JP2011527840A - Ｃｖｄに使用されるチャンバ構成要素 - Google Patents
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Abstract
プロセシングチャンバで使用するための装置が提供される。一態様では、環状プレートを含むブロッカプレートが提供され、環状プレートは、第１の厚さの内側部分を有しており、且つ中心部分と、中心部分の周りに同心円状に配置されて第１の数のアパーチャを有する第１の複数のアパーチャを備えた第１のパターン付き部分と、第１のパターン付き部分の周りに同心円状に配置されて、第１の数のアパーチャよりも多い第２の数のアパーチャを有する第２の複数のアパーチャを備えた第２のパターン付き部分と、第２のパターン付き部分の周りに同心円状に配置された外縁部分とを含むアパーチャパターンを有し、更には環状プレートの外縁上に位置する一段高くなった同心円部分を備えた外側部分を含んでいる。別の態様では、第２、第３、及び第４のブロッカプレートが提供される。加えて、プロセシングチャンバで使用するための混合装置及び液体気化装置が提供される。
Description
本発明の実施形態は、一般に化学気相堆積（ＣＶＤ）に使用されるチャンバ構成要素に関する。
集積回路の製造では、様々なプロセスパラメータを精密に制御することが、基板に一貫した結果を達成し、且つ基板間に再現性のある結果を実現するために必要である。プロセシング中に、プロセシングガス流の変化及び基板表面全体にわたる分布の変化が、物質の堆積速度、厚さ、ステップカバレージ、堆積の一様性、及び他の堆積パラメータに悪影響を及ぼすことがある。
あるプロセシングチャンバでは、プロセシングガスを、蒸発させ、ガス分配器によってチャンバのプロセシング領域中へと配送し、所望の材料を堆積させるように反応させることができる。ガス分配器は、フェースプレートの中間に配置されたブロッカプレートを有するシャワーヘッドアセンブリ中へとプロセシングガスを配送するガス注入部流路を含むことができる。プロセシングガスを、チャンバのプロセシング領域へ導入する前に混合することができる。従来型のガス配送システムは、プロセシングガスを蒸発させるため、混合するため、及び／又はチャンバのプロセシング領域へ配送するために、十分な手段を持たないことがある。プロセシングガス配送を制御できないことは、一枚の基板内及び基板間のいずれについても、プロセス均一性、デバイス歩留り、及び処理した基板の総合品質への有害な効果を有することがある。
それゆえ、技術分野においては、化学気相堆積チャンバに含まれるチャンバ構成要素の改善に対する需要がある。
本発明の実施形態は、一般に、化学気相堆積（ＣＶＤ）に使用されるチャンバ構成要素に関する。本発明の実施形態は、一般に、化学気相堆積チャンバ用のブロッカプレート、混合装置、及び液体気化装置に関する。
一実施形態では、環状プレートを含むブロッカプレートが提供され、この環状プレートは、第１の厚さの内側部分を有し、中心部分と、中心部分の周りに同心円状に配置されて、第１の数のアパーチャを有する第１の複数のアパーチャを備えた第１のパターン付き部分と、第１のパターン付き部分の周りに同心円状に配置されて、第１の数のアパーチャよりも多い第２の数のアパーチャを有する第２の複数のアパーチャを備えた第２のパターン付き部分と、第２のパターン付き部分の周りに同心円状に配置された外縁部分とを含むアパーチャパターンを有し、そして環状プレートの外縁上に位置する一段高くなった同心円部分を備えた、中心部分の第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する外側部分を有している。
別の一実施形態では、環状プレートを含むブロッカプレートが提供され、この環状プレートは、第１の厚さの内側部分を有し、複数のアパーチャを備えた中心部分であって、複数のアパーチャが、３０個と１５０個との間で増加する数のアパーチャをそれぞれが有する複数の同心円の円形列を備え、各リングのオフセット角度が中心部分の中心線に対して６０°〜２７０°である中心部分と、中心部分の周りに同心円状に配置された外縁部分とを含むアパーチャパターンを有し、そして環状プレートの外縁上に位置する一段高くなった同心円部分を備えた、内側部分の第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する外側部分を有している。
別の一実施形態では、環状プレートを含むブロッカプレートが提供され、この環状プレートは、第１の厚さの内側部分を有し、中心部分と、中心部分の周りに同心円状に配置された、複数のアパーチャを備えたパターン付き部分であって、複数のアパーチャが、１６個と９６個との間で変化する数のアパーチャをそれぞれが有する複数の同心円の円形列を備え、各リングのオフセット角度が中心部分の中心線に対して７°〜２４５°であるパターン付き部分と、中心部分の周りに同心円状に配置された外縁部分とを含むアパーチャパターンを有し、そして環状プレートの外縁上に位置する一段高くなった同心円部分を備えた、内側部分の第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する外側部分を有している。
別の一実施形態では混合装置が提供され、この装置は、注入部から延びる円柱状の第１の部分と、第１の部分に結合された第２の部分と、第２の部分に結合され且つ排出部へと延びる第３の部分とを含んでおり、第１の部分が、円錐状であって注入部から第２の部分へと次第に細くなり、第３の部分が第２の部分から排出部へと広がっている、混合装置を提供する。
