JP2010508660A - 温度制御マルチガス分配アセンブリ - Google Patents
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Abstract
ガス分配プレート用の装置および方法が提供される。該ガス分配プレートは、基板上の処理ゾーンに少なくとも２つの別個のガスを提供するための複数の同心チャネルを含む第１のマニホルドを有する。該複数のチャネルの一部が熱制御機能を実行して、残りのチャネルから分離され、これらは該ガス分配プレート内に個別ガス流チャネルを提供する。該ガス流チャネルは、複数の同心リングを含む第２のマニホルドと流体連通している。該リングに形成されたアパーチャーは、該ガス流チャネルおよび該処理ゾーンと流体連通している。該ガスは、該基板上の該処理ゾーンに提供されて、該ガス分配プレート内では混合しない。
【選択図】 図５
【選択図】 図５
Description
発明の分野
[0001]本発明は、半導体ウェーハなどの基板を処理するための装置、より特定的には、基板上にプロセス流体を分配するための装置に関する。
[0001]本発明は、半導体ウェーハなどの基板を処理するための装置、より特定的には、基板上にプロセス流体を分配するための装置に関する。
従来技術の説明
[0002]半導体処理システムは概して、処理領域に近接したチャンバ内に、半導体ウェーハなどの基板をサポートするためのペデスタルを有するプロセスチャンバを含んでいる。チャンバは、処理領域を部分的に画成する真空エンクロージャを形成する。ガス分配アセンブリやシャワーヘッドは１つ以上のプロセスガスを処理領域に提供する。そしてこのガスは加熱および／またはエネルギ付与されて、基板に特定のプロセスを実行するプラズマを形成する。これらのプロセスは、その他のプロセスとして、基板上に膜を堆積する化学気相堆積法（ＣＶＤ）や、基板から材料を除去するエッチング反応などの堆積プロセスを含むことがある。
[0002]半導体処理システムは概して、処理領域に近接したチャンバ内に、半導体ウェーハなどの基板をサポートするためのペデスタルを有するプロセスチャンバを含んでいる。チャンバは、処理領域を部分的に画成する真空エンクロージャを形成する。ガス分配アセンブリやシャワーヘッドは１つ以上のプロセスガスを処理領域に提供する。そしてこのガスは加熱および／またはエネルギ付与されて、基板に特定のプロセスを実行するプラズマを形成する。これらのプロセスは、その他のプロセスとして、基板上に膜を堆積する化学気相堆積法（ＣＶＤ）や、基板から材料を除去するエッチング反応などの堆積プロセスを含むことがある。
[0003]複数のガスを必要とするプロセスにおいて、これらのガスは、導管を介してガス分配アセンブリに結合される混合チャンバ内で組み合わされてもよい。例えば、従来の熱ＣＶＤプロセスでは、２つのプロセスガスが、２つのそれぞれのキャリアガスに伴って混合チャンバに供給され、ここで組み合わされてガス状混合物を形成する。ガス状混合物はチャンバに直接導入されてもよく、あるいは、チャンバの上部内の導管を介して分配アセンブリに移動してもよい。分配アセンブリは、慨して、ガス状混合物が基板上の処理領域に均等に分配されるように、複数のホールを有するプレートを含んでいる。別の例では、２つのガスは分配アセンブリを別個に通過して、処理領域および／または基板に達する前に結合可能になる。ガス状混合物が処理領域に入り、熱エネルギを注入されると、プロセスガス間に化学反応が生じ、基板上に化学気相堆積反応をもたらす。
[0004]処理領域に開放する前にガスを混合して、例えばコンポーネントガスが処理領域に均一に分布されることを保証することは概して好都合であるが、ガスは還元を開始し、そうでなければ混合チャンバや分配プレート内で反応する傾向がある。結果として、混合チャンバ、導管、分配プレートおよび他のチャンバコンポーネントでの堆積やこれらのエッチングは、ガス混合物が処理領域に達する前に生じることがある。加えて、反応副生成物は、チャンバガス送出コンポーネントや分配プレートの内部表面に蓄積することがあり、不要な粒子を発生および／または増加させることになる。
[0005]ガスが処理領域に開放される際のガスの温度制御はガスの反応性を制御するために好都合である。例えば、ガスの冷却は、処理領域に開放する前に不要な反応を制御する一助となり得る。ガスは、加熱基板と接触するまで、反応を抑制する。他の状況では、ガスの加熱が必要な場合もある。例えば、ホットガスのパージや洗浄は、処理チャンバから汚染物を除去する一助となることもある。したがって、ガス分配プレートへの温度制御態様の一体化は有用である。
[0006]処理領域に入る前にガス混合物を最小化するためのいくつかのガス分配デバイスが開発されてきたが、これらのデバイスは、処理中に早期の段階で劣化する傾向がある。例えば、従来の分配デバイスは、処理中に伸縮する材料から構成されてもよく、デバイスや処理チャンバの他の部分の劣化につながる。従来のデバイスはまた、経時的に劣化し得る直径の大きなＯリングなどの、大型エラストマーシールによるシーリングを必要とすることもあり、これはデバイス内の漏洩につながることもある。さらに、２つ以上のガスを処理領域に送出する従来のデバイスは、処理領域で均一に混合されないこともあり、基板上の不均一な堆積につながる。
