(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマアシスト堆積およびプラズマアシストエッチングなどのプラズマアシストプロセスにより基板の処理に供される基板の面内均一性を制御する方法を提供する。【解決手段】リアクタ内のプラズマアシストプロセスによって処理される基板の面内均一性を制御する方法であって、その方法は、反応空間１５に主要ガスを供給し、環状ダクト５を介して反応空間１５から主要ガスを半径方向に放出するステップと、基板の外周を通過して内側方向に少なくとも部分的に流すように、上部から見て基板の外周の外側である、サセプタ１３の外周に近接する領域から反応空間１５に二次ガスを供給し、基板の外周に近接する環状ダクト５の方向へ流れるように、二次ガスの方向を反転させ、環状ダクト５を介して反応空間１５から主要ガスと一緒に二次ガスを半径方向に放出するステップとを含む。【選択図】図１
2015002349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタ内のプラズマアシストプロセスによって処理される基板の面内均一性を制御する方法であって、
前記リアクタは、互いに平行に面して配置され、サセプタとシャワーヘッドとの間に形成される反応空間におけるプラズマ放電のために導電的に接続されるサセプタおよびシャワーヘッドと、前記サセプタを環状に囲む環状ダクトとを備え、
前記方法は、
前記サセプタに配置される基板のプラズマアシストプロセスのための主要ガスを、前記シャワーヘッドを介して前記反応空間に供給し、前記環状ダクトを介して前記反応空間から前記主要ガスを半径方向に放出するステップと、
前記主要ガスを前記反応空間に供給している間、前記基板の外周を通過して内側方向に少なくとも部分的に流すように、上部から見て前記基板の外周の外側である、前記サセプタの外周に近接する領域から前記反応空間に二次ガスを供給し、前記基板の外周に近接する前記環状ダクトの方向へ流れるように、前記二次ガスの方向を反転させ、前記環状ダクトを介して前記反応空間から前記主要ガスと一緒に前記二次ガスを半径方向に放出するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記リアクタは反応チャンバおよび前記反応チャンバの下の搬送チャンバを備え、前記反応チャンバおよび前記搬送チャンバは、前記サセプタが配置される開口部を有する分離リングにより分離され、前記サセプタの上面は、前記プラズマアシストプロセスの間、前記分離リングとほぼ同一平面であり、前記二次ガスが前記基板の外周を通過して内側方向において部分的に前記反応空間に進入し、前記基板の外周に近接する前記環状ダクトの方向へ流れるように方向を反転し、前記環状ダクトを介して前記反応空間から前記主要ガスと一緒に半径方向に放出されるような流量にて前記二次ガスは前記分離リングと前記サセプタとの間の間隔を介して前記反応空間に供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リアクタが、前記環状ダクトに沿って前記環状ダクトの開口部に近接する前記反応空間に露出される複数の流入ポートをさらに備え、前記二次ガスが、前記反応空間に進入し、前記基板の外周に近接する前記環状ダクトの方向へ流れるように方向を反転し、前記環状ダクトの開口部を介して前記反応空間から前記主要ガスと一緒に半径方向に放出されるような流量にて前記二次ガスは前記基板の外周を通過して内側方向において前記複数の流入ポートを介して前記反応空間に供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記流入ポートが、前記環状ダクトに沿って水平面に複数存在するだけでなく、垂直方向に沿っても複数存在する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記サセプタの外周に沿って前記二次ガスの流量を変化させるように、前記分離リングと前記サセプタとの間の間隔が前記基板の外周に沿って変化する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記分離リングの中心が、前記サセプタの中心から、前記搬送チャンバの側壁に配置されるゲートバルブの方向へ移動し、前記ゲートバルブを介して前記基板が前記搬送チャンバ内に入れられ、前記搬送チャンバから取り出される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記サセプタの外周に沿って前記二次ガスの流量を変化させるために、前記複数の流入ポートが前記環状ダクトに沿って不均一に配置される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記サセプタの外周に沿って前記二次ガスの流量を変化させるために、前記複数の流入ポートが前記環状ダクトに沿って不均一に配置される、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記分離リングと前記サセプタとの間の間隔が、０．５ｍｍ以上であるが、１０ｍｍ未満である、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記分離リングと前記サセプタとの間の間隔が、約０．５ｍｍから約１０ｍｍの範囲で変化する、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記二次ガスが、不活性ガスまたは酸化ガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記二次ガスが、約５００ｓｃｃｍ以上の流量で供給される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記プラズマアシストプロセスが、プラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）またはプラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記プラズマアシストプロセスが、プラズマアシストエッチングまたはアッシングである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板の処理された膜の厚さの面内均一性が約２％であるような前記基板の面内均一性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
