(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスを反応チャンバーに送達する穴を含むマニホールドを含む、半導体加工装置に関連するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】半導体加工装置１０において、マニホールド１００は、上方ブロック１０４と、中間ブロック１０６と、中間ブロックに取り付けられた下方ブロック１０８と、を含む。中間ブロックび下方ブロックは協働して穴１３０を少なくとも部分的に画定する。供給チャネル１３８ａ〜１３８ｃは、ガス源と穴１３０との間の流体連通を提供する。供給チャネル１３８ａ〜１３８ｃは、中間ブロック内に少なくとも部分的に配置される。金属シール２１２は、中間ブロックと下方ブロックとの間の境界面で、穴１３０の周りに配置されブロック間の境界面間の密封を改善する。【選択図】図２
2020155776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体加工装置であって、
マニホールドであって、
ガスを反応チャンバーに送達するように構成された穴と、
第二のブロックに取り付けられた第一のブロックであって、前記第一および第二の取り付けられたブロックが協働して、前記穴を少なくとも部分的に画定する、第一のブロックと、
ガス源と前記穴との間の流体連通を提供する供給チャネルであって、前記供給チャネルが少なくとも部分的に前記第二のブロック内に配置される、供給チャネルと、を備える、マニホールドと、
前記第一と第二のブロックとの間の境界面で、前記穴の周りに配置された金属シールと、を備える、半導体加工装置。
【請求項２】
前記金属シールがＣシールを含む、請求項１に記載の半導体加工装置。
【請求項３】
前記金属シールが鋼を含む、請求項１に記載の半導体加工装置。
【請求項４】
前記金属シールがＷシールを含む、請求項１に記載の半導体加工装置。
【請求項５】
前記マニホールドの下部に出口をさらに備える、請求項１に記載の半導体加工装置。
【請求項６】
前記供給チャネルが、前記出口から離れて上方に、かつ前記穴に向かって内向きに角度付けられる、請求項５に記載の半導体加工装置。
【請求項７】
前記第一のブロックは、前記マニホールドの上部に衝突表面を備え、前記衝突表面は、前記穴を通って前記出口にガスを下方に向け直すように形作られる、請求項６に記載の半導体加工装置。
【請求項８】
前記衝突表面および前記出口が、前記穴の長軸方向軸に沿って配置される、請求項７に記載の半導体加工装置。
【請求項９】
前記第二のブロックより下に前記第二のブロックに取り付けられた第三のブロックと、前記第二のブロックと第三のブロックとの間かつ前記穴の周りに少なくとも部分的に配置された第二の金属シールとをさらに備え、前記第二および第三のブロックは協働して前記穴を少なくとも部分的に画定する、請求項５に記載の半導体加工装置。
【請求項１０】
前記出口が、前記第三のブロックによって少なくとも部分的に画定される、請求項９に記載の半導体加工装置。
【請求項１１】
前記出口の下流にガス分散装置をさらに備え、前記ガス分散装置は、前記ガスの流れを反応チャンバー内に分散するように構成される、請求項５に記載の半導体加工装置。
【請求項１２】
前記ガス分散装置の下流に前記反応チャンバーをさらに備え、前記反応チャンバーは基材を受けるように構成される、請求項１１に記載の半導体加工装置。
【請求項１３】
前記第一のブロックに取り付けられたバルブブロックと、前記バルブブロックと前記第一のブロックとの間に配置された第二の金属シールと、前記バルブブロックに取り付けられたかまたは前記バルブブロックと結合された反応物質ガスバルブとをさらに備える、請求項１に記載の半導体加工装置。
【請求項１４】
半導体加工装置であって、
マニホールドであって、
ガスを反応チャンバーに送達するように構成された穴と、
前記マニホールドの上部にある衝突表面と、を備えるマニホールドと、
前記マニホールドの下部にある出口と、
ガス源と前記穴との間に流体連通を提供する供給チャネルと、を備え、
前記供給チャネルが、前記出口から離れて上方、かつ前記穴に向かって内向きに角度付けられ、前記供給チャネルが前記衝突表面に向かってガスを上方に向けるように方向付けられ、
前記衝突表面が、前記穴を通って前記出口にガスを下方に向け直すように形作られる、半導体加工装置。
【請求項１５】
前記マニホールドが、第二のブロックに取り付けられた第一のブロックを備え、前記第一および第二の取り付けられたブロックが協働して、前記穴を少なくとも部分的に画定し、前記第一のブロックが衝突表面を備える、請求項１４に記載の半導体加工装置。
【請求項１６】
前記第一のブロックと第二のブロックとの間の前記穴の周りに少なくとも部分的に配置された金属シールをさらに備える、請求項１５に記載の半導体加工装置。
【請求項１７】
前記衝突表面および前記出口が、前記穴の長軸方向軸に沿って配置される、請求項１４に記載の半導体加工装置。
【請求項１８】
前記出口の下にシャワーヘッドをさらに備え、前記シャワーヘッドが前記ガスの流れを横方向に分散するように構成される、請求項１４に記載の半導体加工装置。
