JP2021522687A - 流量分布調節のための万能調整可能遮蔽板 - Google Patents

流量分布調節のための万能調整可能遮蔽板 Download PDF

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Abstract

ガス分配装置が開示される。本装置は、面板及び遮蔽板を含む。調整機構が遮蔽板に結合されており、本装置を流過するガスの流れプロファイルを変更するために、面板に対して相対的に遮蔽板を位置付けるよう動作可能である。ガス分配部を用いて基板を処理する方法も開示される。
【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、概して、処理チャンバ内でガスを分配するための方法及び装置に関する。
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、更なる処理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て利用されることが多い。
従来の処理チャンバは、複数の設計の構成要素を利用して基板へのガスの流量を変え、基板上の所望の層の外形を実現する。しかしながら、複数の設計の構成要素があることによって、１の構成要素を、新しい処理作業のための異なる設計の他の構成要素と置換するための休止時間が生じることが多い。代替的に、複数のチャンバが、各それぞれのチャンバ内の異なる構成要素設計と共に利用される。このような設計によって、装置製造のコストが増大し、処理システムのスループットが下がる。
従って、基板を処理するための改良された構成要素に対する必要性がある。
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方法及び装置に関する。
一態様において、ガス分配アセンブリが開示される。ガス分配アセンブリは、面板及び遮蔽板を含む。調整機構が遮蔽板に結合されている。調整機構は、ガス分配アセンブリを流過するガスの流れプロファイルを変更するために、面板と遮蔽板との間の間隔を設定するよう動作可能である。
他の態様において、処理チャンバが、チャンバ本体と、チャンバ本体に結合されたリッドと、を有する。処理空間が、チャンバ本体及びリッドの内部で画定されており、基板支持体が設けられる。ガス分配アセンブリが、リッドに結合されており、面板と、遮蔽板と、遮蔽板に結合された調整機構と、を含む。調整機構は、面板と遮蔽板との間の間隔を設定するよう動作可能である。
他の態様において、基板を処理する方法が開示される。本方法は、
第１の処理ガスを選択することと、
第１の処理ガスの選択に応じて、面板に対して相対的に遮蔽板を位置付けることであって、遮蔽板の位置によって第１の処理ガスの所望の流量分布が実現されるように、遮蔽板を位置付けることと、
第１の処理ガスを処理チャンバ内に流すこと
を含む。
本開示の上述の特徴を詳しく理解しうるように、先に簡単に要約した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る。一部の実施形態が、添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているのにすぎず、従って、その範囲を限定するものと見做すべきではなく、本開示が他の同等に有効な実施形態を許容しうることに注意されたい。
一実施形態に係る処理チャンバの断面図である。 他の実施形態に係る処理チャンバの断面図である。 一実施形態に係るリッドアセンブリの拡大断面図である。 一実施形態に係る基板を処理する方法のフロー図である。
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うることが想定されている。
本開示は、概して、ガス分配装置に関する。本装置は、面板及び遮蔽板を含む。調整機構が遮蔽板に結合されており、本装置を流過するガスの流れプロファイルを変更するために、面板に対して相対的に遮蔽板を位置付けるよう動作可能である。ガス分配部を用いて基板を処理する方法も開示される。
図１は、一実施形態に係る例示の処理チャンバ１００の概略的な構成である。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、その内部の処理空間１１０を画定する。本体１０２は、一般に、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、その内部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が処理空間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から出て、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、処理空間１１０からガスを逃がすために、処理空間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、処理空間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、任意選択に、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の上面にチャックされ、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。