(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ処理装置のプラズマ処理チャンバ等のチャンバに、異なるガス組成物を供給するガス分配システムを提供する。【解決手段】ガス分配システムは第１及び第２のガスを切換部に連続的に供給することができ、切換部は、第１及び第２のガスのフローを切換えて、第１及び第２のプロセスガスの一方をチャンバに供給するとともに、第１及び第２のガスの他方をバイパス管路に供給し、次にガスフローを切換えるように、操作可能である。切換部は、好ましくは、どちらのガスのフローにも望ましくない圧力サージ又はフローの不安定性を生じさせることなく、迅速に開閉して、第１及び第２のガスを高速で切換えるように操作可能な高速切換バルブを含むのが好ましい。【選択図】図１
2014042041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガス管路と流体連通するように適合された、第１のガス流路及び第２のガス流路と、
第２のガス管路と流体連通するように適合適応された、第３のガス流路及び第４のガス流路と、
前記第１のガス流路に沿って配置された第１の高速切換バルブと、
前記第２のガス流路に沿って配置された第２の高速切換バルブと、
前記第３のガス流路に沿って配置された第３の高速切換バルブと、
前記第４のガス流路に沿って配置された第４の高速切換バルブと、
を備えた、真空チャンバにガスを供給するガス分配システムであって、
前記第１及び第３のガス流路がガスを真空チャンバに供給するように適合され、かつ、前記第２及び第４のガス流路がガスをバイパス管路に供給するように適合され、
前記第１及び第４の高速切換バルブが、前記第２及び第３の高速切換バルブが閉じているときに、開く信号を受け取って、前記第１のガス管路並びに前記第１及び第３のガス流路を介して、第１のガスを前記真空チャンバに供給するとともに、前記第２のガス管路並びに前記第２及び第４のガス流路を介して、第２のガスを前記バイパス管路に供給するように適合され、
前記第２及び第３の高速切換バルブが、前記第１及び第４の高速切換バルブが閉じているときに、開く信号を受け取って、前記第２のガス管路及び前記第３のガス流路を介して、前記第２のガスを前記真空チャンバに供給するとともに、前記第１のガス管路及び前記第２のガス流路を介して、前記第１のガスを前記バイパス管路に供給するように適合されたことを特徴とするガス分配システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の高速切換バルブの上流にある前記第１のガス管路に沿って配置されるように適合された第１のフローレストリクタと、
前記第３及び第４の高速切換バルブの上流にある前記第２のガス流路に沿って配置されるように適合された第２のフローレストリクタと、
をさらに備え、
前記第１及び第２のフローレストリクタが、前記第１及び第２のフローレストリクタの上流にあってそれらに近接した前記第１及び第２のガス管路の領域内で、ほぼ一定のガス圧を維持するように適合されたことを特徴とする請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項３】
前記第１のガス流路が、前記第１のフローレストリクタと前記第１及び第２の高速切換バルブとの間で、約１０ｃｍ３未満の容量を有し、前記第２のガス管路が、前記第２のフローレストリクタと前記第３及び第４の高速切換バルブとの間で、約１０ｃｍ３未満の容量を有することを特徴とする請求項２に記載のガス分配システム。
【請求項４】
前記第１の高速切換バルブの下流にある前記第１のガス流路に沿って配置されるように適合された第３のフローレストリクタと、
前記第２の高速切換バルブの下流にある前記第２のガス流路に沿って配置されるように適合された第４のフローレストリクタと、
前記第３の高速切換バルブの下流にある前記第３のガス流路に沿って配置されるように適合された第５のフローレストリクタと、
前記第４の高速切換バルブの下流にある前記第４のガス流路に沿って配置されるように適合された第６のフローレストリクタと、
をさらに備え、
前記第３、第４、第５及び第６のフローレストリクタが、前記第１、第２、第３、第４、第５及び第６のフローレストリクタそれぞれの上流にあってそれらに近接した前記第１、第２、第３及び第４のガス流路の領域内で、ほぼ一定のガス圧を維持するように適合されたことを特徴とする請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項５】
前記第１、第２、第３及び第４の高速切換バルブの開閉を制御するように操作可能なコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項６】
前記第１、第２、第３及び第４の高速切換バルブが、信号を受け取ってから約１００ミリ秒未満又は約５０ミリ秒未満の期間内に、開く、かつ／又は、閉じることができることを特徴とする請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項７】
シャワーヘッド電極アセンブリを含み、かつ、約１／２リットルから約４リットルの容量のプラズマ閉じ込め区画を有するプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバと流体連通している、請求項１に記載のガス分配システムと、
を備え、
前記ガス分配システムが、前記プラズマ区画内の前記第１のガス又は前記第２のガスを、約１秒未満又は約２００ミリ秒未満の期間内に、前記第１のガス又は前記第２のガスの他方と実質的に置き換えることができることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
互いにフローが絶縁された内側区画及び外側区画を有するガス分配部材を含むプラズマ処理チャンバにガスを供給するガス分配システムであって、
第１のプロセスガス源、前記プラズマ処理チャンバの前記ガス分配部材の前記内側区画及びバイパス管路と流体連通するように適合された第１のガス流路と、
前記第１のプロセスガス源、前記プラズマ処理チャンバの前記ガス分配部材の前記外側区画及び前記バイパス管路と流体連通するように適合された第２のガス流路と、
第２のプロセスガス源、前記内側区画及び前記バイパス管路と流体連通するように適合された第３のガス流路と、
前記第２のプロセスガス源、前記外側区画及び前記バイパス管路と流体連通するように適合された第４のガス流路と、
開閉信号を受け取って、（ｉ）前記第１及び第２のガス流路を介して、前記第１のプロセスガスを前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第３及び第４のガス管路を介して、前記第２のプロセスガスを前記バイパス管路に供給し、かつ、（ｉｉ）前記第１及び第２のプロセスガスのフローを変更して、前記第３及び第４のガス流路を介して、前記第２のプロセスガスを前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第１及び第２のガス流路を介して、前記第１のプロセスガスを前記バイパス管路に供給するように適合された複数の高速切換バルブと、
を備えることを特徴とするガス分配システム。
【請求項９】
前記第１、第２、第３及び第４のプロセスガス流路のそれぞれに沿って配置された、少なくとも１つのフローレストリクタをさらに備え、前記フローレストリクタが、前記フローレストリクタの上流にあってそれに近接した前記第１、第２、第３及び第４のガス流路の領域内のガス圧をほぼ一定に維持するように適合されたことを特徴とする請求項８に記載のガス分配システム。
【請求項１０】
前記高速切換バルブが、信号を受け取ってから約１００ミリ秒未満又は５０ミリ秒未満の期間内に、開く、かつ／又は、閉じることができることを特徴とする請求項８に記載のガス分配システム。
【請求項１１】
内側区画及び外側区画を有するシャワーヘッド電極アセンブリを含み、内部容積が約１／２リットルから４リットルであるプラズマ処理チャンバと、
前記シャワーヘッド電極アセンブリの前記内側区画及び外側区画と流体連通している、請求項８に記載のガス分配システムと、
を備え、
前記ガス分配システムが、前記プラズマ閉じ込め区画内の前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスを、約１秒未満又は約２００ミリ秒未満の期間内に、前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスの他方と実質的に置き換えるように操作可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
ガス切換部を備え、互いにフローが絶縁された内側区画及び外側区画を有するガス分配部材を含むプラズマ処理チャンバにプロセスガスを供給するガス分配システムであって、
それぞれが、（ｉ）少なくとも１つの第１のガス流路及び／又は少なくとも１つの第２のガス流路と流体連通するように適合され、かつ、（ｉｉ）前記プラズマ処理チャンバの前記ガス分配部材の前記内側区画、前記プラズマ処理チャンバの前記ガス分配部材の前記外側区画、及び、バイパス管路の少なくとも１つと流体連通するように適合された、複数の第１のガス流路と、
信号を受け取って、（ｉｉｉ）高速切換バルブの第１群を開き、高速切換バルブの第２群を閉じて、第１のプロセスガスを前記内側区画及び外側区画に供給するとともに、前記第１のガス流路の第１群を介して、第２のプロセスガスを前記バイパス管路に誘導し、また、（ｉｖ）高速切換バルブの前記第１群を閉じ、高速切換バルブの前記第２群を開いて、前記第１及び第２のプロセスガスのフローを変更することにより、前記第２のプロセスガスを前記内側区画及び外側区画に供給するとともに、前記第１のガス流路の第２群を介して、前記第１のプロセスガスを前記バイパス管路に誘導するように適合された、高速切換バルブ構成と、を含むことを特徴とするガス分配システム。
【請求項１３】
高速切換バルブの前記第１群及び第２群の開閉を制御するように操作可能なコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のガス分配システム。
【請求項１４】
フロー制御部をさらに備え、前記フロー制御部が、
少なくとも１つの第１のプロセスガス源と流体連通している第１のガス管路と流体連通するように適合された、少なくとも１つの第２のガス流路と、
前記第１のプロセスガスを前記第１のガス管路から少なくとも１つの第２のガス流路に供給されるように操作可能な、少なくとも１つの第１のバルブと、
少なくとも１つの第２のプロセスガス源と流体連通している第２のガス管路と流体連通するように適合された、少なくとも１つの第３のガス流路と、
