JP6811732B2 - 処理チャンバ中のガス制御 - Google Patents

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Description

本明細書に記載の実施形態は、一般に、半導体処理チャンバに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、基板の表面上方でガスの流れ及び濃度を制御するように適合された半導体処理チャンバに関する。
集積回路製造の際に、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理又はプラズマ強化ＣＶＤ処理などの堆積処理が、様々な材料の膜を半導体基板上に堆積させるために使用される。これらの堆積処理は、包囲された処理チャンバ内で行われることがある。半導体基板上の特徴の寸法は、現代のエレクトロニクスの要求を満たすために縮小し続けている。更に、これらの寸法の縮小は、例えば、ガス供給均一性、ガス混合均一性、濃度均一性及び基板の表面に供給されるガス量の制御など、堆積処理の異なる態様について正確な制御を必要とすることになる。したがって、これらの堆積処理の様々な態様に関する制御を更に向上させるために、改良された処理チャンバが継続的に必要とされている。
本明細書で開示される実施形態は、一般に、半導体処理チャンバに関する。１つの実施形態では、側壁、基板支持体、及び基板支持体の上に配置された排気口を含む処理チャンバが提供される。処理領域が、排気口と基板支持体との間に形成され、排気口が、排気口で処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成された排気装置に連結されている。処理チャンバは、環状領域に外接する内面を有する環状形状の本体を含むガスリングを更に含む。ガスリングは、第１のガス源に連結され、かつ第１のガスを処理領域に供給するように構成されている複数の第１のノズルを更に含む。複数の第１のノズルは、第１の円形配列で環状形状の本体に形成される。ガスリングは、第２のガス源に連結され、かつ第２のガスを処理領域に供給するように構成されている複数の第２のノズルを更に含む。複数の第２のノズルは、第２の円形配列で環状形状の本体に形成される。
別の実施形態では、側壁及び基板支持体を含む処理チャンバが提供される。基板支持体は、基板支持体周囲の異なる角位置に配置された複数の基板ホルダを含む。基板支持体は、処理チャンバの内部周囲を回転可能である。処理チャンバは、各基板ホルダの上に配置された排気口を更に含む。処理領域が、排気口と基板支持体との間に形成され、各排気口が、排気口で処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成された排気装置に連結されている。処理チャンバは、環状領域に外接する内面を有する環状形状の本体を含むガスリングを更に含む。ガスリングは、第１のガス源に連結され、かつ第１のガスを前記処理領域に供給するように構成されている複数の第１のノズルであって、第１の円形配列で前記環状形状の本体に形成されている複数の第１のノズルを含む。ガスリングは、第２のガス源に連結され、かつ第２のガスを処理領域に供給するように構成されている複数の第２のノズルであって、第２の円形配列で環状形状の本体に形成されている複数の第２のノズルとを更に備える。
別の実施形態では、側壁及び基板支持体を含む処理チャンバが提供される。基板支持体は、基板支持体周囲の異なる角位置に配置された複数の基板ホルダを含む。基板支持体は、処理チャンバの内部周囲を回転可能である。処理チャンバは、各基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドを更に含み、処理領域が、各シャワーヘッドと基板支持体との間に形成されている。各シャワーヘッドは、第１のガス源に連結された複数の第１のオリフィスを含む。各シャワーヘッドは、第２のガス源に連結された複数の第２のオリフィスを更に含み、４以上の第２のオリフィスが各第１のオリフィス周囲に配置されている。各シャワーヘッドは、複数の第３のオリフィスで処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成された排気装置に連結された複数の第３のオリフィスを更に含み、４以上の第２のオリフィスが各第３のオリフィス周囲に配置されている。
本開示の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で概説した本開示のより具体的な説明が実施形態を参照することにより得られ、それら実施形態の幾つかは添付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ことから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態しか例示しておらず、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
本開示の１つの実施形態による、処理チャンバの側断面図である。 本開示の１つの実施形態による、図１Ａの処理チャンバで使用されることになるガスリングの上断面図である。 本開示の１つの実施形態による、図１Ｂのガスリングの中の第１のガスノズルのクローズアップ側断面図である。 本開示の１つの実施形態による、図１Ｂのガスリングの中の第２のガスノズルのクローズアップ側断面図である。 本開示の１つの実施形態による、図１Ａの処理チャンバの中の種々の構成要素の上平面図である。 本開示の１つの実施形態による、処理チャンバの側断面図である。 本開示の１つの実施形態による、図２Ａの処理チャンバの上平面図である。 本開示の１つの実施形態による、図２Ａ及び図２Ｂの処理チャンバで使用されることになるガスリングの上断面図である。 本開示の１つの実施形態による、処理チャンバの側断面図である。 本開示の１つの実施形態による、図２Ｄの処理チャンバの上平面図である。 本開示の１つの実施形態による、処理チャンバの側断面図である。 本開示の１つの実施形態による、図３Ａの処理チャンバの上平面図である。 本開示の１つの実施形態による、図３Ａの処理チャンバで使用されることになるシャワーヘッドの部分底面図である。 本開示の１つの実施形態による、図３Ｃのシャワーヘッドの部分側面図である。 本開示の１つの実施形態による、処理チャンバの側断面図である。 本開示の１つの実施形態による、処理チャンバの側断面図である。 本開示の別の実施形態による、処理チャンバの側断面図である。
