JP6789627B2 - 膜均一性改善のためのハードウェアおよび処理 - Google Patents

Description

現行の蒸着処理では、シャワーヘッドまたはその他の処理ガス供給装置を通して搬送ガスおよび前駆体を流して、前駆体を基板上に供給する。基板は、基板処理チャンバ内に保持されてよい。基板処理チャンバ内の処理ガスの流れが、その他の要因と共に、基板の不均一なドーズにつながりうる。基板へのドーズが不均一であれば、処理後の基板の品質に影響しうる。

添付の図面および以下の説明において、本明細書に記載された主題の１または複数の実施形態の詳細について説明する。他の特徴、態様、および、利点については、説明、図面、および、特許請求の範囲から明らかになる。縮尺図であると特に明記されていない限りは、以下の図の相対的な寸法は、正確な縮尺で描かれていない場合があることに注意されたい。

特定の実施形態において、蒸着処理中に基板への前駆体ドーズ量を制御する方法が提供されうる。その方法は：（ａ）ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第１の期間中に、第１の搬送ガスと前駆体とを含む第１の処理ガスを基板に流す工程と；（ｂ）ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第２の期間中に、第２の処理ガスを基板に流す工程であって、第２の期間は、第１の期間が始まった後に始まり、第１および第２の期間は、少なくとも部分的に重複し、第２の処理ガスは、第２の搬送ガスを含み、第２の処理ガスは、第２の期間が第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に基板への供給前に第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｂ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程と；（ｃ）工程（ａ）および（ｂ）における流れを停止する工程と；（ｄ）工程（ｃ）の後に、工程（ａ）および（ｂ）でのＡＬＤ蒸着サイクルとは異なるＡＬＤ蒸着サイクル中に、基板に対して工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、を備えてよい。

本方法のいくつかのかかる実施形態において、第１の処理ガスの少なくとも一部が、基板上に吸着されてよく、方法は、さらに、工程（ｃ）の後かつ工程（ｄ）の前に、吸着した前駆体を反応させて、基板上に薄膜層を形成する工程を備えてもよい。本方法のいくつかの実施形態において、吸着した前駆体を反応させる工程は、基板が、吸着した前駆体で完全には飽和していない時に実行されてよい。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第２の処理ガスは、前駆体を含まなくてもよい。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第１の期間は、第２の期間が終わった後に終わってよい。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第２の期間は、第１の期間が終わった後に終わってよい。本方法のいくつかの実施形態において、第１の期間が終わった後に続く第２の期間の一部に供給される処理ガスは、少なくとも一部の未吸着の前駆体を基板の周りの空間から除去する。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第１の処理ガスは、第１の流路を通して供給されてよく、第２の処理ガスは、第２の流路を通して供給されてよく、第２の流路は、第１の流路に流体接続されてよく、第２の処理ガスは、第１の流路の少なくとも一部で第１の処理ガスと混合してよい。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、工程（ａ）から（ｃ）は、約５秒以下の期間で実行されてよい。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、基板は、約４５０ｍｍ以下の直径を有してよい。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、方法は、さらに：（ｅ）工程（ａ）の後に、ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第３の期間中に、第３の処理ガスを基板に流す工程であって、第３の期間は、第１の期間が始まった後に始まり、第１および第３の期間は、少なくとも部分的に重複し、第３の処理ガスは、第３の搬送ガスを含み、第３の処理ガスは、第３の期間が第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に基板への供給前に少なくとも第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｅ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程を備えてもよい。

本方法のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第２の搬送ガスは、第１の搬送ガスおよび第１の搬送ガスとは異なる搬送ガスからなる群より選択されてよい。

特定の実施形態において、装置が提供されうる。その装置は：基板を受けるように構成された基板ホルダと；シャワーヘッド流入口を備えると共に、基板ホルダによって受けられた基板に処理ガスを供給するように構成されたシャワーヘッドと；第１のバルブを備えると共に、シャワーヘッド流入口に流体接続された第１の流路と；第２のバルブを備えると共に、第１の流路に流体接続された第２の流路と；１または複数のコントローラと、を備えてよい。１または複数のコントローラは：（ａ）第１のバルブをフローオン位置に切り替えて、ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第１の期間中に、第１の搬送ガスと前駆体とを含む第１の処理ガスを基板に流す工程と；（ｂ）第２のバルブをフローオン位置に切り替えて、ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第２の期間中に、第２の処理ガスを基板に流す工程であって、第２の期間は、第１の期間が始まった後に始まり、第１および第２の期間は、少なくとも部分的に重複し、第２の処理ガスは第２の搬送ガスを含み、第２の処理ガスは、第２の期間が第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｂ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程と；（ｃ）工程（ａ）の後に、第１のバルブをフローオフ位置に切り替えて、第１の処理ガスを基板に流すことを停止する工程と；（ｄ）工程（ｂ）の後に、第２のバルブをフローオフ位置に切り替えて、第２の処理ガスを基板に流すことを停止する工程と；（ｅ）工程（ｃ）および（ｄ）の後に、工程（ａ）および（ｂ）でのＡＬＤ蒸着サイクルとは異なるＡＬＤ蒸着サイクル中に、基板に対して工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、を実行するように構成されてよい。

本装置のいくつかのかかる実施形態において、第１の処理ガスの少なくとも一部が、基板上に吸着されてよく、１または複数のコントローラは、さらに：（ｆ）工程（ｃ）および（ｄ）の後かつ工程（ｅ）の前に、吸着した前駆体を反応させて、基板上に薄膜層を形成する工程を実行するように構成されてもよい。本装置のいくつかの実施形態において、工程（ｆ）が始まる時、基板は、吸着した前駆体で完全には飽和していなくてもよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、１または複数のコントローラは、さらに、第１のバルブが開き、第２のバルブが閉じられた時に、第２の流路を第２の処理ガスで満たすように構成されてもよい。本装置のいくつかの実施形態において、装置は、さらに、第２の流路に流体接続された迂回路を備えてもよく、１または複数のコントローラは、さらに：（ｆ）第２のバルブがフローオフ位置にある時に、第２の流路からの第２の処理ガスを迂回路を通して流す工程を実行するように構成されてもよい。いくつかのかかる実施形態において、装置は、さらに、迂回路内に迂回バルブを備えてもよく、工程（ｆ）は、第２のバルブがフローオフ位置に切り替えられた時に、迂回バルブをフローオン位置に切り替える工程を含んでもよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第２の流路は、第１の流路で終端していてよく、第２の処理ガスは、第２の流路が第１の流路で終端する位置の下流の第１の流路の少なくとも一部で第１の処理ガスと混合してよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第１の期間は、第２の期間が終わった後に終わってよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第２の期間は、第１の期間が終わった後に終わってよい。いくつかのかかる実施形態において、第１の期間が終わった後に続く第２の期間の一部に供給される処理ガスは、少なくとも一部の未吸着の前駆体を基板の周りの空間から除去するための用いられてよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、１または複数のコントローラは、約５秒以下の期間中に工程（ａ）から（ｄ）を実行するように構成されてよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、基板は、約４５０ｍｍ以下の直径を有する。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、装置は、さらに、第３のバルブを備えると共に第１の流路に流体接続された第３の流路を備えてもよく、１または複数のコントローラは、さらに：（ｆ）第３のバルブをフローオン位置に切り替えて、ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第３の期間中に、第３の処理ガスを基板に流す工程であって、第３の期間は、第１の期間が始まった後に始まり、第１および第３の期間は、少なくとも部分的に重複し、第３の処理ガスは、第３の搬送ガスを含み、第３の処理ガスは、第３の期間が第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に少なくとも第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｆ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程と；（ｇ）工程（ｆ）の後に、第３のバルブをフローオフ位置に切り替えて、第３の処理ガスを基板に流すことを停止する工程と、を実行するように構成されてもよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、第２の搬送ガスは、第１の搬送ガスおよび第１の搬送ガスとは異なる搬送ガスからなる群より選択されてよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、装置は、さらに：第１の流路に流体接続されると共に、第１の処理ガスの前駆体を供給するように構成された前駆体源と；少なくとも第１の流路に流体接続されると共に、少なくとも第１の処理ガスの第１の搬送ガスを供給するように構成された搬送ガス源と、を備えてもよい。いくつかのかかる実施形態において、搬送ガス源は、さらに、第２の流路に流体接続され、第２の処理ガスの第２の搬送ガスを供給するように構成されてもよい。

本装置のいくつかのさらなるまたは追加の実施形態において、少なくとも工程（ｂ）における第２の処理ガスの流量は、マスフローコントローラによって制御されなくてもよい。

以下では、本発明のこれらの特徴およびその他の特徴について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

単一の処理ステーションを備えた処理チャンバを有する基板処理装置を示す概略図。

蒸着処理によって基板上に材料の膜を形成するための基本的な動作シーケンスを示すチャート。

蒸着処理中の処理チャンバ内の前駆体の流れを示す基板処理ステーションの概略図。

基板処理ステーションのための典型的な前駆体供給システムを示す概略図。

基板処理ステーションのための多段前駆体供給システムの構成を示す概略図。

基板処理ステーションのための多段前駆体供給システムの別の構成を示す概略図。

基板処理ステーションのための多段前駆体供給システムのさらに別の構成を示す概略図。

多段前駆体供給システムを用いた蒸着処理の動作シーケンスの一例を示すフローチャート。

多段前駆体供給システムを用いた蒸着処理の動作シーケンスの別の例を示すフローチャート。

多段前駆体供給システムを用いた蒸着処理の動作シーケンスのさらなる例を示すフローチャート。

図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおける工程を示す図。

図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおけるさらなる工程を示す図。

図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおける別の工程を示す図。

図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおけるさらなる工程を示す図。

蒸着処理中に多段前駆体供給システムを用いて前駆体を流すための基本的な動作シーケンスを示すグラフ。

様々な前駆体供給構成を用いて処理されたウエハ例の様々なウエハ均一性を示すグラフ。

様々な前駆体供給構成を用いて処理されたウエハ例の様々なウエハ均一性を示すさらなるグラフ。

様々な前駆体供給構成を用いて処理されたウエハ例の様々なウエハ均一性を示す別のグラフ。

添付の図面および以下の説明において、本明細書に記載された主題の１または複数の実施形態の詳細について説明する。他の特徴、態様、および、利点については、説明、図面、および、特許請求の範囲から明らかになる。縮尺図であると特に明記されていない限りは、以下の図の相対的な寸法は、正確な縮尺で描かれていない場合があることに注意されたい。