【請求項１９】
前記シャワーヘッドの下に反応チャンバーをさらに備え、前記反応チャンバーは基材を受けるように構成される、請求項１８に記載の半導体加工装置。
【請求項２０】
前記出口が、一つまたは複数の基材を収容するように構成された反応チャンバーに制限なしで開く、請求項１４に記載の半導体加工装置。
【請求項２１】
半導体加工方法であって、
マニホールドの穴と流体連通する供給チャネルに反応物質蒸気を提供することと、
前記反応物質蒸気を、前記マニホールドの出口から離れて前記供給チャネルに沿って上方に、かつ前記穴に向かって内向きに向けることと、
衝突表面上に前記上方に向いた反応物質蒸気を衝突させることと、
前記反応物質蒸気を、前記穴を通って前記マニホールドの前記出口に下方に向け直すことと、を含む、半導体加工方法。
【請求項２２】
前記反応物質蒸気を、前記マニホールドの前記出口を通して反応チャンバーに送達することをさらに含む、請求項２１に記載の半導体加工方法。
【請求項２３】
前記反応物質蒸気を前記マニホールドの第一のブロックから前記マニホールドの第二のブロックに通過させることをさらに含み、金属シールが前記マニホールドの前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間の境界面で前記穴の周りに配置される、請求項２１に記載の半導体加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「ＲＥＡＣＴＯＲ  ＭＡＮＩＦＯＬＤＳ」と題する２０１９年３月１９日に出願された米国仮出願第６２／８２０，７１１号に基づく優先権の利益を主張するもので、当該出願の全内容は引用することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
この分野は、一般に蒸着用マニホールドに関し、特に、原子層堆積（ＡＬＤ）反応器における堆積の品質を改善するためのマニホールドに関する。
【背景技術】
【０００３】
基材の表面上に薄膜を堆積するためのいくつかの蒸着方法がある。これらの方法は、真空蒸着、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、化学蒸着（ＣＶＤ）の様々な変形（低圧および有機金属ＣＶＤおよびプラズマ強化ＣＶＤなど）および原子層堆積（ＡＬＤ）を含む。
【０００４】
ＡＬＤプロセスでは、被覆される少なくとも一つの表面を有する一つまたは複数の基材が堆積チャンバーに導入される。基材は、典型的には、選択された気相反応物質の凝縮温度よりも高く、かつその熱分解温度より低い所望の温度に加熱される。一つの反応物質は、前の反応物質の吸着種と反応して、基材表面上に所望の生成物を形成することができる。二つ、三つ以上の反応物質は、典型的には空間的および時間的に分離されたパルスで基材に提供される。
【０００５】
一例では、第一のパルスにおいて、前駆体材料を表す第一の反応物質は、ウエハ上の自己制御プロセスでほとんど無傷に吸着される。気相前駆体は、前駆体の吸着部分と反応することができないか、または吸着することができないため、プロセスは自己制御的である。残りの第一の反応物質がウエハまたはチャンバーから除去された後、基材上の吸着前駆体材料は、その後の反応物質パルスと反応して、所望の材料の単一の分子層のみを形成する。後続の反応物質は、例えば、吸着した前駆体材料からリガンドをはがし、表面を再び反応させ、リガンドを置換し、化合物などに対する追加的な材料を残すことができる。純粋なＡＬＤプロセスでは、立体障害のために平均してサイクルごとに単層未満が形成され、それにより、前駆体分子のサイズが基材上の吸着部位へのアクセスを阻止し、これが後続サイクルで利用可能になりうる。より厚い膜は、目標の厚さが達成されるまで繰り返し成長サイクルを経て生成される。理論的には、成長がサイクル数のみに依存し、各パルスが飽和し、温度がそれらの反応物質（熱分解および凝縮なし）に対して理想的なＡＬＤ温度ウィンドウ内にある限り、供給される質量または温度には依存しないため、成長速度はサイクルあたりオングストロームの観点から提供されることが多い。
【０００６】
反応物質および温度は、化学反応が複数サイクルの成長に責任を持つように、プロセス中の反応物質の凝縮および熱分解の両方を回避するように典型的に選択される。しかしながら、ＡＬＤ処理の特定の変形では、条件は選択されて、ハイブリッドＣＶＤおよびＡＬＤ反応メカニズムを利用することによって、サイクルごとの成長速度、おそらくサイクルごとに一単分子層を超える成長速度に変化させることができる。その他の変形により、反応物質間の空間的および／または時間的な重複が許容されうる。ＡＬＤおよびその他の連続蒸着変形において、二つ、三つ、四つ、またはそれ以上の反応物質を単一サイクルで連続して供給することができ、各サイクルの内容は組成を調整するために変えることができる。
【０００７】
