(57)【要約】  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、異なるガス組成を供給するガス分配システム用のガス切換えシステムが提供される。チャンバは、複数のゾーンを含むことができ、ガス切換え部が、複数のゾーンに異なるガスを供給することができる。切換え部は、あるガスをチャンバに供給することができるとともに、別のガスをバイパス管路に供給することができるように、１つ以上のガスの流れを切換え、次いでそれらのガス流を切換えることができる。【選択図】図１
2009523321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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用のガス切換え部であって、
第１のガス管路及び前記プラズマ処理チャンバと流体連通するように構成された第１のガス通路と、
前記第１のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第２のガス通路と、
前記第１のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、前記第１のガス通路に沿った第１の高速切換えバルブであって、第１の流量係数を有する第１の高速切換えバルブと、
前記第２のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、前記第２のガス通路に沿った第２の高速切換えバルブであって、ガス流が、前記第１の高速切換えバルブを閉鎖し且つ前記第２の高速切換えバルブを開放することによって前記第１のガス通路から前記第２のガス通路に切り換えられるとき、又は、前記第２の高速切換えバルブを閉鎖し且つ前記第１の高速切換えバルブを開放することによって前記第２のガス通路から前記第１のガス通路に切り換えられるときに、前記第１の高速切換えバルブの入口圧力が前記第２の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、前記第１の流量係数とは異なる第２の流量係数を有する第２の高速切換えバルブと
を含むことを特徴とするガス切換え部。
【請求項２】
前記第１及び第２の高速切換えバルブが、（ａ）前記プラズマ処理チャンバにプロセスガスを供給するために、前記第１の高速切換えバルブを開放し、前記第２の高速切換えバルブを閉鎖し、且つ、（ｂ）前記プロセスガスを前記バイパス管路に迂回させるために、前記第１の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第２の高速切換えバルブを開放するように作動されることを特徴とする請求項１に記載のガス切換え部。
【請求項３】
前記第１及び第２の高速切換えバルブが、作動されてから約１００ミリ秒未満、又は５０ミリ秒未満の期間内に開放及び／又は閉鎖され得ることを特徴とする請求項２に記載のガス切換え部。
【請求項４】
シャワーヘッド電極組立体を含むプラズマ処理チャンバと、
前記シャワーヘッド電極組立体と流体連通する請求項２に記載のガス切換え部と
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の高速切換えバルブの前記開放及び閉鎖を制御するように動作可能な制御システムをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のガス通路と流体連通する前記第１のガス管路を含む流れ制御部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記流れ制御部と流体連通するガス供給部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
互いに流れが遮断された中央ゾーンと縁部ゾーンと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用のガス切換え部であって、
第１のガス管路及び前記プラズマ処理チャンバの前記ガス分配部材の前記縁部ゾーンと流体連通するように構成された第１のガス通路と、
前記第１のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第２のガス通路と、
第２のガス管路及び前記ガス分配部材の前記中央ゾーンと流体連通するように構成された第３のガス通路と、
前記第２のガス管路及び前記バイパス管路と流体連通するように構成された第４のガス通路と、
第３のガス管路及び前記中央ゾーンと流体連通するように構成された第５のガス通路と、
前記第３のガス管路及び前記バイパス管路と流体連通するように構成された第６のガス通路と、
第４のガス管路及び前記縁部ゾーンと流体連通するように構成された第７のガス通路と、
前記第４のガス管路及び前記バイパス管路と流体連通するように構成された第８のガス通路と、
前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路にそれぞれ沿った、第１の高速切換えバルブと第２の高速切換えバルブと、
前記第３のガス通路及び前記第４のガス通路にそれぞれ沿った、第３の高速切換えバルブと第４の高速切換えバルブと、
前記第５のガス通路及び前記第６のガス通路にそれぞれ沿った、第５の高速切換えバルブと第６の高速切換えバルブと、
前記第７のガス通路及び前記第８のガス通路にそれぞれ沿った、第７の高速切換えバルブと第８の高速切換えバルブと
を備え、
前記第１の高速切換えバルブは、前記第１のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つ第１の流量係数を有し、
前記第２の高速切換えバルブは、前記第２のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つ、ガス流が、前記第１の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第２の高速切換えバルブを開放することによって前記第１のガス通路から前記第２のガス通路に切り換えられるとき、又は前記第２の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第１の高速切換えバルブを開放することによって前記第２のガス通路から前記第１のガス通路に切り換えられるときに、前記第１の高速切換えバルブの入口圧力が前記第２の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、前記第１の流量係数とは異なる第２の流量係数を有し、
前記第３の高速切換えバルブは、前記第３のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つ第３の流量係数を有し、
前記第４の高速切換えバルブは、前記第４のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つ、ガス流が、前記第３の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第４の高速切換えバルブを開放することによって前記第３のガス通路から前記第４のガス通路に切り換えられるとき、又は前記第４の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第３の高速切換えバルブを開放することによって前記第４のガス通路から前記第３のガス通路に切り換えられるときに、前記第３の高速切換えバルブの入口圧力が前記第４の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、前記第３の流量係数とは異なる第４の流量係数を有し、
前記第５の高速切換えバルブは、前記第５のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つ第５の流量係数を有し、
前記第６の高速切換えバルブは、前記第６のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つガス流が、前記第５の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第６の高速切換えバルブを開放することによって前記第５のガス通路から前記第６のガス通路に切り換えられるとき、又は前記第６の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第５の高速切換えバルブを開放することによって前記第６のガス通路から前記第５のガス通路に切り換えられるときに、前記第５の高速切換えバルブの入口圧力が前記第６の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、前記第５の流量係数とは異なる第６の流量係数を有し、
前記第７の高速切換えバルブは、前記第７のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つ第７の流量係数を有し、
前記第８の高速切換えバルブは、前記第８のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つガス流が、前記第７の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第８の高速切換えバルブを開放することによって前記第７のガス通路から前記第８のガス通路に切り換えられるとき、又は前記第８の高速切換えバルブを閉鎖し、前記第７の高速切換えバルブを開放することによって前記第８のガス通路から前記第７のガス通路に切り換えられるときに、前記第８の高速切換えバルブの入口圧力が前記第７の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、前記第７の流量係数とは異なる第８の流量係数を有する
ことを特徴とするガス切換え部。
【請求項９】
第１のプロセスガスを前記中央ゾーン及び前記縁部ゾーンに供給し、且つ第２のプロセスガスを前記バイパス管路に迂回させるように、前記第１、第３、第６及び第８の高速切換えバルブが開放するように作動され、且つ、前記第２、第４、第５及び第７の高速切換えバルブが閉鎖するように作動され、
前記第２のプロセスガスを前記中央ゾーン及び前記縁部ゾーンに供給し、且つ前記第１のプロセスガスを前記バイパス管路に迂回させるように、前記第２、第４、第５及び第７の高速切換えバルブが開放するように作動され、且つ前記第１、第３、第６及び第８の高速切換えバルブが閉鎖するように作動される
ことを特徴とする請求項８に記載のガス切換え部。
【請求項１０】
前記第１、第３、第５及び第７の流量係数が互いに実質的に等しく、且つ前記第２、第４、第６及び第８の流量係数が互いに実質的に等しいことを特徴とする請求項８に記載のガス切換え部。
【請求項１１】
