JP6318254B2 - ガス供給を制御するための方法及びコントローラ - Google Patents

Description

［０００１］ 本発明の実施形態は、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法、処理チャンバへのガス供給を制御するコントローラ、及びそれを使用する装置に関する。本発明の実施形態は特に、反応性処理のためのガス供給を制御するための方法に関する。

［０００２］ 基板上に材料を堆積させる幾つかの方法が知られている。例えば、基板は、蒸発、スパッタリング及び化学気相堆積によって被覆されうる。典型的には、この処理は、被覆されるべき基板が配置される処理装置又は処理チャンバ内で実施される。装置内には、堆積材料が供給される。複数の材料、またそれらの材料の酸化物、窒化物または炭化物を使用し、基板上に堆積することができる。更に、処理チャンバ内で、エッチング、構造化（ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）、アニールなど他の処理工程が実施されうる。

［０００３］ 被覆された材料は、幾つかの用途および幾つかの技術分野で使用されうる。例えば、半導体デバイスの製造などマイクロエレクトロニクス分野に応用されうる。ディスプレイ用基板もしばしばＰＶＤ処理によって被覆される。更なる応用には、フレキシブル基板の被覆が含まれる。

［０００４］ 例として、スパッタリングは、基板の表面上に種々の材料の薄膜を堆積するために用いられる真空被覆処理である。例えば、スパッタリングは、ＳｉＯ_２などの誘電絶縁体を堆積するために使用されうる。スパッタリング処理の間、高電圧により加速される不活性ガスのイオンをターゲットの表面に衝突させることにより、被覆材料は、ターゲットから被覆されるべき基板へと移送される。ガスイオンがターゲットの外部表面に衝突すると、ガスイオンの運動量は材料の原子へと移動し、その結果、その一部は、原子の結合エネルギーに打ち勝つ十分なエネルギーを獲得し、ターゲット表面から離脱し、基板上に堆積することができる。前記材料の原子は所望の材料の膜を形成する。堆積される膜の厚さは、とりわけ、基板をスパッタリング処理に曝露する持続時間に依存する。

［０００５］ 反応性スパッタリングでは、不活性ガスに加えて、酸素及び窒素などの一又は複数の反応性ガスが供給されうる。これらのガスは被覆材料と反応して、基板上に堆積される反応生成物を形成する。反応性スパッタリングは特に、酸化物（例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ）、窒化物（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮ）及び酸窒化物（例えば、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）を形成するために使用される。被覆層の特性及び品質は特に、処理チャンバに供給される反応性ガスの流量及び総量に依存する。したがって、処理チャンバへの反応性ガスの流量及び総量を正確に制御することが有益である。

［０００６］ しかしながら、ガスパラメータ（例えば、反応性ガスの分圧）を測定するために処理チャンバ内に備えられ、流量を制御するために使用されるセンサは、汚染及びドリフトの影響を受けやすい。したがって、特に時間の経過と共に、センサ読取値の精度は劣化する。その結果、ガス流の正確な制御はもはや不可能となる。このような場合には、センサを洗浄するか、交換することが必要となる。

［０００７］ 上記の観点から、真空層堆積の間に、当該技術分野における問題の少なくとも一部を克服する、ガス供給を制御するための方法、特に、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法を提供することが目的である。

［０００８］ 上記に照らして、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法、処理チャンバへのガス供給を制御するためのコントローラ、及び装置が提供される。本発明の更なる態様、利点及び特徴は、従属請求項、明細書及び添付の図面から明らかとなる。

［０００９］ 一実施形態により、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法が提供される。本方法は、処理チャンバ内に備えられる２つ以上のセンサの各々によってガスパラメータを測定すること、測定されたガス濃度から複合ガスパラメータを決定すること、及び決定された複合ガスパラメータに基づいて、処理チャンバへのガス供給を制御することを含む。

［００１０］ 別の実施形態によれば、処理チャンバへのガス供給を制御するためのコントローラが提供される。各々がガスパラメータを測定するように構成された、２つ以上のセンサが処理チャンバ内に備えられる。コントローラは、２つ以上のセンサによって測定されたガスパラメータから複合ガスパラメータを決定し、決定された複合ガスパラメータに基づいて、処理チャンバへのガス供給を制御するように構成されている。

［００１１］ 更に別の実施形態により、装置が提供される。装置は、少なくとも１つのガス注入口を有する処理チャンバと、各々が処理チャンバ内のガスパラメータを測定するように構成された２つ以上のセンサと、ガス供給を制御する少なくとも１つのガス注入口を通るガス流を制御するように構成されたコントローラとを含み、当該コントローラは、２つ以上のセンサによって測定されたガスパラメータから複合ガスパラメータを決定し、決定された複合ガスパラメータに基づいて、ガス流を制御するように構成されている。

