(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバリッドアセンブリであって、
上部および下部を有し、前記チャンバリッドアセンブリの中心軸に沿って延びるガス分散チャネルと、
内方領域を有し、前記ガス分散チャネルを囲うように２つ以上の環状チャネルを少なくとも部分的に画定するハウジングと、
前記内方領域内に設置され、切頭部分を有する結合リッドを備えるインサートであって、前記インサートは所望のガス流特性を前記ガス分散チャネルの前記上部に供給するように前記ガス分散チャネルの前記上部を部分的に画定し、前記インサートは前記ハウジング内の前記２つ以上の環状チャネルに隣接して配置されるように前記インサート内に形成された複数の開孔を有するように構成され、前記複数の開孔は前記２つ以上の環状チャネルと流体結合される、インサートと、
前記ガス分散チャネルの前記下部から前記チャンバリッドアセンブリの外周部分まで延びるテーパ状下部表面と
を備えるチャンバリッドアセンブリ。
【請求項２】
前記ハウジングが、ベース上に設置されて前記内方領域を画定する環状マニホルドをさらに備えている、請求項１に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項３】
前記２つ以上の環状チャネルは前記中心軸に沿って垂直方向に離間して設置されている、請求項２に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項４】
各環状チャネルは、前記内方領域において円周状に延びて、３６０°にわたる流体連通をもたらし、流体供給ラインに結合しており、各流体供給ラインは１つまたは複数の流体源と結合している、請求項１に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項５】
前記環状マニホルド内に設置されたパージラインをさらに備えている、請求項２に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項６】
前記パージラインが、前記内方領域と流体結合された１つまたは複数の間隙パージラインと結合された水平方向ガス輸送ラインを備えている、請求項５に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項７】
少なくとも１つの間隙パージラインが、前記２つ以上の環状チャネルの上方において前記内方領域と結合し、少なくとも１つの間隙パージラインが、前記２つ以上の環状チャネルの下方にて前記内方領域と結合している、請求項６に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項８】
各間隙パージラインが、前記内方領域にわたって円周状に形成された環状チャネルをさらに備えている、請求項６に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項９】
前記パージラインが、前記環状マニホルド内に垂直方向に設置されたラインをさらに備えている、請求項６に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項１０】
前記切頭部分を有する前記結合リッドが前記ハウジングの頂部に結合され、前記インサートが、前記ガス分散チャネルの前記上部を少なくとも部分的に画定し、かつ前記環状マニホルドの内部に設置されて前記環状マニホルドの内部と同一平面になる垂直本体とをさらに備えている、請求項２に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項１１】
前記インサートが、各環状チャネルと結合されて各環状チャネルと前記上部との間に複数の開孔入口を形成する、前記垂直本体を貫通して水平面に沿って設置された前記複数の開孔の１つまたは複数のセットをさらに備えている、請求項１０に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項１２】
前記ガス分散チャネルの前記上部が、円筒形状を有するように前記垂直本体によって画定されている、請求項１０に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項１３】
前記インサートの前記垂直本体が円筒状上部および拡張底部をさらに備えており、前記拡張底部が前記複数の開孔の下部セットの下方に設置されている、請求項１２に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して原子層を堆積するための装置および方法に関する。詳細には、本発明の実施形態は、原子層を堆積するための改良されたガス供給システムおよびガス供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サブミクロン以下の特徴の高信頼度製造は、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）および超々大規模集積（ＵＬＳＩ）にとって従来な技術の１つである。しかし、回路技術の限界を突き詰めるにしたがって、ＶＬＳＩ技術およびＵＬＳＩ技術における配線部の寸法縮小は、処理能力に対してさらなる課題を課すこととなった。この技術の中核に位置する多層配線部は、ビアおよび他の配線部などの高アスペクト比の特徴の正確な処理を要求する。これらの配線部の高信頼度形成は、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩの成功にとって、ならびに個々の基板の回路密度および品質を高めるための継続的努力にとって、非常に重要となる。
【０００３】
回路密度が上昇するにつれて、ビア、トレンチ、コンタクト、および他の特徴などの配線部、ならびにそれらの間に位置する誘電体材料の幅は、４５ｎｍおよび３２ｎｍの寸法にまで縮小されるが、誘電体層の厚さは、実質的に一定に留まるため、その結果として特徴のアスペクト比が上昇する。多くの従来の堆積プロセスにおいては、４：１のアスペクト比を超える、特に１０：１のアスペクト比を超えるサブミクロン構造の要求を満たすことが困難である。したがって、実質的にボイドおよびシームを含まない高アスペクト比のサブミクロン特徴を形成するために、多大なる努力が続けられている。
【０００４】
原子層堆積（ＡＬＤ）は、高アスペクト比の特徴の上に材料層を堆積することを目的として研究されつつある堆積技術である。ＡＬＤプロセスの一実施例には、ガスのパルス送出の連続導入が含まれる。例えば、ガスのパルス送出の連続導入の１サイクルには、第１の反応ガスのパルス送出、その後のパージガスのパルス送出および／またはポンプ排出、その後の第２の反応ガスのパルス送出、ならびにその後のパージガスのパルス送出および／またはポンプ排出が含まれる場合がある。本明細書においては、「ガス」という用語は、単一のガスまたは複数のガスを含むものとして定義される。第１の反応物および第２の反応物のそれぞれ別個のパルス送出を連続導入することにより、基板の表面上においてこれらの反応物からなる単層の自己限定的な吸収が交互に生じ、したがってサイクルごとに材料の単層が形成される。このサイクルは、堆積される材料が所望の厚さになるまで繰り返され得る。パージガスのパルス送出および／または第１の反応ガスのパルス送出と第２の反応ガスのパルス送出との間におけるポンプ排出は、過剰量の反応物がチャンバ内に残留することによりこれらの反応物が気相反応する可能性を低下させる役割を果たす。
【０００５】
層形成には、第１の反応物からなる単層および第２の反応物からなる単層が必要であるため、ＡＬＤ処理用のいくつかのチャンバ設計においては、従来のＡＬＤチャンバ噴射プロセスによるガス流により、均一な環状ガス流が得られず、そのため基板表面上に薄いスポットが局在する結果となることが判明している。