本明細書で用いられているように、「半導体ウエハ」という用語は、半導体材料（例えば、シリコン）製のウエハと、一般的に半導体として識別されていないが、通例、半導体材料を上に提供される材料（例えば、誘電体および／または導電体）製のウエハと、の両方を指しうることを理解されたい。シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハが、かかる例の１つである。本開示に記載の装置および方法は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、および、４５０ｍｍ直径の半導体ウエハなど、複数のサイズの半導体ウエハの処理に利用できる。

半導体基板上に薄膜を蒸着させるための動作は、一般に、図１に示すような基板処理装置で実行されうる。図１は、単一の処理ステーションを備えた処理チャンバを有する基板処理装置を示す概略図である。

簡単のために、処理装置１００は、低圧環境を維持するために処理チャンバ本体１０２を有する独立型の処理ステーションとして図示されている。しかしながら、複数の処理ステーションが、共通の処理ツール環境に（例えば、共通の反応チャンバ内に）含まれてもよいことがわかる。さらに、いくつかの実施形態において、処理装置１００の１または複数のハードウェアパラメータ（本明細書に記載のパラメータなど）が、１または複数のシステムコントローラによってプログラム的に調整されてよいことがわかる。

いくつかの実施形態において、コントローラは、システムの一部であってよく、そのシステムは、本明細書に記載の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、前駆体供給装置、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。

概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウエア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ウエハのダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。

コントローラは、いくつかの実施形態において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べる、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、もしくは、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にしうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。

図１に戻ると、処理ステーション１００は、分配シャワーヘッド１０６に処理ガスを供給するための反応物質供給システム１０１と流体連通している。反応物質供給システム１０１は、シャワーヘッド１０６への供給に向けて処理ガスを混合および／または調整するための混合容器１０４を備える。１または複数の混合容器入口バルブ１２０が、混合容器１０４への処理ガスの導入を制御しうる。

いくつかの反応物質が、気化およびその後の処理チャンバ１０２への供給の前に、液体の形態で収容されてよい。図１の実施形態は、混合容器１０４に供給される液体反応物質を気化させるための気化ポイント１０３を備える。いくつかの実施形態において、気化ポイント１０３は、加熱された液体注入モジュールであってよい。いくつかのさらなる実施形態において、気化ポイント１０３は、加熱された気化器であってもよい。

いくつかの実施形態において、気化ポイント１０３の上流に、液体フローコントローラ（ＬＦＣ）が、気化および処理チャンバ１０２への供給に向けて液体の質量流量を制御するために提供されてよい。例えば、ＬＦＣは、ＬＦＣの下流に配置された熱マスフローメータ（ＭＦＭ）を含みうる。次いで、ＬＦＣのプランジャバルブが、ＭＦＭと電気通信して比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されたフィードバック制御信号に応答して調節されてよい。

シャワーヘッド１０６は、処理ガスおよび／または反応物質（例えば、薄膜前駆体）を処理ステーションの基板１１２に分配し、その流れは、シャワーヘッドの上流の１または複数のバルブ（例えば、バルブ１２０、１２０Ａ、１０５）によって制御される。図１に示した実施形態において、基板１１２は、シャワーヘッド１０６の下方に配置されており、ペデスタル１０８上に図示されている。シャワーヘッド１０６は、任意の適切な形状を有してよく、基板１１２へ処理ガスを分配するための任意の適切な数および配列のポートを有してよいことがわかる。

いくつかの実施形態において、微小空間１０７が、シャワーヘッド１０６の下方に配置されている。処理チャンバの空間全体ではなく基板付近の処理ステーション内の微小空間でＡＬＤ処理などの蒸着処理を実行することで、反応物質暴露時間および一掃時間を短縮する、処理条件（例えば、圧力、温度など）を変更するための時間を短縮する、処理ステーションロボットの処理ガスへの暴露を制限するなど、を実現できる。微小空間のサイズの例は、０．１リットルから２リットルまでの間の体積を含むが、これに限定されない。

いくつかの実施形態において、ペデスタル１０８は、微小空間１０７に基板１１２を暴露させるため、および／または、微小空間１０７の体積を変化させるために、上下されてよい。例えば、基板搬送段階中に、ペデスタル１０８は、ペデスタル１０８上に基板１１２をロードできるように下げられてよい。基板処理段階の蒸着中に、ペデスタル１０８は、微小空間１０７内に基板１１２を配置するように上げられてよい。いくつかの実施形態において、微小空間１０７は、基板１１２とペデスタル１０８の一部とを完全に取り囲んで、蒸着処理中にフローインピーダンスの高い領域を作りうる。

任意選択的に、ペデスタル１０８は、微小空間１０７内の処理圧力、反応物質濃度などを調節するために、蒸着処理中の一部の間に下げられてよい、および／または、上げられてよい。処理チャンバ本体１０２が処理中にベース圧力のままである１つのシナリオにおいて、ペデスタル１０８を下げることにより、微小空間１０７の排気を可能にしてよい。いくつかの実施形態において、ペデスタルの高さは、適切なシステムコントローラによってプログラム的に調節されてよいことがわかる。

本明細書に記載の微小空間の変更の例では、高さ調節可能なペデスタルに言及しているが、いくつかの実施形態において、微小空間１０７の体積を変化させるために、シャワーヘッド１０６の位置をペデスタル１０８に対して調節してもよいことがわかる。さらに、ペデスタル１０８および／またはシャワーヘッド１０６の垂直位置は、本開示の範囲内の任意の適切なメカニズムによって変更されてよいことがわかる。いくつかの実施形態において、ペデスタル１０８は、基板１１２の向きを回転させるための回転軸を備えてよい。いくつかの実施形態において、これらの調節の例の内の１または複数は、先述の動作の全部または一部を実行するためのマシン読み取り可能な命令を有する１または複数の適切なシステムコントローラによってプログラム的に実行されてよいことがわかる。

さらに、図１において、シャワーヘッド１０６およびペデスタル１０８は、プラズマに電力供給するために、ＲＦ電源１１４および整合回路網１１６と電気的に通信する。いくつかの実施形態において、プラズマエネルギは、処理ステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、および、プラズマ電力パルスタイミングの内の１または複数を制御することにより、（例えば、適切なマシン読み取り可能な命令を有するシステムコントローラを用いて）制御されてよい。例えば、ＲＦ電源１１４および整合回路網１１６は、所望の組成のラジカル種を有するプラズマを形成するために、任意の適切な電力で動作されてよい。同様に、ＲＦ電源１１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を供給してよい。いくつかの実施形態において、ＲＦ電源１１４は、高周波ＲＦ電源および低周波ＲＦ電源を互いに独立して制御するよう構成されてよい。低周波ＲＦ周波数の例は、５０ｋＨｚから５００ｋＨｚの間の周波数を含みうるが、これに限定されない。高周波ＲＦ周波数の例は、１．８ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの間の周波数を含みうるが、これに限定されない。任意の適切なパラメータが、表面反応にプラズマエネルギを提供するために離散的または連続的に調整されてよいことがわかる。非限定的な一例において、プラズマ電力は、連続的に電力供給されたプラズマと比べて基板表面とのイオン衝撃を削減するために、間欠的にパルス化されてよい。

いくつかの実施形態において、ペデスタル１０８は、ヒータ１１０を用いて温度制御されてよい。さらに、いくつかの実施形態において、処理装置１００のための圧力制御が、バタフライバルブ１１８など１または複数のバルブ式真空源によって提供されてよい。図１の実施形態に示すように、バタフライバルブ１１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供された真空をスロットル調整する。しかしながら、いくつかの実施形態において、処理装置１００の圧力制御は、処理チャンバ１０２に導入される１または複数のガスの流量を変化させることによって調節されてもよい。いくつかの実施形態において、１または複数のバルブ式真空源（バタフライバルブ１１８など）は、適切なＡＬＤ動作段階中に処理ステーションの周りの空間から薄膜前駆体を除去するために用いられてよい。

処理装置１００は、クリーンルームまたは製造施設に設置される時に、設備（図示せず）に接続されてよい。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および、環境粒子制御を提供する配管を備えうる。特定の実施形態において、本明細書に詳述する技術および処理は、５０℃未満、１００℃未満、２００℃未満の周囲温度、もしくは、基板処理、欠陥検出、または、欠陥特定に適した任意の温度で実行されてよい。これらの設備は、製造施設に設置される時に、処理装置１００に接続されてよい。さらに、処理装置１００は、典型的なオートメーションを用いてロボット技術により半導体ウエハを処理装置１００の内外に移送することを可能にする移送チャンバに接続されてよい。

限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、レーザ計測装置、電子発生装置、ならびに、基板欠陥検出または特定に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。

いくつかの実施形態において、システムコントローラに関連したユーザインターフェースがあってもよい。ユーザインターフェースは、表示スクリーン（装置および／または処理条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ）と、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスと、を含みうる。

図１に記載した基板処理装置などの装置を用いて蒸着処理（ＡＬＤ処理など）で基板上に材料の膜を形成するための基本的な動作シーケンスが、図２に示されている。図２は、蒸着処理によって基板上に材料の膜を形成するための基本的な動作シーケンスを示すチャートである。図２は、４サイクルの蒸着サイクルのための処理工程を示しており、各サイクルは、前駆体供給、ＲＦ電力供給、反応ガス供給、および、処理チャンバ加圧という処理工程を含んでいる。特定の実施形態において、図２に示した各蒸着サイクルは、１００ミリ秒、１秒、２秒、５秒、または、１０秒未満の期間内で実行されてよい。図２の処理工程は、それらに対応するラインで示されており、ブール値（オンまたはオフのいずれか）として提示されている。対応するラインが図２に示す「オン」位置にある場合、その処理工程はオンであり、対応するラインが図２に示す「オフ」位置にある場合、その処理工程はオフである。

すべての４つの蒸着サイクル中、処理チャンバは、加圧されてよい。１つの蒸着サイクル２０２が、図２で強調されている。この蒸着サイクル２０２において、蒸着サイクルの第１の段階は、ドーズ段階２０４であってよい。ドーズ段階２０４中、前駆体が処理チャンバに供給されるが、ＲＦ電力はオフであり、反応ガスは供給されない。ドーズ段階２０４中、基板は、前駆体を吸着して、吸着層を基板上に形成しうる。

ドーズ段階２０４の後、蒸着サイクル２０２のパージ段階２０６があってよい。パージ段階２０６中、前駆体供給は停止するが、ＲＦ電力はまだオフであり、反応ガスもまだ供給されない。パージ段階２０６は、吸着した前駆体の周りの空間から、少なくとも一部の未吸着の膜前駆体および／または反応副生成物を除去しうる。

