(57)【要約】  原子層蒸着（ＡＬＤ）反応器へ１つまたはそれ以上のガスを分配するためのシステムおよび方法。シャワーヘッドアセンブリ上へ取り付けられる一体式のインレットマニホールドブロックは、前記アセンブリ上へ直に取り付けられる高温（２００℃まで）定格バルブと、容易にパージされる短い反応物ラインとを含む。一体式の通路および金属シールは、流路に沿ったＯリングおよび付帯的なデッドゾーンを省く。マニホールドは、反応物ラインを前記ブロックのインレットマニホールド内にパージするための内部不活性ガスチャネルを含む。
2009524244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層蒸着（ＡＬＤ）デバイスであって、
第１の通路および第２の通路を有し、前記第１の通路および前記第２の通路はＯリングを有さないマニホールド本体と、
前記本体内に位置づけられ、かつ前記第１の通路および前記第２の通路と流体連通状態にある穴と、
前記穴と流体連通状態にあり、かつ内部に基板を収容するように構成される蒸着チャンバと、
を備えるＡＬＤデバイス。
【請求項２】
前記本体上へ取り付けられ、かつ前記第１の通路を介する前記穴への第１の反応物ガスの供給を制御するように構成される第１の反応物バルブと、
前記本体上へ取り付けられ、かつ前記第１の反応物ガスバルブへの不活性ガスの供給を制御するように構成される不活性ガスバルブと、
をさらに備える、請求項１記載のＡＬＤデバイス。
【請求項３】
前記本体上へ取り付けられ、かつ前記第２の通路を介する前記穴への第２の反応物ガスの供給を制御するように構成される第２の反応物バルブと、
前記本体上へ取り付けられ、かつ前記第２の反応物ガスバルブへの不活性ガスの供給を制御するように構成される第２の不活性ガスバルブと、
をさらに備える、請求項２記載のＡＬＤデバイス。
【請求項４】
前記本体内にＯリングを持たず、かつ前記穴と流体連通状態にある第３の通路と、
前記本体上へ取り付けられ、かつ前記第３の通路を介する前記穴への第３の反応物ガスの供給を制御するように構成される第３の反応物バルブと、
前記本体上へ取り付けられ、かつ前記第３の反応物ガスバルブへの不活性ガスの供給を制御するように構成される第３の不活性ガスバルブと、
をさらに備える、請求項３記載のＡＬＤデバイス。
【請求項５】
前記第１の反応物バルブと前記本体との間に配置される第１のスペーサブロックと、
前記第２の反応物バルブと前記本体との間に配置される第２のスペーサブロックと、
をさらに備える、請求項３記載のＡＬＤデバイス。
【請求項６】
前記第１の反応物バルブ、前記第１の不活性ガスバルブ、前記第１のスペーサブロック、前記第２の反応物バルブ、前記第２の不活性ガスバルブ、前記第２のスペーサブロックおよび前記マニホールド本体は３１６級ステンレス鋼を含む、請求項５記載のＡＬＤデバイス。
【請求項７】
前記第１のスペーサブロックはベースプレートとキャップとを備え、
前記ベースプレートは前記本体および前記キャップの双方へ結合され、前記キャップは前記第１の反応物バルブへ結合される、請求項５記載のＡＬＤデバイス。
【請求項８】
前記キャップと前記ベースプレートとは爆着によって結合される、請求項７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項９】
前記ベースプレートはアルミニウムを含む、請求項７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１０】
前記キャップはステンレス鋼を含む、請求項７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１１】
前記本体はアルミニウムを含む、請求項７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１２】
前記第１の反応物バルブはステンレス鋼を含み、前記第１の反応物バルブと前記キャップとの間のカップリングは金属シールを使用する、請求項７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１３】
前記第１の反応物バルブと前記キャップとは間にＯリングなしに結合される、請求項７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１４】
前記第１の反応物ガスを加熱する第１のヒータをさらに備える、請求項７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１５】
前記第２の反応物ガスを加熱する第２のヒータをさらに備え、前記第２のヒータは前記第１のヒータとは独立して制御される、請求項１４記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１６】
前記本体内に配置される不活性ガスチャネルをさらに備え、前記不活性ガスチャネルは、選択的に、第１の時間期間の間に前記第１の通路を介して、かつ第２の時間期間の間に前記第２の通路を介して前記穴と連通する、請求項１記載のＡＬＤデバイス。
【請求項１７】
半導体処理デバイスのためのマルチピースマニホールドアセンブリであって、
第１の金属物質を含み、かつ穴を有する本体と、
前記第１の金属物質を含み、かつ前記本体へ結合されるベースプレートと、
第２の金属物質を含み、かつ前記ベースプレートへ接着され、上にバルブを取り付けるように構成されるキャップと、
