(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い最内チューブを有し、該最内チューブは、２つの端、すなわち、ガス供給源に取り付けられたガス供給端、および、反対側の封鎖された端を有し、前記最内チューブには１つ以上のオリフィス配列が形成されており、該オリフィス配列は、前記最内チューブの大部分の長さに沿って延びており、
細長い最外チューブを更に有し、該最外チューブは、２つの端を有し、これらの２つの端の一方の端は、前記最内チューブのガス供給端に近接して配置されており、前記最外チューブには１つ以上のオリフィス配列が形成されており、該オリフィス配列は、前記最外チューブの大部分の長さに沿って延びており、前記最外チューブは、前記最内チューブと軸線方向に整合し、前記少なくとも１つの最内および最外入れ子式の間に有効環状空間を形成するように配置されており、
前記ガス供給源から前記最内チューブに流入するガスは、前記供給端から前記最内チューブに導入され、前記最内チューブは、次の特性を有し、
Ｌ／Ｄ＜７０
0003612002.tif 000018
0003612002.tif 000019
ここで、Ｌは最内チューブの長さ、Ｄは直径、ｄは最内チューブのオリフィス配列の１つのオリフィスの直径、Ｎは最内チューブのオリフィスの個数、Ａportは各オリフィスの断面積、およびＡtubeは最内チューブの面積であり、
最外チューブは次の特性を有し、
ＤeffおよびＤinは、互いに３倍以内にある
0003612002.tif 000020
ここで、Ｄeffは有効環状空間の有効直径、表面積outerは最外チューブの表面積、およびＮＡouterは最外チューブの全オリフィスの合計断面積であり、Ｄinは最外チューブの内径であり、最内チューブ内には、該チューブの大部分の長さに沿って実質的に均一な背圧が創出され、これにより、最外チューブの大部分の長さに沿う、最外チューブのオリフィスからの実質的に均一なガスの供給を促進することを特徴とするガス供給定量チューブ。
【請求項２】
前記有効直径Ｄeffは、内径Ｄinにほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載のガス供給定量チューブ。
【請求項３】
前記最外チューブに形成されたオリフィスの合計断面積に対する最外チューブの表面積の比は１００より大きいことを特徴とする請求項１記載のガス供給定量チューブ。
【請求項４】
前記ガス供給定量チューブは化学蒸着システムに使用されることを特徴とする請求項１に記載のガス供給定量チューブ。
【請求項５】
前記入れ子式チューブは円筒状または矩形の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のガス供給定量チューブ。
【請求項６】
請求項１に記載のガス供給定量チューブと、該ガス供給定量チューブを受け入れる少なくとも１つのポートを備えた少なくとも１つのインジェクタ組立体との組合せ物。
【請求項７】
請求項１に記載のガス供給定量チューブと、該ガス供給定量チューブを受け入れる少なくとも１つのプレナムを備えた少なくとも１つのシールド組立体との組合せ物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは、ガスを供給するためのガス供給定量チューブに関し、より詳しくは、ガスの実質的に均一な分配を促進する軸線方向に整合した入れ子式（ｎｅｓｔｅｄ）すなわち同軸状のガス供給定量チューブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスの供給は、非常に多くの産業において重要である。例えば、半導体加工または製造の分野では、ガスの供給は重要な役割を有している。１つの半導体加工形式として、化学蒸着がある。化学蒸着は、或るガス状薬品の熱反応または分解により安定した化合物が形成されかつこのような化合物が基板の表面上に堆積されるときに生じる。化学蒸着システムには多くの形態がある。このような加工を行う１つの装置として、本件出願人が所有しかつ本願に援用する米国特許第４，８３４，０２０号に開示された大気圧搬送型（ｃｏｎｖｅｙｏｒｉｚｅｄ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）システムがある。プラズマ増強型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）システムおよび低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）システム等の他の形式のＣＶＤ装置を使用することもできる。
【０００３】
