(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-20
(45)【発行日】2022-09-29
(54)【発明の名称】ガスのパルスに基づく共用前駆体分配システム及び使用方法
(51)【国際特許分類】
G05D 7/06 20060101AFI20220921BHJP
【FI】
G05D7/06 Z
(21)【出願番号】P 2020559508
(86)(22)【出願日】2019-04-26
(86)【国際出願番号】 US2019029282
(87)【国際公開番号】W WO2019210127
(87)【国際公開日】2019-10-31
【審査請求日】2020-12-21
(32)【優先日】2018-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】APPLIED MATERIALS,INCORPORATED
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ライス, マイケル
(72)【発明者】
【氏名】オーブション, ジョセフ
(72)【発明者】
【氏名】バルジャ, サンジーヴ
(72)【発明者】
【氏名】オカダ, アシュレー エム.
(72)【発明者】
【氏名】フェルナンデス, アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】シュイ, ミン
(72)【発明者】
【氏名】ジョゼフソン, マーセル イー.
(72)【発明者】
【氏名】コシュティ, スシャント スレシュ
(72)【発明者】
【氏名】ル, ケネス
(72)【発明者】
【氏名】ブラッシャー, ケヴィン
【審査官】黒田 暁子
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2017/0342562(US,A1)
【文献】特表2017-505383(JP,A)
【文献】韓国公開特許第10-2007-0010830(KR,A)
【文献】米国特許出願公開第2019/0258279(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05D 7/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一つの上流端と複数の下流端とを有する共有容積、
前記共有容積に接続された圧力計、
前記共有容積の前記上流端に接続され
、かつガス源の下流に配置された圧力コントローラ、及び
前記共有容積の前記下流端の各々における流量コントローラであって、各流量コントローラがオリフィスと高速パルス弁とを含む、前記流量コントローラと
を備えるガス分配装置。
【請求項2】
前記共有容積が、ガスリザーバ、前記ガスリザーバから前記共有容積の前記複数の下流端への分配ライン、及び前記共有容積の前記上流端から前記ガスリザーバへの分配ラインを含む、請求項1に記載のガス分配装置。
【請求項3】
前記圧力コントローラが、レギュレータと前記共有容積との間の高速パルス弁を含む、請求項1に記載のガス分配装置。
【請求項4】
各流量コントローラの下流端に接続された下流のガス導管を更に備える、請求項1に記載のガス分配装置。
【請求項5】
前記オリフィスが、
前記共有容積の前記下流端からのガスの流れを制限するリストリクタを含む、請求項4に記載のガス分配装置。
【請求項6】
前記流量コントローラのいずれかを出て前記下流のガス導管に入るガスの流量が、前記下流のガス導管内の前記オリフィスの下流の圧力と前記オリフィスの上流の圧力との差の関数である、請求項4に記載のガス分配装置。
【請求項7】
前記オリフィスの上流の前記圧力が、前記共有容積の各下流端について実質的に同じである、請求項6に記載のガス分配装置。
【請求項8】
各下流のガス導管内の圧力摂動が±2%以下である、請求項4に記載のガス分配装置。
【請求項9】
前記流量コントローラの前記高速パルス弁が、50ミリ秒で開く又は閉まるように構成されている、請求項1に記載のガス分配装置。
【請求項10】
前記流量コントローラの前記高速パルス弁が、前記オリフィスの下流にある、請求項1に記載のガス分配装置。
【請求項11】
前記流量コントローラの前記高速パルス弁が前記オリフィスの上流にある、請求項1に記載のガス分配装置。
【請求項12】
複数の処理チャンバを含む処理プラットフォームであって、各チャンバが、請求項1に記載のガス分配装置の下流のガス導管を通して前記共有容積の下流端で一つの流量
コントローラに接続されている、処理プラットフォーム。
