JP2024506176A - 高速ガス交換装置、システム、及び方法 - Google Patents
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Abstract
第１の上流端と第１の下流端を有する第１のリザーバ、及び第２の上流端と第２の下流端を有する第２のリザーバを有する、ガス分配装置が提供される。リザーバ切り替えバルブが、第１のリザーバの第１の下流端と第２のリザーバの第２の下流端に流体連通している。リザーバ切り替えバルブは、第１の状態にあるときに第１のリザーバをリザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合し、第２の状態にあるときに第２のリザーバをリザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合するように動作可能である。リザーバ切り替えバルブの出口に並列に結合された入口を有する複数の比例流量制御バルブが提供される。複数の比例流量制御バルブは、ガスを処理チャンバに提供するように構成された出口を有する。【選択図】図１
Description
[0001] 本開示の実施形態は、広くは、基板処理システムに関する。特に、本開示の実施形態は、プロセスガスを基板処理システムに提供するための方法及び装置に関する。
[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。幾つかの事例では、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が、制御された環境内で、順次、２以上のプロセスを１枚の基板に対して実行するのに用いられる。
[0003] 半導体デバイスの製造中に、プロセスの均一性を提供し、処理欠陥を最小限に抑えるためには、処理チャンバの中への安定したプロセスガス流が望まれる。概して、プロセスガスの流量は、ガス送出バルブの開放により、ゼロから定常状態まで経時的に増加する。幾つかのプロセスでは、定常状態に落ち着くまでのガス流の持続時間が、ガス流時間全体のかなりの部分を占める。このようなプロセスでは、比較的長い整定時間が望ましくない処理結果につながる。整定時間を減少させ、場合によっては解消するために、幾つかのガス供給装置は、チャンバの中への流れが必要でないときに、全流量をチャンバのフォアラインの中に迂回させることで、定常状態のプロセス流を維持する。必要なときには、整定時間をほとんど発生させることなく、全流量をフォアラインから処理チャンバの中へ素早く切り替え、結果として、プロセスの均一性と処理結果を向上させる。プロセスガス流をフォアラインと処理チャンバとの間で分流することは、所望のプロセス結果を得るために効果的な技法であることが証明されているが、利用される処理ガスの量が多い。更に、前駆体流を提供するための供給ハードウェアが高価であり、しばしば、シャワーヘッドの内側と外側の領域などの処理チャンバの異なる領域へのプロセスガスの供給のために専用のガススティックを必要とする。複数の専用のガススティックが必要であることは、ガスの使用量を高めるという更なる悪い結果をもたらすだけである。
[0004] したがって、複数の専用のガススティックを使用することなしに、最適化されたガスの量を使用した、処理チャンバへのプロセスガスの提供が必要とされている。
[0005] 幾つかの実施形態では、第１の上流端と第１の下流端を有する第１のリザーバ、及び第２の上流端と第２の下流端を有する第２のリザーバを有する、ガス分配装置が提供される。リザーバ切り替えバルブは、第１のリザーバの第１の下流端と第２のリザーバの第２の下流端とに流体連通している。リザーバ切り替えバルブは、第１の状態にあるときに第１のリザーバをリザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合し、第２の状態にあるときに第２のリザーバをリザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合するように動作可能である。リザーバ切り替えバルブの出口に並列に結合された入口を有する複数の比例流量制御バルブが設けられている。複数の比例流量制御バルブは、処理チャンバにガスを提供するように構成された出口を有する。
[0006] 幾つかの実施形態では、基板を処理するためのプロセス空間を有するプロセスチャンバを有する半導体処理システムが提供される。プロセスチャンバは、第１のプロセスガス入口と第２のプロセスガス入口を有する。該システムは、第１の上流端と第１の下流端を有する第１のリザーバ、及び第２の上流端と第２の下流端を有する第２のリザーバを有する、ガス分配アセンブリを含む。リザーバ切り替えバルブは、第１のリザーバの第１の下流端と第２のリザーバの第２の下流端とに流体連通している。リザーバ切り替えバルブは、第１の状態にあるときに第１のリザーバをリザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合し、第２の状態にあるときに第２のリザーバをリザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合するように動作可能である。第１及び第２の比例流量制御バルブは、リザーバ切り替えバルブの出口に並列に結合された入口を有し、第１の比例流量制御バルブは、処理チャンバの第１の入口に結合された出口を有し、第２の比例流量制御バルブは、処理チャンバの第２の入口に結合された出口を有する。
