JP4526703B2

JP4526703B2 - 増大した清浄性を提供するスロットルバルブ

Info

Publication number: JP4526703B2
Application number: JP2000517212A
Authority: JP
Inventors: マシュー，ダブリューロゼイ，; ウォン，ビー．バン，; フランシマールカンパーナ，; スリニヴァスネマニ，; サンダーピカイ，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP2001521112A; WO1999020925A1; US6090206A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、半導体産業において広く使用される真空処理チャンバに関し、特に、化学気相堆積法（ＣＶＤ）の処理チャンバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ（または基板）上に層を堆積させる処理には通常、基板を加熱し、基板に向かって流れる堆積（または処理）ガスの流れの源から短距離のところに基板を保持することが含まれる。流れるガスは反応して加熱された基板上に層を堆積させる。
【０００３】
不均一なガス流パターンは、ウエハの表面を横切って堆積された被膜層の均一性に好ましくないむらを引き起こす。一般的に、処理チャンバから真空ポンプまで延びる排気ポートの開口が、ガス流パターン中の非対称性を招く。対称性を回復しようとして、多くの設計ではウエハを囲むポンプ流路を設けている。しかし、多くの構成において、邪魔になる構成、例えば、そこを通ってロボットアームがウエハをチャンバに入れるウエハ挿入開口が原因となってウエハを完全に囲むことができないので、対称性を得るのは不可能である。機械的な非対称性を有するそのようなチャンバは、ウエハにおいて望まれるだけの高いガス流の対称性を達成することができない。
【０００４】
流路の形状および処理されるウエハの中心に対する対称性を欠いているということは、オリフィスを配置できる位置に影響し、チャンバ内の他の形状や通路、例えば、ウエハ挿入および取り外し開口やそのチャンバ内外への通路を避ける必要があることから、設計を束縛する。多くの場合、ポンプ流路へのオリフィスは、チャンバ内であって、ガス分配プレートからポンプ流路への理想的なガス流レジームより少ないものを提供する位置に配置される。より多くの堆積は、最も多い数の反応物が基板の表面に接触する場所、すなわち真空開口の周りで起こる。そのような形状によって得られる処理ガス流は、ウエハの上に堆積される材料の厚さに、小さいけれども測定できるむらを含む。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
チャンバと真空ポンプの間の真空ラインにおけるある点において、真空遮断弁またはスロットルバルブが一般的に設けられ、それは閉鎖時には処理チャンバの封じ込めの境界として作用する。アクティブな処理チャンバの高温下で気体の状態に保たれた揮発性の汚染物質は、好ましくないことに、処理チャンバの処理領域からある距離離れたところで、しかし真空弁によって定められる処理チャンバの封じ込めの境界内にある冷たい真空配管の壁上で凝結し得る。流れの無い状態の間、これらの汚染物質は、チャンバの処理部分に拡散して戻り、好ましくないことに、処理部分を汚染し得る。この問題を避けるために、処理チャンバの封じ込め境界内の内側面は、これらの表面を清浄ガスによってエッチング（および／またはプラズマ清浄）して堆積ガスによって堆積された誘電材料を除去することにより周期的に清浄にされる。最も効果的には、不良を生じさせることなく清浄と清浄の間の時間をできるだけ長くすることが必要である。清浄は通常の生産工程を妨害する。
【０００６】