前記第２のプロセスガスを前記第２のガス管路から少なくとも１つの第３のガス流路に供給するように操作可能な、少なくとも１つの第２のバルブと、
を備えることを特徴とする請求項１２に記載のガス分配システム。
【請求項１５】
ガス供給部をさらに備え、前記ガス供給部が、
複数の前記第１のプロセスガス源と流体連通するように適合された第１のガス管路と、
複数の前記第２のプロセスガス源と流体連通するように適合された第２のガス管路と、
前記第１のプロセスガスを前記第１及び第２のガス管路の少なくとも１つに供給するように操作可能な、少なくとも１つの第３のバルブと、
前記第２のプロセスガスを前記第１及び第２のガス管路の少なくとも１つに供給するように操作可能な、少なくとも１つの第４のバルブと、
を含むことを特徴とする請求項１４に記載のガス分配システム。
【請求項１６】
前記フロー制御部が、前記第２及び第３のガス流路とそれぞれ流体連通している、少なくとも１つの第１のフローレストリクタ及び少なくとも１つの第２のフローレストリクタを含み、前記第１及び第２のフローレストリクタが、前記第１及び第２のフローレストリクタの上流にあってそれらに近接した領域において、ほぼ一定のガス圧を維持するように適合されたことを特徴とする請求項１４に記載のガス分配システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの第１のフローレストリクタが、少なくとも２つの第１のフローレストリクタを含み、前記少なくとも１つの第２のフローレストリクタが１つの第２のフローレストリクタを含み、また、少なくとも１つの第１のフローレストリクタが前記第２のフローレストリクタとは異なるフローコンダクタンスを有することを特徴とする請求項１６に記載のガス分配システム。
【請求項１８】
前記第１のフローレストリクタが、前記第２のフローレストリクタのフローコンダクタンスとほぼ等しい合計フローコンダクタンスを有することを特徴とする請求項１７に記載のガス分配システム。
【請求項１９】
前記第２及び第３のガス流路が、前記第２及び第３のガス流路の少なくとも１つに調整用ガスを供給するように操作可能な少なくとも１つの調整用ガス源と流体連通するように適合されたことを特徴とする請求項１４に記載のガス分配システム。
【請求項２０】
前記ガス切換部が、各高速切換バルブの上流にある前記第１のガス流路のそれぞれに沿って配置されたフローレストリクタを含み、前記フローレストリクタが、前記フローレストリクタの上流にあってそれと近接する関連する第１のガス流路の領域において、ほぼ一定のガス圧を維持するように適合されたことを特徴とする請求項１２に記載のガス分配システム。
【請求項２１】
前記高速切換バルブが、信号を受け取ってから約１００ミリ秒未満又は約５０ミリ秒未満の期間内に、開く、かつ／又は、閉じることができることを特徴とする請求項１２に記載のガス分配システム。
【請求項２２】
シャワーヘッド電極アセンブリを含み、約１／２リットルから約４リットルの内部容量を有するプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバと流体連通している、請求項１２に記載のガス分配システムと、
を備え、
前記ガス分配システムが、前記プラズマ閉じ込め区画内の前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスを、約１秒未満又は約２００ミリ秒未満の期間内に、前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスの他方と実質的に置き換えるように操作可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２３】
ａ）第１のプロセスガスを、少なくとも一層と前記層の上に重なるパターニングされたレジストマスクとを含む半導体基板を収容するプラズマ処理チャンバ内に供給するとともに、第２のプロセスガスをバイパス管路に誘導する工程と、
ｂ）前記第１のプロセスガスを励起して第１のプラズマを発生させるとともに、（ｉ）前記層の少なくとも１つの形状をエッチングするか、又は、（ｉｉ）前記マスク上にポリマー蒸着物を形成する工程と、
ｃ）前記第１及び第２のプロセスガスのフローを切換えて、前記第２のプロセスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給するとともに、前記第１のプロセスガスを前記バイパス管路に誘導する工程であって、前記第１のプロセスガスが、前記プラズマ処理チャンバのプラズマ閉じ込め区画内で、約１秒未満又は約２００ミリ秒未満の期間内で前記第２のプロセスガスと実質的に置き換えられる工程と、
ｄ）前記第２のプロセスガスを励起して第２のプラズマを発生させるとともに、（ｉｉｉ）前記層の前記少なくとも１つの形状をエッチングするか、又は、（ｉｖ）前記層及び前記マスクの上にポリマー蒸着物を形成する工程と、
ｅ）前記第１及び第２のプロセスガスのフローを切換えて、前記第１のプロセスガスを前記プラズマ処理チャンバ内に供給するとともに、前記第２のプロセスガスを前記バイパス管路に誘導する工程であって、前記第２のプロセスガスが、前記プラズマ処理チャンバの前記プラズマ閉じ込め区画内で、約１秒未満又は約２００ミリ秒未満の期間内で前記第１のプロセスガスと実質的に置き換えられる工程と、
ｆ）前記基板にａ）からｅ）の工程を複数回繰り返す工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理チャンバ内で半導体構造を処理する方法。
【請求項２４】
前記ポリマー蒸着物が、前記基板にａ）からｅ）の工程を複数回繰り返した後、約１００オングストローム未満の最大厚さに形成されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のプラズマが前記層の前記少なくとも１つの形状をエッチングし、前記第２のプラズマが、前記層及び前記マスク上に、前記マスクの条線を補修する前記蒸着物を形成することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記プラズマ閉じ込め区画が、約１／２リットルから約４リットルの容積を有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の層がＳｉＯ２であり、
前記マスクがＵＶレジストマスクであり、
前記第１のプロセスガスが、Ｃ４Ｆ８、Ｏ２及びアルゴンの混合物を含み、前記第１のプラズマが前記層をエッチングし、
前記第２のプロセスガスが、ＣＨ３Ｆ、アルゴン、及び任意にＯ２の混合物を含み、前記第２のプラズマが前記形状及び前記マスクの上に前記ポリマー蒸着物を形成することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２のプロセスガスがそれぞれ前記プラズマ処理チャンバ内に供給されるごとに、前記第１のプロセスガスが、約５秒から約２０秒の期間、前記プラズマ処理チャンバ内に供給され、前記第２のプロセスガスが、約１秒から約３秒の期間、前記プラズマ処理チャンバ内に供給されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記プラズマ処理チャンバが、内側区画及び外側区画を含むシャワーヘッド電極アセンブリを備え、前記第１のプロセスガスが前記内側区画及び前記外側区画に供給されるとともに、前記第２のプロセスガスが前記バイパス管路に誘導され、前記第２のプロセスガスが前記内側区画及び前記外側区画に供給されるとともに、前記第１のプロセスガスが前記バイパス管路に誘導されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１のプロセスガス及び／又は前記第２のプロセスガスが、異なる流量で前記内側区画及び前記外側区画に供給されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速ガス切換能力を有するガス分配システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体構造は、プラズマ処理チャンバ、プロセスガスをチャンバ内に供給するガス源、及び、プロセスガスからプラズマを発生させるエネルギー源を含む、プラズマ処理装置内で処理される。半導体構造は、そうした装置内で、ドライエッチングプロセス、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法又はプラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）等の、金属材料、誘電体材料及び半導体材料の蒸着プロセス、並びにレジスト剥離プロセスを含む技術によって処理される。これらの処理技術に対して、また半導体構造の異なる材料を処理するのに、異なるプロセスガスが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５５３４７５１号
【特許文献２】米国特許公開公報ＵＳ２００３／００２９５６７
【特許文献３】米国特許出願第０９／７８８３６５号
【特許文献４】米国特許出願第１０／０２４２０８号
【特許文献５】米国特許第６０１３１５５号
【特許文献６】米国特許第６２７０８６２号
【発明の概要】
【０００４】
プラズマ処理チャンバ等の真空チャンバに選択されたガスを供給するように操作可能なガス分配システムが提供される。ガスは、エッチングガス組成物及び／又は蒸着ガス組成物であることができる。ガス分配システムの好ましい実施形態は、高速ガス切換能力を提供することができ、それによって、ガス分配システムが、好ましくはいずれのガスにも望ましくない圧力サージ又はフローの不安定性を生じさせることなく、短時間内で真空チャンバに供給されるガスを変換することを可能にする。ガス分配システムのいくつかの好ましい実施形態は、真空チャンバ内部の異なる区画に、ガスの化学的性質及び／又は流量が異なる選択されたガスフローを提供することができる。
【０００５】
ガス分配システムの好ましい一実施形態は、第１のガス管路と流体連通するように適合された第１のガス流路及び第２のガス流路と、第２のガス管路と流体連通するように適合された第３のガス流路及び第４のガス流路とを備える。第１及び第３のガス流路は、真空チャンバ内部にガスを供給するように適合され、第２及び第４のガス流路は、バイパス管路にガスを供給するように適合される。第１、第２、第３及び第４の高速切換バルブは、第１、第２、第３及び第４のガス流路それぞれに沿って配置される。第１及び第４の高速切換バルブは、信号を受け取って、第２及び第３の高速切換バルブが閉じているときに開いて、第１のガス管路並びに第１及び第３のガス流路を介して第１のガスを真空チャンバに供給するとともに、第２のガス管路並びに第２及び第４のガス流路を介して第２のガスをバイパス管路に供給するように適合される。第２及び第３の高速切換バルブは、信号を受け取って、第１及び第４の高速切換バルブが閉じているときに開いて、第２のガス管路及び第３のガス流路を介して第２のガスを真空チャンバに供給するとともに、第１のガス管路及び第２のガス流路を介して第１のガスをバイパス管路に供給するように適合される。
