JP2013534725A - 処理チャンバ洗浄ガスの乱流を誘発するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の実施形態は、一般に、洗浄プレートを使用してチャンバ構成要素を洗浄するための装置および方法に関する。洗浄プレートは、洗浄プロセス中に基板支持体上に位置決めされるように適合され、複数の乱流誘発構造を含む。洗浄プロセス中、乱流誘発構造が洗浄ガスの乱流を誘発し、洗浄プレートは回転される。洗浄プレートは、洗浄中に、シャワーヘッドの近くでの洗浄ガスの滞留時間を延ばす。さらに、洗浄プレートは、より効果的な洗浄を実現するために、洗浄プレート内部の濃度勾配を減少させる。本発明の方法は、シャワーヘッドに隣接させて洗浄プレートを位置決めするステップと、シャワーヘッドと洗浄プレートの間の空間に洗浄ガスを導入するステップとを含む。次いで、洗浄ガスの存在下で、シャワーヘッドの表面上に堆積されている材料が加熱されて蒸発され、次いで処理チャンバから排出される。
Description
（本発明における政府権利）
本発明は、米国エネルギー省（ＤＯＥ）によって授与されたＤＥ−ＥＥ０００３３３１の下で米国政府支援を受けて成された。米国政府は、本発明において特定の権利を有する。
本発明は、米国エネルギー省（ＤＯＥ）によって授与されたＤＥ−ＥＥ０００３３３１の下で米国政府支援を受けて成された。米国政府は、本発明において特定の権利を有する。
本発明の実施形態は、一般に、化学気相成長プロセスで使用されるシャワーヘッドを洗浄するための方法および装置に関する。
ＩＩＩ−Ｖ族の膜は、短波長発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、高出力、高周波数、高温トランジスタおよび集積回路を含む電子デバイスなど、様々な半導体デバイスの開発および製造においてますます重要になっている。例えば、短波長（例えば、青色／緑色〜紫外）ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物半導体材料である窒化ガリウムを使用して製造される。ＧａＮを使用して製造された短波長ＬＥＤは、ＩＩ−ＶＩ族材料など非窒化物半導体材料を使用して製造された短波長ＬＥＤよりもかなり効率が良く、動作寿命を長くすることができることが観察されている。
ＧａＮなどＩＩＩ族窒化物を堆積するために使用されている１つの方法は、有機金属気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）である。この化学気相堆積法は、一般に、ガリウムなどＩＩＩ族からの少なくとも１つの元素を含む第１の前駆体ガスの安定性を保証するために、温度制御された環境を有するリアクタ内で行われる。アンモニアなど第２の前駆体ガスが、ＩＩＩ族窒化物を生成するのに必要とされる窒素を提供する。２つの前駆体ガスは、リアクタ内部の処理区域内に注入され、処理区域内で混合され、加熱された基板に向けて移動する。基板に向けた前駆体ガスの搬送を支援するためにキャリアガスを使用することができる。前駆体は、加熱された基板の表面で反応して、ＧａＮなどＩＩＩ族窒化物の層を基板表面上に形成する。膜の品質は、１つには、堆積の均一性に依存し、この均一性は、基板にわたる前駆体の均一な混合に依存する。
基板キャリア上に複数の基板を配置することができ、各基板は、５０ミリメートル〜１００ミリメートルの範囲内、またはそれよりも大きい直径を有することがある。歩留まりおよびスループットを高めるために、より大きな基板および／またはより多くの基板、ならびにより大きな堆積領域にわたる前駆体の均一な混合が望ましい。これらの因子は、電子デバイスを製造するためのコスト、したがってデバイス製造業者の市場競争力に直接影響を及ぼすので重要である。
一般に、前駆体ガスと、リアクタの処理区域内に設けられていることがよくある高温ハードウェア構成要素との相互作用により、前駆体が分解して、これらの高温表面上に堆積する。典型的には、リアクタ表面は、基板を加熱するために使用される熱源からの放射によって加熱される。高温表面上への前駆体材料の堆積は、シャワーヘッドなど前駆体分散構成要素内または前駆体分散構成要素上で生じるときに、特に問題となることがある。前駆体分散構成要素上の堆積は、時間と共に、流れ分布の均一性に影響を及ぼし、これは、処理される基板の品質に悪影響を及ぼすことがある。したがって、堆積された前駆体材料をシャワーヘッドなどのチャンバ構成要素から洗浄または除去するための方法および装置が必要である。
本発明の実施形態は、一般に、洗浄プレートを使用してチャンバ構成要素を洗浄するための装置および方法に関する。洗浄プレートは、洗浄プロセス中に基板支持体上に位置決めされるように適合され、円形リングと、中央ハブと、円形リングと中央ハブの間に延在する複数の乱流誘発構造とを含む。洗浄プロセス中、乱流誘発構造が洗浄ガスの乱流を誘発し、洗浄プレートは回転される。洗浄プレートは、洗浄中に、シャワーヘッドの近くでの洗浄ガスの滞留時間を延ばす。さらに、洗浄プレートは、洗浄プレートとシャワーヘッドの間に存在する洗浄ガスの濃度勾配を減少させて、より効率的な洗浄を実現する。本発明による方法は、シャワーヘッドに隣接させて洗浄プレートを位置決めするステップを含む。洗浄プレートは、円形リングと、中央ハブと、中央ハブから延出して円形リングに接続された複数の乱流誘発構造とを含む。次いで、洗浄ガスが、シャワーヘッドと洗浄プレートの間の空間内に導入される。洗浄プレートが回転され、洗浄プレートの乱流誘発構造が洗浄ガスを撹拌する。次いで、シャワーヘッドの表面上に堆積された材料が加熱され、反応して揮発性化合物を生成し、この揮発性化合物は、その後、処理チャンバから排出される。