［００１２］ 本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるよう、実施形態を参照することによって、上記で簡潔に概説した本発明のより詳細な説明を得ることができる。添付の図面は、本発明の実施形態に関連し、以下の記述において説明される。

本明細書に記載の実施形態による処理システムの概略図である。 本明細書に記載の実施形態による、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法のフロー図を示している。 本明細書に記載の実施形態による、処理チャンバへのガス供給を制御することを示すグラフである。 本明細書に記載の実施形態による別の処理システムの概略図である。 本明細書に記載の実施形態による処理システムを有する堆積装置である。

［００１３］ ここで、本発明の様々な実施形態について、詳細に参照する。これらの実施形態の一又は複数の例を図に示す。図面に関する以下の説明の中で、同一の参照番号は、同一の構成要素を指す。個々の実施形態に関する違いのみが説明される。各例は、本発明の説明として提供されているが、本発明を限定することを意図するものではない。更に、一実施形態の一部として図示又は説明される特徴を、他の実施形態で、又は他の実施形態と併用して、また更なる実施形態を得ることが可能である。本明細書は、かかる修正及び改変を含むことが意図されている。

［００１４］ スパッタリングの処理及びシステムに関して、特に、反応性スパッタリングの処理及びシステムに関して以下の説明が与えられるが、本実施形態はそれに限定されないことを理解されたい。むしろ、本実施形態は、ガス供給の制御、特に正確な制御が必要とされるところに適用されうる。例として、これには、スパッタリングではなく堆積技術が含まれうる。

［００１５］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態により、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法が提供される。本方法は、処理チャンバ内に備えられる２つ以上のセンサの各々によってガスパラメータを測定すること、測定されたガスパラメータから複合ガスパラメータを決定すること、及び決定された複合ガスパラメータに基づいて、処理チャンバへのガス供給を制御することを含む。

［００１６］ 本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、複合ガスパラメータは平均ガスパラメータである。平均ガスパラメータに関して以下の説明が与えられるが、本開示はそれに限定されない。特に、ガスパラメータは任意の好適な方法で、例えば、和、差、積、商などを計算することによって、複合されうる。

［００１７］ 上述のように、処理チャンバへのガスの流量及び総量を正確に制御することが有益でありうる。しかしながら、ガスパラメータの測定のために処理チャンバ内に備えられるセンサは汚染及びドリフトの影響を受けやすい。したがって、特に時間の経過と共に、センサ読取値の精度は劣化する。その結果、ガス流の正確な制御はもはや不可能となる。このような場合には、センサを洗浄するか、交換することが必要となる。

［００１８］ 本実施形態は、２つ以上のセンサの複合（平均）ガスパラメータに基づいてガス供給を制御することによって、この問題を克服する。換言するならば、ガス流は、相対値に基づいて、すなわち、２つ以上のセンサによって測定されたガスパラメータと決定された平均ガスパラメータとの間の差分に基づいて制御される。幾つかの実施形態によれば、平均ガスパラメータは、測定されたガスパラメータの少なくとも１つが平均ガスパラメータにほぼ近づく又は等しくなるように、処理チャンバへのガス供給が制御される、設定値として使用されうる。幾つかの実施形態によれば、設定値は可変値又は固定値として提供されうる。更に、典型的な実施形態では、制御は平均値に基づいて実施されるため、処理チャンバに供給されるガスの総量は、特に後述のゾーンベース制御が使用されるときには、一定に維持されうる。上記の観点から、センサの汚染の影響及びドリフトを打ち消すことができ、センサが例えば炭化水素によって汚染されてきたときでも、ガス供給の正確な制御が可能である。

［００１９］ 図１は、本明細書に記載の実施形態による処理システム１０の概略図を示す。典型的な実施形態によれば、処理システム１０は、上述の、並びに図２を参照して後述される方法を実施するように構成されている。

［００２０］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理システム１０は、各々が処理チャンバ内でガスパラメータを測定するように構成されている２つ以上のセンサ３５及び３６、並びに処理チャンバへのガス供給を制御するように構成されているコントローラ４０を含む。幾つかの実施形態によれば、処理チャンバへのガス供給は、図１に示した一又は複数のガス注入口３１及び３２を介して行われる。幾つかの実施形態によれば、コントローラ４０は、２つ以上のセンサ３５及び３６によって測定されるガスパラメータの平均ガスパラメータを決定し、決定された平均ガスパラメータに基づいて処理チャンバへのガス供給を制御するように構成されている。

［００２１］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、電源２１に接続されるターゲット２０が供給される。電源２１は処理チャンバの外側に提供され、例えば、処理チャンバの壁に備えられる供給口を介して、ターゲット２０に接続されうる。幾つかの実施形態によれば、電源２１は制御可能に提供されうる。例えば、電源２１によって供給され、ターゲット２０に印加される電圧及び／又は電流は制御可能でありうる。したがって、例えば、処理電力（例えば、スパッタリング電力）は制御可能又は調整可能でありうる。幾つかの実施形態によれば、ターゲット２０に印加される電力（例えば、電圧及び／又は電流）は、堆積層の特性を調整するように制御される。

