JP2021527338A - 堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための装置及び方法 - Google Patents

堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための装置及び方法 Download PDF

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Abstract

堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法及び装置。実施形態では、該装置が、１以上の供給ラインを介して１以上の昇華器に流体連通する堆積チャンバを含み、１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源であり、第２の熱源は、開口部に隣接し、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間に１以上の導管を含み、１以上の導管は、１以上の導管を開閉するための１以上の弁を含み、開位置にある１以上の弁は、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを防止し、閉位置にある１以上の弁は、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを導く。
【選択図】図１

Description

[0001] 本開示の実施形態は、広くは、半導体処理機器に関する。本開示は、特に、例えば半導体デバイス製造機器において、気化した反応物を反応チャンバに供給するためのシステム、装置、及び方法を対象とする。
[0002] 有機蒸着は、CMOS画像センサ（CIS）や他の光学デバイスのような半導体デバイスを構築することにおいて、ますます関連性が高まっている。しかし、本発明者らは、堆積プロセスにおいて加工対象物上に有機材料を堆積させることは、とりわけキャリアガスの使用を妨げる純度及び／又は汚染の懸念のために、問題があることを観察した。
[0003] 更に、本発明者らは、有機蒸着中にプロセス条件を維持することが、困難であり、多くの理由で問題となり得ることを観察した。例えば、ウエハスループットや交換の頻度の増大は、装置を複雑にする。更に、前駆体遮断は、凝縮し得るラインシステム内の残留前駆体のために問題となり得る。残留前駆体蒸気はまた、チャンバの中に連続的に引き込まれ、前駆体のオーバーフラッド（over-flood）をもたらし得る。結果として、プロセスチャンバの内部や装置及びウエハの他の部分が、望ましくなくコーティングされてしまい、前駆体の消費効率を低下させる。コーティングは、続いて、ウエハや装置の他の部分を汚染し得る大きな粒子へと剥離し得る。更に、前駆体源の熱制御は、問題であり、供給ラインにおける無駄な蒸気の一因となり得る。
[0004] したがって、本発明者らは、有機蒸着システムのような堆積システムの中へのプロセス材料の流れを制御して、システム内でのめっき又は粒子生成の可能性を低減し、ならびに前駆体材料の堆積速度、消費効率、及び均一な供給を向上させるための、改善された前駆体供給システム、装置、及び方法を提供した。
[0005] 本明細書では、プロセス材料の流れを制御するための方法及び機器が提供される。幾つかの実施形態では、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための装置が、１以上の供給ラインを介して１以上の昇華器に流体連通する堆積チャンバを含み、１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源（radiant heat source）であり、第２の熱源は、開口部に隣接し、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間に１以上の導管を含み、１以上の導管は、１以上の導管を開閉するための１以上の弁を含み、開位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを防止し、閉位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを導く。
[0006] 幾つかの実施形態では、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法が、１以上の昇華器内の１以上の前駆体材料を昇華させて、１以上の蒸気前駆体を生成することであって、１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源であり、第２の熱源は、開口部に隣接する、１以上の蒸気前駆体を生成すること、堆積チャンバに流体連通した１以上の供給ラインを通して１以上の蒸気前駆体を流すことであって、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間の接合部において１以上の導管に連結される、１以上の蒸気前駆体を流すこと、並びに、前駆体材料の１以上の昇華器から堆積チャンバへの流れを制御するように、１以上の導管内の１以上の弁を設定することを含む。
[0007] 幾つかの実施形態では、非一過性のコンピュータ可読媒体が指示命令を記憶し、指示命令は、実行されたときに、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法をもたらし、該方法は、１以上の昇華器内の１以上の前駆体材料を昇華させて、１以上の蒸気前駆体を生成することであって、１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源であり、第２の熱源は、開口部に隣接する、１以上の蒸気前駆体を生成すること、堆積チャンバに流体連通した１以上の供給ラインを通して１以上の蒸気前駆体を流すことであって、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間の接合部において１以上の導管に連結される、１以上の蒸気前駆体を流すこと、並びに、前駆体材料の１以上の昇華器から堆積チャンバへの流れを制御するように、１以上の導管内の１以上の弁を設定することを含む。
[0008] 本開示の他の実施形態及び更なる実施形態は、以下で説明される。
[0009] 上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に説明される本開示の実施形態は、添付の図面に示した本開示の例示的な実施形態を参照することにより、理解することができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容し得ることから、付随する図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。
[0010] 本開示の堆積システムの概略側面図を示す。 [0011] 図１の堆積システムの一部分の概略側面図を示し、加熱システムとガス供給システムとを含む前駆体供給システムが、拡大図で示される。 [0012] 本開示による、シャワーヘッドアセンブリの一実施形態の概略側面図を示す。 [0013] 図３のシャワーヘッドアセンブリの一部分の概略側面図を示す。 [0014] 本開示のシステム内で使用されるのに適した加熱装置の概略側面図を示す。 [0015] 本開示による、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法を示す。
[0016] 理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。図は縮尺どおりではなく、分かり易くするために簡略化されていることがある。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。
[0017] 基板を処理すること及び／又は堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御することに向いている装置及び方法が、本明細書で提供される。幾つかの実施形態では、本開示が、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための装置に関する、該装置は、１以上の供給ラインを介して１以上の昇華器に流体連通する堆積チャンバを含み、１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源であり、第２の熱源は、開口部に隣接し、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間に１以上の導管を含み、１以上の導管は、１以上の導管を開閉するための１以上の弁を含み、開位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを防止し、閉位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを導く。実施形態では、供給ラインが、堆積チャンバと１以上の昇華器との間の流路を形成し、１以上の導管が、プロセスチャンバと１以上の昇華器との間の接合部において１以上の供給ラインに連結している。
