JP2015201646A - 構成独立型のガス供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置が、表面上に複数のガス流入口を有し、ガス流入口が、混合マニホルドの中央混合点から等距離に配置されている、混合マニホルド１２６と、任意選択的に、混合マニホルドの表面上の複数のガス流入口と連通する複数のガス供給源と、を備える。ガス供給装置を用いて、プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給する方法が、混合マニホルドの表面上の複数のガス流入口と連通する複数のガス供給源を準備する工程と、複数のガス供給源から混合マニホルドに少なくとも２つの異なるガスを流して、第１の混合ガスを生成する工程と、混合マニホルドの下流に接続されたプラズマ処理チャンバに第１の混合ガスを供給する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

関連出願への相互参照
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１４年４月７日出願の米国仮特許出願第６１／９７６，２２５号の優先権を主張し、その仮特許出願の内容全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、ガス供給システムに関し、特に、ガス供給システムのための構成独立型のガスパネル装置に関する。

従来の半導体エッチング処理システムは、通例、ガススティックを利用する。「ガススティック」という用語は、例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、１または複数の圧力変換器および／または圧力調整器、ヒータ、１または複数のフィルタまたは清浄器、ならびに、遮断弁など、一連のガス分配／制御構成要素を指す。所与のガススティックで利用される構成要素およびそれらの特定の配置は、それらの設計および用途によって様々でありうる。典型的な半導体処理構成では、１７を超えるガスが、ガス供給ライン、ガス分配構成要素および基板、ならびに、混合マニホルドを介して、チャンバに接続されうる。これらは、ベースプレートに取り付けられて、「ガスパネル」または「ガスボックス」として知られる完全なシステムを形成する。

従来の半導体エッチング処理システムは、いくつかの有害および無害な処理ガスの利用、ならびに、同期された状態でガス供給ラインを介してガス源から処理プラズマチャンバに向かって行われるかかるガスの注意深く測定された供給に依存する。ウエハエッチング応用例は、必要な混合物をチャンバに供給する時間に非常に敏感である。様々な応用例（エッチングなど）を実行するには、非常に低い流量および高い流量の搬送ガスの良好な混合を達成し、大きい遅延なしにそれらを処理チャンバに供給することが必要である。

実施形態において、本開示は、プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置を提供する。実施形態において、ガス供給装置は、表面上に複数のガス流入口を有する混合マニホルドを備えており、ガス流入口は、混合マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されている。実施形態において、複数のガス供給源が、混合マニホルドの表面上の複数のガス流入口と連通している。実施形態において、ガス供給装置は、さらに、少なくとも１つの混合マニホルド流出口を備える。

さらなる実施形態において、本開示は、プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給する方法を提供する。実施形態において、方法は：少なくとも１つの混合マニホルド流出口を有する混合マニホルドの表面上の複数のガス流入口と連通する複数のガス供給源を準備する工程と；複数のガス供給源から混合マニホルドに少なくとも２つの異なるガスを流して、第１の混合ガスを生成する工程と；プラズマ処理チャンバの内部に第１の混合ガスを供給する工程と、を備えており、混合ガスは、半導体基板を処理するためにプラズマ状態に励起される。実施形態において、ガス流入口は、少なくとも２つの異なるガスの各々の経路長が同じになるように、混合マニホルドの中央混合点から等距離に配置されている。

さらなる実施形態において、本開示は、プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置を構成する方法を提供する。実施形態において、方法は：表面上の複数のガス流入口と少なくとも１つの混合マニホルド流出口とを有する混合マニホルドを準備する工程であって、ガス流入口は、混合マニホルドの中央混合点から等距離に配置されている、工程と；複数のガス供給源を準備する工程と；複数のガス流入口と連通するように複数のガス供給源を配置する工程と、を備える。

ガススティックを通るガスの流れを示す図。

低流量ガスの遅延時間を示すための図１のブロック図。

管状／線形構成のＭＦＣを有する典型的なガススティックを示す図。

円筒形混合マニホルドの半径方向面（側面）に結合されたガス供給源の代表的な実施形態を示す図。

マスタＭＦＣを用いたアレイアセンブリの代表的な実施形態を示す図。

２つのリングを有する混合マニホルドの一実施形態を示す図。

第１の混合ハブの代表的な実施形態を示す図。

第２の混合ハブの代表的な実施形態を示す図。

２つの混合ハブを備えた混合マニホルドに結合されたガス供給源を示す上面図。

２つの混合ハブを備えた混合マニホルドに結合されたガス供給源を示す底面図。

２つの混合ハブを備えた混合マニホルドに結合されたガス供給源を示す立面図。

プラズマ処理装置のプラズマ処理チャンバにガスを供給する方法および装置が本明細書で提供されている。以下の説明では、本明細書に記載の実施形態の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本明細書の実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本明細書に記載の方法および装置が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。

特に指示のない限り、本開示および請求項において量、条件などを表すすべての数字には、すべての場合に「約」という用語が付くものと理解されたい。「約」という用語は、例えば、数値の±１０％の範囲を網羅する数値を意味する。量と組み合わせて用いられる修飾語「約」は、記載された値を含む。