【請求項13】
高速パルス弁とオリフィスとを含む流量コントローラを較正する方法であって、
共有容積の上流端で
、ガス源の下流に配置された圧力コントローラを開いて前記共有容積を加圧することであって、前記共有容積が一つの上流端と複数の下流端とを有し、各下流端が流量コントローラを有する、前記圧力コントローラを開くこと、
前記上流端で前記圧力コントローラを閉じて前記共有容積内の圧力を分離すること、
前記共有容積内の前記圧力を測定すること、
一つの流量コントローラの高速パルス弁を所定回数開くこと、
前記所定回数前記高速パルス弁を開いた後、前記共有容積内の前記圧力を測定すること、及び
前記高速パルス弁のパルスあたりの前記共有容積内の圧力損失を決定すること
を含む方法。
【請求項14】
各高速パルス弁のパルスあたりに送達されるガスの容積を較正するために、各流量コントローラについて前記方法を繰り返すことを更に含む、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
前記オリフィスと前記高速パルス弁との差を補償するために、前記高速パルス弁のうちの一つ又は複数についてパルスウィンドウを調整することを更に含む、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記圧力計及び各流量コントローラに接続されたコントローラを更に備え、該コントローラは、一つ又は複数の流量コントローラの前記高速パルス弁を所定回数開く前、及び後に、前記圧力計からのフィードバックに基づいて、前記一つ又は複数の流量コントローラを較正するように構成されている、請求項1に記載のガス分配装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]本開示の実施形態は、概してガス分配装置に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、パルス状ガス流を使用して複数の処理チャンバにガスを分配する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
[0002]半導体デバイスの形成は、一般に、複数のチャンバを含む基板処理プラットフォーム内で行われる。いくつかの事例においては、マルチチャンバ処理プラットフォーム又はクラスタツールの目的は、制御された環境において、一つの基板の上で二つ以上のプロセスを連続して実施することである。しかしながら、他の事例においては、マルチチャンバ処理プラットフォームは、基板に対して単一の処理ステップしか実施しない場合があり、追加のチャンバが、プラットフォームによる基板の処理速度を最大化することが企図される。後者の場合、基板上で実施されるプロセスは、典型的にはバッチプロセスであり、比較的多数の基板、例えば25又は50枚が、所与のチャンバ内で同時に処理される。バッチ処理は、原子層堆積(ALD)プロセス及び一部の化学気相堆積(CVD)プロセスといった、採算に合うように個々の基板に実施するには所要時間が長すぎるプロセスにとって特に有益である。
【0003】
[0003]処理中、高価な前駆体ガスは、使用されていないときにフォアラインに迂回されることによってしばしば浪費される。加えて、前駆体流を供給するための送達ハードウェアは高価であり、多くの場合、前駆体をすべてのウエハ処理ステーションの各々に送達するための専用ガススティックを必要とする。
【0004】
[0004]したがって、当技術分野では、複数の処理チャンバ又はプロセス領域にガスを均一且つ比較的安価に送達するための装置及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0005】
[0005]本開示の一つ又は複数の実施形態は、一つの上流端と複数の下流端とを有する共有容積を備えるガス分配装置を対象とする。共有容積には圧力計が接続される。共有容積の上流端には圧力コントローラが接続される。流量コントローラが、共有容積の下流端の各々にある。各流量コントローラは、オリフィスと高速パルス弁とを含む。
【0006】
[0006]本開示の更なる実施形態は、高速パルス弁とオリフィスとを含む流量コントローラを較正する方法を対象とする。本方法は、共有容積の上流端で圧力コントローラを開き、共有容積を加圧することを含む。共有容積は、一つの上流端と複数の下流端とを有し、各下流端は流量コントローラを有する。上流端の圧力コントローラは、共有容積内の圧力を分離するために閉じられる。共有容積内の圧力が測定さる。一つの流量コントローラの高速パルス弁が所定回数開かれ、共有容積内の圧力が、高速パルス弁を開いた後に測定される。高速パルス弁のパルスあたりの共有容積内の圧力損失が、その流量コントローラについて決定される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