半導体加工システムの重要なコンポーネンツとして、蒸着が行われる蒸着チャンバがあり、該蒸着チャンバには、この中の基板の表面にガス状薬品を供給するインジェクタが使用されている。ガスは、基板の表面と反応して該表面に許容できる膜を蒸着できるように基板上に分配される。蒸着チャンバは、蒸着が行われる制御された環境が得られるように入念に設計されなくてはならない。例えば、チャンバは、ガスを閉じ込めなくてはならないが、ガスの予反応および不均一な膜の蒸着を引き起こす原因となるガスの循環を低減させなくてはならない。チャンバは、過剰の反応体および反応副生物をなくすための排出手段を設けなくてはならないが、反応のため基板に供給されるガスの流れを遮断してはならない。また、チャンバおよびそのコンポーネンツの温度は入念に制御して、反応体ガスの凝縮を防止し、副生物ダストの堆積を最小にし、かつシステムを浄化できるようにしなければならない。更に、蒸着チャンバは、その全作動を通じて機械的一体性（例えば許容誤差）を維持できるようにするのが好ましい。蒸着のための適正な環境を得るには、これらの全てのファクタが入念にバランスされなくてはならない。
【０００４】
このような蒸着チャンバ内でのインジェクタの１つの機能は、ガスを制御された態様で所望位置に分配することである。ガスの制御された分配は、基板上に高品位の膜を形成する適正な種類の化学種を得るための効率的な均質気相反応の機会を最大化する。制御されたガス分配は、部分的にガスの予混合および予反応を最小化することにより、膜全体がガスの均一組成反応で形成されることを確保する上で必要である。完全な反応により、高品位の膜を得るより大きい機会が得られる。ガス流が制御されないと、化学反応が最適化されず、従って、不均一組成の膜が形成され易くなる。膜の組成が不均一であると、半導体の適正機能が損なわれる。従って、制御された態様で所望のガス流が得られるようにインジェクタを設計することが重要である。
【０００５】
ガスは、チャンバの他の領域にも分配されおよび／またはインジェクタ以外のコンポーネンツで分配されることもある。例えば、不活性ガスをチャンバ内に搬送して、所望の態様でガスを分離させおよび／または直接蒸着させることもできる。不活性ガスおよび他のガスは、希釈ガスまたはキャリヤガスとして機能させるべくチャンバに供給することもできる。このような態様でガスを使用する１つの例が、係属中の米国特許出願第０９／１８５，１８０号に開示されており、該米国特許出願の全開示は本願に援用する。
【０００６】
半導体製造の分野において、幾何学的収縮量が０．２マイクロメートル以下のデバイスでは、２％以下の膜蒸着厚さ不均一性に対する要望が増大している。従来技術のリニアガス分配システムは、これらの大きい条件を満たす完全な成功を収めてはいない。最も簡単な従来技術の設計は、図１に示すように、長さＬおよび直径Ｄのチューブの表面に沿って、直径ｄの多数の孔すなわちオリフィスが分布された単一チューブである。ガスは、チューブの一端から、圧力Ｐｏおよび初期速度Ｖｏで導入される。この設計では、均一性は一般に圧力に基いて定まる。各オリフィスで、圧力および流量が幾分低下する。オリフィスサイズがチューブ直径Ｄに比べて小さくかつ供給圧力が充分に大きいと仮定すると、１つのオリフィス当たりの圧力および流量の低減量は、ＰｏおよびＶｏに比べて小さい。ガス流量が小さい場合を除き、チューブに沿う速度の低下は、一般に、圧力を増大させることにより達成される。ガス供給源から離れた或る距離で、チューブ内の圧力Ｐｏは低下される（Ｐｏ−Δｐとして表されている）。同直径でかつ等間隔を隔てたオリフィスを備えた単一の定量チューブでは、均一なガス流は達成されない。従来技術の単一チューブの特別な欠点は、大きい基板サイズすなわち基板直径に適合させるのに必要な大きい長さに亘って優れた均一性を得るのが困難なことである。或る圧力では、Ｄ、ｄおよびＬ間の所与の寸法関係で、同じ所与の直径のこれらのオリフィスを再分布させるか、等間隔の孔の直径を変えることにより、幾分均一な速度ベクトル（ｖｉ）および均一なガス流が得られるであろう。しかしながら、このオリフィス分布は、丁度１つの特定作動条件にない場合には、狭い範囲の作動条件に対して最適ガス流が得られるに過ぎない。また、このような従来技術の設計は、一般に、ガス流量および圧力に基いて、約５〜１０％の大きな厚さ不均一性をもつ膜を製造する。また、低いガス流量および圧力では、図２に示すように、供給源に最も近い端部から高流量のガスが流出する。換言すれば、Ｐｏが比較的低い値である場合には、チューブ内の全圧力が、ガス供給源からの距離の関数として、より迅速に低下する。この場合、全ガス流の均一性は非常に低い。また、このようなチューブからのガス流は、供給流量および圧力が増大すると、高い指向性（「ジェッティング」とも呼ばれる）をもつようになるであろう。チューブを出るガス流は不均一でありかつ図３ａに示すようにその長さ方向に沿ってリニアに増加する特性を呈する。或いは、ガスは、図３ｂに示すように、チューブの両端部から導入することもできる。両場合とも、ガス流は均一に分配されず、このため、ウェーハ全体に亘って蒸着が不均一になる。
【０００７】