本明細書および特許請求の範囲において、「ａ」、「ａｎ」、および、「ｔｈｅ」などの単数形は、内容から単数であることが明らかでない限りは複数形を含む。

実施形態において、本開示は、プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置を提供する。「ガス」という用語は、限定的ではなく、任意の液体、気体、もしくは、液体および気体の組み合わせを含むことを意図されている。実施形態において、ガス供給装置は、表面上の複数のガス流入口と少なくとも１つの混合マニホルド流出口とを有する混合マニホルドを備えており、複数のガス供給源が、混合マニホルドの表面上の複数のガス流入口と任意選択的に連通している。実施形態において、ガス流入口は、混合マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されている。

以前の典型的なガスパネル装置では、流体供給パネルが、線形管状設計に配列された専用の流量構成要素（弁、調整器などを含む）を備えた個々のガススティックを用いていた、すなわち、多数のガスまたはＭＦＣが、配管（または、混合マニホルド）の長さ方向に沿って配置されていた。処理ガスが、処理チャンバ（プラズマ反応チャンバなど）への供給の前に、ＭＦＣの下流で混合マニホルドに向けて混合される。例えば、以前のガスパネル装置では、混合マニホルドは、長い管状構造として構成され、各ガスライン／ＭＦＣは、管状構造の長さ方向に沿って特定の距離だけ離間されていた（その結果、マニホルドの長さはガスの数に依存し、マニホルドの長さはガスの数が増えるほど長くなる）。しかしながら、かかる構成では、いくつかの種が、本質的に混合ガス出口から遠く離れた位置に配置されていた（すなわち、ガス種は、混合マニホルドの長さに沿って配置され、マニホルドの長さに沿って流れて混合ガス出口に到達するため、いくつかのガス種は、必然的に他のガス種よりも混合ガス出口の近くに配置されることになる）。したがって、これらのマニホルドの構成は、ガス流入口の相対位置の違いにより、ガスが混ざって反応チャンバに到達するのに掛かる時間に差を生じる。

処理チャンバへの一時的なガス流の遅延が起きると、チャンバへの流れが安定化されないすなわち不安定になるため、短い処理のレシピについては、エッチング速度に悪影響を与える。この問題は、様々なガスボックス内のハードウェアの違いによってさらに悪化し、それにより、処理チャンバへの異なる輸送の遅延が、エッチングの整合の問題を引き起こす。ガスラインの配置が、ツールごとに一貫しておらず、そのことは、ガス供給性能に影響し、並行流および処理の整合の問題を引き起こす。つまり、２つのガスボックスについてそれらのガスが異なる順序に構成されている場合、ガス供給性能が一致せず、デバイス歩留まりの低下およびビニングの悪化につながる。さらに、様々なＭＦＣからランダムなガス順序で空間的に分離された高流量および低流量ガスの複数のガス供給部を備えたガスボックスでは、ガスの拡散性および流速（運動量または慣性）に応じて、異なる時にチャンバへの供給がなされうる。

ガスの遅延供給の問題は、低流量のガスが高流量の搬送ガスと混合するために流れる体積に起因しうる。重要な処理エッチングガスの反応チャンバへの供給が遅れると、ウエハエッチング速度および半導体ウエハ上のクリティカルディメンションに影響する。高流量ガスから離れて位置する隔離された低流量ガスを含む混合マニホルド内で、低流量ガスは、ガス混合物のチャンバへの供給を高速化するために用いられる高流量ガスとの混合に物理的な時間長を必要とする。高流量ガスと混合するまでＭＦＣからの低流量ガス体積を満たすために必要な時間が、低流量ガスの高流量ガスへの拡散と共に、反応チャンバへの総輸送遅延を決定する。

さらに、ガスパネルは、通例、３以上のガススティックを備えるように製造される。より少ないガススティックを製造すると、費用が掛かるからであり、利用の必要がない可能性のあるさらなる部品を用いることになる。したがって、ユーザには、設定された数のガススティックを持つ以外の選択肢がない。半導体の応用例について、ガススティックの数は、一般に、３、６、９、１２、および、１６である。しかしながら、ユーザが、設置された９ガススティックのガスパネルを有しており、１または２つのさらなるガススティックを追加したい場合、少なくとも３つのガススティックを有するガスパネルを購入する必要がある。ガススティック全体を取り外さずに、汚染のリスクなしに、および／または、ガス供給構成要素を取り外して再設置するさらなる人手の労力および時間を費やすことなしに、既存のガスパネルに１つのガススティックを効率的に接続することは困難である。

あるいは、ユーザが、設置された９ガススティックのガスパネルを有しており、後に７つのガススティックのみを用いれば足りるようになった場合、２つのガススティックは、ガスパネル上で利用されなくなる。その結果、ガスパネルにおいて利用されない余分な部品があることになり、ガスパネルから余分なガススティックを除去することはできない。この状況は、「デッドレッグ」（すなわち、導管またはマニホルドの中でガスが流れない部分）を生み出す。デッドレッグは、汚染源になると考えられる。

図１は、ガススティック１００を通るガスの流れを示す。ガスは、流路Ａに沿って、一次弁１１４を出てＭＦＣ１１８内へ流れうる。次いで、ガスは、流路Ｄによって示すように、ＭＦＣ１１８を出て基板１２２に入り、混合弁１２０を通って混合マニホルド１２６内へ流れうる。

図２は、低流量ガスの遅延時間を示すための図１のブロック図である。ガスボックス２００は、複数のＭＦＣ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｎ（ｎは整数）を有してよい。各ＭＦＣは、高流量ＭＦＣまたは低流量ＭＦＣであってよい。低流量ガスは、例えば、７ｓｃｃｍ以下の流量を有してよい。高流量ガスは、例えば、７ｓｃｃｍを超える流量を有してよい。図２に示すように、ＭＦＣ１１８ｃは低流量ＭＦＣであり、ＭＦＣ１１８ａは高流量ＭＦＣである。ただし、これは、例示だけを目的にしたものあり、限定の意図はなく、どのＭＦＣが高流量ＭＦＣであっても低流量ＭＦＣであってもよい。

