(57)【要約】  基板処理システムは、その中に配置された基板支持体を含む処理チャンバを含む。基板処理システムは、処理チャンバに流体的に結合され、処理チャンバへのガスの流れを制御するように構成されたバルブシステムを含む。バルブシステムは、主フローラインと、第１のガス源バルブを介して主フローラインに流体的に結合された第１のガス源フローラインとを含む。バルブシステムは、第２のガス源バルブを介して主フローラインに流体的に結合された第２のガス源フローラインを含む。第１のガス源バルブ及び第２のガス源バルブは、主フローライン内に直列に配置される。【選択図】図２
2021536130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの流れを制御するためのバルブシステムであって、
主フローラインと、
第１のガス源バルブを介して前記主フローラインに流体的に結合された第１のガス源フローラインと、
第２のガス源バルブを介して前記主フローラインに流体的に結合された第２のガス源フローラインであって、前記第１のガス源バルブ及び前記第２のガス源バルブは、前記主フローライン内に直列に配置されている、第２のガス源フローラインと
を備える、バルブシステム。
【請求項２】
前記第１のガス源バルブ及び前記第２のガス源バルブは、前記主フローラインに対して通常開位置にあるように構成され、前記第１のガス源バルブは三方バルブを含み、前記第２のガス源バルブは二方バルブを含む、請求項１に記載のバルブシステム。
【請求項３】
前記第２のガス源バルブは、前記第１のガス源バルブに対して前記主フローライン内の上流に配置される、請求項２に記載のバルブシステム。
【請求項４】
第１のガス源が前記第１のガス源フローラインと流体的に結合されるように構成され、第２のガス源が前記第２のガス源フローラインと流体的に結合されるように構成されており、
前記第１のガス源は反応ガスを含み、前記反応ガスは酸素（Ｏ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、又はシラン（ＳｉＨ４）のうちの１又は複数を含み、
前記第２のガス源は前記第２のガス源フローラインに提供されるキャリアガスを含み、前記キャリアガスはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又は窒素（Ｎ２）のうちの１又は複数を含む、
請求項１に記載のバルブシステム。
【請求項５】
前記第１のガス源フローラインは、第１のガスダイバータバルブを介して前記第１のガス源フローラインに流体的に結合された第１のガス源ダイバータフローラインに流体的に結合され、前記第１のガスダイバータバルブは、前記第１のガス源ダイバータフローラインに対して通常閉位置にあるように構成された二方バルブを含む、請求項４に記載のバルブシステム。
【請求項６】
前記第１のガス源バルブは、供給源開位置と供給源閉位置との間を移動するように構成され、前記供給源開位置では、前記反応ガスは前記主フローラインに流れるように構成され、前記供給源閉位置では、前記反応ガスは前記第１のガス源ダイバータフローラインに流れるように構成される。請求項５に記載のバルブシステム。
【請求項７】
前記第２のガス源バルブは、供給源開位置と供給源閉位置との間を移動するように構成され、前記供給源開位置では、前記キャリアガスは前記主フローラインに流れるように構成され、前記供給源閉位置では、前記キャリアガスは前記主フローラインに流れるのを防止され、
前記第１のガス源バルブが前記供給源開位置にあるとき、前記第２のガス源バルブは前記供給源開位置にある。請求項６に記載のバルブシステム。
【請求項８】
前記主フローラインが処理チャンバの入口ポートに流体的に結合され、前記処理チャンバは、真空ポンプを備えた出口ポートを更に含み、前記真空ポンプは前記出口ポートに流体的に結合され且つガスを前記処理チャンバから排出するように構成された、請求項１に記載のバルブシステム。
【請求項９】
前記バルブシステムは、ガスマニホールドを更に含み、前記主フローラインは、少なくとも部分的に前記第１のガス源バルブを介して、少なくとも部分的に前記第２のガス源バルブを介して、及び少なくとも部分的に前記ガスマニホールドを介して形成される、請求項１に記載のバルブシステム。
【請求項１０】
基板処理システムであって、
その中に配置された基板支持体を含む処理チャンバと、
前記処理チャンバに流体的に結合され、前記処理チャンバへのガスの流れを制御するように構成されたバルブシステムであって、
主フローラインと、
酸素源バルブを介して前記主フローラインに流体的に結合された酸素（Ｏ２）フローラインと、
ＴＥＯＳ源バルブを介して前記主フローラインに流体的に結合されたオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）フローラインと、
シラン源バルブを介して前記主フローラインに流体的に結合されたシラン（ＳｉＨ４）フローラインと
キャリアガス源バルブを介して前記主フローラインに流体的に結合されたキャリアガスフローラインと
を含むバルブシステムと
を備え、
前記酸素源バルブ、前記ＴＥＯＳ源バルブ、前記シラン源バルブ、及び前記キャリアガス源バルブは、前記主フローライン内に直列に配置され、
前記キャリアガス源バルブは、前記酸素源バルブ、前記ＴＥＯＳ源バルブ、及び前記シラン源バルブに対して前記主フローライン内の上流に配置される、基板処理システム。
【請求項１１】
前記酸素源バルブ、前記ＴＥＯＳ源バルブ、及び前記シラン源バルブは、前記主フローラインに対して通常開位置にあるように構成され、
キャリアガス源は、前記キャリアガスフローラインと流体的に結合するように構成され、前記キャリアガス源はキャリアガスを含み、前記キャリアガスはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又は窒素（Ｎ２）のうちの１又は複数を含む、請求項１０に記載の基板処理システム。
【請求項１２】
前記バルブシステムはガスマニホールドを更に含み、前記主フローラインは、少なくとも部分的に前記酸素源バルブを介して、少なくとも部分的に前記ＴＥＯＳ源バルブを介して、少なくとも部分的に前記シラン源バルブを介して、少なくとも部分的に前記キャリアガス源バルブを介して、及び少なくとも部分的に前記ガスマニホールドを介して形成される、請求項１０に記載の基板処理システム。