[0018] 発明者らは、加熱された前駆体供給システムが、プロセスチャンバの内側での凝縮の問題を回避するために、前駆体などの１以上のプロセス材料をプロセスチャンバから離れるように導くために、１以上の上流導管を必要とすることを観察した。更に、本発明者らは、前駆体材料のようなプロセス材料を、システムの複雑さを損なうことなく又は過度に追加することなく制御された様式で、堆積システムに効率的に供給することによって、本開示の装置及び方法が有益であることを見出した。更に、本発明者らは、本開示の装置及び方法が、均一な供給、前駆体材料の改善された消費効率、及びウエハ処理システムの効率的なスループットを提供することにおいて有益であることを見出した。更に、本開示の装置は、装置内のプロセス材料の流れを改善するために、前駆体材料などのプロセス材料の加熱を改善する。更に、本開示の装置は、供給システムを出る前に２つ以上の隣接したプロセス材料の間の熱クロストーク（cross-talk）を防止するように構成された、シャワーヘッド及び／又は供給システムを含んでよい。例えば、プロセス材料の２つ以上の前駆体種又はサンプルが、シャワーヘッドを出て基板上で凝縮する前に、同じ又は異なる温度での熱的な隔離において、装置を介して個別に処理されてよい。本プロセスは、基板又は加工対象物上に成長又は凝縮した有機薄膜に関して説明され得るが、本開示のプロセスは、結果として得られる膜を改善し、システム内の汚染レベルを低減させるために、プロセス材料の制御された反復可能な供給を維持することが所望である場合、任意のCVD、金属‐有機化学気相堆積、金属‐有機気相エピタキシ、又は薄膜堆積プロセスに適用されてよい。
[0019] 次に図１を参照すると、堆積チャンバ１１０内の基板１１６のような基板を処理することを対象とした堆積システム１００が示されている。実施形態では、堆積チャンバ１１０が、本開示に従って有機前駆体堆積などのプロセス材料の堆積を実行するように構成された、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社によって製造されたCVDチャンバであってよい。本開示に従って使用するのに適した又は使用されるようになっている１つの非限定的なシステムは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能な処理システムのENDURA（登録商標）ラインである。反応した前駆体及び添加物の層のような層を生成するために、他のシステムも使用されてもよい。しかし、プロセス材料の流れを制御する装置及び方法は、他の製造業者によって製造されたシステムを含む他のシステム構成において有用性を有し得るので、原子層堆積（ALD）又はスピンオンプロセスを含む他の装置及び方法が、本開示の装置及び方法を含むように構成されてよい。
[0020] 実施形態では、本開示の方法に従って処理される基板１１６が、半導体基板、ガラス基板、ウエハ、又は加工対象物であってよく、誘電体層（例えば、SiO2）及びバリア層（例えば、チタン、窒化チタンなど）のような、そこに形成される層を含んでよい。幾つかの実施形態では、基板１１６が、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、又はそれらの組み合わせなどを含んでよい。実施形態では、基板１１６が、５０マイクロメートルから１．５ミリメートルの厚さを有する。
[0021] 実施形態では、有機層などの層（図示せず）が、堆積プロセスによって基板１１６上に形成、凝縮、又は堆積されてよく、或いはその誘導体が基板１１６上に形成されてよい。幾つかの実施形態では、層が、１以上のプロセス材料から形成されてよい。実施形態では、本開示の装置及び方法で使用されるのに適したプロセス材料が、昇華及びその後の基板上での凝縮に適した任意の材料を含む。例えば、好適なプロセス材料は、加熱され、昇華され、基板又は加工対象物に流されて、凝縮し、その上に層を形成することができる固体の材料を含んでよい。幾つかの実施形態では、プロセス材料が、例えば、有機分子の炭素原子と、アルカリ、アルカリ土類、及び遷移金属などの金属、若しくは、ホウ素、シリコン、及びスズなどのメタロイド（metalloid）との間の化学結合を含む、有機金属化合物、誘導体、又はそれらの前駆体の有機蒸気を含む。幾つかの実施形態では、プロセス材料が、金属アルキル及び金属カルボニルを含む。幾つかの実施形態では、プロセス材料が、金属-アルコキシド若しくは金属-β-ジケトネートなどの金属-酸素結合又は金属アルキルアミドなどの金属-窒素結合を含む前駆体を含む。幾つかの実施形態では、プロセス材料前駆体が、トリメチルアミンアランなどの金属水素化物を含む。
[0022] 幾つかの実施形態では、層（図示せず）は、基板上での凝縮に適した条件下で、１以上の昇華又は蒸発した有機プロセス材料から基板１１６上に形成されてもよい。実施形態では、固体の形態を採る１以上のプロセス材料が、蒸気形態に加熱され、基板１１６上で冷却又は凝縮することが許容される。幾つかの実施形態では、金属窒化物プロセス材料の非限定的な実施例が、窒化ガリウム（GaN）、窒化アルミニウム（AlN）、及び窒化インジウム（InN）を含む。幾つかの実施形態では、AlGaN及び／又はInGaNなどの多重金属（multiple metal）が、本開示のプロセス材料として好適であり得る。幾つかの実施形態では、プロセス材料が、９９．５５、９９．９％、及びそれより上などの９９％を超える純度を有する。更に、幾つかの実施形態では、シリコン（Si）やマグネシウム（Mg）などのドーパントを、プロセス材料及び堆積された層又は膜に添加することができる。実施形態では、基板１１６上に形成された膜が、任意選択的に、堆積プロセス中に少量のドーパントガスを添加することによってドープされてよい。シリコンドーピングには、例えば、シラン（SiH4）又はジシラン（Si2H6）ガスを使用することができ、ドーパントガスには、マグネシウムドーピング用のビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Cp2Mg又は（C5H5）2Mg）が含まれてよい。
[0023] 幾つかの実施形態では、適切なプロセス材料が、トリメチルガリウム（「TMG」）、トリメチルアルミニウム（「TMAI」）、及び／又はトリメチルインジウム（「TMI」）などの金属有機（MO）前駆体を含むIII族前駆体などの前駆体を含むこともできるが、他の適切なMO前駆体を使用することもできる。幾つかの実施形態では、好適なプロセス材料が、窒素前駆体、例えばアンモニア（NH3）などのV族前駆体を含む。一実施形態では、好適なプロセス材料が、以下で更に説明される第１のシャワーヘッド構成要素１１８又は第２のシャワーヘッド構成要素１２１の何れかに供給され得る、単一のMO前駆体（例えば、TMG）を含み得る。別の一実施形態では、好適なプロセス材料が、混合されて第１のシャワーヘッド構成要素１１８又は第２のシャワーヘッド構成要素１２１の何れかに供給することができる、TMG及びTMIなどの２つ以上のMO前駆体を含む。実施形態では、好適なプロセス材料が、本明細書で先に述べたIII族前駆体などの前駆体を含むが、本明細書で説明されるように、プロセス材料としての使用には他のIII族前駆体が好適であり得る。例えば、MがIII族元素（例えば、ガリウム、アルミニウム、又はインジウム）であり、XがVII族元素（例えば、臭素、塩素、又はヨウ素）である、一般式MX3を有する前駆体（例えば、GaCl3）を用いてもよい。ガス供給システム１５０（以下で更に説明する）の構成要素は、MX3前駆体を、シャワーヘッドアセンブリ１１２とシャワーヘッドアセンブリ１１２に流体連通する基板１１６とに供給するように適切に適合され得る。
[0024] 幾つかの実施形態では、本開示による処理に適した他のプロセス材料が、基板１１６上にバルクヘテロ接合層を形成するのに適した材料を含む。実施形態では、２つ以上のプロセス材料の共蒸発又は共昇華（固体の前駆体の場合には）を実行して、基板１１６上に層を生成することができる。実施形態では、第１の緑色バルクヘテロ接合前駆体プロセス材料及び第２の緑色バルクヘテロ接合前駆体プロセス材料を含む、共堆積ヘテロ接合が、本開示の装置及び方法に適したプロセス材料であり得る。
[0025] 実施形態では、プロセス材料が、基板１１６上に層を形成するのに十分な量で提供される。実施形態では、プロセス材料が、所定の厚さを有する層を基板１１６上に形成するのに十分な量で提供される。幾つかの実施形態では、プロセス材料が、約５０ナノメートルから１ミリメートル、１００ナノメートルから３５０ナノメートル、又は１５０ナノメートルから３００ナノメートルの厚さを有する層などの、基板１１６上の層を形成するのに十分な量で基板１１６の主要面上に凝縮する。
[0026] 図１に戻って参照すると、堆積システム１００は、堆積チャンバ１１０、及び前駆体供給システム１２０を含むように示されている。実施形態では、堆積システム１００が、前駆体供給システム１２０の下流に堆積チャンバ１１０を含む。実施形態では、前駆体供給システム１２０が、１以上の加熱システム（１４２及び１４２’）並びに１以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）を含んでよい。実施形態では、堆積システム１００の構成要素（複数）が、連結され、流体連通しており、それによって、１以上の加熱システム（１４２及び１４２’）内のプロセス材料を昇華させ、続いて、１以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）を通過させて堆積チャンバ１１０の中へと至らせることができる。実施形態では、１以上の加熱システム（１４２及び１４２’）と、ガス供給システム（１５０及び１５０’）と、堆積チャンバ１１０とが、流体連通していてよい。
