JP2021522587A - ガスのパルスに基づく共用前駆体分配システム及び使用方法 - Google Patents

Abstract

単一の供給源から複数の処理チャンバへの均一なガスの流れを提供するガス分配装置が記載される。レギュレータは、複数の下流端を有する共有容積の上流端に配置される。流量コントローラが共有容積の各下流端に配置され、流量コントローラはオリフィス及び高速パルス弁を含む。ガス分配装置を使用して、流量コントローラを較正する方法も記載される。
【選択図】図１

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概してガス分配装置に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、パルス状ガス流を使用して複数の処理チャンバにガスを分配する装置に関する。

［０００２］半導体デバイスの形成は、一般に、複数のチャンバを含む基板処理プラットフォーム内で行われる。いくつかの事例においては、マルチチャンバ処理プラットフォーム又はクラスタツールの目的は、制御された環境において、一つの基板の上で二つ以上のプロセスを連続して実施することである。しかしながら、他の事例においては、マルチチャンバ処理プラットフォームは、基板に対して単一の処理ステップしか実施しない場合があり、追加のチャンバが、プラットフォームによる基板の処理速度を最大化することが企図される。後者の場合、基板上で実施されるプロセスは、典型的にはバッチプロセスであり、比較的多数の基板、例えば２５又は５０枚が、所与のチャンバ内で同時に処理される。バッチ処理は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス及び一部の化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスといった、採算に合うように個々の基板に実施するには所要時間が長すぎるプロセスにとって特に有益である。

［０００３］処理中、高価な前駆体ガスは、使用されていないときにフォアラインに迂回されることによってしばしば浪費される。加えて、前駆体流を供給するための送達ハードウェアは高価であり、多くの場合、前駆体をすべてのウエハ処理ステーションの各々に送達するための専用ガススティックを必要とする。

［０００４］したがって、当技術分野では、複数の処理チャンバ又はプロセス領域にガスを均一且つ比較的安価に送達するための装置及び方法が必要とされている。

［０００５］本開示の一つ又は複数の実施形態は、一つの上流端と複数の下流端とを有する共有容積を備えるガス分配装置を対象とする。共有容積には圧力計が接続される。共有容積の上流端には圧力コントローラが接続される。流量コントローラが、共有容積の下流端の各々にある。各流量コントローラは、オリフィスと高速パルス弁とを含む。

［０００６］本開示の更なる実施形態は、高速パルス弁とオリフィスとを含む流量コントローラを較正する方法を対象とする。本方法は、共有容積の上流端で圧力コントローラを開き、共有容積を加圧することを含む。共有容積は、一つの上流端と複数の下流端とを有し、各下流端は流量コントローラを有する。上流端の圧力コントローラは、共有容積内の圧力を分離するために閉じられる。共有容積内の圧力が測定さる。一つの流量コントローラの高速パルス弁が所定回数開かれ、共有容積内の圧力が、高速パルス弁を開いた後に測定される。高速パルス弁のパルスあたりの共有容積内の圧力損失が、その流量コントローラについて決定される。

［０００７］本開示の実施形態の上述の特徴を詳しく理解できるように、上記に簡単に要約された本開示の実施形態のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られる。そのうちのいくつかの実施形態は添付の図面に示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得るので、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示しているのであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

［０００８］本開示の一つ又は複数の実施形態によるガス分配装置の概略図である。 ［０００９］図１の領域ＩＩの拡大図である。 ［００１０］図１の領域ＩＩＩの拡大図である。

［００１１］本開示の実施形態は、スループットを最大化し、処理の効率性を改善する、連続基板堆積のための基板処理システムを提供する。本開示の一つ又は複数の実施形態は、空間原子層堆積チャンバに関して説明される。

［００１２］本開示の実施形態は、前駆体を、ウエハ処理チャンバ内部の複数のステーションと、原子層堆積（ＡＬＤ）用途のためのクラスタツール内部の複数のチャンバとに分配する新規の方法を提供する。共有容積は、有利には、バッチ処理チャンバのクラスタツール全体又は複数のガス出口への単一の前駆体分配のために使用される。いくつかの実施形態は、有利には、高価な前駆体を無駄にすることなく、クラスタツール内部のすべてのチャンバのすべてのステーションへの正確且つ反復可能／再現可能な前駆体送達を確実にするガスパルス技術を提供する。

