(57)【要約】      （修正有）【課題】基材上にレジストをコーティングするためのレジストコーティング装置および／または基材上のレジストを現像するための現像処理装置を備える湿式処理ステーションを備える基材処理装置を提供する。【解決手段】装置は、別の処理ステーションと、基材を湿式および／または別の処理ステーションに移動させ、基材処理装置内、および／または基材処理装置外の方向に基材を移動させるための基材ハンドラと、を備える。別の処理ステーションは浸透装置を備える。【選択図】図１
2020074354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材処理装置であって、前記基材処理装置は、
基材上にレジストをコーティングするためのレジストコーティング装置および／または前記基材上の前記レジストを現像するための現像処理装置を備える湿式処理ステーションと、
別の処理ステーションと、
前記基材を前記湿式および／または別の処理ステーションに移動させ、前記基材処理装置内および／または前記基材処理装置外の方向に前記基材を移動させるための基材ハンドラと、を備え、前記別の処理ステーションは、
浸透性材料を有する少なくとも一つの基材を保持するための基材ホルダーを備える反応チャンバーと、
前記反応チャンバーに気体の第一の前駆体を供給し、および前記反応チャンバーからそれを除去するために、一つまたは複数の反応チャンバーバルブを備える前駆体分配除去システムと、
シーケンスコントローラであって、前記前駆体分配除去システムに動作可能に接続され、前記シーケンスコントローラ上で実行される場合、前記前駆体分配除去システムを作動させ、前記第一の前駆体を第一の期間前記反応チャンバー内に供給して前記基材上の前記浸透性材料を浸透させることを含む浸透サイクルによって、前記基材上の前記浸透性材料の浸透を実行するためのプログラムを備えるメモリを備える、シーケンスコントローラと、を備える浸透装置を備える、基材処理装置。
【請求項２】
前記メモリに格納される前記浸透サイクルは、前記前駆体分配除去システムを作動させて、第二の期間にわたって前記反応チャンバーから前記第一の前駆体の一部を除去することを更に含む、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項３】
前記前駆体分配除去システムは、気体の第二の前駆体を前記反応チャンバーに供給し、前記反応チャンバーから除去するための一つまたは複数の反応チャンバーバルブを備え、メモリに格納される前記浸透サイクルは更に、前記前駆体分配除去システムを作動させて前記第二の前駆体を第三の期間にわたって前記反応チャンバー内に供給し、前記基材上の前記浸透性材料に前記浸透性材料または前記第一の前駆体と第二の前駆体との反応の反応生成物を浸透させる、請求項２に記載の基材処理装置。
【請求項４】
前記メモリに格納される前記浸透サイクルは、前記前駆体分配除去システムを作動させて第四の期間にわたって前記反応チャンバーから前記第二の前駆体の一部を除去することと、前記浸透サイクルを１〜６０、好ましくは１〜１０、最も好ましくは１〜３回繰り返すことと、を更に含む、請求項３に記載の基材処理装置。
【請求項５】
前記メモリに格納される前記浸透サイクルは、前記第三の期間より長い前記第一の期間を有する、請求項３に記載の基材処理装置。
【請求項６】
前記メモリに格納される前記浸透サイクルは、前記第一の期間より長い前記第三の期間を有する、請求項３に記載の基材処理装置。
【請求項７】
前記メモリに格納される前記浸透サイクルは、前記第三の期間よりも０．１〜１０，０００、好ましくは１〜１，０００、および最も好ましくは５〜１００倍長い前記第一の期間を有する、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項８】
前記別の処理装置は、前記浸透性材料に金属を浸透させるように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項９】
前記別の処理ステーションの前記前駆体分配除去システムは、ハロゲン化金属を反応チャンバー内に供給するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１０】
前記別の処理ステーションの前記前駆体分配除去システムは、マグネシウムおよび／またはカルシウムを含む前駆体を前記反応チャンバー内に供給するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１１】
前記別の処理ステーションの前記前駆体分配除去システムは、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）、リチウム（Ｌｉ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびスズ（Ｓｎ）を含む群からの金属を含む前駆体を前記反応チャンバー内に供給するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１２】
前記別の処理ステーションの前記前駆体分配除去システムは、ＳｎＩ４またはＳｎＣｌ４を含む前駆体を前記反応チャンバー内に供給するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１３】
前記浸透装置の前記前駆体分配除去システムは、金属アルキルアミド前駆体を含む前駆体を前記反応チャンバー内に供給するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１４】
前記別の処理ステーションの前記前駆体分配除去システムは、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、およびジメチルアルミニウムヒドリド（ＤＭＡＨ）、テトラエチルスズ、テトラメチルスズ、またはアセチルアセトネートスズを含む前駆体を前記反応チャンバー内に供給するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１５】
前記別の処理ステーションの前記前駆体分配除去システムは、酸化剤を含む前駆体を前記反応チャンバー内に供給するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１６】
前記別の処理ステーションは、シリコンを浸透させるように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１７】
前記別の処理ステーションは、前記反応チャンバーの温度を２０〜４５０℃の値に制御するように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１８】
前記別の処理ステーションは、前記反応チャンバーの圧力を０．００１〜１，０００、好ましくは０．１〜５００、最も好ましくは１〜１００ Ｔｏｒｒの値に制御するように構成および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項１９】
前記湿式処理ステーションは、
基材上にレジストをコーティングするためのレジストコーティング装置を備える、第一の湿式処理ステーションと、
前記レジストを現像するための現像処理装置を備える、第二の湿式処理ステーションと、を備える、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項２０】
前記湿式処理ステーションは、前記基材を回転させるための回転可能な基材テーブルと、前記基材の表面に液体を供給するための液体ディスペンサと、を備える、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項２１】
前記浸透性材料はパターン化されたレジスト層を備え、前記基材ハンドラは前記基材を前記湿式処理ステーション内の前記現像処理装置から前記別の処理ステーションへ移動させ前記パターン化されたレジストを浸透させるように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項２２】
前記浸透性材料は平坦なレジスト層を備え、前記基材ハンドラは前記基材を前記湿式処理ステーション内の前記レジストコーティング装置から前記別の処理ステーションへ移動させ前記レジスト層を浸透させるように構築および配置される、請求項１に記載の基材処理装置。
【請求項２３】
基材処理方法であって、前記基材処理方法は、
基材を基材処理装置に供給することと、
前記基材を基材ハンドラを用いて前記基材処理装置の湿式処理ステーション内のレジストコーティング装置に移動させることと、
前記基材上にレジスト層をコーティングすることと、
パターニングのために前記コーティングされた基材を前記基材ハンドラを用いてリソグラフィ装置へ移動させることと、
前記基材処理装置によってパターン化されたレジスト層を有する基材を前記リソグラフィ装置から受けることと、
前記基材を前記基材ハンドラを用いて前記湿式処理ステーション内の現像処理装置に移動させることと、
前記基材上のパターン化されたレジスト層を現像することと、