パージ段階２０６の後、蒸着サイクル２０２は、変換段階２０８に入ってよい。変換段階２０８中は、ＲＦ電力がオンになり、反応ガスも供給される。変換段階２０８中、吸着した膜前駆体は、基板上に膜層を形成するように反応しうる。

最後に、変換段階２０８の終了後、蒸着サイクル２０２は、ＲＦ後パージ段階２１０に入ってよい。ＲＦ後パージ２１０段階は、吸着した前駆体を反応させた後に、膜層の周りの空間から、存在するすべての脱着した膜前駆体および／または反応副生成物を除去しうる。

特定の実施形態において、ドーズ段階は、基板が前駆体で完全に飽和する前に終了されてよい。かかる実施形態は、蒸着サイクル当たり、より短い処理時間を可能にして、より高い基板スループットにつながりうる。これは、特にＡＬＤ処理に当てはまりうることであり、ＡＬＤ処理は、通例、処理工程当たり数十回ないし数百回の蒸着サイクルを有するため、蒸着サイクル当たりに節約されるすべての時間に、サイクル回数が乗じられる。しかしながら、かかる実施形態において、基板は、前駆体で完全には飽和されないので、不均一にドーズされうる。不均一にドーズされた基板は、処理される時に不均一になり、基板の特定の部分が基板の他の部分よりも大きい厚さを有しうる。不均一な基板は、処理後の基板の品質に影響しうる。

いくつかの実施形態では、多層の蒸着膜が、例えば、或る組成を有する複数の層を連続的に共形蒸着し、次いで、別の成分を有する複数の層を共形蒸着し、その後、これら２つのシーケンスを潜在的に繰り返して交互に行うことによって形成された交互の組成を持つ領域／部分を含んでよい。蒸着ＡＬＤ膜のこれらの態様の一部は、例えば、２０１２年９月７日出願の米国特許出願第１３／６０７，３８６号「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＯＰＩＮＧ ＶＩＡ ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４８８）に記載されており、この出願は、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。交互の組成を持つ部分を有する共形膜のさらなる例（下側のターゲットＩＣ構造または基板領域にドープするために用いられる膜など）と、これらの膜の形成方法については、以下に詳述されている：２０１１年４月１１日出願の米国特許出願第１３／０８４，３９９号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４０５）；２０１１年９月２３日出願の米国特許出願第１３／２４２，０８４号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、すなわち、米国特許第 ８，６３７，４１１号（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４２７）；２０１１年９月１日出願の米国特許出願第１３／２２４，２４０号「ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４２８）；２０１２年９月７日出願の米国特許出願第１３／６０７，３８６号「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＤＯＰＩＮＧ ＶＩＡ ＰＬＡＳＭＡ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４８８）；および、２０１４年２月２８日出願の米国特許出願第１４／１９４，５４９号「ＣＡＰＰＥＤ ＡＬＤ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＤＯＰＩＮＧ ＦＩＮ−ＳＨＡＰＥＤ ＣＨＡＮＮＥＬ ＲＥＧＩＯＮＳ ＯＦ ３−Ｄ ＩＣ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ」；これらは各々、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。

上で参照した明細書で詳述されているように、ＡＬＤ処理は、しばしば、共形の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）を蒸着させるために用いられるが、先述の組み込まれた明細書にも開示されているように、他の化学物質の共形誘電体膜を蒸着させるために用いられてもよい。ＡＬＤで形成された誘電体膜は、いくつかの実施形態において、炭化シリコン（ＳｉＣ）材料、窒化シリコン（ＳｉＮ）材料、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）材料、または、それらの組み合わせを含んでよい。シリコン−炭素−酸化物およびシリコン−炭素−酸窒化物、ならびに、シリコン−炭素−窒化物が、いくつかの実施形態のＡＬＤ形成された膜に形成されてもよい。これらのタイプの膜を蒸着する方法、技術、および、動作については：２０１２年６月１２日出願の米国特許出願第１３／４９４，８３６号「ＲＥＭＯＴＥ ＰＬＡＳＭＡ ＢＡＳＥＤ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＳｉＯＣ ＣＬＡＳＳ ＯＦ ＦＩＬＭＳ」（代理人整理番号ＮＯＶＬＰ４６６／ＮＶＬＳ００３７２２）；２０１３年５月３１日出願の米国特許出願第１３／９０７，６９９号「ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＯＢＴＡＩＮ ＳｉＣ ＣＬＡＳＳ ＯＦ ＦＩＬＭＳ ＯＦ ＤＥＳＩＲＥＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ ＡＮＤ ＦＩＬＭ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ」（代理人整理番号ＬＡＭＲＰ０４６／３１４９）；米国特許出願第１４／０６２，６４８号「ＧＲＯＵＮＤ ＳＴＡＴＥ ＨＹＤＲＯＧＥＮ ＲＡＤＩＣＡＬ ＳＯＵＲＣＥＳ ＦＯＲ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＳＩＬＩＣＯＮ−ＣＡＲＢＯＮ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ ＦＩＬＭＳ」；および、２０１４年２月２８日出願の米国特許出願第１４／１９４，５４９号「ＣＡＰＰＥＤ ＡＬＤ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＤＯＰＩＮＧ ＦＩＮ−ＳＨＡＰＥＤ ＣＨＡＮＮＥＬ ＲＥＧＩＯＮＳ ＯＦ ３−Ｄ ＩＣ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ」に詳述されており、これらは各々、参照によって全ての目的で本明細書にその全体が組み込まれる。

ＡＬＤによる膜蒸着の他の例は、上で列挙して参照によって組み込まれた特許出願に記載されるように、ドーパント含有膜を蒸着させるための化学物質を含む（米国特許出願第１３／０８４，３９９号、第１３／２４２，０８４号、第１３／２２４，２４０号、および、第１４／１９４，５４９号）。それらに記載されているように、様々なドーパント含有薄膜前駆体が、ホウ素ドープケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、リンドープケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素リンドープケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、ヒ素（Ａｓ）ドープケイ酸塩ガラス（ＡＳＧ）などのドーパント含有膜を形成するために用いられてよい。ドーパント含有膜は、Ｂ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｐ_２Ｏ_３、Ａｓ_２Ｏ_３、Ａｓ^２Ｏ_５などを含みうる。したがって、ホウ素以外のドーパントを有するドーパント含有膜が実現可能である。例としては、ガリウム、リン、または、ヒ素ドーパント、もしくは、半導体基板のドープに適切な他の元素（他のＩＩＩ価およびＶ価の元素など）が含まれる。

ＡＬＤ処理条件に関して、ＡＬＤ処理は、様々な温度で実行されてよい。いくつかの実施形態において、ＡＬＤ反応チャンバ内の適切な温度は、約２５℃から４５０℃の間、約５０℃から３００℃の間、約２０℃から４００℃の間、約２００℃から４００℃の間、または、約１００℃から３５０℃の間、の範囲でありうる。

同様に、ＡＬＤ処理は、様々なＡＬＤ反応チャンバ圧力で実行されてよい。いくつかの実施形態において、反応チャンバ内の適切な圧力は、約１０ｍＴｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの間、約２０ｍＴｏｒｒから８Ｔｏｒｒの間、約５０ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒの間、または、約１００ｍＴｏｒｒから２Ｔｏｒｒの間、の範囲であってよい。

様々なＲＦ電力レベルが、変換段階２０８で用いられる場合にプラズマを生成するために用いられてよい。いくつかの実施形態において、適切なＲＦ電力は、約１００Ｗから１０ｋＷの間、約２００Ｗから６ｋＷの間、約５００Ｗから３ｋＷの間の間、または、約１ｋＷから２ｋＷの間、の範囲であってよい。

様々な膜前駆体流量が、ドーズ段階２０４で用いられてよい。いくつかの実施形態において、適切な流量は、約０．１ｍＬ／分から１０ｍＬ／分の間、約０．５ｍＬ／分から５ｍＬ／分の間、または、約１ｍＬ／分から３ｍＬ／分の間、の範囲であってよい。

様々なガス流量が、様々な動作で用いられてよい。いくつかの実施形態において、一般的なガス流量は、約１Ｌ／分から２０Ｌ／分の間、または、約２Ｌ／分から１０Ｌ／分の間、の範囲であってよい。パージ段階２０６及びＲＦ後パージ段階２１０の任意選択的な不活性パージ工程については、用いられるバースト流量が、約２０Ｌ／分から１００Ｌ／分の間、または、約４０Ｌ／分から６０Ｌ／分の間、の範囲であってよい。

再び、いくつかの実施形態において、ベースへのポンピング工程とは、１または複数の真空ポンプを直接作用させることによって、反応チャンバをベース圧力までポンプで減圧することである。いくつかの実施形態において、ベース圧力は、通例、ほんの数ミリＴｏｒｒであってよい（例えば、約１から２０ｍＴｏｒｒの間）。さらに、上述のように、ベースへのポンピング工程は、不活性パージを伴っても伴わなくてもよく、したがって、１または複数のバルブが真空ポンプへの導通路を開いた時に搬送ガスが流れてもよいし流れなくてもよい。

また、再び、複数回のＡＬＤサイクルが、共形層のスタックを形成するために繰り返されてよい。いくつかの実施形態において、各層は、実質的に同じ組成を有してよいが、別の実施形態において、連続的にＡＬＤ蒸着された層が、異なる成分を有してもよく、また、特定のかかる実施形態において、上述のように、組成が層から層へ交互に変わってもよいし、異なる組成を有する一連の層の繰り返しがあってもよい。したがって、実施形態に応じて、上で列挙して参照によって組み込まれた特許出願（米国特許第１３／０８４，３９９号、１３／２４２，０８４号、および、１３／２２４，２４０号）に開示されたような特定の積層工学概念は、これらの膜内のホウ素、リン、または、ヒ素の濃度を調節するために利用できる。

図３は、蒸着処理中の処理チャンバ内の前駆体の流れを示す基板処理ステーションの概略図である。基板処理ステーション３００は、シャワーヘッド３０２と、基板３０６を支持するペデスタル３０４とを備える。

処理ガス３０８が、シャワーヘッド３０２を介して基板３０６に供給される。特定の実施形態において、処理ガス３０８は、前駆体もしくは前駆体および搬送ガスの組み合わせであってよい。基板は、前駆体を吸着して、基板３０６上に吸着層を形成しうる。蒸着サイクルの特定の段階中に、前駆ガスまたはその他の処理ガスが、処理ガス３０８の代わりにシャワーヘッド３０２を介して流れてよい。

さらに、図３において、パージガス３１０が、シャワーヘッド３０２の外側に沿って流れている。特定の実施形態において、パージガス３１０は、シャワーヘッド３０２の背面上の蒸着を防止しうる。