[0007] 幾つかの実施形態では、プロセスチャンバのプロセス空間にガスを供給するための方法が提供される。該方法は、第１の状態にあるリザーバ切り替えバルブを通して、第１のプロセスガスを第１のリザーバからプロセス空間に供給することを含む。第１のプロセスガスをプロセス空間に供給することは、第１のリザーバ内の第１のガス圧力範囲を維持することと、プロセス空間の上流に配置された複数の比例流量制御バルブを使用して、第１のリザーバからプロセス空間の１以上の領域への第１のプロセスガス流を制御することとを含む。リザーバ切り替えバルブは、第２の状態に切り替えられる。第２のプロセスガスは、第２の状態にあるリザーバ切り替えバルブを通して、プロセス空間に供給される。第２のプロセスガスは、第２のリザーバから提供される。第２のプロセスガスを供給することは、第２のリザーバ内の第２のガス圧力範囲を維持することと、プロセス空間の上流に配置された複数の比例流量制御バルブを使用して、第２のリザーバからプロセス空間の１以上の領域への第２のプロセスガス流を制御することとを含む。
[0008] 上述の本開示の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、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く、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。
[0012] 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、追加の記述がなくても、他の複数の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
[0013] 本開示の複数の実施形態は、スループットを改良して処理効率を向上させる安定なプロセスガス供給を有する基板処理システムを提供する。本開示の１以上の実施形態は、プラズマエッチング処理チャンバに関して説明される。しかし、本ガス分配システムは、化学気相堆積チャンバ、原子層堆積チャンバ、注入チャンバ、又は他の処理チャンバなどの、他の種類の処理チャンバで利用されてよい。特に、本明細書で説明されるガス分配システムは、非常に高速な流れの安定化を提供する。それによって、流れは、流量の整定時間がほとんど発生しないやり方で、オンにされてよく又はガスの間で切り替えられてよい。これは、プロセスの均一性及び欠陥の控除を促進する非常に安定したガス供給をもたらす。更に、非常に高速な流れの安定化はまた、ガス間でのより速いサイクルも可能にするので、より大きなプロセスウインドウ及び多様なプロセスが実行可能になる。更に、ガス分配システムは、従来のシステムで行われているような速い流れの安定化を可能にするために、プロセスガスの流れをフォアラインの中にダンプ（放出）させることに依存しないので、トレンチエッチングプロセスなどのサイクルプロセスを実行するために必要とされるプロセスガスの量と費用を有利に削減する。更に、本明細書で開示されるガス分配システムは、プロセスガスを処理チャンバの異なる処理領域に供給するための専用ガススティックの従来の処理チャンバにおける必要性を排除することによって、高価なプロセスガス供給ハードウェア費用を更に削減する。
[0014] 図１は、ガス分配システム１００の概略図を示す。ガス分配システム１００は、複数のプロセス領域１０１にガスを分配するために、共通の筐体１０８を含む。処理領域１０１は、別個の処理チャンバであるか、又は単一のプロセスチャンバの別個のプロセス領域である。図２は、一実施形態による単一のプロセスチャンバ２０３の複数の領域にガスを分配するために使用されるガス分配システムを示す。図１は、３つのプロセス領域１０１を示しているが、より多い又はより少ないプロセス領域１０１も、本開示のガス分配システム１００で使用されることが考えられる。
[0015] 共通の筐体１０８は、２つ以上のガスリザーバ（例えば、第１のガスリザーバ１１４と第２のガスリザーバ１２４）を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、共通の筐体が温度制御されるか、又は共通の筐体は温度制御されない。第１の及び第２のリザーバ１１４、１２４は、共通の筐体１０８内で描かれているが、本明細書で説明されるガス分配システム１００はまた、共通の筐体１０８を有さない実施形態も含み得る。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つか実施形態では、第１及び第２のリザーバ１１４、１２４が、複数のプロセス領域１０１に近接して配置され、複数のプロセス領域１０１に結合されている。第１のガスリザーバ１１４は、第１の上流端１１３と第１の下流端１１５を含む。第２のガスリザーバ１２４は、第２の上流端１２３と第２の下流端１２５を含む。圧力計（例えば、第１のリザーバ１１４用の第１の圧力計１１６、第２のリザーバ１２４用の第２の圧力計１２６）は、対応するリザーバに結合され、対応するリザーバの圧力を測定することができる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つか実施形態では、各リザーバが、各リザーバの上流端（例えば、１１３、１２３）と下流端（例えば、１１５、１２５）との間の異なるポイントで圧力を測定するように構成された２つ以上の圧力計を含む。
