JP2021521648A - 加熱されるセラミック面板 - Google Patents
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Abstract
処理チャンバ内のガスを分配するための装置が開示される。装置は、本体を含み、本体は、結合部により囲まれた分配部から形成される。ヒータが、本体を高温に加熱するために、分配部の内部に配置されている。ブリッジが、結合部と分配部との間に延在している。ブリッジは、分配部と結合部との間の熱伝導を制限する。【選択図】図1
Description
本開示は、概して、処理チャンバ内でガスを分配するための装置に関し、特に、加熱されるセラミック面板に関する。
集積回路の製造では、化学気相堆積(CVD:chemical vapor deposition)又は原子層堆積(ALD:atomic layer deposition)といった堆積プロセスが、半導体基板に様々な材料の膜を堆積させるために利用される。他の作業では、エッチングといった層変質プロセスが、更なる堆積のために層の一部を暴露するために利用される。これらのプロセスは、半導体素子といった電子デバイスの様々な層を作製するために繰り返し利用されることが多い。
改良されたデバイスに対する必要性は高まり続けるにつれ、このようなデバイスを製造する際に利用される方法に対する必要性も高まり続けている。前駆体ガスといった、新しいプロセスで利用される化学作用では、このようなプロセスを実施するために、温度制御といった増大したプロセス制御が絶えず必要とされている。従って、当該技術分野では、デバイスの製造及び処理のための増大した温度制御を提供可能な処理チャンバ構成要素に対する必要性が存在する。
一実施形態において、面板は、ヒータ層及び電極層から形成された本体を有する。電極層の外径が、本体の分配部を画定する。複数の開孔が、ガスを流過させるために分配部の内部に本体を貫通して形成されている。ヒータが、本体を加熱するために、ヒータ層の内部に配置されている。ブリッジが、分配部を囲んでおり、分配部を結合部に結合する。
他の実施形態において、面板が本体を有し、本体が電極層と、ヒータ層と、接地層とから形成される。接合層が、電極層とヒータとの間、及び、ヒータ層と接地層との間に配置されている。複数の開孔が、本体を貫通して形成されている。各開孔は、第1の末端及び第2の末端を有し、第1の末端は、本体の外表面に位置しており、各開孔の第2の末端は、電極層内に配置された1つ以上のノズルと流体連結している。本体は、サーマルチョークも含む。
他の実施形態において、ガス分配装置は、セラミック本体を有する。本体は、第1の層と、第2の層と、第3の層とから形成される。複数の開孔が、セラミック本体を貫通して形成される。ヒータが、第1の層内に配置され、電極が、第2の層内に配置されている。ブリッジ部が、第3の層から垂直に延在している。結合部が、第3の層とは反対側のブリッジ部の一端に配置されている。ブリッジ部は、ヒータから結合部への熱伝導を制限するサーマルチョークである。
本開示の上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態の一部が添付の図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は例示的な実施形態のみを示しており、従って、本開示の範囲を限定すると見做すべきではないことに注意されたい。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが想定されている。
本開示は、概して、処理チャンバ内でのガス分配のための装置に関する。特に、本開示の態様はセラミック面板に関する。面板はセラミック本体を有し、セラミック本体は、結合部により囲まれた分配部から形成される。ヒータが、本体を高温に加熱するために、分配部の内部に配置されている。ブリッジが、結合部と分配部との間に延在している。ブリッジが、分配部と結合部との間の熱伝導を制限する。