［００２２］ 典型的な実施形態では、電源２１は電圧制御モードで駆動される。例として、電源２１によって供給される電圧は、１００〜５０００Ｖの範囲内にあり、具体的には１００〜１０００Ｖの範囲内にあり、及び具体的には約４００Ｖでありうる。幾つかの実施形態によれば、ターゲット２０に供給される電力は１〜５０ｋＷの範囲内にあり、具体的には５〜２０ｋＷの範囲内にあり、具体的には約１０ｋＷである。

［００２３］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ターゲット２０はアルミニウム、シリコン、チタン、及び亜鉛のうちの少なくとも１つを含みうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理チャンバに供給されるガスは、アルゴン（例えば、スパッタリング処理で不活性ガスとして使用される）、酸素、窒素、水蒸気、アンモニア、硫化水素、メタン及びテトラフルオロメタンのうちの少なくとも１つを含みうる。例として、反応性スパッタリング処理では、ターゲットがシリコンを含み、処理チャンバに供給される（反応性）ガスが酸素である場合（一方、アルゴンなどの不活性ガスも供給されているとき）、基板にはＳｉＯ_２層が堆積されうる。

［００２４］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理システム１０は、処理チャンバ内に備えられる２つ以上のセンサ３５及び３６を含む。幾つかの実施形態によれば、センサ３５及び３６は、少なくとも１つのガスパラメータを測定するように構成される。典型的な実施形態では、ガスパラメータはガス濃度、質量（例えば、ガスの原子質量、分子質量又はモル質量）又は圧力でありうる。圧力は、ガスの絶対圧又は分圧となりうる。

［００２５］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、２つ以上のセンサ３５及び３６のうちの少なくとも１つは、ラムダセンサ、圧力ゲージ、質量分析計及び残留ガス分析器を含むグループから選択される。

［００２６］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理システム１０は、処理チャンバにガスを供給するように構成されている、少なくとも１つのガス注入口を含む。図１に示した例では、２つのガス注入口３１及び３２が備えられている。しかしながら、本実施形態はこれに限定されることなく、任意の好適な数のガス注入口が備えられうる。２つ以上のガス注入口を備えることにより、ガス供給のゾーン（区域）制御が可能なるという効果がもたらされる。例えば、処理チャンバ内の異なる場所に２つ以上のガス注入口を備えることが可能で、これによりゾーンごとのガス供給が可能になる。これにより、処理チャンバ内のガス分配が制御されうる、例えば、一様になるという有利な効果がもたらされる。

［００２７］ 幾つかの実施形態によれば、各センサ、例えばガスセンサは、少なくとも１つの、好ましくは唯１つのガス注入口に関連付けられる。この例では、「関連付けられている」とは、処理チャンバが２つ以上の区域又はゾーンに分轄されており、且つ、各センサ及びその関連するガス注入口が同一区域又はゾーン内に備えられていることを意味しうる。本明細書に記載の実施形態による、ガス注入口のうちの各ガス注入口を経由するガス供給の制御は、関連付けられているセンサによって測定されたガスパラメータと平均ガスパラメータとの間の差分に基づいて実施されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理チャンバ内のセンサの数はガス注入口の数に等しくなりうる。その結果、ガス供給のゾーン（区域）制御が可能になる。これにより、処理チャンバ内のガス分配が制御されうる、例えば、一様になるという有利な効果がもたらされる。幾つかの実施形態によれば、処理チャンバに供給されるガスの総量、すなわち、すべてのゾーン又は区域に供給されるガスの和は一定である。

［００２８］ 幾つかの実施形態によれば、処理チャンバは３つの区域、例えば、上部、中間部及び底部の区域に分割されうる。各区域には、少なくとも１つのガス注入口及び少なくとも１つのセンサが備えられうる。幾つかの実施形態によれば、２つ以上の区域と交差するように、少なくとも更に１つのガス注入口が備えられる。例として、少なくとも更に１つのガス注入口が、図４に示されたメインガス注入口５１として、後述されるように構成されうる。

［００２９］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ガス注入口はシャワーヘッドとして構成されうる。この例では、「シャワーヘッド」という語は、処理チャンバにガスを送達するための複数の貫通孔を備えたガス分配プレートを有するガス分配装置を示しうる。図１に示した例では、シャワーヘッドとして構成された２つのガス注入口３１及び３２が示されている。

［００３０］ 幾つかの実施形態によれば、シャワーヘッドの貫通孔又は排出口は、幾つかの実装に従って備えられうるが、互いに独立に、或いは相互に排他的でなければ、部分的に組み合わされて提供されうる。ガスは、一又は複数のノズルを通ってシャワーヘッドから配向されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、シャワーヘッドは、複数のノズルを有する線形分配シャワーヘッドになりうる。線形分配シャワーヘッドを提供することにより、ガス分配の均一性は高められうる。