各ＭＦＣ１１８ａ〜１１８ｎは、ガス流入口１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｎを介して混合マニホルド１２６と流体連通してよい。ガス流入口は、手動または遠隔で制御できる任意のタイプの流入口であってよい。例えば、ガス流入口は、開位置または閉位置に手動で配置できる任意の周知の接合部であってよい。ＭＦＣ１１８ａ〜１１８ｎからガス流入口１４２ａ〜ｎまでのガスの体積は、Ｖ_１で表されてよい。ガスは、混合マニホルド１２６に入ると、高流量ＭＦＣ１１８ａ付近の混合マニホルド出口１４０まで流路Ｂの方向に流れうる。高流量の搬送ガスは、高強制対流を引き起こして、低流量ガスを混合マニホルド出口１４０に向かって駆動することにより、低流量ガスとの混合の遅延を最小化しようとする。ガス流入口１４２ｃから混合マニホルド出口１４０までのガスの体積は、Ｖ_２で表されてよい。

ガス混合物は、混合マニホルド１２６を出ると、隔離チャンバ１４４に流されて、処理チャンバで用いられるまでそこに保持されてよい。隔離チャンバは、デュアルガス供給など、利用前のガスを隔離するために用いられる任意のタイプのチャンバであってよい。

低流量ガスが高流量搬送ガスと混合する際の総遅延時間（Total Delay Time_{Low Flow Gas}）は、以下の式で表されるように、低流量ガスが混合マニホルドに到達するのにかかる時間（T_mm）と、ガスが高流量キャリアガスと共に拡散するのにかかる時間（T_diffusion）との和として計算できる：
Total Delay Time_{Low Flow Gas}＝T_mm + T_diffusion

低流量ガスが混合マニホルド１２６に到達するための時間、すなわち、低流量ガスの慣性遅延（V₁として描かれている）は、以下のように計算できる：
T_mm＝(V/φ_m)×(P_mm/P_ambient)

ここで、V＝ガスの体積；φ_mは低流量ガスの質量流量；P_mmは混合マニホルド内の圧力；P_ambientは大気圧である。

低流量ガスが高流量搬送ガスと共に拡散するのにかかる時間（T_diffusion）は、以下のように計算できる：
T_diffusion∝L²/D_effective

すなわち、拡散遅延は（L²/D）に比例し、ここで、「L」は長さスケールであり、Dは拡散係数で、より大きい長さスケールにとっては重要である。拡散のみによって輸送される種が、より高い運動量の別の種と混合した場合、混合した種の輸送時間は、第２の種の対流輸送によって与えられた運動量によって大幅に増加する。主に拡散によって輸送される低速の低流量ガスを顕著に利用することから、管状／線形構成のＭＦＣを備えたガスボックス内での種の輸送遅延を完全に排除することは非常に困難であり、そのため、運動量を与えることによる種の対流輸送のために「プッシングガス」を用いることが必要になる。

例えば、図３は、管状／線形構成のＭＦＣを有する典型的なガススティック（個々のガスごとに１つ）を示す。図の構成は、（７ｓｃｃｍのＣ_４Ｆ_６流量を有する）低流量ＭＦＣと、１５０ｓｃｃｍのＮ_２流と、６００ｓｃｃｍのＡｒ流とを備えており、これらの種は、例示に過ぎず、限定の意図はない。Ｃ_４Ｆ_６低流量ＭＦＣから導入されたガスは、ガスライン上の位置により、すなわち、低流量ＭＦＣおよびＮ_２流ラインの間の長さL1により、比較的長い拡散輸送時間／長い遅延を有する（拡散輸送時間＝L²/Dであるため、L1によって遅延が長くなる）。ライン７からライン４までのＣ_４Ｆ_６の移動時間は、（L1／Ｃ_４Ｆ_６種の速度）であり、ライン４から出口ラインまでのＮ_２の移動時間は、（L2／（Ｃ_４Ｆ_６＋Ｎ_２種）の速度）である。種の移動時間は、この設計における長さスケールおよび種の速度に依存する。

ウエハエッチング応用例は、必要な混合物をチャンバに供給する時間に極めて敏感である。線形／管状構成のＭＦＣを有するガスボックスを用いて、必要なガス混合物をチャンバに供給し、次いで、オンウエハで同じ結果を繰り返すのは困難である。かかる実施形態では、ガスライン上のＭＦＣの相対的な配置が重要であり、ガス流入口が、１または複数の下流の流出口を備えた管状混合マニホルドに沿って線形に配列されている場合、ガスが混合して反応チャンバに到達するのに必要な時間は、ガス流入口の相対位置によって変化する。ＭＦＣの位置が無計画に入れ替えられる場合（すなわち、特定のＭＦＣの位置が処理間で変更される場合）、処理不整合が生じる。つまり、２つのガスボックスについてそれらのガスが異なる順序に構成されている場合、ガス供給性能が一致せず、デバイス歩留まりの低下につながる。