基板を処理するためのプラズマアシスト処理装置であって、
反応チャンバおよび前記反応チャンバの下の搬送チャンバと、
基板をサセプタ上に配置するためのサセプタであって、前記サセプタは前記反応チャンバと前記搬送チャンバとの間で垂直方向に移動できる、サセプタと、
前記サセプタと向かい合い、前記サセプタに平行に配置され、前記サセプタとシャワーヘッドとの間に形成される反応空間におけるプラズマ放電のために前記サセプタと導電的に接続されるシャワーヘッドと、
前記反応空間からガスを放出するための、前記サセプタを環状に囲む環状ダクトと、
前記反応チャンバおよび前記搬送チャンバを分離するための分離リングであって、前記分離リングは、前記サセプタが配置される開口部を有し、プラズマアシストプロセスの間、前記サセプタの上面は前記分離リングとほぼ同一平面であり、二次ガスが前記分離リングと前記サセプタとの間の間隔を介して前記反応空間に供給され、前記分離リングと前記サセプタとの間の間隔は０．５ｍｍ以上であるが、１０ｍｍ未満である、分離リングと
を備える、プラズマアシスト処理装置。
【請求項１７】
前記サセプタの外周に沿って前記二次ガスの流量を変化させるために、前記分離リングと前記サセプタとの間の間隔が前記サセプタの外周に沿って変化する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記分離リングの中心が前記搬送チャンバの側壁に配置されるゲートバルブの方向へ前記サセプタの中心から移動され、前記ゲートバルブを介して、前記基板が前記搬送チャンバ内に入れられ、前記搬送チャンバから取り出される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
基板を処理するためのプラズマアシスト処理装置であって、
反応チャンバおよび前記反応チャンバの下の搬送チャンバと、
サセプタ上に基板を配置するためのサセプタであって、前記サセプタは前記反応チャンバと前記搬送チャンバとの間で垂直方向に移動でき、
前記サセプタと向かい合い、前記サセプタに平行に配置され、前記サセプタとシャワーヘッドとの間に形成される反応空間におけるプラズマ放電のために前記サセプタと導電的に接続されるシャワーヘッドと、
前記反応空間からガスを放出するための、前記サセプタを環状に囲む環状ダクトと、
前記環状ダクトに沿って前記環状ダクトの開口部に近接する前記反応空間に露出される複数の流入ポートであって、二次ガスが内側方向において前記複数の流入ポートを介して前記反応空間に供給される、流入ポートと
を備える、プラズマアシスト処理装置。
【請求項２０】
前記サセプタの外周に沿って前記二次ガスの流量を変化させるために、前記複数の流入ポートが前記環状ダクトに沿って不均一に配置される、請求項１９に記載のプラズマアシスト処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、プラズマアシスト堆積およびプラズマアシストエッチングなどのプラズマアシストプロセスにより基板を処理する方法、特にこのような処理に供される基板の面内均一性を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）において、ＲＦパワーは、ＰＥＡＬＤによる膜堆積の質を制御するための重要なパラメータである。一般に、高ＲＦパワーおよび長時間のプラズマ照射が良質の膜の一因となる。しかしながら、本発明者らの経験によれば、ＲＦパワーが高い場合、外周に近接する膜の領域は、膜の他の領域の厚さより厚い厚さを有する。すなわち、膜の厚さの面内均一性は低下する。このような膜の厚さの面内不均一性についての理由は知られていないが、本発明者らは、厚さの不均一性は、基板表面上のプラズマの不均一な分布および／もしくは不均一な活性化に起因する基板表面上の材料の不均一な吸着、または基板の外周周囲の不十分なパージにより引き起こされ得ると予想している。さらに、フォトレジストおよび炭素膜のトリミングにおいて、基板上の膜のエッチング速度は基板の内側領域より基板の外周近くで速くなる。
【０００３】
関連分野に関係する問題および解決策の上記のいずれかの説明は、本発明についての関連性を提供する目的のためだけに本開示に含まれ、それらの説明のいずれかまたは全ては本発明がなされた時点で知られていたことを認めるものと解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するために、一部の実施形態において、基板の外周に近接する領域における基板上に形成される膜の堆積速度またはエッチング速度は、基板の下の位置および／または基板の外周に近接する基板とほぼ同一平面である位置に設けられるポートから噴出されるガスであるシールガスの流量を増加させることにより制御される。この開示において、基板の外周に近接するガスの分圧および／または流動を制御するために使用され、基板を処理するために使用されないガス（なぜならこのガスは中心領域および基板表面の中心領域周囲の内部領域に到達しないからである）は、「二次ガス」と称され得る。上記を行うことにより、基板の外周に近接するガスの分圧および流動は効果的に制御され得る。一部の実施形態において、主要プロセスガスを供給するためのシャワーヘッドに加えて、二次ガスを供給するための少なくとも１つの分離ポートが反応チャンバに設けられる。二次ガスを供給するための複数のポート（例えば３〜３０、好ましくは１０〜２０）は、基板の円周方向に沿っておよび／または垂直方向に沿って設けられ得るので、基板の面内均一性をより正確に制御する。
【０００５】