［００３１］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ガス注入口は、質量フローコントローラに接続されうる。図１の例では、ガス注入口３１及び３２は、それぞれ質量フローコントローラに接続されている。典型的な実施形態によれば、質量フローコントローラ（ＭＦＣ）は、処理チャンバへのガス供給（ガス流）を測定及び制御するために使用される装置である。質量フローコントローラは、フル流量の０〜１００％の所定の設定値に基づいて動作しうる。幾つかの実施形態では、この設定値は、後述のコントローラ４０から受け取った情報によってもたらされる、或いはその情報から導かれうる。その結果、質量フローコントローラはガス供給又は流量を所定の設定値に制御しうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、質量フローコントローラはガス注入口ポート、ガス排出口ポート、質量フローセンサ及びコントロールバルブを有しうる。

［００３２］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理システム１０は上述のコントローラを含む。コントローラ４０は、本明細書に記載の実施形態に従って、処理チャンバへのガス供給を制御するように構成されうる。幾つかの実施形態によれば、コントローラ４０は、２つ以上のセンサによって測定されるガスパラメータの平均ガスパラメータを決定し、決定された平均ガスパラメータに基づいて処理チャンバへのガス供給を制御するように構成されうる。幾つかの実施形態によれば、コントローラ４０は、質量フローコントローラを制御することによって、例えば、前記質量フローコントローラに各質量フローの上述の設定値を提供することによって、ガス供給を制御するように構成されている。

［００３３］ 幾つかの実施形態によれば、質量フローコントローラ並びにコントローラ４０は一体として提供される。幾つかの実施形態によれば、質量フローコントローラは、コントローラ４０の機能、すなわち、質量フローコントローラのうちの少なくとも１つに統合されうるコントローラ４０の機能を実施する。

［００３４］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、コントローラ４０は、図２を参照して以下で記載される処理チャンバへのガス供給を制御するための方法を少なくとも部分的に実施する。

［００３５］ 図２は、本明細書に記載の実施形態に従って、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法２００のフロー図を示す。処理システムに関する上記の記載は、（例えば、電源、ターゲット、センサ、コントローラ及びガス注入口などのシステム要素に関して）述べた方法、各要素及び装置にも当てはまる。

［００３６］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理チャンバへのガス供給を制御するための方法２００は、処理チャンバ内に備えられる２つ以上のセンサの各々によってガスパラメータを測定すること（ブロック２１０）、測定されたガスパラメータから平均ガスパラメータを決定すること（ブロック２２０）、及び決定された平均ガスパラメータに基づいて、処理チャンバへのガス供給を制御すること（ブロック２３０）を含む。

［００３７］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、決定された平均ガスパラメータに基づいて、処理チャンバへのガス供給を制御することは、２つ以上のセンサによって測定された個々のガスパラメータ（センサ読取値）と決定された平均ガスパラメータとの差分に基づいて、ガス供給を制御することを含みうる。

［００３８］ 幾つかの実施形態によれば、平均ガスパラメータは設定値として使用され、測定されたガスパラメータの少なくとも１つが平均パラメータにほぼ近づく又は等しくなるように、処理チャンバへのガス供給は制御される。例として、設定値は可変値又は固定値であってもよい。測定されたガスパラメータは、ガスパラメータの絶対値を表わすこと、又はガスパラメータの相対値を表わすことがある。更に、典型的な実施形態では、制御は平均値に基づいて実施されるため、処理チャンバへのガス供給の総量は、特に上記で説明したゾーンベース制御が使用されるときには、一定に保持されうる。上記の観点から、センサの汚染の影響及びドリフトを打ち消すことができ、センサが例えば炭化水素によって汚染されてきたときでも、ガス供給の正確な制御が可能である。

［００３９］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ブロック２１０で、ガスパラメータはガス濃度、質量（例えば、ガスの原子質量、分枝質量、又はモル質量）又は圧力となりうる。圧力は、ガスの絶対圧又は分圧となりうる。

［００４０］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ブロック２１０で、ガスパラメータを測定することは、各センサによって、ある時間間隔の範囲内で２つ以上のガスパラメータを測定することを含む。例えば、２つ以上のガスパラメータ値は、その時間間隔にわたって均等に又は不均等に分散されて測定されうる。その結果、例えば、センサ読取値のゆらぎは平坦化されうる。典型的な実施形態によれば、時間間隔は０．０１〜１秒の範囲内、或いは０．１〜０．５秒の範囲内、具体的には約０．１秒になりうる。

［００４１］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ブロック２１０で、平均ガスパラメータは、当該時間間隔の範囲内で測定されたガスパラメータ値から決定される。例として、センサの測定値の少なくとも一部は、平均ガスパラメータを得るために、合計され、関連するガスパラメータ値の数で除算される。幾つかの実施形態によれば、一又は複数の測定されたガスパラメータ値に重み付け係数が適用されうる。

