(57)【要約】  処理チャンバへのガス供給のための方法及び装置が、本明細書内で提供される。いくつかの実施形態では、基板を処理するための装置は、所望の総ガス流を供給するためのマスフローコントローラと、第１入口と第１出口とそれらの間で選択可能に結合される複数の第１オリフィスを含む第１フローコントロールマニホールドであって、第１入口はマスフローコントローラに結合されている第１フローコントロールマニホールドと、第２入口と第２出口とそれらの間で選択可能に結合される複数の第２オリフィスを含む第２フローコントロールマニホールドであって、第２入口はマスフローコントローラに結合されている第２フローコントロールマニホールドを含み、１以上の複数の第１オリフィス及び１以上の複数の第２オリフィスを通して流体を流すとき、第１出口と第２出口の間で所望の流量比が選択可能に得られる。
2013526063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガス供給ゾーンへガス分配を制御するための装置であって、
所望の総ガス流を供給するためのマスフローコントローラと、
第１入口と、第１出口と、それらの間で選択可能に結合される複数の第１オリフィスを含み、第１入口はマスフローコントローラに結合されている第１フローコントロールマニホールドと、
第２入口と、第２出口と、それらの間で選択可能に結合される複数の第２オリフィスを含み、第２入口はマスフローコントローラに結合されている第２フローコントロールマニホールドを含み、
１以上の複数の第１オリフィス及び１以上の複数の第２オリフィスを通して流体を選択可能に流すことによって、第１出口と第２出口の間で所望の流量比が提供され、マスフローコントローラと第１及び第２フローコントロールマニホールドのそれぞれの入口との間に提供されるコンジットのコンダクタンスは、装置を通ってガスが流れるとき、チョーク流れの状態を提供するのに十分である装置。
【請求項２】
第１出口は第１処理チャンバの第１ガス供給ゾーンに結合され、第２出口は第１処理チャンバの第２ガス供給ゾーンに結合される請求項１記載の装置。
【請求項３】
第１出口は第２処理チャンバの第１ガス供給ゾーンに更に結合され、第２出口は第２処理チャンバの第２ガス供給ゾーンに更に結合される請求項２記載の装置。
【請求項４】
第１出口は第１処理チャンバのガス供給ゾーンに結合され、第２出口は第２処理チャンバのガス供給ゾーンに結合される請求項１記載の装置。
【請求項５】
第１及び第２フローコントロールマニホールドは、第１及び第２フローコントロールマニホールドの上流側の制限された圧力を維持するのに十分な圧力降下を提供する請求項１〜４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
制限された上流側圧力は、
約１５５トール未満、
低常気圧ガスの凝縮を防ぐのに十分低い、又は
システムの応答時間を最適化するように制御される、のうちの少なくとも１つである請求項５記載の装置。
【請求項７】
第１ガス供給ゾーンと第２ガス供給ゾーンの間で所望のガスの所望の流量比を選択する工程と、
所望の流量比を提供することができる、第１ガス供給ゾーンに選択的に結合された複数の第１オリフィスからの第１選択セット及び第２ガス供給ゾーンに選択的に結合された複数の第２オリフィスからの第２選択セットを決定する工程と、
オリフィスの第１及び第２選択セットを通して、所望のガスを第１及び第２ガス供給ゾーンに流す工程を含む、複数のガス供給ゾーンへガス分配を制御するための方法。
【請求項８】
第１選択セット及び第２選択セットを決定する工程は、
所望のガスの所望の総流量に対応する総窒素相当流を決定する工程と、
最小選択オリフィスを通る最小窒素相当流に基づいて可能なオリフィスの組み合わせを決定する工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
第１選択セット及び第２選択セットを決定する工程は、
複数の第１オリフィスから第１小型オリフィスを決定する工程と、複数の第２オリフィスから対応する第１大型オリフィスを選択する工程と、第１大型オリフィスの利用可能性を判定する工程、又は
複数の第１オリフィスから第１大型オリフィスを決定する工程と、複数の第２オリフィスから対応する第１小型オリフィスを選択する工程と、第１小型オリフィスの利用可能性を判定する工程、
のいずれか一方の工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】
複数の第１オリフィスから第１小型オリフィスを決定する工程は、第１小型オリフィスと同じサイズを有するオリフィスを通過する所定の許容される最大及び最小窒素相当ガス流に基づいており、第１大型オリフィスの利用可能性を判定する工程は、第１大型オリフィスと同じサイズを有するオリフィスを通過する所定の許容される最大及び最小窒素相当ガス流に基づいている、又は
複数の第１オリフィスから第１小型オリフィスを決定する工程は、第１大型オリフィスと同じサイズを有するオリフィスを通過する所定の許容される最大及び最小窒素相当ガス流に基づいており、第１大型オリフィスの利用可能性を判定する工程は、第１小型オリフィスと同じサイズを有するオリフィスを通過する所定の許容される最大及び最小窒素相当ガス流に基づいている請求項９記載の方法。
【請求項１１】
各オリフィスを通過する許容される最大及び最小窒素相当ガス流は、下流側圧力の２倍以上である上流側圧力を提供するように予め決められており、上流側圧力は、所望のガスを提供するマスフローコントローラと第１及び第２オリフィスとの間で測定され、下流側圧力は、第１及び第２オリフィスと第１及び第２ガス供給ゾーンとの間で測定される請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１大型オリフィスの利用不可能性が判定されたとき、
第１小型オリフィスよりも小さい第２小型オリフィスを選択する工程と、
所望の流量比を提供するために対応する第２大型オリフィスを選択する工程と、
第２大型オリフィスの利用可能性を判定する工程を更に含む請求項９記載の方法。
【請求項１３】
第２大型オリフィスの利用不可能性が判定されたとき、
小型オリフィスと大型オリフィスの両方が利用可能となるか、又は利用可能な小型オリフィスと対応する大型オリフィスが無いと決定されるまで、請求項１２の制約が順次小型オリフィス及び対応する大型オリフィスに適用されるように繰り返す工程と、
