JP2019203191A - 基材処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産量の増加をもたらす改善された基材処理装置および方法の提供。【解決手段】反応チャンバーと、前記反応チャンバー内に少なくとも一つの基材を保持するように構築および配置される基材ホルダーとを有し、第一および第二のインジェクターは、プロセスガスを供給管から反応チャンバーの内部へ供給し、ガス制御システムは、供給管から第一のインジェクターへのプロセスガスの流れを供給し、供給管から第二のインジェクターへの同じプロセスガスの流れを制限する基材処理装置。【選択図】図１

Description

本発明は基材処理装置および方法に関する。特に、本発明は、反応チャンバーと、前記反応チャンバー内に少なくとも一つの基材を保持するように構築および配置される基材ホルダーとを有する基材処理装置に関する。ガスインジェクターシステムは、ガス制御システムの制御下で供給管から反応チャンバーの内部にプロセスガスを供給することができる。

基材、例えば半導体ウェーハを処理するための基材処理装置は、反応チャンバーとして機能するベルジャー形のプロセスチューブの周りに配置された加熱手段を備えることができる。プロセスチューブの上端は、例えばドーム形構造によって閉じられていてもよいが、プロセスチューブの下端面は開いていてもよい。下端部はフランジによって部分的に閉じられてもよい。チューブとフランジとによって囲まれる反応チャンバーの内部は、処理されるウェーハが処理され得る反応チャンバーを形成する。フランジは、ウェーハを搬送するウェーハボートを内部に挿入するための入口開口部を備えることができる。ウェーハボートは、垂直方向に移動可能に配置され、フランジの入口開口部を閉鎖するように構成されるドア上に配置されることができる。

装置は、反応チャンバーの内部と流体連通するガスインジェクターシステムを更に備えることができる。インジェクターシステムは、インジェクター内に少なくとも一つの開口部を有するインジェクターを備えることができる。インジェクターを通して、プロセスガスを少なくとも一つの開口部を経由して内部に流して基材と反応させることができる。

内部と流体連通するガス排気口を設けることができる。ガス排気口を、反応チャンバーの内部からガスを排気するための真空ポンプに接続することができる。この構成は、インジェクターから反応チャンバーを通ってガス排気口へガスを流すことができる。ガスの流れを、基材上での堆積反応のための反応（プロセス）ガスとすることができる。この反応ガスはまた、反応チャンバーの内部の基材以外の他の表面にも堆積する可能性がある。

インジェクターシステムのインジェクター内での堆積は、インジェクターまたはインジェクター内の少なくとも一つの開口部の目詰まりを引き起こす可能性があり、これはインジェクターシステムの動作にとって有害となる可能性がある。インジェクター内への更なる堆積は、反応チャンバーの加熱および／または冷却中にフレークを落下させる可能性があり、それにより基材を汚染させる可能性がある。装置のメンテナンス中にインジェクターを新しいきれいなインジェクターと交換することによって、これらの問題を軽減することができる。インジェクターを新しいきれいなインジェクターと交換するためには、反応チャンバーを開かなければならず、これは煩雑な手順であり、装置の停止時間および製造の中断を招く。

したがって、生産量の増加をもたらす改善された基材処理装置および方法が必要とされる可能性がある。

したがって、反応チャンバーと、前記反応チャンバー内に少なくとも一つの基材を保持するように構築および配置される基材ホルダーとを備える基材処理装置を提供することができる。装置は、反応チャンバーの内部にプロセスガスを供給するように構築および配置されるガスインジェクターシステムを備えることができる。ガスインジェクターシステムは、供給管からのプロセスガスの流れを制御するように構築および配置されるガス制御システムを備えることができる。ガスインジェクターシステムは、同じプロセスガスを反応チャンバーに供給するための第一および第二のインジェクターを備えることができる。ガス制御システムを、供給管から第一および第二のインジェクターのうちの一つにプロセスガスの流れを供給し、第一および第二のインジェクターのうちのもう一つに同じプロセスガスの流れを制限するように構築および／またはプログラムすることができる。

第一および第二のインジェクターのうちの一つを最初はきれいに保つために、第一および第二のインジェクターのうちの前記一つを使用し、第一および第二のインジェクターのうちのもう一つを通るプロセスガスの流れを制限することによって、生産期間を延ばすことができる。前記一つのインジェクター内での堆積はインジェクターを劣化させる可能性があり、それを軽減するためにきれいなもう一つのインジェクターをしばらくしてから使用することができる。次に、前記一つの第一のインジェクターを通るプロセスガスの流れを制限し、堆積のためにもう一つのインジェクターを使用することができる。

