JP6068462B2 - 高速ガス交換、高速ガス切換、及びプログラミング可能なガス送出のための方法及び装置 - Google Patents

Description

背景

(分野)
本発明の実施形態は、概して、改良された基板処理システムに関する。具体的には、本発明の実施形態は、エッチング及び／又は堆積処理に適している高速ガス交換システムに関する。

(関連技術の説明)
マイクロ電子デバイスの製造は、各々が様々な処理を含む多くの段階を含む。１つの段階の間に、特定の処理は、基板（例えば、シリコン基板）の表面にプラズマを付与する工程を含み、これによって基板の物理特性及び材料特性を変えることができる。この処理は、基板内に穴、ビア、及び／又は他の開口（本明細書内では「トレンチ」と呼ぶ）を形成する、材料の除去を含む場合のあるエッチングとして知られているかもしれない。

プラズマエッチングリアクタは、一般に、半導体基板内にトレンチをエッチングするために使用される。これらのリアクタは、内部で基板を支持するチャンバを含む。少なくとも１つの反応性ガスがチャンバに供給され、高周波信号が、プラズマを形成する反応性ガスに結合される。プラズマは、リアクタ内に配置された基板をエッチングする。基板もまた、エッチング処理の間に基板にバイアスを掛ける高周波信号に結合され、これによってエッチング性能及びトレンチプロファイルを高めることができる。

スルーシリコンビア（「ＴＳＶ」）エッチングは、低周波バイアス及び低温環境を要求する独特なアプリケーションであり、これによってシリコン基板内に深いトレンチを形成する。エッチングシステムの１つのタイプは、インサイチュープラズマエッチングを含むことができる。この種のエッチングシステムを用いて、除去プラズマ及び堆積プラズマによって単一リアクタ内で基板上に材料の除去と堆積を交互に行うことによって、トレンチを形成することができる。エッチングシステムの別のタイプは、リモートプラズマエッチングを含むことができる。この種のエッチングシステムを用いて、トレンチは、主リアクタ内に配置された基板上に導入される前にリモートリアクタでプラズマを生成することができることを除いて、インサイチューシステム内としてトレンチを形成することができる。エッチングシステムのタイプに加えて、各システムでのエッチング処理も変えることができる。いくつかのエッチング処理は、いくつかのレシピ工程（例えば、エッチング・堆積工程、又はエッチング・フラッシュ・堆積工程）を含む多段階アプローチ（例えば、時間多重化ガス変調（「ＴＭＧＭ」）システム又はボッシュシステム）を用いる。ＴＭＧＭ処理は、ある一定期間にわたって材料をエッチングした後、先にエッチングした面上に保護膜を堆積させ、これによって表面、典型的にはトレンチの側壁を更なるエッチングから保護する。更により深いトレンチが形成されるように、これらの２つの工程が繰り返される。プロセス開発がより小さく、より深いＴＳＶジオメトリに対して続くので、レシピは、エッチングガス、堆積ガス、パッシベーションガス又はクリーニングガスの間で高速切換を必要とする場合がある。したがって、ガスの切換は、エッチングプロファイル、側壁保護、選択性、及びエッチング速度（すなわち、スループット）を制御する上でより重要となる。

より高速なエッチング速度及び滑らかなエッチングプロファイルのために、ガスのより高速な切換が必要となる。より高速な切換は、単位時間当たりのより多くのデューティサイクルを意味する。従来のガス送出システムでは、処理チャンバへのガスの導入速度は、システムの機械的性質のために、バルブの切換速度によって制限される。更に、例えば、０．２秒間隔でのガス切換を必要とするプロセスレシピでは、ガス切換バルブは、年間で７８００万サイクルを超えるだろう。典型的なバルブに対する寿命は、約３万サイクルであるため、長い寿命を有する高価で高性能なバルブ、又は頻繁なバルブの交換に対する必要性が求められ、これはサービスのためのチャンバのダウンタイム及び所有コストを増加させ望ましくない。

したがって、エッチングのための改善された方法及び装置が必要である。

概要

本発明の実施形態は、概して、改良された基板エッチングシステム及びエッチングするための方法に関する。一実施形態では、処理チャンバにガスを供給する方法が提供される。本方法は、第１処理中に第１高速ガス交換モジュールを介して第１ガスパネルから処理チャンバへ第１処理ガスを供給する工程であって、第１処理は、第１処理ガスを第１フローコントローラから第２フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程、又は第１処理ガスを第１フローコントローラから第３フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程を含み、第２フローコントローラは第３フローコントローラと流体連通していない第１処理ガスを供給する工程と、第２処理中に第２高速ガス交換モジュールを介して第２ガスパネルから処理チャンバへ第２処理ガスを供給する工程であって、第２処理は、第２処理ガスを第４フローコントローラから第５フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程、又は第２処理ガスを第４フローコントローラから第３フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程を含み、第５フローコントローラは第６フローコントローラと流体連通していない第２処理ガスを供給する工程を含み、第１及び第２処理ガスは、交互の順序で処理チャンバに供給される。

別の一実施形態では、処理チャンバにガスを供給する方法が提供される。本方法は、第１処理中に第１高速ガス交換モジュールを介して第１ガスパネルから処理チャンバに第１処理ガスを供給する工程であって、第１高速ガス交換モジュールは、第１ガスパネルに結合する第１フローコントローラと、第１フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第２フローコントローラと、第１フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第３フローコントローラを含み、第１フローコントローラは、第１ガスパネルから第２フローコントローラ又は第３フローコントローラへ流れる第１処理ガスを選択的に迂回させるように動作可能であり、第２フローコントローラは、第１フローコントローラから処理チャンバ又は排気装置へ流れる第１処理ガスを選択的に迂回させるように動作可能であり、第３フローコントローラは、第１フローコントローラから処理チャンバ又は排気装置へ流れる第１処理ガスを選択的に迂回させるように動作可能である第１処理ガスを供給する工程と、第２処理中に第２高速ガス交換モジュールを介して第２ガスパネルから処理チャンバへ第２処理ガスを供給する工程であって、第２高速ガス交換モジュールは、第２ガスパネルに結合する第４フローコントローラと、第４フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第５フローコントローラと、第４フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第６フローコントローラを含み、第４フローコントローラは、第２ガスパネルから第５フローコントローラ又は第６フローコントローラへ流れる第２処理ガスを選択的に迂回させるように動作可能であり、第５フローコントローラは、第４フローコントローラから処理チャンバ又は排気装置へ流れる第２処理ガスを選択的に迂回させるように動作可能であり、第６フローコントローラは、第４フローコントローラから処理チャンバ又は排気装置へ流れる第２処理ガスを選択的に迂回させるように動作可能である第２処理ガスを供給する工程を含む。一例では、本方法は更に、処理チャンバ内へ流れる第１又は第２処理ガスの周波数が、第１及び第２高速ガス交換モジュール内のフローコントローラのそれぞれに対する迂回状態の変化周波数の２倍となるように、第１及び第２高速ガス交換モジュール内のフローコントローラのそれぞれの迂回状態の変化を同期させる工程を含む。