一部の実施形態において、サセプタ周囲に設けられ、反応チャンバと搬送チャンバを分割する分離リングの内周と、サセプタの外周との間の間隔を狭くすることにより、基板の外周に近接するガスの分圧または流動は、二次ガスを供給するための分離ポートが、反応チャンバの底部領域または基板の外周に近接する基板と同一平面である反応チャンバの領域に設けられる場合、効果的に制御され得る。基板の外周に沿って二次ガスの供給量を周囲で変化させるために、分離リングの内周とサセプタの外周との間の間隔を変化させることまたは分離ポートの構成を変化させることによって、基板の面内均一性のより正確な制御が達成され得る。例えば、上部から見て、分離リングの内周とサセプタの外周との間の間隔は、間隔の他の部分と比べて、１２時方向と３時方向との間に規定される間隔の一部において狭くなるように設定されてもよく、および／または６時方向と９時方向との間に規定される間隔の一部において広くなるように設定されてもよく、それにより、二次ガスの作用は、１２時方向と３時方向との間に規定される基板の外周近くの領域において向上でき、したがって、基板の面内均一性をより指向的および正確に制御する。上記において、間隔は、１２時方向と１または２時方向との間に規定される部分などの四分円より小さな部分に分割されてもよい。
【０００６】
限定されないが、ＡｒおよびＨｅなどの希ガスおよびＮ２などの他の不活性ガスを含む、任意の適切なガスが二次ガスとして使用されてもよい。
【０００７】
本発明の態様および関連分野に対して達成された利点を要約する目的のために、本発明の特定の目的および利点が本開示に記載されている。もちろん、全てのこのような目的または利点は本発明の任意の特定の実施形態に従って達成され得ることを必ずしも必要としないことは理解される。したがって、例えば、当業者は、本明細書に教示または示唆され得るような他の目的または利点を必ずしも達成しなくても、本明細書に教示されている１つの利点または１群の利点を達成または最適化するように本発明が具現化され得るかまたは実施され得ることを認識するであろう。
【０００８】
本発明のさらなる態様、特徴および利点は以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００９】
ここで、本発明のこれらおよび他の特徴を好ましい実施形態の図面を参照して記載するが、それらは本発明を例示するためであり、本発明を限定するものではない。図面は例示目的のために非常に簡略化しており、必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマアシスト処理装置を例示する概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態に係るプラズマアシスト処理装置を例示する概略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、プラズマアシスト処理装置の環状ダクト領域の概略断面図であり、矢印は本発明の一実施形態に係る二次ガス流を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、プラズマアシスト処理装置の環状ダクト領域の概略断面図であり、矢印は本発明の別の実施形態に係る二次ガス流を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、プラズマアシスト処理装置の環状ダクト領域の概略断面図であり、矢印は本発明のさらに別の実施形態に係る二次ガス流を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、プラズマアシスト処理装置の概略垂直断面図であり、矢印は本発明の一実施形態に係る二次ガス流を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示したプラズマアシスト処理装置の概略水平断面図である。
【図５】図５は、プラズマアシスト処理装置の概略垂直断面図であり、矢印は本発明の別の実施形態に係る二次ガス流を示す。
【図６】図６は、プラズマアシスト処理装置の概略水平断面図であり、矢印は本発明の一実施形態に係る二次ガス流を示す。
【図７】図７は、プラズマアシスト処理装置の概略垂直断面図であり、矢印は本発明の別の実施形態に係る二次ガス流を示す。
【図８】図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るプラズマアシスト処理装置の概略水平断面図である。
【図９】図９は、異なる条件下でプラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）により形成された膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像を示す。
【図１０】図１０は、堆積された膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像と共に、堆積物の面内均一性と二次ガスの流量との関係を示す。
【図１１】図１１は、トリミングされた膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像と共に、トリミングの面内均一性と二次ガスの流量との関係を示す。
【図１２】図１２は、異なる条件下でプラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により形成された膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像を示す。
【図１３】図１３は、４方向に移動された中心を有する分離リングを使用してプラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）により形成された膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示において、「ガス」は、蒸発した固体および／または液体を含んでもよく、単一のガスまたはガスの混合物により構成されてもよい。同様に、「一つ」の物品は、一つの種類または複数の種類を含む属を指す。複数のガスは、反応空間に混合ガスとして導入されてもよいか、または別々に導入されてもよい。一部の実施形態において、「膜」は、標的表面もしくは対象表面全体を覆うためにピンホールを有さずに実質的に厚さ方向に垂直な方向に連続して延びる層、または標的表面もしくは対象表面を単に覆う層を指す。本開示において、「基板」は、１つもしくは複数の膜が上面上に形成されるかどうか、または表面がパターン化されるかどうかに関わらず、処理が行われる材料（典型的には平面）を指す。さらに、本開示において、任意の２つの数の変数は、その変数の実行可能な範囲を構成でき、実行可能な範囲は通常作業に基づいて決定でき、示された任意の範囲はエンドポイントを含んでいてもよく、または除外していてもよい。さらに、示された変数の任意の値（それらが「約」と共に示されているか否かに関わらず）は、正確な値またはおおよその値を指し、同値を含んでもよく、一部の実施形態において、平均値、中央値、代表値、多数値などを指してもよい。
