JP6976043B2 - 原子層堆積中における化学物質の制御された分離および送出により低欠陥処理を可能にするシステムおよび方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年７月１５日に出願された、米国特許仮出願第６２／１９２，８４４号の利益を主張する。上述の出願の開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、基板処理システム、より詳細には基板処理中に処理チャンバにガスを送出するためのシステムおよび方法に関する。

ここで提供される背景技術の記載は、本開示の状況を一般的に提示することが目的である。本背景技術の節に記載された範囲内で、本発明者らの業績、ならびに出願時に他の場合なら従来技術と見なされ得ない記載の態様は、明示的にも暗示的にも本開示に対する従来技術とは認められない。

堆積および／またはエッチングを行うための基板処理システムは、典型的にはペデスタルを有する処理チャンバを含む。半導体ウェーハなどの基板が、処理中にペデスタル上に配置されることがある。原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または原子層エッチング（ＡＬＥ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｅｔｃｈ）プロセスでは、異なるガス混合物が、処理チャンバに順次導入され、次いで、排気されることがある。このプロセスが複数回繰り返され、膜を堆積し、または基板をエッチングする。一部のＡＬＤおよびＡＬＥ基板処理システムでは、一方のまたは両方の工程で高周波（ＲＦ）プラズマを使用して化学反応を活性化することができる。

第１の反応性ガスがＡＬＤプロセスの第１の工程中に処理チャンバに供給されることがある。所定期間の後、反応物は、処理チャンバから除去される。ＡＬＤプロセスの第２の工程中に第２の反応性ガスが処理チャンバに供給されることがある。第２の工程中にプラズマを使用して、または使用せずに化学反応を開始することができる。第２の工程の後、反応物は、処理チャンバから除去される。第１および第２の工程が典型的には複数回繰り返され、膜を堆積する。

ＡＬＤもしくはＡＬＥを使用して、膜を堆積するまたは基板をエッチングするのに必要なプロセス時間は、どれくらい速やかに反応性ガスを供給することができるかおよび処理チャンバから排気することができるかに大きく依存する。したがって、プロセス時間を削減するために反応性ガスを速やかに供給し排気しようとする動機がある。しかしながら、反応性ガスがガス供給ライン中でオーバーラップする場合、反応性ガス間で望ましくない反応が生じることがあり、これが基板欠陥の原因となる場合がある。粘質の反応性ガス、または異なる反応性ガス間の時間量が不十分なことによって、ガスライン中で反応性ガスのオーバーラップが引き起こされることがある。

現在、時間的な分離および高流量が使用されている。高圧でガスのオンオフを切り換えることによって、ガスライン中におよび／または下流のガス分配装置内で圧力過渡現象がもたらされることがあり、これがさらなる基板欠陥の原因となる場合がある。

基板処理システムのためのガス送出システムは、入口および出口を含む第１のバルブを含む。第１のバルブの入口は、第１のガス源と流体連通する。第２のバルブは、第１の入口、第２の入口、および出口を含む。第２のバルブの第１の入口は、第１のバルブの出口と流体連通し、第２の入口は、第２のガス源と流体連通する。第３のバルブは、入口および出口を含む。第３のバルブの入口は、第３のガス源と流体連通する。コネクタは、第１のガスチャネル、ならびに第１の端部および第２の端部を有する第２のガスチャネルを規定（形成）するシリンダを含む。シリンダは、シリンダおよび第１のガスチャネルが共同でシリンダの外側表面と第１のガスチャネルの内側表面との間に流路を規定（形成）するように、第１のガスチャネル内部に少なくとも部分的に配置される。流路は、第３のバルブの出口および第２のガスチャネルの第１の端部と流体連通する。第３のガスチャネルは、第２のガスチャネルの第２の端部、第２のバルブの出口、および処理チャンバのガス分配装置と流体連通する。

他の特徴において、第１のガス源は、パージ・ガス源を含む。第２のガス源は、前駆体ガス源を含む。第４のバルブは、入口および出口を含む。第４のバルブの入口は、第４のガス源と流体連通する。第４のバルブの出口は、流路と流体連通する。第４のガス源は、洗浄ガス源を含む。洗浄ガス源は、遠隔プラズマ清浄（ＲＰＣ：ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ ｃｌｅａｎ）ガスを含む。

他の特徴において、第３のガス源は、酸化ガス源を含む。基板処理システムは、原子層堆積を実行する。コントローラは、第１のバルブ、第２のバルブ、および第３のバルブを制御するように構成されている。コントローラは、第１のバルブおよび第２のバルブを使用して、第１の所定期間中、第２のガス源から前駆体ガスを供給し、第１のバルブおよび第２のバルブを使用して、第２の所定期間中、第１のガス源からパージ・ガスを供給し、第３のバルブを使用して、第３の所定期間中、第３のガス源から酸化ガスを供給するように構成されている。