更に別の一実施形態では、ガス送出システムが提供される。本システムは、基板を処理するための処理チャンバと、第１ガスパネル及び処理チャンバに流体連通する高速ガス交換モジュールを含み、第１フローコントローラ構成を有する高速ガス交換モジュールは、第１ガスパネルに結合された第１フローコントローラと、第１フローコントローラと処理チャンバを結合する第２フローコントローラと、第１フローコントローラと処理チャンバを結合する第３フローコントローラであって、第２フローコントローラは第３フローコントローラとは流体連通していない第３フローコントローラを含み、第１フローコントローラは、第１ガスパネルから第２フローコントローラ又は第３フローコントローラへ流れる第１ガスを選択的に迂回させるように動作可能であり、第２フローコントローラは、第１フローコントローラから処理チャンバ又は排気装置へ流れる第１ガスを選択的に迂回させるように動作可能であり、第３フローコントローラは、第１フローコントローラから処理チャンバ又は排気装置へ流れる第１ガスを選択的に迂回させるように動作可能である。一例では、第５及び第６フローコントローラは、互いに反対の迂回状態で同時に動作する。

本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
本発明の一実施形態に係る高速ガス交換モジュールを内部に実装することができる例示的な基板エッチングシステムの概略図を示す。 本発明の一実施形態に係る例示的な高速ガス交換モジュールを示す。 本発明の別の一実施形態に係る例示的な高速ガス交換モジュールを示す。 複数のフローコントローラを有する図３の代替高速ガス交換モジュールを示す。 本発明の例示的な一実施形態に対して、時間の関数としてプロットしたフローコントローラのオン／オフ状態を示すグラフである。

詳細な説明

本明細書に記載されるように、本発明の実施形態は、シリコンエッチングシステム及びプロセスに関連するものとして説明する。しかしながら、本発明の実施形態は、シリコンエッチングとの使用に限定されるものではなく、他のタイプの材料のエッチングにも適用可能であることに留意すべきである。本発明の種々の実施形態では、ガス送出システムが提供される。ガス送出システムは、概して、１以上のガスパネル及び処理チャンバに流体連通した高速ガス交換モジュールを含み、高速ガス交換モジュールは、第１及び第２セットのフローコントローラを有し、第１及び第２セットのフローコントローラの各々は、複数のフローコントローラ（例えば、３つのフローコントローラ）を有する。フローコントローラは、三方弁等であることができ、これによって第１及び第２セットのフローコントローラ内のフローコントローラの各々は、独立して操作され、これによって処理チャンバ又は排気装置へ１以上のガスを迂回させるように選択的に開放する。第１及び第２セットのフローコントローラは、フローコントローラ作動の所定のタイミングシーケンス内で１以上のガスの同期切換（すなわち、バルブタイミング制御）のために操作され、これによって処理チャンバ内への最終的なガス流は、より低い切換速度での動作を個々のフローコントローラは継続しながら、処理チャンバ内でより速く切り換えられ、したがってより長寿命となる。

以下に説明するような方法及び装置は、基板上に配置された酸化物層及び金属層を有するシリコン基板内に、形状（例えば、深いトレンチ）をエッチングするために使用することができ、エッチングサイクルは、単一の完全に自動化されたリアクタ内においてインサイチューで実行される複数のプラズマ処理を含むことができる。このような各エッチングサイクルは、堆積工程、第１エッチング工程、及び第２エッチング工程を含むことができ、エッチングサイクルは、堆積及び／又はエッチング工程間で切り換えることができる。工程の各々は、基板が支持されているリアクタの処理チャンバ内に供給されるガス混合物の組成によって画定される個々のプラズマ処理であってもよい。ガス混合物の異なる組成物を、用途に応じて、それぞれの個々の工程中にチャンバに供給することができる。

図１は、多様な基板を処理し、多様な基板サイズを収容するためのシステム（例えば、リアクタ１００）の断面図を示す。リアクタ１００は、ソース電源１５及び整合ネットワーク１７、バイアス電源２０及び整合ネットワーク２１、処理チャンバ２５、ポンプ３０、バルブ３５、セラミックス製静電チャック４０、冷却装置４５、蓋５０、ガスノズル５５、及びガス送出システム１０２を含むことができる。ガス送出システム１０２は、処理チャンバ２５に直接隣接して（例えば、処理チャンバ２５の下に）配置されたハウジング１０５内に配置される。ガス送出システム１０２は、処理チャンバ２５に少なくとも２つの異なるガス混合物を供給するために使用することができる。図２及び３において更に説明されるように、ガス送出システム１０２は、１以上のガスパネル１０４内に配置された１以上のガス供給源をガスノズル５５に選択的に結合させ、これによってガスノズル５５の１以上の出口を通して処理チャンバ２５に処理ガスを供給することができる。ハウジング１０５は、処理チャンバ２５に近接して配置され、これによってガスを変更する際のガス遷移時間を短縮し、ガスの使用量を最小限に抑え、ガスの無駄を最小限に抑えることができる。リアクタ１００は、更に、処理チャンバ２５内で基板を支持するチャック４０を昇降させるためのリフト２７を含むことができる。

処理チャンバ２５は、下部ライナ２２、上部ライナ２３、及びドア２４を有する本体を更に含む。バルブ３５は、ポンプ３０と処理チャンバ２５の間に配置することができ、処理チャンバ２５内の圧力を制御するように動作可能であってもよい。セラミックス製静電チャック４０は、処理チャンバ２５内に配置することができる。蓋５０は、処理チャンバ２５の上に配置することができる。ガスノズル５５は、１以上の出口を有する調整可能なガスノズルを含み、これによってガス送出システム１０２から処理チャンバ２５へガス流を選択的に導くことができる。ガスノズル５５は、処理チャンバ２５の中央領域及び／又は側方領域などの処理チャンバ２５内の異なる領域へガス流を導くように動作可能であってもよい。

プラズマ処理を生成し、維持するためのソース電源１５は、処理チャンバ２５の上方に配置されたハウジング１１内に囲まれた発電装置を介して処理チャンバ２５に結合される。発電装置は、１以上のアンテナ又はコイルの形態であってもよい。ソース電源１５は、パルス化機能と、約１０ワット〜約５０００ワットの範囲内の電力を有する、約１２ＭＨｚ〜約１３．５ＭＨｚの範囲内の高周波を生成するように動作可能であってもよく、更に動的整合ネットワーク１７を含むことができる。ソース電源１５は、デュアルチューナブルソースを含むことができ、これによってエッチングサイクル中に高周波を変更することができる。ソース電源１５は、リアクタ１００に取り付け可能である高レベルのプラズマ解離を生成することが可能なリモートプラズマ源を含むことができる。所望の場合、リアクタ１００は、インサイチューソース電源及びリモートプラズマソース電源の両方を含むことができ、プラズマは、リモートプラズマソース電源を使用して、リモートプラズマチャンバ内で生成され、処理チャンバ２５へと送られ、インインサイチュソース電源１５は、生成されたプラズマを処理チャンバ２５内に維持する。一実施形態では、ソース電源１５の出力範囲、すなわちワット数を、エッチングサイクル中に増加させる又は減少させることができるエッチングサイクルを実行してもよい。ソース電源１５は、エッチングサイクル中にパルス化してもよい。