【請求項１３】
ガスを処理チャンバに分配する方法であって、
処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置することと、
第１のガス源フローラインを主フローラインに流体的に結合させる第１のガス源バルブを介して、第１のガスを前記処理チャンバに提供することと、
第２のガス源フローラインを前記主フローラインに流体的に結合させる第２のガス源バルブを介して第２のガスを前記処理チャンバに提供することと
を含み、前記第１のガス源バルブ及び前記第２のガス源バルブは前記主フローライン内に直列に配置されている、方法。
【請求項１４】
前記第１のガスが酸素（Ｏ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、又はシラン（ＳｉＨ４）のうちの１又は複数を含み、前記第２のガスがアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、又は窒素（Ｎ２）のうちの１又は複数を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第３のガス源フローラインを前記主フローラインに流体的に結合させる第３のガス源バルブを介して、第３のガスを前記処理チャンバに提供することと、
前記第３のガス源バルブを、前記第３のガス源フローラインを前記主フローラインから流体的に切り離すアダプタプレートと交換することと
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示の態様は、一般に、ガスを基板処理チャンバに導入するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］現在の半導体製造業では、処理チャンバにおいて基板を処理するためにガスが使用される。これらのガスは、処理チャンバ内で基板を処理するときに互いに循環させることができる。更に、基板を処理するために使用される特定のガスは、ガスが処理チャンバ内で、又は処理チャンバに通じる導管又は経路内でさえ混合されるべきではないという点で、互いに適合しない場合がある。ガスの混合は、処理中の基板上に蓄積し得る粒子の形成又は粉塵を引き起こす可能性がある。粒子の形成は、不均一な基板及び基板の汚染をもたらし、それにより、基板の品質及び歩留が低下し得る。適合性のないガスの混合を回避するために、ガスは、キャリア又はパージガスを使用して、処理チャンバ及び導管及びガス供給経路等からパージされる。ガスは、基板上の膜堆積の異なる層の間でパージされ得る。しかしながら、パージは、基板の処理の効率又はスループットを低下させる可能性があり、更に、処理中の基板を汚染し得る残留ガスが残る可能性がある。
【０００３】
［０００３］したがって、システム及び処理チャンバ内に残っている残留ガスの量を減少させ、パージ時間を縮小し得るガス注入又は供給システムが必要である。
【発明の概要】
【０００４】
［０００４］本開示の態様は、一般に、ガスを基板処理チャンバに導入するための方法及び装置に関する。一実装態様では、基板処理システムは、その中に配置された基板支持体を含む処理チャンバを含む。基板処理システムは、処理チャンバに流体的に結合され、処理チャンバへのガスの流れを制御するように構成されたバルブシステムを含む。バルブシステムは、主フローラインと、第１のガス源バルブを介して主フローラインに流体的に結合された第１のガス源フローラインとを含む。バルブシステムは、第２のガス源バルブを介して主フローラインに流体的に結合された第２のガス源フローラインを含む。第１のガス源バルブ及び第２のガス源バルブは、主フローライン内に直列に配置される。
【０００５】
［０００５］一実装態様では、基板処理システムは、その中に配置された基板支持体を含む処理チャンバを含む。基板処理システムは、処理チャンバに流体的に結合され、処理チャンバへのガスの流れを制御するように構成されたバルブシステムを含む。バルブシステムは、主フローラインと、酸素源バルブを介して主フローラインに流体的に結合された酸素（Ｏ２）フローラインとを含む。バルブシステムは、ＴＥＯＳ源バルブを介して主フローラインに流体的に結合されたオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）フローラインを含む。バルブシステムは、シラン源バルブを介して主フローラインに流体的に結合されたシラン（ＳｉＨ４）フローラインと、キャリアガス源バルブを介して主フローラインに流体的に結合されたキャリアガスフローラインとを含む。酸素源バルブ、ＴＥＯＳ源バルブ、シラン源バルブ、及びキャリアガス源バルブは、主フローライン内に直列に配置される。キャリアガス源バルブは、酸素源バルブ、ＴＥＯＳ源バルブ、及びシラン源バルブに対して第１のガス源ライン内の上流に配置される。
【０００６】
［０００６］一実装態様では、ガスを処理チャンバに分配する方法は、処理チャンバ内の基板支持体上に基板を配置することを含む。本方法は、第１のガス源フローラインを主フローラインに流体的に結合させる第１のガス源バルブを介して、第１のガスを処理チャンバに提供することを含む。本方法は、第２のガス源フローラインを主フローラインに流体的に結合させる第２のガス源バルブを介して、第２のガスを処理チャンバに提供することを含む。第１のガス源バルブ及び第２のガス源バルブは、主フローライン内に直列に配置される。
【０００７】
［０００７］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている態様を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は単に例示的な態様を示すものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な態様も許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実装態様に係る基板処理システムの概略図である。
【図２】本開示の一実装態様に係るバルブシステムの概略図である。
【図３】本開示の一実装態様に係るバルブシステムの斜視図である。
【図４】本開示の一実装態様に係るバルブシステムの斜視図である。