前記本体の前記穴と前記キャップとの間に形成される内部通路であって、前記内部通路の少なくとも一部は前記本体および前記ベースプレートを介して、前記本体と前記ベースプレートとの間の接着インタフェースにデッドレッグを形成することなく延設される内部通路と、
を備えるマルチピースマニホールドアセンブリ。
【請求項１８】
前記本体内に存在し、かつ前記内部通路と流体連通状態にある不活性ガスチャネルをさらに備える、請求項１７記載のマルチピースマニホールドアセンブリ。
【請求項１９】
前記第１の金属物質はアルミニウムであり、前記第２の金属物質はステンレス鋼である、請求項１７記載のマルチピースマニホールドアセンブリ。
【請求項２０】
原子層蒸着（ＡＬＤ）デバイスであって、
ガスを分散するように構成される分散アセンブリと、
前記分散アセンブリ上へ取り付けられ、かつ穴と第１の内部反応物ラインと第２の内部反応物ラインとを有し、前記第１および第２の内部反応物ラインは前記穴と流体連通状態にあるインレットマニホールドブロックと、
前記インレットマニホールドブロック上へ取り付けられ、かつ前記第１の内部反応物ラインへの第１の反応物ガスの供給を制御するように構成される第１の反応物バルブと、
前記インレットマニホールドブロック上へ取り付けられ、かつ前記第１の反応物バルブへの不活性ガスの供給を制御するように構成される第１の不活性ガスバルブと、
前記インレットマニホールドブロックへ結合され、かつ前記第２の内部反応物ラインへの第２の反応物ガスの供給を制御するように構成される第２の反応物バルブと、
前記インレットマニホールドブロック上へ取り付けられ、かつ前記第２の反応物バルブへの前記不活性ガスの供給を制御するように構成される第２の不活性ガスバルブと、
を備えるＡＬＤデバイス。
【請求項２１】
前記第１の反応物バルブおよび前記第２の反応物バルブを制御するように構成されるコントローラをさらに備える、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記第１の反応物ガスおよび前記第２の反応物ガスの前記穴への供給を交互させる、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２３】
前記分散アセンブリは排気通路を有するシャワーヘッドアセンブリを備える、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２４】
スペーサブロックをさらに備え、前記スペーサブロックは前記第１の反応物バルブと前記インレットマニホールドブロックとの間に配置される、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２５】
スペーサブロックをさらに備え、前記スペーサブロックは前記第１の不活性ガスバルブと前記インレットマニホールドブロックとの間に配置される、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２６】
前記スペーサブロックはベースプレートとキャップとを備える、請求項２４記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２７】
前記第１の反応物バルブと前記インレットマニホールドブロックとの距離は約１０ｍｍである、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２８】
前記穴の少なくとも一部は円錐形状を有する、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項２９】
前記第１の内部反応物ラインは、前記穴における前記第１の反応物ガスの旋回を促進するように前記円錐形状の穴を介する中心線に対して傾斜される、請求項２７記載のＡＬＤデバイス。
【請求項３０】
前記第１の内部反応物ラインは、前記第１の反応物バルブと前記インレットマニホールドブロックとの間にＯリングを持たない、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項３１】
前記第１および第２の反応物バルブおよび前記第１および第２の不活性ガスバルブは少なくとも２００℃の温度での動作に定格される、請求項２０記載のＡＬＤデバイス。
【請求項３２】
マニホールドと反応器とを有する原子層蒸着デバイスへガスを分配する方法であって、
第１の反応物ガスを前記マニホールドへ、第１の反応物バルブとマニホールド出口との間にＯリングを持たない第１の通路を介してルーティングする工程と、
前記第１の反応物ガスの流れを抑止する工程と、
不活性ガスを前記マニホールドへ、前記第１の通路の上流側の第２の通路を介してルーティングする工程と、を含み、
前記第２の通路は第１の不活性ガスバルブと前記第１の通路との間にＯリングを持たない方法。
【請求項３３】
前記第１の反応物ガスを前記第１の反応物バルブと前記マニホールド出口との間の位置で加熱する工程をさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の反応物ガスを前記マニホールド内で旋回させる工程をさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
第２の反応物ガスを前記マニホールドへ、第２の反応物バルブと前記マニホールド出口との間にＯリングを持たない第３の通路を介してルーティングする工程と、
前記第２の反応物ガスの流れを抑止する工程と、