［００１３］本開示のいくつかの実施形態は、有利には、使用されていないときに前駆体をフォアラインに迂回させることによる高価な前駆体の浪費を最小化するための装置及び方法を提供する。いくつかの実施形態は、有利には、前駆体をＡＬＤチャンバのすべてのウエハ処理ステーションに送達するための専用ガススティックを使用することにより、高価な前駆体送達ハードウェアコストを最小化する装置及び方法を提供する。

［００１４］図１は、本開示の例示的な実施形態を示す。ガス分配装置１００は、複数の処理ステーション１０１にガスを分配するための共有容積１１０を含む。「処理ステーション」という用語の使用は、任意のチャンバ又はチャンバのプロセス領域を指す。例えば、処理ステーション１０１は、別個の処理チャンバでも、単一のバッチ処理チャンバの別個のプロセス領域でもよい。図１には三つの処理ステーション１０１が示されているが、当業者であれば、三つより多い又は少ない処理ステーション１０１を装置ガス分配装置１００に接続することができることを理解するであろう。

［００１５］共有容積１１０は、一つの上流端１１１と複数の下流端１１２とを有する。いくつかの実施形態の共有容積１１０は、図示のように、ガスリザーバ１２０又は分配ラインの一つ又は複数を含む。いくつかの実施形態では、共有容積１１０は、共有容積１１０の上流端１１１からガスリザーバ１２０への上流分配ライン１３０を含む。いくつかの実施形態では、共有容積１１０は、ガスリザーバ１２０から複数の下流端１１２までの下流分配ライン１４０を含む。

［００１６］上流端１１１と複数の下流端１１２との間の圧力を測定するために、圧力計１５０を共有容積１１０に接続することができる。圧力計１５０は、上流端１１１と下流端１１２との間の任意の地点に配置することができる。いくつかの実施形態では、圧力計１５０は、ガスリザーバ内の圧力を測定するように構成される。いくつかの実施形態では、共有容積１１０の異なる地点で圧力を測定するように構成された複数の圧力計が存在する。

［００１７］共有容積１１０の上流端１１１には圧力コントローラ１６０が接続される。このように使用されて、ガス流成分が別のガス流成分に接続されるとき、ガス流に実質的に干渉することがないように、成分間に流体連通が存在する。図２の領域ＩＩの拡大図に示されるように、いくつかの実施形態の圧力コントローラは、レギュレータ１６２又は質量流量コントローラのうちの一つ又は複数を含む。レギュレータ１６２又は質量流量コントローラは、当業者に既知の任意の適切なガスレギュレータ又は質量流量コントローラとすることができる。レギュレータは、供給圧力（又は入力圧力）を共用容積１１０に提供する。レギュレータ１６２は、任意の機械的又は電気的に制御される比例圧力制御構成要素とすることができる。

［００１８］いくつかの実施形態では、圧力コントローラ１６０は、高速パルス弁１６４を含む。高速パルス弁１６４は、レギュレータ１６２と共有容積１１０の上流端１１１との間に配置することができる。いくつかの実施形態では、高速パルス弁１６４は、レギュレータ１６２の上流にある。高速パルス弁１６４は、５０ミリ秒以内に開く及び／又は閉めることのできる任意の弁とすることができる。いくつかの実施形態では、高速パルス弁１６４は、４０ミリ秒、３０ミリ秒、２０ミリ秒、又は１０ミリ秒以内に開く及び／又は閉めることができる。いくつかの実施形態では、高速パルス弁１６４は、５０、４０、３０、２０又は１０ミリ秒以内に開閉することができる。

［００１９］図１では、ガス源１０２は、入口ライン１６６を通してレギュレータ１６２に接続されている。レギュレータ１６２は、圧力コントローラ導管１６８によって高速パルス弁１６４から間隔を空けて配置されている。圧力制御導管１６８の長さ及び／又は容積は、それぞれ、任意の適切な長さ及び／又は容積とすることができる。いくつかの実施形態では、圧力制御導管１６８の長さ及び／又は容積は、高速パルス弁１６４がレギュレータ１６２と接触するように最小化される。

［００２０］図１及び図３を参照すると、ガス分配装置１００は、共有容積１１０の下流端１１２の各々に流量コントローラ１７０を含む。図３は、図１の領域ＩＩＩの拡大図である。各流量コントローラ１７０は、オリフィス１７２と高速パルス弁１７４とを含む。オリフィス１７２は、図示のように、高速パルス弁１７４の上流に位置させることができる。いくつかの実施形態では、オリフィス１７２は、高速パルス弁１７４の下流に位置する。