基板にバイアスを掛けるためのバイアス電源２０は、処理チャンバ２５及びチャック４０に結合される。バイアス電源２０は、パルス機能と、約１０ワット〜約５００ワットの低電力範囲を有する約２ＭＨｚの高周波を生成するように動作可能であってもよく、更に動的整合ネットワーク２１を含むことができる。バイアス電源２０は、パルス機能と、約１０ワット〜約５００ワットの低電力範囲を有する、約４００ｋＨｚ〜約２ＭＨｚ、約１００ｋＨｚ〜約２ＭＨｚ、及び約１００ｋＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚから選択可能な高周波範囲を生成可能であってもよく、更に動的整合ネットワーク又は固定整合ネットワーク及び周波数チューナを含むことができる。エッチングサイクルは、堆積工程、第１エッチング工程、及び第２エッチング工程を含むことができ、バイアス電源２０は、第１エッチング工程の間に使用され、バイアス電源２０は、第２エッチング工程中、減少又は増加される。例えば、バイアス電力の高周波は、第１エッチング工程から第２エッチング工程まで減少又は増加させることができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る高速ガス交換モジュール２００を有するガス送出システム１０２（図１）の一実施形態の概略図を示す。高速ガス交換モジュール２００は、第１フローコントローラ２４０と、第２フローコントローラ２３０と、ガスを（図１に示される）処理チャンバ２５内へと出口２７０及び２８０を介して選択的に導くための多数の任意選択の流量制限器２６０及びバルブ２５０と、ポンプ３０の下流側のチャンバ排気口内へとガスを放出するための排気装置２９０とを含むハウジング２０５を含む。具体的には、４つの流量制限器２６０及び８つのバルブ２５０が、図２に示されているが、使用される場合には、流量制限器２６０及びバルブ２５０の数を変更してもよい。第１フローコントローラ２４０は、流路２７２及び出口流路２７３を介して出口２７０と連通している。第２フローコントローラ２３０は、これもまた出口流路２７３と連通している流路２７１を介して出口２７０と連通している。第１及び第２フローコントローラ２４０、２３０の各々は、それぞれ流路２７２及び２７１と、排気流路２９１を介して、排気装置２９０と連通している。第１フローコントローラ２４０はまた、出口流路２８３と連通している流路２８２を介して、出口２８０と別々に連通している。第２フローコントローラ２３０はまた、これもまた出口流路２８３と連通している流路２８１を介して、出口２８０と別々に連通している。第１及び第２フローコントローラの各々は、それぞれ個別に排気流路２９１に結合された流路２８２及び２８１を介して排気装置２９０と連通している。

第１及び第２フローコントローラから流路２７１、２７２、２８１、２８２及び２９１を介して排気装置２９０までの１以上の流路は、各々が以下に更に記載されるようなプレフローガス経路を画定することができる。１以上の任意選択の流量制限器２６０及びバルブ２５０を、第１及び第２フローコントローラ２４０、２３０と、出口２７０及び２８０と、排気装置２９０との間に配置し、これによって出口２７０、２８０、及び排気装置２９０への処理ガスのルーティングを制御することができる。

出口２７０、２８０をガスノズル５５（上述）の１以上の出口に連通させ、これによって処理チャンバ２５内へのガスの分配を選択的に制御することができる。高速ガス交換モジュール２００と、特に、第１及び第２フローコントローラ２４０及び２３０は、高速ガス交換モジュール２００を使用して処理チャンバ２５に処理ガスを供給するために、それぞれ第１ガスパネル２１０及び第２ガスパネル２２０に結合される。第１及び第２ガスパネル２１０、２２０は、第１流路２１７及び第２流路２２７を介して高速ガス交換モジュール２００に結合することができる。第１及び第２ガスパネル２１０、２２０は、１以上のガス供給源２１５、２２５を含むことができ、第１及び第２流路２１７、２２７を介して１以上のガスを高速ガス交換モジュール２００へ、従って、処理チャンバ２５へ供給するように動作可能である。シリコンエッチング用に構成される場合、高速ガス交換モジュール２００は、第１ガスパネル２１０から第１エッチング工程及び第２エッチング工程の間、第１ガス（例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ_６））を処理チャンバ２５へ供給することができ、また第２ガスパネル２２０から堆積工程の間、第２ガス（例えば、パーフルオロシクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８））を処理チャンバ２５へ供給することができる。一例では、第１ガスパネル２１０及び第２ガスパネル２２０は、約１０００ｓｃｃｍでＳＦ_６とＣ_４Ｆ_８を送出するように動作可能である。第１ガスパネル２１０及び第２ガスパネル２２０は、更に、約５００ｓｃｃｍでヘリウムを、約２００ｓｃｃｍで酸素（Ｏ_２）とアルゴンを送出することができる。所望の場合、プラズマ維持ガス（例えば、アルゴン）を有する第３ガスパネル（図示せず）が高速ガス交換モジュール２００に結合され、エッチングサイクルのエッチング及び堆積工程の間、ガスを処理チャンバ２５へ常に供給するように動作可能であってもよい。

動作中、第１ガスパネル２１０からのガスが、処理チャンバ２５に供給されるので、第１フローコントローラ２４０は、流路２８２を介して出口２８０へ、流路２７２を介して出口２７０へ、又は両方の出口へガスを導くことができる。任意選択の流量制限器２６０を、高速ガス交換モジュール２００内のガスの流れを制御するために利用することができる。ガスが処理チャンバ２５に供給されているとき、バルブ２５０は処理チャンバ２５を選択的に開いて、排気流路２９１への、したがって排気装置２９０への流路を選択的に閉じるように動作可能であってもよい。エッチングサイクルが、エッチング工程と堆積工程の間で切り換えるとき、第２ガスパネル２２０からのガスを、第１ガスパネル２１０と同様に処理チャンバ２５に供給することができる。第２ガスパネル２２０からのガスが、処理チャンバ２５に供給されているとき、バルブ２５０は、第１ガスパネル２１０から処理チャンバ２５への流路を閉じて、排気流路２９１への、したがって排気装置２９０への流路を選択的に開き、これによって流路内のガスを放出するように動作可能であってもよい。一例では、堆積工程の間、第１ガスパネル２１０から処理チャンバ２５へとガスを供給してもよく、エッチング工程の間、第２ガスパネル２２０から処理チャンバ２５へとガスを供給してもよい。第１及び第２ガスパネル２１０、２２０は、堆積又はエッチング目的のために設定されることが記載されているが、両方のガスパネル２１０及び２２０は、堆積及びエッチングの両方の工程のために使用可能であることが理解される。

図３は、図１のガス送出システム１０２の代わりに使用することができる例示的なガス送出システム３００の一代替実施形態を示す。高速ガス交換モジュール３００は、概して、第１フローコントローラ３４０、第２フローコントローラ３４５、処理チャンバ３１０（例えば、図１に示されるリアクタ１００の処理チャンバ２５）内へガスを選択的に迂回させるために互いに連通している第３フローコントローラ３４７、第１排気装置３６０、及び／又は第２排気装置３７０を含むハウジング３０５を含む。高速ガス交換モジュール３００と、特に第１フローコントローラ３４０は、流路３４１を介して第１ガスパネル３２０に結合することができる。第１ガスパネル３２０は、シリコンをエッチングするのに好適な複数のガス供給源３２２を含むことができる。例えば、第１ガスパネル３２０は、六フッ化硫黄、酸素、アルゴン、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）、及び／又はヘリウムなどの種々のガス供給源を含むことができる。第１ガスパネル３２０は、任意の数のガス供給源とインターフェース接続するように構成することができるが、図３に示される実施形態では、５つのガス供給源が示されている。

