(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積プロセス中に基板上に配置された金属を含む少なくとも１つの層上に高分子膜を堆積し、
基板上に配置された前記少なくとも１つの層内の開口部を第１エッチングプロセス中にエッチングし、
第２エッチングプロセス中に基板をエッチングすることによって基板上に配置された前記少なくとも１つの層内にプロファイルを形成することを含み、
前記少なくとも１つの層をエッチングする第１エッチングプロセス中に第１バイアス電力が基板に印加され、基板をエッチングする第２エッチングプロセス中に第２バイアス電力が基板に印加され、第１バイアス電力が第２バイアス電力よりも大きい、チャンバ内で基板をエッチングする方法。
【請求項２】
基板が、シリコン及び酸化物の少なくとも１つを含む複数の層を備える請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１バイアス電力及び第２バイアス電力の少なくとも一方をパルス化することを更に含む請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
（分野）
本発明の実施形態は概して基板処理システム及び関連する基板プロセス、例えばエッチング／堆積プロセスに関する。一態様において、本発明は、改善されたシリコンエッチングシステムに関する。別の態様において、本発明は高速ガス交換システムに関する。更に別の態様において、本発明は、デュアルエッチング／堆積プロセスを提供することに関する。更に別の態様において、本発明は、処理チャンバ及びガス送出システムを含むシステムを使用して、チャンバ内で基板を処理しながら迅速なガス移行プロセスを提供することに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
ミクロ電子デバイスの製造には多数の異なるステージがあり、各ステージには様々なプロセスが含まれる。あるステージでは、ある特定のプロセスにより、シリコン基板等の基板の表面をプラズマに暴露することによって基板の物理的及び材料特性を変化させる。このプロセスはエッチングとして知られており、材料を除去してホール、ビア及び／又はその他の開口部（本明細書においては「トレンチ」と称される）を基板に形成することを伴う。
【０００３】
プラズマエッチリアクタは一般に、半導体基板にトレンチをエッチングするために使用される。これらのリアクタは、基板がその内部で支持されるところのチャンバを備える。少なくとも１つの反応ガスをチャンバに供給し、高周波信号をこの反応ガスに結合させてプラズマを形成する。このプラズマによって、リアクタ内に位置決めされた基板をエッチングする。基板も高周波信号に結合させることによって、エッチングプロセス中、この基板にバイアスを印加してエッチング性能及びトレンチプロファイルを向上させる場合もある。
【０００４】
これらのトレンチプロファイルは、異なる限界寸法を必要とすることが多い。限界寸法には幅、深さ、アスペクト比、レジスト選択性、側壁の粗さ及び側壁の平坦性が含まれる。これらの限界寸法は様々な要素によって制御することができ、そのうちの２つがエッチング時間とエッチング速度であり、これらは更にエッチング対象となる材料及び使用するエッチングシステムのタイプに左右される。
【０００５】
特に重要な材料の１つがシリコンである。ＴＳＶ（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ：シリコン貫通電極）エッチングは、シリコン基板に深いトレンチを形成するために低周波バイアス電力及び低温環境を必要とする独特の技法である。しかしながら、製造中、シリコンは一般にシリコン以外の材料の複数の層（シリコン上に堆積される酸化物層、金属層等）によって被覆される。酸化物及び金属には、高周波バイアス電力等のシリコンの場合とは異なるエッチング要件がある。加えて、堆積ステップ中、エッチングステップに先立ってトレンチの側壁を保護するためにトレンチ形成中に基板の層上に薄膜ポリマー層を堆積する場合がある。このポリマー層に、酸化物、金属又はシリコン層とは異なる更に別のエッチング要件がある場合がある。これらの全く異なる要件が、使用するエッチングシステムのタイプの複雑度に影響し、またその複雑度を上げる。
【０００６】
エッチングシステムのタイプの１つに、インシチュ（in-situ）のプラズマエッチングが含まれる。この第１のタイプのエッチングシステムを使用し、除去プラズマ及び堆積プラズマを使用して単一のリアクタ内で基板からの材料の除去と基板への材料の堆積を交互に行うことによって、トレンチを形成することが可能である。別のタイプのエッチングシステムには、遠隔プラズマエッチング含まれる。この２番目のタイプのエッチングシステムを利用すると、トレンチをインシチュシステムの場合と同様に形成することができるが、ただしプラズマを、１次リアクタ内に位置する基板上に導入する前に遠隔リアクタ内で発生させる。エッチングシステムのタイプに加え、各システムを使用してのエッチングのプロセスも変化し得る。一部のエッチングプロセスでは時分割ガスモジュレーション（ＴＭＧＭ）システム又はＢｏｓｃｈシステム等の多段階方式を採用しており、この方式には、エッチング／堆積ステップ又はエッチング／フラッシュ／堆積ステップ等のいくつかのレシピステップが含まれる。ＴＭＧＭプロセスでは、材料をある期間にわたってエッチングし、次に保護膜を事前にエッチングした表面上に堆積することによって表面、典型的にはトレンチの側壁を更なるエッチングから保護する。これら２つのステップを、より深いトレンチを形成するにしたがって繰り返す。異なるタイプのエッチングシステム及びプロセスには、異なる材料層に異なるトレンチプロファイルを形成するにあたって特定の利点及び欠点がある。
【０００７】
トレンチを形成する時に特に重要となる限界寸法の１つである側壁の粗さを適切に制御しない限り、ミクロ電子デバイスが欠陥品となる。エッチングサイクル中、トレンチを形成する間、材料は堆積され、除去され続ける。これに対応して、「スカラップ形成（ｓｃａｌｌｏｐｐｉｎｇ）」として知られる現象である、一連の山及び谷を含む縞模様が、トレンチの側壁に沿って生じる。数多くの大きな山及び谷によって、トレンチの側壁の粗さが上昇する。
【０００８】
従って、基板のエッチングを制御し、また基板に形成されるプロファイルの粗さを軽減するためのエッチングシステム及びプロセスの改善された方法及び装置が必要とされる。
【概要】
【０００９】
一実施形態において、チャンバ内で基板をエッチングする方法は、保護層を、エッチングリアクタ内の基板上に配置された第１層上に堆積し、この保護層をエッチングリアクタ内でエッチングし、保護層のエッチング中、第１バイアス電力が印加され、第１層をエッチングリアクタ内でエッチングし、第１層のエッチング中、第２バイアス電力が印加され、堆積プロセス及びエッチングプロセスを繰り返すことによって基板にプロファイルを形成することを含む。
【００１０】
一実施形態において、チャンバ内で基板をエッチングする方法は、堆積プロセス中に基板上に高分子膜を堆積し、基板上に堆積されたこの高分子膜を第１エッチングプロセス中にエッチングし、第２エッチングプロセス中に基板をエッチングすることによって基板にプロファイルを形成することを含み、第１バイアス電力が第１プロセス中に基板に印加され、第２バイアス電力が第２エッチングプロセス中に基板に印加される。
【００１１】
一実施形態において、ガス送出システムは、基板を処理するためのチャンバと、第１ガス送出ラインによってチャンバと連通している第１ガスパネルを備え、第１ガス送出ラインは複数の第１フローコントローラを含み、送出システムは更に第２ガス送出ラインによってチャンバと連通している第２ガスパネルを備え、第２ガス送出ラインは複数の第２フローコントローラを含み、複数の第１及び第２フローコントローラは、第１及び第２パネルからのガスをそれぞれチャンバ並びに第１及び第２ガス送出ラインと連通した１つ以上の排出部に選択的に方向付けすることができる。