別の一実施形態では混合装置が提供され、この装置は、注入部から延びる第１の部分と、第１の部分に結合された円柱状の第２の部分と、第２の部分に結合されて排出部へと延びる第３の部分とを含み、第３の部分は、第２の部分に結合された広がる部分と、広がる部分及び排出部に結合された円柱状部分を含んでおり、第１の部分が円錐状であって注入部から第２の部分へと次第に細くなっている。
別の一実施形態では液体気化装置が提供され、この装置は、蒸発器と、蒸発器に結合された混合流体配管と、蒸発器の上部部分に配置されて混合流体配管に結合された第１の流体遮断弁と、第１の流体遮断弁によって混合流体配管に結合された第１の流体配管と、混合流体配管に結合された第２の流体配管と、蒸発器と流体連通するように配置された蒸発器遮断弁とを含む。
別の一実施形態では、複数のアパーチャを有する環状プレートを含むブロッカプレートが提供される。
別の一実施形態ではミキサ装置が提供され、この装置は、注入部から延びる円柱状の第１の部分と、第１の部分に結合された第２の部分と、第２の部分に結合されて排出部へと延びる第３の部分とを含んでおり、第１の部分が円錐状であって注入部から第２の部分へと次第に細くなっており、第３の部分が第２の部分から排出部へと広がっている。
別の一実施形態では液体気化器装置が提供され、この装置は、蒸発器と、蒸発器と流体連通するように配置された蒸発器遮断弁と、蒸発器に結合された混合流体配管と、蒸発器の上部部分に配置された第１の流体遮断弁に結合された第１の流体配管とを含んでおり、混合流体配管が第１の流体遮断弁に結合され、第２の流体配管が混合流体配管に結合されている。
本発明の上記特徴を詳細に理解することができるように、一部を添付図面に示す実施形態を参照することにより、上記に簡潔に要約した本発明のより詳細な説明を後述する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを図示しているのであり、したがって本発明の範囲を限定せず、本発明には同様に有効な他の実施形態が可能である。
理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態において開示された要素は、具体的な記述がなくとも別の実施形態において利益をもたらすように利用することができる。
本発明の実施形態は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセシングチャンバのための装置を提供する。本明細書に記載する装置及び方法の利益を得ることができる堆積チャンバは、炭素ドープしたシリコン酸化膜、シリコン含有膜、及びアドバンストパターンドフィルム（ＡＰＦ）を含む他の絶縁性材料などの酸化物を堆積させるために使用することができるチャンバを含む。堆積チャンバの一例は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｆ．のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｃｈａｍｂｅｒｓのシリーズである。Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｃｈａｍｂｅｒは、炭素ドープしたシリコン酸化膜及び別の材料を堆積するために使用することができる２つの分離したプロセシング領域を有するＣＶＤチャンバである。２つの分離したプロセシング領域を有するチャンバは、引用により組み込まれている米国特許第５８５５６８１号に記載されている。Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｃｈａｍｂｅｒは、遠隔プラズマ供給源を取り付けることができるポートを有する。
本明細書中で説明する実施形態では、１つの遠隔プラズマ供給源がＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｃｈａｍｂｅｒの両方の分離されたプロセシング領域に接続されるように、遠隔プラズマ供給源をＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｃｈａｍｂｅｒに取り付けることができる。しかしながら、やはりＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｃｈａｍｂｅｒの各プロセシング領域に、例えばＴ字配管よって接続された２つの遠隔プラズマ供給源を使用することによって、及びそれに応じて流量を調節することによって、下記に説明されるプロセスを実行することができる。
図１は、２つの遠隔プラズマ供給源１１００に接続された２つのプロセシング領域１１８、１２０を有するチャンバ１００の模式図である。一方の遠隔プラズマ供給源１１００はプロセシング領域１１８に、他方の遠隔プラズマ供給源１１００はプロセシング領域１２０に、それぞれ接続されている。ヒータペデスタル１２８は、チャンバボディ１１２の底部を貫通し、そこで駆動システム１０３に接続されるステム１２６によって、各プロセシング領域１１８、１２０内に可動に配置されている。プロセシング領域１１８、１２０の各々は、ブロッカプレート１０２を通りプロセシング領域１１８、１２０中へとガスを配送するために、チャンバ蓋１０４を貫通して配置されたガスボックス１４２を備えるガス分配アセンブリを含む。各プロセシング領域のガス分配アセンブリ１０８はまた、ガスボックス１４２中へとガスを配送するガス注入部流路１４０を含む。動作中にプレートを冷却するために、冷却チャネル１５２が各ガス分配アセンブリ１０８のベースプレート１４８中に形成されている。注入部１５５は、冷却剤配管１５７によって互いに接続されている冷却チャネル１５２中へと、水などの冷却剤流体を配送する。冷却流体は、冷却剤排出部１５９を通ってチャネルを出る。あるいは、冷却流体はマニフォールドを通って循環する。プロセシングガスは、ガスボックス１４２から離れて置かれた液体気化器から供給される蒸発させた液体を含むことができる。混合装置は、ガス分配アセンブリ中に配置することができる。