第一と第二のインジェクターとの間でプロセスガスを切り替えることは、堆積が一つのインジェクター内のみで堆積する状況と比較して、第一および第二のインジェクター内に堆積が蓄積するのにより長い時間がかかるので、より長い生産サイクルをもたらすことができる。第一のインジェクターが劣化した場合に、および／またはちょうど周期的に、プロセスガスの流れを第一のインジェクターから第二のインジェクターに切り替えるように、ガス制御システムを構築および／またはプログラムすることができる。第一と第二のインジェクターとの間の切り替えを、交互に一回または複数回行ってもよい。

第一および第二のインジェクターの両方が劣化した場合にのみ、第一および第二のインジェクターの交換が必要な場合があり、反応チャンバーが開かれることがある。二つのインジェクターを使用することで、生産期間を延長することができ、生産性の向上につながる。更に生産性を高めるために、インジェクターシステム内のインジェクターの数を三個、四個、または更には五個に増やすことができることが理解されなければならない。

一実施形態では、
反応チャンバー内の基材ホルダー上に基材を供給することと、
プロセスガスの流れを第一のガスインジェクターを用いて供給管から反応チャンバーの内部に供給することと、
供給管から第二のインジェクターへの同じプロセスガスの反応チャンバー内部への流れを制限すること、を含む基材処理方法が提供される。

基材処理方法は、基材処理装置に関して上記の利点を有する。利点は、生産期間が長くなり、停止時間が短くなることである。

本発明の様々な実施形態を、互いに別々に適用してもよく、または組み合わせてもよい。本発明の実施形態は、図面に示されるいくつかの例を参照して、詳細な説明において更に明らかにされるであろう。

当然のことながら、図内の要素は、単純かつ明瞭にするために例示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、図内の要素のうちいくつかの寸法は、本開示の例示された実施形態の理解の向上を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。

一実施形態による基材処理装置の断面図である。 一実施形態による基材処理装置の他の図である。 図１または図２ａの反応チャンバーの内部にプロセスガスを供給するように構築および配置されるガスインジェクターシステムの図である。 図１または図２ａによる装置の反応チャンバー内に位置する実施形態によるインジェクターの底面斜視図である。 図１、２ａ、２ｂまたは３で使用するためのインジェクターである。

本出願において、類似のまたは対応する形体は、類似のまたは対応する参照符号によって示される。様々な実施形態の説明は、図に示される例に限定されず、発明を実施するための形態および特許請求の範囲で使用される参照番号は、図に示される例に関連して記述されるものを限定することを意図していない。

図１は、一実施形態による基材処理装置の断面図を示す。装置は、反応チャンバーと、前記反応チャンバー内に少なくとも一つの基材を保持するように構築および配置される基材ホルダーと、を備えることができる。

反応チャンバーは、例えば、内部を画定する低圧プロセスチューブ１２と、内部を加熱するように構成されるヒーターＨとすることができる。ライナー２は、内部に延在してもよく、ライナーは、下端部のライナー開口部と、上端部のドーム形状上部封止部２ｄとにより画定される、実質的に円筒形の壁を備える。ライナーは、ライナー開口部の上方のガスのために実質的に閉じられていてもよく、チューブ１２の内部の一部である内部空間Ｉを画定している。

低圧プロセスチューブ１２の開口部を少なくとも部分的に閉じるためにフランジ３を設けることができる。垂直方向に移動可能に配置されるドア１４は、フランジ３の中央の入口開口Ｏを閉鎖するように構成され、基材Ｗを保持するように構成されるウェーハボートＢを支持するように構成されることができる。フランジ３は、プロセスチューブ１２の開口端を部分的に閉じていてもよい。ドア１４に台座Ｒを設けることができる。台座Ｒを回転させて内部空間のウェーハボートＢを回転させることができる。

図１に示す例では、フランジ３は、プロセスガスＦを内部空間Ｉに供給するためのプロセスガス入口１６と、ガスを内部空間から除去するためのガス排気ダクト７とを備える。プロセスガス入口１６には、ライナー２の実質的に円筒形の壁に沿って内部空間Ｉ内に垂直に上端部に向かって延在するように構築および配置され、内部空間Ｉにガスを注入するためのインジェクター開口部１８を備えるインジェクター１７を設けることができる。内部空間からガスを除去するためのガス排気ダクト７に接続するガス排気開口部８を、インジェクター開口部１８の下に構築し、配置することができる。このように、ガス用のライナー開口部の上方でライナー２を閉じ、インジェクター１７を用いて内部空間Ｉの上端部のインジェクター開口部１８を通して内部空間にガスを供給し、および、内部空間の下端部のガス排気開口部８により内部空間からガスを除去することにより、ライナー２の内部空間に下降流Ｆを形成することができる。この下降流Ｆは、反応副生成物、インジェクター１７からの粒子、基材Ｗ、ボートＢ、ライナー２および／または支持フランジ３の汚染を、処理された基材Ｗから離れて排気開口部８に向かって下方に搬送することがある。