従来技術による他のアプローチは、多孔質材料からなる単一チューブを使用することである。この場合も、ガスはチューブの両端部から導入される。このアプローチでは、孔を備えたチューブに付随する「ジェッティング」流出が最小になる。材料の空隙率は、一般に、チューブ内の達成可能な背圧、従ってチューブの長さに沿う全体的均一性をも決定する。例えば、スクリーンメッシュは多孔質材料であると考えられる。最高の均一性のためには、メッシュはガス流に対して優れた抵抗を有し、チューブの全長に沿って優れた背圧を維持しなければならない。一般に、流れに対する抵抗は、チューブの表面積に対する全開口面積に基いて定まる。メッシュ開口は、一般に、材料の厚さまたはこれより大きい程度である（＞０．００５インチ）。第２の例はマイクロメートル程度の粒子間隔およびミリメートル程度の厚さを有する多孔質セラミックである（このような材料は、しばしば濾過装置に使用される）。このような材料は、ガス流に対する抵抗を有し、均一な背圧および供給ラインの全長に沿う供給ガスに優れた均一性をもたらす。
【０００８】
多孔質セラミックチューブは優れたガス供給均一性を与えるが、材料自体は非常に脆く、かつ広範囲の温度にも耐え得るガス供給ラインに対するシールを作ることは困難である。
【０００９】
第３の形態は、供給源からの距離の関数としてチューブ直径にテーパを付し、質量流量が減少しても流体速度が一定に維持されるようにする方法である。このアプローチの主な欠点は、１つの流量での均一流れにとって最適な設計が、他の流量で適正に機能しないことである。
【００１０】
単一の孔穿きチューブまたは多孔質チューブを使用する従来技術の最大の弱点は、圧力変化に対する感応性が比較的高く、このため供給チューブの長さに沿う位置の関数として不均一な流れが生じることである。また、図４に示すように、不均一流はガス流量と強い関連性を有し、種々の適用条件およびプロセス条件が異なるガス流量を必要とするので、均一な膜蒸着を形成するプロセスを設計しかつ開発するには複雑さが増大する。図４に示すプロットは、１００＜Ｒｅ＜２０００のレイノルズ数をもつＣＶＤ用に一般的な一定範囲のガス流条件および幾何学的形状を呈する。また、ウェーハの直径が増大すると、ガス供給チューブの長さの増大に伴って、膜の不均一性がしばしば悪化する。
【００１１】
圧力変化は使用者により慎重に賦課されるが、時には、ＣＶＤシステムへのガス供給システムの変動によって生じることもある。かくして、従来技術では、ガス圧力の変化によってインジェクタおよび／または蒸着チャンバ内のガス供給の均一性に影響が及び、これにより、次に、得られる膜の均一性すなわち基板上の組成に影響が及んでしまう。換言すれば、従来技術のシステムでは、ガス供給装置は単一の作動条件に対してのみ有効である。従って、特に、供給システムの変動による影響を受けない長さに沿って、かつガス流の広い作動範囲に亘って実質的に均一なガス流および／またはガス分配を促進できるガス供給システムを提供することが望まれている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガス供給のための改良されたガス供給定量チューブを提供することにあり、より詳しくは、一端からガス供給されるガス供給チューブの長さに沿って、実質的に均一なガス供給を行うことにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
これらのおよび他の目的は、互いに軸線方向に整合して同軸状に入れ子式に配置された定量チューブの組合せからなり、最内チューブがガスを受け入れかつ最内チューブの長さ方向に亘って実質的に均一な背圧を確立し、最外チューブがガス供給チューブから流出するガスの均一な流れ分配を行うように構成されたガス供給定量チューブにより達成される。本発明の他の態様では、少なくとも１つのインジェクタ組立体と組み合わされたガス供給定量チューブが提供され、インジェクタ組立体はガス供給定量チューブを受け入れるための少なくとも１つのポートを有している。本発明の更に別の態様では、シールド組立体と組み合わされたガス供給定量チューブが提供され、シールド組立体はガス供給定量チューブを受け入れるための少なくとも１つのプレナムを有している。本発明のガス供給定量チューブは、半導体製造装置用に特に適している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的および長所は、以下に述べる本発明の詳細な説明および特許請求の範囲の記載を読みかつ添付図面を参照することにより明らかになるであろう。
【００１５】
特別な長所として、本発明は、特に、チューブの長さに沿うガス分配を定量するガス分配チューブを提供し、チューブから得られるガス分配の圧力変化に対する感応性を、広範囲の作動条件に亘って小さくし、かつ従来技術の欠点を解消する。本発明は、互いに軸線方向に整合して入れ子式に配置された２つ以上の同軸状チューブからなるチューブ組立体を有するガス供給チューブであって、最内チューブは好ましくはガス供給源に取り付けられ、かつ内側チューブおよび外側チューブが両チューブの長さに沿って分布された１つ以上のオリフィス配列を備えているガス供給チューブからなる。説明の目的から、円形断面形状を有しかつ互いに軸線方向に整合して入れ子式に配置された２つのチューブからなるガス供給チューブ１０を説明するが、他の本数のチューブ、例えば互いに入れ子式に配置される３つ以上の同軸状チューブを使用することもできる。半導体基板の加工に使用されるガス供給チューブの長さは、一般に、基板の幅すなわち直径より数センチメートル長い。
【００１６】