[0027] 幾つかの実施形態では、前駆体供給システム１２０が、加熱システム（１４２及び１４２’）などの２つ以上（例えば、幾つか）の加熱システム、並びに、同じ又は異なるプロセス材料の１以上（幾つか）のサンプルを収容するように構成されたガス供給システム（１５０及び１５０’）などの２つ以上（例えば、幾つか）のガス供給システムを含んでよい。実施形態では、２つ以上の加熱システム（１４２及び１４２’）と２つ以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）を含むことによって、（１以上の）サンプルが前駆体供給システム１２０を通過して堆積チャンバ１１０に至る際に、１以上のプロセス材料サンプルを隔離するように、前駆体供給システム１２０を構成することができる。例えば、１以上のサンプルを、プロセス材料サンプルが種々の温度に維持されるように、熱的に隔離するようにしてもよい。実施形態では、第１のプロセス材料が、第１の温度で前駆体供給システム１２０を通過してよく、第２のプロセス材料が、第１又は第２の温度で前駆体供給システム１２０を通過してよい。実施形態では、第１のプロセス材料の温度が、第２のプロセス材料の温度に影響を及ぼさないことになっている。実施形態では、前駆体供給システム１２０が、堆積チャンバ１１０を出る前に、前駆体供給システム１２０を通過するプロセス材料の２つ以上のサンプル間の熱クロストークを防止するように構成されてよい。実施形態では、前駆体供給システム１２０が、堆積チャンバ１１０を出る前に、２つ以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）を通過するプロセス材料の２つ以上のサンプル間の熱クロストークを防止するように構成されてよい。
[0028] 幾つかの実施形態では、堆積システム１００が、堆積システム１００内の所定のプロセス（例えば、膜を堆積させること）を実行し、モニタするために使用される構成要素を含んでよい。このような構成要素は、概して、堆積システム１００の様々なサブシステム（例えば、減圧及び排気サブシステムなど）及び装置（例えば、電源、プロセス制御器具など）を含む。実施形態では、堆積システムが、第１のポンプ１８０、第２のポンプ１８１、スロットル弁１８４、及び圧力弁１８３を含み、該システムの圧力を制御し、堆積システム１００を減圧状態にするか又は維持する。実施形態では、スロットル弁１８４が、開いていてよく、堆積システム１００内の低（７６０から２５Torr）、中（２５から１×１０−３Torr）、又は高減圧（１×１０−３から１×１０−９）状態を実現するために、第１のポンプ１８０及び第２のポンプ１８１がポンピングする。実施形態では、減圧状態が、プロセス材料の蒸気圧に応じて選択され、変更されてよい。圧力弁１８３は、必要に応じて減圧状態を除去するために含まれてよい。実施形態では、堆積チャンバ１１０が、堆積チャンバ１１０の下流に排気経路１９１を含むか、又はその排気経路１９１と流体連通している。図１で示されているように、排気経路１９１は、第１の排気流路１９３と第２の排気流路１９４に分岐している。実施形態では、第１の排気流路１９３が、圧力弁１８３を含み、第２の排気経路１９４が、スロットル弁１８４を含む。図１で示されているように、１以上の導管（２００及び２００’）が、スロットル弁１８４の下流の第１の接合部１９９において、第２の排気流路１９４の中に流れる。実施形態では、第１のポンプ１８０が、第１の接合部１９９の下流にある。実施形態では、第１の排気流路１９３と第２の排気流路１９４は、圧力弁１８３と第１のポンプ１８０の下流の第２の接合部１７６で合流する。実施形態では、第２のポンプ１８１が、第２の接合部１７６の下流にある。
[0029] 実施形態では、堆積システム１００が、前駆体供給システム１２０を介した堆積チャンバ１１０の中へのプロセス材料の流れを促進するために、減圧条件下で動作するように構成されている。実施形態では、減圧状態の質は、加熱システム（１４２及び１４２’）で最も低く、ガス供給システム（１５０、１５０’）でより高く、堆積チャンバ１１０で最も高くなる。実施形態では、加熱システム（１４２及び１４２’）が堆積チャンバ１１０より高い圧力にあるガス供給システム（１５０及び１５０’）より高い圧力にある、（全体の）システムにおいて圧力勾配が形成される。実施形態では、圧力勾配又は減圧状態が、蒸気又はガスの形態に昇華したプロセス材料の流れを、高圧のエリアから低圧のエリアへ、又は低減圧質から高減圧質へと導く。実施形態では、圧力勾配及び減圧状態が、加熱システム（１４２及び１４２’）からガス供給システム（１５０及び１５０’）を介して堆積チャンバ１１０の中へ、プロセス材料の流れを導く。例えば、実施形態では、システムの近似的な圧力が、プロセス材料源に近い加熱システム（１４２及び１４２’）内で例えば約５×１０−５Torrなど減圧状態、（図２の矢印２２３に隣接する）シャワーヘッド装置の入口において約２×１０−５Torrなどの減圧状態、及び堆積チャンバ１１０内で約１×１０−７Torrを含んでよい。
[0030] 実施形態では、堆積システム１００が、摂氏約３００度から摂氏約５５０度、若しくは摂氏約４００度以上、又は摂氏約５００度以上などの、高温状態で動作するように構成されている。幾つかの実施形態では、堆積システム１００及びその構成要素が、ステンレス鋼などの高温動作に適した材料から作製される。幾つかの実施形態では、動作中のガス供給システム１５０が、加熱システム１４２の温度又はプロセス材料の昇華温度より摂氏約２０から４０度上の温度を有することになる。
[0031] 図１に戻って参照すると、堆積システム１００は、堆積チャンバ１１０、１以上の側部１１１、床１２８、及び蓋１３０を含むように示されている。シャワーヘッドアセンブリ１１２、ウエハ支持体１１４、基板１１６がまた、堆積チャンバ１１０内に配置されている。実施形態では、堆積チャンバ１１０が、減圧堆積チャンバである。実施形態では、ウエハ支持体１１４が、本開示に従って、その上に層を形成する間に基板１１６を回転させるように構成されている。実施形態では、堆積チャンバ１１０が、本開示に従って、その上に層を形成する間に基板１１６を回転させるように構成されている。幾つかの実施形態では、堆積チャンバ１１０が、堆積速度を制御するために、QCM又は同様の装置を含み、堆積速度は、温度によって調整されてよい。センサ１４４（例えば、水晶振動子マイクロバランス）が、任意選択的に、堆積チャンバ１１０の基板に隣接して、その基板と連通するように配置されてよい。センサ１４４は、基板１１６に熱を加えるための温度コントローラなどのコントローラ１４７と通じていてよい。
[0032] 更に図１を参照すると、シャワーヘッドアセンブリ１１２が、第１のシャワーヘッド構成要素１１８及び第２のシャワーヘッド構成要素１２１を有するように示されている。しかし、シャワーヘッドアセンブリ１１２は、シャワーヘッドアセンブリ１１２を出て基板１１６上で凝縮する前に、２つ以上の隣接するプロセス材料間の熱クロストークを防止するように構成された、任意のシャワーヘッドであってよい。例えば、シャワーヘッドアセンブリ１１２は、第１のプロセス材料の温度が、第２のプロセス材料の温度に影響を及ぼさないように、又はその逆に、シャワーヘッドアセンブリ１１２を出る前に、プロセス材料の２つ以上の種又はサンプルを、個別に、熱的に隔離して、同じ若しくは異なる温度で、シャワーヘッドアセンブリ１１２を通して流すように構成されてよい。幾つかの実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１１２が、その中の１以上のプロセス材料を凝縮させることなく、プロセス材料を堆積チャンバ１１０に供給するように構成されてよい。
[0033] 図１を参照すると、第１のシャワーヘッド構成要素１１８は、第１の温度センサ１４１と接続されるように示されており、このセンサは、第１のシャワーヘッド構成要素１１８から熱情報を取得し、第１の温度コントローラ１２４に信号を送り、通信し、若しくはフィードバックを提供するのに適した熱電対、高温計、又は抵抗熱デバイス（resistant thermal device）であってよい。第１の温度コントローラ１２４は、第１の温度センサ１４１から入力を受け取り、第１の加熱要素１２５の熱を制御、調整、又は設定するのに適し、且つそうするように構成された任意の好適な温度コントローラであってよい。第１の加熱要素１２５は、第１のシャワーヘッド構成要素１１８に熱を加える。したがって、第１の加熱要素１２５は、プロセス材料が堆積チャンバ１１０及びプロセス空間１７１に向かって移動し、その中に入るときに、所定の温度又は第１の設定温度などの第１の温度で、第１のシャワーヘッド構成要素１１８を通過する上述の前駆体を含む第１のプロセス材料に熱を加える。