フローコントローラ３４０、３４５、及び３４７の各々は、排気装置３６０、３７０及び／又は処理チャンバ３１０にガスを選択的に迂回させるように動作可能な流量制御バルブを含むことができる。流量制御バルブは、空圧操作用の空圧アクチュエータを含むことができ、これによって迅速な応答を可能にし、多数の流れの選択肢を提供する。一例では、フローコントローラ３４０、３４５、及び３４７は、ガス供給源３２２から所望の目的地へ処理ガスを選択的に迂回させるように制御することができる三方弁を含む。例えば、第１フローコントローラ３４０は、流路３４２を介して第２フローコントローラ３４５へ、及び／又は流路３４３を介して第１排気装置３６０へガスを導くように構成することができる。流路３４３及び第１排気装置３６０は、第２フローコントローラ３４５から第１排気装置３６０へのガスの効率的な除去を促進する高速排気経路を画定する。第２フローコントローラ３４５は、流路３２５を介して処理チャンバ３１０へ、及び／又は流路３４４を介して第３フローコントローラ３４７へガスを導くように構成することができる。同様に、第３フローコントローラ３４７は、流路３２１を介して任意選択の流量制限器３４６を介して処理室３１０へ、流路３２５と連通することができる流路３４９を介して任意選択の流量制限器３４８を介して第２排気装置３７０へ、又は第２フローコントローラ３４５へガスを導くように動作させることができる。ここには図示されないが、フローコントローラ３４０、３４５、及び３４７は、オペレーティングシステムと通信し、これによってバルブの動作を制御及び監視できることが理解される。

高速ガス交換モジュール３００はまた、第１フローコントローラ３５０、第２フローコントローラ３５５、ハウジング３０５内に配置され、処理チャンバ３１０内へガスを選択的に迂回させるために互いに連通している第３フローコントローラ３５７、第１排気装置３６０、及び／又は第２排気装置３７０を含む。高速ガス交換モジュール３００と、特に第１フローコントローラ３５０は、流路３５１を介して第２ガスパネル３３０に結合することができる。第２ガスパネル３３０は、シリコンをエッチングするのに好適な複数のガス供給源３３２を含むことができる。例えば、第２ガスパネル３３０は、パーフルオロシクロブタン、酸素、アルゴン、トリフルオロメタン、及び／又はヘリウムなどの種々のガス供給源を含むことができる。フローコントローラ３５０、３５５、３５７の各々は、排気装置３６０、３７０及び／又は処理チャンバ３１０にガスを迂回させるように動作可能な流量制御バルブを含むことができる。一例では、フローコントローラ３５０、３５５、３５７は、ガス供給源３３２から所望の目的地へ処理ガスを選択的に迂回させるように制御することができる三方弁である。流量制御バルブは、迅速な応答を可能にし、フローコントローラ３４０、３４５、３４７と同様に多数の流れの選択肢を提供するための空圧動作を含むことができる。例えば、第１フローコントローラ３５０は、流路３５２を介して第２フローコントローラ３５５へ、及び／又は流路３５３を介して第１排気装置３６０へガスを導くように構成することができ、これによって高速排気経路を画定する。第２フローコントローラ３５５は、流路３３５を介して処理チャンバ３１０へ、及び／又は流路３５４を介して第３フローコントローラ３５７へガスを導くように構成することができる。第３フローコントローラ３５７は、流路３５９を介して任意選択の流量制限器３５８を介して第２排気装置３７０へ、及び／又は流路３３５と連通することができる流路３３１を介して任意選択の流量制限器３５６を介して処理チャンバ３１０へガスを導くように動作させることができる。同様に、フローコントローラ３５０、３５５、３５７は、オペレーティングシステムと通信し、これによってバルブの動作を制御及び監視できる。

動作中、並行な流路３２５及び３３５は、一連のフローコントローラ及び任意選択の流量制限器（例えば、フローコントローラ３４０、３４５、３４７、３５０、３５５、３５７及び任意選択の流量制限器３４６、３５６）を介して処理チャンバ３１０に独立してガスを送出するように構成され、これによって高速ガス切換を可能にする。流路３２５、３３５は、処理チャンバ３１０内に独立して及び／又は直接的にガスを迅速に送出するように動作可能でもあり、これによって任意選択の流量制限器３４６及び３５６を介して観察されるいかなるガス遅延をも排除する。所望の場合、流路３２５，３３５は、処理チャンバ３１０に入る前に、互いに連結してもよい。多数のガス送出及び構成が、高速ガス交換モジュール３００を備えることができる。一実施形態では、第１ガス（又はガスの組み合わせ）を、処理チャンバ３１０内に（例えば、流路３４１、３４２、３２５を介して）ストレートに送出することができ、第２ガス（又はガスの組み合わせ）を、流路３５４、３５２、３５１を介して流路３３１の流量制限器３５６を介してパルス化し、これによって処理チャンバ３１０への制御された送出の選択肢を可能にする。高速ガス交換モジュール３００内のバルブの各々は、流路を通して送出されるガスの逆拡散を防止する逆止弁を含むことができる。第１フローコントローラ３４０、３５０は、第１排気装置３６０と連通している流路３４３、３５３を通してガスを導くように動作可能である。フローコントローラ３４７、３５７は、第２排気装置３７０と連通している流路３４９、３５９を通してガスを導くように動作可能である。

高速ガス交換モジュール３００は、流路３４１、３５１のいずれか又は両方と連通している任意選択の流路３８６を含むことができる。流路３８６は、任意選択のフローコントローラ３８４及び／又は任意選択の流量制限器３８２を含むことができる。流路３８６は、排気装置３８０へガスを導くように動作可能であり、これによって流路のすべてからガスを放出し、これによって必要なときに高速排気経路を画定することができる。排気装置３６０、３７０、３８０は、内部へガスが導かれる真空環境を含むことができる。

一実施形態では、高速ガス交換モジュール３００は、本明細書に記載の実施形態と組み合わせて、流路３３５と連通している流路３９５を介して処理チャンバ３１０へガス供給源３９２（例えば、パージガス）を提供する任意選択のガスパネル３９０に結合することができる。ガスパネル３９０は、処理チャンバ３１０への迅速直接経路を提供し、これによってエッチングサイクル中に第１及び第２ガスパネルの一方又は両方からのガスによって処理用のガスを提供することができる。流路３９５は、処理チャンバ３１０へのガス３９０の流れを制御するフローコントローラ及び／又は流量制限器（図示せず）を含むことができる。ガス供給源３９２は、処理チャンバ３１０及び流路内に残っているいかなる残留ガス混合物をもパージするように動作可能であってもよい。一実施形態では、１以上のフローコントローラが開位置に作動され、これによってガスパネル３９０から供給されるガス供給源３９２を使用して、流路３２５、３３５のいずれか又は両方を通って、１以上の排気装置３６０、３７０、３８０に残留ガス混合物をパージすることができる。図示しないが、同様のガスパネル構成が、流路３２５と連通して設けられてもよいことが理解される。