図５および図６ａを参照すると、ここには、本発明の一実施形態が示されている。図５は、環状空間１５により分離された同軸状の内側チューブ１２および外側チューブ１４を備えた２つのチューブ組立体からなるガス供給チューブ１０を示す概略図である。各チューブは両端部を有している。内側チューブ１２はガス供給源に取り付けられる一端１３を有し、他端１７は封鎖されている。内側チューブ１２の大部分の長さに沿って１つ以上のオリフィス１６の配列が分布されており、該オリフィス１６は、内側チューブ１２の全長に沿って均一な背圧を確保できかつ内側チューブ１２から環状空間１５内への充分なガス流出を確保できる位置に配置されかつサイズを有している。外側チューブ１４は、その大部分の長さに沿って分布されたオリフィス１８の配列を有している。１つ以上のオリフィス１８の配列は、環状空間１５内に均一な背圧を維持しかつ外側チューブ１４から該外側チューブ１４に隣接する領域に均一なガス流を確保できる位置に配置されかつサイズを有している。外側チューブ１４は両端部が封鎖されるのが好ましいが、別の実施形態では、外側チューブがガス供給を受け入れるように構成することもできる。図５および図６ａに示すように、内側オリフィス１６のラインは、外側オリフィス１８のライン配列から１８０°回転してオフセットしている。しかしながら、両配列間のあらゆる回転整合およびリニア整合を使用できる。好ましい実施形態では、オリフィスの内側配列を外側配列から１８０°回転オフセットさせる。
【００１７】
ガス供給チューブ１０は、互いに軸線方向に整合した２つの入れ子式チューブを備えたものについて説明したが、付加チューブを使用することもできる。例えば、ガス供給チューブ１０は、３つ以上の同軸状チューブで構成することもできる。２つ以上の入れ子式同軸状チューブの使用により、本発明の装置は、第１に内側チューブの長さに沿う均一な背圧を確立し、次にチューブ組立体１０の全長に亘って２つのチューブ間の環状空間に圧力の均一性および安定性を維持しかつ伝達することにより、広いガス流範囲に亘って圧力効果に対する感応性を低下させる。かくして、この結果生じる外側チューブからのガス流出の均一性は非常に高くなる。かくして、本発明は、チューブ組立体の長さに沿う圧力およびガス流の確立を２段階に有効に分離する。
【００１８】
前述のように、一配列のオリフィスを備えた単一チューブにその一端からガスを供給する従来技術では、オリフィス配列から均一なガス流を流出させるには、チューブの全長に亘ってガス背圧を均一にする必要がある。低流量条件では、背圧が低くなり過ぎ、供給源から最も遠いオリフィスからの流出量が減少するため、チューブの長さに沿う分配が不均一になる。これに対し、本発明によれば、本発明の内側チューブ１２は、直径およびオリフィス１６の配列のサイズが、チューブの全長に沿って均一な背圧を確立するように定められる。換言すれば、チューブの直径とオリフィスの直径との間の関係が重要である。オリフィス１６は、内側チューブ１２の大部分の長さ（好ましくは全長）に沿って分布され、かつ内側チューブの全長内に背圧を発生させるべく内側チューブから流出するガス流に充分な抵抗を確保できるサイズおよび個数が定められる。内側チューブからのガス流は、その全長に沿って均一に分配され、内側チューブと外側チューブとの間の環状空間に供給される。
【００１９】
Ｍｏｋｈｔａｒｉ等の論文「Ｆｌｏｗ  Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｌｅｔ  Ｆｌｏｗ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｐｉｐｅｓ」（Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ，  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｉｎ  Ｆｌｕｉｄｓ，  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  ｈａｚａｒｄｓ，  ＡＳＭＥ，  ＰＶＰ−Ｖｏｌｕｍｅ  ３５５，１１３頁、１９９７年）には、単一チューブに沿って均一流を確立するための内側チューブ１２の内径（Ｄｉｎ）と、チューブ長さＬと、オリフィスサイズ（ｄｉｎ）との間の一般的関係が論じられている。また、Ａｃｒｉｖｏｓ等の論文「Ｆｌｏｗ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍａｎｉｆｏｌｄｓ」（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．  １０，  １１２〜１２４頁、Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ、１９５９年）では、Ｍｏｋｈｔａｒｉ等の論文においてＬ／Ｄｉｎ＞５０と例示されているにも係わらず、Ｌ／Ｄｉｎ＜７０の条件を要求している。また、Ｍｏｋｈｔａｒｉ等の論文は、
0003612002.tif 000002
得ることが期待できることを示している。Ａｃｒｉｖｏｓ等の論文は、マニホルドの面積（πＤｉｎ２／４）に対する全オリフィスの面積（Ｎπｄｉｎ２／４）の比は、１を超えるべきではないと示唆している。