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施形態で開示される要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
本明細書に記載の実施形態は、一般に、半導体処理チャンバに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、基板の表面上方でガスの流れ及び濃度を制御するように適合された半導体処理チャンバに関する。
図１Ａは、本開示の１つの実施形態による、処理チャンバ１００の側断面図である。図１Ｂは、処理チャンバ１００で使用されることになるガスリング１５０の上断面図である。図１Ｂに示されるように、以下に記載される複数の第１のノズル１５１は、図１Ｂに示されるガスリング１５０内に機械加工され得る。処理チャンバ１００は、一又は複数の側壁１０４、底部１０６、及び側壁１０４上に配置された上部１０８を有するチャンバ本体１０２を含む。側壁１０４、底部１０６、及び上部１０８は、処理チャンバ１００の内部領域１０５を画定する。
処理チャンバ１００は、基板支持体１２０、及び基板支持体１２０の上に配置された排気口１３０を含む。処理領域は、排気口１３０と基板支持体１２０との間に形成される。基板支持体１２０は、処理チャンバ１００で実行される堆積処理中に、基板５０を支持するために使用することができる。排気口１３０は、処理チャンバ１００からの処理ガスなどのガスを除去するために使用することができる。基板支持体１２０は、中心１２３を有する基板支持面１２２を含む。排気口１３０は、基板支持面１２２に面している排気入口１３１を有している。排気入口１３１は、処理チャンバ１００の内部領域１０５から除去されるガスの排気経路の一部を形成する排気口１３０を通って延びる複数の通路１３４を含み得る。通路１３４は、排気入口１３１にわたり異なる放射位置に配置されたリングなど、排気入口１３１にわたり配置されたリングの形態をとり得る。他の実施形態では、通路１３４は、プレートにおける規則的な配列のオリフィスなど、排気入口１３１にわたって配置される複数のオリフィスの形態をとり得る。排気口１３０は、基板支持面１２２の中心１２３に重ねることができる。例えば、排気入口１３１の中心１３３は、基板支持面１２２の中心１２３に重なり得る。幾つかの実施形態では、排気入口１３１は、基板支持面１２２のほとんどに重なる。他の実施形態において、排気入口１３１は、基板支持面１２２のすべてに重なる。
処理チャンバ１００は、基板支持体１２０と排気口１３０との間の垂直位置に配置されたガスリング１５０を更に含む。ガスリング１５０は、環状領域１５０Ｒに外接する内面１５９を有する環状形状の本体１５８を含む。ガスリング１５０は、第１のガス源１６１に連結され、かつ第１のガス源１６１から内部領域１０５に第１のガスを供給するように構成された複数の第１のノズル１５１を含む。複数の第１のノズル１５１は、第１の円形配列で環状形状の本体に形成される。第１のガス源１６１から供給される第１のガスは、Ｈ２Ｏ又はＮＨ３などの酸化剤であり得る。ガスリング１５０は、第２のガス源１６２に連結され、かつ第２のガスを内部領域１０５に供給するように構成されている複数の第２のノズル１５２を更に含む。複数の第２のノズル１５２は、第２の円形配列で環状形状の本体１５８に形成される。第２のガス源１６２から供給される第２のガスは、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）又はテトラキス−エチル−メチルアミノ ハフニウム（ＴＥＭＡＨｆ）などの堆積ガス前駆体であり得る。第１のノズル１５１の第１の円形配列及び第２のノズル１５２の第２の円形配列は、ガスリング１５０周囲に交互のパターンで配置され得る。
ガスリング１５０など、本明細書に記載の構成要素の多くが円形状寸法を有していると記載されているが、多角形状のリング、楕円形のリング、又は不規則な形状を有するリングなど、他のリング形状寸法も考えられる。
各第１のノズル１５１は、第１の放射角度１５３で方向付けることができ、第１の放射角度１５３は、約０．３度から約３０度、例えば、約０．５度から約１５度ほど、ガスリング１５０の環状領域１５０Ｒの中心１５０Ｃから延びる半径Ｒからずらされている。各第２のノズル１５２は、第２の放射角度１５７で方向付けることができ、第２の放射角度１５７は、約０．３度から約３０度、例えば、約０．５度から約１５度ほど、ガスリング１５０の環状領域１５０Ｒの中心１５０Ｃから延びる半径Ｒからずらされている。ノズル１５１、１５２をそれぞれの放射角度１５３、１５７で位置合わせすることによって、基板５０上の水平面での処理ガスの渦運動が実現され得る。処理ガスの渦運動は、基板５０の外側エッジ周囲で開始し、次に基板５０の中心上の領域に向かって内向きに継続することができる。処理ガスが基板５０の中心上の領域に向かって内向きに渦を巻く際に、排気口１３０は、以下で検討されるように、排気口１３０に向かって内部領域１０５から処理ガスの一部を抜き出す。
排気口１３０は、真空ポンプなどの排気装置１４０に連結される。排気装置１４０は、処理チャンバ１００の内部領域１０５から処理ガスを除去するために、排気口１３０で処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成され得る。排気入口１３１及び／又は基板支持体１２０は、ＲＦ源１７０に連結することができる。排気入口１３１は、ＲＦ源１７０が連結される金属材料から形成され得る。基板支持体１２０は、ＲＦ源１７０が連結される基板支持体１２０内に配置される電極１２９を含み得る。幾つかの実施形態では、排気入口１３１は、ＲＦ源１７０の電力端子に連結され、基板支持体１２０の電極は、ＲＦ源１７０の接地端子と通信する。ＲＦ源１７０は、１３．５６ＭＨｚ又は４０ＭＨｚなどの無線周波数を発生させ得る。ＲＦ源１７０は、排気入口１３１及び基板支持体１２０に連結することができ、ＲＦ源１７０は、処理中に処理チャンバ１００に前駆体及び酸化剤ガスを含有するプラズマを形成するために使用することができる。幾つかの実施形態では、基板支持体１２０内に配置される電極（図示されず）にＤＣバイアスも適用され、よって基板支持体１２０は、静電チャックとしての役割を果たすことができる。更に、幾つかの実施形態では、第１のガス源１６１及び／又は第２のガス源１６２は、ガス供給源（例えば、ガスボトル、アンプル、ガス源など）とガスリング１５０との間に配置される遠隔プラズマ源を含むことができる。前駆体及び酸化剤はまた、処理チャンバ１００に供給される前に、遠隔プラズマ源に共に供給され得る。