ライナー２の開口端の下方に、内部空間Ｉからガスを除去するためのガス排気開口部８を設けてもよい。これは、プロセスチャンバーの汚染源が、ライナー２とフランジ３との間の接触によって形成され得るので、有益であることができる。より具体的には、開放端でのライナーの下端面がフランジと接触する位置に汚染源が存在し得る。ライナー２は炭化ケイ素から作られ、フランジは金属から作られることができ、ライナーとフランジは熱膨張中に互いに対して動くことができる。ライナーの下端面とフランジの上面との間の摩擦は、汚染物質、例えばライナーおよび／またはフランジから剥離する微細粒子をもたらす可能性がある。粒子はプロセスチャンバー内に移動する可能性があり、プロセスチャンバーおよび処理される基材を汚染する可能性がある。

ガス用のライナー開口部の上方でライナーを閉じ、内部空間の上端部でガスインジェクターを用いて内部空間にプロセスガスを供給し、内部空間の下端部でガス排気によって内部空間からガスを除去することにより、内部空間に下降流を形成することができる。この下降流は、ライナー−フランジ界面からの粒子を、処理された基材から離れる方向で下方に、排気口へ輸送することができる。

ガス排気開口部８は、ライナー２とチューブ１２との間の周方向空間からガスを除去するために、ライナー２とチューブ１２との間のフランジ３内に構築され配置されてもよい。このようにして、周方向空間と内部空間Ｉの圧力を等しくすることができ、低圧垂直炉内ではチューブ１２を囲む周囲の大気圧より低くすることができる。縦型炉は、低圧縦型炉のチューブの内部（ライナーの内部空間を含む）からガスを除去するための圧力制御システムを備えることができる。

このように、ライナー２は、大気圧を補償する必要がないので、かなり薄くて比較的弱い材料で作ることができる。これにより、ライナー２の材料を選択する際の自由度が大きくなる。ライナー２の材料の熱膨張は、それが内部空間内で基材上に堆積される材料と同程度になるように選択されることができる。後者は、ライナーの膨張とライナー上にも堆積される材料とが同じであることができるという利点を有する。後者は、ライナー２の温度変化の結果として堆積した材料（フレーク）が脱落するリスクを最小にする。

チューブ１２は、チューブの内側の低圧に対して大気圧を補償しなければならない場合があるので、かなり厚く、比較的強い圧縮強度の材料で作ることができる。例えば、低圧プロセスチューブ１２は５〜８、好ましくは約６ｍｍの厚さの石英で作ることができる。石英は、０．５９×１０−６Ｋ^−１の非常に低い熱膨張係数（ＣＴＥ）（表１参照）を有し、それにより装置内の熱変動に容易に対応することができる。堆積する材料のＣＴＥはより高い場合がある（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４のＣＴＥは３×１０^−６Ｋ^−１であり、ＳｉのＣＴＥは２．３×１０^−６Ｋ^−１である）が、その差は比較的小さい可能性がある。石英製のチューブにフィルムを堆積させると、チューブが多数の大きな熱サイクルを受けても付着する可能性があるが、汚染のリスクが高まる可能性がある。

ライナー２は、チューブ１２の内側へのいかなる堆積を回避することができ、したがって、チューブ１２への堆積が脱落するリスクを軽減することができる。したがって、チューブは石英から作られてもよく、ライナー２は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から作られてもよい。ＳｉＣのＣＴＥは４×１０^−６Ｋ^−１であり、ＣＴＥが堆積膜と一致する可能性があり、その結果、ライナーからの堆積膜の除去が必要となる前に累積厚さがより大きくなる可能性がある。

ＣＴＥの不一致は、堆積膜のクラックおよび剥がれ落ち、ならびに対応して高い粒子数をもたらし、これは望ましくなく、ＳＩＣライナー２を使用することによって軽減され得る。同じ機構がインジェクター１７について作用し得る。しかし、インジェクター１７の場合、異なる熱膨張を有するあまりに多くの材料が堆積すると、インジェクターが破損し得る可能性がある。したがって、炭化ケイ素またはケイ素からインジェクター１７を製造することが有利であり得る。