【００２０】
かくして従来技術は、単一チューブ内に比較的安定した背圧を確立するための一組の規則を提供している。より詳しくは、次の関係が示されている。すなわち
0003612002.tif 000003
チューブのオリフィスの個数、ａＰｏｒｔはこれらの各オリフィスの断面積である。この従来技術は単一チューブ構造に限定されるが、前述のように、このような単一チューブ構造は、性能が制限されていて、満足できる膜均一性が得られない。
【００２１】
本発明者は、内側チューブ１２について従来技術の条件を維持することにより、内側チューブ１２内に比較的安定した背圧（Ｐｏ−Δｐ）が確立されることを発見した。また、本発明者は、内側チューブのオリフィス１６からの実質的に一定のガス流の維持により両チューブ間の環状空間１５内にガス流が供給されかつチューブの全長に亘って実質的に均一なガス流が形成されることを発見した。本発明によれば、内側チューブ１２と外側チューブ１４との間の環状空間内の圧力均一性は、環状空間のサイズにより確立される。また、ガス分配の均一性は内側チューブ１２のオリフィス１６の分布により制御されるが、外側チューブ１４およびそのオリフィス１８を付加することにより大幅に改善される。かくして本発明によれば、少なくとも２つの同軸状チューブを組み合わせることにより、最内チューブ１２および最外チューブ１４の長さに沿ってこれらのチューブの間の環状空間１５内に一定かつ均一な圧力が確立され、これにより、最外チューブからの非常に均一なガス分配が得られる。
【００２２】
本発明者は、内側チューブ１２と外側チューブ１４との間の環状空間１５の断面積と、内側チューブ１２の断面積とはほぼ等しくするのが好ましいことを見出しているが、少なくとも互いに３以になくてはならない。換言すれば、有効環状空間Ｄｅｆｆの有効直径および最内チューブの内径Ｄｉｎは互いに３倍以内にあり、
0003612002.tif 000004
対するチューブ内面の面積の比は約１０以上にすべきであり、１００以上が好ま
0003612002.tif 000005
本発明によれば、従来技術により得られる約５〜１０％のガス流不均一値に比べて大幅に改善されたガス流不均一値、すなわち、約３％以下の値が得られる。ガス流均一性とチューブ長さとの間の関係の感応性は、内側チューブ１２に対するものに比べて外側チューブ１４に対するものは非常に小さい。
【００２３】
要約すれば、本発明の思想は、内側チューブの設計を通してガス供給チューブの長さに沿う一定の背圧を確立し、次に、内側チューブと外側チューブとの幾何学的関係を通して長さ方向に沿う一定圧力および均一分配を維持し、最後に、外側チューブのオリフィス分配を通してガス流を定量することである。
【００２４】
本発明は、極めて多くの用途取り付けられるに使用できる。このような２つの用途は前述した通りである。一実施形態では、本発明のガス供給定量チューブ１０は、図７または図８に示したようなリニアインジェクタ構造を用いた大気圧／部分真空化学蒸着システムに使用できる。ガス供給定量チューブ１０は、インジェクタ自体内で使用（図８）することおよび／またはインジェクタに並置されるシールド内で使用（図７）することができる。
【００２５】
ＣＶＤシステム２０の一部が図７に示されている。ＣＶＤシステム２０は、インジェクタ２２を備えた蒸着チャンバと、保護シールド組立体２４と、ウェーハ２６とを有し、該ウェーハ２６は、インジェクタ２２およびシールド組立体２４の下に配置されかつ蒸着領域２８を通るベルトのような搬送機構３０により搬送される。シールド組立体２４は、一般に、インジェクタ表面上への蒸着を最小にしかつ蒸着領域２８を隔絶する作用を有する窒素のような不活性ガスを射出する。この実施形態では、シールド組立体２４は４つのセクションからなり、そのうち２つのセクションはインジェクタ２２に並置されている。この形式のＣＶＤシステムの一例が、米国特許第５，８４９，０８８号および米国特許出願第０９／１８５，１８０号に更に詳しく説明されており、これらの開示は本願に援用する。
【００２６】
約３％以下の範囲の膜厚不均一性を達成するための工業的条件から、インジェクタの側面を流れるシールドガス流が時間経過に亘って安定しており、インジェクタの両側のガス流がそれ自体の長さに沿って範囲が首尾良く限定されかつインジェクタに対向する側面でのガス流に対しても範囲が首尾良く限定されることが重要である。蒸着ガスは、リニアインジェクタにより基板表面上に垂直に供給され、ガスはインジェクタの両側から排出される。より詳しくは、シールド組立体２４の主目的は、未使用材料のインジェクタ２２および排出通路の表面上への蒸着を最小にすることである。シールド組立体２４は、不活性ガスが通されるプレナム２５を形成する孔穿き材料の定形面を備えた幾つかのセクションからなる。不活性ガスは、排出通路内に排出され、未使用ガス流を希釈し、かつ未使用蒸着ガスを排出通路の表面から遠ざかる方向に指向させる。
【００２７】