図１Ｃは、本開示の１つの実施形態による、ガスリング１５０の環状形状の本体１５８の中の第１のガスノズル１５１の配向を示すクローズアップ側断面図である。図１Ｄは、本開示の１つの実施形態による、ガスリング１５０の環状形状の本体１５８の中の第２のガスノズル１５２のクローズアップ側断面図である。第１のノズル１５１は、第１の角度１５５で方向付けられ得る。第１の角度１５５は、約０度から約３０度、例えば、約５度から約１５度ほど、下向きの垂直線Ｖ１によって示される下向き垂直方向からずらすことができる。下向き垂直線Ｖ１は、基板支持体１２０の基板支持面１２２に実質的に垂直とすることができる。各第２のノズル１５２は、第２の角度１５６で方向付けられ得る。第２の角度１５６は、約０度から約３０度、例えば、約５度から約１５度ほど、下向きの垂直線Ｖ２によって示される下向き垂直方向からずらすことができる。下向き垂直線Ｖ２は、基板支持体１２０の基板支持面１２２に実質的に垂直とすることができる。第１の角度１５５及び第２の角度１５６は、基板支持体１２０の上の基板５０上方で酸化剤及び前駆体を混合するために使用することができる。図１Ｃ及び図１Ｄが環状形状の本体１５８の底面１５４を通して排出を行う第１のノズル１５１及び第２のノズル１５２を示しているが、幾つかの実施形態では、第１のノズル１５１及び第２のノズル１５２は、内面１５９を通して排出を行うこともある。
図１Ｅは、本開示の１つの実施形態による、処理チャンバ１００の種々の構成要素の一部の上面図であり、ガスリング１５０、基板支持体１２０、及び排気口１３０の相対的なサイズを更に示している。図示されたように、ガスリング１５０は、基板支持面１２２の面積より大きい面積を取り囲むことができる。基板支持面１２２より大きい面積を取り囲むようにガスリング１５０のサイズを決めることによって、処理ガスが基板支持面１２２上の基板５０の全てのエッジ周囲に配置されることを確実にすることができる。更に、排気入口１３１は、基板支持面１２２の面積より小さい面積を覆うことができる。排気入口を基板支持面１２２の中心１２３上方に載置し、基板支持面１２２より小さい面積を覆うように排気入口１３１のサイズを決定することは、供給されるガスが、処理チャンバ１００から除去される前の滞留時間がより長くなる可能性を高めるために用いることができる。
更に、上記のように、第１のノズル１５１の第１の放射角度１５３及び第２のノズル１５２の第２の放射角度１５７は、基板支持面１２２上に配置される基板の表面上方で処理ガスの渦運動を作り出すために使用することができる。例えば、処理ガスは、基板支持面１２２の中心１２３上のエリアに向かって渦を巻くことがある。よって、基板支持面１２２の中心１２３上のガスは、ガスリング１５０に近いガスよりも長い滞留時間を有し得る。逆に、基板支持体の外に向かって配置される排気経路を有する従来の処理チャンバ設計では、長い滞留時間を有する基板上のガスは、内部領域１０５から除去するのがより困難になる可能性がある。滞留時間が長いガスは、プラズマ環境において不所望な分子、粒子又はラジカルを形成することがあり、基板支持体の上での処理ガスの供給は均一性が低くなり、次に、堆積した膜の品質が低下する可能性がある。
図２Ａは、本開示の１つの実施形態による、処理チャンバ２００の側断面図である。図２Ｂは、処理チャンバ２００の上平面図である。処理チャンバ２００は、一又は複数の側壁２０４、底部２０６、及び側壁２０４上に配置された上部２０８を有するチャンバ本体２０２を含む。側壁２０４、底部２０６、及び上部２０８は、処理チャンバ２００の内部領域２０５を画定する。
処理チャンバ２００は、上面２１２を有する基板支持体２１０を含む。基板支持体２１０は、基板支持体２１０周囲の異なる角位置に配置された複数の基板ホルダ２２０を含む。基板支持体２１０は、図２Ｂに３つの基板ホルダを含むように図示されているが、それ以上又はそれ以下のホルダが含まれてもよい。図２Ａは、図を混乱させないように、２つの基板ホルダ２２０だけを示している。第３の基板ホルダ２１０は、図２Ａに示された基板ホルダ２２０のうちの１つの背後に位置付けられており、したがって図２Ａの側面図で見ることはできない。基板ホルダ２２０は各々、処理中に基板５０を支持するための基板支持面２２２を含む。各基板支持面２２２は、中心２２３を有している。
基板支持体２１０はまた、処理チャンバ２００の内部領域２０５周囲を回転することができる。例えば、基板支持体のシャフト２１５は、適切なシールを有するプロセスチャンバ２００の底部２０６を通って延び、シャフトは、処理チャンバ２００の外側に配置される、モーターなどのアクチュエータ２８０に連結され得る。アクチュエータ２８０は、基板支持体２１０を回転させるために使用され得る。幾つかの実施形態では、処理チャンバ２００の各基板５０が処理チャンバ２００内の同一条件に確実に曝されるように、基板支持体２１０を処理中に回転させてもよい。
処理チャンバ２００は、各基板ホルダ２２０の上に配置された排気口２３０を更に含む。処理領域（例えば、内部領域２０５）は、各排気口２３０と基板支持体２１０との間に形成される。排気口２３０は、処理チャンバ１００からの処理ガスなどのガスを除去するために使用することができる。各排気口２３０は、真空ポンプなどの排気装置２４０に連結することができる。各排気装置２４０は、排気口２３０で処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成することができる。幾つかの実施形態では、各排気口２３０は、各基板ホルダ２２０上の排気を別個に調整するために、別個の排気装置２４０に連結することができる。代替的には、単一の排気装置２４０が、処理チャンバ２００の他の実施形態に対して使用されてもよい。各排気口２３０は、それぞれの基板ホルダ２２０の基板支持面２２２に面している排気入口２３１を有している。各排気入口２３１は、排気口２３０を通る複数の通路２３４を含み得る。通路２３４は、例えば、図１Ａの通路１３４を参照して先ほど検討されたリング及び／又はオリフィスの形態をとり得る。