本発明は、上記の一つ以上の問題を克服するか、少なくともその問題の影響を減少させるためのものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの局面において、その中を通る孔を有するスロットルバルブハウジングとスロットルバルブプラグアッセンブリとを含むスロットルバルブアッセンブリが提供される。スロットルバルブプラグアッセンブリは、スロットルバルブハウジングに回転可能に装着されるシャフトと、凹状切除部を有するスロットルバルブプラグとを含む。スロットルバルブプラグは、スロットルバルブハウジング内でシャフトに装着され、孔とほぼ垂直である。スロットルバルブプラグは、少なくとも二つの全開位置と全閉位置とを有する。
【０００８】
本発明の別の局面において、そのようなスロットルバルブアッセンブリを有する化学気相堆積リアクタ装置が提供される。本発明のさらに別の局面において、そのようなスロットルバルブアッセンブリを清浄する方法が提供される。本発明のさらに別の側面において、そのようなスロットルバルブアッセンブリを用いた化学気相堆積方法が提供される。
【０００９】
発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、図面を参照にすることによって明らかになるであろう。
【００１０】
本発明には様々な変更および他の形態を適用することが可能であるが、特定の実施形態を図中の例によって示し、ここで詳細に説明する。しかしながら、特定の実施形態のここでの説明は、本発明を開示される特定の形態に限定しようとするものではなく、逆に、添付の請求項によって定義される発明の意図と範囲内における全ての変更、同等のもの、および代替となるものを網羅しようとするものであることを理解されたい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。明瞭にするために、この明細書では実際の実施の全ての特徴については述べない。そのような実際の実施形態を発展させる際には、もちろん、実施ごとに異なる、システムに関連した、またビジネスに関連した制約に従うことなどの固有の目的を達成するために、実施に固有な多くの判断をしなくてはならない。さらに、そのような発展のための努力は複雑で時間がかかるものかもしれないが、それでも本開示の恩恵を受ける、この分野で通常の技術を有する者にとっては、慣行的な業務であるだろう。
【００１２】
ここで図面、特に図１を参照すると、具体例としてのＣＶＤリアクタ装置が示されている。そのようなＣＶＤリアクタ装置は、例えば、ゲルマニウムが添加されたホウ素リン珪酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）層を堆積させるのに適している。そのような層は種々の異なるＣＶＤ処理装置で形成することができる。一つのそのような適したＣＶＤ装置が図１に示されており、図１は、真空チャンバ１５０を有する簡略化された平行板化学気相堆積装置１００の縦断面図である。ＣＶＤ装置１００は、堆積ガスをサスセプタ１２０の上に置かれているウエハ（図示しない）に散布するガス吸気マニホールド１１０を含む。サスセプタ１２０は熱への感受性が高く、サスセプタ１２０（およびサスセプタ１２０の上面に支持されているウエハ）が下側ローディング／オフローディング位置とマニホールド１１０のすぐ近くに隣接する上側処理位置１４０との間で制御可能に移動できるように、サスセプタ１２０は、支持フィンガー１３０上に装着されている。
【００１３】
サスセプタ１２０とウエハが処理位置１４０にある時、これらは、環状真空マニホールドまたはポンプ流路１２４内に排出される複数の間隔を空けた孔１２３を有するバフル板１７０に囲まれている（図２に概略的に示すように）。ポンプ流路１２４は、図２に概略的に示すように、ＣＶＤ装置１００の蓋２００と真空チャンバ１５０の壁２５０（図１）との接合部に形成される。堆積物およびキャリアーガスはガスライン１８０を通って混合チャンバ１９０内へ供給され、そこでそれらのガスは混合され、それからマニホールド１１０へ送られる。処理中に、マニホールド１１０に供給されたガスは、ウエハの表面を横切って、矢印１２２によって示されるように均一に分配される。図２に示すように、次にガスは、真空ポンプ装置（図示しない）によってポート１２３を経由し、矢印１２１によって示されるように、円形真空マニホールドまたはポンプ流路１２４内へ排気され、排気ライン１３１から排出される。ガスが排気ライン１３１を通って放出される速度もまた、図２に破線によって概略的に示されるスロットルバルブ１３２によって制御される。