【０００６】
したがって、ＡＬＤプロセスの際により均一なガス流によって膜を堆積するために用いられる装置および方法が必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスの際に基板上に材料を均一に堆積させるための装置および方法に関する。一実施形態においては、チャンバリッドアセンブリが、上部および下部を有し、中心軸に沿って延びるチャネルと、内方領域を有し、２つ以上の環状チャネルを少なくとも部分的に画定するハウジングと、内方領域内に設置され、上部を画定するインサートであって、この上部が２つ以上の環状チャネルと流体結合されるインサートと、チャネルの底部からこのチャンバリッドアセンブリの外周部分まで延びるテーパ状下部表面とを備える。
【０００８】
一実施形態においては、基板を処理するための方法が、１つまたは複数の流体源からチャンバリッドアセンブリの流体供給ラインを経由して２つ以上のプロセスガスを流すステップと、流体供給ラインから、チャンバリッドアセンブリのハウジングにより少なくとも部分的に画定されたこれらの２つ以上の環状チャネルを経由して２つ以上のプロセスガスを流すステップであって、ハウジングが内方領域を有する、ステップと、２つ以上の環状チャネルから、内方領域内に設置されたインサートを通過し、チャンバリッドアセンブリ内のチャネルの上部内へとこれらの２つ以上のプロセスガスを流すステップであって、インサートは、チャネルの上部を画定する、ステップと、チャネルを通り、基板支持体の上に配置された基板の上方の反応ゾーン内にこの１つまたは複数のプロセスガスを流すステップとを含む。
【０００９】
本発明の上記特徴を達成し詳細に理解することが可能となるように、上記で簡潔に要約した本発明のさらに具体的な説明を、添付の図面に図示されるそれらの実施形態を参照として行う。
【００１０】
しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、したがって本発明の範囲を限定するものではない。なぜならば、本発明は、他の同様に有効な実施形態を許容し得るからである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本明細書の一実施形態において説明されるような、原子層堆積を行うリッドアセンブリおよびガス供給装置を備えるプロセスチャンバの概略断面図である。
【図１Ｂ】本明細書の一実施形態において説明されるような、原子層堆積を行うリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略断面図である。
【図１Ｃ】本明細書の一実施形態において説明されるような、原子層堆積を行うリッドアセンブリの頂部およびガス供給装置の斜視図である。
【図１Ｄ】本明細書の一実施形態において説明されるような、原子層堆積を行うリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略断面図である。
【図２Ａ】本明細書の一実施形態において説明されるような、原子層堆積を行うリッドアセンブリ用のハウジングおよびガス供給装置の一実施形態の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａのリッドアセンブリ用のハウジングおよびガス供給装置の一実施形態の上面図である。
【図２Ｃ】図２Ａのリッドアセンブリおよびガス供給装置の一実施形態の概略断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａのリッドアセンブリおよびガス供給装置の一実施形態の概略断面図である。
【図２Ｅ】図１Ａのリッドアセンブリおよびガス供給装置の一実施形態の斜視断面図である。
【図２Ｆ】リッドアセンブリおよびガス供給装置の一実施形態の概略断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｆのリッドアセンブリおよびガス供給装置の一実施形態の斜視断面図である。
【図３Ａ】本明細書の一実施形態において説明されるような、原子層堆積を行うリッドアセンブリ用のインサートおよびガス供給装置の一実施形態の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａにおけるリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂにおけるリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスの際に材料を堆積させるために利用し得る装置および方法を提供する。実施形態は、ＡＬＤプロセスチャンバと、複式射出リッドアセンブリを含むガス供給システムとを備える。他の実施形態は、ＡＬＤプロセスの際にこれらのガス供給システムを使用して材料を堆積するための方法を提供する。本明細書において説明する装置を組み込むのに適した処理チャンバの例には、米国カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ在のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社より市販されている高誘電率を有し金属製のＡＬＤ堆積チャンバが含まれる。プロセスチャンバに関する以下の説明は、あるコンテクストに関連しておよび例示を目的として提示されるものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるまたは見なされるべきではない。
【００１３】
図１Ａ〜図１Ｃは、ＡＬＤプロセス向けに適合化されたガス供給システム１３０を含むプロセスチャンバ１００の一実施形態の概略図である。図１Ｄは、ガス供給システム１３０の別の実施形態を含むプロセスチャンバ１００の概略図である。プロセスチャンバ１００は、側壁部１０４および底部１０６を有するチャンバ本体１０２を備える。プロセスチャンバ１００中のスリットバルブ１０８は、ロボット（図示せず）が２００ｍｍもしくは３００ｍｍの半導体ウエハまたはガラス基板などの基板１１０をプロセスチャンバ１００に供給しプロセスチャンバ１００から引き戻すためのアクセスを提供する。
【００１４】
基板支持体１１２は、プロセスチャンバ１００内において基板受け表面１１１の上に基板１１０を支持する。基板支持体１１２は、基板支持体１１２およびその上に配置された基板１１０を上下させるためのリフトモータ１１４に取り付けられる。リフトモータ１１８に連結されたリフトプレート１１６は、プロセスチャンバ１００内に取り付けられ、基板支持体１１２を貫通して可動的に設置されたリフトピン１２０を上下させる。リフトピン１２０は、基板支持体１１２の表面上の基板１１０を上下させる。基板支持体１１２は、堆積プロセスの際に基板支持体１１２に基板１１０を固定するために、真空チャック（図示せず）、静電チャック（図示せず）、またはクランプリング（図示せず）を備えてもよい。
【００１５】
基板支持体１１２の温度は、その上に配置される基板１１０の温度を制御するために調節することができる。例えば、基板支持体１１２は、抵抗ヒータ（図示せず）などの埋設された加熱素子を使用して加熱されてもよく、または基板支持体１１２の上方に設置された加熱ランプ（図示せず）などの放射熱を利用して加熱されてもよい。パージリング１２２が、基板１１０の外周部分上への堆積を防止するために、基板１１０の外周部分にパージガスを供給するパージチャネル１２４を画定するように基板支持体１１２の上に設置されてもよい。
【００１６】