【００１２】
条件および／または構造が特定されていない本開示において、当業者は、通常の実験として、本開示を考慮してそのような条件および／または構造を容易に得ることができる。
【００１３】
開示された実施形態の全てにおいて、一実施形態において使用されている任意の要素は、意図される目的のために本明細書に明確、必然的または本質的に開示されている要素を含む、要素と等価の任意の要素と置き換えられてもよい。さらに、本発明は装置および方法に同様に適用されてもよい。
【００１４】
本開示において、任意の定義された意味は、一部の実施形態において、通常および慣例の意味を必ずしも除外しているわけではない。
【００１５】
上に記載したように、本発明の一部の実施形態において、基板の外周に近接するガスの分圧および流動は基板の面内均一性を制御するために制御される。本発明の一実施形態は、リアクタ内でプラズマアシストプロセスにより処理される基板の面内均一性を制御する方法を提供し、該リアクタは、互いに平行に面して配置され、サセプタとシャワーヘッドとの間に形成される反応空間におけるプラズマ放電のために導電的に接続されるサセプタおよびシャワーヘッド；ならびにサセプタを環状に囲む環状ダクトを備える。この方法は、（ｉ）サセプタに配置される基板のプラズマアシストプロセスのための主要ガスを、シャワーヘッドを介して反応空間に供給し、環状ダクトを介して反応空間から主要ガスを半径方向に放出するステップ；ならびに（ｉｉ）基板の外周を通過して内側方向に少なくとも部分的に流すように、上部から見て基板の外周の外側である、サセプタの外周に近接する領域から反応空間に二次ガスを供給し、基板の外周に近接する環状ダクトの方向へ流れるように、二次ガスの方向を反転させ、環状ダクトを介して反応空間から主要ガスと一緒に半径方向に二次ガスを放出するステップを含む。「主要ガス（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｇａｓ）」は、サセプタに配置される基板のプラズマアシストプロセスのために使用される活性ガスを含むガスを指し、このガスがなければ、目的とするプラズマアシストプロセスは達成されない。プラズマアシストプロセスには、限定されないが、膜形成プロセス、膜エッチングプロセス、表面処理プロセス、およびアッシングプロセスが含まれる。「二次ガス」は、プラズマアシストプロセスを達成するのに必須ではないまたは必ずしも必要ではないガスを指し、それはプロセスの動作を制御または向上させることができ、そのガスがなくてもプラズマアシストプロセスは達成され得る。二次ガスはまた、その目的とする使用に応じてシールガスまたは制御ガスとも称される場合がある。「面内均一性」は、限定されないが、基板上に堆積されるかまたはエッチングされる膜の厚さの面内均一性、および基板または基板の表面上に形成される膜の物理的または化学的性質の面内均一性を含む。また、本開示において、「面内均一性を制御すること」は、意図する目的に応じて、面内均一性を増加させること、面内均一性を減少させること、面内均一性を維持すること、または面内均一性に対する他の制御を指す。例えば、本発明の一部の実施形態によれば、膜の表面は平面だけではなく、その意図する目的に応じて凸面または凹面であってもよい。二次ガスを供給するステップは、典型的に、主要ガスを供給するステップの間に行われ、かつ連続して行われてもよいが、二次ガスを供給するステップはプロセス全体にわたって連続して行われなくてもよい。例えば、プラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）において、二次ガスを供給するサイクルは、主要ガスを供給するサイクルと同期されてもよく、プラズマ照射サイクルの間、二次ガスを供給するサイクルは、主要ガスを供給するサイクルが停止されることと同様に停止されてもよい。二次ガスの供給をパルス的に行うことは、サセプタと分離リングとの間の間隔を介してではなく、環状ダクトの環状スリットに隣接���て配置される流入ポートを介して二次ガスが供給される実施形態において、より容易に達成され得る。
【００１６】
一部の実施形態において、二次ガスは、基板の外周の外側から反応空間内に導入され、基板の外周を横切って内側方向に少なくとも部分的に流れる。しかしながら、半径方向に流れる主要ガスに起因して、および／または環状ダクトによる半径方向におけるガスの吸引に起因して、二次ガスは内側方向における移動を継続せず、二次ガスの方向は基板の外周に近接する環状ダクトの方向へ流れるように反転され、次いで二次ガスは、反応空間から環状ダクトを介して主要ガスと一緒に半径方向に放出される。基板の外周に沿った領域において、乱流が二次ガスにより生成されるので、周辺領域において主要ガスの流れが妨げられるか、または主要ガスの流れが抵抗され（中心および中間領域における主要ガスの作用が増加する）、および／または基板の面内均一性を制御するために周辺領域における二次ガスの作用が増加する。例えば、基板上に堆積されたまたはエッチングされた膜は厚さの不均一な面内分布を有し、膜の表面には凹面があり（中心において膜は薄く、外周に隣接する膜はその膜の厚さの平均と比較して厚い）、二次ガスを使用して基板の外周に近接するガスの流動を変化させることにより、膜の厚さの面内均一性が実質的に制御され得る。例えば、一部のリアクタにおいて、基板を処理するためのＲＦパワーが約４００Ｗまたはそれ以上である場合、結果として得られる基板の膜は凹面を形成する可能性があり、基板の面内均一性は低下する。開示された実施形態のいずれかを上記の処理に適用することによって、面内均一性は、基板の中心および中間領域において主要ガスの作用を増加させることならびに／または基板の周辺領域における二次ガスの作用を増加させることにより顕著に制御され得る。当業者は、通常の実験として、得られる膜の表面が凹面になるＲＦパワーを含む条件を容易に決定できる。