前記不活性ガスを前記マニホールドへ、前記第３の通路の上流側の第４の通路を介してルーティングする工程と、をさらに含み、
前記第４の通路は第２の不活性ガスバルブと前記第３の通路との間にＯリングを持たない、請求項３２記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の反応物ガスの前記マニホールドへの供給を前記第１の反応物ガスの供給と交互する工程をさらに含む、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
少なくとも前記第１の反応物ガスが前記マニホールドへルーティングされる時間と前記第２の反応物ガスが前記マニホールドへルーティングされる時間との間の時間に前記反応器を排気する工程をさらに含む、請求項３５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００６年１月１９日に提出された「高温ＡＬＤインレットマニホールド」と題する暫定出願第６０／７６０２４３号に対する優先権を主張するものである。前述の出願の発明対象は、本参照によりその全体が開示に含まれる。
【発明の背景】
【０００２】
【発明の分野】
【０００３】
本発明は、概して原子層蒸着（ＡＬＤ）反応器のためのマニホールドアセンブリに関する。
【関連技術の説明】
【０００４】
原子層蒸着（ＡＬＤ）は、半導体産業において、シリコンウェーハ等の基板上へ物質の薄膜を形成するための周知の工程である。ＡＬＤは、複数の超薄層の蒸着を介して薄膜が形成され、薄膜の厚さは蒸着される層の数によって決定されるというタイプの気相蒸着である。ＡＬＤ工程では、蒸着されるべき物質の１つまたは複数の化合物（前駆体）の気体分子が基板またはウェーハへ供給され、ウェーハ上にその物質の薄膜が形成される。１パルス内で、第１の前駆物質の典型的には１未満の単分子層が自己制限プロセスにおいてウェーハ上へ大部分が無傷で吸着される。吸着された前駆物質は分解されて、またはそうでなければ後続の１つまたは複数の反応パルスにおいて反応されて所望される物質の単分子層を形成してもよい。例えば、吸着された前駆物質は、後続の反応パルスの反応物質と反応して、元素または化合物の単分子層を形成してもよい。例としては、吸着された種から単に配位子を剥離する反応パルス、配位子を他の種に置換して化合物を形成する反応物質およびサイクル当たり３つ以上の反応物質および／または前駆体パルスを有するシーケンスが挙げられる。より厚い膜は、目標の厚さが達成されるまで反復される成長サイクルを介して製造される。
【０００５】
あるＡＬＤ工程では、被覆されるべき少なくとも１つの表面を有する１つまたは複数の基板が反応器または蒸着チャンバへと導入される。ウェーハは、典型的には、選択される気相反応物質の凝結温度より高いが熱分解温度より低い所望される温度まで加熱される。ある反応物質は、先の反応物質の吸着された種と反応して基板表面上へ所望される製品を形成することができる。製品は、膜、ライナまたは層の形式であることが可能である。
【０００６】
ＡＬＤ工程の間、全てが典型的には蒸気または気体の形態である反応パルスは、反応パルス間に除去ステップを包含して反応器内へと順次パルス化される。例えば、反応物質のパルス間に不活性ガスのパルスが供給される。不活性ガスは、次の反応パルスの前に１つの反応パルスのチャンバをパージし、気相の混合またはＣＶＤ型反応を回避する。ＡＬＤの特徴的な一機能は、表面が飽和状態に達するまで各反応物質（薄膜への前駆体寄与種であれ、単に還元剤であれ）が基板へ配送されることにある。このサイクルは、所望される厚さの原子層が形成されるまで反復される。自己制限成長を達成するために、各前駆体は基板が飽和するに足る量が供給される。成長速度は自己制限的であることから、成長速度は、ＣＶＤの場合のように反応フラックスおよび／または温度ではなく、反応シーケンスの反復率に比例する。
【発明の要約】
【０００７】
本発明によるシステムおよび方法は幾つかの特徴を有するが、これらの特徴は単に単一でその望ましい属性をもたらすものではない。以下、添付の請求の範囲により表現されている本発明の範囲を限定することなく、そのより重要な特徴について簡単に論じる。この論考を検討した後、かつ特に「好適な実施形態の詳細な説明」と題するセクションを読んだ後は、本明細書に記述する特徴が従来のＡＬＤミキシング方法およびシステムを凌ぐ幾つかの優位点をどのようにしてもたらすかが理解されるであろう。
【０００８】
１つの態様は、原子層蒸着デバイスである。本デバイスは、第１の通路と第２の通路とを有するマニホールド本体を備え、前記第１の通路および前記第２の通路はＯリングを持たない。本デバイスはさらに、前記本体内に位置づけられ、かつ前記第１の通路および前記第２の通路と流体連通状態にある穴を備える。また本デバイスは、前記穴と流体連通状態にあり、かつ本デバイス内に設置されるウェーハ上へ薄膜を蒸着させるように構成される蒸着チャンバも備える。
【０００９】
別の態様は、半導体処理デバイスのためのマルチピースマニホールドアセンブリである。本マニホールドアセンブリは、第１の金属物質を備え、かつ穴を有する本体と、前記第１の金属物質を備え、かつ前記本体へ結合されるベースプレートとを備える。本アセンブリはさらに、第２の金属物質を備え、かつ前記ベースプレートへ接着されるキャップを備え、前記キャップはバルブを取り付けるように構成される。また本アセンブリは、本体の穴とキャップとの間に形成される内部通路をも備える。内部通路の少なくとも一部は本体とベースプレートを介して、本体とベースプレートとの間の接着インタフェースにデッドレッグを形成することなく延設される。