［００４２］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ブロック２２０は、各センサに対して、時間間隔内で各センサによって測定されたガスパラメータ値から、センサ複合値を決定することを含む。

［００４３］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、センサ複合値はセンサ平均値である。センサ平均値に関して以下の説明が与えられるが、本開示はそれに限定されない。特に、この値は、例えば、和、差、積、商を計算することによって、任意の好適な方法で、複合されうる。

［００４４］ 幾つかの実施形態によれば、平均ガスパラメータは次にセンサ平均値に基づいて決定される。例として、各センサに対してセンサ平均値が決定され、次いでセンサ平均値は、平均ガスパラメータを得るために、合計され、関連するセンサ平均値の数で除算される。幾つかの実施形態によれば、一又は複数のセンサ平均値に重み付け係数が適用されうる。

［００４５］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ブロック２３０のガス供給を制御することは、２つ以上のセンサの少なくとも１つによって測定されるガスパラメータが平均ガスパラメータに一致するように、ガス供給を調整することを含む。その結果、ガス流は相対値に基づいて、すなわち、２つ以上のセンサによって測定された個々のガスパラメータと決定された平均ガスパラメータとの間の差分に基づいて、制御される。

［００４６］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理チャンバへのガス供給を制御するために使用される平均ガスパラメータは、連続的に或いは所定の時間間隔で更新される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、処理チャンバへのガス供給を制御するために使用される平均ガスパラメータが、一旦決定される。例えば、平均ガスパラメータは決定されると、所定の時間間隔或いは処理時間にわたって、ある一定の期間使用される。例として、平均ガスパラメータは、処理（例えば、スパッタ処理）開始前に一旦決定され、処理中に使用可能であり、或いは処理中に少なくとも１回又は連続的に更新可能である。

［００４７］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ガス供給は制御ループフィードバック法を利用している。例として、制御ループフィードバックには、Ｐ（比例）制御、ＰＩ（比例、統合）制御、又はＰＩＤ（比例、統合、差分）制御が含まれる。幾つかの実施形態によれば、平均ガスパラメータは、制御ループフィードバック法、例えば、Ｐ、ＰＩ又はＰＩＤ制御に対する設定値として使用される。

［００４８］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、Ｚｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓ法に従って、或いはソフトウェアの使用により、Ｐ、Ｉ又はＤパラメータは手動により実行されうる。

［００４９］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ガス供給を制御することは、一又は複数のガス注入口を通るガス流を制御することを含む。例として、これは、図１を参照して上述されたガス注入口であってもよい。幾つかの実施形態によれば、一又は複数のガス注入口を通るガス流の制御は、上述のＰ（比例）制御、ＰＩ（比例、統合）制御、又はＰＩＤ（比例、統合、差分）制御によって実施される。

［００５０］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ガス供給は、処理電力に基づいて更に制御される。例として、ガス供給は、処理電力を調整するように制御されうる。図１を参照すると、ガス供給は、電源２１によって供給されるスパッタリング電力を調整するように制御されうる。例えば、電源２１によって供給される電力は、例えば、ターゲット２０に印加される電圧及び／又は電流を使用することにより決定又は測定可能で、ガス供給は設定電力を実現するように制御されうる。例として、設定電力は約１０ｋＷとすることが可能で、次いでガス供給は、電力が設定電力にほぼ一致するように調整可能である。幾つかの実施形態によれば、この制御は、Ｐ（比例）制御、ＰＩ（比例、統合）制御、又はＰＩＤ（比例、統合、差分）制御を利用しうる。

［００５１］ 幾つかの実施形態によれば、処理電力に基づいてガス供給を制御することは、平均ガスパラメータに基づいて制御される一又は複数のガス注入口を通るガス流を制御することを含みうる。例として、平均ガスパラメータに対してオフセットを加算又は減算することが可能で、このオフセットは現在測定した処理電力及び設定電力に基づいて決定される。幾つかの実施形態によれば、処理電力に基づいてガス供給を制御することは、平均ガスパラメータに基づいて制御される一又は複数のガス注入口から分離され独立した、一又は複数のガス注入口（平均ガスパラメータに基づいて制御されるガス注入口３１及び３２から分離され独立した、図４のメインガス注入口５１など）を通るガス流を制御することを含みうる。しかしながら、両実施形態はまた、組み合わされうる。例えば、図４のメインガス注入口５１などの分離されたガス注入口が提供可能であり、また、平均ガスパラメータに基づいて制御される一又は複数のガス注入口を通るガス流の処理電力ベースの制御も実施可能である。

［００５２］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、本方法は反応性処理の間に、好ましくは、反応性スパッタリング処理の間に実施される。