【０００６】
互いにフローが絶縁された内側及び外側区画を有するガス分配部材を含むプラズマ処理チャンバにガスを供給する、ガス分配システムの別の好ましい実施形態が提供され、このシステムは、第１のプロセスガス源、内側区画及びバイパス管路と流体連通するように適合された第１のガス流路と、第１のプロセスガス源、外側区画及びバイパス管路と流体連通するように適合された第２のガス流路と、第２のプロセスガス源、内側区画及びバイパス管路と流体連通するように適合された第３のガス流路と、第２のプロセスガス源、外側区画及びバイパス管路と流体連通するように適合された第４のガス流路とを備える。ガス分配システムは、開閉信号を受け取るように適合された高速切換バルブを備え、その信号により、（ｉ）第１及び第２のガス流路を介して、第１のプロセスガスを内側及び外側区画に供給するとともに、第３及び第４のガス流路を介して第２のプロセスガスをバイパス管路に供給し、かつ、（ｉｉ）第１及び第２のプロセスガスのフローを変更して、第３及び第４のガス流路を介して第２のプロセスガスを内側及び外側区画に供給するとともに、第１及び第２のガス流路を介して第１のプロセスガスをバイパス管路に供給する。
【０００７】
互いにフローが絶縁された内側及び外側区画を有するガス分配部材を含むプラズマ処理チャンバにガスを供給する、ガス分配システムの更なる好ましい実施形態が提供され、このシステムは、複数の第１のガス流路を含むガス切換部を備え、第１のガス流路はそれぞれ、（ｉ）少なくとも１つの第１のガス流路及び／又は少なくとも１つの第２のガス流路と流体連通し、かつ、（ｉｉ）ガス分配部材の内側区画、ガス分配部材の外側区画及びバイパス管路の少なくとも１つと流体連通するように適合される。ガス切換部は更に、信号を受け取るように適合された高速切換バルブ構成を備え、その信号により、（ｉｉｉ）高速切換バルブの第１群を開き、かつ高速切換バルブの第２群を閉じて、第１のプロセスガスを内側及び外側区画に供給するとともに、第２のプロセスガスを、第１のガス流路の第１群を介してバイパス管路に誘導し、かつ、（ｉｖ）高速切換バルブの第１群を閉じ、かつ高速切換バルブの第２群を開いて、第１及び第２のプロセスガスのフローを切換えて、第２のプロセスガスを内側及び外側区画に供給するとともに、第１のプロセスガスを、第１のガス流路の第２群を介してバイパス管路に誘導する。
【０００８】
プラズマ処理チャンバ内で半導体構造を処理する方法の好ましい一実施形態が提供され、この方法は、ａ）少なくとも一層とその層の上に重なるパターニングされたレジストマスクとを含む半導体基板を収容するプラズマ処理チャンバ内に、第１のプロセスガスを供給するとともに、第２のプロセスガスをバイパス管路に誘導する工程と、ｂ）第１のプロセスガスを励起して第１のプラズマを発生させ、かつ、（ｉ）層の少なくとも１つの形状をエッチングするか、又は、（ｉｉ）マスク上にポリマー蒸着物を形成する工程と、ｃ）第１及び第２のプロセスガスのフローを切換えることにより、第２のプロセスガスをプラズマ処理チャンバ内に供給するとともに、第１のプロセスガスをバイパス管路に誘導し、第１のプロセスガスを、約１秒未満又は約２００ミリ秒未満の期間内に、プラズマ処理チャンバのプラズマ閉じ込め区画内で第２のプロセスガスと実質的に置き換える工程と、ｄ）第２のプロセスガスを励起して第２のプラズマを発生させ、かつ（ｉｉｉ）層の少なくとも１つの形状をエッチングするか、又は、（ｉｖ）層及びマスク上に蒸着物を形成する工程と、ｅ）第１及び第２のプロセスガスのフローを切換えることにより、第１のプロセスガスをプラズマ処理チャンバ内に供給するとともに、第２のプロセスガスをバイパス管路に誘導し、第２のプロセスガスを、約１秒未満又は約２００ミリ秒未満の期間内に、プラズマ処理チャンバのプラズマ閉じ込め区画内で第１のプロセスガスと実質的に置き換える工程と、ｆ）基板にａ）からｅ）の工程を複数回繰り返す工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガス分配システムの好ましい実施形態に使用できるプラズマ処理装置の例示的な一実施形態の断面図である。
【図２】ガス分配システムの好ましい一実施形態の図である。
【図３】ガス分配システムのガス供給部の好ましい一実施形態の図である。
【図４】ガス分配システムのフロー制御部の好ましい一実施形態の図である。
【図５】ガス分配システムのガス切換部の第１の好ましい実施形態の図である。
【図６】ガス分配システムのガス切換部の第２の好ましい実施形態の図である。
【図７】ガス分配システムのガス切換部の第３の好ましい実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
半導体基板上、例えばシリコンウエハ上に形成された、半導体装置等の半導体材料を処理するプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバ、及び、プラズマ処理チャンバ内にプロセスガスを供給するガス分配システムを含む。ガス分配システムは、プラズマ処理の間、基板表面全体にわたって単一の区画又は複数の区画にガスを分配することができる。ガス分配システムは、同じ若しくは異なるプロセスガス、又はガス混合物の区画への流量比を制御するフローコントローラを含むことができ、それによって、ガスのフローとガス組成の基板全体にわたる均一性をプロセス中に調節することができる。
【００１１】
複数区画のガス分配システムは、単一区画のシステムに比べてフロー制御を改善することができるが、そうしたシステムに、短時間の間にガス組成及び／又はガスフローを変更することができる基板処理操作を可能にする構成を持たせることが、望ましい場合がある。
【００１２】
ガス分配システムは、ガス組成及び／又は流量比の異なるガスをチャンバに供給するために提供される。好ましい一実施形態では、ガス分配システムは、プラズマ処理装置のプラズマ処理チャンバ等の真空チャンバの内部と流体連通するように適合され、また、処理操作中に、化学的性質及び／又は流量の異なるガスを真空チャンバに供給する能力を提供する。プラズマ処理装置は、ＲＦエネルギー、マイクロ波エネルギー、磁界等を用いてプラズマを発生させるエネルギー源を含む、低密度、中密度又は高密度のプラズマリアクタであることができる。例えば、高密度プラズマは、誘導結合プラズマリアクタとしても知られるトランス結合プラズマ（ＴＣＰ（商標））リアクタ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマリアクタ、容量性放電等で発生させることができる。ガス分配システムの好ましい実施形態を使用することができる例示的なプラズマリアクタとしては、カリフォルニア州フレモントの  リサーチ  コーポレーションから入手可能な、２３００  Ｅｘｃｅｌａｎ（商標）プラズマリアクタ等の、Ｅｘｃｅｌａｎ（商標）プラズマリアクタが挙げられる。プラズマエッチングプロセス中に、複数の周波数を、電極及び静電気チャックを組み込んだ基板支持体に適用することができる。あるいは、２周波数のプラズマリアクタでは、異なる周波数を、基板支持体と、基板から離間したシャワーヘッド電極等の電極とに適用することができる。
【００１３】
ガス分配システムの好ましい一実施形態は、単一の区画又は複数の区画を介して、好ましくは、少なくとも、処理される基板の露出表面に隣接したガス分配部材の内側区画及び外側区画を介して、プラズマ処理チャンバ等の真空チャンバの内部に第１のガスを供給することができる。内側及び外側区画は、プラズマ処理チャンバ内で互いに放射方向に離間し、好ましくはフローが絶縁される。ガス分配システムは、同時に、第１のガスとは異なる第２のガスを、真空チャンバのバイパス管路に誘導することができる。バイパス管路は、真空ポンプ等と流体連通することができる。好ましい一実施形態では、第１のガスは第１のプロセスガスであり、第２のガスは異なるプロセスガスである。例えば、第１のガスは、第１のエッチングガス化学物質又は蒸着ガス化学物質であることができ、第２のガスは、異なるエッチングガス化学物質又は蒸着ガス化学物質であることができる。ガス分配システムは、内側区画及び外側区画にそれぞれ、異なる流量で制御された第１のガスを同時に提供するとともに、第２のガスをバイパス管路に誘導するか、あるいは、第１及び第２のガスを置き換えて提供し、誘導することができる。ガスの１つをバイパス管路に誘導することにより、真空チャンバに供給されるガスの変換を短時間内で行うことができる。
【００１４】
ガス分配システムは、単一の区画を含むか、又は複数の区画を含む真空チャンバの内部に供給されるガスを、短時間で第１及び第２のガスの間で切換える又は変換することを可能にする、切換装置を含む。複数区画のシステムでは、ガス分配システムは、第１のガスを内側区画及び外側区画に供給するとともに、第２のガスをバイパス管路に誘導し、次に、短時間内でガスの分配を切換えることにより、第２のガスを内側区画及び外側区画に供給するとともに、第１のガスをバイパス管路に誘導することができる。ガス分配システムは、第１及び第２のガスを、それぞれ所望の時間、真空チャンバの内部に交互に供給することができ、異なるガス化学物質を用いる異なる処理操作、例えば半導体装置の処理方法の交互の工程を、迅速に変換することを可能にする。好ましい一実施形態では、方法の工程は、異なるエッチング工程、例えば、高速エッチング工程（主エッチング等）及び相対的に低速のエッチング工程（オーバーエッチング工程等）、エッチング工程及び材料蒸着工程、又は、異なる材料を基板上に蒸着する異種材料蒸着工程であることができる。
【００１５】
ガス分配システムの好ましい一実施形態では、真空チャンバ内の限定された領域、好ましくはプラズマ閉じ込め区画の中の大量のガス組成物を、短時間内に、真空チャンバ内に導入された別のガス組成物と置き換える（すなわち、押出す）ことができる。そのようなガスの置換えは、ガス分配システム内に高速切換能力を有するバルブを設けることにより、好ましくは約１秒未満、より好ましくは約２００ミリ秒未満で行うことができる。プラズマ閉じ込め区画は、２００ｍｍ又は３００ｍｍのウェハを処理するプラズマ処理チャンバにおいて、約１／２リットル〜約４リットルのガス量を有することができる。プラズマ閉じ込め区画は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許第５，５３４，７５１号に開示されるような、閉じ込めリングの積み重ね体によって画定することができる。