基板処理ステーション３００の内部を巡る処理ガス３０８およびパージガス３１０の流れは、基板３０６の不均一なドーズにつながりうる。不均一なドーズは、処理後の基板の不均一性につながりうる。特定の実施形態において、基板３０６の表面上の処理ガス３０８の流れが、基板３０６の表面上の領域３１２の不均一なドーズにつながりうる。さらに、パージガス３１０の流れが、基板３０６の表面上の領域３１４Ａおよび３１４Ｂの不均一なドーズにつながりうる。いくつかの実施形態における不均一なドーズの結果が、図９Ａ〜Ｃに示されている。

図３の処理ガス３０８は、基板処理装置内の処理ガス供給システムを通して供給されてよい。処理ガス供給システムは、流路およびバルブの構成を含んでよい。前駆体ガス供給システムで利用できるバルブは、空気圧作動式および電気作動式のダイアフラムシールバルブまたはベローズシールバルブと、ＡＬＤバルブなどのマニホルドバルブ（Ｓｗａｇｅｌｏｋ社のＤＰシリーズバルブ、ならびに、Ｆｕｊｉｋｉｎ社のＭＥＧＡシリーズ、スタンダードシリーズ、および、電気制御バルブなど）とを含む。図４は、基板処理ステーションのための典型的な前駆体供給システムを示す概略図である。

図４は、前駆体供給システム４００を示す。図４では、処理ガス源４０２が、流路４０４に接続されている。第１の流路４０４は、２つのさらなる流路（すなわち、シャワーヘッド流路４０６および迂回流路４１０）に接続されている。シャワーヘッド流路４０６は、シャワーヘッド４０８に通じている。迂回流路４１０は、迂回ダンプ４１２に通じている。

シャワーヘッド４０８は、基板処理チャンバ内の基板が処理ガスから前駆体をドーズされるように、基板処理チャンバに処理ガスを導入しうる。特定の実施形態において、シャワーヘッドは、処理ガスを供給するための別の技術に代えられてもよい。特定の実施形態において、基板処理中、処理ガスは、第１の流路４０４を通して連続的に流れてよい。かかる実施形態において、処理ガスは、シャワーヘッド４０８が処理ガスを受け入れる状態にない時に、迂回ダンプ４１２に流れうる。

特定の実施形態において、第１の流路４０４からシャワーヘッド流路４０６への処理ガスの流れは、シャワーヘッドバルブ４１４によって制御される。第１の流路４０４から迂回流路４１０への処理ガスの流れは、迂回バルブ４１６によって制御される。かかる実施形態では、常に、シャワーヘッドバルブ４１４および迂回バルブ４１６の一方のみが開きうる。特定の実施形態において、開閉動作中にバルブ４１４および４１６の間の重複があってよく、その場合、いずれかのバルブ４１４または４１６が閉じる前に両方のバルブが短期間だけ開状態になる。特定の別の実施形態において、シャワーヘッド流路４０６または迂回バルブ４１６のいずれかに処理ガスの流れを制御することは、単一のバルブまたは複数のバルブによってなされてよい。単一のバルブを用いた構成において、単一のバルブは、処理ガスがシャワーヘッド流路４０６または迂回バルブ４１６のいずれか一方に流れることを選択的に可能にする。

本発明者は、処理後の基板の均一性を改善するために、図４に示した前駆体供給システムの改良を考案した。かかる改良された前駆体供給システムは、多段前駆体供給システムと呼ばれてもよく、蒸気ベースの供給システムおよび液体供給システムの両方を備えるように実施されてよい。蒸気ベースの供給システムは、アンプルを用いて、前駆体を気化させてよい。液体供給システムは、気化器を用いて、前駆体を気化させてよい。図５Ａは、基板処理ステーションのための多段前駆体供給システムの構成を示す概略図である。

図５Ａの多段前駆体供給システム５００Ａは、第１の流路５０４に接続された第１の処理ガス源５０２と、第２の流路５２０に接続された第２の処理ガス源５１２とを備える。特定の実施形態において、第１の処理ガス源５０２からの第１の処理ガスは、前駆体および／または搬送ガスを含む処理ガスであってよい。さらに、第２の処理ガス源５１８からの第２の処理ガスは、前駆体および／または搬送ガスを含む処理ガスであってよい。第１および第２の処理ガスに用いられる前駆体および／または搬送ガスは、同様であってもよいし異なってもよい。搬送ガスは、アルゴン、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、ヘリウム、その他の不活性ガス、または、これらのガスの混合物などのガスであってよい。特定の別の実施形態において、搬送ガス源が、第１の流路および第２の流路の間で共有され、さらなる前駆体源が、第１の流路および／または第２の流路に接続されてもよい。かかる実施形態において、搬送ガスおよび前駆体は、シャワーヘッドに入る前の或る時点で混合されてよい。特定の実施形態において、本明細書に記載された図面の単一のバルブは、複数のバルブに代えられてもよい。

第１の流路５０４は、シャワーヘッド流路５０６および第１の迂回流路５１０に流体接続されている。シャワーヘッド流路５０６は、シャワーヘッド５０８に通じており、第１の迂回流路５１０は、第１の迂回ダンプ５１２Ａに通じている。第１の流路５０４からシャワーヘッド流路５０６への処理ガスの流れは、第１のシャワーヘッドバルブ５２４によって制御される。第１の流路５０４から第１の迂回流路５１０への処理ガスの流れは、第１の迂回バルブ５２６によって制御される。特定の実施形態では、常に、第１のシャワーヘッドバルブ５２４および第１の迂回バルブ５２６の一方のみが開きうる。さらに、特定の実施形態において、第１の流路は、シャワーヘッドに直接接続されてもよく、場合によっては、第１の流路およびシャワーヘッドの間の処理ガス流を制御する第１のシャワーヘッドバルブを伴う。かかる実施形態において、シャワーヘッド流路はなくてもよい。

第２の流路５２０は、シャワーヘッド流路５０６および第２の迂回流路５２２に流体接続されている。第２の迂回流路５２２は、第２の迂回ダンプ５１２Ｂに通じている。第２の流路５２０からシャワーヘッド流路５０６への処理ガスの流れは、第２のシャワーヘッドバルブ５２８によって制御される。第２の流路５２０から第２の迂回流路５２２への処理ガスの流れは、第２の迂回バルブ５３０によって制御される。特定の実施形態では、常に、第２のシャワーヘッドバルブ５２８および第２の迂回バルブ５３０の一方のみが開きうる。

特定の実施形態において、多段前駆体供給システム５００Ａは、本開示において別の箇所で述べるように、コントローラによって制御されてよい。特定の実施形態において、多段前駆体供給システム５００Ａは、後の期間に第２の処理ガス源５１８からシャワーヘッド５０８に処理ガスを供給する前に、まず、処理ガスを第１の処理ガス源５０２からシャワーヘッド５０８に供給する。第１の処理ガスおよび第２の処理ガスの供給期間は、重複してもよい。第１の処理ガスおよび第２の処理ガスの供給期間のタイミングについては、本開示の他の箇所でより詳細に説明されている。

図５Ｂは、基板処理ステーションのための多段前駆体供給システムの別の構成を示す概略図である。多段前駆体供給システム５００Ｂは、供給システム５００Ａと構成が類似している。多段前駆体供給システム５００Ｂでは、第１のシャワーヘッドバルブ５２４および第１の迂回バルブ５２６が、第１の流路バルブ５３２で置き換えられている。特定の実施形態において、第１の流路バルブ５３２は、処理ガス流を第１の流路５０４からシャワーヘッド流路５０６または第１の迂回流路５１０のいずれかに向かって選択的に方向付けるように構成されてよい。

さらに、図５Ａの供給システム５００Ａの第２のシャワーヘッドバルブ５２８および第２の迂回バルブ５３０は、図５Ｂの多段前駆体供給システム５００Ｂにおける第２の流路バルブ５３４で置き換えられている。第２の流路バルブ５３４は、第１の流路バルブ５３２と同様の構成を有してよい。特定の実施形態において、第２の流路バルブ５３４は、処理ガス流を第２の流路５２０からシャワーヘッド流路５０６または第２の迂回流路５２２のいずれかに向かって選択的に方向付けてよい。

図５Ｃは、基板処理ステーションのための多段前駆体供給システムのさらに別の構成を示す概略図である。多段前駆体供給システム５００Ｃは、供給システム５００Ａと構成が類似している。多段前駆体供給システム５００Ｃでは、第２の流路５２０が、第１の流路５０４の部分につながっている。したがって、第１のシャワーヘッドバルブ５２４は、シャワーヘッド５０８への第１の処理ガスおよび第２の処理ガスの両方の流れを制御しうる。かかる構成は、第１および第２の処理ガスがシャワーヘッドへの流入を同時に停止するようにタイミングを合わせる場合に用いられてよい。かかる場合、第１のシャワーヘッドバルブ５２４は、両方の処理ガスの流れを同時に遮断しうる。

多段前駆体供給システムは、第２の処理ガスの供給が第１の処理ガスの供給を補うことを可能にする。本発明者は、処理ガスの供給にさらなる第２の処理ガスを追加することが、処理後の基板の均一性改善につながりうることに気付いた。図６Ａは、多段前駆体供給システムを用いた蒸着処理の動作シーケンスの一例を示すフローチャートである。図６Ａに示す動作シーケンスは、処理後の基板の均一性改善につながりうるものであり、図５Ａ〜Ｃの多段前駆体供給システムのいずれかを基板処理装置の一部として用いて実行されてよい。図６Ａに概説するシーケンスの一部については、図５Ａの多段前駆体供給システム５００Ａを参照する例を用いて説明する。

特定の実施形態において、処理ガス源からの第１および／または第２の処理ガスの流れは、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）によって制御されてよい。特定の実施形態におけるＭＦＣは、処理ガスの流量を変更する時、リードタイム（準備期間）を有しうる。かかる実施形態において、前駆体供給システムは、処理ガスが基板処理中に連続的に流れ、処理ガスが流路内のバルブの作動によってシャワーヘッドに流れるか否かを制御することを可能にする。