典型的なＡＬＤプロセスの間、すべてが蒸気形態である反応物質パルスは、反応物質パルス間の除去ステップによって、反応空間（例えば、反応チャンバー）に連続的にパルスされ、気相の反応物質間の直接相互作用を回避する。例えば、不活性ガスパルスまたは「パージ」パルスを、反応物質のパルス間に提供することができる。不活性ガスは、次の反応物質パルスの前に一つの反応物質パルスのチャンバーをパージし、ガス相混合を回避する。自己制御的な成長を得るために、十分な量の各前駆体が提供されて基材を飽和させる。真のＡＬＤプロセスの各サイクルの成長速度は自己制御的であるため、成長速度は反応物質の流束ではなく、反応シーケンスの反復速度に比例する。
【発明の概要】
【０００８】
一態様では、ガスを反応チャンバーに送達するように構成された穴と、第二のブロックに取り付けられた第一のブロックと、穴を少なくとも部分的に画定するように協働する第一および第二の搭載ブロックと、ガス源と穴との間に流体連通を提供する供給チャネルとを含み、供給チャネルは第二のブロック内に少なくとも部分的に配置されている、マニホールドを含む、半導体加工装置が提供されている。半導体加工装置はさらに、第一のブロックと第二のブロックとの間の境界面で、穴の周りに配置された金属シールを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、金属シールはＣシールである。金属シールは鋼とすることができる。いくつかの実施形態では、金属シールはＷシールである。半導体加工装置はさらに、マニホールドの下部に出口を含んでもよい。供給チャネルは、出口から離れて上方に、かつ穴に向かって内向きに角度付けられうる。第一のブロックは、マニホールドの上部に衝突表面を含むことができ、衝突表面は、穴を通って出口にガスを下方に向け直すように形作られる。衝突表面および出口は、穴の長軸方向軸に沿って配置されてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、半導体加工装置はさらに、第二のブロックより下に第二のブロックに取り付けられた第三のブロック、第二のブロックと第三のブロックとの間かつ穴の周りに少なくとも部分的に配置された第二の金属シールを含み、第二および第三のブロックは協働して穴を少なくとも部分的に画定する。出口は、第三のブロックによって少なくとも部分的に画定されてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、半導体加工装置がさらに、出口の下流にガス分散装置を含み、ガス分散装置は、ガスの流れを反応チャンバー内に分散するように構成される。半導体加工装置はさらに、ガス分散装置の下流に反応チャンバーを含んでもよく、反応チャンバーは基材を受けるように構成される。いくつかの実施形態では、半導体加工装置はさらに、第一のブロックに取り付けられたバルブブロックと、バルブブロックと第一のブロックとの間に配置された第二の金属シールと、バルブブロックに取り付けられたかまたはバルブブロックと結合された反応物質ガスバルブとを含む。
【００１２】
別の態様では、ガスを反応チャンバーに送達するように構成された穴と、マニホールドの上部で衝突表面とを備える、マニホールドを含む半導体加工装置が提供される。半導体加工装置はさらに、マニホールドの下部に出口と、ガス源と穴との間の流体連通を提供する供給チャネルを含み、供給チャネルは出口から離れて上方、かつ穴に向かって内向きに角度付けられ、供給チャネルは衝突表面に向かって上方にガスを向けるよう方向付けられ、衝突表面は穴を通って出口にガスを下方に向け直すように形作られる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、マニホールドが第二のブロックに取り付けられた第一のブロックを含み、第一および第二の取り付けられたブロックは協働して、穴を少なくとも部分的に画定し、第一のブロックが衝突表面を含む。半導体加工装置はさらに、第一のブロックと第二のブロックとの間の穴の周りに少なくとも部分的に配置された金属シールをさらに含んでもよい。衝突表面および出口は、穴の長軸方向軸に沿って配置されてもよい。半導体加工装置はさらに、出口の下にシャワーヘッドを含んでもよく、シャワーヘッドはガスの流れを横方向に分散するように構成される。半導体加工装置はさらに、シャワーヘッドの下に反応チャンバーを含んでもよく、反応チャンバーは基材を受けるように構成される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の基材を収容するように構成された反応チャンバーに制限なしで出口が開く。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点を、本発明を限定するのではなく例示することを意図する、いくつかの実施形態の図面を参照して説明する。
【００１５】
【図１】図１は、半導体加工装置のマニホールドの実施形態の分解斜視図であり、挿入画像はマニホールドの拡大部分を示す。
【図２】図２Ａは、図１の半導体加工装置の断面図である。  図２Ｂは、半導体加工装置の実施形態の断面図である。
【図３】図３Ａは、図１および図２Ａに示す半導体加工装置の概略断面図である。  図３Ｂは、図２Ｂの半導体加工装置の概略断面図である。