したがって、実施形態において、本開示は、複数のガスの相対位置にかかわらず、１つのガスの別のガスに対する影響を含め、各ガスに一貫した（すなわち等しい）長さスケール（経路長／流路長）を有するガス供給装置を提供する。そのため、２つのガスボックスが同じガスを含む限りは、ガスの位置が処理間で変更されても、一致したガス供給性能が提供される。本開示に従ったガス供給装置は、ガス供給源の相対的な配置にかかわらず、一貫した結果を提供するので、サポートできる様々な応用例について、より大きい柔軟性を提供する。

より具体的には、実施形態において、本開示は、複数流入口の混合マニホルドを備えたガス供給装置を提供しており、ここで、ガス流入口は、マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されている。かかる構成では、すべてのガス種の長さスケールが、ゼロに近いか、または、ゼロである。実施形態において、ガス流入口は、ガス流入口から中央混合チャンバの中心点まで引かれた放射状の線が同じ長さになるように配置される。実施形態において、混合マニホルドは、円筒形の混合チャンバを備えており、ガス流入口は、円筒の側面および／または軸端面上の周方向に離間した位置に配置されてよい。このようにすべてのガスを円筒面上に配置することは、線形管状設計を押し縮めて単一の混合点にする。つまり、長さスケールがゼロに近くなる（または、ゼロになる）ようにすべてのガスを円筒面上に配置することにより、高流量ガスおよび低流量ガスを即座に混合し、並行流の影響（すなわち、ガスの配置または位置によるガス混合遅延）を排除できる。

図４は、混合マニホルドに接続されたガス供給源の２例の実施形態を示す。例えば、６つのガス供給源４００ａ〜４００ｆ（例えば、６つのＭＦＣを含む）が、ガス流入口４１５ａ〜ｅを介して、約１インチの直径（他のサイズの直径が用いられてもよい）を有する円筒形混合マニホルド４１０の側面上に（周方向に離間されて）取り付けられている。より多いまたは少ないガス流入口が準備されてもよく、すべてのガス流入口がガス供給源に接続される必要はない。図４に示すように、８つのガス供給源４００ｇ〜４００ｎが、約１．７５インチの直径を有する混合マニホルド４１０の周方向に離間配置されている。１または複数のガス流入口がガス供給源に接続されていない場合でも、ガス供給源およびガス流入口の配置により、混合マニホルド内でデッドレッグは生じない。図４に示すように、ガス供給源は、混合マニホルドの円筒面上に配置されたガス流入口と連通する。各ガス種についての長さスケールが同じであり、すべてのガス種が共通の混合点を共有しているため、並行流の影響（すなわち、種の間の混合遅延）が排除される。

混合マニホルドについては、任意の適切な直径が選択されてよく、例えば、実施形態において、混合マニホルドの直径は、必要な数のガス供給源に対応するガス流入口を均等に分布させるのに必要な直径に対応するように選択されてよい。実施形態において、ガスマニホルドの直径は、約０．５インチ、約０．７５インチ、約１インチ、約１．２５インチ、約１．５インチ、約１．７５インチ、約２インチ、または、約２インチ超（約２から約８インチ、約３から約５インチ）であってよい。

本開示に従った実施形態において、各ガスの流路／流路長は同じである。つまり、実施形態において、混合マニホルド上のガス流入口は、複数のガス供給源の内のどれが複数のガス流入口の内のどれに接続された場合でも、ガス供給源から混合マニホルドの中央混合チャンバまでの経路長が同じになるように配置されている。したがって、特定のガスの流路は、ガス供給源がどのガス流入口に接続されても同じになる。ガス供給源は、どのガス流入口にも接続できるので、ガス供給装置は、単純なレイアウトを提供し、構成要素の余剰性を低減し、制御システムを単純化する。また、システムは、あまり重くなく、処理の多様性および柔軟性を向上させる。

実施形態において、特定のガス供給源の供給または遮断を実行するために、手動弁が用いられてよい。手動弁は、その上方にロックアウト／タグアウト装置を有してもよい。作業者の安全規制は、しばしば、プラズマ処理製造装置が、作動防止機能（ロックアウト／タグアウトメカニズムなど）を備えることを義務づける。ロックアウトは、一般に、例えば、能動的な手段（キータイプまたは組み合わせ錠タイプのロックなど）を用いてエネルギ遮断装置を安全位置に保持する装置のことである。タグアウト装置は、一般に、例えば、決められた手順に従ってエネルギ遮断装置にしっかりと固定することができるタグおよび取り付け手段など、任意の目立つ警告装置のことである。

調整器が、ガス供給源のガス圧を調整するために用いられてよく、圧力ガスが、ガス供給源の圧力を監視するために用いられてよい。実施形態では、圧力は事前設定されてもよく、調整される必要はない。別の実施形態では、圧力を表示するディスプレイを有する圧力変換器が用いられてもよい。圧力変換器は、調整器の隣に配置されてよい。供給ガス中の不純物を除去するために、フィルタが用いられてよい。任意の腐食性の供給ガスがガススティック内に残ることを防ぐために、一次遮断弁が用いられてよい。一次遮断弁は、例えば、弁を停止させて（閉じさせて）ガススティック内のプラズマガス流を効果的に停止する自動空気圧作動弁アセンブリを有する２ポート弁であってよい。弁が閉じられると、窒素などの非腐食性のパージガスを用いて、ガススティックをパージしてもよい。パージガススティックは、例えば、パージ処理を提供するための３つのポート（すなわち、入口ポート、出口ポート、および、排出ポート）を有してよい。