［００２１］オリフィス１７２は、流量制御導管１７６を通して高速パルス弁１７４と流体連通している。流量制御導管１７６の容積は、任意の適切な容積とすることができる。いくつかの実施形態では、オリフィス１７２と高速パルス弁１７４との間の容積は、オリフィス１７２と高速パルス弁１７４とが接触するように最小化される。いくつかの実施形態では、オリフィス１７２は、高速パルス弁１７４の入口端１７３又はその内部に位置する。いくつかの実施形態では、オリフィス１７２は、高速パルス弁１７４の出口端１７５又はその内部に位置する。

［００２２］いくつかの実施形態のオリフィス１７２は、貫通する精密な開口１７１を有するディスク状の構成要素である。オリフィス１７２は、流路内のリストリクタとして働く。いくつかの実施形態では、ガス分配装置１００は、各流量コントローラ１７０の下流端１７８に接続されて同下流端と流体連通する下流ガス導管１８０を含む。流量コントローラのいずれかを出て下流のガス導管１８０に入るガスの流量は、下流のガス導管内のオリフィスの下流の圧力と、オリフィスの上流の圧力との差の関数である。

［００２３］いくつかの実施形態では、流量コントローラ１７０の各々のオリフィス１７２の上流の圧力は、実質的に同じである。このように使用されるとき、用語「実質的に同じ」は、オリフィス１７２の直前の圧力が、すべてのオリフィス１７２における平均圧力に対して５％、４％、３％、２％又は１％以内であることを意味する。

［００２４］いくつかの実施形態の共有容積１１０は、各下流ガス導管１８０内の圧力摂動が平均圧力に対して±５％、±４％、±３％、±２％又は±１％未満であるのに十分に大きい。

［００２５］本開示のいくつかの実施形態は、高速パルス弁１７４とオリフィス１７２とを含む流量制御１７０を較正する方法を対象とする。圧力コントローラ１６０は、共有容積１１０の上流端１１１で開き、共有容積１１０を加圧する。圧力コントローラ１６０を開くことは、レギュレータを開くこと及び／又は高速パルス弁１６４を開くことを含むことができる。加圧中、流量コントローラ１７０の各々は閉じられる。共有容積１１０を加圧した後、圧力コントローラ１６０は、共有容積を分離するために閉じられる。

［００２６］共有容積１１０の圧力は、共有容積１１０が加圧されている間に、圧力コントローラ１６０及び流量コントローラ１７０を閉じた状態で監視することができる。圧力計１５０を使用して測定される圧力のドリフトは、システム内の漏れを示すことができる。

［００２７］共有容積１１０内の圧力は、初期圧力として測定される。流量コントローラ１７０のうちの一つの高速パルス弁１７４のうちの一つは、所定回数開閉され、共有容積の最終圧力が測定される。初期圧力と最終圧力との差を、弁がパルス化された回数で除すことで、その高速パルス弁１７４のパルス当たりの圧力損失が求められる。

［００２８］このプロセスを、流量コントローラ１７０の各々に対して繰り返して、各高速パルス弁１７４のパルス当たりの圧力降下を較正することができる。高速パルス弁１７４のうちの一つ又は複数のパルス窓は、個々のオリフィス１７２と高速パルス弁１７４との差を補償するために変更することができる。

［００２９］いくつかの実施形態のガス分配装置１００は、コントローラ１９０を更に備える。コントローラ１９０は、ガス分配装置１００の様々な構成要素に結合されて、その動作を制御することができる。コントローラ１９０は、装置を制御する単一のコントローラでも、装置の個々の部分を制御する複数のコントローラでもよい。例えば、ガス分配装置１００は、圧力コントローラ１６０及び流量コントローラ１７０のそれぞれに対して別個のコントローラを含んでもよい。

［００３０］いくつかの実施形態では、コントローラ１９０は、中央処理装置、メモリ、及びサポート回路を含む。コントローラ１９０は、ガス分配装置１００を直接、又は特定のプロセスチャンバ及び／又はサポートシステム構成要素に関連付けられたコンピュータ（又はコントローラ）を介して、制御することができる。コントローラ１９０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工業環境で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの一つであってよい。コントローラのメモリ又はコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体（例えば、コンパクトディスク又はデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、又は任意の他の形態のデジタルストレージ、ローカル又はリモートなどの、容易に利用可能なメモリの一つ又は複数であってよい。サポート回路は、従来の方式でプロセッサを支持するためにＣＰＵ１９６に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給装置、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。一つ又は複数のプロセスは、ここに記載される方式で装置又は個々の構成要素の動作を制御するために実行又は呼び出すことのできるソフトウェアルーチンとしてメモリに記憶させることができる。コントローラ１９０は、流量、ガスバルブ、ガス源、又は様々な構成を実施するための他のプロセスを制御する任意のコマンド又は機能を含むことのできる、一つ又は複数の構成を含むことができる。