【００１０】
別の態様は、ガスを分散させるように構成される分散アセンブリと、前記分散アセンブリ上へ取り付けられ、かつ穴、第１の内部反応物ラインおよび第２の内部反応物ラインを有するインレットマニホールドブロックとを備える原子層蒸着デバイスであり、前記第１および第２の内部反応物ラインは前記穴と流体連通状態にある。本アセンブリはさらに、前記インレットマニホールドブロック上に取り付けられ、かつ前記第１の内部反応物ラインへの第１の反応物ガスの供給を制御するように構成される第１の反応物バルブと、前記インレットマニホールドブロック上へ取り付けられ、かつ前記第１の反応物ガスバルブへの不活性ガスの供給を制御するように構成される不活性ガスバルブとを備える。本アセンブリはさらに、前記インレットマニホールドブロックへ結合され、かつ前記第２の内部反応物ラインへの第２の反応物ガスの供給を制御するように構成される第２の反応物バルブと、前記インレットマニホールドブロック上へ取り付けられ、かつ前記第２の反応物ガスバルブへの不活性ガスの供給を制御するように構成される第２の不活性ガスバルブとを備える。
【００１１】
さらに別の態様は、マニホールドと反応器とを有する原子層蒸着デバイスへガスを配送する方法である。本方法は、第１の反応物ガスをマニホールドへ、第１の反応物バルブとマニホールド出口との間にＯリングを持たない第１の通路を介してルーティングする工程と、反応物ガスの流れを抑止する工程と、不活性ガスをマニホールドへ前記第１の通路の上流側の第２の通路を介してルーティングする工程とを含み、前記第２の通路は第１の不活性ガスバルブと第１の通路との間にＯリングを持たない。
【００１２】
以下、幾つかの好適な実施形態の図面を参照して、本発明のこれらの、および他の特徴、態様および優位点について説明する。但し、実施形態は例示を目的とするものであり、本発明を限定するものではない。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【００１３】
以下、例示的であって本発明を限定するためのものではない幾つかの好適な実施形態の図面を参照して、本発明の態様および優位点を説明する。マニホールド本体の特定の実施形態は、１つまたは複数の特徴を有する。これらの特徴には、内部不活性ガスチャネル、一体型ヒータ、前駆体経路内におけるＯリングまたはデッドゾーンの不在および短い反応物ガス通路が含まれる。
【００１４】
ＡＬＤは、自己制限式反応、延いては完全に一様ではない状態における理論的には完全にコンフォーマルな蒸着によって高く評価されるという事実に関わらず、ＡＬＤにより結果的に生じる層の高品質を保証するためには、様々なプロセスパラメータを慎重に制御しなければならない。反応物ガスが効率的にパージされなければ、他の前駆体がパルスしているときに１つの前駆体が存在する結果となり、表面ＡＬＤ反応ではなく、気相またはチャンバ／基板表面上でのＣＶＤ反応に繋がる可能性のあることが発見されている。ＡＬＤデバイスのサブコンポーネントを組み立てるためにＯリングを使用することで、反応物ガスのパージはさらに複雑になる。これらのＯリングは、Ｏリングのシール表面および前駆体を供給するガスオリフィス付近に一般にデッドレッグと呼ばれる小さい空所を発生させる。これらの空所に捉えられる容積に起因するこれらの前駆体の不適切な排出は粒子を生じさせ、よってＡＬＤ工程に悪影響を及ぼす。またこれらのＯリングは、シール面自体の裂け目を介する、または高温および化学的適合性によって選択されるＯリング材料の透過性による漏れの原因となる可能性もある。
【００１５】
ソース（大抵は個体前駆体を運ぶ道管）からウェーハ表面までの前駆体ガスの熱制御を維持することは重要である。通常は、許容される熱公差の小窓が存在する（各前駆体は異なるが、同じ原理に従っている）。即ち、個体媒体の熱的側面を制御することにより、蒸気の抜き取り（または前駆体の量）が管理される。温度が設定された臨界点より低ければ、ガス流路への凝結が発生し、工程結果が損なわれ、かつ保全間隔が短くなる原因となる。温度が設定された臨界点より高ければ、媒体の「分解」が発生し、工程は危うい状態になる。より良い熱的安定性を維持するためには、全てのゾーンを可能な限り短く保つことが重要である。
【００１６】
マニホールドアセンブリが熱的一体性または熱制御を持たなければ、混合ガスの温度はマニホールドアセンブリ内で変わり、ＣＶＤ成長に繋がる場合がある。マニホールドアセンブリへの熱的一体性の追加は、望ましくないＣＶＤ反応を抑止する場合があるが、これは、例えば高速バルブであるマニホールドアセンブリのサブコンポーネントに悪影響を与える場合がある。高速バルブは、上昇された温度環境における作動用に定格されていないことがある。さらに、流路に沿ったデッドゾーンは、反応物ガスが蒸着チャンバの上流で再循環する原因となる可能性がある。
【００１７】
ＡＬＤ工程の間は、前駆体を空にするために要する時間が極めて重要である。ＡＬＤ工程は、前駆体ガスおよびパージガスの「高速ファイア」である。ラインが短いほど、かつ伝導性（ポンプ効率）が高いほど、工程時間は短くなる。これは、ＡＬＤマーケットに優先する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による薄膜形成装置１００の一実施形態を示す断面図である。この薄膜蒸着装置１００は、処理されるべきワークピースまたはオブジェクトである半導体基板１５を真空移送チャンバ（図示せず）からゲートバルブ６を介して反応チャンバ１へ運ぶロボットシステム（図示せず）を含む。反応チャンバ１は、上蓋２と、分散プレート３（「シャワーヘッドプレート」としても知られる）と、排気ダクト４と、下側のチャンバ５と、基板移送ゲートバルブ６と、排気ポート７と、基板支持体８と、基板支持体８を上下に移動させるためのエレベータ機構９とを備える。