各排気口２３０は、それぞれの基板支持面２２２の中心２２３に重ねることができる。例えば、各排気入口２３１の中心２３３は、それぞれの基板支持面２２２の中心２２３に重なり得る。幾つかの実施形態では、各排気入口２３１は、それぞれの基板支持面２２２のかなりの部分に重なる。そのような実施形態では、排気入口２３１は、例えば、図２Ｂの上面図に示されるように、それぞれの基板支持面２２２の面積より小さい面積を覆う。他の実施形態において、各排気入口２３１は、それぞれの基板支持面２２２のすべてに重なる。図２Ｂは各基板ホルダの排気口２３０を示しているが、他の実施形態は、処理チャンバ２００の単一の排気口を含み得る。例えば、単一の排気口は、基板支持体２１０が、処理中に基板支持体２１０の中心及び中心軸周囲を回転する実施形態に対して有用であり得る。そのような実施形態において単一の排気口を使用することは、基板支持体２１０上の異なる位置に配置される個々の排気口とは対照的に、回転基板支持体２１０上でより均一性のある排気を促進することができる。
処理チャンバ２００は、基板支持体２１０の垂直位置と排気口２３０の各々の垂直位置との間の垂直位置に配置されるガスリング２５０を更に含む。１つの実施形態では、ガスリング２５０は、基板支持体２１０の上面２１２の面積より大きい面積を取り囲む。ガスリング２５０は、処理チャンバ２００の基板支持面２２２に配置された基板の表面に、上記前駆体及び酸化剤などの処理ガスを供給することができる。ガスリング２５０は、図２Ｃを参照して以下により詳細に記載される。
幾つかの実施形態では、各排気入口２３１及び基板ホルダ２２０は、ＲＦ源２７０に連結することができる。各排気入口２３１は、ＲＦ源２７０が連結される金属材料から形成され得る。各基板ホルダ２２０は、ＲＦ源２７０が連結される埋め込まれた電極（図示されず）を含み得る。ＲＦ源２７０は、排気入口２３１及び基板ホルダ２２０の電極に連結され、処理チャンバ２００の前駆体及び酸化剤のプラズマを形成するために使用することができる、１３．５６ＭＨｚ又は４０ＭＨｚなどの無線周波数を発生させ得る。幾つかの実施形態では、排気入口２３１は、ＲＦ源２７０の電力端子（図示されず）に連結され、基板ホルダ２２０の電極は、ＲＦ源２７０の接地端子（図示されず）と連結される。幾つかの実施形態では、基板支持体２２０に埋め込まれる電極（図示されず）にＤＣバイアスも適用され、よって基板支持体２２０は各々、静電チャックとしての役割を果たすことができる。更に、幾つかの実施形態では、第１のガス源２６１及び／又は第２のガス源２６２は、ガス供給源（例えば、ガスボトル、アンプル、ガス源など）とガスリング２５０との間に配置される遠隔プラズマ源を含むことができる。前駆体及び酸化剤はまた、処理チャンバ２００に供給される前に、遠隔プラズマ源に共に供給され得る。
図２Ｃは、処理チャンバ２００で使用されることになるガスリング２５０の上断面図である。幾つかの実施形態では、ガスリング２５０は、設計が上記ガスリング１５０に実質的に類似し得る。ガスリング２５０は、環状領域２５０Ｒに外接する内面２５９を有する環状形状の本体２５８を含む。ガスリング２５０は、第１のガス源２６１に連結され、かつ第１のガスを処理領域に供給するように構成されている複数の第１のノズル２５１を更に含む。複数の第１のノズル２５１は、第１の円形配列で環状形状の本体２５８に形成される。ガスリング２５０は、第２のガス源２６２に連結され、かつ第２のガスを処理領域に供給するように構成されている複数の第２のノズル２５２を更に含む。複数の第２のノズル２５２は、第２の円形配列で環状形状の本体２５８に形成される。第１のノズル２５１の第１の円形配列及び第２のノズル２５２の第２の円形配列は、ガスリング２５０周囲に交互のパターンで配置することができる。更に、第１のノズル２５１及び第２のノズル２５２は、図１Ｃ及び角度１５５、１５６及び放射角度１５３、１５７を参照して先ほど検討されたノズル１５１、１５２に類似して配向され得る。
図２Ｄは、本開示の１つの実施形態による、処理チャンバ２９０の側断面図である。図２Ｅは、図２Ｄの処理チャンバ２９０の上平面図である。処理チャンバ２９０が、処理チャンバと併せて先ほど検討された単一のガスリング２５０の代わりに、各基板ホルダ２２０と排気口２３０との間に形成されている内部領域を取り囲む及び／又は部分的に包囲するように配置されているガスリング２９５を含むことを除いて、処理チャンバ２９０は、図２Ａ及び図２Ｂの処理チャンバ２００に類似している。図２Ｄは、図を混乱させないように、第１のガス源２６１及び第２のガス源２６２への連結を含まずに示されているが、第１のガス源２６１及び第２のガス源２６２などの複数のガス源の各々が、各ガスリング２９５に連結され得る。
ガスリング２９５は、環状形状の本体に複数の第１のノズル及び複数の第２のノズルを含むガスリング２５０の縮小版であり得る。幾つかの実施形態では、ガスリング２５０に比べてガスリング２９５が包囲する環状領域が小さいため、ガスリング２５０よりもガスリング２９５の方が存在するノズルが少なくてもよい。幾つかの実施形態では、図１Ａから図１Ｅに示される処理チャンバ１００のガスリング１５０は、処理チャンバ２９０のガスリング２９５毎に使用されてもよい。
