(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板の上面を均一に処理する方法を提供する。【解決手段】プロセス露出面の個別セクタ内にガス出口を有するシャワーヘッド電極103を含む半導体基板処理装置において半導体基板の上面を均一に処理する方法は、シャワーヘッド電極103の第１の個別セクタ1を通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、半導体基板の上面を処理することと、シャワーヘッドの第２の個別セクタを通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、半導体基板の上面を処理することとを含む。シャワーヘッドの第１の個別セクタ及び第２の個別セクタを通るガスの流れは、半導体基板の上面が均一に処理されるように時間平均される。【選択図】図１
2016105466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス露出面の複数の個別セクタ内にガス出口を有するシャワーヘッドを含む半導体基板処理装置において半導体基板の上面を均一に処理する方法であって、
前記シャワーヘッドの第１の個別セクタを通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、前記半導体基板の前記上面を処理することと、
前記シャワーヘッドの第２の個別セクタを通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、前記半導体基板の前記上面を処理することと、
を備え、
前記シャワーヘッドの前記第１の個別セクタ及び前記第２の個別セクタを通る前記ガスの流れは、前記半導体基板の前記上面が均一に処理されるように時間平均される、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
前記シャワーヘッドの第３の個別セクタを通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、前記半導体基板の前記上面を処理することを備え、
前記シャワーヘッドの前記第１の個別セクタ、前記第２の個別セクタ、及び前記第３の個別セクタを通る前記ガスの流れは、前記半導体基板の前記上面が均一に処理されるように時間平均される、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、更に、
前記シャワーヘッドの第４の個別セクタを通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、前記半導体基板の前記上面を処理することを備え、
前記シャワーヘッドの前記第１の個別セクタ、前記第２の個別セクタ、前記第３の個別セクタ、及び前記第４の個別セクタを通る前記ガスの流れは、前記半導体基板の前記上面が均一に処理されるように時間平均される、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
（ａ）各個別セクタは、内側ゾーン及び外側ゾーンを有し、前記方法は、処理中に各個別セクタの前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンを通る前記ガスの流量を独立に制御することを備える、又は
（ｂ）各個別セクタは、内側ゾーン、外側ゾーン、及びそれらの間の１つ以上の中間ゾーンを有し、前記方法は、処理中に各個別セクタの前記内側ゾーン、前記外側ゾーン、及び前記１つ以上の中間ゾーンを通る前記ガスの流量を独立に制御することを備える、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、
各個別セクタは、内側ゾーン及び外側ゾーンを有し、
処理中に、ガスが流されている前記第１の個別セクタ、前記第２の個別セクタ、前記第３の個別セクタ、又は前記第４の個別セクタの内側ゾーン又は外側ゾーンのいずれかを通る前記ガスの流れが間欠的に遮断される、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、
（ａ）同じ流量の同じガスが、前記第１の個別セクタ、前記第２の個別セクタ、前記第３の個別セクタ、及び前記第４の個別セクタに同じ流量で間欠的に供給される、又は
（ｂ）異なる流量の同じガスが、前記第１の個別セクタ、前記第２の個別セクタ、前記第３の個別セクタ、及び前記第４の個別セクタに変動流量で間欠的に供給される、方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法であって、
（ａ）前記第１の個別セクタ及び前記第２の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第３の個別セクタ及び前記第４の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
（ｂ）前記第２の個別セクタ及び前記第３の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第４の個別セクタ及び前記第１の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
（ｃ）前記第３の個別セクタ及び前記第４の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第１の個別セクタ及び前記第２の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