前記第１の流量係数と前記第２の流量係数との差が、前記第３の流量係数と前記第４の流量係数との差、前記第５の流量係数と前記第６の流量係数との差、及び前記第７の流量係数と前記第８の流量係数との差と実質的に等しいことを特徴とする請求項８に記載のガス切換え部。
【請求項１２】
前記第１及び第７の高速切換えバルブそれぞれへのガスの流れがほぼ等しいとき、前記第１の高速切換えバルブの前記入口圧力が前記第７の高速切換えバルブの前記入口圧力とほぼ等しく、且つ
前記第３及び第５の高速切換えバルブそれぞれへのガスの流れがほぼ等しいとき、前記第３の高速切換えバルブの前記入口圧力が前記第５の高速切換えバルブの前記入口圧力とほぼ等しい
ことを特徴とする請求項８に記載のガス切換え部。
【請求項１３】
互いに流れが遮断された中央ゾーンと縁部ゾーンとを有するシャワーヘッド電極組立体を含むプラズマ処理チャンバと、
前記シャワーヘッド電極組立体の前記中央ゾーン及び前記縁部ゾーンと流体連通する請求項９に記載のガス切換え部と
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第１、第２、第３及び第４の高速切換えバルブの前記開放及び閉鎖を制御するように動作可能な制御システムをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２のガス通路と流体連通する前記第１のガス管路と、前記第３及び第４のガス通路と流体連通する前記第２のガス管路と、前記第５及び第６のガス通路と流体連通する前記第３のガス管路と、前記第７及び第８のガス通路と流体連通する前記第４のガス管路とを含む流れ制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記流れ制御部と流体連通するガス供給部をさらに備え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】
前記プラズマ処理チャンバが、約１／２リットル〜約４リットルの内部容積を有し、
前記ガス分配システムが、前記プラズマ処理チャンバのプラズマ閉込めゾーン内にある前記第１のプロセスガス又は前記第２のプロセスガスを、前記第１のプロセスガス又は第２のプロセスガスの他方と、約１秒未満の期間内に実質的に置換するように動作可能である
ことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載のプラズマ処理装置内で半導体基板を処理する方法であって、
ａ）前記第１のプロセスガスを前記シャワーヘッド電極組立体の前記中央ゾーン及び前記縁部ゾーン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迂回させるステップであって、前記プラズマ処理チャンバが、少なくとも１つの層と前記層の上にあるパターン形成されたレジストマスクとを含む半導体基板を収容するステップと、
ｂ）前記第１のプロセスガスから第１のプラズマを発生させて、（ｉ）前記層内に少なくとも１つのフィーチャをエッチングする、又は（ｉｉ）前記マスク上にポリマー堆積物を形成するステップと、
ｃ）前記第１のプロセスガスの流れと前記第２のプロセスガスの流れとを、前記第２のプロセスガスが、前記シャワーヘッド電極組立体の前記中央ゾーン及び前記縁部ゾーン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迂回されるように切り換えるステップと、
ｄ）前記第２のプロセスガスから第２のプラズマを発生させて、（ｉｉｉ）前記層内に前記少なくとも１つのフィーチャをエッチングする、又は（ｉｖ）前記層及び前記マスク上にポリマー堆積物を形成するステップと、
ｅ）前記第１のプロセスガスの流れと前記第２のプロセスガスの流れとを、前記第１のプロセスガスが前記プラズマ処理チャンバ内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迂回されるように切り換えるステップと、
ｆ）ａ）〜ｅ）を複数回前記基板に繰り返すステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記プラズマ処理チャンバが、プラズマ閉込めゾーンを含み、前記第１のプロセスガスが、前記プラズマ閉込めゾーン内で前記第２のプロセスガスと実質的に置換され、前記第２のプロセスガスが、前記プラズマ閉込めゾーン内で前記第１のプロセスガスと実質的に置換され、各置換が約１秒未満の期間内に行われることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プラズマ閉込めゾーンが、約１／２リットル〜約４リットルの容積を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ａ）〜ｅ）を複数回前記基板に繰り返した後に、前記ポリマー堆積物が、約１００オングストローム未満の最大厚さまで形成されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のプラズマが、前記層内に前記少なくとも１つのフィーチャをエッチングし、前記第２のプラズマが、前記層及び前記マスク上に前記堆積物を形成し、前記堆積物が、前記マスク内の条痕(striation)を修復することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記層が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、アルゴン及び任意選択のＯ２の混合物を含み、前記第２のプラズマが前記フィーチャ及び前記マスク上に前記ポリマー堆積物を形成する
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のプロセスガス及び前記第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たびに、前記第１のプロセスガスが前記プラズマ処理チャンバ内に約５秒〜約２０秒の期間供給され、前記第２のプロセスガスが前記プラズマ処理チャンバ内に約１秒〜約３秒の期間供給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のプロセスガス及び前記第２のプロセスガスが、前記中央ゾーン及び前記縁部ゾーンに異なる流量率で供給されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
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用のガス切換え部を製作する方法であって、
第１の高速切換えバルブを、第１のガス管路及び前記プラズマ処理チャンバと流体連通するように構成された第１のガス通路に沿って配置するステップと、
第２の高速切換えバルブを、前記第１のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第２のガス通路に沿って配置するステップと、
前記第１の高速切換えバルブの第１の流量係数及び／又は前記第２の高速切換えバルブの第２の流量係数を、前記第１及び第２の流量係数が互いに異なり、且つガス流が、前記第１のガス通路から前記第２のガス通路に、又は前記第２のガス通路から前記第１のガス通路に切り換えられるときに、前記第１の高速切換えバルブの入口圧力が前記第２の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分配システム用の、異なる流量係数を有するバルブを含むガス切換え部に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体構造は、プラズマ処理チャンバと、チャンバ内にプロセスガスを供給するガス源と、プロセスガスからプラズマを発生させるエネルギー源とを含む、プラズマ処理装置内で処理される。半導体構造は、そのような装置内で、ドライエッチングプロセス、金属、誘電材料及び半導体材料の化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）などの堆積プロセス、並びにレジスト剥離プロセスを含む技法により処理される。これらの処理技法、並びに半導体構造の異なる材料の処理には、異なるプロセスガスが使用される。
【特許文献１】米国特許第５，５３４，７５１号
【特許文献２】米国特許出願公開２００３／００２９５６７号
【特許文献３】米国特許出願公開２００１／００１０２５７号
【特許文献４】米国特許出願公開２００３／００７０６２０号
【特許文献５】米国特許第６，０１３，１５５号
【特許文献６】米国特許第６，２７０，８６２号
【特許文献７】米国特許出願公開２００５／０２４１７６３号
【特許文献８】米国特許出願１０／８３５，１７５号
【非特許文献１】標準規格ＡＮＳＩ／ＩＳＡ−Ｓ７５．０２（１９９６）
【非特許文献２】「高純度遮断バルブの流量係数を求めるための試験方法」という名称のＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Material Institute）標準規格Ｆ３２
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
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動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及び／又は堆積ガス組成とすることができる。ガス分配システムの諸実施形態は、高速ガス切換え能力を有し、それによってシステムが、真空チャンバに供給される、異なるガス間で短期間内に切り換わることが可能になる。ガスの切換えは、好ましくは、いずれかのガスの望ましくない圧力の急変(surge)又は流れ不安定性を発生することなく行うことができる。ガス分配システムのいくつかの実施形態は、異なるガス化学組成(chemistry)及び／又は流量率を含む選択されたガス流を、真空チャンバの内部の異なるゾーンに供給することができる。
【０００４】
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用のガス切換え部の一実施形態が提供され、これは、第１のガス管路及びプラズマ処理チャンバと流体連通するように構成された第１のガス通路と、第１のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第２のガス通路と、第１のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で第１のガス通路に沿った第１の高速切換えバルブであって、第１の流量係数を有する第１の高速切換えバルブと、第２のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で第２のガス通路に沿った第２の高速切換えバルブであって、ガス流が、第１の高速切換えバルブを閉鎖し第２の高速切換えバルブを開放することによって第１のガス通路から第２のガス通路に切り換えられるとき、又は第２のガス通路を閉鎖し第１のガス通路を開放することによって第２のガス通路から第１のガス通路に切り換えられるときに、第１の高速切換えバルブの入口圧力が第２の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、第１の流量係数とは異なる第２の流量係数を有する第２の高速切換えバルブとを備える。