[0007]したがって、ガスの温度を制御しつつ、処理領域に達する前にガスが混ざることなく、少なくとも２つのガスを処理領域に送出するガス分配デバイスが継続的に必要とされる。加えて、大型Ｏリングを使用せずにシールするガス分配デバイスが必要とされる。
[0008]本明細書に説明されている実施形態は、基板に膜を堆積して基板をエッチングするための処理チャンバにプロセス流体を送出するための装置および方法と、他のプロセスに関する。
[0009]一実施形態では、処理チャンバにプロセス流体を送出するための装置が説明されている。該装置は、複数の隔離流体チャネルを少なくとも部分的にこの中に形成している第１のマニホルドと、該第１のマニホルドに結合された第２のマニホルドとを含んでおり、該複数の隔離流体チャネルの一部は、該第２のマニホルドと連通している第１および第２のガスチャネルを含んでいる。
[0010]別の実施形態では、処理チャンバ用の蓋アセンブリについて説明されている。該蓋アセンブリは、流体隔離された第１および第２の流路をこの中に画成している上部マニホルドと、上部が該上部マニホルドに結合されており、かつ底部がそれぞれ該第１の流路に流体結合された第１の複数の出口、および該第２の流路に流体結合された第２の複数の出口を有する下部マニホルドとを備えており、該下部マニホルドは、材料間のシールを形成するように適合された接合リングの外部表面とシール接触している内部表面を有する複数の同心リングを備えている。
[0011]別の実施形態では、処理チャンバにプロセス流体を送出するための装置が説明されている。該装置は、上部および底部を具備するマニホルドアセンブリであって、該上部が、複数の流体隔離円形チャネルをこの上に部分的に形成しており、かつ底部が環状出口をこの中に形成しているマニホルドアセンブリと、上部、底部および縁部を有する蓋プレートとを含んでおり、該蓋プレートの該底部は該マニホルドアセンブリの該上部に結合されており、該蓋プレートは、少なくとも２つのガス通路および複数の熱制御流体通路を、該複数の円形チャネルと流体連通してこの中に形成している。
[0012]別の実施形態では、処理チャンバ用の蓋アセンブリが説明されている。該蓋アセンブリは、複数の流体隔離チャネルを部分的にこの中に形成している上部マニホルドと、該上部マニホルドに結合された下部マニホルドとを含んでおり、該複数の流体隔離チャネルの第１の部分は、該下部マニホルドと流体連通している第１および第２のガスチャネルを備えており、該複数の流体隔離チャネルの第２の部分は複数の熱制御チャネルを備えている。
[0013]別の実施形態では、処理チャンバにプロセス流体を送出するための装置が説明されている。該装置は、上部および底部を具備するマニホルドアセンブリであって、該上部が複数の流体隔離円形チャネルをこの上に部分的に形成しており、かつ該底部が環状出口を中に形成しているマニホルドアセンブリと、上部、底部および縁部を有する蓋プレートとを含んでおり、該蓋プレートの該底部は該マニホルドアセンブリの該上部に結合されており、該蓋プレートは、少なくとも２つのガス通路および複数の熱制御流体通路を、該複数の円形チャネルと流体連通してこの中に形成している。
[0014]別の実施形態では、ガス分配プレートを作成する方法が説明されている。該方法は、複数の放射状ガス通路をこの中に形成している蓋プレートを提供するステップと、複数の円形チャネルをこの中に形成している第１のマニホルドを提供するステップであって、該複数の円形チャネルの一部が第１および第２のガスチャネルを画成するステップと、複数の環状溝をこの中に形成している第２のマニホルドを提供するステップであって、該第１および第２のガスチャネルは該複数の環状溝と流体連通しているステップと、該第１および第２のマニホルドを結合してガス分配プレートを形成するステップとを含んでいる。
[0015]本発明の上記引用された特徴部が詳細に理解されるように、上記簡潔に要約された本発明のより特定的な説明は実施形態を参照してなされてもよく、この一部は添付の図面に図示されている。しかしながら、添付の図面は本発明の通常の実施形態のみを図示しており、したがって、本発明は他の等しく効果的な実施形態を許容してもよいため、この範囲を制限するものとみなされるべきではない点に注目すべきである。しかし、本発明の教示は、添付の図面と関連した以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解可能である。
[0024]理解を容易にするために、図面に共通の同一要素を示すために、可能な場合には同一の参照番号が使用されてきた。一実施形態に開示されている要素は、具体的な引用なしに他の実施形態にも有益に利用されてもよい点も想定されている。