（ｄ）前記第４の個別セクタ及び前記第１の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第２の個別セクタ及び前記第３の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
を備える方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記（ａ）〜（ｄ）を繰り返す、方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法であって、
（ａ）前記第１の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第２の個別セクタ、前記第３の個別セクタ、及び前記第４の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
（ｂ）前記第２の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第３の個別セクタ、前記第４の個別セクタ、及び前記第１の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
（ｃ）前記第３の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第４の個別セクタ、前記第１の個別セクタ、及び前記第２の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
（ｄ）前記第４の個別セクタを通してガスを流す一方で、前記第１の個別セクタ、前記第２の個別セクタ、及び前記第３の個別セクタを通るガスの流れを阻むことと、
を備える方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記（ａ）〜（ｄ）を繰り返す、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
前記シャワーヘッドは、シャワーヘッド電極であり、前記処理は、前記半導体基板の前記上面をプラズマエッチングすることを含む、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法にしたがったプラズマ処理装置の制御のためのプログラム命令を備える非一過性のコンピュータ機械読み取り可能媒体。
【請求項１３】
プロセス露出面の複数の個別セクタ内にガス出口を有するシャワーヘッドを含む半導体基板処理装置において半導体基板の上面を均一に処理する方法であって、
前記個別セクタの１つ以上を通してガスを順次流す一方で、少なくとも１つの他の個別セクタを通るガスの流れを阻むことであって、前記個別セクタを通して流される前記ガスは、前記半導体基板の前記上面が均一に処理されるように時間平均される、ことを備える方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記シャワーヘッドは、シャワーヘッド電極であり、前記処理は、前記半導体基板の前記上面をプラズマエッチングすることを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、
（ａ）各個別セクタは、内側ゾーン及び外側ゾーンを有し、前記方法は、処理中に各個別セクタの前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンを通る前記ガスの流量を独立に制御することを備える、又は
（ｂ）各個別セクタは、内側ゾーン、外側ゾーン、及びそれらの間の１つ以上の中間ゾーンを有し、前記方法は、処理中に各個別セクタの前記内側ゾーン、前記外側ゾーン、及び前記１つ以上の中間ゾーンを通る前記ガスの流量を独立に制御することを備える、方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、
各個別セクタは、内側ゾーン及び外側ゾーンを有し、前記方法は、任意の個別セクタの内側ゾーン又は外側ゾーンのいずれかを通る前記ガスの流れを間欠的に遮断することを備える方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、
（ａ）前記ガスは、同じ長さの時間にわたって個別セクタを通して間欠的に流される、又は
（ｂ）前記ガスは、異なる長さの時間にわたって個別セクタを通して間欠的に流される、方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、
（ａ）ガスは、第１の個別セクタの内側ゾーン及び前記第１の個別セクタに隣接した第２の個別セクタの外側ゾーンを通して間欠的に供給される、
（ｂ）同じ流量の同じガスが、前記個別セクタを通して間欠的に供給される、並びに／又は
（ｃ）ガスは、前記シャワーヘッドの、異なる組み合わせの個別セクタを通して順次流される、方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、
各個別セクタは、内側ゾーン及び外側ゾーンを有し、前記方法は、第１の個別セクタの外側ゾーン及び前記第１の個別セクタに隣接した第２の個別セクタの内側ゾーンを通る前記ガスの流れを間欠的に遮断することを備える方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法にしたがったプラズマ処理装置の制御のためのプログラム命令を備える非一過性のコンピュータ機械読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される実施形態は、半導体基板処理装置の真空チャンバにおいて半導体基板を均一に処理するためにシャワーヘッドの複数の個別セクタを通してガスを注入する方法に関し、半導体基板処理装置の真空チャンバにおいて半導体基板を均一に処理するためにシャワーヘッドの個別セクタを通してガスを順次注入する方法に特に用途を見いだされる。
