JP2022516772A - 金属原子層のエッチング堆積装置および金属フリー配位子による処理 - Google Patents

金属原子層のエッチング堆積装置および金属フリー配位子による処理 Download PDF

Info

Publication number
JP2022516772A
JP2022516772A JP2021539908A JP2021539908A JP2022516772A JP 2022516772 A JP2022516772 A JP 2022516772A JP 2021539908 A JP2021539908 A JP 2021539908A JP 2021539908 A JP2021539908 A JP 2021539908A JP 2022516772 A JP2022516772 A JP 2022516772A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
ale
substrate
ligand
during
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021539908A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7541983B2 (ja
JPWO2020150043A5 (ja
Inventor
チャン・ヒー
キム・ユンサン
ペン・ドンウー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lam Research Corp
Original Assignee
Lam Research Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lam Research Corp filed Critical Lam Research Corp
Publication of JP2022516772A publication Critical patent/JP2022516772A/ja
Publication of JPWO2020150043A5 publication Critical patent/JPWO2020150043A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7541983B2 publication Critical patent/JP7541983B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3464—Operating strategies
    • H01J37/3467—Pulsed operation, e.g. HIPIMS
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32138—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only pre- or post-treatments, e.g. anti-corrosion processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H01L21/76844—Bottomless liners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76853—Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
    • H01L21/76865—Selective removal of parts of the layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

