JP5527954B2 - Ｐｅｃｖｄシステムにおけるソースガス流路の制御によるチャンバ内部での副生成物の膜堆積制御 - Google Patents

Description

発明の背景

（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、処理チャンバ内での処理ガスの流れを制御するための装置に関する。

（関連技術の説明）
基板を真空内で処理する際は、真空ポンプを用いて処理チャンバを適当な処理圧まで排気する。場合によっては、真空ポンプにより処理チャンバに導入された処理ガスを絶えず排気することで、所望の処理圧を維持する。真空ポンプは、真空ポンプへと続く真空ポンプ口へと処理チャンバ内を処理ガスを引き寄せる。

堆積ガス等の処理ガスを処理チャンバ内に導入すると、処理中、これらのガスが露出したチャンバ構成材上に堆積されることがある。チャンバ構成材上への堆積は望ましくなく、処理中における構成材の不具合や基板の汚染につながる場合がある。構成材に不具合が生じると、構成材の洗浄又は交換のいずれかが必要となる。どちらにしても、構成材にアクセスするために処理チャンバを停止する必要があり、基板のスループットの低下につながる。

従って、当該分野において、チャンバ構成材の不具合を軽減するように設計した処理チャンバが求められている。

発明の概要

本発明は、概して、処理ガスの流れがチャンバ壁部とスリットバルブ開口部から離れるように誘導するための方法と装置を含む。処理ガスの処理チャンバ内での流路を制御することで、チャンバ壁部上及びスリットバルブ開口部内部への望ましくない堆積を軽減することができる。スリットバルブ開口部内での堆積を軽減することで、剥離が軽減される。チャンバ壁部上への堆積を軽減することで、次のチャンバ洗浄までの期間が長くなる。従って、処理チャンバ内での処理ガスの流れを誘導することで、基板のスループットが上昇する。

一実施形態において、装置は第１側壁部を貫通するスリットバルブ開口部を有するチャンバ本体部と、チャンバ本体部の１つ以上の側壁部に連結された１つ以上のガス流誘導部と、スリットバルブ開口部上方の第１側壁部に連結されそこから延びている１つ以上のガス流遮断部と、スリットバルブ開口部を覆う位置と第２位置との間で移動可能であるドアを含む。１つ以上のガス流遮断部は実質的にスリットバルブ開口部と一直線に揃って貫通する開口部を有するガス流誘導部に連結されている。

別の実施形態において、装置は処理チャンバ壁部から延びる複数のガス流誘導部を含み、サセプタとガス分配シャワーヘッドとの間の処理領域を取り囲んでいる。複数のガス流誘導部において第１のガス流誘導部はそれを貫通する開口部を有しており、その中を基板が通過可能である。装置は第１ガス流誘導部に連結された、処理領域から離れる方向に延びている１つ以上のガス流遮断部と、開口部を遮蔽する位置から開口部を開放する位置へと移動可能である１つ以上のドアも含む。第１のガス流誘導部は１つ以上のドアと処理領域との間に配置される。

別の実施形態において、装置は第１側壁部を貫通する開口部を備えた複数の側壁部を有するチャンバ本体部を含む。装置は第１側壁部に連結されたガス流誘導部も含む。ガス流誘導部には開口部が形成されており、第１側壁部の開口部と実質的に一直線上に並んでいる。装置はスリットバルブ開口部上を第１側壁部とガス流誘導部との間で連結するガス流遮断部を更に含む。ガス流遮断部はスリットバルブ開口部を越える長さに亘る。装置はサセプタも含み、サセプタはその一辺がガス流誘導部の外面と一直線に揃うようにチャンバ本体部内に配置されている。