［背景技術］
半導体構造は、真空チャンバと、該チャンバにプロセスガスを供給するガスソースと、プロセスガスからプラズマを発生させるエネルギソースとを含む、プラズマ処理装置などの半導体基板処理装置において処理される。半導体構造は、このような装置において、ドライエッチングプロセス、ウェットエッチングプロセス、金属材料、誘電体材料、及び半導体材料の化学気相蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着、又はプラズマ支援化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）などの堆積プロセス、並びにレジスト剥離プロセスなどの技術によって処理される。これらの処理技術では、様々なプロセスガスが使用され、様々な材料の半導体構造が処理される。
【発明の概要】
【０００２】
本明細書において開示されるのは、半導体基板処理装置において半導体基板の上面を均一に処理する方法である。半導体基板処理装置は、プロセス露出面の複数の個別セクタ内にガス出口を有するシャワーヘッドを含む。方法は、シャワーヘッドの第１の個別セクタを通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、半導体基板の上面を処理することと、シャワーヘッドの第２の個別セクタを通してガスを流す一方で、隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、半導体基板の上面を処理することとを含む。シャワーヘッドの第１の個別セクタ及び第２の個別セクタを通るガスの流れは、半導体基板の上面が均一に処理されるように時間平均される。
【０００３】
やはり本明細書において開示されるのは、半導体基板処理装置において半導体基板の上面を均一に処理する方法である。半導体基板処理装置は、プロセス露出面の個別セクタ内にガス出口を有するシャワーヘッドを含む。方法は、シャワーヘッドの個別セクタの１つ以上を通してガスを順次流す一方で、少なくとも１つのその他の個別セクタを通るガスの流れを阻むことを含み、個別セクタを通して流されるガスは、半導体基板の上面が均一に処理されるように時間平均される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本明細書において開示される実施形態にしたがって使用可能であるプラズマ処理装置を示した概略図である。
【０００５】
【図２Ａ】本明細書において開示される実施形態にしたがったシャワーヘッドの個別セクタを通して順次ガスを注入するプロセス工程を示した図である。
【図２Ｂ】本明細書において開示される実施形態にしたがったシャワーヘッドの個別セクタを通して順次ガスを注入するプロセス工程を示した図である。
【図２Ｃ】本明細書において開示される実施形態にしたがったシャワーヘッドの個別セクタを通して順次ガスを注入するプロセス工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の詳細な説明では、本明細書において開示されるシステム、装置、及び方法の完全な理解を与えるために、数々の具体的詳細が明記される。しかしながら、当業者にならば明らかなように、本実施形態は、これらの具体的詳細を伴わずとも、又は代替の要素若しくはプロセスを使用することによって、実施可能である。また、本明細書において開示される実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知のプロセス、手順、及び／又はコンポーネントの詳細な説明は省かれている。図中の類似の数字は、類似の要素を示している。本明細書において使用される「約」という用語は、±１０％を意味する。
【０００７】
半導体基板処理装置の基準の１つは、処理均一性の向上であり、これには、半導体基板表面に対する処理結果の均一性はもちろん、名目上同じ入力パラメータによって処理される一連の基板の処理結果の均一性も含まれる。基板上における均一性の絶え間ない向上が望まれている。なかでも特に、均一性、一貫性、及び自己診断性が向上されたプラズマチャンバが求められている。
【０００８】
ＲＦ電力（例えば、プラズマ処理装置の真空チャンバ内におけるプラズマ密度）の空間的変動、温度（例えば、処理されている半導体基板の上面若しくは周囲のチャンバ部品における温度）、並びに／又は化学種（化学反応及び化学的不均一性に由来する活性及び非活性の分子及び副生成物）によって、不均一な半導体基板処理が引き起こされる恐れがある。本明細書において開示される方法の実施形態は、半導体基板が更に均一に処理される（例えばプラズマエッチングされる）ように、半導体基板の処理中における化学的均一性を向上させる。好ましい一実施形態では、化学的均一性を向上させるために、半導体基板の上方に配されたシャワーヘッドを通して半導体基板処理装置の真空チャンバにガスが注入可能であり、この場合、シャワーヘッドは、半導体基板の上面に均一にガスを注入するために、均一な穴パターンを含むことができる。
【０００９】
シャワーヘッドを通して対称的にガスが注入されるゆえに、シャワーヘッドの中心を通して半導体基板の中心に向かって注入されたガスは、シャワーヘッドの中心から半径方向外側に向かって注入されたガスよりも長い滞在時間を有する。滞在時間が長くなるのは、ガスが、半導体基板の中心から半径方向外側に向かって半導体基板の上面を流れてそこで真空ポンプによって真空チャンバから除去されなければならないゆえである。また、ガスは、半導体基板の縁まで流れてそこで真空チャンバから除去される必要があるので、半導体基板の縁では、半導体基板の縁よりも半径方向に内側の部分よりも副生成物の割合が高くなる。半導体基板の処理中に真空チャンバに供給されるガスの流路は、処理された半導体基板の臨界寸法（ＣＤ）を「Ｗ」字型にする。すなわち、処理された半導体基板の中心にピークが形成され、処理された半導体基板の半径半ばに低領域が形成され、処理された半導体基板の縁に高領域が形成される。