【００１６】
図１は、ガス分配システム１００の実施形態で使用することができる、例示的な半導体材料プラズマ処理装置１０を示す。装置１０は、基板１６がプラズマ処理中にその上で支持される基板支持体１４を内部に収容する、真空チャンバ又はプラズマ処理チャンバ１２を備える。基板支持体１４は、処理中に基板支持体１４上で基板１６を固定するように操作可能なクランプ装置、好ましくは静電気チャック１８を含む。基板は、その周囲を、フォーカスリング及び／又はエッジリング、接地用延長部、又は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許公開ＵＳ２００３／００２９５６７号公報に開示される部品等の、他の部品で取り囲むことができる。
【００１７】
好ましい一実施形態では、プラズマ処理チャンバ１２は、約１／２リットル〜約４リットル、好ましくは約１リットル〜約３リットルの容積を有するプラズマ閉じ込め区画を含む。例えば、プラズマ処理チャンバ１２は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許第５，５３４，７５１号に開示されるような、プラズマ閉じ込め区画を画定する閉じ込めリング構成を含むことができる。ガス分配システムは、プラズマ閉じ込め区画内のそのような容積のガスを、実質的に逆拡散なく、約１秒未満、好ましくは約２００ミリ秒未満の期間内に、別のガスと置き換えることができる。閉じ込め機構は、プラズマの容積から、プラズマの容積外にあるプラズマ処理チャンバ１２内部の部分への流体連通を、制限することができる。
【００１８】
基板１６は、シリコンウエハ等の基材と、基材の上に、処理される、例えばエッチングされる材料の中間層と、中間層の上にマスキング層とを含んでもよい。中間層は、導電性材料、誘電体材料又は半導体材料であってもよい。マスキング層は、中間層及び／又は１つ以上の他の層に、所望の形状、例えば、孔、ビア（ｖｉａｓ）、及び／又はトレンチ（ｔｒｅｎｃｈｅｓ）をエッチングするための開口パターンを有する、パターニングされたフォトレジスト材料であることができる。基板は、基材上に形成される半導体装置のタイプに応じて、基層とマスキング層の間に、導電性材料、誘電体材料又は半導体材料の追加層を含むことができる。
【００１９】
処理することができる例示的な誘電体材料は、例えば、フッ化シリコン酸化物等のドープされた酸化シリコン、二酸化シリコンなどのドープされていない酸化シリコン、スピンオンガラス、ケイ酸塩ガラス、ドープされた又はドープされていない熱酸化シリコン、及び、ドープされた又はドープされていないＴＥＯＳ蒸着酸化シリコンである。そのような誘電体材料は、多結晶シリコン；アルミニウム、銅、チタン、タングステン、モリブデン、及びそれらの合金等の金属；窒化チタン等の窒化物；及びケイ化チタン、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデン等の金属ケイ化物等、導電体層又は半導体層の上に重ねることができる。
【００２０】
図１に示す例示的なプラズマ処理装置１０は、プラズマチャンバの壁を形成する支持板２０と、支持板に取り付けられたシャワーヘッド２２とを有するシャワーヘッド電極アセンブリを含む。バッフルアセンブリが、シャワーヘッド２２と支持板２０の間に設けられて、シャワーヘッドの裏側２８に均一にプロセスガスを分配する。バッフルアセンブリは、１つ以上のバッフル板を含むことができる。この実施形態では、バッフル板アセンブリは、バッフル板３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃを含む。開放プレナム４８Ａ、４８Ｂ及び４８Ｃは、バッフル板３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの間と、バッフル板３０Ｃとシャワーヘッド２２との間で画定される。バッフル板３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃ、並びにシャワーヘッド２２は、プロセスガスをプラズマ処理チャンバ１２の内部に流す貫通流路を含む。
【００２１】
この実施形態では、支持板２０とバッフル板３０Ａの間のプレナム、並びにバッフル板３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの間のプレナム４８Ａ、４８Ｂ及び４８Ｃは、Ｏ―リング等の封止部３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ及び３８Ｄによって、内側区画４２と外側区画４６に分割される。内側区画４２及び外側区画４６には、ガス分配システム１００によって、好ましくはコントローラ５００の制御によって、化学的性質及び／又は流量がそれぞれ異なるプロセスガスを供給することができる。ガスは、内側区画ガス供給部４０から内側区画４２内に供給され、また、外側区画ガス供給部４４から環状チャネル４４Ａ内に、次に外側区画４６内に供給される。プロセスガスは、バッフル板３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃ、並びにシャワーヘッド２２の中の流路を通って、プラズマ処理チャンバ１２の内部に入る。プロセスガスは、ＲＦ電源駆動電極２２等の電源によって、又は基板支持体１４内の電極を駆動する電源によって励起されて、プラズマ処理チャンバ１２内でプラズマ状態になる。電極２２に付与されるＲＦ電力は、異なるガス組成物がプラズマ処理チャンバ１２内に供給されたとき、好ましくは約１秒未満、より好ましくは約２００ミリ秒未満の時間内で、変化させることができる。
【００２２】
他の好ましい実施形態では、プラズマ処理装置１０は、プロセスガスをプラズマ処理チャンバ内に注入するガス注入システムを含むことができる。例えば、ガス注入システムは、それぞれ全体が参照により本明細書に組み込まれる、同一出願人による米国特許出願第０９／７８８，３６５号、米国特許出願第１０／０２４，２０８号、米国特許第６，０１３，１５５号又は米国特許第６，２７０，８６２号に開示されるような構成を有することができる。
【００２３】
図２は、ガス分配システム１００が、互いに流体連通しているガス供給部２００、フロー制御部３００及びガス切換部４００を含む、好ましい一実施形態を示す。ガス分配システム１００は、好ましくは、ガス供給部２００、フロー制御部３００及びガス切換部４００の制御操作と制御が連通した状態で接続されたコントローラ５００（図１）も含む。
【００２４】
ガス分配システム１００では、ガス供給部２００は、第１及び第２のプロセスガス等の異なるガスを、それぞれ第１のガス管路２３５及び第２のガス管路２４５を介して、フロー制御部３００に供給することができる。第１及び第２のガスは、互いに異なる組成及び／又は流量を有することができる。
【００２５】
フロー制御部３００は、流量を制御し、さらに任意に、切換部４００に供給することができる異なるガスの組成を調節するように、操作可能である。フロー制御部３００は、ガス流路３２４及び３２６、並びに、３６４及び３６６をそれぞれ介して、流量及び／又は化学的性質の異なる第１及び第２のガスを、切換部４００に供給することができる。それに加えて、プラズマ処理チャンバ１２に供給される第１のガス及び／又は第２のガスの流量及び／又は化学的性質は、（他方のガスを、ターボポンプと粗引きポンプとの間等、真空ポンプシステムと流体連通できるバイパス管路５０に誘導しながら）内側区画４２と外側区画４６とで異ならせることができる。したがって、フロー制御部３００は、基板１６全体にわたって所望のガスフロー及び／又はガスの化学的性質を提供することができ、それによって基板処理の均一性が向上される。
【００２６】
ガス分配システム１００では、切換部４００は、短時間内で第１のガスから第２のガスに切換えて、単一の区画又は複数の区画、例えば内側区画４２及び外側区画４６の中の第１のガスを第２のガスに置き換えると同時に、第１のガスをバイパス管路に誘導する、又はその逆の操作をするように、操作可能である。ガス切換部４００は、好ましくは、いずれのガスのフローにおいても望ましくない圧力サージ又はフローの不安定性を生じさせることなく、第１及び第２のガスを切換えることができる。所望であれば、ガス分配システム１００は、プラズマ処理チャンバ１２を通る第１及び第２のガスの体積流量を、連続して実質的に一定に維持することができる。
【００２７】
図３は、ガス分配システム１００のガス供給部２００の好ましい一実施形態を示す。ガス供給部２００は、好ましくはコントローラ５００に接続されて、バルブ及びフローコントローラ等のフロー制御構成要素の操作を制御し、それにより、ガス供給部２００によって供給することができる２つ以上のガスの組成の制御を可能にする。この実施形態では、ガス供給部２００は、第１のガス管路２３５及び第２のガス管路２４５とそれぞれ流体連通している、複数のガス源２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４及び２１６を含む。そのため、ガス供給部２００は、プラズマ処理チャンバ１２に様々な所望のガス混合物を供給することができる。ガス分配システム１００に含まれるガス源の数は、任意の特定の数に限定されないが、少なくとも２つの異なるガス源を含むことが好ましい。例えば、ガス供給部２００は、図３に示す実施形態に含まれる８個よりも多い、又は少ないガス源を含むことができる。例えば、ガス供給部２００は、２個、３個、４個、５個、１０個、１２個、１６個又はそれよりも多いガス源を含むことができる。各ガス源によって提供することができる異なるガスとしては、Ｏ２、Ａｒ、Ｈ２、Ｃｌ２、Ｎ２等の単独ガス、並びに、ＣＦ４、ＣＨ３Ｆ等のガス状のフルオロカーボン及び／又はフルオロハイドロカーボン化合物が挙げられる。好ましい一実施形態では、プラズマ処理チャンバはエッチングチャンバであり、ガス源２０２〜２１６は、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２、Ｃｌ２、ＣＨ３、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８及びＣＨ３Ｆ又はＣＨＦ３を（任意の適切な順序で）供給することができる。ガス源２０２〜２１６それぞれによって供給される特定のガスは、プラズマ処理チャンバ１２内で行われるべき所望のプロセス、例えば特定のドライエッチング及び／又は材料蒸着プロセスに基づいて、選択することができる。ガス供給部２００は、エッチングプロセス及び／又は材料蒸着プロセスを行うために供給できるガスの選択に関して、広い融通性をもつことができる。