オプションで、利用可能な小型オリフィスと対応する大型オリフィスが無いことが決定されたとき、所望の総流量及び所望の流量比が提供できないことを示す工程を更に含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
選択されたオリフィスを通して所望の流量比を提供するために、オリフィスの第１及び第２選択セットに対応するコントロールバルブを開く工程を更に含む請求項７記載の方法。
【請求項１５】
第１ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内の第１ゾーンであり、第２ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内の第２ゾーンである、又は
第１ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内の第１ゾーンであり、第２ガス供給ゾーンは、第２処理チャンバ内の第１ゾーンであり、オプションで、第１ガス供給ゾーンは、第２処理チャンバ内の第２ゾーンを更に含み、第２ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内の第２ゾーンを更に含む請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して基板処理に関する。
【背景】
【０００２】
超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路は、シリコン（Ｓｉ）基板等の半導体基板上に形成された百万個を超える電子デバイス（例えば、トランジスタ）を含むことができ、デバイス内の様々な機能を実行するために連携している。プラズマエッチングは、トランジスタ及び他の電子デバイスの製造に一般的に使用されている。このようなトランジスタ構造を形成するために使用されるプラズマエッチング処理の間、材料の１以上の層をエッチングするために、基板が配置されている処理チャンバに、１以上の処理ガス（エッチャント）を供給することができる。いくつかのエッチング処理中に、１以上のガスを処理チャンバ内の２以上の領域又はゾーンに供給することができる。このようなアプリケーションでは、アクティブなフローコントローラ（例えば、フローセンサ及び検出された流れに基づいて制御されるフローコントローラ）は、処理チャンバゾーンに供給される１以上のガス流をアクティブに制御するために使用することができる。
【０００３】
しかしながら、特定のアプリケーションでは、アクティブ制御装置は、機能しない場合があり、フロースプリッター用に制御された経路の下で、測定された流れの突然の変化を示す可能性があることを、本発明者らは観察した。この障害はガスが混合するときに起こる熱反応に関連し、アクティブなフローセンサが誤って流れを判定する原因となる吸熱又は発熱反応を有する可能性があると、本発明者らは信じている。これは、あいにく、補正が必要とされていないときにガス流を補正しようとする試みに起因する製造ばらつき又は故障を引き起こす可能性があり、更に処理チャンバが制御不能であると処理コントローラが認めた場合は、処理チャンバのダウンタイムを引き起こす可能性がある。また、本発明者らは、アクティブな流量比コントローラ内で一般的な処理のドリフトを更に観察した。
【０００４】
あるいはまた、処理チャンバのゾーンに供給される１以上のガスの流れを制御しようとするために、固定オリフィスの組み合わせを使用することができる。しかしながら、そのような固定オリフィスデバイスは、動的な（例えば、変化する）比率の要件を有する処理に対して複数の流量比を提供するには不十分であることを、本発明者らは気付いた。
【０００５】
したがって、本発明者らは、ガス流を制御するために改良された方法及び装置を提供してきた。
【概要】
【０００６】
処理チャンバへのガス供給のための方法及び装置が、本明細書内で提供される。いくつかの実施形態では、基板を処理するための装置は、所望の総ガス流を供給するためのマスフローコントローラと、第１入口と第１出口とそれらの間で選択可能に結合される複数の第１オリフィスを含む第１フローコントロールマニホールドであって、第１入口はマスフローコントローラに結合されている第１フローコントロールマニホールドと、第２入口と第２出口とそれらの間で選択可能に結合される複数の第２オリフィスを含む第２フローコントロールマニホールドであって、第２入口はマスフローコントローラに結合されている第２フローコントロールマニホールドを含むことができ、１以上の複数の第１オリフィス及び１以上の複数の第２オリフィスを通して流体を流すとき、第１出口と第２出口の間で所望の流量比が選択可能に得られる。
【０００７】
いくつかの実施形態では、複数のガス供給ゾーンへガス分配を制御するための方法は、第１ガス供給ゾーンと第２ガス供給ゾーンの間で所望のガスの所望の流量比を選択する工程と、所望の流量比を提供することができる、第１ガス供給ゾーンに選択的に結合された複数の第１オリフィスからの第１選択セット及び第２ガス供給ゾーンに選択的に結合された複数の第２オリフィスからの第２選択セットを決定する工程と、オリフィスの第１及び第２選択セットを通して、所望のガスを第１及び第２ガス供給ゾーンに流す工程を含むことができる。
【０００８】
本発明の他の及び更なる実施形態が、以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
上記に簡単に要約し、以下でより詳細に説明する本発明の実施形態は、添付の図面に示された本発明の例示的実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【図１】本発明のいくつかの実施形態係る例示的なガス分配システムの概略図を示す。
【図２Ａ】〜
【図２Ｃ】本発明のいくつかの実施形態に係る図１のガス分配システムに結合されたガス供給ゾーンの概略部分図をそれぞれ示す。
【図３】本発明のいくつかの実施形態に係る、所望の流量比にガスを分割するためのフロー図を示す。
【図４】本発明のいくつかの実施形態に係る、所望の流量比にガスを分割するためのフロー図を示す。
【図５】本発明のいくつかの実施形態に係る、所望の流量比にガスを分割するためのフロー図を示す。
【図６】本発明の実施形態での使用に適したコントローラを示す。
【００１０】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。図面は、比例して描かれているわけではなく、明確にするために簡素化されているかもしれない。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