【００１０】
化学的不均一性は、シャワーヘッドのプロセス露出面（例えばプラズマ露出面）に形成された複数の個別セクタ内に配された異なる出口を通してガスを注入すること、及びシャワーヘッドの複数の個別セクタを通したガスの注入を時間的に順序付けることによって、軽減することができる。したがって、処理されている半導体基板の上面の各領域は、時間平均にして同程度又は等しい滞在時間（又はガス流量）を有し、したがって、時間平均された化学的均一性も、更に優れたものになる。好ましくは、複数の個別セクタは、シャワーヘッドの中心周りに配置される。
【００１１】
半導体基板処理装置は、プラズマを発生させるためにＲＦエネルギ、マイクロ波エネルギ、磁場などを使用するエネルギソースを含む、低密度、中密度、又は高密度プラズマリアクタなどの、プラズマ処理装置であってよい。例えば、高密度プラズマは、誘導結合プラズマチャンバとしても知られるトランス結合プラズマ（ＴＣＰ（商標））チャンバ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマリアクタ、容量型放電リアクタ、容量結合プラズマ処理チャンバなどにおいて発生させることができる。ガス供給配送構成の実施形態が使用可能である代表的なプラズマリアクタとして、カリフォルニア州フリーモント所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な２３００Ｅｘｃｅｌａｎ（商標）プラズマリアクタなどの、Ｅｘｅｌａｎ（商標）プラズマリアクタが挙げられる。一実施形態では、本明細書において開示されるようなプラズマ処理システムは、真空チャンバを含むことができ、該真空チャンバは、その中のガス注入システムがガス分配板である誘導結合プラズマ処理チャンバ、或いはガス注入システムがシャワーヘッド電極であってよい容量結合プラズマ処理チャンバを含むことができる。本明細書において使用される「シャワーヘッド」という用語は、シャワーヘッド電極又はガス分配板を言うことができる。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入れた基板サポートに、複数の周波数が印加可能である。或いは、二重周波数プラズマリアクタでは、基板サポートと、プラズマ発生領域を形成するために半導体基板から隔てられたシャワーヘッド電極などの電極とに、異なる周波数が印加可能である。
【００１２】
例えば、図１は、本明細書において開示される実施形態を実施するように動作可能である平行平板型容量結合プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極アセンブリ１００の半分を示している。シャワーヘッド電極アセンブリ１００は、シャワーヘッド電極１０３と、該シャワーヘッド電極１０３に固定された随意の裏当て部材１０２と、熱制御板１０１と、真空チャンバ１２の上壁を形成する上板１１１とを含む。シャワーヘッド電極アセンブリ１００のシャワーヘッド電極１０３は、真空チャンバ１２内に配された基板サポート１６０の上方に位置決めされる。基板サポート１６０は、その上面で半導体基板１６２（例えば半導体ウエハ）を支えて静電的に把持するように動作可能であるように、静電把持電極（不図示）を埋め込まれている。半導体基板１６２の処理中のエッチング均一性を向上させるために、半導体基板１６２の周囲にエッジリング１６３が装着されてよい。基板サポート１６０の上面は、そこで支えられている半導体基板１６２の裏側にヘリウムを供給するための溝を含むことができる。基板の裏側にヘリウムを供給するための溝を含む基板サポートの詳細は、参照によって本明細書にその全体を組み込まれる共同所有の米国特許第７，８６９，１８４号に見いだされる。基板サポート１６０は、その上面まで半導体基板を降下させるように及びその上面から半導体基板を持ち上げるように動作可能であるリフトピンアセンブリも含むことができる。基板サポートのためのリフトピンアセンブリの詳細は、参照によって本明細書にその全体を組み込まれる共同所有の米国特許第８，８４０，７５４号に見いだされる。
【００１３】
上板１１１は、プラズマエッチング真空チャンバなどの真空チャンバ１２の、着脱式の上壁を形成することができる。図に示されるように、シャワーヘッド電極１０３は、内側電極部材１０５と、随意の外側電極部材１０７とを含むシャワーヘッド電極であってよい。内側電極部材１０５は、通常は、単結晶ケイ素で作成される。必要に応じて、内側電極１０５及び外側電極１０７は、ＣＶＤ炭化ケイ素、単結晶ケイ素、又は酸化アルミニウムなどを含むケイ素ベースの電極材料などのその他の適切な材料などを一体成形して作成することができる。シャワーヘッド電極１０３は、複数の個別セクタを含むプラズマ露出面１１８を含み（図２Ａ〜２Ｃを参照せよ）、ガスは、ガス供給配送構成５００によって個別セクタの出口１１３を通して独立に供給可能である。
【００１４】