【解決手段】基板の表面をエッチングするために金属ＡＬＥプロセスを実施するためのＡＬＥシステムは、処理チャンバ、基板支持体、熱源、供給システム、およびコントローラを備える。基板支持体は処理チャンバ内に配置され、基板を支持する。供給システムは、配位子または有機種を処理チャンバに供給する。コントローラは、等方性金属ＡＬＥプロセスを実施するように供給システムおよび熱源を制御する。等方性金属ＡＬＥプロセスは、等方性金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に、原子吸着およびパルス熱アニールを実施する工程と、原子吸着中に、表面を配位子または有機種に暴露する工程であって、配位子または有機種は金属前駆体を含まず、選択的に吸着して表面に金属錯体を形成する工程と、パルス熱アニール中に、基板から金属錯体を除去するために熱源を複数回パルス化する工程と、を含む。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本開示は、２０１９年４月１２日出願の米国仮特許出願第６２／８３２，９３２号、および２０１９年１月１５日出願の米国仮特許出願第６２／７９２，５１９号の利益を主張する。上記出願の全ての開示は、参照により本明細書に援用される。
本開示は、基板のエッチングおよび堆積プロセスに関し、特に原子層のエッチングおよび堆積に関する。
本明細書に記載の背景技術の説明は、本開示の内容を一般的に提示するためである。現在挙げられている発明者の発明は、本背景技術欄だけでなく、出願時に先行技術に該当しない説明の態様に記載される範囲において、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。
半導体ウエハなどの基板の原子層エッチング（ＡＬＥ）の間に、基板の単層は各サイクルにおいて除去される。基板の表面を改質するために、反応ガスが処理チャンバに導入される。例えば、ハロゲン化物入りの上層を提供するために、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、および金属酸化物（ＭＯx）のＡＬＥの間は、ハロゲン化物種を含むガスが用いられることが多い。例えば、Ｓｉ基板の表面層をＳｉから塩化ケイ素（ＳｉＣｌx）に変換するために、塩素分子種を含むガスが導入されてよい（ｘは１、２、３、または４）。表面層の改質後に、処理チャンバはパージされる。プラズマを用いて改質表面層が除去され、次に副生成物がパージされる。
基板の金属ＡＬＥの間に、基板の金属酸化物面を改質するために金属配位子が金属前駆体を用いて導入される。金属ＡＬＥは、速度および選択性において制限される。ＡＬＥ中のプラズマの使用は、構造損傷を引き起こす可能性がある。例えば、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスを含む基板は損傷されるかもしれない。金属ＡＬＥは、特定の種類の金属の除去にも限定される。
基板の表面をエッチングするために金属ＡＬＥプロセスを実施するためのＡＬＥシステムが提供される。ＡＬＥシステムは、処理チャンバ、基板支持体、第１の熱源、供給システム、およびコントローラを備える。基板支持体は処理チャンバ内に配置され、基板を支持するように構成される。供給システムは、配位子および有機種の少なくともいずれかを処理チャンバに供給するように構成される。コントローラは、等方性金属ＡＬＥプロセスを実施するよう供給システムおよび第１の熱源を制御するように構成される。等方性金属ＡＬＥプロセスは、等方性金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に、原子吸着およびパルス熱アニールを実施する工程と、原子吸着中に、基板の表面を配位子および有機種の少なくともいずれかに暴露する工程であって、配位子および有機種の少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、選択的に吸着して基板の表面に金属錯体を形成する、工程と、パルス熱アニール中に、基板から金属錯体を除去するために第１の熱源のオン／オフを複数回パルス化する工程と、を含む。
他の特徴では、表面は金属、金属酸化物、および金属窒化物の少なくとも１つを含む。他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセス中に基板の表面は金属前駆体に暴露されない。
他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセスは、原子吸着を実施する前に、第２の熱源によって基板を予熱する工程を含む。他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセスは、基板を大気温度以上且つ金属錯体の沸点温度未満の温度に予熱する工程を含む。
他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセスは、原子吸着を実施する前に表面を改質する工程を含む。他の特徴では、表面を改質する工程は、プラズマを発生させることなく、基板の表面と反応させるためにガスを供給する工程を含む。他の特徴では、表面を改質する工程は、基板の表面と反応させるためにガスを供給する工程と、プラズマを発生させる工程とを含む。他の特徴では、表面は金属を含み、表面を改質する工程は、金属を金属酸化物または金属ハロゲン化物に変換する工程を含む。
他の特徴では、原子吸着の間に基板の表面は配位子に暴露される。配位子は、無反応性の配位子である。他の特徴では、配位子は、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）およびアセチルアセトン（Ｈａｃａｃ）からなる群より選択される。他の特徴では、配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、および有機蒸気からなる群より選択される。
他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセスは、第１の改質動作および第２の改質動作を含む。原子吸着は、第２の改質動作に相当する。コントローラは、等方性金属ＡＬＥプロセスの所定数の繰り返しを実施するように構成される。所定数の繰り返しは各々、（ｉ）等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を第１の改質動作中に供給する工程、および、（ｉｉ）等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を第２の改質動作中に供給する工程、の少なくともいずれかを含む。
他の特徴では、基板の表面をエッチングするための金属ＡＬＥ法が提供される。金属ＡＬＥ法は、処理チャンバ内の基板支持体に基板を配置する工程と、配位子および有機種の少なくともいずれかを処理チャンバに供給するように構成された供給システムと、等方性金属ＡＬＥプロセスを実施する工程と、を含む。等方性金属ＡＬＥプロセスは、等方性金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に原子吸着およびパルス熱アニールを実施する工程と、原子吸着中に基板の表面を配位子および有機種の少なくともいずれかに暴露する工程であって、配位子および有機種の少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、基板の表面に選択的に吸着して金属錯体を形成する、工程と、パルス熱アニール中に基板から金属錯体を除去するために熱源のオン／オフを複数回パルス化する工程と、を含む。
他の特徴では、表面は、金属、金属酸化物、または金属窒化物の少なくとも１つを含む。他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセス中に基板の表面は金属前駆体に暴露されない。他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセスは、原子吸着を実施する前に、基板を大気温度以上且つ金属錯体の沸点温度未満の温度に予熱する工程を含む。
他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセスは、原子吸着を実施する前に表面を改質する工程を含む。他の特徴では、表面を改質する工程は、プラズマを発生させることなく、基板の表面と反応させるためにガスを供給する工程を含む。他の特徴では、表面を改質する工程は、基板の表面と反応させるためにガスを供給する工程と、プラズマを発生させる工程とを含む。他の特徴では、表面は金属を含み、表面を改質する工程は、金属を金属酸化物または金属ハロゲン化物に変換する工程を含む。
他の特徴では、原子吸着中に基板の表面は配位子に暴露され、配位子は無反応性配位子である。他の特徴では、配位子は、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）およびアセチルアセトン（Ｈａｃａｃ）からなる群より選択される。他の特徴では、配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、および有機蒸気からなる群より選択される無反応性配位子である。
他の特徴では、等方性金属ＡＬＥプロセスは、第１の改質動作および第２の改質動作を含む。原子吸着は、第２の改質動作に相当する。等方性金属ＡＬＥプロセスの所定数の繰り返しが実施される。所定数の繰り返しは各々、（ｉ）等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を第１の改質動作中に供給する工程、および、（ｉｉ）等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を第２の改質動作中に供給する工程、の少なくともいずれかを含む。
他の特徴では、基板の表面をエッチングするために金属ＡＬＥプロセスを実施するためのＡＬＥシステムが提供される。ＡＬＥシステムは、処理チャンバ、基板支持体、熱源、供給システム、およびコントローラを備える。基板支持体は処理チャンバ内に配置され、基板を支持するように構成される。熱源は、基板支持体および処理チャンバの少なくともいずれかを加熱するように構成される。供給システムは、配位子および有機種の少なくともいずれかを処理チャンバに供給するように構成される。コントローラは、等方性金属ＡＬＥプロセスを実施するよう供給システムおよび熱源を制御するように構成される。等方性金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に表面は改質され、原子吸着および熱アニールが実施される。表面を改質する工程中に、基板の表面と反応させるためにガスが供給される。原子吸着中に、基板の表面は配位子および有機種の少なくともいずれかに暴露される。配位子および有機種の少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、選択的に吸着して基板の表面に金属錯体を形成する。熱アニール中に、基板から金属錯体を除去するために熱源が作動される。
他の特徴では、ガスは酸素（Ｏ2）を含む。他の特徴では、配位子は塩素（Ｃｌ2）を含む。他の特徴では、熱アニールは（ｉ）熱源をパルス化しない工程、または、（ｉｉ）所定長さ以上の長さを有する拡張パルスで熱源をパルス化する工程を含む。
他の特徴では、基板の表面をエッチングするために金属ＡＬＥプロセスを実施するためのＡＬＥシステムが提供される。ＡＬＥシステムは、処理チャンバ、基板支持体、熱源、供給システム、およびコントローラを備える。基板支持体は処理チャンバ内に配置され、基板を支持するように構成される。熱源は、基板支持体および処理チャンバの少なくともいずれかを加熱するように構成される。供給システムは、配位子および有機種の少なくともいずれかを処理チャンバに供給するように構成される。コントローラは、選択的金属ＡＬＥプロセスを実施するよう供給システムおよび熱源を制御するように構成され、選択的ＡＬＥプロセスは、選択的金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に、表面を改質し、原子吸着およびパルス熱アニールを実施する工程と、表面を改質する工程中に、基板表面の選択部分と反応させるためにガスを供給する工程と、を含む。基板を改質する工程は、（ｉ）表面の選択部分にバイアスを印加する工程、（ｉｉ）所定圧力未満の圧力でガスを供給する工程、および（ｉｉｉ）処理チャンバ内の圧力を所定圧力未満に維持する工程、の少なくとも１つを含む。原子吸着中に、基板の表面は配位子および有機種の少なくともいずれかに暴露される。配位子および有機種の少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、選択的に吸着して基板の表面に金属錯体を形成する。急速熱アニール中に、基板から金属錯体を除去するために熱源のオン／オフが複数回パルス化される。
他の特徴では、ガスは酸素（Ｏ2）または水素（Ｈ2）を含む。他の特徴では、配位子は塩素（Ｃｌ2）を含む。他の特徴では、表面部分は（ｉ）基板の中間層の穴の上層の底部、および（ｉｉ）中間層に配置された上層の上部を含む。他の特徴では、表面部分は、穴の側壁に配置された上層の側壁部分を含まない。
本開示のさらなる適用分野は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるだろう。発明を実施するための形態および特定の例は、例示のみを目的とし、本開示の範囲を限定する意図はない。
本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面からより深く理解されるだろう。
本開示に従って金属ＡＬＥおよび金属原子層堆積（ＡＬＤ）の間に急速熱パルス動作を実施するためのフラッシュランプおよび急速熱パルスコントローラを組み込んだ基板処理システムの例を示す機能ブロック図。
本開示に従って金属ＡＬＥおよび金属ＡＬＤの間に急速熱パルス動作を実施するためのレーザ、レンズ回路、および急速熱パルスコントローラを組み込んだ基板処理システムの例を示す機能ブロック図。
図２のレンズ回路に組み込まれたミラーおよびテレセントリックレンズアセンブリの側断面図。
本開示による金属ＡＬＥプロセス図。
本開示による金属層の一部を除去するための急速熱パルスサイクルを表すグラフ。
本開示による急速熱パルスサイクルの反応速度対温度における変化を表すグラフ。
本開示の金属ＡＬＥプロセスによりヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）または塩素分子（Ｃｌ2）が導入されたときの異なる酸化剤のエッチング速度を示す第１の例示的グラフ。
本開示の金属ＡＬＥプロセスによる異なる酸化剤のエッチング速度を示す第２の例示的グラフ。
本開示の実施形態により異なる酸化剤を用いて提供された酸素濃度レベル対酸化深さを示す例示的グラフ。
本開示の実施形態により導入された酸化物の異なるパターンの例示的エッチング深さ選択性の図。
金属層の一部を除去するための急速熱パルスサイクルを繰り返し実施することを表す図。
本開示による金属ＡＬＥ法。
本開示の実施形態による音響光学変調器を組み込んだ基板処理システムの例を示す機能ブロック図。
本開示の実施形態による入射角を示すミラーおよび基板の側面図。
本開示の実施形態による光ビーム折り曲げアセンブリを組み込んだ基板処理システムの例を示す機能ブロック図。
本開示の実施形態による、円形からライン状にビーム整形する光学系、ならびに、ミラーおよびポリゴンスキャナの少なくともいずれかを組み込んだ基板処理システムの例を示す機能ブロック図。
本開示の実施形態による円形ビームおよびラインビームの断面図。
本開示の実施形態による非急速熱パルスおよび／または非パルス熱アニールを実施する金属ＡＬＥ法。
本開示の実施形態による配線工程（ＢＥＯＬ）金属バリアＡＬＥ法。
本開示の実施形態によりビアが形成された基板の一部の断面図。
図１８のＢＥＯＬ金属バリアＡＬＥ法を用いて上層の一部を除去した後の図１９Ａの基板の一部の断面図。
ビアを形成するために穴を充填した後の図１９Ａの基板の一部の断面図。
図面では、参照番号は類似および／または同一の要素を特定するために繰り返し用いられてよい。
従来の金属ＡＬＥ（「熱ＡＬＥ」と呼ばれることもある）は、速度、エッチング速度、表面吸着カバレッジ、選択性、および基板からの特定金属の除去において制限される。従来の金属ＡＬＥプロセスは通常、基板を予熱する工程と、配位子と共に金属前駆体を導入して基板の金属酸化物面を改質する工程とを含む。金属前駆体の導入は、基板の金属汚染を引き起こしうる。また、実施された表面改質は、除去効率に悪影響を及ぼす低揮発性を有する表面材料をもたらしうる。よって、従来の金属ＡＬＥプロセスは、低エッチング速度（例えば、０．１Å／サイクル）を有する。また配位子は、３００～４００℃の温度で導入されてよい。これらの温度では、吸着される配位子の量は少ない。
本明細書に記載の例は、金属錯体層を提供するために、金属前駆体なしで有機蒸気を配位子として用いて金属ＡＬＥプロセスを実施する工程を含む。有機蒸気は低温（例えば、金属錯体層の沸点未満の温度）で導入され、吸着される有機蒸気の量を増加させる。金属錯体層を除去するためにパルス加熱が用いられる。
ＡＬＥプロセスは、揮発性材料を生成するために、配位子が低温で基板の表面材料（例えば、金属酸化物層）と反応できるようにする。揮発性材料は、パルス加熱を用いて除去される。金属ＡＬＥプロセスは、短いサイクルタイムを有し、深さに選択性があり、効率的な表面改質および除去をもたらす。いくつかの例では、金属ＡＬＥは、従来の金属ＡＬＥプロセスよりも最大で１００倍高速である。金属ＡＬＥプロセスは、低温での露出表面材料の配位子浸漬を含む。浸漬された揮発性表面は、再堆積（副反応）を防ぐために高温に曝される。
本明細書に記載の例は、基板の上方部分および／または外側部分の温度を急速に上昇させるために、熱源によって急速熱パルス（ＲＴＰ）サイクルを実施するためのＲＴＰシステムを含む。基板の上方部分および／または外側部分を急速に加熱して、ベース部分またはバルク部分を加熱しないことで、基板の上方部分および／または外側部分は、熱源が停止した後に急速に温度を下げることができる。加熱および冷却サイクルは、以下に説明するように非常に迅速に実施されてよい。ＲＴＰは薄い外側層を加熱するため、サーマルバジェットの問題は回避される。つまり、基板の低バルク部分の加熱は実質的に低減される、または回避される。例として、薄い外側層の加熱は数百ナノメートルに限定されてよい。
ＲＴＰ動作は、サーマルバジェット問題に対する感受性から以前は実施されていなかったプロセスの実施も可能にする。例として、基板からの特定の上部材料層および／または外側材料層の等方的および選択的除去が実施されてよい。上部材料層および／または外側材料層は、金属、金属酸化物、および／または金属窒化物を含みうる膜材料を含んでよい。エッチングされうる金属のいくつかの例は、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびチタン（Ｔｉ）である。エッチングされうる金属酸化物のいくつかの例は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯx）、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。エッチングされうる金属窒化物のいくつかの例は、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。
ここで図１を参照すると、用いることができる基板処理システム１００の例が示されている。基板処理システム１００は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源を備えるが、他の種類の処理チャンバおよび／またはプラズマ源（例えば、リモートプラズマ源）が用いられてもよい。リモートプラズマ源は、必要に応じてラジカルを用いるために設けられてよい。他の処理チャンバの例は、別の処理チャンバ（または、第２のチャンバ）に接続されたリモートプラズマ源接続チャンバ（または、第１のチャンバ）である。基板処理システム１００は、ＲＴＰシステム１０６および処理チャンバ１０８を備える。処理チャンバ１０８は、基板１１２を支持するための基板支持体１１０を備える。ＲＴＰシステム１０６は、基板１１２の表面および／または一部を急速に繰り返し加熱する。いくつかの例では、基板支持体１１０は静電チャックまたは真空チャックを備える。いくつかの例では、基板支持体１１０は温度制御される。例えば基板支持体１１０は、１つ以上の区域に配置されうる流路１１４および／またはヒータ１１６を備えてよい。基板支持体１１０はさらに、電極１１８を備えてよい。
温度センサおよび／または圧力センサなどの１つ以上のセンサ１１９は、それぞれ温度および／または圧力を感知するために処理チャンバ１０８に配置されてよい。弁１２２およびポンプ１２４は、処理チャンバ１０８内部の圧力を制御する、および／または、処理チャンバ１０８から反応物を排出するために用いられてよい。
ＲＴＰシステム１０６は、基板１１２の急速熱アニールを実施する熱源１２６を備える。これは、フラッシュランプ１２８によるＲＴＰを含む。図２には、レーザを用いる別のＲＴＰシステムの例が示されている。窓アセンブリ１３０は、熱源１２６と処理チャンバ１０８との間に配置されてよい。窓アセンブリ１３０は、第１の（または、誘電体）窓１３２、リフレクタ１３４、結合部材１３６、および第２の窓１３８を含む。第１の窓１３２は、石英窓であってよい。リフレクタ１３４はステンレス鋼で形成され、フラッシュランプ１２８によって生成される熱エネルギを基板１１２に向けるために円錐形であってよい。第２の窓１３８は、サファイア窓であってよい。結合部材１３６は、リフレクタ１３４を処理チャンバ１０８に接続する。一実施形態では、リフレクタ１３４は含まれず、第１の窓１３２は結合部材１３６に取り付けられる。フラッシュランプ１２８は円筒形で、フラッシュランプ１２８を冷却するために水および／または他の冷却流体が循環できる冷却ジャケット１４０をそれぞれ備えてよい。放射状反射部分１４４を有するリフレクタ１４２は、第１の窓１３２に配置されてよい。リフレクタ１４２はアルミニウムで形成されてよい。フラッシュランプ１２８はそれぞれ、リフレクタ１４２と第１の窓１３２との間の放射状反射部分１４４に配置される。
温度制御システム１５０は、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御するために用いられてよい。温度制御システム１５０は、流路１１４に接続されたポンプ１５４によって流体源１５２からの流体の供給を制御してよい。温度制御システム１５０は、ヒータ１１６の動作も制御してよい。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つ以上の位置または区域の温度を感知するために、１つ以上の温度センサ１５６を備えてよい。
供給システム１６０は、１つ以上のソース１６４、１つ以上の弁１０６、１つ以上のマスフローコントローラ１６８、および混合マニホールド１７０を備える。供給システム１６０は、前処理、浸漬、パッシベーション、表面改質、原子吸着、アニール、および／またはパージの間に、ガス、蒸気、液体、化学物質、プラズマガス混合物、キャリアガスおよび／もしくは不活性ガス、ならびに／またはパージガス混合物を、処理チャンバ１０８に選択的に供給する。
ＲＦ発生器１２０－１は、ＲＦ源１２３と、処理チャンバ１０８の外壁を取り囲むコイル１２７にＲＦ電力を出力する整合ネットワーク１２５とを備える。ＲＦ発生器１２０－１は、処理チャンバ１０８においてプラズマを発生させる磁場を形成する。別のＲＦ発生器１２０－２は、基板支持体１１０の電極１１８にＲＦバイアスを供給するために用いられてよい。コントローラ１８０は、実施されているプロセスを制御するために、１つ以上のセンサ１１９、弁１２２およびポンプ１２４、温度制御システム１５０、熱源１２６、ＲＦ発生器１２０－１および／または１２０－２、ならびに供給システム１６０と連通する。
コントローラ１８０は、フラッシュランプ１２８をパルス化するように容量放電回路１８４を制御するＲＴＰコントローラ１８２を備えてよい。容量放電回路１８４は、電源１８６から電力を受信し、ＲＴＰコントローラ１８２から制御信号を受信してよい。容量放電回路１８４は、アイドルモードのときにキャパシタ（ボックス１８７）を充電し、ＲＴＰコントローラ１８２から放電信号を受信するとキャパシタを放電してよい。ＲＴＰコントローラ１８２は、金属ＡＬＥプロセスおよび／または金属ＡＬＤプロセスの間にＲＴＰ動作を実施してよい。