[0025]図１は、処理チャンバ１００の一実施形態の断面図である。処理チャンバ１００は、内部容積１０１内に配置されている基板サポート１０２を含んでいる。半導体ウェーハなどの基板１０４は、処理チャンバ１００の壁に配置されている開口１０３によって内部容積１０１を出入りしてもよい。チャンバ１００はまた、この上部表面に結合された蓋アセンブリ１０５を含んでおり、これは、内部容積１０１の少なくとも一部の境界を形成する。本実施形態では、蓋アセンブリ１０５は蓋プレート１１２と、蓋プレート１１２と流体連通している上部マニホルド１１３と、上部マニホルド１１３と流体連通している下部マニホルド１１４と、蓋リング１１５とを備えている。
[0026]一実施形態では、蓋アセンブリ１０５の下部表面および基板１０４の上部表面が処理領域１０６を画成する。蓋アセンブリ１０５の下部マニホルド１１４は処理領域１０６と流体連通している。具体的な実施形態では、処理チャンバ１００は、基板１０４に隣接する基板サポート１０２の一部を囲む、シャドウリング１０９などの環状部材を含んでいる。シャドウリング１０９は、基板サポートが処理位置に上昇されると、基板サポート１０２に接触するように適合されている。基板サポート１０２が上昇されると、シャドウリング１０９の周辺部分は、基板サポート１０２の下部を処理領域１０６から実質的に隔離する。この隔離は、内部容積１０１の複数の部分へのプロセスガスの導入を防止または最小化する。処理領域１０６によって画成されているような内部容積１０１の容積の削減は、処理チャンバ１００に提供されたプロセスガスの容積を削減する。
[0027]一実施形態では、処理領域１０６の容積は、基板１０４の上部表面と蓋１０５の最下表面間の距離によって画成される。基板サポート１０２は、基板の出入りを可能にするために、処理の前後に昇降されてもよい。真空ポンプ（図示せず）に結合されているプロセスチャンバ１０１において真空が維持され、また任意の未堆積ガスは、プロセスチャンバ１０１から環状真空チャネル１２４および真空ポータル１１１を介して排出される。
[0028]基板サポート１０２は、金属（例えば、アルミニウム、スチール、ステンレス鋼、ニッケル、クロム、これらの合金またはこれらの組み合わせ）やセラミック材料などの導電性または非導電性材料から形成されてもよい。具体的な実施形態に応じて、基板１０４は、製作プロセス時に使用される事前処置ステップ、堆積ステップ、事後処置ステップまたは他のプロセスステップの前に、かつ／またはこの最中に所望の温度に加熱されてもよい。
[0029]一例では、基板サポート１０２は、抵抗ヒーターなどの埋め込み加熱要素（図示せず）や、加熱流体を供給するために基板サポート１０２内に形成された導管を使用して加熱されてもよい。別の例では、基板サポート１０２は、例えばランプ（図示せず）などの放射ヒーターを使用して加熱されてもよい。
[0030]１つ以上の熱電対（図示せず）などの温度センサもまた、基板サポート１０２の温度を監視するために基板サポート１０２に埋め込まれてもよい。基板１０４の温度が、特定のプロセス用途に適した所望の温度に維持または制御されるように、測定温度は、加熱要素の電源を制御するために、フィードバックループで使用されてもよい。基板リフトピン（図示せず）はまた基板サポート１０２に配置されてもよく、また処理チャンバ１００の内外への基板の転送を容易にするために基板１０４をサポート表面から昇降させるために使用される。
[0031]一実施形態では、ガスなどの流体が、蓋アセンブリ１０５の入口１１６に結合されている、バルブ１０７Ａなどの制御バルブを介して処理チャンバ１００に導入される。バルブ１０７Ａは、プロセス流体源Ｆ１と結合するように適合されている。バルブ１０７Ａは、空気圧、磁気または電気作動バルブなどの、流体やガス流を制御するための任意の制御バルブであってもよい。制御バルブは、ガスパルスや連続ストリームを提供するために、開閉バイアスされ、かつ短期間で開閉起動されてもよい。適切なバルブは、日本、大阪のＦｕｊｉｋｉｎ，Ｉｎｃ．およびカリフォルニア州、リッチモンドのＶｅｒｉｆｉｏ Ｃｏｒｐ．から入手可能である。
[0032]原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスは、バルブ１０７Ａなどの制御バルブを利用して、処理領域１０６へのガスパルスを発生させる。例えば、バルブ１０７Ａは、１０ミリ秒〜５秒の範囲内の開閉サイクルを提供するように構成されてもよい。一例では、バルブは、例えば約１０ミリ秒〜約１秒、例えば約５０ミリ秒〜７００ミリ秒、あるいは約１００ミリ秒〜約５００ミリ秒の範囲の、約１秒未満の間迅速にパルスされてもよい。別の例では、バルブは、例えば、約１秒〜約５秒、例えば約１．５秒〜４秒、あるいは約２秒〜約３秒の範囲内の、例えば約１秒より長くゆっくりパルスされてもよい。
[0033]図２は、長手方向軸に沿って回転された、図１の処理チャンバ１００の別の実施形態の断面図である。入口１０６（図１）に加えて、蓋アセンブリはまた入口２００を含んでいる。入口２００はバルブ１０７Ｂと結合するように適合されており、これはまた、バルブ１０７Ａ（図１）と結合されたソースＦ１とは異なる流体源Ｆ２と結合される。一実施形態では、バルブ１０７Ｂおよび１０７Ａは個別であるが類似しており、各々は、上記のように流体やガスのパルスや連続流を提供することができる。このようなシステムは、２つの個別流路を介して２つのガスを同時に流すために使用可能である。３つ以上のガス経路を具備する実施形態もまた、図１および２によって示された実施形態の延長として想定されている。