【００１９】
基板１５は、支持体８が下降位置８’にある間に基板支持体８上へ搭載される。次に、基板支持体８は、半導体基板１５が分散プレート３から適切な距離に位置づけられるまで上へ移動される。支持体８はデバイス内へ位置づけられていて、蒸着工程の間に基板１５またはウェーハを支持するように構成される。支持体８は、処理の前後に基板１５を加熱するための内部または外部ヒータ（図示せず）も装備していてもよい。基板１５が真空移送チャンバから反応チャンバ１へ移送されたのち、薄膜蒸着装置は、反応スペース２２において、例えば反応物ガスをバルブ３１（ａ）、３１（ｂ）、３１（ｃ）および３１（ｄ）を介して循環させ、かつ不活性ガスをバルブ３０（ａ）、３０（ｂ）、３０（ｃ）および３０（ｄ）を介して循環させることによって薄膜形成工程を実行する。
【００２０】
特定の実施形態では、各反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）に関連づけられ、かつこれらと流体連通状態にある。好適には、各反応物ガスラインの少なくとも一部は、関連づけられる不活性ガスバルブ３０と直列に配列される。この方法では、不活性ガスは、好適には関連づけられる反応物バルブ３１の近くで、但し反応物バルブ３１の上流で反応物ガスの流路へ進入し、反応物ガスライン全体のパージが強化される。
【００２１】
例えば、各反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は３ポートバルブであってもよい。３ポートバルブは、反応物ガスソースおよび不活性ガスバルブと流体連通状態にある２つの投入ポートを有する。３ポートバルブの取出しポートは、反応スペース２２と流体連通状態にある。反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は、反応物ガスおよび不活性ガスの反応スペース２２への流れを別々に制御する。
【００２２】
特定の実施形態では、各不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）は２ポートバルブである。この２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０（図４）と流体連通状態にある１つの投入ポートと、反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）のうちの１つと流体連通状態にある取出しポートとを有する。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）のうちの関連づけられる１つとの間の不活性ガスの流れを制御する。この例示的配置では、反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は、関連づけられる不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）の下流へ直列に位置づけられる。反応スペース２２へ向かって流れるガスに関しては、基板処理の間に第２の位置におけるガスが第１の位置へ向かって流れる場合は、第１の位置が第２の位置の下流側にある。
【００２３】
各不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）は、関連づけられる反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）への不活性ガスの流れを制御する。反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は、反応物質をパルス化した後に反応物蒸気ラインをパージするために、関連づけられる不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）から受け入れられる不活性ガスの流れを制御する。例えば、バルブ３１（ａ）、３１（ｂ）、３１（ｃ）および３１（ｄ）へ接続される反応物蒸気ソースに関連づけられる不活性ガスソースは、各々バルブ３０（ａ）、３０（ｂ）、３０（ｃ）および３０（ｄ）へ接続される。これらの不活性ガスソースは、加圧される可能性もあれば、加圧されない可能性もある。これらの不活性ガスソースは、例えば、希ガスソースまたは窒素ガスソースであることが可能である。ＡＬＤ制御システム（図示せず）はメモリと処理モジュールとを含み、様々なガスが反応スペース２２へ達することを選択的に許容する、または防止するためにこれらのバルブおよび他のバルブを制御するようにプログラムされる。例えば、不活性バルブ３０からの流れは関連づけられる反応物ガスラインへ進入し、かつ引き続き反応チャンバ１へ入ってこのチャンバの反応物ガスをパージしてもよい。
【００２４】
