(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に形成された第１のガスチャネルに流体連通する複数の第１のガスコンジット、及び、第２のガスチャネルに流体連通する複数の第２のガスコンジットを有する本体であって、各第２のガスコンジットは前記複数の第１のガスコンジットから流体分離され、前記複数の第１及び第２のガスコンジットの各々は、本体を貫通して本体の主面で終端する開口部に至っている、本体と、
前記第１のガスチャネル内に配置される穿孔ブロッカプレートと、
処理表面上に配置されるコーティングと
を備え、前記コーティングは、５０ミクロン〜２００ミクロン厚であり、
少なくとも０．８の放射率係数、
１８０マイクロインチ〜２２０マイクロインチの平均表面粗さ、及び
１５％以下の多孔率
を含む、シャワーヘッド。
【請求項２】
前記コーティングは白色である、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記コーティングは親水性である、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記コーティングは０度〜９０度の接触角を含む、請求項３に記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記本体は８０マイクロインチ〜１２０マイクロインチの平均表面粗さを有する金属材料を含む、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項６】
前記金属材料はステンレス鋼を含む、請求項５に記載のシャワーヘッド。
【請求項７】
前記処理表面は、８０マイクロインチ〜１２０マイクロインチの平均表面粗さを含む、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項８】
内部容積を有するチャンバ本体であって、前記内部容積は、前記チャンバ本体の内面と、ガス分配シャワーヘッドの内面と、ドーム構造体の内面との間に収容される、チャンバ本体と、
前記ガス分配シャワーヘッドと向かい合う関係で前記内部容積内に配置される基板支持構造体と、
前記ドーム構造体を通して光を導く１つ又は複数のランプアセンブリと
を備え、前記ガス分配シャワーヘッドは、
複数のガスチャネルが形成された本体、
前記複数のガスチャネルのひとつに配置される穿孔ブロッカプレート、
前記本体内に配置される複数のコンジットであって、その少なくとも一部が、前記複数のガスチャネルのひとつに流体結合し、前記内部容積に１つ又は複数のガスを送達するために前記本体の前記内面まで延在する開口部を有する、複数のコンジット、及び
前記ガス分配シャワーヘッドの前記内面上に配置されるコーティングであって、少なくとも０．８の放射率係数を有する、コーティング
を備える、堆積チャンバ。
【請求項９】
前記チャンバ本体の前記内面はセラミックコーティングを含む、請求項８に記載のチャンバ。
【請求項１０】
前記コーティングは、１８０マイクロインチ〜２２０マイクロインチの平均表面粗さを有する、請求項８に記載のチャンバ。
【請求項１１】
前記コーティングはセラミック材料を含む、請求項８に記載のチャンバ。
【請求項１２】
前記本体は、８０マイクロインチ〜１２０マイクロインチの平均表面粗さを有する金属材料を含む、請求項８に記載のチャンバ。
【請求項１３】
前記金属材料はステンレス鋼を含む、請求項１２に記載のチャンバ。
【請求項１４】
前記コーティングは５０ミクロン〜２００ミクロンの厚みを含む、請求項８に記載のチャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、包括的には基板上への材料の化学気相堆積（ＣＶＤ）のための方法及び装置に関し、詳細には、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）及び／又は水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）に用いられるような薄膜堆積チャンバにおいて用いるための、シャワーヘッドの構造及びコーティング並びに高放射率を有する表面コーティングの形成を含む、プロセスチャンバ構成要素のための表面処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では、通常、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバが用いられる。ＣＶＤチャンバは、単一の基板若しくはウエハ上で１つ又は複数の堆積プロセスを実行するように、又は基板若しくはウエハのバッチ上で１つ又は複数の堆積プロセスを実行するように適合させることができる。ガス分配シャワーヘッドは、チャンバ内に位置する１つ又は複数の基板に隣接する、一般的には基板の上方において隣接する処理領域に前駆体を送達し、１つ又は複数の基板上に薄膜などの材料を堆積する。熱ＣＶＤ堆積プロセスにおけるプロセス温度は薄膜形成速度及び薄膜特性に影響を及ぼす。基板表面にわたる堆積均一性を確保するために、基板の表面全体、又は基板のバッチ内の各基板が同じ温度、すなわち、妥当な許容範囲内にある温度に暴露されなければならない。処理領域内の温度に影響を及ぼす１つの要因は、チャンバハードウェアの放射率である。
【０００３】
ガス分配シャワーヘッド、及びチャンバ本体のような処理領域付近にある他のハードウェア構成要素は、一般的に、低放射率材料から作製される。チャンバハードウェアが新品の状態にある、すなわち、プロセスガス化学物質によって酸化又は腐食されていないとき、放射率は既知であり、通常は低いか、又は相対的に反射性である。しかしながら、チャンバ表面の特性は時間の経過とともに劣化する場合があり、表面の放射率はチャンバ内で基板を繰返し処理すると変化する場合があるので、結果として、基板にわたって、そして複数の基板が同時に処理される場合には基板間で、そしてプロセス実行間（すなわち、ウエハ間、又はバッチ間）で温度が変動する場合がある。チャンバ構成要素表面は堆積材料で覆われるようになり、かつ／又は腐食される、すなわち、酸化されるか、或いは化学的に変更されるようになるので、チャンバ構成要素の放射率は変化する。チャンバ構成要素の放射率が変化するのに応じて、基板温度はプロセス実行間（すなわち、ウエハ間、又はバッチ間）でドリフトする傾向がある。したがって、チャンバ構成要素の放射率の変化は、処理領域の温度に、それゆえ、基板の温度に影響を及ぼし、基板の温度は基板上の薄膜形成及び薄膜特性に影響を及ぼす。
【０００４】
一例では、１つ又は複数の基板は、ランプのような熱源とガス分配シャワーヘッドとの間に配置される基板支持体によって処理領域内に支持される。温度均一性、又は基板支持体の温度均一性の制御を向上させるために、基板支持体は、その構成によって、他のチャンバ構成要素に対して限られた伝導性伝熱経路を有する。しかしながら、この同じ設計は、例えば、埋込型の抵抗加熱ヒータによる抵抗加熱、又は支持体埋込型の流体循環式ヒータの場合のような、基板支持体の直接加熱を難しくする。結果として、基板支持体は、基板支持体の下方又は後方に配置されるランプから間接的に加熱され、熱は、ガス分配シャワーヘッドの反対側にある基板支持体の面に作用する。この間接的な熱の一部は、基板支持体及び１つ又は複数の基板によって吸収され、一方、この間接的な熱の別の部分は、ガス分配シャワーヘッドの表面に向かって放射され、その熱はシャワーヘッド表面から吸収又は放射される。放射される熱の量は、シャワーヘッド表面の放射率に大きく依存する。したがって、処理領域の温度は、均衡又は不均衡があり、間接的ではあるが、ランプによってチャンバに入力される熱の関数である。ガス分配シャワーヘッドによって吸収され、ガス分配シャワーヘッドの能動冷却によって除去される熱、及びガス分配シャワーヘッドから放射される熱は均衡しており、その均衡の最後の部分はガス分配シャワーヘッドの表面の変化する放射率の関数である。１つ又は複数の基板及び基板支持体並びに他のチャンバ構成要素からの熱と、ランプによって入力される熱とを除去するために、主にガス分配シャワーヘッドの能動冷却によって、処理領域内の温度の調節が助長される。１つ又は複数の基板に達する熱が１つ又は複数の基板から離れる熱に等しいとき、１つ又は複数の基板は所望の温度を保持する。２つの熱値に差がある場合には、１つ又は複数の基板及び基板支持体の温度は変化する。