一実施形態では、処理の間に基板にプロファイルを形成するための処理チャンバ３１０内に、基板を配置することができる。処理は、プロファイルを形成するのに所望の順序で交互に及び／又は連続的に繰り返すことができる１以上の工程（例えば、エッチング工程と堆積工程）を含むことができる。第１ガスパネル３２０のガス供給源３２２から提供される１以上のガスを含む第１ガス混合物を、１以上の処理工程の間、流路３４１、３４２、３２５を介して第１及び第２フローコントローラ３４０、３４５を介して、及び／又は流路３４１、３４２、３４４、３２１、３２５を介して第１、第２及び第３フローコントローラ３４０、３４５、３４７を介して、第１ガスパネル３２０から処理チャンバ３１０に供給することができる。第２ガスパネル３３０のガス供給源３３２から提供される１以上のガスを含む第２ガス混合物を、１以上の処理工程の間、流路３５１、３５２、３３５を介して第１及び第２フローコントローラ３５０及び３５５を介して、及び／又は流路３５１、３５２、３５４、３２１、３３５を介して第１、第２及び第３フローコントローラ３５０、３５５、３５７を介して、第２ガスパネル３３０から処理チャンバ３１０に供給することができる。第１及び第２ガス混合物は、処理工程を切り換える際に、迅速に切り換えられ、処理チャンバ３１０に供給することができる。処理工程を切り換えるとき、及び他のガス混合物が処理チャンバ３１０へ供給されている間、第１及び第２ガス混合物はまた、それぞれの流路３２５及び３３５から排気装置３６０、３７０、３８０へ迂回されてもよい。また、ガス混合物の組成は、切り換え処理工程中に変更し、これによって処理工程中にチャンバに異なるガス混合物を提供することができる。所望であれば、第１及び第２ガス混合物は、処理工程の間に同時に処理チャンバ３１０に供給することもできる。フローコントローラは、処理チャンバ３１０に制限されない流路を提供することができる。

一実施形態では、高速ガス交換システムは、１以上のバルブ（例えば、迅速な応答作動を提供するための空圧アクチュエータを含むことができる三方弁などのフローコントローラの組み合わせ）を用いて、第１エッチング工程から第２エッチング工程へ及び／又は堆積工程へ切り換えるときに、チャンバ内で基板の処理をしながら、チャンバ内のガス混合物の連続的な迅速切換を提供するように動作可能である。例えば、堆積工程中、第１ガス混合物をチャンバに供給することができ、同時に、堆積工程に続くエッチング工程中に、チャンバ内に導入するのに備えて第２ガス混合物をチャンバにルーティングすることができる。各工程の持続時間は、約１秒未満であるかもしれない。例えば、堆積工程は、約０．５秒間続くことができ、エッチング工程は、約０．７５秒続くことができ、工程は、それぞれのガス混合物が代表的な工程の間に供給しながらチャンバ内で基板を処理するように、連続して交互に繰り返すことができる。１以上のセンサ（図示せず）が、チャンバに供給されるガス混合物の性能を監視するために、バルブに取り付けられてもよい。

図４は、複数のフローコントローラを有する第３フローコントローラ３４７及び３５７（図３）の代替構成４００を示す。なお、図３に示されるいくつかの要素（例えば、流量制限器３４６、３５６、３４８、及び３５８）は、明確にするために図４から省略されていることに留意すべきである。本実施形態では、構成要素及び可能なその変形形態は、第３フローコントローラ３４７及び３５７がそれぞれ複数のフローコントローラ４４７、４４７’４４７”及びフローコントローラ４５７、４５７’、４５７”によって置き換えられていること除いて、高速ガス交換モジュール３００と同一である。後述するように、フローコントローラ作動の所定のタイミングシーケンス（すなわち、バルブタイミング制御）によって、複数のフローコントローラを使用したこのような構成４００は、切換速度及び圧力制御において柔軟性を追加すると考えられ、これによって処理チャンバ３１０内への最終的なガス流は、より低い切換速度での動作を個々のフローコントローラは継続しながら、処理チャンバ内でより速く切り換えられ、したがってより長寿命となる。

種々の実施形態では、フローコントローラ４４７及び４４７’又は４４７及び４４７”は、互いに連通しており、これによって処理チャンバ３１０（例えば、図１に示されるリアクタ１００の処理チャンバ２５）又は第２排気装置３７０内へ１以上のガスを選択的に迂回させる。前述したように、フローコントローラ４４７は、流路３４１を介して第１及び第２フローコントローラ３４０、３４５を介して第１ガスパネル３２０と流体連通している（図３）。フローコントローラ４４７、４４７’、又は４４７”は、三方弁、Ｔ−バルブ等であってもよく、これによってフローコントローラ４４７、４４７’及び４４７”の各々は、流量制限器（図示せず）を介して１以上のガスを処理チャンバ３１０又は排気装置（例えば、第２排気装置３７０）へ迂回させるために選択的に開放するように独立して操作される。例えば、フローコントローラ４４７は、第２フローコントローラ３４５から流路４８０を介してフローコントローラ４４７’へ、及び／又は流路４８２を介してフローコントローラ４４７”へ流れる１以上のガスを導くように操作することができる。フローコントローラ４４７’は、フローコントローラ４４７から流路３２５と連通することができる流路３２１を介して任意選択の流量制限器３４６（図３）を介して処理チャンバ３１０へ、及び／又は流路３４９を介して任意選択の流量制限器３４８（図３）を介して第２排気装置３７０へ流れる１以上のガスを導くように操作することができる。同様に、フローコントローラ４４７”は、フローコントローラ４４７から流路３２１を介して任意選択の流量制限器３４６（図３）を介して処理チャンバ３１０へ、及び／又は流路３４９を介して任意選択の流量制限器３４８（図３）を介して第２排気装置３７０へ流れる１以上のガスを導くように操作することができる。異なる数のフローコントローラ及び構成を用いることができ、図４に示されるものに限定されるべきではないことが理解される。