詳細な説明

本発明は、概して、処理ガスの流れがチャンバ壁部とスリットバルブ開口部から離れるように誘導するための方法と装置を含む。処理ガスの処理チャンバ内での流路を制御することで、チャンバ壁部上及びスリットバルブ開口部内部への望ましくない堆積を軽減することができる。スリットバルブ開口部内での堆積を軽減することで、剥離が軽減される。チャンバ壁部上への堆積を軽減することで、次のチャンバ洗浄までの期間が長くなる。従って、処理チャンバ内での処理ガスの流れを誘導することで、基板のスループットが向上する。

本発明を以下にて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社の子会社であるＡＫＴアメリカ社から入手可能なＰＥＣＶＤチャンバに関連して実例を挙げて説明する。当然のことながら、本発明は物理気相蒸着（ＰＶＤ）チャンバを含む処理ガスを利用するいずれのチャンバにも同等に応用可能である。また、当然のことながら以下に説明の発明はＰＥＣＶＤチャンバやその他の業者によって販売されるその他のチャンバにも同等に応用可能である。

図１はＰＥＣＶＤ装置１００の概略断面図である。装置１００は基板１０６をその上に有するサセプタ１０４を含む。基板１０６はシャワーヘッド１１０から処理空間１１６を隔てた真向かいに配置されている。処理空間１１６はチャンバ壁部１０８と、シャワーヘッド１１０と、基板１０６又はサセプタ１０４によって境されている。処理ガスはバッキングプレート１０２を介してガス供給源から供給され、シャワーヘッド１１０の裏面１１８に隣接したプレナム１１４内で均等に分配される。次に処理ガスは裏面１１８から延びるガス流路１１２をシャワーヘッド１１０の正面１２０へと流れる。シャワーヘッド１１０はプラズマに点火するため又は処理空間１１６内でプラズマを維持するために使用する電源に連結されている。

一旦処理空間１１６内で、処理ガス、ひいてはプラズマは分散して、処理チャンバの露出した表面全てと接触する。真空ポンプにより、矢印Ａで示されるように、プラズマと処理ガスはサセプタ１０４の下方へと引き込まれる。加えて、プラズマは矢印Ｂによって図示されるようにスリットバルブ１２２近くに引き寄せられ、スリットバルブ１２２上に堆積する。スリットバルブ１２２上に堆積した材料は基板１０６の挿入と取り出しの最中にスリットバルブ１２２の開閉により剥落する。加えて、材料はサセプタ１０４下方のチャンバ領域と真空ポンプ内に堆積し、真空ポンプや真空ポンプと装置１００との間の各種接続部の寿命に影響してくる。

処理ガスは基板１０６付近の領域に十分に収まりきらず、処理チャンバ全体に分散してしまう。処理チャンバのサイズにより、処理ガスは基板１０６全体に均等に分配されず、基板１０６の処理は不均等なものとなる。

不要な堆積を軽減し、基板に処理ガスをより均一に分配するために、１つ以上のガス流遮断部及び／又は１つ以上のガス流誘導部を用いる。図２Ａは本発明の一実施形態によるＰＥＣＶＤ装置２００の概略断面図であり、１つ以上のガス流遮断部２２８と１つ以上のガス流誘導部２２４を利用している。ガス流誘導部２２４は１つ以上の取付台２３６によってチャンバ壁部２０８に取り付けられ、サセプタ２０４とシャワーヘッド２１０との間に配置されている。図ではサセプタ２０４は基板２０６がその上に配置された上昇位置で描かれている。

ガス流誘導部２２４と隣接するガス流誘導部２２４との間には間隙があってもよく、処理ガス、場合によってはプラズマは真空を引いて維持する際にその間隙を流れる。ガス流誘導部２２４を接地させ、処理中、アノードとして機能させる。一実施形態において、ガス流誘導部２２４の高さは基板２０６とシャワーヘッド２１０の底面との間の距離よりも大きいため、シャワーヘッド２１０内を流れてくる処理ガスは実質的に処理領域内に集中し、チャンバ壁部２０８や堆積が望ましくないその他領域に分散するプラズマ及び処理ガスの量が最低限に抑えられる。加えて、ガス流誘導部２２４の外縁は実質的にサセプタ２０４の外縁と一直線に揃っていることから、ガス流誘導部２２４の外面とサセプタ２０４の外縁は実質的に同一垂直面上にあることとなる。別の実施形態において、ガス流誘導部２２４の高さは実質的に基板２０６とシャワーヘッド２１０の底面との間の距離に等しい。別の実施形態において、ガス流誘導部２２４の高さは基板２０６とシャワーヘッド２１０の底面との間の距離よりも短い。