【００１７】
一部の実施形態において、リアクタは反応チャンバおよび反応チャンバの下の搬送チャンバを備え、反応チャンバおよび搬送チャンバは、サセプタが配置される開口部を有する分離リングにより分離され、サセプタの上面は、プラズマアシストプロセスの間、分離リングとほぼ同一平面であり、二次ガスが基板の外周を通過して内側方向において部分的に反応空間に進入し、基板の外周に近接する環状ダクトの方向へ流れるように方向を反転し、環状ダクトを介して反応空間から主要ガスと一緒に半径方向に放出されるような流量にて二次ガスは分離リングとサセプタとの間の間隔を介して反応空間に供給される。分離リングを使用することにより基板の外周の領域において二次ガスの流動を制御することは利点がある。なぜなら、既存の構造の変更を最小にできるからである。一部の実施形態において、分離リングとサセプタとの間の間隔は、リアクタの構造に応じて、約０．５ｍｍ以上であるが、約１０ｍｍ未満（例えば約１．０ｍｍ〜約７．０ｍｍ、典型的には約５．０ｍｍ）である。間隔を狭くすることによって、二次ガスの流動は効果的に調節され得る。なぜなら、反応空間内に供給される二次ガスの量は、その二次ガスの流れが主要ガスを使用した基板の目的とする処理を妨げる範囲まで増加できないからである。
【００１８】
一部の実施形態において、サセプタの外周に沿って二次ガスの流量を変化させるために、分離リングとサセプタとの間の間隔はサセプタの外周に沿って変化する。この実施形態は、面内均一性が基板の外周に沿って変化する場合、特に効果的である。例えば、ゲートバルブの近くに配置される基板の領域および／または排気ダクトが位置する場所の近くに配置される領域の面内均一性は、ゲートバルブにおける構造差に起因して他の領域の均一性と異なる。円周方向に沿った不均一性を補うために、一部の実施形態において、分離リングとサセプタとの間の間隔は約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲で変化し、二次ガスの作用が増加する領域において間隔は狭く、一方、二次ガスの作用が減少する領域において間隔は広い。一部の実施形態において、分離リングの中心は搬送チャンバの側壁に配置されるゲートバルブの方向へサセプタの中心から移動され、そのゲートバルブを介して基板は搬送チャンバ内に入れられ、搬送チャンバから外へ取り出される。例えば、間隔はセルフセンタリング機構により円周方向で調節されてもよい。
【００１９】
上記の実施形態に関連して、一部の実施形態は基板を処理するためのプラズマアシスト処理装置を提供し、該プラズマアシスト処理装置は、（ａ）反応チャンバおよび反応チャンバの下の搬送チャンバ；（ｂ）基板をサセプタ上に配置するためのサセプタであって、反応チャンバと搬送チャンバとの間で垂直方向に移動できるサセプタ；（ｃ）サセプタと向かい合い、サセプタに平行に配置され、サセプタとシャワーヘッドとの間に形成される反応空間におけるプラズマ放電のためにサセプタと導電的に接続される、シャワーヘッド；（ｄ）反応空間からガスを放出するための、サセプタを環状に囲む環状ダクト；ならびに（ｅ）反応チャンバおよび搬送チャンバを分離するための分離リングであって、サセプタが配置される開口部を有し、プラズマアシストプロセスの間、サセプタの上面は分離リングとほぼ同一平面であり、二次ガスが分離リングとサセプタとの間の間隔を介して反応空間に供給され、分離リングとサセプタとの間の間隔は０．５ｍｍ以上であるが１０ｍｍ未満である、分離リングを備える。一部の実施形態において、サセプタの外周に沿って二次ガスの流量を変化させるために、分離リングとサセプタとの間の間隔はサセプタの外周に沿って変化する。一部の実施形態において、分離リングの中心は搬送チャンバの側壁に配置されるゲートバルブの方向へサセプタの中心から移動され、そのゲートバルブを介して、基板は搬送チャンバ内へ入れられ、搬送チャンバから取り出される。
【００２０】
一部の実施形態において、環状ダクトは環状スリットを有し、その環状スリットから、反応空間内のガスは、サセプタの外周と実質的に同軸である、サセプタの外周に近接して配置される環状ダクト内に吸引され、主要ガスおよび二次ガスの両方は環状スリットを介して反応空間から放出され得る。一部の実施形態において、環状スリットの間隔は約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ、好ましくは約１ｍｍ〜約２ｍｍである。
【００２１】
一部の実施形態において、二次ガスを供給するための分離リングを使用する上記の実施形態の代替として、または併用して、リアクタはさらに、環状ダクトに沿って環状ダクトの開口部に近接する反応空間に露出される複数の流入ポートを備え、二次ガスが反応空間に進入し、基板の外周に近接する環状ダクトの方向へ流れる方向に反転し、環状ダクトの開口部を介して反応空間から主要ガスと一緒に半径方向に放出されるような流量で基板の外周を通過して内側方向において複数の流入ポートを介して二次ガスは反応空間に供給される。一部の実施形態において、流入ポートは、反応空間を囲む内壁に沿って約５ｍｍ〜約１００ｍｍ、好ましくは約１０ｍｍ〜約２０ｍｍの間隔で設置される。流入ポートは、円周方向に沿って同じ間隔で配置されてもよいか、または円周方向に沿って異なる間隔で配置されてもよい。一部の実施形態において、流入ポートは、環状ダクトに沿って水平面だけでなく、垂直方向に沿っても複数存在する。一部の実施形態において、複数の流入ポートは、サセプタの外周に沿って二次ガスの流量を変化させるために環状ダクトに沿って不均一に配置される。上記は、分離リングとサセプタとの間の間隔が調節される実施形態の原理と実質的に同様の原理に基づいて達成され得るので、ガス流は円周方向に沿って調節される。一部の実施形態において、流入ポートの直径は約０．３ｍｍ〜約３ｍｍ、好ましくは約０．５ｍｍ〜約１ｍｍである。
【００２２】
一部の実施形態において、流入ポートは、それらが環状ダクトの開口部に隣接する領域における反応空間に露出されるまで、環状ダクトの内部を介してパイプを挿入することにより設置される。パイプは反応空間の中心に対して設置され得る。
【００２３】