【００２８】
ガス供給部２００は、好ましくは、ガス組成を調節するための少なくとも１つの調整用ガス源も含む。調整用ガスは、例えば、Ｏ２、アルゴンなどの不活性ガス、又は、例えばＣ４Ｆ８等のフルオロカーボンガスもしくはフルオロハイドロカーボンガス等の反応性ガスであることができる。図３に示す実施形態では、ガス供給部２００は、第１の調整用ガス源２１８及び第２の調整用ガス源２１９を含む。後述するように、第１の調整用ガス源２１８及び第２の調整用ガス源２１９は、ガス切換部４００に供給される第１及び／又は第２のガスの組成を調節する、調整用ガスを供給することができる。
【００２９】
図３に示すガス供給部２００の実施形態では、フロー制御装置２４０が、好ましくは、ガス源２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４及び２１６とそれぞれ流体連通している、ガス流路２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３４及び２３６のそれぞれと、第１の調整用ガス源２１８及び第２の調整用ガス源２１９とそれぞれ流体連通しているガス流路２４２及び２４４とに配置される。フロー制御装置２４０は、関連するガス源２０２〜２１６及び２１８、２１９によって供給されるガスのフローを制御するように操作可能である。フロー制御装置２４０は、好ましくはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）である。
【００３０】
図３に示す実施形態では、ガス源２０２〜２１６それぞれの下流側のガス流路に沿って、バルブ２５０及び２５２が設けられる。バルブ２５０及び２５２は、好ましくはコントローラ５００の制御で選択的に開閉して、異なるガス混合物を、第１のガス管路２３５及び／又は第２のガス管路２４５に流すことができる。例えば、ガス源２０２〜２１６の１つ又は複数に関連したバルブ２５２を開く（他のガス源２０２〜２１６に関連した残りのバルブ２５２は閉じたままで）ことによって、第１のガス混合物を第１のガス管路２３５に供給することができる。同様に、他のガス源２０２〜２１６の１つ又は複数に関連したバルブ２５０を開く（他のガス源２０２〜２１６に関連した残りのバルブ２５０は閉じたままで）ことによって、第２のガス混合物を第２のガス管路２４５に供給することができる。したがって、第１及び第２のガスの様々な混合物及び質量流量を、ガス供給部２００の制御された操作によって、第１のガス管路２３５及び第２のガス管路２４５に供給することができる。
【００３１】
好ましい一実施形態では、ガス供給部２００は、第１のガス管路２３５及び第２のガス管路２４５をそれぞれ介して、第１及び第２のガスの連続的なフローを提供するように操作可能である。第１のガス又は第２のガスをプラズマ処理チャンバ１２に流すとともに、他方のガスをバイパス管路に誘導する。バイパス管路は、真空ポンプ等に接続することができる。第１及び第２のガスを両方とも連続的に流すことによって、ガス分配システム１００は、ガスフローの迅速な変換を行うことができる。
【００３２】
図４は、ガス分配システム１００のフロー制御部３００の好ましい一実施形態を示す。フロー制御部３００は、ガス供給部２００からの第１のガス管路２３５と流体連通している第１のフロー制御部３０５と、ガス供給部２００からの第２のガス管路２４５と流体連通している第２のフロー制御部３１５とを含む。フロー制御部３００は、内側区画４２及び外側区画４６にそれぞれ供給される第１のガスの比を制御しながら、第２のガスをバイパス管路に誘導し、また、内側区画４２及び外側区画４６にそれぞれ供給される第２のガスの比を制御しながら、第１のガスをバイパス管路に誘導するように操作可能である。第１のフロー制御部３０５は、第１のガス管路２３５で導入される第１のガスフローを、２つの分離された第１のガスの流出フローに分割し、また、第２のフロー制御部３１５は、第２のガス管路２４５で導入される第２のガスフローを、２つの分離された第２のガスの流出フローに分割する。第１のフロー制御部３０５は、切換システム４００を介して内側区画４２及び外側区画４６とそれぞれ流体連通している、第１のガス流路３２４及び第２のガス流路３２６を含み、第２のフロー制御部３１５は、切換システム４００を介して内側区画４２及び外側区画４６とそれぞれ流体連通している、第１のガス流路３６４及び第２のガス流路３６６を含む。
【００３３】
好ましい構成では、第１のフロー制御部３０５及び第２のフロー制御部３１５はそれぞれ、少なくとも２つのフローレストリクタを含む。各フローレストリクタは、好ましくはそこを通るガスフローに対する固定された制限サイズを有する。フローレストリクタは好ましくはオリフィスである。フローレストリクタは、ガスフローを制限し、オリフィスの上流にあってそれに近接するガス流路の領域におけるガス圧を、ほぼ一定に維持する。第１のフロー制御部３０５及び第２のフロー制御部３１５はそれぞれ、好ましくはそれぞれ異なる断面制限サイズを有する、例えば異なる直径又は異なる断面積を有する、オリフィスのネットワーク、例えば２つ、３つ、４つ又は５つ以上のオリフィスを含むのが好ましい。オリフィスの制限サイズは、ガス分配システム１００のガスフロー経路の他の部分の断面積よりも小さい。オリフィスは好ましくは音波オリフィスである。ガスフローは、所与のオリフィスのフローコンダクタンスが、その制限サイズ及び上流の圧力のみによって決まるように、好ましくはフロー制御部３００における臨界フロー体系で操作される。オリフィスのフローコンダクタンスが増加すると、所与の流量がオリフィスを通るようにするためのオリフィス両端間の圧力降下が減少する。
【００３４】
図４に示す実施形態では、第１のフロー制御部３０５及び第２のフロー制御部３１５はそれぞれ、５つのオリフィス３３０、３３２、３３４、３３６及び３３８を含む。例えば、オリフィス３３０、３３２、３３４、３３６及び３３８はそれぞれ、相対制限サイズ、例えば直径１、２、４、８及び１６を有することができる。したがって、ガスフローが５つのオリフィス３３０〜３３８すべてを通る場合、４つのオリフィス３３０〜３３６のコンダクタンスの合計は、単一のオリフィス３３８のそれとほぼ同じである。別の方法として、異なる比の第１のガスフロー及び第２のガスフローを内側区画４２及び外側区画４６に供給するために、４つのオリフィス３３０〜３３６のうち３つまでを開いて、オリフィス３３８のコンダクタンスとは異なる比の、オリフィス３３０〜３３６の合計コンダクタンスを提供することができる。
【００３５】
別の実施形態は、異なる数のオリフィス、例えば、オリフィス３３８と複数のオリフィス３３０〜３３６に代わる第２のオリフィスとを含む、合計２つのオリフィスを含むことができる。第２のオリフィスは、好ましくは、オリフィス３３８と同じ制限サイズを有する。そのような実施形態では、内側区画４２及び外側区画４６に供給される第１のガス及び／又は第２のガスの流量比は、ほぼ１：１である。
【００３６】
バルブ３２０は、好ましくは、個々のオリフィス３３０〜３３８それぞれの上流に設けられて、オリフィスへの第１及び第２のガスのフローを制御する。例えば、第１のフロー制御部３０５及び／又は第２のフロー制御部３１５において、１つ又は複数のバルブ３２０を開いて、第１のガス及び／又は第２のガスを１つ又は複数の関連するオリフィス３３０〜３３６に流すとともに、他方のバルブ３２０を開いて、第１のガス及び／又は第２のガスをオリフィス３３８に流すようにすることができる。
【００３７】
第１のフロー制御部３０５では、オリフィス３３０〜３３６はガス流路３２２と流体連通している。ガス流路３２２は、ガス切換部と流体連通している、第１のガス流路３２４及び第２のガス流路３２６に分割される。一対のバルブ３２０が、第１のガス流路３２４及び第２のガス流路３２６に設けられて、第１のフロー制御部３０５の１つ又は複数のオリフィス３３０〜３３６を通って内側区画４２及び／又は外側区画４６に流れる、第１のガスのフローを制御する。代替実施形態では、ガス流路３２４及び３２６に沿って設けられた一対のバルブ３２０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００３８】
第１のフロー制御部３０５では、オリフィス３３８はガス流路３１９に沿って配置される。ガス流路３１９は、第１のガス流路３２４及び第２のガス流路３２６とそれぞれ流体連通している、ガス流路３３１及び３３３に分割される。一対のバルブ３２０が、ガス流路３３１及び３３３に設けられて、オリフィス３３８を通って第１のガス流路３２４及び第２のガス流路３２６に流れる、第１のガスのフローを制御する。代替実施形態では、ガス流路３３１及び３３３に沿って設けられた一対のバルブ３２０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００３９】
第２のフロー制御部３１５では、一対のバルブ３２０が、第１のガス流路３６４及び第２のガス流路３６６に沿って設けられて、１つ又は複数のオリフィス３３０〜３３６を通ってプラズマ処理チャンバの内側区画４２及び外側区画４６に流れる、第２のガスのフローを制御する。代替実施形態では、ガス流路３６４及び３６６に沿って設けられた一対のバルブ３２０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００４０】
第２のフロー制御部３１５では、オリフィス３３８はガス流路３５９に沿って配置される。ガス流路３５９は、第１のガス流路３６４及び第２のガス流路３６６とそれぞれ流体連通している、ガス流路３７２及び３７４に分割される。一対のバルブ３２０が、ガス流路３７２及び３７４に設けられて、オリフィス３３８を通って第１のガス流路３６４及び／又は第２のガス流路３６６に流れる、第２のガスのフローを制御する。代替実施形態では、ガス流路３７２及び３７４に沿って設けられた一対のバルブ３２０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００４１】
オリフィス３３０〜３３８がフロー制御部３００に含まれて、ガス分配システム１００が、プラズマ処理チャンバ１２内に流れるガスを第１のガスから第２のガスに、また第２のガスから第１のガスに変更したときの、圧力サージとフローの不安定性を防ぐ。
【００４２】
図４に示す実施形態では、第１の調整用ガス源２１８（図３）のガス流路２４２は、第１の調整用ガスを、第１のフロー制御部３０５の第１のガス流路３２４及び／又は第２のガス流路３２６に供給して、第１のガスの組成を調節するように配置される。第２の調整用ガス源２１９（図３）のガス流路２４４は、第２の調整用ガスを、第２のフロー制御部３１５の第１のガス流路３６４及び／又は第２のガス流路３６６に供給して、第２のガスの組成を調節するように配置される。第１及び第２の調整用ガスは、同一の調整用ガス又は異なる調整用ガスであることができる。