処理チャンバ２９０において、各排気口２３０は、それぞれの基板支持面２２２の中心２２３に重ねることができる。例えば、各排気入口２３１の中心２３３は、それぞれの基板支持面２２２の中心２２３に重なり得る。幾つかの実施形態では、各排気入口２３１は、それぞれの基板支持面２２２のかなりの部分に重なる。そのような実施形態では、排気入口２３１は、例えば、図２Ｅの上面図に示されるように、それぞれの基板支持面２２２の面積より小さい面積を覆う。他の実施形態において、各排気入口２３１は、それぞれの基板支持面２２２のすべてに重なる。ガスリング２９５は、基板支持面２２２の面積より大きい面積を取り囲むことができる。基板支持面２２２より大きい面積を取り囲むようにガスリング２９５のサイズを決めることによって、処理ガスが基板支持面２２２上の基板５０の全てのエッジ周囲に配置されることを確実にすることができる。各基板ホルダ２２０上に別個のガスリング２９５を載置することによって、基板ホルダ２２０各々の上の処理ガスの流れを別個に制御することが可能になる。更に、基板ホルダ上の別個のガスリング２９５及び排気口２３０を使用することにより、基板ホルダ２２０に重なっていない処理チャンバ２９０のエリアに存在する処理ガスの量を低減することができる。基板ホルダ２２０に重なっていないエリアの処理ガスの量を低減することによって、処理チャンバ２９０の側壁２０４又は処理チャンバで頻繁に使用される任意の保護ライナーなどのチャンバ構成要素上への不所望な堆積を低減することができる。これらの不所望な堆積の発生を低減することにより、処理チャンバ２９０に対する洗浄手順の頻度及び／又は期間を低減し、処理チャンバ２９０の機械稼働時間及び生産全体を増加させることができる。
図３Ａは、本開示の１つの実施形態による、処理チャンバ３００の側断面図である。図３Ｂは、処理チャンバ３００の上平面図である。図３Ｃは、処理チャンバ３００で使用されることになるシャワーヘッド３３０の底部分図である。図３Ｄは、図３Ｃのシャワーヘッド３３０の部分側断面図である。
処理チャンバ３００は、一又は複数の側壁３０４、底部３０６、及び側壁３０４上に配置された上部３０８を有するチャンバ本体３０２を含む。側壁３０４、底部３０６、及び上部３０８は、処理チャンバ３００の内部領域３０５を画定する。
処理チャンバ３００は、上面３１２を有する基板支持体３１０を含む。基板支持体３１０は、基板支持体３１０周囲の異なる角位置に配置された複数の基板ホルダ３２０を含む。基板支持体３１０は、図３Ｂに３つの基板ホルダを含むように図示されているが、それ以上又はそれ以下のホルダが含まれてもよい。図３Ａは、図を混乱させないように、２つの基板ホルダ２２０だけを示している。第３の基板ホルダ３２０は、図３Ａに示された基板ホルダ３２０のうちの１つの背後に位置付けられており、したがって図３Ａの側面図で見ることはできない。基板ホルダ３２０は各々、処理中に基板５０を支持するための基板支持面３２２を含む。各基板支持面３２２は、中心３２３を有している。基板支持体３１０は、上記図２Ａの基板支持体２１０の回転の仕方同様に、処理チャンバ３００の内部領域３０５周囲を回転可能である。
処理チャンバ３００は、各基板ホルダ３２０の上に配置されたシャワーヘッド３３０を更に含む。別個の処理領域は、シャワーヘッド３３０と基板支持体３１０との間に形成される。各シャワーヘッド３３０は、第１のガス源３６１に連結された複数の第１のオリフィス３３１を含む。第１のガス源３６１は、Ｈ２Ｏ又はＮＨ３などの酸化剤であり得る。各シャワーヘッド３３０は、第２のガス源３６２に連結された複数の第２のオリフィス３３２を更に含む。第２のガス源３６２は、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）又はテトラキス−エチル−メチルアミノ ハフニウム（ＴＥＭＡＨｆ）などの前駆体であり得る。幾つかの実施形態では、４以上の第２のオリフィス３３２が、各第１のオリフィス３３１周囲に配置される。例えば、図３Ｃは、各第１のオリフィス３３１周囲に正方形パターンで配置された４つの第２のオリフィス３３２を示している。図３Ｄは、図３Ｃで示されたオリフィス配置の側断面図を示す。他の実施形態では、第２のオリフィス３３２は、第１のオリフィス３３１周囲に他のパターンで配置され得る。例えば、６つの第２のオリフィス３３２は、各第１のオリフィス３３１周囲に六角形のパターンで配置され得る。
各シャワーヘッド３３０は、真空ポンプなど、排気装置３４０に連結された複数の第３のオリフィス３３３を更に含む。排気装置３４０は、それぞれのシャワーヘッド３３０の複数の第３のオリフィス３３３で処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成することができる。図３Ｄに示されるように、複数の第３のオリフィスは、共通のプレナム３３８に連結され、ペレナム３３８は、排気装置３４０に連結され得る。第３のオリフィス３３３につながるチャネルに比べて大きいプレナム３３８の空間によって、均一の圧力をプレナム３３８にわたって、例えば、プレナムにわたる異なる放射位置及び角位置全域などに作り出すことが可能である。よって、プレナム３３８内部又は全体の圧力差が、第３のオリフィス３３３各々のサイズに比べてプレナム３３８の形状サイズ又は堆積に起因して小さくなるか存在しなくなるので、プレナム３３８の使用により、第３のオリフィス３３３各々を通してガスのより均一な流れが可能になる。したがって、第３のオリフィス３３３すべてがシャワーヘッド３３０を通して類似の長さを有し、第３のオリフィス３３３のすべてとプレナム３３８との間のインターフェースでの圧力が相対的に同一になるので、プレナム３３８の設計は、シャワーヘッド３３０にわたり均一である、第３のオリフィス３３３を通してガス流を作り出すことになる。複数の第３のオリフィス３３３を通した均一のガス流により、基板上のガスをより均一に排気できるようになり、製品の品質を向上させることができる。幾つかの実施形態では、４以上の第２のオリフィス３３２が、各第３のオリフィス３３３周囲に配置される。例えば、図３Ｃは、各第３のオリフィス３３３周囲に正方形パターンで配置された４つの第２のオリフィス３３２を示している。他の実施形態では、第２のオリフィス３３２は、第３のオリフィス３３３周囲に他のパターンで配置され得る。例えば、６つの第２のオリフィス３３２は、各第３のオリフィス３３３周囲に六角形のパターンで配置され得る。