［００５３］ 図３は、本明細書に記載の他の実施形態による処理チャンバへのガス供給の制御をグラフで示している。図３では、参照番号６６は時間軸を示している。

［００５４］ 時間領域（Ｉ）では、３つのセンサは、ガスパラメータの３つの測定信号６１、６２及び６３を提供する。時間領域（Ｉ）の３つの測定信号６１、６２及び６３は異なる。しかしながら、本実施形態は３つのセンサの提供に限定されることはなく、任意の数のセンサ（例えば、図１、図４及び図５での２つ、或いは４つ以上）が提供されうる。幾つかの実施形態によれば、時間領域（Ｉ）では、決定された平均ガスパラメータに基づいて、処理チャンバへのガス供給の制御は実施されない。

［００５５］ 時間領域（ＩＩ）では、決定された平均ガスパラメータに基づいて、処理チャンバへのガス供給を制御することが実施される。参照番号６４は、平均ガスパラメータに基づくガス供給の制御により、平均ガスパラメータにほぼ対応する３つの測定信号を示している。したがって、ガス流は、相対値、すなわち、２つ以上のセンサによって測定された個々のガスパラメータ又はセンサ読取値と決定された平均ガスパラメータとの間の差分に基づいて制御される。

［００５６］ 時間領域（ＩＩＩ）では、決定された平均ガスパラメータに基づいて処理チャンバへのガス供給を制御することが依然として実施されているが、スパッタリング処理などの処理も進行中である。

［００５７］ 図４は、本明細書に記載の実施形態による別の処理システムの概略図を示すが、これは図１を参照して上述された処理システム１０と同様である。したがって、上記の同一又は同様の要素の記述は、図４に示した処理システム１００にも当てはまる。

［００５８］ 図１の処理システムと図４の処理システムの違いは、処理システム１００がメインガス注入口５１及びメイン質量フローコントローラ５２（メインＭＦＣ）を更に含む点にある。

［００５９］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、メインガス注入口５１及びメイン質量フローコントローラ５２は、前記メインガス注入口５１を通るガス供給を制御することによって、処理電力を調整するように備えられている。ガス供給は、図１に示した電源２１によって、上述のように供給されるスパッタリング電力を調整するように、制御されうる。例えば、電源によって提供される電力は、例えば、ターゲットに適用される電圧及び／又は電流を使用することによって、決定又は測定可能で、測定された電力が設定電力にほぼ一致するように、メインガス注入口５１を通るガス供給は制御されうる。例として、設定電力は約１０ｋＷとすることが可能で、次いでガス供給は、電力が設定電力にほぼ一致するように調整可能である。幾つかの実施形態によれば、この制御は、Ｐ（比例）制御、ＰＩ（比例、統合）制御、又はＰＩＤ（比例、統合、差分）制御を利用しうる。

［００６０］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、メインガス注入口５１は、図１を参照して上述されているものと同様のシャワーヘッドとして構成されうる。この例では、「シャワーヘッド」という語は、処理チャンバにガスを送達するための複数の貫通孔を備えたガス分配プレートを有するガス分配装置を示しうる。図４に示した例では、ガス注入口（参照番号３１、３２及び５１として示される）がシャワーヘッドとして構成されている。

［００６１］ 幾つかの実施形態によれば、処理電力に基づいてガス供給を制御することは、平均ガスパラメータに基づいて制御される一又は複数のガス注入口を通るガス流を制御することを更に含みうる。例として、平均ガスパラメータに対してオフセットを加算又は減算することが可能で、このオフセットは現在測定した処理電力及び設定電力に基づいて決定される。

［００６２］ 図５は、本明細書に記載の実施形態による処理システムを有するスパッタリング装置などの堆積装置３００の構成を示す。図５の装置に組み込まれている処理システムは、図１及び図４を参照して上述された処理システムと同一に又は同様に構成されうる。

［００６３］ 図５は、スパッタリングチャンバ３０１を有する堆積装置３００の概略断面図を示している。スパッタリングチャンバ３０１はスパッタリングチャンバ壁によって制限されている。典型的な実施形態では、スパッタリング装置３００は、一又は複数の回転円筒形ターゲットアセンブリを含むターゲット３０２を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ターゲット３０２は、アルミニウム、シリコン、チタン、ニオブ、亜鉛、及びインジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）のような合金のうちの少なくとも１つを含みうる。

［００６４］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、ターゲット３０２は電源３０３に接続されている。電源３０３は処理チャンバ３０１の外側に提供され、例えば、処理チャンバ３０１の壁に備えられる供給口３０４を介して、ターゲット３０２に接続されうる。幾つかの実施形態によれば、電力は、例えばスパッタリング電力を調整するように制御可能である。例として、電源３０３は電圧を、好ましくは一定の電圧を供給しうる。典型的な実施形態では、電圧は、例えばスパッタリング電力を調整するように、制御可能である。幾つかの実施形態によれば、ターゲット３０２に印加される電力又は電圧は、堆積層の特性を調整するように、制御可能である。例として、スパッタリング電力は、１〜５０ｋＷの範囲内にあり、具体的には５〜２０ｋＷの範囲内にあり、また、具体的には１０ｋＷである。典型的な実施形態では、電源３０３は電圧制御モードで駆動される。例として、電源３０３によって供給される電圧は、１００〜５０００Ｖの範囲内にあり、具体的には１００〜１０００Ｖの範囲内にあり、及び具体的には約４００Ｖでありうる。