不活性ガスおよび反応物ガスに関連づけられるバルブ３０、３１に加えて、ＡＬＤデバイスは、不活性ガスソースを反応チャンバ１へ接続する分離した不活性ガスライン５４とバルブ３２とを含んでもよい。不活性ガスバルブ３２はＡＬＤデバイスへ追加の不活性ガスを供給し、かつ所望される基板処理に依存して連続的に、または周期的に動作されてもよい。図示されている実施形態では、不活性ガスは、不活性チャネル供給ライン５２を介して内部不活性ガスチャネル６１０へも流れる（図６）。不活性チャネル供給ライン５２は、不活性ガスバルブ３２または分離した不活性ガスバルブ（図示せず）を介して不活性ガスを受け入れてもよい。内部不活性ガスチャネル６１０は、不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）と流体連通状態にある。
【００２５】
ＡＬＤデバイス１００は、基板１５が反応チャンバ１に挿入されると基板１５上へ薄膜を堆積するように構成される。概して、ＡＬＤデバイスは、バルブ３１（ａ）、３１（ｂ）、３１（ｃ）および３１（ｄ）のうちの１つまたはそれ以上を介して第１の反応物ガスを受け入れる。またＡＬＤデバイス１００は、バルブ３０（ａ）、３０（ｂ）、３０（ｃ）および３０（ｄ）のうちの１つまたはそれ以上を介しても反応物ガスを受け入れる。適切なバルブを切り替えることにより、第１の反応物ガスの流れは停止され、次に蒸着チャンバおよびガスラインは、不活性ガスライン５４からの主たるパージフローと共に１つまたは複数のバルブ３０（ａ）、３０（ｂ）、３０（ｃ）、３０（ｄ）からの不活性ガスをパージされる。反応チャンバ１およびガスラインがパージされた後、蒸着サイクルは１つまたは複数の他の反応物ガスによって継続される。交互パルスからの反応物質は基板またはウェーハ表面上のみで互いに反応し、各サイクルで所望される製品の単層を１つだけ形成して気相では反応または接触しない。動作モードによっては、一様性を幾分犠牲にしてサイクル当たり１単層を超える増加された蒸着速度を達成できることに留意されたい。
【００２６】
ＡＬＤデバイス１００の実施形態では、各サイクルにおいて２つ以上の反応物ガスが（パージ周期で分離されて）順次ＡＬＤデバイス１００を介して流され、ウェーハ上に物質が形成される。反応スペースにおける各反応物ガスの過剰分は、反応スペース２２における吸着または反応後に排気管２４を介して引き続き排出される。排気管２４は、反応チャンバ１からのガス除去を支援して反応チャンバ１内に低圧状態をもたらすために、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）５０へ接続されてもよい。さらに、ＡＬＤデバイス１００全体は、ＡＬＤデバイス１００の底部上の任意のカップリングを真空ポンプ（ＴＭＰ５０またはドライポンプ（ＤＲＹ）へ接続することによって、低圧へポンプダウンされることが可能である。
【００２７】
ＡＬＤデバイス１００は、ガス導入マニホールドアセンブリ１０を含む。マニホールドアセンブリ１０は、本体２７（図５）と、内部不活性ガスチャネル６１０と、中央の穴２８とを含む。マニホールドアセンブリ１０はさらに、反応物ガスバルブ３１（ａ）、３１（ｂ）、３１（ｃ）、３１（ｄ）のうちの１つまたはそれ以上と、不活性ガスバルブ３０（ａ）、３０（ｂ）、３０（ｃ）、３０（ｄ）のうちの１つまたはそれ以上とを含む。マニホールドアセンブリ１０は、反応物バルブ３１（ａ）、３１（ｂ）、３１（ｃ）、３１（ｄ）を介して進入する反応物ガスおよび不活性ガスバルブ３０（ａ）、３０（ｂ）、３０（ｃ）、３０（ｄ）を介して進入する不活性ガスをＡＬＤデバイス１００を通ってルーティングするように構成される（図３参照）。マニホールドアセンブリ１０はさらに、所定のパルスの間に、バルブ３０（ａ）〜（ｄ）を介して進入する不活性ガスの１つまたはそれ以上をバルブ３１（ａ）〜（ｄ）を介して進入する反応物ガスの１つと選択的に混合するように構成される。結果的に生じる混合気は、反応チャンバ１へ進入する。各パルス後、ＡＬＤデバイス１００は、任意の未反応の反応物質および不活性ガスを、例えばパージ等によって反応チャンバ１から排気管２４を介して排出する。図示されているバルブの位置は単に例示を目的とするものであり、ガスライン沿いの異なる位置に位置づけられることが可能である。好適には、これらのバルブはマニホールドアセンブリ１０に近接して、またはマニホールドアセンブリ１０自体の上に位置づけられ、バルブ下流側のガスラインの長さが短縮される。反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は、短くてパージが容易なラインを設けるために、例えば、インレットマニホールドブロックから約１０ｍｍの距離に配置されてもよい。後述するように、本明細書に記載される例示的な実施形態における様々なバルブは、ガスまたは１種または複数種のガスの混合体をマニホールドアセンブリ１０内へ流し込むために指示されている。しかしながら、本発明は本明細書に開示される例示的な実施形態に限定されない。
【００２８】
反応物ガスがＡＬＤデバイス１００を介して循環される順序は、所望される製品に依存する。各ガスが反応チャンバ１へ入る前の１種または複数種の反応物ガス間の任意の相互作用を最小限に抑えるために、バルブ３０（ａ）〜（ｄ）を介して進入する不活性ガスは、反応物ガスのパルス間でＡＬＤデバイス１００を介して周期的に循環され、または継続的に流される。この方法で、不活性ガスはラインおよび反応チャンバ１をパージする。後に説明するように、ＡＬＤデバイス１００を介して様々な反応物ガスおよび不活性ガスが規則正しく循環され、ゲートバルブ６を介して挿入されるウェーハ上へ蒸着物が形成される。
【００２９】