マスフローコントローラ（ＭＦＣ）が、パージ弁に隣接して配置されてよい。ＭＦＣは、供給ガスの流量を正確に測定する。ＭＦＣの隣にパージ弁を配置することは、ユーザが、ＭＦＣ内の任意の腐食性供給ガスをパージすることを可能にする。ＭＦＣの隣の混合弁が、ガスパネル上で他の供給ケースと混合される供給ガスの量を制御するために用いられてよい。

実施形態において、別個のＭＦＣが、各ガス供給源を独立して制御してよい。ガススティックおよびガスパネルの構成、ならびに、ガス供給（および、ガス供給のタイムスケールの制御）のための方法および装置の例が、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０３２６５５４号、米国特許出願公開第２０１１／０００５６０１号、米国特許出願公開第２０１３／０２５５７８１号、米国特許出願公開第２０１３／０２５５７８２号、米国特許出願公開第２０１３／０２５５８８３号、米国特許第７，２３４，２２２号、米国特許第８，３４０，８２７号、および、米国特許第８，５２１，４６１号に記載されており、これらの各々は同一出願人によるものであり、開示全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

別の実施形態では、単一の（マスタ）ＭＦＣを用いて、個々の流体範囲について所望の流量設定値を開始し、次いで、混合マニホルド内での即時の混合に向けて個々の流体を放出してもよい。個々の流量の測定および制御は、単一のＭＦＣプリント回路基板（ＰＣＢ）から実行されてよく、かかる実施形態では、各圧力変換器が、個々の圧電弁の適切な配置を促す。このように、単一のＭＦＣコントローラが、複数の流体を操作できる。個々の流体範囲は、個別に設定された後に、混合に向けて同時に放出されてよいため、共通のパージと共に完全なＭＦＣ能力を可能にする。したがって、単一のシステムで、任意の工程／処理または混合物を供給することが可能であり、処理の多様性および柔軟性が向上する。

図５は、マスタＭＦＣ５００を用いたアレイアセンブリアプローチを示す。図５に示すように、さらなるＭＦＣステーション５１０（変換器、オリフィスなどを含む）が、マスタＭＦＣの隣に配置されてよい。実施形態において、さらなるＭＦＣステーションは、混合マニホルドの周囲に配置されてよい。

実施形態において、ＭＦＣは、リモートサーバまたはコントローラによって制御されてよい。各ＭＦＣは、高流量ＭＦＣまたは低流量ＭＦＣのいずれかを制御できる広範囲ＭＦＣであってよい。コントローラは、ＭＦＣの各々におけるガスの流量を制御および変更するように構成されてよい。

上述のように、実施形態において、混合マニホルドは、円筒形の混合チャンバを備えてよい（すなわち、実施形態において、混合マニホルドはシリンダであってよい）。実施形態（特に、多数のＭＦＣを用いる実施形態）において、ガス供給システムは、２つの円筒面または３以上の円筒面など、複数の円筒面を備えてよい。つまり、実施形態において、混合マニホルドは、第２の混合マニホルドと流体連結してよい。例えば、図６は、２つのリングを備えた混合マニホルドを有する一実施形態を示す。ガス流入口が、ガスをシリンダ６１０に供給し、そこで、ガスは、シリンダ６２０に供給される前に混合される。

実施形態において、マニホルドは、円筒形の混合チャンバを備えており、ＭＦＣおよび／またはガス供給源は、マニホルドの側面および／またはその軸端面上に取り付けられる。円筒形の混合チャンバを備えたマニホルドの側面および／または軸端面上にＭＦＣを取り付けることにより、各々の種の長さスケールはゼロに近くなる（すなわち、ゼロまたはほぼゼロになる）。したがって、各々の種のガス輸送時間が同じになり、混合遅延の問題が排除される。別の実施形態において、ＭＦＣから混合マニホルドまでの半径方向距離を各ガス種について等しい長さにすることで、同じガス輸送時間を保証することができる。

実施形態において、ガスマニホルドは、各ガス供給源に対応するガス流入口を有する。別の実施形態において、ガスマニホルドは、ガス供給源よりも多くのガス流入口を有しており、この場合、さらなるガス流入口が利用可能であり、各ガスの相対的な配置はガス供給時間に影響しないので、既存のガスに悪影響を与えることなしに、別のガスをかかるガスボックスに追加することができる。装置内の他のガスを中断することなしに、ガスラインを取り外すこともできる。これは、装置が様々な応用例をサポートできる点で、より高い柔軟性を提供する。さらに、実施形態において、マニホルドがガス供給源よりも多くのガス流入口を備えうるとしても（すなわち、未使用のガス流入口がありうるとしても）、本開示に従ったマニホルドは、デッドレッグ（ガスが流れない導管またはマニホルドの部分）を全く生じない。「デッドレッグ」は、長い滞留時間を伴うガスの停滞により、化学反応および金属汚染が起こりうることから、汚染源になると考えられる。本開示に従ったガス供給装置は、混合マニホルド内に「デッドレッグ」領域を持たないので、これらの悪い結果を避ける。