図２は、レーザ２０４、レンズ回路２０６、および、ＲＴＰコントローラ２１０を含むコントローラ２０８を備えるＲＴＰシステム２０２を組み込んだ基板処理システム２００の例を示す。基板処理システム２００は、図１の基板処理システム１００と同様に動作し、図２に示されない基板処理システム１００の一部を備えてよい。基板処理システム２００は、熱源１２６、コントローラ１８０、および容量放電回路１８４の代わりに、レーザ２０４、レンズ回路２０６、およびコントローラ２０８を備える。レーザ２０４は、ＲＴＰコントローラ２１０から受信する制御信号に基づいて、ＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ２１０によってパルス化（または、変調）されうる熱源である。これは、金属ＡＬＥプロセスおよび金属ＡＬＤプロセスの間に生じてよい。
レンズ回路２０６は、ビーム整形光学系２１２、第１のミラー２１４および第２のミラー２１６を含むガルバノミラー回路２１３、ならびにテレセントリックレンズアセンブリ２１８を備える。ビーム整形光学系２１２は、フラットトップ（または、第１のビーム整形）光学系２２０、および回折（または、第２のビーム整形）光学系２２２を備えてよい。フラットトップ光学系２２０は、レーザ２０４から受信したガウス分布を有するレーザビームを、フラットトップビーム（例えば、２センチメートル（ｃｍ）×２ｃｍのフラットトップビーム）に変換するために用いられる。レーザビームの温度プロファイルもガウス分布である。フラットトップ光の例は、「フライホイール」光である。
回折光学系２２２は、フラットトップ光学系２２０からのフラットトップ円形ビームを方形ビームに変換する。方形ビームは、基板上に対応する均一な温度分布を有する。これにより、方形ビームに曝された基板（例えば、基板１１２）の部分において均一な熱反応および／またはエッチング速度が可能になる。方形ビームの提供は、加熱されるダイの形状に合う形状のビームも提供する。方形ビームは、選択されたダイの表面または上方部分を均一に加熱してよい。基板１１２は、処理チャンバ１０８の基板支持体上に配置されてよい。
ビーム整形光学系２１２と第１のミラー２１４との間に、ビームサイズ調整装置２２６が配置されてよい。ビームサイズ調整装置２２６は、方形ビームのサイズが基板１１２の上のダイのサイズ以上になるように調節してよい。ビームサイズ調整装置２２６はモータ付きであってよく、ビームエキスパンダ２２７を備えてよい。ビームエキスパンダ２２７は拡大を行い、レーザビームのサイズを増加させてよい。
ＲＴＰコントローラ２１０およびガルバノミラー回路１１３は、Ｘ－Ｙガルバノメータ走査システムとして動作してよい。第１のミラー２１４は、レーザビームを基板１１２の表面にわたって第１の（または、Ｘ）方向に動かすために用いられてよい。第２のミラー２１６は、レーザビームを基板の表面にわたって第２の（または、Ｙ）方向に動かすために用いられてよい。コントローラ２０８および／またはＲＴＰコントローラ２１０は、モータ２３０および２３２によってミラー２１４および２１６を動かしてよい。
テレセントリックレンズアセンブリ２１８は、コリメートアセンブリと呼ばれてよく、一連の平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６を備える。特定数の平凸レンズが図示されているが、異なる数の平凸レンズが含まれてよい。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６の直径は、平凸レンズが窓アセンブリ１３０に近づくにつれて増加し、レンズ２４２の直径はレンズ２４０の直径よりも大きく、レンズ２４４の直径はレンズ２４２の直径よりも大きく、レンズ２４６の直径はレンズ２４４の直径よりも大きい。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は、共通の中心線２４８を有するように垂直に並ぶ。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は、金型２５０の内部で一定の関係で保持される。平凸レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は、第２のミラー２１６から受信したレーザビームを基板１１２の表面に直角になるように向ける。レーザビームが基板１１２の表面を移動するときは、テレセントリックレンズアセンブリ２１８は、レーザビームを基板１１２の表面と直角の関係に維持する。
例として、レーザ２０４によって生成されたレーザビームは直径３５５ｎｍであってよく、８０ピコ秒（ｐｓ）ごとにパルス化されてよい。ＲＴＰコントローラ２１０は、基板１１２の表面に１５０ヘルツ（Ｈｚ）の走査を実施するためにミラー２１４および２１６を動かしてよい。
基板処理システム２００は、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御するために用いられうる温度制御システム１５０を備えてよい。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つ以上の位置または区域の温度を感知するために１つ以上の温度センサ１５６を備えてよい。
図３は、図２のミラー２１４および２１６ならびにテレセントリックレンズアセンブリ２１８の側断面図を示す。ミラー２１４および２１６は、レーザビーム３００をテレセントリックレンズアセンブリ２１８に通過させることが示されている。レーザビーム３００は、最小のレンズ２４０から最大のレンズ２４６まで、レンズ２４０、２４２、２４４、２４６を通過する。レーザビーム３００が円形で、図２のビーム整形光学系２１２を通らないときは、レーザビームは、イメージ平面３０４または基板１１２の表面に曲線３０２で表されたようなガウス分布を有する。レーザビーム３００がビーム整形光学系２１２を通るときは、レーザビームは方形になり、側面Ｓを含む地点を有する。
図２のガルバノミラー回路２１３は、全視野（ＦＯＶ）を走査するための２つのミラーを備えたシステムを提供する。例として、ＦＯＶは３００ｍｍ×３００ｍｍよりも大きくてよい。一実施形態では、レンズ２４０、２４２、２４４、２４６は集合的に、イメージ平面３０４に対して垂直な所定範囲内の低開口数（所定開口数未満）および焦点コラムパラメータ（または、ビーム垂直パラメータ）を有する。レーザビームは、ビームの均一性および強度が維持されながら、イメージ平面におけるビームの歪みなしにイメージ平面に垂直に提供される。レーザビームは、イメージ平面３０４に集束されてよい。一実施形態では、ビームスポットの側面Ｓの瞳開口またはサイズは、１０～１２ｍｍに限定される。図２のビームサイズ調整装置２２６は、Ｓが２０～２２ｍｍになるようにビームスポットのサイズを増加させてよい。
フランジバック（ＦＦＬ）およびバック焦点距離（ＢＦＬ）が示されている。ＦＦＬは、（ｉ）レンズ２４６が湾曲してイメージ平面３０４に向かって外側に突出し始めるフランジ３０５の端および／または地点３０７から、（ｉｉ）イメージ平面３０４までの距離であってよい。ＢＦＬは、（ｉ）イメージ平面３０４に最も近いレンズ２４６の地点３０９から、（ｉｉ）イメージ平面３０４までの距離を意味してよい。
上記の図１～３の例は、フラッシュランプの例およびレーザビームの例を提供する。フラッシュランプは、所定数のマイクロ秒ごと（例えば、３００μｓごと）に変調（または、パルス化）されてよく、レーザビームは所定数のピコ秒ごと（例えば、８０ｐｓごと）に変調（例えば、パルス化）されてよい。この例は、連続する熱金属ＡＬＥまたは金属ＡＬＤプロセスの実施を可能にする。例として、１００μｓのパルス光源が用いられて、１Ｈｚサイクルで平方センチメートル（ｃｍ2）当たり８ジュール（Ｊ）のランプ電力を提供してよい。単一処理チャンバ内では、単一レシピで５０よりも多いサイクルが実施されてよい。材料の原子除去および等方的除去を含む金属ＡＬＥプロセスが実施されてよい。これらのプロセスは、サーマルバジェットの問題なしに基板温度を制御しながら効率的に実施される。
図４は、金属ＡＬＥプロセスを表す金属ＡＬＥプロセス図を示す。金属ＡＬＥプロセスは、金属、金属酸化物、金属窒化物、および／または金属を含む他の材料をエッチングする工程を含む。金属ＡＬＥプロセスは、金属前駆体を用いずに原子吸着を実施する工程を含む金属フリー配位子プロセスである。金属ＡＬＥプロセスは、（ｉ）第１の表面改質（または、前処理）動作、（ｉｉ）金属フリー配位子および／または有機蒸気を含む第２の表面改質（または、原子吸着）動作、（ｉｉｉ）ＲＴＰ（または、熱除去）動作、ならびに（ｉｖ）表面リフレッシュ（または、パージ）動作を繰り返し実施する工程を含んでよい。金属フリー配位子の原子吸着動作は、表面改質動作を実施した結果形成された金属複合材料の沸点未満の温度で実施されてよい。ＲＴＰは、従来の連続波（ＣＷ）加熱手法と比べて、サーマルバジェット問題なしに原子的におよび等方的に膜を除去するために用いられてよい。一実施形態では、熱パルス期間は３ｍｓ未満の期間であり、サーマルバジェット問題を避けるために基板表面温度を約５００℃まで上昇させる。
前処理（または、第１の表面改質動作）の間に、酸素分子（Ｏ2）プラズマ、オゾン（Ｏ3）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、水蒸気プラズマ、水素分子（Ｈ2）プラズマ、塩素分子（Ｃｌ2）プラズマ、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ、および／または他のガスが供給されてよい。前処理の間に、基板の表面および／または一部を改質するためにプラズマが提供されてよい。
第２の表面改質動作の間に、金属フリー配位子は、有機ガスまたは蒸気の形態で導入される。金属フリー配位子は、無反応性の配位子（例えば、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）、ならびに／またはアセチルアセトン（Ｈａｃａｃ）、ならびに／または基板の表面および／もしくは一部に吸着する他の有機ガス、蒸気、および／もしくは反応物）を含んでよい。金属フリー配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、または他の有機蒸気を含んでよい。用いられうる他の配位子の例は、トリフルオロ酢酸、酢酸、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、テトラメチルエチレンジアミン、ｔｅｒｔ－ブチルイソシアニド、ｔｅｒｔ－ブチルアミン、ジメチルアミン、ｔｅｒｔ－ブチルアルコール、およびｔｅｒｔ－ブチルチオールである。異なる種類のＨａｃａｃが用いられてよく、例えば、炭素（Ｃ）、フッ素（Ｆ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、セレン（Ｓｅ）、およびヒ素（Ａｓ）元素のうちの２つ以上を含む様々な化合物が含まれてよい。用いられうる他の種類のＨａｃａｃの例は、アセチルアセトン、トリフルオロアセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、ジピバロイルメタン、ピバロイルトリフルオロアセトン、ジベンゾイルメタン、４，４，４－トリフルオロ－１－フェニル－１，３－ブタンジオン、４，４－ジフルオロ－１－フェニル－１，３－ブタンジオン、４，４，４－トリフルオロ－１－（２－チエニル）－１，３－ブタンジオン、および４，４，４－トリフルオロ－１－（２－フリル）－１，３－ブタンジオンである。
原子吸着が施される基板部分は、金属、金属酸化物、または金属窒化物で形成されてよい。エッチングされうる金属のいくつかの例は、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびチタン（Ｔｉ）である。エッチングされうる金属酸化物（ＭＯx）のいくつかの例は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ジルコニウム（ＡｒＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯx）、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。エッチングされうる金属窒化物のいくつかの例は、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。
原子吸着の後に除去される部分は、例えば金属および配位子、水、水素、クロロトリメチルシラン、ならびに／または、他の揮発性および改質された材料および／もしくは物質を含む金属錯体であってよい。
一実施形態では、基板の所定量の１つ以上の層を除去するために、所定数のサイクルが実施される。例として、基板の最上部分の単層は、金属ＡＬＥプロセスのサイクルごとに除去されてよい。急速熱動作の間に、フラッシュランプアセンブリまたはレーザは、図１～２に示したように、および／または以下に説明するように用いられてよい。
基板は、基板リフレッシュ動作の間に冷却されてよい。基板リフレッシュ動作は、アルゴン（Ａｒ）ガスの導入を含んでよい。一実施形態では、基板を極低温で冷却するために能動冷却が提供される。これは基板を冷却する時間を短縮し、より短期間により多くのサイクルが実施されることを可能にする。能動冷却は、基板のベース（または、バルク）部分に悪影響を与えることなく迅速な回復を提供する。
図５Ａは、例示的な急速熱パルスを表す例示的な経時温度プロファイルを示す。図５Ａでは、例として低温パルスおよび高温パルスが示されている。急速熱パルスは、低温での吸着を向上させるために独立した動作の間に分離加熱を提供する。これにより、ＡＬＥプロセスの対応する部分の間に基板の表面温度を制御することが可能になる。急速熱パルス中のエッチング速度は、表面改質深さに基づいて調節できる。
例として、低温パルスは、基板の一部の温度をサイクル当たり８０℃まで上昇させるために提供されてよい。高温パルスは、基板の一部の温度をサイクル当たり６００℃まで上昇させてよい。一実施形態では、低温パルスは、基板の一部の温度を２０～８０℃まで上昇させる。一実施形態では、高温パルスは、基板の一部の温度を１００～６００℃まで上昇させる。別の実施形態では、低温パルスは提供されない。加熱される基板部分は、低温パルスおよび／または高温パルスの各連続する対の間に、例えばベースライン温度（例えば、２０℃）まで冷却される。複数の低温パルスおよび／または高温パルスが提供されてよく、加熱された基板部分は、所定の秒数（図中のＸ秒）において連続するパルスの間に冷却されてよい。例として、複数の低温パルスおよび高温パルスは、３～１０秒の長期間に提供されてよい。
本明細書に記載のＲＴＰは、基板表面温度の加熱および制御を可能にする。加熱は、原子反応制御を提供しながら、制御された調節可能な方法で基板の所定深さに提供される。これは、生成される光（例えば、フラッシュランプまたはレーザ）パルスの数、長さ、強度、および周波数を制御することによって達成されてよい。一実施形態では、一連の高温パルスが提供される。他の実施形態では、一連の低温パルスが提供される。別の実施形態では、低温パルスおよび高温パルスの組み合わせが提供され、基板表面の少なくとも一部にわたって温度深さプロファイルを提供するように、それらパルスの持続期間、強度（または、電力レベル）、および周波数が制御される。図１の実施形態のように複数のフラッシュランプを有することで、フラッシュランプを別々に操作することにより異なる温度帯を作り出してよい。例えば、第１の１つ以上のフラッシュランプは、第１のセットの１つ以上の持続期間、１つ以上の強度レベル（または、電力レベル）、および１つ以上の周波数を有する第１の一連のパルスを提供するように操作されてよく、第２の１つ以上のフラッシュランプは、第２のセットの１つ以上の持続期間、１つ以上の強度レベル（または、電力レベル）、および１つ以上の周波数を有する第２の一連のパルスを提供するように操作されてよい。
図５Ｂは、図５Ａに示す急速熱パルスと同様の急速熱パルスの反応速度対温度を示す。例示的な吸着曲線５００および例示的な脱離（または、エッチング）曲線５０２が示されている。例えば、金属フリー配位子の原子吸着の間に、対応する金属層は低温パルスを受信してよい、および／または冷却されてよい。１秒未満の期間でありうる例示的な期間Ｔ１は、低温パルスについて示されている。Ｔ１は、低温パルスの持続期間であってよい。１ミリ秒未満の期間である例示的な期間Ｔ２は、高温パルスについて示されている。Ｔ２は、高温パルスの持続期間であってよい。表面温度は、低温と高温との間で急激に変化してよい（例えば、加熱時は１ミリ秒未満で冷却時は１秒未満）。
以下の図６～７の例は、窒化チタン（ＴｉＮ）の物理蒸着（ＰＶＤ）上層を有する基板について提供される。図６は、金属ＡＬＥプロセスによりヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）または塩素分子（Ｃｌ2）が導入されたときの、異なる酸化剤のエッチング速度の第１の例示的グラフを示す。３つの例示的なエッチング範囲が示され、それぞれ、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）配位子を有するオゾン（Ｏ3）、塩素を有する過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、およびヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）を有する酸素（Ｏ2）プラズマである。このプロットは、選択された酸化剤の種類に基づいてエッチング速度が制御されうることを表す。一実施形態では、エッチング速度は主に、酸化剤の導入によって提供された酸化深さを制御することにより制御される。図のように、酸素（Ｏ2）の導入は、Ｈｈｆａｃを用いたときにより高いエッチング速度のより深い酸化を提供してよい。
図７は、金属ＡＬＥプロセスによる異なる酸化剤のエッチング速度の第２の例示的グラフを示す。図７は、用いられる酸化剤の種類に基づいてエッチング速度を調節することができる別の例である。３つの例示的なエッチング範囲が示され、それぞれ、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）配位子を有するオゾン（Ｏ3）、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）配位子を有する過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、およびヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）を有する酸素分子（Ｏ2）プラズマである。３つの全ての例示的なエッチング範囲は同じ配位子についてであるが、異なる酸化剤の前処理によるものである。図７のグラフに関する基板の温度は、図７のグラフの基板の温度とは異なる。温度は、エッチング速度を変更するために調節できるいくつかのパラメータの１つである。エッチング速度は、急速熱アニール中に用いられるＲＴＰエネルギレベルを調節することによっても調節されてよい。
図８は、図４の金属ＡＬＥプロセスおよび図１１の方法で実施される前処理についての酸素濃度レベル対酸化深さの例示的グラフを示す。図８は、室内気への暴露による自然酸化がほとんどない（わずかな酸素を含む）基板の未処理窒化チタン（ＴｉＮ）についてのプロット８００、それぞれ異なる加熱量に関するオゾン（Ｏ3）についての４つのプロット８０２、それぞれ異なる加熱量に関する過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）についての２つのプロット８０４、および、それぞれ異なる加熱量に関する酸素分子（Ｏ2）についての３つのプロット８０６を示す。図からわかるように、用いられる酸化剤の選択を制御するすることにより、酸素吸着の量および／深さも選択的に制御できる。エッチング速度は、酸化深さを調節することによっても調節される。エッチング速度は、酸化深さに関係する。酸化深さが増加すると、エッチング速度も増加する。図の例では、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の酸化深さはオゾン（Ｏ3）の酸化深さ未満であり、オゾン（Ｏ3）の酸化深さは酸素分子（Ｏ2）プラズマの酸化深さ未満である。また、さらなる加熱（または、予熱）で基板の温度が高くなり、酸化が深くなる。温度は、大気温度と２００℃との間である。曲線からわかるように、酸素濃度はピークまで増加し、その後深さが増加するにつれて減少する。
図９は、異なるパターンの導入酸化剤の例示的なエッチング深さ選択性の図を示す。異なるパターンの酸化剤は、エッチング深さおよびエッチング速度を制御するために導入されてよい。図４の金属ＡＬＥプロセスが複数サイクル実施されてよく、各サイクルは、表面改質を実施するために１つ以上の表面改質材料を導入する工程を含む。例として、エッチングされる異なる材料について２行の異なるパターンが示されている。第１の行は、ＲＴＰを用いて対応する材料のエッチングを可能にする例示的なパターンを提供する。第２の行は、ＲＴＰを用いて対応する材料にエッチングを実施することができないパターンの例を提供する。例示の図は、エッチングされる４つの材料についての４つの列も含み、第１の材料は窒化チタンＴｉＮを含み、第２の材料はルテニウムＲｕを含み、第３の材料はタングステンＷを含み、第４の材料はタンタルＴａを含む。
行および列は小区画を提供し、各小区画は特定の順序の０、１、２、または３つの記号を含む。記号は、円形、四角形、および三角形を含む。円形は、酸素分子（Ｏ2）プラズマおよびＨｈｆａｃ配位子を導入し、次にフラッシュランプ加熱が続く工程を意味する。三角形は、オゾンＯ3ガスを導入し、次にフラッシュランプ加熱が続く工程を意味する。四角形は、酸素分子（Ｏ2）プラズマおよび塩素分子（Ｃｌ2）を導入し、フラッシュランプ加熱が続く工程を意味する。図９は特定のガス、プラズマ、および配位子の使用を示すが、本明細書に開示の任意の種類のガス、プラズマ、配位子、ならびに／または他の有機ガスおよび／もしくは蒸気が用いられてよい。同様に、特定の種類の加熱および特定のパターンの特定サイクルが示されているが、本明細書に開示の他の種類の加熱および任意の数のサイクルが様々な順序で実施されてよい。
図１０は、基板の一部から金属層部分を除去するために急速熱パルスサイクルを繰り返し実施することを表す図を示す。各サイクルにおいて一部が除去された積層１０００が示されている。図１０は、例示目的のみで示されている。上層は改質されて除去されるように示されているが、上層の側面も除去される。金属層の上にマスクが配置されたときは、金属層の側面は、上層の改質および除去なしに改質されて除去されてよい。積層１０００は上部金属層１００２およびベース層１００４を含み、１つ以上の層を含んでよい。上部金属層１００２は、ＲＴＰを用いて除去される、本明細書に記載されたように改質された金属、金属酸化物、または金属窒化物を含む改質表面層（または、上部単層）１００６を含む。改質表面層１００６は、対応するＲＴＰプロセスの各サイクル中に除去される。例えば、第１のサイクル中に改質表面層１００６は金属層１００２から除去されて、金属層１００２’を提供する。第２のサイクル中に改質表面層１００６’が金属層１００２’から除去されて、金属層１００２’’を提供する。
本明細書に開示のシステムは、いくつかの方法を用いて操作されてよく、例示の方法は図１１、１７、および１８に示されている。図１１は、本明細書に記載のＲＴＰを実施する金属ＡＬＥ法を示す。金属ＡＬＥ法は、繰り返し実施されうる図４の金属ＡＬＥプロセスを含んでよく、各繰り返しはサイクルと呼ばれる。以下の動作は主に図１～２および４の実施形態に関して説明されるが、これらの動作は、本開示の他の実施形態に適用するように容易に変更できる。これらの動作は、繰り返し実施されてよい。図１１において破線で示された特定の動作は、現行サイクルでは実施されなくてよい、またはとばされてよい。
この方法は１１００で始まってよい。１１０２では、基板（例えば、図１および２の基板１１２、ならびに／または直径３００ｍｍの基板）が処理チャンバ内に配置される。１１０４では、基板支持体温度、チャンバ圧、ＲＦ電力およびバイアス電力レベル、ならびにガス流量などのチャンバ動作パラメータが設定される。動作１１０４の間に、次の動作１１０８および１１１０で導入されるガス、蒸気、液体、配位子、有機蒸気などの種類。動作１１０４の間に、動作１１０８および１１１０の間に導入されるガス、蒸気、液体、配位子、有機蒸気などの容積、流量、および／または圧力も決定されてよい。動作１１１４のエネルギレベルも選択されてよい。記載の動作パラメータは、実施される金属ＡＬＥプロセスのサイクルごとのエッチング速度を調節するために選択されてよい、および／または調節されてよい。エッチング速度は調節可能である。一実施形態では、表面改質動作を実施するために用いられるガス、蒸気、配位子、プラズマ、および／または化学物質が選択され、流入するガス、蒸気、液体、プラズマ、および／または化学物質の対応する容積、量、圧力、流量、ならびに開始、終了、および持続時間が決定される。これは、流入が停止する期間、基板が１つ以上のガス、蒸気、液体、プラズマ、および／もしくは化学物質に暴露される期間、バージ時間、ならびに／または他の関連するタイミングを含んでよい。温度レベル、ＲＴＰエネルギレベル、および対応するタイミングも決定されてよい。記載の情報は、実施されるサイクルごとに決定されてよい。