【００１２】
一実施形態において、ガスをチャンバに供給する方法は、第１ガスをチャンバへと第１ガスパネルから第１ガス送出ラインを通して供給し、第１ガスをチャンバに供給しながら第２ガスを排出部に第２ガスパネルから第２ガス送出ラインを通して方向付けし、第１ガスを排出部へと方向付けし、第２ガスをチャンバに供給することを含み、第２ガスをチャンバに導入するに先立って、第１ガスはチャンバから除去される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の上記の構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態の一部は添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を限定すると解釈されないことに留意すべきである。
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による基板エッチングシステムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による高速ガス交換システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による別の高速ガス交換システムを示す図である。
【図４Ａ】〜
【図４Ｂ】基板にエッチングされたプロファイルを示す図である。
【図５Ａ】従来のエッチングサイクルを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるエッチングサイクルを示す図である。
【図６Ａ】従来法により形成したトレンチプロファイルを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による方法を使用して形成したトレンチプロファイルを示す図である。
【図７Ａ】〜
【図７Ｃ】本発明の一実施形態によるガス移行プロセスを示す図である。
【図８Ａ】〜
【図８Ｃ】本発明の一実施形態による別のガス移行プロセスを示す図である。
【図９Ａ】〜
【図９Ｄ】本発明の一実施形態による別のガス移行プロセスを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるガス送出システムを示す図である。
【詳細な説明】
【００１５】
本発明は概して、基板エッチングシステム及びプロセスの装置及び方法に関する。本明細書に記載されるように、本発明をシリコンエッチングシステム及びプロセスに関連するものとして説明する。しかしながら、本発明の態様はシリコンエッチングでの利用に限定されず、その他のタイプの材料のエッチングにも応用可能であることに留意すべきである。本発明の装置及びその使用方法の新規性をより良く理解できるように、以下、添付の図面を参照する。
【００１６】
酸化物層及び金属層を堆積させたシリコン基板に深いトレンチ等のプロファイルをエッチングするための方法及び装置が提供され、ここでエッチングサイクルは、単一の完全に自動化されたリアクタ内でインシチュで行われる複数のプラズマプロセスを含む。このようなエッチングサイクルのそれぞれは、堆積ステップ、第１エッチングステップ、第２エッチングステップを含む。これらのステップのそれぞれは、基板を支持するリアクタのチャンバ内に供給されるガス混合物の組成物によって定義される個々のプラズマプロセスである。各ステップ中、ガス混合物の異なる組成物をチャンバに供給することができる。リアクタは通常、プラズマを発生させ維持するための電源（本明細書において「ソース電力」と称する）及び基板にバイアスを印加するための電源（本明細書において「バイアス電力」と称する）を備え、独立して制御される。
【００１７】
バイアス電力はパルス化することができ（例えば、エネルギーを繰り返し放出する）、一方、ソース電力は連続的に印加することができる。特に、バイアス電力は、コントロールシステムによって設定された「デューティサイクル」と称されるところの電力がＯＮとなる時間の割合を決定するためのジェネレータパルス化能を利用してパルス化することができる。一実施形態において、パルス化されたバイアス電力のＯＮ／ＯＦＦ時間は、エッチングサイクルを通じて一定である。例えば、電力が約３ミリ秒にわたってＯＮであり約１５ミリ秒にわたってＯＦＦの場合、デューティサイクルは約１６．６７％となる。パルス周波数（サイクル／秒、すなわちヘルツ（Ｈｚ））は、１．０をＯＮ／ＯＦＦ時間（秒）の合計で割ったものに等しい。例えば、バイアス電力が約３ミリ秒にわたってＯＮであり約１５ミリ秒にわたってＯＦＦの場合（全部で約１８ミリ秒）、パルス周波数（サイクル／秒）は約５５．５５Ｈｚである。一実施形態においては、エッチングサイクル中にＯＮ／ＯＦＦタイミングが変化する特殊なパルスプロファイルを使用する。一実施形態においては、基板に印加するバイアス電力を変化させることによって、エッチングサイクルを堆積ステップ及び／又はエッチングステップ間で切り替える。バイアス電力をパルス化することによって、トレンチ側壁のスカラップ化の軽減を促し、レジスト選択性を改善し、エッチング速度を改善し、また材料の界面でのアンダーカットを防止する。
【００１８】
図１は、様々な基板を処理し且つ様々な基板サイズに対応するリアクタ１００等のシステムの断面図である。一実施形態において、リアクタ１００は、ソース電力１５、整合回路１７、バイアス電力２０、整合回路２１、チャンバ２５、ポンプ３０、バルブ３５、セラミック静電チャック４０、冷却装置４５、蓋５０、ガスノズル５５及びガス送出システム１０２を含む。一実施形態において、ガス送出システム１０２は、チャンバ２５に直接隣接して（例えば、その下に）配置されたハウジング１０５内に位置している。ガス送出システム１０２は、１つ以上のガスパネル１０４内に位置する１つ以上のガス供給源をガスノズル５５に選択的に連結して処理ガスをチャンバ２５に供給する。ハウジング１０５をチャンバ２５に近接して配置することによってガスを変更する際のガス移行時間を短縮し、ガス利用を最小限に抑え、ガスの無駄を最小限に抑える。リアクタ１００は更に、基板をチャンバ２５内で支持するチャック４０を上下させるための昇降装置２７を含むことができる。チャンバ２５は更に、下方ライナ２２、上方ライナ２３及び扉２４を有する本体を更に含む。バルブ３５は、ポンプ３０とチャンバ２５との間に配置することができ、またチャンバ２５内の圧力を制御可能であってもよい。セラミック静電チャック４０は、チャンバ２５内に配置することができる。蓋５０は、チャンバ２５上に配置することができる。ガスノズル５５は、ガス送出システム１０２からチャンバ２５へとガス流を選択的に方向付けするための１つ以上のアウトレットを有する調節可能なガスノズルを含むことができる。ガスノズル５５は、ガス流をチャンバ２５内の異なる領域（チャンバ２５の中心領域及び／又は側方領域等）へと方向付け可能であってもよい。一実施形態において、ガスノズル５５は、チャンバ２５におけるガスの分配を選択的に制御するために、ガスをチャンバ２５の上部から導入する第１アウトレットと、ガスをチャンバ２５の側部から導入する第２アウトレットを含むことができる。ガス送出システム１０２を利用することによって、少なくとも２種類のガス混合物をチャンバ２５へと以下で更に詳しく説明するように同速度で供給することができる。任意の実施形態において、リアクタ１００は、エッチングされたトレンチの深さ及び堆積した膜の厚さを、チャンバ２５におけるトレンチ形成中に、リアクタの状態を求めるために他のスペクトル特性を利用する能力でもって測定可能なスペクトルモニタを含む。リアクタ１００は、様々な基板サイズ、例えば最高約３００ｍｍの基板直径に対応できるように構成することができる。運転中、本明細書中において説明するように、リアクタ１００は、約８５〜約９２度の範囲で先細りする角度を有するエッチング基板トレンチ側壁プロファイル及び約１０マイクロメートル〜約５００マイクロメートルの深さを有するエッチング基板トレンチを形成するように構成可能である。