チャンバ内でのプラズマと処理ガスの流れは、ガス流誘導部２２４によって側部で境された処理領域内に実質的に閉じ込められる。基板２０６、ガス流誘導部２２４、及びシャワーヘッド２１０との間に可能な限り多くの処理ガスを封じ込めることでプラズマの均一性が上昇し、基板ごとの堆積が安定したものとなる。加えて、ガス流誘導部２２４は接地されていることから、サセプタ２０４の下を伝って進むプラズマの量が低下する。矢印Ｄによって図示されるサセプタ２０４とガス流誘導部２２４との間の空間は処理ガスをそこを通して引き出すには十分だが、間隙を通過するプラズマが確実に接地されてサセプタ２０４の下に流れ込む前に消滅するに十分な狭さである。真空ポンプは矢印Ｃによって図示されるように、ガス流誘導部２２４間の間隙とガス流誘導部２２４とサセプタ２０４との間の空間を通して処理ガスを引き寄せる。ガス流誘導部２２４はサセプタ２０４から離間されている。一実施形態において、ガス流誘導部２３６は選択された位置でもってサセプタ２０４と連結されており、これにより処理ガスを処理領域からガス流誘導部２３６とサセプタ２０４との間を通して引き込むことが可能となる。矢印Ｅで図示されるように、基板２０６が処理位置にある際、ガス流誘導部２２４は基板２０６からも離間されている。一実施形態において、サセプタ２０４とガス流誘導部２２４との間の距離は基板２０６が処理位置にある際の基板２０６とガス流誘導部２２４との間の距離と実質的に同一である。

１つ以上のガス流遮断部２２８がスリットバルブ開口部２２２とスリットバルブ開口部２２２に隣接したガス流誘導部２２４との間の空間の上に配置されており、スリットバルブ開口部２２２内に流れ込んでスリットバルブ又はスリットバルブ開口部２２２に続くトンネル２３８上に堆積されるプラズマ及び処理ガスの量を低減している。１つ以上のガス流遮断部２２８はトンネル２３８の開口部の相対上部とシャワーヘッド２２８の底部との間に配置される。より一般的には、装置がＰＥＣＶＤ装置でない場合、１つ以上のガス流遮断部２２８をトンネル２３８の相対上部と処理チャンバの上部又は蓋部との間に配置する。例えば、ＰＶＤチャンバにおいては、１つ以上のガス流遮断部２２８をスリットバルブに続く開口部２２２の相対上部とターゲットとの間に配置する。ガス流遮断部２２８により開口部２２２の相対上部からスリットバルブ開口部２２２へと流れ込む処理ガス及びプラズマの量を低減する。一実施形態において、ガス流遮断部２２８はスリットバルブ開口部２２２を有する側壁部の全長に亘って延びている。別の実施形態において、ガス流遮断部２２８はスリットバルブ開口部２２２の少なくとも全長に亘って延びているが、側壁部の全長よりは短い。別の実施形態において、ガス流遮断部はスリットバルブ開口部２２２の縁部に対応する位置で垂直方向下向きに延び、少なくともスリットバルブ開口部２２２の長さと少なくともスリットバルブ開口部２２２の高さに及ぶ逆Ｕ型のガス流遮断部を画成している。処理ガスとプラズマは逆Ｕ型ガス流遮断部の下で上方向には流れにくいことから、スリットバルブ開口部２２２の下方にあるスリットバルブトンネル２３８とガス流誘導部２２４との間の領域は開放されたままである。