図1は、一実施形態に係る例示の処理チャンバ100の概略的な断面図を示している。処理チャンバ100は、側壁104及び基部106を有する本体102を有する。リッドアセンブリ108が本体102に結合して、その内部の処理容積室110を画定する。本体102は、アルミニウム又はステンレス鋼といった金属から形成されるが、そこでの処理と共に利用するのに適した任意の材料が利用されうる。基板支持体112が処理容積室110内に配置されており、処理チャンバ100内での処理の間、基板Wを支持する。基板支持体112は、シャフト116に結合された支持本体114を含む。シャフト116は、支持本体114の下面に結合されており、本体102から、基部106に設けられた開口118を通って延びている。シャフト116は、当該シャフト116、及び当該シャフトに結合された支持本体114を、基板ローディングポジションと処理ポジションとの間で垂直方向に動かすために、アクチュエータ120に結合されている。真空システム130が、処理容積室110からガスを逃がすために、処理容積室110に流体連結している。
処理チャンバ100内での基板Wの処理を容易にするために、基板Wは、シャフト116とは反対側の支持本体114の上面に載置されている。ポート122が、処理容積室110への基板Wの出し入れを容易にするため、側壁104に形成されている。スリットバルブといったドア124が、基板Wがポート122を通過して基板支持体112上にローディングされ又は基板支持体112から取り出されることを選択的に可能とするために作動される。電極126が、支持本体114の内部に配置されており、シャフト116を通って電源128に電気的に結合されている。電極126には、電磁場を生成するために電源128により選択的にバイアスが掛けられており、基板Wが支持本体114の上面へと放られ、及び/又は、プラズマ生成又は制御が促進される。或る特定の実施形態において、抵抗加熱器といったヒータ190が、支持本体114の内部に配置されており、その上に載置された基板Wを加熱する。
リッドアセンブリ108は、リッド132と、遮蔽板134と、面板136とを含む。遮蔽板134は、環状延長部162により囲まれた凹状の円形分配部160を含む。遮蔽板134は、リッド132と面板136との間に配置されており、環状延長部162でリッド132と面板136のそれぞれに結合されている。リッド132は、本体102とは反対側の環状延長部162の上面に結合している。面板136は、環状延長部162の下面に結合している。第1の容積室146が、遮蔽板134とリッド132との間で画定されている。第2の容積室148が、遮蔽板134と面板136との間で画定されている。複数の開孔150が遮蔽板134の分配部160を貫通して形成されており、第1の容積室146と第2の容積室148との間の流体連結を促進する。
入口ポート144が、リッド132の内部に配置されている。入口ポート144は、ガス導管138に流体連結している。ガス導管138によって、ガスが、処理ガス源といった第1のガス源140から、入口ポート144を通って第1の容積室146内に流れることが可能となる。洗浄ガス源といった第2のガス源142が、任意選択的に、ガス導管138に結合されている。
一実施例において、第1のガス源140は、基板W上でエッチングし又は層を堆積させるために、エッチングガス又は堆積ガスといった第1のガスを処理容積室110に供給する。第2のガス源142は、処理容積室110に面した側壁104といった、処理チャンバ100の内側の表面から粒子堆積を除去するために、洗浄ガスといった第2のガスを処理容積室110に供給する。Oリングといったシール152が、遮蔽板134とリッド132との間の、第1の容積室146を取り囲む環状延長部162の上表面に配置され、従って、処理容積室110が外部の環境から隔離され、真空システム130による真空の維持が可能となる。
面板136は、分配部164と、当該分配部164から径方向に外側に配置された結合部166と、を有する。分配部164は、処理容積室110と第2の容積室148との間に配置されている。結合部166が、面板136の外周において分配部164を取り囲んでいる。基板Wの処理を促進するために、RF生成器180が、任意選択的に面板136に結合されており、第1のガス源140からの、第2のガス源142からの、又は、第1のガス源140と第2のガス源142との双方からのガスを励起して、イオン化種を形成する。一実施例において、RF生成器180及び面板136は、電極126及び電源128と連携して、処理容積室110内部での容量結合プラズマの生成を促進する。