【詳細な説明】
【００１１】
本発明の実施形態は、ガスをチャンバに供給するためのガス分配システム及びそれを使用する方法を提供する。本発明の装置及び方法は、有利なことに、処理チャンバへのガス供給を所望の流量比で供給する。本装置は、アクティブなフローコントロールを使用せず、受動的（パッシブ）な方法でこれを供給する。特に、本発明の装置は、ガス源と所望のガス供給ゾーンとの間で選択的に結合することができる２つのフローコントロールマニホールド内に配置された複数の高精度オリフィスを使用している。本発明の実施形態は、更に上流側で低蒸気圧ガスの凝縮を防止するのに十分低くなるように上流側の圧力を受動的に維持するオリフィスサイズを選択すると同時に、適切なコンダクタンス制御のためにチョーク流れの状態を受動的に維持する両方のために、正しいオリフィスサイズを決定する方法を提供する。
【００１２】
したがって、本方法及び装置は、有利なことに、所望の流量比を得るためのオリフィスサイズを提供・選択することができ、更に、低蒸気圧ガスの相変化を防ぐために、ガス流と上流側圧力の最小化の特定の組み合わせに対してチョーク流れを同時に提供するために、様々なオリフィスの中からの選択を促進することができ、更に、チョーク流れを維持することができないため、又はガス分配システムを通過して流れる処理ガスの相変化を防止するために必要な上流側の圧力を超えたことによって、特定の比率を達成することができない場合に、表示を提供する。
【００１３】
本発明の実施形態は、通過して流れるガスを所望の流量比に受動的に分割するガス分配システムを提供する。本装置は、オリフィスを通る流れが、断面積に直接比例するという基本的な原理に基づいている。一方が他方の２倍の（断面積の）大きさである２つのオリフィス間において、ガス流が分割される場合、流れの比率は２：１となるであろう。しかしながら、この原理は、両方のオリフィスが同じ上流側及び下流側圧力を有していることに依存している。本発明では、装置に結合された異なるガス供給ゾーン（例えば、シャワーヘッド又は異なる処理チャンバ等のゾーン）が、異なるコンダクタンス又は流れ抵抗を有する可能性があり、したがって、下流側圧力は同じではない。いくつかの実施形態では、本発明者らは、常にチョーク流れの状態で動作するように装置を設計することによって（例えば、上流側圧力を下流側圧力の少なくとも２倍にする）、この問題を排除している。流れが閉塞（チョーク）されている場合、流れは単なる上流側圧力の関数となる。
【００１４】
例えば、図１は、本発明のいくつかの実施形態に係る例示的なガス分配システム１００の概略図を示している。図１に示すシステムは、主に２つのガス供給ゾーン（例えば、１２６、１２８）にガスの流れを供給することに関するが、本システムは、追加のガス供給ゾーン（例えば、１４２、点線で示される）にガスの流れを供給するために、本明細書内で開示される原理に従って、システムを拡張することができる。ガス分配システム１００は、一般的に、１以上のマスフローコントローラ（１つのマスフローコントローラ１０４が示される）と、第１フローコントロールマニホールド１０６と、第２フローコントロールマニホールド１０８を含む（明細書内の記載と同様に構成される追加のフローコントロールマニホールドが、点線内において符号１４０によって図示されるように提供されてもよい）。マスフローコントローラ１０４は、典型的には、１以上のガス又はガス混合物（本明細書全体及び特許請求の範囲内ではガスと呼ぶ）を供給するガス分配パネル１０２に結合されている。マスフローコントローラ１０４は、ガス分配装置１００を通過するガスの総流量を制御し、そのそれぞれの入口で、第１及び第２フローコントロールマニホールド１０６、１０８の両方に結合されている。１つのマスフローコントローラ１０４が図示されているが、複数のマスフローコントローラがガス分配パネル１０２に結合され、ガス分配パネル１０２からのそれぞれの処理ガスを測定することができる。１以上のマスフローコントローラ１０４の出力は、一般的には、各フローコントロールマニホールド（例えば、１０６、１０８）に分割してルーティングされる前に結合される（例えば、それらの共通のコンジット、ミキサー、プレナム等、又はそれらの組み合わせに供給される）。
【００１５】
第１フローコントロールマニホールド１０６は、第１フローコントロールマニホールド１０６の入口１１４と出口１１６の間に結合された複数の第１オリフィス１１０及び複数の第１コントロールバルブ１１２を含む。複数の第１コントロールバルブ１１２は、１以上の複数の第１オリフィス１１０をマスフローコントローラ１０４の出口に選択的に結合するために（例えば、マスフローコントローラ１０４から選択された第１オリフィス１１０を通ってガスが流れるのを可能にするために）、選択的に開閉することができる。
【００１６】
同様に、第２フローコントロールマニホールド１０８は、第２フローコントロールマニホールド１０８の入口１２２と出口１２４の間に結合された複数の第２オリフィス１１８及び複数の第２コントロールバルブ１２０を含む。複数の第２コントロールバルブ１２０は、１以上の複数の第２オリフィス１１８をマスフローコントローラ１０４に選択的に結合するために（例えば、選択された第２オリフィス１１８を通ってガスが流れるのを可能にするために）、選択的に開閉することができる。同様に、追加のフローコントロールマニホールド（例えば、１４０等）は、追加のガス供給ゾーン（例えば、１４２等）に所望の流量比でガスを供給するために提供することができる。
【００１７】
第１及び第２コントロールバルブ１１２、１２０は、工業環境又は半導体製造環境での使用に適した任意のコントロールバルブであることができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２コントロールバルブ１１２、１２０は、空気圧バルブが可能である。いくつかの実施形態では、第１及び第２コントロールバルブ１１２、１２０は、基板（図示せず）に搭載され、各コントロールバルブ用のシールは、シールの構造内に組み込まれた精密オリフィスを有することができる。いくつかの実施形態では、オリフィスがコントロールバルブの本体内に組み込まれることができる。いくつかの実施形態では、独立したコントロールバルブとオリフィスを提供することができる。
【００１８】