［００３１］コントローラ１９０は、圧力コントローラ１６０、流量コントローラ１７０、圧力計１５０、レギュレータ１６２、高速パルス弁１６４又は高速パルス弁１７４のうちの一つ又は複数に接続することができる。コントローラ１９０は、一つ又は複数の構成を有することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１９０は、高速パルス弁１６４、１７４のうちの一つ又は複数を開く及び／又は閉める構成を有する。いくつかの実施形態では、コントローラ１９０は、圧力計１５０を使用して圧力を監視する構成を有する。いくつかの実施形態では、コントローラ１９０は、レギュレータ１６２を制御する構成を有する。いくつかの実施形態では、コントローラ１９０は、流量コントローラ１７０を較正する構成を有する。

［００３２］本開示のいくつかの実施形態は、処理プラットフォームを対象とする。例えば、図１に示される実施形態は、三つの処理チャンバ（処理ステーション１０１）を有する処理プラットフォームと考えることができる。各プロセスステーション１０１は、下流のガス導管１８０を通して、共有容積１１０の下流端で一つの流量コントローラ１７０に接続される。

［００３３］上記の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱せずに、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 一つの上流端と複数の下流端とを有する共有容積、
   前記共有容積に接続された圧力計、
   前記共有容積の前記上流端に接続された圧力コントローラ、及び
   前記共有容積の前記下流端の各々における流量コントローラであって、各流量コントローラがオリフィスと高速パルス弁とを含む、前記流量コントローラと
   を備えるガス分配装置。
2. 前記共有容積が、ガスリザーバ、前記ガスリザーバから前記共有容積の前記複数の下流端への分配ライン、及び前記共有容積の前記上流端から前記ガスリザーバへの分配ラインを含む、請求項１に記載のガス分配装置。
3. 前記圧力コントローラが、レギュレータと前記共有容積との間の高速パルス弁を含む、請求項１に記載のガス分配装置。
4. 各流量コントローラの下流端に接続された下流のガス導管を更に備える、請求項１に記載のガス分配装置。
5. 前記オリフィスが、前記下流端からのガスの流れを制限するリストリクタを含む、請求項４に記載のガス分配装置。
6. 前記流量コントローラのいずれかを出て前記下流のガス導管に入るガスの流量が、前記下流のガス導管内の前記オリフィスの下流の圧力と前記オリフィスの上流の圧力との差の関数である、請求項４に記載のガス分配装置。
7. 前記オリフィスの上流の前記圧力が、前記共有容積の各下流端について実質的に同じである、請求項６に記載のガス分配装置。
8. 各下流のガス導管内の圧力摂動が±２％以下である、請求項４に記載のガス分配装置。
9. 前記流量コントローラの前記高速パルス弁が、５０ミリ秒で開く又は閉まるように構成されている、請求項１に記載のガス分配装置。
10. 前記流量コントローラの前記高速パルス弁が、前記オリフィスの下流にある、請求項１に記載のガス分配装置。
11. 前記流量コントローラの前記高速パルス弁が前記オリフィスの上流にある、請求項１に記載のガス分配装置。
12. 複数の処理チャンバを含む処理プラットフォームであって、各チャンバが、請求項１に記載のガス分配装置の下流のガス導管を通して前記共有容積の下流端で一つの流量制御装置に接続されている、処理プラットフォーム。
13. 高速パルス弁とオリフィスとを含む流量コントローラを較正する方法であって、
    共有容積の上流端で圧力コントローラを開いて前記共有容積を加圧することであって、前記共有容積が一つの上流端と複数の下流端とを有し、各下流端が流量コントローラを有する、前記圧力コントローラを開くこと、
    前記上流端で前記圧力コントローラを閉じて前記共有容積内の圧力を分離すること、
    前記共有容積内の前記圧力を測定すること、
    一つの流量コントローラの高速パルス弁を所定回数開くこと、
    前記所定回数前記高速パルス弁を開いた後、前記共有容積内の前記圧力を測定すること、及び
    前記高速パルス弁のパルスあたりの前記共有容積内の圧力損失を決定すること
    を含む方法。
14. 各高速パルス弁のパルスあたりに送達されるガスの容積を較正するために、各流量コントローラについて前記方法を繰り返すことを更に含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記オリフィスと前記高速パルス弁との差を補償するために、前記高速パルス弁のうちの一つ又は複数についてパルスウィンドウを調整することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

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