[0007]本開示の実施形態の上述の特徴を詳しく理解できるように、上記に簡単に要約された本開示の実施形態のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られる。そのうちのいくつかの実施形態は添付の図面に示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得るので、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを例示しているのであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【0008】
【
図1】[0008]本開示の一つ又は複数の実施形態によるガス分配装置の概略図である。
【
図2】[0009]
図1の領域IIの拡大図である。
【
図3】[0010]
図1の領域IIIの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[0011]本開示の実施形態は、スループットを最大化し、処理の効率性を改善する、連続基板堆積のための基板処理システムを提供する。本開示の一つ又は複数の実施形態は、空間原子層堆積チャンバに関して説明される。
【0010】
[0012]本開示の実施形態は、前駆体を、ウエハ処理チャンバ内部の複数のステーションと、原子層堆積(ALD)用途のためのクラスタツール内部の複数のチャンバとに分配する新規の方法を提供する。共有容積は、有利には、バッチ処理チャンバのクラスタツール全体又は複数のガス出口への単一の前駆体分配のために使用される。いくつかの実施形態は、有利には、高価な前駆体を無駄にすることなく、クラスタツール内部のすべてのチャンバのすべてのステーションへの正確且つ反復可能/再現可能な前駆体送達を確実にするガスパルス技術を提供する。
【0011】
[0013]本開示のいくつかの実施形態は、有利には、使用されていないときに前駆体をフォアラインに迂回させることによる高価な前駆体の浪費を最小化するための装置及び方法を提供する。いくつかの実施形態は、有利には、前駆体をALDチャンバのすべてのウエハ処理ステーションに送達するための専用ガススティックを使用することにより、高価な前駆体送達ハードウェアコストを最小化する装置及び方法を提供する。
【0012】
[0014]
図1は、本開示の例示的な実施形態を示す。ガス分配装置100は、複数の処理ステーション101にガスを分配するための共有容積110を含む。「処理ステーション」という用語の使用は、任意のチャンバ又はチャンバのプロセス領域を指す。例えば、処理ステーション101は、別個の処理チャンバでも、単一のバッチ処理チャンバの別個のプロセス領域でもよい。
図1には三つの処理ステーション101が示されているが、当業者であれば、三つより多い又は少ない処理ステーション101を装置ガス分配装置100に接続することができることを理解するであろう。
【0013】
[0015]共有容積110は、一つの上流端111と複数の下流端112とを有する。いくつかの実施形態の共有容積110は、図示のように、ガスリザーバ120又は分配ラインの一つ又は複数を含む。いくつかの実施形態では、共有容積110は、共有容積110の上流端111からガスリザーバ120への上流分配ライン130を含む。いくつかの実施形態では、共有容積110は、ガスリザーバ120から複数の下流端112までの下流分配ライン140を含む。
【0014】
[0016]上流端111と複数の下流端112との間の圧力を測定するために、圧力計150を共有容積110に接続することができる。圧力計150は、上流端111と下流端112との間の任意の地点に配置することができる。いくつかの実施形態では、圧力計150は、ガスリザーバ内の圧力を測定するように構成される。いくつかの実施形態では、共有容積110の異なる地点で圧力を測定するように構成された複数の圧力計が存在する。
【0015】
[0017]共有容積110の上流端111には圧力コントローラ160が接続される。このように使用されて、ガス流成分が別のガス流成分に接続されるとき、ガス流に実質的に干渉することがないように、成分間に流体連通が存在する。