図４において最も良く分かるように、ガス導入マニホールドアセンブリ１０は分散プレート３上へ設置される。マニホールドアセンブリ１０は、蓋２（図１参照）を介して延設される管状のガス導入部材１１へ結合される。以下、図１に関連してマニホールドアセンブリ１０の実施形態について説明する。部材１１はマニホールドアセンブリ１０の下流端へ接続し、マニホールドアセンブリ１０から反応物ガスおよび不活性ガスを受け入れる。例示的な不活性ガスには、窒素およびアルゴンガスが挙げられる。蒸着工程は、不活性ガスを使用して反応物ガスをパージさせ、かつ／または反応物ガスと混合させる。ラジカルソース１２は、図示されている実施形態では、バルブ１６を介してマニホールドアセンブリ１０へ接続されて示されている。バルブ１６は、完全開放式バルブであってもよい。特定の実施形態では、バルブ１６は二重作用ゲートバルブである。バルブ１６の開口は、様々なガスからのラジカルをマニホールドアセンブリ１０内へ導入する。部材１１は、ガス分散部分１３と流体連通状態にある。部材１１から流れるガスは、ガス分散部分１３によって拡散される。遠隔プラズマは、主としてチャンバのクリーニングに使用されるが、処理に使用されてもよい。
【００３０】
特定の実施形態では、部材１１は中間分散機構４３を有する。図２は、中間分散要素４３の一例を示す概略図である。図示されている中間分散要素４３は図２に示すように円筒形状を有し、部材１１の下流端または先端に取り付けられることが可能である（図１参照）。特定の実施形態において、要素４３の壁内の１つまたは複数の細孔またはスリット４４は、部材１１から進入するガスの拡散流出口となる。細孔４４は、ガスを要素４３から遠位へと半径方向に放出するように位置づけられてもよい。細孔４４に加えて、または細孔４４に代わって、要素４３の底面には、ガスを分散プレート３へ向かって垂直方向に放出する１つまたは複数の細孔４５が延設されてもよい。好適には、ガスをプレート３に渡ってより良く分散させるために、１つまたは複数の細孔４５は分散プレート３内の細孔に位置合わせされない。
【００３１】
図１に示すガス分散部分１３の断面プロファイルは、ホーン形状を有する。反応チャンバ１を介する排気流の変化に短い時間期間で対応するために、ガス分散部分１３の内部容量は小さいことが好適である。特定の実施形態において、ガス分散部分１３は、ガス分散部分１３の水平の下面に対して約３〜３０度の角度を有する平らな円錐台形状を有する。実施形態は、５度、１０度、１５度、２０度、２５度およびこれらの間の値の角度を含んでもよいが、好適には、分散されるガスをより均一に分配するために約５〜１５度であってもよい。
【００３２】
特定の実施形態において、ガス分散部分１３の下面とガス分散プレート３との間の距離は、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍおよびこれらの間の値を含む約２〜１０ｍｍである。分散部分１３を分散プレート３へさらに接近させると、ガスはプレート３上へより均一に分配される場合がある。特定の実施形態において、ガス分散部分１３の内壁の形状は、滑らかなガス流を促進するために平滑であってもよい。
【００３３】
特定の実施形態では、分散部分１３の内壁にヒータ４２が設けられる。ヒータ４２は、分散部分１３に進入するガスを加熱する。分散プレート３には、具体的には周縁に、薄膜形成を調節するための第２のヒータ２６が設けられてもよい。
【００３４】
ガス分散部分１３の先端と分散プレート３との間には、スリット式の排気ポート１７が形成される。このスリットは、分散部分１３の外側の先端の周りに延設される環状（例えば、円形）形状を有する。排気ポートには様々な形状が使用されてもよいが、好適には、ガス流が流体動力学的に中断される領域を最小限に抑えるように選択される。例えば、排気ポートの形状は、複数の円弧状スリット、複数の円形細孔等を有することが可能である。スリットまたは細孔１７を介する開口の幅は、ガス分散部分１３の下面とガス分散プレート３との間の距離と同じであってもよく、または約２ｍｍから５ｍｍの間であってもよい。
【００３５】
排気スリット１７は、上側のスペース１８に連通して接続される。上側のスペース１８は、分散部分１３の上側の外壁と上蓋２の下面とによって形成される。上側のスペース１８は、ガス分散部分１３の下面と分散プレート３との間に位置づけられるシャワーヘッド状プレナム１４と連通して接続される。特定の実施形態において、分散部分１３の上側の外壁と上蓋２の下面との間の距離は、ガス分散部分１３の下面と分散プレート３との距離にほぼ同じである。
【００３６】
排気フランジ１９は上蓋２へ接続され、上側のスペース１８およびシャワーヘッド状プレナム１４から排出されるガスを受け入れる。シャワーヘッド排気バルブ２０の開閉は、上側のスペース１８およびシャワーヘッド状プレナム１４からのガスの排出を許容または防止する。
【００３７】
ガス圧は、ガスがスリット１７を介して上側のスペース１８を通過する際に低下することから、これにより、反応パルス間の短い時間期間に渡ってガスを排出することがさらに困難になる場合がある。その結果、特定の実施形態では、スリット１７を介して延設され、かつ排気フランジ１９へ接続するダクトを有することが有利である場合がある。環状のダクトは、上側のスペース１８を有する実施形態に比べて排気フランジ１９へのガス流を増大させることが発見されている。これは、ダクトのガスに接触する内面積が、上側のスペース１８から流れる際にガスが接触する表面積より少ないためである。しかしながら、排気フランジ１９は環状ダクトに対してオフセットして位置づけられることから、環状ダクトは、上側のスペース１８を使用する実施形態ほど均一にはガスを排出しない。例えば、上側のスペース１８を使用する実施形態では、排気フランジ１９は上側のスペース１８の中心近くに位置づけられ、排出ガスを均一に受け入れることができる。