[0016] １以上の調整器（例えば、第１のリザーバ１１４用の第１の調整器１１０）が、第１のリザーバ１１４の第１の上流端１１３に結合され、１以上の調整器（例えば、第２のリザーバ１２４用の第２の調製器１２０）が、第２のリザーバ１２４の第２の上流端１２３に結合されている。各調整器（１１０、１２０）は、当業界で知られている任意の適切なガス調整器又は任意の適切なマスフロー（質量流量）コントローラである。各調整器は、第１及び第２のリザーバ（１１４、１２４）の各々へ供給圧力（又は入力圧力）を提供する。調整器は、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で有り得る。各調整器（１１０、１２０）は、対応する充填バルブに結合されている。対応する充填バルブは、対応するリザーバに結合されている（例えば、第１のリザーバ１１４用の第１の充填バルブ１１２、第２のリザーバ１２４用の第２の充填バルブ１２２）。各充填バルブ１１２、１２２は、ガスが貫通して流れることを可能にするか、又はガスが貫通して流れることを防止するために、完全に開いているか又は完全に閉じているかのいずれかであるバルブである。代替的には、各充填バルブ１１２、１２２が、バルブを通る流れのプロファイルの調節を可能にする可変開放バルブである。各充填バルブ１１２、１２２は、高速作動バルブ、ソレノイドバルブ、及びピエゾバルブから選択される。充填バルブ１１２、１２２は、５０ミリ秒以内、例えば、４０ミリ秒以内、若しくは３０ミリ秒以内、又は１０ミリ秒から２０ミリ秒以内に位置（例えば開／閉）を移行できる高速作動バルブである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、充填バルブ１１２、１２２が、ガス圧作動の常閉（N.C）高速作動バルブであり、リザーバが圧力設定点の約９０％以内にあるときに係合し、リザーバ内の圧力が許容範囲内になるまで約１００ms以下の間隔でパルス供給するように構成されている。第１の調整器１１０と第１の充填バルブ１１２は、第１のリザーバ１１４内の圧力を実質的に一定の圧力範囲内に維持するように動作可能であり、第２の調整器１２０と第２の充填バルブ１２２は、第２のリザーバ１２４内の圧力を実質的に一定の圧力範囲内に維持するように動作可能である。
[0017] 調整器１１０、１２０及び充填バルブ１１２、１２２は、入口ラインを介して第１のガス源１０９ａと第２のガス源１０９ｂに結合されている。各ガス源からの各プロセスガスは、対応するリザーバ１１４、１２４を充填し、対応するリザーバから出て、リザーバ切り替えバルブ１３４に流れるように使用される。切り替えバルブ１３４は、第１のリザーバ１１４からの第１のガスから第２のリザーバ１２４からの第２のガスに切り替え、第１及び第２のガスの各々を下流方向に放出するように構成されたスリーウェイバルブなどの１以上のバルブクラスタである。切り替えバルブ１３４は、図面ではスリーウェイバルブ（三方弁）として描かれているが、１以上のバルブクラスタなどの他の複数の実施形態が、３つ以上のリザーバを有するシステム用に考えられる。リザーバ切り替えバルブは、第１のリザーバの第１の下流端と第２のリザーバの第２の下流端とに流体連通している。動作中、リザーバ切り替えバルブ１３４が、第１の状態にあるときに、第１のリザーバをリザーバ切り替えバルブ１３４の出口１３５に選択的に結合させるように動作可能である。リザーバ切り替えバルブ１３４は、第２の状態にあるときに、第２のリザーバをリザーバ切り替えバルブ１３４の出口１３５に選択的に結合させるように動作可能である。
[0018] 従来のガス分配アセンブリは、分配ラインの下流で切り替えバルブを使用しない。その代わりに、従来のガス分配アセンブリは、各ガス源からの複数の分配ラインを使用し、各分配ラインは、異なるプロセスステーション又はプロセス領域に対応する。従来の分配アセンブリは、フォアライン１３８、又はプロセス空間にガスをパルス供給する高速パルス供給バルブのいずれかに分岐されるガスを連続的に流す。第１のリザーバ１１４と第２のリザーバ１２４との間で切り替えることができる切り替えバルブ１３４を組み込むことで、プロセス内で使用される分配ラインの総数を最小化できることが分かった。代わりに、切り替えバルブ１３４は、プロセスレシピに従って第１及び第２のプロセスガスの各々の間で交互に切り替え、ガスを複数の比例流量制御バルブ（１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃなど）に流す。複数の比例流量制御バルブは、リザーバ切り替えバルブ１３４の出口に並列に結合された入口を有する。
[0019] ダイバータバルブ（切換弁）１３６が、切り替えバルブ１３４と比例流量制御バルブ１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃとの間に配置されている。ダイバータバルブ１３６は、リザーバの各々からのガスをフォアライン１３８にパージするために使用される。ダイバータバルブ１３６はまた、複数の比例流量制御バルブ（例えば、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ）の各々へのガス流を各プロセス領域１０１に導くようにも動作可能である。複数の比例流量制御バルブは、ダイバータバルブ１３６の出口に並列に結合された入口を有する。