【００１９】
一実施形態において、リアクタ１００は、金属エッチングリアクタ及び、任意で、後金属エッチングパッシベーションチャンバを含むシステムに連結される。
【００２０】
一実施形態において、プラズマプロセス用のプラズマを発生させ維持するためのソース電力１５は、チャンバ２５上に配置されたハウジング１１内の電力発生装置を介してチャンバ２５に結合される。ソース電力１５は、パルス化能を有する約１２ＭＨｚ〜約１３．５ＭＨｚ、電力約１０ワット〜約５０００ワットの高周波を発生可能であってもよく、また更に、動的整合回路１７を含むことができる。一例において、ソース電力１５はパルス化能を有する１３ＭＨｚの高周波を発生可能である。高周波をエッチングサイクル中に変更できるように、ソース電力１５がデュアルチューナブルソースを含んでいてもよい。一実施形態において、ソース電力１５は、リアクタ１００に取り付け可能な、高いレベルのプラズマ電離を生じさせることが可能な遠隔プラズマ源を備える。遠隔プラズマ源を使用する場合、リアクタ１００は更に、プラズマの基板への分配を促すために、チャンバ２５上に配置された１枚又は複数のプラズマ分配プレートを含むことができる。一実施形態において、リアクタ１００は、インシチュのソース電力及び遠隔プラズマソース電力の両方を含み、プラズマは遠隔プラズマソース電力を使用して遠隔プラズマチャンバ内で発生させられ、リアクタチャンバ２５へと運ばれ、インシチュのソース電力１５が、発生したプラズマをチャンバ２５内で維持する。一実施形態において、エッチングサイクルは、その最中に電力範囲、すなわち電源１５のワット数を増減させながら行われる。ソース電力１５を、エッチングサイクル中にパルス化してもよい。
【００２１】
一実施形態において、基板にバイアスを印加するためのバイアス電力２０はチャンバ２５及びチャック４０に結合される。バイアス電力２０は、パルス化能を有する約２ＭＨｚ、約１０ワット〜約５００ワットの低電力の高周波を発生させることができ、更に動的整合回路２１を含むことができる。一実施形態において、バイアス電力２０は、パルス化能を有する、約１０ワット〜約５００ワットの低電力の約４００ｋＨｚから約２ＭＨｚ、約１００ｋＨｚ〜約２ＭＨｚ及び約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの選択可能な高周波を発生可能であり、更に動的整合回路又は固定整合回路及び周波数チューナを含む。一実施形態において、エッチングサイクルは、電力範囲、すなわちバイアス電力２０のワット数をその最中に増減させながら行われる。一実施形態において、エッチングサイクルは、堆積ステップ、第１エッチングステップ、第２エッチングステップを含み、第１エッチングステップ中にバイアス電力２０を使用し、第２エッチングステップ中にバイアス電力２０を増減させる。例えば、バイアス電力の高周波を第１エッチングステップから第２エッチングステップにかけて増減させる。
【００２２】
バイアス電力２０を、エッチングサイクル中にパルス化してもよい。バイアス電力２０をパルス化するために、高周波電力をエッチングサイクル中にＯＮ／ＯＦＦで切り替える。バイアス電力２０のパルス周波数は約１０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚであってもよく、約５０Ｈｚ〜約１８０Ｈｚであってもよい。一実施形態において、電力のＯＮ／ＯＦＦ切り替えは、エッチングサイクルを通じて均等に時間配分される。一実施形態において、パルス化のタイミングプロファイルはエッチングサイクルを通じて変化し、基板の組成に左右される。バイアス電力２０をＯＮに切り替える時間の割合、すなわち上述したようなデューティサイクルは、パルス周波数に直接関係している。一実施形態において、パルス周波数が約１０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚの場合、デューティサイクルは約２％〜約４０％である。一実施形態において、パルス化周波数が約５０Ｈｚ〜約１８０Ｈｚの場合、デューティサイクルは約５％〜約３０％である。バイアス電力周波数及びパルス周波数は、処理対象である基板の材料に応じて調節することができる。
【００２３】
一実施形態において、冷却装置４５は、チャンバ２５及びチャンバ２５内の基板の温度を制御可能である。冷却装置４５は、チャンバ２５に近接した位置で連結することができる。冷却装置４５は、低温冷却装置（零下用熱電冷却装置等）を含むことができ、更に超低温用の直接冷却機構を含むことができる。冷却装置４５は、約−２０℃〜約８０℃の範囲の温度を実現可能であり、より速い反応時間を達成するためにチャンバ２５近くに位置しており、ある程度の制御によるエッチング速度の改善を可能にするランピング能を含んでいてもよい。一実施形態において、冷却装置４５は、約−１０℃〜約６０℃の温度を実現可能であり、より速い反応時間を達成するためにチャンバ２５近くに位置している。一実施形態において、冷却装置４５は、チャンバ２５において温度を約−１０℃〜約−２０℃に低下させることができる。
【００２４】
一実施形態において、リアクタ１００は、チャンバ圧約１０ｍＴｏｒｒ〜約１０００ｍＴｏｒｒを、ポンプ３０及びバルブ３５でもって維持可能であり、バルブ３５はチャンバ２５に連結される。チャンバ圧をエッチングサイクル中に調節することによってトレンチプロファイルを更に改善することが可能である。例えば、堆積ステップからエッチングステップへと切り替える際、チャンバ圧を急速に低下又は上昇させる。ポンプ３０は、約１００ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの流量をチャンバ２５全体を通して処理可能なターボポンプ（例えば、２６００Ｌ／秒ターボポンプ）を含むことができる。ポンプ３０と共に、バルブ３５が、反応時間が速い、プロセス流れ及び圧力変化の制御を促進するための絞りゲートバルブを含んでいてもよい。リアクタ１００は更に、チャンバ２５内の圧力を測定するためのデュアルマノメータを含むことができる。一実施形態において、リアクタ１００は、約１０ｍＴｏｒｒ〜約２５０ｍＴｏｒｒの動圧をエッチングサイクル中に維持可能である。任意で、自動絞りゲートバルブ制御装置又はあらかじめ制御点が設定されたバルブを利用してもよく、動圧を、フローパラメータを変化させながら設定された点で維持することができる。
【００２５】
図２は、高速ガス交換機２００を有するガス送出システム１０２の一実施形態の概略図である。高速ガス交換機２００は、第１フローコントローラ２４０、第２フローコントローラ２３０、多数の任意のフローリストリクタ２６０及び選択的にガスをチャンバ２５（図１に図示）へとアウトレット２７０、２８０を介して方向付けするためのバルブ２５０を収容するハウジング２０５（上述したハウジング１０５等）並びにポンプ３０の下流のチャンバ排出部へとガスを廃棄するための排出部２９０を含む。具体的には、４つのフローリストリクタ２６０及び８つのバルブ２５０が図２に図示されているが、フローリストリクタ２６０及びバルブ２５０の数は変更してもよい。第１フローコントローラ２４０はフローライン２７２を介してアウトレット２７０と連通しており、フローライン２７２はアウトレットフローライン２７３と連通している。第２フローコントローラ２３０はフローライン２７１を介してアウトレット２７０と連通しており、フローライン２７１もアウトレットフローライン２７３と連通している。第１及び第２フローコントローラのそれぞれは、フローライン２７２、２７１のそれぞれを介して排出部２９０と連通しており、フローライン２７２、２７１は各自、排出フローライン２９１に連結されている。第１フローコントローラ２４０はまた、フローライン２８２を介して別にアウトレット２８０と連通しており、フローライン２８２はアウトレットフローライン２８３と連通している。