基板の装置２００への進入と退出を可能とするために、スリットバルブ開口部２２２に隣接して配置されたガス流誘導部２２４は開口部２３２を有する（図２Ｄを参照のこと）。ガス流誘導部２２４の開口部２３２により、スリットバルブ開口部２２２上に処理ガス及びプラズマが堆積してしまう。スリットバルブ開口部２２２に到達する処理ガスとプラズマの量を低減するために、スリットバルブライナ２２６又はドアをスリットバルブ開口部２２２に続く開口部と開口部２３２を有するガス流遮断部２２４との間に配置する。基板２０６が処理チャンバ内に配置され、かつサセプタ２０４が上昇して処理位置にある場合、スリットバルブライナ２２６又はドアは常に上昇位置におかれる（図２Ａに図示）。同様に、サセプタ２０４が下降位置にある際、スリットバルブライナ２２６又はドアを下げることで、処理チャンバへの基板２０６の挿入とチャンバからの取り出しが可能となる。

図２Ｂはサセプタ２０４とスリットバルブライナ２２６を下降させた場合の図２ＡのＰＥＣＶＤ装置２００の概略断面図である。スリットバルブライナ２２６又はドア及びサセプタ２０４をアクチュエータ２３０に連結し、サセプタ２０４とスリットバルブライナ２２６又はドアの双方の昇降を制御する。一実施形態において、スリットバルブライナ２２６又はドアとサセプタ２０４とは同時に昇降させる。別の実施形態において、スリットバルブライナ２２６又はドアとサセプタ２０４を独立して昇降させる。別の実施形態において、スリットバルブライナ２２６又はドアとサセプタ２０４は全て連結されている。別の実施形態において、スリットバルブライナ２２６又はドアとサセプタ２０４はそれぞれ別々のアクチュエータ２３０に連結されている。

図２Ｃは図２ＡのＰＥＣＶＤ装置２００の概略上面図である。装置２００は複数のチャンバ壁部２０８を有しており、ガス流誘導部２２４が各壁部２０８に連結されている。１つ以上の取付台２３６がガス流誘導部２２４をチャンバ壁部２０８に連結している。ガス流誘導部２２４はチャンバ壁部２０８とサセプタ２０４との間に配置されている。加えて、１つ以上のガス流遮断部２２８がチャンバ壁部２０８とスリットバルブ２２２に隣接するガス流誘導部２２４との間に配置されている。１つ以上の追加のガス流遮断部２２８を、スリットバルブ２０８がその内部に配置された壁部２０８に隣接した壁部２０８に連結してもよい。

ガス流遮断部２２８をチャンバ内に配置し、スリットバルブ開口部２２２に向かうプラズマと処理ガスの流れを途絶させる。ガス流遮断部２２８によりスリットバルブ開口部２２２に対応するチャンバ壁部２０８とスリットバルブ開口部２２２に対応するガス流誘導部２２４との間を流れる処理ガス及びプラズマの量を低減する。ガス流遮断部２２８をスリットバルブ開口部２２２を有する壁部２０８に隣接した壁部２０８上に配置することで、スリットバルブ開口部２２２に到達する処理ガスとプラズマの減量を補佐する。従って、ガス流遮断部２２８は排気及び処理中におけるスリットバルブ開口部２２２周辺での処理ガスとプラズマの流れを指向する。一実施形態においては、１つ以上のガス流遮断部２２８は側壁部の長さに及ぶ単一部品から構成される。別の実施形態において、１つ以上のガス流遮断部２２８は複数の部品を含む。