前記パターン化されたレジスト層を有する前記基材を前記基材ハンドラを用いて別の処理ステーションの基材テーブルに移動させることと、
第一の気体の前駆体を第一の期間にわたって前記反応チャンバー内へ供給して、前記基材上の前記パターン化されたレジスト層材料を浸透させることと、を含む、基材処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ね基材処理装置およびその使用方法に関する。装置は、
基材上にレジストをコーティングするためのレジストコーティング装置および／または基材上のレジストを現像するための現像処理装置を備える湿式処理ステーションと、
別の処理ステーションと、
基材を湿式および／または別の処理ステーションに移動し、基材処理装置内の方向に、および／またはその外の方向に基材を移動させるための基材ハンドラと、を備える。
【背景技術】
【０００２】
基材処理装置は、例えばコータ／デベロッパ装置またはトラックと呼ばれる場合がある。基材処理装置を使用して、基材上のレジスト層にパターンを形成する前後で基材上で異なる処理工程を行なうことができる。例えば、汚染が基材上に存在する場合、化学処理によりそれらを除去することができる。基材を、基材上に存在する可能性がある水分を追い出すのに十分な温度に加熱することができる。基材処理装置内で基材上へのレジストの接着を促進するために接着促進剤を塗布することができる。
【０００３】
基材処理装置の湿式処理ステーションでは、基材をスピンコーティングによってレジストで覆うことができる。粘性のレジスト溶液を基材上に分注してもよく、基材を回転させて薄い均一層を形成してもよい。そして、レジストコートウェーハをベークしてレジスト溶剤を蒸発させることができる。
【０００４】
レジストがフォト（感光性）レジストである場合、基材を基材処理装置からリソグラフィ露光装置に搬送してもよい。リソグラフィ露光装置では、フォトレジストを有する基材を（極端）紫外線のパターン付き放射ビームに露光することができる。放射線への露光は、レジストをパターニングするフォトレジストに化学変化を引き起こす。
【０００５】
パターン化されたレジストを有する基材を、基材処理装置の湿式処理ステーションに戻してもよく、そこで、レジストの一部を特殊な現像液によって除去してもよい。ポジ型フォトレジストは露光後に現像液に可溶となり、一方ネガ型フォトレジストでは未露光領域は現像液に可溶となる。現像液を、レジストと同じように、スピナー上の湿式処理ステーションに供給してもよい。現像前に露光後ベークを行ってもよく、および／または現像後にベークを用いてもよい。
【０００６】
半導体デバイス構造がますます小さな形状に向かうにつれて、異なるパターニング技術が生まれた。これらの技術は、自己整合多重パターニング、スペーサ規定四重パターニング、深紫外線リソグラフィ（ＤＵＶ）、極端紫外線リソグラフィ、およびスペーサ規定二重パターニングと組み合わせたＤＵＶ／ＥＵＶを含む。
【０００７】
上記のパターニング技術は、基材上に配置されたレジストを利用して基材の高解像度パターニングを可能にすることができる。高解像度と低ラインエッジラフネスの両方の要件を満たすために、レジストは薄層とすることができる。しかし、このような薄いレジストはいくつかの欠点を有する場合がある。例えば、高解像度レジストは、高い欠陥率、高い粗さ、および高いエッチング速度のうちの一つまたは複数に悩まされる可能性がある。高いエッチング速度は、レジストの低いエッチング耐性によって引き起こされ、パターン化されたレジストの下の層への転写をより困難にする。高度な高解像度レジストを更に小型化する必要がある場合、欠陥率、粗さおよびエッチング耐性は更に悪化する可能性がある。
【０００８】
したがって、改善した特性を有する浸透性材料、例えばレジストまたはハードマスクを提供するための改善した基材処理装置が望ましい場合がある。
【発明の概要】
【０００９】
この発明の概要は、概念の選択を簡略化した形で紹介するように提供する。これらの概念について、以下の本開示の発明を実施するための形態において、さらに詳細に記載する。本発明の概要は、請求項に記載する主題の重要な特徴も、本質的な特徴も特定することを意図しておらず、請求項に記載する主題の範囲を限定するように使用されることも意図していない。
【００１０】
いくつかの実施形態では、基材処理装置が開示される。処理装置は、基材上にレジストをコーティングするためのレジストコーティング装置および／または基材上のレジストを現像するための現像処理装置を備える湿式処理ステーションを備える。処理装置は、別の処理ステーションと、基材を湿式および／または別の処理ステーションに移動させ、基材処理装置内の方向に、および／またはその外の方向に基材を移動させるための基材ハンドラと、を備える。別の処理ステーションは、浸透性材料を有する少なくとも一つの基材を保持するための基材ホルダーを備えた反応チャンバーと、反応チャンバーに気体の第一の前駆体を供給し、および反応チャンバーからそれを除去するために、一つまたは複数の反応チャンバーバルブを備える前駆体分配除去システムと、前駆体分配除去システムに動作可能に接続され、シーケンスコントローラ上で実行される場合に、浸透サイクルによって基材上の浸透性材料の浸透を実行するためのプログラムを備えるメモリを備えるシーケンスコントローラと、を備える浸透装置、を備える。浸透サイクルは、反応チャンバー内で第一の期間に第一の前駆体を供給するために前駆体分配除去システムを作動させることを含むことができる。浸透性材料を、浸透性材料と第一の前駆体との反応の反応生成物で浸透してもよい。
【００１１】
従来の技術を超えて達成される本発明および利点を要約するために、本発明のある目的および利点について、本明細書において上に記載してきた。当然のことながら、必ずしもこうした目的または利点の全てが本発明の任意の特定の実施形態によって達成されなくてもよいことが理解されるべきである。それゆえ、例えば、本明細書に教授または示唆する通り、一つの利点または利点の一群を達成または最適化する形式で、本明細書に教授または示唆されてもよい、他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本発明が具体化または実行されてもよいことを、当業者は認識するであろう。
【００１２】
これらの実施形態の全ては、本明細書に開示する本発明の範囲内であることが意図されている。当業者には、これらのおよび他の実施形態は、添付の図面を参照して、以下のいくつかの実施形態の発明を実施するための形態から容易に明らかとなり、本発明は、開示される全ての特定の実施形態にも限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本明細書は、本発明の実施形態と見なされるものを特に指摘し、明確に主張して、特許請求の範囲で結論付けるものの、本開示の実施形態の利点は、添付の図面と併せて読むと、本開示の実施形態のある例についての記載から、より容易に解明されてもよい。
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による基材処理装置である。
【図２】図１の基材処理装置の非限定的な例示的な別の処理ステーションである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
いくつかの実施形態および実施例を以下に開示するが、本発明が、具体的に開示する本発明の実施形態および／または用途、並びにその明白な変更および均等物を超えて拡大することは、当業者により理解されるであろう。それゆえ、開示する本発明の範囲は、以下に記載し具体的に開示する実施形態によって限定されるべきでないことが意図される。本明細書に示される図は、何らかの特定の材料、構造またはデバイスの実際の図であることを意味せず、本開示の実施形態について記載するために使用される、単に理想化された表現にすぎない。
【００１６】
本明細書で使用する用語「基材」は、使用することができる、または上にデバイス、回路、もしくは膜を形成することができる、任意の下地材料または複数の材料を指すことができる。更に、用語「浸透性材料」は、追加の種、例えば原子、分子、またはイオンを導入することができる任意の材料を指してもよい。用語「半導体デバイス構造」は、処理された、または部分的に処理された半導体構造の任意の部分であって、半導体基材の上または中に形成される半導体デバイスの能動または受動部品の少なくとも一部である、それらを含む、またはそれらを画定する、半導体構造の任意の部分を指してもよい。例えば、半導体デバイス構造としては、集積回路の能動および受動部品、例えば、トランジスタ、メモリ素子、トランスデューサ、キャパシタ、抵抗器、導電線、導電性ビア、および導電性コンタクトパッドを挙げることができる。
【００１７】
本開示の実施形態を通して、いくつかの例示的な材料が示される。例示的な材料のそれぞれについて与えられた化学式は限定的であると解釈されるべきではなく、そして与えられた非限定的な例示的な材料は与えられた例示的な化学量論によって限定されるべきではないことに留意されたい。
【００１８】