【図４】図４は、バルブの配置を図示した図２Ｂおよび図３Ｂの半導体加工装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書に開示される実施形態は、基材への反応物質の曝露（例えば、パルス）を交互に行うプロセスを含む、任意の適切なガスまたは蒸着プロセス用に構成された半導体加工装置とともに利用されうる。例えば、図示された実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術を使用して基材上に材料を堆積するための様々なシステムを示す。蒸着技術の中で、ＡＬＤは、低温での高い共形性、およびプロセス中の組成の微調整を含む多くの利点を有する。ＡＬＤタイプのプロセスは、前駆体化学物質の制御された自己制御的表面反応に基づいている。気相反応は、前駆体を交互に逐次反応チャンバーの中へ供給することにより回避される。気相反応物質は、例えば反応物質パルス間の反応チャンバーから過剰の反応物質および／または反応副生成物を除去することにより、反応チャンバー内で互いに分離される。除去は、パルス間の圧力のパージおよび／または低下を含む、様々な技術によって達成することができる。パルスは連続的なフローで連続にすることができ、または反応器を単離して各パルスでバックフィルすることもできる。もちろん、本明細書に開示される装置は、装置によって使用されるプロセスが何らかの程度の熱分解および／または前駆体の重複を空間的または時間的に含みうるように、その他の蒸着プロセス、特に反応物質の交換が望まれるものに有用でありうる。
【００１７】
簡潔に述べると、基材を反応チャンバーの中へ装填し、一般的に減圧下で適切な堆積温度に加熱する。堆積温度は典型的に、前駆体の熱分解温度以下に維持されるが、反応物質の凝縮を避け、所望の表面反応のための活性化エネルギーを提供するのに十分高いレベルに維持される。もちろん、任意の所与のＡＬＤ反応に対する適切な温度ウィンドウは、表面終結および関係する反応物質種に依存し、凝縮または熱分解のいずれかを可能にするプロセスを本明細書に記載の装置で実施することができる。
【００１８】
第一の反応物質を、気相パルスの形態でチャンバー内へ導入し、基材の表面と接触させる。好ましくは、前駆体の約一単層以下が自己制御で基材表面に吸着されるように条件を選択する。過剰な第一の反応物質および反応副生成物がある場合には、しばしば不活性ガス、例えば窒素またはアルゴンのパルスにより反応チャンバーからパージされる。
【００１９】
反応チャンバーをパージするということは、真空ポンプでチャンバーを排気することにより、および／または反応器内のガスを不活性ガス、例えばアルゴンもしくは窒素で置換することにより、反応チャンバーから気相前駆体および／または気相副生成物を除去することを意味する。典型的な単一ウエハ反応器のパージ時間は、約０．０５〜２０秒、具体的には、約１〜１０秒、さらにより具体的には約１〜２秒である。しかし、非常に高いアスペクト比の構造上に、または複雑な表面形態を有する他の構造上に層を堆積することが必要な場合、または大容量バッチ反応器を採用する場合などには、必要に応じて、他のパージ時間を利用することができる。適切なパルス時間は、特定の状況に基づいて当業者が容易に決定することができる。
【００２０】
第二のガス状反応物質がチャンバーの中へパルスされ、そこで表面に結合した第一の反応物質と反応する。過剰な第二の反応物質および表面反応のガス状副生成物を、好ましくは不活性ガスを用いて反応チャンバーからパージする。パルスおよびパージの工程は、基材上に所望の厚さの薄膜が形成されるまで繰り返され、各サイクルは単分子層以下を残す。いくつかのＡＬＤプロセスは、三つ以上の前駆体パルスを交互に有する、より複雑なシーケンスを有することができ、各前駆体は成長する膜に要素を寄与する。反応物質はまた、膜に対する要素を寄与するのではなく、ストリップまたはゲッターの接着リガンドおよび／または遊離副産物に対して独自のパルスまたは前駆体パルスで供給することもできる。さらに、すべてのサイクルは同一である必要はない。例えば、膜の化学量論を制御するために、第三の反応物質のパルスを、例えば５サイクルごとなどに頻繁に追加することによって、第三の要素を用いてバイナリー膜をドープすることができ、膜組成物を等級化するために堆積中に周波数を変化させることができる。さらに、吸着反応物質で始まると記述される一方で、一部のレシピは、例えば、ＡＬＤ反応を開始するための最大反応部位を確保するために（例えば、特定のレシピでは、水パルスにより基材上にヒドロキシル基を提供して、特定のＡＬＤ前駆体に対する反応性を高めることができる）、他の反応物質または別個の表面処理で開始してもよい。
【００２１】