【０００５】
互いに流れが遮断された中央ゾーン及び縁部ゾーン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用の、ガス切換え部の別の実施形態が提供される。ガス切換えシステムは、第１のガス管路及びプラズマ処理チャンバのガス分配部材の縁部ゾーンと流体連通するように構成された第１のガス通路と、第１のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第２のガス通路と、第２のガス管路及びガス分配部材の中央ゾーンと流体連通するように構成された第３のガス通路と、第２のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第４のガス通路と、第３のガス管路及び中央ゾーンと流体連通するように構成された第５のガス通路と、第３のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成合された第６のガス通路と、第４のガス管路及び縁部ゾーンと流体連通するように構成された第７のガス通路と、第４のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第８のガス通路と、第１のガス通路及び第２のガス通路にそれぞれ沿った、第１の高速切換えバルブと第２の高速切換えバルブとを備え、第１の高速切換えバルブは、第１のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で第１の流量係数を有し、第２の高速切換えバルブは、第２のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つガス流が、第１のガス通路から第２のガス通路に切り換えられるとき、又は第２のガス通路から第１のガス通路に切り換えられるときに、第１の高速切換えバルブの入口圧力が第２の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、第１の流量係数とは異なる第２の流量係数を有し、さらに、第３のガス通路及び第４のガス通路にそれぞれ沿った、第３の高速切換えバルブと第４の高速切換えバルブとを備え、第３の高速切換えバルブは、第３のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で第３の流量係数を有し、第４の高速切換えバルブは、第４のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つガス流が、第３のガス通路から第４のガス通路に切り換えられるとき、又は第４のガス通路から第３のガス通路に切り換えられるときに、第３の高速切換えバルブの入口圧力が第４の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、第３の流量係数とは異なる第４の流量係数を有し、さらに、第５のガス通路及び第６のガス通路にそれぞれ沿った、第５の高速切換えバルブと第６の高速切換えバルブとを備え、第５の高速切換えバルブは、第５のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で第５の流量係数を有し、第６の高速切換えバルブは、第６のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つガス流が、第５のガス通路から第６のガス通路に切り換えられるとき、又は第６のガス通路から第５のガス通路に切り換えられるときに、第５の高速切換えバルブの入口圧力が第６の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、第５の流量係数とは異なる第６の流量係数を有し、さらに、第７のガス通路及び第８のガス通路にそれぞれ沿った、第７の高速切換えバルブと第８の高速切換えバルブとを備え、第７の高速切換えバルブは、第７のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で第７の流量係数を有し、第８の高速切換えバルブは、第８のガス通路を開放及び閉鎖するように動作可能で、且つガス流が、第７のガス通路から第８のガス通路に切り換えられるとき、又は第８のガス通路から第７のガス通路に切り換えられるときに、第８の高速切換えバルブの入口圧力が第７の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように、第７の流量係数とは異なる第８の流量係数を有する。
【０００６】
中央ゾーン及び縁部ゾーンを含むシャワーヘッド電極を備えるプラズマ処理チャンバ内で、半導体基板を処理する方法が提供される。方法の一実施形態は、ａ）第１のプロセスガスをシャワーヘッド電極組立体の中央ゾーン及び縁部ゾーン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迂回させることであって、プラズマ処理チャンバが、少なくとも１つの層とその層の上にあるパターン形成されたレジストマスクとを含む半導体基板を収容すること、ｂ）第１のプロセスガスから第１のプラズマを発生させて、（ｉ）層内に少なくとも１つのフィーチャをエッチングする、又は（ｉｉ）マスク上にポリマー堆積物を形成すること、ｃ）第１のプロセスガスの流れと第２のプロセスガスの流れとを、第２のプロセスガスがシャワーヘッド電極組立体の中央ゾーン及び縁部ゾーンに供給されるとともに、第１のプロセスガスがバイパス管路に迂回されるように切り換えること、ｄ）第２のプロセスガスから第２のプラズマを発生させて、（ｉｉｉ）層内に少なくとも１つのフィーチャをエッチングする、又は（ｉｖ）層及びマスク上にポリマー堆積物を形成すること、ｅ）第１のプロセスガスの流れと第２のプロセスガスの流れとを、第１のプロセスガスがプラズマ処理チャンバ内に供給されるとともに、第２のプロセスガスをバイパス管路に迂回されるように切り換えること、並びに、ｆ）ａ）〜ｅ）を複数回基板に繰り返すことを含む。
【０００７】
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用のガス切換え部を製作する方法も提供される。方法の一実施形態は、第１の高速切換えバルブを、第１のガス管路及びプラズマ処理チャンバと流体連通するように構成された第１のガス通路に沿って配置すること、第２の高速切換えバルブを、第１のガス管路及びバイパス管路と流体連通するように構成された第２のガス通路に沿って配置すること、並びに、第１の高速切換えバルブの第１の流量係数及び／又は第２の高速切換えバルブの第２の流量係数を、第１及び第２の流量係数がそれぞれ異なり、且つガス流が、第１のガス通路から第２のガス通路に切り換えられるとき、又は第２のガス通路から第１のガス通路に切り換えられるときに、第１の高速切換えバルブの入口圧力が第２の高速切換えバルブの入口圧力と実質的に等しいように調整することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
半導体基板、例えばシリコンウエハ上に形成される半導体デバイス等の半導体材料を処理するためのプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、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とを含む。ガス分配システムは、プラズマ処理中に、基板の表面全体にわたる単一の領域（又はゾーン）、あるいは複数の領域（又は複数のゾーン）に、ガスを分配することができる。ガス分配システムは、これらのゾーンに向かう同じプロセスガス又は異なるプロセスガス、あるいは同じ又は異なるガス混合物の流量比を制御するための流れコントローラを含み、それによって、ガス流及びガス組成の基板全体にわたる均一性のプロセス内調整を可能にすることができる。
【０００９】
複数ゾーンガス分配システムは、単一ゾーンシステムに比べて流れ制御の向上をもたらすことができるが、そのような複数ゾーンシステムに、ガス組成及び／又はガス流を短期間内に変更することができる基板処理操作を可能とする構成を設けることが望ましい場合がある。
【００１０】
チャンバに異なるガス組成及び／又は流量比を供給するためのガス分配ステムが提供される。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し、且つ処理操作中に、真空チャンバに異なるガス化学組成及び／又はガス流量率を供給する能力を備えるように構成される。プラズマ処理装置は、プラズマを発生させるために高周波エネルギー、マイクロ波エネルギー、磁界等を使用するエネルギー源を含む、低密度、中密度、又は高密度プラズマ反応器とすることができる。例えば、高密度プラズマは、誘導結合プラズマ反応器としても知られる変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ（商標））反応器、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ反応器、静電容量型放電反応器等の中で発生させることができる。ガス分配システムの諸実施形態を使用することができる例示的なプラズマ反応器には、カリフォルニア州フリーモントにあるＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能な、２３００  Ｅｘｅｌａｎ（商標）プラズマ反応器等のＥｘｅｌａｎ（商標）プラズマ反応器がある。プラズマエッチングプロセス中、電極及び静電チャックを組み込んだ基板支持体に、複数の周波数を印加することができる。あるいは、２周波数プラズマ反応器では、基板支持体と、プラズマ発生領域を画定するように基板から離されたシャワーヘッド電極等の電極に、異なる周波数を印加することができる。
【００１１】
ガス分配システムの好ましい一実施形態は、第１のガスをプラズマ処理チャンバ等の真空チャンバの内部に、処理すべき基板の露出表面に隣接するガス分配部材の単一ゾーン又は複数ゾーン、好ましくは少なくとも中央及び縁部ゾーンを経由して供給することができる。中央ゾーン及び縁部ゾーンは、プラズマ処理チャンバ内で互いに径方向に離され、好ましくは流れが遮断される。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、バイパス管路によって真空チャンバに迂回させることができる。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のガスが第１のプロセスガスであり、第２のガスが異なるプロセスガスである。例えば、第１のガスは、あるエッチングガス化学組成又は堆積ガス化学組成でよく、第２のガスは、異なるエッチングガス化学組成又は堆積ガス化学組成でよい。ガス分配システムは、第１のガスの異なる制御された流量率を、第２のガスがバイパス管路に迂回される間に、それぞれ中央ゾーン及び縁部ゾーンに同時に供給することができ、逆も同様である。これらのガスの一方をバイパス管路に迂回させることによって、真空チャンバに供給されるガスの切換えを、短期間内に達成することができる。