図７Ａ、図７Ｂ、および、図８Ａ〜Ｃは、ガス供給源が２ピースの混合マニホルドに接続された実施形態を示しており、第１の（前側）混合ハブおよび第２の（後側）混合ハブの組み合わせで、中央混合チャンバを備えた混合マニホルドが形成されている。図７Ａは、第１の混合ハブ７１０の一実施形態を示しており、かかるハブは、実施形態において混合マニホルドの第１の側（例えば、前側）を形成することができる。図７Ｂは、第２の（例えば、後側）混合ハブ７２０の一実施形態の例を示しており、かかるハブは、実施形態において混合マニホルドの第２の側（後側）を形成することができる。実施形態において、第１の混合ハブ７１０および第２の混合ハブ７２０を組み合わせると、単一の混合マニホルドが形成され、混合マニホルド内の中央混合チャンバが、第１の混合ハブ７１０および第２の混合ハブ７２０の結合によって形成される。ガス供給源が、ガス接続部７１２ａ〜ｈを介して第１の混合ハブ７１０に接続されてよく、ガス供給源が、接続部７２２ａ〜ｈを介して第２の混合ハブ７２０に接続されてよく、ガス接続部は、混合マニホルド内のガス流入口につながっている。図７Ａおよび図７Ｂに示した実施形態において、第１の混合ハブ７１０および第２の混合ハブ７２０は、それぞれ、８つの接続部７１２ａ〜ｈおよび７２２ａ〜ｈを介して８つのガス供給源に対応／接続できるが、実施形態において、別の数のガス接続部／ガス流入口が準備されてもよい。例えば、実施形態において、混合マニホルドの少なくとも１つの側（少なくとも２つの側など）（すなわち、混合ハブの少なくとも一方）が、３つのガス流入口、４つのガス流入口、５つのガス流入口、６つのガス流入口、７つのガス流入口、９つのガス流入口、１０のガス流入口、または、１２以上のガス流入口を備えてもよい。ガスは、ガス供給源から混合マニホルドのガス流入口を通して、第１の混合ハブ７１０および第２の混合ハブ７２０によって形成された混合マニホルド内の中央混合チャンバに供給されてよい。

実施形態において、第１の混合ハブ７１０および／または第２の混合ハブ７２０は、少なくとも１つのガス流出口７３０を備えてよく、ガス流出口７３０は、混合マニホルドの混合チャンバからガス供給ラインに混合ガスを供給することができる。別の実施形態において、混合ハブ７１０または７２０は、ガス流出口を持たない閉じた面または遮断された流出口７５０を備えてもよい。

図８Ａ〜Ｃは、ガス供給源が混合マニホルド８０５に接続された一実施形態を示しており、混合マニホルド８０５は、第１の混合ハブ８１０および第２の混合ハブ８２０を結合することによって形成される。図８Ａは、周方向に離間された構成で第１の混合ハブ８１０に取り付けられたガス供給源８００ａ〜ｇ（例えば、８つのＭＦＣを含む）を示す上面図である。図８Ｂは、周方向に離間された構成で第２の混合ハブ８２０に取り付けられたガス供給源８００ｈ〜ｑを示す底面図である。図８Ａおよび図８Ｂの実施形態は、ハブの前側および後側の両方でガス流入口に接続された８つのガス供給源を示しているが、実施形態において、別の数のガス流入口が準備されてもよく、それらは、ガス供給源に接続されても接続されなくてもよい、すなわち、一部の実施形態では、ガス流入口全部がガス供給源に接続されるが、別の実施形態では、ガス流入口全部がガス供給源に接続される必要はない。ガス流入口の内の１または複数がガス供給源に接続されない実施形態でも、デッドレッグは形成されない。

図８Ｃは、中央混合チャンバ８４０を備えた混合マニホルド８３０を形成するように組み合わされた第１の混合ハブ８１０および第２の混合ハブ８２０を示す断面図である。例えば、第１の混合ハブ８１０は、各々、中央空間（中央の半球空間など）を備えてよく、この中央空間は、第２の混合ハブ８２０内の中央空間（中央の半球空間など）に対応しており、第１の混合ハブ８１０および第２の混合ハブ８２０が、ハブ８１０、８２０を囲むベースプレート８７０を任意選択的に用いて、組み合わされた時に中央混合チャンバ８０５を形成する。実施形態において、中央混合チャンバは、球形、略球形（例えば、多面体）、卵形、または、円筒形など、他の形状であってもよい。

図８Ｃに示すように、ガス供給源（例えば、ＭＦＣを含む）が、第１の混合ハブ８１０および第２の混合ハブ８２０を介して混合マニホルド８３０の複数の側（例えば、前側または後側）に取り付けられてよい。実施形態において、第１の混合ハブ８１０および第２の混合ハブ８２０（すなわち、混合マニホルド８３０の前側および後側）は、同じ数のガス供給源に接続される。別の実施形態において、第１の混合ハブ８１０および第２の混合ハブ８２０は、異なる数のガス供給源に接続される。

実施形態において、ガス供給源は、ガス流入口８６０を介して中央混合チャンバに接続される。実施形態において、ガス流入口８６０は、第１の混合ハブ８１０および／または第２の混合ハブ８２０内の流路を含んでよい。図８Ｃに示すように、ガス流入口８６０の流路は、ガス供給源８００ａ〜ｑから中央混合チャンバ８４０に通じる第１の混合ハブ８１０および／または第２の混合ハブ８２０内の斜めの流路であってよい。ガス供給源８００ａ〜ｑは、混合チャンバに通じるガス流入口８６０と連通している。各ガス種の長さスケールは同じであり、すべてのガス種が共通の混合点を共有する。したがって、並行流の影響（すなわち、種の間の混合遅延）が排除される。