【図５】本開示の一実装態様に係るバルブシステムの斜視図である。
【図６】本開示の一実装態様に係るバルブシステムの斜視図である。
【図７】本開示の一実装態様に係るバルブシステムと結合した処理チャンバのフローモデルである。
【図８】本開示の一実装態様に係るバルブシステムと結合した処理チャンバのフローモデルである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［００１６］理解を容易にするために、可能な場合に、図面共通の同一の要素を指定するのに同一の参照番号を使用している。ある態様の要素及び特徴は、更なる説明なしに、他の態様に有益に組み込まれ得ると考えられる。
【００１０】
［００１７］本開示は、一般に、基板上に膜を堆積させる又は形成する等のためにガスを処理チャンバに堆積させるための装置及び方法に関する。本開示の様々な実装態様の完全な理解を提供するために、特定の詳細を以下の説明及び図１〜図８に示す。堆積及びエッチングプロセスにしばしば関連する周知の構造及びシステムを説明する他の詳細は、様々な実装態様の説明が不必要に曖昧にならないようにするために、以下の開示には記載されていない。本装置は、一般に、処理チャンバに流体的に結合されたバルブシステムに関する。処理チャンバは、処理チャンバ内での処理中にその上に基板を支持するための基板支持体を含む。バルブシステムは、第１及び第２のガス源バルブを介して第１及び第２のガス源フローラインに流体的に結合された主フローラインを含む。第１及び第２のガス源バルブは、主フローライン内に直列に配置される。更に、分流ガス源フローラインは、第１のガスダイバータバルブを介して第１のガス源ラインに流体的に結合され得る。同じものを使用する方法も提供される。
【００１１】
［００１８］図１に、本開示の１又は複数の実装態様に従って使用され得る基板処理システム１０５の概略図を示す。基板処理システム１０５は、バルブシステム１３０及びコントローラ１１０に結合された処理チャンバ１００を含む。処理チャンバ１００は、概して、処理領域１２６を画定する上壁１２４、側壁１０１、及び底壁１２２を含む。基板１９０を支持するための基板支持体１９５が、処理領域１２６に提供される。基板支持体１９５は、ステム１９３によって支持され、典型的には、アルミニウム、セラミック、及び／又は他の適切な材料から製造され得る。基板支持体１９５は、変位機構を使用して、処理チャンバ１００内で垂直方向に移動し得る。
【００１２】
［００１９］基板支持体１９５は、基板支持体１９５の表面１９２上に支持された基板１９０の温度を制御するのに適した埋め込み加熱要素１９６を含み得る。基板支持体１９５は、電源１０４から埋め込み加熱要素１９６に電流を印加することによって抵抗的に加熱され得る。電源１０４から供給される電流は、コントローラ１１０によって調整されて、埋め込み加熱要素１９６によって生成される熱を制御し、それによって、膜堆積中に基板１９０及び基板支持体１９５を実質的に一定の温度に維持する。供給される電流は、基板支持体１９５の温度を約１００℃から約７００℃の間で選択的に制御するように調節され得る。
【００１３】
［００２０］熱電対等の温度センサ１９４を基板支持体１９５に埋め込んで、従来の方法で基板支持体１９５の温度を監視することができる。測定された温度は、コントローラ１１０によって使用され、埋め込み加熱要素１９６に供給される電力を制御して、基板を所望の温度に維持する。
【００１４】
［００２１］出口ポート１８０は、図１に示すように処理チャンバ１００の底部に形成される等、処理チャンバ１００に含まれる。真空ポンプ１０２は、出口ポート１８０に結合（流体的に結合等）されていてよく、出口ポート１８０では真空ポンプ１０２を使用して、処理チャンバ１００の所望のガス圧が維持される。真空ポンプ１０２はまた、プロセスの残留ガス又は後処理ガス及び副生成物を処理チャンバ１００から取り除く。真空ポンプ１０２は、ガス等の流体を処理チャンバ１００から排出するように構成される。
【００１５】
［００２２］基板処理システム１０５は、チャンバ圧力を制御するための追加の機器、例えば、チャンバ圧力を制御するために処理チャンバ１００と真空ポンプ１０２との間に配置されたバルブ（例えば、スロットルバルブ及び／又は絶縁バルブ）を更に含み得る。
【００１６】
［００２３］ガスを処理チャンバ１００に導入するために、入口ポート１２０が処理チャンバ１００に含まれる。図１に示すように、入口ポート１２０はシャワーヘッドとして示されているが、他の入口も考えられる。入口ポート１２０は、複数の開孔１２８を有し、基板支持体１９５の上の処理チャンバ１００の上部に配置される。入口ポート１２０は、１又は複数のガス源から１又は複数のガスを処理チャンバに導入するために利用される。ガスは、酸素、シラン、及び／又はオルトケイ酸テトラエチル等の１又は複数の反応ガス、及びアルゴン、窒素及び／又はヘリウム等の１又は複数のキャリアガスを含み得る。一例では、１又は複数のキャリアガスは、１又は複数の不活性ガスを含む。開孔１２８は、異なるプロセス要件における様々なガスの流れを容易にするために、サイズ、数、分布、形状、設計、及び／又は直径が変化し、異なる場合がある。入口ポート１２０は、処理中に様々なガスを処理領域１２６に供給することを可能にするバルブシステム１３０に接続される。プラズマは、入口ポート１２０を出て処理領域１２６に流入するガス又はガスの混合物から形成される。プラズマは、プロセスガスの熱分解を促進し得、その結果、基板１９０の表面１９１上に材料が堆積する。
【００１７】
［００２４］入口ポート１２０及び基板支持体１９５は、処理領域１２６内に一対の離間した電極を形成し得る又は含み得る。１又は複数のＲＦ電源１０８は、マッチングネットワーク１０６を介して入口ポート１２０にバイアス電位を提供し、入口ポート１２０と基板支持体１９５との間のプラズマの生成を容易にする。１又は複数のＲＦ電源１０８及びマッチングネットワーク１０６は、入口ポート１２０、基板支持体１９５に結合され得る、又は入口ポート１２０及び基板支持体１９５の両方に結合され得る、又は処理チャンバ１００の外部に配置されたアンテナに結合され得る。一例では、ＲＦ電源１０８は、約５０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で約１００ワットから約３０００ワットを提供し得る。一例では、ＲＦ電源１０８は、約５０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で約５００ワットから約１８００ワットを提供し得る。