【０００５】
上記のように、１つ又は複数の基板及び基板支持体の間接加熱は放射加熱に頼る。これは幾つかの要因に依存するが、１つ又は複数の基板に達する熱、又は１つ又は複数の基板から離れる熱の量の主な要因は熱交換表面の放射率である。熱交換表面の放射率が高いほど、結果として熱吸収が多くなり、それらの表面からの熱放射（反射）が小さくなる。放射率が変化する場合には、設定された、又は所望の基板温度を保持するための結果的な熱収支が変化する。詳細には、記述されるシステムでは、ガス分配シャワーヘッドの放射率が変化する結果として、基板温度がドリフトすると見なされる。本質的には、ガス分配シャワーヘッドは高い熱反射性の素子として処理を開始し、それゆえ、ランプからシャワーヘッドに達するエネルギーはシャワーヘッドから放射される傾向があり、結果として、基板温度が高くなる。しかしながら、処理が行われると、放射率が変化し、それゆえ、システムの熱収支が変化するので、結果として、基板温度が望ましくないほど低下するか、又は変化する。これは、ランプからの熱エネルギーを増やすことによって、シャワーヘッドによって除去される熱を減らすことによって、又はその両方によって或る程度改善することができるが、許容できない頻度でチャンバを手作業で洗浄しなければならないほどのドリフトが生じる。さらに、洗浄後に、チャンバは、新品のときにガス分配シャワーヘッドが有していた熱収支特性を回復しないことがわかっている。
【０００６】
チャンバ構成要素のための数多くの材料が現在利用されており、かつ／又は調査されてきた。しかしながら、全ての材料が、露出面上の前駆体材料の接着、又はこれらの露出面の腐食若しくは酸化に起因して、放射率変化を受ける。さらに、材料を洗浄することはできるが、それらの表面の放射率は新品の表面の放射率のレベルまで回復しない場合があり、かつ／又は洗浄された表面は後続の処理中に放射率変化を受けることになる。放射率変化の結果として、プロセスにドリフトが生じるので、更なる監視及び調整が必要となり、その調整を監視されたプロセスに基づいて変更し、再現可能なウエハ間及びウエハ内堆積結果を与えなければならない。
【発明の概要】
【０００７】
それゆえ、温度及び／又はプロセスドリフトを低減するために、放射率特性を安定させることができるガス分配シャワーヘッド及び他のチャンバ構成要素が必要とされている。
【０００８】
本発明は包括的には、本明細書において記述される実施形態による、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスにおいて用いられるプロセスチャンバ構成要素に被着される表面コーティングのための改善された方法、及び表面コーティングを有する、ＣＶＤプロセスにおいて用いられる装置を提供する。一実施形態では、シャワーヘッド装置が提供される。シャワーヘッド装置は、本体と、本体を貫通して延在する複数のコンジットであって、複数のコンジットはそれぞれ、本体の処理表面まで延在する開口部を有する、複数のコンジットと、処理表面上に配置されるコーティングとを備え、そのコーティングは約５０ミクロン〜約２００ミクロン厚であり、約０．８の放射率係数と、約１８０マイクロインチ〜約２２０マイクロインチの平均表面粗さと、約１５％以下の多孔率とを含む。
【０００９】
別の実施形態では、堆積チャンバが提供される。その堆積チャンバは、チャンバ本体であって、チャンバ本体の内面と、ガス分配シャワーヘッドの内面と、ドーム構造体の内面との間に含まれる内部容積を有する、チャンバ本体と、ガス分配シャワーヘッドと向かい合う関係で内部容積内に配置される基板支持体と、ドーム構造体を通して光を導く１つ又は複数ランプアセンブリとを備える。ガス分配シャワーヘッドは、本体と、本体内に配置される複数のコンジットであって、複数のコンジットはそれぞれ、内部容積に１つ又は複数のガスを送達するために本体の内面まで延在する開口部を有する、複数のコンジットと、ガス分配シャワーヘッドの内面上に配置されるコーティングとを備える。
【００１０】
別の実施形態では、基板を処理するための方法が提供される。その方法は、チャンバの処理容積を包囲する本体の１つ又は複数の表面にコーティングを被着することと、チャンバの処理容積に１つ又は複数の基板からなる第１のバッチを移送することと、チャンバの処理容積に入力エネルギーを与えて、１つ又は複数の基板からなる第１のバッチを設定点温度まで加熱し、１つ又は複数の基板上で第１の堆積プロセスを実行することと、処理容積の外部に１つ又は複数の基板を移送することと、チャンバの処理容積に１つ又は複数の基板からなる第２のバッチを移送することと、１つ又は複数の基板からなる第２のバッチを設定点温度まで加熱し、１つ又は複数の基板上で第２の堆積プロセスを実行することとを含み、設定点温度は約０．１２％未満だけ入力エネルギーを変更することによって保持される。
【００１１】
本発明の先に記載された特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、先に手短に要約された本発明のより詳細な説明を行うことができ、実施形態のうちの幾つかは添付の図面において図示される。しかしながら、本発明は他の同等に実効的な実施形態を認めることができるので、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、それゆえ、その範囲を制限するもの見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書において記述される実施形態による、半導体デバイスを作製するための処理システムの一実施形態を示す概略的な平面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、半導体デバイスを作製するための化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバの概略的な断面図である。
【図３】図２に示される細部Ａの拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図２からのシャワーヘッドアセンブリの概略的な部分底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
理解するのを容易にするために、可能な場合には、同じ参照番号を用いて、図面に共通である同じ要素を指示している。一実施形態の要素及び機構は、更に詳述することなく他の実施形態に都合良く組み込むことができると考えられる。
【００１４】
本発明の実施形態は、包括的に化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスにおいて用いられるチャンバ構成要素のための方法及び装置を提供する。一実施形態では、その方法及び装置は、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）及び／又は水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）ハードウェアを用いて、ＩＩＩ族窒化物薄膜を堆積するために用いることができる。一態様では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）又は他のデバイスを形成する材料を堆積するのに適した処理チャンバが提供される。