本開示は、浸透性材料、例えば半導体デバイス製造プロセスにおいてエッチングマスクとして使用される、レジストおよびハードマスク材料の特性を改善するために利用されることができる基材処理装置および処理方法を含む。
【００１９】
浸透プロセス、例えば逐次浸透合成（ＳＩＳ）等は、無機保護成分で材料を改質することによって様々な有機材料のエッチング耐性を高めることを示している。例えば、ＳＩＳプロセスは、有機レジスト材料に浸透してレジスト層内に保護成分を形成する気相前駆体へのポリマーレジストの交互暴露を利用する。ＳＩＳプロセスおよびその使用は、米国特許出願公開第２０１２／０２４１４１１号、および／または同第２０１８／０１７１４７５号に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。したがって、基材処理装置において浸透プロセスを高解像度レジストおよびハードマスクパターニングと組み合わせることは、従来の方法、例えば、米国特許出願公開第２０１４／０２７３５１４号および／または米国特許第９，９１６，９８０  Ｂ１号に記載されているもので、参照により本明細書に組み込まれる、ではこれまで見られなかった利点を提供する可能性がある。
【００２０】
浸透プロセスは、上に少なくとも浸透性材料を備える基材を保持するように構築および配置される反応チャンバーを備えることができる専用の浸透ツールを用いて達成されることができる。このような反応チャンバーは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス用に構成された反応チャンバー、ならびに化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス用に構成された反応チャンバーを含むことができる。シャワーヘッド反応チャンバーを使用することができる。クロスフロー、バッチ、ミニバッチ、または空間的ＡＬＤ反応チャンバーを使用することができる。バッチ式反応チャンバー、例えば縦型バッチ式反応チャンバーを使用することができる。他の実施形態では、バッチ式反応チャンバーは、１０枚以下のウェーハ、８枚以下のウェーハ、６枚以下のウェーハ、４枚以下のウェーハ、または２枚以下のウェーハを収容するように構成されたミニバッチ式反応器を備える。浸透プロセスを単独に行うように構築および配置されることができる反応チャンバーを含む、独立型の浸透ツールを利用することができる。レジストは非常に敏感に反応する。したがって、レジストがパターン化された後に非常に迅速に浸透を適用することができる。
【００２１】
したがって、本開示のいくつかの実施形態では、基材処理装置に浸透能力を提供することができる。いくつかの実施形態では、基材処理装置は、基材上にレジストをコーティングするためのレジストコーティング装置および／または基材上のレジストを現像するための現像処理装置を含む湿式処理ステーション、別の処理ステーションと、基材を湿式および／または別の処理ステーションに移動し、基材処理装置内の方向に、および／またはその外の方向に基材を移動させるための基材ハンドラと、を備える。別の処理ステーションは、浸透性材料を有する少なくとも一つの基材を保持するための基材ホルダーを備えた反応チャンバーと、反応チャンバーに気体の第一および／または第二の前駆体を供給し、および反応チャンバーからそれらを除去するために、一つまたは複数の反応チャンバーバルブを備える前駆体分配除去システムと、前駆体分配除去システムに動作可能に接続され、シーケンスコントローラ上で実行される場合に、浸透サイクルによって基材上の浸透性材料の浸透を実行するためのプログラムを備えるメモリを備えるシーケンスコントローラと、を備える浸透装置、を備える。
【００２２】
浸透サイクルは、前駆体分配除去システムを作動させて、第一の前駆体を第一の期間にわたって反応チャンバー内に供給して、基材上の浸透性材料に浸透性材料と第一の前駆体との反応生成物を浸透させることと、前駆体分配除去システムを作動させて、第二の期間にわたって反応チャンバーから第一の前駆体の一部を除去することと、を含む。浸透サイクルは更に、前駆体分配除去システムを作動させて第二の前駆体を第三の期間にわたって反応チャンバー内に供給し、基材上の浸透性材料に、浸透性材料、ならびに／または第一および／もしくは第二の前駆体の反応生成物を浸透させる。処理装置では、浸透性材料として敏感に反応するレジストを有する基材は、処理ツールを浸透せたままにする必要はない。それにより浸透はより早く達成され、汚染の危険性は減少するであろう。したがって、浸透性材料の品質を改善することができる。
【００２３】
本開示の基材処理装置の非限定的な例を、本開示の実施形態による例示的な基材処理装置１の概略図を含む図１に例示する。図１に例示する基材処理装置１は例示的な基材処理装置の簡略化された概略図であり、あらゆる要素、即ち、例えば本開示の基材処理装置の製造に利用することができるあらゆるバルブ、ガスライン、発熱体、および反応器構成要素等を含むわけではないことに留意されたい。
【００２４】
例示的な基材処理装置１は、カセット３を配置することができるカセット収納部２、処理部４、およびインターフェース部５を備えることができる。基材処理装置１は、インターフェース部５を介してフォトリソグラフィ露光装置に基材を搬送することができる。インターフェース部５は、基材処理装置１の一部であっても、または別個のフォトリソグラフィ露光装置（図示せず）の一部であってもよい。処理部４には、基材を移動させるための基材ハンドラ６を設けてもよい。
【００２５】
処理部４には、基材上にレジストをコーティングするためのレジストコーティング装置を備える第一の湿式処理ステーション７と、基材上のレジストを現像するための現像処理装置を備える第二の湿式処理ステーション８とを備えることができる。第一および第二の湿式処理ステーション７、８は、基材を回転させるための回転可能な基材テーブル１７と、基材の表面に液体を供給するための液体ディスペンサとを備えることができる。フォトレジストを、毎秒１０〜１００回転で２０〜６０秒間回転させることができる。
【００２６】
基材ハンドラ６は、基材を第一および／または第二の湿式処理ステーションに移動させ、カセット収納部２およびインターフェース５を介して基材処理装置内および／または基材処理装置外の方向に基材を移動させるように、構成および配置することができる。基材ハンドラ６は、この目的のために水平方向および垂直方向に移動可能な基材ホルダーを有してもよい。加熱ステーション９および冷却ステーション１０を、それぞれ基材をベーキング、冷却するために処理部４に設けてもよく、これらのステーションに基材ハンドラ６によって基材を供給することもできる。
【００２７】
基材処理装置は、浸透性材料、例えばレジストまたはハードマスク製の少なくとも一つの基材を保持するための基材ホルダー１３を備える反応チャンバー１２を備える別の処理ステーション１１を備えることができる。別の処理ステーションは、気体の第一および／または第二の前駆体を反応チャンバー１２に供給し、反応チャンバー１２から除去するための一つまたは複数の反応チャンバーバルブを備える、前駆体分配除去システム１４を備える浸透装置を備えることができる。基材ハンドラ６を、別の処理ステーションへおよび別の処理ステーションから基材を移動させるように構成および配置してもよい。
【００２８】
この基材処理装置では、カセット収納部２に配置されたカセット３に収容された基材１５を基材ハンドラ６によって処理部４内および第一の湿式処理ステーション７内に積み込む。第一の湿式処理ステーション７では、レジストコーティング装置がウェーハＷ上にレジスト溶液をコーティングすることができる。その後、基材を加熱ステーション、別の処理ステーション、および／またはインターフェース部５に搬送することができる。インターフェース部５には、基材をフォトリソグラフィ露光装置に搬送し、そこから戻すために、第一および第二の基材テーブル１６、１７があることができる。
【００２９】
フォトリソグラフィ露光装置は基材上のレジストをパターンを用いて露光し、基材１５を処理部分の第二の湿式処理ステーション８に逆経路で搬送する。第二の湿式処理ステーションにおいて、現像処理装置は基材１５上のパターン化されたレジストを現像する。その後、基材ハンドラ６によって基材を加熱ステーション、別の処理ステーション、および／またはカセット装着部２に搬送することができる。
【００３０】
図２は、図１の基材処理装置用の浸透装置を備える非限定的な例示的な別の処理ステーションを例示する。別の処理ステーション１１は、その上に浸透性材料１０６を備える少なくとも基材１５を保持するように構成および配置された反応チャンバー１２を備えることができる。
【００３１】
浸透性材料を浸透させるために使用することができる反応チャンバーは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス用に構成された反応チャンバー、ならびに化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス用に構成された反応チャンバーを含むことができる。いくつかの実施形態によれば、シャワーヘッド反応チャンバーを使用することができる。いくつかの実施形態によれば、クロスフロー、バッチ、ミニバッチ、浸漬または空間的ＡＬＤ反応チャンバーを使用することができる。