1つ以上の開孔154が、分配部164の内部に面板136を貫通して配置されている。開孔154によって、処理容積室110と第2の容積室148との間の流体連結が可能となる。稼働中に、ガスは、入口ポート144から第1の容積室146の中へと流れ、遮蔽板134の開孔150を通って第2の容積室148の中に入る。第2の容積室148から、ガスは、面板136の開孔154を通って流れて、処理容積室110の中に入る。開孔154の配置及びサイジングによって、処理容積室110内へのガスの選択的な流過が可能となり、所望のガス分配が達成される。例えば、基板に亘る均一な分配が、或る特定のプロセスのために望まれうる。
1つ以上のヒータ174が、面板136の内部に配置されている。一実施形態において、ヒータ174は、開孔154から径方向に外側に配置されている。ヒータ174は、面板136に熱を供給することが可能な任意の素子でありうる。一実施例において、ヒータ174は、面板136に埋め込むことが可能であり面板136の開孔154を取り囲む抵抗加熱器を含む。他の実施例において、ヒータ174は、面板136に形成された流体源(図示せず)と連結するチャネルであり、そこを通る加熱された流体を循環させる。ヒータ174は、300oC以上といった高温に面板を加熱する。例えば、ヒータ174は400oC、500oC、又はそれ以上に面板を加熱しうる。化学気層堆積(CVD)プロセスといった処理の間に、面板の温度を300oC、400oC、又は500oCといった温度に上げることによって、結果的に、基板Wへの改良された堆積、及び基板Wへの改良された処理が得られる。
シール170が面板136と遮蔽板134との間に配置されており、処理容積室110内での真空の維持が可能となる。第2のシール156が、面板136と側壁104との間に配置されている。図1の実施形態において、シール156、シール170の双方は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ゴム、又はシリコーンといった材料から形成されるOリングである。ガスケット又はボンドといった他のシール設計も考えられる。Oリングは、例えば、処理チャンバの予定された予防保守の間に、迅速に修理又は置換することが可能であり、従って、処理チャンバの保守による休止時間が大幅に低減される。
図2は、一実施形態に係る面板236の概略的な断面構成を示している。面板236が、図1に示す面板136の代わりに使用されうる。ここでは、面板236は、本体200を有し、本体200は、接合層206により連結された電極層202及びヒータ層204から形成される。本実施形態において、電極層202及びヒータ層204は、本体200を形成するために連結された別個の部材である。しかしながら、単一の一体の部材が、本体200を形成するために使用されてもよい。接合層206は、ヒータ層204と電極層202との間に配置された熱伝導層である。一実施例において、接合層206は拡散接合である。接合層206は、電極層202とヒータ層204との間で熱を適切に伝えながらそれらの間の十分な接着をもたらす任意のタイプの適切な接合でありうる。
分配部164は、上面210及び底面212によって部分的に確定されている。分配部164の外径は、電極層202の外径によって画定されている。開孔154が、分配部164内に本体200を貫通して形成されている。開孔154は、上面210と底面212との間に、電極層202とヒータ層204の双方を貫通して形成されている。ここでは、開孔154は、ハニカム状の配列で配置されており、これにより、第1の開孔の中心は、約2mmと約6mmの間、例えば、約3mmと約5mmとの間の距離で隣合う第2の開孔の中心から離間している。例えば、開孔154は、第1の開孔の中心が4mmの距離で隣合う第2の開孔の中心から離間するように、配置されている。他の実施例において、隣合う開孔154の中心間距離は約5mm〜約6mmである。格子又はグリッド構成といった他の配置もここで利用されうることに注意されたい。
