JP2018110221A - Chemical evaporation chamber for gas seal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical evaporation chamber having a showerhead module thermally isolated from its surrounding component for achieving uniform temperature of a whole substrate.SOLUTION: A chemical evaporation chamber 100 comprises a showerhead module 130 having a faceplate 136 provided with a gas inflow port for supplying a reactor chemical substance to a wafer cavity 150 for processing a semiconductor substrate 190. An inert gas supply part supplies seal gas inwardly flowing in a radial direction at least partially via a gap between a step of the showerhead module 130 and a pedestal module 140 for forming a gas seal.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本発明は、化学蒸着およびプラズマ強化化学蒸着を行なうための装置および処理に関する。   The present invention relates to an apparatus and process for performing chemical vapor deposition and plasma enhanced chemical vapor deposition.

エッチング、物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)、プラズマ強化化学蒸着(PECVD)、原子層蒸着(ALD)、プラズマ強化原子層蒸着(PEALD)、パルス蒸着層(PDL)、プラズマ強化パルス蒸着層(PEPDL)処理、および、レジスト除去などの技術によって半導体基板を処理するために、プラズマ処理装置を用いることができる。例えば、プラズマ処理に用いられるプラズマ処理装置の1つのタイプは、上側および下側電極を収容する反応チャンバまたは蒸着チャンバを備える。プロセスガスをプラズマ状態に励起して、反応チャンバ内で半導体基板を処理するために、高周波(RF)電力が電極間に印加される。   Etching, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD), pulse deposition layer (PDL), plasma enhanced pulse deposition layer A plasma processing apparatus can be used to process a semiconductor substrate by techniques such as (PEPDL) processing and resist removal. For example, one type of plasma processing apparatus used for plasma processing includes a reaction chamber or deposition chamber that houses upper and lower electrodes. Radio frequency (RF) power is applied between the electrodes to excite the process gas to a plasma state and process the semiconductor substrate in the reaction chamber.

一実施形態によれば、ガスシールを有する化学蒸着チャンバが、シャワーヘッドモジュールと、フェースプレートの下のウエハ空洞内で半導体基板を支持するよう構成された台座モジュールとを備える。フェースプレートは、プロセスガスをウエハ空洞に供給するよう構成された複数のガス流入口を備える。シャワーヘッドモジュールは、反応ガス化学物質および不活性ガスをウエハ空洞から除去するよう構成された一次排気流出口を備える。シャワーヘッドモジュールは、ウエハ空洞の外周にある段と、段および台座モジュールの間のギャップ内にガスシールを形成するために不活性ガスを供給するよう構成された不活性ガス供給部とを備える。シャワーヘッドモジュールは、主要排気流出口の半径方向外側に配置された二次排気流出口を備え、二次排気流出口は、ギャップを半径方向内向きに流れる不活性ガスの少なくとも一部を除去するよう構成されている。   According to one embodiment, a chemical vapor deposition chamber having a gas seal includes a showerhead module and a pedestal module configured to support a semiconductor substrate within a wafer cavity under a faceplate. The faceplate includes a plurality of gas inlets configured to supply process gas to the wafer cavity. The showerhead module includes a primary exhaust outlet configured to remove reactive gas chemicals and inert gases from the wafer cavity. The showerhead module includes a stage at the outer periphery of the wafer cavity and an inert gas supply configured to supply an inert gas to form a gas seal in the gap between the stage and the pedestal module. The showerhead module includes a secondary exhaust outlet disposed radially outward of the main exhaust outlet, the secondary exhaust outlet removing at least a portion of the inert gas flowing radially inward through the gap. It is configured as follows.

別の実施形態によれば、上述の化学蒸着チャンバのウエハ空洞から漏れないように反応ガス化学物質を閉じ込めるための方法が以下の工程を備える:(a)台座モジュール上に半導体基板を支持する工程と;(b)フェースプレートのガス流入口を通してプロセスガスを流す工程と;(c)一次排気流出口を介してウエハ空洞からガスを引き出す工程と;(d)不活性ガス供給部を通して不活性ガスを流すことによって、段と台座モジュールとの間のギャップにガスシールを維持する工程と;(e)二次排気流出口を介して、ギャップを半径方向内向きに流れる不活性ガスの少なくとも一部を引き出す工程。   According to another embodiment, a method for confining a reactive gas chemical to prevent leakage from a wafer cavity of a chemical vapor deposition chamber described above comprises the following steps: (a) supporting a semiconductor substrate on a pedestal module (B) flowing process gas through the gas inlet of the faceplate; (c) drawing gas from the wafer cavity through the primary exhaust outlet; and (d) inert gas through the inert gas supply. Maintaining a gas seal in the gap between the step and the pedestal module by flowing a gas; (e) at least a portion of the inert gas flowing radially inward through the secondary exhaust outlet Drawing out.

代表的な実施形態に従って、台座を備えた化学蒸着装置を示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating a chemical vapor deposition apparatus with a pedestal, according to a representative embodiment. FIG.

代表的な実施形態に従って、台座を備えない化学蒸着装置を示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating a chemical vapor deposition apparatus that does not include a pedestal, according to a representative embodiment. FIG.

代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a gas-based sealing system in accordance with an exemplary embodiment.

代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a gas-based sealing system in accordance with an exemplary embodiment.

代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a gas-based sealing system in accordance with an exemplary embodiment.

代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a gas-based sealing system in accordance with an exemplary embodiment.

代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a gas-based sealing system in accordance with an exemplary embodiment.

代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating a gas-based sealing system, according to a representative embodiment. FIG.

代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムについて圧力およびバルブ角度−時間を示すグラフ。6 is a graph showing pressure and valve angle-time for a gas-based sealing system, according to an exemplary embodiment.

シールガス構成と、フェースプレートの外周にある主要排気流出口とを有するシャワーヘッドモジュール内のガスの流れを示す図。The figure which shows the gas flow in the shower head module which has a seal gas structure and the main exhaust outlet which exists in the outer periphery of a faceplate.

ガスシール構成と、フェースプレートの外周にある主要排気流出口と、主要排気流出口の外側かつシールガス流入口の内側にある二次排気流出口とを有するシャワーヘッドモジュール内のガスの流れを示す図。FIG. 6 illustrates gas flow in a showerhead module having a gas seal configuration, a main exhaust outlet on the outer periphery of the faceplate, and a secondary exhaust outlet outside the main exhaust outlet and inside the seal gas inlet. Figure.

主要排気流出口および二次排気流出口を有するシャワーヘッドモジュールについてガスの流れを示す図。The figure which shows the flow of gas about the shower head module which has a main exhaust outlet and a secondary exhaust outlet.

内側リングの下面にシールガス流出口を備えると共に内側リングの内面に二次排気流出口を備えたツーピース隔離リングを有するシャワーヘッドモジュールを示す図。The figure which shows the shower head module which has the two-piece isolation ring which provided the sealing gas outflow port in the lower surface of the inner ring, and provided the secondary exhaust outlet in the inner surface of the inner ring.

内側リングがシャワーヘッドモジュールのフェースプレートおよびバッキングプレートの周りに嵌まる様子を示す図。The figure which shows a mode that an inner side ring fits around the face plate and backing plate of a shower head module.

シャワーヘッドモジュールの上部プレート内の二次排気通路に接続するガス接続を示す図。The figure which shows the gas connection connected to the secondary exhaust passage in the upper plate of a shower head module.

以下の詳細な開示では、本明細書に開示された装置および方法の理解を与えるために、代表的な実施形態について説明する。ただし、当業者にとって明らかなように、代表的な実施形態は、これらの具体的な詳細事項なしに実施されてもよいし、別の要素または処理を用いて実施されてもよい。また、本明細書に開示した実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の処理、手順、および/または、構成要素については、詳細に説明していない。   In the following detailed disclosure, exemplary embodiments are described to provide an understanding of the devices and methods disclosed herein. However, it will be apparent to those skilled in the art that the exemplary embodiments may be practiced without these specific details, or may be practiced with other elements or processes. In other instances, well-known processes, procedures, and / or components have not been described in detail so as not to unnecessarily obscure aspects of the embodiments disclosed herein.

代表的な実施形態によると、本明細書に開示された装置および関連方法は、プラズマ強化化学蒸着などの化学蒸着に利用できる。装置および方法は、複数工程の蒸着処理(例えば、原子層蒸着(ALD)、プラズマ強化原子層蒸着(PEALD)、パルス蒸着層(PDL)、または、プラズマ強化パルス蒸着層(PEPDL)処理)における自己制限的な蒸着工程の分離を必要とする半導体加工ベースの誘電体蒸着処理と共に用いることができるが、それらに限定されない。   According to exemplary embodiments, the apparatus and related methods disclosed herein can be utilized for chemical vapor deposition, such as plasma enhanced chemical vapor deposition. The apparatus and method are self-contained in a multi-step deposition process (eg, atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD), pulsed deposition layer (PDL), or plasma enhanced pulse deposition layer (PEPDL) process). It can be used with, but not limited to, semiconductor processing-based dielectric deposition processes that require limited deposition separation.

上述のように、本実施形態は、プラズマ強化化学蒸着などの化学蒸着を行なうための装置および関連方法を提供する。装置および方法は、複数工程の蒸着処理(例えば、原子層蒸着(ALD)、プラズマ強化原子層蒸着(PEALD)、プラズマ強化化学蒸着(PECVD)、パルス蒸着層(PDL)、プラズマ強化パルス蒸着層(PEPDL)処理)における自己制限的な蒸着工程の分離を必要とする半導体加工ベースの誘電体蒸着処理との併用に特に適用可能であるが、これらに限定されない。   As described above, the present embodiment provides an apparatus and related methods for performing chemical vapor deposition, such as plasma enhanced chemical vapor deposition. The apparatus and method include multi-step deposition processes (eg, atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), pulsed deposition layer (PDL), plasma enhanced pulse deposition layer ( It is particularly applicable to, but not limited to, combined use with semiconductor processing-based dielectric deposition processes that require separation of self-limiting deposition processes in PEPDL) processes).