【００３２】
本開示のいくつかの実施形態では、バッチ式反応チャンバーを使用することができる。いくつかの実施形態では、縦型バッチ式反応チャンバーを使用することができる。他の実施形態では、バッチ式反応チャンバーは、１０枚以下のウェーハ、８枚以下のウェーハ、６枚以下のウェーハ、４枚以下のウェーハ、または２枚以下のウェーハを収容するように構成されたミニバッチ式反応器を備える。
【００３３】
反応チャンバー１２内に配置されているのは、上に浸透性材料１０６が配置された、即ち基材１５の上面に配置された少なくとも一つの基材１５である。本開示のいくつかの実施形態では、基材１５は平面基材またはパターン化された基材を備えることができる。基材１５は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ゲルマニウムスズ（ＧｅＳｎ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンゲルマニウムスズ（ＳｉＧｅＳｎ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、またはＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、もしくは窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む一つまたは複数の材料を含むことができるが、これらに限定されない。本開示のいくつかの実施形態では、基材１５は、表面半導体層がバルク支持部上に配置され、介在する埋め込み酸化物（ＢＯＸ）がその間に配置される加工基材を含む。
【００３４】
パターン化された基材は、基材の表面内または表面上に形成された半導体デバイス構造を含むことができる基材を備えることができ、例えば、パターン化された基材は、部分的に製造された半導体デバイス構造、例えばトランジスタおよび／またはメモリ素子を含むことができる。いくつかの実施形態では、基材は、単結晶表面、ならびに／または非単結晶表面、例えば多結晶表面および／もしくはアモルファス表面を含むことができる一つまたは複数の第二の表面を含みことができる。単結晶表面は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ゲルマニウムスズ（ＧｅＳｎ）、またはゲルマニウム（Ｇｅ）のうちの一つまたは複数を含むことができる。多結晶またはアモルファス表面は、誘電体材料、例えば酸化物、酸窒化物または窒化物、例えば酸化ケイ素および窒化ケイ素等を含むことができる。
【００３５】
本開示のいくつかの実施形態では、基材１５は、その上に配置された、すなわち基材１５の上面に配置された浸透性材料１０６を有する。浸透性材料１０６は、浸透性材料１０６に導入された場合に浸透性材料１０６のエッチング耐性を高めることができる追加の種を導入することができる任意の材料を含むことができる。本開示のいくつかの実施形態では、浸透性材料１０６は、ポリマーレジスト、例えばフォトレジスト、極端紫外線（ＥＵＶ）レジスト、液浸フォトレジスト、化学増幅レジスト（ＣＡＲ）、または電子線レジスト（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ））等のうちの少なくとも一つを含むことができる。
【００３６】
本開示のいくつかの実施形態では、浸透性材料１０６は、多孔質材料、例えばスピンオングラス（ＳＯＧ）およびスピンオンカーボン（ＳＯＣ）を含む多孔質材料、例えば微多孔質および／またはナノ多孔質材料を含むことができる。本開示のいくつかの実施形態では、浸透性材料１０６は、炭化ホウ素、非晶質炭素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、および酸窒化ケイ素を含むがこれらに限定されない、一つまたは複数のハードマスク材料を含むことができる。
【００３７】
本開示のいくつかの実施形態では、浸透性材料１０６は、パターン化された浸透性材料、例えば、一つまたは複数の浸透性形体を含むパターン化されたレジストまたはパターン化されたハードマスクを含むことができる。形体を、後続のエッチングプロセス中に下にある基材に転写することができる。浸透性形体は、露光および関連する現像プロセスに応じて形成されることができる任意の形状を含むことができ、ライン形体、ブロック形体、開気孔形体、および円形形体を含むことができるが、これらに限定されない。
【００３８】
本開示のいくつかの実施形態では、浸透性材料１０６は、後続のプロセス中にパターン形成され得る平坦な浸透性材料を含むことができる。例えば、浸透性材料１０６は、後続のリソグラフィ露光工程中にパターン化されることができる平坦なレジストを備えることができるか、または浸透性材料１０６は、後続のエッチング工程中にパターンされることができる平坦なハードマスクを備えることができる。
【００３９】
基材１５は、反応チャンバー１２内に配置され、その上に少なくとも一つの基材を保持するように構成される基材ホルダー１３によって定位置に保持されることができる。本開示のいくつかの実施形態では、本明細書に開示される浸透プロセスは、基材１５および関連する浸透性材料１０６を好適なプロセス温度に加熱するプロセスを利用することができる。したがって、基材ホルダー１３は、浸透性材料１０６をその上に配置した基材１５を加熱するように構成することができる一つまたは複数の発熱体１１０を備えることができる。発熱体１１０は、基材１５を、２０〜４５０℃、好ましくは５０〜１５０℃、より好ましくは６０〜１２０℃、最も好ましくは７０〜１００℃の温度に、例えば８５℃に加熱するように構成されてもよい。本開示のいくつかの実施形態では、別のステーション１１は、反応チャンバー内の圧力を０．００１〜１，０００、好ましくは０．１〜５００、最も好ましくは１〜１００Ｔｏｒｒの値に制御するように構成および配置されている。
【００４０】
本開示のいくつかの実施形態では、浸透装置を備える別のステーション１１は、前駆体分配除去システムを備えることができる。前駆体分配除去システムは、いくらかの前駆体の蒸気を供給し、関連する蒸気を反応チャンバー１２に分配するように構成および配置された一つまたは複数の前駆体源１１４Ａおよび１１４Ｂを更に含むことができるガス供給システム１１２を備えることができる。ガス供給システム１１２はまた、本明細書に記載の例示的な浸透プロセスのパージサイクルで利用することができるパージガスを貯蔵および分配するように構成された供給源容器１１６を含むことができる。ガス供給システム１１２はまた、本明細書に記載の例示的な浸透プロセスで利用されるように反応物質を収容して反応チャンバー１２に分配するように構成される反応物質供給源容器１１８を備えることができる。非限定的な例として、別のステーション１１は、第一の前駆体の蒸気を供給するように構築および配置される第一の前駆体源１１４Ａを含むことができる。いくつかの実施形態において、第一の前駆体源１１４Ａは、第一の前駆体を蒸発させるように構成および配置された第一の前駆体蒸発器を備えることができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａは、好適な作動条件下で第一の前駆体を貯蔵および収容するように構成された供給源容器を備えることができる。例えば、第一の前駆体は固体前駆体、液体前駆体、または気相前駆体を含むことができ、供給源容器は好適な作動条件下で固体、液体、または気相前駆体を貯蔵および収容するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、第一の前駆体源は、第一の前駆体を好適な作動温度に加熱し、それにより第一の前駆体の一部を制御可能に蒸発させることができる、一つまたは複数の制御可能な発熱体を備えることができる第一の前駆体蒸発器を備えることができ、蒸発した蒸気は、続いて、浸透性材料を浸透させるための好適な手段によって反応チャンバー１２に分配される。いくつかの実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａと関連付けられた一つまたは複数の発熱体は、第一の前駆体の蒸気圧を制御するように構成されてもよい。更に、流量コントローラ１２０Ａ、例えば質量流量コントローラ（ＭＦＣ）は、第一の前駆体源１１４Ａと更に関連付けられてもよく、第一の前駆体源１１４Ａ、例えば、第一の前駆体蒸発器から生成された蒸気の質量流量を制御するように構成されてもよい。流量コントローラ１２０Ａに加えて、バルブ１２２Ａ、例えば遮断弁を第一の前駆体源１１４Ａと関連付けることができ、第一の前駆体源１１４Ａを反応チャンバー１２から切リ離すために利用することができる。即ち、バルブ１２２Ａが閉位置にある場合には、第一の前駆体源１１４Ａによって生成された蒸気が反応チャンバー１２内に流入するのを防ぐことができる。
【００４２】