図１に示される実施形態では、６つの第１オリフィス１１０と６つの第２オリフィス１１８が図示され、各々が第１コントロールバルブ１１２のそれぞれと第２コントロールバルブ１２０のそれぞれに結合されている。しかしながら、各フローコントロールマニホールドは、オリフィスの数が同じである必要はないが、同じ数及び構成のオリフィスを有することによって、比が第１と第２ガス供給ゾーン１２６、１２８の間であるか、第２と第１ガス供給ゾーン１２８、１２６の間であるかに関わらず、第１及び第２ガス供給ゾーン１２６、１２８間に同じ流量比を容易に提供することができる。更に、各ゾーンは、６つよりも少ない又は多くのオリフィスを有することができる。一般的に言えば、より少ないオリフィスは、より少ない流量比を提供することができ、より多くのオリフィスは、より多くの流量比を提供することができるが、コスト及び複雑性がより大きくなる。このように、提供されるオリフィスの数は、特定のアプリケーションに必要な所望の処理の柔軟性に基づいて選択することができる。
【００１９】
ガス分配システム１００の構成は、特定のアプリケーションのための予想される動作条件及び出力要件に基づいて決定することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ガス分配システム１００は、ガス供給ゾーン１２６、１２８の間で、１：１〜６：１の間の流量比を０．５の比率の増分で提供することができ（すなわち、１／１、１．５／１、２／１、２．５／１  ．．．  ６／１）、及び完全に逆も可能（すなわち、１／１、１／１．５、２／１、２．５／１  ．．．  １／６）でなければならない。いくつかの実施形態では、ガスの流れの分割の精度は５％以内であってもよく、これによって例えば、既存の機器の性能を一致させることができる。いくつかの実施形態では、ガス分配システム１００は、ガス供給ゾーン１２６、１２８毎に５０〜５００ｓｃｃｍの窒素に相当するガス流に対して適切な比に設計することができ、すべての処理ガスと互換性がある。いくつかの実施形態では、ガス分配システム１００の上流側圧力（又は背圧）は、ガス供給システム１００の応答時間を短縮するために最小限に抑えることができる。更に、いくつかの低蒸気圧ガス（例えば、四塩化ケイ素、ＳｉＣｌ４）の望ましくない結露を防ぐために、ガス分配システム１００の上流側圧力（又は背圧）を制限又は最小化することができる。このように、いくつかの実施形態では、制限された上流側圧力は、低蒸気圧ガスの凝縮を防止するのに十分に低い。例えば、第１及び第２フローコントロールマニホールドは、使用温度での蒸気圧がオリフィスの上流側圧力に近付くことができる任意の半導体処理化学薬品の結露を防ぐために、オリフィスの上流側圧力を最小限に抑えながら、チョーク流れを維持するのに十分な圧力降下を提供することができる。低蒸気圧ガスは、動作圧力及び温度で気相を離れる（すなわち、液化する）ガスを含む。非限定的な例としては、ＳｉＣｌ４に対して約１５０Ｔｏｒｒ（トール）、ＣｅＦ６に対して約１００Ｔｏｒｒ、Ｃ４Ｆ８に対して約５ｐｓｉｇ等を含む。いくつかの実施形態では、最大許容制限上流側圧力は、室温でＳｉＣｌ４の蒸気圧になるように、又は１５５Ｔｏｒｒに設計された。
【００２０】
一般に、上流側圧力は、システムの応答時間を最小限に抑えるために最小化することができる。例えば、特定の流量で、フローコントローラとオリフィス間の容積が、所望の圧力に到達し、定常状態の流れを提供するためには、ある程度の時間がかかる。したがって、より高い圧力は、この容積をより高い圧力に満たすためにより長い時間を必要とするので、定常状態の流れを達成するためにより長い時間がかかる。いくつかの実施形態では、フローコントローラとオリフィス間の容積は、応答時間を最小限に抑えるために最小化することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、制限された上流側圧力は、システムの応答時間を最適化するように、例えば、他のシステムと一致するように特定の応答時間に制御するように制御することができる。このように、いくつかの実施形態では、第１及び第２フローコントロールマニホールドは、システムの応答時間を制御するオリフィスの上流側圧力を制御しながら、チョーク流れを維持するのに十分な圧力降下を提供することができる。このような制御は、例えば、フローコントローラとオリフィス間の容積を制御する、より高い背圧を作るために意図的により制限されたオリフィスを選択する等によって、提供することができる。異なるアプリケーション及び／又は処理は、実行されている特定の処理（例えば、エッチング、化学蒸着法、原子層堆積、物理蒸着法等）に基づいて、異なる所望の応答時間（例えば、最適化された応答時間）を有するかもしれない。いくつかの実施形態では、所望の応答時間は、２秒以下、又は５秒以下、又は１０秒以下、又は１５秒以下とすることができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、エッチング処理の要件を満たすために、第１及び第２フローコントロールマニホールド１０６、１０８の各々に対して、第１及び第２オリフィス１１０、１１８の所望のサイズを選択するために、フローモデリングソフトウェア（例えば、Ｍａｃｒｏｆｌｏｗ等）を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、これは、最小の所望の処理ガスの流れに対して、依然としてチョーク流れが得られるであろう最大のオリフィスを見つけることによって決定することができる。いくつかの実施形態では、オリフィスのサイズを、１、１．５、２、４、８、１２と増加させて（例えば、乗算倍数）、ゾーン毎に６つのオリフィスを設けてもよい。いくつかの実施形態では、最小オリフィス径は、（例えば、最小の所望の流量でチョーク流れを提供するために）０．００９０”が可能であり、すべてのオリフィス径は最小オリフィス径の倍数である。いくつかの実施形態では、オリフィスの直径は、０．００９、０．０１１、０．０１３、０．０１８、０．０２５、及び０．０３１インチであってもよい。これらの直径を有するオリフィスは、市販のオリフィス径であり、再現性と再生産性が正確な比率よりも重要である費用対効果の高いソリューションを提供するために、断面積の正確な比率を提供するであろう直径よりもむしろ、これらの市販のオリフィスを選択してもよい。例えば、モデリングでは、この構成によって、すべての比及びゾーン毎の１０〜１２００ｓｃｃｍの窒素に相当するすべての流れは、チョーク流れと最大背圧の両方の要件を満たすことができることを示した。
【００２２】
いくつかの実施形態では、上記のオリフィス径を使用して、ガス供給システム１００は、１：１の流量比で約１６ｓｃｃｍ〜約２３００ｓｃｃｍのガス流、及び４：１の流量比で約４０ｓｃｃｍ〜約１７５０ｓｃｃｍのガス流を供給することができるかもしれない。以下により詳細に説明されるように、これらの流量範囲は、窒素相当ガス流に関して表現されている。