各シャワーヘッド３３０は、それぞれの基板支持面３２２の中心３２３に重ねることができる。例えば、各シャワーヘッド３３０の中心３３５は、それぞれの基板支持面３２２の中心３２３に重なり得る。幾つかの実施形態において、各シャワーヘッド３３０は、それぞれの基板支持面３２２のほとんどに重なる。そのような実施形態では、シャワーヘッド３３０は、例えば、図３Ｂの上面図に示されるように、それぞれの基板支持面３２２の面積より小さい面積を覆う。他の実施形態では、各シャワーヘッド３３０は、それぞれの基板支持面３２２のすべてに重なる。図３Ｂは基板ホルダ３２０毎のシャワーヘッド３３０を示しているが、他の実施形態は、処理チャンバ３００の単一のシャワーヘッドを含み得る。例えば、単一の排気口は、例えば、上記アクチュエータ２８０に類似するアクチュエータを使用するなどして、基板支持体３１０を処理中に回転させる実施形態に有用であり得る。そのような実施形態において単一の排気口を使用することは、基板支持体３１０上の異なる位置に配置される個々の排気口とは対照的に、回転基板支持体上でより均一性のある排気を促進することができる。
幾つかの実施形態では、各シャワーヘッド３３０及び基板ホルダ３２０は、ＲＦ源３７０に連結することができる。各シャワーヘッド３３０は、ＲＦ源３７０が連結される金属材料から形成され得る。各基板ホルダ３２０は、ＲＦ源３７０が連結される電極（図示されず）を含み得る。ＲＦ源３７０は、シャワーヘッド３３０及び基板ホルダ３２０の電極（図示されず）に連結され、処理チャンバ３００の前駆体及び酸化剤ガスを含むプラズマを形成するために使用することができる、１３．５６ＭＨｚ又は４０ＭＨｚなどの無線周波数を発生させ得る。幾つかの実施形態では、シャワーヘッド３３０は、ＲＦ源３７０の電力端子に連結され、基板ホルダ３２０の電極は、ＲＦ源３７０の接地端子に連結される。幾つかの実施形態では、基板支持体３２０の電極（図示されず）にＤＣバイアスも適用され、よって基板ホルダ３２０は各々、静電チャックとしての役割を果たすことができる。更に、幾つかの実施形態では、第１のガス源３６１及び／又は第２のガス源３６２は、ガス供給源（例えば、ガスボトル、アンプル、ガス源など）とシャワーヘッド３３０との間に配置される遠隔プラズマ源を含むことができる。前駆体及び酸化剤はまた、処理チャンバ３００に供給される前に、遠隔プラズマ源に共に供給され得る。
図４は、本開示の１つの実施形態による、処理チャンバ４００の側断面図である。処理チャンバ４００が、処理チャンバ２００と併せて先ほど検討された基板ホルダ２２０上に配置された別個の排気口２３０の代わりに、基板ホルダ２２０すべての上に単一の排気口４３０を含むことを除いて、処理チャンバ４００は、図２Ａから図２Ｃまでの処理チャンバ２００に類似している。
排気口４３０は、処理チャンバ４００からの処理ガスなどのガスを除去するために使用することができる。排気口４３０は、真空ポンプであり得る排気装置２４０に連結することができる。排気装置２４０は、排気口４３０で排気口４３０と基板支持体２１０との間の処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成することができる。排気口２３０は、それぞれの基板ホルダ２２０の基板支持面２２２に面している排気入口４３１を有している。排気入口４３１は、排気口４３０を通る複数の通路４３４を含み得る。通路４３４は、例えば、図１Ａの通路１３４を参照して先ほど検討されたリング及び／又はオリフィスの形態をとり得る。排気入口４３１は、通路を含まない中心部分４３６を含み得る。中心部分４３６は、基板ホルダ２２０を含まない基板支持体２１０のエリア上方に位置付けられる。中心部分４３６の位置によって、通路４３４で生成された低い圧力が、基板ホルダ２２０上で処理ガスを保持できるようになり、処理中に基板５０上方でガス制御を強化することが可能になる。
図５は、本開示の１つの実施形態による、処理チャンバ５００の側断面図である。処理チャンバ５００が基板ホルダ５２０毎に別個の基板支持体５１０を含むことを除いて、処理チャンバ５００は、図２Ｄ及び図２Ｅの処理チャンバ２９０に類似している。処理チャンバ５００はまた、個々の基板支持体５１０から基板５０を除去するために使用することができる基板リフト装置５１１を含むこともできる。基板リフト装置５１１は、基板支持体５１０のうちの１つへの又は１つからの基板５０の移送中に、基板リフト装置５１１の垂直運動を提供するために、アクチュエータ５８１に連結させることができる。図５には示されていないが、各基板５０は、基板支持体５１０に突出する（ｏｖｅｒｈａｎｇ）複数の部分を含むことができ、基板リフト装置５１１が基板５０を基板支持体５１０に又は基板支持体５１０から移送できるようにする。基板支持体５１０に突出する基板５０の複数の部分は、図５のＹ方向において深さが異なっており、したがって図５では見ることができない。
各基板ホルダ５２０は、処理中に基板５０を支持するための基板支持面５２２を含む。各基板支持面５２２は、中心５２３を有している。排気入口２３１の中心２２３は、基板支持面５２２の中心に重ねることができる。基板支持体５１０の各々は、個々のアクチュエータ５８０に連結される。各アクチュエータ５８０は、そのアクチュエータ５８０に連結されている基板支持体５１０を回転させ、その回転速度を制御することができる。図２Ｄの処理チャンバ２９０の単一基板支持体２１０を処理チャンバ５００の個々の基板支持体５１０と交換することによって、各基板５０は、個々のガスリング２９５、排気口２３０、及び基板支持体５１０を有する処理チャンバ５００で処理することができ、基板５０の表面全域で均一の処理を得る能力が更に高まる。図２Ｄと同様に、図５は、図を混乱させないように、図２Ａに示される第１のガス源２６１及び第２のガス源２６２への連結を含まずに示されているが、第１のガス源２６１及び第２のガス源２６２などの複数のガス源の各々が、各ガスリング２９５に連結され得る。
先ほど開示した実施形態の各々は、基板支持体の基板支持面上に、排気口１３０、２３０及びシャワーヘッド３３０などの排気経路を含む処理チャンバを提供する。処理中の基板真上の領域のガスは、堆積処理などの処理中に基板に形成される膜の形成に実質的に影響を与える。処理ガス用の排気経路を基板上以外の場所に置くことにより、不所望な分子、粒子又はラジカルが、処理中に基板上の領域に残る機会を作り出す可能性がある。不所望な分子又はラジカルが処理中に基板上で長い滞留時間を有することができるようになれば、堆積膜の品質が低下する可能性がある。基板支持体の基板支持面上に、排気口１３０、２３０及びシャワーヘッド３３０などの排気経路を載置することにより、これらの不所望な分子又はラジカルを処理中に基板上の領域から除去することが可能になる。これらの分子又はラジカルを基板上の領域から除去することによって、より均一なガス供給が処理中に基板の表面上で維持でき、結果的に一貫した成功製品を得ることができる。更に、処理チャンバ２００、２９０、及び３００は、複数の基板の同時処理を可能にする設計で、スループットをどのように増加させることができるかということの例を提供する一方で、また先ほど記載されたように、処理中に基板上に配置される排気経路の利点も提供する。