更なる実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａは、キャリアガス（例えば、窒素）を第一の前駆体上を通過させる、または第一の前駆体を通ってバブリングさせることができるようなキャリアガス投入装置（図示せず）を更に備えることができ、その結果、第一の前駆体をキャリアガス中に取り込むことができ、その後、キャリアガス／第一の前駆体蒸気を適切な手段によって反応チャンバー１２に供給することができる。
【００４３】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な浸透ステーション１１（図２）は、反応チャンバー１２に第一の前駆体源１１４Ａからの第一の前駆体の蒸気を供給し、反応チャンバー１２から第一の前駆体の蒸気を除去するように構築および配置される前駆体分配除去システムを備えることができる。
【００４４】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別の処理ステーション１１は、反応チャンバー１２中にアルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）、リチウム（Ｌｉ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびスズ（Ｓｎ）を含む群からの金属を含む第一の前駆体源１１４から第一の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給するように構築および配置される前駆体分配除去システムを含むことができる。
【００４５】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別の処理ステーション１１は、金属アルキルアミド前駆体を含む前駆体を反応チャンバー１２内に供給するように構築および配置される前駆体分配除去システムを備えることができる。
【００４６】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別の処理ステーション１１は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、およびジメチルアルミニウムヒドリド（ＤＭＡＨ）を含む群から選択される前駆体を供給するように構築および配置される前駆体分配除去システムを備えることができる。それにより、浸透装置は、金属、例えば浸透性材料、例えばレジスト中のアルミニウムを浸透させることができる。
【００４７】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別のステーション処理１１は、ハロゲン化金属を含む第一の前駆体源１１４から第一の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給するように構築および配置される前駆体分配除去システムを備えることができる。
【００４８】
本開示のいくつかの実施形態では、浸透装置の前駆体分配除去システムは、ＳｎＩ４またはＳｎＣｌ４を含む前駆体を反応チャンバー内に供給するように構築および配置されている。本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別の処理ステーション１１は、テトラエチルスズ、テトラメチルスズ、またはアセチルアセトネートスズを含む群から選択される前駆体を反応チャンバー内に供給するように構築および配置される前駆体分配除去システムを備えることができる。それにより、浸透装置は、金属、例えば浸透性材料、例えばレジスト中のアルミニウムを浸透させることができる。
【００４９】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別のステーション１１は、マグネシウムおよび／またはカルシウムを含む第一の前駆体源１１４から第一の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給するように構築および配置される前駆体分配除去システムを備えることができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、浸透装置は、浸透性材料、例えばレジスト中にシリコンを浸透させるように構築および配置することができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａは、アミノシランの蒸気を供給するように構成および配置されてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、第一の前駆体源は、３−アミノプロピルおよびケイ素含有化合物の蒸気、即ち３−アミノプロピル成分とケイ素成分の両方を含むケイ素前駆体を提供するように構築および配置されてもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａは、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）の蒸気を供給するように構築および配置されてもよい。例えば、第一の前駆体源１１４Ａは、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）を蒸発させるように構築および配置されることができる第一の前駆体蒸発器を備えることができる。例えば、ＡＰＴＥＳを好適な供給源容器に貯蔵して収容することができ、ＡＰＴＥＳの一部を気化させ、それにより浸透性材料を浸透させるのに好適な気化された第一の前駆体を生成するために、関連する発熱体を利用してＡＰＴＥＳを０℃より高い、または９０℃より高い、または更には２３０℃より高い温度に加熱することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａは、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）の蒸気を供給するように構築および配置されてもよい。例えば、第一の前駆体源１１４Ａは、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）を蒸発させるように構築および配置されることができる第一の前駆体蒸発器を備えることができる。例えば、ＡＰＴＭＳを好適な供給源容器に貯蔵して収容することができ、ＡＰＴＭＳの一部を気化させ、それにより浸透性材料を浸透させるのに好適な気化された第一の前駆体を生成するために、関連する発熱体を利用してＡＰＴＭＳを０℃より高い、または９０℃より高い、または更には２３０℃より高い温度に加熱することができる。
【００５５】
本開示のいくつかの実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａは、アルコキシド配位子とアルコキシド配位子以外の別の配位子とを含むシリコン前駆体の蒸気を供給するように構築および配置されてもよい。例えば、第一の前駆体源１１４Ａは、アルコキシド配位子およびアルコキシド配位子以外の別の配位子を含むシリコン前駆体を蒸発させるように構築および配置されることができる第一の前駆体蒸発器を備えることができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａは、シリコン原子に結合するアミノ置換アルキル基を含むシリコン前駆体の蒸気を供給するように構築および配置されてもよい。
【００５７】
より詳細には、前駆体分配システムは、ガス供給システム１１２、および一つまたは複数のガスライン、例えば第一の前駆体源１１４Ａと流体連通するガスライン１２４、第二の前駆体源１１４Ｂと流体連通するガスライン１２６、供給源容器１１６と流体連通するガスライン１２８、および反応物質供給源容器１１８と流体連通するガスライン１３０を備えることができる。非限定的な例として、ガスライン１２４は第一の前駆体源１１４Ａに流体連通しており、第一の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給するように構成されていてもよい。
【００５８】
前駆体分配システムは更に、第一の前駆体の蒸気を反応性チャンバー１２内および浸透性材料１０６が上に配置された基材１５上に分配するように構成されるガスディスペンサ１３２を備えることができ、ガスディスペンサ１３２は、ガスライン１２６、１２８、および１３０と流体連通することに加えて、ガスライン１２４と流体連通する。
【００５９】
非限定的な例示的実施形態として、図２にブロック形状で例示するように、ガスディスペンサ１３２はシャワーヘッドを備えることができる。シャワーヘッドはブロック形状で例示されているが、シャワーヘッドは比較的複雑な構造であることができることに留意されたい。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドは、ガス混合物を反応チャンバー１２に分配する前に複数の供給源からの蒸気を混合するように構成されてもよい。別の実施形態では、シャワーヘッドは、シャワーヘッドに導入された複数の蒸気間の分離を維持するように構成されてもよく、複数の蒸気は反応チャンバー１２内に配置された基材１５の近傍でのみ互いに接触する。更に、シャワーヘッドは、反応チャンバー１２内への垂直方向または水平方向のガスの流れを供給するように構成されてもよい。例示的なガス分配器は、米国特許第８，１５２，９２２号に記載されており、その内容は、本開示と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６０】