ガス供給システム１３０は、プロセスチャンバ１００にプロセスガスおよび／またはパージガスなどのガスを供給するために、チャンバ本体１０２の上部に設置される。図１Ａ〜図１Ｄは、少なくとも２つのガス源または化学前駆体に基板１１０をさらすように構成されたガス供給システム１３０を図示する。図１Ｂは、図１Ａの線１Ｂに沿った断面図である。真空システム１７８が、ポンプチャネル１７９と連通状態にあり、それにより、プロセスチャンバ１００から任意の所望のガスを排気させ、プロセスチャンバ１００のポンプゾーン１６６の内部において所望の圧力または所望の圧力範囲を維持するのを助ける。
【００１７】
一実施形態においては、ガス供給システム１３０は、チャンバリッドアセンブリ１３２の中心部分を貫通して延びるガス分散チャネル１３４を有するチャンバリッドアセンブリ１３２を含む。ガス分散チャネル１３４は、基板受け表面１１１の方向に垂直方向に延在し、またガス分散チャネル１３４の中心軸１３３に沿ってリッドプレート１７０を貫通して下方表面１６０まで延びる。一実施例においては、ガス分散チャネル１３４の一部分が、上部３５０内においては中心軸１３３に沿って実質的に円筒状であり、ガス分散チャネル１３４の一部分が、ガス分散チャネル１３４の下部１３５内においては中心軸１３３から離れるようにテーパ状である。さらに、ガス分散チャネル１３４は、下方表面１６０を越えて反応ゾーン１６４内まで延びる。下方表面１６０は、ガス分散チャネル１３４の下部１３５からチョーク１６２まで延びる。下方表面１６０は、基板支持体１１２の基板受け表面１１１の上に配置された基板１１０を実質的に覆うようにサイズ設定および形状設定される。
【００１８】
処理ガスは、分散チャネルを通過する際にガス分散チャネル１３４の中心軸１３３を中心として回転される。分散チャネルを通過するプロセスガス流を示す円形ガス流１７４は、渦パターン、蔓巻パターン、螺旋パターン、またはそれらの派生パターンなど、様々なタイプの流れパターンを含んでもよい。円形ガス流１７４は、ガス分散チャネル１３４の中心軸１３３を中心とした、少なくとも約１回転に、好ましくは少なくとも約１．５回転に、より好ましくは少なくとも約２回転に、より好ましくは少なくとも約３回転に、より好ましくは約４回転以上に及ぶものであってもよい。
【００１９】
上部３５０を含むガス分散チャネル１３４は、一体的におよび／または別個に設けられてもよい２つの同様の対のバルブ１４２Ａ／１５２Ａ、１４２Ｂ／１５２Ｂからのガス流を供給するためのガス入口３４０、３４５を有する。一構成においては、バルブ１４２Ａおよびバルブ１４２Ｂは、別個の反応ガス源に結合されるが、好ましくは同一のパージガス源に結合される。例えば、バルブ１４２Ａは、反応ガス源１３８に結合され、バルブ１４２Ｂは、反応ガス源１３９に結合され、両バルブ１４２Ａ、１４２Ｂが、パージガス源１４０に結合される。各バルブ１４２Ａ、１４２Ｂは、バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂを有する供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂを備え、各バルブ１５２Ａ、１５２Ｂは、バルブシートアセンブリ１４６Ａ、１４６Ｂを有するパージライン１４５Ａ、１４５Ｂを備える。供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂは、反応ガス源１３８および１３９と流体連通状態にあり、ガス分散チャネル１３４のガス入口３４０、３５０と流体連通状態にある。供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂは、反応ガス源１３８および１３９からのおよびガス分散チャネル１３４への反応ガスの流れを制御する。パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、パージガス源１４０と連通状態にあり、供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂの下流にて供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂと交差する。パージライン１４５Ａ、１４５Ｂのバルブシートアセンブリ１４６Ａ、１４６Ｂは、パージガス源１４０からガス分散チャネル１３４へのパージガスの流れを制御する。キャリアガスが、反応ガス源１３８および１３９から反応ガスを供給するために使用される場合には、好ましくは、このキャリアガスは、キャリアガスおよびパージガスとして使用される（例えばアルゴンガスがキャリアガスおよびパージガスとして使用される）。
【００２０】
各バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４６Ａ、１４６Ｂは、膜板（図示せず）およびバルブシート（図示せず）を備えてもよい。膜板は、それぞれ開状態または閉状態に付勢され得るものであり、閉状態または開状態に作動され得るものである。膜板は、空気圧により作動されてもよく、または電気的に作動されてもよい。空気圧作動バルブには、Ｆｕｊｉｋｉｎ，Ｉｎｃ．社およびＶｅｒｉｆｌｏ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ  Ｃｏｒｐ社より市販されている空気圧作動バルブが含まれる。電気作動バルブには、Ｆｕｊｉｋｉｎ，Ｉｎｃ．社より市販されている電気作動バルブが含まれる。例えば、使用することのできるＡＬＤバルブは、Ｆｕｊｉｋｉｎ社のＭｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＦＰＲ−ＵＤＤＦＡＴ−２１−６．３５−ＰＩ−ＡＳＮ、またはＦｕｊｉｋｉｎ社のＭｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＦＰＲ−ＮＨＤＴ−２１−６．３５−ＰＡ−ＡＹＴである。プログラマブル論理コントローラ１４８Ａ、１４８Ｂは、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４６Ａ、１４６Ｂの膜板の作動を制御するために、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂに結合されてもよい。空気圧作動バルブは、約０．０２０秒の狭い時間間隔でガスのパルス送出を行うことができる。電気作動バルブは、約０．００５秒の狭い時間間隔でガスのパルス送出を行うことができる。典型的には、電気作動バルブは、バルブとプログラマブル論理コントローラとの間に結合されたドライバの使用を必要とする。
【００２１】
各バルブ１４２Ａ、１４２Ｂは、バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂが閉じられた場合に供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂからの反応ガスのフラッシングを可能にするために、デッドボリュームの無いバルブであってもよい。例えば、パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂに隣接して位置決めされてもよい。バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂが、閉じられた場合に、パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、パージガスを供給して、供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂをフラッシングしてもよい。一実施形態においては、パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂが開いている場合に、パージガスがバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂ内に直に供給されることがないように、送給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂから若干離間されて位置決めされる。本明細書においては、デッドボリュームの無いバルブは、無視し得る程度のデッドボリュームを有する（すなわちデッドボリュームが必ずしもゼロではない）バルブとして定義される。