面板１３６は、リッド１３２に結合されており、リッド１３２と共に、ガス空間１４８を画定する。遮蔽板１３４が、ガス空間１４８内に配置されており、調整機構１６２によってリッド１３２に結合されている。一実施形態において、調整機構１６２は、リッド１３２を貫通して配置された１つ以上のアクチュエータ１６６を含む。他の実施形態において、調整機構１６２は、リッド１３２に直接的に結合された支持ブロック、ネジ、スペーサ、延長部等である。複数の開孔１５０が、任意選択的に、遮蔽板１３４を貫通して形成される。ここでは、遮蔽板１３４、面板１３６、及び調整機構１６２が、ガス分配アセンブリを画定する。
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のガス空間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。第１のガス源１４０は、基板Ｗ上でエッチングを施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処理ガスを処理空間１１０に供給する。第２のガス源１４２は、処理チャンバ１００の内面から粒子堆積を除去するために、洗浄ガスを処理空間１１０に供給する。
開孔１５４が、面板１３６を貫通して配置されている。開孔１５４によって、処理空間１１０とガス空間１４８との間の流体連結が可能となる。稼働中に、ガスが、入口ポート１４４からガス空間１４８に流れることが可能であり、ここで、ガスは、ガス空間１４８を通って、遮蔽板１３４と、含まれるときには遮蔽板１３４の開孔１５０と、によって分配される。その後、ガスは、面板１３６の開孔１５４を流過して、処理空間１１０の中に入る。ガス空間１４８を流過するガスの分配を調節するために、アクチュエータ１６６が、調整機構１６２を用いて遮蔽板１３４を上げ下げするよう動作可能であり、これにより、遮蔽板１３４と面板１３６との間の間隔Ｄが増大又は減少する。アクチュエータ１６６が含まれない実施形態において、調整機構１６２は、例えばその長さを増し又は減らすことによって、例えば、ナット／ネジの組み合わせ、又は、異なる長さの異なる調整機構１６２による調整機構１６２の置換によって調整することが可能である。
図２は、処理チャンバ２００の他の実施形態を示している。処理チャンバ２００は、処理チャンバ１００と同様であるが、異なる構成のリッドアセンブリ２０８を利用している。図２の実施形態では、リッドアセンブリ２０８はやはり、ガス空間１４８内に、面板１３６と、リッド２３２と、その間に配置された遮蔽板１３４を含む。リッド２３２には、当該リッド２３２を貫通してポート２６０が形成されている。ベローズ２６４が、ポート２６０を取り囲んで配置されており、第１の末端がリッド２３２に結合され、第２の末端がキャップ２４６に結合されている。キャップ２４６とベローズ２６４とが、特に、ガス空間１４８を画定する。ここでは、入口ポート１４４が、キャップ２４６を貫通して形成されている。従って、ガス空間１４８は、入口ポート１４４に結合されたガス導管を通じて、ガス源１４０、１４２と流体連結している。
遮蔽板１３４が、リッド２３２に設けられたポート２６０を通って延在する１つ以上の延長部２６８によって、キャップ２４６に結合している。延長部２６８によって、キャップ２４６と遮蔽板１３４との間の固定された接続がもたらされる。一実施形態において、円筒状の本体であって、キャップ２４６から遮蔽板１３４へのガス流路がその内部で画定される本体を有する１つの延長部２６８が利用される。他の実施形態において、複数の延長部２６８が利用され、例えば、遮蔽板１３４の中心軸の周りに円形配列で配置される。
キャップ２４６は、１つ以上の調整機構２６２によってリッド２３２に結合されている。調整機構２６２は、任意選択的に、１つ以上のアクチュエータ２６６を含みうる。このケースでは、アクチュエータ２６６が、キャップ２４６を上げ下げし、これにより、面板１３６と、延長部２６８及びキャップ２４６により調整機構２６２に結合された遮蔽板１３４と、の間の間隔を変更するよう動作可能である。他の実施形態において、調整機構２６２は、面板１３６と遮蔽板１３４との間の間隔を変更するために固定しうる又は移動可能なネジ、カシメ、ブロック、又はスペーサ等であってよい。例えば、調整機構２６２は、遮蔽板１３４と面板１３６との間の間隔を変えるために、異なる長さのブロックと置換しうるブロックであってよい。他の例において、調整機構２６２は、キャップ２４６を上げ又は下げるために延ばされ又縮められうるネジ付きジャッキ（即ち、ネジ及びナット部材）である。ベローズ２６４が、ガス空間１４８の隔離を維持する一方で、調整機構２６２が、所望のように遮蔽板１３４を位置付けるために移動することを可能にする。