【００１５】
熱ＣＶＤ堆積プロセスにおけるプロセス温度は、薄膜形成速度及び薄膜特性に影響を及ぼす。全てのプロセス変数が等しく保持される場合、チャンバ構成要素の放射率が変化するので、プロセス実行間（すなわち、ウエハ間又はバッチ間）のプロセス温度はドリフトする傾向があり、それゆえ、１つ又は複数の基板の温度がドリフトすることがわかった。チャンバ構成要素表面は堆積材料で覆われるようになり、かつ／又は腐食される、すなわち、酸化されるか、或いは化学的に変更されるようになるので、チャンバ構成要素の放射率は変化する。表面を処理前の元の条件に戻そうとして、チャンバ内の部品は定期的に洗浄されるが、本発明人は、洗浄後に表面が元の状態に回復しないか、又は表面がその状態に繰返し回復するわけではないことに気が付いている。結果として、新品の構成要素と同じであることが望ましい構成要素の反射率及び放射率は、異なる状態にある。したがって、洗浄後であっても、プロセス温度及び温度均一性は、望まれる、又は予想されるのとは異なる。
【００１６】
本明細書において、本発明人は、表面特性を変更し、かつ／又はチャンバ構成要素、詳細には、ランプ加熱式ＣＶＤチャンバにおいて用いられる金属チャンバ構成要素をコーティングすることによって、複数の処理及び／又は洗浄サイクルにわたって、その放射率特性を安定させることができることに気が付いた。用語「放射率」は、或る表面からの放射と、同じ温度における黒体からの放射との比を指している。
【００１７】
図１は、ＣＶＤプロセスを用いて基板上に薄膜を堆積するための複数のプロセスチャンバ１０２を備える処理システム１００の一実施形態を示す概略的な平面図である。一実施形態では、複数のプロセスチャンバ１０２のうちの１つ又は複数はＣＶＤチャンバであり、ＣＶＤチャンバは、ＭＯＣＶＤ又はＨＶＰＥプロセスのようなＣＶＤプロセスにおいて用いることができる。処理システム１００は、移送チャンバ１０６と、移送チャンバ１０６と結合される少なくとも１つのプロセスチャンバ１０２と、移送チャンバ１０６と結合されるロードロックチャンバ１０８と、移送チャンバ１０６と結合され、基板を格納するためのバッチロードロックチャンバ１０９と、ロードロックチャンバ１０８と結合され、基板を装填するためのロードステーション１１０とを備える。移送チャンバ１０６は、基板を持ち上げ、ロードロックチャンバ１０８と、バッチロードロックチャンバ１０９と、プロセスチャンバ１０２との間で移送するように動作可能なロボットアセンブリ（図示せず）を備える。２つ以上のプロセスチャンバ１０２が移送チャンバ１０６と結合される場合もある。
【００１８】
処理システム１００では、ロボットアセンブリ（図示せず）は、基板を装填された基板キャリアプレート１１２を、スリットバルブ（図示せず）を通して、化学気相堆積を受ける単一プロセスチャンバ１０２の中に移送する。本明細書において記述される実施形態では、基板キャリアプレート１１２は、図２に示されるように離隔した関係において複数の基板を収容するように構成される。幾つか又は全ての堆積ステップが完了した後に、その上に基板を有する基板キャリアプレート１１２は、更に処理するために、ロボットアセンブリを介してプロセスチャンバ１０２から移送される。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態による、プロセスチャンバ１０２の概略的な断面図である。プロセスチャンバ１０２は、チャンバ本体２０２と、前駆体ガス、キャリアガス、洗浄ガス及び／又はパージガスを送達するための化学物質送達モジュール２０３と、プラズマ源を備える遠隔プラズマシステム２２６と、基板キャリアプレート１１２を支持するための基板支持構造体２１４と、真空システムとを備える。基板キャリアプレート１１２をプロセスチャンバ１０２の内外に移送するために、チャンバ本体２０２内に封止可能な開口部２１１が設けられる。チャンバ本体２０２は処理容積２０８を包囲し、処理容積２０８はガス分配シャワーヘッド２０４、チャンバ本体２０２の一部、及び基板キャリアプレート１１２によって囲まれる。一実施形態では、ガス分配シャワーヘッド２０４の表面、及び処理容積２０８に面するチャンバ本体２０２の部分は、堆積副生成物から基材を保護するコーティング、それぞれ２９１、２９６を含む。
【００２０】
基板支持構造体２１４は、処理中に基板キャリアプレート１１２と接触し、かつ支持する支持ピンを有する複数の支持アームを含むことができる。幾つかの実施形態では、環状支持リング２１６を用いて、基板キャリアプレート１１２を支持する。他の実施形態では、環状支持リンク２１６は、プレート２１８に結合されるか、又はプレート２１８とともに用いられる場合があり、プレート２１８は、環状支持リング２１６間の領域において基板キャリアプレート１１２の裏側と接触する。基板支持構造体２１４は、基板支持構造体２１４を垂直方向に動かし、かつ又は回転させるアクチュエータ２８８に結合される。基板支持構造体２１４、環状支持リング２１６及び基板キャリアプレート１１２は、炭化ケイ素、グラファイト、石英、アルミナ、窒化アルミニウム及びそれらの組み合わせから作製することができる。幾つかの実施形態では、プレート２１８は、基板キャリアプレート１１２、及び基板キャリアプレート１１２上に配置される基板２４０を伝導によって加熱し、それらの温度を制御するための加熱素子２２３（例えば、抵抗加熱素子）を備える。熱電対又は高温計のような１つ又は複数のセンサ（図示せず）を用いて、基板キャリアプレート１１２の温度及び／又は基板２４０の温度を監視することができる。環状支持リング２１６が用いられる実施形態では、１つ又は複数の高温計を配置して、基板キャリアプレート１１２の裏側の温度を感知することができる。プレート２１８が用いられる実施形態では、１つ又は複数の熱電対を基板支持構造体２１４及び／又はプレート２１８に結合して、処理中の基板支持構造体２１４の温度、プレート２１８の温度及び／又は基板キャリアプレート１１２の裏側の温度を監視することができる。
【００２１】
ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、ダブルマニホールドシャワーヘッドとして構成され（例えば、第１の前駆体又は第１のプロセス混合ガスを処理容積２０８に送達するために第１の処理ガス注入口２５９を介して化学物質送達モジュール２０３と結合される第１の処理ガスマニホールド２０４Ａ、及び第２の前駆体又は第２のプロセス混合ガスを処理容積２０８に送達するための第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂ）、それにより、２つの異なるガス流を、シャワーヘッド内で互いに混合することなく、シャワーヘッドによって分配できるようになる。第１の処理ガスマニホールド２０４Ａは、第１の処理ガスマニホールド２０４Ａにわたって配置されるブロッカプレート２５５（複数のオリフィス２５７を有する）によって２つのサブマニホールド２１２Ａ及び２１２Ｂに分岐する。第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂは、第２の処理ガス注入口２５８を介して第２の前駆体又は第２のプロセス混合ガスを処理容積２０８に送達するために化学物質送達モジュール２０３と結合される。一実施形態では、化学物質送達モジュール２０３は、アンモニア（ＮＨ３）又は他のＭＯＣＶＤ若しくはＨＶＰＥ処理ガスのような、適切な窒素含有処理ガスを第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂに送達するように構成される。第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第１のマニホールド壁２７６によって、第１の処理ガスマニホールド２０４Ａから分離される。