図２Ａは、本明細書に記載する一実施形態によるブロッカプレートの模式図である。図２Ｂは、図２Ａのブロッカプレートの線２Ｂに沿って取った断面図である。ブロッカプレート２００は環状プレート２０２を備える。環状プレートは、内側部分（中心部分）２０６を取り囲む外側部分（環状の縁）２０４を備えている。複数のアパーチャ２０１を、内側部分の少なくとも一部を貫通して形成し、図２Ａに示したようなパターンに形成することができる。外側部分２０４は、厚い又は環状プレート２０２の平面の上方に突き出ている環状の縁を有することができる。環状プレートの一実施形態では、環状プレートは、０．０５インチ〜０．２５インチ、例えば約０．１５インチの厚さを有する。一例では、環状の縁は、環状プレート２０２の内側部分よりも約０．１インチ大きな厚さを有する。環状の縁は、０．５インチ〜１インチ、例えば約０．８７インチの幅を有することができる。１つ又は複数のボルト穴２１４を、一段高くなった同心円部分を貫通して形成することができる。
図２Ａは、ブロッカプレート２００の一実施形態の上面模式図を図示し、内側部分は、中心部分（内側部分）２０７、パターン付き部分２０３、及び外縁部分（外側部分）２０６を備える。中心部分及び外縁部分は、例えばアパーチャのない環状プレートの隙間のない部分とすることができる。
パターン部分２０３は複数のアパーチャ２０１を備えることができる。複数のアパーチャは、半径方向に間隔を空けて配置された、３０個以上のアパーチャからなる複数の同心円の円形列のアレイを備えることができる。同心円の円形列を、互いに約０．１インチ〜約０．５インチ、例えば互いに約０．２５インチの間隔を空けて配置することができ、さらに互いに等間隔で配置することができる。アパーチャは、各同心円の円形列の中に互いに等間隔で配置することができる。各アパーチャは、環状プレート中で円柱状を有することができる。一例では、アパーチャ２０１は、約０．０１２５インチ〜約０．１インチ、例えば約０．０２５インチの直径を有することができ、そこを通る流体のための流路となるために、環状プレートを貫通して延びることができる。環状プレートのパターン付き部分は、環状プレートの大きさに基づいて変えることができ、直径約１２．４インチの環状プレートのうちの、約２．３インチ〜約９．６インチの直径とすることが可能である。
複数の同心円の円形列を、約１０〜５０の同心円の円形列、例えば３０の同心円の円形列とすることができる。複数の同心円からなる円形列の各々は、３０〜１５０個、例えば約３６〜約１２３個のアパーチャを含むことができ、個の場合の各同心円の円形列のアパーチャのオフセット角度は、環状プレートの内側部分の中心線から０°〜２７０°、例えば６３°〜２６６°とすることができる。アパーチャの数及びオフセット角度を、各同心円の円形列が環状プレートの中心から広がるにつれて増加させることができる。例えば、各列は、２〜４個までアパーチャを増加させることができ、このときオフセット角度は５°〜１０°、例えば７°とすることができる。複数のアパーチャは、約２５〜５０の１平方インチ当たりのアパーチャ（アパーチャ／ｉｎ２）、例えば約３７．６アパーチャ／ｉｎ２のアパーチャ面積密度を備えることができる。同心円の円形列のアパーチャは、約４アパーチャ／インチ〜約５アパーチャ／インチのアパーチャ周辺長密度（アパーチャ／周辺長インチ）を有すると言うこともできる。中心部分及び外縁部分のアパーチャ周辺長密度はゼロ（０）である。
ブロッカプレートの一例では、パターン付き部分は３０列の同心円の円形列を備え、このうちの中心の円形列は、約６３°のオフセット角度で３６個のアパーチャを備えており、各同心円の円形列のアパーチャの数は、前の同心円の円形列より、オフセット角度を７°だけ増やしながらから２〜４個増加し、外側の同心円の円形列は約２６６°のオフセット角度で１２３個のアパーチャを有する。例えば、中心の同心円の円形列から最初の７列の同心円の円形列は、前の同心円の円形列から４個多いアパーチャを有し、次の１５列の同心円の円形列は、前の同心円の円形列から３個多いアパーチャを有し、中心の同心円の円形列から数えて最後の７列の同心円の円形列は、前の同心円の円形列から２個多いアパーチャを有する。
図２Ｃは、ブロッカプレート２００の第２の実施形態の上面模式図を図示し、内側部分は、パターン部分（内側部分）２０３及び外縁部分（外側部分）２０６を備えている。パターン部分は、複数のアパーチャ２０１を備えることができる。複数のアパーチャは、２個以上のアパーチャの半径方向に間隔を空けて配置された複数の同心円の円形列のアレイを備えることができる。アパーチャは、各同心円の円形列の中に互いに等間隔で配置することができる。複数の同心円の円形列は、約１０〜約５０列の同心円の円形列、例えば、３０列の同心円の円形列とすることができる。複数の同心円の円形列の各々は、環状プレートの内側部分の中心線から、それぞれ０°〜２７０°、例えば３６°〜２６６°のオフセットの角度で、２〜１５０個、例えば約４〜約１２３個のアパーチャを含むことができる。アパーチャの数は、各同心円の円形列が環状プレートの中心から広がるにつれて増加させることができる。各アパーチャは、環状プレート中で円柱状を有することができる。一例では、アパーチャ２０１は、約０．０１２５インチ〜約０．１インチ、例えば約０．０２５インチの直径を有することができ、そこを通る流体のための流路となるために、環状プレートを貫通して延びることができる。外縁部分を、例えば、アパーチャのない環状プレートの隙間のない部分とすることができる。