図２に例示するように、前駆体分配システムは、ガス供給システム１１２、少なくともガスライン１２４、１２６、１２８、および１３０、ならびにガス分配器１３２を備えることができるが、前駆体分配システムは図２に例示しない別の構成要素、例えば別のガスライン、バルブ、アクチュエータ、シール、および発熱体を備えることができることに留意されたい。
【００６１】
前駆体分配システムに加えて、浸透装置を備える別のステーション１１はまた、反応チャンバー１２からガスを除去するように構築および配置される除去システムを備えることができる。いくつかの実施形態では、除去システムは、反応チャンバー１２の壁内に配置される排気口１３４と、排気口１３４と流体連通する排気ライン１３６と、排気ライン１３６と流体連通し反応チャンバー１２内からガスを排気するように構成される真空ポンプ１３８とを備えることができる。一つまたは複数のガスが真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２から排出されると、それらは別の排気ライン１４０に沿って運ばれて別のステーション１１を出ることができ、そこで更なる削減プロセスを受けることができる。
【００６２】
反応チャンバー１２内からの前駆体ガス、すなわち反応性蒸気の除去を更に助けるために、除去システムは、ガスライン１２８を介してガス分配器１３２に流体連通する供給源容器１１６を更に備えることができる。例えば、供給源容器１１６は、パージガス、例えばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、またはヘリウム（Ｈｅ）を収容および貯蔵するように構成されてもよい。供給源容器１１６に関連付けられた流量コントローラ１２０Ｃおよびバルブ１２２Ｃは、ガスライン１２８を通ってガス分配器１３２へ、そして反応チャンバー１２内へと供給されるパージガスの流量、特に質量流量を制御することができる。パージガスは、反応チャンバー１２内から気相前駆体ガス、不活性ガス、および副生成物の除去を助け、特に、浸透性材料１０６の露出面から前駆体ガスおよび未反応副生成物を取り除くことができる。パージガス（および任意の関連する前駆体および副生成物）は、真空ポンプ１３８を利用して排気口１３４を経由して反応チャンバー１２から出ることができる。
【００６３】
本開示のいくつかの実施形態では、別のステーション１１は、前駆体分配システムおよび除去システムに動作可能に接続され、シーケンスコントローラ上で実行される場合に浸透性材料の浸透を実行するためのプログラムを備えたメモリ１４４を備えるシーケンスコントローラ１４２を更に備えることができる。
【００６４】
より詳細には、例示的な別のステーション１１は、制御ライン１４４Ａ、１４４Ｂ、および１４４Ｃも含むことができるシーケンスコントローラ１４２を備えることができ、制御ラインは浸透システム１１の様々なシステムおよび／または構成要素をシーケンスコントローラ１４２に結合させることができる。例えば、制御ライン１４４Ａは、シーケンスコントローラ１４２をガス供給システム１１２と結合させることができ、それによってガスライン１２４、１２６、１２８、および１３０、ならびにガス分配器１３２を含む前駆体分配システムを制御することができる。制御ライン１４４Ｂは、シーケンスコントローラ１４２を反応チャンバー１２と結合させ、それによって、プロセス圧力およびサセプタ温度を含むがこれらに限定されない反応チャンバーの作動を制御することができる。制御ライン１４４Ｃは、ガス除去システムの操作および制御がシーケンスコントローラ１４２によって提供されることができるように、シーケンスコントローラ１４２を真空ポンプ１３８と結合させることができる。
【００６５】
図２に例示するように、シーケンスコントローラ１４２は三本の制御ライン１４４Ａ、１４４Ｂ、および１４４Ｃを備えるが、多数の制御ライン、即ち電気的および／または光学的に接続した制御ラインを利用して、別のステーション１１を備える所望のシステムおよび構成要素をシーケンス制御装置１４２と結合し、それによって浸透装置全体を制御することができる。
【００６６】
本開示のいくつかの実施形態では、シーケンスコントローラ１４２は、例示的な浸透装置に含まれるバルブ、ヒーター、流量コントローラ、マニホールド、ポンプ、および他の機器を選択的に操作するための電子回路を備えることができる。このような回路および構成要素は、前駆体ガスおよびパージガスをそれぞれの前駆体源１１４Ａ、１１４Ｂ、反応物質供給源容器１１８、およびパージガス供給源容器１１６から導入するように動作する。シーケンスコントローラ１４２はまた、前駆体パルスシーケンスのタイミング、基材および反応チャンバー１２の温度、ならびに反応チャンバーの圧力、ならびに別のステーション１１を適切に作動させるために必要な他の様々な作動を制御することができる。いくつかの実施形態では、シーケンスコントローラ１４２はまた、反応チャンバー１２内に入り、そこから出て行く前駆体およびパージガスの流量を制御するための制御ソフトウェアおよび電気的または空気圧で制御されるバルブを備えることができる。本開示のいくつかの実施形態では、シーケンスコントローラ１４２は、シーケンスコントローラ上で実行される場合、浸透性材料の浸透を実行するためのプログラムを備えたメモリ１４４を備えることができる。例えば、シーケンスコントローラ１４２は、モジュール、例えば特定の浸透プロセスを行うソフトウェアまたはハードウェアコンポーネント、例えばＦＰＧＡもしくはＡＳＩＣを備えることができる。モジュールは、シーケンスコントローラ１４２のアドレス指定可能な記憶媒体上に常駐するように構成されることができ、一つまたは複数の浸透プロセスを実行するように構成されることができる。
【００６７】
本開示のいくつかの実施形態では、シーケンスコントローラ１４２のメモリ１４４は、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第一の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２内の基材１５上の浸透性材料１０６に供給し、それにより反応チャンバー１２内の基材１５上の浸透性材料１０６に第一の前駆体の蒸気と浸透性材料１０６との反応の反応生成物を浸透させる、によって実行するためのプログラムを備えることができる。
【００６８】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別のステーション１１は、第二の前駆体源１１４Ｂ、例えば第二の前駆体蒸発器を備えることができる。より詳細には、第二の前駆体源１１４Ｂは、第二の前駆体の蒸気を供給するように構築および配置されてもよい。例えば、第二の前駆体源１１４Ｂは、第二の前駆体を蒸発させるように構築および配置されることができる第二の前駆体蒸発器を備えることができる。いくつかの実施形態では、第二の前駆体源１１４Ｂは、第一の前駆体源１１４Ａと同一または実質的に同一であってもよく、したがって、第二の前駆体源１１４Ｂに関する詳細は、簡潔のために省略される。
【００６９】
いくつかの実施形態では、前駆体分配システムおよび除去システムは、反応チャンバー１２に第二の前駆体源１１４Ｂから第二の前駆体の蒸気を供給するように構築および配置されてもよい。例えば、ガスライン１２６は、流量コントローラ１２０Ｂおよびバルブ１２２Ｂを介して第二の前駆体源１１４Ｂに流体連通することができ、第二の前駆体の蒸気を第二の前駆体源１１４Ｂからガス分配器１３２に、続いて反応チャンバー１２内に供給することができる。いくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第二の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給し、それにより基材１５上の浸透性材料１０６に第二の前駆体の蒸気を浸透させることができる、によって実行するようにプログラムされることができる。
【００７０】