[0020] 比例流量制御バルブの各々は、対応するプロセス領域１０１に結合されている。複数の比例流量制御バルブの各々（例えば、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ）は、各々のプロセス領域１０１の間でガス流を分割することができる。複数の比例流量制御バルブの各々（例えば、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ）は、電気的に作動される圧電式流量制御バルブ（例えば、ピエゾバルブ）である。複数の比例流量制御バルブの各々は、ヒータに結合されている。各比例流量制御バルブの下流には、ガス圧作動バルブ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃなどの、常開ソレノイドバルブ（N.O.バルブ）がある。ガス圧作動バルブは、それらを通るガス流を調整するために使用され、圧力計１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃと併せて使用される。
[0021] ガス分配システム１００は、コントローラ１９０を含む。コントローラ１９０は、ガス分配システム１００の様々な構成要素に結合されて、それらの動作を制御する。コントローラ１９０は、システムを制御する単一のコントローラであるか、又はシステムの個々の部分を制御する複数のコントローラである。幾つかの実施形態では、比例流量制御バルブの各々が、コントローラ１９０と通信可能に結合されている。コントローラ１９０は、比例流量制御バルブ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃの間の流量比を制御する。
［0022］ 本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、コントローラ１９０が、中央処理装置（CPU）１９２、メモリ１９４、及びサポート回路１９６を含む。コントローラ１９０は、直接的にか、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（若しくはコントローラ）を介して、ガス分配システム１００を制御する。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設定で使用される汎用コンピュータプロセッサのうちの１つ又は任意の形態である。コントローラのメモリ１９４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：random access memory）、読取り専用メモリ（ROM：read only memory）、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若しくはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、又はローカル若しくは遠隔の任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に入手可能なメモリのうちの１以上である。サポート回路１９６は、従来のやり方でプロセッサをサポートするためにCPU１９２に結合されている。これらの回路は、キャッシュ、電力供給部、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。１以上のプロセスは、本明細書で説明されるやり方でシステム又は個々の構成要素の動作を制御するために実行され又は呼び出されるソフトウェアルーチンとして、メモリ内に記憶される。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行するための他のプロセスを制御するための任意のコマンド又は機能を含む１以上の構成を含む。
[0023] コントローラ１９０は、調整器１１０、１２０、充填バルブ１１２、１２２、切り替えバルブ１３４、ダイバータバルブ１３６、比例流量制御バルブ１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、又はガス圧作動バルブ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃのうちの１以上に接続されている。コントローラ１９０は、１以上の構成を有する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、コントローラ１９０が、充填バルブ１１２、１２２のうちの１以上を開閉するための構成を有する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、コントローラ１９０が、圧力計１１６、１２６、１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃのうちの１以上を使用して圧力をモニタするための構成を有する。