[0034]図１および図２に示されている実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスまたは有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤまたはＯＭＣＶＤ）プロセス時に基板に材料を堆積するように構成可能である。概して、本明細書に説明されている実施形態は、高／低圧力プロセス、高／低温度、および連続またはパルスされた同時または代替ガス流で使用されてもよい。バルブ１０７Ａ、１０７Ｂに結合された流体源Ｆ１およびＦ２は、四塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）、六フッ化タングステン（ＷＦ６）または六塩化タングステン（ＷＣｌ６）などの金属ハロゲン化物、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）などの金属カルボニル、アンモニア（ＮＨ３）、水素（つまりＨ２またはＨ原子）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、ジメチルシラン（ＳｉＣ２Ｈ８）、メチルシラン（ＳｉＣＨ６）、エチルシラン（ＳｉＣ２Ｈ８）、クロロシラン（ＣｌＳｉＨ３）、ジクロロシラン（Ｃｌ２ＳｉＨ２）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、ボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、トリボラン、テトラボラン、ペンタボラン、トリエチルボラン（Ｅｔ３Ｂ）、これらの誘導体、プラズマまたは組み合わせなどの還元化合物、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水（Ｈ２Ｏ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、これらの誘導体や組み合わせなどの酸化化合物、ヘリウム、アルゴン、ネオン、窒素、水素などのキャリアガス、および、金属アルキル類、アミド類、イミド類、アレーン類、アリル類、またはこれらの誘導体や組み合わせなどの有機金属前駆体などの他の化学前駆体を提供してもよい。本発明の実施形態が有用であり得る基板は、結晶性シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞やＳｉ＜１１１＞）、シリコン酸化物、歪みシリコン、シリコン窒化物、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイア、金属、金属合金、金属窒化物、ドープまたはアンドープポリシリコンなどの半導体ウェーハ、ドープまたはアンドープシリコンウェーハおよびパターンまたは非パターンウェーハを含むが、これらに制限されない。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、水酸化、アニーリングおよび／または焼成するために事前処置プロセスに曝露されてもよい。
[0035]図１および図２を参照すると、蓋アセンブリ１０５の一実施形態は、蓋プレート１１２と、第１の上部マニホルド１１３と、第２の下部マニホルド１１４と、蓋リング１１５とを含んでいる。蓋プレート１１２は、上部マニホルド１１３および下部マニホルド１１４を介して処理領域１０６と流体連通している通路１１７および２０２などの２つの横方向導管を含んでいる。通路１１７、２０２は、蓋プレート１１２の異なる平面において放射状に配列されてもよい。蓋プレート１１２は、加工、鋳造、成形、ロウ付け、溶接またはこれらの組み合わせなどの任意の適切な手段によって形成可能である。通路１１７および２０２は、ドリル削りおよびミル削りを含む任意の従来の手段によって蓋プレート１１２に形成されてもよく、一実施形態では、相互に約４５度ずらされ、かつ上下に間隔をあけられる。一実施形態では、通路１１７および２０２はガンドリルを使用して形成される。
[0036]蓋プレート１１２は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、これらの合金や組み合わせなどの材料やセラミック材料から形成されてもよい。一実施形態では、通路１１７および２０２がドリル削りされると、通路１１７、２０２の開放端部がプラグ１１８および２０３によってシールされる。プラグ１１８、２０３は、上記のような金属、セラミック、あるいは有機または無機ポリマー材料から形成されてもよい。プラグ１１８、２０３は通常、蓋プレート１１２の材料と類似の膨張係数を有する材料から構成される。鋳造、溶接またはロウ付けなどの、蓋プレート１１２に入口およびマニホルドを形成するための他の方法は、ガス漏れを防止するためにプラグを必要としないこともある。