第２フローコントローラ２３０もまた、フローライン２８１を介して別にアウトレット２８０と連通しており、フローライン２８１もアウトレットフローライン２８３と連通している。第１及び第２フローコントローラのそれぞれは、フローライン２８２、２８１のそれぞれを介して排出部２９０と連通しており、フローライン２８２、２８１は各自、排出フローライン２９１に連結されている。第１及び第２フローコントローラから排出部２９０に続くフローライン２７１、２７２、２８１、２８２、２９１を介した流路の１つ以上がそれぞれ、以下で更に詳しく説明するように、プレフローガス経路を画成することができる。１つ以上の任意のフローリストリクタ２６０及びバルブ２５０を、第１及び第２フローコントローラ２４０、２３０間、アウトレット２７０、２８０と排出部２９０との間に位置させて処理ガスのアウトレット２７０、２８０及び排出部２９０への送出を制御することができる。アウトレット２７０、２８０を、（上述の）ガスノズル５５の１つ以上のアウトレットと連通させることによってガスのチャンバ２５内への分配を選択的に制御してもよい。高速ガス交換機２００、特に第１及び第２フローコントローラ２４０、２３０は、処理ガスを高速ガス交換機２００を使用して供給するために、第１ガスパネル２２０及び第２ガスパネル２１０にそれぞれ連結される。第１及び第２ガスパネル２１０、２２０は、第１フローライン２１７及び第２フローライン２２７を介して高速ガス交換機２００に連結することができる。第１及び第２ガスパネルはそれぞれ１つ以上のガス供給源２１５、２２５を含むことができ、また１種以上のガスを第１及び第２フローライン２１７、２２７を介して高速ガス交換機２００、ひいてはチャンバ２５に供給可能である。シリコンエッチング用に構成する場合、高速ガス交換機２００は第１ガス（六フッ化硫黄（ＳＦ６）等）を第１エッチングステップ及び第２エッチングステップ中に第１ガスパネル２１０からチャンバ２５に供給し、また第２ガス（パーフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）等）をチャンバ２５へと堆積ステップ中に第２ガスパネル２２０から供給する。一例において、第１ガスパネル２１０及び第２ガスパネル２２０は、ＳＦ６及びＣ４Ｆ８を約１０００ｓｃｃｍで、ヘリウムを約５００ｓｃｃｍで、酸素（Ｏ２）及びアルゴンを約２００ｓｃｃｍで送出可能である。一実施形態においては、プラズマ維持ガス（アルゴン等）を有する第３ガスパネルを高速ガス交換機２００に連結し、このガスパネルは、エッチング及び堆積ステップ中、ガスをチャンバ２５に連続的に供給可能である。
【００２６】
運転中、第１ガスパネル２１０からのガスがチャンバ２５に供給されるにあたって、第１フローコントローラ２４０は、ガスをアウトレット２８０へとフローライン２８２を介して、アウトレット２７０へとフローライン２７２を介して又は両方のアウトレットへと方向付けすることができる。任意のフローリストリクタ２６０を利用することによって、高速ガス交換機２００内のガスの流れを制御することができる。ガスがチャンバ２５に供給されている間、バルブ２５０はチャンバ２５への流路を開放し、また排出フローライン２９１、ひいては排出部２９０への流路を閉鎖可能である。エッチングサイクルの切り替えステップ時、第２ガスパネル２２０からのガスをチャンバ２５へと第１ガスパネル２１０と同様のやり方で供給することができる。第２ガスパネル２２０からのガスをチャンバ２５に供給している間、バルブ２５０は、第１ガスパネル２１０からチャンバ２５への流路を閉鎖し、排出フローライン２９１、ひいては排出部２９０への流路を開放してフローライン内のガスを廃棄することができる。一例において、ガスは、第１ガスパネル２１０からチャンバ２５０へと堆積ステップ中に供給され、またガスは第２ガスパネル２２０からチャンバ２５へとエッチングステップ中に供給される。両方のガスパネル２２０、２１０を、堆積及びエッチングステップの両方に使用することができる。
【００２７】
別の実施形態においては、図３に示されるように、高速ガス交換機を利用する。高速ガス交換機３００は、ガスをチャンバ３１０（図１に図示のリアクタ１００のチャンバ２５等）へと選択的に方向付けするために互いに連通している第１フローコントローラ３４０、第２フローコントローラ３４５及び第３フローコントローラ３４７を収容したハウジング３０５（上述したハウジング１０５等）、第１排出部３６０並びに／又は第２排出部３７０を含む。高速ガス交換機３００、特に第１フローコントローラ３４０を、第１ガスパネル３２０へとフローライン３４１を介して連結することができる。ある実施形態においては、シリコンのエッチングに合わせて、第１ガスパネル３２０は複数のガス供給源３２２を含み、六フッ化硫黄、酸素、アルゴン、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）及び／又はヘリウムが含まれるが、これらに限定されない。フローコントローラ３４０、３４５、３４７のそれぞれが、ガスを排出部３６０、３７０及び／又はチャンバ３１０へと方向付け可能なフローコントロールバルブを含むことができる。フローコントロールバルブは、迅速な応答を可能にし、また多くのフロー構成を提供するための空気操作用空気圧アクチュエータを含むことができる。加えて、フローコントローラ３４０、３４５、３４７は、バルブの動作を制御しモニタするためのオペレーティングシステムと通信してもよい。フローリストリクタ３４６、３４８を、任意で、第３フローコントローラ３４７に連結することによって第２排出部３７０及び／又はチャンバ３１０への流れを制限してもよい。
【００２８】
一実施形態において、第１フローコントローラ３４０は、ガスを第１排出部３６０へとフローライン３４３（以下でより詳しく説明するように高速排気経路が画成される）を介して及び／又はフローライン３４２を介して第２フローコントローラ３４５へと方向付けするように構成される。第２フローコントローラ３４５を、ガスをチャンバ３１０へとフローライン３２５を介して及び／又はフローライン３４４を介して第３フローコントローラ３４７へと方向付けするように構成してもよい。第３フローコントローラ３４７を、ガスを第２排出部３７０へと任意のフローリストリクタ３４８を通してフローライン３４９を介して方向付けするように構成してもよく（以下でより詳しく説明するプレフローガス経路が画成される）及び／又はチャンバ３１０へと任意のフローリストリクタ３４６を通してフローライン３２１を介して方向付けするように構成してもよく、フローライン３２１はフローライン３２５と連通していてもよい。
【００２９】
高速ガス交換機３００は、また、ハウジング３０５内に配置され且つ互いに連通した、ガスをチャンバ３１０、第１排出部３６０及び／又は第２排出部３７０へと方向付けするための第１フローコントローラ３５０、第２フローコントローラ３５５及び第３フローコントローラ３５７も含むことができる。高速ガス交換機３００、特に第１フローコントローラ３５０を、第２ガスパネル３３０にフローライン３５１を介して連結することができる。ある実施形態において、シリコンのエッチングに合わせて、第２ガスパネル３３０は複数のガス供給源３３２を含み、パーフルオロシクロブタン、酸素、アルゴン、トリフルオロメタン及び／又はヘリウムが含まれるがこれらに限定はされない。フローコントローラ３５０、３５５、３５７のそれぞれはガスを排出部３６０、３７０及び／又はチャンバ３１０に方向付け可能なフローコントロールバルブを含むことができる。フローコントロールバルブは、迅速な応答を可能にし、また多くのフロー構成を提供するための空気操作を含むことができる。加えて、フローコントローラ３５０、３５５、３５７は、バルブの動作を制御しモニタするためのオペレーティングシステムと通信してもよい。フローリストリクタ３５６、３５８を、任意で、第３フローコントローラ３４７に連結することによって第２排出部３７０及び／又はチャンバ３１０への流れを制限することができる。
【００３０】