上述したように、各サイクルの各パルスまたは相は、ＡＬＤ反応に対して自己制御的であることが好ましい。影響されやすい構造表面を飽和させるために、各相で過剰の反応物質前駆体が供給される。表面飽和によって、（例えば、物理的サイズまたは立体障害の制限を受ける）全ての利用可能な反応性部位の反応物質の占有が確実になり、したがって基材上の任意のトポグラフィー上の優れたステップカバレージが確実になる。いくつかの構成では、自己制御的挙動の程度は、例えば（いくらかのＣＶＤ型反応を可能にすることで）堆積速度と共形性との釣り合いを取るために、反応物質パルスのある程度の重なり合いを可能にすることにより調整することができる。時間的および空間的に十分に分離された反応物質を用いた理想的なＡＬＤ条件は、ほぼ完全な自己制御的挙動、したがって最大の共形性を提供するが、立体障害により１サイクル当たり一単分子層未満となる。自己制御的ＡＬＤ反応と混合された限られたＣＶＤ反応は、堆積速度を上昇させることができる。本明細書に記述した実施形態は、ＡＬＤおよび混合モードＡＬＤ／ＣＶＤなどの逐次的パルス堆積技術に特に有利であるが、マニホールドは、パルスまたは連続的なＣＶＤ処理にも用いることができる。適切な装置を備えたＣＶＤ反応器および前駆体をパルスするための手段を含む、薄膜のＡＬＤ成長が可能な多くの種類の反応器を使用することができる。いくつかの実施形態では、フロータイプＡＬＤ反応器は、バックフィルド反応器と比較して使用される。いくつかの実施形態では、マニホールドは、ガスを反応空間、特に単一ウエハ反応空間上のシャワーヘッドアセンブリなどの分散機構に分配するように設計された、インジェクタの上流にある。
【００２２】
適切な装置を備えたＣＶＤ反応器および前駆体をパルスするための手段を含む、薄膜のＡＬＤ成長が可能な多くの種類の反応器を使用することができる。いくつかの実施形態では、フロータイプＡＬＤ反応器は、バックフィルド反応器と比較して使用される。いくつかの実施形態では、マニホールドは、ガスを反応空間、特に単一ウエハ反応空間上のシャワーヘッドアセンブリなどの分散機構に分配するように設計された、インジェクタの上流にある。
【００２３】
ＡＬＤプロセスは、クラスタツールに接続された反応チャンバーまたは反応空間で任意に実施することができる。クラスタツールでは、各反応空間が一つの型のプロセス専用であるため、各モジュール内の反応空間の温度を一定に保つことができ、各運転の前に基材をプロセス温度に加熱する反応器と比較してスループットが向上する。独立型反応器にはロードロックが装備されている。その場合、各運転と運転との間に反応チャンバーまたは反応空間を冷却する必要はない。これらのプロセスはまた、複数の基材を同時に処理するよう設計された反応器、例えばミニバッチ型シャワーヘッド反応器で実行することができる。
【００２４】
本明細書に開示される様々な実施形態は、蒸着装置などの半導体装置（例えば、ＡＬＤ装置、ＣＶＤ装置など）に関し、これには反応物質蒸気を反応チャンバーに送達するためのマニホールドが含まれる。標準的な条件下での化学物質の自然状態に関わらず、反応物質蒸気は、本明細書では「ガス」と呼ばれうる。本明細書に開示される実施形態は、マニホールドの穴に効果的な流体シールを有益に提供することができる。例えば、様々な実施形態では、隣接するブロック間に金属シール（例えば、Ｃシール）を提供して、外側環境からマニホールドへのガス（例えば、空気）の流れを抑制することができる。さらに、本明細書に開示された実施形態は、例えば、反応物質ガスをある角度で供給チャネルを通して上方に向け、反応物質ガスを穴を通して下方に戻すことによって、延長した混合長さを提供することができる。開示された実施形態は、したがって、改善されたシーリング、延長した混合長さ、および基材における不均一性の低減を提供することができる。
【００２５】
図１は、マニホールド１００のマニホールド本体１０２に取り付けられるように構成されたバルブブロック１１２ａの分解図を示す。図２Ａは、ガスを反応チャンバー（図示せず）に送達するためのマニホールド１００を含むことができる、半導体加工装置１０の概略側面図である。図２Ａに示される半導体加工装置１０およびマニホールド１００は、米国特許第９，５７４，２６８号および米国特許公開第２０１７−０３５００１１号に示される半導体加工装置およびマニホールドと一般的に類似していてもよく、その開示は、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。米国特許第９，５７４，２６８号明細書および米国特許公開第２０１７−０３５００１１号に記載されるマニホールドと、図２Ａのマニホールド１００との間には様々な差異があるが、全体的な機能および設計は、例えば米国特許第９，５７４，２６８号および米国特許公開第２０１７−０３５００１１号の図６Ａ〜６Ｊおよび／または図８Ａ〜８Ｆに類似していてもよい。さらに、本開示のマニホールドは、米国特許第９，５７４，２６８号および米国特許公開第２０１７−０３５００１１号の図２のバルブと組み合わせることができ、および／または米国特許第９，５７４，２６８号および米国特許公開第２０１７−０３５００１１号の図３Ａの反応物質／不活性ガス源、ガス分散機構、コントローラ、反応チャンバー、および真空源と組み合わせることができる。
【００２６】