[0024] ガス分配システム１００は、幾つかの異なるプロセスに適しているが、１つの特定の用途は、Si貫通ビア（TSV）エッチングである。それは、シリコン基板に深いトレンチを形成するために、低周波数バイアス及び低温環境を使用する用途である。エッチングシステムの一種には、インシサイチュ（in situ）プラズマエッチングがあり、このエッチングシステムでは、除去プラズマと堆積プラズマを有する単一のリアクタ内で、基板上の材料の除去と堆積を交互に繰り返すことによってトレンチが形成される。別の種類のエッチングシステムには、遠隔プラズマエッチングがあり、一次リアクタ（例えば、図２で示されているプロセスチャンバ２０３）内に位置付けられている基板に導入される前に、遠隔リアクタで生成されたプラズマを使用してトレンチが形成される。基板の処理には、堆積ガスとエッチングガスを連続して供給することにより、基板上に膜を堆積させることと膜をエッチングすることとを交互に行うことが含まれる。２つのガス源１０９ａ、１０９ｂのみが、図１及び図２で描かれているが、代替的な又は更なるガス源も考えられる。このやり方では、エッチングガスが、一連のパルス供給で基板内にトレンチ又は他のフィーチャを増分的にエッチングするために提供され、一方で、堆積ガスは、エッチングガスのエッチングパルス供給の間で、基板内にエッチングされているトレンチ又は他のフィーチャの側壁をコーティング及び保護するために提供される。
[0025] 図２は、プロセスチャンバ２０３、及びプロセスチャンバ２０３のプロセス空間２０２内の複数の領域にガスを分配するガス分配システム１００を有する、リアクタ２００を描いている。プロセスチャンバ２０３は、リッド２０４、電源２１５及び整合ネットワーク２１７、バイアス電力２２０及び整合ネットワーク２２１、静電チャック２４０、並びにガス分配システム１００を含む。ガス分配システム１００の比例流量制御バルブ１４０ａ及び１４０ｂは、ガスをプロセスチャンバ２０３のリッド２０４に結合されたノズルアセンブリ２０７に導く。比例流量制御バルブ１４０ａは、第１のガス入口２３２を介してノズルアセンブリ２０７のエッジノズルに結合され、エッジノズルは、ガスをプロセス空間２０２の縁部領域に導く。比例流量制御バルブ１４０ｂは、第２のガス入口２３４を介してノズルアセンブリ２０７の中央ノズルに結合され、中央ノズルは、ガスをプロセス空間２０２の中央領域に導く。第１のガス入口２３２は、処理チャンバの垂直中心線に対して第２のガス入口２３４の外側に配置されている。図面は、ノズルアセンブリ２０７の中央に、第２のガス入口があるように描いているが、中心からオフセットされたような他の位置も考えられる。第２のガス入口２３４の径方向位置（例えば、ノズルアセンブリ２０７の中心線からの）は、第１のガス入口２３２の径方向位置からオフセットされてよい。比例流量制御バルブ１４０ｃは、ガスをプロセスチャンバ２０３の側部２０６に配置された側部ノズル２０５に導く。３つの比例流量制御バルブが図面に描かれているが、ガス流のカスタマイズされた調整のために、ガスをプロセス空間２０２のより多くの又はより少ない領域に導くよう、より多くの又はより少ない比例流量制御バルブが考えられる。
[0026] プラズマプロセスを生成し及び維持するための電源２１５は、１以上のアンテナ又はコイルの形態を採り得る発電機（図示せず）を介して、プロセスチャンバ２０３に結合されている。電源２１５は、パルス供給能力を有する約１２MHzから約１３．５MHzの範囲内の無線周波数、約１０ワットから約７５００ワット、例えば約３００ワットから約５０００ワットの範囲内の電力を生成するように動作可能であり、動的整合ネットワーク２１７を更に含む。電源２１５は、無線周波数がエッチングサイクル中に変更されるように二重調整可能（dual tunable）ソースを含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、電源２１５が、プロセスチャンバ２０３に取り付け可能な、高レベルのプラズマ解離を生成することができる遠隔プラズマ源を含む。プロセスチャンバ２０３は、インサイチュソース電力、遠隔プラズマソース電力、又はそれらの両方の組み合わせを含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、プラズマが、遠隔プラズマソース電力で生成され、プロセスチャンバ２０３に移送され、インシサイチュソース電力２１５は、生成されたプラズマをプロセスチャンバ２０３内に維持する。電源２１５の電力範囲が、エッチングサイクル中に増減されてよく及び／又はエッチングサイクル中にパルス供給されてよい、エッチングサイクルが実行される。
[0027] 基板にバイアスをかけるためのバイアス電力２２０が、プロセスチャンバ２０３及びチャック２４０に結合されている。バイアス電力２２０は、パルス供給能力を有する約２MHzの無線周波数、約１０ワットから約５００ワットの低電力範囲を生成するように動作可能であり、動的整合ネットワーク２２１を更に含む。バイアス電力２２０は、パルス供給能力を有する約１００kHzから約１３．５６MHzの選択可能な無線周波数範囲と、約１０ワットから約２０００ワットの電力範囲とを生成することができる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、エッチングサイクルが、周期的に繰り返される堆積動作とエッチング動作を含む。エッチングサイクルのエッチング動作の後に、バイアス電力２２０の無線周波数及び／又はワット数が、エッチングシステムの先行するエッチング動作に対して増減されてよい。一実施例では、バイアス電力２２０が、堆積動作と比べてエッチング動作中により大きい。