図２Ｄは、ブロッカプレート２５０の別の一実施形態の上面模式図を示す。ブロッカプレート２５０は、環状プレート２５２を備える。環状プレートは、内側部分２５６を取り囲む外側部分２５４を備えている。内側部分は、中心部分２５７、パターン付き部分２５３、及び外縁部分２５６を備える。中心部分及び外縁部分を、例えば、アパーチャのない環状プレートの隙間のない部分とすることができる。外側部分２５４は、厚い又は環状プレート２５２の平面の上方に突き出した環状の縁を有することができる。環状プレートの一実施形態では、環状プレートは、０．０５インチ〜０．２５インチ、例えば約０．１５インチの厚さを有する。一例では、環状の縁は、環状プレート２５２の内側部分よりも約０．１インチ大きな厚さを有する。環状の縁は、０．５インチ〜１インチ、例えば約０．８７インチの幅を有することができる。１つ又は複数のボルト穴を、一段高くなった同心円部分を貫通して形成することができる。
パターン部分２５３は複数のアパーチャ２５１を備えることができる。複数のアパーチャは、１０個以上のアパーチャからなる半径方向に間隔を空けて配置された複数の同心円の円形列のアレイを備えることができる。同心円の円形列を、互いに約０．１インチ〜約０．５インチ、例えば互いに約０．２５インチの間隔を空けて配置することができ、さらに互いに等間隔で配置することができる。アパーチャを、各同心円の円形列の中に互いに等間隔で配置することができる。各アパーチャは、環状プレート中で円柱状を有することができる。一例では、アパーチャ２５１は、約０．０１２５インチ〜約０．１インチ、例えば約０．０２５インチの直径を有することができ、そこを通る流体のための流路となるために環状プレートを貫通して延びることができる。環状プレートのパターン付き部分を、環状プレートの大きさに基づいて変えることができ、約１２．４インチの直径を有する環状プレートのうちの、直径約０．５インチ〜約９．１インチの幅を有することができる。
複数の同心円の円形列を、約１５〜約５０列の同心円の円形列、例えば３５列の同心円の円形列とすることができる。複数の同心円の円形列の各々は、１０〜１００個、例えば約１６〜約９６個のアパーチャを含むことができ、このとき各同心円の円形列のアパーチャのオフセットの角度は、環状プレートの内側部分の中心線から０°〜２７０°、例えば７°〜２４５°とすることができる。アパーチャの数は、各同心円の円形列が環状プレートの中心から広がるにつれて変えることができる。例えば、各列は、０〜７個だけアパーチャを増加させる又は減少させることができる。アパーチャの数及びオフセット角度は、各同心円の円形列が環状プレートの中心から広がるにつれて増加させることができる。例えば、各列は、５°〜１０°、例えば７°、オフセット角度を増大させることができる。
複数のアパーチャは、同心円の円形列が中心部分から広がるにつれてアパーチャ面積密度を減少させることができる。同心円の円形列のアパーチャは、約１０〜約２アパーチャ／インチ、例えば約９．１〜約２．９アパーチャ／インチのアパーチャ周辺長密度（アパーチャ／周辺長）を有すると言うこともできる。中心部分及び外縁部分のアパーチャ周辺長密度はゼロ（０）である。各同心円の円形列のアパーチャ周辺長密度を、同心円の円形列の各々の間で約０．０４〜約０．３８アパーチャ／インチに減少させるなど、パターンの外縁に向けて減少させることができる。
ブロッカプレートの一例では、パターン付き部分は、約７°のオフセット角度で１６個のアパーチャを備える中心の同心円の円形列を有し、約２４５°のオフセット角度で８５個のアパーチャを有する外側の同心円の円形列まで、各同心円の円形列が前の同心円の円形列からオフセット角度を７°増加させながらアパーチャの数を０〜７個だけ増加した又は減少させた３５列の同心円の円形列を備えている。例えば、中心の同心円の円形列から最初の７列の同心円の円形列は、それぞれ前の同心円の円形列から５〜７個だけアパーチャが増加しており、次の１３列の同心円の円形列は、それぞれ前の同心円の円形列から１〜４個だけアパーチャが増加しており、次の５列の同心円の円形列は、それぞれ前の同心円の円形列から１個だけアパーチャが増加しているか又は同じ数のアパーチャを有しており、中心の同心円の円形列から数えて最後の９列の同心円の円形列は、前の同心円の円形列からそれぞれ１〜２個アパーチャが減少しているか又は同じ数のアパーチャを有している。
図３Ａは、本明細書中で説明するようなブロッカプレートの第２の実施形態の模式図である。図３Ｂは、図３Ａのブロッカプレートの線３Ｂに沿って取った断面図である。ブロッカプレート３００は環状プレート３０２を備えている。環状プレートは、外側部分（環状の縁部分）３０４及びそこを貫通して形成された複数のアパーチャ３０１を有する内側部分３０６を備える。環状プレートは、例えば約１２．４インチのガス分配器に使用するのに適した、例えば約８インチ〜約１６インチの直径を有することができる。
複数のアパーチャ３０１は、図３Ａに示したような第１のパターンを形成することができる。環状プレート中の複数のアパーチャ３０１パターンは、中心部分３０８や、第１のパターン付き部分（中央部分）３１０や、第２のパターン付き部分（外側部分）３１２や、内側部分３０６の外縁部分（縁部分）３１４を含むことができる。中心部分３０８を、例えば、アパーチャ３０１のない環状プレートの隙間のない部分とすることができる。中心部分３０８は、内側部分３０６の半径の１３％などの、半径の約５％から約２０％を備えることができる。
第１のパターン付き部分３１０は、第１の数又は第１の密度のアパーチャ３０１を含み、内側部分３０６の半径の約５％〜約２０％、例えば半径の１３％を含むことができる。中心部分３０８及び第１のパターン付き部分３１０は、同じ半径を有することができ、同心円の円形列に形成することができる。環状プレートの第１のパターン付き部分を、環状プレートの大きさに基づいて変えることができ、約１２．４インチの直径を有する環状プレートのうちの、約１．３インチ〜約２．６インチの直径の幅を有することができる。