１１０６では、基板の表面が洗浄される。例として、基板はベース層の上に配置された上部（または、上）層を含んでよい。上部層は、金属、金属酸化物、もしくは金属窒化物を含んでよい、または金属、金属酸化物、もしくは金属窒化物から構成されてよい。上部層の上部面は洗浄されてよい。
１１０８では前処理が実施されてよく、前処理は、金属、金属酸化物、または金属窒化物を含む基板の１つ以上の表面および／または層を、例えば酸素分子（Ｏ2）プラズマ、オゾン（Ｏ3）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、水蒸気プラズマ、水素（Ｈ2）プラズマ、塩素分子（Ｃｌ2）プラズマ、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ、および／または他のガスに暴露する工程を含む。表面改質は、化学物質、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）蒸気、水（Ｈ2Ｏ）蒸気、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、および／または他の化学反応物の流入などの非プラズマプロセスを含んでよい。別の実施形態では、表面改質は、酸素分子（Ｏ2）プラズマ、水素分子（Ｈ2）プラズマ、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ、水（Ｈ2Ｏ）プラズマ、および／または他のプラズマの流入などのプラズマプロセスを含む。例として、これは室内温度または他の温度で起こりうる、ＴｉＮ（Ｔｉ3+）をＴｉＯ2（Ｔｉ4+）に変換するためにＯ2プラズマを供給する工程を含んでよい。動作１１０８は、金属を金属酸化物または金属ハロゲン化物に変換するために実施されてよい。この動作は、脱塩素化および表面活性化のために実施されてよい。例として、水素（Ｈ2）ガス種またはアンモニア（ＮＨ3）ガス種を含むプラズマガス混合物が処理チャンバに供給される。一実施形態では、表面改質はプラズマなしで実施されるが、予め選択された化学物質を有するガスを用いて実施される。
１１０９では、基板は必要に応じて予熱される。これは、上述のように基板支持体の温度および／または対応する処理チャンバ内の温度を上昇させることを含んでよい。例として、基板、基板支持体、および／または処理チャンバの内部の温度は、所定温度（例えば、２００℃）まで上昇されてよい。一実施形態では、動作１１０９は実施されず、基板は室内温度に維持される。一実施形態では、基板、基板支持体、および／または処理チャンバの内部の温度は、室内温度以上且つ次の動作１１１０を実施した結果形成される複合金属の沸点未満の温度である。
１１１０では、ヘキサフルオロアセチルアセトンＨｈｆａｃおよび／もしくはアセチルアセトンＨａｃａｃなどの１つ以上の無反応性配位子の導入、ならびに／または、基板に吸着する１つ以上の他の有機ガス、蒸気、および／もしくは反応物の導入を含む原子吸着が実施される。金属フリー配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、および／または他の有機蒸気を含んでよい。一実施形態では、金属フリー配位子はＣｌ2である。この動作は、１１０８で改質された基板の１つ以上の上部および／または外部の表面／層を、金属錯体を有する層に変換する工程を含む。動作１１１０は、例えば室内（または、大気）温度以上且つ金属錯体の沸点未満の温度で起こってよい。導入された１つ以上の配位子は、エッチングされる金属、金属酸化物、および／または金属窒化物、実施される前処理、エッチングされる表面／層の温度、エッチングに用いられるエネルギレベルなどに基づいて選択されてよい。これにより、異なる金属および／または金属化合物を有する表面について、選択的なエッチング深さおよびエッチング速度を含む精密で高選択的なエッチングが可能になる。
１１１２では、対応する処理チャンバはガスがパージされる。１１１４では、例えばフラッシュランプ、レーザ、または本明細書に記載されるように急速にパルス化できる他の適したランプ（例えば、赤外線ランプ）を用いて、パルス急速熱アニールが実施される。一実施形態では、所定量の熱エネルギ（例えば、７ジュール（Ｊ）または１１Ｊ）を提供するフラッシュランプが用いられる。別の実施形態では、パルスレーザが用いられる。
基板の表面温度または上方部分温度を調節する工程を含む、少なくとも動作１１０８～１１１５が繰り返し実施されてよい。表面温度または上方部分温度は、１秒のうちに複数回調節されてよい。パルス急速熱アニールは、１１１４において脱離／除去の目的で実施される。これは、基板の改質部分を加熱するために１回以上の熱エネルギパルスを生成する工程を含んでよい。温度は、特定の分子を蒸発させるために上昇されてよい。急速熱パルスは、基板の表面における清浄な反応を可能にし、基板から金属錯体を除去する。
例として、基板はエッチング対象の酸化ハフニウムを含む金属酸化物層を有してよい。１１０８では、ＨｆＯ2をＨｆＣｌ4に変換するために、塩素プラズマおよび／または塩素ガスを導入する工程を含む塩素化が実施されてよい。次に１１１０では、Ｎ，Ｎ－ジメチルトリメチルシリルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）またはＨｈｆａｃなどの有機ガス、化合物、および／または配位子が導入されてよい。１１１４では、１１１０においてＴＭＳＤＭＡなどが導入された場合は、金属ジメチルアミド（例えば、金属ジメチルアミン（Ｈｆ（ＤＭＡ）4）および高揮発性液体（例えば、クロロトリメチルシランＴＭＳＣｌ）が除去されてよい。１１１０においてＴＭＳＤＭＡが導入された場合は、Ｈｆ（ＤＭＡ）4およびＴＭＳＣｌが除去されてよい。金属ジメチルアミドは揮発性であり、蒸気前駆体として用いられてよい。記載の方法は、高沸点の金属ハロゲン化物を揮発性有機金属化合物および有機ケイ素化合物（または、揮発性液体）に変換することにより、ＨｆＣｌ4（または、金属塩化物）などの高沸点のハロゲン化合物を除去するために実施されてよい。１１１４では、１１１０においてＨｈｆａｃが導入された場合は、Ｈｆ（ｈｆａｃ）4およびＨＣｌが除去されてよい。
別の例として、基板は、ハフニウム層または酸化ハフニウム層など、エッチング対象の金属層または金属酸化物層を有してよい。１１０８では酸素プラズマが導入されてよく、次に１１１０においてＨｈｆａｃが導入される。１１１４では、Ｈｆ（ｈｆａｃ）4およびＨ2Ｏが除去されてよい。
さらに別の例として、基板は、ハフニウム層または酸化ハフニウム層など、エッチング対象の金属層または金属酸化物層を有してよい。１１０８では水素プラズマ、および必要に応じて酸素プラズマが導入されてよく、次に１１１０においてＨｈｆａｃが導入される。１１１４では、Ｈｆ（ｈｆａｃ）4、Ｈ2Ｏ、およびＨ2が除去されてよい。
上記の動作が実施されるときに、無機塩類またはさらなる金属錯体は生成されない。さらなる金属錯体は、例えば金属前駆体が導入されたときに生成されうる。上記の動作は、金属前駆体の導入を含まない。１１１５などの表面リフレッシュ動作において水素プラズマまたは酸素プラズマを導入することにより、不完全な有機残留物は容易に洗浄されてよい。
動作１１１４の間、基板のベースおよび／またはバルクは所定温度（例えば、２０℃以下）で、または所定温度未満に維持される。ＲＴＰは、１つの処理チャンバ構成が高スループットで使用されることを可能にする。１つの処理チャンバで複数の処理動作が実施されてよい。別の例として、各パルスは０．１ミリ秒（ｍｓ）の長さであってよく、基板の表面および／または一部の温度は１０００℃まで上昇されてよい。
いくつかの例では、各フラッシュランプパルスは５Ｊ／ｃｍ2（すなわち、基板の単位面積当たりのエネルギ）から８０Ｊ／ｃｍ2を提供する。いくつかの例では、各レーザパルスは５ｍＪ／ｃｍ2から８０ｍＪ／ｃｍ2を提供する。いくつかの例では、アニールは０．１ｍｓから２０ｍｓの所定期間に実施される。一実施形態では、フラッシュランプが１ｍｓのパルス期間で用いられ、またはレーザが１ピコ秒（ｐｓ）のパルス期間で用いられて、基板の表面または上方部分を初期温度から５００℃より高温に加熱し、次に１秒（ｓ）未満で初期温度に戻るように冷却される。
動作１１０８、１１１０、１１１４は、動作１１０８および１１１０の間に改質された基板の表面および／または上部層の原子を除去することにより、制御可能な原子を可能にする。１１１４で実施される急速加熱は、プラズマを用いずに等方性反応を提供する。また、本願の加熱は急速冷却を可能にし、サーマルバジェット問題も防ぐ。
１１１５では、基板の表面はパージガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス）で処理チャンバをパージすることによりリフレッシュされて、イオン衝突を実施し、基板の改質部分を除去してよい。一実施形態では、処理チャンバは、提供された１以上の連続する対の急速熱パルスの間にパージされる。一実施形態では、各連続する対のパルスの間にガスが処理チャンバからパージされる。これにより、処理チャンバ内で複数のプラズマおよび／または気相プロセスの実施が可能になる。一実施形態では、基板支持体の冷却はパルス急速熱アニール中および／または後に提供されて、パルス急速熱アニール中の基板のベースおよび／またはバルクの温度を維持するのに役立ち、パルス急速熱アニールを実施した後に基板を急速に冷却するのに役立つ。
１１１６では、コントローラ１８０もしくは２０８、および／または急速熱パルスコントローラ１８２もしくは２１０は、Ｎサイクルが完了したかどうかを決定する（Ｎは１以上の整数）。Ｎサイクルが完了した場合は動作１１１８が実施され、そうでなければ動作１１０８が実施される。１１１８では、コントローラ１８０または２１０は、必要に応じて第２の（または、ポスト）アニール動作を実施してよい。１１１９では、コントローラ１８０または２１０は、現行のダイについて別のプロセスを実施すべきかどうか、ならびに／または、現行のプロセスを変更すべきかおよび／もしくは繰り返すべきかどうかを決定してよい。別のプロセスが実施される場合は動作１１０４が実施されてよく、そうでなければ、レーザおよびレンズ回路が図２の実施形態のように用いられるときは、動作１１２０が実施されてよい。フラッシュランプが図１の実施形態のように用いられる場合、別のプロセスまたは現行のプロセスにおいて変更が実施されないときは、この方法は１１２２で終了してよい。プロセスが別のダイで実施される場合は動作１１２４が実施されてよく、そうでなければこの方法は１１２２で終了してよい。
１１２４では、コントローラ２０８はミラー２１４および２１６を動かして、レーザビームのイメージ平面位置が基板１１２の異なるダイの上になるように変更する。例として、２ｃｍ×２ｃｍのレーザビームが第１のダイの上から第２のダイの上になるように動かされてよい。記載の方法は、基板上の何十から何百のダイの上でレーザビームを走査するように繰り返し実施されてよい。ミラー２１４および２１６の動きは、ダイ当たり１ショット以上を提供するために、レーザ２０４のパルス繰り返し数と同期してよい。
上述の動作は、例示を意図している。これらの動作は、重複時間に連続して、同期して、同時に、継続的に実施されてよい、または適用に応じて異なる順序で実施されてよい。また、実施形態および／または事象の順序に応じて、これら動作のいずれかは実施されなくてよい、またはとばされてよい。
図１１の方法は図１～２のシステムを用いて金属ＡＬＥを実施するために説明されるが、図１～２のシステムは金属ＡＬＤを実施するために用いられてよい。フラッシュランプおよびレーザなどの熱源は、基板上に単層を成長させるために用いられてよい。例えば、ＲＴＰは堆積動作の前および／または最中に提供されてよく、材料は除去されるのではなく堆積（または、成長）されてよい。単層の成長を可能にするために、金属ＡＬＤの間に対応する処理チャンバに異なるガスが提供されて維持されてよい。
図１２は、レーザ１２０４、レンズ回路１２０６、およびＲＴＰコントローラ１２１０を含むコントローラ１２０８を備えるＲＴＰシステム１２０２を組み込んだ基板処理システム１２００の例を示す。基板処理システム１２００は、図２の基板処理システム２００と同様に動作してよい。レーザ１２０４は、ＲＴＰコントローラ１２１０から受信する制御信号に基づいてＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ１２１０によってパルス化（または、変調）されうる熱源である。これは金属ＡＬＥプロセスおよび金属ＡＬＤプロセスの間に生じてよい。
レンズ回路１２０６は、ビーム整形光学系１２１２、第１のミラー１２１４および第２のミラー１２１６を含むガルバノミラー回路１２１３、ならびにテレセントリックレンズアセンブリ１２１８を備える。ビーム整形光学系１２１２は、フラットトップ（または、第１のビーム整形）光学系１２２０、および回折（または、第２のビーム整形）光学系１２２２を備えてよい。フラットトップ光学系１２２０は、レーザ１２０４から受信したガウス分布を有するレーザビームを、フラットトップビーム（例えば、２センチメートル（ｃｍ）×２ｃｍのフラットトップビーム）に変換するために用いられる。レーザビームの温度プロファイルもガウス分布である。回折光学系１２２２は、フラットトップ光学系１２２０からのフラットトップ円形ビームを方形ビームに変換する。方形ビームは、基板上で対応する均一な温度分布を有する。基板１１２は、基板支持体（例えば、図１の基板支持体１１０）の上に配置されてよい。
レーザ１２０４は、パルスモードまたは連続波（ＣＷ）モードで操作されてよい。パルスモード中に、ビーム整形光学系１２１２の出力は、ビームサイズ調整装置１２２６に直接提供されてよい。パルスモード中に、ＲＴＰコントローラ１２１０は、パルス期間がピコ秒またはナノ秒の範囲になるようにレーザビームのパルス速度を制御する。音響光学変調器１２２３は、レーザ１２０４がＣＷモードで操作されるときに備えられ、ＲＴＰコントローラ１２１０によって制御されてよい。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ１２１０は、音響光学変調器１２２３に提供される無線周波（ＲＦ）制御信号を生成する。ＲＦ制御信号は、音響光学変調器１２２３の結晶の屈折率の変化を制御するために提供される。結晶の屈折率は、ＲＦ制御信号の周波数に基づいて変化する。ビーム整形光学系１２１２から音響光学変調器１２２３に提供されたレーザビームは、ＲＦ信号の周波数に基づいて結晶によって屈折される。結晶は、ビームサイズ調整装置１２２６および／または第１のミラー１２１４へのレーザビームの通過を可能にする、または防ぐレーザシャッタとして機能する。一実施形態では、ビーム整形光学系１２１２からの連続波レーザビームが音響光学変調器１２２３によって効率的にパルス化（または、変調）されるように、ＲＴＰコントローラ１２１０はＲＦ制御信号の周波数を制御する。レーザビームは、各パルス期間がマイクロ秒またはミリ秒の範囲になるようにパルス化される。その結果、音響光学変調器１２２３の使用により、パルス当たりの加熱を増加させるためにより長期間のパルスを有するパルスレーザビームの生成が可能になる。
ビームサイズ調整装置１２２６は、ビーム整形光学系１２１２と第１のミラー１２１４との間に配置されてよい。一実施形態では、ビームサイズ調整装置１２２６は、方形ビームのサイズが基板１１２の上のダイのサイズ以上になるように調節する。ビームサイズ調整装置１２２６はモータ付きであってよく、ビームエキスパンダ１２２７を備えてよい。
ＲＴＰコントローラ１２１０およびガルバノミラー回路１２１３は、Ｘ－Ｙガルバノメータ走査システムとして動作してよい。第１のミラー１２１４は、レーザビームを基板１１２の表面にわたって第１の（または、Ｘ）方向に動かすために用いられてよい。第２のミラー１２１６は、レーザビームを基板の表面にわたって第２の（または、Ｙ）方向に動かすために用いられてよい。コントローラ１２０８および／またはＲＴＰコントローラ１２１０は、モータ１２３０および１２３２を介してミラー１２１４および１２１６を動かしてよい。
テレセントリックレンズアセンブリ１２１８は、一連の平凸レンズ１２４０、１２４２、１２４４、１２４６を備えてよい。特定数の平凸レンズが図示されているが、異なる数の平凸レンズが含まれてよい。平凸レンズ１２４０、１２４２、１２４４、１２４６の直径は、平凸レンズが窓アセンブリ１３０に近づくにつれて増加し、レンズ１２４２の直径はレンズ１２４０の直径よりも大きく、レンズ１２４４の直径はレンズ１２４２の直径よりも大きく、レンズ１２４６の直径はレンズ１２４４の直径よりも大きい。平凸レンズ１２４０、１２４２、１２４４、１２４６は、共通の中心線１２４８を有するように垂直に並ぶ。平凸レンズ１２４０、１２４２、１２４４、１２４６は、金型１２５０の内部で一定の関係で保持される。平凸レンズ１２４０、１２４２、１２４４、１２４６は、第２のミラー１２１６から受信したレーザビームが基板１１２の表面に直角になるように向ける。レーザビームが基板１１２の表面を横切って動く時は、テレセントリックレンズアセンブリ１２１８は、レーザビームを基板１１２の表面と直角の関係に維持する。
例として、ビーム整形光学系１２１２、音響光学変調器１２２３、および／またはビームサイズ調整装置１２２６からのレーザビームは、第２のミラー１２１６の中心１２５２に集束され、次にテレセントリックレンズアセンブリ１２１８を通過するように向けられてよく、そこでレーザビームが平行になって基板１１２に提供される。レーザを第２のミラー（または、レンズ）１２１６の入力瞳孔で集束することは、基板１１２の上向き面に平行ビームを提供することに役立つ。
例として、レーザ１２０４によって生成されたレーザビームは直径３５５ｎｍであってよい。レーザ１２０４は、パルスモードまたはＣＷモードで動作してよい。ビーム整形光学系１２１２、ビームサイズ調整装置１２２７、およびテレセントリックレンズアセンブリ１２１８は、基板１１２で受信される２センチメートル×２センチメートルの方形ビームを生成してよい。ＲＴＰコントローラ１２１０は、基板１１２の表面にわたって２００Ｈｚの走査を実施するようにミラー１２１４および１２１６を動かしてよい。ＲＴＰコントローラ１２１０は、１秒の期間内に全てのダイおよび／または上向き表面積（例えば、直径３００ｍｍの基板について、基板の２．８３×１０5ｍｍの上向き表面積）の上を走査してよい。これは例えば、１秒内に基板の１６０のダイの上を走査することを含んでよい。この走査は、レーザビームをダイからダイへ動かすことと、所定期間（例えば、レーザビームの１つ以上のパルスの全期間）に各ダイを加熱することとを含む。
基板処理システム１２００は、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御するために用いられうる温度制御システム１５０を備えてよい。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つ以上の位置または区域の温度を感知するために１つ以上の温度センサ１５６を備えてよい。
図３に示すようなテレセントリックレンズアセンブリは、実装するのに費用がかかる可能性がある。レーザビームは、テレセントリックレンズアセンブリを用いずに平行にできる。例として図３および１３を参照すると、レーザビームを平行にするために、図３のテレセントリックレンズアセンブリ２１８は取り除かれてよく、ミラー２１６はイメージ平面３０４から取り去られる。レーザビームを平行にし、光線が基板１１２に向けられる角度（または、イメージ平面３０４に直角な角度から離れる角度）を最小にするために、ミラー２１６とイメージ平面３０４との間の伝送距離ＴＤは最大にされる、および／または、所定最小距離より長く設定される。光線がイメージ平面３０４に直角な方向に向けられた場合に、基板１１２の表面にわたるエッチング速度の均一性のための理想的なレーザビーム条件が存在する。光線が直角になる所定小範囲の角度（例えば、９０°±３°）で向けられた場合は、レーザビームは十分に平行になって、所定の最小均一性レベルよりも高い表面エッチング均一性を提供する。レーザビームの光線の角度が所定範囲内になるように光線を向けるため、距離ＴＤは所定長さ（例えば、３メートル）以上に設定される。距離ＴＤが長くなるほど角度は小さくなるため、レーザビームはより平行となる。図１３は、（ｉ）レーザビームが基板１１２の中心に向けられたとき、および（ｉｉ）レーザビームが基板１１２の端に向けられたときを示す。これら２つの伝送間の入射角１３００は、ミラー２１６がイメージ平面３０４から遠くなるほど減少する。
ミラー２１６との間の距離を低減すると同時にレーザビームを平行にするために、ミラー２１６とイメージ平面３０４との間に光ビーム折り曲げアセンブリが組み込まれてよい。光ビーム折り曲げアセンブリは、テレセントリック性を向上させる。この例は、図１４に示されている。図１４は、レーザ１４０４、レンズ回路１４０６、およびＲＴＰコントローラ１４１０を含むコントローラ１４０８を備えるＲＴＰシステム１４０２を組み込んだ基板処理システム１４００の例を示す。基板処理システム１４００は、図２の基板処理システム２００および図１２の基板処理システム１２００と同様に動作してよい。レーザ１４０４は、ＲＴＰコントローラ１４１０から受信する制御信号に基づいて、ＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ１４１０によってパルス化（または、変調）されうる熱源である。これはＡＬＥプロセスおよびＡＬＤプロセスの間に生じてよい。
レンズ回路１４０６は、ビーム整形光学系１４１２、第１のミラー１４１４および第２のミラー１４１６を含むガルバノミラー回路１４１３、ならびに光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８を備える。ビーム整形光学系１４１２は、フラットトップ（または、第１のビーム整形）光学系１４２０、および回折（または、第２のビーム整形）光学系１４２２を備えてよい。フラットトップ光学系１４２０は、レーザ１４０４から受信したガウス分布を有するレーザビームを、フラットトップビーム（例えば、２センチメートル（ｃｍ）×２ｃｍのフラットトップビーム）に変換するために用いられる。レーザビームの温度プロファイルもガウス分布である。回折光学系１４２２は、フラットトップ光学系１４２０からのフラットトップ円形ビームを方形ビームに変換する。方形ビームは、基板１１２の上に対応する均一な温度分布を有する。基板１１２は、対応する処理チャンバ１０８の内部の基板支持体上に配置されてよい。
レーザ１４０４は、パルスモードまたは連続波（ＣＷ）モードで操作されてよい。パルスモード中に、ビーム整形光学系１４１２の出力は、ビームサイズ調整装置１４２６に直接提供されてよい。パルスモード中に、ＲＴＰコントローラ１４１０は、パルス期間がピコ秒またはナノ秒の範囲になるようにレーザビームのパルス速度を制御してよい。レーザ１４０４がＣＷモードで操作されるときは、音響光学変調器１４２３が備えられてよい。音響光学変調器１４２３は、ＲＴＰコントローラ１４１０によって制御されてよい。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ１４１０は、音響光学変調器１４２３に提供されるＲＦ制御信号を生成する。ＲＦ制御信号は、音響光学変調器１４２３の結晶の屈折率の変化を制御するために提供される。結晶の屈折率は、ＲＦ制御信号の周波数に基づいて変化する。ビーム整形光学系１４１２から音響光学変調器１４２３に提供されたレーザビームは、ＲＦ信号の周波数に基づいて結晶によって屈折される。結晶は、ビームサイズ調整装置１４２６および／または第１のミラー１４１４へのレーザビームの通過を可能にする、または防ぐレーザシャッタとして機能する。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ１４１０は、ビーム整形光学系１４１２からの連続波レーザビームが音響光学変調器１４２３によって効率的にパルス化（または、変調）されるようにＲＦ制御信号の周波数を制御する。レーザビームは、各パルス期間がマイクロ秒またはミリ秒の範囲になるようにパルス化される。その結果、音響光学変調器１４２３の使用により、パルス当たりの加熱を増加させるためにより長期間のパルスを有するパルスレーザビームの生成が可能になる。
ビームサイズ調整装置１４２６は、ビーム整形光学系１４１２と第１のミラー１４１４との間に配置されてよい。ビームサイズ調整装置１４２６は、方形ビームのサイズが基板１１２の上のダイのサイズ以上になるように調節してよい。ビームサイズ調整装置１４２６はモータ付きであってよく、ビームエキスパンダ１４２７を備えてよい。