一実施形態では、処理チャンバ内部で乱流を誘発するための装置が、円形リングと中央ハブとを備える。中央ハブは、円形リングと同じ平面内に位置される。第１の組の乱流誘発構造が、中央ハブから円形リングまで延在する。第１の組の乱流誘発構造の各乱流誘発構造の間に開口が位置する。
別の実施形態では、装置が、透光性材料からなるプレート状本体と、プレート状本体の周縁部に巡らせて配設されたリングとを含む。複数の乱流誘発構造が、プレート状本体の表面上に形成される。
別の実施形態では、シャワーヘッドを洗浄するための方法は、処理チャンバ内部に配設された基板支持体上に洗浄プレートを位置決めするステップを含む。洗浄プレートは、複数の乱流誘発構造を備える。次いで、洗浄プレートは、処理チャンバ内に配設されたシャワーヘッドに隣接させて位置決めされる。シャワーヘッドの表面上に蓄積された堆積材料が加熱され、洗浄ガスが、シャワーヘッドの表面と洗浄プレートの間の位置に導入される。次いで、洗浄プレートが回転され、堆積材料が蒸発される。次いで、蒸発された材料が処理チャンバから排出される。
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上で簡単に概説した本発明のより特定的な説明をいくつかの実施形態を参照して行うことができ、それらの実施形態のいくつかが添付図面に図示されている。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態しか例示しておらず、本発明が他の同等に効果的な実施形態を許容することもあるので、添付図面が本発明の範囲を限定するとみなすべきではないことに留意すべきである。
理解しやすくするために、可能な場合には、複数の図面に共通の同一の要素を表すために同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素および特徴を、さらに記述することなく他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
本発明の実施形態は、一般に、洗浄プレートを使用してチャンバ構成要素を洗浄するための装置および方法に関する。洗浄プレートは、洗浄プロセス中に基板支持体上に位置決めされるように適合され、円形リングと、中央ハブと、円形リングと中央ハブの間に延在する複数の乱流誘発構造とを含む。洗浄プロセス中、乱流誘発構造が洗浄ガスの乱流を誘発し、洗浄プレートは回転される。洗浄プレートは、洗浄中に、シャワーヘッドの近くでの洗浄ガスの滞留時間を延ばす。さらに、洗浄プレートは、洗浄プレートとシャワーヘッドの間に存在する洗浄ガスの濃度勾配を減少させて、より効率的な洗浄を実現する。本発明による方法は、シャワーヘッドに隣接させて洗浄プレートを位置決めするステップを含む。洗浄プレートは、円形リングと、中央ハブと、中央ハブから延出して円形リングに接続された複数の乱流誘発構造とを含む。次いで、洗浄ガスが、シャワーヘッドと洗浄プレートの間の空間内に導入される。洗浄プレートが回転され、洗浄プレートの乱流誘発構造が洗浄ガスを撹拌する。次いで、シャワーヘッドの表面上に堆積された材料が加熱され、反応して揮発性化合物を生成し、この揮発性化合物は、その後、処理チャンバから排出される。
本明細書における実施形態から利益を得ることができる例示的なＭＯＣＶＤチャンバは、ＣＶＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳという名称の米国特許出願公開第２００９−０１９４０２４号として公開された、２００８年１月３１日出願の米国特許出願第１２／０２３，５２０号に記載されている。他のチャンバも、本明細書に記載されている実施形態から利益を得ることができると考えられる。
図１は、処理システム１００の一実施形態を例示する概略平面図であり、処理システム１００は、複合窒化物半導体デバイスを製造するためのＭＯＣＶＤチャンバ１０２を備える。処理チャンバ１００は、大気から隔離され、移送チャンバ１０６と、移送チャンバ１０６に結合されたＭＯＣＶＤチャンバ１０２と、移送チャンバ１０６に結合されたロードロックチャンバ１０８とを備える。基板を保管することができるバッチロードロックチャンバ１０９が移送チャンバ１０６に結合され、基板を装荷することができる装荷ステーション１１０がロードロックチャンバ１０８に結合される。移送チャンバ１０６は、基板を取り上げて、ロードロックチャンバ１０８、バッチロードロックチャンバ１０９、およびＭＯＣＶＤチャンバ１０２の間で基板を移送するように動作可能なロボットアセンブリ（図示せず）を備える。単一のＭＯＣＶＤチャンバ１０２が図示されているが、複数のＭＯＣＶＤチャンバを移送チャンバ１０６に結合させることもできる。さらに、１つまたは複数の水素化物気相エピタキシャル（ＨＶＰＥ）チャンバも移送チャンバ１０６に結合させることができる。