第１のパターン付き部分３１０の一実施形態では、第１のパターン付き部分内の第１の複数のアパーチャ３０１は、２個以上のアパーチャからなる半径方向に間隔を空けて配置された複数の同心円の円形列の第１のアレイを備えることができる。複数の同心円の円形列を、約１〜約１０列の同心円の円形列、例えば６列の同心円の円形列とすることができる。同心円の円形列を、互いに約０．１インチ〜約０．５インチ、例えば互いに約０．２５インチの間隔を空けて配置することができ、さらに互いに等間隔で配置することができる。アパーチャは、各同心円の円形列の中に互いに等間隔で配置することができる。複数の同心円の円形列の各々は、２〜２０個、例えば約４〜約１０個のアパーチャを含むことができ、このとき各同心円の円形列のアパーチャのオフセット角度は、環状プレートの内側部分の中心線から０°〜４５°である。アパーチャの数は、各同心円の円形列が中心部分から広がるにつれて増加させることができる。
第１の複数のアパーチャは第１のアパーチャ密度を備えることができる。密度は、本明細書中で説明するように、アパーチャ面積密度及び／又はアパーチャ周辺長密度を含む。第１のアパーチャ面積密度は、１平方インチ当たり約５〜約２０アパーチャ／ｉｎ２、例えば、約１１．６アパーチャ／ｉｎ２とすることができる。同心円の円形列のアパーチャは、約０．９〜約１．４アパーチャ／インチ、例えば約０．９７〜約１．２７アパーチャ／インチのアパーチャ周辺長密度（アパーチャ／周辺長）を有すると言うこともできる。中心部分及び外縁部分のアパーチャ周辺長密度はゼロ（０）アパーチャ／インチである。
ブロッカプレートの一例では、第１のパターン付き部分は６列の同心円の円形列を含み、４個のアパーチャを有する中心の同心円の円形列から、１０個のアパーチャを有する外側の同心円の円形列まで、各同心円の円形列のアパーチャの数が前の同心円の円形列から１〜２個だけ増加する。各列のオフセット角度は、０°から約３０°まで変化する。
第１のパターン付き部分及び第２のパターン付き部分のアパーチャ３０１の直径は、約０．０１２５インチ〜約０．１インチ、例えば約０．０２５インチとすることができ、そこを通る流体の流路となるために、環状プレートを貫通して延びることができる。各アパーチャは、環状プレート中で円柱状を有することができる。
第２のパターン付き部分３１２は、第２の数又は第１のパターン付き部分３１０のアパーチャ３０１の第１の密度よりも大きな密度の複数のアパーチャ３０１を含む。密度は、本明細書中で説明するように、アパーチャ面積密度及び／又はアパーチャ周辺長密度を含む。第２のパターン付き部分３１２は、内側部分３０６の半径の５７％など、半径の約３５％から約７５％を含むことができる。内側部分３０６の外縁部分３１４は、例えば、アパーチャ３０１のない環状プレートの隙間のない部分とすることもでき、内側部分３０６の半径の１９％など、半径の約１５％〜約２５％までを含むことができる。環状プレートの第２のパターン付き部分は、環状プレートの大きさに基づいて変えることができ、約１２．４インチの直径を有する環状プレートのうちの、約２．８インチから約９．１インチの直径の幅を有することができる。
ブロッカプレート３００の一実施形態では、第２のパターン付き部分中の第２の複数のアパーチャ３０１は、２個以上のアパーチャからなる、半径方向に間隔を空けて配置された複数の同心円の円形列の第２のアレイを備えることができる。複数の同心円の円形列を、約１０〜約４０列の同心円の円形列、例えば３２列の同心円の円形列とすることができる。同心円の円形列を、互いに約０．１インチ〜約０．５インチ、例えば互いに約０．２５インチの間隔を空けて配置することができ、さらに互いに等間隔で配置することができる。アパーチャを、各同心円の円形列中に互いに等間隔で配置することができる。複数の同心円の円形列の各々は、１５〜１２５個のアパーチャ、例えば約４４〜約１１９個のアパーチャを含むことができ、このとき各同心円の円形列のアパーチャのオフセット角度は環状プレートの内側部分の中心線から０°〜２５２°である。アパーチャの数は、各同心円の円形列が第１のパターン付き部分から広がるにつれて増加させることができる。
したがって、第２の複数のアパーチャは、第１のアパーチャ面積密度よりも大きな第２のアパーチャ面積密度を含むことができる。第２のアパーチャ面積密度を、１平方インチ当たり約２０〜約５０個のアパーチャ（アパーチャ／ｉｎ２）、例えば約３７．４アパーチャ／ｉｎ２とすることができる。同心円の円形列のアパーチャは、約４〜約５．５アパーチャ／インチ、例えば約４．１８〜約４．９８アパーチャ／インチのアパーチャ周辺長密度（アパーチャ／周辺長インチ）を有すると言うこともできる。中心部分及び外縁部分のアパーチャ周辺長密度はゼロ（０）である。
ブロッカプレートの一例では、第２のパターン付き部分は２６列の同心円の円形列を備え、約７７°の角度オフセットで４４個のアパーチャを含む中心の同心円の円形列を有し、各同心円の円形列のアパーチャの数は、約２５２°のオフセットの角度で１１９個のアパーチャを有する外側の同心円の円形列まで、前の同心円の円形列からオフセット角度を７°だけ増加させながら２〜４個増加する。例えば、第２のパターン付き部分の中心の同心円の円形列から最初の５列の同心円の円形列は、それぞれ前の同心円の円形列から４個ずつアパーチャが増加しており、次の１５列の同心円の円形列は、それぞれ前の同心円の円形列から３個ずつアパーチャが増加しており、中心の同心円の円形列から数えて最後の５列の同心円の円形列は、それぞれ前の同心円の円形列から２個ずつアパーチャが増加している。