ガス供給配送構成５００は、プラズマエッチングプロセスなどのプラズマ処理中に、シャワーヘッド電極アセンブリ１００のシャワーヘッド電極１０３の各個別セクタの下にある半導体基板１６２の上面のそれぞれのゾーンにガスを分配するために、シャワーヘッド電極１０３の個別セクタのガス出口１１３を通して真空チャンバ１２に制御可能で且つ調整可能なガス配送を提供することができる。ガス供給配送構成５００は、１つ以上のガス供給部のそれぞれと流体連通している１つ以上の質量流量コントローラ（ＭＦＣ）、１つ以上の圧力変換器及び／又は圧力調整器、ヒータ、１つ以上のフィルタ又は清浄器、ガス開閉部、ガス分流器、遮断弁などの、一連のガス分配・制御コンポーネントを含むことができる。所定のガス供給配送構成に使用されるコンポーネントは、ガス供給配送構成の設計及び意図される用途に応じて可変である。半導体処理構成の一実施形態では、ガス供給ライン、ガス分配コンポーネント、及び混合多岐管を通じて１７を超えるガスが処理チャンバにつながれてよい。これらのコンポーネントは、「ガスパネル」又は「ガスボックス」として知られる完成システムを形成している底板に取り付けられる。ガス開閉部の代表的な一実施形態が、参照によって本明細書にその全体を組み込まれる共同所有の米国特許第８，７７２，１７１号に見いだされる。
【００１５】
一実施形態では、ガス配送構成５００は、シャワーヘッド電極１０３の各個別セクタにガスを供給するように動作可能であるそれぞれのガスラインを含む。ガス配送構成５００の各ガスラインは、シャワーヘッド電極１０３の各個別セクタの２つ以上の放射状ゾーンにガスが独立に配送可能であるように、分岐させることができる。ガスは、ガスラインを通してシャワーヘッド電極アセンブリ１００のそれぞれのプレナムに供給可能であり、各プレナムは、半導体基板１６２のプラズマ処理中に半導体基板１６２の上面のそれぞれのゾーンにガスが分配可能であるように、シャワーヘッド電極１０３の一個別セクタ又は各個別セクタの一放射状ゾーンに対応している。
【００１６】
例えば、図１に示されるように、ガス配送構成５００は、ガスライン５１０を含み、ガスライン５１０を通して供給されるガスは、シャワーヘッド電極１０３の第１の個別セクタ１のガス出口１１３を通して真空チャンバ１２に配送される。ガスライン５１０は、内側ガスライン５１１ａと、外側ガスライン５１１ｂとに分岐される。内側ガスライン５１１ａは、シャワーヘッド電極１０３の第１の個別セクタ１の内側（放射状）ゾーン１ａのガス出口を通して真空チャンバ１２にガスを供給するように動作可能であり、外側ガスライン５１１ｂは、第１の個別セクタ１の外側（放射状）ゾーン１ｂのガス出口を通して真空チャンバ１２にガスを供給するように動作可能である。内側ガスライン５１１ａ及び外側ガスライン５１１ｂは、真空チャンバ１２内における処理中に第１の個別セクタ１の内側ゾーン１ａ及び外側ゾーン１ｂを通して半導体基板１６２の上面に配送されるガスの流量が独立に制御可能であるように、それぞれ、対応する弁５０１ａ及び５０１ｂを含むことができる。コントローラ５０５は、弁５０１ａ及び５０１ｂを制御するように、並びにそれによって内側ガスライン５１１ａ及び外側ガスライン５１１ｂのそれぞれを通るガスの流れを制御するように、動作可能である。一実施形態では、ガスは、ガス配送構成５００の内側ガスライン５１１ａ及び外側ガスライン５１１ｂによって、シャワーヘッド電極アセンブリ１００に含まれるそれぞれのプレナム５５１ａ及び５５１ｂに供給可能であり、プレナム５５１ａ及び５５１ｂは、第１の個別セクタ１の内側ゾーン１ａ及び外側ゾーン１ｂに対応している。更なる実施形態では、シャワーヘッド電極１０３の各個別セクタは、内側ゾーン、中間ゾーン、及び外側ゾーンを含む３つの放射状ゾーン、或いは内側ゾーン、外側ゾーン、及びそれらの間の２つ以上の中間ゾーンを含む４つ以上のゾーンのように、３つ以上の放射状ゾーンに分けることができ、各個別セクタの各ゾーンを通る流量を制御するために、それぞれ対応する弁が使用可能である。
【００１７】
本明細書において開示される方法にしたがって処理することができる代表的な誘電体材料は、例えば、フッ素化酸化ケイ素などのドープされた酸化ケイ素、二酸化ケイ素などの非ドープの酸化ケイ素、スピンオンガラス、ケイ酸塩ガラス、ドープされた又は非ドープの熱酸化ケイ素、ドープされた又は非ドープのＴＥＯＳ堆積酸化ケイ素などである。誘電体材料は、選択されたｋ値を有する低ｋ材料であってよい。このような誘電体材料は、多結晶ケイ素、並びにアルミニウム、銅、チタン、タングステン、モリブデン、及びそれらの合金などの金属、並びに窒化チタンなどの窒化物、並びにケイ素化チタン、ケイ素化タングステン、及びケイ素化モリブデンなどの金属ケイ素化物などの、導電性又は半導体層を覆うことができる。例えば、多工程エッチングプロセス中に処理される各種の層を含む多層の膜積層体（半導体基板）が、参照によって本明細書にその全体を組み込まれる共同所有の米国特許第８，６６８，８３５号に開示されている。
【００１８】
ガス供給配送構成５００に含まれるガスソースの数は、特定の数に限定されないが、少なくとも２つの異なるガスソースを含むことが好ましい。例えば、ガス供給配送構成５００は、最大１７のガスソースのように、ガスパネル及び対応するＭＦＣを通じてガス分流器とそれぞれ流体連通している８を超える又は８未満のガスソースを含むことができる。それぞれのガスソースによって提供可能な様々なガスには、Ｏ2、Ａｒ、Ｈ2、Ｃｌ2、Ｎ2などの単一ガスはもちろん、ＣＦ4、ＣＨ3Ｆなどのガス状のフッ化炭素及び／又はフッ化炭化水素化合物がある。一実施形態では、プロセスチャンバは、プラズマ処理エッチングチャンバであり、ガスソースは、（任意の適切な順番で）Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2、Ｃｌ2、ＣＦ3、ＣＦ4、Ｃ4Ｆ8、及びＣＨ3Ｆ又はＣＨＦ3を供給することができる。それぞれのガスソースによって供給される具体的なガスは、プラズマ処理チャンバにおいて実施される予定の例えば特定のドライエッチングプロセス及び／又は材料堆積プロセスなどの所望のプロセスに基づいて選択可能であり、これは、処理される半導体基板の上面の具体的な材料組成によって決定される。ガス供給配送構成５００は、エッチングプロセスを実施するために提供可能であるガスの選択に関して広い多様性を提供することができる。ガス供給配送構成５００は、ガス組成を調整するために、少なくとも１つの調節用ガスソースも含むことが好ましい。調節用ガスは、Ｏ2、又はアルゴンなどの不活性ガス、又はＣ4Ｆ8を例とするフッ化炭素ガス若しくはフッ化炭素水素ガスなどの反応性ガスであってよい。