ブロック６０２で、第１の流路（図５Ａの第１の流路５０４など）に流体接続され、第１の流路からシャワーヘッドへの流れを調節するように設計された１または複数のバルブが、「フローオフ」状態に設定される。「フローオフ」状態は、処理ガスがシャワーヘッドに達することを防ぐバルブの状態であってよい。図５Ａの多段前駆体供給システム５００Ａの例を用いると、バルブの「フローオフ」状態が、閉状態の第１のシャワーヘッドバルブ５２４を有することにより、第１の処理ガス源５０２からの第１の処理ガスがシャワーヘッド５０８に流れることを防ぎうる。特定の実施形態において、第１の迂回バルブ５２６、もしくは、処理ガスを迂回ダンプまたは真空へ方向付けうるその他のバルブは、第１の処理ガスがシャワーヘッド５０８に到達できない時に、第１の処理ガスがダンプまたは真空へ迂回されることを可能にしうる。かかる状態は、第１の処理ガスが流れ続けることを可能にし、第１のシャワーヘッドバルブ５２４が閉じられた時に、第１の流路５０４を処理ガスで満たす。

ブロック６０４で、第１の処理ガスは、第１の処理ガス源（図５Ａの第１の処理ガス源５０２など）から第１の流路を通して流れる。ブロック６０４で、第１の流路バルブは、まだ、第１の処理ガスがシャワーヘッドに達するように設計された「フローオフ」状態にある。

ブロック６０６で、第２の流路（図５Ａの第２の流路５２０など）に流体接続され、第２の流路からシャワーヘッドへの流れを調節するように設計された１または複数のバルブが、ブロック６０２について記載した「フローオフ」状態と同様の「フローオフ」状態に設定される。次いで、ブロック６０８で、第２の処理ガスは、第２の処理ガス源（図５Ａの第２の処理ガス源５１８など）から第２の流路を通して流れる。ブロック６０８で、第２の流路バルブは、まだ、第２の処理ガスがシャワーヘッドに達するように設計された「フローオフ」状態にある。

ブロック６１０に進むと、ブロック６０２に記載したバルブが、「フローオン」状態に設定されてよい。「フローオン」状態は、処理ガスがシャワーヘッドに達することを可能にするバルブの状態であってよい。次いで、シャワーヘッドは、基板処理チャンバに処理ガスを分散してよい。図５Ａの多段前駆体供給システム５００Ａの例に戻ると、バルブの「フローオン」状態が、開状態の第１のシャワーヘッドバルブ５２４を有することにより、第１の処理ガス源５０２からの第１の処理ガスがシャワーヘッド５０８に流れることを可能にしうる。かかる状態における第１の迂回バルブ５２６が、閉状態であることにより、第１の処理ガスが第１の流路を通して迂回ダンプまたは真空に達することを防いで、第１の処理ガス源によって供給された第１の処理ガスすべてがシャワーヘッドに到達することを可能にしうる。

ブロック６１０の後のブロック６１２において、ブロック６０６に記載したバルブが、「フローオン」状態に設定されてよい。ブロック６１２の「フローオン」状態は、ブロック６１０に記載した「フローオン」状態と同様であってよい。バルブがブロック６１２で「フローオン」状態に設定されると、第２の処理ガスが、シャワーヘッドに流れうる。第１および第２の処理ガスの両方がシャワーヘッドを通って流れているブロック６１２においてシャワーヘッドを通る全処理ガスの体積流量は、第１の処理ガスだけがシャワーヘッドを通って流れているブロック６１０における体積流量よりも高くてよい。特定の実施形態において、第２の処理ガスは、搬送ガスであってよい。かかる実施形態において、第２の処理ガスの流れをシャワーヘッドに導入することが、処理後の基板の均一性改善につながりうる。

第１および第２の処理ガスの両方が、ブロック６１０および６１２でシャワーヘッドに流れていた後、ブロック６０２および６０６に記載した流路１および２のバルブが、「フローオフ」状態に戻されてよい。したがって、バルブが「フローオフ」状態に戻された後、第１および第２の処理ガスは、シャワーヘッド内に流れえない。ブロック６１０および６１２は、蒸着サイクルのドーズ段階中に実行されてよい。ブロック６１４は、蒸着サイクルのドーズ段階の終了付近に実行されてよい。

バルブがブロック６１４において「フローオフ」状態に設定された後、蒸着サイクルの残りが実行されてよい。蒸着サイクルの残りが実行された後、シーケンスは、ブロック６１０に戻り、別の蒸着サイクルのための別のドーズ段階を実行してよい。基板処理のために所望の回数の蒸着サイクルが実行されるまで、複数回の蒸着サイクルが実行されてよい。

図６Ｂは、多段前駆体供給システムを用いた蒸着処理の動作シーケンスの別の例を示すフローチャートである。図６Ｂに示すシーケンスは、図６Ａに示したシーケンスと類似する。ただし、図６Ａでは、第１の流路および第２の流路からシャワーヘッドへの処理ガスの流れを調節する両方のバルブをほぼ同時に「フローオフ」状態に戻すが、図６Ｂに示すシーケンスでは、ブロック６１４Ａに示すように、第１の流路からシャワーヘッドへの第１の処理ガスの流れを制御するバルブを第１の期間に「フローオフ」状態に戻す。第１の期間の後、第２の流路からシャワーヘッドへの第２の処理ガスの流れを制御するバルブが、ブロック６１４Ｂで「フローオフ」状態に戻される。

図６Ｂに示すシーケンスにおいて、第２の処理ガスは、第１の処理ガスがシャワーヘッドを通して流れるのを停止した後、シャワーヘッドを通して流れ続けてよい。かかるシーケンスは、前駆体がシャワーヘッド流路を通して流れた後に、第２の処理ガス（前駆体を含まない搬送ガスであってよい）がシャワーヘッド内の流路をパージすることを可能にしうる。また、第１の処理ガスの流れが止まった後に第２の処理ガスを流し続けることは、いくつかの実施形態において、処理後の基板の均一性を改善しうる。

図６Ｃは、多段前駆体供給システムを用いた蒸着処理の動作シーケンスのさらなる例を示すフローチャートである。図６Ｃに示すシーケンスは、図６Ａに示したシーケンスと類似する。ただし、図６Ａでは、第１の流路および第２の流路からシャワーヘッドへの処理ガスの流れを調節する両方のバルブをほぼ同時に「フローオフ」状態に戻すが、図６Ｃに示すシーケンスでは、ブロック６１４Ｃに示すように、第２の流路からシャワーヘッドへの第２の処理ガスの流れを制御するバルブを第１の期間に「フローオフ」状態に戻す。第１の期間の後、第１の流路からシャワーヘッドへの第１の処理ガスの流れを制御するバルブが、ブロック６１４Ｄで「フローオフ」状態に戻される。特定の実施形態において、第２の処理ガスの流れが止まった後に第１の処理ガスを流し続けることが、処理後の基板の均一性を改善しうる。

よりよい理解のために、図６Ａに記載したシーケンスについて説明する。図７Ａは、図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおける工程を示す図である。図７Ａ〜Ｄに示すシーケンスは、図６Ａに記載したシーケンスである。別の実施形態において、図５Ｂおよび５Ｃに記載した多段前駆体供給システムを用いて、図６Ａに記載したシーケンスを実行してもよい。

図７Ａ〜Ｄでは、図５Ａの前駆体供給システムの流路が、実線および点線を用いて図示されている。実線で示す流路は、処理ガスが流れている流路である。点線で示す流路は、処理ガスが流れていないか、もしくは、最小限の処理ガスが流れている流路である。黒塗りで示したバルブは、そのバルブを通る流れを許容しないように設計された「オフ」状態にあるバルブである。黒の輪郭の白抜きで示したバルブは、そのバルブを通る流れを許容するように設計された「オン」状態にあるバルブである。

図６Ａのブロック６０２〜０８に対応する図７Ａでは、多段前駆体供給システム７００が、「オフ」状態にある第１のシャワーヘッドバルブ７２４および第２のシャワーヘッドバルブ７２８と、「オン」状態にある第１の迂回バルブ７２６および第２の迂回バルブ７３０とを有する。結果的に、第１の処理ガスは、第１の流路７０４を介して第１の迂回バルブ７２６を通り、第１の迂回流路７１０を介して第１の迂回ダンプ７１２Ａへと流れる。第２の処理ガスは、第２の流路７２０を介して第２の迂回バルブ７３０を通り、第２の迂回流路７２２を介して第２の迂回ダンプ７１２Ｂへと流れる。かかる状態において、第１および第２の処理ガスは、第１および第２の流路を通して流れることを許容されているが、迂回ダンプへと迂回されるため、基板処理チャンバには流れない。

第１のシャワーヘッドバルブ７２４および第２のシャワーヘッドバルブ７２８が「オフ」状態にあるため、第１の処理ガスも第２の処理ガスも、シャワーヘッド流路７０６を通して全く流れないか、もしくは、最小限だけ流れる。したがって、処理ガスは、シャワーヘッド７０８を通して全く流れないか、もしくは、最小限だけ流れる。

図７Ｂは、図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおけるさらなる工程を示す図である。図７Ｂは、図６Ａのブロック６１０に対応する。

図７Ｂにおいて、第１のシャワーヘッドバルブ７２４は、図７Ａの「オフ」状態から図７Ｂに示す「オン」状態に切り替えられており、第１の処理ガスが、第１の流路７０４からシャワーヘッド流路７０６を経てシャワーヘッド７０８に流れ、基板処理チャンバ内に分散されることが可能になっている。したがって、シャワーヘッド流路７０６は、図７Ｂではシャワーヘッド流路７０６を通る処理ガスの流れがあることを示している。

さらに、第１の迂回バルブ７２６は、「オフ」状態に切り替えられており、第１の流路７０４へ流れる第１の処理ガスが、第１の迂回ダンプ７１２Ａに迂回されることを防いでいる。したがって、第１の迂回流路７１０は、図７Ｂでは処理ガスの流れがないことを示している。

図７Ｂにおいて、第２のシャワーヘッドバルブ７２８は「オフ」状態のままであり、第２の迂回バルブ７３０は「オン」状態のままである。したがって、第２の処理ガスの流れは、図７Ａから変更されていない。

図７Ｃは、図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおける別の工程を示す図である。図７Ｃは、図６Ａのブロック６１２に対応する。

図７Ｃにおいて、第２のシャワーヘッドバルブ７２８は、図７Ａおよび図７Ｂの「オフ」状態から図７Ｃに示す「オン」状態に切り替えられており、第２の処理ガスが、第２の流路７２０からシャワーヘッド流路７０６を経てシャワーヘッド７０８に流れ、基板処理チャンバ内に分散されることが可能になっている。図７Ｃに示す実施形態において、第１および第２の処理ガスは、シャワーヘッド流路７０６および／またはシャワーヘッド７０８内で混合しうる。

さらに、第２の迂回バルブ７３０は、「オフ」状態に切り替えられており、第２の流路７２０へ流れる第２の処理ガスが、第２の迂回ダンプ７１２Ｂに迂回されることを防いでいる。したがって、第２の迂回流路７２２は、図７Ｃでは処理ガスの流れがないことを示している。