上記の実施形態に関連して、一部の実施形態は基板を処理するためのプラズマアシスト処理装置を提供し、該プラズマアシスト処理装置は、（ａ）反応チャンバおよび反応チャンバの下の搬送チャンバ；（ｂ）サセプタ上に基板を配置するためのサセプタであって、反応チャンバと搬送チャンバとの間で垂直方向に移動できるサセプタ；（ｃ）サセプタと向かい合い、サセプタに平行に配置され、サセプタとシャワーヘッドとの間に形成される反応空間におけるプラズマ放電のためにサセプタと導電的に接続される、シャワーヘッド；（ｄ）反応空間からガスを放出するための、サセプタを環状に囲む環状ダクト；ならびに（ｅ）環状ダクトに沿って環状ダクトの開口部に近接する反応空間に露出される複数の流入ポートであって、二次ガスが内側方向において複数の流入ポートを介して反応空間に供給される、流入ポートを備える。一部の実施形態において、複数の流入ポートはサセプタの外周に沿って二次ガスの流量を変化させるために環状ダクトに沿って不均一に配置される。
【００２４】
一部の実施形態において、二次ガスはその意図する目的に応じて選択される。例えば、得られた基板の膜の厚さの面内不均一性を制御するために、希ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ）などの不活性ガスまたはＮ２などの他の不活性ガスが二次ガスとして使用されてもよく、プラズマアシストエッチングもしくはアッシング、または疎水処理などのプラズマアシスト表面処理に関して、Ｏ２などの酸化ガスが二次ガスとして使用されてもよい。
【００２５】
一部の実施形態において、３００ｍｍの基板に関して、二次ガスは、主要ガスの流量、環状ダクトによる吸引、リアクタの構造などに応じて、約５００ｓｃｃｍまたはそれ以上、好ましくは約５００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの流量で供給される。一部の実施形態において、二次ガスの流量は主要ガスの流量未満であり、あるいは、二次ガスの流量は、二次ガスの流動、面内均一性の調節の度合いなどに応じて主要ガスの流量より多い。環状ダクトによる吸引は、基板のプロセスの間、反応空間の圧力を維持するように調節され得る。
【００２６】
一部の実施形態において、プラズマアシスト処理は、プラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、プラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、プラズマアシストエッチングもしくはアッシング、またはプラズマアシスト表面処理、例えば疎水処理である。
【００２７】
一部の実施形態において、基板の処理された膜の厚さの面内均一性は、３σ均一性として、約２．０％以下、約１．５％以下であるような基板の面内均一性である。
【００２８】
これらの実施形態は、好ましい実施形態に関して説明している。しかしながら、本発明は好ましい実施形態に限定されるわけではない。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマアシスト処理装置を示す概略断面図である。この装置は、ゲートバルブ（図示せず）を有する開口部７（その開口部７を介して基板が中に入れられ、取り出される）を有し、また、ポート８（そのポート８を介して二次ガスが搬送チャンバ１の内部１６に供給される）を有する搬送チャンバ１；搬送チャンバ１の上部に配置される反応チャンバ３；基板がロードされ、反応チャンバ３と搬送チャンバ１との間で垂直に動くサセプタ１３であって、サセプタ１３は垂直貫通穴を有し、リフトピン９が懸垂し、開口部７を介して基板を中に入れ、外へ取り出すためにサセプタ１３が搬送チャンバ１において下降したとき、リフトピンが基板を持ち上げる、サセプタ１３；反応チャンバに設置されるシャワーヘッド２であって、多くの貫通穴１４を有し、ガスポート４を介して提供された主要ガスが貫通穴１４を介して提供され、基板が処理される反応空間１５はサセプタ１３とシャワーヘッド２との間に形成される、シャワーヘッド２；シャワーヘッド２が配置される反応空間１５を排気するための環状ダクト５であって、環状ダクト５は環状スリット１７を有し、環状スリット１７を通してガスが、真空ポンプ（図示せず）に接続される排気ポート６を介して反応空間１５から放出される、環状ダクト５；ならびに反応空間と搬送チャンバ１の内部１６を分離する分離リング１０であって、サセプタ１３の外周と分離リング１０の内周との間に間隔１８が存在し、その間隔１８を介して二次ガスが搬送チャンバ１の内部１６から反応空間１５内に導入され、分離リング１０の上面は環状スリット１７の底部を形成する、分離リング１７を備える。この実施形態において、間隔１８およびポート８を介して提供される二次ガスの流量を調節することにより、間隔１８を介して反応空間１５に供給される二次ガスの流動は、二次ガスが反応空間１５に進入した後、二次ガスが主要ガスの外向き流に対して内側方向に部分的に流れることができるように、調節され得る。主要ガスは、シャワーヘッド２を介して半径方向に反応空間１５に供給され、反応空間１５に供給される二次ガスと一緒に環状スリット１７を介して放出される。
【００３０】
当業者は、この装置が、本明細書のいずれかの場所に記載した堆積またはエッチング処理を実施するようにプログラムされるかまたは構成される１つまたは複数の制御装置（図示せず）を備えることは理解するだろう。制御装置は、当業者により理解されるように、種々の電源、加熱システム、ポンプ、ロボットおよびガス流制御装置またはリアクタの弁に接続される。
【００３１】