【００１９】
本明細書において開示される本実施形態は、プラズマ処理装置などの半導体基板処理装置において半導体基板の上面を均一に処理する方法を含む。プラズマ処理装置は、プロセス露出面の個別セクタ内にガス出口を有するシャワーヘッドを含む。方法は、シャワーヘッドの第１の個別セクタを通してガスを流す一方で、第１の個別セクタに隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、半導体基板の上面を処理することと、シャワーヘッドの第２の個別セクタを通してガスを流す一方で、第２の個別セクタに隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって、半導体基板の上面を処理することとを含む。シャワーヘッドの第１の個別セクタ及び第２の個別セクタを通るガスの流れは、半導体基板の上面が均一に処理されるように時間平均される。
【００２０】
一実施形態では、シャワーヘッドは、第３の個別セクタを含むことができ、半導体基板の上面は、シャワーヘッドの第３の個別セクタを通してガスを流す一方で、第３の個別セクタに隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって処理可能であり、第１、第２、及び第３の個別セクタを通したガスの流れは、半導体基板の上面が均一に処理されるように時間平均される。更なる一実施形態では、シャワーヘッドは、第４の個別セクタを含むことができ、半導体基板の上面は、シャワーヘッドの第４の個別セクタを通してガスを流す一方で、第４の個別セクタに隣接した個別セクタを通るガスの流れを阻むことによって処理可能であり、第１、第２、第３、及び第４の個別セクタを通したガスの流れは、半導体基板の上面が均一に処理されるように時間平均される。
【００２１】
例えば、図２Ａ〜２Ｃは、シャワーヘッドのプロセス露出面の４つの個別セクタ１、２、３、及び４を通してガスが供給される方法工程を示している。一実施形態では、各個別セクタ１、２、３、及び４は、それぞれの内側及び外側ゾーン１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂを含むことができる。個別セクタの内側及び外側ゾーンを通して供給されるガスの流量は、処理中に独立に制御可能である。例えば、もし、内側ゾーンへ流れるガスが少なく、外側ゾーンへ流れるガスが多いならば、内側ゾーンでは、流量及び圧力の勾配が低減され、外側ゾーンでは、多い分のプロセスガスが外側ゾーン内の副生成物に取って代わることができる。更なる一実施形態では、ガスは、処理中にガスが通される第１、第２、第３、又は第４の個別セクタ１、２、３、又は４の内側ゾーン又は外側ゾーンのいずれかを通る流れを間欠的に遮断される。
【００２２】
図２Ａは、本明細書において開示される一実施形態にしたがったシャワーヘッドのプロセス露出面の４つの個別セクタ１、２、３、及び４を通してガスが順次供給される方法工程を示している。方法は、工程３２０において、第１の個別セクタ１を通してガスを流す一方で、第２、第３、及び第４の個別セクタ２、３、及び４を通るガスの流れを阻むことを含む。工程３２１では、ガスは、第２の個別セクタ２を通して流される一方で、第３、第４、及び第１の個別セクタ３、４、及び１を通る流れを阻まれる。工程３２２では、ガスは、第３の個別セクタ３を通して流される一方で、第４、第１、及び第２の個別セクタ４、１、及び２を通る流れを阻まれる。工程３２３では、ガスは、第４の個別セクタ４を通して流される一方で、第１、第２、及び第３の個別セクタ１、２、及び３を通る流れを阻まれる。一実施形態では、工程３２０〜３２３は、プロセスレシピが完了するまで１回以上にわたって繰り返し可能である。
【００２３】
図２Ｂの方法工程によって示されるような一実施形態では、ガスは、所定時に２つ以上の個別セクタを通して順次流すことができる。例えば、工程３００は、ガスが、第１及び第２の個別セクタ１及び２を通して流される一方で、第３及び第４の個別セクタ３及び４を通る流れを阻まれることを示している。工程３０１では、ガスは、第２及び第３の個別セクタ２及び３を通して流される一方で、第４及び第１の個別セクタ４及び１を通る流れを阻まれる。工程３０２では、ガスは、第３及び第４の個別セクタ３及び４を通して流される一方で、第１及び第２の個別セクタ１及び２を通る流れを阻まれる。工程３０３では、ガスは、第４及び第１の個別セクタ４及び１を通して流される一方で、第２及び第３の個別セクタ２及び３を通る流れを阻まれる。一実施形態では、工程３００〜３０３は、プロセスレシピが完了するまで１回以上にわたって繰り返し可能である。
【００２４】