加えて、排気口１３０、２３０、及びシャワーヘッド３３０の第３のオリフィス３３３により、基板支持面上のガスを均一に除去することが可能になる。これらの排気口及びオリフィスを基板支持面の真上に載置することにより、基板上の処理環境の制御が向上する。ガスの均一な除去は、堆積膜の品質を改善し、支持処理チャンバ構成要素（例えば、処理シールド、チャンバ壁など）上への不所望な堆積量を制御することができる。
更に、基板支持面及び排気口（例えば、排気口１３０）上のエリアを取り囲むガスリング（例えば、ガスリング１５０）を使用する実施形態は、処理チャンバで使用されることが多い側壁及び保護ライナーなどのチャンバ構成要素上への不所望な堆積を実質的に低減することができる。例えば、処理チャンバは、一般に、チャンバ壁周囲など、処理チャンバ周辺にガスを排気する。これら従来の処理チャンバにおいて、かなりの量の処理ガスが、側壁又は側壁に載置された保護ライナーなどの様々なチャンバ構成要素と接触し得る。逆に、この設計では、処理ガスは、基板支持面上方でガスリング（例えば、ガスリング１５０）から内向きに方向付けられ、次に基板支持面上で排気され、これにより、ガスとガスリングから外向きに配置されたチャンバ構成要素であって、例えば、側壁、又は側壁と処理チャンバの内部との間に載置された保護ライナーなどのチャンバ構成要素との間のコンタクトの量を実質的に低減することができる。これらの不所望な堆積を低減することにより、処理チャンバ上で実行される洗浄手順の頻度及び／又は期間を低減することができ、処理チャンバの機械稼働時間及び生産全体を増加させることができる。また、支持処理チャンバ構成要素上での不所望な堆積量を制御又は低減することにより、粒子発生が低減されることになり、よって装置の歩溜まりに影響を与え、コーティングされた構成要素を除去し及び／又はこれらの不所望な堆積を洗浄するために必要とされる処理チャンバの休止時間を低減することができる。
図６は、本開示の別の実施形態による、処理チャンバ６００の側断面図である。処理チャンバ６００がマニホールド６０１及び遠隔プラズマ源６０２を含むことを除いて、処理チャンバ６００は、上記処理チャンバ１００と類似している。排気装置１４０は、処理配管６０５を通してマニホールド６０１に連結することができる。遠隔プラズマ源６０２は、マニホールド６０１の上部に流体連通することができる。遠隔プラズマ源６０２は、洗浄中又は他の動作中にプラズマを処理チャンバ６００に供給するために使用することができる。マニホールド６０１は、排気口１３０を排気装置１４０及び遠隔プラズマ源６０２の両方に連結させることができ、他の処理チャンバに比べて処理チャンバ６００の機能性を高める。よって、排気口１３０は、処理チャンバ６００からガスを排気し、プラズマ及び／又は他のガスを処理チャンバ６００に供給するために使用することができる。
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を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決定される。

Claims (30)

  1. 処理チャンバであって、
    側壁と、
    基板支持体と、
    前記基板支持体の上方に配置された排気口であって、処理領域が前記排気口と前記基板支持体との間に形成され、前記排気口で前記処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成された排気装置に連結されている排気口と、
    ガスリングであって、
    前記排気口の下方で環状領域に外接する内面を有する環状形状の本体と、
    第１のガスを前記処理領域に供給するように構成されている、第１のガス源に連結するための複数の第１のノズルであって、第１の円形配列で前記環状形状の本体に形成されている複数の第１のノズルと、
    第２のガスを前記処理領域に供給するように構成されている、第２のガス源に連結するための複数の第２のノズルであって、第２の円形配列で前記環状形状の本体に形成されている複数の第２のノズルと
    を備えるガスリングと
    を備える処理チャンバ。
  2. 第１のノズルの前記第１の円形配列及び第２のノズルの前記第２の円形配列が、前記ガスリング周囲に交互のパターンで配置されている、請求項１に記載の処理チャンバ。
  3. 各第１のノズルが第１の角度で方向付けられ、前記第１の角度が、約２度から約３０度ほど垂直方向からずらされている、請求項２に記載の処理チャンバ。
  4. 各第２のノズルが第２の角度で方向付けられ、前記第２の角度が、約２度から約３０度ほど前記垂直方向からずらされている、請求項３に記載の処理チャンバ。
  5. 前記基板支持体が、中心を有する基板支持面を含み、前記排気口が、前記基板支持面の前記中心に重なっている、請求項１から４のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
  6. 前記排気口が、前記基板支持面に面する排気入口を有し、前記排気入口が、前記基板支持面の面積より小さい面積を覆っている、請求項５に記載の処理チャンバ。
  7. 前記ガスリングが、前記基板支持面の面積より大きい面積を取り囲んでいる、請求項５または６に記載の処理チャンバ。
  8. 処理チャンバであって、
    側壁と、
    基板支持体であって、前記基板支持体周囲の異なる角位置に配置された複数の基板ホルダを含み、前記処理チャンバの内部領域周囲を回転可能な基板支持体と、
    前記処理チャンバ内で各基板ホルダの上に配置された排気口であって、処理領域が各排気口と前記基板支持体との間に形成され、前記排気口の各々が前記排気口で前記処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成された排気装置に連結されている、排気口と、