有効性を最高に高めるためには、不活性ガスを蒸着領域の直ぐ下流側に供給しなければならず、この近傍では、不活性ガスが、ウェーハ基板上への蒸着ガスの分配を攪乱しないようにする必要がある。また、一般的なＡＰＣＶＤおよびＳＡＣＶＤツールは、蒸着ガスが所望の膜を形成すべく反応しかつ再結合できるように、基板での熱収縮の付与を必要とする。一般にウェーハ温度は５００℃以上であり、このため、装置の周囲温度は、直接加熱されないが高温（数百℃）になることが予想される。かくして、不活性ガスは、定量されかつシールドおよびインジェクタの長さに沿って均一に供給され、この均一性は、蒸着ガスの均一性条件〈すなわち約１％以下の不均一性〉と同じであるのが好ましい。ハードウェアの設計は、広い温度範囲に亘って作動できなくてはならない。特別な長所のうち、本発明のガス供給チューブ１０は、基板の直径すなわち幅に跨るシールド組立体の全幅に亘ってこのような定量されたガス流を供給するのに良く適しており、これは、３００ｍｍウェーハのような大型の基板直径に特に有効である。より詳しくは、図７に示すように、本発明のガス供給チューブ１０は、一つ以上のシールド組立体セクションのプレナム２５内に配置できる。ガス供給チューブ１０は、シールド組立体セクション内の任意の所望位置に配置され、各セクション内に１つ以上のチューブを配置できる。
【００２８】
一般に、シールド２４およびインジェクタ２２は、フッ化水素酸のような腐食剤を用いて浄化すべく取り外すことができる。かくして、ガス供給チューブ１０もこのような浄化溶液に対する耐性がありおよび／またはシールド組立体単独での補修が行えるように容易に取外しできることが好ましい。
【００２９】
他の実施形態では、ガス供給チューブ１０は、インジェクタ組立体２２内、好ましくは米国特許第５，６８３，５１６号および米国特許出願第０９／１１３，８２３号に開示されているような形式のリニアインジェクタ内に使用することができる。これらの米国特許および米国特許出願は本願に援用する。一般に、インジェクタ２２は、インジェクタ２２の長さ方向に配置された多数のクロスチャンネルすなわちポート３２を有し、該ポート３２の各々は、幅狭のスロット状チャンネル３６（該チャンネル３６もインジェクタ２２の長さ方向に延びている）を介して共通のガス供給面３４に連結されている。ガスは、ガス供給面３４を出て、ウェーハ基板２６の直ぐ上の蒸着領域（蒸着空間）２８に向かう。好ましくは、蒸着ガスは各ポート３２に別々に供給される。上記参照文献は、インジェクタ２２の全長に沿って蒸着ガスを均一に分配するための幾つかの構造を開示している。本発明のガス供給チューブ１０の特別な長所は、インジェクタ２２の１つ以上のプレナム３２内に挿入され、所望の均一なおよび／または定量されたガス流を供給するガス供給装置として特に適していることである。
【００３０】
一般に、従来技術を使用する膜厚の不均一性は、約２％の範囲に近いが、この範囲は、使用される加工薬品の種類およびＣＶＤ条件によって４〜５％の膜厚不均一性まで変化する。本発明は、ガス分配の均一性を更に改善することによって、従来技術の改良を提供するものであり、これにより、従来技術を大幅に改善する約２％の範囲以下の膜不均一性が得られることを証明されている。
【００３１】
特別な長所として、本発明は、ガス供給システムの長さ方向に、実質的に均一な分配を確保するためのガス流「定量」手段を提供する。シールド用としては、ガス流量は、一般に、数標準リットル／分（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｌｉｔｅｒｓ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ；  ｓｌｍ）から３０ｓｌｍ程度であり、一方、インジェクタ用では、ガス流量は数ＳＬＭから約２０ｓｌｍ程度が好ましい。シールド用では、不活性ガスは、シールドスクリーンの後の比較的限定されない空間内に供給され、一方、インジェクタ用では、プレナムおよびチャンネルスロットの近傍が、ガス分配を調整することおよび流れを指向させることを助ける。
【００３２】
リニアインジェクタ、シールドおよび基板構造の幾何学的形状は、ガスが供給チューブの一端から導入されることを要求する。従来技術のリニアガス分配システムとして幾つかのアプローチがあるが、これらは、或るＡＰＣＶＤシステム、特に幅が２００ｍｍを超える基板では成功していない。最も簡単な設計形式は、図１および図２に示しかつ上述したような、表面に沿ってオリフィスが分布された単一チューブである。
【００３３】
本発明のガス供給定量チューブがシールド用に使用される場合には、ガス流が不活性ガス供給組立体から「噴出（ジェット）」することは好ましくなく、むしろチューブから均一方位角方向に流出させるべきである。この場合には、本発明の他の実施形態により、外側チューブのオリフィス分布パターンは、チューブの長さ方向に沿う小さい孔の幾つかの配列すなわち列で構成でき、方位角的（ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ）に分布される（図６ｂ）。
【００３４】