図２Ｃの方法工程によって示されるような一実施形態では、ガスは、所定時に２つ以上の個別セクタを通して順次流すことができ、ここでは、ガスは、処理中にガスが通される第１、第２、第３、又は第４の個別セクタ１、２、３、又は４の内側ゾーン又は外側ゾーンのいずれかを通る流れを間欠的に遮断される。例えば、工程３１０は、ガスが、第１の個別セクタ１の内側ゾーン１ａ、第２の個別セクタ２、及び第３の個別セクタ３の外側ゾーン３ｂを通して流される一方で、第１の個別セクタ１の外側ゾーン１ｂ、第３の個別セクタ３の内側ゾーン３ａ、及び第４の個別セクタ４を通る流れを阻まれることを示している。工程３１１では、ガスは、第２の個別セクタ２の内側ゾーン２ａ、第３の個別セクタ３、及び第４の個別セクタ４の外側ゾーン４ｂを通して流される一方で、第２の個別セクタ２の外側ゾーン２ｂ、第４の個別セクタ４の内側ゾーン４ａ、及び第１の個別セクタ１を通る流れを阻まれる。工程３１２では、ガスは、第３の個別セクタ３の内側ゾーン３ａ、第４の個別セクタ４、及び第１の個別セクタ１の外側ゾーン１ｂを通して流される一方で、第３の個別セクタ３の外側ゾーン３ｂ、第１の個別セクタ１の内側ゾーン１ａ、及び第２の個別セクタ２を通る流れを阻まれる。工程３１３では、ガスは、第４の個別セクタ４の内側ゾーン４ａ、第１の個別セクタ１、及び第２の個別セクタ２の外側ゾーン２ｂを通して流される一方で、第４の個別セクタ４の外側ゾーン４ｂ、第２の個別セクタ２の内側ゾーン２ａ、及び第１の個別セクタ１を通る流れを阻まれる。一実施形態では、工程３１０〜３１３は、プロセスレシピが完了するまで１回以上にわたって繰り返し可能である。
【００２５】
図２Ａ〜２Ｃに示された実施形態のような、本明細書において開示される方法の実施形態にしたがうと、同じ流量の同じガスが、第１、第２、第３、及び第４の個別セクタ１、２、３、及び４に同じ流量で間欠的に供給可能である。代替の一実施形態では、異なる流量の同じガスが、第１、第２、第３、及び第４の個別セクタ１、２、３、及び４に変動流量で間欠的に供給可能である。更なる一実施形態では、異なるガスが、第１、第２、第３、及び第４の個別セクタ１、２、３、及び４の１つ以上を通して同じ流量又は変動流量で供給可能である。
【００２６】
一実施形態では、方法は、個別セクタの１つ以上を通してガスを順次流す一方で、少なくとも１つのその他の個別セクタを通るガスの流れを阻むことを含むことができ、個別セクタを通して流されるガスは、半導体基板の上面が均一に処理されるように時間平均される。説明されたように、各個別セクタは、内側ゾーン及び外側ゾーンを含むことができ、本明細書において開示される方法の実施形態は、処理中に各個別セクタの内側ゾーン及び外側ゾーンを通るガスの流量を独立に制御することを含むことができる。一実施形態では、ガスは、任意の個別セクタの内側ゾーン又は外側ゾーンのいずれかを通る流れを間欠的に遮断されることが可能である。好ましい一実施形態では、ガスは、第１の個別セクタの内側ゾーン、及び第１の個別セクタに隣接する第２の個別セクタの外側ゾーンを通して間欠的に供給可能であり、第１の個別セクタの外側ゾーン及び／又は第２の個別セクタの内側ゾーンは、そこを通したガスの供給を阻むことができる。
【００２７】
ガスは、同じ長さの時間にわたって個別セクタを通して間欠的に流されることが可能である、或いは、ガスは、異なる長さの時間にわたって個別セクタを通して間欠的に流されることが可能である。好ましくは、ガスは、個別セクタを通して順次流され、この手順には、約１秒の時間がかかる。代替の実施形態では、手順は、１秒未満又は１秒を超える時間がかかってよい。一実施形態では、ガスは、シャワーヘッドの、異なる組み合わせの個別セクタを通して順次流される。例えば、隣り合う個別セクタの組み合わせを通してガスが順次流されてよい、或いは１つ以上の個別セクタによって隔てられた２つの個別セクタを通してガスが順次流されてよい。
【００２８】
本明細書において開示されるような方法の実施形態を実施するように動作可能である半導体基板処理装置１００及び関連のガス供給配送構成５００は、半導体ウエハ又は半導体基板の処理の前、最中、及び後におけるそれらの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と称されてよく、１つ又は複数のシステムの様々なコンポーネント又は副部品を制御することができる。例えば、図１に示されるように、半導体基板処理装置１００及び／又はガス供給配送構成５００は、コントローラ５０５を関係付けられている。コントローラ５０５は、処理要件及び／又は半導体基板処理装置１００のタイプに応じ、処理ガスの供給、温度の設定（加熱及び／若しくは冷却）、圧力の設定、真空の設定、電力の設定、高周波数（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数の設定、流量の設定、流体配送の設定、位置及び動作の設定、特定のシステムに接続された若しくはインターフェース接続されたツール及びその他の移送ツール及び／若しくはロードロックに対してウエハを出入りさせるウエハ移送などの、本明細書において開示される任意のプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
【００２９】
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、終点測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、及び／又はソフトウェアを有する電子機器として定義可能である。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形態をとるチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定められたチップ、及び／又はプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含んでいてよい。プログラム命令は、様々な個別設定（又はプログラムファイル）の形態でコントローラに伝達されて、半導体ウエハに対して又はシステムのために特定のプロセスを実行に移すための動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、一部の実施形態では、１枚以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、及び／又はウエハダイの製作における１つ以上の処理工程を実現するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【００３０】