【００２２】
化学物質送達モジュール２０３は、プロセスチャンバ１０２に化学物質を送達する。反応性ガス（例えば、第１及び第２の前駆体ガス）、キャリアガス、パージガス及び洗浄ガスを、化学物質送達システムから供給ラインを通してプロセスチャンバ１０２の中に供給することができる。一実施形態では、ガスは供給ラインを通してガス混合ボックスの中に供給され、ガス混合ボックスにおいて、それらのガスは互いに混合され、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４に送達される。一実施形態では、化学物質送達モジュール２０３は、金属有機前駆体を第１の処理ガスマニホールド２０４Ａ及び第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂに送達するように構成される。一例では、金属有機前駆体は、適切なガリウム（Ｇａ）前駆体（例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ））、適切なアルミニウム前駆体（例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ））、又は適切なインジウム前駆体（例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を含む。パージガス源２８２からのパージガス（例えば、窒素含有ガス）は、１つ又は複数のパージガスプレナム２８１（１つのみが示される）を通してガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４から、複数のオリフィス２８４を通してプロセスチャンバ１０２の中に分配することができる。その代わりに、又はそれに加えて、パージガスは、パージガス管２８３（１つのみが示される）によってプロセスチャンバ１０２に送達することができる。
【００２３】
ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の中に熱制御流体を流し、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の温度を調節するのを助けるための温度制御システム（例えば、熱交換システム２７０と結合される温度制御チャネル２０４Ｃ）を更に備える。第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第２のマニホールド壁２７７によって温度制御チャネル２０４Ｃから分離される。温度制御チャネル２０４Ｃは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第３のマニホールド壁２７８によって、処理容積２０８から分離することができる。
【００２４】
プロセスチャンバ１０２は、処理容積２０８の下側容積２１０を含む、透明材料から形成される下側ドーム２１９を備える。したがって、処理容積２０８は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４と下側ドーム２１９との間に収容される。プロセスチャンバ１０２から、排気チャネル、真空ポンプ２０７及び真空システムに結合される排気ポート２０９に排気ガスを導くために、排気リング２２０が用いられる。処理容積２０８への放射熱は、複数のランプ（例えば、反射体２６６を有する内側ランプ２２１Ａ及び外側ランプ２２１Ｂ）によって与えることができる。
【００２５】
プロセスチャンバ１０２、及び排気通路のような包囲する構造体の壁の温度は、プロセスチャンバ１０２の壁内のチャネル（図示せず）を通して熱制御液体を循環させることによって更に制御することができる。所望の効果に応じて、熱制御液体を用いて、チャンバ本体２０２を加熱又は冷却することができる。例えば、熱い液体は、熱堆積プロセス中に均等な温度勾配を保持するのを助けることができるのに対して、冷たい液体を用いて、洗浄ガスの解離のためのインシトゥプラズマプロセス中にシステムから熱を除去するか、又はチャンバの壁上に堆積生成物が形成されるのを制限することができる。ランプ２２１Ａ、２２１Ｂによって与えられる加熱、並びにガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を通して熱交換システム２７０からの熱制御流体によって与えられる加熱又は冷却、及び／又は熱制御流体をチャンバ本体２０２の壁に送達することによる加熱又は冷却は、約５００℃〜約１３００℃、より具体的には、約７００℃〜約１３００℃の処理容積２０８内の処理温度を保持する。一実施形態では、プロセスチャンバ１０２の処理容積２０８において、約９００℃〜約１，０５０℃、又はそれ以上の処理温度を生成するために、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力は、約４５ｋＷ〜約９０ｋＷである。一実施形態では、基板キャリアプレート１１２（図１）の裏側の温度を測定する、１つ又は複数の熱電対のようなセンサを用いることによって、処理温度が監視される。
【００２６】
ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第３のマニホールド壁２７８は、基板支持構造体２１４に面する表面２８９を含む。処理中に、表面２８９、及びガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の他の部分の温度が監視され、制御される。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４はステンレス鋼から作製され、表面２８９は約０．１７の放射率係数を有する剥き出しのステンレス鋼である。一実施形態では、基板支持構造体２１４に面するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の表面２８９は、表面２８９の放射率を０．１７より高い値に高めるために、粗面を含む。ビードブラスティングを用いて表面２８９を粗面化して初期放射率を高め、それにより、プロセスチャンバ１０２内の処理によって引き起こされる放射率の変化を制限することができる。したがって、表面２８９の粗面化は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の基材の反射率を下げ、熱吸収を安定させる。
【００２７】
一実施形態では、表面２８９をビードブラスティングによって処理し、約８０マイクロインチ（μ−ｉｎｃｈ）〜約１２０μ−ｉｎｃｈの平均表面粗さ（Ｒａ）を有する粗面を設ける。表面２８９の粗面化は、非粗面に比べて、表面２８９の初期放射率を高め、腐食又は酸化によって引き起こされる放射率変化を低減し、それにより、プロセスドリフトを低減する。一実施形態では、＃８０グリットサイズを用いて粗面を設ける。所望のグリットサイズを用いて所望のＲａを生成することがわかっている圧力において、ビードブラスティングを適用することができる。一態様では、ビードは、表面２８９内の任意の開口部に入ることができるようになる。一態様では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４内の任意の開口部の直径は、グリットサイズよりも大きく、詳細には、＃８０グリットサイズの寸法よりも大きい。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を真空ポンプに結合することによって、又はガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を真空環境内に配置することによって、それらの開口部を洗浄し、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４内の開口部に入っている場合がある任意のグリットを除去し、排出することができる。別の態様では、約８０ｐｓｉの圧力においてガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４内の開口部の中にパージガスを送達し、任意のビード又はグリットが開口部に入るのを防ぐか、又は最小限に抑えることができる。