【００４３】
フロー制御装置３４０、好ましくはＭＦＣは、ガス流路２４２に沿って配置される。バルブ３２０が、ガス流路３３７及び３３９に沿って設けられて、ガス流路３２６及び３２４への第１の調整用ガスのフローをそれぞれ制御する。代替実施形態では、ガス流路３３７及び３３９に沿って設けられた一対のバルブ３２０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００４４】
フロー制御装置３４０、好ましくはＭＦＣは、ガス流路２４４に沿って配置される。バルブ３２０が、ガス流路３７６及び３７８に沿って設けられて、ガス流路３６６及び３６４への第２の調整用ガスのフローをそれぞれ制御する。代替実施形態では、ガス流路３７６及び３７８に沿って設けられた一対のバルブ３２０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００４５】
図４に示すフロー制御部３００の実施形態では、第１のフロー制御部３０５及び第２のフロー制御部３１５は、同じ構成にされた同じ構成要素を含む。しかし、ガス分配システム１００の他の好ましい実施形態では、第１のフロー制御部３０５及び第２のフロー制御部３１５は、互いに異なる構成要素及び／又は異なる構成を有することができる。例えば、第１のフロー制御部３０５及び第２のフロー制御部３１５は、互いに異なる数のオリフィス及び／又は異なる制限サイズのオリフィスを含むことができる。
【００４６】
ガス分配システム１００では、ガス切換システム４００は、フロー制御部３００、並びに、第１及び第２のガスが流れる真空チャンバの内部及びバイパス管路と流体連通している。ガス切換システム４００の第１の好ましい実施形態を、図５に示す。ガス切換システム４００は、プラズマ処理チャンバ１２の内側区画４２及び外側区画４６の両方に、第１及び第２のガスを交互に供給することができる。ガス切換システム４００は、第１のフロー制御部３０５の第１のガス流路３２４及び第２のガス流路３２６、並びに、第２のフロー制御部３１５の第１のガス流路３６４及び第２のガス流路３６６と流体連通している。オリフィス４３０は、ガス流路３２４、３２６、３６４及び３６６のそれぞれに沿って配置されて、第１のガスと第２のガスとの変換中の望ましくない圧力サージを防ぐ。
【００４７】
第１のフロー制御部３０５の第１のガス流路３２４は、ガス流路４４８及び４５０に分割され、第１のフロー制御部３０５の第２のガス流路３２６は、ガス流路４４２及び４４４に分割され、第２のフロー制御部３１５の第１のガス流路３６４は、ガス流路４５２及び４５４に分割され、また、第２のフロー制御部３１５の第２のガス流路３６６は、ガス流路４５６及び４５８に分割される。この実施形態では、ガス流路４４２は、プラズマチャンバ１２の外側区画４６と流体連通しており、ガス流路４４８は、プラズマ処理チャンバ１２の内側区画４２と流体連通しており、また、ガス流路４４４はバイパス管路を提供する。ガス流路４５６は、外側区画４６に至るガス流路４４２と流体連通している。ガス流路４５２は、内側区画４２に至るガス流路４４８と流体連通している。ガス流路４５０、４５４及び４５８は、バイパス管路に至るガス流路４４４と流体連通している。
【００４８】
バルブ４４０は、ガス流路４４２、４４４、４４８、４５０、４５２、４５４、４５６及び４５８のそれぞれに沿って配置される。代替実施形態では、ガス流路４４２及び４４４、４４８及び４５０、４５２及び４５４、並びに、４５６及び４５８に沿ってそれぞれ配置された一対のバルブ４４０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。バルブ４４０は、好ましくはコントローラ５００の制御によって選択的に開閉されて、第１又は第２のガスをチャンバに供給すると同時に、他方のガスをバイパス管路に誘導することができる。
【００４９】
例えば、第１のガスを、プラズマ処理チャンバ１２の内側区画４２及び外側区画４６に供給し、第２のガスをバイパス管路に誘導するため、ガス流路４４２及び４４８、並びに、４５４及び４５８に沿ったバルブ４４０が開かれるとともに、ガス流路４４４及び４５０、並びに、４５２及び４５６に沿ったバルブ４４０が閉じられる。第２のガスがプラズマ処理チャンバ１２の内側区画４２及び外側区画４６に供給されるとともに、第１のガスがバイパス管路に誘導されるようにガスフローを切換えるため、ガス流路４４４及び４５０、並びに、４５２及び４５６に沿ったバルブ４４０が開かれるとともに、ガス流路４４２及び４４８、並びに、４５４及び４５８に沿ったバルブ４４０が閉じられる。換言すれば、バルブ４４０の第１群が開かれ、バルブ４４０の第２群が閉じられて、第１のガスがプラズマ処理チャンバ１２に供給され、次に、バルブの同じ第１群が閉じられ、バルブ４４０の同じ第２群が開かれて、第２のガスがプラズマ処理チャンバに供給されるようにガスフローが切換えられる。
【００５０】
ガス切換システム４００では、バルブ４４０は高速切換バルブである。本明細書で使用されるとき、用語「高速切換バルブ」は、コントローラ５００からの開閉信号を受け取った後、短期間内で、好ましくは約１００ミリ秒未満、より好ましくは約５０ミリ秒未満で、開閉することができるバルブを意味する。バルブ４４０は、好ましくは、電気的に制御され、コントローラ５００からの開閉信号を受け取ることによって始動される。ガス切換システム４００に使用することができる適切な「高速切換バルブ」は、カリフォルニア州サンタクララのフジキン・オブ・アメリカから入手可能な、バルブ型番ＦＳＲ−ＳＤ−７１−６．３５である。
【００５１】
したがって、ガス切換システム４００は、第１のガスを、例えば真空チャンバの内部に供給するとともに、第２のガスをバイパス管路に誘導し、次に、好ましくはコントローラ５００の制御により、これらのガスフローを迅速に切換え、第２のガスを真空チャンバに供給するとともに、第１のガスをバイパス管路に誘導することができる。ガスが切換えられるまでに、第１のガス又は第２のガスが真空チャンバに供給される時間は、コントローラ５００で制御することができる。関連するオリフィス４３０とバルブ４４０の間の、ガス流路３２４、３２６、３６４及び３６６の容量は、好ましくは約１０ｃｍ３未満である。上述したように、ガス分配システムを、プラズマ閉じ込め区画を含むプラズマ処理チャンバとともに使用して、約１／２リットル〜約４リットルのガス量を、約１秒未満、好ましくは約２００ミリ秒未満の期間内に置き換え、それによってシステムを安定させることができる。
【００５２】
第２の好ましい実施形態によるガス切換システム１４００を、図６に示す。ガス切換システム１４００では、バルブ４４０及びバルブ４４０の下流に設けられたオリフィス４３０は、ガス流路４４２〜４５８それぞれに沿って配置される。別の方法として、ガス切換システム１４００はガス切換システム４００と同じ構成を有することができる。オリフィス４３０は、ガスの切換え中の望ましくない圧力サージを防ぐ。代替実施形態では、ガス流路４４２及び４４４、４４８及び４５０、４５２及び４５４、並びに、４５６及び４５８に沿ってそれぞれ設けられた一対のバルブ４４０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００５３】
第３の好ましい実施形態によるガス切換システム２４００を、図７に示す。この実施形態では、ガス切換システム２４００は、第１のガス流路４０５及び第２のガス流路４１５と流体連通している。第１のガス流路４０５及び第２のガス流路４１５はそれぞれ、例えば、図４に示すフロー制御部３００とは異なって、内側区画及び外側区画のガス出口を含まないフロー制御部の、第１のガス出口及び第２のガス出口であることができる。オリフィス４３０は、第１のガス流路４０５及び第２のガス流路４１５のそれぞれに沿って設けられる。第１のガス流路４０５はガス流路４２２及び４２４に分割され、第２のガス流路４４５はガス流路４２６及び４２８に分割される。ガス流路４２２及び４２６は、真空チャンバ内部と流体連通しており、ガス流路４２４及び４２８は、バイパス管路と流体連通している。バルブ４４０は、ガス流路４２２及び４２４、並びに、４２６及び４２８のそれぞれに沿って設けられる。代替実施形態では、ガス流路４２２及び４２４、並びに、４２６及び４２８に沿ってそれぞれ設けられた一対のバルブ４４０を、単一の四方バルブと置き換えることができる。
【００５４】
例えば、第１のガスを真空チャンバに供給すると同時に、第２のガスをバイパス管路に送るため、流体流路４２２及び４２８に沿ったバルブ４４０は開かれ、ガス流路４２４及び４２６に沿ったバルブ４４０は閉じられる。第２のガスが真空チャンバに供給され、第１のガスがバイパス管路に誘導されるようにガスフローを切換えるため、流体流路４２４及び４２６に沿ったバルブ４４０が開かれ、流体流路４２２及び４２８に沿ったバルブ４４０が閉じられる。
【００５５】
ガス切換システムの別の好ましい実施形態では、バルブ４４０の上流にある第１のガス管路４０５及び第２のガス流路４１５に配置されたオリフィス４３０を除去し、その代わりに、関連するバルブ４４０の下流にあるガス流路４２２、４２４、４２６及び４２８のそれぞれにオリフィスを配置することで、図７に示す実施形態を変更することができる。
【００５６】
ガス分配システム１００の好ましい実施形態は、異なる化学的性質及び／又は流量のガスをプラズマ処理チャンバ１２に供給して、様々なエッチング及び／又は蒸着プロセスを実行するのに使用することができる。例えば、ガス分配システム１００は、プロセスガスをプラズマ処理チャンバに供給して、ＵＶレジストマスク等の上に重なるマスクで保護された、ＳｉＯ２層等の酸化シリコンの形状をエッチングすることができる。ＳｉＯ２層は、直径２００ｍｍ又は３００ｍｍの、シリコンウエハ等の半導体ウェハ上に形成することができる。形状は、例えば、ビア及び／又はトレンチであることができる。そのようなエッチングプロセスの間、マスクの一部分上にポリマーを蒸着して、マスクの条線、例えば割れ又は裂け目を補修（すなわち、条線を埋める）して、ＳｉＯ２におけるエッチングされた形状が、所望の形状、例えば円形の断面を有するビアを有するようにすることが望ましい。条線が補修されないと、それが最終的にはマスクの下にある層に達し、エッチング中に実質的にその層に転移する場合がある。また、ポリマーは、形状の側壁上に蒸着することができる。
【００５７】