【００１２】
ガス分配システムは、単一ゾーン又は複数ゾーンを含む真空チャンバの内部に供給される第１のガスと第２のガスの間で、短期間内にガスの切換え（switching）、すなわちガスの交換（change over）を可能にする切換え装置を含む。複数ゾーンシステムの場合、ガス分配システムは、第２のガスがバイパス管路に迂回される間に第１のガスを中央ゾーン及び縁部ゾーンに供給し、次いで、第２のガスが中央ゾーン及び縁部ゾーンに供給されるとともに、第１のガスがバイパス管路に迂回されるように、ガス分配を短期間内に切り換えることができる。ガス分配システムは、第１及び第２のガスを真空チャンバの内部に、異なるガス化学組成を使用する、異なる処理操作間、例えば、半導体デバイスを処理する方法の交互するステップ間で迅速な切換えを可能にするようにそれぞれ所望の期間の間、交互に供給することができる。好ましい一実施形態では、各方法ステップは、異なるエッチングステップ、例えばパルスエッチング及び堆積ステップ、メインエッチング等の速いエッチングステップ及びオーバーエッチングステップ等の遅いエッチングステップでも、エッチングステップ及び材料堆積ステップでも、異なる材料を基板上に堆積させる、異なる材料堆積ステップでもよい。
【００１３】
ガス分配システムの好ましい一実施形態では、真空チャンバ内の閉込め領域、好ましくはプラズマ閉込めゾーン内のある容積のガス組成を、真空チャンバに導入される別のガス組成で、短期間内に置換する（すなわち流し出す）ことができる。そのようなガス置換は、ガス分配システム内に高速切換え能力を有するバルブを設けることによって、好ましくは約１秒未満で、より好ましくは約２００ミリ秒未満で達成することができる。プラズマ閉込めゾーンは、２００ｍｍ又は３００ｍｍウエハを処理するためのプラズマ処理チャンバの場合、約１／２リットル〜約４リットルのガス容積を有することができる。プラズマ閉込めゾーンは、参照によりその全体がここに組み込まれる、本願の権利者が所有する米国特許第５，５３４，７５１号に開示されたような閉込めリングのスタックにより画定することができる。
【００１４】
図１は、ガス分配システム１００の諸実施形態を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、プラズマ処理中に基板１６が上に支持される基板支持体１４を収容する内部を有する、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、クランプ装置、好ましくは静電チャック１８を含み、これは、処理中に基板支持体１４上に基板１６をクランプするように動作可能である。基板は、フォーカスリング及び／又はエッジリング、接地延長部、あるいは参照によりその全体がここに組み込まれる、本願の権利者が所有する米国特許出願公開２００３／００２９５６７号に開示されている部品等の他の部品によって取り囲まれることができる。
【００１５】
好ましい一実施形態では、プラズマ処理チャンバ１２は、２００ｍｍ又は３００ｍｍウエハを処理するために、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込めゾーンを含む。例えば、プラズマ処理チャンバ１２は、プラズマ閉込めゾーンを画定するために、本願の権利者が所有する米国特許第５，５３４，７５１号に開示されているような閉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、プラズマ閉込めゾーン内のそのような容積のガスを別のガスと、約１秒未満の期間内に、好ましくは約２００ミリ秒未満で、実質的に逆拡散なしで置換することができる。この閉込め機構は、プラズマ容積から、プラズマ処理チャンバ１２の内部の、プラズマ容積の外側にある部分への流体連通を制限することができる。
【００１６】
基板１６は、シリコンウエハ等の基材、基材上に処理すべき、例えばエッチングすべき材料からなる中間層、及び中間層上のマスキング層を含むことができる。中間層は、導電性材料、誘電体材料又は半導体材料とすることができる。マスキング層は、所望のフィーチャ、例えばホール、穴（vias）及び／又は溝（trenches）を中間層並びに／又は１つ或いは複数の他の層内にエッチングするための開口パターンを有する、パターン形成されたフォトレジスト材料とすることができる。基板は、基材上に形成される半導体デバイスのタイプに応じて、基層とマスキング層の間に、導電性材料、誘電体材料、又は半導体材料からなる追加の層を含むことができる。
【００１７】
処理することができる例示的な誘電体材料は、例えば、フッ素化された酸化シリコン等のドープされた酸化シリコン、二酸化シリコン等のドープされていない酸化シリコン、スピンオングラス、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堆積酸化シリコンである。誘電体材料は、選択されたｋ値を有する低ｋ材料でよい。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；窒化チタンなどの窒化物；並びに、ケイ化チタン、ケイ化タングステン、及びケイ化モリブデン等の金属ケイ化物のような、導電性又は半導体の層の上にあってよい。
【００１８】
図１に示す例示的プラズマ処理装置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組立体を含む。プロセスガスをシャワーヘッドの裏側２８に均一に分配するために、バッフル組立体が、シャワーヘッド２２と支持板２０の間に配置される。バッフル組立体は、１つ又は複数のバッフル板を含むことができる。この実施形態では、バッフル組立体は、バッフル板３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを含む。開プレナム４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃが、バッフル板３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの間、及びバッフル板３０Ｃとシャワーヘッド２２の間に画定される。バッフル板３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ及びシャワーヘッド２２は、プロセスガスをプラズマ処理チャンバ１２の内部に流し込むための貫通通路を含む。
【００１９】
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，３０Ｃ間のプレナム４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃは、Ｏリング等のシール３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄによって、中央ゾーン４２と縁部ゾーン４６とに分割される。中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６には、それぞれに対応する異なるガス化学組成及び／又は流量率を有するプロセスガスを、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の制御下で供給することができる。ガスは、中央ゾーンガス供給部４０から供給されて中央ゾーン４２に入り、ガスは、縁部ゾーンガス供給部４４から供給されて、環状流路４４Ａに入り、次いで縁部ゾーン４６に入る。プロセスガスは、バッフル板３０Ａ，３０Ｂ，及び３０Ｃ、ならびにシャワーヘッド２２内の通路を通って流れ、プラズマ処理チャンバ１２の内部に入る。プロセスガスは、プラズマ処理チャンバ１２内で、電極２２を駆動する高周波源等の電力源、又は基板支持体１４内の電極を駆動する電力源によってプラズマ状態に励起される。電極２２に印加される高周波電力は、異なるガス組成がプラズマ処理チャンバ１２内に供給されるときに、好ましくは約１秒未満の期間内、より好ましくは約２００ミリ秒未満の期間内に、変更することができる。
【００２０】
他の好ましい実施形態では、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理チャンバ内にプロセスガスを注入するための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、それぞれがここに、参照によりその全体が組み込まれる、本願の権利者が所有する米国特許出願公開２００１／００１０２５７号、米国特許出願公開２００３／００７０６２０号、米国特許第６，０１３，１５５号、又は米国特許第６，２７０，８６２号に開示された構成を有することができる。ガス注入システムは、プラズマ処理チャンバの異なるゾーンにプロセスガスを供給する注入器を含むことができる。
【００２１】
図２は、ガス分配システム１００が、互いに流体連通するガス供給部２００、流れ制御部３００、及びガス切換え部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、流れ制御部３００、及びガス切換え部４００の動作を制御するように制御連通して接続されたコントローラ５００（図１）も含む。
【００２２】
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、それぞれに対応する第１及び第２のガス管路２３５、２４５を経由して流れ制御部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／又はガス流量率を有することができる。
【００２３】
流れ制御部３００は、切換え部４００に供給することができる、異なるガスの流量率を制御するように、また任意選択でその組成を調整するようにも動作可能である。流れ制御部３００は、異なる流量率及び／又は化学組成の第１及び第２のガスをそれぞれ切換え部４００に、ガス通路３２４，３２６及び３６４，３６６を経由して供給することができる。さらに、（他方のガスが、ターボ式ポンプと粗引きポンプの中間のような真空ポンプシステムと流体連通することができるバイパス管路５０に迂回される間）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のガスの流量率及び／又は化学組成は、中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６について異なってよい。したがって、流れ制御部３００は、所望のガス流及び／又はガス化学組成を、基板１６全体にわたってもたらし、それによって基板処理均一性を向上することができる。