【００１８】
［００２５］コントローラ１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２、メモリ１１６、及びプロセスシーケンスを制御し、バルブシステム１３０からのガス流を調整するために利用される支援回路１１４を含む。ＣＰＵ１１２は、産業環境で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであり得る。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、又は他の形式のデジタルストレージ等のメモリ１１６に格納され得る。支援回路１１４は、従来、ＣＰＵ１１２に結合されており、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電源等を含み得る。コントローラ１１０と基板処理システム１０５の様々な構成要素との間の双方向通信は、信号バス１１８と集合的に称される多数の信号ケーブルを介して処理され、そのいくつかを図１に示す。
【００１９】
［００２６］一例では、基板１９０の表面１９１は実質的に平面である。あるいは、基板１９０は、その中に形成されたトレンチ、穴、及び／又はビアを有する表面等のパターニングされた構造を有し得る。基板１９０はまた、所望の高さでその上又はその中に形成された構造を有する実質的に平面の表面を有し得る。基板１９０を単一の本体として示したが、基板１９０は、金属接点、トレンチ絶縁、ゲート、ビットライン、又は他の任意の相互接続特徴等の半導体デバイスを形成するのに使用される１又は複数の材料を含み得ることが理解される。基板１９０は、１又は複数の金属層、１又は複数の誘電体材料、半導体材料、及び半導体デバイスを製造するために利用されるそれらの組み合わせによって形成され得る。例えば、基板１９０は、用途に応じて、酸化物材料、窒化物材料、ポリシリコン材料等を含み得る。
【００２０】
［００２７］メモリ用途の例では、基板１９０は、間にポリシリコンが挟まれている、又は挟まれていない、シリコン基板材料、酸化物材料、及び窒化物材料を含み得る。一例では、基板１９０は、基板の表面上に堆積された複数の交互の酸化物及び窒化物材料（例えば、酸化物−窒化物−酸化物（ＯＮＯ））を含み得る。様々な実装態様では、基板１９０は、複数の交互の酸化物及び窒化物材料、１又は複数の酸化物又は窒化物材料、ポリシリコン又はアモルファスシリコン材料、アモルファスカーボンと交互の酸化物、ポリシリコンと交互の酸化物、ドープされたシリコンと交互のドープされていないシリコン、ドープされたポリシリコンと交互のドープされていないポリシリコン、及び／又はドープされたアモルファスシリコンと交互のドープされていないアモルファスシリコンを含み得る。基板１９０は、膜処理が実施される任意の基板又は材料表面であり得る。例えば、基板１９０は、結晶シリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、タングステン、窒化チタン、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ、及びパターニングされた又はパターニングされていないウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイア、低誘電率誘電体、及び／又はそれらの組み合わせ等の材料であり得る。
【００２１】
［００２８］図２は、本開示の一実装態様によるバルブシステム２３０の概略図である。バルブシステム２３０（図１のバルブシステム１３０と同様である、又はそれとして使用され得る）は、処理チャンバ２００（図１の処理チャンバ１００と同様であり得る）に結合された主フローライン２４０を含む。主フローライン２４０は、１又は複数のガス源から、入口ポート２２０等を介して処理チャンバ２００にガスを選択的に提供するために使用される。
【００２２】
［００２９］図２に、主フローライン２４０を介して処理チャンバ２００に提供され得るガス源２３２、２３４、２３６、及び２３８を示す。具体的には、ガス源２３２、２３６、及び２３８は反応ガス源であり得、ガス源２３４はキャリアガス源であり得る。したがって、１又は複数の反応ガス源２３２、２３６、又は２３８、及び／又は１又は複数のキャリアガス源２３４を処理チャンバ２００に提供するバルブシステム２３０が示されている。一例では、バルブシステム２３０は、第１の反応ガス源２３２及びキャリアガス源２３４等の２つのガス源のみを処理チャンバ２００に提供するように使用され得る。バルブシステム２３０は、図２に図示したものよりも多くのガス源を処理チャンバ２００に提供するように使用され得る。したがって、本開示は、図２に示すもの以外の実装態様が想定される。
【００２３】
［００３０］したがって、バルブシステム２３０は、ガス源２３２、２３４、２３６、２３８を主フローライン２４０に提供するために主フローライン２４０に流体的に結合された複数のガス源フローライン２５２、２５４、２５６、２５８を含む。次に、主フローライン２４０に提供されるガスは、処理チャンバ２００の入口ポート２２０等を介して、処理チャンバ２００に導入され得る。バルブシステム２３０は、第１のガス源バルブ２４２を介して主フローライン２４０に流体的に結合された第１のガス源フローライン２５２を含む。第１のガス源フローライン２５２は、第１のガス源２３２からのガスが第１のガス源フローライン２５２を介して主フローライン２４０に提供されるように、第１のガス源２３２に流体的に結合される。第１のガス源フローライン２５２からのガスは、第１のガス源バルブ２４２が第１のガス源フローライン２５２と主フローライン２４０との間のガス流を制御するように、第１のガス源バルブ２４２を介して主フローライン２４０に提供される。第１のガス源２３２が反応ガスである場合、第１のガス源フローライン２５２は、第１の反応ガス源フローラインと称され、第１のガス源バルブ２４２は、第１の反応ガス源バルブと称され得る。
【００２４】