【００１４】
ここで図３を参照すると、本発明の実施形態によるスロットルバルブまたはスロットルバルブアッセンブリ１３２の分解斜視図を示しており、スロットルバルブハウジング３００は、その中を貫通する概ね円筒形の孔３１０を有している。スロットルバルブプラグアッセンブリ３２０は図３に示され、面板３３０を有し、プラグハウジング３４０が面板３３０上に装着され、シャフト３５０がプラグハウジング３４０上に回転可能に装着されて、面板３３０を通って延びている。シャフト３５０は、シャフト３５０に沿った一つ以上の平坦部３５２を有しており、シャフト３５０を回転させ、配置する工具がシャフト３５０によりしっかりと係合できるように、シャフト３５０の端部に溝３５３を有している。概ね凹状の切除部３７０を有するスロットルバルブプラグ３６０は、シャフト３５０に装着され、孔３１０にほぼ垂直なスロットルバルブハウジング３００内へ挿入される。スロットルバルブプラグ３６０は、例えば、陽極処理アルミニウム、ビードを吹き付けたチタン、または、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材料からなる。望ましくは、スロットルバルブプラグ３６０は、例えば、３１６または３０４ステンレス鋼のような好適な材料を含むように作られる。
【００１５】
スロットルバルブプラグアッセンブリ３２０は、図３に示すように、例えば、ねじ３２５と、止め座金３３５と、平座金３４５とを用いてスロットルバルブハウジング３００の側面に取り付けられる。スロットルバルブハウジング３００は、例えば、下側取付アッセンブリ３６５およびねじ４００（図４）を用いてスロットルバルブフランジ３５５に取り付けられる。取付アッセンブリ３６５は、Ｏ−リング３７５と、概ね円筒形で、スロットルバルブプラグ３６０の凹状切除部３７０に密封するように係合する凸状部または突起３８５を有する中空密封材３８０と、Ｏ−リング３９０とを含む。Ｏ−リング３７５は、スロットルバルブハウジング３００とスロットルバルブフランジ３５５との間に取り付けられ、Ｏ−リング３９０は、中空密封材３８０とスロットルバルブフランジ３５５との間に取り付けられる。
【００１６】
上側取付アッセンブリ３６６は、スロットルバルブハウジング３００の上面３９５を排気管１３１（図１および２）に取り付け、孔３１０の上端を排気管１３１と結合する。取付アッセンブリ３６６は、Ｏ−リング３７６と、概ね円筒形でスロットルバルブプラグ３６０の凹状切除部３７０に密封するように係合する凸状部または突起３８６を有する中空密封材３８１と、Ｏ−リング３９１とを含む。Ｏ−リング３７６は、スロットルバルブハウジング３００と排気管１３１の端部にあるフランジ部（図示しない）との間に取り付けられ、Ｏ−リング３９１は、中空密封材３８１と排気管１３１の端部にあるフランジ部（図示しない）との間に取り付けられる。
【００１７】
ここで、図４を参照すると、図３に示す実施形態のスロットルバルブ１３２の組み立てられた状態の斜視図が示されており、ばね４２０が示される。ばね４２０は、上側取付アッセンブリ３６６に含まれる。ばね４２０は、中空密封材３８１をスロットルバルブプラグ３６０に対して付勢して、図３に示すように、スロットルバルブプラグ３６０が、例えば、凹状切除部３７０がスロットルバルブフランジ３５５とは反対側を向いている閉鎖位置にある時に、中空密封材３８１の凸状部３８６がスロットルバルブプラグ３６０の凹状切除部３７０と密封するように係合するのを助ける。対応するばね（図示しない）が、下側取付アッセンブリ３６５に含まれる。そのような対応するばねは、中空密封材３８０をスロットルバルブプラグ３６０に対して付勢して、スロットルバルブプラグ３６０が、例えば、凹状切除部３７０がスロットルバルブフランジ３５５側に向いている別の閉鎖位置にある時に、中空密封材３８０の凸状部３８５がスロットルバルブプラグ３６０の凹状切除部３７０と密封するように係合するのを助ける。