図７Ｄは、図５Ａの多段前駆体供給システムを用いた前駆体供給動作シーケンスにおけるさらなる工程を示す図である。図７Ｄは、図６Ａのブロック６１４に対応する。

図７Ｄにおいて、多段前駆体供給システム７００のバルブは、図７Ａに示した状態に戻される。したがって、この時点で、第１および第２の処理ガスは、それぞれ、第１の迂回ダンプ７１２Ａおよび第２の迂回ダンプ７１２Ｂに流れている。シャワーヘッド流路７０６に流れ込んでいる処理ガスの量は全くないか、もしくは、最小限の量である。

図７Ａ〜Ｄは、多段前駆体供給システムを利用したシーケンスの例である。別の実施形態では、異なるバルブ開閉タイミングを利用してもよく、異なる構造および数のバルブ、流路、および、その他の状態要素を多段前駆体供給システムに用いてもよい。

図８は、蒸着処理中に多段前駆体供給システムを用いて前駆体を流すための基本的な動作シーケンスを示すグラフである。図８に示すシーケンスは、図６Ｂに示したシーケンスに対応する。

図８は、２つのグラフを示す。上側のグラフは、第１の流路および第２の流量を制御するバルブのバルブタイミングを示す。図８は、第１および第２の処理ガスに関連する搬送ガスの流量を示す。図８は、第１および第２の処理ガスによって運ばれる前駆体の流量を示していないが、特定の実施形態において、第１および／または第２の搬送ガスが、その流れの中で前駆体も運びうる。グラフのｘ軸は、経過時間（秒）に対応する。チャートのｙ軸は、搬送ガス流量に対応する。

上側のグラフは、バルブを通してシャワーヘッドに入る第１および第２の搬送ガス（それぞれ、ＣＧ１およびＣＧ２）の流量を示すことにより、バルブのバルブタイミングを図示している。バルブ（第１の処理ガスの流れを制御するバルブなど）が「フローオフ」状態にある時、グラフは、対応する処理ガスの流量（この例では、第１の処理ガスの流量）を、グラフ下端の０として示しうる。かかる状況は、例えば、第１の搬送ガス（ＣＧ１）について約０から０．２秒の期間に示されている。バルブが「フローオン」状態である時、グラフは、対応する搬送ガスの流量をグラフ上部に近い値で示しうる。かかる状況は、例えば、第１の搬送ガスについて約０．２から０．３５秒の間の期間に示されている。

下側のグラフは、シャワーヘッドを通る全搬送ガス流量を示している。両方のバルブが「フローオフ」状態にある時、グラフは、全搬送ガス流の流量をグラフ下端の０として示しうる。バルブの一方または両方が「フローオン」状態にある時、グラフは、全搬送ガス流の流量をゼロでない値で示しうる。かかる状況は、例えば、全搬送ガス流について約０．２から０．３６秒の間の期間に示されている。下側のグラフにおける全搬送ガス流量は、上側のグラフの第１および第２の搬送ガスの同じ時間の流量を合計したものである。

０秒から約０．７秒まで期間は、１つの蒸着サイクルの例を示す。その期間中、蒸着サイクルのドーズ工程が、約０．２から０．３６秒までの期間に実行される。その期間の前、０から約０．２秒までの期間中、第１および第２の搬送ガスの流量を制御する両方のバルブは、「フローオフ」状態にある。

約０．２秒で、シャワーヘッドへの第１の搬送ガスの流量を制御するバルブは、「フローオン」状態に切り替えられ、第１の搬送ガスは（第１の搬送ガスによって運ばれる任意の前駆体と共に）、シャワーヘッドに流れ込んで、第１の基板処理チャンバ内に配置された基板に分散されうる。０．２秒の時点は、例えば、図６Ｂのブロック６１０に対応しうる。

約０．２秒から０．２５秒までの期間中、第１の搬送ガスは、シャワーヘッドに流れうるが、第２の搬送ガスは、シャワーヘッドに流れえない。第２の搬送ガスは、いくつかの実施形態において、ダンプまたは真空に流れ込んでよい。

約０．２５秒で、シャワーヘッドへの第２の搬送ガスの流量を制御するバルブは、「フローオン」状態に切り替えられる。次いで、第２の搬送ガスは、任意のシャワーヘッド流路およびシャワーヘッドに流れて、第１の搬送ガスと混合し、第１の基板処理チャンバ内に配置された基板に分散されうる。０．２５秒の時点で、シャワーヘッドへの第２の搬送ガスの追加の流量が、シャワーヘッドを通る搬送ガスの流量を約２倍にする。別の実施形態において、第１の搬送ガス流量は、０．３標準リットル毎分（ｓｌｍ）から２０ｓｌｍの範囲であってよく、第２の搬送ガス流量は、０．３ｓｌｍから２０ｓｌｍの範囲であってよい。０．２５秒の時点は、例えば、図６Ｂのブロック６１２に対応しうる。

約０．２５秒から０．３５秒までの期間中、第１および第２の搬送ガスが、シャワーヘッドに流れうる。約０．３５秒の時点で、シャワーヘッドへの第１の搬送ガスの流量を制御するバルブは、「フローオフ」状態に切り替えられ、第１の搬送ガスは、シャワーヘッドへの流入を停止する。しかしながら、第２の搬送ガスは、まだ、シャワーヘッドに流れている。０．３５秒の時点は、例えば、図６Ｂのブロック６１４Ａに対応しうる。

約０．３６秒の時点で、シャワーヘッドへの第２の搬送ガスの流量を制御するバルブは、「フローオフ」状態に切り替えられ、第２の搬送ガスは、シャワーヘッドへの流入を停止する。したがって、この時点で、シャワーヘッドには搬送ガスが流れ込まない。第２の搬送ガスは、例えば、第１の搬送ガスの流れによって蒸着された任意の前駆体をシャワーヘッドおよび／または基板処理チャンバからパージするために、第１の搬送ガスよりもわずかに遅れて停止してもよい。０．３６秒の時点は、例えば、図６Ｂのブロック６１４Ｂに対応しうる。

０．３６秒以降すなわち蒸着サイクルの残りでは、搬送ガスの流量を制御するバルブは、「フローオフ」状態であり、シャワーヘッドへの搬送ガスの流れは、全くないかまたは最小限である。

いくつかの図で本明細書において説明した技術および装置は、処理ガスおよび／または搬送ガスを２つの異なる時間間隔で導入するためのバルブを有する多段前駆体供給システムを示しうる。ただし、特定の実施形態において、技術および／または装置は、別の時点または同時に、第３、第４、第５などの処理ガスおよび／または搬送ガスを導入するように状態されてもよい。第３、第４、第５などの処理ガスおよび／または搬送ガスの導入は、本明細書に記載の装置のいずれかと同様のタイミングおよび／またはバルブ状態を利用してよい。

図９Ａは、様々な前駆体供給状態を用いて処理されたウエハ例のウエハ均一性を示すグラフである。図９Ａは、様々な処理ガス供給技術に従って処理された４つの基板の厚さを示す。

図９Ａ、図９Ｂ、および、図９Ｃにおいて、ｘ軸は、基板の中心からの点の半径方向距離を示しており、グラフ最左点（中心から−１５０ｍｍ）に始まり、グラフ中央で０（中心）、グラフ最右点（中心から１５０ｍｍ）に至る。ｙ軸は、処理後の基板の正規化された厚さを示しており、基板中心の厚さが１．００であり、１．００よりも大きい値は基板中心の厚さよりも大きい厚さを示し、１．００未満の値は基板中心の厚さよりも小さい厚さを示す。

図９Ａは、１６００Ｗ基板処理動作に従って処理された４つの異なるウエハ（ウエハ９０２〜０８）の厚さを示す。ウエハ９０２のための処理ガスは、６標準リットル毎分（ｓｌｍ）の処理ガス流量で１段階で供給された。グラフに示すように、結果として得られるウエハ９０２は、「Ｍ」字形の厚さプロファイルを有しており、基板は、中心から離れるにつれて厚さを増し、中心から約＋／−７０ｍｍの位置で厚さが減少に転じる。

ウエハ９０４は、最初に３ｓｌｍの処理ガスを供給し、後の期間にさらなる３ｓｌｍの処理ガスを最初の３ｓｌｍの処理ガスに追加する２段階の処理ガス供給技術を用いて処理された。それでも、ウエハ９０４の厚さプロファイルは、「Ｍ」字形のプロファイルであるが、「Ｍ」のピークは、ウエハ９０２のピークよりもかなり低い。ウエハ９０４は、概して、ウエハ９０２よりも均一である。

ウエハ９０６は、最初に６ｓｌｍの処理ガスを供給し、後の期間にさらなる３ｓｌｍの処理ガスを最初の６ｓｌｍの処理ガスに追加する２段階の処理ガス供給を用いて処理された。ウエハ９０６の厚さプロファイルは、中心の低い点と両端の高い点とを備えた「Ｖ」字形である。ウエハ９０６の高い点は、ウエハ９０２および９０４の高い点よりもかなり低い。したがって、ウエハ９０６は、ウエハ９０２または９０４のいずれよりも均一である。

ウエハ９０８は、最初に６ｓｌｍの処理ガスを供給し、後の期間にさらなる６ｓｌｍの処理ガスを最初の６ｓｌｍの処理ガスに追加する２段階の処理ガス供給を用いて処理された。ウエハ９０８の厚さプロファイルおよび均一性は、ウエハ９０６と類似している。したがって、処理ガス供給の第２段階を導入することが、この実施形態においては、より均一な処理後の基板につながると思われる。

図９Ｂは、様々な前駆体供給状態を用いて処理されたウエハ例の様々なウエハ均一性を示すさらなるグラフである。図９Ｂは、１６００Ｗ基板処理動作に従って処理された４つの異なるウエハ（ウエハ９１０〜１６）の厚さを示す。

ウエハ９１０は、９．５ｓｌｍの処理ガスの１段階処理ガス供給を用いて処理された。ウエハ９１０は、図９Ａのウエハ９０２と同様の「Ｍ」字形の厚さプロファイルを有する。ただし、ウエハ９１０の基板の厚さは、おそらく、図９Ａのウエハ９０２に供給された処理ガスの流量に比べて、ウエハ９１０に供給された処理ガスの流量が高いことにより、基板の縁部付近で横ばいになる。とはいえ、ウエハ９１０も、あまり均一ではない。