［００３１］同様に、バルブシステム２３０は、第２のガス源バルブ２４４を介して主フローライン２４０に流体的に結合された第２のガス源フローライン２５４を含む。第２のガス源フローライン２５４は、第２のガス源２３４からのガスが第２のガス源フローライン２５４を介して主フローライン２４０に提供されるように、第２のガス源２３４に流体的に結合される。第２のガス源フローライン２５４からのガスは、第１のガス源バルブ２４２が第１のガス源フローライン２５２と主フローライン２４０との間のガス流を制御するように、第２のガス源バルブ２４４を介して主フローライン２４０に提供される。第２のガス源２３４がキャリアガスである場合、第２のガス源フローライン２５４は、キャリアガス源フローラインと称され得、第２のガス源バルブ２４４は、キャリアガス源バルブと称され得る。
【００２５】
［００３２］第１のガス源２３２が反応ガスであり、第２のガス源２３４がキャリアガスである場合、キャリアガスを使用して反応ガスと混合し、主フローライン２４０を介した処理チャンバ２００への反応ガスの提供を容易にすることができる。例えば、キャリアガスを含む第２のガス源２３４及び第２のガス源フローライン２５４は、他のガス源及びガス源フローラインの最も上流にあるので、下流の処理チャンバ２００へ流れ、ポンプで送られているときに、キャリアガスを使用して、他のガス源の輸送を容易にすることができる。第２のガス源２３４からのキャリアガスのこの上流配置は、キャリアガスが処理チャンバ２００に向かう途中に第１のガス源バルブ２４２（及び含まれる場合は他のガス源バルブ）を通過することを可能にし、したがって第１のガス源バルブ２４２を介して提供される反応ガスを運ぶためのキャリアガスとしての機能が果たされる。
【００２６】
［００３３］更に、キャリアガスは、主フローライン２４０を全ての残留ガスからパージするためのパージガスとして使用され得る。例えば、異なる濃度又は種類のガスが主フローライン２４０を介して処理チャンバ２００に提供されるサイクルの間に、キャリアガスを第２のガス源フローライン２５４を介して提供して、主フローライン２４０の残留ガスをパージすることができる。これは、特に、処理チャンバ２００内の膜堆積の異なる層の間で使用され得る。図示したように、第２のガス源バルブ２４４及び第２のガス源フローライン２５４は、第１のガス源バルブ２４２及び第１のガス源フローライン２５２に対して主フローライン２４０内の上流に配置される。この配置は、主フローライン２４０の全長をパージする等、第２のガス源２３４からのキャリアガスが主フローライン２４０の長さをパージすることを容易にする。
【００２７】
［００３４］第１のガス源フローライン２５２及び第２のガス源フローライン２５４は、第１のガス源バルブ２４２及び第２のガス源バルブ２４４を介して主フローライン２４０に流体的に結合される。更に、第１のガス源バルブ２４２及び第２のガス源バルブ２４４は、主フローライン２４０内に配置され、主フローライン２４０に沿って直列に配置される。バルブを直列に配置することにより、バルブシステム２３０内の残留ガスの蓄積を減少させることができる。例えば、バルブが平行に配置される場合、残留ガスが閉じ込められ得る小さな容積空間が、バルブと主フローライン２４０との間にできる。処理サイクル間等にバルブシステム２３０をパージするときに、パージガスが小さな容積空間内の残留ガスをパージすることができない場合がある。更に、残留ガスが他の反応ガス源と混合すると、粒子が主フローライン２４０内に形成される可能性があり、これは、不均一な基板の処理又は基板汚染につながり得る。したがって、第１のガス源バルブ２４２及び第２のガス源バルブ２４４を直列に配置することにより、バルブシステム２３０内のデッドボリュームを低減又は除去し、バルブシステム２３０内の残留ガス蓄積を減少させることができる。
【００２８】
［００３５］キャリアガスは、本開示の範囲から逸脱することなく、基板処理で使用される任意の数のキャリアガスであり得る。例えば、キャリアガスは、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、及び／又はそれらの任意の組み合わせのうちの１又は複数を含み得るが、これらに限定されない。キャリアガスはまた、反応せずにそれぞれの反応ガスと混合し得る場合がある。例えば、キャリアガスをそれぞれの反応ガスに導入すると、粒子が形成されたり、混合物が基板処理システム１０５に悪影響を与えるような意図しない方法で反応したりすることなく、混合物ができる。
【００２９】
［００３６］第１のガス源２３２は、反応ガス源を含み得る。反応ガスは、酸素（Ｏ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、及び／又はシラン（ＳｉＨ４）のうちの１又は複数を含むがこれらに限定されない、基板処理で使用される任意の数の反応ガスを含み得る。複数の反応ガス源がバルブシステム２３０に含まれる例では、追加のガス源バルブ及びガス源フローラインがバルブシステム２３０内に含まれ得る。
【００３０】
［００３７］例えば、図２に示すように、第３のガス源フローライン２５６及び第４のガス源フローライン２５８がバルブシステム２３０内に含まれる。第３のガス源フローライン２５６は、第３のガス源バルブ２４６を介して主フローライン２４０に流体的に結合され、第４のガス源フローライン２５８は、第４のガス源バルブ２４８を介して主フローライン２４０に流体的に結合される。次に、第３及び第４のガス源フローライン２５６、２５８からのガスが、第３及び第４のガス源バルブ２４６、２４８を介して主フローライン２４０に提供される。したがって、第３及び第４のガス源バルブ２４６、２４８は、それぞれ、第３及び第４のガス源フローライン２５６、２５８と主フローライン２４０との間のガス流をそれぞれ制御し得る。
【００３１】
