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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