材料がライナー２に、およびまたはインジェクター１７に好適であるか否かは、堆積される材料に依存し得る。したがって、ライナー２および／またはインジェクター１７のように、堆積材料に対して実質的に同一の熱膨張を有する材料を使用することができることが有利である。したがって、ライナー２および／またはインジェクター１７に石英よりも比較的高い熱膨張を有する材料を使用できることが有利であることができる。例えば、炭化ケイ素のＳＩＣを使用することができる。炭化ケイ素ライナーは、大気圧を補償する必要がないため、４〜６、好ましくは５ｍｍの厚さとすることができる。圧力補償はチューブで行うことができる。

約４×１０^−６Ｋ^−１〜６×１０^−６Ｋ^−１のＣＴＥを有する金属および金属化合物材料、例えばＴａＮ、ＨｆＯ_２、およびＴａＯ_５を堆積させるシステムでは、例えば炭化ケイ素を含むライナーおよびインジェクター材料は、好ましくは約４×１０^−６Ｋ^−１〜９×１０^−６Ｋ^−１のＣＴＥを有し得る。

更に高いＣＴＥを有する材料の堆積のために、例えば表２に示されるライナー材料および／またはインジェクター材料を選択することができる。

アセンブリには、ライナー２ｂの外面とプロセスチューブ１２との間の周方向空間ＳにパージガスＰを供給するためにフランジ３上に取り付けられたパージガス入口１９を設けることができる。パージガス入口は、フランジ３からライナーの上端部に向かってライナー２の円筒状壁の外面に沿って垂直に延在するパージガスノズル２０を備えることができる。周方向空間ＳへのパージガスＰは、ガス排気口８内に流れを作り、排気チューブ７から周方向空間Ｓへの反応ガスの拡散を妨げることができる。

フランジ３は上面を有してもよい。ライナー２は、ライナー壁２ａの外側円筒面に接続され得る支持部材４によって支持されることができる、それぞれ下向きの支持面を有する。ライナーはまた、フランジ３の上面においてライナーの下面２ｃで直接支持されてもよい。

支持部材４の支持面は、ライナー２の内側円筒面２ｂから径方向外側に配置されてもよい。この例では、支持部材４の支持面はまた、それらが取り付けられているライナー２の外側円筒面２ａから径方向外側に配置されてもよい。支持部材４の下方に向く支持面は、フランジ３の上面と接触してライナー２を支持することができる。

封止部の支持フランジ３は、ライナー２の内部空間およびライナー２と低圧チューブ１２との間の環状空間からガスを除去するためのガス排気開口部８を備えることができる。ガス排気開口部の少なくともいくつかを、ライナー２の径方向外側のフランジ３の上面に設けることができる。ガス排出開口部の少なくともいくつかを、ライナー開口部の近くに設けてもよい。ガス排気開口部８は、内部空間およびプロセスチューブ１２とライナー２との間の周方向空間からガスを引き出すために、排気ダクト７を介してポンプと流体連通することができる。支持部材４と支持フランジ３の上面部分との間の摩擦によって作り出され得るいかなる粒子も、ガス排気開口部８を通ってガスと共に排出されることができる。いずれの場合でも、放出された粒子は基材Ｗの周りのプロセスチャンバーに入ることができない。

図２ａは、一実施形態による基材処理装置で使用するためのアセンブリの図を示す。図２ａは、ライナー２と、フランジ３上に配置されたインジェクター１７ａおよび１７ｂとを含むアセンブリ３１を示す。インジェクター１７ａおよび１７ｂはそれぞれ、ガスインジェクターシステムに接続してプロセスガスを反応チャンバーの内部に供給するためのガス入口３３ａおよび３３ｂをそれぞれ有する。ライナー２はライナーが上端２ｂで開放され、上端で閉鎖されている図１のライナー２とは異なることを意味する開放ライナーである。反応チャンバー内で処理される基材を支持するために、基材を保持するためのボートＢがライナー２内に配置されてもよい。

パージガス入口１９から反応チャンバー内の不活性ガス、例えば窒素ガスをパージするためにパージガスノズル２０を設けてもよい。パージノズル２０は、パージガスが反応チャンバーの内部を通って下方に流れ、フランジ内の排気口７を通って出ることができるように、上端部３４に開口部を有する。パージガス用のパージノズル２０は、上端に開放端を有し、かつその側壁にガス放出孔がないチューブであることが好ましく、それにより全てのパージガスが反応チャンバーの上端で排出されることができる。パージインジェクターを省略して、パージガスをインジェクター１７ａ、１７ｂの一方に供給してもよい。