[0028] 図３は、本開示の複数の実施形態によるガスを分配するためのプロセス３００のフロー図を示す。該方法は、動作３０２で、第１の状態にあるリザーバ切り替えバルブを通して、第１のプロセスガスを第１のリザーバ１１４からプロセス領域１０１に供給することを含む。第１のリザーバ１１４は、第１のガス源１０９ａを使用して充填され、第１のリザーバ内で第１のガス圧力範囲が維持される。プロセス空間２０２の上流に配置された複数の比例流量制御バルブを使用して、第１のリザーバからプロセス空間２０２の１以上の領域への第１のプロセスガス流が制御される。
[0029] エッチング用途などのために、２つ以上のガス源を第１のリザーバ１１４に結合することも考えられる。エッチャントに加えて、酸素、ヘリウム、及びアルゴンのうちの１以上が提供されてよい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、アルゴンなどのプラズマ持続ガスが提供される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、ガス分配アセンブリが、シリコンエッチング用に構成され、第１のプロセスガスが、フッ化物含有ガス、硫黄含有ガス、又はフッ化物と硫黄とのうちの一方若しくは両方を含有するガスなどのエッチングガスである。第１のプロセスガスは、所定の持続時間にわたり、約１０sccmから約３０００sccmで、プロセス空間２０２に供給される。幾つかの実施形態では、第１のプロセスガスが、エッチングガスであり、プロセス空間２０２内に配置された基板内のフィーチャの一部分をエッチングする。
[0030] 従来のプロセスでは、プロセス空間２０２に導入されるガス量を制御するために、高速バルブが、パルス状のような特定の高速周波数でオン／オフされる。本明細書で説明されるガス分配システム１００では、ピエゾバルブなどの比例流量制御バルブが、プロセス空間２０２の特定の領域に導入されるガスの量を制御するために代わりに使用される。したがって、本開示のガス分配システムは、パルス供給機構を有するバルブの使用を排除する。各比例流量制御バルブは、コントローラ１９０によって制御され、各プロセス動作に、約０．２秒以上、例えば約０．３秒以上、例えば約１秒から２秒、又は約０．３秒から約０．５秒のプロセス時間を使用する。
[0031] 動作３０４では、ガス流が、第１のリザーバから第２のリザーバからの第２のガスに切り替えられる。特に、リザーバ切り替えバルブ１３４は、第１の状態から第２の状態に切り替えられる。それによって、第２のリザーバからの第２のガスが、リザーバ切り替えバルブ１３４の出口を通って流れる。切り替えバルブ１３４は、ガスを複数の比例流量制御バルブ（１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ）に導く。複数の比例流量制御バルブは、それらを通るガス流をプロセス空間２０２への所定の比率に分割するように動作可能である。コントローラ１９０は、リザーバ切り替えバルブ１３４と通信可能に結合され、バルブタイミング制御などの流量コントローラ作動の所定の時間シーケンスへのガスの同期した切り替えを制御する。コントローラ１９０は、複数の比例流量制御バルブ１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃと、プロセス空間２０２の各領域へのガス流を調整するための、比例流量制御バルブの下流のガス圧作動バルブとに通信可能に結合されている。プロセス空間２０２の各領域へのガス流の調整により、基板の処理及び処理の均一性が改良される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、第１のリザーバ１１４から第２のリザーバ１２４への切り替えが、部分的に枯渇した第１のリザーバ１１４を再充填するために第１の充填バルブ１１２を開くのと実質的に同時に行われる。代替的に、充填バルブ１１２は、第１の圧力計１１６がリザーバの下限圧力に到達したときに開かれ、及び／又は第１の圧力計１１６が上限圧力に到達したときに閉じる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、第１及び第２の充填バルブが、第１及び第２のリザーバの圧力を、プロセスに応じて、約１００Torrと約１０００Torrとの間などの所定の範囲に維持するために使用されるピエゾバルブである。同様なプロセス制御が、処理中に第２のリザーバから第１のリザーバに切り替えるために第２のリザーバに適用可能である。