コントローラ５０５は、一部の実現形態では、システムと一体化された、システムに接続された、それ以外の形でシステムにネットワーク接続された、又はそれらを組み合わせた、コンピュータの一部であってよい、又はそのようなコンピュータに接続されていてよい。例えば、コントローラは、「クラウド」、すなわちファブホストコンピュータシステムの全体若しくは一部の中にあってよく、これは、ウエハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、製作動作の現進行状況を監視する、過去の製作動作の履歴を調査する、複数の製作動作から傾向若しくは性能基準を調査する、現処理のパラメータを変更する、現処理を追跡するための処理工程を設定する、又は新しいプロセスを開始させるために、システムへの遠隔アクセスを可能にすることができる。一部の例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワーク又はインターネットなどのネットワークを通じてシステムにプロセスレシピを提供することができる。遠隔コンピュータは、パラメータ及び／又は設定の入力又はプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてよく、これらのパラメータ及び／又は設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝達される。一部の例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のためのパラメータを指定するデータの形式で命令を受信する。なお、パラメータは、実施されるプロセスのタイプに、及びコントローラがインターフェース接続されるように又は制御するように構成されたツールのタイプに特有であってよいことが理解されるべきである。したがって、上述のように、コントローラ５０５は、ネットワークによって結ばれて本明細書において説明されるプロセス及び制御などの共通の目的に向かって作業する１つ以上の個別のコントローラを含むなどによって分散されてよい。このような目的のための分散コントローラの一例として、（プラットフォームレベル（すなわちプラズマ処理装置１００）に又は遠隔コンピュータの一部として）遠隔設置されてチャンバにおけるプロセスを制御するために組み合わさる１つ以上の集積回路と通信するチャンバ上の１つ以上の集積回路が挙げられる。
【００３１】
代表的な半導体基板処理装置１００としては、制限なしに、プラズマエッチングチャンバ若しくはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバ若しくは堆積モジュール、スピンリンスチャンバ若しくはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバ若しくは金属めっきモジュール、洗浄チャンバ若しくは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバ若しくはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ若しくはＰＶＤモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ若しくはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ若しくはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバ若しくはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバ若しくはイオン注入モジュール、追跡チャンバ若しくは追跡モジュール、並びに半導体ウエハの製作及び／若しくは製造に関係付けられる若しくは使用されるその他の任意の半導体処理装置又は半導体処理システムが挙げられる。
【００３２】
上記のように、半導体基板処理装置１００によって実施される１つ又は複数の処理工程に応じ、そのコントローラ５０５は、その他のツール回路若しくはツールモジュール、その他のツールコンポーネント、クラスタツール、その他のツールインターフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場の随所にあるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、又は半導体製造工場におけるツールの場所及び／若しくは装填ポートにウエハ入りの容器を出し入れする材料輸送に使用されるツールのうちの、１つ以上と通信するかもしれない。好ましくは、非一過性のコンピュータ機械読み取り可能媒体が、半導体基板処理装置１００の制御のためのプログラム命令を含む。
【００３３】
本明細書において開示される実施形態は、好ましい実施形態を参照にして説明されてきた。しかしながら、当業者にならば、本発明の趣旨から逸脱することなしに、上述のようなものとは異なるその他の具体的な形態で本発明を具現化することが可能であることが、容易に明らかである。好ましい実施形態は、例示的なものであり、いかなる形でも限定的であると見なされるべきでない。本発明の範囲は、これまでの説明ではなく添付の特許請求の範囲によって与えられ、特許請求の範囲内に入るヴァリエーション及び等価物は、全て、特許請求の範囲内であるとされる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【外国語明細書】
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