別の観点では、第２の複数のアパーチャは、複数の列の半径方向のパターンを備えることができ、各列は、２個以上のアパーチャを含む２個以上の連続円弧断片を備えることができる。さらに、各列は、２個以上の連続円弧断片から延びている０〜３個の追加の円弧断片をさらに備えることができる。第２の複数のアパーチャは、３０〜１５０の、例えば約４４の列を備えることができる。
外側部分３０４は、内側部分の縁上に配置され、内側部分よりも厚い一段高くなった同心円部分を備えることができる。環状プレートの一実施形態では、環状プレートは、０．０５インチ〜０．２５インチ、例えば約０．１５インチの厚さを有する。一例では、一段高くなった同心円部分は、内側部分よりも約０．１インチ厚い。外側部分は、０．５インチ〜１インチ、例えば約０．８７インチの幅を有することができる。１つ又は複数のボルト穴を、一段高くなった同心円部分３１４を貫通して形成することができる。
ブロッカプレート３００の設計が中心部分３０８における流体の流れを妨げ、第１のパターン付き部分３１０における流体流れを制限することが考えられる。このような設計は、水蒸気圧が温度に敏感であるために水蒸気を利用するプロセスにとって大きな問題であると考えられる。したがって、ブロッカプレート３００の設計は、水蒸気と相互作用するときにはヒータの熱効果を最小にする。ブロッカプレート２００を、ブロッカプレート１０２の代わりに上に説明したチャンバ１００中で使用することができる。ブロッカプレート３００を、ブロッカプレート１０２の代わりに上に説明したチャンバ１００中で使用することができる。
図４Ａは、本明細書に記載する実施形態による、漏斗状混合管などの混合装置４００の断面図である。混合装置４００を、図１において開示したガス分配アセンブリ１０８などのガス分配アセンブリ中に配置することができる。
混合装置４００は、実質的に円柱状ボディ４０１を有することができる。混合装置４００の一実施形態では、混合マニフォールドのより確実な取付け及び優れた同心性を可能にするために、ボディは、環状プレート内で、約０．１インチ〜約８インチ、例えば０．８インチの外径と、約０．１インチ〜約４インチ、例えば約１．７インチの高さとを有する円柱状を有する。
混合装置４００の一実施形態では、流れシミュレーション及び実験室試験に基づいて再現性があり一貫性のあるガス混合を可能にするために、混合装置４００の内側形状、すなわち内部構造が、約０．１”〜約１”の最小制限内径を有する砂時計形状を有する。しかしながら、混合装置４００の各部分の寸法を、使用目的、設計必要性、流量必要条件、及び最適な性能のための他の要因に応じて変えることができる。
円柱状ボディ４０１の内部構造４０９は、注入部４０３（すなわち、ノズル）から延びる第１の部分４０２、第２の部分４０４（スロート）、及び排出部４０５へと延びる第３の部分４０６（ディフューザ）を含む一連の流体流路部分を備える。一実施形態では、円柱状ボディは、円柱状の第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を有し、ここで第２の部分が第１の部分よりも小さな直径を有し、第３の部分が第２の部分よりも大きな直径を有し且つ第１の部分以上の直径を有することできる。注入部４０３及び排出部４０５は、第１の部分４０２、第２の部分４０４、及び第３の部分４０６よりも大きな直径を有することができる。
円柱状ボディの一実施形態では、第１の部分４０２は円錐形状を有する。円錐形状を有する第１の部分４０２は、注入部４０３から第２の部分４０４へと次第に細くすることができる。円柱状ボディの一実施形態では、第３の部分は、第２の部分から排出部４０５へと広がっている。
混合装置４００の一実施形態では、第１の部分の開口部は約０．５６インチであり、第１の部分４０２は、約０．２４インチの直径を有する第２の部分４０４へと次第に細くなり、次いで第２の部分４０４は約０．６４インチの排出部に近い第３の部分４０６直径へと延びている。第２の部分から第３の部分へとシームレスな遷移を与えるために、第２の部分は遷移部分４０７をさらに含むことができる。遷移部分４０７は、凹面表面、例えば約０．０５インチ（約１．２７ｍｍ）の半径を有する凹面表面を有し、それは第３の部分の広がっている部分の凸面表面に結合する。広がっている部分は、凹面プロファイルといった半球形状のプロファイルを有することができる。半球形状のプロファイルが、第３の部分の中心線から、例えば約０．３１８インチ（約８．０８ｍｍ）の曲率半径を示すことができる。あるいは、広がっている部分は、円錐形の形状を有することができる。
第１の部分、第２の部分、及び第３の部分の高さはチャンバの必要性に応じて変えることができ、一例では、第１の部分は約０．６３インチの高さを有し、第２の部分は約０．３インチの高さを有し、第３の部分は約０．７５インチの高さを有する。
回転しているガスを集束するための漏斗の混合化設計は、以前の漏斗状混合管よりも製造が容易であると考えられている。漏斗の混合化設計は、混合ハードウェア製造及び取付け許容誤差に起因するプロセス変動、従来のチャンバ挿入部分の複雑に角度を付けた穴設計におけるコンダクタンス変動に起因する低下した収率の左右ミスマッチ（収率低下Ｌ／Ｒミスマッチ）を減少させることが可能である。
漏斗状混合管設計を、所望の混合特性を得るように修正することができる。縁設計を、取付け同心性を改善させるために使用することができる。出口領域に対する半径を、流れ様式を改善させるために使用することができる。漏斗状混合管のそれぞれの寸法を、円柱の高さ、円柱の直径、入口の角度、及び出口様式に関する形状の寸法レイアウトのために変更することができる。部品の上部の寸法の変更を、取り付けた部品の不安定性及び同心性を助けるために使用することができる。