【００２４】
ガス分配システム１００では、切換え部４００は、単一ゾーン又は複数ゾーン、例えば中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６内で、第１のガスが第２のガスと置き換えられると同時に、第１のガスをバイパス管路に迂回させるのが可能になるように、第１のガスから第２のガスに短期間内に切り換えるように動作可能であり、又はその逆に動作可能である。ガス切換え部４００は、好ましくは、第１のガスと第２のガスの間で、いずれかのガスの流れの望ましくない圧力変化(surge)及び流れ不安定性を発生することなく切り換えることができる。必要に応じて、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のガスの実質的に一定の連続した体積流量率を維持することができる。
【００２５】
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。図３に示すガス供給部２００は、参照によりその全体がここに組み込まれる、本願の権利者が所有する米国特許出願公開２００５／０２４１７６３号に記載されている。ガス供給部２００は、好ましくは、ガス供給部２００から供給することができる２つ以上のガスの組成を制御するのを可能にするために、バルブや流れコントローラ等の流れ制御構成要素の動作を制御するためのコントローラ５００に接続される。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とそれぞれが流体連通する、複数のガス源２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２，２１４，２１６を含む。したがって、ガス供給部２００は、多くの異なる所望のガス混合物をプラズマ処理チャンバ１２に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、ガス源の特定の数に限定されないが、好ましくは、少なくとも２つの異なるガス源を含む。ガス供給部２００は、図３に示す実施形態に含まれる８つのガス源よりも多くのガス源、又はそれよりも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、３、４、５、１０、１２、１６、又はそれより多くのガス源を含むことができる。それぞれに対応するガス源からもたらすことができる、異なるガスには、Ｏ２、Ａｒ、Ｈ２、Ｃｌ２、Ｎ２等の個別ガス、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ある。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（それらの任意の適切な順序で）供給することができる。それぞれに対応するガス源２０２〜２１６から供給される特定のガスは、プラズマ処理チャンバ１２内で実施す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／又は材料堆積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／又は材料堆積プロセスを実施するために供給することができるガスの選択に関して、幅広い融通性をもたらすことができる。
【００２６】
ガス供給部２００は、好ましくは、ガス組成を調整するための少なくとも１つの調整ガス源も含む。調整ガスは、例えばＯ２、アルゴン等の不活性ガス、又は、フルオロカーボン或いはフルオロハイドロカーボンガス等の反応性ガス、例えばＣ４Ｆ８でよい。図３に示す実施形態では、ガス供給部２００は、第１の調整ガス源２１８及び第２の調整ガス源２１９を含む。以下に説明するように、第１の調整ガス源２１８及び第２の調整ガス源２１９は、ガス切換え部４００に供給される第１及び／又は第２のガスの組成を調整するために、調整ガスを供給することができる。
【００２７】
図３に示すガス供給部２００の実施形態では、流れ制御装置２４０が、好ましくは、ガス源２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２，２１４，２１６とそれぞれ流体連通する各ガス通路２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２，２３４，２３６内に配設され、第１の調整ガス源２１８及び第２の調整ガス源２１９とそれぞれ流体連通するガス通路２４２，２４４内にも配設される。流れ制御装置２４０は、関連するガス源２０２〜２１６、及び２１８，２１９から供給されるガスの流れを制御するように動作可能である。流れ制御装置２４０は、好ましくは、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）である。
【００２８】
図３に示す実施形態では、バルブ２５０，２５２が、各ガス源２０２〜２１６のガス通路の下流側に沿って配置される。バルブ２５０，２５２は、異なるガス混合物が第１のガス管路２３５及び／又は第２のガス管路２４５に流れるのが可能になるように、好ましくはコントローラ５００の制御下で、選択的に開放又は閉鎖することができる。例えば、ガス源２０２〜２１６のうち１つ以上と関連するバルブ２５２を開放する（とともに、ガス源２０２〜２１６の残りのガス源に関連する残りのバルブ２５２が閉鎖される）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、残りのガス源２０２〜２１６のうちの１つ以上に関連するバルブ２５０を開放する（とともに、ガス源２０２〜２１６の残りのガス源に関連する残りのバルブ２５０が閉鎖される）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、さまざまな混合物及び質量流量率の第１及び第２のガスを、ガス供給部２００の制御された動作によって、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。
【００２９】
好ましい一実施形態では、ガス供給部２００は、第１及び第２のガスの連続流を、それぞれ第１のガス管路２３５及び第２のガス管路２４５を経由してもたらすように動作可能である。第１のガス又は第２のガスがプラズマ処理チャンバ１２に流れるとともに、他方のガスがバイパス管路に迂回される。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のガスと第２のガスをどちらも連続的に流すことによって、ガス分配システム１００は、プラズマ処理チャンバ内に供給されるプロセスガスの迅速な切換えを達成することができる。
【００３０】
図４は、ガス分配システム１００の流れ制御部３００の好ましい一実施形態を示す。図４に示す流れ制御部３００は、本願の権利者が所有する米国特許出願１０／８３５，１７５号に記載されている。流れ制御部３００は、ガス供給部２００からの第１のガス管路２３５と流体連通する第１の流れ制御部３０５、及びガス供給部２００からの第２のガス管路２４５と流体連通する第２の流れ制御部３１５を含む。流れ制御部３００は、中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６にそれぞれ供給される第１のガスの比を制御するとともに、第２のガスがバイパス管路に迂回されるように、また中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６にそれぞれ供給される第２のガスの比を制御するとともに、第１のガスがバイパス管路に迂回されるように動作可能である。第１の流れ制御部３０５は、第１のガス管路２３５において導入される第１のガスの流れを、第１のガスの２つの別々の出口流に分割し、第２の流れ制御部３１５は、第２のガス管路２４５において導入される第２のガスの流れを、第２のガスの２つの別々の出口流に分割する。第１の流れ制御部３０５は、切換えシステム４００を経由して中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６とそれぞれ流体連通する、第１及び第２のガス通路３２４、３２６を含み、第２の流れ制御部３１５は、切換えシステム４００を経由して中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６とそれぞれ流体連通する、第１及び第２のガス通路３６４、３６６を含む。
【００３１】
好ましい一構成では、第１の流れ制御部３０５及び第２の流れ制御部３１５がそれぞれ、少なくとも２つの流れ絞りを含む。各流れ絞りは、好ましくは、それを通るガス流に合わせた固定絞りサイズを有する。流れ絞りは、好ましくはオリフィスである。流れ絞りは、ガス流を絞り、オリフィスのガス通路上流側かつオリフィスに隣接する領域内に、ほぼ一定のガス圧力を維持する。第１の流れ制御部３０５及び第２の流れ制御部３１５はそれぞれ、好ましくは、オリフィス、例えば２、３、４、５、又はそれより多くの、それぞれが好ましくは異なる断面絞りサイズ、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を含む。オリフィスの絞りサイズは、ガス分配システム１００のガス流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。所与のオリフィスの流れコンダクタンスが、単にその絞りサイズ及び入口ガス圧力によって決まるように、ガス流は好ましくは、流れ制御部３００内で臨界流状態で作動される。オリフィスの流れコンダクタンスが増大するにつれて、オリフィスを通る所与の流量率を達成するためのオリフィスの両端間の圧力降下が低減する。
【００３２】
図４に示す実施形態では、第１及び第２の流れ制御部３０５、３１５がそれぞれ、５つのオリフィス３３０，３３２，３３４，３３６，３３８を含む。例えば、オリフィス３３０，３３２，３３４，３３６，３３８はそれぞれ、相対的な絞りサイズ、例えば１、１．５、２、３及び３という直径を有することができる。したがって、最後の２つのオリフィス３３６及び３３８を通じてガス流が発生する場合、これらのオリフィスは、ほぼ同じ合計コンダクタンスを有する。あるいは、中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６に、異なる比の第１のガス流及び第２のガス流を供給するために、オリフィス３３０〜３３６のうち最大で４つ全てまでを開放して、オリフィス３３８のコンダクタンスに比べてオリフィス３３０〜３３６の合計コンダクタンスの異なる比をもたらすことができる。流れ制御部３０５の場合、ガス通路３２４，３２６，３３１，３３３と流体連通するバルブ３２０により、中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６に向かう第１のガス流及び第２のガス流のとり得る比の数が２倍になり、それによって、システム内で必要とされるオリフィス３３０〜３３８の数が低減する。流れ制御部３１５は同じ特徴を有し、それによって、システム内で必要とされるオリフィス３３０〜３３８の数が低減する。