上述の処理は、蒸着材料を受け入れるウエハまたは基板にわたる不均一な温度に関連したいくつかの欠点を持ちうる。例えば、不均一な温度は、周囲のチャンバ構成要素と熱接触する受動的に加熱されたシャワーヘッドが周囲の構成要素に熱を奪われる時に、基板にわたって生じうる。したがって、処理領域の上壁を形成するシャワーヘッドは、等温の処理領域を形成することによって基板全体の均一な温度を実現できるように、周囲の構成要素から熱的に隔離されていることが好ましい。基板全体の均一な温度は、基板の均一な処理の助けになり、基板温度は、蒸着処理のための活性化エネルギを提供するため、蒸着反応を駆動する制御手段である。   The above process can have several drawbacks associated with non-uniform temperatures across the wafer or substrate that receives the deposition material. For example, a non-uniform temperature can occur across the substrate when a passively heated showerhead that is in thermal contact with the surrounding chamber components is deprived of heat by the surrounding components. Therefore, the shower head that forms the upper wall of the processing region is preferably thermally isolated from the surrounding components so that a uniform temperature of the entire substrate can be achieved by forming an isothermal processing region. . The uniform temperature across the substrate helps the uniform processing of the substrate, and the substrate temperature is a control means that drives the deposition reaction to provide activation energy for the deposition process.

さらに、一般には、2つの主要なタイプの蒸着シャワーヘッド、すなわち、シャンデリアタイプおよび埋め込みタイプがある。シャンデリア型シャワーヘッドは、チャンバの上部に取り付けられたステムを一端に有し、フェースプレートを他端に有しており、シャンデリアのように見える。ステムの一部が、ガスラインおよびRF電力の接続を可能にするために、チャンバ上部から突出していてよい。埋め込み型シャワーヘッドは、チャンバ上部に一体化されており、ステムを持たない。本実施形態は、埋め込み型シャワーヘッドに関し、埋め込み型シャワーヘッドは、処理中に真空源によって排気される必要のあるチャンバ空間を減少させる。   In addition, there are generally two main types of vapor deposition showerheads, a chandelier type and a buried type. The chandelier-type shower head has a stem attached to the upper part of the chamber at one end and a face plate at the other end, and looks like a chandelier. A portion of the stem may protrude from the top of the chamber to allow connection of gas lines and RF power. The embedded shower head is integrated in the upper part of the chamber and does not have a stem. This embodiment relates to an embedded showerhead, which reduces the chamber space that needs to be evacuated by a vacuum source during processing.

図1Aおよび図1Bは、本明細書に開示された実施形態に従って、化学蒸着装置100を示す概略図である。図1Aおよび図1Bに示すように、化学装置は、化学的隔離チャンバまたはハウジング110、蒸着チャンバ120、シャワーヘッドモジュール130、および、移動台座モジュール140を備えており、台座モジュール140は、台座モジュール140の上面の基板(またはウエハ)190の位置を上下させるためにシャワーヘッドモジュール130に対して垂直に上下されうる。シャワーヘッドモジュール130も、垂直に上下されうる。反応物質ガス(すなわち、プロセスガス)192(図3)が、ガスライン112を介してシャワーヘッドモジュール130の中央プレナム202(図6)を通してサブチャンバ(すなわち、ウエハ空洞)150内に導入される。ガスライン112の各々は、対応するアキュムレータ(図示せず)を有してよく、アキュムレータは、隔離バルブ(図示せず)を用いて装置100から隔離されうる。代表的な実施形態によると、装置100は、利用される反応ガスの数に応じて、隔離バルブおよびアキュムレータを備えた1または複数のガスライン112を有するよう変形されうる。また、反応ガス供給ライン112は、複数の化学蒸着装置の間またはマルチステーションシステムの間で共有できる。   1A and 1B are schematic diagrams illustrating a chemical vapor deposition apparatus 100 according to an embodiment disclosed herein. As shown in FIGS. 1A and 1B, the chemical apparatus includes a chemical isolation chamber or housing 110, a deposition chamber 120, a showerhead module 130, and a moving pedestal module 140, and the pedestal module 140 is a pedestal module 140. In order to move the position of the substrate (or wafer) 190 on the upper surface of the shower head module 130 up and down, it can be moved vertically up and down with respect to the shower head module 130. The shower head module 130 can also be moved up and down vertically. Reactant gas (ie, process gas) 192 (FIG. 3) is introduced into subchamber (ie, wafer cavity) 150 through central plenum 202 (FIG. 6) of showerhead module 130 via gas line 112. Each of the gas lines 112 may have a corresponding accumulator (not shown), which can be isolated from the apparatus 100 using an isolation valve (not shown). According to an exemplary embodiment, the apparatus 100 can be modified to have one or more gas lines 112 with isolation valves and accumulators, depending on the number of reactant gases utilized. In addition, the reactive gas supply line 112 can be shared among a plurality of chemical vapor deposition apparatuses or between multi-station systems.

代表的な実施形態によると、チャンバ120は、真空源(図示せず)に接続された1または複数の真空ライン160(図2)を通して排気されうる。例えば、真空源は、真空ポンプ(図示せず)であってよい。マルチステーションリアクタ(例えば、同じ蒸着処理を実行する複数のステーションすなわち装置100を有するリアクタ)において、別のステーションからの真空ライン160が、真空ライン160と共通のフォアラインを共有してよい。さらに、装置100は、ステーションすなわち装置100ごとに1または複数の真空ライン160を有するよう変形されてもよい。   According to an exemplary embodiment, chamber 120 may be evacuated through one or more vacuum lines 160 (FIG. 2) connected to a vacuum source (not shown). For example, the vacuum source may be a vacuum pump (not shown). In a multi-station reactor (eg, a reactor having multiple stations or apparatus 100 performing the same deposition process), a vacuum line 160 from another station may share a common foreline with the vacuum line 160. Further, the device 100 may be modified to have one or more vacuum lines 160 per station or device 100.

代表的な実施形態によると、複数の排気導管170が、シャワーヘッドモジュール130のフェースプレート136内の1または複数の排気流出口174と流体連通するよう構成されうる。排気流出口174は、蒸着処理の合間にウエハ空洞150からプロセスガスすなわちリアクタ化学物質192を除去するよう構成されうる。複数の排気導管170は、1または複数の真空ライン160とも流体連通している。排気導管170は、基板190の周りで円周方向に離間されてよく、均等に離間されてよい。いくつかの例において、複数の導管170の間隔は、真空ライン160の位置を補うように設計されてよい。一般に、真空ライン160の方が複数の導管170よりも数が少ないので、真空ライン160に最も近い導管170を通る流量が、より離れた導管よりも高くなりうる。円滑な流れのパターンを確保するために、真空ライン160から離れるほど、導管170の間隔を近くしてよい。可変のフローコンダクタを備える複数の導管170を備えた化学蒸着装置100の代表的な実施形態については、同一出願人による米国特許第7,993,457号に見いだすことができ、その特許は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。   According to an exemplary embodiment, a plurality of exhaust conduits 170 may be configured to be in fluid communication with one or more exhaust outlets 174 in the faceplate 136 of the showerhead module 130. The exhaust outlet 174 may be configured to remove process gas or reactor chemical 192 from the wafer cavity 150 between deposition processes. The plurality of exhaust conduits 170 are also in fluid communication with one or more vacuum lines 160. The exhaust conduits 170 may be circumferentially spaced around the substrate 190 and may be evenly spaced. In some examples, the spacing between the plurality of conduits 170 may be designed to compensate for the position of the vacuum line 160. In general, since the vacuum line 160 is fewer in number than the plurality of conduits 170, the flow rate through the conduit 170 closest to the vacuum line 160 can be higher than the more distant conduits. In order to ensure a smooth flow pattern, the distance between the conduits 170 may be closer to the vacuum line 160. An exemplary embodiment of a chemical vapor deposition apparatus 100 with a plurality of conduits 170 with variable flow conductors can be found in commonly assigned US Pat. No. 7,993,457, which is incorporated herein by reference. Is incorporated herein in its entirety.

本明細書に開示された実施形態は、プラズマ強化化学蒸着装置(例えば、PECVD装置、PEALD装置、または、PEPDL装置)で実施されることが好ましい。かかる装置は、様々な形態を取ってよく、装置は、1または複数の基板190を収容すると共に基板処理に適した1または複数のチャンバすなわち「リアクタ」110を備えてよく、チャンバは、上述したように複数のステーションまたは蒸着チャンバ120を含みうる。各チャンバ120は、処理のために1または複数の基板を収容しうる。1または複数のチャンバ120は、1または複数の所定の位置に基板190を維持する(例えば、回転、振動、または、その他の運動など、その位置内での運動があってもなくてもよい)。一実施形態では、蒸着および処理を受けている基板190が、処理中に装置100内部の1つのステーション(例えば、蒸着チャンバ120)から別のステーションに搬送されうる。処理中に、各基板190は、台座モジュール140の台座、ウエハチャック、および/または、その他のウエハ保持装置によって所定の位置に保持される。基板190が加熱される特定の動作のために、台座モジュール140は、加熱プレートなどのヒータを備えてよい。   The embodiments disclosed herein are preferably implemented in a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus (eg, a PECVD apparatus, a PEALD apparatus, or a PEPDL apparatus). Such an apparatus may take various forms, and the apparatus may include one or more chambers or “reactors” 110 that contain one or more substrates 190 and are suitable for substrate processing, the chambers described above. A plurality of stations or deposition chambers 120 may be included. Each chamber 120 may contain one or more substrates for processing. One or more chambers 120 maintain the substrate 190 in one or more predetermined positions (eg, there may or may not be movement within that position, such as rotation, vibration, or other movement). . In one embodiment, a substrate 190 undergoing deposition and processing may be transferred from one station (eg, deposition chamber 120) within apparatus 100 to another station during processing. During processing, each substrate 190 is held in place by a pedestal of the pedestal module 140, a wafer chuck, and / or other wafer holding devices. For certain operations in which the substrate 190 is heated, the pedestal module 140 may include a heater, such as a heating plate.