他の特徴において、第１の所定期間は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスのドーズ段に相当する。第２の所定期間は、ＡＬＤプロセスのバースト・パージ段に相当する。第３の所定期間は、ＡＬＤプロセスのドーズ・パージ段、ＲＦ段、およびＲＦパージ段に相当する。

他の特徴において、第４のバルブとコネクタ間の距離は、１０インチ（２５４ｍｍ）〜４０インチ（１０１６ｍｍ）である。第４のバルブとコネクタ間の距離は、５インチ（１２７ｍｍ）未満である。

基板処理システムにガスを供給する方法は、第１のバルブを使用して、第１のガス源からガスを選択的に供給し、第２のバルブを使用して、第１のガス源または第２のガス源からガスを選択的に供給し、第３のバルブを使用して、第３のガス源からガスを選択的に供給し、第１のガスチャネル、第１の端部および第２の端部を有する第２のガスチャネルを規定するシリンダであって、シリンダおよび第１のガスチャネルが共同でシリンダの外側表面と第１のガスチャネルの内側表面との間に流路を規定するように、第１のガスチャネル内部に少なくとも部分的に配置され、流路が第３のバルブの出口および第２のガスチャネルの第１の端部と流体連通する、シリンダ、ならびに第２のガスチャネルの第２の端部、第２のバルブの出口、および処理チャンバのガス分配装置と流体連通する第３のガスチャネル、を含むコネクタを提供すること、を備える。

他の特徴において、第１のガス源は、パージ・ガス源を含む。第２のガス源は、前駆体ガス源を含む。本方法は、流路と流体連通する出口を有する第４のバルブを使用して、第４のガス源からガスを選択的に供給することを含む。第４のガス源は、洗浄ガス源を含む。洗浄ガス源は、遠隔プラズマ清浄（ＲＰＣ）ガスを含む。

他の特徴において、第３のガス源は、酸化ガス源を含む。基板処理システムは、原子層堆積を実行する。本方法は、コントローラを使用して、第１のバルブ、第２のバルブ、および第３のバルブを制御することを含む。

コントローラは、第１のバルブおよび第２のバルブを使用して、第１の所定期間中、第２のガス源から前駆体ガスを供給するように構成されている。コントローラは、第１のバルブおよび第２のバルブを使用して、第２の所定期間中、第１のガス源からパージ・ガスを供給するように構成されている。コントローラは、第３のバルブを使用して、第３の所定期間中、第３のガス源から酸化ガスを供給するように構成されている。

他の特徴において、第１の所定期間は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスのドーズ段に相当し、第２の所定期間は、ＡＬＤプロセスのバースト・パージ段に相当し、第３の所定期間は、ＡＬＤプロセスのドーズ・パージ段、ＲＦ段、およびＲＦパージ段に相当する。

他の特徴において、第４のバルブとコネクタ間の距離は、１０インチ〜４０インチである。第４のバルブとコネクタ間の距離は、５インチ未満である。

本開示の適用可能性のさらなる範囲は、詳細な説明、特許請求の範囲、および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および具体例は、例示のためのものにすぎず、本開示の範囲を限定することは意図されていない。

本開示は、詳細な説明および添付図面からより完全に理解されるであろう。

本開示による基板処理システムのための機能ブロック図である。

ガス送出システムの一例の概略図である。

例示的な原子層堆積プロセスのためのタイミング図である。

本開示による別の例示的なガス送出システムの概略図である。

本開示によるコネクタの部分透視断面図である。

本開示によるさらに別の例示的なガス送出システムの概略図である。

理想化されたガス送出システムに対するバルブのタイミングを示す図である。

本開示による図４のガス送出システムに対するバルブのタイミングを示す図である。

本開示による図６のガス送出システムに対するバルブのタイミングを示す図である。

本開示によるガスを供給するための方法の一例を示す流れ図である。

図面では、同様のおよび／または同一の要素を識別するために参照番号が再使用されることがある。

いくつかの例において、本開示によるガス送出システムおよび方法は、基板処理システムのガスライン中で第２の反応性ガスに対する第１の反応性ガスの分離を増大させ、基板欠陥を低減する。いくつかの例において、第２のガスが導入される下流のコネクタの入口にパージ・ガスの連続流が供給されることがある。

基板処理システムのガスライン中の反応性ガスの空間的な分離は、基板欠陥を低減するのに役立つ。空間的な分離は、時間的なだけの分離に伴う問題を克服する。下流のコネクタの入口に連続的なパージ・ガス流を提供し、かつ第２の反応性ガスを供給するバルブを第１の反応性ガスに対して遠隔に据えることによって、圧力過渡現象も管理することができる。第１の反応性ガスと第２の反応性ガス間の空間的な分離に対して割り当てられた時間量が不十分な場合、反応の危険性が依然として存在する。しかしながら、ガス反応物が混合される位置、および混合位置での圧力を制御することができ、反応を管理することができる。

