンバ内でプラズマを励起する工程と、
    マイクロ波アンテナのフェーズドアレイからマイクロ波放射のビームを放射させる工程と、
    前記処理チャンバ内の半導体基板の表面上での反応速度の変化を引き起こすように、前記ビームを前記プラズマに方向付ける工程と、
    を備える、方法。
  10. 請求項９に記載の方法であって、さらに、
    前記プラズマの密度への影響を変えるように、前記プラズマに方向付けられた前記マイクロ波エネルギのビームを操作する工程を備える、方法。
  11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記ビームを操作する工程は、前記フェーズドアレイの前記マイクロ波アンテナの２以上から放射される前記マイクロ波放射の相対位相を変化させる工程を含む、方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記ビームを操作する工程は、前記フェーズドアレイの前記マイクロ波アンテナの２個以上から放射される前記マイクロ波放射の相対位相および相対振幅を変化させる工程を含む、方法。
  13. 請求項９に記載の方法であって、
    前記マイクロ波アンテナの少なくとも一部は、前記処理チャンバの周囲に配置されている、方法。
  14. 請求項９に記載の方法であって、
    前記マイクロ波アンテナの少なくとも一部は、前記処理チャンバの上方に配置されている、方法。
  15. 請求項９に記載の方法であって、
    前記プラズマは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）である、方法。
  16. 請求項９に記載の方法であって、
    前記プラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）である、方法。
  17. 請求項９に記載の方法であって、
    平板電極が、複数の開口部を有し、
    前記フェーズドアレイのアンテナによって放射されたマイクロ波エネルギは、前記複数の開口部の少なくとも一部を通して方向付けられる、方法。
  18. 半導体の処理装置であって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内で半導体基板を保持するように構成された基板ホルダと、
    前記処理チャンバ内でプラズマを発生させるように構成されたプラズマ発生器と、
    マイクロ波放射のビームを前記チャンバ内に放射するように構成されたマイクロ波アンテナのフェーズドアレイと、
    前記処理チャンバ内の前記プラズマに影響を与えるように前記フェーズドアレイのマイクロ波アンテナを動作させるための命令を有するコントローラと、
    を備える、処理装置。
  19. 請求項１８に記載の処理装置であって、
    前記コントローラは、前記放射されたマイクロ波放射のビームを操作するために、前記フェーズドアレイのマイクロ波アンテナを動作させる、処理装置。
  20. 請求項１８に記載の処理装置であって、
    前記コントローラは、前記フェーズドアレイの２個以上のアンテナから放射される前記マイクロ波放射の相対位相を変化させる、処理装置。
  21. 請求項２０に記載の処理装置であって、
    前記コントローラは、前記フェーズドアレイの２個以上のアンテナから放射される前記マイクロ波放射の相対位相および相対振幅を変化させる、処理装置。
  22. 請求項１８に記載の処理装置であって、
    前記アンテナの少なくとも一部は、前記処理チャンバの周囲に配置されている、処理装置。
  23. 請求項１８に記載の処理装置であって、
    前記アンテナの少なくとも一部は、前記処理チャンバの上方に配置されている、処理装置。
  24. 請求項１８に記載の処理装置であって、
    前記プラズマ発生器は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるように構成されている、処理装置。
  25. 請求項２４に記載の処理装置であって、
    前記プラズマ発生器は、前記ＩＣＰプラズマを発生させるために、１または複数の電源に接続された２個以上のコイルを備える、処理装置。
  26. 請求項２５に記載の処理装置であって、
    前記フェーズドアレイのアンテナによって放射されたマイクロ波エネルギは、前記２個以上のコイルの間に方向付けられる、処理装置。
  27. 請求項１８に記載の処理装置であって、
    前記プラズマ発生器は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を発生させるように構成されている、処理装置。
  28. 請求項２７に記載の処理装置であって、
    前記プラズマ発生器は、平板電極を備え、
    前記平板電極は、前記ＣＣＰプラズマを発生させるために、前記平板電極と前記基板ホルダとの間に電圧差を印加する電源に接続されている、処理装置。
  29. 請求項２８に記載の処理装置であって、
    前記平板電極は、複数の開口部を有し、
    前記フェーズドアレイのアンテナによって放射されたマイクロ波エネルギは、前記複数の開口部の少なくとも一部を通して方向付けられる、処理装置。
  30. 請求項１７に記載の処理装置であって、
    前記マイクロ波放射ビームは、前記チャンバ内の前記プラズマの密度に影響を与える、処理装置。
  31. 請求項１７に記載の処理装置であって、
    前記処理チャンバは、誘電体窓を備え、
    前記フェーズドアレイのアンテナによって放射されたマイクロ波エネルギは、前記誘電体窓を通して前記チャンバ内に伝達される、処理装置。
  32. 請求項３１に記載の処理装置であって、
    前記誘電体窓は、前記処理チャンバの周壁に配置される、処理装置。
  33. 請求項３２に記載の処理装置であって、
    前記誘電体窓は、石英および／またはセラミックを含む、処理装置。
  34. 請求項３１に記載の処理装置であって、
    前記誘電体窓は、前記処理チャンバの上壁に配置される、処理装置。
  35. 請求項３４に記載の処理装置であって、
    前記誘電体窓は、石英および／またはセラミックを含む、処理装置。
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