［００３８］複数のガス源２３２、２３４、２３６、及び２３８及び複数のガス源フローライン２５２、２５４、２５６、及び２５８がバルブシステム２３０内に含まれる例では、ガス源２３２、２３４、２３６、及び２３８は、互いに異なる種類のガスを含み得る。例えば、最も上流のガス源としての第２のガス源２３４は、キャリアガスのままであり得、一方、ガス源２３２、２３６、及び２３８は、反応ガス源であり得る。一例では、第１のガス源２３２は酸素であり得、第３のガス源２３６（又は第２の反応ガス源）はオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）であり得、第４のガス源２３８（又は第３の反応ガス源）はシランであり得る。上記例では、ガス源バルブ２４２、２４６、及び２４８は、酸素源バルブ２４２、ＴＥＯＳ源バルブ２４６、及びシラン源バルブ２４８と称され得、反応ガス源フローライン２５２、２５６、及び２５８は、酸素フローライン２５２、ＴＥＯＳフローライン２５６、及びシランフローライン２５８と称され得る。したがって、図２に示すように、酸素源バルブ２４２、ＴＥＯＳ源バルブ２４６、シラン源バルブ２４８、及びキャリアガス源バルブ２４４は、バルブシステム２３０内の未使用の容積量を減らすために主フローライン２４０に沿って直列に配置される。
【００３２】
［００３９］更に図２を参照すると、第１のガス源バルブ２４２は、３つのポート２４３Ａ、２４３Ｂ、及び２４３Ｃを含む三方バルブであり得る。更に、第１のガス源バルブ２４２は、主フローライン２４０に対して通常開位置（例えば、フェイルセーフ開位置）にあり得る。例えば、第１のガス源バルブ２４２のポート２４３Ａ及び２４３Ｂは、主フローライン２４０に沿って配置され、第１のガス源バルブ２４２の第３のポート２４３Ｃは、第１のガス源フローライン２５２に沿って配置される。第１のガス源バルブ２４２は、ポート２４３Ａ及び２４３Ｂが開いて、主フローライン２４０に沿って第１のガス源バルブ２４２を介してガスが提供されるように、通常開位置にある。したがって、バルブ２４２が故障し、第３のポート２４３Ｃが閉じて、第１のガス源フローライン２５２からガスを提供することができない状況においてさえ、ガスは依然として主フローライン２４０内を流れることができる。次に、第１のガス源バルブ２４２を閉位置に切り替えて、第１のガス源フローライン２５２から処理チャンバ２００にガスを提供することができる。閉位置は、ガスが主フローライン２４０から第１のガス源バルブ２４２の第２のポート２４３Ｂを介して流れるのを防ぎ得る。通常開位置により、バルブが故障した場合や使用のために作動していない場合等に、バルブのデフォルト位置が確実に開いているようになる。
【００３３】
［００４０］第１のガス源バルブ２４２は、供給源開位置と供給源閉位置との間を移動するように構成される。供給源開位置では、第１のガス源２３２からのガスが主フローライン２４０に流れるように構成される。供給源閉位置では、第１のガス源２３２からのガスが第１のガス源ダイバータフローライン２６４に流れるように構成される。第１のガス源ダイバータフローライン２６４は、ガスが処理チャンバ２００に入らないように、ガスを第１のガス源２３２から迂回させる。一例では、第１のガス源ダイバータフローライン２６４は、ガスをスクラバ、フレア、貯蔵タンク、ガスをリサイクル又は再利用する機器の１又は複数に向けて、及び／又は第１のガス源２３２に向けて戻るように迂回させる。第２のガス源バルブ２４４は、供給源開位置と供給源閉位置との間を移動するように構成される。供給源開位置では、第２のガス源２３４からのガスが主フローライン２４０に流れるように構成される。供給源閉位置では、第２のガス源２３４からのガスが主フローライン２４０に流れるのが防止される。一例では、第１のガス源バルブ２４２が供給源開位置にあるとき、第２のガス源バルブ２４４は供給源開位置にある。
【００３４】
［００４１］更に、上述し、図２に示すように、複数の反応ガス源フローライン２５２、２５６、及び２５８が主フローライン２４０にガスを供給する場合、第２の反応ガス源バルブ２４６及び第３の反応ガス源バルブ２４８は、主フローライン２４０内の第１の反応ガス源バルブ２４２と同様に配置される。したがって、反応ガス源バルブ２４６及び２４８は、第２の反応ガス源バルブ２４６がポート２４７Ａ、２４７Ｂ、２４７Ｃを含み、第３の反応ガス源バルブ２４８がポート２４９Ａ、２４９Ｂ、２４９Ｃを含む三方バルブであり得る。反応ガス源バルブ２４６は、ポート２４７Ａ及び２４７Ｂが使用中に通常開いたままとなり、主フローライン２４０を介したガス流が可能になるように、通常開位置にあり得る。同様に、反応ガス源バルブ２４８は、ポート２４９Ａ及び２４９Ｂが使用中に通常開いたままとなり、主フローライン２４０を介したガス流が可能になるように、通常開位置にあり得る。
【００３５】
［００４２］更に、第２のガス源バルブ２４４は、第２のガス源２３４と主フローライン２４０とを流体的に結合させるための２方向バルブである。第２のガス源バルブ２４４は、第２のガス源２３４が主フローライン２４０に流れ込み続け得るように、通常開位置にある。第２のガス源バルブ２４４が全体としてキャリアガスの流れを制御しているため、通常開位置により、キャリアガスが主フローライン２４０に流れ又はポンプで送られて、反応ガスを主フローライン２４０から処理チャンバ２００へ確実に輸送する又は運ぶ。したがって、第１のガス源バルブ２４２が開いているときは、第２のガス源バルブ２４４も開いている。
【００３６】
［００４３］一例では、１又は複数のダイバータバルブ２６２及び２６６を使用して、バルブシステム２３０内の主フローライン２４０からガスを選択的に迂回させる。例えば、図２に示すように、第１のガスダイバータバルブ２６２を含む第１のガス源ダイバータフローライン２６４は、第１の反応ガスフローライン２５２に流体的に結合され、第２のガスダイバータバルブ２６６を含む第２のガス源ダイバータフローライン２６８は、第２の反応ガスフローライン２５６に流体的に結合される。第１のガスダイバータバルブ２６２は、第１のガス源ダイバータフローライン２６４に対して通常閉位置にあり得る。第２のガスダイバータバルブ２６６は、第２のガス源ダイバータフローライン２６８に対して通常閉位置にあり得る。
【００３７】