図２は、本発明の別の実施形態に係るプラズマアシスト処理装置を示す概略断面図である。この実施形態において、分離リング１０に加えて、二次ガスを反応空間１５に供給するための流入ポート２１が、サセプタ１３の中心に対して環状ダクト５を介してパイプを挿入し、パイプの開口部を反応空間１５に露出することにより提供される。この実施形態において、この装置は分離リング１０および間隔１８を有し、二次ガスが反応空間１５に進入した後、二次ガスの量は、主要ガスの外向き流に対して二次ガスの内向き流を生じるように調節される。二次ガスの流れは矢印２３（非常に簡略化している）により示され、二次ガスは搬送チャンバ１の内部１６から反応空間１５に進入し、基板（図示せず）の外周を通過するまで内側方向において流れ、矢印２２により示される主要ガスの外向き流および環状スリット１７を介する吸引に起因してその方向を反転させ、環状スリット１７を介して主要ガスと一緒に反応空間１５から環状ダクト５に放出され、次いで排気ポート６を介して放出される。この実施形態において、二次ガスを反応空間１５に供給するための流入ポート２１はさらに、サセプタ１３の中心に対して環状ダクト５を介してパイプを挿入し、パイプの開口部を反応空間１５に露出することにより設けられる。複数の流入ポート２１が環状ダクト５に沿って設けられる。二次ガスは内側方向において流入ポート２１を介して反応空間１５に供給され、基板（図示せず）の外周を通過するまで内側方向において流れ、矢印２２により示される主要ガスの外向き流および環状スリット１７を介する吸引に起因してその方向を反転し、環状スリット１７を介して主要ガスと一緒に反応空間１５から環状ダクト５に放出され、次いで排気ポート６を介して放出される。別の実施形態において、反応空間１５に進入した後、二次ガスの内向き流は、分離リング１０ではなく、流入ポート２１のみにより生じるように、処理は制御される。
【００３２】
図３Ａは、プラズマアシスト処理装置の環状ダクト領域の概略断面図であり、矢印は本発明の一実施形態に係る分離リングを使用した二次ガス流を示す。上記に説明したように、また、矢印３１により示したように、二次ガスはサセプタ１３と分離リング１０（支持部材１１により支持される）との間の間隔を介して反応空間に進入し、反応空間において内側に流れ、その方向を反転し、環状ダクト５と分離リング１０との間の形成されるスリットを介して放出される。図３Ｂは、プラズマアシスト処理装置の環状ダクト領域の概略断面図であり、矢印は本発明の別の実施形態に係る流入ポートを使用した二次ガス流を示す。上記に説明したように、また、矢印３２により示したように、二次ガスは流入ポート２１を介して反応空間に進入し、反応空間において内側に流れ、その方向を反転し、環状ダクト５と分離リング１０との間に形成されるスリットを介して放出される。図３Ｃは、プラズマアシスト処理装置の環状ダクト領域の概略断面図であり、矢印は本発明のさらに別の実施形態に係る２つの垂直に配置された流入ポートを使用した二次ガスの流れを示す。矢印３３により示されるように、二次ガスは、上側流入ポート２５を介して反応空間に進入し、反応空間において内側に流れ、その方向を反転し、環状ダクト５と分離リング１０との間に形成されるスリットを介して放出され、一方、矢印３４により示されるように、二次ガスは、下側流入ポート２６を介して反応空間に進入し、反応空間において内側に流れ、上側流入ポート２５からさらに内側に二次ガスの流れを押す。下側流入ポート２６からの二次ガスは、その方向を反転し、環状ダクト５と分離リング１０との間に形成されるスリットを介して上側流入ポート２５からの二次ガスと一緒に放出される。
【００３３】
図４Ａは、プラズマアシスト処理装置の概略垂直断面図であり、矢印は、本発明の一実施形態に係る二次ガスの流れを示す。環状ダクトが設置されているかどうかに関わらず、矢印４５により示されるように、二次ガスがシャワーヘッド４３とサセプタ４４との間に規定される反応空間に進入するように、流入ポートは、側壁４１に沿って、側壁４１を通して設置され得る。図４Ｂは、図４Ａに示したプラズマアシスト処理装置の概略水平断面図である。この実施形態において、１６個の流入ポートがサセプタの中心を向いて側壁に設置される。流入ポートは側壁の円周に沿って等間隔である。流入ポートは、基板周囲のスリットまたは円形開口部などの任意の形状であってもよい（スリットまたは開口部は、例えば、３００ｍｍの基板に関して、約３２０ｍｍ〜約３５０ｍｍの内径を有してもよい）。図５は、プラズマアシスト処理装置の概略垂直断面図であり、矢印は、本発明の別の実施形態に係る制御ガスの流れを示す。この実施形態において、矢印４６および４７により示されるように、二次ガスが２つの層における反応空間に進入するように、上側および下側流入ポートは配置される。
【００３４】
図６は、プラズマアシスト処理装置の概略水平断面図であり、矢印は、本発明の一実施形態に係る制御ガスの流れを示す。この実施形態において、矢印６５により示されるように、面内均一性を制御するために処理される基板の一部が配置される反応空間の特定の領域のみに二次ガスが進入するように、流入ポートは１２時方向と３時方向との間に規定される側壁６１の一部のみに配置される。図７は、プラズマアシスト処理装置の概略垂直断面図であり、矢印は、本発明の別の実施形態に係る制御ガスの流れを示す。この実施形態において、矢印７２により示されるように、下側流入ポートから二次ガスが側壁７１の円周周囲で等間隔に反応空間に進入するように、下側流入ポートは側壁７１の円周周囲全てに配置される。さらに、この実施形態において、中間の流入ポートおよび上側の流入ポートが、例えば１２時方向と３時方向との間に規定される側壁７１の一部のみに配置され、十分な二次ガスが、面内均一性を制御するために処理される基板の一部が配置される反応空間の空間領域内に進入する。
【００３５】
図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るプラズマアシスト処理装置の概略水平断面図である。この実施形態において、サセプタの外周と分離リングの内周との間の間隔は円周方向に沿って変化する。１２時方向と３時方向との間に規定される間隔は最も狭く、３時方向と６時方向との間に規定される間隔および９時方向と１２時方向との間に規定される間隔は中間であり、６時方向と９時方向との間に規定される間隔は最も広い。この構成により、二次ガスの流動は円周方向に沿って、より正確に調節され得る。
【実施例】
【００３６】
実施例を参照して本発明を説明する。しかしながら、実施例は本発明を限定することを意図するわけではない。
【００３７】
参照例１
図１に示したプラズマエンハンストＡＬＤ装置をリアクタとして使用して、以下の表１に示した条件下で基板上に膜を堆積させた。
【００３８】
【表１】
2015002349.tif 000003
【００３９】