図８に示すインジェクタ用の場合には、インジェクタのクロスチャンネルすなわちポート自体が、本発明の組立体の周囲に境界を形成し、かつガスがスロットチャンネルを通って混合チャンバ内に流入する前に、ガス方向を調整できる。これにより、外側チューブのオリフィス分布パターンを制御する規則は、シールド用の場合よりインジェクタ用の場合の方が制限が少なく、チューブの長さに沿う幾つかの列（多分、より長いピッチの列）で構成できる。本発明のガス供給定量チューブを使用することにより、シールド用およびインジェクタ用の両場合において、より均一性に優れたガス流を促進できる。以上、２つの特定例について説明したが、本発明のガス供給定量チューブは、単独で使用でき、更には、例えばあらゆるＣＶＤ用、半導体製造機器等の実質的に均一のガス供給が要望される多くの用途に適している。
【００３５】
【実施例】
実験結果
本発明を制限するものではなく、単なる例示の目的で、幾つかの例を以下に示す。種々の例のパラメータを表１に示す。
表  １
0003612002.tif 000006
【００３６】
例証
例１  以下の例は、図７に示したものと同じ保護シールド内に配置された定量チューブに使用された、表１の場合Ａに示す設計パラメータの実行可能性を証明するものである。
背圧は約２００トル
ガス流量：１本のチューブ当たり５〜３０ｌ／ｍｉｎ
0003612002.tif 000007
0003612002.tif 000008
内側チューブの寸法は表１に示されており（内径ＩＤは０．１１４インチに等しく、外径ＯＤは０．１３４インチに等しい）、一方、外側チューブの寸法は、ＩＤ＝０．１８６インチおよびＯＤ＝０．２５０インチである。
【００３７】
内側チューブと外側チューブとの間の有効直径Ｄｅｆｆは、次式で求められる。
0003612002.tif 000009
ここで、ＡｏｕｔｅｒおよびＡｉｎｎｅｒは、それぞれ、直径ＩＤｏｕｔｅｒおよびＯＤｉｎｎｅｒをもつ外側チューブおよび内側チューブの断面積であり、Ｄｅｆｆは、内側チューブと外側チューブとの間の環状空間の有効直径である。かくして、下記条件を与えて式（３）を解けば、
0003612002.tif 000010
上式を解けば、
＝２×｛（０．１８６／２）２−（０．１３４／２）２｝１／２＝０．１２９インチ＝Ｄｅｆｆ
重要なことは、チューブの断面積とチューブのオリフィスの断面積の合計との比較である。内側チューブについてみると、断面積はπ（ＩＤｉｎｎｅｒ／２）２＝π（０．１１４／２）２＝０．００３２５πとなり、一方、各オリフィスの断面積はπ（０．００７）２＝０．００００４９πとなる。
【００３８】
内側チューブの設計について、本発明者は、ＭｏｈｋｔａｒｉおよびＡｃｒｉｖｏｓの従来技術に開示されている３つの条件の値に関心を抱いている。３つの条件とは、（ａ）チューブの直径に対する長さの比、（ｂ）ポートの直径に対するチューブの直径の比、および（ｃ）チューブの断面積に対する全オリフィスの面積の合計の比である。より詳しくは、
Ｌ／Ｄ＜７０                                    （４ａ）
0003612002.tif 000011
0003612002.tif 000012
表１の場合Ａにおける内側チューブの設計のために計算された上式の値は、次の通りである。
【００３９】
（ａ）内側チューブＬ／Ｄ＝９．２６／０．１１４＝８１
（ｂ）内側チューブＤ／ｄ＝０．１１４／０．０１４＝８．１
（ｃ）内側チューブの断面積に対するオリフィスの全個数の比：
３９×（０．００００４９）π／（０．００３２５π）＝０．６
提案された設計による計算値と従来技術の設計ガイドライン（式４ａ、４ｂ、４ｃ）とを比較すると、場合Ａの内側チューブについての提案設計が均一流れの条件をほぼ満たしていることが分かる。また、設計結果は条件４ａの高い側にあることに留意されたい。
【００４０】
本発明によれば、外側チューブの設計基準は次の通りである。
0003612002.tif 000013
0003612002.tif 000014
ここで、Ｄｉｎは最内チューブの内径、表面積ｏｕｔｅｒは最外チューブの表面積、およびＮＡｏｕｔｅｒは最外チューブの全オリフィスの合計断面積である。
【００４１】
外側チューブについての表１の場合Ａの設計値は、次のように求められる。
【００４２】
（ａ）Ｄｅｆｆ＝０．１２９．０．１１４＝Ｄｉｎ
（ｂ）ポート断面積に対する表面積の比＝（９．７）π（０．１８６）／〈１５６×５×０．００７２π〉＝４７
従って、設計基準に適合する。
例２  以下の例は、図７に示したようなインジェクタ組立体内の定量チューブに使用された、表１の場合Ｄに示す設計パラメータの実行可能性を証明するものである。
背圧は約２００トル
ガス流量：１本のチューブ当たり２〜２０ｌ／ｍｉｎ
0003612002.tif 000015
内側チューブおよび外側チューブの内／外直径寸法は、表１の場合Ｄに与えられている。種々の重要な設計値は、上記例１で説明した方程式および方法を用いて計算できる。より詳しくは、
内側チューブと外側チューブとの間の有効直径Ｄｅｆｆ
＝２×｛（０．２６１／２）２−（０．１５６／２）２｝１／２＝０．２０９インチ＝Ｄｅｆｆ
内側チューブの断面積＝π（０．１３６／２）２＝０．００４６２π
内側オリフィスおよび外側オリフィスの断面積＝π（０．００４８）２＝０．００００２３πとなる。
【００４３】