図2は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム200を有する化学蒸着装置100を示す断面図である。図2に示すように、化学蒸着装置100は、基板台座モジュール140を備えており、基板台座モジュール140は、半導体基板(またはウエハ)を受ける、および/または、台座モジュール140の上面142から基板190を降ろすよう構成されている。下側位置において、基板190は、台座モジュール140の表面142上に配置され、その後、台座モジュール140は、シャワーヘッドモジュール130に向かって垂直上方に持ち上げられる。代表的な実施形態によると、台座モジュール140の上面142とシャワーヘッドモジュール130の下面132との間の距離は、ウエハ空洞150を形成しており、約0.2インチ(5ミリメートル)から約0.6インチ(15ミリメートル)であってよい。ウエハ空洞150を閉じるための台座モジュール140の上向きの垂直運動は、台座モジュール140と、シャワーヘッドモジュール130のフェースプレート136(図1Aおよび図1B)の外側部分131の周りの段135との間に、狭いギャップ240を作り出す。   FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a chemical vapor deposition apparatus 100 having a gas-based sealing system 200 in accordance with a representative embodiment. As shown in FIG. 2, the chemical vapor deposition apparatus 100 includes a substrate pedestal module 140, which receives a semiconductor substrate (or wafer) and / or from the upper surface 142 of the pedestal module 140 to the substrate 190. Is configured to take down. In the lower position, the substrate 190 is placed on the surface 142 of the pedestal module 140, after which the pedestal module 140 is lifted vertically upward toward the showerhead module 130. According to an exemplary embodiment, the distance between the upper surface 142 of the pedestal module 140 and the lower surface 132 of the showerhead module 130 forms a wafer cavity 150 and is about 0.2 inches (5 millimeters) to about 0. .6 inches (15 millimeters). The upward vertical motion of the pedestal module 140 to close the wafer cavity 150 is between the pedestal module 140 and the step 135 around the outer portion 131 of the faceplate 136 (FIGS. 1A and 1B) of the showerhead module 130. Create a narrow gap 240.

代表的な実施形態において、チャンバ120内の温度は、シャワーヘッドモジュール130および/または台座モジュール140内の加熱メカニズムによって維持されうる。例えば、基板190は、等温環境内に配置されることが可能であり、シャワーヘッドモジュール130および台座モジュール140は、基板190を所望の温度に維持するよう構成されている。代表的な実施形態において、シャワーヘッドモジュール130は、250℃より高い温度に加熱されうる、および/または、台座モジュール140は、50℃から550℃の範囲に加熱されうる。蒸着チャンバすなわち空洞150は、台座モジュール140と連動するシャワーヘッドモジュール130を備えた容量結合プラズマ型のシステムによって生成されたプラズマを収容するよう機能する。   In an exemplary embodiment, the temperature in the chamber 120 can be maintained by a heating mechanism in the showerhead module 130 and / or the pedestal module 140. For example, the substrate 190 can be placed in an isothermal environment, and the showerhead module 130 and the pedestal module 140 are configured to maintain the substrate 190 at a desired temperature. In an exemplary embodiment, the showerhead module 130 can be heated to a temperature greater than 250 ° C. and / or the pedestal module 140 can be heated to a range of 50 ° C. to 550 ° C. The deposition chamber or cavity 150 functions to contain a plasma generated by a capacitively coupled plasma type system with a showerhead module 130 in conjunction with a pedestal module 140.

整合回路網(図示せず)に接続された高周波(HF)RF発生器、および、低周波(LF)RF発生器など、1または複数のRF源(図示せず)が、シャワーヘッドモジュール130に接続されている。整合回路網によって供給された電力および周波数は、プロセスガス/蒸気からプラズマを生成するのに十分である。一実施形態において、HF発生器およびLF発生器の両方を用いることができる。典型的な処理において、HF発生器は、一般に約2〜100MHzの周波数で動作され、好ましい実施形態では13.56MHzで動作される。LF発生器は、一般に約50kHzから2MHzで動作され、好ましい実施形態では350〜600kHzで動作される。プロセスパラメータは、チャンバ体積、基板サイズ、および、その他の要素に基づいて増減されてよい。例えば、LF発生器およびHF発生器の電力出力は、通例、基板の蒸着表面積に正比例する。300mmのウエハに用いられる電力は、一般に、200mmのウエハに用いられる電力よりも少なくとも2.25高い。同様に、流量(例えば、標準蒸気圧など)は、蒸着チャンバ120のフリー容量に依存しうる。   One or more RF sources (not shown), such as a high frequency (HF) RF generator and a low frequency (LF) RF generator connected to a matching network (not shown), are provided to the showerhead module 130. It is connected. The power and frequency supplied by the matching network is sufficient to generate a plasma from the process gas / vapor. In one embodiment, both an HF generator and an LF generator can be used. In a typical process, the HF generator is generally operated at a frequency of about 2-100 MHz, and in a preferred embodiment is operated at 13.56 MHz. The LF generator is generally operated at about 50 kHz to 2 MHz, and in the preferred embodiment is operated at 350-600 kHz. Process parameters may be increased or decreased based on chamber volume, substrate size, and other factors. For example, the power output of the LF generator and the HF generator is typically directly proportional to the deposition surface area of the substrate. The power used for a 300 mm wafer is generally at least 2.25 higher than the power used for a 200 mm wafer. Similarly, the flow rate (eg, standard vapor pressure, etc.) can depend on the free capacity of the deposition chamber 120.

蒸着チャンバ120内で、台座モジュール140は、材料を蒸着できる基板190を支持する。台座モジュール140は、通例、蒸着および/またはプラズマ処理反応の間および合間に基板を保持および搬送するために、チャック、フォーク、または、リフトピンを備える。台座モジュール140は、制電チャック、機械式チャック、または、工業および/または研究に利用できる様々な他のタイプのチャックを備えてよい。台座モジュール140は、所望の温度に基板190を加熱するためのヒータブロックと結合されてよい。一般に、基板190は、蒸着される材料に応じて、約25℃から500℃の温度に維持される。   Within the deposition chamber 120, the pedestal module 140 supports a substrate 190 on which material can be deposited. The pedestal module 140 typically includes a chuck, fork, or lift pin to hold and transport the substrate during and between the deposition and / or plasma processing reactions. The pedestal module 140 may comprise an antistatic chuck, a mechanical chuck, or various other types of chucks available for industry and / or research. The pedestal module 140 may be combined with a heater block for heating the substrate 190 to a desired temperature. In general, the substrate 190 is maintained at a temperature of about 25 ° C. to 500 ° C., depending on the material being deposited.

代表的な実施形態によると、ガスベースのシーリングシステム200は、プロセス物質またはパージガスを流す間にウエハ空洞150から出る流れを制御および調節するのに役立つよう構成できる。代表的な実施形態によると、ウエハ空洞150の排気またはパージは、不活性ガスすなわちパージガス(図示せず)を利用し、ガスは、シャワーヘッドモジュール130を通してウエハ空洞150に供給される。代表的な実施形態によると、1または複数の導管170が、環状排気通路176を介して真空ライン160に接続されてよく、環状排気通路176は、台座モジュール140の下の領域から不活性シールガス182(図2)を除去するよう構成されている。   According to an exemplary embodiment, the gas-based sealing system 200 can be configured to help control and regulate the flow exiting the wafer cavity 150 during the flow of process material or purge gas. According to an exemplary embodiment, evacuation or purging of the wafer cavity 150 utilizes an inert gas or purge gas (not shown), which is supplied to the wafer cavity 150 through the showerhead module 130. According to an exemplary embodiment, one or more conduits 170 may be connected to the vacuum line 160 via an annular exhaust passage 176 that passes from an area below the pedestal module 140 to an inert seal gas. 182 (FIG. 2) is configured to be removed.

代表的な実施形態によると、シャワーヘッドモジュール130は、ウエハ空洞(すなわち、反応チャンバ)150にリアクタ化学物質を供給するよう構成されている。シャワーヘッドモジュール130は、複数の流入口すなわち貫通孔138を有するフェースプレート136と、バッキングプレート139とを備えうる。代表的な実施形態によると、フェースプレート136は、複数の流入口すなわち貫通孔138と、フェースプレート136の外周137の周りに伸びる段135とを有する単一のプレートであってよい。あるいは、段135は、別個のリング133であってもよく、フェースプレート136の外側部分131の下面に固定される。例えば、段135は、ねじ143でフェースプレート136の外側部分131に固定できる。同心の排気流出口174を有するフェースプレート136を備えたプロセスガス分散用のシャワーヘッドモジュール130の代表的な実施形態については、同一出願人による米国特許第5,614,026号に見いだすことができ、その特許は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。例えば、代表的な実施形態によると、排気流出口174は、複数の流入口138を取り囲む。   According to an exemplary embodiment, showerhead module 130 is configured to supply reactor chemistry to wafer cavity (ie, reaction chamber) 150. The shower head module 130 may include a face plate 136 having a plurality of inlets or through holes 138, and a backing plate 139. According to an exemplary embodiment, the faceplate 136 may be a single plate having a plurality of inlets or through holes 138 and a step 135 extending around the outer periphery 137 of the faceplate 136. Alternatively, the step 135 may be a separate ring 133 and is secured to the lower surface of the outer portion 131 of the face plate 136. For example, the step 135 can be secured to the outer portion 131 of the face plate 136 with screws 143. A representative embodiment of a process gas dispersion showerhead module 130 with a faceplate 136 having a concentric exhaust outlet 174 can be found in commonly assigned US Pat. No. 5,614,026. That patent is incorporated herein by reference in its entirety. For example, according to an exemplary embodiment, the exhaust outlet 174 surrounds the plurality of inlets 138.

代表的な実施形態によると、ウエハ空洞150は、シャワーヘッドモジュール130のフェースプレート136の下面132および基板台座モジュール140の上面142の間に形成される。シャワーヘッドモジュール130のフェースプレート136内にある複数の同心の排気導管すなわち排気流出口174は、蒸着処理の合間にプロセスガスすなわちリアクタ化学物質192をウエハ空洞150から除去するために、複数の導管170の内の1または複数と流体連通されてよい。   According to an exemplary embodiment, the wafer cavity 150 is formed between the lower surface 132 of the face plate 136 of the showerhead module 130 and the upper surface 142 of the substrate pedestal module 140. A plurality of concentric exhaust conduits or exhaust outlets 174 in the faceplate 136 of the showerhead module 130 provide a plurality of conduits 170 for removing process gas or reactor chemistry 192 from the wafer cavity 150 between deposition processes. May be in fluid communication with one or more.