【００３３】
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を置換する第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。例えば、第２のオリフィスは、オリフィス３３８と同じ絞りサイズを有することができる。そのような実施形態では、中央ゾーン４２及び縁部ゾーン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、約１：１である。
【００３４】
バルブ３２０は、好ましくは、オリフィスに向かう第１及び第２のガスの流れを制御するために、それぞれに対応する各オリフィス３３０〜３３８の上流側に配置される。例えば、第１の流れ制御部３０５及び／又は第２の流れ制御部３１５では、バルブ３２０のうち１つ以上を、関連するオリフィス３３０〜３３６のうち１つ以上へ第１のガス及び／又は第２のガスが流れるのを可能にするために、開放することができるとともに、オリフィス３３８に第１のガス及び／又は第２のガスが流れるのを可能にするために、他方のバルブ３２０が開放される。
【００３５】
第１の流れ制御部３０５では、オリフィス３３０〜３３６は、ガス通路３２２と流体連通する。ガス通路３２２は、第１のガス通路３２４と第２のガス通路３２６に分割され、それらは、ガス切換え部と流体連通する。第１の流れ制御部３０５のオリフィス３３０〜３３６の１つ以上を通って、中央ゾーン４２及び／又は縁部ゾーン４６に流される第１のガスの流れを制御するために、１対のバルブ３２０が第１及び第２のガス通路３２４、３２６内に配置される。一代替実施形態では、ガス通路３２４、３２６に沿って配置されるバルブ３２０の対を、単一の四方バルブと置換することができる。
【００３６】
第１の流れ制御部３０５では、オリフィス３３８がガス通路３１９に沿って配置される。ガス通路３１９は、ガス通路３３１，３３３に分割され、それらはそれぞれ、第１のガス通路３２４及び第２のガス通路３２６と流体連通する。オリフィス３３８を通って、第１及び第２のガス通路３２４、３２６に流される第１のガスの流れを制御するために、１対のバルブ３２０がガス通路３３１，３３３内に配置される。一代替実施形態では、ガス通路３３１，３３３に沿って配置されるバルブ３２０の対を、単一の四方バルブと置換することができる。
【００３７】
第２の流れ制御部３１５では、オリフィス３３０〜３３６の１つ以上を通って、プラズマ処理チャンバの中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６に流される第２のガスの流れを制御するために、１対のバルブ３２０が第１及び第２のガス通路３６４、３６６に沿って配置される。一代替実施形態では、ガス通路３６４，３６６に沿って配置されるバルブ３２０の対を、単一の四方バルブと置換することができる。
【００３８】
第２の流れ制御部３１５では、オリフィス３３８がガス通路３５９に沿って配置される。ガス通路３５９は、ガス通路３７２，３７４に分割され、それらはそれぞれ、第１及び第２のガス通路３６４，３６６と流体連通する。オリフィス３３８を通って、第１及び／又は第２のガス通路３６４、３６６に流される第２のガスの流れを制御するために、１対のバルブ３２０がガス通路３７２，３７４内に配置される。一代替実施形態では、ガス通路３７２，３７４に沿って配置されるバルブ３２０の対を、単一の四方バルブと置換することができる。
【００３９】
オリフィス３３０〜３３８は、ガス分配システム１００が、プラズマ処理チャンバ１２に流れ込むガスを第１のガスから第２のガス、またその逆に変更する際の、ガス流の圧力変化(surge)及び流れ不安定性を防止するために、流れ制御部３００内に含まれる。
【００４０】
図４に示す実施形態では、第１のガス組成を調整するために、第１の調整ガス源２１８（図３）のガス通路２４２が、第１の調整ガスを第１の流れ制御部３０５の第１のガス通路３２４及び／又は第２のガス通路３２６に供給するように構成される。第２のガス組成を調整するために、第２の調整ガス源２１９（図３）のガス通路２４４が、第２の調整ガスを第２の流れ制御部３１５の第１のガス通路３６４及び／又は第２のガス通路３６６に供給するように構成される。第１及び第２の調整ガスは、同じ調整ガスでも、異なる調整ガスでもよい。
【００４１】
流れ制御装置３４０、好ましくはＭＦＣが、ガス通路２４２に沿って配置される。バルブ３２０がそれぞれ、ガス通路３２６，３２４に入る第１の調整ガスの流れを制御するために、ガス通路３３７、３３９に沿って配置される。一代替実施形態では、ガス通路３３７，３３９に沿って配置されるバルブ３２０の対を、単一の四方バルブと置換することができる。
【００４２】
流れ制御装置３４０、好ましくはＭＦＣが、ガス通路２４４に沿って配置される。バルブ３２０がそれぞれ、ガス通路３６６，３６４に入る第２の調整ガスの流れを制御するために、ガス通路３７６，３７８に沿って配置される。一代替実施形態では、ガス通路３７６，３７８に沿って配置されるバルブ３２０の対を、単一の四方バルブと置換することができる。
【００４３】
図４に示す流れ制御部３００の実施形態では、第１の流れ制御部３０５及び第２の流れ制御部３１５が、同じ構成で配置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及び第２の流れ制御部３０５、３１５が、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及び第２の流れ制御部３０５、３１５は、互いに異なる数のオリフィス及び／又は異なる絞りサイズを有するオリフィスを含むことができる。例えば、第１及び第２の流れ制御部３０５、３１５は、複数の調整ガスを含むことができる。
【００４４】
ガス分配システム１００では、ガス切換え部４００が、流れ制御部３００と流体連通し、また、第１及び第２のガスが流される真空チャンバの内部及びバイパス管路と流体連通する。ガス切換え部４００の第１の好ましい実施形態が、図５に示されている。ガス切換え部４００は、第１及び第２のガスを、プラズマ処理チャンバ１２の中央ゾーン４２と縁部ゾーン４６との両方に交互に供給することができる。ガス切換え部４００は、第１の流れ制御部３０５の第１のガス通路３２４及び第２のガス通路３２６、並びに、第２の流れ制御部３１５の第１のガス通路３６４及び第２のガス通路３６６と流体連通する。
【００４５】
第１の流れ制御部３０５の第１のガス通路３２４が、ガス通路４４８，４５０に分割され、第１の流れ制御部３０５の第２のガス通路３２６が、ガス通路４４２，４４４に分割され、第２の流れ制御部３１５の第１のガス通路３６４が、ガス通路４５２，４５４に分割され、第２の流れ制御部３１５の第２のガス通路３６６が、ガス通路４５６，４５８に分割される。この実施形態では、ガス通路４４２が、プラズマチャンバ１２の縁部ゾーン４６と流体連通し、ガス通路４４８が、プラズマ処理チャンバ１２の中央ゾーン４２と流体連通し、ガス通路４４４がバイパス管路を提供する。ガス通路４５６が、ガス通路４４２と流体連通して、縁部ゾーン４６に至る。ガス通路４５２が、ガス通路４４８と流体連通して、中央ゾーンに４２に至る。ガス通路４５０，４５４，４５８は、ガス通路４４４と流体連通して、バイパス管路に至る。
【００４６】
バルブ４４０が、ガス通路４４２，４４４，４４８，４５０，４５２，４５４，４５６，４５８のそれぞれに沿って配置される。バルブ４４０は、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迂回させるように、好ましくはコントローラ５００の制御下で、選択的に開放及び閉鎖することができる。
【００４７】
例えば、第１のガスをプラズマ処理チャンバ１２の中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６に供給し、第２のガスをバイパス管路に迂回するために、ガス通路４４２，４４８、及び４５４，４５８に沿ったバルブ４４０が開放されるとともに、ガス通路４４４，４５０、及び４５２，４５６に沿ったバルブ４４０が閉鎖される。第２のガスがプラズマ処理チャンバ１２の中央ゾーン４２及び縁部ゾーン４６に供給されるとともに、第１のガスがバイパス管路に迂回されるようにガス流を切り換えるために、ガス通路４４４，４５０、及び４５２，４５６に沿ったバルブ４４０が開放されるとともに、ガス通路４４２，４４８、及び４５４，４５８に沿ったバルブ４４０が閉鎖される。換言すれば、第１のガスをプラズマ処理チャンバ１２に供給するために、バルブ４４０の第１のグループが開放され、且つバルブ４４０の第２のグループが閉鎖され、次いで、第２のガスをプラズマ処理チャンバに供給するようにガス流を変更するために、同じ第１のグループのバルブが閉鎖され、同じ第２のグループのバルブ４４０が開放される。
【００４８】
ガス切換え部４００では、バルブ４４０が高速切換えバルブである。本明細書では、「高速切換えバルブ」という語は、開放又は閉鎖するように作動されてから短期間内に、好ましくは、約５０ミリ秒未満又は１０ミリ秒未満のように約１００ミリ秒未満で、開放又は閉鎖することができるバルブを意味する。ガス切換え部４００で使用するのに適した「高速切換えバルブ」は、オハイオ州ソロンにあるＳｗａｇｅｌｏｋ社から入手可能なＳｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）  ＡＬＤダイヤフラム空気圧バルブである。
【００４９】
高速作動Ｓｗａｇｅｌｏｋ  ＡＬＤバルブは、空気圧で作動される。ガス切換え部４００は、好ましくは、これらのバルブの開放及び閉鎖を制御するための制御システムを含む。一実施形態では、制御システムは、コントローラ５００から信号を収集し、圧縮空気（pneumatic air）を高速切換えバルブに送出するための高速作動パイロットバルブ（電磁バルブ）を含む。高速切換えバルブは、高速作動パイロットバルブに対するスレーブとして働く。パイロットバルブは一般に、約５ミリ秒未満、例えば約２ミリ秒を要し、高速切換えバルブは一般に、約１０ミリ秒未満、例えば約６ミリ秒以下を要し、制御信号を受け取ってから高速切換えバルブが作動されるまでで、合計約８ミリ秒等の約１０ミリ秒未満となる。高速切換えバルブの作動時間は、圧縮空気をもたらす流路の長さ及びサイズ、並びに圧縮空気供給圧力を含む要因に応じて変わることがある。圧縮空気供給圧力は、例えば、各高速切換えバルブがほぼ同じ速度で開放及び閉鎖するように選択することができ、それにより、開放及び閉鎖中のバルブ対間の瞬間的な上流側の圧力の乱れを防止することができる。
【００５０】