一実施形態において、第１フローコントローラ３５０は、ガスを第１排出部３６０へとフローライン３５３を介して（以下でより詳しく説明するように高速排気経路が画成される）及び／又はフローライン３５２を介して第２フローコントローラ３５５へと方向付けするように構成される。第２フローコントローラ３５５は、ガスをチャンバ３１０へとフローライン３３５を介して及び／又はフローライン３５４を介して第３フローコントローラ３５７へと方向付けするように構成することができる。第３フローコントローラ３５７を、ガスを第２排出部３７０へと任意のフローリストリクタ３５８を通してフローライン３５９を介して方向付けするように構成してもよく（以下でより詳しく説明するプレフローガス経路が画成される）及び／又はチャンバ３１０へと任意のフローリストリクタ３５６を通してフローライン３３１を介して方向付けするように構成してもよく、フローライン３３１はフローライン３３５と連通していてもよい。
【００３１】
運転中、平行なフローライン３２５、３３５は、ガスを独立してチャンバ３１０へと一連のフローコントローラ及び任意の制流部（フローコントローラ３４０、３４５、３４７、３５０、３５５、３５７及び任意のフローリストリクタ３４６、３５６等）を通して送出するように構成されており、迅速なガス交換が可能になる。フローライン３２５、３３５は、任意のフローリストリクタ３４６、３５６を通して観察されたガスの遅延を排除するために、独立して及び／又は直接的にガスを高速でチャンバ３１０に送出可能でもある。別の実施形態において、フローライン３２５、３３５は、チャンバ３１０内への進入に先立って合流する。高速ガス交換機３００では、数多くのガスの送り出し方法及び構成が考えられる。一実施形態においては、第１ガス（又はガスの組み合わせ）をチャンバ３１０に直接送出し（例えば、フローライン３４１、３４２、３２５を通して）、第２ガス（又はガスの組み合わせ）を、フローライン３５４、３５２、３５１を介して、フローライン３３１のフローリストリクタ３５６を通してパルス化してチャンバ３１０への送出を制御するという選択肢が得られる。高速ガス交換機３００の各バルブは、フローラインを通して送られるガスの逆拡散を防止するためのチェックバルブを含んでいてもよい。フローコントローラ３４０、３５０は、フローライン３４３、３５３を通してガスを方向付け可能であり、これらのフローラインは第１排出部３６０と連通している。フローコントローラ３４７、３５７は、ガスをフローライン３４９、３５９を通して方向付け可能であり、これらのフローラインは第２排出部３７０と連通している。
【００３２】
一実施形態において、高速ガス交換機３００は、フローライン３４１、３５１のいずれか又は両方と連通した任意のフローライン３８６を含む。フローライン３８６は、任意のフローコントローラ３８４及び／又は任意のフローリストリクタ３８２を含むことができる。フローライン３８６は、全てのフローラインからのガスを廃棄するためにガスを排出部３８０に方向付け可能であってもよく、以下で更に詳しく説明する高速排気経路が画成される。排出部３６０、３７０、３８０は真空環境を含んでいてもよく、この真空環境に向かってガスが方向付けされる。
【００３３】
一実施形態においては、高速ガス交換機３００を任意のガスパネル３９０に連結して、フローライン３９５を介したチャンバ３１０へのガス供給源３９２（パージガス等）とすることもでき、フローライン３９５は、本明細書に記載の実施形態と組み合わされてフローライン３３５と連通している。ガスパネル３９０は、処理ガス混合物間での移行前にチャンバ３１０内の残留ガスを除去して処理ガス混合物への残留ガスの混ざりこみを防止するための急速廃棄バルブとして動作することができる。ガスパネル３９０は、エッチングサイクル中に、第１及び第２ガスパネルのいずれか又は両方からのガスとの処理用のガスを供給するためのチャンバ３１０への高速ダイレクトラインも提供することができる。フローライン３９５は、ガス３９０からチャンバ３１０への流れを制御するためのフローコントローラ及び／又はリストリクタを含むことができる。ガス供給源３９２は、チャンバ３１０及びフローライン内に残留している残留ガス混合物をパージ可能であってもよい。一実施形態においては、フローコントローラの１つ以上を開放位置へと作動させ、残留ガス混合物を、排出部３６０、３７０、３８０の１つ以上へとフローライン３２５、３３５のいずれか又は両方を通して、ガスパネル３９０から供給されるガス供給源３９２を使用してパージする。同様のガスパネル設備を、フローライン３２５と連通させて設置することができる。
【００３４】
一実施形態において、基板は、プロセス中に基板にプロファイルを形成するためにチャンバ３００内に配置される。このプロセスは１つ以上のステップを含むことができ（エッチングステップ、堆積ステップ等）、これらのステップを交互又は連続的に様々な順番で繰り返すことによってプロファイルを形成する。第１ガスパネル３２０のガス供給源３２２から供給された１種以上のガスを含む第１ガス混合物を、第１ガスパネル３２０からチャンバ３１０へと第１及び第２フローコントローラ３４０、３５４を経由させフローライン３４１、３４２、３２５を通して並びに／又は第１、第２及び第３フローコントローラ３４０、３４５、３４７を経由させフローライン３４１、３４２、３４４、３２１、３２５を通してプロセスステップの１つ以上の最中に供給することができる。第２ガスパネル３３０のガス供給源３３２から供給された１種以上のガスを含む第２ガス混合物を、第２ガスパネル３３０からチャンバ３１０へと第１及び第２フローコントローラ３５０、３５５を経由させてフローライン３５１、３５２、３３５を通して並びに／又は第１、第２、第３フローコントローラ３５０、３５５、３５７を経由させてフローライン３５１、３５２、３５４、３２１、３３５を通してプロセスステップの１つ以上の最中に供給することができる。第１及び第２ガス混合物を、プロセスステップを切り替える際に、迅速に切り替えてチャンバ３１０に供給することができる。第１及び第２ガス混合物を、プロセススイッチを切り替える際に、またその他のガス混合物をチャンバ３１０に供給している最中に、各フローライン３２５、３３５から排出部３６０、３７０、３８０へと方向付けすることもできる。加えて、ガス混合物の組成を切り換えプロセスステップ中に変更し、あるプロセスステップ中に別のガス混合物をチャンバに供給することができる。第１及び第２ガス混合物を、あるプロセスステップ中にチャンバ３１０へと同時に供給することもできる。フローコントローラは、制流されていないチャンバ３１０への流路を提供することができる。
【００３５】
一実施形態において、高速ガス交換システムは、第１エッチングステップから第２エッチングステップ及び／又は堆積ステップへと切り替える際に、基板をチャンバ内で処理しながら、１つ以上のバルブを使用して（フローコントローラの組み合わせ等。例えば、３方バルブ。迅速な応答作動が得られる空気圧式アクチュエータを含み得る）、チャンバ内でのガス混合物の連続的で迅速な切り替えが可能である。例えば、堆積ステップ中、第１ガス混合物をチャンバに供給し、一方、堆積ステップに続くエッチングステップ中のチャンバへの導入に備えて第２ガス混合物をチャンバに送り出す。各ステップの持続時間は１秒未満であってもよい。例えば、堆積ステップは約０．５秒続き、エッチングステップは約０．７５秒続き、これらのステップを、それぞれのガス混合物を代表するステップ中に供給しながら、連続的に及び交互に繰り返して基板をチャンバ内で処理する。１つ以上のセンサをバルブに取り付けることによって、チャンバに供給されるガス混合物の性能をモニタすることができる。
【００３６】