[0034] 第２のシャワーヘッド構成要素１２１は、第２の温度センサ１４３に接続されるように示されており、このセンサは、第２のシャワーヘッド構成要素１２１から熱情報を取得し、第２の温度コントローラ１２６に信号を送り、通信し、若しくはフィードバックを提供するのに適した熱電対、高温計、又は抵抗熱デバイスであってよい。第２の温度コントローラ１２６は、第２の温度センサ１４３から入力を受け取り、第２の加熱要素１２７の熱を制御、調整、又は設定するのに適し、且つそうするように構成された任意の好適な温度コントローラであってよい。第２の加熱要素１２７は、第２のシャワーヘッド構成要素１２１に熱を加え、したがって、第２のプロセス材料が堆積チャンバ１１０に向かって移動し、その中に入るときに、第２の所定の温度又は第２の設定温度などの第２の温度で、第２のシャワーヘッド構成要素１２１を通過する第２のプロセス材料にも熱を加えることができる。実施形態では、第１の温度コントローラ１２４及び第２の温度コントローラ１２６が、第１の加熱要素１２５と第２の加熱要素１２７の熱を同じ温度若しくは異なる温度に制御、調整、又は設定するように構成されてよく、これらはまた、第１のプロセス材料と第２のプロセス材料の熱を同じ温度若しくは異なる温度に制御、調整、又は設定してもよい。実施形態では、第１の温度コントローラ１２４及び第２の温度コントローラ１２６が、第１の加熱要素１２５と第２の加熱要素１２７の熱を異なる温度に制御、調整、又は設定するように構成されてよく、これらはまた、第１のプロセス材料と第２のプロセス材料の熱を同じ温度若しくは異なる温度に制御、調整、又は設定してもよい。例えば、第１のシャワーヘッド構成要素１１８と第２のシャワーヘッド構成要素１２１は、異なる温度に加熱されてもよく、それによって、それらの中のプロセス材料も異なる温度に加熱され、それらが基板１１６上で堆積するためにプロセス空間１７１の中に入るまで異なる温度に保たれ得る。幾つかの実施形態では、第１のシャワーヘッド構成要素１１８を通過する第１のプロセス材料、及び第２のシャワーヘッド構成要素１２１を通過する第２のプロセス材料は、例えば、第１のプロセス材料と第２のプロセス材料との間の摂氏２７０度から摂氏５５０度の差異など、互いに対して熱的に隔離するように保持されてよい。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１１２が、第１のシャワーヘッド構成要素１１８の温度が第２のシャワーヘッド構成要素１２１内のプロセス材料の温度に影響を及ぼさないように構成されている。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１１２が、第２のシャワーヘッド構成要素１２１の温度が第１のシャワーヘッド構成要素１１８内のプロセス材料の温度に影響を及ぼさないように構成されている。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１１２が、１以上のガス供給システム１５０からシャワーヘッドアセンブリ１１２に入る種々のプロセス材料の凝縮を防止するように構成されている。
[0035] 更に図１を参照すると、１以上の加熱システム１４２と１以上のガス供給システム１５０を含む、前駆体供給システム１２０が示されている。加熱システム１４２とガス供給システム１５０を含む前駆体供給システム１２０は、１以上の有機前駆体などの１以上のプロセス材料を、基板１１６上に堆積させるために、加熱し、堆積チャンバ１１０に供給するように構成されている。実施形態では、前駆体供給システム１２０が、第１のプロセス材料及び第２のプロセス材料を、制御された条件下で基板１１６上に堆積させるために、堆積チャンバ１１０に提供するのに適している。例えば、前駆体供給システム１２０は、１以上の温度、圧力、又は濃度で、第１のプロセス材料及び第２のプロセス材料を、基板１１６上に堆積させるために、堆積チャンバ１１０に提供するのに適している。１以上の加熱システム１４２と１以上のガス供給システム１５０が、図２で再び示されており、以下で詳細に説明される。実施形態では、前駆体供給システム１２０が、第１のプロセス材料と第２のプロセス材料を、熱的に隔離して、堆積チャンバ１１０内のシャワーヘッドアセンブリ１１２に提供するのに適している。それによって、第１のプロセス材料の温度が、第２のプロセス材料の温度に影響を及ぼさず、同様に、第２のプロセス材料の温度が、第１のプロセス材料の温度に影響を及ぼさない。
[0036] 次に図２を参照すると、前駆体供給システム１２０は、プロセス材料の加熱及び１以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）への供給のために、１以上の加熱システム（１４２及び１４２’）を含むように示されている。実施形態では、加熱システム（１４２及び１４２’）などの加熱システムが、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）に連結された第１の熱源（１６０及び１６０’）と第２の熱源（１６２及び１６２’）などの、２つ以上の熱源を含むように示されている。実施形態では、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）が、堆積チャンバ１１０（図１）内の基板１１６上への凝縮に適した原料物質などのプロセス材料を収容するための加熱ジャケット（１６４及び１６４’）並びにアンプル（１６６及び１６６’）を含むように示されている。幾つかの実施形態では、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）が、第１の熱源（１６０及び１６０’）並びに第２の熱源（１６２及び１６２’）などの、２以上の熱源を含む。幾つかの実施形態では、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）が、第１の熱源（１６０及び１６０’）並びに第２の熱源（１６２及び１６２’）を含み、その場合、第１の熱源（１６０及び１６０’）は、プロセス材料を、プロセス材料の沸点又は昇華温度に近い第１の温度（T1）まで加熱するのに適しており、第２の熱源（１６２及び１６２’）は、プロセス材料を、第１の温度（T1）からプロセス材料の沸点又は昇華温度以上の第２の温度（T2）まで加熱するのに適している。実施形態では、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）が、多区域加熱器を含む。
[0037] 幾つかの実施形態では、第１の熱源１６０などの１以上の第１の熱源が、アンプル１６６などのアンプルの近傍に配置された１以上の放射加熱器、又は、加熱ジャケット（１６４及び１６４’）の形態を採る、アンプル１６６などのアンプルに外接した加熱器を含んでよい。幾つかの実施形態では、第１の熱源（１６０及び１６０’）が、第１の熱源（１６０及び１６０’）からアンプル（１６６及び１６６’）に熱を伝達するのに適した任意の材料から製造されてよい。幾つかの実施形態では、１以上の第１の熱源（１６０及び１６０’）が、炭化ケイ素（SiC）から製造され得る放射加熱器を含んでよい。幾つかの実施形態では、第１の熱源（１６０及び１６０’）などの１以上の熱源の温度が、加熱システム（１４２及び１４２’）内に配置された温度センサ（１７２及び１７２’）又はモニタリングデバイス（例えば、高温計）によってモニタされてよい。温度センサ（１７２及び１７２’）は、第３の温度コントローラ（１７０及び１７０’）に温度情報を信号で送り又は通信するように構成された任意の温度センサであってよい。第３の温度コントローラ（１７０及び１７０’）は、温度センサ（１７２及び１７２’）から入力を受け取り、第１の熱源（１６０及び１６０’）の熱を制御し、調整し、又は設定するのに適し、且つそうするように構成された任意の適切な温度コントローラであってよい。実施形態では、第１の熱源（１６０及び１６０’）のような熱源が、加熱ジャケット（１６４及び１６４’）に熱を加え、したがって、アンプル（１６６及び１６６’）内に配置されたプロセス材料にも熱を加えることができる。実施形態では、第１の熱源（１６０及び１６０’）が、アンプル（１６６及び１６６’）並びにその中身を、摂氏２５０から３５０度の温度まで加熱するのに適している。実施形態では、第２の熱源（１６２及び１６２’）が、アンプル（１６６及び１６６’）並びにその中身を、摂氏３５０から５５０度の温度まで加熱するのに適している。
[0038] 図２を更に参照すると、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）が、第１の熱源（１６０及び１６０’）の熱を制御するための第３の温度コントローラ（１７０及び１７０’）などの、温度コントローラを含むように示されている。第１の熱源（１６０及び１６０’）は、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）内のプロセス材料の温度を設定温度に調整し、維持する。第３の温度コントローラ（１７０及び１７０’）は、第３の温度センサなどの温度センサ（１７２及び１７２’）に接続されるように示されている。実施形態では、温度センサ（１７２及び１７２’）が、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）内を通過するプロセス材料の温度を測定し、第３の温度コントローラ（１７０及び１７０’）と通信することによって、その調整を容易にするのに適している。
[0039] 幾つかの実施形態では、１以上の加熱システム（１４２及び１４２’）が、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）に連結された第１の熱源’（１６０及び１６０’）並びに第２の熱源（１６２及び１６２’）などの、２つ以上の熱源を含んでよい。幾つかの実施形態では、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）が、第１の熱源（１６０及び１６０’）並びに第２の熱源（１６２及び１６２’）を含み、その場合、第１の熱源（１６０及び１６０’）は、プロセス材料を、プロセス材料の沸点又は昇華温度の近くの第１の温度まで加熱するのに適しており、第２の熱源（１６２及び１６２’）は、プロセス材料を、第１の温度からプロセス材料の沸点又は昇華温度以上の第２の温度まで加熱するのに適している。