図３は、他の実施形態による例示的なリッドアセンブリ３０８の拡大部の概略的な構成である。図３は、リッド３３２及び面板３３６を示している。遮蔽板３３４が、リッド３３２と面板３３６との間に配置されている。ここでは、遮蔽板３３４が３つの部材から形成され、即ち、第１の部材３３４ａ、第２の部材３３４ｂ、及び、第３の部材３３４ｃから形成される。図３の実施形態では、遮蔽板の部材３３４ａは、ディスク形状の部材であり、遮蔽板の部材３３４ｂ、３３４ｃは、遮蔽板の部材３３４ａの周りに配置された同心リング部である。即ち、遮蔽板の部材３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃは、遮蔽板３３４の中心軸の周りに同心円状に配置されている。遮蔽板３３４を形成するために利用される部材の、とりわけ方形又は卵形といった他の形状、及び、１個、２個、４個、５個、又はそれ以上の個数といった他の数がここでは利用されうると理解されたい。
各遮蔽板部材３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃは、それぞれの調整機構３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃに結合されている。ここで、調整機構３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃは、典型的にリッド３３２を貫通して延在し、アクチュエータ（図示せず）に結合している。しかしながら、他の種類及び／又は他の数の調整機構３６２がここで利用されうる。図３の実施形態では、各調整機構３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃは、それぞれの遮蔽板部材３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃを上げ下げするために、個別に制御可能である。従って、遮蔽板部材３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃと面板との間の間隔が変更されうる。例えば、第１の遮蔽板部材３３４ａと面板の間の第１の間隔Ｄ１は、第１の調整機構３６２ａにより設定された長さを有する。第２の遮蔽板部材３３４ｂと面板３３６との間の第２の間隔Ｄ２は、第２の調整機構３６２ｂにより設定された長さを有する。第３の遮蔽板部材３３４ｃと面板３３６との間の第３の間隔Ｄ３は、第３の調整機構３６２ｃにより設定された長さを有する。従って、遮蔽板３３４を通って面板３３６に至るガスの分配は、各間隔Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３を所望の長さに設定することで制御することが可能である。各間隔Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３の調整によって、結果的に、面板３３６を通じたガス流量分布が対応して変化する。
他の例において、コントローラ３９０が、任意選択的に、例えばアクチュエータ（図示せず）を通じて調整機構３６２ａ、３６２ｂ、及び３６２ｃに結合されている。コントローラ３９０は、調整機構３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃ、及び、それぞれの遮蔽板部材３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃを所望の位置に上げ下げするよう動作可能である。例えば、基板全体に所望のガス分布を実現するために、間隔Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３についての所定の値を用いて基板を処理するための制御スキームが、コントローラ３９０に格納されていてよい。センサ３９２がまた、任意選択的に、リッド３３２内に配置され、コントローラ３９０に接続される。一例において、センサ３９２が、ガス分布、又は、遮蔽板３３４から面板３３６へのガスの流量を決定するために利用される。センサ３９２は、測定又は決定されたパラメータをコントローラ３９０に供給し、コントローラ３９０は、所望のガス分布を実現するために、遮蔽板３３４と面板との間の間隔及び／又はガス源からの流量を含めて、処理システムを調整しうる。
図４は、基板を処理するための例示的な方法４００のフロー図である。本方法は、本明細書に記載のリッドアセンブリ１０８、２０８、３０８と共に利用しうるが、他のアセンブリもまた利用されうる。方法４００は、操作４０２において、第１の処理ガスを選択して、処理チャンバ内に流すことで開始される。例えば、第１のガスはとりわけ、基板に層を堆積させるための前駆体ガス、エッチングガス、又は洗浄ガスでありうる。
操作４０４において、遮蔽板の位置（即ち、面板に対する遮蔽板の相対的位置）が、選択された第１の処理ガスに関連して確立される。遮蔽板が、基板に亘る第１の処理ガスの所望の分布を実現するために、面板に対して相対的に位置付けられる。遮蔽板は単一の本体であってよく、又は、本明細書で記載するように複数の本体から形成されてよい。遮蔽板は、オペレータによって位置付けられ、又は、自動的に制御システムによって位置付けられうる。
操作４０６において、第１の処理ガスが、基板がその中に配置された処理チャンバ内に流される。遮蔽板の位置は、第１の処理ガスが流れている間に、基板に亘る第１の処理ガスの所望の分布を維持するために、任意選択的に調整される。一例において、遮蔽板の位置が、センサによる測定パラメータに応じて、コントローラによって調整される。