図４Ａに示されるように、トレンチ４００を基板の１つ以上の層４１０、４２０、４３０にエッチングすると、多数のスカラップ４１５がトレンチの側壁に沿って形成される。スカラップ４１５は側壁に沿って一連の山４１１及び谷４１２として現れ得る。スカラップ測定値４１３には、図４Ｂに示されるように、谷４１２の深さ、すなわち谷４１２の底中央からの測定が含まれ得る。一実施形態においては、谷４１２の長さ（すなわち、ある山の先端から隣接する山の先端までの垂直距離）及び山４１１及び谷４１２の数を、高速ガス交換機２００又は３００をリアクタ１００と共に利用することによって増減させる。スカラップ測定値４１３が増大するにつれ、側壁の粗さが上昇する。一例においては、高速ガス交換機２００又は３００を利用し、トレンチを約１０マイクロメートル／分のエッチング速度で、約０．１マイクロメートルのスカラップ測定値４１３で形成する。スカラップ測定値４１３は、トレンチを基板全体に形成する間、側壁に沿って妥当な公差内に維持され、例えば、スカラップ測定値４１３は、トレンチの上部で約０．１マイクロメートル以上であり、トレンチの底部で約０．０２５マイクロメートル以下である。一実施形態において、トレンチは約２０マイクロメートル／分のエッチング速度で、約０．１マイクロメートルのスカラップ測定値４１３で形成される。一実施形態において、トレンチは、持続時間が約１秒〜約２秒の堆積ステップ及び持続時間が約２秒〜約４秒のエッチングステップで約１０マイクロメートル／分のエッチング速度で形成される。エッチングステップには、第１エッチングステップ及び第２エッチングステップが含まれ得る。
【００３７】
高速ガス交換機２００又は３００を利用し、エッチング後のトレンチプロファイル上に残留するフォトレジストの量を増加させることができる。また、より深いトレンチプロファイルを形成するにあたって、高速ガス交換機２００又は３００によってレジスト選択性を改善することができる。
【００３８】
高速ガス交換機２００又は３００によって、より高いエッチング性能が得られる。高速ガス交換機２００又は３００によって、以下の利点が得られる。すなわち、マスフローコントローラからチャンバへのガスの遅延が軽減され、複数のガス種の混合が解消され、ガス交換時間が短縮され、プロセスステップ間のガス送出遅れが軽減され、ガス種のオーバーラップが可能になり、複数のゾーンにわたってのガス送出が可能になり、また遠隔、ローカルのガスパネル位置が可能になる。これらの利点により、全体としてより高いエッチング速度が得られ、トレンチ側壁の粗さが軽減され、トレンチプロファイルを制御する能力が上昇する。高速ガス交換機２００又は３００を、マルチステッププロセスを採用しているエッチングシステム（ＴＭＧＭシステム、Ｂｏｓｃｈシステム等）と共に利用することができる。
【００３９】
一実施形態において、チャンバ内の基板をエッチングする方法は、第１ガスパネルからの第１ガスを堆積ステップ中にチャンバに供給し、第２ガスパネルからの第２ガスを第１エッチングステップ及び第２エッチングステップ中にチャンバに供給し、基板に第１バイアス電力を第１エッチングステップ中に印加し、第２バイアス電力を第２エッチングステップ中に印加することを含み、第１バイアス電力は第２バイアス電力より大きい。
【００４０】
一実施形態において、任意で複数の層（酸化物、金属及び／又は堆積された保護高分子膜等。保護高分子膜は少なくとも１つのポリマー、コポリマー、オリゴマー、その誘導体又は組み合わせを含有する（ハードマスク、レジストマスク等））が堆積されたシリコン基板等の基板をエッチングする方法が提供される。本方法は、堆積ステップ、第１エッチングステップ、第２エッチングステップを有するエッチングサイクルを含む。このプロセスは、第１エッチングステップ中に高バイアス電力及び低圧を採用し、第２エッチングステップ中に低バイアス電力及び高圧を採用して基板にトレンチを形成することを含むことができ、高バイアス電力は複数層のエッチングに使用され（酸化物、金属及び／又は高分子膜等）、低バイアス電力は基板のエッチングに使用される（シリコン基板等）。このプロセスによって改善されたレジスト選択性が得られ、トレンチ側壁の粗さが軽減される。
【００４１】
一例においては、慣用のシリコンエッチングシステム下、エッチングステップで、シリコンの等方的な貫通及びエッチングに先立つ表面ポリマーの除去にその時間の約４０％が費やされる。バイアス電力はポリマー層の貫通に必要だが、シリコンエッチングは発熱性であり、結果的にバイアス電力を必要としない。約５秒の堆積ステップを約１０秒のエッチングステップと共に利用して最適な限界寸法及びエッチング速度を得ることができる。バイアス電力がエッチングステップの１０秒間全体にわたってＯＮであり且つポリマー表面を約４秒後にエッチングする場合、バイアス電力をかけながらシリコンを残りの約６秒間にわたってエッチングすることによってレジスト選択性が低下し、トレンチ側壁の粗さが上昇する。この同じ例において、本発明の実施形態は、エッチングステップを、低圧／約４秒の高バイアス電力を含む第１エッチングステップとそれに続く高圧／残りの約６秒の低バイアス電力を含む第２エッチングステップとに分割することによってこの問題に対処しており、レジスト選択性が上昇する。一実施形態において、堆積ステップの時間は約１秒〜約２０秒であり、エッチングステップの時間は約２秒〜約３０秒以内である。
【００４２】
図５Ａは、約５秒の堆積ステップ５１０及び約１０秒のエッチングステップ５３０を含む、シリコン基板をエッチングするためのステップ間での切り換えの際にステップの重複部５２０を有する従来のエッチングサイクル５００を示す。図５Ｂは、従来のサイクル５００と同じ基板に行う、本発明の一実施形態によるエッチングサイクル５５０を示す。図５Ｂは、堆積ステップ５６０中に薄膜高分子層を約３秒にわたって堆積し、第１エッチングステップ５７０中に約３秒にわたって高分子層をエッチングし、第２エッチングステップ５８０中に約５秒にわたってシリコン層をエッチングすることを含むシリコン基板のエッチング方法を示し、第１バイアス周波数がシリコン基板に第１ステップ中に印加され、第２バイアス周波数がシリコン基板に第２エッチングステップ中に印加され、第２バイアス周波数は第１周波数より小さい。図示のように、エッチングサイクル５５０は従来のエッチングサイクル５００より約４秒速く、実質的に同様のトレンチプロファイルを形成し得る。高速ガス交換機２００又は３００を使用することによって、堆積ステップからエッチングステップに切り換える際のガスの重複を排除することもできる。
【００４３】
一実施形態において、本方法は、エッチングサイクルの第１エッチングステップ中にバイアス電力を使用し、第２エッチングステップ中にゼロバイアス電力を使用することによってレジスト選択性を上昇させることを含む。
【００４４】
一実施形態において、本方法は、第１エッチングステップ中に金属及び酸化物層を周波数約２ＭＨｚのバイアス電力でエッチングし、次に第２エッチングステップ中に周波数約４００ｋＨｚのバイアス電力に切り換えてシリコン層をエッチングすることを含む。本方法は、複数の周波数のバイアス電力整合を更に含むことができる。
【００４５】
図６Ａは、従来法を使用して形成したエッチング特徴部又はプロファイル（トレンチプロファイル６００等）を示す。図６Ｂは、本発明の一実施形態による方法を使用して形成したトレンチプロファイル６５０を示す。図示のように、従来法を使用して形成したトレンチプロファイル６００は側壁に沿ってより高い度合いの粗さを有しており、例えばスカラップ測定値はエッチング速度約６．７マイクロメートル／分で約２マイクロメートルより大きい。高速ガス交換機２００又は３００及びリアクタ１００を使用して形成したトレンチプロファイル６５０によって側壁の粗さは軽減され、またより滑らかなプロファイルが得られ、例えばスカラップ測定値はエッチング速度約５．８マイクロメートル／分で約１．５マイクロメートル未満である。トレンチプロファイル６５０はまた、滑らかで丸みのあるエッチング前面を含み得る。加えて、２つのステップから成るこのエッチングプロセスを利用して、より小さいスカラップ測定値を更に達成することができる。
【００４６】
一実施形態において、エッチングサイクルは更に、エッチングされた材料表面上及び／又はトレンチ表面に沿って残ったフォトレジストマスク又は保護高分子膜の除去を含む除去プロセスを含む。一例において、この除去プロセスは、シリコン系基板の場合、酸素含有プラズマを使用して完了する。この除去プロセスは、トレンチプロファイルを本発明の実施形態を使用してエッチングした後に行うことができる。