ウエハ９１２は、最初に６ｓｌｍの処理ガスを供給し、後の期間にさらなる３ｓｌｍの処理ガスを最初の６ｓｌｍの処理ガスに追加する２段階の処理ガス供給を用いて処理された。ウエハ９１２の厚さプロファイルは、中心の低い点と両端の高い点とを備えた「Ｖ」字形である。ウエハ９１２は、ウエハ９１０よりも均一である。

ウエハ９１４は、最初に９．５ｓｌｍの処理ガスを供給し、後の期間にさらなる９ｓｌｍの処理ガスを最初の９．５ｓｌｍの処理ガスに追加する２段階の処理ガス供給を用いて処理された。ウエハ９１４の厚さプロファイルは、中心の低い点と両端の高い点とを備えた「Ｖ」字形であり、ウエハ９１２の厚さプロファイルと類似している。ただし、ウエハ９１４のプロファイルは、中心からかなり平坦であり、中心から半径の約半分の位置から、基板の縁部に向かって厚さが増している。

ウエハ９１６は、最初に６ｓｌｍの処理ガスを供給し、後の期間にさらなる６ｓｌｍの処理ガスを最初の６ｓｌｍの処理ガスに追加する２段階の処理ガス供給を用いて処理された。ウエハ９１６の厚さプロファイルおよび均一性は、ウエハ９１２および９１４のプロファイルと類似している。ウエハ９１２〜１６の厚さプロファイルは、処理ガス供給の第２段階を導入することがより均一な処理後の基板につながりうることを示す。さらに、ウエハ９１２〜１６の厚さプロファイルは、第１および／または第２段階に供給される処理ガスの量を較正することが、さらに均一な厚さプロファイルにつながりうることを示唆しうる。

図９Ｃは、様々な前駆体供給状態を用いて処理されたウエハ例の様々なウエハ均一性を示す別のグラフである。図９Ｃは、５００Ｗ基板処理動作に従って処理された３つの異なるウエハ（ウエハ９１８〜２２）の厚さを示す。

ウエハ９１８は、３ｓｌｍの処理ガスを１段階で供給して処理された。ウエハ９１８は、図９Ａのウエハ９０２と同様の「Ｍ」字形の厚さプロファイルを有する。ウエハ９２０も、１段階の処理ガス供給で処理され、ウエハ９１８に用いた流量の倍である６ｓｌｍの処理ガスが供給された。ウエハ９２０も、「Ｍ」字形の厚さプロファイルを有するが、ウエハ９２０のプロファイルのピークは、ウエハ９１８のプロファイルのピークよりも低い。

ウエハ９２２は、最初に３ｓｌｍの処理ガスを供給し、後の期間にさらなる３ｓｌｍの処理ガスを最初の３ｓｌｍの処理ガスに追加する２段階の処理ガス供給を用いて処理された。したがって、ウエハ９２２は、処理ガス供給の第２段階中に合計６ｓｌｍの処理ガスを供給される。ウエハ９２２の厚さプロファイルは、ウエハ９２０の厚さプロファイルと類似するが、ウエハ９２０よりもピークが低い。したがって、１段階ではなく２段階で処理ガスを供給することは、（ウエハ９２２が、最初から全６ｓｌｍではなく、第１段階で最初の３ｓｌｍの処理ガス供給を受けるために）２段階の実施形態でサイクル中に供給される全処理ガスが少ない場合であっても、より均一な処理後の基板につながりうる。

上述の装置／処理は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電力パネルなどの加工または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたは処理と共に用いられてもよい。通例、必ずしもそうとは限らないが、かかるツール／処理は、共通の製造施設で一緒に利用または実行されている。薄膜のリソグラフィパターニングは、通例、以下の工程の一部または全部を含み、各工程は、複数の可能なツールで実現される：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを用いて、ワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布する工程；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる工程；（３）ウエハステッパなどのツールで可視光またはＵＶまたはＸ線にフォトレジストを暴露させる工程；（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去することによってパターニングするためにレジストを現像する工程；（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写する工程；ならびに、（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを除去する工程。

特定の記載された実施形態のいずれかにおける特徴が、互いに適合しないと明確に特定されていない限り、また、周りの文脈から、特徴が相互に排他的であり、相補および／またはサポートの点で容易に組み合わせ不可能であると示唆されない限りは、本開示全体が、相補的な実施形態の具体的な特徴を選択的に組み合わせて１または複数の包括的であるがやや異なる技術的解決法を提供できることを予期および想定することが理解される。したがって、上記の説明は、単に例示のためのものであり、本開示の範囲内で細部の変形が可能であることが理解される。
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
＜適用例１＞
蒸着処理中に基板への前駆体のドーズ量を制御する方法であって、
（ａ）ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第１の期間中に、第１の搬送ガスと前記前駆体とを含む第１の処理ガスを前記基板に流す工程と、
（ｂ）前記ＡＬＤ蒸着サイクルの前記ドーズ段階の第２の期間中に、第２の処理ガスを前記基板に流す工程であって、前記第２の期間は前記第１の期間が始まった後に始まり、前記第１および第２の期間は少なくとも部分的に重複し、前記第２の処理ガスは第２の搬送ガスを含み、前記第２の処理ガスは前記第２の期間が前記第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に前記基板への供給前に前記第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｂ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程と、
（ｃ）工程（ａ）および（ｂ）における流れを停止する工程と、
（ｄ）工程（ｃ）後に、工程（ａ）および（ｂ）での前記ＡＬＤ蒸着サイクルとは異なるＡＬＤ蒸着サイクル中に、前記基板に対して工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、
を備える、方法。
＜適用例２＞
適用例１に記載の方法であって、
前記第１の処理ガスの少なくとも一部が、前記基板上に吸着され、
前記方法は、さらに、工程（ｃ）の後、かつ、工程（ｄ）の前に、前記吸着した前駆体を反応させて、前記基板上に薄膜層を形成する工程を備える、方法。
＜適用例３＞
適用例２に記載の方法であって、
前記吸着した前駆体を反応させる工程は、前記基板が、吸着した前駆体で完全には飽和していない時に実行される、方法。
＜適用例４＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２の処理ガスは、前記前駆体を含まない、方法。
＜適用例５＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１の期間は、前記第２の期間が終わった後に終わる、方法。
＜適用例６＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２の期間は、前記第１の期間が終わった後に終わる、方法。
＜適用例７＞
適用例６に記載の方法であって、
前記第１の期間が終わった後に続く前記第２の期間の一部に供給される前記処理ガスは、少なくとも一部の未吸着の前駆体を前記基板の周りの空間から除去する、方法。
＜適用例８＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１の処理ガスは、第１の流路を通して供給され、
前記第２の処理ガスは、第２の流路を通して供給され、
前記第２の流路は、前記第１の流路に流体接続され、
前記第２の処理ガスは、前記第１の流路の少なくとも一部で前記第１の処理ガスと混合する、方法。
＜適用例９＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
工程（ａ）から工程（ｃ）は、約５秒以下の期間で実行される、方法。
＜適用例１０＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記基板は、約４５０ｍｍ以下の直径を有する、方法。
＜適用例１１＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
（ｅ）工程（ａ）の後に、前記ＡＬＤ蒸着の前記ドーズ段階の第３の期間中に、第３の処理ガスを前記基板に流す工程であって、前記第３の期間は前記第１の期間が始まった後に始まり、前記第１および第３の期間は少なくとも部分的に重複し、前記第３の処理ガスは第３の搬送ガスを含み、前記第３の処理ガスは前記第３の期間が前記第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に前記基板への供給前に少なくとも前記第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｅ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程
を備える、方法。
＜適用例１２＞
適用例１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２の搬送ガスは、前記第１の搬送ガス、および、前記第１の搬送ガスとは異なる搬送ガス、からなる群より選択される、方法。
＜適用例１３＞
装置であって、
基板を受けるように構成された基板ホルダと、
シャワーヘッド流入口を備えると共に、前記基板ホルダによって受けられた前記基板に処理ガスを供給するように構成されたシャワーヘッドと、
１または複数の第１のバルブを備えると共に、前記シャワーヘッド流入口に流体接続された第１の流路と、
１または複数の第２のバルブを備えると共に、前記第１の流路に流体接続された第２の流路と、
１または複数のコントローラであって、
（ａ）前記１または複数の第１のバルブをフローオン位置に切り替えて、ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第１の期間中に、第１の搬送ガスと前駆体とを含む第１の処理ガスを前記基板に流す工程と、
（ｂ）前記１または複数の第２のバルブをフローオン位置に切り替えて、前記ＡＬＤ蒸着サイクルの前記ドーズ段階の第２の期間中に、第２の処理ガスを前記基板に流す工程であって、前記第２の期間は前記第１の期間が始まった後に始まり、前記第１および第２の期間は少なくとも部分的に重複し、前記第２の処理ガスは前記搬送ガスを含み、前記第２の処理ガスは前記第２の期間が前記第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に前記第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｂ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程と、
（ｃ）工程（ａ）の後に、前記１または複数の第１のバルブをフローオフ位置に切り替えて、前記第１の処理ガスを前記基板に流すことを停止する工程と、
（ｄ）工程（ｂ）の後に、前記１または複数の第２のバルブをフローオフ位置に切り替えて、前記第２の処理ガスを前記基板に流すことを停止する工程と、
（ｅ）工程（ｃ）および（ｄ）の後に、工程（ａ）および（ｂ）での前記ＡＬＤ蒸着サイクルとは異なるＡＬＤ蒸着サイクル中に、前記基板に対して工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、
を実行するように構成された、コントローラと、
を備える、装置。
＜適用例１４＞
適用例１３に記載の装置であって、
前記第１の処理ガスの少なくとも一部が、前記基板上に吸着され、
前記１または複数のコントローラは、さらに、
（ｆ）工程（ｃ）および（ｄ）の後、かつ、工程（ｅ）の前に、前記吸着した前駆体を反応させて、前記基板上に薄膜層を形成する工程を実行するように構成されている、装置。
＜適用例１５＞
適用例１４に記載の装置であって、
工程（ｆ）が始まる時、前記基板は、吸着した前駆体で完全には飽和していない、装置。
＜適用例１６＞
適用例１３に記載の装置であって、
前記１または複数のコントローラは、さらに、前記１または複数の第１のバルブが開き、前記１または複数の第２のバルブが閉じられた時に、前記第２の流路を前記第２の処理ガスで満たすように構成されている、装置。
＜適用例１７＞
適用例１６に記載の装置であって、さらに、
前記第２の流路に流体接続された迂回路を備え、
前記１または複数のコントローラは、さらに、
（ｆ）前記１または複数の第２のバルブが前記フローオフ位置にある時に、前記第２の流路からの前記第２の処理ガスを前記迂回路を通して流す工程を実行するように構成されている、装置。
＜適用例１８＞
適用例１７に記載の装置であって、さらに、
前記迂回路内に１または複数の迂回バルブを備え、
工程（ｆ）は、前記１または複数の第２のバルブがフローオフ位置に切り替えられた時に、前記１または複数の迂回バルブをフローオン位置に切り替える工程を含む、装置。
＜適用例１９＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記第２の流路は、前記第１の流路で終端しており、
前記第２の処理ガスは、前記第２の流路が前記第１の流路で終端する位置の下流の前記第１の流路の少なくとも一部で前記第１の処理ガスと混合する、装置。
＜適用例２０＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記第１の期間は、前記第２の期間が終わった後に終わる、装置。
＜適用例２１＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記第２の期間は、前記第１の期間が終わった後に終わる、装置。
＜適用例２２＞
適用例２１に記載の装置であって、
前記第１の期間が終わった後に続く前記第２の期間の一部に供給される前記処理ガスは、少なくとも一部の未吸着の前駆体を前記基板の周りの空間から除去するために用いられる、装置。
＜適用例２３＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記１または複数のコントローラは、約５秒以下の期間中に工程（ａ）から（ｄ）を実行するように構成されている、装置。
＜適用例２４＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記基板は、約４５０ｍｍ以下の直径を有する、装置。
＜適用例２５＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
１または複数の第３のバルブを有し、前記第１の流路に流体接続された第３の流路を備え、
前記１または複数のコントローラは、さらに、
（ｆ）前記１または複数の第３のバルブをフローオン位置に切り替えて、前記ＡＬＤ蒸着サイクルの前記ドーズ段階の第３の期間中に、第３の処理ガスを前記基板に流す工程であって、前記第３の期間は前記第１の期間が始まった後に始まり、前記第１および第３の期間は少なくとも部分的に重複し、前記第３の処理ガスは第３の搬送ガスを含み、前記第３の処理ガスは前記第３の期間が前記第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に少なくとも前記第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｆ）で全処理ガスの体積流量が増大する、工程と、
（ｇ）工程（ｆ）の後に、前記１または複数の第３のバルブをフローオフ位置に切り替えて、前記第３の処理ガスを前記基板に流すことを停止する工程と、
を実行するように構成されている、装置。
＜適用例２６＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記第２の搬送ガスは、前記第１の搬送ガス、および、前記第１の搬送ガスとは異なる搬送ガス、からなる群より選択される、装置。
＜適用例２７＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
前記第１の流路に流体接続されると共に、前記第１の処理ガスの前記前駆体を供給するように構成された前駆体源と、
少なくとも前記第１の流路に流体接続されると共に、少なくとも前記第１の処理ガスの前記第１の搬送ガスを供給するように構成された搬送ガス源と、
を備える、装置。
＜適用例２８＞
適用例２７に記載の装置であって、
前記搬送ガス源は、さらに、前記第２の流路に流体接続されており、前記第２の処理ガスの前記第２の搬送ガスを供給するように構成されている、装置。
＜適用例２９＞
適用例１３〜１８のいずれか一項に記載の装置であって、
少なくとも工程（ｂ）における前記第２の処理ガスの流量は、マスフローコントローラによって制御されない、装置。