本開示のいくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第一の前駆体の後に第二の前駆体を供給する、即ち、第一の前駆体源１１４Ａは、第一の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２内に供給し、浸透性材料１０６に第一の前駆体を浸透させることができ、続いて、第二の前駆体源１１４Ｂは、第二の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給し、浸透性材料１０６に第二の前駆体を浸透させることができる、によって実行するようにプログラムされることができる。メモリ１４４に格納されたプログラムの浸透サイクルは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の浸透を実行するために第二の前駆体の蒸気を供給する第三期間よりも長い第一の前駆体の蒸気を供給する第一の期間を有してもよい。あるいは、メモリ１４４に格納されたプログラムの浸透サイクルは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の浸透を実行するために第一の期間よりも長い第三の期間を有してもよい。メモリ１４４に格納されたプログラムの浸透サイクルは、第三の期間よりも０．１〜１０，０００、好ましくは１〜１，０００、および最も好ましくは５〜１００倍長く第一の前駆体の蒸気を供給する第一の期間を有することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、シーケンスコントローラ１４２は、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて第二の前駆体の後に第一の前駆体を提供するためにメモリ１４４上でプログラムを実行してもよい。即ち、第二の前駆体源１１４Ｂは、第二の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給して浸透性材料１０６に第二の前駆体の蒸気を浸透させることができ、続いて、第一の前駆体源１１４Ａは第一の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給して浸透性材料１０６に第一の前駆体の蒸気を浸透させることができる。
【００７２】
本開示のいくつかの実施形態では、メモリ１４４に格納されたプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて第一の前駆体を反応チャンバー１２に供給し、続いて過剰の第一の前駆体およびあらゆる副生成物を反応チャンバーから除去するためにパージサイクルを行い、そしてその後第二の前駆体を反応チャンバーに供給し、続いて過剰の第二の前駆体およびあらゆる副生成物を反応チャンバーから除去するために第二のパージサイクルを行う、によって実行するようにプログラムされることができる。
【００７３】
より詳細には、シーケンスコントローラ１４２のメモリ１４４内に搭載されたプログラムは、最初に第一の前駆体源１１４Ａを作動させ、反応チャンバー１２に第一の前駆体の蒸気を供給して浸透性材料１０６に第一の前駆体の蒸気を浸透させることができる。その後、第一の前駆体源１１４Ａの作動を停止させ、第一の前駆体源１１４Ａと反応チャンバー１２との間の反応チャンバー１２への流体連通を、例えば第一の前駆体源１１４Ａに関連付けられたバルブ１２２Ａによって解除することができる。第一の前駆体源１１４Ａの作動を停止させ、そして反応チャンバー１２から分離すると、シーケンスコントローラ１４２のメモリ１４４に搭載されたプログラムは、真空ポンプ１３８と係合させし、または係合させ続けて、第一の前駆体の過剰な蒸気およびあらゆる副生成物を反応チャンバー１２から排出させることができる。更なる実施形態では、真空ポンプ１３８を利用して第一の前駆体の過剰な蒸気およびあらゆる副生成物を反応チャンバー１２から排出することに加えて、シーケンスコントローラ１４２のメモリ１４４に搭載されたプログラムはパージガスの供給源を含む供給源容器１１６を、例えば、供給源容器１１６に関連付けられたバルブ１２２Ｃを開くことによって作動させることができる。パージガスは、ガス分配器１３２を介してガスライン１２８を通って反応チャンバー１２内に流れ込み反応チャンバー１２をパージし、特に基材１５上に配置された浸透性材料１０６をパージすることができる。シーケンスコントローラ１４２のメモリ１４４に搭載されたプログラムは、その後、反応チャンバー１２を通るパージガスの流れを停止させ、続いて第二の前駆体源１１４Ｂを作動させ、それによって第二の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給し、特に浸透性材料１０６を第二の蒸気源１１４Ｂによって供給される第二の前駆体蒸気で浸透させることができる。シーケンスコントローラ１４２のメモリ１４４に搭載されたプログラムは、続いて第二の前駆体の蒸気の反応チャンバー１２への流れを停止させ、続いて供給源容器１１６を作動させて反応チャンバーを再びパージする、例えば第二の前駆体の過剰な蒸気を除去することができる。
【００７４】
本開示のいくつかの実施形態では、メモリ１４４に搭載されたプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて第二の前駆体の蒸気を反応チャンバーに供給し、続いて第二の前駆体の過剰な蒸気およびあらゆる副生成物を反応チャンバーから除去するためにパージサイクルを行い、その後第一の前駆体の蒸気を反応チャンバーに供給し、続いて第一の前駆体の過剰な蒸気およびあらゆる副生成物を反応チャンバーから除去するためにパージサイクルを行う、によって実行するようにプログラムされることができる。
【００７５】
本開示の追加の実施形態では、追加のステーション１１は、逐次浸透合成（ＳＩＳ）装置を含む浸透装置を備えることができる。例えば、逐次浸透合成（ＳＩＳ）装置は、浸透性材料を二つ以上の気相前駆体に交互に自己制御的に曝すように構築および配置されることができる。
【００７６】
本開示の更なる実施形態では、第一の前駆体源１１４Ａおよび第二の前駆体源１１４Ｂに加えて、例示的な別のステーション１１は、反応物質供給源容器１１８および反応物供給ライン、即ち、酸素前駆体を含む反応物質を反応チャンバー１２に供給するように構築および配置されるガスライン１３０を更に備えることができる。
【００７７】
本開示のいくつかの実施形態では、反応物質供給源容器１１８は、固相の、液相の、または気相の反応物質を含むことができる。いくつかの実施形態では、反応物質供給源容器１１８は反応物質蒸発器を備えることができ、即ち、一つまたは複数の発熱体が反応物質供給源容器と関連付けられ、反応物質の蒸発を可能にし、それによって酸素前駆体を含む気化反応物質を反応チャンバー１２に提供することができる。いくつかの実施形態では、酸素前駆体を含む蒸気反応物質の反応チャンバーへの流量の制御は、共に反応物質供給源容器１１８に関連付けられたバルブ１２２Ｄおよび流量コントローラ１２０Ｄを使用することによって達成されることができる。反応物質供給源容器１１８が反応物質蒸発器を更に備える本開示のいくつかの実施形態では、反応物質蒸発器は、酸素前駆体を含む反応物質として水（Ｈ２Ｏ）または過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）のうちの少なくとも一つを蒸発させるように構築および配置されることができる。
【００７８】
本開示のいくつかの実施形態では、反応物質供給源容器１１８は、反応物質供給ライン１３０およびガス分配器１３２を介して気体の酸素前駆体を反応チャンバー１２に貯蔵および分配することができる。いくつかの実施形態では、気体の酸素前駆体は、オゾン（Ｏ３）または分子状酸素（Ｏ２）のうちの少なくとも一つを含むことができる。
【００７９】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な浸透ステーション１１は必要に応じてプラズマ発生器１４６を更に備えることができる。プラズマ発生器１４６は、気体の酸素前駆体からプラズマを発生させ、それによって原子状酸素、酸素イオン、酸素ラジカル、および酸素の励起種のうちの一つまたは複数を反応チャンバー１２に供給するように構築および配置されることができ、それによって、プラズマ発生器１４６によって生成される酸素系プラズマは、基材１５の上に配置される浸透性材料１０６と反応することができる。
【００８０】
本開示のいくつかの実施形態では、例示的な別のステーション１１は、酸素前駆体を含む反応物質を反応チャンバー１２に供給するように構築および配置される反応物質供給源容器１１８および反応物質供給ライン１３０を更に備える逐次浸透合成装置とすることができ、シーケンスコントローラ１４２のメモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて反応チャンバー１２からガスを除去すること、および前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて酸素前駆体を含む反応物質を反応チャンバー１２に供給すること、それによって、反応チャンバー１２内の基材１５上の浸透性材料１０６を、第一の前駆体および酸素前駆体を含む反応物質と浸透性材料１０６との反応によって浸透させることにより、浸透性材料１０６の浸透を実行するようにプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、第一の前駆体を供給し、続いて反応物質を供給するプログラムシーケンスを、一回または複数回繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プログラムシーケンスの各工程の後に、真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２を排気し、必要に応じて供給源容器１１６からパージガスを流すことによって反応チャンバーから過剰な前駆体および副生成物を除去するパージサイクルを行うことができる。