【００２８】
別の実施形態では、基板支持構造体２１４に面するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の表面２８９は、コーティング２９１を含む。さらに、チャンバ本体２０２の内面２９５のような、処理容積２０８に近接しているプロセスチャンバ１０２の他の表面は、コーティング２９６を含むことができる。一実施形態では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４及びチャンバ本体２０２は、ステンレス鋼材料、例えば、３１６Ｌステンレス鋼のような、導電性材料を含む。コーティング２９１、２９６は、堆積及び洗浄プロセスにおいて用いられるプロセス化学物質に適合し、かつＭＯＣＶＤ及びＨＶＰＥプロセスにおいて用いられる極端な温度適用に適合する材料を含む。基材の熱吸収を安定させて繰返し処理を容易にするために、コーティング２９１、２９６は、チャンバ構成要素の放射率を確立し、表面２８９及び／又は２９５並びにそれらの基材の放射率変動を打ち消すか、又は安定させる。一実施形態では、コーティング２９１、２９６は、約０．８〜約０．８５の放射率係数を含む。
【００２９】
コーティング２９１、２９６は、表面２８９、２９５上に堆積されるセラミック材料を含むことができる。ステンレス鋼のような金属表面にそのようなコーティングが被着されるときに、堆積及び洗浄プロセス後の構成要素の表面の放射率が、清浄な未使用の構成要素表面の放射率にかなり近いことがわかった。一態様では、コーティング２９１は、アルミナ又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、それらの組み合わせ、又はそれらの誘導体を含む。コーティング２９１、２９６は、プラズマ溶射のような、溶射法を利用してそれぞれの表面上に堆積することができる。表面２８９、２９５上に形成されるコーティング２９１、２９６は、約５０ミクロン（μｍ）〜約２００μｍの厚みを有することができる。コーティング２９１、２９６は多孔性にすることができる。一実施形態では、コーティング２９１、２９６は、光学法を用いて、約０．５％〜約１０％、例えば、約８％〜約１０％のような、約１０％未満の多孔率を含む。別の実施形態では、コーティング２９１、２９６は、アルキメデス法を用いて、約０．５％〜約１５％、例えば、約１０％〜約１５％のような、約１５％未満の多孔率を含む。コーティング２９１、２９６は親水性又は湿潤性とすることができ、約０度〜約９０度のような、約９０度未満の接触角を含む。コーティング２９１、２９６は、プラズマ溶射後に白色とすることができ、数回の堆積及び／又は洗浄サイクル後であっても、概ね白色のままである。さらに、放射率は、初回の使用と洗浄プロセスとの間で概ね安定している。例えば、放射率は初回使用時に約０．８とすることができ、インシトゥ洗浄前に約０．８１とすることができる。したがって、コーティング２９１、２９６の放射率デルタは、新品の清浄な表面、又は使用済みで洗浄後の表面と比べて、約０．８〜約０．８５である。コーティング２９１、２９６によって与えられる放射率デルタによれば、ランプ２２１Ａ、２２１Ｂに加えられる補償電力はごくわずかであり、一実施形態では、約１０００℃の処理容積２０８内温度及び／又は約１，０００℃の基板温度を与えるために用いられる約８０，０００ワット〜約９０，０００ワットの電力設定点において約１００ワット未満である。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の材料とコーティング２９１、２９６との間の熱膨張率が一致しない場合があるが、コーティング２９１、２９６の多孔性によって、コーティング２９１、２９６内の応力が緩和される。したがって、上記のような多孔率値を有するコーティング２９１、２９６を設けることによって、コーティング２９１、２９６の弾性が増し、それにより、プロセスチャンバ１０２の加熱及び冷却中、特に、プロセスチャンバ１０２が始動時に室温から加熱されるか、又は点検修理のために室温まで冷却されるときに、コーティング２９１、２９６に亀裂が生じるのを防ぐ。
【００３０】
プラズマ溶射プロセスを大気圧においてエクスシトゥで実行してコーティング２９１、２９６を形成する。プラズマ溶射プロセスは、コーティング２９１及び２９６の接着を高めるように表面２８９、２９５を下処理することを含む。一実施形態では、表面２８９、２９５をビードブラスティングによって処理して粗面を生成し、コーティング２９１、２９６の接着を助長する。一態様では、ビードは、約８０マイクロインチ（μ−ｉｎｃｈ）〜約１２０μ−ｉｎｃｈのＲａを有する粗面を形成するために用いられる＃８０グリットサイズ酸化アルミニウム粒子である。ビードブラスティング中にガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の中にパージガスを送達して、任意の粒子が表面２８９上に形成された任意の開口部に入るのを防ぐことができる。一実施形態では、粗面化後に、セラミック粉末からなるプラズマ溶射を表面２８９、２９５上に堆積することができる。一実施形態では、セラミック粉末は９９．５％の純度を有する。別の実施形態では、セラミック粉末は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。或る圧力においてプラズマ溶射を適用して、所望の粉末サイズを用いて所望のＲａを生成することができる。一態様では、目詰まりを防ぐために、セラミック粉末のプラズマが表面２８９、２９５に加えられ、表面２８９、２９５内の任意の開口部が覆われるか、又は充填される。別の態様では、セラミック粉末のプラズマは表面２８９、２９５内の任意の開口部に少なくとも部分的に入ることができるようになる。一実施形態では、プラズマ溶射中にガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の中に約８０ｐｓｉの圧力でパージガスを送達し、表面２８９上に形成された任意の開口部に溶射が入るのを防ぐ。一態様では、表面２８９内の任意の開口部が表面２８９上のコーティング２９１の厚みに等しい長さだけ延長されるように、プラズマ溶射が表面２８９に加えられる。別の実施形態では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の中に約８０ｐｓｉ未満の圧力でパージガスを送達し、それにより、溶射の一部が表面２８９上に形成された開口部に入ることができるようにする。更に別の実施形態では、プラズマ溶射が開口部を覆うことができるようにする。この実施形態では、コーティングの被着後に、所望により、再び開口され、元のサイズになるように開口部を加工し直すことができる。
【００３１】
コーティング２９１、２９６は、所望により除去することもでき、それにより、表面２８９、２９５の基材を一新することができる。コーティング２９１、２９６はビードブラスティングによって除去することができるか、又は化学物質を用いて表面２８９と２９５との間の界面を侵蝕し、コーティングと基材との間の結合を破壊することができる。表面２８９、２９５が洗浄された後に、上記のコーティングプロセスによって、洗浄された表面２８９、２９５にコーティング２９１、２９６を再び被着して、プロセスチャンバ１０２の中に再び導入することができる。
【００３２】