【００２３】
第１及び第２フローコントロールマニホールド１０６、１０８の出口１１６、１２４は、第１ガス供給ゾーン１２６及び第２ガス供給ゾーン１２８にそれぞれ結合することができる。このように各ガス供給ゾーン１２６、１２８は、第１オリフィス１１０及び第２オリフィス１１８の選択的な結合によって課せられた望ましい流量比に基づいて、マスフローコントローラ１０４によって供給される総ガス流量の所望の割合を受け取ることができる。ガス供給ゾーン１２６、１２８は、一般的にはガス流量比制御が望まれているいずれのゾーンであってもよい。
【００２４】
例えば、いくつかの実施形態では、図２Ａに示されるように、第１ガス供給ゾーン１２６は、第１ゾーン２０２（例えば、シャワーヘッド２０４が設置されている処理チャンバへガスを供給するシャワーヘッド２０４の内側ゾーン）に対応することができる。第２ガス供給ゾーン１２８は、第２ゾーン２０６（例えば、シャワーヘッド２０４の外側ゾーン）に対応することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、図２Ｂに示されるように、第１及び第２ガス供給ゾーン１２６、１２８は、上で基板Ｓを支持するための基板支持体２１６を有する処理チャンバ２１４の、シャワーヘッド２１０及び１以上のガス導入口２１２にそれぞれ供給される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、図２Ｃの上部に示されるように、第１及び第２ガス供給ゾーン１２６、１２８は、上で基それぞれの板Ｓを支持するための基板支持体２１６を有する異なる処理チャンバ２２４、２２６のシャワーヘッド２２０、２２２（及び／又は他のガス導入口）にそれぞれ供給することができる。例えば、いくつかの実施形態では、第１及び第２処理チャンバ２２４、２２６は、ツインチャンバ処理システムの一部であることができる。本明細書内の開示に従って本発明を組み込むために改造可能なツインチャンバ処理システムの一例は、Ｍｉｎｇ  Ｘｕらによって２０１０年４月３０日に「Ｔｗｉｎ  Ｃｈａｍｂｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」の名称で出願された米国仮特許出願第６１／３３０，１５６号に記載されている。
【００２７】
あるいはまた、図２Ｃの下部に示されるように、第１及び第２ガス供給ゾーン１２６、１２８は、異なる処理チャンバ２２４のシャワーヘッド２２０、２２２（及び／又は他のガス導入口）の両方に供給することができる。例えば、第１ガス供給ゾーン１２６は、各シャワーヘッド２２０、２２２内で第１ゾーン（例えば、図２Ａに示されるようなシャワーヘッド２０４の第１ゾーン２０２）に対応することができ、第２ガス供給ゾーン１２８は、各シャワーヘッド２２０、２２２内で第２ゾーン（例えば、図２Ａに示されるようなシャワーヘッド２０４の第２ゾーン２０６）に対応することができる。
【００２８】
更に、図２Ｃには図示されていないが、第１及び第２ガス供給ゾーン１２６、１２８は、２つのシャワーヘッドに供給されることに限定される必要はなく、複数の処理チャンバ内の任意の適切な複数のシャワーヘッドに供給することができる。例えば、第１ガス供給ゾーン１２６は、複数の処理チャンバの複数のシャワーヘッド内の第１ゾーンに対応することができ、第２ガス供給ゾーン１２８は、複数の処理チャンバの複数のシャワーヘッド内の第２ゾーンに対応することができる。
【００２９】
図１に戻って、ガス分配装置１００の所望の位置での圧力を監視するために、１以上の圧力計を提供することができる。例えば、ガス分配装置１００の上流側の圧力を監視するために、圧力計１３２を提供することができる。いくつかの実施形態では、マスフローコントローラ１０４と、第１及び第２フローコントロールマニホールド１０６、１０８との間に結合されたガスライン内に、圧力計１３２を配置してもよい。ガス分配装置１００の下流側の圧力をそれぞれ監視するために、圧力計１３４、１３６を提供することができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２フローコントロールマニホールド１０６、１０８と、第１及び第２ガス供給ゾーン１２６、１２８との間にそれぞれ結合されたガスライン内に、圧力計１３４、１３６をそれぞれ配置してもよい。
【００３０】
コントローラ１３０は、システムのコンポーネントを制御するために、ガス分配システム１００に提供され、結合されることができる。例えば、コントローラ１３０は、供給する１以上の処理ガスを選択するためのガス分配パネル１０２に結合され、所望の流量を設定するためのマスフローコントローラ１０４に結合され、及び、所望の流量を提供するために、どちらのコントロールバルブ１１２、１２０を開くかを制御するための第１及び第２フローコントロールマニホールド１０６、１０８の各々に（又は内部に含まれる第１及び第２コントロールバルブ１１２、１２０の各々に）結合することができる。コントローラは、更にチョーク流れ及び最小限の背圧に対する圧力要件を満たしているかを確認するために、圧力計１３２、１３４、１３６に結合することができる。
【００３１】
コントローラ１３０は、任意の適切なコントローラが可能であり、ガス分配システム１００が結合される処理チャンバ又は処理ツール用の処理コントローラ、又は他のいくつかのコントローラが可能である。コントローラ１３０は、一般的に、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及びサポート回路を含む。ＣＰＵは、工業環境で使用できる汎用コンピュータプロセッサのいずれかの形態のうちの１つが可能である。サポート回路はＣＰＵに結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源等を含むことができる。ソフトウェアルーチン（例えば、図３〜４に関して、本明細書内で記載されるガス分配システム１００を動作させるための方法等）は、コントローラ１３０のメモリ内に格納することができる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵによって実行されると、特定の目的のコンピュータ（コントローラ）１３０にＣＰＵを変換する。ソフトウェアルーチンは、コントローラ１３０から離れて位置する第２コントローラ（図示せず）によって格納及び／又は実行されることもできる。あるいはまた、上述した実施形態と同様に、ガス分配システム１３０は、コントローラ１４４（図１）又は上述の他のコントローラのいずれかによって制御することができる。