圧縮空気供給システムは、任意の適切な構造を有することができる。一実施形態では、供給システムは、バルブが作動する全持続期間中に、圧縮空気供給圧力を選択された範囲内、例えば約８０〜８５ｐｓｉｇに維持するように動作可能な空気貯槽を含むことができる。供給システムは、貯槽圧力を他のシステムに関連する圧縮空気供給圧力の降下から隔離するために、上流側逆止バルブ及び調節器を含むことができる。貯槽容積は、高速切換えバルブ作動中の圧力降下量、及び調節器の設定点圧力まで再充満する時間に基づいて選択することができる。
【００５１】
ガス切換え部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迂回させ、次いで、好ましくはコントローラ５００の制御下で、それらのガス流を迅速に切り換えて、第２のガスを真空チャンバに供給するとともに、第１のガスをバイパス管路に迂回させることができる。これらのガスが切換えられる前に、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によって制御することができる。上記で説明したように、ガス分配システム１００を、プラズマ閉込めゾーンを含むプラズマ処理チャンバで使用して、約１／２リットル〜約４リットルのガス容積を約１秒未満、より好ましくは約２００ミリ秒未満の期間内に置換することによって、システムを安定化させることができる。
【００５２】
ガス切換えシステムのバルブ４４０は、バルブの流れに対する抵抗を特徴付けるバルブ流量係数Ｃｖを有する。流量係数Ｃｖは、標準規格ＡＮＳＩ／ＩＳＡ−Ｓ７５．０２（１９９６）に規定されており、「高純度遮断バルブの流量係数を求めるための試験方法」という名称の、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials Institute）標準規格Ｆ３２に記載された試験方法によって求めることができる。所与のバルブ４４０について、流量係数Ｃｖが増大するにつれて、バルブ４４０の両端間の圧力降下が同じである場合、バルブ４４０を通るガス流量率がより大きくなる、すなわちＣｖを増大させると、バルブがガス流に対してより制限的でなくなる。
【００５３】
上述のように、図５に示すガス切換えシステム４００の実施形態では、バルブ４４０の対が、ガス通路３２６，３２４，３６４，３６６それぞれと流体連通して配置される。バルブ４４０の各対では、プロセスガスを処理チャンバに流し込むために、一方のバルブ４４０を、他方のバルブ４４０が閉鎖されている間に開放することができ、次いでこれらのバルブを切換えて、ガス流をバイパス管路に迂回させることができる。処理チャンバからバイパス管路へ、またその逆へのガスの安定した切換えができるためには、またガス運動量を維持するためには、１対のバルブ４４０の各バルブ４４０の入口圧力が、理想的には一定であることが分かっている。バルブ４４０のそれぞれに対応する流量係数Ｃｖを、各バルブ対のバルブが不整合のＣｖ値を有するように調整することによって、ガス切換えシステム４００の１対のバルブ４４０の各バルブ４４０の入口圧力を一定に維持できることがさらに分かっている。さらに、ガス切換えシステム４００の１対のバルブの各バルブ４４０について、実質的に一定の、好ましくは一定の入口圧力を維持することによって、また、同じ処理チャンバ出口（中央又は縁部ゾーン）に供給するバルブ４４０の複数の対間で、実質的に一定の、又は好ましくは一定の入口圧力を維持することによって、ガス分配システム１００の流れ制御部３００に関連するプロセスシフトを最小限に抑え、好ましくはなくすことができることも分かっている。例えば、好ましい一実施形態では、ガス通路４４２及び４５６に沿ったバルブ４４０の入口圧力は、（これらのバルブそれぞれに向かう流れがほぼ等しいときに）ほぼ同じで、ガス通路４４８及び４５２に沿ったバルブ４４０の入口圧力は、（これらのバルブそれぞれに向かう流れがほぼ等しいときに）ほぼ同じである。この場合、流れ制御部３０５と流れ制御部３１５の間でガス流を切換える際に円滑な移行が可能になる。
【００５４】
例えば、バルブ４４０は、工場プリセットＣｖ値を有することができ、プリセットＣｖ値を調整値に変更するように機械的に調整することができる。例えば、一実施形態では、Ｃｖ値を低減させるようにバルブ４４０を機械的に調整することができる。他のバルブ構造では、Ｃｖ値を増大させるように機械的に調整できることが企図される。ガス切換えシステム４００の好ましい一実施形態によれば、処理チャンバと流体連通するガス通路４４２，４４８，４５２，４５６（すなわち基準バルブ）に沿って配置されたバルブ４４０がプリセットＣｖ値を有し、バイパス管路と流体連通するガス通路４４４，４５０，４５４，４５８（すなわち調整バルブ）に沿って配置されたバルブ４４０が調整Ｃｖ値を有する。好ましい一実施形態では、ガス通路４４２，４４８，４５２，４５６に沿って配置されたバルブ４４０のプリセットＣｖ値が、約±２％の流れの許容差を製造業者の標準として有し、約±１％の流れの許容差を理想として有し、ガス通路４４４，４５０，４５４，４５８に沿って配置されたバルブ４４０の調整Ｃｖ値が、約±２％の流れの許容差を製造業者の標準として有し、約±１％の流れの許容差を理想として有する。バルブ対のプリセットＣｖ値及び調整Ｃｖ値は、ガス切換えシステム４００の１対のバルブ４４０の各バルブ４４０の入口圧力を、切換え中に一定に維持することができるように、また同じ処理チャンバ出口に供給するバルブ４４０の全ての対の入口圧力を、図４に示す流れ制御部３０５と流れ制御部３１５の間の切換え中に一定に維持することができるように、不整合にされる。好ましい一実施形態では、ガス通路４４２，４４８，４５２，４５６に沿って配置された基準バルブがそれぞれ、同じプリセットＣｖ値を有することができる。別の好ましい実施形態では、これらの基準バルブが異なるプリセットＣｖ値を有することができる。好ましい一実施形態では、ガス通路４４４，４５０，４５４，４５８に沿って配置された調整バルブがそれぞれ、同じ調整Ｃｖ値を有することができる。別の好ましい実施形態では、調整バルブが、異なる調整Ｃｖ値を有することができる。好ましい一実施形態では、処理チャンバと流体連通するガス通路４４２，４４８，４５２，４５６に沿って配置されたバルブ４４０がそれぞれ、同じプリセットＣｖ値を有することができ、バイパス管路と流体連通するガス通路４４４，４５０，４５４，４５８に沿って配置されたバルブ４４０がそれぞれ、同じ調整Ｃｖ値を有することができ、それによってガス切換えシステムの調整が簡単になるように、各処理チャンバ出口のコンダクタンスが十分近い。
【００５５】
バルブ４４０の各対は、各バルブ対の両方のバルブについて一定の入口圧力状況をもたらすために、同じ又は異なるＣｖ不整合を有することができる。例えば、図５に示すガス切換えシステム４００の実施形態では、各バルブ対が異なるＣｖ不整合を有することができる。すなわち、一実施形態では、高Ｃｖ値と低Ｃｖ値の差が、各バルブ対について同じでよい。別の実施形態では、高Ｃｖ値及び低Ｃｖ値が、高Ｃｖ値と低Ｃｖ値の差が各バルブ対について同じである状態で、異なるバルブ対について異なってよい。別の実施形態では、高Ｃｖ値と低Ｃｖ値の差が、各バルブ対について異なってよい。
【００５６】
上述のように、好ましい一実施形態では、バルブ対が、同じプリセットＣｖ値を有するバルブを有することができる。別の好ましい実施形態では、バルブ対が、異なるプリセットＣｖ値を有するバルブを含むことができる。そのような実施形態では、切換え中に、バルブ対の各バルブについて一定の入口圧力を達成するために、Ｃｖ値を不整合にするようにバルブの一方を調整することができる。
【００５７】
ガス通路４４２及び４４４に沿って配置されたバルブ対を参照すると、一実施形態では、処理チャンバと流体連通するガス通路４４２に沿って配置されたバルブ４４０が、公称Ｃｖ値を有することができる。バイパス管路と流体連通するガス通路４４４に沿って配置されたバルブ４４０を、そのＣｖ値を低減させるように調整し、それによってこのバルブの入口圧力を増大させて、ガス通路４４２に沿って配置されたバルブ４４０の入口圧力と整合させることができる。例えば、一実施形態では、切換え中にこのバルブ対の各バルブ４４０の入口圧力を一定に維持することができるように、ガス通路４４２に沿って配置されたバルブ４４０のＣｖ値は約０．３のプリセット値でよく、一方、ガス通路４４４に沿って配置されたバルブは約０．１５の調整値を有することができる。バルブ４４０のプリセットＣｖ値が望ましくないほど高い場合、バルブ対の両方のバルブ４４０を、所望のＣｖ不整合をもたらすように調整することができる。好ましくは、逆流、すなわちガス流方向とは逆の方向のバルブ両端間のガス拡散を回避するために、ガス通路４４４に沿ったバルブ４４０を粘性の臨界流が通る（バイパス管路と流体連通する他のバルブにも通る）。粘性の臨界流が開口を通る場合、出口圧力が変動しても、開口両端間の流れは変化しない。一般に、処理チャンバと流体連通するバルブの両端間の圧力降下は比較的小さい。
【００５８】
好ましい一実施形態では、ガス通路４４４及び４５８に沿ったバルブ４４０が、同じ調整Ｃｖ値を有することができる。というのも、これらのバルブはどちらも、同じバイパス管路（すなわち同じ排気出口）と流体連通し、またガス通路４４２及び４５６に沿ったバルブ４４０が同じゾーン（すなわち同じ処理チャンバ送出出口）と流体連通し、同じプリセットＣｖ値を有するためである。この状況は典型的に、ガス切換えシステム４００の配管がこれらの２つの回路間で十分に類似している場合に当てはまる。これらの２つの回路が十分に類似した配管を有していない他のガス切換えシステムの場合、ガス通路４４４及び４５８に沿ったバルブは、互いに異なる調整Ｃｖ値を有することができる。図５に示すガス切換えシステム４００では、ガス通路４５０及び４５４に沿ったバルブが典型的に、同じ調整Ｃｖ値を有することができる。というのも、これらのバルブは同じバイパス管路と流体連通し、またガス通路４４８、４５２に沿って配置されたバルブが、処理チャンバの同じゾーンと流体連通し、同じプリセットＣｖ値を有するためである。
【００５９】
したがって、ガス切換えシステム４００の諸実施形態では、利用者が一方のバルブ（例えばガス通路４４２に沿って配置されたバルブ４４０）から他方のバルブ（すなわちガス通路４４４に沿って配置されたバルブ）にガス流を切り換え、次いで再度戻すときに、バルブ対（例えば、ガス通路４４２，４４４に沿って配置されたバルブ）間の入口圧力が、一定である状況を、バルブ４４０のＣｖ不整合が作り出す。バイパス管路と流体連通するガス通路に沿って配置されたバルブ４４０の調整について上記で説明したが、他の実施形態では、処理チャンバと流体連通するバルブ４４０（すなわち、ガス通路４４２，４４８，４５２，４５６に沿ったバルブ４４０のうちの１つ以上）を、一定の入口ガス圧力状況を作り出すように調整することができる。すなわち、そのような実施形態では、各バルブ対について、いずれかのバルブを、一定の入口ガス圧力状況を作り出すように調整することができる。さらに、各バルブ対が不整合にされるとき、各調整バルブが同じＣｖ設定値を有しても、図５に示すバルブ４４０の異なる対について、２、３又は４つの異なるＣｖ設定値があってもよい。バルブ対の調整されない他方のバルブは、公称又はプリセットＣｖ値を有し、それによって、この実施形態では、同じ公称Ｃｖ値を有する４つのバルブが設けられる。