[0032] 動作３０６では、第２のプロセスガスが、第２のリザーバ１２４からプロセス領域１０１に供給される。第２のリザーバ１２４は、第２のガス源１０９ｂを使用して充填される。第２のリザーバ内で、第２のガス圧範囲が維持される。プロセス空間２０２の上流に配置された複数の比例流量制御バルブを使用して、第２のリザーバからプロセス空間２０２の１以上の領域への第２のプロセスガス流が制御される。酸素、ヘリウム、及びアルゴンのうちの１以上などの、２つ以上のガス源を第２のリザーバ１２４に結合することも考えられる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、第２のプロセスガスが、ポリマー堆積ガスなどの堆積ガス（例えば、フッ化物含有ガス、炭素含有ガス、又はフッ化炭素などのフッ化物と炭素とのうちの１以上を有するガス）である。第２のプロセスガスは、約１０sccmから約３０００sccmで、プロセス空間２０２に供給される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、第２のプロセスガスが、基板のフィーチャのエッチングされた（例えば、動作３０２でエッチングされた）部分上に保護ポリマー層を堆積させるために使用される。各比例流量制御バルブは、コントローラ１９０によって制御され、各プロセス動作に、約０．２秒以上、例えば約０．３秒以上、例えば約１秒から２秒、又は約０．３秒から約０．５秒のプロセス時間を使用する。
[0033] 第２のガスをプロセス空間２０２に供給した後で、動作３０８において、リザーバ切り替えバルブが、第２の状態から第１の状態に切り替えられる。したがって、第１のリザーバからの第１のプロセスガスが、再びプロセス空間と流体連通する。動作３０２、３０４、３０６、及び３０８は、フィーチャを形成するために所望の深さがエッチングされるまで、フィーチャの一部分を周期的にエッチングすること、エッチング部分上に保護ポリマー層を堆積させること、次いで、フィーチャの別の一部分をエッチングすること、エッチング部分上に別のポリマー層を堆積させることなどによって、基板のフィーチャを形成するために、所定のプロセスサイクルで繰り返される。本明細書で説明されるガス分配システム１００は、プロセス空間２０２内に配置されたシリコン基板の上に所定のプロファイルを形成することなど、基板を処理するために、ガスの間で迅速に切り替えるように使用される。
[0034] 本明細書で説明される高速ガス交換アセンブリは、マルチステッププロセスを採用するエッチングシステムで有用である。同じハードウェア及び動作スキームがまた、処理チャンバ２０３を通して高速でガスを切り替える必要がある原子層堆積プロセスなどの他のプロセスでも使用され得る。
[0035] 上記は、本開示の複数の実施形態を対象とするが、本開示の他の及び更なる実施形態が、本開示の範囲から逸脱することなく考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。
Claims (20)
- 第１の上流端と第１の下流端を備える第１のリザーバ、
第２の上流端と第２の下流端を備える第２のリザーバ、
前記第１のリザーバの前記第１の下流端と前記第２のリザーバの前記第２の下流端に流体連通しているリザーバ切り替えバルブであって、第１の状態にあるときに前記第１のリザーバを前記リザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合し、第２の状態にあるときに前記第２のリザーバを前記リザーバ切り替えバルブの前記出口に選択的に結合するように動作可能である、リザーバ切り替えバルブ、及び
前記リザーバ切り替えバルブの前記出口に並列に結合された入口を有する複数の比例流量制御バルブであって、処理チャンバにガスを提供するように構成された出口を有する複数の比例流量制御バルブを備える、ガス分配装置。 - 前記第１のリザーバと前記第２のリザーバは、共通の筐体内に配置されている、請求項１に記載のガス分配装置。
- 前記第１のリザーバの前記第１の上流端に結合され、前記第１のリザーバ内の圧力を実質的に一定の圧力範囲内に維持するように動作可能である、第１の充填バルブ及び第１の調整器、並びに
前記第２のリザーバの前記第２の上流端に結合され、前記第２のリザーバ内の圧力を実質的に一定の圧力範囲内に維持するように動作可能である、第２の充填バルブ及び第２の調整器を更に備える、請求項１に記載のガス分配装置。 - 前記第１の充填バルブ及び前記第２の充填バルブは、ソレノイドバルブ、ピエゾバルブ、高速作動バルブ、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項３に記載のガス分配装置。
- 前記複数の比例流量制御バルブの各々は、ピエゾバルブである、請求項１に記載のガス分配装置。
- 前記第１のリザーバに結合された第１の圧力計、及び
前記第２のリザーバに結合された第２の圧力計を更に備える、請求項１に記載のガス分配装置。 - 基板を処理するためのプロセス空間を含む処理チャンバであって、第１のプロセスガス入口と第２のプロセスガス入口を有する処理チャンバ、並びに
ガス分配アセンブリを備える、半導体処理システムであって、前記ガス分配アセンブリは、
第１の上流端と第１の下流端を備える第１のリザーバ、
第２の上流端と第２の下流端を備える第２のリザーバ、
前記第１のリザーバの前記第１の下流端と前記第２のリザーバの前記第２の下流端に流体連通しているリザーバ切り替えバルブであって、第１の状態にあるときに前記第１のリザーバを前記リザーバ切り替えバルブの出口に選択的に結合し、第２の状態にあるときに前記第２のリザーバを前記リザーバ切り替えバルブの前記出口に選択的に結合するように動作可能である、リザーバ切り替えバルブ、及び