空間的な分離は、パージ時間に関してプロセス開発に対する余裕ができることによって、ガス送出システムの堅牢性を高める。物理的な分離の使用を、バルブのタイミングによって制御される時間的な分離と組み合わせることができる。この組合せは、ガスラインの保護とは別に処理チャンバ・パージの最適化に役立つ可能性がある。

ここで図１を参照すると、例示的な基板処理システム１が示されている。前述の例は、プラズマ促進原子層堆積（ＰＥＡＬＤ：ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の状況で記載されているが、本開示は、他の基板処理システム、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＥ、ＡＬＤ、およびＰＥＡＬＥに適用されてもよい。基板処理システム１は、基板処理システム１の他の構成要素を密閉し、かつＲＦプラズマ（使用される場合は）を含有する処理チャンバ２を含む。基板処理システム１は、上部電極４、静電チャック（ＥＳＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ）６、または他の基板支持体を含む。動作中に、基板８は、ＥＳＣ６上に配置される。

単なる例として、上部電極４は、プロセス・ガスを導入し分配するシャワー・ヘッドなどのガス分配装置９を含んでもよい。ガス分配装置９は、処理チャンバの上面に接続された一方の端部を含むステム部分を含んでもよい。ベース部分は、略円筒状であり、処理チャンバの上面から離隔された位置にあるステム部分の反対側の端部から放射状に外側に延在する。シャワー・ヘッドのベース部分の基板に面する表面またはフェースプレートは、プロセス・ガスまたはパージ・ガスが流れる複数の孔を含む。あるいは、上部電極４は、伝導板を含んでもよく、プロセス・ガスは別のようにして導入されてもよい。

ＥＳＣ６は、下部電極として働く伝導性の底板１０を含む。伝導性の底板１０は、加熱板１２を支持し、この加熱板１２は、セラミック・マルチゾーン加熱板に相当してもよい。加熱板１２と底板１０との間に熱抵抗層１４が配置されてもよい。底板１０は、底板１０を通して冷媒を流すための１つまたは複数の冷媒チャネル１６を含んでもよい。

ＲＦ発生システム２０は、上部電極４および下部電極（例えば、ＥＳＣ６の底板１０）の一方に対してＲＦ電圧を発生させ出力する。上部電極４および底板１０のもう一方は、ＤＣ接地されていても、ＡＣ接地されていても、または浮動状態でもよい。単なる例として、ＲＦ発生システム２０は、整合および配電網２４によって上部電極４または底板１０に供給されるＲＦパワーを発生させるＲＦ発生器２２を含んでもよい。他の例において、プラズマは、誘導的にまたは遠隔から発生させることができる。

１つまたは複数のガス送出システム３０−１、３０−２、．．．および３０−Ｍ（総称してガス送出システム３０）は、１つまたは複数のガス源３２−１、３２−２、．．．および３２−Ｎ（総称してガス源３２）を含み、ここでＭおよびＮは１以上の整数である。ガス源３２は、バルブ３４−１、３４−２．．．および３４−Ｎ（総称してバルブ３４）ならびにマス・フロー・コントローラ３６−１、３６−２、．．．および３６−Ｎ（総称してマス・フロー・コントローラ３６）によってマニホルド４０に接続されている。マニホルド４０の出力は、ガス分離システム４１に供給される。特定のガス送出システム３０−１が示されているが、ガスは、任意の適切なガス送出システムを使用して送出され得る。１つまたは複数のさらなるガス送出システム３０−２、．．．および３０−Ｍが、ガス分離システム４１と流体連通する。遠隔プラズマ洗浄（ＲＰＣ：ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ ｃｌｅａｎ）ガスなどの洗浄ガス源４３もガス分離システム４１と流体連通することができる。

温度コントローラ４２は、加熱板１２に配置された複数の熱制御素子（ＴＣＥ：ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）４４に接続されてもよい。温度コントローラ４２を使用して、複数のＴＣＥ４４を制御し、ＥＳＣ６および基板８の温度を制御することができる。温度コントローラ４２は、冷媒アセンブリ４６と通信し、チャネル１６を通る冷媒流を制御することができる。例えば、冷媒アセンブリ４６は、冷媒ポンプおよび貯蔵部を含んでもよい。温度コントローラ４２は、ＥＳＣ６を冷却するためにチャネル１６を通る冷媒を選択的に流すように冷媒アセンブリ４６を動作させる。

バルブ５０およびポンプ５２を使用して、処理チャンバ２から反応物を排気することができる。システム・コントローラ６０を使用して、基板処理システム１の構成要素を制御することができる。ロボット７０を使用して、ＥＳＣ１０６上に基板を送出し、ＥＳＣ６から基板を除去することができる。例えば、ロボット７０は、ＥＳＣ６とロード・ロック７２間で基板を転送することができる。