図2の領域IIの拡大図に示されるように、いくつかの実施形態の圧力コントローラは、レギュレータ162又は質量流量コントローラのうちの一つ又は複数を含む。レギュレータ162又は質量流量コントローラは、当業者に既知の任意の適切なガスレギュレータ又は質量流量コントローラとすることができる。レギュレータは、供給圧力(又は入力圧力)を共用容積110に提供する。レギュレータ162は、任意の機械的又は電気的に制御される比例圧力制御構成要素とすることができる。
【0016】
[0018]いくつかの実施形態では、圧力コントローラ160は、高速パルス弁164を含む。高速パルス弁164は、レギュレータ162と共有容積110の上流端111との間に配置することができる。いくつかの実施形態では、高速パルス弁164は、レギュレータ162の上流にある。高速パルス弁164は、50ミリ秒以内に開く及び/又は閉めることのできる任意の弁とすることができる。いくつかの実施形態では、高速パルス弁164は、40ミリ秒、30ミリ秒、20ミリ秒、又は10ミリ秒以内に開く及び/又は閉めることができる。いくつかの実施形態では、高速パルス弁164は、50、40、30、20又は10ミリ秒以内に開閉することができる。
【0017】
[0019]
図1では、ガス源102は、入口ライン166を通してレギュレータ162に接続されている。レギュレータ162は、圧力コントローラ導管168によって高速パルス弁164から間隔を空けて配置されている。圧力制御導管168の長さ及び/又は容積は、それぞれ、任意の適切な長さ及び/又は容積とすることができる。いくつかの実施形態では、圧力制御導管168の長さ及び/又は容積は、高速パルス弁164がレギュレータ162と接触するように最小化される。
【0018】
[0020]
図1及び
図3を参照すると、ガス分配装置100は、共有容積110の下流端112の各々に流量コントローラ170を含む。
図3は、
図1の領域IIIの拡大図である。各流量コントローラ170は、オリフィス172と高速パルス弁174とを含む。オリフィス172は、図示のように、高速パルス弁174の上流に位置させることができる。いくつかの実施形態では、オリフィス172は、高速パルス弁174の下流に位置する。
【0019】
[0021]オリフィス172は、流量制御導管176を通して高速パルス弁174と流体連通している。流量制御導管176の容積は、任意の適切な容積とすることができる。いくつかの実施形態では、オリフィス172と高速パルス弁174との間の容積は、オリフィス172と高速パルス弁174とが接触するように最小化される。いくつかの実施形態では、オリフィス172は、高速パルス弁174の入口端173又はその内部に位置する。いくつかの実施形態では、オリフィス172は、高速パルス弁174の出口端175又はその内部に位置する。
【0020】
[0022]いくつかの実施形態のオリフィス172は、貫通する精密な開口171を有するディスク状の構成要素である。オリフィス172は、流路内のリストリクタとして働く。いくつかの実施形態では、ガス分配装置100は、各流量コントローラ170の下流端178に接続されて同下流端と流体連通する下流ガス導管180を含む。流量コントローラのいずれかを出て下流のガス導管180に入るガスの流量は、下流のガス導管内のオリフィスの下流の圧力と、オリフィスの上流の圧力との差の関数である。
【0021】
[0023]いくつかの実施形態では、流量コントローラ170の各々のオリフィス172の上流の圧力は、実質的に同じである。このように使用されるとき、用語「実質的に同じ」は、オリフィス172の直前の圧力が、すべてのオリフィス172における平均圧力に対して5%、4%、3%、2%又は1%以内であることを意味する。
【0022】
[0024]いくつかの実施形態の共有容積110は、各下流ガス導管180内の圧力摂動が平均圧力に対して±5%、±4%、±3%、±2%又は±1%未満であるのに十分に大きい。
【0023】
[0025]本開示のいくつかの実施形態は、高速パルス弁174とオリフィス172とを含む流量制御170を較正する方法を対象とする。圧力コントローラ160は、共有容積110の上流端111で開き、共有容積110を加圧する。圧力コントローラ160を開くことは、レギュレータを開くこと及び/又は高速パルス弁164を開くことを含むことができる。加圧中、流量コントローラ170の各々は閉じられる。共有容積110を加圧した後、圧力コントローラ160は、共有容積を分離するために閉じられる。
【0024】
[0026]共有容積110の圧力は、共有容積110が加圧されている間に、圧力コントローラ160及び流量コントローラ170を閉じた状態で監視することができる。圧力計150を使用して測定される圧力のドリフトは、システム内の漏れを示すことができる。