【００３２】
ガス分配システム１００の実施形態は、所望の流量比、いくつかの流量、及び複数のガスを使用した範囲にわたって、本発明者らによってテストされた。ガス分配システム１００は、５０〜５００ｓｃｃｍのガス流でエッチング処理のためのすべての精度要件を満たした。ガス分配システム１００の再現性は１％以内であることが判明した。
【００３３】
図３は、本発明のいくつかの実施形態に係る、所望の流量比にガスを分割するための方法３００のフロー図を示している。方法３００は、一般的に第１ガス供給領域１２６及び第２ガス供給領域１２８（及び、オプションで、追加のガス供給領域）の間における所望の流量比を選択することができる３０２で開始する。上述したように、所望の流量比は、一般的に、ガス分配システム１００内で設計されるように、任意の流量比が可能である。例えば、第１及び第２オリフィス１１０、１１８のサイズ間の関係に応じて、流量比の数は、選択可能な場合がある。
【００３４】
３０４で、所望の流量比が選択された後、所望の流量比を提供可能な第１ガス供給領域１２６に選択的に結合された複数の第１オリフィス１１０の第１選択セット及び第２ガス供給領域１２８に選択的に結合された複数の第２オリフィス１１８の第２選択セットが決定される。所望の流量比を提供するための要求に応じて、第１及び第２選択セットの各々は、１以上のオリフィスを含むことができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、第１及び第２選択セットは、共に所望の流量比を提供する任意の１以上の第１オリフィス１１０と任意の１以上の第２オリフィス１１８を選択することによって決定することができる。しかしながら、単に任意のオリフィスを選択しても、チョーク流れの状態を提供する、及び／又はガス分配システム１００を通って流れる低蒸気圧ガスの凝縮を防止するのに十分な所望の背圧を提供することはできない。したがって、本発明者らは更に、第１オリフィス１１０のセット及び第２オリフィス１１８のセットを選択する方法を提供している。
【００３６】
オリフィスの最適なセットを決定することは、ガス分配システム１００にわたる背圧を最小限に抑えながら、オリフィスを横切る流れが臨界流れに留まることを確かめることを含むことができる。オリフィスの最適なセットは、流れるガスの組成、所望の総流量、及び所望の流量比の関数である。例えば、図４は、本発明のいくつかの実施形態に係る、所望の流量比にガスを分割するための方法４００のフロー図を示している。方法４００は、一般的に所望のガスの所望の総流量に対応した窒素相当流を決定することができる４０２で開始する。
【００３７】
例えば、いくつかの実施形態では、窒素相当ガス流は、熱力学の方程式から導かれた補正係数を用いて計算することができる。具体的には、定圧熱容量、定積熱容量、及び関連するガスの各々の分子量が既知の場合、窒素相当ガス流は熱力学第１原理によって決定することができる。すべての所望のガス流は、与えられたレシピステップに対する総流量を決定するために一緒に追加可能である。具体的には、総窒素相当ガス流は、以下の式（１）によって計算することができる。
【数１】
2013526063.tif 000003
【００３８】
式（１）では、Ｇｎは、特定のガスの流れであり、ＣＦｎは、そのガスの換算係数である。特定のガスの換算係数は、式（２）〜（４）から導出可能である。
【数２】
2013526063.tif 000004
【数３】
2013526063.tif 000005
【数４】
2013526063.tif 000006
【００３９】
式（２）において、Γｎｐ及びΓｎ２は、式３及び４によって決定可能な興味対象のガス及び窒素ガスに対するそれぞれの定数である。Ｍｗｎｐ及びＭｗｎ２は、興味対象のガス及び窒素ガスのそれぞれの分子量である。式（４）で定義されるように、式（３）において、Ｋは定数である。式（４）において、Ｃｐは、興味対象のガス（Γｎｐを計算する場合）又は窒素ガス（Γｎ２を計算する場合）のいずれかに対する、定圧熱容量であり、Ｃｖは、定積熱容量である。
【００４０】
次に、４０４では、最小オリフィスを通る最小窒素相当流に基づいて、可能なオリフィスの組み合わせが決定できる。例えば、所望のガス流を促進する最小オリフィスを決定するために、所望のガス流に対して上記計算された窒素相当流を、許容最小窒素相当流のテーブル（表）と比較できる。
【００４１】
次に、４０６では、一度最小オリフィスサイズが決定されると、オリフィスの第１及び第２選択セットは、所望の流量比を提供するために決定することができる。例えば、いくつかの実施形態では、一度最小オリフィスが知られると、所望の流量比を提供するように１つのより大きなオリフィスを選択することができる（すなわち、第１セットが１つのオリフィスを含み、第２セットが１つのオリフィスを含む）。いくつかの実施形態では、所望の流量比を提供するために、複数のより大きなオリフィスが、第１及び第２セットのいずれか又は両方に提供可能である。例えば、フローコントロールマニホールドの一方を介して第１ガス流を供給するために、２以上のより大きなオリフィスを組み合わせてもよく、フローコントロールマニホールドの他方を介して第２ガス流を供給するために、最小オリフィス（又は最小オリフィス＋１以上のより大きなオリフィス）を用いてもよい。組み合わせた第１及び第２ガス流は、総ガス流を提供し、チョーク流れの状態で、所望の流量比で提供される。
【００４２】
あるいはまた、４０４では、最小大型オリフィスを通る最小窒素相当流に基づいて、可能なオリフィスの組み合わせを決定することができ、その後４０６では、４０４で決定された大型オリフィスサイズに基づいて、所望の流量比を提供するために、オリフィスの第１及び第２選択セットを決定することができる。例えば、一度大型オリフィスサイズが知られると、所望の流量比を提供するために、１つの小型オリフィスを選択可能となる（例えば、第１セットが１つのオリフィスを含み、第２セットが１つのオリフィスを含む）、又は複数の小型オリフィスが、所望の流量比を提供するために、第１及び第２セットのいずれか一方又は両方で提供可能である。
【００４３】
いくつかの実施形態では、所望の流量比を提供するために利用可能なオリフィスの組み合わせは、例えば、手動で入力された所望のガス流及び流量比に基づいて又は処理レシピの一部として、第１及び第２セットを自動的に決定するためにコントローラによって参照可能なテーブル内において提供可能である。いくつかの実施形態では、テーブルは、前述のようにチョーク流れの状態を維持するために及び／又は所望の最小上流側圧力を維持するために、どのオリフィスの組み合わせが選択可能であるかを示すことができる。