ここで図２を参照すると、ガスライン８３によって接続された複数のバルブ７６、７８、８０および８２を含むバルブ・アセンブリ７４を含むガス分離システム４１の一例が示されている。バルブ７６の入口は、パージ・ガス源に接続され、バルブ７６の出口は、バルブ７８の入口に接続されている。バルブ７８のもう一つの入口は、酸化ガス源などの反応性ガスに接続されている。バルブ７８の出口は、バルブ８０の入口に接続されている。このバルブ８０のもう一つの入力は、前駆体ガス源などの反応性ガスに接続されている。

バルブ８０の出口は、エルボ・コネクタ８４に接続され、このエルボ・コネクタ８４がバルブ８６の出口および処理チャンバに接続されている。バルブ８６の入口は、遠隔プラズマ清浄（ＲＰＣ）ガス源などの洗浄ガスに接続されている。バルブ８２は、前駆体ガスに接続された入口、および出口を有する。

動作中に、前駆体ガスは、所定期間、バルブ８０（前駆体ガス入口から出口への接続を閉じる）およびバルブ８２（開ける）を使用して、任意選択で分流され得る。分流の後、前駆体ガスは、バルブ８０（前駆体ガス入口から出口への接続を開ける）およびバルブ８２（閉じる）を使用して、所定期間、処理チャンバに供給され、次いで、前駆体ガスの供給が終了する。パージ・ガスは、バルブ７６、７８および８０を使用して、処理チャンバに供給され、次いで、終了する。酸化ガスは、バルブ７８および８０を使用して、処理チャンバに供給される。十分に理解することができるように、前駆体ガスは、酸化ガスと同一のガスライン８３およびバルブの一部を使用して、処理チャンバに供給される。

ここで図３を参照すると、図２のバルブの動作が示されている。ドーズ段に先立って、パージ・ガスが初めに供給され、バルブ８０およびバルブ８２を使用して分流され得る。所定期間の後、バルブ８０および８２は、エルボ・コネクタ８４を介して処理チャンバへ前駆体ガスを供給するように構成される（ドーズ段）。ドーズ段の終了時に、バルブ８０は、前駆体ガスの供給を停止し、パージ・ガスを供給するように位置決めされる。バースト・パージ段中に、パージ・ガスは、バルブ７６、７８、８０およびエルボ・コネクタ８４を介して処理チャンバに供給される。バースト・パージ段の終了時に、バルブ７６は、閉じられる。酸化ガスは、ドーズ・パージ段、ＲＦ段、およびＲＦパージ段中に、バルブ７８、８０およびエルボ・コネクタ８４を使用して、処理チャンバに供給される。

前駆体ガスおよび酸化ガスは共に、同一グループのバルブおよびガスラインを使用して供給されるが、時間的に分離されている。時間的な分離は、前駆体ガス流と酸化ガス流との間でガスライン８３を完全に洗浄するために大流量および十分な時間に依拠する。粘質の前駆体または割り当てられた時間量が不十分な場合はいずれも、ガスチャネル内での反応のために、結果として欠陥を形成することがある。加えて、高流量、および酸化剤と、パージ・ガスと、前駆体ガスとの間の切り替えは、ガスチャネルおよびガス分配装置内で圧力過渡現象をもたらすことがある。

ここで図４を参照すると、ガス分離システム８７は、複数のバルブ９０、９２、９４、および９６を含むバルブ・アセンブリ８８、ならびにガスライン８３を含む。バルブ９０の入口は、パージ・ガス源に接続され、バルブ９０の出口は、バルブ９２の入口に接続されている。いくつかの例において、パージ・ガスは、ヘリウム、アルゴンまたは別の不活性ガスを含む。バルブ９２の出口は、バルブ９４の入口に接続されている。バルブ９４のもう一つの入口は、前駆体ガスなどの反応性ガスに接続されている。

バルブ９４の出口は、エルボ・コネクタ１００に接続され、このエルボ・コネクタ１００がバルブ９８の出口および処理チャンバに接続されている。バルブ９８の入口は、遠隔プラズマ清浄（ＲＰＣ）源などのプロセス・ガスに接続されている。バルブ９６は、前駆体ガスに接続された入口、および出口を有する。

１つまたは複数のバルブ１０２Ａおよび１０２Ｂ（総称してバルブ１０２）は、酸化ガスなどの反応性ガスをエルボ・コネクタ１００の入口１０４へ供給するために使用される。いくつかの例において、バルブ１０２は、エルボ・コネクタ１００の入口から１０インチ〜４０インチの距離に配置される。

また、パージ・ガスは、（酸化ガスの供給中に、もしくは酸化ガスの供給中以外の時間に）エルボ・コネクタ１００の入口１０４に連続的に供給されても、または入口１０４に選択的に供給されてもよい。「Ｔ」形の流体コネクタ１０５は、エルボ・コネクタ１００に流体接続された第１の区間、バルブ９４の出口に流体接続された第２の区間、および処理チャンバに流体接続された第３の区間を有する。いくつかの例において、「Ｔ」形の流体コネクタ１０５は、セラミックから作られてもよい。