マニホールド１００は、マニホールド本体１０２の反対側に示されるバルブブロック１１２ａ、１１２ｂと接続されたマニホールド本体１０２を含むことができる。反応物質バルブおよび不活性ガスバルブ（図示せず）は、ブロック１１２ａ、１１２ｂ上またはその他の上流ブロック（図示せず）上に配置される。不活性ガス入口１２０は、例えば、マニホールド１００の上部からマニホールド１００に不活性ガスを供給することができる。マニホールド本体１０２は、例えば、上方ブロック１０４、中間ブロック１０６、および下方ブロック１０８を含む複数のブロックを備え、これらは互いに積み重ねられて、穴１３０を少なくとも部分的に画定し、これに沿ってガスが流れる。図２Ａの配置では、中間ブロック１０６は、サブブロック１０６ａおよびサブブロック１０６ｂを備える。下方ブロック１０８は、第一のサブブロック１０８ａ、第二のサブブロック１０８ｂ、および第三のサブブロック１０８ｃを備える。米国特許第９，５７４，２６８号明細書および米国特許公開第２０１７−０３５００１１号に説明されているように、複数のブロックおよびサブブロックを使用することにより、湾曲した形状または角度付けられた形状および他の内部ルーメンを有する内部チャネルの使用を可能にする、マニホールド１００のモジュール式構造が可能になる。
【００２７】
図２Ａは、米国特許第９，５７４，２６８号および米国特許公開第２０１７−０３５００１１号の図６Ａ〜６Ｊに関連して説明したマニホールドの改変版である。サブブロック１０８ａ〜１０８ｃは、第一の側部１８０ａ、オフセット軸部１８０ｂ、および第二の側部１８０ｂを有する延長した混合長さ経路１８０を画定することができる。経路１８０は、供給ガスが穴１３０に導入される場所の下流に延長した混合長さを提供することができる。マニホールド１００は、図２Ａに示すガス分布チャネル１３６を含む複数のガス分布チャネルを含むことができる。供給チャネル１３８ａ−ｃは、分布チャネル１３６から穴１３０へガスを運ぶ。示されるように、供給チャネル１３８ａ−ｃは、穴１３０を接合するために下方に角度を付けられた角度付き供給チャネルを備え、流れはまた出口１３２に向かって下向きである。図２Ａの配置では、ガスは、延長した混合長さ経路１８０に沿ったものを含む、穴１３０を通って流れ、出口１３２を通ってマニホールド１００を出る。出口１３２は、シャワーヘッドなどの分散機構上に配置されてもよく、これは反応チャンバー（図示せず）内の基材上にガスを分散することができる。
【００２８】
図２Ａの配置は、延長した混合長さを有益に提供することができるが、延長した混合長さ経路１８０およびマニホールド１００内の他の経路は、例えば、反応物質ガスのパージ中にデッドボリュームを導入しうる湾曲および曲がり角を含む。デッドボリュームの形成は、堆積プロセスの効率および有効性を低下させる場合がある。図２Ａに示す配置の湾曲し、角度付けられた流れ経路は、基材上に「スロー」を作り出す場合もある。例えば、湾曲した経路１８０の使用は、基材上に不均一に導入できるガスに角運動量を与えることができる。
【００２９】
さらに、図３Ａに関連して以下でより詳細に説明するように、および図１に示すように、図２Ａのマニホールド１００は、例えば、垂直に積み重ねられたブロック１０４、１０６ａ、１０６ｂ、１０８の隣接するブロックと関連するサブブロックとの間、ならびに横方向に隣接するバルブブロック１１２ａ、１１２ｂ（本明細書では「トゥームストーン」とも呼称される）とマニホールド本体１０２との間の隣接するブロック間のシールとして、ポリマーＯリング２１０（図２Ａに示すが、図１および図３Ａで標識される）を利用する。しかしながら、高分子Ｏリングの使用は、外側環境からマニホールド１００に入る大気ガスなど、ガスに対して透過性であってもよい。例えば、酸素および／または水分は、ポリマーＯリングを通って、穴１３０に入る場合があり、これは堆積プロセスを汚染する可能性がある。さらに、図１に示すように、Ｏリング２１０は、酸素がマニホールド本体１０２に入ることを可能にし、これによりマニホールド本体１０２とのＯリング境界面に薄片状膜を作り出すことができる。
【００３０】
図２Ｂは、一実施形態による改善された半導体加工装置１０の概略側面図である。特に記載がない限り、図２Ｂの構成要素は、図２Ａの同様の番号付き構成要素と一般的に類似していてもよく、または同様であってもよい。例えば、図２Ｂの装置１０は、マニホールド本体１０２を通る穴１３０を画定するマニホールド１００を含むことができる。図２Ａと同様に、図２Ｂの実施形態では、マニホールド１００は、複数のブロックを互いに取り付けることによって構成されうる。例えば、図２Ｂに示すように、上方ブロック１０４は中間ブロック１０６に取り付けることができる。中間ブロック１０６は、出口１３２を含むことができる下方ブロック１０８に取り付けることができる。本明細書および米国特許公開第２０１７／０３５００１１号の段落［００４９］で説明されるように、複数のブロックの使用は、湾曲した、角度付けられた、またはその他の複雑な幾何学的形状を含む、モジュールのモジュール式構造を可能にしうる。第一および第二のバルブブロック１１２ａ、１１２ｂはまた、マニホールド本体１０２に取り付けることができる。
【００３１】