【００４４】
更に、方法４００は（後述する方法５００も）、所望のガスの所望の流量に対応した窒素相当流を決定することに制限される必要はない。例えば、アルゴン相当流、圧力相当流、モデル化された流体力学等のうちの１以上を、オリフィスのセットの選択基準を決定するために利用することができる。
【００４５】
図３に戻って、次に３０６では、第１及び第２ガス供給領域１２６、１２８へのガス流を、オリフィスの第１及び第２選択セットを通して提供することができ、これによって上述のように、所望の流量比でガス流を供給できる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、オリフィスの所望のセットを決定するための本発明の方法は、ガス供給システム１００にわたる背圧を最小限に抑えながら、各オリフィスを横切るガス流が臨界流れに留まっていることを確認することに基づいて提供される。オリフィスの所望のセットは、所望のガス流量及び所望の比の関数であることができる。例えば、図５は、本発明のいくつかの実施態様に係る、所望の流量比にガスを分割するためのフロー図を示しており、有利なことに、上記の利点を提供するようにオリフィスの選択を促進することができる。図５の方法５００は、互いに所望の流量比を提供する２つの単一オリフィス（例えば、１つの第１オリフィス１１０と１つの第２オリフィス１１８）を選択するために使用される。
【００４７】
方法５００は、一般的に所望のガスの所望の総流量に対応した総窒素相当流を決定することができる５０２で開始する。図４に関して上述したように、総窒素相当流（ＴＮＥＦ）を決定することができる。いくつかの実施形態では、興味対象の１以上のガスの換算係数を提供するために、テーブルを決定することができる。例えば、テーブルは、製造施設内の特定の処理チャンバ、複数の処理チャンバで通常使用されるガス、又は任意の所望のガスのセットに対する換算係数を含むことができる。いくつかの実施形態では、テーブルは、例えば、コントローラ（例えば、６００）のメモリ（例えば、６０８）、又はコントローラによってアクセス可能なメモリ内に電子的に保存することができ、これによってコントローラは必要なときに（方法５００のすべて又はサブセットを実行しているとき等）、テーブルにアクセスすることができる。
【００４８】
次に、５０４では、オリフィスを通過する最小及び最大窒素相当流を決定することができる。最小及び最大窒素相当流は、供給される１又は複数のガスの総流量及び所望の流量比に対応している。オリフィスを通過する最小及び最大窒素相当流は、それぞれ式（５）、（６）によって決定することができる。
【数５】
2013526063.tif 000007
【数６】
2013526063.tif 000008
【００４９】
式（４）及び（５）において、Ｍｍｉｎはオリフィスを通過する最小窒素相当流であり、Ｍｍａｘは最大窒素相当流であり、ＴＮＥＦは、上記の５０２で計算されたような総窒素相当流であり、Ｒは小数で表される所望の流量比（例えば、１：１＝１、２：１＝２等）である。
【００５０】
次に、５０６では、初期小型オリフィスを選択することができる。小型オリフィスは、どちらのガス供給ゾーン（１２６、１２８）がより低いガス流を受け入れるかに応じて、第１オリフィス１１０又は第２オリフィス１１８（図１を参照）であることができる。いくつかの実施形態では、選択された小型オリフィスは、依然としてチョーク流れを提供する最大サイズのオリフィスかもしれない。これは、例えば、上述のモデリングソフトウェアを使用して決定することができる。いくつかの実施形態では、各オリフィスの所定の最小及び最大流のテーブルを提供することができる。テーブルは、コントローラ（例えば、６００）によってアクセス可能なメモリ（例えば、６０８）内に格納することができ、これによってコントローラが方法５００を実行させるソフトウェア命令は、テーブルを見て、最小窒素相当流（Ｍｍｉｎ）が特定のオリフィスに対する最小流以上である最大オリフィスを決定することができる。最小窒素相当流がサポートされている最小の最小流未満（すなわち、最小のオリフィスに必要な最小流量）である場合、ソフトウェアは要求された流量及び比が、ガス供給システム１００の動作範囲外であることをユーザーに通知するアラームを提供することができる。
【００５１】
次に、５０８では、所望の流量比を提供するために必要な初期の大型オリフィスを選択することができる。大型オリフィスは、どちらのガス供給ゾーン（１２６、１２８）がより大きなガス流を受け入れるかに応じて、第１オリフィス１１０又は第２オリフィス１１８（図１を参照）であることができる。大型オリフィスは、所望の流量比によって選択された小型オリフィスを乗じることによって選択することができる。
【００５２】
次に、５１０では、選択した大型オリフィスの利用可能性を決定する必要がある。選択した大型オリフィスの利用可能性は、選択されたオリフィスによってサポートされる可能な流量範囲内に、計算された最大窒素相当流（Ｍｍａｘ）があることを確認するために、計算された最大窒素相当流（Ｍｍａｘ）を比較することによって決定することができる（つまり、Ｍｍａｘはオリフィスを通過するのに必要な最小流以上又はオリフィスを通過するのに必要な最大流以下である必要がある）。いくつかの実施形態では、オリフィスの各々を通過する最小及び最大流は、テーブル内で提供可能であり、選択された大型オリフィスが利用可能かどうかをコントローラが決定可能なようにコントローラによってアクセス可能であるかもしれない。
【００５３】
５１０で、選択した大型オリフィスが利用可能な場合、後述するように、方法５００は５１８まで進む。しかしながら、もしも選択された大型オリフィスが利用できない場合は、方法５００は、次のより小さな小型オリフィスが選択され、５０６で上述されたように検証される５１２へと進む。５１４では、所望の流量比を提供する次の大型オリフィスが５０８で上述されたように決定される。５１６では、５１０で上述したように、その大型オリフィスの利用可能性を再び判定する。５１６で、選択した大型オリフィスが、利用可能であるならば、方法５００は後述するように５１８へ進む。しかしながら、選択された大型オリフィスが利用できない場合は、方法５００は５１２から５１６を繰り返し、徐々により小さな小型オリフィスを選択して、所望の流量を提供するために必要な対応する大型オリフィスを決定し、その大型オリフィスの利用可能性を検証する。ルーチンは選択するオリフィスが無くなった場合は常に、方法は終了し、ガス分配システム１００は、所望のチョーク流れ及び最小限の背圧を維持しながら、所望のガス流量及び流量比を提供することはできない。