ここで図５を参照すると、エルボ・コネクタ１００の一例は、バルブ・アセンブリ１２０に接続された第１のコネクタ１２２、および第２のコネクタ１２４を含む。エルボ・コネクタ１００に関するさらなる詳細は、本願譲受人に譲渡された、２０１４年１１月２６日に出願された発明の名称を「ＲＥＭＯＴＥ ＰＬＡＳＭＡ ＣＬＥＡＮ ＥＬＢＯＷ ＣＯＮＮＥＣＴＯＲ ＷＩＴＨ ＰＵＲＧＩＮＧ ＴＯ ＲＥＤＵＣＥ ＯＮ−ＷＡＦＥＲ ＰＡＲＴＩＣＬＥＳ」とする米国特許仮出願第６２／０８４，８５６号、および２０１５年７月２２日に出願された発明の名称を「ＶＡＬＶＥ ＭＡＮＩＦＯＬＤ ＤＥＡＤＬＥＧ ＥＬＩＭＩＮＡＴＩＯＮ ＶＩＡ ＲＥＥＮＴＲＡＮＴ ＦＬＯＷ ＰＡＴＨ」とする米国特許出願第１４／８０５，８０７号（代理人整理番号第３５８５−２ＵＳ）に見出すことができ、両出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

第１のコネクタ１２２は、入口１３３および出口１３４を含む第１のガスチャネル１３２を規定する第１の本体１３０を含む。第２のコネクタ１２４は、入口１３９および出口１４０を含む第２のガスチャネル１３８を規定する第２の本体１３６を含む。第１のガスチャネル１３２の出口１３４は、第２のガスチャネル１３８の入口１３９に接続されている。いくつかの例において、第１のガスチャネル１３２は、略「Ｌ」形またはエルボ形である。

第１のコネクタ１２２は、第１のコネクタ１２２の入口１３３に隣接して第１のガスチャネル１３２の一部のまわりに配置された環状チャネル１４４を含む。環状チャネル１４４は、入口１３３の近くの領域にガスを供給する。いくつかの例において、環状チャネル１４４を規定するために第１のコネクタ１２２の入口１３３に隣接して第１のガスチャネル１３２の内側にシリンダ１４６が挿入されてもよい。シリンダ１４６の一方の端部１４７は、入口１３３から離隔された位置において第１のガスチャネル１３２の内側表面に接する。本体１３０とシリンダ１４６の径方向外側表面との間のキャビティ１５０が環状チャネル１４４を規定する。

本体１３０は、キャビティ１５０に接続された第３のガスチャネル１５４をさらに規定する。継手またはバルブ１５６を使用して、第３のガスチャネル１５４をガス源に接続することができる。ガスは、第３のガスチャネル１５４および環状チャネル１４４に供給される。ガスは、環状チャネル１４４を通って入口１３３の近くの領域内へ流れる。ガスは、第１のガスチャネル１３２を通って第２のガスチャネル１３８へ流れる。ガスは、遠隔プラズマ洗浄中に（ＲＰＣガスがＲＰＣバルブによって供給されている間に）供給されてもよい。いくつかの例において、ガスは、前駆体ガスを使用するドーズ中に、および／または酸化ガスの供給中にも供給される。

いくつかの例において、ヒータ１６０を使用して、環状チャネル１４４近傍の領域の温度を所定の最小温度に維持することができる。より詳細には、ヒータ１６０は、本体１３０に接続されてもよく、ヒータ１６０を使用して、本体（デッド区間の容積を含む少なくと一部）をガスの凝縮温度を上回る温度に加熱することができる。いくつかの例において、温度は、約６５℃を上回る所定の温度に維持されてもよいが、温度は、使用されるガス種およびその凝縮温度に応じて変わる。

ここで図６を参照すると、別のガス分離システム２００は、上記のバルブ・アセンブリ８８を含む。バルブ２０４は、エルボ・コネクタ１００の入口１０４に近接して配置される。いくつかの例において、バルブ２０４は、エルボ・コネクタ１００の入口から１０インチ未満の距離に配置される。他の例において、距離は、５インチ、２．５インチまたは１インチ以下である。

ここで図７〜９を参照すると、バルブのシーケンスおよびタイミングに対する様々なタイミング図が示されている。図７では、理想化されたバルブのシーケンスおよびタイミングが示されている。前駆体ガス流は、酸化剤ガス流が開始すると同時に終了し、オーバーラップがないことが理想的である。図８では、図４のバルブの動作が示されている。ライン充填時間のために前駆体と酸化剤との間のオーバーラップが図２で受けるオーバーラップよりも少ない。図９では、図６のバルブの動作が示されている。「Ｔ」形の流体コネクタ１０５では、一部オーバーラップがある場合がある。

ここで図１０を参照すると、上記のガス送出システムを動作させるための方法３００の一例が示されている。ステップ３０４において、本方法は、遠隔プラズマ清浄（ＲＰＣ）ガスまたは別の洗浄ガスを使用して洗浄を行うべきか否かを判断する。真の場合は、基板は、処理チャンバから除去され、洗浄ガスまたはＲＰＣガスが所定の洗浄期間供給される。