このデータを使用すれば、場合Ｄの内側チューブ設計のための４ａ、４ｂ、４ｃに示した関係は、次のように計算される。
【００４４】
Ｌ／Ｄｉｎ＝９．２７／０．１３６＝６８
Ｄｉｎ／ｄ＝０．１３６／０．００９５＝１４．３
Ｎａｐｏｒｔ／Ａｔｕｂｅ＝３９π（０．００４８）２／０．００４６２π＝０．１９
提案された設計による計算値と従来技術の設計ガイドラインとを比較すると、場合Ｄの内側チューブについての提案設計が均一流れの条件をほぼ満たしていることが分かる。
場合Ｄの提案された外側チューブ設計も、式５ａおよび５ｂの基準に対して確認されなくてはならない。場合Ｄについて、第１の関係は適合する。すなわち、
0003612002.tif 000016
れる。場合Ｄの外側チューブは７７個の孔を有し、各孔は、０．０１３８インチの直径を有する。かくして、約９．７インチ長い外側チューブについての式５ｂは、９．７π（０．２６１）／（７７×０．００６９２π）＝６９０となる。
例３  表１の場合Ｅは、場合Ｄと同じ内側チューブ設計を使用するが、外側チューブのオリフィスのリニア配列ではなく、３つの幅狭スロットの組を有している。本発明によるこのようなスロットの組を備えた外側チューブについての関係は、次の通りである。
0003612002.tif 000017
スロットの断面積に対する表面積の比＝  ９．７π（０．２６１）／（３×３．０６０×０．００５）＝１７３となり、この場合も、外側チューブについての基準に適合する。
【００４５】
最内チューブと最外チューブとの間の環状空間は、有効環状空間である。換言すれば、環状空間とは、チューブの形状の如何に係わらず最内チューブと最外チューブとの間の領域のことである。チューブは、円筒状以外に、種々の形状で形成できるからである。
【００４６】
以上説明しかつ実験例で証明したように、本発明のガス供給定量チューブは、チューブ長さに沿って均一流を確立することとは無関係に、一定の背圧を確立する手段を創出することにより、チューブの直径サイズまたは長さの如何に係わらず、所与の長さに沿って実質的に均一なガス流を形成することができる。例示のように、所望の流量および均一性を達成するには環状の断面形状をもつ空間が重要である。特別な長所として、アスペクト比（すなわち、孔対壁厚比）が１以上で、供給ガスの流れがガス流を制限しない限り、所望の結果を達成する上で、チューブの壁サイズは重要でないことが判明している。
【００４７】
他の長所として、軸線方向に整合する入れ子式チューブは種々の形状にすることができる。例えば、入れ子式チューブは、図示のような円筒状チューブではなく、軸線方向に整合した２つの矩形断面チューブで構成することもできる。また、本発明のガス供給定量チューブは、所望ならば「ジェッティング」を与えるように構成でき、或いはジェッティングが存在しないようにも構成できる。
【００４８】
本発明の他の特徴および長所は、本発明の開示を読む当業者には明らかであろう。本発明の特定実施形態についての上記説明は例示のためのものであり、本発明が或る先行例について例示されている場合でも、本発明はそれによって制限を受けるものではない。例示の実施形態は完全なものであると考えるべきでも、或いは開示された正確な形態に本発明を制限することを意図するものでもなく、上記開示から種々の変更が可能である。本発明の範囲は特許請求の範囲の記載を含む本願の全体から定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術で使用されている単一チューブ内のガス流を示す断面図である。
【図２】圧力が低い場合に従来技術で使用されている単一チューブ内のガス流を示す断面図である。
【図３ａ】従来技術のガス流の不均一性を示す概略図である。
【図３ｂ】従来技術のガス流の不均一性を示す概略図である。
【図４】従来技術の種々の形式のチューブの長さに沿うガス流分布を示すグラフである。
【図５】本発明のガス供給チューブを示す断面図である。
【図６ａ】本発明の一実施形態によるガス供給チューブの端面断面図である。
【図６ｂ】本発明の他の実施形態によるガス供給チューブの端面断面図である。
【図７】本発明のガス供給チューブを使用する保護シールドおよびインジェクタを示すＣＶＤ蒸着チャンバの一例を示す断面図である。
【図８】本発明のガス供給チューブを使用するインジェクタの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  ガス供給チューブ
１２  内側チューブ
１４  外側チューブ
１５  環状空間
１６、１８  オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
0003612002.tif 000023
【図３Ｂ】
0003612002.tif 000024
【図４】
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【図５】
0003612002.tif 000026
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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