[0040] 幾つかの実施形態では、第２の熱源（１６２及び１６２’）が、１以上の昇華器（１４６及び１４６’）に接触又は隣接した１以上の加熱ランプを含んでよい。幾つかの実施形態では、加熱ランプなどの１以上の第２の熱源（１６２及び１６２’）が、ガス供給システム（１５０及び１５０’）内の管として構成された供給ライン（１９０及び１９０’）に隣接して且つ連通して配置された温度モニタデバイス又はセンサ（１８５及び１８５’）（例えば、水晶振動子マイクロバランス）によってモニタされてよい。温度モニタデバイスは、アンプル（１６６及び１６６’）に熱を加えるためのランプコントローラなどの、第４の温度コントローラ（１７５及び１７５’）に信号を送るのにも適していてよい。実施形態では、センサ（１８５及び１８５’）が、ガス供給システム（１５０及び１５０’）に入る昇華した蒸気材料の濃度を制御し又は設定するために使用されてもよい。
[0041] 幾つかの実施形態では、第２の熱源（１６２及び１６２’）が、例えば、アンプル（１６６及び１６６’）に隣接した同心円又は区域（図２では示されてない）の周り又は内部に配置された複数のランプを含んでよく、各ランプ区域は個別に給電されてよい。一実施形態では、センサ（１８５及び１８５’）などの１以上の温度センサが、１以上の加熱システム（１４２及び１４２’）並びに１以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）に通じるように前駆体供給システム１２０内に配置されてよい。センサ（１８５及び１８５’）は、プロセス材料及び反応性ガスの温度をモニタするように構成されている。実施形態では、センサ（１８５及び１８５’）が、第４の温度コントローラ（１７５及び１７５’）に温度データ又は情報を通信するように構成されている。第４の温度コントローラ（１７５及び１７５’）は、アンプル（１６６及び１６６’）の周りの所定の温度プロファイルを維持するために、個別のランプ区域への電力を調整することができる。別の一実施形態では、個別のランプ区域への電力が、前駆体の流れ又は前駆体の濃度の不均一性を補償するために調整されてよい。例えば、１以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）内で、アンプル（１６６及び１６６’）の上部に隣接する外側ランプ区域の近くの前駆体の濃度が低い場合、その外側ランプ区域への電力は、１以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）内でのプロセス材料又は前駆体の枯渇を補償する助けとなるように調整されてよい。実施形態では、ランプが、プロセス材料を摂氏約４００度から摂氏約１２００度の範囲内の温度まで加熱してよい。本開示は、ランプのアレイの使用に限定されない。アンプル（１６６及び１６６’）並びにそれらの内部のプロセス材料に適切な温度が適切に加えられることを確実にするために、任意の適切な加熱源が利用されてよい。例えば、別の一実施形態では、加熱源が、アンプル（１６６及び１６６’）と熱接触している抵抗加熱要素（図示せず）を含んでよい。
[0042] 実施形態では、第２の熱源（１６２及び１６２’）が、２つ以上の加熱ランプを含んでよい。加熱ランプは、１以上のアンプル（１６６及び１６６’）を所望の温度に加熱するのに適した任意の種類の加熱ランプであってよい。例えば、幾つかの実施形態では、第２の熱源（１６２及び１６２’）の加熱ランプが、急速加熱プロセスチャンバ（RTP）又はエピタキシャル（EPI）チャンバ内で利用されるランプと同様であってよい。そのような実施形態では、加熱ランプが、最大約６５０W（例えば、RTPプロセスチャンバランプなど）まで、又は幾つかの実施形態では、最大約２kW（例えば、EPIプロセスチャンバランプなど）までの容量（capacity）を有してよい。１以上のアンプル１６６の適切で効率的な加熱を提供するのに適した任意の構成内で、任意の数の加熱ランプを利用することができる。例えば、幾つかの実施形態では、昇華器（１４６及び１４６’）当たり１から３個の加熱ランプを昇華器１４６の周りに配置することができる。代替的に又は組み合わせて、抵抗加熱器又は熱交換器などの他の加熱機構が利用されてよい。実施形態では、第２の加熱源１６２が、ガス供給システム１５０の近傍に配置されてよい。それによって、ガス供給システム１５０に隣接したプロセス材料に熱を加えて、プロセス材料のガス供給システム１５０の中への流れを促進することができる。図２の供給ライン（１９０及び１９０’）並びに導管（２００及び２００’）に隣接する点線によって示されているように、ガス供給ライン並びに導管の近傍に更なる加熱源が配置されてもよい。
[0043] 処理中、第２の熱源（１６２及び１６２’）は、赤外線（IR）輻射（すなわち、熱）源（radiation heat source）としてランプを含んでよく、動作では、昇華器全体にわたって所定の温度分布を生成する。アンプル（１６６及び１６６’）は、石英から形成されてよいが、他のIR-透過・プロセス対応型材料を使用して、これらの構成要素を形成することもできる。例えば、加熱ランプは、昇華器の上部側面に熱均一性を提供するための多区域ランプ加熱装置の一部であってよい。実施形態では、１以上の加熱システム（１４２及び１４２’）が、複数の加熱区域を含んでよく、その場合、各加熱区域は、複数のランプを含む。例えば、１以上のランプは、第１の加熱区域であってよく、１以上の他のランプは、第２の加熱区域であってよい。１以上の昇華器１４６は、昇華器の熱制御の制御を更に助けるために、及び／又はその中の有機前駆体などのプロセス材料に対して、例えば、能動的な冷却などによって温度を制御することができる。
[0044] 幾つかの実施形態では、加熱システム１４２が、１以上の昇華器１４６に連結された第１の熱源１６０及び第２の熱源１６２などの２つ以上の熱源を含んでよく、その場合、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源であり、第２の熱源は、供給ラインとアンプルとの間の開口部などの、アンプル内の開口部に隣接している。実施形態では、第２の加熱源が、開口部の上方にあり且つ隣接してしている。実施形態では、第２の加熱源が、１以上の赤外線（IR）輻射熱源を含む。幾つかの実施形態では、第１の熱源が、アンプル内に存在するときにプロセス材料を第１の温度まで加熱するように構成され、第２の熱源が、プロセス材料を第１の温度より高い第２の温度まで加熱するように構成されている。
[0045] 更に図２を参照すると、１以上の昇華器１４６は、第２の熱源（１６２及び１６２’）を制御するための第４の温度コントローラ（１７５及び１７５’）を含むように示されている。第２の熱源１６２は、１以上の昇華器１４６内のプロセス材料の温度を設定温度に調整及び維持する。第４の温度コントローラ１７５は、上述したセンサ１８５に接続されるように示されている。熱電対などの第４の温度コントローラ１７５は、１以上の昇華器１４６内を通過するプロセス材料の温度を調整及び設定し、センサ１８５と通信することによってその調整を容易にするのに適している。
[0046] 更に図２を参照すると、１以上のガス供給システム（１５０及び１５０’）が、第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）を含むように示されている。実施形態では、ガス供給システム１５０が、加熱システム１４２及び堆積チャンバ１１０（図１）と流体連通するように連結されている。一般的に、流体連通は、流体連通している２つ以上の要素が、連結部を介して流体、ガス、又は蒸気を交換することができ、2つの要素の間で流体、ガス、又は蒸気が流れることを可能にする構成を指し得る。例えば、加熱システム１４２内で昇華又は蒸発したプロセス材料は、ガス供給システム１５０の中に流れてよく、供給ライン１９０を通って、プロセス空間１７１（図１）の中に流れてよい。実施形態では、ガス供給システム１５０が、堆積チャンバ１１０と流体連通し、加熱システム１４２内で減圧下で昇華又は蒸発した処理材料が、第１の昇華器などの昇華器１４６から、ガス供給システム１５０、供給ライン１９０、シャワーヘッドアセンブリ１１２を通って、プロセス空間１７１（図１で示されている）の中に運ばれ又は押し出される。
[0047] 図２を参照すると、ガス供給システム（１５０及び１５０’）は、昇華器（１４６及び１４６’）から蒸発又は昇華したプロセス材料を誘導及び分配するための、第１のガス供給ライン１３２などの１以上の第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）を含む。実施形態では、第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）が、昇華器（１４６及び１４６’）から、シャワーヘッドアセンブリ１１２などの処理チャンバ内の出口に、蒸発又は昇華したプロセス材料を導いてよい。実施形態では、第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）が、高温に耐えるのに適した材料から構成されてよい。幾つかの実施形態では、供給ライン１９０が、第１のガス供給ライン１３２の一部分であり、直線的な分配管であり、円筒の形状を有する管を含む管として理解されてよい。その場合、円筒は、円形下部形状又は任意の他の適切な下部形状を有してよい。