フローコントローラは、様々な流れの利点を提供するために選択的に閉じることができる。フローコントローラ４４７、４４７’、４４７”を一例にとると、１つの化学物質の混合物及び流量から別のものに切り換える場合、フローコントローラのいずれか（例えば、フローコントローラ４４７）を閉じることができ、これによってフローコントローラ４４７の下流側の１以上のガスが処理チャンバ３１０内へ又は排気装置（例えば、第２排気孔３７０）内へ流れ続け、かつフローコントローラ４４７の上流側の１以上のガスは流れない。閉じられたフローコントローラ（例えば、フローコントローラ４４７）の上流側からの１以上のガスは、それが閉じている間、処理チャンバ３１０には到達しない。このように、処理チャンバ３１０は、フローコントローラ４４７の上流側の１以上のガスを、次の所望の化学混合物及び流量に切り換えながら、フローコントローラ４４７の下流側の１以上のガスから途切れないで動作するだろう。別の一例では、フローコントローラのいずれか（例えば、フローコントローラ４４７’）は、あたかも処理チャンバ３１０内へ流れているかのように、１以上のガスの条件を実質的に一致させる条件でフローコントローラ４４７’の上流側に１以上のガスを供給することができるように閉じることができる。これによって、フローコントローラ４４７’の上流側の１以上のガスは、フローコントローラ４４７’の上流側の１以上のガスが、いかなる圧力降下及び流量の減少も経験することなく、処理チャンバ３１０内へ送出される前に「処理条件」に安定化することができる「プレフロー」経路を画定する、実質的に維持される定常状態に迅速に到達できる。こうして、あたかもガスが処理チャンバ内へ流れているかのように、プレフロー経路が実質的に同じ抵抗及び流量条件を提供するので、ガス送出の均一性が迅速に確立される。あるいはまた、フローコントローラ４４７’及び４４７”を交互に閉じ、これによってパージガスが一方のフローコントローラ（例えば、フローコントローラ４４７’）を通って排気装置へと流れ、同時にもう一方のフローコントローラは処理ガスを送出するために使用することができる。本明細書の記載は、フローコントローラ４４７、４４７’、又は４４７”に向けているが、同様のアプローチをフローコントローラ４５７、４５７’、及び４５７”にも適用可能であることが理解される。種々の流れの構成及びその利点は、２００９年５月１９日に、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＯＦ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ（基板エッチングシステム及びプロセスの方法及び装置）」の名称で出願された、米国特許出願第１２／４０７，５４８号に記載され、その全体が参照として援用される。

次の表１は、一定時間間隔を有する異なる時間でフローコントローラ４４７、４４７’、４４７”及び４５７、４５７’、４５７”の異なるバルブタイミング制御（オン／オフ）に応じて出力（すなわち、チャンバ内に流入するガス混合物の流れ）が変化する一実施形態内のいくつかの例を示す。バルブタイミング制御とガス出力の間の関係をより良く理解するために、図４及び図５を参照して表１を説明する。図５は、フローコントローラの各々が表１に基づく所定のタイミングシーケンス（すなわち、任意の時間でオン又はオフのいずれか）にありながら、処理チャンバ内のガス出力が時間の関数として相対的に一定に保たれる例示的一実施形態を示す。なお、フローコントローラの各々において変化される迂回状態の周波数は、アプリケーション又は所望のトレンチプロファイルに応じて変更可能であることが理解される。

表１において、フローコントローラ４４７＝１は、フローコントローラ４４７が流路４８０を介してフローコントローラ４４７’に対してのみ開いていることを表しているのに対して、フローコントローラ４４７＝「０」は、フローコントローラ４４７が流路４８２を介してフローコントローラ４４７”に対してのみ開いていることを表している。フローコントローラ４４７’＝「１」は、フローコントローラ４４７’が流路３２５（図３）を介して処理チャンバ３１０に対してのみ開いていることを表しているのに対し、フローコントローラ４４７’＝「０」は、フローコントローラ４４７’が流路３４９を介して排気装置（例えば、第２排気装置３７０）に対してのみ開いていることを表している。フローコントローラ４４７”＝「１」は、フローコントローラ４４７”が流路３２５を介して処理チャンバ３１０に対してのみ開いていることを表しているのに対し、フローコントローラ４４７”＝「０」は、フローコントローラ４４７”が流路３４９を介して排気装置（例えば、第２排気装置３７０）に対してのみ開いていることを表している。出力１＝「真」は、１以上のガスが処理チャンバ３１０へ送出されていることを表しているのに対し、出力１＝「偽」は、１以上のガスが処理チャンバ３１０に入るのをブロックされていることを表している。したがって、フローコントローラ４４７、４４７’、４４７”の状態に基づくガス出力計算は、以下の公式によって表すことができる：出力１＝［フローコントローラ４４７ ＡＮＤ フローコントローラ４４７’］ＯＲ［ＮＯＴ（フローコントローラ４４７） ＡＮＤ フローコントローラ４４７”］。

同様に、表１では、フローコントローラ４５７＝１は、フローコントローラ４５７が流路４８４を介してフローコントローラ４５７’に対してのみ開いていることを表しているのに対して、フローコントローラ４５７＝「０」は、フローコントローラ４５７が流路４８６を介してフローコントローラ４５７”に対してのみ開いていることを表している。フローコントローラ４５７’＝「１」は、フローコントローラ４５７’が流路３３５（図３）を介して処理チャンバ３１０に対してのみ開いていることを表しているのに対し、フローコントローラ４５７’＝「０」は、フローコントローラ４５７’が流路３５９を介して排気装置（例えば、第２排気装置３７０）に対してのみ開いていることを表している。フローコントローラ４５７”＝「１」は、フローコントローラ４５７”が流路３３５を介して処理チャンバ３１０に対してのみ開いていることを表しているのに対し、フローコントローラ４５７”＝「０」は、フローコントローラ４５７”が流路３５９を介して排気装置（例えば、第２排気装置３７０）に対してのみ開いていることを表している。出力２＝「真」は、１以上のガスが処理チャンバ３１０へ送出されていることを表しているのに対し、出力２＝「偽」は、１以上のガスが処理チャンバ３１０に入るのをブロックされていることを表している。したがって、フローコントローラ４５７、４５７’、４５７”の状態に基づくガス出力計算は、以下の公式によって表すことができる：出力２＝［フローコントローラ４５７ ＡＮＤ フローコントローラ４５７’］ＯＲ［ＮＯＴ（フローコントローラ４５７） ＡＮＤ フローコントローラ４５７”］。

例示的な一実施形態では、フローコントローラ４４７及び４４７’が「１」状態であり、フローコントローラ４４７”が「０」状態である時間（Ｔ）Ｔ１では、第２フローコントローラ３４５から流れるガス混合物は、連続してフローコントローラ４４７及び４４７’を介して処理チャンバ３１０（例えば、図１に示されるリアクタ１００の処理チャンバ２５）へと導かれ、図５に示されるように、処理チャンバ３１０内へのガス流の「真」（すなわち、オン）の動作状態をもたらすであろう。フローコントローラ４４７”は、排気装置に対してのみ開いている状態であるので、処理チャンバ３１０から流れるガス混合物は、フローコントローラ４４７”に流れるのをブロックされるだろう。

フローコントローラ４４７及び４４７”が「１」状態であり、フローコントローラ４４７’が「０」状態である時間Ｔ２では、第２フローコントローラ３４５から流れるガス混合物又は処理チャンバ送出経路内の任意の１以上の残留ガスは、図５に示されるように、連続してフローコントローラ４４７及び４４７’を介して排気装置（例えば、第２排気装置３７０）へと導かれ、処理チャンバ内へのガス流の「偽」（すなわち、オフ）の動作状態をもたらすであろう。フローコントローラ４４７’は、排気装置に対してのみ開いている状態であり、フローコントローラ４４７”は、処理チャンバ３１０に対してのみ開いている状態であるので、ガス混合物又は１以上の残留ガスは、フローコントローラ４４７”に流れることはなく、処理チャンバ３１０から流れるいかなる１以上のガスも、排気装置又はフローコントローラ４４７’に入るのをブロックされるだろう。特定の用途においては、フローコントローラの作動のこのタイミングシーケンスは、フローコントローラ４４７’の上流側の１以上のガスを排気装置へと導きながら、処理チャンバ３１０は、フローコントローラ４４７’の下流側の１以上のガスから中断されずに動作可能であるので、有利である場合がある。所望であれば、処理チャンバ３１０内へフローコントローラ４４７’又は４４７”の下流側の１以上のガスを流しながら、処理チャンバ送出経路をプレクリーニングするために、フローコントローラ４４７及び４４７’を介してパージガスを流すことができる。あるいはまた、新たな化学混合物を処理チャンバ送出経路（例えば、少なくともフローコントローラ４４７’の上流側のセクション）にプレロードすることができ、これによって新たな化学混合物の流れ及び流量を安定化させ、新たな化学混合物及び流量は、より高速に又は要求時間にできるだけ近く処理チャンバ３１０へ送出されるようにタイミングをとることができる。