【００２２】
各バルブ対１４２Ａ／１５２Ａ、１４２Ｂ／１５２Ｂは、反応ガスおよびパージガスの混合ガス流および／または個別ガス流を供給するように適合化されてもよい。バルブ対１４２Ａ／１５２Ａを参照すると、反応ガスおよびパージガスの混合ガス流の一実施例は、パージガス源１４０からパージライン１４５Ａを経由するパージガスの連続流と、反応ガス源１３８から供給ライン１４３Ａを経由する反応ガスのパルス送出とを含む。パージガスの連続流は、パージライン１４５Ａのバルブシートアセンブリ１４６Ａの膜板を開状態のままにすることによって供給され得る。反応ガス源１３８からの反応ガスのパルス送出は、供給ライン１４３Ａのバルブシートアセンブリ１４４Ａの膜板を開閉することによって実現され得る。バルブ対１４２Ａ／１５２Ａを参照すると、反応ガスおよびパージガスの個別ガス流の一実施例は、パージガス源１４０からパージライン１４５Ａを経由するパージガスのパルス送出と、反応ガス源１３８から供給ライン１４３Ａを経由する反応ガスのパルス送出とを含む。パージガスのパルス送出は、パージライン１４５Ａのバルブシートアセンブリ１４６Ａの膜板を開閉することにより実現され得る。反応ガス源１３８からの反応ガスのパルス送出は、供給ライン１４３Ａのバルブシートアセンブリ１４４Ａの膜板を開閉することによって実現され得る。
【００２３】
バルブ１４２Ａ、１４２Ｂの供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂは、流体供給ライン２１０、２２０および環状チャネル２６０、２６５を介してガス入口３４０、３４５に結合されてもよい。流体供給ライン２１０、２２０は、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂと一体化されてもよく、またはバルブ１４２Ａ、１４２Ｂとは別個であってもよく、それにより１つまたは複数の流体源に連結されてもよい。一態様においては、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂは、供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂ、ならびにバルブ１４２Ａ、１４２Ｂとガス入口３４０、３４５との間の流体供給ライン２１０、２２０の不要な体積を削減するために、ガス分散チャネル１３４に近接して結合される。
【００２４】
理論に縛られることを望むものではないが、ガス分散チャネル１３４の直径が、ガス分散チャネル１３４の上部３５０から中心軸１３３に沿ったある点までは一定であり、この点からガス分散チャネル１３４の下部１３５までは増大することにより、ガス分散チャネル１３４を通過するガスの断熱膨張がより低下することが可能となり、これが、円形ガス流１７４中に含まれるプロセスガスの温度制御を助けることが考えられる。例えば、ガス分散チャネル１３４内に供給されたガスの急激な断熱膨張により、ガスの温度が低下する場合があり、これは、ガスの凝結および液滴の形成を引き起こす場合がある。他方において、徐々にテーパ状になるガス分散チャネル１３４は、ガスの断熱膨張をより低下させることが考えられる。したがって、より多くの熱が、ガスにおよびガスから転移され得ることとなり、したがってガスの温度は、チャンバリッドアセンブリ１３２の温度を制御することによって、より容易に制御され得る。ガス分散チャネル１３４は、徐々にテーパ状となり、テーパ状直線表面、凹状表面、凸状表面、もしくはそれらの組合せなどの１つまたは複数のテーパ状内表面を有してもよく、または、１つまたは複数のテーパ状内表面のセクション（すなわちテーパ状の部分および非テーパ状の部分）を含んでもよい。
【００２５】
図１Ｄは、図１Ｂに示すプロセスチャンバ１００と同様の図であり、同様の特徴および構成要素を備え得る。図１Ｄは、先述と同様のバルブ対からガス流を供給するために分散チャネル１３４のガス入口３４０、３４５、３７０、３７５と結合された４つの流体供給ライン２１０、２１５、２２０、２２５を備えるガス供給システム１３０の一実施形態を図示する。この実施形態においては、上部３５０を備えるガス分散チャネル１３４は、一体的におよび／または別個に設けられてもよいバルブ対からガス流を供給するために４セットのガス入口３４０、３４５、３７０、３７５を有する。バルブの供給ラインは、流体供給ライン２１０、２１５、２２０、２２５および環状チャネル２６０、２６５、２７０、２７５を介してガス入口３４０、３４５、３７０、３７５と結合されてもよい。
【００２６】
チャンバリッドアセンブリは、チャンバリッドアセンブリの一部分にて中心軸に沿って延在し拡張するチャネル１３４を備える。チャネル１３４の上部３５０は、ハウジング２００内に設置されたインサート３００により画定される。キャップ４００が、ハウジング２００およびインサート３００の上に設置されてもよい。
【００２７】
ハウジング２００は、ベース２０７の上に設置された環状マニホルド２０５を備えてもよい。図２Ａ〜図２Ｇに示すような実施形態においては、環状マニホルド２０５は、内方領域２９０を画定し、内方領域２９０の周囲に設置された２つ以上の環状チャネルを少なくとも部分的に画定する。図２Ｃは、図２Ａの線２Ｃに沿った断面図である。図２Ｄは、図２Ｃの線２Ｄに沿った断面図である。代替的な一実施形態においては、環状マニホルド２０５は、内方領域２９０を画定し、内方領域２９０の周囲に設置された環状チャネルを備える。図２Ｆは、３つの流体供給ラインおよび２つの環状チャネルを示す別の実施形態である。図２Ｇは、図２Ｆの線２Ｇに沿った断面図である。
【００２８】
この２つ以上の環状チャネルは、環状マニホルド２０５の中心軸１３３に沿って互いから垂直方向に離間された態様で設置される。環状チャネル２６０などの環状チャネルが、中に流体を流すチャネルを備え、内方領域２９０を部分的にまたは完全に囲む。この環状チャネルは、内方領域に対して内方領域の周囲に例えば２７０°〜３６０°など、最大で３６０°の流体連通をもたらすことができる。各環状チャネルは、環状マニホルド２０５と結合されたインサート３００中に形成された開孔を通して流体を分散させるために、処理ガスなどの流体が流体源（例えばガス源）から内方領域まで供給されるのを可能にする。環状チャネルはそれぞれ、様々な断面形状および設計を有してもよい。例えば、環状チャネルは、円形、半円形、矩形、または楕円形の断面設計であってもよい。好ましくは、断面設計は、環状チャネルから環状チャネルに結合された開孔までの処理ガスなどの流体の効果的な流れをもたらすように適合化される。例えば、環状チャネルは、矩形断面の３つの側面を備えてもよく、第４の側面が、インサート３００の垂直本体３３０であってもよい。この態様においては、３つの矩形断面側面とインサート３００の垂直本体３３０からなる第４の側面とが共に、環状チャネルを画定する。
【００２９】
一実施形態においては、図２Ｄおよび図２Ｅに示すように、各環状チャネルは、環状チャネル２６０のように、内方領域２９０に全体に円周状に延びて、内方領域の３６０°にわたる流体連通をもたらす。代替的な一実施形態においては、環状チャネルの中の１つが、３６０°にわたる流体連通をもたらし、少なくとも第２の環状チャネルが、３６０°未満にわたる流体連通をもたらしてもよい。一実施形態においては、第１の環状チャネル２６０および第２の環状チャネル２６５が、内方領域２９０の周囲に設置される。