図2に示すように、装置100は、さらに、不活性ガスすなわちシールガス182の供給源180を備えており、シールガス182は、1または複数の導管184を通してガスベースのシーリングシステム200の外側プレナム204に供給される。代表的な実施形態によると、不活性ガスすなわちシールガス182は、窒素ガスまたはアルゴンガスであってよい。代表的な実施形態によると、不活性ガス源180は、1または複数の導管184を介して狭いギャップ240を通して半径方向内向きに流すために不活性シールガス182を供給するよう構成されており、ギャップ240は、ウエハ空洞150から外向きに伸び、フェースプレート136の外周137の周りの段135の下面134と、台座モジュール140の上面142との間に形成されている。代表的な実施形態によると、不活性シールガス182は、狭いギャップ240内のウエハ空洞150からのプロセスガスすなわちリアクタ化学物質192(図3)と接触して、処理中にガスシールを形成する。図3および図4に示すように、不活性シールガス182は、狭いギャップ240の一部までしか入らず、それにより、狭いギャップ内でリアクタ化学物質192および不活性ガス182の間にガスシールが形成される。あるいは、図5および図6に示すように、不活性ガス182の流れは、ウエハ空洞150の外縁に至り、シャワーヘッドモジュール130内の1または複数の排気流出口174を通してウエハ空洞150から除去されてもよい。   As shown in FIG. 2, the apparatus 100 further includes a source 180 of inert or sealing gas 182 that is passed through one or more conduits 184 to the outer plenum of the gas-based sealing system 200. 204. According to an exemplary embodiment, the inert gas or seal gas 182 may be nitrogen gas or argon gas. According to an exemplary embodiment, the inert gas source 180 is configured to supply an inert seal gas 182 for flowing radially inward through the narrow gap 240 via one or more conduits 184. The gap 240 extends outward from the wafer cavity 150 and is formed between the lower surface 134 of the step 135 around the outer periphery 137 of the face plate 136 and the upper surface 142 of the pedestal module 140. According to an exemplary embodiment, the inert seal gas 182 contacts the process gas or reactor chemistry 192 (FIG. 3) from the wafer cavity 150 in the narrow gap 240 to form a gas seal during processing. As shown in FIGS. 3 and 4, the inert seal gas 182 enters only part of the narrow gap 240, thereby providing a gas seal between the reactor chemical 192 and the inert gas 182 within the narrow gap. It is formed. Alternatively, as shown in FIGS. 5 and 6, the flow of inert gas 182 reaches the outer edge of wafer cavity 150 and is removed from wafer cavity 150 through one or more exhaust outlets 174 in showerhead module 130. Also good.

代表的な実施形態によると、環状排気通路176は、複数の排気導管170の内の1または複数と流体連通されている。代表的な実施形態によると、環状排気通路176は、1または複数の流出口(図示せず)を有しており、基板190の周囲を囲む領域からの不活性ガス182と、狭いギャップ240を通して半径方向内向きに移動すなわち流れる不活性ガス182とを除去するよう構成されている。排気通路176は、基板台座140の外側部分144内に形成される。環状排気通路176は、基板台座140の下から不活性ガス182を除去するように構成されてもよい。176と同様の複数の導管を備えたさらなる実施形態が、より多くの不活性ガス182を引き込み、排気通路178および台座モジュール140の下の部分への不活性ガスの流量を増やすことを可能にする助けとなりうる。排気通路178は、シールガスの圧力降下を高め、ウエハ空洞150へのシールガスの拡散を少なくする助けにもなりうる。   According to an exemplary embodiment, the annular exhaust passage 176 is in fluid communication with one or more of the plurality of exhaust conduits 170. According to an exemplary embodiment, the annular exhaust passage 176 has one or more outlets (not shown) and passes through an inert gas 182 from a region surrounding the periphery of the substrate 190 and a narrow gap 240. It is configured to remove the inert gas 182 that moves or flows radially inward. The exhaust passage 176 is formed in the outer portion 144 of the substrate base 140. The annular exhaust passage 176 may be configured to remove the inert gas 182 from under the substrate pedestal 140. Further embodiments with multiple conduits similar to 176 allow more inert gas 182 to be drawn in, increasing the flow of inert gas to the exhaust passage 178 and the lower portion of the pedestal module 140. Can be helpful. The exhaust passage 178 can also help increase the pressure drop of the seal gas and reduce the diffusion of the seal gas into the wafer cavity 150.

図3は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム200を有する化学蒸着装置100の蒸着チャンバ120の一部を示す断面図である。図3に示すように、外側プレナム204は、フェースプレート136の外側部分131に形成されてよい。外側プレナム204は、1または複数の導管220を備えてよく、導管220は、不活性ガス源180から不活性ガス182を受け入れるよう構成されている。不活性ガス182は、外側プレナム204を通って1または複数の導管220を介して下側流出口228へ流れる。下側流出口228は、狭いギャップ240と流体連通している。代表的な実施形態によると、ウエハ空洞150の外縁152から、外側プレナム204につながるフェースプレート136の外周141までの距離は、有限制御された距離である。例えば、空洞150の外縁152から、外側プレナム204につながるフェースプレート136の外縁141までの距離(すなわち、幅)は、約5.0mmから25.0mmであってよい。   FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a portion of a deposition chamber 120 of a chemical vapor deposition apparatus 100 having a gas-based sealing system 200 in accordance with an exemplary embodiment. As shown in FIG. 3, the outer plenum 204 may be formed on the outer portion 131 of the face plate 136. The outer plenum 204 may include one or more conduits 220 that are configured to receive the inert gas 182 from the inert gas source 180. Inert gas 182 flows through outer plenum 204 through one or more conduits 220 to lower outlet 228. Lower outlet 228 is in fluid communication with narrow gap 240. According to an exemplary embodiment, the distance from the outer edge 152 of the wafer cavity 150 to the outer periphery 141 of the faceplate 136 leading to the outer plenum 204 is a finitely controlled distance. For example, the distance (ie, width) from the outer edge 152 of the cavity 150 to the outer edge 141 of the faceplate 136 leading to the outer plenum 204 may be about 5.0 mm to 25.0 mm.

代表的な実施形態によると、外側プレナム204は、外側環状凹部222であってよい。
外側環状凹部222は、1または複数の導管220を介して、ウエハ空洞150の外縁上の狭いギャップ240と流体連通するよう構成されている。外側環状凹部222は、上側環状凹部224および下側環状凹部226を有するよう構成されてよく、上側環状凹部224は、下側環状凹部226よりも広い幅を有する。代表的な実施形態によると、下側流出口228は、下側環状凹部226の下側部分にある環状流出口であり、狭いギャップ240と流体連通する。
According to an exemplary embodiment, the outer plenum 204 may be an outer annular recess 222.
The outer annular recess 222 is configured to be in fluid communication with a narrow gap 240 on the outer edge of the wafer cavity 150 via one or more conduits 220. The outer annular recess 222 may be configured to have an upper annular recess 224 and a lower annular recess 226, and the upper annular recess 224 has a wider width than the lower annular recess 226. According to an exemplary embodiment, the lower outlet 228 is an annular outlet in the lower portion of the lower annular recess 226 and is in fluid communication with the narrow gap 240.

代表的な実施形態によると、図3に示したように、不活性ガス182は、外側プレナム204を通して、有限制御された距離だけ離間したウエハ空洞150の外縁部に供給される。外側プレナム204を通して流れる不活性ガス182の流量は、ペクレ数が約1.0よりも大きいような流量であってよく、したがって、図3に示すようにウエハ空洞150内にリアクタガス化学物質192が閉じ込められる。例えば、ペクレ数が1.0より大きい場合、不活性ガス182およびリアクタガス化学物質192は、狭いギャップ240の内側部分242内で平衡を確立しうる。結果として、リアクタガス化学物質192が基板台座モジュール140の下に流れてウエハ空洞150の外側の蒸着チャンバ120の部分を汚染することを防止できる。   According to an exemplary embodiment, as shown in FIG. 3, inert gas 182 is supplied through outer plenum 204 to the outer edge of wafer cavity 150 spaced a finitely controlled distance. The flow rate of the inert gas 182 flowing through the outer plenum 204 may be such that the Peclet number is greater than about 1.0, so that the reactor gas chemical 192 is contained within the wafer cavity 150 as shown in FIG. Be trapped. For example, if the Peclet number is greater than 1.0, the inert gas 182 and the reactor gas chemical 192 may establish an equilibrium within the inner portion 242 of the narrow gap 240. As a result, the reactor gas chemical 192 can be prevented from flowing under the substrate pedestal module 140 and contaminating the portion of the deposition chamber 120 outside the wafer cavity 150.

代表的な実施形態によると、処理が定圧処理である場合、ウエハ空洞150内のリアクタガス化学物質192と狭いギャップ240を通して半径方向内向きに流れる不活性ガス180との間の不活性ガスシールを確保するのに、不活性ガス182の単一の(または一定の)流れと台座モジュール140の下からの圧力との組み合わせで十分でありうる。例えば、代表的な実施形態によると、ガスベースのシーリングシステム200は、SiのALD酸化物と共に利用可能であり、一般に、比較的一定の圧力モードで運転されうる。さらに、ガスベースのシーリングシステム200は、不活性ガス182の流量または台座モジュール140の下の圧力および/またはそれら両方の組み合わせを変化させることにより、例えば、ALD窒化物処理中に、蒸着チャンバ120およびウエハ空洞150内での様々な処理および圧力レジームにわたってガスシーリングを制御する手段として機能しうる。   According to an exemplary embodiment, when the process is a constant pressure process, an inert gas seal between the reactor gas chemistry 192 in the wafer cavity 150 and the inert gas 180 that flows radially inward through the narrow gap 240 is provided. A combination of a single (or constant) flow of inert gas 182 and pressure from below the pedestal module 140 may be sufficient to ensure. For example, according to an exemplary embodiment, the gas-based sealing system 200 can be utilized with Si ALD oxide and can generally be operated in a relatively constant pressure mode. Further, the gas-based sealing system 200 can vary the flow rate of the inert gas 182 or the pressure under the pedestal module 140 and / or a combination of both, for example, during the ALD nitride process, the deposition chamber 120 and It can serve as a means to control gas sealing over various processes and pressure regimes within the wafer cavity 150.

代表的な実施形態によると、単独で開示された、または、排気導管174、176に関する圧力と共に開示されたシーリングガスシステム200は、処理中にウエハ空洞150からのリアクタ化学物質192の流出および/または拡散を防止するのに役立ちうる。さらに、システム200は、単独で、もしくは、排気導管174、176および排気導管174、176に関する圧力と共に、ウエハ空洞150内および基板190上への不活性ガス182のバルク流も防止しうる。ウエハ空洞150を隔離するための不活性ガス182の狭いギャップ240への流量は、排気流出口174によって生じた圧力に基づいて調整されうる。代表的な実施形態によると、例えば、不活性ガスすなわちシールガス182は、約100cc/分から約5.0標準リットル毎分(slm)の流量で外側プレナム204を通して供給されてよく、ウエハ空洞150を隔離するために利用できる。   According to an exemplary embodiment, the sealing gas system 200 disclosed alone or with pressure with respect to the exhaust conduits 174, 176 may cause the reactor chemical 192 outflow from the wafer cavity 150 and / or during processing. Can help prevent diffusion. Further, the system 200 may also prevent bulk flow of inert gas 182 into the wafer cavity 150 and onto the substrate 190, either alone or in combination with pressure on the exhaust conduits 174, 176 and exhaust conduits 174, 176. The flow rate of inert gas 182 into the narrow gap 240 to isolate the wafer cavity 150 can be adjusted based on the pressure generated by the exhaust outlet 174. According to an exemplary embodiment, for example, an inert gas or seal gas 182 may be supplied through the outer plenum 204 at a flow rate between about 100 cc / min and about 5.0 standard liters per minute (slm), and causes the wafer cavity 150 to pass through. Available to isolate.