フローコントローラ４４７及び４４７’が「０」状態であり、フローコントローラ４４７”が「１」状態である時間Ｔ３では、第２フローコントローラ３４５から流れるガス混合物は、図５に示されるように、連続してフローコントローラ４４７及び４４７”を介して処理チャンバ３１０へと導かれ、処理チャンバ３１０内へのガス流の「真」の動作状態をもたらす。フローコントローラ４４７’は、排気装置に対してのみ開いている状態であるので、ガス混合物は、フローコントローラ４４７’に流れるのをブロックされるだろう。

フローコントローラ４４７及び４４７”が「０」状態であり、フローコントローラ４４７’が「１」状態である時間Ｔ４では、第２フローコントローラ３４５から流れるガス混合物又は処理チャンバ送出経路内の任意の１以上の残留ガスは、図５に示されるように、連続してフローコントローラ４４７及び４４７”を介して排気装置（例えば、第２排気装置３７０）へと導かれ、処理チャンバ内へのガス流の「偽」の動作状態をもたらすであろう。フローコントローラ４４７’は、処理チャンバ３１０に対してのみ開いている状態であり、フローコントローラ４４７”は、排気装置に対してのみ開いている状態であるので、処理チャンバ３１０からのガス混合物は、排気装置に入る又はフローコントローラ４４７へ戻って流れるのをブロックされるだろう。

時間Ｔ５では、フローコントローラ４４７、４４７’、及び４４７”は、時間Ｔ１と同一の動作状態を繰り返すように制御することができる。図５には図示されていないが、時間Ｔ４の後、フローコントローラ４４７、４４７’、及び４４７”は、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４と同一の動作状態を連続して繰り返すように制御され、これによってフローコントローラ作動の同様のタイミングシーケンスを得ることができることが表１から理解される。なお、フローコントローラ４５７、４５７’、４５７”に関連する動作状態は、ガス出力（出力２）が、処理の間、ガスの切り換えのため、フローコントローラ４４７、４４７’、及び４４７”に対するガス出力（出力１）とは逆の動作状態にあることを除いて、表１に関して上述したように、フローコントローラ４４７、４４７’、及び４４７”と同様に制御されることが理解される。フローコントローラ４５７、４５７’、及び４５７”と、対応するガス出力（出力２）に対する動作状態の詳細は、ここでは重複して説明しない。

第１エッチング工程から第２エッチング工程へ及び／又は堆積工程へ切り換える場合は、並行な流路３２５及び３３５（図３）は、フローコントローラ４４７’、４４７”とフローコントローラ４５７’、４５７”のいずれかから流れる１以上のガスを、上述のようにそれぞれ受け取るように、及び迅速なガス切換を可能にするために１以上のガスを独立して処理チャンバ３１０へ送出するように構成される。所望であれば、流路３２５及び３３５は、処理チャンバ３１０に入る前に互いに結合してもよい。図５から分かるように、フローコントローラ４４７、４４７’、及び４４７”は、表１に示されるフローコントローラ作動の所定のタイミングシーケンス内で１以上のガスの同期切換用に操作され、これによってガス出力（すなわち、処理チャンバへのガス混合物）の周波数は、フローコントローラの各々において変更された動作状態の周波数の２倍となる。例えば、時間Ｔ１〜Ｔ３又はＴ３〜Ｔ５などの任意の所与の時間間隔内に、フローコントローラ４４７、４４７’、及び４４７”の各々は、その動作状態を２回だけ変更するのに対して、これも表１に示される動作状態から明らかなように、その結果のガス出力は同じ時間間隔の間に４回切り換わる。特定の用途では、フローコントローラ作動の所定のタイミングシーケンスと共に複数のフローコントローラを用いる提案された構成は、より低い切換速度での動作を個々のフローコントローラは継続しながら、個々のフローコントローラの速度及び寿命の限界をシフトさせ、処理チャンバ内でより速いガスの切換速度をもたらし、したがってより長寿命となるので、この実施形態は、フローコントローラ３４７又は３５７が処理チャンバ内へ流れるガス混合物と同じ切換周波数を有する高速ガス交換モジュール３００と比較して有利である。

図４には示されていないが、式又はフローコントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ）又は論理デバイス、メモリ、及びサポート回路を有するコントローラによって計算又は制御可能であることが理解される。コントローラは、各フローコントローラの開閉を同期させるための工業環境で使用可能な汎用コンピュータプロセッサの任意の形態であってもよい。これらの環境に関連するソフトウェアルーチンは、メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フロッピー（商標名）又はハードディスクドライブ）又は他の形態のデジタル記憶装置内に記憶することができる。サポート回路は、従来からＣＰＵに結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源等を含むことができる。ソフトウェアルーチンは、チャンバのＣＰＵ、又は本発明に係る個々のフローコントローラに同期したオン・オフ信号を入力・計算・出力するような所望の切換周波数を受け入れる任意のスタンドアロンの装置によって実行することができる。様々な実施形態では、ソフトウェアルーチンは、ガス送出システム内の様々な箇所に提供される１以上のセンサ又は流量比コントローラと共に要求通りに実行され、協働することができ、これによってガス出力を、又は複数のフローコントローラを有する高速ガス交換モジュール２００、３００、又は構成４００の他のコンポーネントを、所望の組成、流量比、圧力、流量、及び／又は体積のガスを処理チャンバ３１０に提供するように調整することができる。ソフトウェアルーチンは、ガス送出システムの様々な部分内でガスの組成を監視し、これによってパージ、化学的混合、ガスの変化等の状態をリアルタイムで制御することができ、これによってシステム応答時間を向上させ、高価な処理ガスの浪費を最小限に抑える。

図２、図３及び図４に示された複数のフローコントローラを有する高速ガス交換モジュール２００、３００、又は構成４００は、様々な利点（例えば、フローコントローラから処理チャンバまでのガスの遅延を減少させる、ガス切換時間を低減する、及び処理工程の間のガス送出遅れを低減する）を提供すると考えられている。これらの利点は、より高い全体的なエッチング速度、トレンチ側壁の表面粗さの低減、及びトレンチプロファイルを制御する能力の増大につながる。複数のフローコントローラを有する高速ガス交換モジュール２００、３００、又は構成４００は、マルチステップ処理を用いるエッチングシステム（例えば、ＴＭＧＭシステム又はボッシュシステム）と共に利用することができる。同じハードウェア及びオペレーティング方式はまた、例えば、処理チャンバを通って高い速度でガス切換を必要とする原子層堆積（ＡＬＤ）処理でも使用することができる。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (14)