別の実施形態では、排気口７は反応チャンバーの上端にあってもよく、パージガスは反応チャンバーの底部で排出されることができる。

図２ｂは、図１、図２ａの反応チャンバーの内部にプロセスガスを供給するように構築および配置されるガスインジェクターシステム３５の図を例示する。ガスインジェクターシステムは、第一および第二のインジェクター１７ａ、１７ｂと、供給管３７から第一および第二のインジェクター１７ａ、１７ｂへ、それぞれ同じプロセスガス用の第一および第二のガス入口３３ａ、３３ｂを経由して、プロセスガスの流れを制御するように構築および配置されるガス制御システム３６と、を備える。

ガス制御システム３６は、供給管から第一および第二のインジェクターのうちの一つ（例えば、第一のインジェクター１７ａ）にプロセスガスの流れを供給し、第一および第二のインジェクターのうちのもう一つ（例えば、第二のインジェクター１７ｂ）への同じプロセスガスの流れを制限するように構築および配置されることができる。この例では、ガス制御システム３６は、供給管３７から第一のガス入口３３ａへのプロセスガスの流れを供給し、第二のガス入口３３ｂへの同じプロセスガスの流れを制限するように構築および配置されるプロセスガスバルブ３９を備えることができる。

第二のインジェクター１７ｂには、パージガス源４１からパージガスバルブ４３および第二のガス入口３３ｂを経由して連続的にパージガス流が供給され、使用されていない間はプロセスガスが第二のインジェクター１７ｂの内部に流入せずインジェクターに堆積しないことを保証する。プロセスガスバルブ３９およびパージガスバルブ４３を、バルブ３９、４３を制御してプロセスガスの流れを供給管から第一および第二のインジェクター１７ａ、１７ｂのうちの一つに供給し、第一および第二のインジェクター１７ａ、１７ｂのうちのもう一つへの同じプロセスガスの流れを制限するようにプログラムされることができるコントローラ４５により、制御することができる。

例えば所定時間経過後に、またはプロセスガスの流量がある閾値未満になる場合に、コントローラ４５の制御下でプロセスガスバルブ３９とパージガスバルブ４３の両方を切り替えることによって、プロセスガスの流れを第一のインジェクター１７ａから第二のインジェクター１７ｂに切り替えることができる。制御システム４５には、所定時間経過後に切り替えるためのタイマーを設けてもよい。そして、プロセスガスの流れを供給管３７から第二のガス入口３３ｂに向け、プロセスガスバルブ３９を用いて第一のガス入口３３ａへの同じプロセスガスの流れを制限する。必要に応じて、第一のインジェクター１７ａに、パージガス源４１からパージガスバルブ４３および第一のガス入口３３ａを経由して連続的にパージガス流を供給することができる。

プロセスガスの流れを、第一のインジェクターから第二のインジェクターへ交互に複数回切り替えることができる。生産期間を更に延長するために、インジェクターシステム内のインジェクターの数を三個、四個、または更には五個に増やすことができる。

ガス制御システムは、プロセスガスの流量を測定するためのガス流量測定装置を備えることができ、ガス制御システムは、プロセスガスの流量がある閾値未満になる場合、プロセスガスの流量を第一のインジェクターから第二のインジェクターに切り替えるように構築および／またはプログラムされることができる。インジェクターからのフレークの粒子数が粒子数閾値を超えている場合、プロセスガスの流れは、第一のインジェクターから第二のインジェクターに切り替えられ得る。

反応チャンバー内の基材Ｗ上の堆積の均一性が悪化している場合、または、例えば基材Ｗの表面上で数えられる粒子の数が減少している場合、プロセスガスの流れは第一のインジェクターから第二のインジェクターに切り替えられ得る。基材上の粒子の均一性または数を測定するために、装置の外部または任意の内部の測定システムに基材を提供してもよい。

第一および第二のインジェクターを、両方が目詰まりした場合は新しい第一および第二のインジェクターに交換することができる。例えば、第一および第二のインジェクターを通るプロセスガスの流量が第二の閾値未満になる場合。

図３は、図１または図２ａによる装置の反応チャンバー１２内に配置する実施形態によるインジェクターの底面斜視図を示す。二つのインジェクター分岐２２、２３を有する一つの第一のインジェクター１７だけが示されている。別の第二のインジェクターをライナー２内に配置することができる。

インジェクター２はまた、三つまたは四つの分岐を有することができる。インジェクターのうちの一つまたは複数は、多穴ガスインジェクターであってもよい。有利には、多穴ガスインジェクターを使用すると、反応チャンバー１２内へのガス分配の均一性を向上させることができ、それにより堆積結果の均一性が向上する。

インジェクター１７に開口部２６のパターンを設けてもよく、このパターンは実質的にウェーハ装填上に延在する。本発明によれば、開口部の総断面積は比較的大きく、例えば１００〜６００、好ましくは２００〜４００ｍｍ^２である。原料ガスの伝導に利用可能なインジェクター１７の内側断面は、１００〜６００、好ましくは２００〜５００ｍｍ^２またはそれより大きくてもよい。インジェクター１７の内側断面はらせん形状であってもよい。