処理システム１００において、ロボットアセンブリ（図示せず）は、基板を装荷されたキャリアプレート１１２を、堆積を行うためにＭＯＣＶＤチャンバ１０２内に移送する。キャリアプレート１１２は、一般に、約２００ミリメートル〜約７５０ミリメートルの範囲内の直径を有し、処理中に約１個〜約５０個の基板を支持することができる。キャリアプレート１１２は、ＳｉＣから形成されるが、あるいはＳｉＣ被覆黒鉛から形成することもできる。
ＭＯＣＶＤチャンバ１０２内で所望の堆積ステップが完了した後、キャリアプレート１１２は、移送ロボットによって、ＭＯＣＶＤチャンバ１０２から移送チャンバ１０６に戻される。次いで、キャリアプレート１１２を、ロードロックチャンバ１０８またはバッチロードロックチャンバ１０９に移送することができる。システム制御装置１６０が、処理システム１００の活動および動作パラメータを制御する。システム制御装置１６０は、コンピュータ処理装置と、処理装置に結合されたコンピュータ可読メモリとを含む。処理装置は、メモリに記憶されたコンピュータプログラムなど、システム制御ソフトウェアを実行する。
図２は、ＭＯＣＶＤチャンバの概略断面図である。ＭＯＣＶＤチャンバ１０２は、チャンバ本体２０１と、チャンバ本体２０１に結合されたシャワーヘッドアセンブリ２０４とを有する。前駆体ガス、キャリアガス、洗浄ガス、および／またはパージガスを処理領域２１８に送給するために、化学物質送給モジュール２０３がシャワーヘッドアセンブリ２０４に結合される。処理領域２１８からガスを除去するために、真空システム２１３が処理領域２１８に結合される。基板支持体２１４（高い洗浄位置で示される）が、ＭＯＣＶＤチャンバ１０２の内部領域内で、シャワーヘッドアセンブリ２０４と向かい合わせに、処理領域２１８と下側体積２１０の間に配設される。基板支持体２１４は、回転可能な支持体シャフトに接続された支持体ポスト２８０に位置決めされる。基板支持体２１４は、開口２８５を設けられた環形状を有し、ランプ２２１Ａ、２２１Ｂからの放射エネルギーが、基板支持体２１４に位置決めされたキャリアプレート１１２に接触できるようにする。キャリアプレート１１２は、内側ランプ２２１Ａおよび外側ランプ２２１Ｂから放射エネルギーを吸収するために、炭化ケイ素または別の高放射率材料から形成される。洗浄プレート２３０は、シャワーヘッドアセンブリ２０４に隣接して、キャリアプレート１１２の上面に位置決めされる。
アクチュエータアセンブリ２８６は、矢印２１５によって示されるように、シャワーヘッドアセンブリ２０４に向かうように、またはシャワーヘッドアセンブリ２０４から離れるように基板支持体２１４を垂直方向で移動させることができ、また、矢印２１６によって示されるように、基板支持体２１４を回転させることができる。下側体積２１０内で堆積が生じるのを防止する助けとなるように、また排出ガスをＭＯＣＶＤチャンバ１０２から排出ポート２０５に向ける助けにもなるように、チャンバ本体２０１の内面に巡らせてリング２２０が配設される。下側ドーム２１９が、基板支持体２１４の下に配設される。下側ドーム２１９は、高純度水晶などの透明材料からなり、内側ランプ２２１Ａおよび外側ランプ２２１Ｂからの光が、キャリアプレート１１２の放射加熱のために通過できるようにする。内側ランプ２２１Ａおよび外側ランプ２２１Ｂによって提供される放射エネルギーへのＭＯＣＶＤチャンバ１０２の露出を制御する助けとなるように反射器２６６が使用される。
化学物質送給モジュール２０３は、化学物質をＭＯＣＶＤチャンバ１０２に供給する。反応ガス、キャリアガス、パージガス、および洗浄ガスを、化学物質送給モジュール２０３から供給ラインを通してＭＯＣＶＤチャンバ１０２に供給することができる。シャワーヘッドアセンブリ２０４は、第１の処理ガスチャネル２０４Ａと、第２のプロセスガスチャネル２０４Ｂと、熱交換システム２７０に結合された温度制御チャネル２０４Ｃとを含む。水平壁２７６および２７７が、チャネル２０４Ａ〜２０４Ｃを隔てている。第１のプロセスガスチャネル２０４Ａおよび第２のプロセスガスチャネル２０４Ｂは、プロセスガスを別々のチャネルを通して処理領域２１８に提供し、それにより、シャワーヘッドアセンブリ２０４内部で生じる望ましくない堆積の量を減少させる。熱交換システム２７０は、シャワーヘッドアセンブリ２０４の温度を調整するように適合される。適切な熱交換流体としては、限定はしないが、水、水ベースのエチレングリコール混合物、ペルフルオロポリエーテル（例えばＧＡＬＤＥＮ（登録商標）流体）、鉱物油など油ベースの伝熱流体、または同様の流体が挙げられる。熱交換システム２７０は、摂氏約５０度〜約２００度の範囲内、例えば摂氏約１１５度〜１５０度の範囲内でシャワーヘッドアセンブリ２０４の温度を調整するように適合される。