【００１８】
ここで、図５Ａから５Ｃを参照すると、凹状切除部３７０とシャフト３５０とを有するスロットルバルブプラグ３６０の断面図が示される。図５Ａは、図５ＢのＶＡ−ＶＡ線によっても示されるように、スロットルバルブプラグ３６０が、凹状切除部３７０がスロットルバルブフランジ３５５とは反対側を向いている図３に示す閉鎖位置にある時に、スロットルバルブハウジング３００の上面３９５によって形成される平面に平行なシャフト３５０の対称軸５００を通る平面によって形成される断面図である。図５Ａに示すスロットルバルブプラグ３６０と凹状切除部３７０の断面図は、ほぼ砂時計形の部分５１０を有する。
【００１９】
図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線によっても示されるように、スロットルバルブプラグ３６０が、凹状切除部３７０がスロットルバルブフランジ３５５とは反対側を向いている図３に示す閉鎖位置にある時に、スロットルバルブハウジング３００の上面３９５によって形成される平面にほぼ垂直なシャフト３５０の対称軸５００を通る平面によって形成される断面図である。図５Ｂに示すスロットルバルブプラグ３６０と凹状切除部３７０の断面図は、ほぼＶ字形の部分５２０を有する。図５Ｂに示すように、Ｖ字形部５２０の縁部５３０は、シャフト３５０の対称軸５００にほぼ垂直な線５４０とともに、角度αを形成する。角度αは、例えば、４５°である。スロットルバルブプラグ３６０は、シャフト３５０の対称軸５００に沿って測った時に約１．４インチ（３．６ｃｍ）の長さで、約１．３７インチ（３．５ｃｍ）の直径を有する。凹状切除部３７０は、シャフト３５０の対称軸５００に沿って測った時に約０．８インチ（２．１ｃｍ）の長さである。
【００２０】
図５Ｃは、図５ＡのＶＣ−ＶＣ線によって示されるシャフト３５０の断面図である。二つの平坦部３５２が図５Ｃに示されており、一方の平坦部３５２は、図５Ｂに示す線５４０とシャフト３５０の対称軸５００の両方にほぼ垂直な線５５０とともに角度βを形成する垂直二等分線を有する。図５Ｃに示す他方の平坦部３５２は、線５５０とともに角度（γ−β）を形成し、線５５０とともに角度βを形成する垂直二等分線とともに角度γを形成する垂直二等分線を有する。図５Ｃに示すように、溝３５３の位置と向きが破線によって示されている。シャフト３５０に沿った二つの平坦部３５２とシャフト３５０の端部の溝３５３は、シャフト３５０を回転させ、配置する工具がよりしっかりとシャフト３５０に係合できるようにする。溝３５３の幅Ｗは、例えば、約０．０６インチ（０．１５ｃｍ）である。図５Ｃに示すシャフト３５０の部分の直径Ｄは、例えば、約０．２５インチ（０．６ｃｍ）である。垂直二等分線に沿った平坦部３５２からシャフト３５０の円周までの距離ｄ（図５Ｃにおいて破線で示す）は、例えば、約０．０２インチ（０．０５ｃｍ）である。線５５０との角度βは、例えば、約３０°であり、角度γは、例えば、約９０°である。
【００２１】
ここで、図６Ａから６Ｃを参照すると、分解されたスロットルバルブハウジング３００と、孔３１０と、スロットルバルブプラグ３６０と、シャフト３５０とが示されている。スロットルバルブプラグ３６０とシャフト３５０は、説明のために、スロットルバルブハウジング３００と孔３１０から引き抜かれた状態で示されている。図６Ａは、第一の全開位置にあるスロットルバルブプラグ３６０を示す。そのような全開位置において、スロットルバルブプラグ３６０とシャフト３５０とがスロットルバルブハウジング３００と孔３１０内に完全に挿入された時、凹状切除部３７０は、真空チャンバ１５０（図１）から排気管１３１（図１および２）を通って流れるガスの流れを妨害したり制限したりすることはない。図６Ａに示すような第一の全開位置において、排気される処理ガスおよび／または清浄ガスを含むそのようなガスの流れは、最低限制限される。図６Ａに示すような第一の全開位置において、清浄ガスが排気管１３１と孔３１０を通って排気される時、スロットルバルブプラグ３６０の凹状切除部３７０は、真空チャンバ１５０から排気管１３１への処理ガスによって堆積された堆積物質を孔３１０の右側から取り除く清浄ガスが孔３１０の右側に入れるようにする。