図４Ｂは、ガス分配アセンブリ中に配置された漏斗状混合管の一実施形態の断面図である。ガス分配アセンブリ４１０を、図１に開示したガス分配アセンブリ１０８とすることができる。混合装置４００を、ガス分配アセンブリ４１０中に配置することができ、注入部４０３及び円柱状ボディの第１の部分４０２によってガス入口領域４１５に結合することができる。導管４５０を経由して、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び酸素ガス又はオゾンガスの混合物などのプロセシングガスの供給源に、及び下記に示す液体気化器５００からなどの蒸発液体配管４３０に、ガス入口領域を流体的に結合させることができる。それぞれの配管中での凝結を最小にする温度で蒸発させた液体を供給するために、蒸発液体配管を、加熱した水配管４４０によって封じ込めることができる。蒸発液体配管は、ガス入口領域４１５の前に拡張導管４２０を通ることができる。ガス及び蒸発させた液体は、次いでプロセシングチャンバ４８０のプロセシング領域へと配送することが可能である。
混合装置４００の第３の部分は、プロセシングチャンバのプロセシング領域４７０と流体連通している。クリーニングガスを含む遠隔プラズマ供給源からなどのプラズマガスを、導管４６０によって混合装置４００の周囲のチャンバのプロセシング領域４７０中へと流すことができる。
図４Ｃは、図４Ａの漏斗状混合管の一実施形態の等角断面図であり、第１の部分４０２、第２の部分４０４、及び第３の部分４０６を示している。
図５Ａ及び図５Ｂは、本明細書に記載する一実施形態による液体気化器の模式的上面図及び側面図である。液体気化器５００は、一方の面５０１上に一連のポートを含む。蒸発させた液体は、次いで排出部５１２を介してチャンバに配送される。ポートは、電源入力部５０２、信号コネクタ５０４、水注入部などの第１の流体配管注入部５０６、空気注入部などの第３の流体配管注入部５０８、及び窒素ガス注入部などの第２の流体注入部５１０を含む。蒸発させた液体は、次いで排出部５１２を介してチャンバに配送される。液体気化器５００を、堆積プロセス又は処理プロセス中に使用される水などの液体を気化させるために使用することが可能である。
液体気化器を、０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａの動作水圧、０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａのキャリアガス圧、２０ＳＬＭのキャリアガス最大流量、０．４ＭＰａ〜０．６ＭＰａの動作空気圧空気弁、及び１５℃〜３５℃の動作周囲温度範囲で作動させることができる。気化器を動作させるための温度設定を１１０℃とすることができる。
図５Ｃは、液体気化器５００中に配置された蒸発器の一実施形態の斜視図である。水供給源からの水配管などの第１の流体配管５０５は、第１の流体配管注入部、水注入部、５０６を経由して配置され、遮断弁５０７に結合されている。遮断弁５０７は、蒸発器５０３の上部部分に配置されているが、代わりに、必要に応じて蒸発器との任意の別の配列で配置することもできる。遮断弁５０７は、混合流体配管５０９を介して蒸発器５０３に結合されている。
窒素供給源からの窒素ガス配管などの第２の流体配管５１１は、第２の流体注入部、窒素ガス注入部、５１０を経由して配置されており、配管接合部５１３を介して混合流体配管５０９に結合されて、蒸発器５０３に入る前に水と混合される。遮断弁５０７と配管接合部５１３との間に配置された配管部分５１５は、配管接合部５１３及び蒸発器５０３の上流の水の体積を最小にするために、１インチ〜２インチなどの最小の長さのものである。しかしながら、配管部分５１５の長さを、蒸発器の設計及び／又は大きさ、配管を通る液体流の体積、及び利用する流れ配管の配置に基づいて変えることができる。水配管部分５１５の長さを減らすことは、望ましくない水の気化を防止すると考えられている。水の気化は、蒸発器中のプロセシングの不安定さを生み出し、この不安定さは、定常状態の流れを確立するための時間及びプロセス変動を増加させる。
蒸発器遮断弁５１４は、蒸発器排出部５１２を通る排出部配管５１７上で蒸発器５０３の下流に配置することができる。蒸発器遮断弁は、プロセシングチャンバへの蒸発した水の流れを制限する又は阻止する。遮断弁５１４が閉じた位置にあるときには、蒸発器５０３の下流の蒸発した水の流れの体積を最小にするために、遮断弁５１４を、０．１インチ〜１インチなど、可能な限り蒸発器の近くに配置することが好ましい。蒸発器の一実施形態では、蒸発器遮断弁を排出部５１２に直接結合する。しかしながら、その距離は、蒸発器及び蒸発器遮断弁の設計及び／又は大きさに基づいて変えることができる。
図５Ｄは、蒸発器５０３に流体を供給する水配管の第１の流体配管５０５及び窒素配管の第２の流体配管５１１、チャンバへ蒸発させた液体を供給するための排出部配管５１７、及びプロセシングチャンバへの排出部配管５１７中の流れを制御するための蒸発器遮断弁５１４を有する蒸発器５０３の一実施形態の模式的側面図である。
熱調整装置５２０ａ〜５２０ｃは、蒸発プロセスの温度を制御するために蒸発器にも結合される。熱コントローラ５２０ａは、蒸発プロセスの温度を監視して修正するために、チャンバに結合される。熱調整装置の熱交換器デバイス５２０ｂは蒸発器に結合され、蒸発器からの熱の散逸を可能にする。熱コントローラは、信号コネクタ５０４を経由して外部システムに結合される。蒸発器は、電力入力部５０２を経由して電源に結合される。
図６は、本明細書に記載する一実施形態による液体気化器の電子システムに関する模式図である。
上記説明は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の別の実施形態及びさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。
Claims (15)