[0037]一実施形態では、蓋プレート１１２は、バルブ１０７Ａ、１０７Ｂに流体結合された２つのガス投入口１１６および２００を含んでおり、このバルブを介して、ガスや蒸気であってもよい２つの流体がチャンバ１００に導入される。投入口１１６および２００は、それぞれ処理領域１０６と流体連通している通路１１７および２０２に接続されている。したがって、ソースＦ１からのガスは、投入口１１６に結合されたバルブ１０７Ａを介して通路１１７へ通過する。ソースＦ１からのガスは次いで通路１１７から開口２２０Ａに通過し、上部マニホルド１１３に形成されたチャネル１１９に流入する。ソースＦ２からのガスは、投入口２００に結合されたバルブ１０７Ｂを介して通路２０２に通過する。ソースＦ２からのガスは次いで通路２０２から開口２２０Ｂに通過して、上部マニホルド１１３に形成されたチャネル２０４に流入し、またソースＦ１およびＦ２からのガスが上部マニホルド１１３に達すると、これらのガスは２つの別個の流路に分離されたままである。
[0038]一実施形態では、上部ガスチャネル１１９および２０４は、上部マニホルド１１３において円形チャネルのパターンで配列される。円形チャネル１１９、２０４は、詳細に後述されるように、ホール２０５Ａおよび２０５Ｂを介して下部マニホルドに結合される。
[0039]図３Ａは、上部マニホルド１１３の一実施形態の平面図である。上部マニホルド１１３は、上部ガスチャネル１１９と２０４間に配置され、かつこれらから隔離されている複数の流体チャネル３０１を含んでいる。上部マニホルド１１３はまた複数の外部流体チャネル３０２を含む。流体チャネル３０１、３０２の各々は、熱制御流体をこの中に流すための導管を提供することによって、上部マニホルド１１３の熱制御の向上を提供することができる。熱制御流体は液体またはガスであってもよい。使用してもよい液体は、脱イオン水などの水、油、アルコール、グリコール、グリコールエーテル、他の有機溶媒、超臨界流体（例えば、ＣＯ２）、これらの誘導体またはこれらの混合物を含む。ガスは、窒素、アルゴン、空気、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣｓ）またはこれらの組み合わせであってもよい。熱制御流体は、蓋プレート１１２に形成されたポート４０１、４０２（図３Ｂ、３Ｃおよび４Ａ）を介して上部マニホルド１１３を出入りする。上部マニホルド１１３は、アルミニウム、ステンレス鋼、セラミック材料、またはこれらの組み合わせなどのプロセス抵抗性および／または化学適合性材料から構成される。上部マニホルド１１３は成形、鋳造、加工、またはこれらの組み合わせが施されてもよい。一実施形態では、蓋プレート１１２および上部マニホルド１１３は、ガス送出および熱制御特徴部が一体化された特異プレートを形成するために共にロウ付けされてもよい。一実施形態では、上部マニホルド１１３および蓋プレート１１２の整合表面は剪断シールを形成する。これらの表面は、粗研磨や他の適切な技術によって仕上げられてもよい。
[0040]上部ガスチャネル１１９、２０４および流体チャネル３０１、３０２の各々は、これに結合されると、蓋プレート１１２の下部表面によってシールされるように適合された側面を有する導管を画成する。上部ガスチャネル１１９、２０４および流体チャネル３０１、３０２は、丸みコーナーを有するＵ形状、略正方形コーナーを有するＵ形状またはこれらの組み合わせを含む断面形状を有してもよい。上部ガスマニホルド１１３の特定の部分において、上部ガスチャネル１１９、２０４の各々は流体チャネル３０１によって分離される。上部ガスチャネル１１９、２０４と流体チャネル３０１間の環状壁は、それぞれのガスおよび流体の個別流路を提供する。上部ガスチャネル１１９、２０４および流体チャネル３０１、３０２は、熱制御流体とガス間の汚染を防止するために、蓋プレート１１２が上部マニホルド１１３に結合される場合に分離およびシールされる。
[0041]流体チャネル３０１、３０２およびガスチャネル１１９、２０４の構成は、示されているような数量および構成に制限されない。より多数または少数の流体チャネル３０１、３０２およびガスチャネル１１９、２０４が使用可能であり、また流体チャネル３０１、３０２およびガスチャネル１１９、２０４の形状は、任意の所望の形状で上部マニホルド１１３に形成されてもよい。例えば、使用してもよい内部チャネル３０１のほうが多数であり、外部チャネル３０２のほうが少数の場合もあり、あるいは逆もまた可能である。他の実施形態は、完全な円などの、異なる断面形状のチャネルを有してもよい。さらに他の実施形態は、蓋プレート１１２および／または上部マニホルド１１３の一方内に形成された複数のチャネル層などのより垂直な構成を含んでもよい。
[0042]図３Ｂは、ガスチャネル１１９と関連した通路１１７の位置を示す、上部マニホルド１１３の概略平面図である。本実施形態では、流体チャネル３０１、３０２は仮想的に示されており、ガスチャネル２０４は、明確にするために示されていない。上記のように、通路１１７の開口２２０Ａはガスチャネル１１９と流体連通している。下部マニホルド１１４と流体連通しているホール２０５Ａは、開口２２０Ａから約４５度ずらされて位置決めされる。このように、ソースＦ１からのガスは、ソースＦ２からのガスおよび熱制御流体と混合せずに、バルブ１０７Ａを介して導入され、ガスチャネル１１９を流れ、下部マニホルド１１４に送出されてもよい。より多数または少数のホール２０５Ａは、ガスチャネル１１９内の異なる放射状位置および／または異なる角度オフセットで追加されることもあるため、この実施形態はホール２０５Ａの数量および位置決めに制限されない。