操作４０８において、第２の処理ガスが選択される。第２の処理ガスは例えば、とりわけ、堆積プロセスのための前駆体ガス、エッチングガス、又は洗浄ガスでありうる。
操作４１０において、遮蔽板の第２の位置が、第２の処理ガスの選択に応じて決定される。遮蔽板は、さらに基板に亘る第２の処理ガスの所望の分布を実現するために、面板に対して相対的に位置付けられる。一例において、遮蔽板の第２の位置は、操作４０４で確立され第１の位置とは異なっている。しかしながら、第１の位置と第２の位置とは同じであってよい。
操作４１２において、第２の処理ガスが処理チャンバ内に流される。遮蔽板の位置が、第１の処理ガスが流れている間に、先に記載したように基板に亘る第１の処理ガスの所望の分布を維持するために、やはり任意選択的に調整される。
本明細書に記載した実施形態によって、有利に、ガス分配装置を通じたガスの調整可能な流量が提供される。一態様において、１つの分配装置を、複数の処理ステップのために利用することが可能であり、これにより、当該分配装置と共に利用される処理チャンバのスループットが上がる。なぜならば、１の構成要素を他の構成要素と置換するための処理チャンバの休止時間が必要ではないからである。さらに、基板へのガスの流量に対するより良好な制御を提供することで、基板上に形成される膜の特性が改善される。例えば、基板への処理ガスの所望の流量に対応している（複数の）ゾーンを設けることが可能である。本明細書に記載する実施形態は、各ゾーンへのガス分配に対する向上した制御をもたらす。更には、中心からエッジへの径方向の流れプロファイルを、その様々な形状を提供するために制御することが可能である。
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)

  1. ガス分配アセンブリであって、
    面板と、
    遮蔽板と、
    前記遮蔽板に結合されており、前記面板と前記遮蔽板との間の間隔を設定するよう動作可能な調整機構と
    を備える、ガス分配アセンブリ。
  2. 前記遮蔽板は複数の部材を含む、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  3. 前記複数の部材は、前記遮蔽板の中心軸の周りに同心円状に配置された本体を含む、請求項２に記載のガス分配アセンブリ。
  4. 前記複数の部材の各部材間の間隔は、他の前記部材に対して個別に調整可能である、請求項２に記載のガス分配アセンブリ。
  5. 前記調整機構はアクチュエータを含む、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  6. 前記調整機構はスペーサを含む、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  7. 前記遮蔽板の近傍に配置されたセンサをさらに備える、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  8. 前記遮蔽板及び前記調整機構に結合された延長部をさらに備え、ガス流路が前記延長部の内部で画定される、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  9. 処理チャンバであって、
    チャンバ本体と、
    前記チャンバ本体に結合されたリッドであって、処理空間が前記チャンバ本体及び前記リッドの内部で画定される、リッドと、
    前記処理空間の内部に配置された基板支持体と、
    前記リッドに結合されたガス分配アセンブリであって、
    面板、
    遮蔽板、及び
    前記遮蔽板に結合されており、前記面板と前記遮蔽板との間の間隔を設定するよう動作可能な調整機構
    を含む、ガス分配アセンブリと
    を備える、処理チャンバ。
  10. 前記遮蔽板が複数の部材を有する、請求項９に記載の処理チャンバ。
  11. 前記複数の部材は、前記遮蔽板の中心軸の周りに同心円状に配置された本体を含む、請求項１０に記載の処理チャンバ。
  12. 前記複数の部材の各部材間の間隔は、他の前記部材に対して個別に調整可能である、請求項１０に記載の処理チャンバ。
  13. 基板を処理する方法であって、
    第１の処理ガスを選択することと、
    前記第１の処理ガスの前記選択に応じて、面板に対して相対的に遮蔽板を位置付けることであって、前記遮蔽板の前記位置によって前記第１の処理ガスの所望の流量分布が実現されるように、前記遮蔽板を位置付けることと、
    前記第１の処理ガスを処理チャンバ内に流すこと
    を含む、基板を処理する方法。
  14. 第２の処理ガスを選択することと、
    前記第２の処理ガスの前記選択に応じて、前記面板に対して相対的に前記遮蔽板を位置付けることであって、前記遮蔽板の前記位置によって前記第２の処理ガスの所望の流量分布が実現されるように、前記遮蔽板を位置付けることと、
    前記第２の処理ガスを処理チャンバ内に流すこと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. コントローラ及びアクチュエータが、前記面板に対して相対的に前記遮蔽板を位置付けるよう構成される、請求項１３に記載の方法。
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