【００２２】
図６Ｂは、全閉位置にあるスロットルバルブプラグ３６０を示す。そのような全閉位置において、スロットルバルブプラグ３６０とシャフト３５０は、スロットルバルブハウジング３００と孔３１０内に完全に挿入され、凹状切除部３７０は、真空チャンバ１５０（図１）から排気管１３１（図１および２）を通って流れるガスの流れを妨害または制限する。図６Ｂに示すような全閉位置において、排気される処理ガスおよび／または清浄ガスを含むそのようなガスの流れは、最大限制限される。図６Ｂに示すような全閉位置において、真空チャンバ１５０からの清浄ガスが排気管１３１および孔３１０内にある時、スロットルバルブプラグ３６０の凹状切除部３７０は、真空チャンバ１５０から排気管１３１への処理ガスによって堆積された堆積物質を孔３１０の左右側の上部から取り除く清浄ガスが孔３１０の左右側の上部に入れるようにする。
【００２３】
図６Ｃは、第二の全開位置にあるスロットルバルブプラグ３６０を示す。そのような全開位置において、図６Ａについて上で論じたように、スロットルバルブプラグ３６０とシャフト３５０が、ハウジング３００と孔３１０内に完全に挿入された時、凹状切除部３７０は再び、真空チャンバ１５０（図１）から排気管１３１（図１および２）を通って流れるガスの流れを妨害または制限することはない。図６Ｃに示すような第二の全開位置において、排気される処理ガスおよび／または清浄ガスを含むそのようなガスの流れは、再び最低限制限される。図６Ｃに示すような第二の全開位置において、清浄ガスが排気管１３１と孔３１０を通って排気される時、スロットルバルブプラグ３６０の凹状切除部３７０は、真空チャンバ１５０から排気管１３１への処理ガスによって堆積された堆積物質を孔３１０の左側から取り除く清浄ガスが孔３１０の左側に入れるようにする。
【００２４】
シャフト３５０は、メモリ１３８（図１）に記憶されたコンピュータの指令によって指示される通り、プロセッサ１３４（図１）の制御の下、モータ（図示しない）によって回転され、スロットルバルブプラグ３６０を図６Ａおよび６Ｃに示す第一と第二の全開位置の中間位置へ回転させて、排気管１３１と孔３１０を通るガスの流れと真空チャンバ１５０内のガス圧を調節、制御する。図６Ａおよび６Ｃに示すような第一と第二の全開位置にあるシャフト３５０は、図６Ｂに示すような全閉位置にあるシャフト３５０からほぼ９０°回転されたものである。
【００２５】
図３から６に示す実施形態におけるそのようなスロットルバルブ１３２を用いることによって、清浄作業をスピードアップし、連続する清浄と清浄の間に取ることのできる製品加工の時間を長くすることができる。例えば、そのようなスロットルバルブ１３２は、約１０，０００またはそれ以上のウエハが処理された後にやっと、堆積物質によって目詰まりするだけであるのに対し、従来のスロットルバルブは一般に、たった約２００かそれ以下のウエハが処理された後には、堆積物質によって目詰まりしてしまう。
【００２６】
ＣＶＤ装置１００（図１）で行われる堆積処理は、熱処理であってもプラズマ増速処理であってもよい。プラズマ処理において、ＲＦ（またはマイクロ波）電源１２５から吸気マニホールド１１０に加えられるＲＦエネルギーによって、制御されたプラズマがウエハに隣接して形成される。吸気マニホールド１１０はＲＦ電極でもあり、サスセプタ１２０は接地されている。ＲＦ（またはマイクロ波）電源１２５は、単一または混合周波数ＲＦ電力のどちらでもマニホールド１１０に供給され、チャンバ１５０内に導入される反応性化学種の分解を高めることができる。あるいは、および／またはそれに加え、ＲＦ（またはマイクロ波）電源１２５は、ＣＶＤ装置１００において熱堆積処理が行われる時に清浄工程の間、ＣＶＤ装置１００内にマイクロ波エネルギーを供給するために使用される。
【００２７】