［００４４］第１のガスダイバータバルブ２６２は、第１の反応ガス源２３２からのガスが第１のガスダイバータバルブ２６２を介して第１のガス源ダイバータフローライン２６４に迂回するように開かれ得る（そして第１の反応ガスバルブ２４２は閉じられ得る）。この配置により、第１の反応ガス源２３２が、バルブシステム２３０内の主フローライン２４０から迂回する。同様に、第２のガスダイバータバルブ２６６は、第２の反応ガス源２３６からのガスが第２のガスダイバータバルブ２６６を介して第２のガス源ダイバータフローライン２６８に迂回するように開かれ得る（そして第２の反応ガス源バルブ２４６は閉じられ得る）この配置により、第２の反応ガス源２３６が、バルブシステム２３０内の主フローライン２４０から迂回する。第２のガス源ダイバータフローライン２６８は、ガスが処理チャンバ２００に入らないように、第２の反応ガス源２３６からガスを迂回させる。一例では、第２のガス源ダイバータフローライン２６８は、ガスをスクラバ、フレア、貯蔵タンク、ガスをリサイクル又は再利用する機器の１又は複数に向けて、及び／又は第２の反応ガス源２３６に向けて戻るように迂回させる。１又は複数のダイバータバルブ２６２及び２６６は、処理チャンバに提供されるガス及び／又はガスの量を迅速に変更することを容易にする。１又は複数のダイバータバルブ２６２及び２６６はまた、バルブシステム２３０を介して流れるガスの流量の変化を低減又は排除することを容易にする。
【００３８】
［００４５］ここで、本開示の一実装態様に係るバルブシステム３３０の斜視図である図３を参照する。バルブシステム３３０は、上記の図２に示すバルブシステム２３０と同様である、又はそのように使用され得、処理チャンバに結合されて１又は複数のガス源を処理チャンバに選択的に提供する主フローライン３４０を含む。主フローライン３４０に提供されるガスは、処理チャンバに流体的に結合された入口ポート３２０等を介して、処理チャンバに導入され得る。
【００３９】
［００４６］図３に、バルブシステム３３０内の主フローライン３４０を介してガス源を含む又は提供するために使用されるガスマニホールド３３５を示す。例えば、バルブシステム３３０は、ガスマニホールド３３５から処理チャンバ３００に１又は複数の反応ガス源又はキャリアガス源を提供するものとして示されている。バルブシステム３３０は、ガスマニホールド３３５から主フローライン３４０にガス源を提供するために主フローライン３４０に流体的に結合された１又は複数のガス源フローライン３５２、３５４、３５６、及び３５８を含む。
【００４０】
［００４７］第１のガス源バルブ３４２を介して主フローライン３４０に流体的に結合された第１のガス源フローライン３５２、及び第２のガス源バルブ３４４を介して主フローライン３４０に流体的に結合された第２のガス源フローライン３５４である。第１のガス源バルブ３４２及び第２のガス源バルブ３４４は、主フローライン３４０に沿って直列になるように配置される。第３のガス源フローライン３５６及び第４のガス源フローライン３５８はバルブシステム３３０内に含まれ、それぞれ、第３のガス源バルブ３４６及び第４のガス源バルブ３４８を介して主フローラインに流体的に結合される。上述した態様と同様に、ガス源バルブ３４２、３４４、３４６、及び３４８は、主フローライン３４０に沿って直列に配置される。
【００４１】
［００４８］第１のガス源ダイバータバルブ３６２は、第３のガス源フローライン３５６に沿って配置され、第２のガス源ダイバータバルブ３６６は、第４のガス源フローライン３５８に沿って配置される。上述した態様と同様に、第１及び第２のガス源ダイバータバルブ３６２及び３６６を使用して、ガスをそれぞれ第３及び第４のガス源フローライン３５６及び３５８から、そしてバルブシステム３３０から迂回させることが可能である。
【００４２】
［００４９］図３に示すバルブシステム３３０は斜視図であり、この図において、バルブシステム３３０のバルブ３４２、３４４、３４６、３４８、３６２、及び３６６は、１又は複数の導管を介して互いに流体的に結合されている。例えば、フローライン３５２、３５４、３５６、及び３５８のうちの１又は複数を収容するために使用される導管は、互いに溶接され、バルブ３４２、３４４、３４６、３４８、３６２、及び３６６に溶接されるステンレス鋼管等の管を含み得る。更に、Ｏリングシール等の１又は複数のシールを、バルブ３４２、３４４、３４６、３４８、３６２、及び３６６のうちの１又は複数とフローライン３５２、３５４、３５６、及び３５８との間等、バルブシステム３３０内に組み込んで、流体的な結合を容易にすることができる。
【００４３】
［００５０］図４は、本開示の一実装態様に係るバルブシステム４３０の斜視図である。図４は、ガスマニホールド４３５内に部分的に埋め込まれた主フローライン４４０を示し、主フローライン４４０は、入口ポート４２０を介して１又は複数のガス源を処理チャンバに選択的に提供する。バルブシステム４３０は、ガスマニホールド４３５から主フローライン４４０にガス源からのガスを提供するために主フローライン４４０に流体的に結合された複数のガス源フローライン４５２、４５４、４５６、及び４５８を含む。
【００４４】
［００５１］上述した態様と同様に、バルブシステム４３０は、第１のガス源フローライン４５２及び第２のガス源フローライン４５４を含む。第１のガス源フローライン４５２は、第１のガス源バルブ４４２を介して主フローライン４４０に流体的に結合される。第２のガス源フローライン４５４は、第２のガス源バルブ４４４を介して主フローライン４４０に流体的に結合される。第１のガス源フローライン４５２及び第２のガス源フローライン４５４は、第１のガス源バルブ４４２及び第２のガス源バルブ４４４を介して主フローライン４４０内に配置される。更に、第１のガス源バルブ４４２及び第２のガス源バルブ４４４は、主フローライン４４０に沿って直列になるように配置される。
【００４５】
［００５２］第３のガス源フローライン４５６及び第４のガス源フローライン４５８もまた、バルブシステム４３０内に含まれる。上述したように、ガス源フローライン４５２、４５４、４５６、及び４５８は、それぞれ、ガス源バルブ４４２、４４４、４４６、及び４４８を介して主フローライン４４０に流体的に結合される。したがって、また上記の態様と同様に、ガス源バルブ４４２、４４４、４４６、及び４４８は、主フローライン４４０に沿って直列に配置される。更に、第２のガス源フローライン４５４及び第２のガス源バルブ４４４がキャリアガスを処理チャンバに提供するために使用される場合、第２のガス源バルブ４４４は、ガス源バルブ４４２、４４６、及び４４８に対して上流に配置される。
【００４６】