[0048] 幾つかの実施形態では、プロセス材料、キャリアガス、又はパージガスが、供給ライン１９０を通って流れてよい。上記で説明したように、センサ１８５（例えば、水晶振動子マクロバランス）は、実施形態において、任意選択的に、供給ライン１９０に連結されてよく、蒸発した前駆体などのプロセス材料の流量又はその温度をモニタするために使用されてよい。しかし、幾つかの実施形態では、第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）並びに供給ラインの部分（１９０及び１９０’）が、減圧下にあり、任意の昇華したプロセス材料以外のガスを含まない。
[0049] 幾つかの実施形態では、ガス供給システム（１５０及び１５０’）が、複数のガス源を含んでよい。実施形態では、パージガスなどの種々のガス又は他のものを、第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）を介して、ガス供給システム（１５０及び１５０’）に供給することができる。第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）は、各ライン内のガスの流れをモニタし規制又は遮断するための、第２の弁（１９７及び１９７’）などの１以上の遮断弁及び質量流量コントローラ又は他の種類のコントローラを含んでよい。実施形態では、ガス供給システム（１５０及び１５０’）が、減圧下にあり、ガス又は蒸気の形態を採る昇華したプロセス材料以外のガスを欠いている。
[0050] 別の一実施形態では、例えば、基板１１６上で凝縮しIII‐V族の膜などの層を形成するために、ガス又は蒸気の形態を採るプロセス材料が、プロセス空間１７１などの堆積プロセス空間に供給され得るように、ガス供給システム（１５０及び１５０’）並びに加熱システム（１４２及び１４２’）が構成されてよい。
[0051] 実施形態では、ガス供給システム（１５０及び１５０’）が、昇華器（１４６及び１４６’）とシャワーヘッドアセンブリ１１２（図２で示されていない）との間の接合部において、第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）に連結された導管（２００及び２００’）などの１以上の導管を更に含んでよい。実施形態では、導管の接合部が、昇華器（１４６及び１４６’）と堆積チャンバ１１０との間にある。幾つかの実施形態では、弁（２２０及び２２０’）などの排気弁を開閉して、プロセス材料の流れを調整し、第１のガス供給ライン（１３２及び１３２’）並びに堆積チャンバ１１０内の圧力を調整することができる。弁（２２０及び２２０’）は、弁２２０が開いた（例えば、開位置にある）ときに、堆積チャンバ１１０内での有機前駆体などのプロセス材料の堆積が停止するように、システム内に配置される。実施形態では、弁２２０が、弁２２０が閉じた（例えば、閉位置にある）ときに、堆積チャンバ１１０内での有機前駆体などのプロセス材料の堆積が開始又は継続するように、システム内に配置される。実施形態では、弁（２２０及び２２０’）などの適切な排気弁が、摂氏４００度より上、又は摂氏４００度と摂氏１５００度との間などの、高温で働くように構成され且つ働くことができる１以上の弁を含む。実施形態では、プロセス空間１７１の圧力が、弁（２２０及び２２０’）を操作することによって制御されてよい。弁（２２０及び２２０’）は、排気ガスがガス供給システム（１５０及び１５０’）から引き出される速度を制御する。
[0052] 幾つかの実施形態では、ガス供給システム１５０並びに第１のガス供給ライン１３２及び第２の弁１９７などのその部分が、中に含まれているプロセス材料の温度以上の温度を有するはずである。たとえば、プロセス材料の蒸発又は昇華温度に応じて、ガス供給システム１５０の温度は、プロセス材料の温度以上であるはずである。それは、ガス供給システム内での凝縮を防止又は最小化するためである。更に、ガス供給システム１５０及びその構成要素は、摂氏３００度より上、摂氏４００度より上、摂氏５００度より上、それより上などの、高温動作向けに適した材料から作製されるべきである。
[0053] 実施形態では、ガス供給システム（１５０及び１５０’）が、減圧条件下にある間、システム内の圧力を変更し、プロセス材料の移動を促進するために、第２の弁（１９７及び１９７’）並びに弁（２２０及び２２０’）を所定の位置に設定することによって調整されてよい。例えば、第２の弁１９７を開くことによって、加熱システム（１４２及び１４２’）からのプロセス材料が、堆積チャンバ１１０に向かって流れることを可能にする。第２の弁１９７が開かれ且つ弁２２０が開かれているときに、プロセス材料は、矢印２２２の方向において、堆積チャンバ１１０から離れるように導かれる。第２の弁１９７が開かれ且つ弁２２０が閉じられているときに、プロセス材料は、最小抵抗又はより低い圧力の経路に沿って、矢印２２３の方向において、堆積チャンバ１１０の中に導かれる。動作中、基板がチャンバ内のペデスタル上に配置されたとき、プロセス材料の堆積チャンバ１１０の中への流れを再誘導するために、弁２２０が閉じられる。幾つかの実施形態では、プロセス材料を保存するために、弁２２０が開かれてよく、第２の弁１９７は、プロセス材料を節約するために、供給源からの流れを制限するように絞られてよい。次の堆積サイクルの開始において、第２の弁１９７は、堆積を再開するために開かれる。
[0054] 幾つかの実施形態では、ガス供給システム１５０が、堆積速度を制御するために、QCM又は同様のデバイスを含み、堆積速度は温度によって調整されてよい。センサ１８５（例えば、水晶振動子マイクロバランス）は、ガス供給システム１５０の供給ライン１９０に隣接して且つそれと連通するように配置されてよい。温度モニタデバイスは、アンプル１６６へ熱を加えるためのランプコントローラなどの第４の温度コントローラ１７５に信号を送るのにも適していてよい。
[0055] 実施形態では、１以上の有機前駆体などのプロセス材料が、第２のシャワーヘッド構成要素１２１から堆積チャンバ１１０内の基板１１６へ供給される。次に図３を参照すると、本開示によるシャワーヘッドアセンブリ３００の概略側面図が示されている。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ３００が、第１のシャワーヘッド構成要素３１８及び第２のシャワーヘッド構成要素３２１を含む。第１のシャワーヘッド構成要素３１８は、入口３２０、複数の出口３２５、ニードル３２８、及びスリーブ３２９を含む。ピラー３３０は、第１のシャワーヘッド構成要素３１８上に配置されている。第２のシャワーヘッド構成要素３２１はまた、第２の入口３３３及び複数の出口３３５を備えるように示されている。第１のシャワーヘッド構成要素３１８と第２のシャワーヘッド構成要素３２１との間に、絶縁層３４０が設けられている。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ３００が、シャワーヘッドアセンブリ３００を通過する別々の供給源から生じたプロセス材料を熱的に隔離するように構成されている。
[0056] 図４を参照すると、図３のシャワーヘッドアセンブリ３００の一部分の概略側面図が断面で示されている。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ３００が、第１のシャワーヘッド構成要素３１８及び第２のシャワーヘッド構成要素３２１を含む。第１のシャワーヘッド構成要素部３１８は、複数の上側ノズル管３６０及び複数の上側ノズルフィードスルー管３６５を含む。複数のノズル３５０が示されている。ノズル３５０は、上側ノズル管３６０と第２のシャワーヘッド構成要素３２１とに連結され、それらと流体連通するように示されている。一般的に、複数のノズル３５０は、基板１１６（図１）に隣接して配置するために、シャワーヘッドアセンブリ３００の片側に配置されている。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ３００が、シャワーヘッドアセンブリ３００を通過するが別々の供給源から生じたプロセス材料を熱的に隔離するように構成されている。
[0057] 幾つかの実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ３００が、基板１１６（図１）の第１の側に向けて１以上のプロセス材料の流れを導く。幾つかの実施形態では、第１のプロセス材料が、上述の有機前駆体などの材料を含んでよい。実施形態では、第１のシャワーヘッド構成要素３１８が、ガス供給システム１５０などの第１のガス供給システムに連結され、それと流体連通してよく、第２のシャワーヘッド構成要素３２１が、例えば１５０’として示されている第２のガス供給システムに連結され、それと流体連通してよい。実施形態では、第１及び第２のガス供給システムが、プロセスの必要性に応じて異なる温度及び圧力でそれぞれのシャワーヘッド構成要素に供給され得る、１以上の異なる処理材料を含んでよい。図３を参照すると、第１のシャワーヘッド構成要素３１８が、第１の処理材料供給のための第１の組のノズル３５０を有してよく、第２のシャワーヘッド構成要素３２１が、第２の処理材料供給のための第２の組のノズル３５０を有してよい。実施形態では、ノズル３５０が、１０から２０ミリメートルの間のピッチを有する。実施形態では、ノズルが、０．５から２、又は約１ミリメートルの開口部を有する。幾つかの実施形態では、第１の処理材料が、第２の処理材料と同じ前駆体を含む。幾つかの実施形態では、第１の処理材料が、第２の処理材料とは異なる前駆体を含む。