【００８１】
本開示のいくつかの実施形態では、メモリ１４４に搭載されたプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行される場合、浸透性材料１０６の逐次浸透合成を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、酸素前駆体を反応物質供給源容器１１８から反応チャンバーに、続いて第一の前駆体の蒸気を第一の前駆体源１１４Ａから反応チャンバー１２に供給し、それにより浸透性材料に第一の前駆体および酸素原子を浸透させる、により実行するようにプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、酸素前駆体を供給し、続いて第一の前駆体の蒸気を供給するプログラムシーケンスを、一回または複数回繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プログラムシーケンスの各工程の後に、真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２を排気し、必要に応じて供給源容器１１６からパージガスを流すことによって反応チャンバーから過剰な前駆体および副生成物を除去するパージサイクルを行うことができる。
【００８２】
本開示のいくつかの実施形態では、装置は逐次浸透合成装置を備え、第二の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に供給するように構築および配置される第二の前駆体源１１４Ｂを更に備える。例えば、第二の前駆体源１１４Ｂは、第二の前駆体を蒸発させるように構築および配置される第二の前駆体蒸発器を備えることができる。いくつかの実施形態では、前駆体分配システムおよび除去システムは、第二の前駆体源１１４Ｂから第二の前駆体の蒸気を反応チャンバー１２に提供するように構築および配置されてもよく、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて第二の前駆体を供給する、によって実行するようにプログラムされる。
【００８３】
いくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第一の前駆体、続いて反応物質、続いて第二の前駆体、そして続いて反応物質を供給する、によって実行するようにプログラムされる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第一の前駆体、続いて反応物質、続いて第二の前駆体、そして続いて反応物質を供給することを複数回繰り返す、によって実行するようにプログラムされることができる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第一の前駆体、続いて反応物質、続いて第二の前駆体、そして続いて反応物質を供給する各工程の間に、前駆体および／または反応物質を反応チャンバーから除去する、によって実行するようにプログラムされることができる。
【００８６】
本開示のいくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第一の前駆体を供給し、続いて第二の前駆体を供給し、そして続いて反応物質を供給する、によって実行するようにプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、第一の前駆体を供給し、続いて第二の前駆体を供給し、そして続いて反応物質を供給するプログラムシーケンスを、一回または複数回繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プログラムシーケンスの各工程の後に、真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２を排気し、必要に応じて供給源容器１１６からパージガスを流すことによって反応チャンバーから過剰な前駆体および副生成物を除去するパージサイクルを行うことができる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第二の前駆体を供給し、続いて第一の前駆体を供給し、そして続いて反応物質を供給する、によって実行するようにプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、第二の前駆体を供給し、続いて第一の前駆体を供給し、そして続いて反応物質を供給するプログラムシーケンスを、一回または複数回繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プログラムシーケンスの各工程の後に、真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２を排気し、必要に応じて供給源容器１１６からパージガスを流すことによって反応チャンバーから過剰な前駆体および副生成物を除去するパージサイクルを行うことができる。
【００８８】
本開示のいくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、第一の前駆体を供給し、続いて反応物質を供給し、そして続いて第二の前駆体を供給する、によって実行するようにプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、第一の前駆体を供給し、続いて反応物質を供給し、そして続いて第二の前駆体を供給するプログラムシーケンスを、一回または複数回繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プログラムシーケンスの各工程の後に、真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２を排気し、必要に応じて供給源容器１１６からパージガスを流すことによって反応チャンバーから過剰な前駆体および副生成物を除去するパージサイクルを行うことができる。
【００８９】
本開示のいくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、反応物質を供給し、続いて第一の前駆体を供給し、続いて第二の前駆体を供給し、そして続いて反応物質を供給する、によって実行するようにプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、反応物質を供給し、続いて第一の前駆体を供給し、続いて第二の前駆体を供給し、そして続いて反応物質を供給するプログラムシーケンスを、一回または複数回繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プログラムシーケンスの各工程の後に、真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２を排気し、必要に応じて供給源容器１１６からパージガスを流すことによって反応チャンバーから過剰な前駆体および副生成物を除去するパージサイクルを行うことができる。
【００９０】
いくつかの実施形態では、メモリ１４４内のプログラムは、シーケンスコントローラ１４２上で実行する場合、浸透性材料１０６の浸透を、前駆体分配システムおよび除去システムを作動させて、反応物質を供給し、続いて第一の前駆体を供給し、続いて反応物質を供給し、そして続いて第二の前駆体を供給する、によって実行するようにプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、反応物質を供給し、続いて第一の前駆体を供給し、続いて反応物質を供給し、そして続いて第二の前駆体を供給するプログラムシーケンスを、一回または複数回繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、プログラムシーケンスの各工程の後に、真空ポンプ１３８を利用して反応チャンバー１２を排気し、必要に応じて供給源容器１１６からパージガスを流すことによって反応チャンバーから過剰な前駆体および副生成物を除去するパージサイクルを行うことができる。
【００９１】
上に記載した本開示の例示的実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその法的等価物により定義される、本発明の実施形態の単なる例であるため、これらの実施形態によって本発明の範囲は限定されない。いかなる同等の実施形態も、本発明の範囲内にあることを意図している。実際に、記載した要素の代替の有用な組み合わせなど、本明細書に示し記載したものに加えて、本開示の様々な改変が、記載から当業者に明らかとなってもよい。このような改変および実施形態もまた、添付の特許請求の範囲に入ると意図される。
【図１】
2020074354.tif 000003
【図２】
2020074354.tif 000004
【外国語明細書】
2020074354000001.pdf