図３は、洗浄プレート２３０とキャリアプレート１１２の概略上面斜視図を示す。洗浄プレート２３０は、処理中にシャワーヘッドアセンブリに面するキャリアプレート１１２の上面に位置決めされる。洗浄プレート２３０は、中央ハブ３７４を含み、中央ハブ３７４から乱流誘発構造３７５ａおよび３７５ｂが延出している。乱流誘発構造３７５ａおよび３７５ｂは、円形リング３４７の内縁部と同一平面内にあり、円形リング３４７に接続される。隣接する乱流誘発構造３７５ａは、約９０度で互いに位置決めされ、隣接する乱流誘発構造３７５ｂも、約９０度離して位置決めされる。乱流誘発構造３７５ｂは、さらなる乱流誘発構造３７５ｃおよび３７５ｄを有し、乱流誘発構造３７５ｃおよび３７５ｄは、乱流誘発構造３７５ｂから延出して、円形リング３４７の内縁部に接続される。乱流誘発構造３７５ｃおよび３７５ｄは、約４５度の角度で乱流誘発構造３７５ｂに接続される。
洗浄プレート２３０は、各乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄの間に開口３４８を含み、これらの開口３４８は、キャリアプレート１１２の上面と乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄの側壁とによって画定されたポケットを形成する。処理中、各ポケットは、洗浄位置でシャワーヘッドアセンブリに隣接して位置決めされるときに、シャワーヘッドアセンブリ表面の近くで洗浄ガスを含むことができ、それにより、シャワーヘッドアセンブリの近くでの洗浄ガスの滞留時間を延ばす。洗浄プレート２３０は、洗浄プレート２３０の底部から延出して、キャリアプレート１１２の上面に形成された基板キャリアポケット３９０内に入る足部によって、キャリアプレート１１２上に維持される。洗浄プレート２３０は、約３〜約１０ミリメートルの範囲内、例えば約７ミリメートルの高さを有する。洗浄プレート２３０は、約３００ミリメートル〜約４００ミリメートルの範囲内の直径を有する。しかし、洗浄プレートが使用される処理チャンバのサイズに応じて、洗浄プレートを大きくすることも小さくすることもできると考えられる。洗浄プレート２３０は、水晶から形成されるが、あるいは、処理チャンバに供給される洗浄ガスと実質的に非反応性の炭化ケイ素または別の材料から形成することもできる。
一般に、キャリアプレート１１２は、洗浄プレート２３０と同じ直径を有し、それにより、キャリアプレート１１２を搬送するために使用される機器が洗浄プレート２３０も取り扱うことができる。さらに、キャリアプレート１２と洗浄プレート２３０がそれぞれ十分な厚さを有するとき、洗浄プレート２３０をキャリアプレート１１２と同時に処理システムを通して移送することができ、それにより２つの別個の搬送ステップが必要なくなると考えられる。
図４は、図３に示される断面線４−４に沿った、洗浄プレート２３０とキャリアプレート１１２の断面図である。乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄは、長方形の断面、および約４ミリメートル〜約８ミリメートルの範囲内、例えば約６ミリメートルの幅Ｗ１を有する。さらに、リング３４７は、約８ミリメートル〜約１４ミリメートルの範囲内の幅Ｗ２を有する。乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄおよびリング３４７は、用途の要件に応じて、より大きい幅またはより小さい幅を有することもできると考えられる。
図５は、洗浄プレート２３０の底面図である。洗浄プレート２３０は、洗浄プレート２３０の底面から延出する４つの足部５７３を含む。足部５７３は、丸みの付いた端部を有し、洗浄プロセス中に洗浄プレート２３０が位置決めされるキャリアプレートに形成された基板ポケット内に嵌まるようにサイズ設定される。足部５７３は、洗浄プレート２３０およびキャリアプレート１１２の回転中に、洗浄プレート２３０がキャリアプレート１１２の上面を横方向に摺動するのを防止するように適合される。足部５７３は、洗浄プレート２３０の下面から約０．２５ミリメートル〜約１ミリメートル延出する。例えば、足部５７３は、洗浄プレート２３０の下面から約０．３３ミリメートル延出することがある。洗浄プレート２３０は４つの足部５７３を有するものとして図示されているが、十分な横方向支持が提供される限り、４つよりも多いまたは４つよりも少ない足部５７３が洗浄プレート２３０の下面から延出することもできると考えられる。さらに、足部５７３は、乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄまたは中央ハブ３７４の任意のものから延出していてもよく、また、足部５７３の配置は、一般に、基板キャリア内部の基板キャリアポケットの配置によって決まると考えられる。あるいは、洗浄プレート２３０が足部５７３を有さないこともあり、代わりに、洗浄プレート２３０の横方向移動を防止するために、洗浄プレート２３０をキャリアプレート１１２に接着、結合、または他の方法で固定することもできると考えられる。