【0025】
[0027]共有容積110内の圧力は、初期圧力として測定される。流量コントローラ170のうちの一つの高速パルス弁174のうちの一つは、所定回数開閉され、共有容積の最終圧力が測定される。初期圧力と最終圧力との差を、弁がパルス化された回数で除すことで、その高速パルス弁174のパルス当たりの圧力損失が求められる。
【0026】
[0028]このプロセスを、流量コントローラ170の各々に対して繰り返して、各高速パルス弁174のパルス当たりの圧力降下を較正することができる。高速パルス弁174のうちの一つ又は複数のパルス窓は、個々のオリフィス172と高速パルス弁174との差を補償するために変更することができる。
【0027】
[0029]いくつかの実施形態のガス分配装置100は、コントローラ190を更に備える。コントローラ190は、ガス分配装置100の様々な構成要素に結合されて、その動作を制御することができる。コントローラ190は、装置を制御する単一のコントローラでも、装置の個々の部分を制御する複数のコントローラでもよい。例えば、ガス分配装置100は、圧力コントローラ160及び流量コントローラ170のそれぞれに対して別個のコントローラを含んでもよい。
【0028】
[0030]いくつかの実施形態では、コントローラ190は、中央処理装置、メモリ、及びサポート回路を含む。コントローラ190は、ガス分配装置100を直接、又は特定のプロセスチャンバ及び/又はサポートシステム構成要素に関連付けられたコンピュータ(又はコントローラ)を介して、制御することができる。コントローラ190は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための工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のうちの一つであってよい。コントローラのメモリ又はコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、フロッピーディスク、ハードディスク、光記憶媒体(例えば、コンパクトディスク又はデジタルビデオディスク)、フラッシュドライブ、又は任意の他の形態のデジタルストレージ、ローカル又はリモートなどの、容易に利用可能なメモリの一つ又は複数であってよい。サポート回路は、従来の方式でプロセッサを支持するためにCPU196に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給装置、クロック回路、入出力回路、及びサブシステムなどを含む。一つ又は複数のプロセスは、ここに記載される方式で装置又は個々の構成要素の動作を制御するために実行又は呼び出すことのできるソフトウェアルーチンとしてメモリに記憶させることができる。コントローラ190は、流量、ガスバルブ、ガス源、又は様々な構成を実施するための他のプロセスを制御する任意のコマンド又は機能を含むことのできる、一つ又は複数の構成を含むことができる。
【0029】
[0031]コントローラ190は、圧力コントローラ160、流量コントローラ170、圧力計150、レギュレータ162、高速パルス弁164又は高速パルス弁174のうちの一つ又は複数に接続することができる。コントローラ190は、一つ又は複数の構成を有することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ190は、高速パルス弁164、174のうちの一つ又は複数を開く及び/又は閉める構成を有する。いくつかの実施形態では、コントローラ190は、圧力計150を使用して圧力を監視する構成を有する。いくつかの実施形態では、コントローラ190は、レギュレータ162を制御する構成を有する。いくつかの実施形態では、コントローラ190は、流量コントローラ170を較正する構成を有する。
【0030】
[0032]本開示のいくつかの実施形態は、処理プラットフォームを対象とする。例えば、
図1に示される実施形態は、三つの処理チャンバ(処理ステーション101)を有する処理プラットフォームと考えることができる。各プロセスステーション101は、下流のガス導管180を通して、共有容積110の下流端で一つの流量コントローラ170に接続される。
【0031】
[0033]上記の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱せずに、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は特許請求の範囲によって決定される。