[0043]図３Ｃは、ガスチャネル２０４と関連した通路２０２の位置を示す、上部マニホルド１１３の概略平面図である。本実施形態では、流体チャネル３０１、３０２は仮想的に示されており、ガスチャネル１１９は、明確にするために示されていない。上記のように、通路２０２の開口２２０Ｂはガスチャネル２０４と流体連通している。下部マニホルド１１４と流体連通しているホール２０５Ｂは、開口２２０Ｂから４５度ずらされて位置決めされる。このように、ソースＦ２からのガスは、Ｆ１からのガスおよび熱制御流体と混合せずに、バルブ１０７Ｂを介して導入され、ガスチャネル２０４を流れ、下部マニホルド１１４に送出されてもよい。より多数または少数のホール２０５Ｂは、ガスチャネル２０４内の異なる放射状位置および／または異なる角度オフセットで追加されることもあるため、この実施形態はホール２０５Ｂの数量および位置決めに制限されない。
[0044]図４Ａは、蓋アセンブリ１０５の一実施形態の分解等尺図である。下部マニホルド１１４は、この構成ネスト化リング１２１および２０６に分解されたものとして示されており、これらは、組み立てられると、下部マニホルド１１４を形成する。一実施形態では、リング１２１、２０６は、Ｏリングやガスケットなどを使用せずにシールするために精密に製造される。一実施形態では、リング１２１、２０６は、接触している内外直径の位置間に剪断シールを形成する。リング１２１、２０６は粗研磨によって形成されてもよく、また各リング１２１、２０６の内外直径は許容範囲に保持され、この場合材料間のシールは、リングが接触するポイントに形成される。材料間シールは、リング１２１、２０６間に画成されたガス通路間の漏洩を防止および／または最小化する略気密シールを提供する。
[0045]リング１２１および２０６におけるアパーチャー１２３および２０７は、それぞれ開口２０５Ａ、２０５Ｂを介して上部マニホルド１１３のチャネル１１９および２０４と流体連通している。したがって、蓋プレート１１２の投入口１１６および２００からのガスは上部マニホルド１１３を介して下部マニホルド１１４に流れる。ソースＦ１およびＦ２からのガスは、それぞれ蓋１１２の投入口１１６および２００を流れる。熱冷却流体は、蓋プレート１１２のポータル４０１および４０２を流れる。種々のコンポーネントにおける開口および通路の配列は、異なる実施形態を作成するための多数の方法で変更されてもよい。例えば、より多数の開口が任意の幾何学的に最適なパターンで提供されてもよい。同様に、開口は、図面に示されているように整列されてもよく、あるいはこれらは交互にされてもよい。開口はまた、装置全体の流れおよび圧力分布を最適化するようにサイズ設定されてもよい。
[0046]図４Ｂは、構造がリング１２１に類似しているリング２０６の一実施形態の部分的概略断面図である。この実施形態では、リング２０６は、内外直径に沿って精密に研削され、粗研磨され、または研磨されて、下部マニホルド１１４を介するガス漏洩を最小化および／または防止するために整合リングによる剪断シールを作成する。リング２０６は、リングの周縁に出っ張りを形成する延長上部４０８を有する。アパーチャー２０７は上部４０８を介して形成される。上部４０８は、リングの中心線４１１を基準に測定された第１の外半径４０３および第１の内半径４０５によって画成される。リング２０６はまた、第２の外半径４０７および第２の内半径４０４によって画成された底部を含む。各リング２０６はまた、第３の外半径４０６によって画成されたギャップ２０８を含む。第１の内半径４０５と第２の内半径４０６の差異は、ショルダー４１０がリング２０６の内部に画成されるようにする。リング２０６に関して上述された半径は、リング１２１および２０６の異なる実施形態を形成するために変更されてもよい。
[0047]リング１２１および２０６は、熱膨張係数が低く、１０００度を超える温度に耐える硬質材料から形成されてもよい。この材料は、シリコンカーバイド、シリコングラファイト、サファイア、石英、セラミック材料などの硬質材料や他の硬質材料であってもよい。
[0048]図４Ｂに説明されている実施形態の延長として、各リングは第１の外径および第２の外径を備え、これらの間に第３の外径を有しており、この第３の外径はギャップ２０８である。各リングはまた、第１の内径および第２の内径を備えており、ショルダー４１０を形成する。詳細に後述されるように、一方のリングの第１の外径は、もう一方のリングの第１の内径を押圧するか、これとスリップ嵌合するように適合されている。