ＲＴＰコントローラ１４１０およびガルバノミラー回路１４１３は、Ｘ－Ｙガルバノメータ走査システムとして動作してよい。第１のミラー１４１４は、レーザビームを基板１１２の表面にわたって第１の（または、Ｘ）方向に動かすために用いられてよい。第２のミラー１４１６は、レーザビームを基板の表面にわたって第２の（または、Ｙ）方向に動かすために用いられてよい。コントローラ１４０８および／またはＲＴＰコントローラ１４１０は、モータ１４３０および１４３２を介してミラー１４１４および１４１６を動かしてよい。
光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８は、受信したレーザビームを反射させるためのミラーのセットを備えてよい。光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８は、任意の数のミラーを備えてよい。例として、４つのミラー、１４５２、１４５４、１４５６、１４５８が示されている。これらのミラーは異なるサイズを有してよく、異なる角度で設置されてよく、ハウジング１４５９の内部の異なる位置に設置されてよい。ハウジング１４５９は、レーザビームが通過する第１の（または、入力）窓１４６０および第２の（または、出力）窓１４６１を有してよい。図の例では、３つのレーザビーム、１４６２、１４６４、１４６６が示され、各々がそれぞれの光線を有する。３つのレーザビームは、それぞれの時間に提供され、ミラー１４１４および１４１６をそれぞれの位置に動かすことによって提供される。任意の数のレーザビームが生成されてよい。一実施形態では、ハウジング１４５９にはガルバノミラー回路が含まれる。光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８と併用されるガルバノミラー回路１４１３、または光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８単体は、コリメーティングアセンブリと呼ばれてよい。
光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８は、第２のミラー１４１６と基板１１２との間の距離を最短にしながら、レーザビームが第２のミラー１４１６から基板１１２まで進む距離を増加させる。進行距離の増加は、基板で受信される前にレーザビームを平行にする。これはコンパクトな設計を提供する。光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８は、テレセントリックレンズアセンブリよりも製造するのが安価でもある。
光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８のミラーのセットは、第２のミラー１４１６から受信したレーザビームを基板１１２の表面に直角（または、表面に対して９０°の所定角度範囲内）になるよう向けるように設置および配向される。レーザビームが基板１１２の表面を横切って移動するときは、光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８は、レーザビームをこの直角に、または基板１１２の表面と準直角の関係に維持する。
例として、ビーム整形光学系１４１２、音響光学変調器１４２３、および／またはビームサイズ調整装置１４２６からのレーザビームは、第２のミラー１４１６の中心で集束され、次に光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８を通過するように向けられてよく、そこでレーザビームは平行になって基板１１２に提供される。レーザを第２のミラー（または、レンズ）１４１６の入力瞳孔で集束することは、基板１１２の上向き面に平行ビームを提供することに役立つ。
例として、レーザ１４０４によって生成されたレーザビームは直径３５５ｎｍであってよい。レーザ１４０４は、パルスモードまたはＣＷモードで動作してよい。ビーム整形光学系１４１２、ビームサイズ調整装置１４２７、および光ビーム折り曲げアセンブリ１４１８は、基板１１２で受信される２センチメートル×２センチメートルの方形ビームを生成してよい。ＲＴＰコントローラ１４１０は、基板１１２の表面にわたって２００Ｈｚの走査を実施するためにミラー１４１４および１４１６を動かしてよい。ＲＴＰコントローラ１４１０は、１秒の期間内に全てのダイおよび／または上向き表面積（例えば、直径３００ｍｍの基板について、基板の２．８３×１０5ｍｍの上向き表面積）を走査してよい。これは例えば、１秒内に基板の１６０のダイを走査することを含んでよい。この走査は、レーザビームをダイからダイへ動かすことと、所定期間（例えば、レーザビームの１つ以上のパルスの全期間）に各ダイを加熱することとを含む。
基板処理システム１４００は、基板支持体１１０および基板１１２の温度を制御するために用いられうる温度制御システム１５０を備えてよい。温度制御システム１５０は、基板支持体１１０の１つ以上の位置または区域の温度を感知するために１つ以上の温度センサ１５６を備えてよい。
ＡＬＤプロセスおよびＡＬＥプロセスは、第１の動作Ａに続いて第２の動作Ｂを繰り返し実施し、動作ＡとＢとの間に排気／パージ動作を実施する工程に基づく。これは、用いられる熱源の種類とは無関係に当てはまる。例えば、ウエハの全面は、飽和単層を形成するために第１のガスでドーズされてよい。次に第１のガスの任意の残量は、対応する処理チャンバから排気されてよい。次にウエハの全面は第２のガス、および／またはエネルギ源（例えば、エネルギイオンもしくは紫外線光子）に暴露され、次に製品（または、残留）ガスが排出されてよい。これらの動作は、所定の堆積膜厚が得られるまで、または所定のエッチング深さに達するまで繰り返されてよい。
レーザを用いる基板処理では、基板（例えば、約２８００ｃｍ2の上向き面積を有する直径３００ｍｍの基板）を所定温度まで加熱するために、レーザビームが基板の上向き面積よりもずっと小さい面積に集束される。また、パルスレーザアニールを実施する時間（所定数のピコ秒またはナノ秒）は、（ｉ）ウエハの１つ以上の上部面および／または外部面をドーズする、または（ｉｉ）処理チャンバのガスを排気するために通常必要な数秒の数百分の１である。
よって、前記開示の実施形態を用いることにより、レーザビームは基板のチップ（または、ダイ）のサイズに集束されてよく、次に基板表面の上を進んで、レーザビームの再配置に要する時間とパルス同期される。よってレーザビームは、チップの上にあるときはオンであり、次のチップに移動している間はオフである。
例えば、チップが１ｃｍ×１ｃｍの上向き表面積を有する場合、生成されるレーザビームのサイズも１ｃｍ×１ｃｍである。例として、基板の表面積はドーズされてよく、次にガスが排気され、その後、本明細書に開示の基板処理システムの１つを用いてレーザビームが１つのチップから次のチップに進んでよい。レーザビームは、各チップの上で連続してパルス化をオンされてよい。基板の各チップ上でレーザのパルス化をオンすることに続いて、基板は次に再びドーズされてよく、このプロセスは、各ダイについて所定のエッチング深さまたは所定の堆積厚さに達するまで繰り返されてよい。レーザビームは、ガスドーズ動作およびガスパージ動作に係る時間と同じ１～３秒未満で基板の全てのチップの上を通ってよい。よって、レーザアニール時間は短縮され、基板スループットは高く、費用もかからない。これは、レーザのオン時間、ならびに、対応するドーズおよびパージに係る時間に対する基板のチップ上でアニールプロセスを実施する時間の比率も減少させる。
一実施形態では、レーザのデューティサイクルは、関連レーザビームをダイからダイに進める時間と同期する。例えば、基板上に１６０の２ｃｍ×２ｃｍのダイがある場合、レーザビームの中心は、各レーザパルス間に約２ｃｍ超の距離（または、ダイの幅＋隣り合うダイ同士の隙間）で再配置される。基板全体が１秒で走査される場合は、各レーザパルスサイクルに係る時間は１／１６０秒である。
例として、基板全体はドーズされてよく、ガスは対応する処理チャンバから排出され、レーザは連続して各ダイの上でパルス化をオンしながら１つのダイから次のダイへ進む。基板は次に再びドーズされてよく、プロセスは繰り返される。これは急速アニールプロセスを提供する。基板全面のレーザアニールが長時間（例えば、１０分）かかる場合は、基板のスループットは低くなり、費用がかかるだろう。基板全面が短時間（例えば、１秒）で走査されるレーザアニールプロセスを提供することにより、時間ゲートの項目はレーザアニールではなく、むしろ基板ドーズおよびガスパージである。
図１５は、レーザ１５０４、レンズ回路１５０６、およびＲＴＰコントローラ１５１０を含むコントローラ１５０８を備えるＲＴＰシステム１５０２を組み込んだｃを示す。基板処理システム１５００は、図２の基板処理システム２００、図１２の基板処理システム１２００、および／または図１４の基板処理システム１４００と同様に動作してよい。レーザ１５０４は、ＲＴＰコントローラ１５１０から受信する制御信号に基づいて、ＲＴＰ動作中にＲＴＰコントローラ１５１０によってパルス化（または、変調）されうる熱源である。これはＡＬＥプロセスおよびＡＬＤプロセスの間に生じてよい。
レンズ回路１５０６は、ビーム整形光学系１５１２、ならびに、ミラー１５１４およびポリゴンスキャナ１５１６の少なくともいずれかを備える。一実施形態では、ミラー１５１４が備えられ、ポリゴンスキャナ１５１６は備えられない。別の実施形態では、ミラー１５１４は、ポリゴンスキャナ１５１６の一面として実装される。ポリゴンスキャナ１５１６は、１つ以上のミラーを有してよい。一実施形態では、ポリゴンスキャナ１５１６の各側面はミラーを有する。図の例では、ポリゴンスキャナは、６つの側面および２つの端面を有する。ポリゴンスキャナは、任意の数の側面を有してよい。一実施形態では、ミラー１５１４は、モータ（例えば、図２、１２、１４のモータの１つ）によって回転される。別の実施形態では、ポリゴンスキャナ１５１６がモータによって回転される。
モータは、モータのシャフトが正方向および逆方向に駆動するように単方向性または双方向性であってよい。モータは、レーザビームが第１のミラーの第１の部分で反射せず、第１のミラーの第２の部分で反射するように、ミラーおよび／またはポリゴンスキャナを回転させてよい。モータのシャフトは次に、レーザビームが第１のミラーの第１の部分で反射されるように初期位置に戻ってよい、または、レーザビームが異なるミラーで反射されるように回転してよい。一実施形態では、モータは単方向性であるため、モータのシャフトは同じ方向に回転する。基板を再走査するときにシャフトを逆方向に回転させて初期位置に戻す代わりに、ポリゴンスキャナは、レーザビームがポリゴンスキャナの次の隣接するミラーで反射されるように回転してよい。これは初期位置に戻るのと同じ効果を有しうる。
ビーム整形光学系１５１２は、フラットトップ（または、第１のビーム整形）光学系１５２０および第２のビーム整形光学系１５２２を備えてよい。フラットトップ光学系１５２０は、レーザ１５０４から受信したガウス分布を有するレーザビームを、フラットトップビームに変換するために用いられる。レーザビームの温度プロファイルもガウス分布である。第２のビーム整形光学系１５２２は、フラットトップ光学系１５２０からのフラットトップ円形ビームを、図１６に示すような楕円形の断面を有するラインビーム１５２４に変換する。ラインビーム１５２４は、第１の（または、ｘ）方向のガウス分布状の強度および／または温度分布を有し、第２の（または、ｙ）方向の実質的に「平坦」または均一な強度および／もしくは温度分布を有してよい。ｙ方向のラインビーム１５２４の断面の長さＬ１は、基板１１２の直径よりも大きくてよい。例として、長さＬ１は３２０ｍｍであってよく、基板の直径は３００ｍｍであってよい。一実施形態では、ラインビーム１５２４は、（ｉ）ラインビーム１５２４の中心部分１５００で実質的に「平坦」または均一な強度を有して、基板１１２の表面全体に均一な温度分布を提供し、（ｉｉ）中心部分１５００から基板１１２の径方向最縁部１５０４に向かって強度分布が大幅に減少する端部分１５０２を有する。図１６では、ラインビーム１５２４の断面の中心部分１５００は、基板１１２の直径に等しいまたはほぼ等しい長さＬ２を有する。基板１１２は、基板支持体（例えば、図１の基板支持体１１０）の上に配置されてよい。
図１５に示す例では、ポリゴンスキャナ１５１６は３つの回転位置で示されており、そのうちの２つは破線表示１５１６’および１５１６’’で表されている。表示１５１６’および１５１６’’はポリゴンスキャナ１５１６の左右に示されているが、実際にはポリゴンスキャナは固定されており、基板１１２を走査するために回転するだけである。これは、クイックスキャン（すなわち、短い走査時間）のための、基板１１２にわたるラインビームの単方向の動きを提供する。図１５の実施形態には、テレセントリックレンズアセンブリおよび／または光ビーム折り曲げアセンブリは用いられない。
レーザ１５０４は、パルスモードまたは連続波（ＣＷ）モードで操作されてよい。パルスモード中に、ビーム整形光学系１５１２の出力は、ビームサイズ調整装置１５２６に直接提供されてよい。パルスモード中に、ＲＴＰコントローラ１５１０は、パルス期間がピコ秒またはナノ秒の範囲になるようにレーザビームのパルス速度を制御してよい。レーザ１５０４がＣＷモードで操作されるときは、音響光学変調器１５２３が備えられてよい。音響光学変調器１５２３は、ＲＴＰコントローラ１５１０によって制御されてよい。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ１５１０は、音響光学変調器１５２３に提供されるＲＦ制御信号を生成する。ＲＦ制御信号は、音響光学変調器１５２３の結晶の屈折率の変化を制御するために提供される。結晶の屈折率は、ＲＦ制御信号の周波数に基づいて変化する。ビーム整形光学系１５１２から音響光学変調器１５２３に提供されたレーザビームは、ＲＦ信号の周波数に基づいて結晶によって屈折される。結晶は、ビームサイズ調整装置１５２６、ミラー１５１４、および／もしくはポリゴンスキャナ１５１６へのレーザビームの通過を可能にする、または防ぐレーザシャッタとして機能する。一実施形態では、ＲＴＰコントローラ１５１０は、ビーム整形光学系１５１２からの連続波レーザビームが音響光学変調器１５２３によって効率的にパルス化（または、変調）されるようにＲＦ制御信号の周波数を制御する。レーザビームは、各パルス期間がマイクロ秒またはミリ秒の範囲になるようにパルス化される。その結果、音響光学変調器１５２３の使用により、パルス当たりの加熱を増加させるためにより長期間のパルスを有するパルスレーザビームの生成が可能になる。
ビームサイズ調整装置１５２６は、ビーム整形光学系１５１２と、第１のミラー１５１４および／またはポリゴンスキャナ１５１６との間に配置されてよい。ビームサイズ調整装置１５２６は、ラインビームのサイズを基板１１２の直径よりも大きくなるように調節してよい。ビームサイズ調整装置１５２６はモータ付きであってよく、ビームエキスパンダ１５２７を備えてよい。
ＲＴＰコントローラ１５１０、ミラー１５１４、および／またはポリゴンスキャナ１５１６は、単方向走査システムとして動作してよい。ミラー１５１４および／またはポリゴンスキャナ１５１６は、レーザ／ラインビーム１５２４を基板１１２の表面にわたって、例えば第１の（または、Ｘ）方向に動かすように回転してよい。コントローラ１５０８および／またはＲＴＰコントローラ１５１０は、上記のように基板１１２の表面にわたって走査するために、対応するモータを介してミラー１５１４および／またはポリゴンスキャナ１５１６を回転させてよい。基板表面上の各ラインビーム位置では、ラインビームは基板１１２のダイ部分をｙ方向に加熱する。各ラインビーム位置では、１回以上のパルスが生成されてよい。ラインビームは、基板１１２から所定厚さの材料を除去するために表面全体を複数回循環してよい。
図１６は、円形ビーム１６１０およびラインビーム１６２４の断面図を示す。ビーム整形光学系１５１２は、図１５のレーザ１５０４から出力されうる円形ビーム１６１０をラインビーム１５２４に変換する。ラインビームは楕円形の断面を有し、ｘ方向のガウス分布およびｙ方向に実質的に均一な分布を有してよい。例として、ラインビームが基板１１２の中心に向けられたときと、ラインビームが基板１１２の径方向最外端付近の地点に向けられたときとの間の入射角は、８．５３°であってよい。ラインビームの通常エネルギ密度は、中心位置において１であってよく、径方向最外端位置において０．９８９であってよい。２つの地点間のビームサイズ偏差は、１．１２μｍであってよい。
図１７は、本明細書に記載されたように非急速熱パルスおよび／または非パルス（一定の）熱アニールを実施する金属ＡＬＥ法を示す。金属ＡＬＥ法は、繰り返し実施されうる図４の金属ＡＬＥプロセスを含んでよく、各繰り返しはサイクルと呼ばれる。以下の動作は、主に図１～２および４の実施形態に関して説明されるが、本開示の他の実施形態に適用するように容易に変更されてよい。これらの動作は繰り返し実施されてよい。図１７において破線で示された特定の動作は、現行のサイクルでは実施されなくてよい、またはとばされてよい。
この方法は１７００で始まってよい。１７０２では、基板（例えば、図１および２の基板１１２、ならびに／または直径３００ｍｍの基板）が処理チャンバ内に配置される。１７０４では、基板支持体温度、チャンバ圧、ＲＦ電力およびバイアス電力レベル、ならびにガス流量などのチャンバ動作パラメータが設定される。動作１７０４の間に、次の動作１７０８および１７１０で導入されるガス、蒸気、液体、配位子、有機蒸気などの種類。動作１７０４の間に、動作１７０８および１７１０で導入されるガス、蒸気、液体、配位子、有機蒸気などの容積、流量、および／または圧力も決定されてよい。動作１７１４のエネルギレベルも選択されてよい。記載の動作パラメータは、実施される金属ＡＬＥプロセスのサイクルごとのエッチング速度を調節するために選択されてよい、および／または調節されてよい。エッチング速度は調節可能である。一実施形態では、表面改質動作を実施するために用いられるガス、蒸気、配位子、プラズマ、および／または化学物質が選択され、流入するガス、蒸気、配位子、プラズマ、および／または化学物質の対応する容積、量、圧力、流量、ならびに開始、終了、および／もしくは持続時間が決定される。これは、流入が停止する期間、基板が１つ以上のガス、蒸気、液体、プラズマ、および／もしくは化学物質に暴露される期間、パージ時間、ならびに／または他の関連するタイミングを含んでよい。温度レベル、ＲＴＰエネルギレベル、および対応するタイミングも決定されてよい。記載の情報は、実施されるサイクルごとに決定されてよい。
１７０６では、基板の表面が洗浄される。例として、基板はベース層の上に配置された上部（または、上）層を含んでよい。上部層は、金属、金属酸化物、または金属窒化物を含んでよい、または金属、金属酸化物、または金属窒化物から構成されてよい。上部層の上部面は洗浄されてよい。
１７０８では前処理が実施されてよく、前処理は、金属、金属酸化物、または金属窒化物を含む基板の１つ以上の表面および／または層を、例えば酸素分子（Ｏ2）プラズマ、オゾン（Ｏ3）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、水蒸気プラズマ、水素（Ｈ2）プラズマ、塩素分子（Ｃｌ2）プラズマ、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ、および／または他のガスに暴露する工程を含む。表面改質は、化学物質、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）蒸気、水（Ｈ2Ｏ）蒸気、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、および／または他の化学反応物の流入などの非プラズマプロセスを含んでよい。別の実施形態では、表面改質は酸素分子（Ｏ2）プラズマ、水素分子（Ｈ2）プラズマ、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ、水（Ｈ2Ｏ）プラズマ、および／または他のプラズマの流入などのプラズマプロセスを含む。動作１７０８は、金属を金属酸化物または金属ハロゲン化物に変換するために実施されてよい。例として、ＴｉＮ（Ｔｉ3+）をＴｉＯ2（Ｔｉ4+）に変換するためにＯ2プラズマを供給する工程を含んでよく、この工程は室内温度または他の温度で生じてよい。この動作は、脱塩素化および表面活性化のために実施されてよい。例として、水素（Ｈ2）ガス種またはアンモニア（ＮＨ3）ガス種を含むプラズマガス混合物が処理チャンバに供給される。一実施形態では、表面改質はプラズマなしで実施されるが、予め選択された化学物質を有するガスを用いて実施される。
１７０９では、基板は必要に応じて予熱される。これは、上述のように基板支持体（または、そのプレート）の温度、および／または対応する処理チャンバ内の温度を上昇させることを含んでよい。例として、基板、基板支持体、および／または処理チャンバの内部の温度は、所定温度（例えば、２００℃）まで上昇されてよい。一実施形態では、動作１７０９は実施されず、基板は室内温度に維持される。一実施形態では、基板、基板支持体、および／または処理チャンバの内部の温度は、室内温度以上且つ次の動作１７１０を実施した結果形成される複合金属の沸点未満の温度である。
１７１０では、ヘキサフルオロアセチルアセトンＨｈｆａｃおよび／もしくはアセチルアセトンＨａｃａｃなどの１つ以上の無反応性配位子の導入、ならびに／または、基板に吸着する１つ以上の他の有機ガス、蒸気、および／もしくは反応物の導入を含む原子吸着が実施される。金属フリー配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、および／または他の有機蒸気を含んでよい。一実施形態では、金属フリー配位子はＣｌ2である。この動作は、１７０８で改質された基板の１つ以上の上部および／または外部の表面／層を、金属錯体を有する層に変換する工程を含む。動作１７１０は、例えば室内（または、大気）温度以上且つ金属錯体の沸点未満の温度で起こってよい。導入される１つ以上の配位子は、エッチングされる金属、金属酸化物、および／または金属窒化物、実施される前処理、エッチングされる表面／層の温度、エッチングに用いられるエネルギレベルなどに基づいて選択されてよい。これにより、異なる金属および／または金属化合物を有する表面について、選択的なエッチング深さおよびエッチング速度を含む精密で高選択的なエッチングが可能になる。
１７１２では、対応する処理チャンバはガスがパージされる。１７１４では、拡張（もしくは、長）パルス熱アニール、または非パルス熱アニールが実施される。これは例えば、基板支持体を加熱する工程、および／または、フラッシュランプ、レーザ、もしくは拡張した長さの加熱パルスを提供できる他の適したランプ（例えば、赤外線ランプ）を用いる工程を含んでよい。基板支持体は、例えば２５０℃から４００℃の温度に加熱されてよい。Ｃｌ2は、４００℃より高温では基板の表面と反応しないかもしれない。拡張した長さの加熱パルスは所定長さよりも長く、例えばパルスは各々、フラッシュランプが用いられたときは２０ｍｓよりも長く、レーザが用いられたときは２０ｐｓよりも長くてよい。加熱は所定期間提供され、その後除去されてよい。一実施形態では、加熱パルスは提供されず、基板支持体および／または処理チャンバが加熱される。
基板の表面または上方部分を改質する工程を含む、少なくとも動作１７０８～１７１５が繰り返し実施されてよい。１７１４では、脱離／除去の目的で熱アニールが実施される。温度は、特定の分子を蒸発させるために上昇されてよい。
上記の動作が実施されるときに、無機塩類またはさらなる金属錯体は生成されない。さらなる金属錯体は、例えば金属前駆体が導入されたときに生成されうる。上記の動作は、金属前駆体の導入を含まない。１７１５などの表面リフレッシュ動作において水素プラズマまたは酸素プラズマを導入することにより、不完全な有機残留物は容易に洗浄されてよい。
１７１５では、基板の表面はパージガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス）で処理チャンバをパージすることによりリフレッシュされて、イオン衝突を実施し、基板の改質部分を除去してよい。一実施形態では、処理チャンバは、提供された１以上の連続する対の急速熱パルスの間にパージされる。一実施形態では、ガスは、各連続する対のパルスの間に処理チャンバからパージされる。これにより、処理チャンバ内で複数のプラズマおよび／または気相プロセスの実施が可能になる。一実施形態では、基板支持体の冷却がパルス急速熱アニール中および／または後に提供されて、パルス急速熱アニール中の基板のベースおよび／またはバルクの温度を維持するのに役立ち、パルス急速熱アニールを実施した後に基板を急速に冷却するのに役立つ。