【００３０】
１つまたは複数のカートリッジヒータ２４０が、環状マニホルド２０５内に設置されてもよい。ハウジング２００は、ステンレス鋼から作製されてもよい。キャップ４００もまた、ステンレス鋼から作製されてもよい。
【００３１】
図１Ｄ、図２Ａ、および図２Ｆに示すように、各環状チャネルは、流体供給ライン２１０、２１５、２２０、２２５などの各流体供給ラインと結合される。あるいは、各環状チャネルは、図２Ｆおよび図２Ｇに示すように、２つ以上の流体供給ラインと結合されてもよく、これにより、混合ガスまたは一方のガスが、環状チャネルを通り流れるのが可能となり得る。流体供給ライン２１０、２１５、および２２０は、環状チャネル２６０、２６５と結合される。図２Ｇは、環状チャネル２６５とそれぞれ結合された流体供給ライン２１０および２１５を示す。
【００３２】
各流体ラインは、ガス源などの流体源と結合される。あるいは、各流体ラインは、２つ以上のガス源と結合されてもよく、これにより、混合ガスまたは一方のガスが、環状チャネルを通り流れるのが可能となり得る。複数の環状チャネルを使用することにより、酸化ハフニウム堆積プロセスのための塩化ハフニウムおよび水など、種々の前駆体の供給が可能となり、および／または、異なる濃度を有する同一の前駆体の供給が可能となり得る。さらに、プレナムが、混合前駆体を含む種々の前駆体を供給してもよく、またはこれらの前駆体の交互の供給を行ってもよい。
【００３３】
また、パージライン２５０などの少なくとも１つのパージラインが、環状マニホルド２０５中に形成されてもよい。パージラインは、環状マニホルド２０５の垂直部分中に引かれる。パージラインは、一連の環状チャネルの上方および下方にて内方領域２９０と接触するように設置された１つまたは複数の間隙パージライン２８０と結合された水平方向ガス輸送ラインを備える。各間隙パージライン２８０は、内方領域において、内方領域に隣接して設置された環状マニホルド２０５の表面に形成された、円周方向に形成された環状チャネル２４５、２５５などの延在環状チャネルを有してもよい。また、パージライン２５０は、環状マニホルド２０５内に設置された垂直方向に設置されたライン２３０と結合される。また、１つまたは複数のガスパージラインにより、インサート３００と、隣接するガス分散チャネル１３４を形成するリッドキャップ１７２の材料との間の材料交差部３８０までの、インサート３００の垂直本体３３０に沿ったパージガスの流れが可能となる。さらに、リッドキャップ１７２の基礎材料およびリッドプレートのアセンブリが、隣接するガス分散チャネル１３４を形成し、パージガスは、処理ガスが、ハウジングとインサートとの間に設置されたＯリング３８５などの任意の構造的シール材料と反応するのを防止する。
【００３４】
パージライン２５０は、処理チャンバに関連して先に説明したようなパージガス源の中の１つに連結されてもよく、パージガスは、窒素または希ガスなどの非反応ガスを含んでもよい。パージラインは、インサートと環状マニホルド２０５との間にパージガスを供給することにより、これらのエリア内の不要な処理ガスを除去する。これにより、パージガスは、金属ハロゲン化物前駆体などの反応性処理ガスにさらされた場合に経時的に劣化し得るＯリング材料などの影響を受けやすい材料を、処理ガスから保護する。
【００３５】
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、インサート３００が内方領域２９０内に設置されて、チャネル１３４の上部３５０を画定する。インサートは、ハウジング２００の頂部に結合される切頭部分３２０を有する結合リッド３１０と、環状マニホルド２０５の内部に設置され環状マニホルド２０５の内部と同一平面となる垂直本体３３０とを備える。この本体３３０は、上部３５０を画定する。上部は、円筒形状または実質的に円筒形状を有してもよい。一実施例においては、図３Ｂに示すように、上部３５０は、円筒状上部３５１および拡張底部３５２を備え、拡張底部３５２は、複数の開孔３４６の下部セットの下方に設置される。
【００３６】
１つまたは複数のガス入口３４０、３４５は、インサート３００の垂直本体中に設置されてもよい。入口３４０、３４５は、垂直本体３３０の一部分に水平面に沿って複数の開孔３４１、３４６を備えてもよく、これにより、複数開孔入口３４０、３４５を形成してもよい。各水平面に沿った開孔３４１、３４６の個数は、例えば図３Ａ〜図３Ｃに示すような６つの開孔など、２〜１０個の開孔であってもよい。複数の開孔の１つまたは複数のセットが、インサート３００に沿って形成されてもよい。開孔３４１、３４６は、垂直本体３３０の水平面の周囲に互いから等距離に設置されてもよい。あるいは、開孔３４１、３４６は、上部３５０内へのガス流の所望の特徴を実現するように離間および／またはグループ化されてもよい。垂直本体３３０の水平面の周囲に互いから等距離に設置された開孔が、上部３５０と組み合わされることにより、均一化溝が形成され、これにより、同一または実質的に同一の圧力および各開孔３４１、３４６を通過するガス流量によって、基板表面により均一なプロセスガス流を供給することが可能となることが考えられる。
【００３７】
開孔３４１、３４６は、中心軸１３３またはガス分散チャネル１３４に対してほぼ接線方向となるなど、中心軸１３３に対して任意の角度で、および垂直本体３３０を貫通して設置されてもよい。開孔３４１、３４６は、ラジアル方向および垂直方向に様々な角度で配向されてもよい。開孔３４１、３４６は、好ましくは、水平および／または垂直に０°〜９０°の間で角度づけられて、所望の流れ特徴を実現する。一実施形態においては、開孔３４１および３４６は、約０°〜約９０°の範囲内、好ましくは約０°〜約６０°の範囲内、好ましくは約０°〜約４５°の範囲内、より好ましくは約０°〜約２０°の範囲内などの、上部３５０に対して接線方向となる角度で位置決めされる。
【００３８】
開孔３４１、３４６は、環状マニホルド２０５の２つ以上の環状チャネル２６０、２６５と流体結合されるように設置される。複数の開孔の複数のセットが、環状マニホルド２０５内に形成された環状チャネルに対応する各入口と共に使用されてもよい。これらの開孔は、例えば矩形形状、円筒状チューブ、または涙滴形状などの任意の断面形状のものであってもよい。環状チャネルと複数の開孔を有する入口との組合せにより、基板表面により均一なプロセスガス流が供給されることが考えられる。
【００３９】
インサート３００は、金属ハロゲン化物前駆体ガスなどの処理ガスと反応しない材料から作製されてもよい。かかる材料の１つは、石英である。図面に示される構成においては、石英インサートが、高い材料適合性を有することが観察され、すなわち、石英インサートは、ステンレス鋼またはアルミニウムなどの他の材料に比べて、ハロゲン化物前駆体および水などの他の処理ガスとの間における反応性がより低い。さらに、このインサート材料は、インサート３００が接触し得るチャンバの他の構造的構成要素との間における適合性に関してもより高いものとなり得る。例えば、リッドキャップ１７２およびガス分散チャネル１３４を囲むリッドプレート１７０の複数部分は、典型的には石英から作製され、この石英により、石英インサート３００は、良好な材料適合性を有することとなり、製造および組立に関して構造的適合性がより高いものとなる。
【００４０】