[0049]リング１２１、２０６は、共に嵌合されて下部マニホルド１１４を形成するように適合されており、一方のリングの延長上部４０８はもう一方のリングのショルダーエリア４１０に当接する。一実施形態では、中心線４１１から測定された、一方のリングの第１の外半径４０３は、もう一方のリングの第１の内半径４０５よりわずかに短く、構成リングの直径はプレス嵌合を可能にする。第１の内径と第２の内径の差異、およびリングの表面仕上げは材料間シールを可能にして、隣接リング間の略気密シールを生成する。
[0050]リング１２１、２０６が共に順次嵌合されると、一方のリングの第２の外半径４０７と隣接リングの第２の内半径４０６の差異は環状溝５０１（図５）を形成する。環状溝５０１の幅は概して、約０．０１０ミル〜約０．０６０ミル、例えば約０．０３０ミルである。環状溝５０１はギャップ２０８と流体連通しており、これは、アパーチャー２０７を介して上部マニホルド１１３と連通している。
[0051]図５は、蓋アセンブリ１０５の詳細断面図を示している。リング１２１および２０６の形状は、上記のような環状ギャップ１２２および２０８を含むように形成されている。環状ギャップ１２２および２０８は環状溝５０１と流体連通しており、これは処理領域１０６と流体連通している。この実施形態では、下部マニホルド１１４は蓋プレート１１５と結合し、これはさらなる水導管５０５および閉じ込めリング５０６を備えている。蓋アセンブリは、示されている場所において、Ｏリング５０７を使用して周縁および種々の内側部分付近でシールされる。
[0052]一実施形態では、環状溝５０１は環状ノズル５０２で終端する。一部の実施形態では、環状ノズル５０２の形状は、処理容積１０６内のガスの具体的な拡散パターンを作成するように設計されてもよい。断面形状が略三角形または台形の、この拡散パターンは、分離ゾーン５０３および混合ゾーン５０４を作成し、ソースＦ１およびＦ２からの別個のガスＧ１およびＧ２は、混合ゾーン５０４に達するまでは混合されない。これは処理容積１０６内の反応種の制御向上を可能にし、基板１０４以外の表面上の不要な堆積を排除または最小化可能である。ノズル５０２の側壁は、約１５度〜約９０度、例えば約５０度〜約７０度、例えば約６０度に角度付けされてもよい。一実施形態では、ノズル５０２の表面は、拡散パターンの流れ属性および／または形状を変化させて流れ特徴を向上させるように修正されてもよい。一態様では、表面は、より層流の流れを容易にするために粗化されてもよい。別の態様では、表面は、より高速かつ乱れたガス流を提供するように平滑化され、粗化されなくてもよい。例えば、ノズル５０２は、ビーズ、アイスまたはグリットブラストされた表面を含んでもよい。
[0053]動作中、ソースＦ１からのガスは、投入口１１６に結合されたバルブ１０７Ａを介して通路１１７に通過する。ソースＦ１からのガスは次いで、上部マニホルド１１３に導入するために、通路１１７から開口２２０Ａに通過する。ソースＦ２からのガスは、投入口２００に結合されたバルブ１０７Ｂを介して通路２０２に通過する。ソースＦ２からのガスは次いで、上部マニホルド１１３に導入するために通路２０２から開口２２０Ｂに通過して、ソースＦ１およびＦ２からのガスが上部マニホルド１１３に達すると、ガスは２つの個別流路に隔離されたままである。ソースＦ１およびＦ２からのガスは、それぞれ上部ガスチャネル１１９および２０４を介して上部マニホルド１１３に入る。下部マニホルド１１４と流体連通しているホール２０５Ａ、２０５Ｂは、ソースＦ１およびＦ２からのガスを、それぞれ下部マニホルド１１４（２０７はこの図面では示されていない）に形成されたアパーチャー１２３、２０７に流されるようにする。アパーチャー１２３および２０７（図示せず）はそれぞれ環状ギャップ１２２および２０８と流体連通しており、これらは環状溝５０１と連通している。ソースＦ１およびＦ２からのガスは環状溝５０１を流れ、環状ノズル５０２によって処理領域１０６に送出される。このように、ソースＦ１およびＦ２からのガスは、混合ゾーン５０４に達するまで混合されない。
[0054]本明細書に説明された実施形態は、基板の表面に達するまで混合せずに、処理領域に２つの別個のガスを送出することができる。ここに提供された熱制御態様は、処理領域に提供された種々のガスの温度制御を可能にする。これは、堆積、エッチングプロセスなどの、チャンバ内でのプロセスの制御向上を提供する。例えば、ガス混合は、処理領域における反応が向上されるように制御されてもよい。チャンバコンポーネント上の不要な堆積や粒子生成は最小化可能である。これは、粒子を削減し、かつチャンバ洗浄のダウンタイムを最小化することによってスループットを増大させる。
[0055]上記は本発明の実施形態を目的としているが、本発明の他のさらなる実施形態も、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案可能であり、また本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって判断される。