開口径は、１〜１５ｍｍ、好ましくは３〜１２ｍｍ、より好ましくは４〜１０ｍｍとすることができる。開口部の面積は、１〜２００ｍｍ^２、好ましくは７〜１００ｍｍ^２、より好ましくは１３〜８０ｍｍ^２とすることができる。より大きい開口部は、開口部内の堆積層により開口部が目詰まりするのにより長い時間がかかるという利点を有することができる。

図３に示す例では、インジェクターは全体として４０個の開口部を備えることができる。３ｍｍの直径では、開口部の総断面は４０×３×３×π／４＝２８２ｍｍ^２とすることができる。インジェクターの各分岐の断面は、約１１×３０＝３３０ｍｍ^２である。別のインジェクターは、直径４ｍｍの２０個の開口部を有することができ、総面積は２５１ｍｍ^２である。別のインジェクターは、直径８ｍｍの５個の開口部を有することができ、総面積は２５１ｍｍ^２である。

各インジェクター分岐２２、２３において、開口部を同じ高さで対をなして設けてもよく、二つの開口部は径方向の均一性を改善するために約９０度の角度で二方向にガスを注入してもよい。

開口部は、垂直方向および水平方向に離間した関係でインジェクター上に配置されてもよい。一つのインジェクター分岐上の開口部のパターンは、分岐のより高い部分の開口部で濃度がより高くなるように垂直に延在し、より高い部分でガス流が減少するのを補償することができる。インジェクター分岐はインジェクターチューブであってもよく、各インジェクターチューブはその供給端部が別々のガス供給導管に接続している。二つ以上の原料ガスを別々に注入するために、インジェクターチューブを別々のガス供給導管を介して別々のガス源に接続することができる。一つのインジェクター分岐上の開口部パターンはボートの一部のみにわたって垂直方向に延在してもよい。インジェクター１７をライナー２内のバルジ２ｅ内に収容してもよい。

アセンブリは、フランジ上に取り付けられ、ライナー２の円筒形壁の内面または外面に沿ってライナーの上端部に向かって延在する温度を測定する温度測定システムを備えることができる。温度測定システムは、ライナーに沿って異なる高さで温度を測定するためにビームの長さに沿って設けられる複数の温度センサーを有するビームを備えることができる。

ライナーの内部表面に沿って構成される場合、内部空間内の温度を測定するための複数の温度センサーを有するビームを収容するために、ライナー２に第二のバルジ２ｆを設けることができる。図示のように、バルジはライナーの内側に温度測定システムを収容するために外側に延びるが、バルジはまた、ライナーの外側に温度測定システムを収容するために内側に延びてもよい。インジェクターおよび温度システムをそれぞれバルジ２ｅおよび２ｆ内に収容することによって、内部空間を実質的に円筒対称形に保つことができ、これは堆積プロセスの均一性に有利である。反応チャンバー１２の下端部にブロードニングフランジ２７を設けることができる。

図４は、図１、図２ａ、または図３の基材処理装置で使用するインジェクター１７を示す。インジェクター１７には、上から下に向かって５５、５７、５９、６１、６３の番号が付けられた五つのインジェクター開口部１８が設けられている。インジェクター１７の上端部近傍の開口部間の距離は、インジェクターの上端部での圧力の減少を補償するために、インジェクター１７の下端部における距離と比較して狭くすることができる。圧力の減少を補償するために、第一の開口部５５と第二の開口部５７との間の距離は、４５〜４９、好ましくは４７ｍｍとすることができ、開口部５７と５９との間では、５０〜５６、好ましくは５３ｍｍとすることができ、開口部５９と６１との間では、５５〜５９、好ましくは５７ｍｍとすることができ、開口部６１と６３の間では、７０〜１００、好ましくは８１ｍｍとすることができる。

開口部の総断面は、インジェクター内の圧力が比較的低い値に保たれるように比較的大きくてもよい。開口部１８の直径は、４〜１５ｍｍとすることができる。例えば、開口部は８ｍｍの直径を有することができる。インジェクターの開口部内に堆積することにより、インジェクター開口部の目詰まりを引き起こす可能性がある。より大きい開口部、例えば４〜１５ｍｍ、好ましくは８ｍｍを有することにより、インジェクター開口部が目詰まりするのにより長い時間がかかり、これはインジェクターの寿命を延ばす。