１７１６では、コントローラ１８０または２０８は、Ｎサイクルが完了したかどうかを決定する（Ｎは１以上の整数）。Ｎサイクルが完了した場合は動作１７１８が実施され、そうでなければ動作１７０８が実施される。１７１８では、コントローラ１８０または２１０は、必要に応じて第２の（または、ポスト）アニール動作を実施してよい。１７１９では、コントローラ１８０または２１０は、現行のダイについて別のプロセスを実施すべきかどうか、ならびに／または、現行のプロセスを変更すべきかおよび／もしくは繰り返すべきかどうかを決定してよい。別のプロセスが実施される場合は動作１７０４が実施されてよく、そうでなければ、レーザおよびレンズ回路が図２の実施形態のように用いられるときは、動作１７２０が実施されてよい。フラッシュランプが図１の実施形態のように用いられる場合、別のプロセスまたは現行のプロセスにおいて変更が実施されないときは、この方法は１７２２で終了してよい。別のダイでプロセスが実施される場合は動作１７２４が実施され、そうでなければこの方法は１７２２で終了してよい。
１７２４では、コントローラ２０８はミラー２１４および２１６を動かして、レーザビームのイメージ平面位置を基板１１２の異なるダイの上になるように変更する。例として、２ｃｍ×２ｃｍのレーザビームが第１のダイの上から第２のダイの上になるように動かされてよい。記載の方法は、基板上の何十から何百のダイの上でレーザビームを走査するように繰り返し実施されてよい。ミラー２１４および２１６の動きは、ダイ当たり１ショット以上を提供するために、レーザ２０４のパルス繰り返し数と同期してよい。
上述の動作は、例示を意図している。これらの動作は、重複期間に連続して、同期して、同時に、継続的に実施されてよい、または適用に応じて異なる順序で実施されてよい。また、実施形態および／または事象の順序に応じて、これら動作のいずれかは実施されなくてよい、またはとばされてよい。
上記の方法は、プラズマエッチング中に提供されるＡＬＥに対して、ＡＬＥ厚さ制御が向上した高スループットの高選択的なＡＬＥを提供する。これらの例は、ＴｉＯ2を攻撃してＴｉＮと反応しないＣｌ2の導入を含み、自己抑制的なプロセスを提供する。Ｔｉを酸化状態に変換するためのＯ2プラズマの導入は有効な急速プロセスであり、ＴｉＯ2を除去するためのＣｌ2の導入は残留物を残さない。また、Ｃｌ2はＳｉＯ2と反応しない。
ビアの充填部分は、配線工程（ＢＥＯＬ）におけるほとんどの抵抗の一因となりうる。この抵抗を取り除くために、急速熱パルスによる指向異方性ＢＥＯＬバリア除去法と呼ばれうる以下の図１８の方法を用いて、ビアの底部分が除去されてよい。この直接配位子プロセスは、金属窒化物層の一部の選択的除去に用いられてよい。この部分は、下地層を損傷することなく除去される。導体線路（例えば、銅（Ｃｕ）線）を含むことによるサーマルバジェットの問題もない。例として、ビアの側壁を残しながらビアの底部の上層が除去されてよい。ビアの外側の上層も除去されてよい。これは、図１８の方法に関して以下にさらに説明される。
図１８は、低チャンバ圧および／または低プラズマ圧制御、バイアス電力制御、ならびにＲＴＰ熱アニールを実施するＢＥＯＬ金属バリアＡＬＥ法を示す。この方法は、金属窒化物層の一部が除去され、図４の金属ＡＬＥプロセスを含みうるときは、金属窒化物ＡＬＥ法と呼ばれてよい。この方法は繰り返し実施されてよく、各繰り返しはサイクルと呼ばれる。以下の動作は、主に図１～２、４、および１９の実施形態に関して説明されるが、これらの動作は、本開示の他の実施形態に適用するように容易に変更されてよい。図１８において破線で示された特定の動作は、現行のサイクルについて実施されなくてよい、またはとばされてよい。
この方法は１８００で始まってよい。１８０２では、基板（例えば、図１および２の基板１１２、ならびに／または直径３００ｍｍの基板）が処理チャンバ内に配置される。１８０４では、基板支持体温度、チャンバ圧、ＲＦ電力およびバイアス電力レベル、ならびにガス流量などのチャンバ動作パラメータが設定される。動作１８０４の間に、次の動作１８０８および１８１０で導入されるガス、蒸気、液体、配位子、有機蒸気などの種類。動作１８０４の間に、動作１８０８および１８１０で導入されるガス、蒸気、液体、配位子、有機蒸気などの容積、流量、および／または圧力も決定されてよい。動作１８１４のエネルギレベルも選択されてよい。記載の動作パラメータは、実施される金属ＡＬＥプロセスのサイクルごとのエッチング速度を調節するために選択されてよい、および／または調節されてよい。エッチング速度は調節可能である。一実施形態では、表面改質動作を実施するために用いられるガス、蒸気、配位子、プラズマ、および／または化学物質が選択され、流入するガス、蒸気、液体、プラズマ、および／または化学物質の対応する容積、量、圧力、流量、ならびに開始、終了、および／または持続時間が決定される。これは、流入が停止する期間、基板が１つ以上のガス、蒸気、液体、プラズマ、および／もしくは化学物質に暴露される期間、パージ時間、ならびに／または他の関連するタイミングを含んでよい。温度レベル、ＲＴＰエネルギレベル、および対応するタイミングも決定されてよい。記載の情報は、実施されるサイクルごとに決定されてよい。
１８０６では、基板の表面が洗浄される。例として、基板はベース層の上に配置された上部（または、上）層を含んでよい。上部層は、金属、金属酸化物、または金属窒化物を含んでよい、または金属、金属酸化物、または金属窒化物から構成されてよい。上部層の上部面は洗浄されてよい。
１８０８では前処理が実施されてよく、前処理は、金属、金属酸化物、または金属窒化物を含む基板の１つ以上の表面および／または層を、例えば酸素分子（Ｏ2）プラズマ、オゾン（Ｏ3）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、水蒸気プラズマ、水素（Ｈ2）プラズマ、塩素分子（Ｃｌ2）プラズマ、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ、および／または他のガスに暴露する工程を含む。一実施形態では、Ｏ2プラズマが導入される。別の実施形態では、Ｈ2プラズマが導入される。表面改質は、化学物質、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）蒸気、水（Ｈ2Ｏ）蒸気、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、および／または他の化学反応物の流入などの非プラズマプロセスを含んでよい。別の実施形態では、表面改質は、酸素分子（Ｏ2）プラズマ、水素分子（Ｈ2）プラズマ、アンモニア（ＮＨ3）プラズマ、水（Ｈ2Ｏ）プラズマ、および／または他のプラズマの流入などのプラズマプロセスを含む。
この動作の間、プラズマチャンバ圧および／またはそこに含まれるプラズマの圧力は、低圧（例えば、所定圧未満の圧力）に維持される。バイアス電力（バイアス電流および／または電圧）は、基板支持体を介して基板にバイアスを印加するために、例えば図１のＲＦ発生器１２０－２によって供給される。例として、バイアス電流および／または電圧は、所定のバイアス電流および／または電圧よりも大きくてよい。例として、基板の１つ以上の部分がバイアスを印加されてよい。動作１８０８は、金属窒化物層の選択部分を改質するために実施されてよい。低圧力および基板の選択的バイアス印加は、金属窒化物層の上部への選択的改質を可能にする。ここで図１９Ａも参照すると、ビア１９０２が形成された基板の一部１９００が示されている。基板は、導電下地層１９０４、中間層１９０６、および上層１９０８を備える。中間層１９０６は誘電体層であってよく、誘電材料で形成されてよい。中間層１９０６は穴１９１０を備える。ＴａＮまたはＴｉＮなどの金属窒化物で形成されうる上層１９０８は、中間層１９０６の上面と接触してその上面にわたって配置され、穴１９１０の部分を充填する。上層１９０８は側壁１９１２の上、および穴１９１０の底部１９１４（または、穴１９１０の導電層１９０４の上部分）の上にある。中間層１９０６は、導電下地層１９０４と接してその上に配置される。導電下地層１９０４は、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、および／または１つ以上の他の適した導電材料で形成されてよい。
動作１８０８の間に、中間層１９０６の上面と接する上層１９０８の部分１９２０と、穴１９１０の中の導電下地層１９０４の上面の部分１９２２とは、動作１８１４における除去のために改質される。上層１９０８の側壁部分１９３０は、穴１９１０に残る。動作１８０８および１８１４の結果は、図１９Ｂに示されている。図１８の方法に続いて、側壁１９３０を有する穴１９１０は、図１９Ｃに示すようにビア１９０２を形成するために導電材料１９４０で充填されてよい。導電材料は、Ｃｕ、Ｃｏ、および／または他の適した導電材料であってよい。
動作１８０８の間に、一実施形態において、基板にバイアス電力が供給された低プロセスチャンバ圧の状態で、Ｏ2プラズマが提供されてよい。酸化イオンはプラズマから引き出されてよく、酸化イオンの方向性のある衝突を提供するために、基板は十分に高い電圧までバイアスを印加されてよい。別の実施形態では、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）および／またはオゾン（Ｏ3）が低圧で提供される。Ｏ2は、Ｏ3よりも高いエッチング速度を提供してよい。別の実施形態では、提供されたプラズマ、処理チャンバ、および／または、供給された１つ以上のガスは低圧である。一実施形態では、バイアス電力は提供されない。一実施形態では、底部分１９２２は酸化または水素化され、側壁部分１９３０は酸化も水素化もされない。酸化領域または水素化領域は、Ｃｌ2および／または金属フリー配位子に反応性があり、急速熱パルスで除去されるように揮発性種に変換されうる。
１８０９では、基板は必要に応じて予熱される。これは、上述のように基板支持体の温度、および／または対応する処理チャンバ内の温度を上昇させることを含んでよい。例として、基板、基板支持体、および／または処理チャンバの内部の温度は、所定温度（例えば、２００℃）まで上昇されてよい。一実施形態では、動作１８０９は実施されず、基板は室内温度に維持される。一実施形態では、基板、基板支持体、および／または処理チャンバの内部の温度は、室内温度以上且つ次の動作１８１０を実施した結果形成される複合金属の沸点未満の温度である。
１８１０では、ヘキサフルオロアセチルアセトンＨｈｆａｃおよび／もしくはアセチルアセトンＨａｃａｃなどの１つ以上の無反応性配位子の導入、ならびに／または、基板に吸着する１つ以上の他の有機ガス、蒸気、および／もしくは反応物の導入を含む原子吸着が実施される。金属フリー配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、および／または他の有機蒸気を含んでよい。一実施形態では、金属フリー配位子はＣｌ2である。この動作は、１８０８で改質された基板の１つ以上の上部および／または外部の表面／層を、金属錯体を有する層に変換する工程を含む。動作１８１０は、例えば室内（または、大気）温度以上、および金属錯体の沸点未満の温度で起こってよい。導入される１つ以上の配位子は、エッチングされる金属、金属酸化物、および／または金属窒化物、実施される前処理、エッチングされる表面／層の温度、エッチングに用いられるエネルギレベルなどに基づいて選択されてよい。これにより、部分１９２０および１９２２の精密で高選択的なエッチングが可能になる。
１８１２では、対応する処理チャンバはガスがパージされる。１８１４では、例えばフラッシュランプ、レーザ、または本明細書に記載されたように急速にパルス化できる他の適したランプ（例えば、赤外線ランプ）を用いて、パルス急速熱アニールが実施される。一実施形態では、フラッシュランプは、所定量の熱エネルギ（例えば、７ジュール（Ｊ）または１１Ｊ）を提供するのに用いられる。別の実施形態では、パルスレーザが用いられる。
基板の表面温度または上方部分温度を調節する工程を含む、少なくとも動作１８０８～１８１５が繰り返し実施されてよい。表面温度または上方部分温度は、１秒のうちに複数回調節されてよい。パルス急速熱アニールは、１８１４において脱離／除去の目的で実施される。これは、基板の改質部分を加熱するために１以上の熱エネルギパルスを生成する工程を含んでよい。温度は、特定の分子を蒸発させるために上昇されてよい。急速熱パルスは、基板の表面における清浄な反応を可能にし、基板から金属錯体を除去する。
上記の動作が実施されるときは、無機塩類またはさらなる金属錯体は生成されない。さらなる金属錯体は、例えば金属前駆体が導入されたときに生成されうる。上記の動作は、金属前駆体の導入を含まない。１８１５などの表面リフレッシュ動作において水素プラズマまたは酸素プラズマを導入することにより、不完全な有機残留物は容易に洗浄されてよい。
動作１８１４の間、基板のベースおよび／またはバルクは所定温度（例えば、２０℃以下）に、または所定温度未満に維持される。ＲＴＰにより、高スループットの単一処理チャンバ構成の使用が可能になる。複数の処理動作が単一の処理チャンバで実施されてよい。別の例として、各パルスは０．１ミリ秒（ｍｓ）の長さであってよく、基板の表面および／または一部の温度は１０００℃まで上昇されてよい。
いくつかの例では、各フラッシュランプパルスは５Ｊ／ｃｍ2（すなわち、基板の単位面積当たりのエネルギ）から８０Ｊ／ｃｍ2を提供する。いくつかの例では、各レーザパルスは５ｍＪ／ｃｍ2から８０ｍＪ／ｃｍ2を提供する。いくつかの例では、アニールは０．１ｍｓから２０ｍｓの所定期間に実施される。一実施形態では、フラッシュランプが１ｍｓのパルス期間で用いられ、またはレーザが１ピコ秒（ｐｓ）のパルス期間で用いられて、基板の表面または上方部分を初期温度から５００℃より高温に加熱し、次に１秒（ｓ）未満で初期温度に戻るように冷却される。
動作１８０８、１８１０、１８１４は、動作１８０８および１８１０の間に改質された基板の表面および／または上部層の選択部分の原子除去により、制御可能な原子を可能にする。１８１４で実施される急速加熱は、プラズマを用いずに等方性反応を提供する。また、本願の加熱は急速冷却を可能にし、サーマルバジェット問題も防ぐ。
１８１５では、基板の表面はパージガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス）で処理チャンバをパージすることによりリフレッシュされて、イオン衝突を実施し、基板の改質部分を除去してよい。一実施形態では、処理チャンバは、提供された１以上の連続する対の急速熱パルスの間にパージされる。一実施形態では、ガスは、各連続する対のパルスの間に処理チャンバからパージされる。これにより、処理チャンバ内で複数のプラズマおよび／または気相プロセスの実施が可能になる。一実施形態では、基板支持体の冷却がパルス急速熱アニール中および／または後に提供されて、パルス急速熱アニール中に基板のベースおよび／またはバルクの温度を維持するのに役立ち、パルス急速熱アニールを実施した後に基板を急速に冷却するのに役立つ。
１８１６では、コントローラ１８０もしくは２０８、および／または急速熱パルスコントローラ１８２もしくは２１０は、Ｎサイクルが完了したかどうかを決定する（Ｎは１以上の整数）。Ｎサイクルが完了した場合は動作１８１８が実施され、そうでなければ動作１８０８が実施される。１８１８では、コントローラ１８０または２１０は、必要に応じて第２の（または、ポスト）アニール動作を実施してよい。１８１９では、コントローラ１８０または２１０は、現行のダイについて別のプロセスを実施すべきかどうか、ならびに／または、現行のプロセスを変更すべきかおよび／もしくは繰り返すべきかどうかを決定してよい。別のプロセスが実施される場合は動作１８０４が実施されてよく、そうでなければ、レーザおよびレンズ回路が図２の実施形態のように用いられるときは、動作１８２０が実施されてよい。フラッシュランプが図１の実施形態のように用いられる場合、別のプロセスまたは現行のプロセスにおいて変更が実施されないときは、この方法は１８２２で終了してよい。別のダイでプロセスが実施される場合は動作１８２４が実施され、そうでなければこの方法は１８２２で終了してよい。
１８２４では、コントローラ２０８はミラー２１４および２１６を動かして、レーザビームのイメージ平面位置が基板１１２の異なるダイの上になるように変更する。例として、２ｃｍ×２ｃｍのレーザビームが第１のダイの上から第２のダイの上になるように動かされてよい。記載の方法は、基板上の何十から何百のダイの上でレーザビームを走査するために繰り返し実施されてよい。ミラー２１４および２１６の動きは、ダイ当たり１ショット以上を提供するために、レーザ２０４のパルス繰り返し数と同期してよい。
上述の動作は、例示を意図している。これらの動作は、重複期間に連続して、同期して、同時に、継続的に実施されてよい、または適用に応じて異なる順序で実施されてよい。また、実施形態および／または事象の順序に応じて、これら動作のいずれかは実施されなくてよい、またはとばされてよい。
上記の図１８の方法は、ビアを充填するためにＣｕまたはＣｏ堆積の前にスパッタ洗浄プロセスを実施する代わりに実施される。ビア底部のＴａＮ層の部分は、抵抗とコンデンサ（ＲＣ）問題を最小限にする、および／または排除するために除去される。この方法は、上層および相当する表面の平坦／水平な単層部分の選択的除去を可能にする。
図１８の方法は、例えば３次元フィーチャ（ビア、穴、ＮＡＮＤメモリフィーチャなど）からの金属窒化物の等方的および選択的な除去のために用いられてよい。この方法は、高アスペクト比の穴の内部から金属窒化物層を除去するために用いられてよい。ＴｉＮで形成され、所定深さを有するフロントエンド（ＦＥＯＬ）金属ゲート（ＭＧ）は、記載の方法を用いて等方的に除去されてよい。
前述は本質的に単なる説明であり、断じて本開示、その適用または使用を限定する意図はない。本開示の広義の教示は、様々な形態で実施されうる。よって、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると他の変更が明らかになるため、本開示の真の範囲はそれほど限定されるべきではない。方法内の１つ以上の工程は、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（または、同時に）実行されてよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有すると上述されているが、本開示の実施形態に関して説明されたそれらの特徴の任意の１つ以上は、他の実施形態において実施されうる、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて（その組み合わせが明記されていない場合でも）実施されうる。つまり、記載の実施形態は互いに排他的でなく、１つ以上の実施形態の相互の並べ替えは、本開示の範囲内に留まる。
要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間的関係および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接する」、「近接する」、「上に」、「上方」、「下方」、および「配置された」を含む様々な用語を用いて説明される。上記の開示で第１要素と第２要素との関係が説明されるときは、「直接的」であると明記されない限り、その関係は、第１要素と第２要素との間に他の介在要素が存在しない直接的関係でありうるが、第１要素と第２要素との間に１つ以上の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接的関係でもありうる。本明細書で用いられる、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという表現は、非排他的論理ＯＲを用いる論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。
いくつかの実施形態では、コントローラは、上述の例の一部でありうるシステムの一部である。かかるシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理構成部品（ウエハ台座、ガス流システムなど）を備える半導体処理装置を含みうる。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、および処理後の動作を制御するための電子機器と統合されてよい。これらの電子機器は「コントローラ」と呼ばれてよく、システムの様々な構成部品または副部品を制御してよい。コントローラは、処理条件および／またはシステムの種類に応じて、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、無線周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツールに対するウエハ搬入出、ならびに／または、特定のシステムに接続もしくは結合されたロードロックに対するウエハ搬入出を含む、本明細書に開示されたあらゆるプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
概してコントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、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形式のチップ、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つ以上のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（または、プログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、１つ以上の層、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、ウエハダイの製造時における１つ以上の処理工程を実現するために、プロセス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。
いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合もしくは結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよい、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えばコントローラは、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にする「クラウド」内にあってよい、またはファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータはシステムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査して、現行の処理のパラメータを変更し、現行の処理に続く処理工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、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ネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のパラメータを特定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラが接続するまたは制御するように構成されたツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。よって、上述のようにコントローラは、例えば互いにネットワーク接続する１つ以上の別々のコントローラを含むことと、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向けて協働することとによって分散されてよい。かかる目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として）設置され、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１つ以上の集積回路と連通する、チャンバ上の１つ以上の集積回路だろう。
制限するのではなく、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、洗浄チャンバまたは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる他の半導体処理システムを含んでよい。
上述のようにコントローラは、ツールによって実施される処理工程に応じて、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つ以上と連通してよい。