［００６５］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、装置３００は、各々が処理チャンバ３０１内のガスパラメータを測定するように構成された２つ以上のセンサ３１３及び３１４、並びに後述のガス注入口を通るガス流を制御するように適合されたコントローラ（図示せず）を含みうる。幾つかの実施形態によれば、コントローラは、センサ３１３及び３１４によって測定されたガスパラメータの平均パラメータを決定し、図１から図４を参照して上述されているように、決定された平均ガスパラメータに基づいて、ガス注入口を通るスパッタリングチャンバ３０１へのガス供給を制御するように構成されている。

［００６６］ 更に、スパッタリングチャンバ３０１内に、基板３１２はターゲット３０２の下に配設される。基板３１２は、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態では、基板支持体３１１の上に配置されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態では、被覆されるべき基板用の基板支持装置はスパッタリングチャンバ３０１内に配設される。例えば、基板支持装置は、運搬ローラ、磁石誘導システム及び更なる特徴を含む。

［００６７］ 更なる実施形態では、スパッタリングチャンバ３０１は、被覆されるべき基板３１２をスパッタリングチャンバ３０１の内外へ駆動するための基板駆動システムを含みうる。そのため、スパッタリングチャンバ３０１は、スパッタリングチャンバ３０１の壁に配設された真空ロックチャンバを含みうる。

［００６８］ 操作中、プラズマは、ターゲット３０２とアノードとの間のスパッタリングチャンバ３０１内部で、スパッタリングガス、すなわち、第一ガス注入口３０８などを通して供給される不活性ガスを励起することによって形成される。典型的な実施形態では、アノードは被覆されるべき基板３１２の下に配設される。典型的な実施形態では、スパッタリングガスはアルゴンを含む。また、スパッタリングのための幾つかの実施形態では、他の不活性ガスも使用されうる。

［００６９］ 幾つかの実施形態によれば、スパッタリング処理などの処理は、ＤＣ（直流）−処理、ＭＦ（中周波数）−処理、及びＨＦ（高周波数）−処理を含みうる。ＭＦ−処理では、２つ以上のターゲットが提供され、ここで、前記２つ以上のターゲットの状態は変化する。例として、１つのターゲットはカソードで、もう１つのターゲット、例えば隣接したターゲットはアノードであってもよく、その逆であってもよい。

［００７０］ 典型的な実施形態では基板３１２は、材料堆積に適した任意の材料から作成されうる。例えば、基板３１２は、ガラス（例えばソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、金属、ポリマー、セラミック、複合材料、炭素繊維材料、或いは堆積処理によって被覆することできる他の材料及び材料の組合せからなるグループから選択された材料から作成されたものであってもよい。

［００７１］ 幾つかの実施形態によれば、大面積の基板は少なくとも０．１７４ｍ^２のサイズ有することがある。典型的には、そのサイズは、約１．４ｍ^２から約８ｍ^２、より典型的には約２ｍ^２から約９ｍ^２、または最大１２ｍ^２となることがある。例えば、大面積基板を、約１．４ｍ^２の基板（１．１ｍ×１．３ｍ）に対応するＧＥＮ５、約４．３９ｍ^２の基板（１．９５ｍ×２．２５ｍ）に対応するＧＥＮ７．５、約５．５ｍ^２の基板（２．２ｍ×２．５ｍ）に対応するＧＥＮ８．５、または約８．７ｍ^２の基板（２．８５ｍ×３．０５ｍ）に対応するＧＥＮ１０とすることができる。ＧＥＮ１１及びＧＥＮ１２などの更に大きな世代並びにこれらに対応する基板面積が、同様に実装されうる。

［００７２］ スパッタリングチャンバ３０１は、第１ガス源３０５に接続される、第１ガス注入口３０８を更に含む。第１ガス源３０５は、例えばアルゴンなどの不活性ガス源でありうる。更に、バルブ又はポンプ（図示せず）は、スパッタリングチャンバ３０１に供給される不活性ガスの流量及び／又は総量を制御するための、第１ガス源３０５とスパッタリングチャンバ３０１との間の流体又はガス接続部の中に配設されうる。