［００５３］図４にも示すように、主フローライン４４０は、少なくとも部分的にガス源バルブ４４２、４４４、４４６、及び４４８を介して、及び少なくとも部分的にガスマニホールド４３５を介して形成され得る。例えば、主フローライン４４０は、第１の主フローライン部分４４０Ａ及び第２の主フローライン部分４４０Ｂに形成され得る。第１の主フローライン部分４４０Ａは、ガス源バルブ４４２、４４４、４４６、及び４４８内に形成され、それらを介して延在する。第２の主フローライン部分４４０Ｂは、ガスマニホールド４３５内に形成され、ガスマニホールド４３５を介して延在する。したがって、主フローライン４４０を介して流れるガスは、部分４４０Ａと４４０Ｂの間を流れ、ガス源フローライン４５２、４５４、４５６、及び４５８からのガスが処理チャンバに提供される。更に、ガス源フローライン４５２、４５４、４５６、及び４５８は、ガスマニホールド４３５内に形成され、ガスマニホールド４３５を介して延在して、ガス源バルブ４４２、４４４、４４６、４４８にそれぞれガスを提供するように図示されている。
【００４７】
［００５４］図５は、本開示の一実装態様に係るバルブシステム５３０の斜視図である。図５に、ガス源バルブ５４２、５４４、５４６、及び５４８がガスマニホールド５３５に取り付けられ、流体的に結合されたガスマニホールド５３５を示す。上述した態様と同様に、主フローラインは、ガスマニホールド５３５内に含まれ、入口ポート５２０を介して処理チャンバに１又は複数のガス源を選択的に提供する。ガス源ダイバータバルブ５６２Ａ、５６２Ｂ、及び５６２Ｃもまた、ガスマニホールド５３５に取り付けられ、流体的に結合されていること等によって、バルブシステム５３０に含まれる。ガス源ダイバータバルブ５６２Ａ、５６２Ｂ、及び５６２Ｂに結合されたダイバータバルブ流路は、ガスマニホールド５３５から出て、主フローラインから迂回するガス源からのガスを提供する。
【００４８】
［００５５］図６は、本開示の一実装態様に係るバルブシステム６３０の斜視図である。図６は、ガスマニホールド６３５内に部分的に埋め込まれた主フローライン６４０を示し、ガスマニホールド６３５において、主フローライン６４０は、入口ポート６２０を介して処理チャンバに１又は複数のガス源を選択的に提供する。バルブシステム６３０は、ガスマニホールド６３５から主フローライン６４０にガス源を提供するために主フローライン６４０に流体的に結合された複数のガス源フローライン６５２、６５４、６５６、及び６５８を含む。
【００４９】
［００５６］バルブシステム６３０は、２つ以上のガス源バルブを含む（３つを図示する）。図６に示す例では、第３のガス源バルブが取り外され、アダプタプレート６４６と交換されている。上記の例では、第３のガス源フローライン６５６は、主フローライン６４０に流体的に結合されていない。アダプタプレート６４６は、第３のガス源フローライン６５６を主フローライン６４０から流体的に切り離す、及び／又はガスが第３のガス源フローライン６５６から主フローライン６４０に流れるのを遮断する。しかしながら、アダプタプレート６４６を使用して、主フローライン６４０をアダプタプレート６４６内に形成し、アダプタプレート６４６を介して延在させ得る。更に、本開示の利点を有する当業者は、１又は複数のアダプタプレート６４６を任意のガス源バルブ位置の適所に配置できることを理解し得るであろう。図６に示すバルブシステム６３０の態様は、ガス源バルブ等のバルブシステム６３０の構成要素を迅速に交換及び／又は維持することを容易にする。アダプタプレート６４６等のバルブシステム６３０の態様はまた、処理チャンバに提供されるガス及び／又はガスの量を迅速に変更することを容易にする。
【００５０】
［００５７］図７及び図８は、バルブシステム及び処理チャンバ内に残っている残留ガスのフローモデルを提供する。具体的には、図７は、ガス源バルブを介して主フローライン７４０に流体的に結合されたガス源フローライン７５２、７５４、７５６、及び７５８を備えたバルブシステム７３０のフローモデルである。図示した例では、ガス源バルブ及びそれぞれのガス源フローライン７５２、７５４、７５６、及び７５８は、主フローライン７４０に沿って平行に配置されている。フローモデルは、約１０秒のパージ期間とそれに続く約１０秒のポンプ期間の後のバルブシステム７３０内の残留ガスを示す。図示したように、パージ及びポンプ期間にもかかわらず、かなりの量の残留ガスがガス源フローライン７５２、７５６、及び７５８内に蓄積し、不適合ガスの混合によるガス供給経路内での粒子形成又はダスティングにつながり得る。残留ガスはまた、主フローライン７４０の一部に蓄積する。この粒子形成は、不均一な基板及び基板の汚染につながり、これにより品質が低下し得る。
【００５１】
［００５８］更に、図８は、ガス源バルブを介して主フローライン８４０に流体的に結合されたガス源フローライン８５２、８５４、８５６、及び８５８を備えたバルブシステム８３０のフローモデルである。図８に示す例では、ガス源バルブ及びそれぞれのガス源フローライン８５２、８５４、８５６、及び８５８は、主フローライン８４０に沿って直列に配置されている。フローモデルは、ポンプ期間なしでわずか３秒のパージ期間の後でも、バルブシステム８３０内の残留ガスが少ないことを示す。図７と図８との間で示すように、主フローラインに直列に結合されたガス源バルブを有することで、ガスフローライン及びバルブシステム内の残留ガスの蓄積がより少なくなる。これにより、不適合ガスの混合が減少するため、ガス供給経路内での粒子形成又はダスティングの機会が減少する。更に、これにより、残留ガスを除去するために必要なパージ及びポンプ期間の数及び／又は長さを縮小される又は減少することによって、処理チャンバの時間効率が高まり得る。
【００５２】
［００５９］本開示の利点は、ガス供給経路内の残留ガス蓄積の大幅な減少を含む。残留ガスの蓄積が減少すると、ガス供給経路内の粒子形成が減少し、したがって基板生産の品質が向上し得る。更に、本開示の態様は、ガスサイクル間のパージ及びポンプ時間を短縮することができ、したがって、基板を処理するときの膜堆積工程間の移行時間が短縮し得る。したがって、本開示は、基板品質の歩留が向上した、より効率的で費用効果の高い基板処理システムに役立ち得る。
【００５３】
［００６０］前述の内容は本開示の態様を対象としているが、以下の特許請求の範囲によって決定されるその基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる態様を考案することが可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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