代表的な実施形態によると、1または複数の排気空洞250が、ウエハ空洞150を囲む台座モジュール140の外側部分に配置されてよい。1または複数の排気空洞250は、狭いギャップ240および下側流出口228と流体連通して、ウエハ空洞150から不活性ガスまたはガス供給部180への圧力降下を増大させることができる。1または複数の排気空洞250(すなわち、環状流路)は、例えば、ALD窒化物処理中に、様々な処理および圧力レジームにわたってガスシーリングを可能にするために、追加の制御メカニズムも提供できる。代表的な実施形態によると、1または複数の排気空洞250は、蒸着チャンバ120周囲に均等に離間されてよい。代表的な実施形態において、1または複数の排気空洞250は、環状流路であってよく、下側流出口228と同心であり、それよりも広い幅を有する。   According to an exemplary embodiment, one or more exhaust cavities 250 may be disposed on the outer portion of the pedestal module 140 surrounding the wafer cavity 150. One or more exhaust cavities 250 can be in fluid communication with the narrow gap 240 and the lower outlet 228 to increase the pressure drop from the wafer cavity 150 to the inert gas or gas supply 180. The one or more exhaust cavities 250 (ie, annular channels) can also provide additional control mechanisms to allow gas sealing across various processes and pressure regimes, for example, during ALD nitride processing. According to an exemplary embodiment, the one or more exhaust cavities 250 may be evenly spaced around the deposition chamber 120. In the exemplary embodiment, the one or more exhaust cavities 250 may be annular channels, are concentric with the lower outlet 228, and have a wider width.

図4は、ガスベースのシーリングシステム200を備えた化学蒸着装置100の蒸着チャンバ120の一部を示す断面図である。図4に示すように、リアクタ化学物質192の流量が、不活性ガス182の流量より大きいかまたはほぼ等しい場合、リアクタ化学物質192の流れは、ウエハ空洞150の外側に広がりうるため、望ましくない場合がある。   FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a part of the deposition chamber 120 of the chemical vapor deposition apparatus 100 including the gas-based sealing system 200. As shown in FIG. 4, if the flow rate of the reactor chemical 192 is greater than or approximately equal to the flow rate of the inert gas 182, the flow of the reactor chemical 192 can spread outside the wafer cavity 150, and is therefore undesirable. There is.

図4に示すように、環状排気通路176が、フェースプレート136における主要排気通路174に加えて、二次排気通路を提供する。環状排気通路176は、基板台座140の下からおよび基板190の周囲を囲む領域から不活性ガス182を除去するよう構成されている。代表的な実施形態によると、環状排気通路176は、1または複数の流出口(図示せず)を有しており、基板190の周囲を囲む領域からの不活性ガス182と、狭いギャップ240を通して半径方向内向きに流れるすなわち拡散する不活性ガス182とを除去するよう構成されている。   As shown in FIG. 4, an annular exhaust passage 176 provides a secondary exhaust passage in addition to the main exhaust passage 174 in the face plate 136. The annular exhaust passage 176 is configured to remove the inert gas 182 from under the substrate pedestal 140 and from a region surrounding the periphery of the substrate 190. According to an exemplary embodiment, the annular exhaust passage 176 has one or more outlets (not shown) and passes through an inert gas 182 from a region surrounding the periphery of the substrate 190 and a narrow gap 240. It is configured to remove the inert gas 182 that flows radially inward, that is, diffuses.

図5は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム200を備えた化学蒸着装置100の蒸着チャンバ120の一部を示す断面図である。空洞150の外側からの不活性ガス182の流れは、リアクタ化学物質192の流量を低減および/または不活性ガス182の流量を増大させることによって生じうる。代表的な実施形態によると、外側プレナム204からの不活性ガス182は、ウエハ空洞150に流れ込み、シャワーヘッドモジュール130内の1または複数の排気流出口174を通して除去されうる。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a portion of a deposition chamber 120 of a chemical vapor deposition apparatus 100 with a gas-based sealing system 200 in accordance with a representative embodiment. The flow of inert gas 182 from outside the cavity 150 may be caused by reducing the flow rate of the reactor chemical 192 and / or increasing the flow rate of the inert gas 182. According to an exemplary embodiment, the inert gas 182 from the outer plenum 204 may flow into the wafer cavity 150 and be removed through one or more exhaust outlets 174 in the showerhead module 130.

図6は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム300を備えた化学蒸着装置100の蒸着チャンバ120の一部を示す断面図である。代表的な実施形態によると、シャワーヘッドモジュール130の中央プレナム202は、リアクタ化学物質192をウエハ空洞150に供給する複数の流入口すなわち貫通孔138を備える。ウエハ空洞150は、さらに、リアクタ化学物質192および不活性ガス182をウエハ空洞150から除去する同心の導管すなわち排気流出口174を備える。同心の導管すなわち排気流出口174は、バッキングプレート139および上側プレート310の間の中間プレナム208と流体連通しうる。中間プレナム208は、複数の排気導管170の内の1または複数と流体連通する。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a portion of a deposition chamber 120 of a chemical vapor deposition apparatus 100 with a gas-based sealing system 300 according to a representative embodiment. According to an exemplary embodiment, the central plenum 202 of the showerhead module 130 includes a plurality of inlets or through holes 138 that supply the reactor chemistry 192 to the wafer cavity 150. Wafer cavity 150 further includes a concentric conduit or exhaust outlet 174 that removes reactor chemistry 192 and inert gas 182 from wafer cavity 150. A concentric conduit or exhaust outlet 174 may be in fluid communication with the intermediate plenum 208 between the backing plate 139 and the upper plate 310. The intermediate plenum 208 is in fluid communication with one or more of the plurality of exhaust conduits 170.

シャワーヘッドモジュール130は、さらに、垂直ガス通路370を備えてもよく、垂直ガス通路370は、フェースプレート136の外周137の周りに不活性ガス182を供給するよう構成されている。代表的な実施形態によると、外側プレナム206が、フェースプレート136の外周137と隔離リング214の内周すなわち内縁212との間に形成されうる。   The showerhead module 130 may further include a vertical gas passage 370 that is configured to supply an inert gas 182 around the outer periphery 137 of the faceplate 136. According to an exemplary embodiment, an outer plenum 206 may be formed between the outer periphery 137 of the face plate 136 and the inner periphery or inner edge 212 of the isolation ring 214.

図6に示すように、システム300は、上側プレート310内の内側流路360の中およびバッキングプレート139の外側部分320の中に形成された垂直ガス通路370を備える。垂直ガス通路370は、1または複数の導管312、322を備えてよく、導管は、不活性ガス源すなわち供給部180から不活性ガス182を受け入れるよう構成されている。代表的な実施形態によると、不活性ガス182は、1または複数の導管312、322により、上側プレート310およびバッキングプレート139の外側部分320を通って、1または複数の凹部および/または流路330、340、350に流れ、ウエハ空洞150の外縁に至る。   As shown in FIG. 6, the system 300 includes a vertical gas passage 370 formed in the inner flow path 360 in the upper plate 310 and in the outer portion 320 of the backing plate 139. The vertical gas passage 370 may include one or more conduits 312, 322 that are configured to receive the inert gas 182 from an inert gas source or supply 180. According to an exemplary embodiment, the inert gas 182 passes through the upper plate 310 and the outer portion 320 of the backing plate 139 by one or more conduits 312, 322 and one or more recesses and / or channels 330. 340, 350 to the outer edge of the wafer cavity 150.

代表的な実施形態によると、1または複数の導管312は、上側環状凹部314および下外側環状凹部316を備えてよい。代表的な実施形態によると、上側凹部314は、下側凹部316よりも幅が広い。さらに、1または複数の導管322は、上側プレート310およびバッキングプレート139の外側部分320内に配置されうる。1または複数の導管322は、上側プレート310の流出口318に流体連通する流入口326と、狭いギャップ240に流体連通する流出口328とを有する環状凹部を形成しうる。代表的な実施形態によると、外側部分320内の流出口328は、シャワーヘッドモジュール130のフェースプレート136の外周の周りの不活性ガス182の流れを狭いギャップ240の外縁243へと導く1または複数の凹部および/または流路330、340、350と流体連通しうる。   According to an exemplary embodiment, the one or more conduits 312 may include an upper annular recess 314 and a lower outer annular recess 316. According to an exemplary embodiment, the upper recess 314 is wider than the lower recess 316. Further, one or more conduits 322 can be disposed within the upper portion 310 and the outer portion 320 of the backing plate 139. The one or more conduits 322 may form an annular recess having an inlet 326 in fluid communication with the outlet 318 of the upper plate 310 and an outlet 328 in fluid communication with the narrow gap 240. According to an exemplary embodiment, the outlet 328 in the outer portion 320 has one or more that guides the flow of inert gas 182 around the outer periphery of the faceplate 136 of the showerhead module 130 to the outer edge 243 of the narrow gap 240. In recesses and / or flow paths 330, 340, 350.

代表的な実施形態によると、不活性ガス182は、垂直ガス通路370を通して外側プレナム206に供給され、少なくとも部分的に半径方向内向きに狭いギャップ240を通してウエハ空洞150に向かう。1または複数の凹部および/または流路330、340、350を通して流れる不活性ガス182の流量は、ペクレ数が1.0よりも大きいような流量であってよく、したがって、ウエハ空洞150内に反応ガス化学物質192が閉じ込められる。代表的な実施形態によると、ペクレ数が1.0よりも大きい場合、不活性ガス182および反応ガス化学物質192は、狭いギャップ240の内側部分242内で平衡を確立するため、反応ガス化学物質192が台座モジュール140の下に流れてウエハ空洞150の外側の蒸着チャンバ120の部分を汚染することが防止される。代表的な実施形態によると、反応ガス化学物質192の流れをウエハ空洞150に閉じ込めることにより、システム200は、プロセスガス192の利用量を削減できる。さらに、システム200は、処理中にプロセスガス192によるウエハ空洞150の充填時間も短縮できる。   In accordance with the exemplary embodiment, inert gas 182 is supplied to outer plenum 206 through vertical gas passage 370 and toward wafer cavity 150 through a narrow gap 240 that is at least partially radially inward. The flow rate of the inert gas 182 flowing through the one or more recesses and / or flow paths 330, 340, 350 may be such that the Peclet number is greater than 1.0 and thus reacts within the wafer cavity 150. A gas chemical 192 is trapped. According to an exemplary embodiment, when the Peclet number is greater than 1.0, the inert gas 182 and the reactive gas chemical 192 establish an equilibrium within the inner portion 242 of the narrow gap 240, and thus the reactive gas chemical. It is prevented that 192 flows under the pedestal module 140 and contaminates the portion of the deposition chamber 120 outside the wafer cavity 150. According to an exemplary embodiment, by confining the flow of reactive gas chemical 192 in the wafer cavity 150, the system 200 can reduce the amount of process gas 192 usage. In addition, the system 200 can reduce the filling time of the wafer cavity 150 with the process gas 192 during processing.