ステップ３０４が偽の場合、コントロールは、ＡＬＤプロセスを行う必要があるか否かを判断する。ステップ３０６が真の場合、基板は、ステップ３１０において処理チャンバにロードされる。さらに、ステップ３１０において前駆体ガスなどの第１の反応性ガスが、第１の所定期間、任意選択で供給され分流される。ステップ３１４において、第１の所定期間の後、前駆体ガスなどの第１の反応性ガスが、第２の所定期間、処理チャンバに供給される。

第２の所定期間の後、ステップ３１８において不活性ガスなどのパージ・ガスが第３の所定期間、供給される。第３の所定期間の後、ステップ３２０において酸化ガスなどの第２の反応性ガスが第４の所定期間、供給される。第４の所定期間の後、ステップ３２２においてコントロールは、ＡＬＤプロセスを繰り返すべきか否かを判断する。ステップ３２２が真の場合、コントロールは、ステップ３１０に戻る。そうでない場合、コントロールは、ステップ３２８を継続し、任意選択で基板を処理チャンバから除去し、次いで、ステップ３０４に戻る。

前述の記載は、本質的に単に例示であって、本開示、その応用、または使用法を限定することは決して意図されていない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施することができる。したがって、本開示は、特定の例を含んでいるが、本開示の真の範囲は、他の変更形態が、図面、明細書および以下の特許請求の範囲を考察すると明らかになるため、そのように限定されるべきではない。本開示の原理を変更することなく、方法内の１つまたは複数のステップが異なる順番で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。さらに、実施形態のそれぞれは、ある特徴を有するとして上記されているが、本開示のいかなる実施形態に関しても記載されたそれらの特徴のいずれか１つまたは複数は、他の実施形態のいずれかの特徴において、および／または他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わされて、その組合せが明示的に記載されていなくても、実施され得る。言いかえれば、記載された実施形態は、相互に排他的ではなく、１つまたは複数の実施形態を互いに置き換えることは、本開示の範囲内に留まる。

要素間の（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間的および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「近接した」「隣接した」、「の上に」、「上方に」、「より下に」、および「配置された」を含む、様々な用語を使用して記載されている。上記の開示において第１の要素と第２の要素間の関係が記載されるとき、「直接的な」と明示的に記載されない限り、その関係は、第１の要素と第２の要素間に他の介在する要素が存在しない場合は、直接的な関係となり得るが、第１の要素と第２の要素間に１つまたは複数の介在する要素が存在する場合は（空間的であろうと機能的であろうと）、間接的な関係ともなり得る。本明細書で使用されるように、Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも１つという熟語は、非排他的な論理和を使用して、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣ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。

一部の実施態様では、コントローラは、上記の例の一部であってもよい、システムの一部である。そのようなシステムは、処理のための処理ツール（複数可）、チャンバ（複数可）、プラットホーム（複数可）、および／または特定の処理構成要素（ウェーハ・ペデスタル、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウェーハまたは基板の処理前、処理中、および処理後にそれらの動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれることがあり、システム（複数可）の様々な構成要素または副部品を制御することができる。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、本明細書に開示されたプロセスのいずれをも制御するようにプログラムされてもよく、これらのプロセスには、処理ガスの送出、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、パワー設定、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、流体送出設定、位置および動作設定、特定のシステムに接続されたもしくはインターフェースされたツールおよび他の転送ツールならびに／またはロード・ロックとの間でのウェーハ転送が含まれる。

おおまかに言えば、コントローラは、様々な集積回路、ロジック、メモリを有する電子機器、および／または命令を受け取り、命令を発行し、動作を制御し、清浄動作を可能にし、終了点測定を可能にするソフトウェアなどとして規定されてもよい。集積回路は、プログラム命令を記憶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）として規定されたチップ、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つまたは複数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もよい。プログラム命令は、半導体ウェーハに対して、もしくは半導体ウェーハのために特定のプロセスを実行するための動作パラメータを規定する様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラあるいはシステムに伝えられる命令であってもよい。動作パラメータは、一部の実施形態において、１つまたは複数の層、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／またはウェーハのダイの製造中に１つまたは複数の処理ステップを達成するためにプロセスエンジニアによって規定されたレシピの一部であってもよい。