【００４７】
一実施形態において、エッチングサイクルは更に、追加のエッチング又は除去プロセス（側壁平滑化プロセスと記載する場合もある）を含み、このプロセスは、エッチングによって生じた表面粗さ（例えば、スカラップの発生）をトレンチプロファイルに沿って更に平滑化することを含む。側壁平滑化プロセスは、上述の除去プロセス後に実行することができる。側壁平滑化プロセスによって、反応性プラズマフライスプロセスを使用して、エッチングされたトレンチの側壁表面に形成されたスカラップの深さを更に軽減することができる。除去プロセス及び反応性プラズマフライスプロセスの例示的な実施形態は、２００８年８月２７日に「Ｐｏｓｔ  Ｅｔｃｈ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ｍｉｌｌｉｎｇ  ｔｏ  Ｓｍｏｏｔｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｖｉａ  Ｓｉｄｅｗａｌｌｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｄｅｅｐｌｙ  Ｅｔｃｈｅｄ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ」の名称で出願された継続中の米国特許出願に開示されており、この文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。
【００４８】
一実施形態においては、反応性プラズマフライスプロセスを使用して、トレンチプロファイルのスカラップが生じた表面をプラズマ源ガスから形成した反応性プラズマに暴露する。このガスは、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＩＦ３、ＢｒＦ３、ＩＦ３又はこれらの誘導体を含むがこれらに限定されない反応物を含み、この反応物はトレンチプロファイルの表面で材料と反応する。プラズマ源ガスは不活性ガスを含んでいてもよく、不活性ガスはトレンチプロファイルと反応しないが、トレンチプロファイルに衝撃を与えることができる衝撃力として作用し、材料を分解し、スカラップから材料を除去する。一実施形態においては、残留高分子材料を基板のトレンチプロファイルから除去した後、トレンチプロファイルを、基板にバイアス電力を印加しながら、プラズマ源ガスから発生させた反応性プラズマで処理する。バイアス電力をパルス化してもよく、すなわち基板処理中にＲＦ電力をＯＮ／ＯＦＦ切り替えすることができる。反応性プラズマフライスプロセスは、本明細書で説明の本発明の実施形態を使用して、プラズマ源ガスの組成、基板温度、処理チャンバ内の圧力、バイアス電力及び／又はソース電力に関する高周波電力等のプロセス変数を調節することによって構成可能である。
【００４９】
一実施形態においては、プレフローガス経路をチャンバ（リアクタ１００のチャンバ２５等）に、高速ガス交換システム２００及び３００等のガス送出システムを使用して設置する。プレフローガス経路は、ガス送出源からバルブを通ってチャンバとは別の真空環境へと続く接続部であってもよい。ガスをチャンバに送る前に、ガスをプレフローガス経路に流してガスの要求前に流れを安定化させることが可能である。加えて、いずれのフローコントロール装置（フローコントローラ等）もその放出物をプレフローガス経路に送ることができることから、ガス流の一部を、チャンバにガス流を送る前に安定化させることができる。
【００５０】
一実施形態においては、高速排気経路をチャンバ（リアクタ１００のチャンバ２５等）から排出部又は廃棄部へとガス送出システム（高速ガス交換システム２００及び３００等）を使用して設置する。高速排気経路は、ガス送出源及びチャンバ送出経路からチャンバへの、チャンバから別の真空環境へのバルブを経由した接続部であってもよい。１つ以上のバルブを各チャンバ送出経路接続部に使用することができ、これは高速排気経路を複数の場所で接続可能だからであり、いずれの２つのフローコントロール装置及び／又は制流部間にも少なくとも１つの接続部がある。チャンバ内のガスの変更が必要な場合、真空環境へのバルブを開放し、過剰なガスをチャンバ送出経路から除去する。
【００５１】
一実施形態においては、チャンバ（リアクタ１００のチャンバ２５等）への実際のガス流が可能な限り迅速に望ましい状態に到達するように、時間の経過と共にガス送出システム（高速ガス交換システム２００及び３００等）を通してガス流を制御することが提供される。チャンバ送出経路にガスがないなら、ガス送出システムが考えられ得る最短時間で平衡に到達するように、ガス送出システムが望ましいガスのそれぞれの流量を上昇させることができる。チャンバへのガスの流れが望ましい化学物質混合物及び流量に近づくにつれ、ガス送出システムを流れるガスの流量を、チャンバ内への望ましい流量が維持されるようなやり方で望ましいレベルにまで減量する。ガス送出システムが先行のプロセスからのガスで満たされている場合、ガス送出システムを流れる流量を変更（望ましい効果に応じて減量又は増量する）することができ、これによってチャンバへの望ましい流れは可能な限り迅速に望ましい値に到達する。チャンバへのガス流が望ましい化学物質混合物及び流量に近づくにつれ、ガス流を望ましい流量へと、チャンバへの望ましい流量が維持されるようなやり方で調節する。
【００５２】
一実施形態において、可変制流部、固定制流部又は一連の選択固定制流部を使用しての高速排気経路の制流制御が提供される。チャンバに送出される化学物質混合物を変更するが、変更時の流量を制御する必要がある場合、チャンバ送出経路と高速排気経路との間の１つ以上のバルブを絞って排気速度を制御することができる。場合によっては、ガスの一部が高速排気経路へと排気され、一部がチャンバへと送出されるようにとチャンバ送出経路に沿ったバルブを絞ることによって、チャンバへの望ましい化学物質混合物及び流量をより迅速に達成することが可能である。
【００５３】
一実施形態において、チャンバへのガス送出は、ある化学物質混合物及び流量から別の化学物質混合物及び流量へと変更する際、チャンバ送出経路内の残留ガスを利用して途切れることなく継続する。１つ以上のバルブをチャンバ送出経路で閉鎖することによって、バルブ下流のガスはチャンバ内に流入し続け、バルブ上流のガスは別の場所に送られる。閉鎖したバルブの上流のガス流は、バルブが閉鎖されている間、チャンバには到達しない。このようにして、チャンバは、バルブ下流のガス（残留ガス）に邪魔されることなく稼動し続け、バルブ上流のガスは、次の望ましい化学物質混合物及び流量に変更される。チャンバ送出経路のバルブ下流のガスが全てチャンバ内へと送られてしまう前に、バルブを開放して、次の望ましい化学物質混合物を望ましい流量でチャンバに導入する。
【００５４】
一実施形態においては、チャンバ送出経路、プレフロー経路及び高速排気経路の１つ以上のバルブを一定の順序で配列する。バルブを時系列で作動させることによって、望ましい化学物質混合物を望ましい流量でチャンバへと望ましいタイミングで送出することができる。新しい化学物質混合物及び流量がチャンバで必要とされる前に、バルブを作動させて新しい化学物質混合物の流れを新しい流量でチャンバ送出経路を通して開始させることができる。同時に、バルブをチャンバ送出経路、プレフロー経路及び高速排気経路に向けて作動させて新しい化学物質混合物及び流量の流れをチャンバ送出経路を通して安定化させ、化学物質のチャンバへの送出をチャンバ送出経路内の残留ガスから継続し、チャンバ送出経路の隠れた部位から残留化学物質を除去する。化学物質の切り替えを、化学物質送出源に最も近い位置で最短時間で起こすことができる。高速排気経路、プレフロー経路、チャンバ送出経路用の、チャンバ送出経路に沿って化学物質送出源からチャンバへと離間された一連のバルブの時限切り替えを利用して、新しい化学物質混合物を新しい流量で、可能な限り要求された時間に近い時間でもってチャンバに次元的に送出することができる。