図7は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム400を示す概略図である。図7に示すように、システム400は、不活性ガスすなわちシールガスの供給源180およびプロセスガスの供給源19を備えており、それらの供給源は、それぞれ、不活性ガスすなわちシールガス182およびプロセスガス192をウエハ空洞150に供給するよう構成されている。システム400は、さらに、ウエハ空洞圧力すなわち空洞圧力バルブ410および下側チャンバ圧力バルブ412を備えてよく、それらのバルブは、それぞれ、ウエハ空洞圧力すなわち空洞圧力414および下側チャンバ圧力416を制御する。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a gas-based sealing system 400 in accordance with an exemplary embodiment. As shown in FIG. 7, system 400 includes an inert gas or seal gas source 180 and a process gas source 19, which are inert gas or seal gas 182 and process gas, respectively. A gas 192 is configured to be supplied to the wafer cavity 150. The system 400 may further comprise a wafer cavity pressure or cavity pressure valve 410 and a lower chamber pressure valve 412 that control the wafer cavity pressure or cavity pressure 414 and the lower chamber pressure 416, respectively.

図8は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム400について圧力およびバルブ角度−時間を示すグラフ500である。代表的な実施形態によると、図8に示すように、ヘリウムの形態のプロセスガス192が、0から約20SLM(標準リットル毎分)の流量でウエハ空洞150に供給される。窒素ガス(N2)の形態の不活性ガスすなわちシールガス182が、約2SLMで空洞に供給された。代表的な実施形態によると、空洞チャンバ414および下側チャンバ416の圧力は、約10Torrであった。図8に示すように、最大約20SLMのヘリウムガス192および2SLMの窒素ガス182の動作条件で、ヘリウムガス192は、残留ガス分析器(RGA)による測定で証明されたように、パージ流路を通して漏れなかった。   FIG. 8 is a graph 500 illustrating pressure and valve angle-time for a gas-based sealing system 400, according to a representative embodiment. According to an exemplary embodiment, process gas 192 in the form of helium is supplied to wafer cavity 150 at a flow rate between 0 and about 20 SLM (standard liters per minute), as shown in FIG. An inert gas or seal gas 182 in the form of nitrogen gas (N 2) was supplied to the cavity at about 2 SLM. According to an exemplary embodiment, the pressure in the cavity chamber 414 and the lower chamber 416 was about 10 Torr. As shown in FIG. 8, at operating conditions of up to about 20 SLM helium gas 192 and 2 SLM nitrogen gas 182, helium gas 192 passes through the purge flow path as evidenced by measurements by a residual gas analyzer (RGA). I did not leak.

また、本明細書では、処理装置内で半導体基板を処理する方法が開示されている。その方法は、プロセスガスをプロセスガス供給源から蒸着チャンバ内に供給する工程と、プラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する工程とを含む。その方法は、好ましくは、基板をプラズマ処理する工程を備え、RFエネルギがRF発生器を用いてプロセスガスに印加され、蒸着チャンバ内にプラズマが生成される。   Further, the present specification discloses a method for processing a semiconductor substrate in a processing apparatus. The method includes supplying a process gas from a process gas supply source into a deposition chamber and processing a semiconductor substrate in a plasma processing chamber. The method preferably comprises plasma treating the substrate, wherein RF energy is applied to the process gas using an RF generator and a plasma is generated in the deposition chamber.

一実施形態によると、ペクレ数は、半導体基板の外周に沿って100より大きくてよい。好ましくは、前駆体ガスが、最小の流入口体積および軸対称の流れでリアクタ空洞の中心に注入され、同時に、シールガスが、リアクタ空洞の外周の周りに注入される。前駆体ガスは、半導体上に膜を蒸着するように反応され、副生成ガスが、リアクタ空洞の外周の周りに分散された排気流出口に向かって半径方向外向きに流れる。同時に、シールガスは、リアクタ空洞の外周の周りに分散された流入口を通して半径方向内向きに流れる。高いペクレ数を実現するために、ガス圧が、以下の式に従って制御される:   According to one embodiment, the Peclet number may be greater than 100 along the outer periphery of the semiconductor substrate. Preferably, the precursor gas is injected into the center of the reactor cavity with a minimum inlet volume and axisymmetric flow, while simultaneously a seal gas is injected around the outer periphery of the reactor cavity. The precursor gas is reacted to deposit a film on the semiconductor, and by-product gas flows radially outward toward an exhaust outlet that is distributed around the outer periphery of the reactor cavity. At the same time, the seal gas flows radially inward through inlets distributed around the outer periphery of the reactor cavity. In order to achieve a high Peclet number, the gas pressure is controlled according to the following equation:

図9は、シャワーヘッドモジュール400が、ガス流出口404を有するフェースプレート402と、中央ガス通路408を有するバッキングプレート406と、ガス通路412を通して供給されたガスで不活性ガスシールを提供するために、反応空洞の外周にわたって分散されたシールガス通路412を有する隔離リング410とを備える一実施形態を示す。プロセスガスは、フェースプレート402の外側部分の外周にわたって分散された主要排気通路414を介して引き出される。図9および以下の式において、mおよびmvsは、kg/g単位での質量流量を表し、C、C、および、Cは、リットル/秒単位でのガスコンダクタンスを表し、Seffは、リットル/秒単位での有効ポンプ速度を表す。高いペクレ数を実現するには、望ましくは、以下に示すように、mwcが有効ポンプ速度を上回るほど大きくないことが好ましく、mvsが大きいことを好ましく、CがCより大きいことが好ましく、Seffが大きいことが好ましく、Pchが大きくてもよい(ただし、希釈の問題が生じる): FIG. 9 illustrates that the showerhead module 400 provides an inert gas seal with gas supplied through the faceplate 402 with the gas outlet 404, the backing plate 406 with the central gas passage 408, and the gas passage 412. , Shows an embodiment comprising an isolation ring 410 having sealing gas passages 412 distributed over the outer periphery of the reaction cavity. Process gas is drawn through a main exhaust passage 414 distributed over the outer periphery of the outer portion of the faceplate 402. In FIG. 9 and the following equations, m 2 and m vs represent mass flow in kg / g, C 2 , C 3 , and C 4 represent gas conductance in liters / second, S eff represents the effective pump speed in liters / second. To achieve a high Peclet number, it is desirable that m wc is not so large that it exceeds the effective pump speed, as shown below, m vs is preferably large, and C 2 is greater than C 3. Preferably, S eff is preferably large and P ch may be large (however, a dilution problem occurs):

ウエハ処理中、リアクタ空洞および主要チャンバの圧力は、シールガス流量が一定に保たれるよう変更される。リアクタ空洞圧力が、メインチャンバ圧力に対して±1Torrに維持された場合、リアクタ空洞内に前駆体ガスを閉じ込めることが可能である。仮想ガスシール構成により、不活性ガスシールでリアクタ空洞内の所望の圧力を維持することが可能である。   During wafer processing, the pressure in the reactor cavity and main chamber is changed to keep the seal gas flow rate constant. If the reactor cavity pressure is maintained at ± 1 Torr relative to the main chamber pressure, it is possible to confine precursor gas within the reactor cavity. The virtual gas seal configuration allows the desired pressure in the reactor cavity to be maintained with an inert gas seal.

図10は、シャワーヘッドモジュール500が、ガス流出口504を有するフェースプレート502と、中央ガス通路508を有するバッキングプレート506と、ガス通路512を通して供給されたガスで不活性ガスシールを提供するために、反応空洞の外周にわたって分散されたシールガス通路512を有する隔離リング510とを備える一実施形態を示す。プロセスガスが、フェースプレート502の外側部分の外周にわたって分散された主要排気通路514と、ガス通路512および主要排気通路514の間の位置に隔離リング510の外周にわたって分散された二次排気通路とを介して引き出される。二次排気通路516は、流量コンダクタンスCおよびCによって表される流路を通してガスを除去し、二次排気路C5は、以下の式に従って、ペクレ数のさらなる増加を提供しうる: FIG. 10 illustrates that the showerhead module 500 provides an inert gas seal with a faceplate 502 having a gas outlet 504, a backing plate 506 having a central gas passage 508, and gas supplied through the gas passage 512. , Shows an embodiment comprising an isolation ring 510 having seal gas passages 512 distributed over the outer periphery of the reaction cavity. A main exhaust passage 514 in which process gas is distributed over the outer periphery of the outer portion of the face plate 502, and a secondary exhaust passage in which the process gas is distributed over the outer periphery of the isolation ring 510 at a position between the gas passage 512 and the main exhaust passage 514. Drawn through. The secondary exhaust passage 516 removes gas through the flow path represented by the flow conductances C 5 and C 6 , and the secondary exhaust path C 5 may provide a further increase in the Peclet number according to the following equation:

図10に示すように、シールガスは、位置Pvsで通路512から台座モジュール(図示せず)とシャワーヘッドモジュール500との間の小さいギャップへ注入され、シールガスは、流路Cに沿って半径方向内向きおよび流路Cに沿って半径方向外向きに流れる。反応した前駆体ガスおよび内向きに流れるシールガスは、Cに位置する一次排気路を通してリアクタ空洞150からポンプで送り出される。さらに、いくらかのシールガスが、Cの二次排気路(排気通路516)を通してポンプで送り出される。シールガスの質量流量は、mvs(狭いギャップに流れ込むシールガス)、m(リアクタ空洞150へ向かって半径方向内向きに流れるシールガス)、m(主要チャンバに接続された真空源の真空圧Pchによって半径方向外向きに流れて除去されるシールガス)、m(二次排気流出口の半径方向内向きに流れるシールガス)、および、m(一次排気流出口からポンプ排出されるシールガスおよびプロセスガス)によって示される。Cを一定かつ高く保つことにより、ペクレ数は、一段の仮想ガスシールよりも高くされうる。二次排気通路(二次排気)は、SeffおよびCを大きくする条件を提供するために、シールガス流入点とリアクタ空洞との間に配置される。二次排気路は、一定の排気を保証して、Cが一定である条件を提供するために、圧力制御スロットルバルブの下流に接続されることが好ましい。図11は、プロセスガスPGが半径方向外向きに流れ、シールガスSGが半径方向内向きに流れ、シールガスSGの一部が二次排気通路から流れ、不活性シーリングガスおよびプロセスガスの一部が主要排気通路から流れる様子を示す。 As shown in FIG. 10, the seal gas is injected from the passage 512 at a position P vs the small gap between the pedestal module (not shown) and a showerhead module 500, the sealing gas, along the flow path C 2 It flows radially outward along the radially inward and the channel C 3 Te. Seal gas flowing in the reaction precursor gas and inwardly is fed in from the reactor cavity 150 through the primary exhaust passage located C 4 pump. Furthermore, some of the seal gas is pumped through the secondary exhaust passage C 5 (exhaust passage 516). The mass flow rate of the seal gas is m vs (seal gas flowing into the narrow gap), m 2 (seal gas flowing radially inward toward the reactor cavity 150), m 3 (vacuum of vacuum source connected to the main chamber) The seal gas flowing and removed radially outward by the pressure P ch ), m 1 (the seal gas flowing radially inward of the secondary exhaust outlet), and m 4 (the pump exhausted from the primary exhaust outlet) Sealing gas and process gas). By keeping the C 5 constant and high Peclet number can be higher than the virtual gas seal one step. A secondary exhaust passage (secondary exhaust) is placed between the seal gas inlet and the reactor cavity to provide conditions for increasing S eff and C 5 . The secondary exhaust passage is to ensure a constant exhaust, to C 5 to provide a constant across conditions, it is preferably connected downstream of the pressure control throttle valve. In FIG. 11, the process gas PG flows radially outward, the seal gas SG flows radially inward, a part of the seal gas SG flows from the secondary exhaust passage, and a part of the inert sealing gas and the process gas. Shows the flow from the main exhaust passage.

図12は、ガス流入口604を有するフェースプレート602と、中央ガス通路608を有するバッキングプレート606と、内側リング612および外側リング614を有する隔離リング610とを備えるシャワーヘッドモジュール600の切り欠き図を示す。内側リング612および外側リング614は、内側リング612の下側部分の周りのシール613が内側および外側リングの対向面の間に環状プレナムを提供するように嵌まり合う。内側リング612は、内面618の上側部分の周囲にわたって分散されたシールガス流入口616と、流入口616から半径方向外向きに伸びる水平通路620と、水平通路620から下方に伸びる垂直通路622と、内側リング612の下面626の周囲にわたって分散されたシールガス流出口624とを備える。   FIG. 12 shows a cutaway view of a showerhead module 600 comprising a face plate 602 having a gas inlet 604, a backing plate 606 having a central gas passage 608, and an isolation ring 610 having an inner ring 612 and an outer ring 614. Show. Inner ring 612 and outer ring 614 fit so that seal 613 around the lower portion of inner ring 612 provides an annular plenum between the opposing surfaces of the inner and outer rings. The inner ring 612 includes a seal gas inlet 616 distributed around the upper portion of the inner surface 618, a horizontal passage 620 extending radially outward from the inlet 616, and a vertical passage 622 extending downward from the horizontal passage 620, And a sealing gas outlet 624 distributed around the lower surface 626 of the inner ring 612.

内側リング612は、内面618の下側部分の周囲にわたって分散された半径方向に伸びるスロットを備えた一次排気流出口627と、下面626の周囲に分散された二次排気流出口628とを備える。一次排気流出口627は、一次排気流出口627から上向きに伸びる垂直通路630と、シールガス流入口616の下の位置で内面618の周囲にわたって分散された一次排気流出口632を有する内向きに伸びる水平通路とに接続される。二次排気流出口628は、垂直通路(図示せず)と、内側リング612の外面619の周囲にわたって分散された二次排気流出口629を有する水平通路とに接続される。シールガス流出口624は、隔離リング610の下にガスシールを形成するためにシールガスを供給し、シールガスの一部は、ウエハ空洞150内での半導体基板処理中に二次排気流出口628を通して引き出される。   Inner ring 612 includes a primary exhaust outlet 627 with radially extending slots distributed around the lower portion of inner surface 618 and a secondary exhaust outlet 628 distributed around lower surface 626. The primary exhaust outlet 627 extends inward with a vertical passage 630 extending upward from the primary exhaust outlet 627 and a primary exhaust outlet 632 distributed around the inner surface 618 at a position below the seal gas inlet 616. Connected to a horizontal passage. The secondary exhaust outlet 628 is connected to a vertical passage (not shown) and a horizontal passage having a secondary exhaust outlet 629 distributed around the outer surface 619 of the inner ring 612. The seal gas outlet 624 supplies a seal gas to form a gas seal under the isolation ring 610, and a portion of the seal gas is a secondary exhaust outlet 628 during semiconductor substrate processing in the wafer cavity 150. Drawn through.

図13は、バッキングプレート(ガス分配プレートすなわちGDP:gas distribution plate)606の外側部分のシールガス供給プレナム650から、半径方向外向きに伸びるシールガス通路652へシールガスを供給できるように、内側リング612が、フェースプレート602およびGDP606の外周に嵌まる様子を示す。シールガス通路652は、上側および下側ガスシール654、656の間に配置された環状プレナム658内に開いている。環状プレナム658は、内側リング612の下面626にあるシールガス流出口624を通してシールガスを供給するために、内側リング612の内面618にあるシールガス流入口616と流体連通する。   FIG. 13 shows an inner ring so that seal gas can be supplied from a seal gas supply plenum 650 in the outer portion of a backing plate (gas distribution plate or GDP) 606 to a seal gas passage 652 extending radially outward. A state in which 612 fits on the outer periphery of the face plate 602 and the GDP 606 is shown. Seal gas passage 652 opens into an annular plenum 658 disposed between upper and lower gas seals 654, 656. The annular plenum 658 is in fluid communication with the seal gas inlet 616 on the inner surface 618 of the inner ring 612 to supply seal gas through the seal gas outlet 624 on the lower surface 626 of the inner ring 612.

GDP606は、GDP606の外周において半径方向に伸びる一次排気流出口682に接続された一次排気プレナム680を備える。流出口682は、下側シール656と環状シール686との間の環状排気プレナム684内に開いている。環状排気プレナム684は、内側リング612の内面618において一次排気流出口632と連通する。一次排気流出口632は、ウエハ空洞150から一次ガスを排気することを可能にするために、垂直通路630およびスロット627と接続する。   The GDP 606 includes a primary exhaust plenum 680 connected to a primary exhaust outlet 682 that extends radially on the outer periphery of the GDP 606. Outlet 682 opens into an annular exhaust plenum 684 between lower seal 656 and annular seal 686. An annular exhaust plenum 684 communicates with the primary exhaust outlet 632 on the inner surface 618 of the inner ring 612. Primary exhaust outlet 632 connects with vertical passage 630 and slot 627 to allow the primary gas to be exhausted from wafer cavity 150.

外側リング614は、内側リング612を囲んでおり、内側リング612の外面619と外側リング614の内面615との間にプレナムがある。二次排気流出口628は、二次排気流出口629を通して内側リング612と外側リング614との間のプレナムへ引き出される二次排気を供給する。GDPは、一次排気プレナム680に接続されたスロットルバルブポンピング構成を迂回して、二次排気を引き出すことを可能にするために、上面に少なくとも1つの開口部670を備える。好ましくは、2つの反対側の開口部670が、ガス流の方位角均一性のためにGDPに提供される。   The outer ring 614 surrounds the inner ring 612 with a plenum between the outer surface 619 of the inner ring 612 and the inner surface 615 of the outer ring 614. The secondary exhaust outlet 628 provides secondary exhaust that is drawn through the secondary exhaust outlet 629 to the plenum between the inner ring 612 and the outer ring 614. The GDP includes at least one opening 670 on the top surface to allow the secondary exhaust to be withdrawn, bypassing the throttle valve pumping configuration connected to the primary exhaust plenum 680. Preferably, two opposite openings 670 are provided in GDP for azimuthal uniformity of the gas flow.

図14は、二次排気除去のために、2つの開口部670に接続されたGDP606の上面上の2つのガスシール接続630、632を示す。ガス接続630、632は、排気ポンプと流体連通する単一管638に接続された2つのそれぞれの管部634、636に取り付けられており、それにより、一次排気流出口に接続されたスロットルバルブを迂回する。したがって、ガスシールを形成するシールガスの一部が、一次排気から独立して引き出されうる。   FIG. 14 shows two gas seal connections 630, 632 on the top surface of GDP 606 connected to two openings 670 for secondary exhaust removal. Gas connections 630, 632 are attached to two respective tubes 634, 636 connected to a single tube 638 in fluid communication with the exhaust pump, thereby connecting a throttle valve connected to the primary exhaust outlet. Detour. Thus, a portion of the seal gas that forms the gas seal can be withdrawn independently from the primary exhaust.

さらに、「略」、「比較的」、および、「実質的に」という用語を幾何学的形状と共に用いた場合、幾何学的形状が正確である必要はなく、許容範囲の形状が開示の範囲に含まれることを意図する。幾何学的用語と共に用いられた場合、「略」、「比較的」、および、「実質的に」という用語は、厳密な定義を満たす形状だけでなく、厳密な定義に極めて近い形状をも含むことを意図する。   Further, when the terms “substantially”, “relatively”, and “substantially” are used in conjunction with a geometric shape, the geometric shape need not be accurate and an acceptable shape is within the scope of the disclosure. Is intended to be included in When used with geometric terms, the terms “substantially”, “relatively”, and “substantially” include not only shapes that meet the strict definition, but also shapes that are very close to the strict definition. I intend to.

具体的な実施形態を参照しつつ、等温蒸着チャンバを備えたプラズマ処理装置について詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変更および変形を行ない、等価物を用いることが可能であることは、当業者にとって明らかである。   While the plasma processing apparatus having an isothermal deposition chamber has been described in detail with reference to specific embodiments, various changes and modifications can be made and equivalents can be used without departing from the scope of the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that this is possible.