コントローラは、一部の実施態様では、システムと一体化されたコンピュータの一部であっても、もしくはそのコンピュータに結合されていても、システムに結合されていても、他の形でシステムにネットワーク接続されていても、またはそれらの組合せであってもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」にあってもよく、あるいはファブのホスト・コンピュータ・システムのすべてもしくは一部であってもよく、これによってウェーハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータによって、システムへの遠隔アクセスを行い、製造作業の現在の進捗状況をモニタし、過去の製造作業の履歴を調べ、複数の製造作業から傾向または性能指標を調べ、現在の処理パラメータを変え、現在の処理に続く処理ステップを設定し、または新しいプロセスを始めることが可能になる場合がある。いくつかの例において、遠隔コンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを介してシステムにプロセスレシピを提供することができ、このネットワークにはローカル・ネットワークまたはインターネットが含まれてもよい。遠隔コンピュータは、パラメータおよび／または設定値の入力もしく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含むことができ、これらのパラメータおよび／または設定値が、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝えられる。いくつかの例において、コントローラは、データの形態の命令を受け取り、このデータが１つまたは複数の動作中に行われる処理ステップの各々に対するパラメータを指定する。パラメータは、行われるプロセスのタイプ、およびコントローラがインターフェースするまたは制御するように構成されたツールのタイプに特有であってもよいことを理解されたい。したがって、上記したように、コントローラは、互いにネットワーク接続され、本明細書に記載されたプロセスおよび制御などの共通の目的に向かって動作している１つまたは複数の個別のコントローラを備えることなどによって分散されてもよい。そのような目的のための分散されたコントローラの一例は、組み合わさってチャンバに対するプロセスを制御する、遠隔に（例えば、プラットホーム・レベルに、または遠隔コンピュータの一部として）設置された１つまたは複数の集積回路と通信するチャンバ上の１つまたは複数の集積回路である。

限定することなく、例示的なシステムは、プラズマ・エッチングチャンバもしくはモジュール、堆積チャンバもしくはモジュール、スピン・リンス・チャンバもしくはモジュール、金属メッキ・チャンバもしくはモジュール、洗浄チャンバもしくはモジュール、ベーベル・エッジ・エッチングチャンバもしくはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバもしくはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバもしくはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバもしくはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバもしくはモジュール、イオン注入チャンバもしくはモジュール、トラック・チャンバもしくはモジュール、および半導体ウェーハの作製および／または製造に関連付けられた、あるいは半導体ウェーハの作製および／または製造で使用され得る任意のその他の半導体処理システムを含むことができる。

上記のように、ツールによって行われるプロセス・ステップ（複数可）に応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツール・インターフェース、近接するツール、隣接するツール、工場の至る所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、あるいは半導体製造工場のツール位置および／またはロード・ポートとの間でウェーハの容器を運ぶ材料輸送で使用されるツールのうちの１つまたは複数と通信することがある。

Claims (26)