供給ライン１３８ａ〜１３８ｃは、対応するガス分布チャネルから穴１３０へガスを供給するために提供されうる。図２Ａの実施形態とは異なり、図２Ｂのチャネル１３８Ａ〜１３８ｃは、中間ブロック１０６のそれらの初期入力位置に対して出口１３２および下流反応チャンバーから離れて上方に角度付けすることができる。供給チャネル１３８ａ〜１３８ｃは、供給チャネル１３８ａ〜１３８ｃと穴１３０との間に測定される鋭角を区切りうる。供給チャネル１３８ａ〜１３８ｃの上端は、衝突表面２１４で終結または合流することができ、供給されたガスを穴１３０を通して下方に向けることができる。図２Ｂの衝突表面２１４は、表面２１４に衝突するガスを、穴１３０を通って逆戻りする角度で、効率的に方向付けるように形作られた湾曲表面を備えることができる。図２Ｂでは、衝突表面２１４および出口１３２は、穴１３０の線状長軸方向軸に沿って配置されてもよい。したがって、不活性ガス入口１２０が上方ブロック１０４内に提供される図２Ａとは異なり、図２Ｂの実施形態では、上方ブロック１０４の一番上の部分は、反応物質および不活性ガスを含む供給ガスがマニホールド１００の側面から提供されるように、キャップされる。
【００３２】
マニホールド本体１０２の穴１３０は、マニホールド本体１０２の底部にある出口１３２によって、反応物質および／または不活性ガスを反応器２１の反応チャンバー３０に送達することができる。示されるようなシャワーヘッドなどの分散装置３５、または他の実施形態での水平注入装置は、複数の開口部１９と流体連通するプレナム３２を含みうる。反応物質蒸気は開口部１９を通過し、反応チャンバー３０内に供給されうる。基材支持体２２は、反応チャンバー３０内のウエハなどの基材３６を支持するように、構成されても、またはサイズ設定および形作られてもよい。分散反応物質蒸気は基材に接触し、反応して、基材上に層（例えば、単層など）を形成することができる。分散装置３５は、基材上に均一な層を形成するように、反応物質蒸気を分散させうる。
【００３３】
排出ライン２３は、反応チャンバー３０と流体連通することができる。真空ポンプ２４は、排気ライン２３に吸引を適用して、反応チャンバー３０から蒸気および過剰材料を排出することができる。反応器２１は、原子層堆積（ＡＬＤ）装置、化学蒸着（ＣＶＤ）装置などの任意の好適なタイプの半導体反応器を備えることができる。さらに、装置１０は、反応器２１と電子およびデータ通信する制御システム３４を備えることができる。制御システム３４は、装置１０の動作を制御するように構成された一つまたは複数のプロセッサを備えることができる。装置１０の動作を管理するために、追加の構成要素が提供されてもよい。
【００３４】
有益には、上方に傾斜した供給チャネル１３８ａ〜１３８ｃおよび衝突表面２１４の使用は、それに沿ってガスが一様に混合されうる延長した混合長さを提供できる。さらに、チャネル１３８ａ〜１３８ｃによって提供される延長した混合長さは、図２Ａの湾曲した経路１８０が使用された時に生じる可能性のある「スロー」または渦巻き状／らせん状の流動効果、ならびに経路１８０に沿った湾曲したおよび曲がり角のあるチャネルに生じる可能性のあるデッドボリュームを低減できる。「スロー」効果はまた、例えば、横方向に傾斜する代わりに、垂直平面でのみ傾斜することによって軽減されうる。
【００３５】
また、図２Ｂでは、図１および図２ＡのＯリング２１０は（図３Ａでコールアウトされている）、隣接するブロック間に配置される金属シール２１２と置き換えることができる。金属シール２１２は、任意の適切なタイプの金属シールを含むことができる。金属シール２１２は、隣接するブロック間の境界面に提供されてもよく、穴１３０の周りに少なくとも部分的に配置されてもよく、または供給チャネル、ガス分布チャネルなどの他の隣接する通路またはチャネルの周りに少なくとも部分的に配置されてもよい。図示した実施形態では、金属シール２１２はＣシールを含み、シールは、シールの外周に間隙または接続されていない部分を有するＣ型トロイダル部材を含む。隣接するブロックをまとめて押すと、シールの対向する端が互いに接触するように、間隙が減少されうる。例えば、Ｗシールを含む他のタイプのシールが適切である場合もある。金属シール２１２は、鋼などの任意の適切なタイプの金属を含むことができる。金属シール２１２は、ガスがブロック境界面に沿って穴１３０に入るかまたは出るのを阻止する不透過性バリアを提供することができる。
【００３６】
図３Ａは、マニホールドタワーまたは本体１０２およびバルブブロック１１２ａ、１１２ｂのブロック間の境界面での、図２Ａの装置１０におけるいくつかのＯリング２１０のおおよその位置を示す概略側面図である。図３Ｂは、図２Ｂの装置１０における金属リング２１２のおおよその位置を示す概略側面図である。特に明記しない限り、図３Ａ〜図３Ｂの参照番号は、図２Ａ〜図２Ｂの同様の番号付き構成要素と同じまたは一般的に同様の構成要素を表す。図３Ａ〜３Ｂは、それぞれのバルブブロック１１２ａ、１１２ｂに取り付けられた反応物質バルブ１１６ａ、１１６ｂも図示する。ガス注入器を穴１３０の出口１３２の下流にかつ隣接して提供し、一つまたは複数の基材を収容するよう設計された下流反応チャンバー（図示せず）にガスを提供することができる。いくつかの実施形態では、ガス注入器は、マニホールド１００の穴１３０と反応チャンバーとの間のオープンボリュームを含むことができる。いくつかの実施形態では、マニホールド１００の穴１３０と反応チャンバーとの間にガス分散装置８２０を提供することができる。図３Ａでは、こうしたガス分散装置は、シャワーヘッドプレナムおよびシャワーヘッドプレートを備える。他の配置では、ガス分散装置を伴うまたは伴わないチャンバーの側面にマニホールドが提供されて、ガスを反応チャンバーに注入することができる。