図２Ｄは図２Ａのガス流誘導部２２４とガス流遮断部２２８の概略図である。図２Ｄはチャンバ壁部２０８とガス流誘導部２２４に連結されたガス流遮断部２２８を図示している。ガス流誘導部２２４はスリットバルブ開口部２２２から実質的にガス流遮断部の幅に等しい距離を置いて離間されている。スリットバルブ開口部２２２、ひいてはスリットバルブに到達する処理ガスとプラズマの量を低減するためにスリットバルブライナ２２６又はドアをチャンバ壁部２０８とガス流誘導部２２４との間の位置へと上昇させると、ガス流誘導部２２４の開口部２３２とスリットバルブ２２２の開口部２３４との間の見通しが遮られる。ガス流誘導部２２４の開口部２３２とスリットバルブ開口部２２２との間の見通しを遮断することで処理ガスとプラズマは回旋状の経路を流れなくてはならず、スリットバルブ開口部２２２又はチャンバ壁部２０８に到達しない。

図３Ａは本発明の一実施形態によるガス流誘導部３０２の概略図である。図３Ｂは図３Ａのガス流誘導部３０２を有する装置３００の概略図である。ガス流誘導部３０２は１つ以上の開口部３０６を有している。開口部３０６を用いて取付台３１０とを連結している又は処理領域を真空ポンプと連結している。図３Ｂから見て取れるように、サセプタ３０４とガス流誘導部３０２との間には間隙が存在している。加えて、スリットバルブに隣接して配置されたガス流誘導部３０２は基板の挿入と取り出しを可能とするための開口部３０８を有している。

図４Ａは本発明の一実施形態によるスリットバルブ開口部４０８を遮蔽するためのドア・アセンブリ４００の部分断面図である。ドア４１２は側壁部４０２とガス流誘導部４０４との間に配置され、矢印Ｆで図示されるように制御装置４１４によって垂直方向に作動する。ドア４１２は上昇移動してスリットバルブ開口部４０８を遮蔽する。ドア４１２は垂直方向に作動することから、ドア４１２は処理中、ガス流遮断部４０６と隣り合い、かつガス流誘導部４０４の開口部４１０の真向かいにくる。一実施形態において、ガス流遮断部４０６は存在しない。

図４Ｂは本発明の別の実施形態によるスリットバルブ開口部４２４を遮蔽するためのドア・アセンブリ４２０の部分断面図である。ドア４２６には蝶番アセンブリ４３０が取り付けられており、壁部４２２のスリットバルブ開口部４２４の正面での（制御装置４２８の制御による）枢動が可能である。ドア４２６はスリットバルブ開口部４２４の下方位置で壁部４２２に連結してもよい。一実施形態において、ガス流遮断部４３２は存在しない。

図４Ｃは本発明の別の実施形態による壁部４４２のスリットバルブ開口部４５０を遮蔽するためのドア・アセンブリ４４０の部分断面図である。ドア４４８にはスリットバルブ開口部４５０の下方で蝶番アセンブリ４５０が取り付けられ、壁部４４２に連結されている。制御装置４５２の制御により、ドア４４８は蝶番アセンブリ４５０を中心に枢動する。一実施形態において、ガス流遮断部４４４は存在しない。

ガス流誘導部とガス流遮断部同士及びチャンバ壁部とは慣用の連結手段でもって連結することができる。一実施形態において、ガス流誘導部及びガス流遮断部はアルミニウムを含む。別の実施形態において、ガス流誘導部とガス流遮断部は陽極酸化アルミニウムを含む。別の実施形態において、ガス流誘導部及びガス流遮断部はステンレススチールを含む。一実施形態において、ガス流遮断部はある材料から成る一体構成である。別の実施形態において、スリットバルブに隣接するガス流遮断部及びガス流誘導部はある材料から成る一体構成である。

ガス流誘導部、ガス流遮断部、及びスリットバルブライナを利用することで、チャンバ壁部やスリットバルブ上への望ましくない堆積が軽減される。不要な堆積を軽減することで、処理チャンバの洗浄必要度が低下し、ダウンタイムが短くなる。処理チャンバのダウンタイムの短縮により、基板のスループットは上昇する。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他の及び更なる実施形態はその基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。