入口を形成する複数の開孔（複数の進入ポイント）を有する本明細書に記載のリッドキャップは、基板表面上へより均一な処理ガス流をもたらし、それにより、単一進入ポイント／単一進入入口の場合に比べて環状方向においてより均一な厚さを実現すると考えられる。本明細書に記載のリッドキャップ１７２アセンブリの複数の環状チャネルを用いることにより、単一進入ポイント／単一進入入口の場合に比べて、２インチリング分析、４インチリング分析、および基板エッジから３ｍｍの位置において、厚さの均一性が改善されたより薄いウエハ内（ＷｉＷ）厚さが実現され得ることが認められた。以前は、単一進入ポイント／単一進入入口の場合には、基板エッジから３ｍｍの位置における基板部分は、望ましくない堆積厚さおよび均一性を伴う不調ゾーンとなることが認められた。さらに、本明細書に記載の複数の環状チャネルは、単一進入ポイント／単一進入入口の場合に比べて逆拡散リスクを低下させ、個別のラインを通過する処理ガスの個別の制御を可能にし、単一進入ポイント／単一進入入口の場合に比べて加熱された不活性ガスパージによりＯリングが保護されることが認められている。さらに、複数の環状チャネルにより、腐食保護を向上させるＰＶＣバルブの使用が可能となり、ＶＣＲ継手の代わりに端面シールなどの簡易なハードウェア設計が可能となり、単一進入ポイント／単一進入入口の場合に必要な構成要素が不要となり、これにより、単一進入ポイント／単一進入入口の場合に比べて保守性が高められ得る。
【００４１】
図１Ａ〜図１Ｂは、本明細書の実施形態において説明されるようなガス分散チャネル１３４へとガスが移動する経路を図示する。プロセスガスは、流体供給ライン２１０および２２０からガス環状チャネル２６０および２６５内に進み、ガス入口３４０、３４５を通り、上部３５０内に進み、ガス分散チャネル１３４を通り供給される。図２Ｄ、図３Ｂ、および図３Ｃは、プロセスガスまたは前駆体ガスが移動する、すなわち流体供給ライン２１０からガス環状チャネル２６５内に進み、入口３４０を通り、上部３５０内に進むための経路を図示する。第２の経路が、図１Ｂ、図２Ｄ、図３Ｂ、および図３Ｃに図示するように、流体供給ライン２２０からガス環状チャネル２６０内に進み、入口３４５を通り、上部３５０内にまで続く。
【００４２】
図１Ｂは、ガス分散チャネル１３４の上部３５０と、チャンバリッドアセンブリ１３２のガス分散チャネル１３４との断面図であり、これらの中を通過するガス流を概略的に示す。ガス分散チャネル１３４を通過する正確な流れパターンは不明であるが、円形ガス流１７４（図１Ｂ）が、渦流、蔓巻流、螺旋流、旋回流、回転流、捻れ流、コイル流、コークスクリュー流、カール流、ワールプール流、それらの派生流、またはそれらの組合せなどの円形流パターンで、入口３４０、３４５からガス分散チャネル１３４を通り移動し得ることが考えられる。図１Ｂに示すように、円形流は、基板１１０から隔離された区画内とは対照的に、「処理領域」内において実現され得る。一態様においては、円形ガス流１７４は、ガス分散チャネル１３４の内表面中における渦流パターンの一掃作用により、ガス分散チャネル１３４のより効率的なパージの確保を助け得る。
【００４３】
一実施形態においては、図１Ｂは、基板１１０の表面の点１７６ａとガス分散チャネル１３４の円筒状上部３５１の点１７６ｂとの間の距離１７５を示す。距離１７５は、基板１１０の表面中の螺旋流が望ましくものとなり得ることから、円形ガス流１７４が消失して下方流となるのに十分な長さである。円形ガス流１７４は、チャンバリッドアセンブリ１３２の表面および基板１１０を効率的にパージする層流的な態様で進むことが考えられる。別の実施形態においては、中心軸１３３に沿って延びる距離１７５またはガス分散チャネル１３４は、約３インチ（７６．２ｍｍ）〜約９インチ（２２９ｍｍ）の範囲内の、好ましくは約３．５インチ（８８．９ｍｍ）〜約７インチ（１７８ｍｍ）の範囲内の、より好ましくは約４インチ（１０２ｍｍ）〜約６インチ（１５２ｍｍ）の範囲内の、例えば約５インチ（１２７ｍｍ）の長さを有する。
【００４４】
図１Ａは、基板１１０の表面中（すなわち基板の中心から基板のエッジまで）におけるガス分散チャネル１３４からのガス流の速度プロファイルの改善を助けるために、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０の少なくとも一部分が、ガス分散チャネル１３４からチャンバリッドアセンブリ１３２の外周部分までテーパ状になされてもよいことを図示する。下方表面１６０は、直線表面、凹状表面、凸状表面、またはそれらの組合せなどの、１つまたは複数のテーパ状表面を備えてもよい。一実施形態においては、下方表面１６０は、漏斗形状へとテーパ状になされる。
【００４５】
一実施例において、下方表面１６０は、反応ガスに対する基板１１０の表面の均一な露出の実現を支援すると共に、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０と基板１１０との間を移動するプロセスガスの速度の変動を低減させるのを助けるために、下方に傾斜している。一実施形態においては、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方に傾斜している下方表面１６０と基板１１０の表面との間における流れ断面の最小面積に対する流れ断面の最大面積の比は、約２未満であり、好ましくは約１．５未満であり、より好ましくは約１．３未満であり、より好ましくは約１である。
【００４６】
理論に縛られることを望むものではないが、ガス流が基板１１０の表面中においてより均一な速度で移動することは、基板１１０上におけるガスのより均一な堆積の実現を助けることが考えられる。ガスの速度は、ガスの濃度に正比例し、このガスの濃度は、ひいては基板１１０の表面上におけるガスの堆積速度に正比例すると考えられる。したがって、基板１１０の表面の第２のエリアに対する基板１１０の表面の第１のエリアにおけるガスの速度がより高いことにより、第１のエリア上におけるガスの堆積がより高まることが考えられる。下方に傾斜している下方表面１６０を有するチャンバリッドアセンブリ１３２は、下方表面１６０が、より均一な速度を実現し、したがって基板１１０の表面中におけるガスのより均一な濃度を実現することにより、基板１１０の表面中におけるガスのより均一な堆積をもたらすことが考えられる。
【００４７】
また、本発明の実施形態による基板を処理するために、様々な方法を利用してもよい。一実施形態においては、基板を処理する方法は、ガス源１３８、１３９などの１つまたは複数の流体源からチャンバリッドアセンブリ１３２の流体供給ライン２１０、２２０を経由して２つ以上のプロセスガスを流すことと、流体供給ライン２１０、２２０からチャンバリッドアセンブリ１３２のハウジング２００により少なくとも部分的に画定された２つ以上の環状チャネル２６０、２６５を経由してこれらの２つ以上のプロセスガスを流すこととを含む。ハウジングは、内方領域２９０を有する。これらの２つ以上のプロセスガスは、２つ以上の環状チャネル２６０、２６５から内方領域２９０内に設置されたインサート３００を通り、チャンバリッドアセンブリ１３２内のチャネル１３４の上部３５０内に流される。インサート３００は、チャネル１３４の上部３５０を画定する。この１つまたは複数のプロセスガスは、チャネル１３４を通り、基板支持体１１２の上に配置された基板１１０の上方の反応ゾーン１６４内に流される。
【００４８】
図１Ａは、基板１１０の外周部に隣接するチャンバリッドアセンブリ１３２の外周部分に位置するチョーク１６２を図示する。チョーク１６２は、チャンバリッドアセンブリ１３２が組み付けられて基板１１０の周囲に処理ゾーンを形成する場合に、基板１１０の外周部に隣接するエリアにてこのチョーク１３２を通過するガス流を制約する任意の部材を含む。
【００４９】