しかし、エッチングされた形状の側壁と基部との上に蒸着されたポリマーの厚さは、エッチング速度に影響することが分かっている。異方性エッチングプロセスでは、形状の底部に蒸着されたポリマーは、エッチング中に実質的に除去される。しかし、側壁及び／又は基部上のポリマーが厚くなり過ぎると、ＳｉＯ２のエッチング速度が低下し、また完全に停止する場合がある。ポリマーは、厚くなり過ぎると表面から剥離する場合もある。したがって、マスクと形状の上にポリマー蒸着物を形成するガス混合物を、プラズマ処理チャンバ内に供給する時間が、好ましくは制御され、それにより、ＳｉＯ２層上に形成されるポリマー蒸着物の厚さが制御されるとともに、マスクの十分な補修と保護も提供される。ＳｉＯ２層のエッチング中、ポリマーはマスクから周期的に除去される。したがって、マスクの十分な補修と保護を確実に達成するため、ポリマーは、ＳｉＯ２層のエッチング中にマスクに蒸着されるのが好ましい。
【００５８】
ガス分配システム１００は、プロセスガスをプラズマ処理チャンバ内に供給して、形状の上に蒸着されるポリマーの厚さを制御しながら、かつ、マスクの補修と保護を行いながら、上に重なるマスク、例えばＵＶレジストマスクで保護されたＳｉＯ２をエッチングするのに使用できる。ガス分配システム１００のガス切換システムは、第１の期間の間、ＳｉＯ２のエッチングに使用される第１のプロセスガスをプラズマ処理チャンバ内に供給するとともに、ポリマー蒸着物を形成するのに使用される第２のガス混合物をバイパス管路に誘導し、次に、第２のガス混合物をプロセス処理チャンバに供給してポリマー蒸着物を形成するとともに、第１のガス混合物をバイパス管路に供給するように、ガスフローを迅速に切換えるようにすることができる。好ましくは、プラズマ処理チャンバのプラズマ閉じ込め区画に供給される第１のガス混合物は、約１秒未満、より好ましくは約２００ミリ秒未満の期間内に、第２のガス混合物と少なくとも実質的に置き換えられる。プラズマ閉じ込め区画は、好ましくは、約１／２リットル〜約４リットルの容量を有する。
【００５９】
ＳｉＯ２のエッチングに使用される第１のガス混合物は、Ｃ４Ｆ８等のフルオロカーボン種、Ｏ２及びアルゴンである。Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／アルゴンの流量比は、例えば、２０／１０／５００ｓｃｃｍであることができる。ポリマー蒸着物を形成するのに使用される第２のガス混合物は、例えば、ＣＨ３Ｆ等のフルオロハイドロカーボン種及びアルゴンを含有することができる。ＣＨ３Ｆ／アルゴンの流量比は、例えば、１５／５００ｓｃｃｍであることができる。第２のガス混合物は、任意にＯ２も含むことができる。２００ｍｍ又は３００ｍｍのウェハを処理するための、容量結合プラズマエッチングリアクタでは、チャンバ圧力は、例えば７０〜９０ｍＴｏｒｒであることができる。第１のガス混合物は、好ましくは、チャンバ内に導入されるごとに、（第２のガスをバイパス管路に誘導しながら）約５秒〜約２０秒間プラズマ処理チャンバに流入し、第２のガス混合物は、好ましくは、チャンバ内に導入されるごとに、（第１のガスをバイパス管路に誘導しながら）約１秒〜約３秒間プラズマ処理チャンバに流入する。基板上のＳｉＯ２をエッチングする間、エッチング期間及び／又はポリマー蒸着期間の長さは、好ましい期間内で増加又は減少させることができる。ポリマー蒸着物は、典型的には約３分間以内の間続くエッチングプロセスの間に、約１００オングストローム未満の最大厚さに達するのが好ましい。エッチングの間、ポリマーは、マスク上に蒸着されて、条線を補修し、かつマスクの保護を提供することができる。したがって、マスクの開口の形状は、エッチングプロセスの間、維持することができるのが好ましい。
【００６０】
本発明を、好ましい実施形態に関して記載してきた。しかし、本発明の趣旨から逸脱することなく、上述した以外の特定の形態で本発明を具体化できることが、当業者には容易に明白であろう。好ましい実施形態は例示のためのものであり、何らかの形で限定するものと見なされるべきではない。本発明の範囲は、上述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって与えられ、特許請求の範囲内にあるすべての変形例及び均等物を包含するものとする。
【図１】
2014042041.tif 000003
【図２】
2014042041.tif 000004
【図３】
2014042041.tif 000005
【図４】
2014042041.tif 000006
【図５】
2014042041.tif 000007
【図６】
2014042041.tif 000008
【図７】
2014042041.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月4日(2013.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにフローが絶縁されている内側区画および外側区画を有するガス分配部材を含むプラズマ処理チャンバにガスを供給するガス分配システムであって、
第１のプロセスガス源、前記プラズマ処理チャンバの前記ガス分配部材の前記内側区画およびバイパスラインと流体連通する第１のガス流路と、
前記第１のプロセスガス源、前記プラズマ処理チャンバの前記ガス分配部材の前記外側区画および前記バイパスラインと流体連通する第２のガス流路と、
第２のプロセスガス源、前記内側区画および前記バイパスラインと流体連通する第３のガス流路と、
前記第２のプロセスガス源、前記外側区画および前記バイパスラインと流体連通する第４のガス流路と、
コントローラから開閉信号を受け取るように接続されている複数の高速切換バルブと制御通信可能に接続された前記コントローラであって、（ｉ）前記第１及び第２のガス流路を介して、前記第１のプロセスガスを前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第３及び第４のガス流路を介して、前記第２のプロセスガスを前記バイパス管路に供給し、かつ、（ｉｉ）前記第１及び第２のプロセスガスのフローを変更して、前記第３及び第４のガス流路を介して、前記第２のプロセスガスを前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第１及び第２のガス流路を介して、前記第１のプロセスガスを前記バイパス管路に供給するように構成された前記コントローラと、
前記第１、第２、第３及び第４のガス流路に沿ってそれぞれ配置された少なくとも１つの第１のフローレストリクタ、少なくとも１つの第２のフローレストリクタ、少なくとも１つの第３のフローレストリクタ及び少なくとも１つの第４のフローレストリクタであって、前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタの上流にあって前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタに近接した前記第１、第２、第３及び第４のガス流路の領域内のガス圧をほぼ一定に維持するように構成された前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタと、
を備えることを特徴とするガス分配システム
【請求項２】
前記高速切換バルブが、信号を受け取ってから約１００ミリ秒未満の期間内に、開き、かつ／又は、閉じることができることを特徴とする請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項３】
前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路は、前記第１のプロセスガス源と流体連通している第１のガス管路と流体連通し、
前記第３のガス流路及び前記第４のガス流路は、前記第２のプロセスガス源と流体連通している第２のガス管路と流体連通し、
前記第１、第２、第３及び第４のガス流路はそれぞれ、２つの別個のガス流路に分けられ、
前記複数の高速切換バルブは、
前記第１のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第１の高速切換バルブと、
前記第２のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第２の高速切換バルブと、
前記第３のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第３の高速切換バルブと、
前記第４のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第４の高速切換バルブと、
を備え、
前記第１及び第２の高速切換バルブは、前記第１のプロセスガスを前記第１のガス管路並びに前記第１及び第２のガス流路を介して前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第２のプロセスガスを前記第２のガス管路並びに前記第３及び第４のガス流路を介して前記バイパス管路に供給するように、前記第３の高速切換バルブの１つ及び前記第４の高速切換バルブの１つを閉じる間、前記第１の高速切換バルブの１つ及び前記第２の高速切換バルブの１つを開ける信号を受け取るように接続され、
前記第３及び第４の高速切換バルブは、前記第２のプロセスガスを前記第２のガス管路並びに前記第３及び第４のガス流路を介して前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第１のプロセスガスを前記第１のガス管路並びに前記第１及び第２のガス流路を介して前記バイパス管路に供給するように、前記第１の高速切換バルブの１つ及び前記第２の高速切換バルブの１つを閉じる間、前記第３の高速切換バルブの１つ及び前記第４の高速切換バルブの１つを開ける信号を受け取るように接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第１のフローレストリクタは、前記第１の高速切換バルブの上流にある前記第１のガス流路に沿って配置され、
前記少なくとも１つの第２のフローレストリクタは、前記第２の高速切換バルブの上流にある前記第２のガス流路に沿って配置され、
前記少なくとも１つの第３のフローレストリクタは、前記第３の高速切換バルブの上流にある前記第３のガス流路に沿って配置され、
前記少なくとも１つの第４のフローレストリクタは、前記第４の高速切換バルブの上流にある前記第４のガス流路に沿って配置される
ことを特徴とする請求項３に記載のガス分配システム。
【請求項５】
前記第１のガス流路が、前記第１のフローレストリクタと前記第１の高速切換バルブとの間で、約１０ｃｍ３未満の容量を有し、
前記第２のガス管路が、前記第２のフローレストリクタと前記第２の高速切換バルブとの間で、約１０ｃｍ３未満の容量を有し、