インジェクター内部のガス伝導チャネルの水平方向の内側断面は、径方向の寸法よりも大きい、実質的に円筒形のライナーの円周に接する方向の寸法を有する長方形の形状を有することができる。インジェクター１７の下部２８は、より小さい断面、したがってより高い圧力を有することができる。通常、これは余分な堆積を引き起こす可能性があるが、この部分では温度がより低い可能性があるので、堆積速度は依然として許容可能であることができる。

ガスインジェクター１７の開口部１８は、開口部の目詰まりを減らすように構成されてもよい。開口部は、内側から外側に向かって凹形状を有することができる。インジェクターの内側の表面上の開口部の表面積がインジェクターの外側の開口部１８の表面積よりも大きい凹形状は、目詰まりを低減することができる。したがって内側の面積が大きいほど、圧力、および堆積がより大きい内側で、より多くの堆積が可能になる。外側では、圧力が低下し、したがって堆積もより遅くなり、より小さな面積は内側のより大きな直径と同じ堆積を集めることができる。

反応速度は典型的には圧力の増加と共に増加するので、インジェクターで圧力を減少させると、インジェクター１７内の反応速度が減少する可能性がある。インジェクター内の圧力が低いことの更なる利点は、インジェクターを通るガス量が低圧で膨張することであり、原料ガスの流れが一定の場合、インジェクター内の原料ガスの滞留時間はそれに対応して短くなる。両方の組み合わせのために、原料ガスの分解を減らすことができ、それによってインジェクター内の堆積も減らすことができる。

インジェクター内に堆積すると、インジェクター内に引張強度が生じ、温度が変化した場合にインジェクターが破損する可能性がある。したがってインジェクター内の堆積量が少ないと、インジェクター１７の寿命が延びる。インジェクターは、プロセスガスで堆積される材料の熱膨張係数を有する材料から作られてもよい。例えば、インジェクターは、窒化ケイ素が堆積される場合には窒化ケイ素から、またはプロセスガスによってシリコンが堆積される場合にはシリコンから作られてもよい。それによりインジェクター内の堆積層の熱膨張は、インジェクターの熱膨張と一致する可能性があり、ガスインジェクターが温度変化中に破損する可能性を低減する。炭化ケイ素は、多くの堆積材料と一致する可能性がある熱膨張を有するので、インジェクター１７に好適な材料となり得る。

インジェクター内部の圧力が低いことの不利点は、インジェクターの伝導が著しく減少することである。これにより、インジェクターの全長にわたる開口部パターン上での原料ガスの流れの分布が不均一となるであろう。原料ガスの大部分は、インジェクターの入口端部近くの穴から流出するであろう。インジェクターの長さ方向に沿ってインジェクター内で原料ガスが容易に流れるように、インジェクターは大きな内側断面を備えることができる。本発明によるインジェクターを反応空間内に収容することができるようにするために、インジェクターの接線方向の大きさは径方向の大きさよりも大きく、反応空間を画定するライナーはインジェクターを収容するために外側に延びるバルジを備えることができる。

好ましい実施形態では、二成分膜の二つの構成元素を供給する二つの原料ガスは、インジェクターに入る前にガス供給システム内で混合される。これはボートの全長にわたって注入ガスの均一な組成を保証するための最も簡単な方法である。しかし、これは必須ではない。あるいは、二つの異なる原料ガスを別々のインジェクターを用いて注入し、注入後に反応空間内で混合することができる。

二つのインジェクター分岐を使用することにより、いくつかの調整可能性が可能になる。実質的に同じ組成のガスが、別々の原料ガス供給によってインジェクターの両方の部分に供給される場合、ボート全体にわたって堆積速度の均一性を微調整するために、異なるインジェクター分岐に供給される流量は、異なるように選択され得る。ボート上の二成分膜の組成を微調整するために、異なる組成のガスをインジェクターの二つのラインに供給することも可能である。しかし、注入ガスの組成が両方のインジェクターラインについて同じである場合に、最良の結果が達成され得る。

特定の実施形態を上述したが、記載した以外の方法で本発明を実施できることが理解されよう。上記の説明は例示的であり、限定的ではないことが意図されている。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、前述のように本発明に修正を加えることができることは当業者には明らかであろう。様々な実施形態を組み合わせて適用してもよく、または互いに独立して適用してもよい。

Claims (20)