特定の一実施形態においては、チョーク１６２と基板支持体１１２との間の間隔は、約０．０４インチ（１．０２ｍｍ）〜約２．０インチ（５０．８ｍｍ）であり、好ましくは０．０４インチ（１．０２ｍｍ）〜約０．２インチ（５．０８ｍｍ）である。この間隔は、供給されるガスおよび堆積中のプロセス条件に応じて変更されてもよい。チョーク１６２は、ポンプゾーン１６６（図１Ａ）の非均一な圧力分布から反応ゾーン１６４を隔離することにより、チャンバリッドアセンブリ１３２と基板１１０との間に画定された体積または反応ゾーン１６４内においてより均一な圧力分布を実現するのを助ける。
【００５０】
図１Ａに示すように、一態様においては、反応ゾーン１６４がポンプゾーン１６６から隔離されることにより、反応ガスまたはパージガスは、反応ガスまたはパージガスに対する基板１１０の十分な露出を確保するのに十分なだけ、反応ゾーン１６４を満たすだけでよい。従来の化学気相堆積においては、先行技術のチャンバは、反応物の共反応が基板１１０の表面中にわたって確実に均一に生じるようにするために、基板の全表面に対して反応物の混合流を同時におよび均一に供給することが必要とされる。原子層堆積においては、プロセスチャンバ１００は、基板１１０の表面に対して反応物を連続的に導入して、基板１１０の表面上への反応物の交互の薄層の吸収を達成する。その結果、原子層堆積は、基板１１０の表面に同時に到達する反応物流を必要としない。その代わりに、反応物流は、基板１１０の表面上に反応物の薄層を吸収させるのに十分な量において供給されることが必要となる。
【００５１】
反応ゾーン１６４は、従来的なＣＶＤチャンバの内方堆積と比較した場合により小さな体積を有し得るため、原子層堆積シーケンスにおけるある特定のプロセスのために反応ゾーン１６４を満たすために必要となるガスの量が、より少量となる。例えば、一実施形態においては、反応ゾーン１６４の体積は、２００ｍｍ径の基板を処理するチャンバの場合には、約１，０００ｃｍ３以下であり、好ましくは５００ｃｍ３以下であり、より好ましくは２００ｃｍ３以下である。一実施形態においては、反応ゾーン１６４の体積は、３００ｍｍ径の基板を処理するチャンバの場合には、約３，０００ｃｍ３以下であり、好ましくは１，５００ｃｍ３以下であり、より好ましくは６００ｃｍ３以下である。一実施形態においては、基板支持体１１２は、堆積のための反応ゾーン１６４の体積を調節するために、上昇されてもまたは下降されてもよい。反応ゾーン１６４の体積がより小さいことにより、堆積ガスまたはパージガスにかかわらず、より少量のガスが、処理チャンバ１００内に流されることが必要となる。したがって、プロセスチャンバ１００のスループットがより上昇し、より少量のガスの使用による作業コストの削減により無駄が最小限に抑えられ得る。
【００５２】
チャンバリッドアセンブリ１３２は、ガス分散チャネル１３４を形成するリッドキャップ１７２およびリッドプレート１７０を含むものとして、図１Ａ〜図１Ｂに示されている。一実施形態においては、プロセスチャンバ１００は、図１Ａ〜図１Ｂに示すように、ガス環状チャネル２６０および２６５を有するハウジング２００を備えるリッドキャップ１７２を含む。任意には、追加のプレートが、リッドプレート１７０とリッドキャップ１７２との間に設置されてもよい（図示せず）。この追加のプレートは、リッドキャップ１７２とリッドプレート１７０との間の距離を調節する（例えば増大させる）ことにより、それらを貫通して形成される分散チャネル１３４の長さをそれぞれ変更するために使用されてもよい。別の実施形態においては、リッドプレート１７０とリッドキャップ１７２との間に設置されたこのオプションの追加のプレートは、ステンレス鋼を含む。他の実施形態においては、ガス分散チャネル１３４は、単一の材料片から一体的に作製されてもよい。
【００５３】
チャンバリッドアセンブリ１３２は、中を通り供給される特定のガスに応じて冷却素子および／または加熱素子を備えてもよい。チャンバリッドアセンブリ１３２の温度の制御は、チャンバリッドアセンブリ１３２上におけるガスの分解、堆積、または凝結を防止するために使用され得る。例えば、水チャネル（図示せず）が、チャンバリッドアセンブリ１３２を冷却するためにチャンバリッドアセンブリ１３２内に形成されてもよい。別の例においては、加熱素子（図示せず）が、チャンバリッドアセンブリ１３２を加熱するために、チャンバリッドアセンブリ１３２の構成要素内に埋設されてもよく、またはチャンバリッドアセンブリ１３２の構成要素を囲んでもよい。一実施形態においては、チャンバリッドアセンブリ１３２の構成要素は、個別に加熱または冷却され得る。例えば、図１Ａに示すように、チャンバリッドアセンブリ１３２は、ガス分散チャネル１３４を形成するリッドプレート１７０およびリッドキャップ１７２を含んでもよい。リッドキャップ１７２は、１つの温度範囲に維持されてもよく、リッドプレート１７０は、別の温度範囲に維持されてもよい。例えば、リッドキャップ１７２は、ヒータテープ内に巻かれることによってか、または別の加熱デバイスを使用することによって加熱されて、それにより反応ガスの凝結を防止してもよく、リッドプレート１７０は、周囲温度に維持されてもよい。別の例においては、リッドキャップ１７２は、加熱されてもよく、リッドプレート１７０は、貫通して形成された水チャネルにより冷却されて、リッドプレート１７０上における反応ガスの熱分解を防止してもよい。
【００５４】
チャンバリッドアセンブリ１３２の構成要素およびパーツは、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルメッキ加工処理されたアルミニウム、ニッケル、それらの合金、または他の適切な材料などの材料を含んでもよい。一実施形態においては、リッドキャップ１７２およびリッドプレート１７０は、個別に製造、機械加工、鍛造、またはアルミニウム、アルミニウム合金、鋼、ステンレス鋼、それらの合金、もしくはそれらの組合せなどの金属から作製されてもよい。
【００５５】
一実施形態において、ガス分散チャネル１３４の内表面１３１（リッドプレート１７０およびリッドキャップ１７２の両内表面を含む）と、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０とは、ガス分散チャネル１３４およびチャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０に沿ったガスの層流の生成を助けるために、鏡面研磨表面を含むことができる。別の実施形態においては、流体供給ライン２１０および２２０の内表面は、これらの流体供給ライン２１０および２２０の中を通るガスの層流の生成を助けるために、電解研磨されてもよい。
【００５６】
代替的な一実施形態においては、ガス分散チャネル１３４の内表面１３１（リッドプレート１７０およびリッドキャップ１７２の両内表面を含む）と、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０とは、これらの表面中においてより大きな表面積をもたらすために、粗面化表面または機械加工された表面を含んでもよい。粗面化された表面は、内表面１３１および下方表面１６０の上における望ましくない蓄積材料のより良好な接着を生じさせる。これらの望ましくない膜は、通常は、気相堆積プロセスを実施した結果として形成され、内表面１３１および下方表面１６０から剥落または剥離することにより、基板１１０を汚染する場合がある。一実施例においては、下方表面１６０および／または内表面１３１の平均粗度（Ｒａ）は、約１０μｉｎ（約０．２５４μｍ）〜約２００μｉｎ（約５．０８μｍ）の範囲内、好ましくは約２０μｉｎ（約０．５０８μｍ）〜約１００μｉｎ（約２．５４μｍ）の範囲内、より好ましくは約３０μｉｎ（約０．７６２μｍ）〜約８０μｉｎ（約２．０３２μｍ）の範囲内など、少なくとも約１０μｉｎであってもよい。別の例においては、下方表面１６０および／または内表面１３１の平均粗度は、少なくとも約１００μｉｎ（約２．５４μｍ）であってもよく、好ましくは約２００μｉｎ（約５．０８μｍ）〜約５００μｉｎ（約１２．７μｍ）の範囲内であってもよい。