図３は、図２に示される細部Ａの拡大図であり、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４上のコーティング２９１の分布を更に示す。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、第１の主面３０５Ａ及び第２の主面３０５Ｂを有する本体３００を備える。図２及び図３を参照すると、一実施形態では、金属有機前駆体のような、第１の前駆体又は第１の処理混合ガスが、複数の内側ガスコンジット２４６によって、第１の処理ガスマニホールド２０４Ａから、第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂ及び温度制御チャネル２０４Ｃを通って処理容積２０８の中に送達される。内側ガスコンジット２４６は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第１のマニホールド壁２７６、第２のマニホールド壁２７７及び第３のマニホールド壁２７８を貫通して配置される位置合わせされた穴内に位置する、ステンレス鋼から形成される円筒管とすることができる。内側ガスコンジット２４６はそれぞれ、第２の主面３０５Ｂ内に開口部３１０Ａを含む。各開口部３１０Ａは、表面２８９を貫通して形成され、流路Ａ３に沿って処理容積２０８に第１の前駆体を送達する。一実施形態では、内側ガスコンジット２４６はそれぞれ、ろう付けのような適切な手段によって、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第１のマニホールド壁２７６に取り付けられる。
【００３３】
一実施形態では、窒素前駆体のような第２の前駆体又は第２の処理混合ガスが、複数の外側ガスコンジット２４５によって、第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂから温度制御チャネル２０４Ｃを通って処理容積２０８の中に送達される。外側ガスコンジット２４５は、ステンレス鋼から形成される円筒管とすることができる。外側ガスコンジットはそれぞれ、個々の内側ガスコンジット２４６の周りに同心円状に位置することができる。各外側ガスコンジット２４５は、第２の主面３０５Ｂ内に開口部３１０Ｂを含む。各開口部３１０Bは、表面２８９を貫通して形成され、流路Ａ２に沿って処理容積２０８に第２の前駆体を送達する。外側ガスコンジット２４５は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第２のマニホールド壁２７７及び第３のマニホールド壁２７８を貫通して配置される位置合わせされた穴内に位置する。一実施形態では、外側ガスコンジット２４５はそれぞれ、ろう付けのような適切な手段によって、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第２のマニホールド壁２７７に取り付けられる。入力ラインによって送達される前駆体から遠隔プラズマシステム２２６において生成されたプラズマ種が、コンジット２０４Ｄを通して流される。プラズマ種は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を通って流路Ａ１において処理容積２０８に分散される。プラズマ種は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の表面２８９を貫通して形成された開口部３１０Ｃを通って流れる。
【００３４】
一実施形態では、各開口部３１０Ａ〜３１０Ｃは内径Ｄ１〜Ｄ３のような直径を含み、コーティング２９１は、直径Ｄ１〜Ｄ３を減少させることなく、開口部３１０Ａ〜３１０Ｃを延長するように表面２８９に被着される。一実施形態では、内径Ｄ１〜Ｄ３は約０．６ｍｍである。一態様では、開口部３１０Ａ〜３１０Ｃは、直径Ｄ１〜Ｄ３を全く減少させることなく、コーティング２９１の厚みに等しい長さだけ延長される。別の実施形態では、コーティング２９１は、内部コーティング３１５として示されるように、開口部３１０Ａ〜３１０Ｃの一部を少なくとも部分的に覆い、内径Ｄ１〜Ｄ３に入ることができるようになる。この実施形態では、開口部３１０Ａ〜３１０Ｃは、プラズマ溶射前に覆われないか、又は充填されない。したがって、コーティング２９１は、開口部３１０Ａ〜３１０Ｃのサイズを小さくできるようになる。一実施形態では、コーティングの厚み２９２は、表面２８９及び内径Ｄ１〜Ｄ３において、約５０μｍ〜約２００μｍである。一態様では、厚み２９２は、各開口部３１０Ａ〜３１０Ｃの開口面積パーセンテージの量と一致するように選択される。一例では、コーティング２９１の厚み２９２は、各開口部３１０Ａ〜３１０Ｃの一部を覆い、開口部直径Ｄ１〜Ｄ３の少なくとも約８０％超を残すように選択される。一実施形態では、コーティング２９１は、表面２８９からの約５０μｍ〜約２００μｍの深さまで開口部３１０Ａ〜３１０Ｃに入ることができるようになる。開口部２８４（図２）は図示されないが、開口部３１０Ａ〜３１０Ｃを参照しながら先に説明されたように、コーティング２９１によって少なくとも部分的に覆われる場合がある。
【００３５】
一実施形態では、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂからの一次熱３２０は、基板キャリアプレート１１２及び基板２４０によって吸収される。基板キャリアプレート１１２及び基板２４０からの二次熱３２５は、処理容積２０８の中に放射される。二次熱３２５の一部は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の下側本体３３０によって吸収され、その場所では、コーティング２９１が表面２８９の反射率を著しく下げる。二次熱３２５の大部分はコーティング２９１の表面２９３によって吸収され、そのコーティングは二次熱３２５からガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を断熱する役割を果たす。コーティング２９１は、処理中に大きく劣化又は変色することはなく、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の下側本体３３０から処理容積２０８の中に概ね均一な放射エネルギー３３５の放出を与える。図示されないが、基板キャリアプレート１１２及び基板２４０からの二次又は放射熱３２５は、チャンバ本体２０２（図２）によって吸収され、チャンバ本体２０２から処理容積２０８への放射エネルギー３３５は概ね均一であり、それはチャンバ本体２０２の内面２９５上のコーティング２９１によって助長される。
【００３６】
幾つかの実施形態では、前駆体ガスに暴露されるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の内面上での前駆体吸収を防ぐか、又は低減するために、これらの表面上にコーティング２９１を被着することができる。例えば、図２を参照すると、コンジット２０４Ｄ、第１の処理ガス注入口２５９、第２の処理ガス注入口２５８、第１の処理ガスマニホールド２０４Ａ、第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂ、ブロッカプレート２５５及びオリフィス２５７の内面、並びに内側ガスコンジット２４６の内面のような、前駆体の伝導経路内の幾つか又は全ての表面にコーティング２９１を被着することができる。コーティング２９１は、結果として不均一な処理及び薄膜成長につながる恐れがある、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の内面上での前駆体吸収又は付着を防ぐか、又は著しく低減する。