この実施例において、二次ガス流は十分ではなく、搬送チャンバをシールするためだけであるので、反応空間に進入した後、二次ガスの内向き流は予想されなかった。さらに、サセプタと分離リングとの間の間隔は、二次ガスの流動を増加させるほど狭くなかった。その結果を図９に示す。図９は、図９に示した異なる条件下でＰＥＡＬＤにより形成される膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像を示す。この画像において、赤色の領域は比較的厚い厚さを有する領域を表すのに対して、青色の領域は比較的薄い領域を有する領域を表す。図９から見られ得るように、ＲＦパワーが５００Ｗであり、サイクル当たり１秒を適用した場合、膜の厚さの３σ面内均一性は１．４５であり、これは、ＲＦパワーが２００Ｗであり、サイクル当たり０．２秒を適用した場合に堆積した膜の厚さの３σ面内均一性である０．５１より顕著に高かった。２Ｄマップ画像は、より高くおよびより長くＲＦパワーを印加した場合、膜表面が凹面になったことを示し、基板の外周の領域における膜の厚さが、中間領域および中心領域における膜の厚さより厚くなった。
【００４０】
参照例２
以下の表２に示したものを除いて参照例１と同じ条件下で膜を堆積させた。
【００４１】
【表２】
2015002349.tif 000004
【００４２】
参照例１に示したように、より高くおよびより長くＲＦパワーを印加した場合、表２から見られ得るように、膜表面は凹面になり、基板の外周の領域における膜の厚さは、中間領域および中心領域における膜の厚さより厚くなる。
【００４３】
実施例１
表３に示したように、参照例１と同様の条件下で膜を堆積させた。
【００４４】
【表３】
2015002349.tif 000005
【００４５】
この実施例において、二次ガスの流量を変化させた。その結果として、驚くべきことに、図１０に示したように、二次ガスの流れを増加させることにより膜の厚さの３σ面内均一性は顕著に改善された。図１０は、堆積した膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像であり、堆積の面内均一性と制御ガスの流量との関係を示す。図１０から見られ得るように、膜の厚さの面内均一性は顕著に改善され、また、基板の中心および中間領域における膜の厚さは、二次ガスの流れがゼロから２．００ｓｌｍに増加するにつれて増加した。
【００４６】
実施例２
表４に示した条件下で実施例１と同じ装置を使用してフォトレジスト膜をエッチングした。
【００４７】
【表４】
2015002349.tif 000006
【００４８】
この実施例において、二次ガスの流量を変化させた。その結果として、驚くべきことに、膜の厚さの３σ面内均一性は、図１１に示したように、二次ガスの流れを増加させることによって顕著に改善した。図１１は、トリミングされた膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像であり、トリミングの面内均一性と制御ガスの流量との関係を示す。図１１から見られ得るように、膜の厚さの面内均一性は顕著に改善し、また、二次ガスの流れがゼロから２．００ｓｌｍに増加するにつれて基板の中心および中間領域における膜の厚さは減少した。
【００４９】
実施例３
表５に示した条件下で図１に示した装置を使用して膜を堆積させた。
【００５０】
【表５】
2015002349.tif 000007
【００５１】
この実施例において、サセプタと分離リングとの間の異なる間隔（５ｍｍおよび１０ｍｍ）を有する分離リングが使用され、二次ガスの流量を変化させた。結果として、驚くべきことに、膜の厚さの３σ面内均一性は、図１２に示したように、間隔が１０ｍｍではなく、間隔が５ｍｍであった場合、二次ガスの流れを増加させることによって顕著に改善した。図１２は、異なる条件下でプラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＣＶＤ）により形成される膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像を示す。図１２から見られ得るように、膜の厚さの面内均一性は顕著に改善し、また、基板の周囲領域における膜の厚さは、間隔が１０ｍｍではなく、間隔が５ｍｍであった場合、二次ガスの流れが増加するにつれて減少した。この実施例において、間隔が５ｍｍである場合、面内均一性は約２％で良好であり得るので、好ましくは二次ガスの流量は６００ｓｃｃｍ以上であると言うことができる。しかしながら、好ましい範囲は、必要とされる均一性、リアクタの構造、堆積条件などに応じて変化し、当業者は通常の実験により、この開示に基づいて最適条件を容易に決定できる。
【００５２】
実施例４
表６に示したように実施例１と同様の条件下で膜を堆積させた。
【００５３】
【表６】
2015002349.tif 000008
【００５４】
この実施例において、図１３に示したように分離リングの中心を４方向に移動させた。図１３は、４方向に移動された中心を有する分離リングを使用したプラズマエンハンスト原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）により形成される膜の２Ｄカラーマップ分析による薄膜厚さプロファイル測定の画像を示す。移動前（図１３における「均一」）、分離リングの間隔は２ｍｍ（全周囲）であった。分離リング１３３を、ゲートバルブ１３２の右側（図１３の「右側」）まで、ゲートバルブの左側（図１３の「左側」）まで、ゲートバルブから離して（図１３の「下側」）、およびゲートバルブの近く（図１３の「上側」）に、基板１３４に対して移動させた（基板および反応チャンバ１３１を中心にした）。移動させることにより、間隔は、２ｍｍから最も狭い間隔として０．５ｍｍに変化し、最も広い間隔として３．５ｍｍに変化した。図１３から見られ得るように、分離リングがゲートバルブに近接して移動した場合、膜の厚さの面内均一性は約１％まで驚くべきことに改善し、また、膜が比較的厚い領域は基板の１つの周囲側から基板の中心領域まで移動した。
【００５５】
複数のおよび様々な変更が本発明の精神から逸脱せずになされ得ることは当業者により理解されるであろう。したがって、本発明の形態は例示のみであり、本発明の範囲を限定することを意図するわけではないことが明確に理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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