Claims (34)

  1. 基板の表面をエッチングするために金属原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスを実施するためのＡＬＥシステムであって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に配置され、前記基板を支持するように構成された基板支持体と、
    第１の熱源と、
    配位子および有機種の少なくともいずれかを前記処理チャンバに供給するように構成された供給システムと、
    等方性金属ＡＬＥプロセスを実施するよう前記供給システムおよび前記第１の熱源を制御するように構成されたコントローラであって、前記等方性金属ＡＬＥは、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に、原子吸着およびパルス熱アニールを実施する工程と、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記表面を前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかに暴露する工程であって、前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、選択的に吸着して前記基板の前記表面に金属錯体を形成する、工程と、
    前記パルス熱アニール中に、前記基板から前記金属錯体を除去するために前記第１の熱源のオン／オフを複数回パルス化する工程と、を含む、コントローラと、
    を備える、ＡＬＥシステム。
  2. 請求項１に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記表面は、金属、金属酸化物、および金属窒化物の少なくとも１つを含む、ＡＬＥシステム。
  3. 請求項１に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセス中に、前記基板の前記表面は金属前駆体に暴露されない、ＡＬＥシステム。
  4. 請求項１に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスは、前記原子吸着を実施する前に、第２の熱源によって前記基板を予熱する工程を含む、ＡＬＥシステム。
  5. 請求項４に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスは、前記基板を大気温度以上且つ前記金属錯体の沸点温度未満の温度に予熱する工程を含む、ＡＬＥシステム。
  6. 請求項１に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスは、前記原子吸着を実施する前に前記表面を改質する工程を含む、ＡＬＥシステム。
  7. 請求項６に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記表面を改質する工程は、プラズマを発生させることなく、前記基板の前記表面と反応させるためにガスを供給する工程を含む、ＡＬＥシステム。
  8. 請求項６に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記表面を改質する工程は、前記基板の前記表面と反応させるためにガスを供給する工程と、プラズマを発生させる工程とを含む、ＡＬＥシステム。
  9. 請求項６に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記表面は前記金属を含み、
    前記表面を改質する工程は、前記金属を金属酸化物または金属ハロゲン化物に変換する工程を含む、ＡＬＥシステム。
  10. 請求項１に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記表面は前記配位子に暴露され、
    前記配位子は、無反応性配位子である、ＡＬＥシステム。
  11. 請求項１０に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記配位子は、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）およびアセチルアセトン（Ｈａｃａｃ）からなる群より選択される、ＡＬＥシステム。
  12. 請求項１０に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、および有機蒸気からなる群より選択される、ＡＬＥシステム。
  13. 請求項１に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスは、第１の改質動作および第２の改質動作を含み、
    前記原子吸着は、前記第２の改質動作に相当し、
    前記コントローラは、前記等方性金属ＡＬＥプロセスの所定数の繰り返しを実施するように構成され、
    前記所定数の繰り返しの各々は、（ｉ）前記等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を前記第１の改質動作中に供給する工程と、（ｉｉ）前記等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を前記第２の改質動作中に供給する工程と、の少なくともいずれかを含む、ＡＬＥシステム。
  14. 基板の表面をエッチングするための金属原子層エッチング（ＡＬＥ）法であって、
    処理チャンバ内の基板支持体の上に前記基板を配置する工程と、
    配位子および有機種の少なくともいずれかを前記処理チャンバに供給するように構成された供給システムと、
    等方性金属ＡＬＥプロセスを実施する工程であって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に、原子吸着およびパルス熱アニールを実施する工程と、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記表面を前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかに暴露する工程であって、前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、前記基板の前記表面に選択的に吸着して金属錯体を形成する、工程と、
    前記パルス熱アニール中に、前記基板から前記金属錯体を除去するために熱源のオン／オフを複数回パルス化する工程と、を含む工程と、
    を含む、金属ＡＬＥ法。
  15. 請求項１４に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記表面は、金属、金属酸化物、および金属窒化物の少なくとも１つを含む、金属ＡＬＥ法。
  16. 請求項１４に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセス中に、前記基板の前記表面は金属前駆体に暴露されない、金属ＡＬＥ法。
  17. 請求項１４に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスは、前記原子吸着を実施する前に、前記基板を大気温度以上且つ前記金属錯体の沸点温度未満の温度に予熱する工程を含む、金属ＡＬＥ法。
  18. 請求項１４に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスは、前記原子吸着を実施する前に前記表面を改質する工程を含む、金属ＡＬＥ法。
  19. 請求項１８に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記表面を改質する工程は、プラズマを発生させることなく、前記基板の前記表面と反応させるためにガスを供給する工程を含む、金属ＡＬＥ法。
  20. 請求項１８に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記表面を改質する工程は、前記基板の前記表面と反応させるためにガスを供給する工程と、プラズマを発生させる工程とを含む、金属ＡＬＥ法。
  21. 請求項１８に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記表面は前記金属を含み、
    前記表面を改質する工程は、前記金属を金属酸化物または金属ハロゲン化物に変換する工程を含む、金属ＡＬＥ法。
  22. 請求項１４に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記表面は前記配位子に暴露され、
    前記配位子は、無反応性配位子である、金属ＡＬＥ法。
  23. 請求項２２に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記配位子は、ヘキサフルオロアセチルアセトン（Ｈｈｆａｃ）およびアセチルアセトン（Ｈａｃａｃ）からなる群より選択される、金属ＡＬＥ法。
  24. 請求項２２に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記配位子は、塩素分子（Ｃｌ2）、エタノール（ＥｔＯＨ）、および有機蒸気からなる群より選択される、金属ＡＬＥ法。
  25. 請求項１４に記載の金属ＡＬＥ法であって、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスは、第１の改質動作および第２の改質動作を含み、
    前記原子吸着は、前記第２の改質動作に相当し、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスの所定数の繰り返しが実施され、
    前記所定数の繰り返しの各々は、（ｉ）前記等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を前記第１の改質動作中に供給する工程と、（ｉｉ）前記等方性金属ＡＬＥプロセスの以前の繰り返し中に供給された化学種とは異なる化学種を前記第２の改質動作中に供給する工程と、の少なくともいずれかを含む、金属ＡＬＥ法。
  26. 基板の表面をエッチングするために金属原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスを実施するためのＡＬＥシステムであって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に配置され、前記基板を支持するように構成された基板支持体と、
    前記基板支持体および前記処理チャンバの少なくともいずれかを加熱するように構成された熱源と、
    配位子および有機種の少なくともいずれかを前記処理チャンバに供給するように構成された供給システムと、
    等方性金属ＡＬＥプロセスを実施するよう前記供給システムおよび前記熱源を制御するように構成されたコントローラであって、前記等方性金属ＡＬＥは、
    前記等方性金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に、前記表面を改質し、原子吸着および熱アニールを実施する工程と、
    前記表面を改質する工程中に、前記基板の前記表面と反応させるためにガスを供給する工程と、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記表面を前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかに暴露する工程であって、前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、選択的に吸着して前記基板の前記表面に金属錯体を形成する、工程と、
    前記熱アニール中に、前記基板から前記金属錯体を除去するために前記熱源を作動させる工程と、を含む、コントローラと、
    を備える、ＡＬＥシステム。
  27. 請求項２６に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記ガスは酸素（Ｏ2）を含む、ＡＬＥシステム。
  28. 請求項２６に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記配位子は塩素（Ｃｌ2）を含む、ＡＬＥシステム。
  29. 請求項２６に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記熱アニールは、
    前記熱源をパルス化しない工程と、
    所定長さ以上の長さを有する拡張パルスで前記熱源をパルス化する工程と、
    を含む、ＡＬＥシステム。
  30. 基板の表面をエッチングするために金属原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスを実施するためのＡＬＥシステムであって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に配置され、前記基板を支持するように構成された基板支持体と、
    前記基板支持体および前記処理チャンバの少なくともいずれかを加熱するように構成された熱源と、
    配位子および有機種の少なくともいずれかを前記処理チャンバに供給するように構成された供給システムと、
    選択的金属ＡＬＥプロセスを実施するよう前記供給システムおよび前記熱源を制御するように構成されたコントローラであって、前記選択的金属ＡＬＥは、
    前記選択的金属ＡＬＥプロセスの繰り返し中に、前記表面を改質し、原子吸着およびパルス熱アニールを実施する工程と、
    前記表面を改質する工程中に、前記基板の前記表面の選択部分と反応させるためにガスを供給する工程であって、前記表面を改質する工程は、
    前記表面の前記選択部分にバイアスを印加する工程と、
    所定圧力未満の圧力で前記ガスを供給する工程と、
    前記処理チャンバ内の圧力を前記所定圧力未満に維持する工程と、のうちの少なくとも１つを含み、
    前記原子吸着中に、前記基板の前記表面を前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかに暴露する工程であって、前記配位子および前記有機種の前記少なくともいずれかは、金属前駆体を含まず、選択的に吸着して前記基板の前記表面に金属錯体を形成する、工程と、
    前記熱アニール中に、前記基板から前記金属錯体を除去するために前記熱源のオン／オフを複数回パルス化する工程と、を含む、コントローラと、
    を備える、ＡＬＥシステム。
  31. 請求項３０に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記ガスは、酸素（Ｏ2）または水素（Ｈ2）を含む、ＡＬＥシステム。
  32. 請求項３０に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記配位子は塩素（Ｃｌ2）を含む、ＡＬＥシステム。
  33. 請求項３０に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記表面の前記部分は、
    前記基板の中間層の穴内部の上層の底部分と、
    前記中間層の上に配置された前記上層の上部分と、
    を含む、ＡＬＥシステム。
  34. 請求項３３に記載のＡＬＥシステムであって、
    前記表面の前記部分は、前記穴の側壁に配置された前記上層の側壁部分を含まない、ＡＬＥシステム。
JP2021539908A 2019-01-15 2020-01-07 金属原子層のエッチング堆積装置および金属フリー配位子による処理 Active JP7541983B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962792519P 2019-01-15 2019-01-15
US62/792,519 2019-01-15
US201962832932P 2019-04-12 2019-04-12
US62/832,932 2019-04-12
PCT/US2020/012518 WO2020150043A1 (en) 2019-01-15 2020-01-07 Metal atomic layer etch and deposition apparatuses and processes with metal-free ligands