電極層202は、窒化アルミニウムといったセラミック材料から形成されている。電極208が、電極層202の内部に配置されている。電極208は、電極層202の製造中に電極層202の内部に形成される。電極208は、そこに電気を供給するために図1のRF生成器180といった電源に電気的に結合されている。稼働中に、電極208は、電源からの電流を用いて、基板を処理するためのプラズマを形成及び/又は制御する機能を果たす。図示するように、電極208の部分は、開孔154間に配置されている。面板を製造するための従来の方法を用いると、隣合う開孔154間の短い中心間距離により、当該開孔間に電極を配置することが阻まれる。しかしながら、ヒータ層204とは別に電極層202を形成することで、電極208を、隣合う開孔154の間に配置することが可能であり、従って、電極208を用いて形成されるプラズマの制御が改善される。
ヒータ層204も、セラミック材料、例えば、窒化アルミニウムから形成されている。接地電極218が、任意選択的に、分配部164のヒータ層204内に配置される。接地電極218によって、電極層202内の電極208により生成される電界が、典型的に本体200より上方の領域及び上面210の近傍の領域でプラズマを形成することが防止される。
ヒータ174が、開孔154を径方向に取り囲んでヒータ層204の内部に配置されている。ヒータ174は、電気的抵抗加熱器の場合には電源、又は、流体チャネルの場合には流体源といったヒータ源214に結合されている。稼働中に、ヒータ174はヒータ源214によって作動され、分配部164の温度を高温に、例えば、350oC以上といった約300oCより高い温度に上げる。ヒータ174から供給される熱がそこから伝わって、ヒータ層204全体に亘って、特に隣合う開孔154間の材料全体に亘って発散させられる。従って、分配部164の加熱の均一性が非常に上がる。分配部164の温度を上げることで、開孔154を流過するガスが本体200によって加熱される。
図2の実施形態では、結合部166が、分配部164を取り囲んで径方向に配置されている。ここでは、分配部164がディスク状の本体を画定する。結合部166は、分配部164の周りに配置された環状フランジである。ブリッジ216が、分配部164と結合部166の間に延在してこれらを繋いている。ブリッジ216は、結合部166及び/又は分配部164の厚さに対して低減された厚さT1を有する。熱伝導のための表面積及び/又は質量を制限することで、ブリッジ216は、分配部164と結合部166との間の熱伝導を防止するためのサーマルチョークとして機能する。一実施例において、結合部166は、約280oCより低いといった、300oCよりの低い温度に維持され、例えば、例えば約250oCに維持される。
他の実施例において、ブリッジ216は、厚さが結合部166及び/又は分配部164と等しい。本構成において、挿入されたチャネル、流体循環チャネル等といった他の種類のサーマルチョークが、分配部164から結合部166への熱伝導を防止するために利用されうる。
図3は、他の実施形態に係る面板336を示している。面板336は、本体300を形成するために三層構造を利用する。電極層302が、第1の接合層306によって、ヒータ層304の第1の表面に結合されている。接地層350が、第2の接合層356によって、ヒータ層304の第2の表面に結合されている。従って、ヒータ層304は、接地層350と電極層302との間に配置されている。電極層302、ヒータ層304、及び接地層350は一般に、窒化アルミニウムといったセラミック材料から形成されるが、他の材料も考えられる。接地電極318が、接地層350の内部に配置されている。同様に、電極308が、電極層302の中に配置されている。接地電極318及び電極308の機能は、図2の接地電極218及び電極208のそれぞれの機能と同様である。ヒータ374も、本体300を加熱するために、ヒータ層304の中に配置されている。ヒータ374の機能は、図2のヒータ274の機能と同様である。一実施例において、ヒータ374、電極308、及び接地電極318は、設備導管390を通じて処理チャンバの外の電源(図示せず)に結合されている。