前記リザーバ切り替えバルブの前記出口に並列に結合された入口を有する第１の比例流量制御バルブと第２の比例流量制御バルブであって、前記第１の比例流量制御バルブは、前記処理チャンバの前記第１のプロセスガス入口に結合された出口を有し、前記第２の比例流量制御バルブは、前記処理チャンバの前記第２のプロセスガス入口に結合された出口を有する、第１の比例流量制御バルブと第２の比例流量制御バルブを備える、半導体処理システム。 - 前記第１のリザーバは、エッチングガス源に流体連通し、
前記第２のリザーバは、堆積ガス源に流体連通している、請求項７に記載の半導体処理システム。 - 前記第１のプロセスガス入口は、前記処理チャンバの垂直中心線に対して前記第２のプロセスガス入口の外側に配置されている、請求項７に記載の半導体処理システム。
- 前記第１のリザーバの前記第１の上流端に結合された第１の調整器であって、前記第１のリザーバ内の圧力を実質的に一定の圧力範囲内に維持するように動作可能である第１の調整器、及び
前記第２のリザーバの前記第２の上流端に結合された第２の調整器であって、前記第２のリザーバ内の圧力を実質的に一定の圧力範囲内に維持するように動作可能である第２の調整器を更に備える、請求項９に記載の半導体処理システム。 - 前記第１のプロセスガス入口は、前記第１のプロセスガスを天井又はシャワーヘッドを貫通して前記処理チャンバの中に提供するように構成されている、請求項９に記載の半導体処理システム。
- 前記第１のプロセスガス入口は、前記第１のプロセスガスを前記処理チャンバの側壁を貫通して前記処理チャンバの中に提供するように構成されている、請求項９に記載の半導体処理システム。
- 前記第１のリザーバと前記第２のリザーバは、共通の筐体内に配置されており、前記共通の筐体は、温度制御されている、請求項１１に記載の半導体処理システム。
- 処理チャンバのプロセス空間にガスを供給する方法であって、
第１の状態にあるリザーバ切り替えバルブを通して、第１のプロセスガスを第１のリザーバから前記プロセス空間に供給することであって、
前記第１のリザーバ内の第１のガス圧力範囲を維持することと、
前記プロセス空間の上流に配置された複数の比例流量制御バルブを使用して、前記第１のリザーバから前記プロセス空間の１以上の領域への第１のプロセスガス流を制御することとを含む、第１のプロセスガスを供給すること、
前記リザーバ切り替えバルブを第２の状態に切り替えること、及び
前記第２の状態にある前記リザーバ切り替えバルブを通して、第２のプロセスガスを第２のリザーバから前記プロセス空間に供給することであって、
前記第２のリザーバ内の第２のガス圧力範囲を維持することと、
前記プロセス空間の上流に配置された前記複数の比例流量制御バルブを使用して、前記第２のリザーバから前記プロセス空間の１以上の領域への第２のプロセスガス流を制御することとを含む、第２のプロセスガスを供給することを含む、方法。 - 前記第１のリザーバから前記プロセス空間の１以上の領域への前記第１のプロセスガス流を制御することは、
前記複数の比例流量制御バルブのうちの第１の比例流量制御バルブを使用して、前記プロセス空間の前記１以上の領域のうちの第１の領域への前記第１のプロセスガス流を制御すること、及び
前記複数の比例流量制御バルブのうちの第２の比例流量制御バルブを使用して、前記プロセス空間の前記１以上の領域のうちの第２の領域への前記第１のプロセスガス流を制御することを更に含み、前記第１の領域は、前記処理チャンバの垂直中心線に対して前記第２の領域の外側に配置されている、請求項１４に記載の方法。 - 前記第１のリザーバから前記プロセス空間の１以上の領域への前記第１のプロセスガス流を制御することは、
前記第１の比例流量制御バルブ及び前記第２の比例流量制御バルブと並列な切り替えバルブから、前記第１のプロセスガス流を流すことを更に含む、請求項１５に記載の方法。 - 前記第１のプロセスガスを前記プロセス空間に供給することは、前記プロセス空間にエッチングガスを流すことを更に含み、
前記第２のプロセスガスを前記プロセス空間に供給することは、前記プロセス空間に堆積ガスを流すことを更に含む、請求項１６に記載の方法。 - 前記プロセス空間内に配置された基板内のフィーチャを周期的にエッチングするために、前記リザーバ切り替えバルブを切り替えることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
- 前記基板内の前記フィーチャを周期的にエッチングするために、前記リザーバ切り替えバルブを切り替えることは、
（ａ）エッチングガスで前記フィーチャの一部分をエッチングすることと、
（ｂ）堆積ガスで前記フィーチャのエッチング部分上に保護層を堆積させることと、
（ｃ）前記フィーチャを形成するために、（ａ）及び（ｂ）を周期的に繰り返すこととを更に含む、請求項１８に記載の方法。 - 前記リザーバ切り替えバルブの下流のフォアラインバルブにおいて、ガスをフォアライン又は前記プロセス空間に導くことを更に含み、前記フォアラインバルブは、ガスを前記フォアライン又は前記プロセス空間に進路変更させるように動作可能である、請求項１９に記載の方法。
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