例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）及びビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）のような前駆体は、金属チャンバ表面に容易に接着する傾向がある。したがって、処理実行時に、前駆体材料の一部が、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の内面に接着して、基板２４０に達しない場合があり、基板への前駆体の送達が非効率的であることに起因して、結果として不均一な堆積及び／又は不均一な薄膜成長が生じる恐れがある。何度も処理を実行すると、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の内面に吸収された前駆体が「メモリ効果」を引き起こす場合があり、その場合、吸収された前駆体材料がその表面から意図することなく分離し、かつ／又は意図しない時間間隔で他の前駆体ガスによって基板２４０に搬送される。前駆体が意図することなく分離すると、分離した前駆体を所望の時間間隔外に基板２４０に導入することによって、かつ／又は分離した前駆体を付加的な、又は余分な反応性ガスとして導入することによって、かつ／又は分離した前駆体を薄膜内に粒子として導入することによって、薄膜品質に悪影響を及ぼす場合がある。前駆体ガスに暴露されるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の内面にコーティング２９１が被着される実施形態は、金属表面への前駆体の接着を最小限に抑えることによって、メモリ効果を防ぐか、又は低減する。したがって、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の表面上での前駆体吸収を低減することは、効率的なガス送達を保持し、かつより良好な流量制御及びより明確なオン／オフ移行を提供するので、結果として、薄膜品質が改善され、望ましい多量子井戸が形成され、接合部におけるドープ領域内の鮮鋭度が改善される。
【００３７】
図４は、本発明の一実施形態による、図２からのシャワーヘッドアセンブリ２０４の概略的な部分底面図である。図示されるように、第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂから第２のガスを送達する外側ガスコンジット２４５及び第１の処理ガスマニホールド２０４Ａから第１のガスを送達する内側ガスコンジット２４６を備える同心管構成が、はるかに近接し、かつより均一なパターンに配置される。一実施形態では、同心管は、六方最密配列に構成される。結果として、第１の処理ガスマニホールド２０４Ａ及び第２の処理ガスマニホールド２０４Ｂから送達される、第１の処理ガス及び第２の処理ガスはそれぞれ、処理容積２０８内に配置される基板２４０にわたってより均等に送達され、結果として、はるかに良好な堆積均一性が得られる。
【００３８】
要約すると、本発明の実施形態は、プロセスチャンバ１０２の処理容積２０８に処理ガスを別々に送達するための同心管アセンブリを有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を含む。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４、及びプロセスチャンバ１０２の他の部分は、その上に配置される高放射率コーティング２９１、２９６を含み、処理容積２０８に近接する構成要素の放射率変動を低減することができる。コーティング２９１、２９６は、新品の構成要素表面及び／又は洗浄された構成要素表面と比べて、低い放射率デルタ、すなわち、低い処理内若しくは実行間放射率変化を与え、それにより、処理容積２０８内の熱の放射を安定させるのを助長する。したがって、本明細書において記述される実施形態によれば、処理容積２０８を加熱するための電力設定点が、より安定する。これは、プロセスパラメータの調整、及び／又はチャンバ構成要素の頻繁な洗浄の実行を必要とすることなく、ウエハ間再現性を改善する。
【００３９】
コーティング２９１を使用することによって、プロセスチャンバ１０２のような、ＬＥＤ処理チャンバの処理容積２０８に加えられ、そこから除去される熱は、従来のプロセスチャンバ設計と比べて、より容易に保持することができるとわかった。コーティングされたチャンバ構成要素は、結果として放射率変動を低減するので、一般的に、ウエハ間及びウエハ内温度均一性の結果を改善することにつながり、それゆえ、ＬＥＤデバイス性能の再現性を改善することにつながる。本明細書において記述されるようなガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を使用することによって、所望の基板処理温度を保持するために１つ又は複数の基板加熱源、例えば、加熱素子２２３からの伝導加熱、又はランプ２２１Ａ、２２１Ｂからの放射加熱によって基板に与えられる熱エネルギーのような入力エネルギーが、１つ又は複数の加熱源に加えられる電力の約０．５％未満の変化、例えば、約０．５％〜約０．２％未満、例えば、約０．１２％未満の変化のような相対的に小さな範囲にとどまり、所望の設定点温度を保持することがわかった。例えば、約１，０００℃の設定点温度を保持するために、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂのような１つ又は複数の基板加熱源に加えられる電力は、１００ワット未満だけ変化する。一例では、熱交換システム２７０の中に流れる流体による熱除去が一定に保持されている場合、約１，０００℃の温度設定点を保持するために、基板処理温度を達成するために用いられる、１つ又は複数の基板加熱源によって基板に与えられる熱エネルギーは、１００ワット未満だけ変化する。別の例では、約１，０００℃の基板処理温度を達成するために用いられる約８０，０００ワットの電力設定点を保持するために、１つ又は複数の基板加熱源によって基板に与えられる熱エネルギーは１００ワット未満だけ変化する。本明細書において記述される実施形態によれば、放射率ドリフトを補償する、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂに加えられる電力の変化、及び／又は熱制御流体の温度又は流量の変化は、大きく低減される。
【００４０】
一実施形態では、処理中に用いられる基板キャリアプレート１１２（図１）は、約１００，０００ｍｍ２のような約９５，０００ｍｍ２〜１０３，０００ｍｍ２の表面積を含み、設定点処理温度を達成するために、この面積に基づいて、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力が変更される場合がある。一実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側において測定された約９００℃の処理温度を達成するために、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力は約４５ｋＷである。別の実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側において測定された約１，０５０℃の処理温度を達成するために、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力は約９０ｋＷである。したがって、基板キャリアプレート１１２の表面積に基づいて、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力の電力密度は約０．４５Ｗ／ｍｍ２〜約０．９Ｗ／ｍｍ２とすることができる。
【００４１】