図６は、シャワーヘッドアセンブリ２０４と、キャリアプレート１１２上に位置決めされた洗浄プレート２３０との概略断面図である。キャリアプレート１１２は、基板支持体２１４上に位置決めされる。洗浄プレート２３０は、キャリアプレート１１２上に位置決めされ、洗浄プレート２３０の底面から延出する足部５７３で支持される。足部５７３は、キャリアプレート１１２に形成された基板キャリアポケットの内部に位置決めされる。足部５７３は、洗浄プレート２３０が、洗浄プロセス中にシャワーヘッドアセンブリ２０４に隣接するように移動される間にキャリアプレート１１２の上で横方向に移動するのを防止するようにサイズ設定される。足部５７３は、洗浄プレート２３０の望ましくない横方向移動を防止するのに十分なサイズを有するが、一般に、望まれるときに基板キャリアプレート１１２から洗浄プレート２３０を取り外すことができないほど大きくすべきではない。足部５７３のサイズは、足部５７３とキャリアプレート１１２の両方の熱膨張を考慮することができると考えられる。キャリアプレート１２に形成される基板キャリアポケットは、ＭＯＣＶＤプロセスなど堆積プロセス中に基板を支持するために使用されるのと同じ基板キャリアポケットであることに留意すべきである。
キャリアプレート１１２は、ポスト２８０上に位置決めされた基板支持体２１４の下側リップ６７１上に配設される。キャリアプレート１１２は、基板支持体２１４の上側リップ６７２によって、基板支持体２１４の回転中に横方向に摺動するのを防止される。上側リップ６７２は、下側リップ６７１に垂直であり、キャリアプレート１１２を受け入れるようにサイズ設定された内径を有する。上側リップ６７２は、キャリアプレート１１２の上面とほぼ面一の上面を有するものとして図示されているが、上側リップ６７２が、キャリアプレート１１２の上面を超えて垂直方向に突出し、洗浄プレート２３０にさらなる横方向支持を提供することもできると考えられる。そのような実施形態では、足部５７３は不要であることがある。
図７は、図２に示されるシャワーヘッドアセンブリ２０４および洗浄プレート２３０の拡大概略図である。洗浄プレート２３０は、堆積した材料７５１を除去するために、高い洗浄位置に位置決めされる。堆積した材料７５１は、ＭＯＣＶＤプロセスなどの堆積プロセス中にシャワーヘッド表面上に蓄積した材料である。例えば、堆積した材料７５１は、窒化インジウムガリウム、ｐドープまたはｎドープ窒化ガリウム、窒化アルミニウム、または窒化アルミニウムガリウムでよい。
高い洗浄位置では、洗浄プレート２３０のリング３４７の上面と、シャワーヘッドアセンブリ２０４の下面との間に間隙７３７が形成される。間隙７３７は、洗浄プロセス中に最小量の洗浄ガスが通過するような距離で維持されるが、リング３４７とシャワーヘッド表面７７８Ａが偶発的に接触するのを防止するのに十分な大きさである。好ましくは、リング３４７の内径は、シャワーヘッドアセンブリ２０４の堆積領域とほぼ同じ大きさか、わずかに大きい。本明細書で使用するとき、用語「堆積領域」は、堆積する材料７５１がシャワーヘッド表面７７８Ａ上に堆積または蓄積することがある領域を表す。
洗浄プレート２３０が高い洗浄位置決めで位置決めされると、電源７２１Ｃから内側ランプ２２１Ａおよび外側ランプ２２１Ｂに電力が印加されて、放射エネルギーＤによってキャリアプレート１１２が加熱され、それにより、堆積した材料７５１を放射および／または対流によって温度Ｔｍまで加熱する。好ましくは、温度Ｔｍは、堆積した材料７５１が洗浄ガスと接触された後に、堆積した材料７５１の昇華または蒸発を引き起こすのに十分な高さである。一例では、温度Ｔｍは、摂氏約７００度である。
ランプ２２１Ａ、２２１Ｂから送給される放射エネルギーＤの波長は、洗浄プロセスを向上させるように選択することができる。光の波長は、紫外（ＵＶ）領域であるが、赤外（ＩＲ）領域の光を使用することもできると考えられる。電源７２１Ｃによって印加される電力の量、ならびにランプ２２１Ａ、２２１Ｂによって発生される光の波長は、とりわけ、堆積した材料７５１の組成、チャンバの圧力、適用すべき洗浄ガス、チャンバ構成要素の温度などの因子に応じて決まる。
堆積した材料７５１の加熱後または加熱中に、洗浄ガスは、洗浄ガス入口７６０を通して流路Ａ１に沿って処理領域２１８に送給される。洗浄ガスは、内側ガス管路７４６を通して流路Ａ２に沿って、または外側ガス管路７４５を通して流路Ａ３に沿って処理領域２１８に導入することもできると考えられる。洗浄ガスが処理領域２１８内に存在する状態で、基板支持体２１４および洗浄プレート２３０が回転される。一般に、基板支持体２１４および洗浄プレート２３０は、約２０ｒｐｍ〜約１００ｒｐｍ、例えば約３５ｒｐｍまたは約６０ｒｐｍの速度で回転される。
乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄ（３７５ａと３７５ｂのみが示される）の回転は、乱流線Ｂによって示されるように洗浄ガスの乱流を引き起こす。洗浄ガスは、上述したように処理領域２１８に入り、洗浄プレート２３０および／またはキャリアプレート１１２で反射され、乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄによって混合される。次いで、洗浄ガスは、乱流線Ｂによって示されるようにシャワーヘッド表面７７８Ａに向けて戻される。ランプ２２１Ａ、２２１Ｂによって加熱されているキャリアプレート１１２で洗浄ガスが反射されると、洗浄ガスの温度が上昇され、これは、材料堆積物７５１の加熱を支援し、材料堆積物７５１の蒸発を促進する。