【００５７】
図１Ａは、処理条件を制御するためにプロセスチャンバ１００に結合された、プログラマブルパーソナルコンピュータまたはワークステーションコンピュータ等々の制御ユニット１８０を図示する。例えば、制御ユニット１８０は、基板プロセスシーケンスの個々の段階の際にガス源１３８、１３９、および１４０からバルブ１４２Ａおよび１４２Ｂを経由する様々なプロセスガスおよびパージガスの流れを制御するように構成されてもよい。実例としては、制御ユニット１８０は、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）１８２、サポート回路１８４、および対応する制御ソフトウェア１８３を含むメモリ１８６を含む。
【００５８】
制御ユニット１８０は、工業的環境において様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために使用し得る汎用コンピュータプロセッサの任意の形態のものであってもよい。ＣＰＵ１８２は、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フロッピディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルもしくはリモートの任意の他の形態のデジタルストレージなどの、任意の適切なメモリ１８６を使用してもよい。様々なサポート回路が、プロセスチャンバ１００を支援するためにＣＰＵ１８２に結合されてもよい。制御ユニット１８０は、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂのプログラマブル論理コントローラ１４８Ａ、１４８Ｂなどの、個々のチャンバ構成要素に隣接して配置された別のコントローラに結合されてもよい。制御ユニット１８０とプロセスチャンバ１００の様々な他の構成要素との間の２方向通信は、まとめて信号バス１８８と呼ばれる多数の信号ケーブルを介して処理され、これらの信号バス１８８のいくつかが、図１に図示される。ガス源１３８、１３９、１４０からのおよびバルブ１４２Ａ、１４２Ｂのプログラマブル論理コントローラ１４８Ａ、１４８Ｂからのプロセスガスおよびパージガスの制御に加えて、制御ユニット１８０は、作業の中でもとりわけウエハ搬送、温度制御、チャンバ排気などの、ウエハ処理において利用される他の作業の自動制御に関与するように構成されてもよい。これらの作業の中のいくつかは、本明細書の他の箇所で説明される。
【００５９】
図１Ａ〜図１Ｂに示すように、作動時には、基板１１０が、ロボット（図示せず）によりスリットバルブ１０８を通してプロセスチャンバ１００に供給される。基板１１０は、リフトピン１２０およびロボットの協働により基板支持体１１２の上に位置決めされる。基板支持体１１２は、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０の近傍に対向するように基板１１０を上昇させる。第１のガス流が、バルブ１４２Ｂによりプロセスチャンバ１００内に噴射される第２のガス流と共に、または別個に（すなわちパルス送出で）、バルブ１４２Ａによりプロセスチャンバ１００のガス分散チャネル１３４内に噴射されてもよい。第１のガス流は、パージガス源１４０からのパージガスの連続流と、反応ガス源１３８からの反応ガスのパルス送出とを含んでもよく、または反応ガス源１３８からの反応ガスのパルス送出と、パージガス源１４０からのパージガスのパルス送出とを含んでもよい。第２のガス流は、パージガス源１４０からのパージガスの連続流と、反応ガス源１３９からの反応ガスのパルス送出とを含んでもよく、または反応ガス源１３９からの反応ガスのパルス送出と、パージガス源１４０からのパージガスのパルス送出とを含んでもよい。
【００６０】
円形ガス流１７４は、ガス分散チャネル１３４の内表面に一掃作用をもたらす渦流として、ガス分散チャネル１３４を通り移動する。円形ガス流１７４は、基板１１０の表面の方向に向かって消失し、下方流になる。ガス流の速度は、ガス分散チャネル１３４を通り移動するにつれて減速する。次いで、ガス流は、基板１１０の表面中をおよびチャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０中を移動する。下方に傾斜しているチャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０は、基板１１０の表面中におけるガス流の速度の変動を低減させるのを助ける。次いで、ガス流は、チョーク１６２を過ぎ、プロセスチャンバ１００のポンプゾーン１６６内に移動する。過剰ガス、副生成物、等々は、ポンプチャネル１７９内に流れ、真空システム１７８によりプロセスチャンバ１００から排出される。一態様においては、このガス流は、ガス分散チャネル１３４を通り、基板１１０の表面とチャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面１６０との間を層流の態様で進むが、これによって、基板１１０の表面に反応ガスを均一にさらし、チャンバリッドアセンブリ１３２の内表面を効率的にパージするのを助ける。
【００６１】
本明細書においては、図１Ａ〜図１Ｂに図示するように、特徴の組合せを有するものとしてプロセスチャンバ１００を説明した。一態様においては、プロセスチャンバ１００は、従来的なＣＶＤチャンバに比べて小さな体積を有する反応ゾーン１６４を提供する。プロセスチャンバ１００は、ある特定のプロセスのために反応ゾーン１６４を満たすために、より少量の反応ガスまたはパージガスなどのガスを必要とする。別の態様においては、プロセスチャンバ１００は、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方表面と基板１１０との間を移動するガス流の速度プロファイルの変動を低減させるために、下方に傾斜しているかまたは漏斗形状の下方表面１６０を有するチャンバリッドアセンブリ１３２を提供する。さらに別の態様においては、プロセスチャンバ１００は、中に導入されるガス流の速度を減速させるためにガス分散チャネル１３４を提供する。さらに別の態様においては、プロセスチャンバ１００は、ガス分散チャネル１３４の中心から角度αの流体供給ラインを提供する。プロセスチャンバ１００は、本明細書の他の箇所で説明されるような他の特徴を提供する。原子層堆積向けに適合化されたチャンバの他の実施形態は、これらの特徴の中の１つまたは複数を組み込む。
【００６２】
前述の内容は、本発明の好ましい実施形態に関するものであるが、本発明の基本範囲から逸脱することなく、本発明の他のおよびさらなる実施形態を考案することができる。また、この基本範囲は、以下に続く特許請求の範囲によって規定される。
【図１Ａ】
0005889806.tif 000002
【図１Ｂ】
0005889806.tif 000003
【図１Ｃ】
0005889806.tif 000004
【図１Ｄ】
0005889806.tif 000005
【図２Ａ】
0005889806.tif 000006
【図２Ｂ】
0005889806.tif 000007
【図２Ｃ】
0005889806.tif 000008
【図２Ｄ】
0005889806.tif 000009
【図２Ｅ】
0005889806.tif 000010
【図２Ｆ】
0005889806.tif 000011
【図２Ｇ】
0005889806.tif 000012
【図３Ａ】
0005889806.tif 000013
【図３Ｂ】
0005889806.tif 000014
【図３Ｃ】
0005889806.tif 000015