    ガスリングであって、
    環状領域に外接する内面を有する環状形状の本体と、
    第１のガスを前記処理領域に供給するように構成されている、第１のガス源に連結するための複数の第１のノズルであって、第１の円形配列で前記環状形状の本体に形成されている複数の第１のノズルと、
    第２のガスを前記処理領域に供給するように構成されている、第２のガス源に連結するための複数の第２のノズルであって、第２の円形配列で前記環状形状の本体に形成されている複数の第２のノズルと
    を備えるガスリングと
    を備える処理チャンバ。
  9. 前記ガスリングが、前記基板支持体の上面の面積より大きい面積を取り囲んでいる、請求項８に記載の処理チャンバ。
  10. 第１のノズルの前記第１の円形配列及び第２のノズルの前記第２の円形配列が、前記ガスリング周囲に交互のパターンで配置されている、請求項８または９に記載の処理チャンバ。
  11. 各排気口が、前記基板ホルダのうちの１つの基板支持面に面している排気入口を有し、前記排気入口が、前記基板支持面の面積より小さい面積を覆っている、請求項８から１０のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
  12. 各排気入口がＲＦ源に連結されている、請求項１１に記載の処理チャンバ。
  13. 各第１のノズルが第１の放射角度で方向付けられ、前記第１の放射角度が、約０．３度から約３０度ほど前記ガスリングの半径からずらされている、請求項８から１２のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
  14. 処理チャンバであって、
    側壁と、
    基板支持体と、
    前記基板支持体の上方に配置された排気口であって、処理領域が前記排気口と前記基板支持体との間に形成され、前記排気口で前記処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成された排気装置に連結されている排気口と、
    前記基板支持体と前記排気口の間に配置されたガスリングであって、
    環状領域に外接する内面を有する環状形状の本体と、
    前記環状形状の本体の周囲に整列して配置されている、前記処理領域に一又は複数のガスを供給するように構成された複数のノズルと
    を備えるガスリングと
    を備える、処理チャンバ。
  15. 各ノズルが、前記一又は複数のガスが、前記基板支持体の中心の上方で前記処理領域の中心部に向かって内向きに渦を巻くように、第１の角度で方向付けられる、請求項１４に記載の処理チャンバ。
  16. 前記第１の角度がさらに、前記一又は複数のガスを前記基板支持体に向かって下向きに渦を巻かせるようなものである、請求項１５に記載の処理チャンバ。
  17. 各ノズルが第１の放射角度で方向付けられ、前記第１の放射角度が、約０．３度から約３０度ほど前記ガスリングの半径からずらされている、請求項１４に記載の処理チャンバ。
  18. 各ノズルが第１の垂直角度で方向付けられ、前記第１の垂直角度が、約２度から約３０度ほど垂直方向からずらされている、請求項１４に記載の処理チャンバ。
  19. 前記基板支持体が、中心を有する基板支持面を含み、前記排気口が、前記基板支持面の前記中心に重なっている、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
  20. 前記排気口が、前記基板支持面に面する排気入口を有し、前記排気入口が、前記基板支持面の面積より小さい面積を覆っている、請求項１９に記載の処理チャンバ。
  21. 前記ガスリングが、前記基板支持面の面積より大きい面積を取り囲んでいる、請求項１９または２０に記載の処理チャンバ。
  22. 前記排気入口がＲＦ源に連結されている、請求項２０に記載の処理チャンバ。
  23. 処理チャンバであって、
    側壁と、
    基板支持体であって、前記基板支持体周囲の異なる角位置に配置された複数の基板ホルダを含む基板支持体と、
    各基板ホルダの上に配置された排気口であって、処理領域が各排気口と前記基板支持体との間に形成され、前記排気口の各々が前記排気口で前記処理領域に比べて低い圧力を作り出すように構成された排気装置に連結されている、排気口と、
    前記基板支持体と前記排気口の間に配置されたガスリングであって、
    環状領域に外接する内面を有する環状形状の本体と、
    前記環状形状の本体の周囲に整列して配置されている、前記処理領域に一又は複数のガスを供給するように構成された複数のノズルと
    を備えるガスリングと
    を備える、処理チャンバ。
  24. 各ノズルが、前記一又は複数のガスが、前記基板支持体の中心の上方で前記処理領域の中心部に向かって内向きに渦を巻くように、第１の角度で方向付けられる、請求項２３に記載の処理チャンバ。
  25. 前記第１の角度がさらに、前記一又は複数のガスを前記基板支持体に向かって下向きに渦を巻かせるようなものである、請求項２４に記載の処理チャンバ。
  26. 前記ガスリングが、前記基板支持体の上面の面積より大きい面積を取り囲んでいる、請求項２３から２５のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
  27. 各ノズルが第１の垂直角度で方向付けられ、前記第１の垂直角度が、約２度から約３０度ほど垂直方向からずらされている、請求項２３に記載の処理チャンバ。
  28. 各排気口が、前記基板ホルダのうちの１つの基板支持面に面している排気入口を有し、前記排気入口が、前記基板支持面の面積より小さい面積を覆っている、請求項２３から２７のいずれか一項に記載の処理チャンバ。
  29. 各排気入口がＲＦ源に連結されている、請求項２８に記載の処理チャンバ。
  30. 各ノズルが第１の放射角度で方向付けられ、前記第１の放射角度が、約０．３度から約３０度ほど前記ガスリングの半径からずらされている、請求項２３に記載の処理チャンバ。
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