［００７３］ スパッタリングチャンバ３０１は、第２ガス源３０６に接続される第２ガス注入口３０９、及び第３ガス源３０７に接続される第３ガス注入口３１０を更に含む。典型的な実施形態では、第２ガス源３０６及び第３ガス源３０７は、窒素、水蒸気、アンモニア、硫化水素、メタン及びテトラフルオロメタンを含みうる。例として、反応性スパッタリング処理では、ターゲットがシリコンを含み、処理チャンバに供給される（反応性）ガスが酸素である場合（一方、アルゴンなどの不活性ガスも供給されているとき）、基板にはＳｉＯ_２層が堆積されうる。

［００７４］ 本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、第２ガス注入口３０９及び第３ガス注入口３１０を通るガス供給の少なくとも１つは、上述のように平均ガスパラメータに基づいて制御されている。

［００７５］ 本明細書に記載の実施形態によれば、本実施形態は、２つ以上のセンサの平均パラメータに基づいてガス供給を制御する。換言するならば、ガス流は、相対値に基づいて、すなわち、２つ以上のセンサによって測定されたガスパラメータと決定された平均ガスパラメータとの間の差分に基づいて制御される。幾つかの実施形態によれば、平均ガスパラメータは、測定されたガスパラメータの少なくとも１つが平均ガスパラメータにほぼ近づくように又は等しくなるように、処理チャンバへのガス供給が制御される、設定値として使用されうる。更に、典型的な実施形態では、制御は平均値に基づいて実施されるため、処理チャンバに供給されるガスの総量は、特に上述のゾーンベース制御が使用されるときには、一定に維持されうる。上記の観点から、センサの汚染の影響及びドリフトを打ち消すことができ、センサが例えば炭化水素によって汚染されてきたときでも、ガス供給の正確な制御が可能である。

［００７６］ 上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の更なる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (12)

1. 処理チャンバ（３０１）へのガス供給を制御するための方法（２００）であって、
   前記処理チャンバ（３０１）内に備えられた２つ以上のセンサ（３５、３６、３１３、３１４）の各々によってガスパラメータを測定すること（２１０）、
   前記測定されたガスパラメータから平均ガスパラメータを決定すること（２２０）、及び
   前記決定された平均ガスパラメータに基づいて、前記処理チャンバ（３０１）への前記ガス供給を制御すること（２３０）を含み、
   前記ガス供給を制御することは、前記２つ以上のセンサ（３５、３６、３１３、３１４）の少なくとも１つによって測定される前記ガスパラメータが前記平均ガスパラメータに一致するように、前記ガス供給を調整することを含む、方法。
2. 前記ガスパラメータは、ガス濃度、質量及び圧力のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法（２００）。
3. 前記ガスパラメータを測定することは、２つ以上のセンサ（３５、３６、３１３、３１４）のそれぞれによって、ある時間間隔の範囲内で２つ以上のガスパラメータ値を測定することを含む、請求項１又は２に記載の方法（２００）。
4. 前記平均ガスパラメータは、前記２つ以上のガスパラメータ値から決定される、請求項３に記載の方法（２００）。
5. 各センサ（３５、３６、３１３、３１４）に対して、前記時間間隔内で前記各センサによって測定された前記ガスパラメータ値から、センサ平均値を決定することを更に含み、
   前記平均ガスパラメータは、前記センサ平均値に基づいて決定される、請求項３に記載の方法（２００）。
6. 前記ガス供給は処理電力に基づいて更に制御される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２００）。
7. 前記ガス供給を制御することは、Ｐ、ＰＩ又はＰＩＤ制御を利用する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（２００）。
8. 前記ガス供給を前記制御することは、一又は複数のガス注入口（３１、３２、５１、３０９、３１０）を通るガス流を制御することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法（２００）。
9. 前記方法は、反応性処理又は反応性スパッタリング処理の間に実施される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（２００）。
10. 処理チャンバ（３０１）へのガス供給を制御するためのコントローラ（４０）であって、各々がガスパラメータを測定するように構成された２つ以上のセンサ（３５、３６、３１３、３１４）は、前記処理チャンバ（３０１）内に備えられ、
    前記２つ以上のセンサ（３５、３６、３１３、３１４）によって測定された前記ガスパラメータの平均ガスパラメータを決定し、
    前記決定された平均ガスパラメータに基づいて、前記２つ以上のセンサ（３５、３６、３１３、３１４）の少なくとも１つによって測定される前記ガスパラメータが前記平均ガスパラメータに一致するように、前記処理チャンバ（３０１）への前記ガス供給を調整するように構成されたコントローラ（４０）。
11. 少なくとも１つのガス注入口（３０８、３０９、３１０）を有する処理チャンバ（３０１）、
    各々が前記処理チャンバ（３０１）内のガスパラメータを測定するように構成された２つ以上のセンサ（３１３、３１４）、及び
    請求項１０に記載のコントローラ（４０）を備える装置（３００）。
12. 前記２つ以上のセンサ（３１３、３１４）の少なくとも１つは、ラムダセンサ、圧力ゲージ、質量分析計及び残留ガス分析器を含むグループから選択される、請求項１１に記載の装置（３００）。

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