【００５４】
一旦、大型オリフィスが決定されると、５１８では、選択したオリフィスを介して所望の流量比を提供するために、対応するコントロールバルブを開くことができる。いくつかの実施形態では、それぞれのコントロールバルブと、それに対応するオリフィスのインデックスを作成したテーブルを提供することができる。このように、テーブルを参照することによって、オペレータ又はコントローラは、選択されたオリフィスに対応するコントロールバルブ（１１２、１２０）を開くことができる。オリフィスの選択セットを決定し、対応するバルブを開くと、一般的に方法５００は終了する。
【００５５】
方法５００は、選択されたオリフィスの各セット内で複数のオリフィスを選択するように変更される場合もある。例えば、各オリフィスを通る最小及び最大窒素相当流は、単一のオリフィスを通過するよりもむしろ、複数のオリフィスを通過する流れを更に分割することに基づいて算出することができる。所望の総流量で所望の流量比を提供するのに必要な第１オリフィス１１０及び第２オリフィス１１８の選択されたセットを決定すると、ガス供給ゾーン１２６、１２８にガス流を供給するために、対応するコントロールバルブ１１２、１２０を開くことができる。
【００５６】
上記の方法は、上述と同じ技術を使用して、３以上の追加のガス供給ゾーンにガスを提供するために同様に利用されることができる。３つ（又はそれ以上）のガス供給ゾーンは、特定の処理チャンバ、追加の異なる処理チャンバ、又はこれらの組み合わせの中の追加のゾーンに対応することができる。例えば、上述した方法と同様に、第３ガス供給ゾーンと、第１ガス供給ゾーン及び第２ガス供給ゾーンのいずれか一方又は両方との間で、所望のガスの所望の流量比を選択することができる。その後、所望の流量比を提供することができる、第３ガス供給ゾーンに選択的に結合された複数の第３オリフィスからの第３選択セットを選択することができる。その後、オリフィスの第３選択セットを介して、所望の流量比で第３供給ゾーンに所望のガスを流すことができる。
【００５７】
例えば、いくつかの実施形態では、第１ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内の第１ゾーンであることができ、第２ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内の第２ゾーンであることができ、本方法は、第１処理チャンバ内の第３ゾーンに対応する第３ガス供給ゾーンと、第１ガス供給ゾーン及び第２ガス共有ゾーンのいずれか一方又は両方との間で、所望のガスの所望の流量比を選択する工程と、所望の流量比を提供可能な第３ガス供給ゾーンに選択的に結合される複数の第３オリフィスからの第３選択セットを決定する工程と、オリフィスの第３選択セットを介して所望の流量比で第３供給ゾーンへ所望のガスを流す工程を更に含むことができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、第１ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内で第１ゾーンであることができ、第２ガス供給ゾーンは、第２処理チャンバ内の第１ゾーンがあることができる。いくつかの実施形態では、第１ガス供給ゾーンは、第２処理チャンバ内の第２ゾーンを更に含むことができ、第２ガス供給ゾーンは、第１処理チャンバ内の第２ゾーンを更に含むことができる。所望のガスを所望の流量比は、第３処理チャンバ内の第１ゾーンに対応する第３ガス供給ゾーンと、第１ガス供給ゾーン及び第２ガス供給ゾーンのいずれか一方又は両方との間で選択することができる。第３選択セットは、所望の流量比を提供することができる第３ガス供給ゾーンに選択的に結合された複数の第３オリフィスから決定することができ、オリフィスの第３選択セットを介して所望の流量比で第３供給ゾーンに所望のガスを流すことができる。
【００５９】
このように、本発明の実施形態は、所望の流量比の範囲にわたって２以上の所望のガス供給ゾーンに所望のガス流を分配するための方法及び装置を提供する。本発明の方法及び装置は、有利なことに、ガス流の特定の組み合わせに対してチョーク流れを提供し、低蒸気圧ガスの相変化を防止しながら、所望の流量比の範囲を提供することができる。本発明の方法及び装置は、更に、チョーク流れを維持することができないため、又はガス分配システムを通過して流れる処理ガスの相変化を防止するために必要な上流側の圧力を超えたことによって、特定の比率を達成することができない場合に、表示を提供する。
【００６０】
本発明のガス分配システムは、センサを使用していないため、有利なことに、時間とともにドリフトしない。このように、本発明のガス分配システムは、定期的なゼロオフセット及びスパンのチェックをする必要がない。更に、本発明のガス分配システムは、コントロールバルブの高い信頼性により、及びアクティブな電子機器又はセンサを利用していないことによって、センサベースのフローコントローラにおいて改善されることが期待されている交換平均時間（ＭＴＴＲ）を有する。更に、本発明のガス分配システムは、加熱されたセンサを有さないので、混合ガスは、望ましくない反応が起こる可能性のある高温にさらされない。更に、本発明のガス分布システムは、フローセンサのスケールによって制限されないため、従来のセンサベースの流量比コントローラよりも広い動作範囲をもっている。また、閉ループ制御が動作にとって必要ないので、本発明のガス分配システムでは有利なことに、応答時間が短縮される。
【００６１】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができる。
【図１】
2013526063.tif 000009
【図２Ａ】
2013526063.tif 000010
【図２Ｂ】
2013526063.tif 000011
【図２Ｃ】
2013526063.tif 000012
【図３】
2013526063.tif 000013
【図４】
2013526063.tif 000014
【図５】
2013526063.tif 000015
【図６】
2013526063.tif 000016
【国際調査報告】
2013526063.tif 000017
2013526063.tif 000018