【００６０】
ガス切換え部のバルブ対に対してほぼ等しい入口圧力状況をもたらすように、１つ以上のプリセットバルブの流量係数を調整する例示的手順は、以下の通りである。プラズマ処理チャンバの臨界プロセスガス流動作範囲内に含まれる（例えばおよそ中間の）試験ガス流が選択される。例えば、ガス流は、約５００ｓｃｃｍのアルゴンとすることができる。流れ制御部３００の、例えば第１の流れ制御部３０５を使用して、選択されたガス流がガス流２分配器に、中央ゾーン及び縁部ゾーンに対する所望の重み付け値で流される。ガス切換え部４００を使用して、第１の流れ制御部３０５からのガス流が全て、ガス通路４４２，４４８に沿った、工場プリセットＣｖ値を有するバルブを通じて処理チャンバに流される。これらのバルブの入口ガス圧力が、１つ以上の静電容量式圧力計を使用する等して測定される。次いで、ガス切換え部４００を使用して、第１の流れ制御部３０５からのガス流が全て、ガス通路４４４，４５０に沿った、やはり工場プリセットＣｖ値を有するバルブ４４０を通じてバイパス管路に流される。これらのバルブそれぞれの入口ガス圧力が測定される。プラズマ処理チャンバに向かう流れのバルブ入口圧力とバイパス管路に向かう流れのバルブ入口圧力が、測定値に関して比較される。（処理チャンバへの）ガス通路４４２，４４８に沿ったバルブと（バイパスへの）バルブ４４４，４５０とのいずれかが、どちらのバルブの方が低い測定入口圧力を有していたかに応じて、より低いＣｖ値に調整される。選択されたバルブが調整され、試験ガスが再度流され、入口圧力が再度測定されて、バルブ対の他方のバルブの入口圧力と比較される。この手順は、所望の入口圧力状況が達成されるまで繰り返すことができる。調整は、流れのさまざまな範囲についてガス流を切換えて、切換え中に処理チャンバの圧力スパイク又はプラズマドロップアウトが生じないことを確認することによって、確認することができる。
【００６１】
第２の好ましい実施形態によるガス切換え部１４００が、図６に示されている。この実施形態では、ガス切換え部１４００は、第１のガス通路４０５及び第２のガス通路４１５と流体連通する。第１のガス通路４０５及び第２のガス通路４１５は、図４に示す流れ制御部３００とは異なり、中央ゾーンガス出口と縁部ゾーンガス出口とのどちらも含まない流れ制御部の、例えばそれぞれ、第１のガス出口及び第２のガス出口でよい。第１のガス通路４０５は、ガス通路４２２，４２４に分割され、第２のガス通路４１５は、ガス通路４２６，４２８に分割される。ガス通路４２２及び４２６は、真空チャンバの内部と流体連通し、ガス通路４２４及び４２８は、バイパス管路と流体連通する。バルブ４４０が、ガス通路４２２，４２４及び４２６，４２８のそれぞれに沿って配置される。
【００６２】
例えば、第１のガスを真空チャンバに供給し、同時に第２のガスをバイパス管路に送るには、流体通路４２２及び４２８に沿ったバルブ４４０が開放され、ガス通路４２４及び４２６に沿ったバルブ４４０が閉鎖される。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迂回されるようにガス流を切換えるには、流体通路４２４及び４２６に沿ったバルブ４４０が開放され、流体通路４２２及び４２８に沿ったバルブ４４０が閉鎖される。
【００６３】
図６に示すガス切換えシステム１４００の実施形態では、ガス通路４２２及び４２６に沿ったバルブが、同じ処理チャンバ出口に通じ、ガス通路４２４及び４２８に沿ったバルブが、同じバイパス管路に通じる。典型的には、ガス通路４２４及び４２８に沿って配置されたバルブは同じ調整（低減された）Ｃｖ値を有することができ、ガス通路４２２及び４２６に沿ったバルブは公称Ｃｖ値を有することができる。上述のように、ガス通路４２２，４２４に沿ったバルブ対、及びガス通路４２６，４２８に沿ったバルブ対は、ガス切換えシステム４００の１対のバルブ４４０の各バルブ４４０の入口圧力が一定に維持されるように、不整合Ｃｖ値を有することができる。
【００６４】
さまざまなエッチング及び／又は堆積プロセスを実施するために、ガス分配システム１００の好ましい諸実施形態を使用して、プラズマ処理チャンバ１２に異なるガス化学組成及び／又は流量率を供給することができる。例えば、ガス分配システム１００は、ＵＶレジストマスク等、上にあるマスクによって保護された、ＳｉＯ２層等の酸化シリコン中にフィーチャをエッチングするために、プラズマ処理チャンバにプロセスガスを供給することができる。ＳｉＯ２層は、シリコンウエハ等の、２００ｍｍ又は３００ｍｍの直径を有する半導体ウエハ上に形成することができる。フィーチャは、例えば穴（vias）及び／又は溝（trenches）とすることができる。そのようなエッチングプロセス中、ＳｉＯ２中にエッチングされたフィーチャがその所望の形状を有する、例えば穴（vias）が円形の断面を有するように、マスク中の条痕(striation)、例えばクラック又は割れを修復するために（すなわち条痕(striation)を埋めるために）、マスクの一部分上にポリマーを堆積させることが望ましい。条痕(striation)は、修復されない場合、最終的にマスクの下にある層に達し、エッチング中にその層に実際に転写される可能性がある。また、ポリマーをフィーチャの側壁上に堆積させることもできる。
【００６５】
しかし、エッチングされたフィーチャの側壁及び底面上に堆積されたポリマーの厚さが、エッチング速度に影響を及ぼすことが分かっている。異方性エッチングプロセスでは、フィーチャの底面上に堆積されたポリマーは、エッチング中に実質的に除去される。しかし、ポリマーが側壁上及び／又は底面上であまりにも厚くなりすぎる場合、ＳｉＯ２のエッチング速度が減少し、完全に停止する可能性がある。ポリマーは、あまりにも厚くなりすぎる場合、表面から剥がれ落ちることもある。したがって、マスク及びフィーチャ上にポリマー堆積物を形成するためのガス混合物がプラズマ処理チャンバ内に供給される時間が、好ましくは、それによってＳｉＯ２層上に形成されるポリマー堆積物の厚さが制御されるとともに、マスクの十分な修復及び保護ももたらされるように制御される。ＳｉＯ２層のエッチング中、ポリマーはマスクから定期的に除去される。したがって、ポリマーは好ましくは、確実にマスクの十分な修復及び保護が達成されるように、ＳｉＯ２層のエッチングの期間の合間にマスク上に堆積される。
【００６６】
上にあるマスク、例えばＵＶレジストマスクで保護されたＳｉＯ２を、フィーチャ上に堆積されるポリマーの厚さを制御し、かつマスクを修復及び保護してエッチングするために、ガス分配システム１００を使用して、プラズマ処理チャンバ内にプロセスガスを供給することができる。ガス分配システム１００のガス切換え部は、ＳｉＯ２をエッチングするのに使用される第１のプロセスガスがプラズマ処理チャンバ内に第１の期間の間供給されるのを可能にするとともに、ポリマー堆積物を形成するのに使用される第２のガス混合物がバイパス管路に迂回され、次いで、ポリマー堆積物を形成するために第２のガス混合物がプラズマ処理チャンバ内に供給されるとともに、第１のガス混合物がバイパス管路に供給されるように、ガス流を迅速に切り換えるように動作可能である。好ましくは、プラズマ処理チャンバのプラズマ閉込めゾーンに供給される第１のガス混合物が第２のガス混合物と、約１秒未満、より好ましくは約２００ミリ秒未満の期間内に、少なくともほぼ置換される。プラズマ閉込めゾーンは、好ましくは、約１／２リットル〜約４リットルの容積を有する。
【００６７】
ＳｉＯ２をエッチングするのに使用される第１のガス混合物は、例えば、Ｃ４Ｆ８等のフルオロカーボン種、Ｏ２及びアルゴンを含むことができる。Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／アルゴンの流量率比は、例えば２０／１０／５００ｓｃｃｍとすることができる。ポリマー堆積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むことができる。ＣＨ３Ｆ／アルゴンの流量率比は、例えば１５／５００ｓｃｃｍとすることができる。第２のガス混合物は、任意選択でＯ２を含むこともできる。２００ｍｍ又は３００ｍｍウエハを処理するための容量結合プラズマエッチング反応器の場合、チャンバ圧力は、例えば７０〜９０ｍＴｏｒｒでよい。第１のガス混合物は、好ましくは、プラズマ処理チャンバ内に、それがチャンバに導入される（とともに第２のガスがバイパス管路に迂回される）たびに約５秒〜約２０秒間流され、第２のガス混合物は、好ましくは、プラズマ処理チャンバ内に、それがチャンバに導入される（とともに第１のガスがバイパス管路に迂回される）たびに約１秒〜約３秒間流される。基板上にＳｉＯ２をエッチングする間、エッチング期間及び／又はポリマー堆積期間の長さは、好ましい期間内で増大又は低減させることができる。ポリマー堆積物は、好ましくは、典型的に最大約３分継続するエッチングプロセス中に、約１００オングストローム未満の最大厚さに達する。エッチング中、条痕(striation)を修復し、マスクを保護するために、マスク上にポリマーを堆積させることができる。したがって、マスクに開いた開口の形状を好ましくは、エッチングプロセス中維持することができる。
【００６８】
以上、本発明を、好ましい諸実施形態に即して説明してきた。しかし、本発明を、本発明の精神から逸脱することなく、上記で説明したものとは異なる特定の形態で実施することが可能であることが、当業者には容易に明らかになるであろう。好ましい諸実施形態は例示的であり、いかなる形であれ限定的であると見なすべきではない。本発明の範囲は、先の記載ではなく、添付の特許請求の範囲によって与えられ、特許請求の範囲に含まれるあらゆる変形形態及び等価物は、その中に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】ガス分配システムの好ましい諸実施形態を使用することができる、プラズマ処理装置の一例示的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を示す図である。
【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を示す図である。
【図４】ガス分配システムの流れ制御部の好ましい一実施形態を示す図である。
【図５】ガス分配システムのガス切換え部の第１の好ましい実施形態を示す図である。
【図６】ガス分配システムのガス切換え部の第２の好ましい実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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