- 環状プレートを備えたブロッカプレートであって、
前記環状プレートが、第１の厚さの内側部分を有しており、
中心部分と、
前記中心部分の周りに同心円状に配置された、第１の数のアパーチャを有する第１の複数のアパーチャを備えた第１のパターン付き部分と、
前記第１のパターン付き部分の周りに同心円状に配置された、前記第１の数のアパーチャよりも多い第２の数のアパーチャを有する第２の複数のアパーチャを備えた第２のパターン付き部分と、
前記第２のパターン付き部分の周りに同心円状に配置された外縁部分と
を含むアパーチャパターンを有しており、且つ
前記環状プレートの外縁上に位置する一段高くなった同心円部分を備えた、前記中心部分の前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する外側部分を有している、
ブロッカプレート。 - 前記第１の複数のアパーチャが、２個以上のアパーチャからなる第１の複数の同心円の円形列を備え、前記第２の複数のアパーチャが、２個以上のアパーチャからなる第２の複数の同心円の円形列を備える、請求項１に記載のブロッカプレート。
- 前記第１の複数の同心円の円形列が、２〜２０個のアパーチャをそれぞれが有する２〜約１０列の同心円の円形列を備え、各リングのアパーチャのオフセット角度が前記環状プレートの前記内側部分の中心線から約０°〜約４５°であり、前記第２の複数の同心円の円形列が、４４〜１１９個のアパーチャをそれぞれが有する１０〜４０列の同心円の円形列を備え、各リングのアパーチャのオフセット角度が前記環状プレートの前記内側部分の中心線から約７７°〜約２５２°である、請求項２に記載のブロッカプレート。
- 前記第１の複数のアパーチャ及び前記第２の複数のアパーチャの各アパーチャが円柱状である、請求項１に記載のブロッカプレート。
- 環状プレートを備えたブロッカプレートであって、
前記環状プレートが、第１の厚さの内側部分を有しており、
中心部分と、
前記中心部分の周りに同心円状に配置された、複数のアパーチャを備えたパターン付き部分であって、前記複数のアパーチャが、３０〜１５０個の増加する数のアパーチャをそれぞれが有する複数の同心円の円形列を備え、各リングのオフセット角度が前記中心部分の中心線に対して６０°〜２７０°であるパターン付き部分と、
前記中心部分の周りに同心円状に配置された外縁部分と
を含むアパーチャパターンを有しており、且つ
前記環状プレートの外縁上に位置する一段高くなった同心円部分を備えた、前記内側部分の前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する外側部分を有している、
ブロッカプレート。 - 流体を処理するように構成された内部構造を画定するボディを備えた混合装置であって、前記内部構造が、
注入部から延びる第１の部分と、
前記第１の部分に結合された円柱状の第２の部分と、
前記第２の部分に結合されて排出部まで延びる第３の部分であって、前記第２の部分に結合された広がる部分と、前記広がる部分及び排出部に結合された円柱状部分を有しており、前記第１の部分が円錐状で、前記注入部から前記第２の部分へと次第に細くなる第３の部分と
を備えている、混合装置。 - 前記混合装置がガス分配アセンブリ中に配置されて前記注入部によってガス入口領域に結合されており、前記排出部がプロセシングチャンバのプロセシング体積と流体連通している、請求項６に記載の混合装置。
- 前記広がる部分が、前記第２の部分から前記第３の部分の前記円柱状部分へと延びる半球形状のプロファイルを備えている、請求項６に記載の混合装置。
- 前記第２の部分が前記第１の部分よりも小さな直径を有し、第３の部分が前記第２の部分よりも大きな円柱状部分直径を有している、請求項６に記載の混合装置。
- 蒸発器と、
前記蒸発器に結合された混合流体配管と、
前記蒸発器の上部部分に配置されており、前記混合流体配管に結合された第１の流体遮断弁と、
前記第１の流体遮断弁によって前記混合流体配管に結合された第１の流体配管と、
前記混合流体配管に結合された第２の流体配管と、
前記蒸発器と流体連通するように配置された蒸発器遮断弁と
を備えた液体気化装置。 - 前記混合流体配管、前記第１の流体配管、及び前記第２の流体配管が、前記蒸発器の上流に配置された配管接合部において互いに結合されている、請求項１０に記載の液体気化装置。
- 前記第１の流体遮断弁が、前記配管接合部から１〜２インチの位置に配置されており、前記蒸発器遮断弁が、前記蒸発器から約０．１〜約１インチだけ前記蒸発器の下流に配置されている、請求項１０に記載の液体気化装置。
- 前記蒸発器遮断弁が前記蒸発器に直接結合されている、請求項１０に記載の液体気化装置。
- 熱コントローラと、前記蒸発器に結合された熱交換器デバイスとをさらに備えている、請求項１０に記載の液体気化装置。
- 環状プレートを備えたブロッカプレートであって、
前記環状プレートが、第１の厚さの内側部分を有しており、
中心部分と、
前記中心部分の周りに同心円状に配置された、複数のアパーチャを備えたパターン付き部分であって、前記複数のアパーチャが、１６〜９６個の変化する数のアパーチャをそれぞれが有する複数の同心円の円形列を備え、各リングのオフセット角度が前記中心部分の中心線に対して７°〜２４５°であるパターン付き部分と、
前記中心部分の周りに同心円状に配置された外縁部分と
を含むアパーチャパターンを有しており、且つ
前記環状プレートの外縁上に位置する一段高くなった同心円部分を備えた、前記内側部分の前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さを有する外側部分を有している、
ブロッカプレート。
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