1. 基板処理システムのためのガス送出システムであって、
   入口および出口を含み、前記入口は第１のガス源と流体連通する、第１のバルブと、
   第１の入口、第２の入口、および出口を含み、前記第１の入口は前記第１のバルブの前記出口と流体連通し、前記第２の入口は第２のガス源と流体連通する、第２のバルブと、
   入口および出口を含み、前記入口は第３のガス源と流体連通する、第３のバルブと、
   コネクタであって、
   第１の端部と第２の端部とを有する第１のガスチャネルと、
   前記第１のガスチャネルの前記第２の端部、前記第２のバルブの前記出口、並びに処理チャンバのガス分配装置と流体連通する第２のガスチャネルと、
   第１の端部および第２の端部を有する環状ガスチャネルを規定するシリンダと、
   前記シリンダは、前記シリンダおよび前記第１のガスチャネルが共同で前記シリンダの外側表面と前記第１のガスチャネルの内側表面との間に前記環状ガスチャネルを規定するように、前記第１のガスチャネルの内部に少なくとも部分的に配置され、
   前記環状ガスチャネルは、前記第３のバルブの前記出口および前記第１のガスチャネルの前記第１の端部と流体連通し、
   前記環状ガスチャネルの前記第１の端部と、前記第３のバルブの前記出口と流体連通する第３のガスチャネルと、
   前記第１のガスチャネルの前記第１の端部は、前記環状ガスチャネルの前記第１の端部の入口に提供されたガスが、前記環状ガスチャネルを前記第１の端部から前記第２の端部まで流れて前記第１のガスチャネルの前記第１の端部にて前記シリンダ内に流れ、前記シリンダおよび前記第１のガスチャネルを通って前記第２のガスチャネルに流れるように、前記環状ガスチャネルの前記第２の端部と流体連通すること、
   を備えるコネクタと、
   を備える、ガス送出システム。
2. 請求項１に記載のガス送出システムであって、前記第１のガス源は、パージ・ガス源を含む、ガス送出システム。
3. 請求項１に記載のガス送出システムであって、前記第２のガス源は、前駆体ガス源を含む、ガス送出システム。
4. 請求項１に記載のガス送出システムであって、入口および出口を含む第４のバルブをさらに備え、前記入口は第４のガス源と流体連通し、前記出口は前記第１のガスチャネルと流体連通する、ガス送出システム。
5. 請求項４に記載のガス送出システムであって、前記第４のガス源は、洗浄ガス源を含む、ガス送出システム。
6. 請求項５に記載のガス送出システムであって、前記洗浄ガス源は、遠隔プラズマ洗浄（ＲＰＣ）ガスを含む、ガス送出システム。
7. 請求項１に記載のガス送出システムであって、前記第３のガス源は、酸化ガス源を含む、ガス送出システム。
8. 請求項１に記載のガス送出システムであって、前記基板処理システムは、原子層堆積を実行する、ガス送出システム。
9. 請求項１に記載のガス送出システムであって、さらに、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、および前記第３のバルブを制御するように構成されているコントローラを備える、ガス送出システム。
10. 請求項９に記載のガス送出システムであって、前記コントローラは、
    前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを使用して、第１の所定期間中、前記第２のガス源から前駆体ガスを供給し、
    前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを使用して、第２の所定期間中、前記第１のガス源からパージ・ガスを供給し、
    前記第３のバルブを使用して、第３の所定期間中、前記第３のガス源から酸化ガスを供給するように構成されている、ガス送出システム。
11. 請求項１０に記載のガス送出システムであって、
    前記第１の所定期間は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスのドーズ段に相当し、
    前記第２の所定期間は前記ＡＬＤプロセスのバースト・パージ段に相当する、ガス送出システム。
12. 請求項４に記載のガス送出システムであって、前記第４のバルブと前記コネクタ間の距離は１０インチ（２５４ｍｍ）〜４０インチ（１０１６ｍｍ）である、ガス送出システム。
13. 請求項４に記載のガス送出システムであって、前記第４のバルブと前記コネクタ間の距離は５インチ（１２７ｍｍ）未満である、ガス送出システム。
14. 基板処理システムにガスを供給するための方法であって、
    第１のバルブを使用して、第１のガス源からガスを選択的に供給し、
    第２のバルブを使用して、前記第１のガス源または第２のガス源からガスを選択的に供給し、
    第３のバルブを使用して、第３のガス源からガスを選択的に供給し、
    第１の端部と第２の端部とを有する第１のガスチャネルと、
    前記第１のガスチャネルの前記第２の端部、前記第２のバルブの出口、並びに処理チャンバのガス分配装置と流体連通する第２のガスチャネルと、
    第１の端部および第２の端部を有する環状ガスチャネルを規定するシリンダと、
    前記シリンダおよび前記第１のガスチャネルは共同で前記シリンダの外側表面と前記第１のガスチャネルの内側表面との間に前記環状ガスチャネルを規定するように、前記第１のガスチャネルの内部に少なくとも部分的に配置され、
    前記環状ガスチャネルは前記第３のバルブの出口および前記第１のガスチャネルの前記第１の端部と流体連通し、
    前記環状ガスチャネルの前記第１の端部、前記第３のバルブの前記出口と流体連通する第３のガスチャネルと、
    前記第１のガスチャネルの前記第１の端部は、前記環状ガスチャネルの前記第１の端部の入口に提供されたガスが、前記環状ガスチャネルを前記第１の端部から前記第２の端部まで流れて前記第１のガスチャネルの前記第１の端部にて前記シリンダ内に流れ、前記シリンダおよび前記第１のガスチャネルを通って前記第２のガスチャネルに流れるように、前記環状ガスチャネルの前記第２の端部と流体連通すること、
    を含むコネクタを提供すること、
    を備える、方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記第１のガス源はパージ・ガス源を含む、方法。
16. 請求項１４に記載の方法であって、前記第２のガス源は前駆体ガス源を含む、方法。
17. 請求項１４に記載の方法であって、さらに、前記第１のガスチャネルと流体連通する出口を有する第４のバルブを使用して、第４のガス源からガスを選択的に供給することを備える、方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、前記第４のガス源は洗浄ガス源を含む、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記洗浄ガス源は遠隔プラズマ洗浄（ＲＰＣ）ガスを含む、方法。
20. 請求項１４に記載の方法であって、前記第３のガス源は酸化ガス源を含む、方法。
21. 請求項１４に記載の方法であって、前記基板処理システムは原子層堆積を行う、方法。
22. 請求項１４に記載の方法であって、さらに、コントローラを使用して、前記第１のバルブ、前記第２のバルブ、および前記第３のバルブを制御することを備える、方法。
23. 請求項２２に記載の方法であって、前記コントローラは、
    前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを使用して、第１の所定期間中、前記第２のガス源から前駆体ガスを供給し、
    前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを使用して、第２の所定期間中、前記第１のガス源からパージ・ガスを供給し、
    前記第３のバルブを使用して、第３の所定期間中、前記第３のガス源から酸化ガスを供給するように構成されている、方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記第１の所定期間は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスのドーズ段に相当し、
    前記第２の所定期間は前記ＡＬＤプロセスのバースト・パージ段に相当する、方法。
25. 請求項１７に記載の方法であって、前記第４のバルブと前記コネクタ間の距離は１０インチ（２５４ｍｍ）〜４０インチ（１０１６ｍｍ）である、方法。
26. 請求項１７に記載の方法であって、前記第４のバルブと前記コネクタ間の距離は５インチ（１２７ｍｍ）未満である、方法。

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