【００５５】
一実施形態においては、チャンバ送出経路、高速排気経路及びプレフロー経路における化学物質の送出のフィードバックを利用する。化学物質混合物及び流量を、様々な経路において、圧力センサ、流量センサ、化学物質センサ及び／又は経路内の状態をモニタするその他のセンサで測定することが可能である。化学物質混合物及び流量を上記の方法のいずれかを利用して変更する際、これらのセンサの測定結果を使用して、化学物質の送出の制御を改善し、バルブ設定（すなわち、開放、閉鎖、比例状態）を決定することが可能である。化学物質混合物の移行及び定常性能並びに流量をセンサを使用して測定及び調節し、バルブの動作設定又は状態の変更に使用するタイミングを制御することが可能である。
【００５６】
一実施形態においては、チャンバ内への化学物質送出のフィードバックを利用する。圧力センサ、光学センサ、チャンバからのフィードバックを提供するその他のセンサを使用して、チャンバ内への実際の化学物質混合物及び流量を決定することが可能である。チャンバへの化学物質混合物及び流量を変更する際、測定値を使用して化学物質の送出の制御を改善し、バルブ設定を決定することが可能である。測定値を使用して、化学物質混合物の移行及び定常性能並びに流量を測定及び決定することも可能である。
【００５７】
一実施形態においては、予測的なフロー制御法を使用してガス移行時間を最小限に抑える。この方法は、化学物質混合物を望ましい流量以外の流量で流し、次に望ましい流量へと収束させて平衡ガスライン圧、ひいてはチャンバ内への実際の望ましい流れを考えられ得る最短時間で達成することを含み得る。
【００５８】
一実施形態において、フローシステムのモデルを使用して予測的にバルブを一定の順序で配列する方法が提供される。この方法は、流量、ガス送出システムの容量、ガス送出ラインの容量、チャンバシャワーヘッドの容量、ガス送出システムの制流、チャンバシャワーヘッドの制流、ガス送出システムのある流れでの平衡圧、バルブ作動時間、チャンバ圧、フォラライン（ｆｏｒｅｌｉｎｅ）圧及び／又はガス種を利用してシステムのバルブを一定の順序で配列し、特定のエッチング／堆積プロセスのために処理チャンバに最適なガス送出を行うことを含み得る。
【００５９】
一実施形態において、システムは１つ以上のガス送出システムを有していることから、少なくとも１つのガス送出システムが、特定のプロセス条件専用となる。専用ガス送出システム、ひいてはシステムはより少ない数の化学物質を必要とする場合がある。専用ガス送出システムは、基板の全処理に必要とされるフローコントローラの小集団によって構成することができ、これによってコストを大幅に削減し、またシステムの複雑性を低下させることができる。
【００６０】
図７Ａ〜Ｃは、本明細書に記載のシステム１００、２００及び３００を使用したガス移行プロセスを図示したものである。第１ガス７１０のチャンバ７５０への送出が停止され、第２ガス７２０の送出が開始される。第２ガス７２０がライン７６０に流れ込むにつれ、ガス流の先端部がライン７６０内の第１ガス７１０の残留分と混ざる。第２ガス７２０は残留第１ガス７１０をライン７６０内を通してチャンバ７５０内へと押し出す。一実施形態において、ガス切り替え命令が出されてから第２ガス７２０がチャンバ７５０に送出されるまでの遅延は、約８秒〜約２５秒である。ガス移行タイミングは、本明細書に記載の測定方法及び予測的制御方法を使用してガス流を変化させることによってチャンバ７５０への特定のエッチング／堆積プロセスに合わせた最適なガス送出を迅速に行うことによって改善することが可能である。
【００６１】
図８Ａ〜Ｃは、本明細書に記載したシステム１００、２００及び３００を使用したガス移行プロセスを示す。第１ガス８１０のチャンバ８５０への（ライン８６０を介した）送出は、バルブ８６５を閉鎖し、バルブ８７５を開放することによって停止され、第１ガス８１０は例えばフォアライン８７０を使用して排出される。同時に、第１ガス８１０を遮断すると、第２ガス８２０のライン８６０を通した送出が開始する。第２ガス８２０がライン８６０内を流れるにつれて、ガス流の先端部がライン８７０内の第１ガス８１０の残留分と混じり合い、逸れる。第２ガス８２０は残留する第１ガス８１０をライン８６０を通してフォアライン８７０内へと押し出す。チャンバ８５０は、チャンバ内の別の第１ガス８１０残留分を使用して運転を継続することができる。次にバルブ８７５を閉鎖位置へと作動させ、またバルブ８６５を開放位置へと作動させて、汚染されていない第２ガス８２０流をチャンバ８５０に送出することができる。ガス移行タイミングは、約５〜約１０秒内に起こり得る。ライン８６０は第１ガス８１０の廃棄中に排気されたため、第２ガス８２０の安定した流れを得るためには、ガス移行命令から約１０秒〜約３０秒が必要とされる。
【００６２】
図９Ａ〜Ｄは、本明細書に記載のシステム１００、２００及び３００を使用したガス移行プロセスを示す。このガス移行プロセスは、ライン９６０を通したチャンバ９５０への第１ガス９１０の送出に関して図８Ａ〜Ｃについて上述したプロセスであってもよい。バルブ９６５は開放位置にあり、その他全てのバルブ９６７、９７５、９８５、９８７は閉鎖位置にある。ライン９８０に第２ガス９２０を予備充填すると、ライン９８０をチャンバ９５０に接続した場合に、必要な量の第２ガス９２０が既にライン９８０内にあることからチャンバ９５０への流れが安定する。一実施形態においては、単一の移行ガスをライン９８０で使用する。次にバルブ９７５を開放位置に作動させ、その他のバルブを閉鎖位置に作動させる又は閉鎖位置で維持し、処理ガス９３０（残留第１ガス９１０等）をチャンバ９５０から排出部へと例えばフォアライン９７０を通して排出する。フローコントローラを使用して、ガス移行前にフォアライン９７０を通した流れを安定化させることができる。次にバルブ９８５及び９６７を開放位置に作動させ、その他のバルブを閉鎖位置に作動させる又は閉鎖位置で維持することができる。第２ガス９２０をチャンバ９５０へとライン９８０を介して送出し、第１ガス９１０をフォアライン９７０を使用して排出することができる。ガス移行はバルブのタイミングに左右され得る。ガスの移行は、比較的きれいな指数関数的上昇及び減衰を有する。第２ガス９２０の流れを完全に安定化するには、ガス移行命令から約２秒〜約５秒のガス移行時間を必要とし得る。正確な移行時間は、１つ以上のセンサ９９０から得られる情報に基づいて、上記の直接測定及び／又は予測的制御方法を利用して計算することができる。
【００６３】
図１０は、本明細書に記載の実施形態と利用し得るガス送出システム１０００を示す。システム１０００は、可能な限りチャンバ及び／又はチャンバ１０５０に連結されたシャワーヘッドに近接させて１つ以上の切り換えバルブ１０６５、１０７５、１０８５を格納し且つ配置するための、チャンバに連結されたハウジング１０４０（接地エンクロージャ等）を含むことができる。切り替えバルブ１０６５、１０７５、１０８５は、ガス源アセンブリ内部の接地エンクロージャ内に格納することができる。一実施形態において、ライン１０８０は、１種類のガスしか必要としない特定のガス移行プロセス専用である。
【００６４】
従って、高速排気経路を有するガス送出システムは、有利には、ガス送出システムから処理システムへと処理ガスを安定したガス流及び最低限の変動で供給することを可能にする。高速排気経路を利用して、ガス送出システムからのガス流を別のやり方で検証及び／又は較正し、処理チャンバに供給されるガス流を良好に制御する。
【００６５】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他及び更に別の実施形態を創作することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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