前記第３のガス流路が、前記第３のフローレストリクタと前記第３の高速切換バルブとの間で、約１０ｃｍ３未満の容量を有し、
前記第４のガス管路が、前記第４のフローレストリクタと前記第４の高速切換バルブとの間で、約１０ｃｍ３未満の容量を有する
ことを特徴とする請求項４に記載のガス分配システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１のフローレストリクタは、各第１の高速切換バルブの下流にある前記第１のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第１のフローレストリクタを含み、
前記少なくとも１つの第２のフローレストリクタは、各第２の高速切換バルブの下流にある前記第２のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第２のフローレストリクタを含み、
前記少なくとも１つの第３のフローレストリクタは、各第３の高速切換バルブの下流にある前記第３のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第３のフローレストリクタを含み、
前記少なくとも１つの第４のフローレストリクタは、各第４の高速切換バルブの下流にある前記第４のガス流路の前記２つの別個のガス流路のそれぞれに沿って配置された第４のフローレストリクタを含み、
前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタは、前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタそれぞれの上流にあって前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタそれぞれに近接した前記第１、第２、第３及び第４のガス流路の領域内のガス圧をほぼ一定に維持するように接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載のガス分配システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４の高速切換バルブの開閉動作を、信号を受け取ってから約１００ミリ秒未満の期間内に行うように制御することができることを特徴とする請求項３に記載のガス分配システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記第１、第２、第３及び第４の高速切換バルブの開閉動作を、信号を受け取ってから約５０ミリ秒未満の期間内に行うように制御することができることを特徴とする請求項７に記載のガス分配システム。
【請求項９】
フロー制御部をさらに備え、
前記フロー制御部は、
前記第１及び第２のガス流路と前記第１のガス管路と流体連通する少なくとも１つの第５のガス流路と、
前記第１のプロセスガスを前記第１のガス管路から前記少なくとも１つの第５のガス流路を介して前記第１及び第２のガス流路に供給するように操作可能な少なくとも１つの第１のバルブと、
前記第３及び第４のガス流路と前記第２のガス管路と流体連通する少なくとも１つの第６のガス流路と、
前記第２のプロセスガスを前記第２のガス管路から前記少なくとも１つの第６のガス流路を介して前記第３及び第４のガス流路に供給するように操作可能な少なくとも１つの第２のバルブと、
を備えることを特徴とする請求項３に記載のガス分配システム。
【請求項１０】
ガス供給部をさらに備え、
前記ガス供給部は、
前記第１のガス管路と、
前記第２のガス管路と、
前記第１のプロセスガスを前記第１のプロセスガス源から前記第１及び第２のガス管路の少なくとも１つに供給するように操作可能な少なくとも１つの第３のバルブと、
前記第２のプロセスガスを前記第２のプロセスガス源から前記第１及び第２のガス管路の少なくとも１つに供給するように操作可能な少なくとも１つの第４のバルブと、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のガス分配システム。
【請求項１１】
前記フロー制御部は、前記第５及び第６のガス流路とそれぞれ流体連通する少なくとも１つの第５のガス流路及び少なくとも１つの第６のガス流路を含み、
前記第５及び第６のフローレストリクタは、前記第５及び第６のフローレストリクタの上流にあって前記第５及び第６のフローレストリクタに近接した領域におけるガス圧をほぼ一定に維持するように操作可能である、ことを特徴とする請求項９に記載のガス分配システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第５のフローレストリクタが、互いに異なるフローコンダクタンスを有する少なくとも２つの第５のフローレストリクタを含み、前記少なくとも１つの第６のフローレストリクタが互いに異なるフローコンダクタンスを有する少なくとも２つの第６のフローレストリクタを含むことを特徴とする請求項１１に記載のガス分配システム。
【請求項１３】
前記第５及び第６のガス流路が、前記第５及び第６のガス流路の少なくとも１つに調整用ガスを供給するように操作可能な少なくとも１つの調整用ガス源と流体連通していることを特徴とする請求項９に記載のガス分配システム。
【請求項１４】
前記高速切換バルブが、信号を受け取ってから約５０ミリ秒未満の期間内に、開き、かつ／又は、閉じることができることを特徴とする請求項１に記載のガス分配システム。
【請求項１５】
プラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、シャワーヘッド電極アセンブリを含むプラズマ処理チャンバを備え、前記シャワーヘッド電極アセンブリは、シャワーヘッド電極板を含み、前記シャワーヘッド電極アセンブリは、前記内側区画および外側区画と、前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ約１／２リットルから約４リットルの容量を有するプラズマ閉じ込め区画とを有し、
前記プラズマ処理装置は、前記シャワーヘッド電極アセンブリの前記内側区画および外側区画と流体連通する請求項１に記載のガス分配システムを備え、
前記ガス分配システムは、前記プラズマ閉じ込め区画内の前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスを、約１秒未満の期間内に、前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスの他方と実質的に置き換えることができることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記ガス分配システムは、前記プラズマ閉じ込め区画内の前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスを、約２００ミリ秒未満の期間内に、前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスの他方と実質的に置き換えることができることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
プラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、シャワーヘッド電極アセンブリを含むプラズマ処理チャンバを備え、前記シャワーヘッド電極アセンブリは、シャワーヘッド電極板を含み、前記シャワーヘッド電極アセンブリは、互いにフローが絶縁されている内側区画および外側区画と、前記プラズマ処理チャンバ内に設けられ約１／２リットルから約４リットルの容量を有するプラズマ閉じ込め区画とを有し、
前記プラズマ処理装置は、前記シャワーヘッド電極アセンブリの前記内側区画および外側区画と流体連通するガス分配システムを備え、
前記ガス分配システムは、
第１のプロセスガス源、前記シャワーヘッド電極板の前記内側区画およびバイパスラインと流体連通する第１のガス流路と、
前記第１のプロセスガス源、前記シャワーヘッド電極板の前記外側区画および前記バイパスラインと流体連通する第２のガス流路と、
第２のプロセスガス源、前記内側区画および前記バイパスラインと流体連通する第３のガス流路と、
前記第２のプロセスガス源、前記外側区画および前記バイパスラインと流体連通する第４のガス流路と、
コントローラから開閉信号を受け取るように接続されている複数の高速切換バルブと制御通信可能に接続された前記コントローラであって、（ｉ）前記第１及び第２のガス流路を介して、前記第１のプロセスガスを前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第３及び第４のガス流路を介して、前記第２のプロセスガスを前記バイパス管路に供給し、かつ、（ｉｉ）前記第１及び第２のプロセスガスのフローを変更して、前記第３及び第４のガス流路を介して、前記第２のプロセスガスを前記内側及び外側区画に供給するとともに、前記第１及び第２のガス流路を介して、前記第１のプロセスガスを前記バイパス管路に供給するように構成された前記コントローラと、
前記第１、第２、第３及び第４のガス流路に沿ってそれぞれ配置された少なくとも１つの第１のフローレストリクタ、少なくとも１つの第２のフローレストリクタ、少なくとも１つの第３のフローレストリクタ及び少なくとも１つの第４のフローレストリクタであって、前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタの上流にあって前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタに近接した前記第１、第２、第３及び第４のガス流路の領域内のガス圧をほぼ一定に維持するように構成された前記第１、第２、第３及び第４のフローレストリクタと、
を備え、
前記第１のプロセスガスは、フルオロカーボンを含み、前記チャンバ内の誘電層又は半導体基板をエッチング可能であり、前記第２のプロセスガスは、フルオロハイドロカーボンを含み、前記誘電層の上にマスク層を保護するポリマー蒸着物を形成することが可能であり、
前記ガス分配システムは、（ａ）前記プラズマ閉じ込め区画内の前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスを、約２００ミリ秒未満の期間内に、前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスの他方と実質的に置き換えることができ、（ｂ）前記第１のプロセスガスを約５秒から約２０秒の期間供給し、（ｃ）前記第２のプロセスガスを約１秒から約３秒の期間供給するように動作可能なされるコントローラをさらに備える、こと特徴とするプラズマ処理装置。
【外国語明細書】
2014042041000001.pdf