Claims (20)

ガスシールを有する化学蒸着チャンバであって、
シャワーヘッドモジュールと、フェースプレートの下のウエハ空洞内で半導体基板を支持するよう構成された台座モジュールと、
プロセスガスを前記ウエハ空洞に供給するよう構成された前記フェースプレートのガス流入口と、
反応ガス化学物質および不活性ガスを前記ウエハ空洞から除去するよう構成された一次排気流出口と、
前記ウエハ空洞の外周にある環状段と、前記環状段と前記台座モジュールとの間のギャップ内にガスシールを形成するために不活性シールガスを供給するよう構成された不活性ガス供給部と、
前記一次排気流出口の半径方向外側に配置され、前記ギャップを半径方向内向きに流れる前記不活性ガスの少なくとも一部を除去するよう構成された二次排気流出口と
を備える化学蒸着チャンバ。
A chemical vapor deposition chamber having a gas seal,
A showerhead module and a pedestal module configured to support a semiconductor substrate within a wafer cavity under the faceplate;
A gas inlet of the faceplate configured to supply process gas to the wafer cavity;
A primary exhaust outlet configured to remove reactive gas chemicals and inert gases from the wafer cavity;
An annular stage at the outer periphery of the wafer cavity; and an inert gas supply configured to supply an inert seal gas to form a gas seal in the gap between the annular stage and the pedestal module;
A chemical vapor deposition chamber comprising a secondary exhaust outlet disposed radially outward of the primary exhaust outlet and configured to remove at least a portion of the inert gas flowing radially inward through the gap.
請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記ガス流入口は、前記フェースプレートの内側部分に配置され、前記一次排気流出口は、前記フェースプレートの外側部分に配置される化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, wherein the gas inlet is disposed in an inner portion of the face plate and the primary exhaust outlet is disposed in an outer portion of the face plate. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記一次排気流出口および前記二次排気流出口は、前記環状段の下面に配置される化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber according to claim 1, wherein the primary exhaust outlet and the secondary exhaust outlet are disposed on a lower surface of the annular stage. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、さらに、前記フェースプレートを囲む隔離リングを備え、前記環状段は、前記隔離リングの下側部分を含む化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, further comprising an isolation ring surrounding the face plate, wherein the annular stage includes a lower portion of the isolation ring. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記一次排気流出口は、真空圧の供給源に接続された圧力制御スロットルバルブと流体連通する化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, wherein the primary exhaust outlet is in fluid communication with a pressure controlled throttle valve connected to a vacuum pressure source. 請求項5に記載の化学蒸着チャンバであって、前記二次排気流出口は、一定の真空圧の供給源と流体連通する化学蒸着チャンバ。   6. The chemical vapor deposition chamber of claim 5, wherein the secondary exhaust outlet is in fluid communication with a constant vacuum pressure source. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記ギャップは、前記ウエハ空洞の外縁から前記環状段の外縁までの約5.0mm〜25.0mmの幅を有する化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, wherein the gap has a width of about 5.0 mm to 25.0 mm from an outer edge of the wafer cavity to an outer edge of the annular step. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記一次排気流出口は、前記フェースプレートを囲む隔離リング内にあり、前記隔離リングは、前記隔離リングと前記シャワーヘッドモジュールのバッキングプレートの外周との間の環状プレナムと連通する一次排気通路を備える化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, wherein the primary exhaust outlet is in an isolation ring that surrounds the face plate, the isolation ring including an outer periphery of the isolation ring and a backing plate of the showerhead module. A chemical vapor deposition chamber comprising a primary exhaust passage in communication with an annular plenum therebetween. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記二次排気流出口は、前記フェースプレートを囲む隔離リング内にあり、前記隔離リングは、内側リングおよび外側リングを備え、二次排気通路が、前記内側リングの外面と前記外側リングの内面との間の環状プレナムと連通する化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, wherein the secondary exhaust outlet is in an isolation ring surrounding the face plate, the isolation ring comprising an inner ring and an outer ring, and a secondary exhaust passage is provided. A chemical vapor deposition chamber in communication with an annular plenum between an outer surface of the inner ring and an inner surface of the outer ring. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記不活性ガス供給部は、前記シャワーヘッドモジュールのバッキングプレート内の環状プレナムを備え、前記バッキングプレートは、前記環状プレナムから半径方向外向きに伸びて前記バッキングプレートの外周上のシールガス流出口と流体連通するシールガス通路を備える化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, wherein the inert gas supply comprises an annular plenum in a backing plate of the showerhead module, the backing plate extending radially outward from the annular plenum. A chemical vapor deposition chamber comprising a seal gas passage in fluid communication with a seal gas outlet on an outer periphery of the backing plate. 請求項1に記載の化学蒸着チャンバであって、前記台座モジュールは、前記ウエハ空洞内に前記半導体基板を配置するために垂直上方に移動可能であり、基板台座に前記半導体基板をロードおよびアンロードするための位置へ下方に移動可能である化学蒸着チャンバ。   The chemical vapor deposition chamber of claim 1, wherein the pedestal module is vertically movable to position the semiconductor substrate within the wafer cavity and loads and unloads the semiconductor substrate onto a substrate pedestal. A chemical vapor deposition chamber that is movable downward to a position for performing. 請求項11に記載の化学蒸着チャンバであって、少なくとも1つの排気通路が、前記台座モジュール内に配置されており、前記少なくとも1つの排気通路は、前記ウエハ空洞の半径方向外側に配置され、前記ギャップに供給された前記不活性ガスの少なくとも一部を除去するよう構成されている化学蒸着チャンバ。   12. The chemical vapor deposition chamber of claim 11, wherein at least one exhaust passage is disposed in the pedestal module, the at least one exhaust passage is disposed radially outward of the wafer cavity, A chemical vapor deposition chamber configured to remove at least a portion of the inert gas supplied to the gap. 請求項12に記載の化学蒸着チャンバであって、前記少なくとも1つの排気通路は、環状流路を備える化学蒸着チャンバ。   13. The chemical vapor deposition chamber of claim 12, wherein the at least one exhaust passage comprises an annular flow path. 請求項4に記載の化学蒸着チャンバであって、
(a)前記隔離リングは、前記隔離リングの内面に不活性ガス供給口を備え、不活性ガス供給通路が、不活性ガス供給口から半径方向外向きに伸び、前記不活性ガス供給通路は、前記環状段の前記下面まで垂直下向きに伸び、
(b)前記一次排気流出口は、前記隔離リングの前記内面の下側部分に配置され、一次排気通路が、前記一次排気流出口から上向きに伸び、前記一次排気通路は、前記内面において前記不活性ガス供給口の下の位置にある開口部まで水平に伸び、
(c)前記二次排気流出口は、前記隔離リングの下面に配置され、二次排気通路が、前記二次排気流出口から前記隔離リングの外面の開口部まで伸びる化学蒸着チャンバ。
A chemical vapor deposition chamber according to claim 4,
(A) The isolation ring includes an inert gas supply port on an inner surface of the isolation ring, the inert gas supply passage extends radially outward from the inert gas supply port, and the inert gas supply passage is Extends vertically downward to the lower surface of the annular step,
(B) The primary exhaust outlet is disposed at a lower portion of the inner surface of the isolation ring, a primary exhaust passage extends upward from the primary exhaust outlet, and the primary exhaust passage is not formed on the inner surface. It extends horizontally to the opening under the active gas supply port,
(C) The chemical vapor deposition chamber in which the secondary exhaust outlet is disposed on a lower surface of the isolation ring, and a secondary exhaust passage extends from the secondary exhaust outlet to an opening on the outer surface of the isolation ring.
化学蒸着チャンバのウエハ空洞から漏れないように反応ガス化学物質を閉じ込めるための方法であって、
(a)台座モジュール上に半導体基板を支持する工程と、
(b)シャワーヘッドモジュールのフェースプレートのガス流入口を通してプロセスガスを流す工程と、
(c)一次排気流出口を介して前記ウエハ空洞からガスを引き出す工程と、
(d)前記シャワーヘッドモジュールの段下面にあるシールガス流出口を通して不活性ガスを流すことによって、前記段と前記台座モジュールとの間のギャップにガスシールを維持する工程と、
(e)二次排気流出口を介して、前記ギャップを半径方向内向きに流れる前記不活性ガスの少なくとも一部を引き出す工程と
を備える方法。
A method for confining reactive gas chemicals to prevent leakage from a wafer cavity of a chemical vapor deposition chamber, comprising:
(A) supporting the semiconductor substrate on the pedestal module;
(B) flowing a process gas through the gas inlet of the face plate of the showerhead module;
(C) extracting gas from the wafer cavity via a primary exhaust outlet;
(D) maintaining a gas seal in the gap between the stage and the pedestal module by flowing an inert gas through a seal gas outlet on the underside of the showerhead module;
(E) drawing at least a portion of the inert gas flowing radially inward through the gap through a secondary exhaust outlet.
請求項15に記載の方法であって、前記一次排気流出口は、圧力制御スロットルバルブと流体連通し、前記二次排気流出口は、前記圧力制御スロットルバルブの下流の真空源と流体連通する方法。   16. The method of claim 15, wherein the primary exhaust outlet is in fluid communication with a pressure controlled throttle valve and the secondary exhaust outlet is in fluid communication with a vacuum source downstream of the pressure controlled throttle valve. . 請求項16に記載の方法であって、前記不活性ガスは、一定の流量で前記ギャップに供給される方法。   17. The method according to claim 16, wherein the inert gas is supplied to the gap at a constant flow rate. 請求項15に記載の方法であって、
約100より大きいペクレ数で、前記不活性シールガスを前記ギャップ内に流す工程を備える方法。
16. A method according to claim 15, comprising
Flowing the inert seal gas through the gap with a Peclet number greater than about 100.
請求項15に記載の方法であって、
化学蒸着、プラズマ強化化学蒸着、原子層蒸着、プラズマ強化原子層蒸着、パルス層蒸着、および/または、プラズマ強化パルス蒸着を含む処理の内の少なくとも1つを用いて、前記半導体基板上に層を蒸着する工程を備える方法。
16. A method according to claim 15, comprising
Using at least one of processes including chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, atomic layer deposition, plasma enhanced atomic layer deposition, pulse layer deposition, and / or plasma enhanced pulse deposition, a layer is formed on the semiconductor substrate. A method comprising the step of depositing.
請求項15に記載の方法であって、
約100cc/分から約5.0slm(標準リットル毎分)で、前記不活性シールガスを前記ギャップに供給する工程を備える方法。
16. A method according to claim 15, comprising
Supplying the inert seal gas to the gap at about 100 cc / min to about 5.0 slm (standard liters per minute).
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