実施形態において、中央混合チャンバ８４０は、約０．５インチの直径を有するが、その他のサイズが用いられてもよく、例えば、実施形態において、球形のハブは、約０．２５インチ、約０．３インチ、約０．４インチ、約０．６インチ、約０．８インチ、約１インチ、約１．５インチ、または、約２インチの直径を有する。中央混合チャンバ８４０内での混合後、混合ガスは、ガス流出口８３０を介するなどして、ガス供給ラインに接続されてよい。ガス流出口８３０は、混合ハブ８１０の側面に図示されているが、ガス流出口は、ガス流入口８６０と干渉しない任意の場所に配置されてよい。例えば、混合ハブが、閉じた面または遮断された流出口８５０を含んでもよく、ガス流出口は、混合マニホルドの別の位置に配置されてもよい。

本開示は、さらに、実施形態において、プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置を構成する方法を提供する。かかる方法は、例えば、表面上の複数のガス流入口と少なくとも１つの混合マニホルド流出口とを有する混合マニホルドを準備する工程を備えてよい。ガス流入口は、混合マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されており、その結果、各ガス種の長さスケールが同じになり、ガスがガス供給源から混合マニホルドに流される時、各ガスのガス供給時間が同じになる。実施形態において、方法は、さらに、複数のガス供給源を準備する工程と、複数のガス流入口と連通するように（すなわち、ガス供給からガス流入口を通して混合マニホルドにガスが流れるように）複数のガス供給源を配置する工程と、を備える。

実施形態において、本開示は、プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給する方法を提供する。かかる方法は、例えば、少なくとも１つの混合マニホルド流出口を有する混合マニホルドの表面上の複数のガス流入口と連通する複数のガス供給源を準備する工程と；複数のガス供給源から混合マニホルドに少なくとも２つの異なるガスを流して、第１の混合ガスを生成する工程と；混合マニホルドの下流に結合されたプラズマ処理チャンバに第１の混合ガスを供給する工程と、を備えてよい。ガス流入口は、混合マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されており、その結果、少なくとも２つの異なるガスの経路長が同じになるので、ガス（高流量または低流量にかかわらず）の即時混合が可能になり、並行流の影響が排除される。

実施形態において、単一のマスフローコントローラが、少なくとも２つの異なるガスの各々に対する流量設定値を開始し、即時混合に向けてそれらのガスを同時に放出する。別の実施形態では、別個のマスフローコントローラが、個々のガスの流量設定値を開始し、即時混合に向けて（同時に）ガスを放出する。

利用中には、ガスが、混合マニホルド上の複数のガス流入口を介して混合マニホルドに入る。各ガスの経路長／移動時間が同じであるため、ガスは、同時に混合マニホルドの中央混合ポイントに到達して混合する。次いで、ガス混合物は、混合マニホルド出口を通って混合マニホルドを出てよい。複数のマニホルド出口を有する混合マニホルドが、例えば、同一出願人による米国特許出願公開第２０１１／０００５６０１号に記載されており、その開示は、参照によって本明細書に全体が組み込まれる。

実施形態において、混合マニホルドを出た後、第１の混合ガスは、処理チャンバに直接供給されてよい。別の実施形態において、第１の混合ガスは、別のアレイのガスまたは混合ガスに追加されてもよい。

実施形態において、十分なガス流入口が利用可能である場合、残りのガス供給源を中断することなしに、ガス供給源を追加したり装置から除去したりすることができる。したがって、利用中に、方法は、さらに、混合マニホルドの表面上のガス流入口に少なくとも１つのさらなるガス供給源を接続する工程、複数のガス供給源および少なくとも１つのさらなるガス供給源から混合マニホルドにガスを流して、第２の混合ガスを生成する工程、第２の混合ガスをプラズマ処理チャンバに供給する工程、および／または、混合チャンバに供給する前に別の流体アレイと第２の混合ガスを混合する工程を備えてもよい。

別の実施形態において、複数のガス供給源の少なくとも１つからのガスの供給が、第１の混合ガスが処理チャンバに供給された後に終了されてもよい。実施形態において、ガスの供給は、混合マニホルドからガス供給源を切り離すことによって、または、ガス供給源を停止することによって終了されてよい。実施形態において、少なくとも３つの異なるガスが複数のガス供給源から混合マニホルドに流されて、第１の混合ガスを生成してもよく、処理は、さらに、第１の混合ガスが処理チャンバに供給された後に複数のガス供給源の少なくとも１つからのガスの供給を終了させる工程と、複数のガス供給源の内の残りのガス供給源から混合マニホルドにガスを流して、第２の混合ガスを生成する工程と、第２の混合ガスを処理チャンバに供給する工程とを備えてもよい。混合マニホルドからガス供給源を除去しても、混合マニホルド内にデッドレックを生じることはない。

さらなる実施形態において、他のガスラインを中断することなしに第２の混合ガスを生成するように、少なくとも１つのガス供給源が切り離されてもよく、少なくとも１つのさらなるガス供給源が混合マニホルドに接続されてもよい。つまり、本開示によれば、ガス供給時間に影響を与えずに、ガスラインを追加、移動、または、除去できる。

当業者であれば、本発明は、その精神または基本的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で実施できることがわかる。したがって、ここで開示された実施形態は、すべての点において例示であり、限定を意図したものではないと見なされる。本発明の範囲は、上述の記載ではなく添付の特許請求の範囲によって示されるものであり、本発明の意味および範囲および等価物の範囲内のすべての変形物が含まれるよう意図されている。

Claims (20)

1. プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置であって、
   表面上に複数のガス流入口を備えた混合マニホルドであって、前記ガス流入口は、前記混合マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されている、混合マニホルドと、
   前記混合マニホルドの前記表面上の前記複数のガス流入口と任意選択的に連通する複数のガス供給源と、
   少なくとも１つの混合マニホルド流出口と、
   を備える、ガス供給装置。
2. 請求項１に記載のガス供給装置であって、前記ガス流入口は、前記ガス流入口から前記中央混合チャンバの中心点まで引かれた放射状の線が同じ長さになるように配置される、ガス供給装置。
3. 請求項１に記載のガス供給装置であって、さらに、前記複数のガス供給源の内の各ガス供給源の流量設定値を制御するよう構成された単一のマスフローコントローラを備える、ガス供給装置。
4. 請求項１に記載のガス供給装置であって、前記中央混合チャンバは、円筒形混合チャンバを含み、前記ガス流入口は、前記円筒形混合チャンバの側面および／または軸端面上の周方向に離間した位置にある、ガス供給装置。
5. 請求項４に記載のガス供給装置であって、前記混合マニホルドは、第２のマニホルドと流体連通している、ガス供給装置。
6. 請求項１に記載のガス供給装置であって、複数のガス供給源が、前記ガス流入口と流体連通しており、前記複数のガス流入口の数は、前記複数のガス供給源の数以上である、ガス供給装置。
7. 請求項１に記載のガス供給装置であって、さらに、前記複数のガス供給源と連通する複数のマスフローコントローラを備え、前記複数のマスフローコントローラの各々が、前記複数のガス供給源の内の１つのガス供給源の流量設定値を個別に制御する、ガス供給装置。
8. 請求項７に記載のガス供給装置であって、前記複数のマスフローコントローラの各々から前記中央混合チャンバまでの半径方向距離は、ほぼ等しい長さである、ガス供給装置。
9. 請求項７に記載のガス供給装置であって、前記混合マニホルドは、円筒形混合本体を含み、前記マスフローコントローラの各々は、前記円筒形混合本体の側面および／または軸端面上に取り付けられている、ガス供給装置。
10. 請求項１に記載のガス供給装置であって、前記複数のガス供給源および前記複数のガス流入口は、前記ガス供給源のどれを除去しても前記混合マニホルド内にデッドレッグを生じないように構成されている、ガス供給装置。
11. 請求項１のガス供給装置を備えるプラズマ処理装置。
12. 請求項１１に記載のプラズマ処理装置であって、プラズマ処理チャンバが、前記混合マニホルドの下流に接続されている、プラズマ処理装置。
13. プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給する方法であって、
    少なくとも１つの混合マニホルド流出口を有する混合マニホルドの表面上の複数のガス流入口と連通する複数のガス供給源から少なくとも２つの異なるガスを流す工程であって、前記ガスは前記混合マニホルドに流れて、第１の混合ガスを形成する、工程と、
    プラズマ処理チャンバの内部に前記第１の混合ガスを供給する工程であって、前記混合ガスは、半導体基板を処理するためにプラズマ状態に励起される、工程と、
    を備え、
    前記ガス流入口は、前記少なくとも２つの異なるガスの各々の経路長が同じになるように、前記混合マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されている、方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、さらに、単一のマスフローコントローラを用いて、前記少なくとも２つの異なるガスの各々の流量設定値を開始する工程を備える、方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記マスフローコントローラは、前記混合マニホルド内での混合に向けて、前記少なくとも２つの異なるガスを同時に放出する、方法。
16. 請求項１３に記載の方法であって、さらに、別個のマスフローコントローラを用いて、前記少なくとも２つの異なるガスの各々の流量設定値を個別に開始する工程を備える、方法。
17. 請求項１３に記載の方法であって、さらに、前記第１の混合ガスが前記処理チャンバに供給された後に、前記複数のガス供給源からのガスおよび少なくとも１つのさらなるガス供給源からのガスを前記混合マニホルドに流して、第２の混合ガスを生成する工程と、前記第２の混合ガスを前記プラズマ処理チャンバに供給する工程と、を備える、方法。
18. 請求項１３に記載の方法であって、少なくとも３つの異なるガスが、前記複数のガス供給源から前記混合マニホルドに流されて、前記第１の混合ガスを形成し、
    前記処理は、さらに、
    前記第１の混合ガスが前記処理チャンバに供給された後に、前記複数のガス供給源の少なくとも１つからのガスの供給を終了させる工程と、
    前記複数のガス供給源の内の残りのガス供給源から前記混合マニホルドにガスを流して、第２の混合ガスを生成する工程と、
    前記第２の混合ガスを前記処理チャンバに供給する工程と、
    を備え、
    前記複数のガス供給源の前記少なくとも１つからのガスの供給を終了させる工程は、前記混合マニホルド内にデッドレッグを生じない、方法。
19. 請求項１３に記載の方法であって、さらに、前記混合ガスを前記処理チャンバに供給する前に、前記第１の混合ガスを少なくとも１つのさらなるガスと混合する工程を備える、方法。
20. プラズマ処理装置の処理チャンバに処理ガスを供給するためのガス供給装置を構成する方法であって、
    表面上の複数のガス流入口と少なくとも１つの混合マニホルド流出口とを備えた混合マニホルドを準備する工程であって、前記ガス流入口は、前記混合マニホルドの中央混合チャンバから等距離に配置されている、工程と、
    複数のガス供給源を準備する工程と、
    前記複数のガス流入口と連通するように前記複数のガス供給源を配置する工程と、
    を備える、方法。