[0058] 幾つかの実施形態では、第１のシャワーヘッド構成要素３１８及び第２のシャワーヘッド構成要素３２１を通るプロセス材料の流量が、約３００SLMから約５００SLMである。幾つかの実施形態では、１以上の加熱要素（図１で示されている第１の加熱要素１２５及び第２の加熱要素１２７など）が、シャワーヘッドアセンブリ３００に連結されており、シャワーヘッドアセンブリ３００を、プロセス材料の蒸発温度又は昇華温度以上の温度まで加熱する。幾つかの実施形態では、加熱器２２７が、シャワーヘッドアセンブリ３００に巻き付けられた電気コイルであってよく、又はシャワーヘッドアセンブリ３００内に埋め込まれた電気コイルであってよい。幾つかの実施形態では、シャワーヘッド２２８が、プロセス材料の蒸発温度又は昇華温度以上の温度まで加熱される。幾つかの実施形態では、第１のシャワーヘッド構成要素３１８と第２のシャワーヘッド構成要素３２１が異なる温度にあり、シャワーヘッドの温度の制御を提供し、２つ以上のプロセス材料間の隔離を提供するように、シャワーヘッドアセンブリが加熱される。幾つかの実施形態では、第１のシャワーヘッド構成要素３１８が摂氏約５５０度で動作することができ、第２のシャワーヘッド構成要素３２１が摂氏約２７０度の温度で動作することができるように、シャワーヘッドアセンブリが加熱される。実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ３００の設計が、基板全体にわたって均一な堆積を可能にする。
[0059] 次に図５を参照すると、本開示のシステムで使用するのに適した別の加熱装置５００が示されている。昇華器５０１は、アンプル５６０内のプロセス材料５６５への制御された区域加熱を提供するために、アンプル５６０及び複数の加熱区域（T1及びT2）を含むように示されている。実施形態では、昇華器５０１が、例えば、能動的な加熱などによって温度制御されて、昇華器５０１の及び／又はその中の有機前駆体などのプロセス材料５６５に対する温度制御の制御の更なる助けとなる。例えば、５２０、５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、又は５２６などの１以上の加熱器が、昇華器に熱均一性を提供するための多区域加熱装置の部分であってよい。実施形態では、昇華器５０１が、複数の加熱区域を含んでよく、各加熱区域は、複数の加熱器を含む。例えば、１以上の加熱器５２０、５２１、５２２、又は５２３が、第１の加熱区域T1であってよく、５２４、５２５、又は５２６などの１以上の他の加熱器が、第２の加熱区域T2を形成してよい。幾つかの実施形態では、５２０、５２１、５２２、又は５２３などの１以上の加熱器が、アンプル５６０に近接して配置された１以上の放射加熱器、又は、加熱ジャケットの形態を採る、アンプル５６０に外接した加熱器を含んでよい。幾つかの実施形態では、５２０、５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、又は５２６などの１以上の加熱器が、加熱器からアンプル５６０へ熱を伝達するのに適した任意の材料から製造されてよい。実施形態では、加熱区域T1が、アンプル５６０及びその中身を、摂氏２５０から３５０度の範囲内の第１の温度まで加熱するのに適している。実施形態では、第２の加熱区域T2が、アンプル５６０及びその中身を摂氏３５０から５５０度の範囲内の第２の温度まで加熱するのに適している。実施形態では、昇華又は蒸発したプロセス材料が、導管５７０を通って昇華器５０１から出てよい。実施形態では、加熱装置５００が、第１の熱源及び第２の熱源を含む。その場合、第１の熱源は、アンプルに隣接した５２０、５２１、５２２、又は５２３などの放射熱源であり、５２４、５２５、又は５２６のうちの１以上などの第２の熱源は、開口部５８１に隣接している。実施形態では、開口部５８１に隣接した５２４、５２５、又は５２６のうちの１以上などの１以上の第２の熱源が、アンプル５６０内に存在するときにプロセス材料を加熱するための１以上の熱ランプを含んでよい。実施形態では、アンプル５６０が、充填ライン５８０まで満たされたプロセス材料を含む。実施形態では、第２の熱源が、充填ライン５８０の上方及び／又は近傍に位置付けられている。実施形態では、開口部５８１が、供給ラインと流体連通し且つ連結されている。実施形態では、開口部５８１が、加熱装置５００内の充填ライン５８０の上方に配置されている。
[0060] 実施形態では、１以上のコントローラを、直接的に（図示せず）、又は、代替的に、プロセスチャンバ及び／又は支持システムに関連付けられたコンピュータ（又はコントローラ）を介して、堆積システム１００及び支持システムに接続することができる。実施形態では、コントローラが、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するために工業環境で使用され得る、任意の形態を採る汎用コンピュータプロセッサのうちの１つであってよい。ランダムアクセスメモリ（RAM）、読取り専用メモリ（ROM）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態を採るローカル若しくは遠隔デジタルストレージなどの、容易に入手できるメモリのうちの１以上を含む、メモリ又はCPUのコンピュータ可読媒体が、含まれてよい。実施形態では、支持回路（support circuit）が、従来のやり方でプロセッサを支持するためにCPUに接続される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給装置、クロック回路、入／出力回路、及びサブシステムなどを含む。
[0061] 幾つかの実施形態では、本開示が、指示命令を記憶した非一過性のコンピュータ可読媒体に関する。それらの指示命令は、実行されると、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法をもたらす。該方法は、１以上の昇華器内の１以上の前駆体材料を昇華させて、１以上の蒸気前駆体を生成すること、堆積チャンバに流体連通した１以上の供給ラインを通して１以上の蒸気前駆体を流すことであって、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間の接合部において１以上の導管に連結される、１以上の蒸気前駆体を流すこと、及び、前駆体材料の１以上の昇華器から堆積チャンバへの流れを制御するように、１以上の導管内の１以上の弁を設定することを含む。
[0062] 幾つかの実施形態では、本開示が、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための装置に関する。該装置は、１以上の供給ラインを介して１以上の昇華器に流体連通する堆積チャンバを含み、１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源であり、第２の熱源は、開口部に隣接し、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間に１以上の導管を含み、１以上の導管は、１以上の導管を開閉するための１以上の弁を含み、開位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを防止し、閉位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを導く。幾つかの実施形態では、第２の加熱源が、開口部の上方にあり且つ開口部に隣接している。幾つかの実施形態では、第２の加熱源が、１以上の赤外線（IR）又は広帯域輻射熱源を含む。幾つかの実施形態では、第１の熱源が、アンプル内に存在するときにプロセス材料を第１の温度まで加熱するように構成され、第２の熱源が、プロセス材料を第１の温度より高い第２の温度まで加熱するように構成されている。幾つかの実施態様では、堆積チャンバが、堆積チャンバの下流に排気経路を含む。幾つかの実施態様では、排気経路が、第１の排気流路と第２の排気流路に分岐する。幾つかの実施態様では、第１の排気流路が、圧力弁を含み、第２の排気流路が、スロットル弁を含む。幾つかの実施態様では、１以上の導管が、スロットル弁の下流の第１の接合部において第２の排気流路の中に流入する。幾つかの実施態様では、第１のポンプが、第１の接合部の下流にある。幾つかの実施態様では、第１の排気流路と第２の排気流路が、圧力弁と第１のポンプの下流の第２の接合部で合流する。実施形態では、第２のポンプが、第２の接合部の下流にある。実施形態では、第１の熱源が、放射熱源を含み、第２の熱源が、赤外線（IR）輻射熱源を含み、放射熱源と赤外線（IR）輻射熱源とは、異なる熱区域にある。幾つかの実施形態では、赤外線（IR）輻射熱源が、センサに接続されている。実施形態では、１以上の供給ラインが、１以上の導管と１以上の昇華器との間に配置された第２の弁を更に含む。実施形態では、１以上の弁が、堆積チャンバのプロセス空間の圧力を制御する。