線Ｂに沿った乱流は、洗浄ガスと、シャワーヘッド表面７７８Ａ上の堆積した材料７５１との接触量を増加させる。さらに、線Ｂに沿った乱流は、処理領域２１８内部での洗浄ガスの混合を誘発して、シャワーヘッドアセンブリ２０４と洗浄プレート２３０の間の洗浄ガスの濃度勾配を減少させる。濃度勾配は、洗浄ガスが反応して揮発性成分を生成するときに、材料堆積物７５１の近くでの洗浄ガスの反応（したがって枯渇）により生じる。新鮮な洗浄ガスがシャワーヘッド表面７７８Ａに常に循環されることにより、洗浄ガスと堆積した材料との反応速度が高まるので、一般に濃度勾配を減少させること（例えば、処理領域２１８内での洗浄ガスのより均一な濃度）が望ましい。さらにまた、濃度勾配の減少は、未使用の洗浄ガスが材料堆積物７５１との反応前に排出ポート２０５を通して排出される可能性を減少させるので望ましい。洗浄ガスが洗浄プロセス中に流路Ｃに沿って処理領域２１８から継続的に除去されているので、未使用の洗浄ガスを無駄にしないように、排出前に、洗浄ガスを材料堆積物７５１と少なくとも一部は反応させることが望ましい。
一例では、処理領域２１８に供給される洗浄ガスは、塩素ガスであり、堆積した材料は、窒化インジウムガリウムなどガリウム含有材料である。フッ素（Ｆ２）ガス、ホウ素（Ｂｒ２）ガス、ヨウ素（Ｉ２）ガス、ヨウ化水素（ＨＩ）、塩化水素（ＨＣｌ）、ホウ化水素（ＨＢｒ）、フッ化水素（ＨＦ）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、および／または他の同様のガスを含めた他の洗浄ガスを使用することもできると考えられる。また、窒化ガリウムや窒化アルミニウムガリウムを含めた他の材料を除去することもできると考えられる。洗浄ガスは、約５パーセント〜約５０パーセントの範囲内、例えば約３０パーセントの濃度で処理領域２１８に導入することができる。チャンバに提供されるガスの残部は、アルゴンなど不活性ガスでよい。真空システム２１３を使用して、チャンバ内部の圧力を、約１×１０−６Ｔｏｒｒ〜約２００Ｔｏｒｒの範囲、例えば約５Ｔｏｒｒ〜約２００Ｔｏｒｒの範囲に低下させることができる。好ましくは、圧力は約５０Ｔｏｒｒである。処理領域２１８内への塩素ガスの流量は、約２ＳＬＭ〜約１０ＳＬＭの範囲内である。例えば、約４ＳＬＭの塩素ガスを洗浄プロセス中に処理領域２１８に提供することができる。
処理領域２１８内での洗浄ガスの効果は複数の因子に依存し、そのような因子には、限定はしないが、洗浄ガスの温度および分圧、使用される洗浄ガスのタイプ、堆積した材料７５１の温度、処理領域２１８内の圧力、および存在する堆積した材料７５１の量が含まれる。好ましくは、堆積した材料７５１を洗浄ガスと反応させて、蒸発される揮発性成分を生成するように、洗浄ガスの温度、分圧、および組成などのプロセスパラメータが調節される。一般に、堆積した材料７５１の蒸発点は分かっており、したがって、プロセスパラメータは、堆積した材料７５１の蒸発を引き起こすように調節または選択することができる。堆積した材料７５１の蒸発および除去は、堆積した材料７５１を洗浄ガスと接触させ、堆積した材料７５１の温度をランプ２２１Ａおよび２２１Ｂを用いて上昇させ、および／または処理領域２１８の圧力を真空システム２１３を用いて低下させることによって行うことができる。
また、処理領域２１８内部の圧力、および洗浄ガスの密度が、堆積した材料７５１の除去速度に影響を及ぼすことにも留意すべきである。処理領域２１８内部の圧力が低下すると、堆積した材料７５１の蒸発温度が低下し、その一方で、洗浄ガスの分子流が生じて、単位体積当たりの反応数が減少する。処理領域２１８内部の圧力が増加すると、洗浄ガスの粘性流が生じ、それにより単位体積当たりの反応はより多くなるが、その一方で、堆積した材料７５１の蒸発温度が上昇する。しかし、洗浄プレート２３０が、処理領域２１８内部で洗浄ガスの乱流を生成し、この乱流が洗浄ガスの効率を高める（例えば、洗浄ガス反応の増加）。したがって、１×１０−６Ｔｏｒｒなど、洗浄ガスの分子流を引き起こすことがある低圧を使用するときでさえ、乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄによって、洗浄ガス原子を混合して、堆積した材料７５１に向け直すことができる。したがって、洗浄プレート２３０は、洗浄ガスを分子流の状態で利用できるようにし（材料堆積物７５１の蒸発温度を低下させ）、その一方で、洗浄ガスの乱流運動によって十分な洗浄ガス反応を引き起こす。したがって、洗浄プレート２３０は、低圧を使用するときに、より効果的な洗浄を促す。
乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄによって提供される乱流による混合、および洗浄プレート２３０の回転が行われない場合には、堆積した材料７５１と洗浄ガスの反応は、より遅い速度で進み、したがって、チャンバ構成要素およびシャワーヘッド表面７７８Ａを洗浄するのにかかる時間量を増加させる。洗浄プレート２３０は、洗浄ガスが堆積した材料７５１と接触する時間量を増加させるために、シャワーヘッドアセンブリ２０４の近くで洗浄ガスを含む。さらに、乱流誘発構造３７５ａ〜３７５ｄによって提供される乱流は、洗浄ガスがシャワーヘッドアセンブリ２０４をより効率良く洗浄できるようにし、それにより、洗浄時間を短縮し、かつ洗浄が必要となる時間間隔を延ばす。一例では、洗浄プレート２３０の利用により、予防保全洗浄を行う平均時間間隔が約１０回の堆積サイクルから約６０回の堆積サイクルに延び、それによりチャンバダウンタイムが短縮される。
図８Ａ〜図８Ｇは、本発明の他の実施形態による洗浄プレートの概略図である。上述した洗浄プレートは開口を設けられているが、本明細書で以下に述べる洗浄プレートは、一般に、穴を設けられていないプレート状本体を含む。したがって、以下に述べる洗浄プレートは、洗浄プロセス中にキャリアプレート上に位置決めする必要はない。
図８Ａは、洗浄プレート８３０Ａを示す。洗浄プレート８３０Ａは、基板支持体上に配設されるように適合された底面と、底面と反対側の上面８３６とを有するプレート状本体を含む。洗浄プレート８３０Ａは、洗浄プレート８３０Ａの上面８３６の周縁部に巡らせて位置されて、上面８３６から垂直に延出するリング８４７を有する。リング８４７は、洗浄プロセス中に洗浄ガスのためのガス保持リングとして作用するように適合される。ガスじょう乱部または乱流誘発構造８７５Ａ、例えば稜部または隆起部が、洗浄プレート８３０Ａの上面８３６に位置される。乱流誘発構造８７５Ａは、洗浄プレート８３０Ａの中心から外方向に放射状に延びる稜部として構成される。洗浄プレート８３０Ａは、水晶やサファイアなど透光性材料から形成される。しかし、洗浄プレート８３０Ａが放射エネルギーを直接吸収することができることが望まれるときには、洗浄プレート８３０Ａを、代わりに炭化ケイ素または別の高放射率材料から形成することもできると考えられる。
図８Ｂは、断面線８Ｂ−８Ｂに沿った洗浄プレート８３０Ａの断面図である。洗浄プレート８３０Ａは、貫通した穴を設けられていない上面８３６を有する中実のプレート状本体を含む。乱流誘発構造８７５Ａは、リング８４７の高さよりも低く、これは、洗浄プレートの表面全体にわたる洗浄ガスの乱流混合を促進する。リング８４７の上面は、一般に、洗浄プロセス中にシャワーヘッドアセンブリの表面から約１ミリメートル〜約４ミリメートルの位置に位置決めされる。リング８４７は、約５ミリメートル〜約１０ミリメートルの高さを有し、乱流誘発構造８７５Ａは、約１ミリメートル〜約４ミリメートルの高さを有する。しかし、リング８４７と乱流誘発構造８７５Ａの高さおよび相対比率、ならびにシャワーヘッドアセンブリとの間隔は、所望の量の乱流ガス流を生じるように調節することができると考えられる。
図８Ｃは、洗浄プレート表面８３６上に配設された乱流誘発構造８７５Ｃを有する洗浄プレート８３０Ｃを例示する。乱流誘発構造８７５Ｃは、湾曲した放射状プロファイルを有する。乱流誘発構造８７５Ｃは、洗浄プレート表面８３６の中心から外方向に、洗浄プレート８３０Ｃの周縁部に位置されたリング８４７に向けて蛇行する。
図８Ｄは、洗浄プレート表面８３６上の細長い稜部として形成された乱流誘発構造８７５Ｄを有する洗浄プレート８３０Ｄを例示する。乱流誘発構造８７５Ｃは、洗浄プレート表面８３６上でパターンを成すことがあり、または、乱流誘発構造８７５Ｄが洗浄ガスの運動および再分散を誘発することができる限り、ランダムに分布されることもある。乱流誘発構造８７５Ｄは、リング８４７まで延在することも、リング８４７までは延在しないこともある。
図８Ｅは、洗浄プレート表面８３６上に配設された乱流誘発構造８７５Ｅを有する洗浄プレート８３０Ｅを例示する。いくつかの乱流誘発構造８７５Ｅは、洗浄プレート表面８３６上で中心から放射状に延びる。さらなる乱流誘発構造８７５Ｅは、リング８４７に接触し、洗浄プレート８３０Ｅの中心に向かって延出する。
図８Ｆは、洗浄プレート８３０Ｆを示し、洗浄プレート８３０Ｆは、点状突起または隆起部として形成されて洗浄プレート表面８３６上に配設された乱流誘発構造８７５Ｆを有する。点状突起または隆起部は、洗浄プレート表面８３６上にランダムに分布されることがあり、または同心円や螺旋など、ある形状またはパターンで形成されることもある。乱流誘発構造８７５Ｆの密度およびサイズは、望まれる乱流の量に応じて変えることができる。
図８Ｇは、乱流誘発構造８７５Ｇとして使用される隆起部と稜部の両方を有する洗浄プレート８３０Ｇを例示する。同様に、他の特徴または構造の組合せを単一の洗浄プレート上で組み合わせることもできる。洗浄ガスに運動を与えることによって洗浄ガスの再分散を誘発するために、隆起部、点状突起、稜部、およびフィン状部など、乱流誘発構造またはガスじょう乱部の他の変形形態および組合せも企図される。
本明細書ではＭＯＣＶＤチャンバを参照して本発明の実施形態を一般に述べているが、他の処理チャンバも本発明の実施形態から利益を得ることができると考えられる。例えば、パワー電子回路を形成するためのチャンバ、プラズマ洗浄を利用するチャンバ、または内部に抵抗加熱器を有するチャンバが、本発明の実施形態から利益を得ることができると考えられる。