別の実施形態では、処理中に用いられるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、約２００，０００ｍｍ２のような約１００，０００ｍｍ２〜２５０，０００ｍｍ２の表面積（すなわち、表面２８９の面積）を含み、設定点処理温度を達成するために、この面積に基づいて、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力が変更される場合がある。一実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側において測定された約９００℃の処理温度を達成するために、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力は約４５ｋＷである。別の実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側において測定された約１，０５０℃の処理温度を達成するために、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力は約９０ｋＷである。したがって、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の表面積に基づいて、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂへの入力電力の電力密度は約０．２２５Ｗ／ｍｍ２〜約０．４５Ｗ／ｍｍ２とすることができる。
【００４２】
一例では、１６の堆積プロセスサイクルからのデータが取り込まれ、１６の堆積及び洗浄サイクルにわたってランプ２２１Ａ及び２２１Ｂに送達された電力は概ね安定したままであった。コーティングされないガス分配シャワーヘッドアセンブリの場合に８０，０００ワットのランプ出力電力において８，０００ワットのランプ電力ドリフトがあるのに比べて、この例では、その上にコーティング２９１を有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、同じランプ出力電力において１００ワットのドリフトを受けた。したがって、１６の堆積プロセスサイクルにわたって、その上にコーティング２９１を有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、基板が配置された処理環境の熱制御において８０倍の改善をもたらした。この例では、堆積及び洗浄プロセス中に熱交換システム２７０及び温度制御チャネル２０４Ｃを通って送達される熱制御流体の温度を監視して、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４から取り出された熱の変動を特定した。コーティング２９１を通してガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４から除去されたエネルギーは、堆積中に約１５．３ｋＷであった。１つ又は複数の基板の処理温度がプロセス実行間で数度（例えば、±２．５℃）よりも大きくドリフトする場合には、ＬＥＤデバイス歩留りが著しく変化することがわかっており、そのことは当業者には理解されよう。ＬＥＤデバイス歩留りの問題は、少なくとも１つには、形成されたＬＥＤデバイスに創出された薄膜厚及び光出力に関してプロセス実行間でばらつきが生じることに起因して発生する。それゆえ、本明細書において記述される実施形態は、実行間の基板処理温度変動又はドリフトを防ぐか、許容範囲内（すなわち、±２．５℃未満）に抑え、概ね同じ薄膜厚及び光出力を有するＬＥＤデバイスを再現可能に製造する。本明細書において記述されるコーティング２９１を使用することによって、実行間の平均基板処理温度範囲は、約１，０００℃のような８００℃〜１，３００℃の所望の設定点処理温度において約±２℃未満であることがわかった。したがって、本明細書において記述されるコーティング２９１を用いることによって、プロセス実行間薄膜厚変動及びウエハ内薄膜厚変動が最小限に抑えられ、概ね同じ光出力特性を有するＬＥＤデバイスが製造される。
【００４３】
その上にコーティング２９１を有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の試験によって、洗浄間隔が長くなり、薄膜厚がドリフトして仕様から外れるまでのプロセス実行回数が増加することがわかった。例えば、その上にコーティング２９１を有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、仕様通りに薄膜厚を保持しながら、８０回のプロセス実行にわたって用いられた。これは、コーティングを用いないガス分配シャワーヘッドが、１０回のプロセス実行後に、薄膜厚がドリフトして仕様から外れたのとは対照的である。それゆえ、一態様では、本明細書において記述されるような、その上にコーティング２９１を有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、コーティングを用いないシャワーヘッドを用いる場合の約１０回と比べて、インシトゥ洗浄前に約８０回までプロセス実行回数を増やした。堆積プロセスによっては、インシトゥ洗浄が必要とされる前に、プロセス実行の回数を約３００回まで増やせることがわかった。したがって、本明細書において記述されるようなガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、チャンバのダウンタイムを最小限に抑えることによって、スループットを高める。その上にコーティング２９１を有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の試験によって、処理容積２０８に隣接する表面において温度が下がること、例えば、基板支持構造体２１４の表面において温度が約４０℃下がることも示された。基板支持構造体の温度の低下は、コーティング２９１の表面の放射率が高くなったことに起因し、それゆえ、コーティング２９１が、基板支持構造体２１４及び基板からガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４への放射伝熱を改善したと考えられる。したがって、基板支持構造体２１４の熱損失の結果として、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂに同じ電力入力を用いるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の温度が低下する。
【００４４】
さらに、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４上に配置されるコーティング２９１は、本体３００を、ランプ２２１Ａ及び２２１Ｂから送達される熱から断熱する傾向がある。先に言及されたように、コーティング２９１の放射率が高いことに起因して、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、コーティングされないシャワーヘッドアセンブリよりも多くの熱エネルギーを吸収することになる。それゆえ、コーティング２９１の高い放射率及び断熱特性に起因して、処理容積２０８に隣接するコーティング２９１の表面２９３は、コーティングされない金属シャワーヘッドよりも高い表面温度を有することになり、それにより、同じプロセスを実行するコーティングされないシャワーヘッドと比べて、プロセス実行間で実行されるインシトゥ洗浄プロセスを、より効率的に、かつ効果的にすることができる。
【００４５】
これまでの説明は本発明の実施形態を対象にしているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び更なる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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