1. 処理チャンバにガスを供給する方法であって、
   第１処理中に第１高速ガス交換モジュールを介して第１ガスパネルから処理チャンバへ第１処理ガスを供給する工程であって、第１処理は、
   第１処理ガスを第１フローコントローラから第２フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程、又は第１処理ガスを第１フローコントローラから第３フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程を含み、第２フローコントローラは第３フローコントローラと流体連通している工程と、
   第２処理中に第２高速ガス交換モジュールを介して第２ガスパネルから処理チャンバへ第２処理ガスを供給する工程であって、第２処理は、
   第２処理ガスを第４フローコントローラから第５フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程、又は第２処理ガスを第４フローコントローラから第６フローコントローラを介して処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させる工程を含み、第５フローコントローラは第６フローコントローラと流体連通している工程と、
   処理チャンバ内へ流れる第１又は第２処理ガスの周波数が、第１又は第２高速ガス交換モジュール内のフローコントローラのそれぞれに対する迂回状態の変化周波数の２倍となるように、第１及び第２高速ガス交換モジュール内のフローコントローラのそれぞれの迂回状態の変化を同期させる工程を含み、
   第１及び第２処理ガスは、交互の順序で処理チャンバに供給される方法。
2. 処理チャンバにガスを供給する方法であって、
   第１処理中に第１高速ガス交換モジュールを介して第１ガスパネルから処理チャンバに第１処理ガスを供給する工程であって、第１高速ガス交換モジュールは、
   第１ガスパネルに結合する第１フローコントローラと、
   第１フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第２フローコントローラと、
   第２フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第３フローコントローラを含み、第１フローコントローラは、第１ガスパネルから流れる第１処理ガスを第２フローコントローラ又は第３フローコントローラへ選択的に迂回させるように動作可能であり、第２フローコントローラは、第１フローコントローラから流れる第１処理ガスを処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させるように動作可能であり、第３フローコントローラは、第２フローコントローラから流れる第１処理ガスを処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させるように動作可能である工程と、
   第２処理中に第２高速ガス交換モジュールを介して第２ガスパネルから処理チャンバへ第２処理ガスを供給する工程であって、第１及び第２処理ガスは、エッチングガス、堆積ガス、パッシベーションガス、及びクリーニングガスからなる群から選択され、第２高速ガス交換モジュールは、
   第２ガスパネルに結合する第４フローコントローラと、
   第４フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第５フローコントローラと、
   第４フローコントローラ及び処理チャンバに結合する第６フローコントローラを含み、第４フローコントローラは、第２ガスパネルから第５フローコントローラ又は第６フローコントローラへ流れる第２処理ガスを選択的に迂回させるように動作可能であり、第５フローコントローラは、第４フローコントローラから流れる第２処理ガスを処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させるように動作可能であり、第６フローコントローラは、第５フローコントローラから流れる第２処理ガスを処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させるように動作可能である工程と、
   処理チャンバ内へ流れる第１又は第２処理ガスの周波数が、第１又は第２高速ガス交換モジュール内のフローコントローラのそれぞれに対する迂回状態の変化周波数の２倍となるように、第１及び第２高速ガス交換モジュール内のフローコントローラのそれぞれの迂回状態の変化を同期させる工程を含む方法。
3. 第２及び第３フローコントローラは、互いに反対の迂回状態で同時に動作するように制御される請求項２記載の方法。
4. 第１及び第２フローコントローラは、第１ガスパネルから処理チャンバへ第１処理ガスを同時に導く請求項３記載の方法。
5. 第１フローコントローラ及び第３フローコントローラは、第１ガスパネルから処理チャンバへ第１処理ガスを同時に導く請求項３記載の方法。
6. 第５及び第６フローコントローラは、互いに反対の迂回状態で同時に動作するように制御される請求項２記載の方法。
7. 第４及び第５フローコントローラは、第２ガスパネルから処理チャンバへ第２処理ガスを同時に導く請求項２記載の方法。
8. 第４フローコントローラ及び第６フローコントローラは、第２ガスパネルから処理チャンバへ第２処理ガスを同時に導く請求項２記載の方法。
9. 第１及び第２処理は、交互の順序で実行される請求項２記載の方法。
10. 基板を処理するための処理チャンバと、
    第１ガスパネル及び処理チャンバに流体連通する高速ガス交換モジュールを含み、高速ガス交換モジュールは、
    第１ガスパネルに結合された第１フローコントローラと、
    第１フローコントローラと処理チャンバを結合する第２フローコントローラと、
    第２フローコントローラと処理チャンバを結合する第３フローコントローラであって、第３フローコントローラは、第１サブフローコントローラと、第２サブフローコントローラと、第２サブフローコントローラと流体連通していない第３サブフローコントローラとを含み、第１サブフローコントローラ及び第２サブフローコントローラ、又は第１サブフローコントローラ及び第３サブフローコントローラは、互いに流体連通しており、かつ第２フローコントローラから流れる第１ガスを処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させるように動作可能である第３フローコントローラとを含む第１フローコントローラ構成を含み、
    第２フローコントローラは、第３フローコントローラと流体連通しており、第１フローコントローラは、第１ガスパネルから流れる第１ガスを第２フローコントローラ又は第３フローコントローラへ選択的に迂回させるように動作可能であり、第２フローコントローラは、第１フローコントローラから流れる第１ガスを処理チャンバ又は第３フローコントローラへ選択的に迂回させるように動作可能であるガス送出システム。
11. 第２及び第３フローコントローラは、互いに反対の迂回状態で同時に動作するように制御される請求項１０記載のガス送出システム。
12. 第２ガスパネルと、
    第２ガスパネル及び処理チャンバと流体連通する第２フローコントローラ構成であって、
    第２ガスパネルに結合された第４フローコントローラと、
    第４フローコントローラと処理チャンバを結合する第５フローコントローラと、
    第５フローコントローラと処理チャンバを結合する第６フローコントローラであって、第６フローコントローラは、第４サブフローコントローラと、第５サブフローコントローラと、第５サブフローコントローラと流体連通していない第６サブフローコントローラとを含み、第４サブフローコントローラ及び第５サブフローコントローラ、又は第４サブフローコントローラ及び第６サブフローコントローラは、互いに流体連通しており、かつ第２フローコントローラから流れる第２ガスを処理チャンバ又は排気装置へ選択的に迂回させるように動作可能である第６フローコントローラとを含む第２フローコントローラ構成を含み、
    第５フローコントローラは、第６フローコントローラと流体連通しており、第４フローコントローラは、第２ガスパネルから流れる第２ガスを第５フローコントローラ又は第６フローコントローラへ選択的に迂回させるように動作可能であり、第５フローコントローラは、第４フローコントローラから流れる第２ガスを処理チャンバ又は第６フローコントローラへと選択的に迂回させるように動作可能である請求項１０記載のガス送出システム。
13. 第５及び第６フローコントローラは、互いに反対の迂回状態で同時に動作するように制御される請求項１０記記載のガス送出システム。
14. 第１、第２、第３、第４、第５、及び第６フローコントローラは、三方弁を含む請求項１０記記載のガス送出システム。