Claims (27)

1. 蒸着処理中に基板への前駆体のドーズ量を制御する方法であって、
   （ａ）ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第１の期間中に、第１の搬送ガスと前記前駆体とを含む第１の処理ガスを前記基板に流す工程と、
   （ｂ）前記ＡＬＤ蒸着サイクルの前記ドーズ段階の第２の期間中に、第２の処理ガスを前記基板に流す工程であって、前記第２の期間は前記第１の期間が始まった後に始まり、前記第１および第２の期間は少なくとも部分的に重複し、前記第２の処理ガスは第２の搬送ガスのみを含み、前記第２の処理ガスは前記第２の期間が前記第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に前記基板への供給前に前記第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｂ）で全処理ガスの体積流量が増大し、前記第１の処理ガスの少なくとも一部は、工程（ａ）および工程（ｂ）の前記流す工程の間に前記基板上に吸着される、工程と、
   （ｃ）工程（ａ）および（ｂ）における流れを停止する工程と、
   （ｄ）工程（ｃ）の後および前記ＡＬＤ蒸着サイクルの間に、反応ガスを前記基板に流すことによって前記吸着した前駆体を反応させて、前記基板上に薄膜層を形成する工程と、
   （ｅ）工程（ｄ）の後に、工程（ａ）から工程（ｄ）までを含む別のＡＬＤ蒸着サイクルを前記基板に対して繰り返す工程と、
   を備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第２の搬送ガスは、前記第１の搬送ガスと同じである、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記吸着した前駆体を反応させる工程は、前記基板が、吸着した前駆体で完全には飽和していない時に実行される、方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記第２の処理ガスは、前記前駆体を含まない、方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記第１の期間は、前記第２の期間が終わった後に終わる、方法。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記第２の期間は、前記第１の期間が終わった後に終わる、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記第１の期間が終わった後に続く前記第２の期間の一部に供給される前記第２の処理ガスは、少なくとも一部の未吸着の前駆体を前記基板の周りの空間から除去する、方法。
8. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記第１の処理ガスは、第１の流路を通して供給され、
   前記第２の処理ガスは、第２の流路を通して供給され、
   前記第２の流路は、前記第１の流路に流体接続され、
   前記第２の処理ガスは、前記第１の流路の少なくとも一部で前記第１の処理ガスと混合する、方法。
9. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   工程（ａ）から工程（ｃ）は、５秒以下の期間で実行される、方法。
10. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記基板は、４５０ｍｍ以下の直径を有する、方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記第２の搬送ガスは、前記第１の搬送ガスとは異なる、方法。
12. 装置であって、
    基板を受けるように構成された基板ホルダと、
    シャワーヘッド流入口を備えると共に、前記基板ホルダによって受けられた前記基板に処理ガスを供給するように構成されたシャワーヘッドと、
    １または複数の第１のバルブを備えると共に、前記シャワーヘッド流入口に流体接続された第１の流路と、
    １または複数の第２のバルブを備えると共に、前記第１の流路に流体接続された第２の流路と、
    １または複数のコントローラであって、
    （ａ）前記１または複数の第１のバルブをフローオン位置に切り替えて、ＡＬＤ蒸着サイクルのドーズ段階の第１の期間中に、第１の搬送ガスと前駆体とを含む第１の処理ガスを前記基板に流す工程と、
    （ｂ）前記１または複数の第２のバルブをフローオン位置に切り替えて、前記ＡＬＤ蒸着サイクルの前記ドーズ段階の第２の期間中に、第２の処理ガスを前記基板に流す工程であって、前記第２の期間は前記第１の期間が始まった後に始まり、前記第１および第２の期間は少なくとも部分的に重複し、前記第２の処理ガスは第２の搬送ガスのみを含み、前記第２の処理ガスは前記第２の期間が前記第１の期間と重複する期間の少なくとも一部の間に前記第１の処理ガスと混合し、工程（ａ）から工程（ｂ）で全処理ガスの体積流量が増大し、前記第１の処理ガスの少なくとも一部は、工程（ａ）および工程（ｂ）の前記流す工程の間に前記基板上に吸着される、工程と、
    （ｃ）工程（ａ）の後に、前記１または複数の第１のバルブをフローオフ位置に切り替えて、前記第１の処理ガスを前記基板に流すことを停止する工程と、
    （ｄ）工程（ｂ）の後に、前記１または複数の第２のバルブをフローオフ位置に切り替えて、前記第２の処理ガスを前記基板に流すことを停止する工程と、
    （ｅ）工程（ｃ）および（ｄ）の後ならびに前記ＡＬＤ蒸着サイクルの間に、反応ガスを前記基板に流すことによって前記吸着した前駆体を反応させて、前記基板上に薄膜層を形成する工程と、
    （ｆ）工程（ｅ）の後に、工程（ａ）から工程（ｅ）までを含む別のＡＬＤ蒸着サイクルを前記基板に対して繰り返す工程と、
    を実行するように構成された、コントローラと、
    を備える、装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記第２の搬送ガスは、前記第１の搬送ガスと同じである、装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、
    工程（ｅ）が始まる時、前記基板は、吸着した前駆体で完全には飽和していない、装置。
15. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記１または複数のコントローラは、さらに、前記１または複数の第１のバルブが開き、前記１または複数の第２のバルブが閉じられた時に、前記第２の流路を前記第２の処理ガスで満たすように構成されている、装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、さらに、
    前記第２の流路に流体接続された迂回路を備え、
    前記１または複数のコントローラは、さらに、
    （ｇ）前記１または複数の第２のバルブが前記フローオフ位置にある時に、前記第２の流路からの前記第２の処理ガスを前記迂回路を通して流す工程を実行するように構成されている、装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、さらに、
    前記迂回路内に１または複数の迂回バルブを備え、
    工程（ｇ）は、前記１または複数の第２のバルブがフローオフ位置に切り替えられた時に、前記１または複数の迂回バルブをフローオン位置に切り替える工程を含む、装置。
18. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記第２の流路は、前記第１の流路で終端しており、
    前記第２の処理ガスは、前記第２の流路が前記第１の流路で終端する位置の下流の前記第１の流路の少なくとも一部で前記第１の処理ガスと混合する、装置。
19. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記第１の期間は、前記第２の期間が終わった後に終わる、装置。
20. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記第２の期間は、前記第１の期間が終わった後に終わる、装置。
21. 請求項２０に記載の装置であって、
    前記第１の期間が終わった後に続く前記第２の期間の一部に供給される前記処理ガスは、少なくとも一部の未吸着の前駆体を前記基板の周りの空間から除去するために用いられる、装置。
22. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記１または複数のコントローラは、５秒以下の期間中に工程（ａ）から（ｄ）を実行するように構成されている、装置。
23. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記基板は、４５０ｍｍ以下の直径を有する、装置。
24. 請求項１２，１５〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記第２の搬送ガスは、前記第１の搬送ガスとは異なる、装置。
25. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
    前記第１の流路に流体接続されると共に、前記第１の処理ガスの前記前駆体を供給するように構成された前駆体源と、
    少なくとも前記第１の流路に流体接続されると共に、少なくとも前記第１の処理ガスの前記第１の搬送ガスを供給するように構成された搬送ガス源と、
    を備える、装置。
26. 請求項２５に記載の装置であって、
    前記搬送ガス源は、さらに、前記第２の流路に流体接続されており、前記第２の処理ガスの前記第２の搬送ガスを供給するように構成されている、装置。
27. 請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、
    少なくとも工程（ｂ）における前記第２の処理ガスの流量は、マスフローコントローラによって制御されない、装置。