図示しないモータは、サスセプタ１２０を、処理位置１４０と下側のウエハローディング位置との間で上げ下げする。モータと、ガスライン１８０に接続されるガス供給バルブと、スロットルバルブ１３２と、ＲＦ（またはマイクロ波）電源１２５は、数本のみ示す制御ライン１３６の上のプロセッサ１３４によって制御される。プロセッサ１３４は、メモリ１３８に記憶されたコンピュータプログラムの制御の下で動作する。コンピュータプログラムは、時間調整、ガスの混合、チャンバ１５０の圧力、チャンバ１５０の温度、ＲＦ電力レベル、サスセプタ１２０の位置、および個々の処理の他のパラメータを指示する。
【００２８】
上記のＣＶＤ装置の説明は、主に説明の目的のためのものであって、本発明の範囲を限定するものとして考えられてはならない。プラテンおよび／またはサスセプタの設計、ヒータの設計、ＲＦおよび／またはマイクロ波の電力接続の位置における変形があれば、そのような上記の装置の変形、そして他の変形も可能である。さらに、他のＳＡＣＶＤ装置、誘導結合プラズマＣＶＤ装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置等のような他のＣＶＤ装置を採用することもできる。
【００２９】
反応チャンバ１５０内で約１００から７００トルの間の選択された圧力が設定され、真空ポンプ装置や処理ガスの導入とともにスロットルバルブ１３２によって、堆積の間中維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で使用することができる簡略化された平面板化学気相堆積リアクタの縦断面図である。
【図２】図１のリアクタ内の具体例としてのガス流を示し、本発明の実施形態を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の分解斜視図である。
【図４】図３に示す実施形態の組み立てられた状態の斜視図である。
【図５Ａ】図３に示す実施形態によるスロットルバルブプラグとシャフトの断面図である。
【図５Ｂ】図３に示す実施形態によるスロットルバルブプラグとシャフトの断面図である。
【図５Ｃ】図３に示す実施形態によるスロットルバルブプラグとシャフトの断面図である。
【図６Ａ】図３に示す実施形態による分解されたスロットルバルブハウジング、孔、スロットルバルブプラグおよびシャフトの断面図である。
【図６Ｂ】図３に示す実施形態による分解されたスロットルバルブハウジング、孔、スロットルバルブプラグおよびシャフトの断面図である。
【図６Ｃ】図３に示す実施形態による分解されたスロットルバルブハウジング、孔、スロットルバルブプラグおよびシャフトの断面図である。

Claims

自身を貫通する孔を有するスロットルバルブハウジングと、
前記スロットルバルブハウジングに回転可能に装着されるシャフト、および、凹状切除部を有する円筒形状のスロットルバルブプラグを含むスロットルバルブプラグアッセンブリとを備え、
前記スロットルバルブプラグは、前記スロットルバルブハウジング内で前記シャフトに装着され、かつ前記孔にほぼ垂直であり、少なくとも二つの全開位置と閉鎖位置とを有しており、
前記凹状切除部は、前記シャフトの対称軸を通る第１の平面によって形成されたＶ字形の部分を有する第１の断面と、前記対称軸を通ると共に前記第１の平面に対して垂直な第２の平面によって形成された砂時計形の部分を有する第２の断面とを有している、スロットルバルブアッセンブリ。
前記孔は、ほぼ円筒形である請求項１に記載のスロットルバルブアッセンブリ。
前記シャフトは、前記シャフト上に配置される少なくとも一つのほぼ平らな部分を有する請求項１に記載のスロットルバルブアッセンブリ。
前記シャフトは、前記スロットルバルブプラグとは反対側の端に配置される溝を有する請求項３に記載のスロットルバルブアッセンブリ。
前記閉鎖位置における前記スロットルバルブプラグは、前記少なくとも二つの全開位置のうちの一つにおける前記スロットルバルブプラグからほぼ９０°回転されている請求項１に記載のスロットルバルブアッセンブリ。
前記閉鎖位置における前記スロットルバルブプラグの前記凹状切除部は、前記孔の端に対向する請求項５に記載のスロットルバルブアッセンブリ。