要約すると、本発明の利益のいくつかには、ガス分散シャワーヘッドのより効率的な洗浄が含まれる。本明細書で述べる洗浄プレートおよび洗浄方法は、洗浄ガスと材料堆積物の接触を誘発することによって、シャワーヘッドの表面から汚染物質を除去するのにかかる洗浄時間を短縮する。また、洗浄プレートのリング、および基板支持体の高い洗浄位置が、処理領域を縮小し、それにより、シャワーヘッドを洗浄するのに必要な洗浄ガスが少なくなり、消耗材料の費用が節約される。さらに、洗浄プレートがキャリアプレートと同様のサイズにされるので、本明細書で述べる洗浄プレートを実装するのに追加の取扱い機器は必要ない。また、追加の取扱い機器が必要ないので、洗浄プレートを処理チャンバに迅速に送給して、処理チャンバまたはその内部に位置されたシャワーヘッドを洗浄するのに必要なダウンタイムを短縮することができる。
前述のことは、本発明のいくつかの実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を開発することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (15)
- 処理チャンバ内部で乱流を誘発するための装置であって、
円形リングと、
前記円形リングの内側に位置決めされた中央ハブと、
前記中央ハブと前記円形リングの間に延在する第１の組の乱流誘発構造とを備え、前記第１の組の乱流誘発構造のうちの１対または複数対の乱流誘発構造の間に開口が画定される
装置。 - さらに、前記第１の組の乱流誘発構造と前記円形リングの間に延在する第２の組の乱流誘発構造を備える、請求項１に記載の装置。
- 前記第１の組の乱流誘発構造と前記第２の組の乱流誘発構造が、前記円形リングおよび前記中央ハブと同じ平面内に位置される、請求項２に記載の装置。
- 前記第１の組の乱流誘発構造および前記第２の組の乱流誘発構造の少なくとも１つの側壁が前記平面に垂直である、請求項３に記載の装置。
- さらに、
前記中央ハブと前記円形リングの間に延在する第３の組の乱流誘発構造と、
前記第３の組の乱流誘発構造から延出する複数の足部とを備え、前記足部が、丸みの付いた縁部を有し、前記平面に垂直な方向に延出する、
請求項４に記載の装置。 - 前記円形リング、前記中央ハブ、前記第１の組の乱流誘発構造、および前記第２の組の乱流誘発構造が水晶を含み、前記円形リングが、洗浄プロセス中にシャワーヘッド表面の近くで処理ガスを維持するように適合される、請求項２に記載の装置。
- 処理チャンバ内部で乱流を誘発するための装置であって、
透光性材料からなるプレート状本体と、
前記プレート状本体の上面の周縁部に巡らせて配設された円形リングと、
前記プレート状本体の前記上面に形成された複数の乱流誘発構造と
を備える装置。 - 前記透光性材料が、水晶またはサファイアを含み、前記乱流誘発構造が、前記プレート状本体の中心から放射状に延びる複数の稜部を備える、請求項７に記載の装置。
- 前記乱流誘発構造が、前記プレート状本体の前記上面に形成された複数の隆起部を備える、請求項７に記載の装置。
- 前記複数の乱流誘発構造が稜部および隆起部を含む、請求項７に記載の装置。
- シャワーヘッドを洗浄する方法であって、
処理チャンバ内部に配設された基板支持体上に洗浄プレートを位置決めするステップであって、前記洗浄プレートが複数の乱流誘発構造を備えるステップと、
前記処理チャンバ内に配設されたシャワーヘッドに隣接させて前記洗浄プレートを位置決めするステップと、
前記シャワーヘッドの表面上に配置された材料堆積物を加熱するステップと、
前記シャワーヘッドの前記表面と前記洗浄プレートの間の位置に洗浄ガスを導入するステップと、
前記洗浄プレートを回転させるステップと、
前記材料堆積物を蒸発させるステップと、
前記蒸発された材料堆積物を前記処理チャンバから排出するステップと
を含む方法。 - 前記材料堆積物が、ガリウム含有材料を含み、前記材料堆積物を加熱するステップが、複数のランプに電力を供給し、前記材料堆積物を照明するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
- さらに、
前記基板支持体上に前記洗浄プレートを位置決めする前に、前記処理チャンバからキャリアプレートを取り外すステップと、
前記蒸発された材料堆積物を排出する前に、前記基板支持体、および前記基板支持体上に配設された洗浄プレートを下降させるステップと
を含む、請求項１１に記載の方法。 - 前記洗浄プレートに複数の開口が形成され、前記洗浄プレートの回転が、前記洗浄プレートと前記シャワーヘッドの間で前記洗浄ガスの乱流を引き起こす、請求項１１に記載の方法。
- 前記洗浄プレートが、さらに、前記プレート状本体の周縁部に巡らせて配設された円形リングを備え、前記円形リングが、前記シャワーヘッドの表面の近くで前記洗浄ガスを含むように適合される、請求項１４に記載の方法。
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