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2022516772A true JP2022516772A (ja) 2022-03-02
JPWO2020150043A5 JPWO2020150043A5 (ja) 2024-04-30
JP7541983B2 JP7541983B2 (ja) 2024-08-29

Family

ID=71613695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021539908A Active JP7541983B2 (ja) 2019-01-15 2020-01-07 金属原子層のエッチング堆積装置および金属フリー配位子による処理

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220084838A1 (ja)
JP (1) JP7541983B2 (ja)
KR (1) KR20210105439A (ja)
CN (1) CN113316839A (ja)
TW (1) TWI845595B (ja)
WO (1) WO2020150043A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023073947A (ja) * 2021-11-16 2023-05-26 セメス株式会社 基板処理装置および方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230000017A (ko) * 2021-06-23 2023-01-02 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US20230015080A1 (en) * 2021-07-15 2023-01-19 Applied Materials, Inc. Metal oxide directional removal
KR20240034833A (ko) * 2021-07-22 2024-03-14 엔테그리스, 아이엔씨. 웨이퍼 용기 미세환경 내의 오염을 감소시키기 위한 흡착제 및 방법
CN118648092A (zh) * 2022-02-03 2024-09-13 默克专利股份有限公司 使用共反应物作为卤化剂的金属的原子层蚀刻
US20240167148A1 (en) * 2022-11-18 2024-05-23 Applied Materials, Inc. Methods of removing metal oxide using cleaning plasma

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8633115B2 (en) * 2011-11-30 2014-01-21 Applied Materials, Inc. Methods for atomic layer etching
US9972504B2 (en) * 2015-08-07 2018-05-15 Lam Research Corporation Atomic layer etching of tungsten for enhanced tungsten deposition fill
WO2017099718A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-15 Intel Corporation Atomic layer etching of transition metals by halogen surface oxidation
US10229837B2 (en) 2016-02-04 2019-03-12 Lam Research Corporation Control of directionality in atomic layer etching
US11565936B2 (en) * 2016-05-25 2023-01-31 The Regents Of The University Of Colorado Atomic layer etching on microdevices and nanodevices
US20170345665A1 (en) * 2016-05-26 2017-11-30 Tokyo Electron Limited Atomic layer etching systems and methods
JP6817752B2 (ja) 2016-09-09 2021-01-20 株式会社日立ハイテク エッチング方法およびエッチング装置
KR102410571B1 (ko) * 2016-12-09 2022-06-22 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 열적 원자층 식각 공정
US10692724B2 (en) * 2016-12-23 2020-06-23 Lam Research Corporation Atomic layer etching methods and apparatus
US10224212B2 (en) 2017-01-27 2019-03-05 Lam Research Corporation Isotropic etching of film with atomic layer control

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023073947A (ja) * 2021-11-16 2023-05-26 セメス株式会社 基板処理装置および方法
JP7368545B2 (ja) 2021-11-16 2023-10-24 セメス株式会社 基板処理装置および方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113316839A (zh) 2021-08-27
US20220084838A1 (en) 2022-03-17
JP7541983B2 (ja) 2024-08-29
TWI845595B (zh) 2024-06-21
KR20210105439A (ko) 2021-08-26
WO2020150043A1 (en) 2020-07-23
TW202041716A (zh) 2020-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7541983B2 (ja) 金属原子層のエッチング堆積装置および金属フリー配位子による処理
US11984330B2 (en) Atomic layer etch and deposition processing systems including a lens circuit with a tele-centric lens, an optical beam folding assembly, or a polygon scanner
JP6948797B2 (ja) 不揮発性金属をパターニングするためのチャンバ
JP7478146B2 (ja) ハロゲン系化合物を用いて選択的にエッチングするための原子層エッチングシステム
TW201626503A (zh) 具有成核抑制的特徵部填充
US20230047031A1 (en) Method for fabricating chamber parts
TW201442115A (zh) 利用曝光之選擇性沉積
JP2021535604A (ja) ウェットエッチングのための光子的に調整されたエッチング液の反応性
JPWO2020150043A5 (ja)
US11362275B2 (en) Annealing processes for memory devices
TWI853888B (zh) 用於製造腔室部件的方法
US20230066676A1 (en) Core removal
TW202043544A (zh) 使用受照射蝕刻溶液之材料粗糙度縮減用的處理系統及平台
WO2023038870A1 (en) Techniques and apparatuses for processing chalcogenides
WO2024196643A1 (en) Integration of dry development and etch processes for euv patterning in a single process chamber

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221206

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240123

A524 Written submission of copy of amendment under article 19 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A524

Effective date: 20240418

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240723

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240819

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7541983

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150