１００…処理チャンバ、１０１…内部容積、１０２…基板サポート、１０３…開口、１０４…基板、１０５…蓋アセンブリ、１０６…処理領域、１０７Ａ、１０７Ｂ…バルブ、１０９…シャドウウィング、１１１…真空ポータル、１１２…蓋プレート、１１３…上部マニホルド、１１４…下部マニホルド、１１５…蓋リング、１１６、２００…投入口、１１７、２０２…通路、１１８、２０３…プラグ、１１９、２０４…ガスチャネル、１２１、２０６…リング、１２２、２０８…環状ギャップ、１２３、２０７…アパーチャー、１２４…環状真空チャネル、２０５Ａ、２０５Ｂ…ホール、２０８…ギャップ、３０１、３０２…流体チャネル、４０１、４０２…ポート、４０３…第１の外半径、４０５…第１の内半径、４０６…第２の内半径、４０７…第２の外半径、４０８…上部、４１０…ショルダー、４１１…中心線、５０１…環状溝、５０２…環状ノズル、５０３…分離ゾーン、５０４…混合ゾーン、５０７…Ｏリング
Claims (20)
- 処理チャンバ用の蓋アセンブリであって、
流体隔離された第１および第２の流路をこの中に画成している上部マニホルドと、
前記上部マニホルドに結合された上部と、それぞれ前記第１の流路に流体結合された第１の複数の出口、および前記第２の流路に流体結合された第２の複数の出口を有する底部とを具備する下部マニホルドであって、材料間シールを形成するように適合された接合リングの外部表面とシール接触している内部表面を有する複数の同心リングを備える下部マニホルドと、
を備える蓋アセンブリ。 - 前記上部マニホルドが複数の円形チャネルをこの中に形成しており、前記複数の円形チャネルの第１の部分が、前記複数の同心リング間に形成されたそれぞれのギャップと流体連通している、請求項１に記載の蓋アセンブリ。
- 前記上部マニホルドが複数の流体チャネルを有する、請求項１に記載の蓋アセンブリ。
- ２つ以上のガスを前記複数の同心リングに流体結合させるための、複数の開口をこの中に形成している蓋プレートをさらに備える、請求項１に記載の蓋アセンブリ。
- 前記蓋プレートが前記上部マニホルドにロウ付けされる、請求項４に記載の蓋アセンブリ。
- 前記複数の出口が環状通路を備える、請求項１に記載の蓋アセンブリ。
- 前記複数の出口が角度付き縁部を有する、請求項１に記載の蓋アセンブリ。
- 複数の流体隔離チャネルをこの中に部分的に形成している上部マニホルドと、
前記上部マニホルドに結合された下部マニホルドであって、前記複数の流体隔離チャネルの第１の部分が、前記下部マニホルドと流体連通している第１および第２のガスチャネルを含んでおり、前記複数の流体隔離チャネルの第２の部分が複数の熱制御チャネルを含む下部マニホルドと、
を備える、処理チャンバ用の蓋アセンブリ。 - 前記上部マニホルドが、前記複数のチャネルの前記第１の部分と連通して複数の放射状通路をこの中に形成している蓋プレートに結合する、請求項８に記載の蓋アセンブリ。
- 前記第１および第２のガスチャネルの各々が、前記複数の熱制御チャネルのうちの１つによって分離される、請求項８に記載の蓋アセンブリ。
- 前記下部マニホルドが、前記第１のガスチャネルと流体連通している第１の複数の環状溝と、前記第２のガスチャネルと流体連通している第２の複数の環状溝とをさらに有しており、前記第１および第２の複数の環状溝が相互に流体隔離されている、請求項８に記載の蓋アセンブリ。
- 前記第１および第２の複数の環状溝の各々が、前記下部マニホルドの下部表面に隣接する処理ゾーンにガスストリームを方向付けるように角度付けされたノズルを備える、請求項１１に記載の蓋アセンブリ。
- 前記第１および第２のガスチャネルの各々が、前記チャネル内で均等に間隔をあけられた複数の開口を有しており、前記開口が前記下部マニホルドに流体結合される、請求項８に記載の蓋アセンブリ。
- 前記第１および第２のガスチャネルの各々が、前記チャネル内に９０度に間隔をあけられた複数の開口を有しており、前記開口が前記下部マニホルドに流体結合される、請求項８に記載の蓋アセンブリ。
- 処理チャンバにプロセス流体を送出するための装置であって、
上部および底部を具備するマニホルドアセンブリであって、前記上部が複数の流体隔離円形チャネルを部分的にこの上に形成しており、前記底部が環状出口をこの中に形成しているマニホルドアセンブリと、
上部、底部および縁部を有する蓋プレートであって、前記蓋プレートの前記底部が前記マニホルドアセンブリの前記上部に結合されており、前記蓋プレートが少なくとも２つのガス通路および複数の熱制御流体通路を、前記複数の円形チャネルと流体連通してこの中に形成している蓋プレートと、
を備える装置。 - 前記少なくとも２つのガス通路が放射状に配向される、請求項１５に記載の装置。
- 前記少なくとも２つのガス通路の各々が、前記複数の流体隔離円形チャネルの第１の部分と流体連通した複数の開口を有する、請求項１５に記載の装置。
- 前記複数の熱制御流体通路の各々が、前記複数の流体隔離円形チャネルの第２の部分の１つと流体連通している、請求項１５に記載の装置。
- 前記蓋プレートが、ガスラインおよび熱制御流体ラインを取り付けるための複数のホールを有する、請求項１５に記載の装置。
- 前記複数の熱制御流体通路の第１の部分が前記蓋プレートの前記上部に形成され、前記複数の熱制御流体通路の第２の部分が前記蓋プレートの前記縁部に形成される、請求項１５に記載の装置。
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