図3の実施形態では、1つ以上の開孔354が、接地層350及びヒータ層304の中に形成されている。開孔354が、本体300の外表面から、典型的には上面から、接地層350を通って、分配容積室360に連通している。分配容積室360は、ヒータ層304内に形成されており、従って、開孔354を流過したガスが、当該開孔354を通じて分散し、加熱された本体300と相互作用させるためにガスの滞留時間が増大するよう促される。一実施例において、分配容積室360は、本体300の内部に非線形的な流路を生成することで、滞留時間の増大を促進する。一実施例において、非線形的な流路は複数の垂直な流路を含む。複数のノズル362が、電極層302の中に形成されており、分配容積室360と流体連結している。一実施例において、ノズル362は断面積が、開孔354の断面積の約半分である。従って、ノズル362が、分配容積室360を流過するガスの流れを制限して、分配容積室360内でのガスの滞留時間をさらに増大させる。開孔354が、ハニカム状の配列で配置されており、これにより、第1の開孔の中心は、約4mmと約6mmの間の距離で、隣合う第2の開孔の中心から離間している。隣合うノズル362の間の中心間距離は約3mmである。ここでは、2つの開孔354、分配容積室360、及び、各分配容積室360に結合された接合ノズル362のみが示されている。しかしながら、他の数及び構成もここでは利用されうる。
サーマルチョーク380が、電極層302の内部に配置されている。同様に、サーマルチョーク382が接地層350内に配置されている。サーマルチョーク380、382は、開孔354から径方向に外側に配置されている。サーマルチョーク380、382によって、ヒータ374からシール156、170に向かう熱伝導が制限される。サーマルチョーク380、382は例えば、それを通じた熱伝導を制限するための、ガス又は液体といった流体を循環させるチャネルである。サーマルチョーク380、382は設備導管390を通じて、循環される流体を冷却するための、熱交換器といった冷却システム(図示せず)に任意選択的に結合されている。他の実施例において、サーマルチョーク380、382は、空隙又は一連の挿入された細管であり、サーマルチョーク380、382の近傍の熱伝導について各電極層302及び接地層350の断面積を最小に抑える。
図4は、他の実施形態に係る面板436を示している。面板436は、本体400を有し、本体400は、図3の本体300と同様に三層構造を利用するが、ブリッジ416を含んでいる。本体400は、接合層406、456により結合される電極層402、ヒータ層404、及び接地層450を含む。電極408及び接地電極418も、本体400の内部に配置されている。ブリッジ416が、典型的に上方に向かって延在しており、結合部466から面板436が宙に浮いている。ブリッジ416は厚さが低減されており、従って、ヒータ474からシール156、170と接触する結合部466へと向かう熱伝導を制限するサーマルチョークを形成する。例示の実施例において、ブリッジ416は、結合部466及び本体400から垂直に延在している。しかしながら、他の構成も考えられる。
1つ以上の開孔454が、接地層450、ヒータ層404を貫通して電極層402内へと形成されている。開孔454はその一端が、図3のノズル362と同様の複数のノズル462に結合されている。このような実施例において、ノズル462は、直径が開孔454の直径よりも小さいく、例えば、開孔454の直径の約半部の直径である。繰り返すが、隣合うノズル462間、及び、各開孔454間の中心間距離は、約2mmから約6mm、例えば、約5mm〜約6mmである。
図5は、他の実施形態に係る面板536を示している。面板536は、面板436と同様であるが、開孔554の異なる構成を利用している。ここでは、開孔554は、第1の末端で、本体400の表面から延在しており、第2の末端が、分配容積室560に連通している。分配容積室560は、ヒータ層504の内部に形成されており、従って、開孔554を流過したガスが、当該開孔554を通じて分散し、加熱された本体400と相互作用させるためにガスの滞留時間が増大するよう促される。複数のノズル562が、電極層402の中に形成されており、分配容積室560と流体連結している。一実施例において、ノズル562は断面積が、開孔554の断面積の約半分である。従って、ノズル562が、分配容積室560を流過するガスの流れを制限して、分配容積室560内でのガスの滞留時間をさらに増大させる。隣合う開孔554間の中心間距離は約6mmであり、隣合うノズル562間の中心間距離は約3mmである。