1. 基材処理装置であって、
   反応チャンバーと、
   前記反応チャンバー内に少なくとも一つの基材を保持するように構築および配置される基材ホルダーと、
   プロセスガスを前記反応チャンバーの内部に供給するように構築および配置され、供給管からのプロセスガスの流れを制御するように構築および配置されるガス制御システムを備えるガスインジェクターシステムであって、前記ガスインジェクターシステムは、前記同じプロセスガスのための第一および第二のインジェクターを備え、前記ガス制御システムは、前記供給管から前記第一および第二のインジェクターのうちの一つに前記プロセスガスの前記流れを供給し、前記第一および第二のインジェクターのうちのもう一つに前記同じプロセスガスの流れを制限するように、構築、配置、および／またはプログラムされる、ガスインジェクターシステムと、を備える、基材処理装置。
2. 前記ガス制御システムは、前記第一および第二のインジェクターのうちの前記一つからのプロセスガスの前記流れを、前記第一および第二のインジェクターのうちのもう一つに切り替えるように構築、配置、および／またはプログラムされることができる、請求項１に記載の基材処理装置。
3. 前記ガス制御システムは、プロセスガスの前記流れを、前記第一および第二のインジェクターのうちの前記一つから、前記第一および第二のインジェクターのうちのもう一つに切り替えた後、前記供給管から前記第一および第二のインジェクターのうちの前記一つへの前記プロセスガスの前記流れを制限するように構築、配置、および／またはプログラムされる、請求項２に記載の基材処理装置。
4. 前記ガス制御システムは、タイマーを備え、所定の時間経過後に切り替えるように、構築、および／またはプログラムされる、請求項２に記載の基材処理装置。
5. 前記ガス制御システムは、プロセスガスの流量を測定するためのガス流量測定装置を備え、前記ガス制御システムは、前記プロセスガスの前記流量がある閾値未満になる場合、切り替えるように構築および／またはプログラムされる、請求項２に記載の基材処理装置。
6. 前記装置は、前記反応チャンバーの前記壁に沿って、前記反応チャンバーの前記内部に延在するように構築され、および配置されるライナーを備える、請求項１に記載の基材処理装置。
7. 前記ライナーは、下端部のライナー開口部と、上端部の上部封止部とにより画定される実質的に円筒形の壁を備え、前記ライナーはガスのためにライナー開口部の上方で実質的に閉じられている、請求項６に記載の基材処理装置。
8. 前記第一および第二のインジェクターは、前記ライナーの前記実質的に円筒形の壁に沿って前記上端部に向かって構築され、および配置される、請求項７に記載の基材処理装置。
9. 前記第一および第二のインジェクターは、細長く、および開口部のパターンが設けられている、請求項１に記載の基材処理装置。
10. 前記インジェクター内部のガス伝導チャネルの内側断面積は、１００〜１５００ｍｍ^２である、請求項９に記載の基材処理装置。
11. 前記インジェクター内部の前記ガス伝導チャネルの内側断面は、径方向の寸法よりも大きい、前記実質的に円筒形の反応チャンバーの前記円周に接する方向の寸法を有する形状を有する、請求項１０に記載の基材処理装置。
12. 少なくとも一つの開口部の面積は、１〜２００ｍｍ^２である、請求項９に記載の基材処理装置。
13. 前記インジェクターの下端部から上端部に向かうにつれて、前記開口部間の距離は減少する、請求項９に記載の基材処理装置。
14. 前記開口部は、ガスが少なくとも二つの異なる方向に注入されるように構成される、請求項９に記載の基材処理装置。
15. 基材処理方法であって、
    反応チャンバー内の基材ホルダー上に基材を供給することと、
    プロセスガスの流れを第一のガスインジェクターを用いて供給管から前記反応チャンバーの内部に供給することと、
    前記供給管から第二のインジェクターへの前記同じプロセスガスの前記反応チャンバー内部への流れを制限すること、を含む、方法。
16. 前記方法は、前記プロセスガスの前記流れを、前記第一のインジェクターから前記第二のインジェクターに切り替えることを含む、請求項１５に記載の基材処理方法。
17. 前記方法は、プロセスガスの前記流れを前記第一のインジェクターから前記第二のインジェクターに切り替えた後に、前記供給管から前記第一のインジェクターへの前記プロセスガスの前記流れを制限することを含む、請求項１６に記載の基材処理方法。
18. 前記方法は、所定時間経過後に、プロセスガスの前記流れを、前記第一のインジェクターから前記第二のインジェクターに切り替えることを含む、請求項１６に記載の基材処理方法。
19. 前記方法は、プロセスガスの前記流量がある閾値未満になる、粒子が検出される、またはウェーハ上の堆積物均一性が良くない場合、プロセスガスの前記流れを前記第一のインジェクターから前記第二のインジェクターに切り替えることを含む、請求項１６に記載の基材処理方法。
20. 前記方法は、前記第一および第二のインジェクターを新しい第一および第二のインジェクターに置き替えることを含む、請求項１７に記載の基材処理方法。

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