[0063] 次に図６を参照すると、本開示による、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法６００が示されている。６０２では、プロセス手順が、１以上の昇華器内の１以上の前駆体材料を昇華させて、１以上の蒸気前駆体を生成することであって、１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、第１の熱源は、アンプルに隣接した放射熱源であり、第２の熱源は、開口部に隣接する、１以上の蒸気前駆体を生成することを含む。６０４では、方法６００のプロセス手順が、堆積チャンバに流体連通した１以上の供給ラインを通して１以上の蒸気前駆体を流すことであって、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間の接合部において１以上の導管に連結される、１以上の蒸気前駆体を流すことを含む。６０６では、方法６００のプロセス手順が、前駆体材料の１以上の昇華器から堆積チャンバへの流れを制御するように、１以上の導管内の１以上の弁を設定することを含む。実施形態では、該方法が、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを防止するために、１以上の弁を開位置に設定することを含む。その場合、１以上の弁を閉位置に設定することによって、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを導くことができる。実施形態では、堆積チャンバに流体連通する１以上の供給ラインを通して１以上の蒸気前駆体を流すことが、１以上の供給ラインを通って流れる１以上の蒸気前駆体の温度を維持することを含む。幾つかの実施形態では、堆積チャンバに流体連通する１以上の供給ラインを通して１以上の蒸気前駆体を流すことが、第１の蒸気前駆体が第１の供給ラインを通って流れるときに、第１の温度にある第１の蒸気前駆体の温度を維持すること、及び、第１の蒸気前駆体が第２の供給ラインを通って流れるときに、第２の温度にある第２の蒸気前駆体の温度を維持することを含む。
[0064] 一実施形態では、本開示が、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための装置に関する。該装置は、１以上の供給ラインを介して１以上の昇華器に流体連通する堆積チャンバを含み、１以上の供給ラインは、堆積チャンバと１以上の昇華器との間に１以上の導管を含み、１以上の導管は、１以上の導管を開閉するための１以上の弁を含み、開位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを防止し、閉位置にある１以上の弁は、プロセス材料が１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の堆積チャンバの中への流れを導く。実施形態では、該装置が、堆積チャンバの下流の排気経路を更に含む。実施態様では、排気経路が、第１の排気流路と第２の排気流路に分岐する。幾つかの実施態様では、第１の排気流路が圧力弁を含み、第２の排気流路がスロットル弁を含む。幾つかの実施態様では、１以上の導管が、スロットル弁の下流の第１の接合部において第２の排気流路の中に流入する。実施形態では、第１のポンプが、第１の位置の下流にある。実施態様では、第１の排気流路と第２の排気流路が、圧力弁と第１のポンプの下流の第２の接合部で合流する。幾つかの実施形態では、第２のポンプが、第２の接合部の下流にある。幾つかの実施形態では、１以上の昇華器が、それぞれ、２つ以上の熱源を含む。幾つかの実施形態では、２つ以上の熱源が、放射熱源及び赤外線（IR）又は広帯域輻射熱源を含み、放射熱源と赤外線（IR）又は広帯域輻射熱源とは、異なる熱区域にある。幾つかの実施形態では、赤外線（IR）輻射熱源が、センサに接続されている。幾つかの実施形態では、１以上の供給ラインが、１以上の導管と１以上の昇華器との間に配置された第２の弁を更に含む。幾つかの実施形態では、１以上の弁が、少なくとも摂氏４００度の温度での使用に適している。幾つかの実施形態では、１以上の弁が、堆積チャンバのプロセス空間の圧力を制御する。
[0065] 上記は本開示の実施形態を対象とするが、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さらなる実施形態を考案してもよい。

Claims (15)

  1. 堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための装置であって、
    １以上の供給ラインを介して１以上の昇華器に流体連通する堆積チャンバを備え、前記１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して前記１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を備え、前記第１の熱源は、前記アンプルに隣接した放射熱源であり、前記第２の熱源は、前記開口部に隣接し、前記１以上の供給ラインは、前記堆積チャンバと前記１以上の昇華器との間に１以上の導管を備え、前記１以上の導管は、前記１以上の導管を開閉するための１以上の弁を備え、開位置にある前記１以上の弁は、プロセス材料が前記１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の前記堆積チャンバの中への流れを防止し、閉位置にある前記１以上の弁は、プロセス材料が前記１以上の供給ライン内に存在するときに、プロセス材料の前記堆積チャンバの中への流れを導く、装置。
  2. 前記第２の加熱源は、前記開口部の上方にあり且つ前記開口部に隣接している、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第２の加熱源は、１以上の赤外線（IR）輻射熱源又は広帯域輻射熱源を備える、請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記第１の熱源は、前記アンプル内に存在するときにプロセス材料を第１の温度まで加熱するように構成され、前記第２の熱源は、前記プロセス材料を前記第１の温度より高い第２の温度まで加熱するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記堆積チャンバは、前記堆積チャンバの下流に排気経路を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記排気経路は、第１の排気流路と第２の排気流路に分岐する、請求項５に記載の装置。
  7. 前記第１の排気流路が圧力弁を備え、前記第２の排気流路がスロットル弁を備える、請求項６に記載の装置。
  8. 前記１以上の導管は、前記スロットル弁の下流の第１の接合部において前記第２の排気流路の中に連結する、請求項７に記載の装置。
  9. 第１のポンプが、前記第１の接合部の下流にある、請求項８に記載の装置。
  10. 前記第１の排気流路と前記第２の排気流路が、前記圧力弁と前記第１のポンプの下流の第２の接合部で合流する、請求項９に記載の装置。
  11. 第２のポンプが、前記第２の接合部の下流にある、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記第１の熱源が放射熱源を備え、前記第２の熱源が赤外線（IR）輻射熱源又は広帯域輻射熱源を備え、前記放射熱源と前記赤外線（IR）輻射熱源又は前記広帯域輻射熱源とが異なる熱区域にある、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法であって、
    １以上の昇華器内の１以上の前駆体材料を昇華させて、１以上の蒸気前駆体を生成することであって、前記１以上の昇華器は、それぞれ、開口部を介して１以上の供給ラインに流体連通するアンプル、並びに少なくとも第１の熱源及び第２の熱源を含み、前記第１の熱源は、前記アンプルに隣接した放射熱源であり、前記第２の熱源は、前記開口部に隣接する、１以上の蒸気前駆体を生成すること、
    堆積チャンバに流体連通した１以上の供給ラインを通して前記１以上の蒸気前駆体を流すことであって、前記１以上の供給ラインは、前記堆積チャンバと前記１以上の昇華器との間の接合部において１以上の導管に連結される、１以上の蒸気前駆体を流すこと、並びに
    前駆体材料の前記１以上の昇華器から前記堆積チャンバへの流れを制御するように、前記１以上の導管内の１以上の弁を設定することを含む、方法。
  14. １以上の弁を開位置に設定することが、前記堆積チャンバの中へのプロセス材料の前記流れを防止し、１以上の弁を閉位置に設定することが、前記堆積チャンバの中へのプロセス材料の前記流れを導く、請求項１３に記載の方法。
  15. 指示命令を記憶した非一過性のコンピュータ可読媒体であって、前記指示命令は、実行されると、堆積チャンバへのプロセス材料の流れを制御するための方法をもたらし、前記方法が、
    １以上の昇華器内の１以上の前駆体材料を昇華させて、１以上の蒸気前駆体を生成すること、
    堆積チャンバに流体連通した１以上の供給ラインを通して前記１以上の蒸気前駆体を流すことであって、前記１以上の供給ラインは、前記堆積チャンバと前記１以上の昇華器との間の接合部において１以上の導管に連結される、１以上の蒸気前駆体を流すこと、並びに
    前駆体材料の前記１以上の昇華器から前記堆積チャンバへの流れを制御するように、前記１以上の導管内の１以上の弁を設定することを含む、コンピュータ可読媒体。
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