従来の設計では、面板は一般に、本明細書に記載するような高温(例えば、約300oC、400oC、又は500oC)には加熱されない。なぜならば、このような従来の面板の構造のために利用される材料、例えばアルミニウムは、昇温状態における強度が充分ではないからである。しかしながら、窒化アルミニウムといったセラミック材料は、本明細書で記載の昇温状態において所望の強度及び熱膨張を有する。加えて、シール材料が、300oC以上といった高温では劣化する。しかしながら、本明細書に記載するブリッジ及び/又はサーマルチョークを含む面板を利用することで、分配部の近傍の面板の領域からシール、図ではシール156、170を有する結合部への、ヒータにより供給される熱の伝導が、面板の内部で低減される。従って、処理容積室の近傍の面板の内側の部分が、高温まで加熱可能であり、処理される基板Wへの堆積が改善され、その一方で、シール156、170の近傍の外側の部分は、シール156、170を熱による劣化から護るために、低温で維持される。
本明細書に記載の実施形態は、有利に、例えば300oCを上回るような、高温に加熱されうる面板を提供する。セラミック材料が、昇温状態において適切な強度を提供する。その一方で、面板に結合されたシールは、シールの熱的劣化を防止する温度に維持される。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。
Claims (15)
- 基板を処理するための面板であって、
ヒータ層及び電極層から形成される本体であって、前記電極層の外径が前記本体の分配部を画定する、本体と、
前記分配部の内部に前記本体を貫通して形成された複数の開孔と、
前記ヒータ層の内部に配置されたヒータと、
前記分配部を囲むブリッジであって、前記分配部を結合部に結合するブリッジと
を含む、基板を処理するための面板。 - 前記電極層の内部に配置された電極を更に含む、請求項1に記載の面板。
- 前記ヒータ層の内部に配置された接地電極をさらに含む、請求項1に記載の面板。
- 前記本体はセラミック材料を含む、請求項1に記載の面板。
- 前記セラミック材料は窒化アルミニウムである、請求項4に記載の面板。
- 前記ヒータ層と前記電極層との間に配置された接合層を更に含む、請求項1に記載の面板。
- 前記ブリッジはサーマルチョークであり、厚さが前記結合部の厚さ及び前記分配部の厚さよりも薄い、請求項1に記載の面板。
- 基板を処理するための面板であって、
電極層、
ヒータ層、
接地層、及び、
前記電極層と前記ヒータ層との間、及び前記ヒータ層と前記接地層との間に配置された接合層
を含む本体と、
前記本体を貫通して形成され、第1の末端及び第2の末端を有する複数の開孔であって、前記第1の末端は、前記本体の外表面に位置し、各開孔の前記第2の末端は、前記電極層内に配置された1つ以上のノズルに流体連結する、複数の開孔と、
サーマルチョークと
を含む、基板を処理するための面板。 - 前記開孔と前記ノズルとの間に配置された分配容積室をさらに含む、請求項8に記載の面板。
- 前記サーマルチョークは、前記本体の内部に、前記複数の開孔から径方向に外側に配置された1つ以上の流体チャネルを含む、請求項8に記載の面板。
- 前記電極層、前記ヒータ層、及び前記接地層のそれぞれはセラミック材料から形成される、請求項8に記載の面板。
- ヒータが前記ヒータ層内に配置され、前記サーマルチョークが、前記ヒータから、当該ヒータから径方向に外側に配置されたシールの近傍の領域への熱伝導を制限する、請求項8に記載の面板。
- 前記開孔の断面積は前記ノズルの断面積の約2倍である、請求項8に記載の面板。
- 基板を処理するためのガス分配装置であって、
第1の層、第2の層、及び第3の層から形成されたセラミック本体と、
前記セラミック本体を貫通して形成された複数の開孔と、
前記第1の層内に配置されたヒータと、
前記第2の層内に形成された電極と、
前記第3の層から垂直に延在するブリッジ部であって、結合部が前記第3の層とは反対側の前記ブリッジ部の一端に配置され、前記ブリッジ部は前記ヒータから前記結合部への熱伝導を制限するサーマルチョークである、ブリッジ部と
を含む、基板を処理するためのガス分配装置。 - 前記開孔がハニカム状の配列で配置されており、隣合う開孔間の中心間距離は、約2mmと約6mmとの間である、請求項14に記載のガス分配装置。
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