【００３７】
図３Ａの配置では、装置１０は１４個のＯリング２１０を含む。マニホールドタワー１００上では、各点は、マニホールド１００上に提供されるＯリング２１０につき半分のＯリング２１０を示すが、バルブブロック１１２ａ、１１２ｂとマニホールド本体１０２との間、およびバルブブロック１１２ａ、１１２ｂと配電線との間に示されるドットは、概略的に示されている（断面にはない）。ソース１ラインとバルブブロック１１２ａとの間、ソース２ラインとバルブブロック１１２ｂとの間、第一のパージライン（パージＮ２）とバルブブロック１１２ａとの間、および第二のパージライン（パージＮ２）とバルブブロック１１２ｂとの間にＯリング２１０がある。第一のバルブブロック１１２ａと第一の中間ブロック１０６ａとの間、および第二のバルブブロック１１２ｂと第一の中間ブロック１０６ａとの間にＯリング２１０の形態のシールがある。上方ブロック４と第一の中間ブロック１０６ａとの間に２個のＯリングが提供される。第一の中間ブロック１０６ａと第二の中間ブロック１０６ｂとの間に３個のＯリング２１０が提供される。第二の中間ブロック１０６ｂと第一の下方ブロック１０８ａとの間、第一の下方ブロック１０８ａと第二の下方ブロック１０８ｂとの間、および第二の下方ブロック１０８ｂと第三の下方ブロック１０８ｃとの間にＯリングがある。
【００３８】
図３Ｂを参照すると、マニホールド１００の構造は、設計を簡略化し、密封性を改善するために、ブロック間のシールの数を有益に減少させることができる。例えば、図３Ｂでは、マニホールド１００において８個のシール２１２のみが使用される。例示された実施形態について、金属シール２１２は高分子Ｏリングの代わりに使用される。金属シールは、Ｏリング、Ｗリング、またはＣリングであってもよい。図３Ａと同様に、ソース１とバルブブロック１１２ａとの間、ソース２ラインとバルブブロック１１２ｂとの間、第一のパージライン（パージＮ２）とバルブブロック１１２ａとの間、および第二のパージライン（パージＮ２）とバルブブロック１１２ｂとの間にシール２１２がある。１個の金属シール２１２が上方ブロック１０４と中間ブロック１０６との間に提供される。１個の金属シール２１２が、中間ブロック１０６と下方ブロック１０８との間に配置される。１個の金属シール２１２が、バルブブロック１１２ａと中間ブロック１０６との間に配置され、１個の金属シール２１２が、バルブブロック１１２ｂと中間ブロック１０６との間に配置される。したがって、図示された実施形態では、より少ないシールは、特にマニホールドタワーまたは本体１０２の中または上に、図３Ａの実装と比較して使用されうる。
【００３９】
図４は、図１、図２Ｂおよび図３Ｂに示した装置１０の概略的なシステム図である。図４に示す配置では、４つの反応物質またはソースガスＲ１〜Ｒ４が、さまざまな組み合わせで、マニホールド１００に連続的におよび／または同時に提供されてもよい。例えば、第一の反応物質バルブ１１６ａ（バルブブロック１１２ａ上に取り付けられうる）は、第一の反応物質Ｒ１をマニホールド１００に制御可能に供給するよう構成可能である。第二の反応物質バルブ１１６ｂ（バルブブロック１１２ｂ上に取り付けられうる）は、第二の反応物質Ｒ２をマニホールド１００に制御可能に供給するよう構成可能である。第三の反応物質バルブ１１６ｃ（専用のバルブブロック上に取り付けられない場合がある）は、第三の反応物質Ｒ３をマニホールド１００に制御可能に供給するよう構成可能である。第四の反応物質バルブ１１６ｄ（専用のバルブブロック上に取り付けられない場合がある）は、第四の反応物質Ｒ４をマニホールド１００に制御可能に供給するよう構成可能である。不活性ガスバルブ１１４ａ〜１１４ｃは、反応物質ガス供給ラインに沿って、パージおよび／または反応物質Ｒ１−Ｒ４のキャリアガスとしての役割を果たすために、高流動不活性ガスを制御可能に供給するように構成されうる。制限器１１７ａ〜１１７ｂは、例えば、不活性ガスがそれぞれの反応物質Ｒ１−Ｒ４用のキャリアガスとして使用される場合、バルブ１１４ａ〜１１４ｃからの不活性ガスの流れを低下させるように提供されうる。図４は、図２Ｂおよび図３Ｂのマニホールドとの使用のために提供することができる一つの非限定的なバルブスキームのみを表す。
【００４０】
明確化および理解の目的のために図示および実施例によって詳細に前述されているが、特定の変更および修正を実施することができることは当業者には明らかである。したがって、説明および実施例は、本発明の範囲を本明細書に記載される特定の実施形態および実施例に限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ本発明の真の範囲および精神を備えたすべての修正および代替物も包含するものである。さらに、本明細書で上述した特徴、態様および利点のすべてが、本発明を実施するために必ずしも必要とされるわけではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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