その一部が添付図面で図示されている実施形態を参照し、上記で簡単に概要を述べた本発明の更に具体的な説明を得ることで、本発明の上述した構成が詳細に理解可能である。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態によるＰＥＣＶＤ装置の概略断面図である。 サセプタとスリットバルブライナを降下させた場合の図２ＡのＰＥＣＶＤ装置の概略断面図である。 図２ＡのＰＥＣＶＤ装置の概略上面図である。 図２Ａのガス流誘導部とガス流遮断部の概略図である。 本発明の一実施形態によるガス流誘導部の概略図である。 図３Ａのガス流誘導部を有する装置の概略図である。 本発明の一実施形態によるスリットバルブ開口部を遮蔽するためのドア・アセンブリの部分断面図である。 本発明の別の実施形態によるスリットバルブ開口部を遮蔽するためのドア・アセンブリの部分断面図である。 本発明の別の実施形態によるスリットバルブ開口部を遮蔽するためのドア・アセンブリの部分断面図である。

円滑な理解のために、可能な限り、図面で共通する同一の要素は同一の参照番号を用いて表した。一実施形態で開示された要素は、特に記載することなくその他の実施形態にて有利に利用可能である。

Claims (11)

1. 第１側壁部を貫通するスリットバルブ開口部を有するチャンバ本体部と、
   チャンバ本体部の１つ以上の側壁部に連結された１つ以上のガス流誘導部と、
   スリットバルブ開口部上方の第１側壁部に連結されそこから延びており、実質的にスリットバルブ開口部と一直線に揃って貫通する開口部を有するガス流誘導部に連結される１つ以上のガス流遮断部と、
   スリットバルブ開口部を覆う位置と第２位置との間で移動可能であるドアを備え、隣接する側壁部上のガス流誘導部が離間されている装置。
2. ドアが第１側壁部に枢動的に連結されている請求項１記載の装置。
3. ドアが垂直面を移動可能である請求項１記載の装置。
4. １つ以上のガス流遮断部がスリットバルブ開口部全体に亘る長さに及ぶ請求項１記載の装置。
5. 処理チャンバ壁部から延び、サセプタとガス分配シャワーヘッドとの間の処理領域を取り囲む複数のガス流誘導部であって、複数のガス流誘導部において第１のガス流誘導部はそれを貫通する開口部を有しており、その中を基板が通過可能であり、隣接する側壁部上のガス流誘導部が離間されているガス流誘導部と、
   第１のガス流誘導部に連結された、処理領域から離れる方向に延びている１つ以上のガス流遮断部と、
   開口部を遮蔽する位置から開口部を開放する位置へと移動可能である１つ以上のドアを備え、第１のガス流誘導部は１つ以上のドアと処理領域との間に配置される装置。
6. ドアが第１側壁部に枢動的に連結されている請求項５記載の装置。
7. ドアが垂直面を移動可能である請求項５記載の装置。
8. １つ以上のガス流遮断部が開口部全体に亘る長さに及ぶ請求項５記載の装置。
9. 第１側壁部を貫通する開口部を備えた複数の側壁部を有するチャンバ本体部と、
   複数の側壁部に連結された複数のガス流誘導部であって、第１のガス流誘導部が第１側壁部に連結され、第１側壁部の開口部と実質的に一直線に揃って貫通する開口部を有しており、隣接する側壁部上のガス流誘導部が離間されているガス流誘導部と、
   スリットバルブ開口部上を第１側壁部と第１のガス流誘導部との間で連結する、スリットバルブ開口部を超える長さに亘るガス流遮断部と、
   その一辺が第１のガス流誘導部の外面と一直線に揃うようにチャンバ本体内に配置されているサセプタと、
   チャンバ本体部内に配置され、スリットバルブ開口部を遮蔽する位置とスリットバルブ開口部が開放される位置との間で移動可能であるドアを備えた装置。
10. ドアが第１側壁部に枢動的に連結されている請求項９記載の装置。
11. ドアが垂直面を移動可能である請求項９記載の装置。

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