【００３８】
ガスは、ガス分散部分１３を通過してシャワーヘッド状プレナム１４へ達する。ガスはさらに、分散プレート３内のガス分散ポート２１を通って進む。ガス分散ポート２１を通過するガスは、基板支持体８と分散プレートまたはシャワーヘッドプレート３との間の反応スペース２２に達する。次にガスは、引き続き基板１５の表面に達してもよい。次にガスは、排気ダクト４内に形成されるリング状のスリット２３へと続き、スリット２３と連通して接続される排気管２４から排出されてもよい。特定の実施形態では、分散プレート３から、および反応スペース２２へのガス流量は約２〜３リットル／秒である。
【００３９】
分散プレート３と基板支持体８との間には、電極２５から分散プレート３へ高周波電力を供給することによってプラズマを発生させることができる。例えば、プラズマ強化原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）処理の場合、ｉｎ  ｓｉｔｕプラズマは分散プレート３と基板支持体８との間で生成される。プラズマの遠隔生成は、ＰＥＡＬＤの所定の工程を実行するために使用され、かつ反応チャンバ１による、基板１５の処理間、例えば各ウェーハロット間の周期的クリーニングのために使用される。遠隔プラズマは、遠隔ラジカルまたは励起種ソース１２として示される施設内プラズマ発生器を使用して発生される。発生器は、例えば４００ｋＨｚの周波数で動作してもよく、マサチューセッツ州ウィルミントン所在のＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手されてもよい。発生器は、マニホールドアセンブリ１０の上に、またはさらに上流に取り付けられてもよい。バルブ１６は、遠隔プラズマ発生器をマニホールドアセンブリ１０から分離する。遠隔プラズマ発生器内では、チャンバのクリーニングまたは蒸着の何れかのためにラジカルが生成される。ラジカルは、分散部分１３を通って基板１５の表面まで流れる／浮動する／拡散することを許容される。好適には、ラジカルソース１２はチャンバ１の近くに設置され、バルブ１６は励起された種残存物延いてはクリーニング効率を最大化するために広く開放される。
【００４０】
ｉｎ  ｓｉｔｕ直接プラズマ発生のためのＲＦ発生器は、例えば、１３．５６ＭＨｚで動作してもよい。このようなＲＦ発生器および整合ネットワークは、カリフォルニア州フレモント所在のＡＤＴＥＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．から入手されてもよい。整合ネットワークは、反応チャンバ１の上部上に取り付けられてもよい。整合ネットワークの出力と分散プレート３との間には、送信ラインが接続される。分散プレート３（図１）、分散部分１３（図１）および上蓋リング１１３（図４）はＲＦホットである。具体的には基板支持体８である反応スペース２２を画定する残りの導電要素は、接地されている。直接プラズマは、分散プレート３と基板支持体８との間でのみ発生される。
【００４１】
処理が完了すると、基板支持体８は降下され、基板１５は蒸着チャンバから同じゲートバルブ６を介して取り外されることが可能である。
【００４２】
制御システム（図示せず）は、基板１５の処理中に装置を制御するように構成される。例えば、制御システムは、反応物ガスおよび不活性ガスのデバイスへの出入りおよび高周波電力の印加を制御するコンピュータ制御システムおよび電気制御バルブを含むことが可能である。制御システムは、所定のタスクを実行するＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ等のソフトウェアまたはハードウェア成分等のモジュールを含むことが可能である。モジュールは、有利には、コンピュータ制御システムのアドレス可能格納媒体上に存在し、かつ１つまたは複数のプロセッサ上で実行されるように構成されてもよい。
【００４３】
図３は、ガスを反応チャンバ１へ導入するための代表的なシーケンスを示す。図３に示すステップ１では、シャワーヘッド排気バルブ２０が閉じられる。反応物ガスバルブ３１（ａ）は開放され、ガスＡをマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ進入させる。この例では、ガスＡはガス分散部分１３内へと続き、分散プレート３を通過し、反応スペース２２内へ供給される。ガスＡは、反応スペース２２から排気スリット２３を介して排気管２４へ排出される。
【００４４】
所定の時間期間に渡ってガスＡが供給された後、ステップ２において、ガスＡの反応物ガスバルブ３１（ａ）は、ガスＡがマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ進入することを防止し、かつ不活性ガスバルブ３０（ａ）から流れる不活性ガスがマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ進入することを許容するように構成される。この時点で、特定の工程または関連する化学反応に依存して、シャワーヘッド排気バルブ２０は全開されてもよい。残りのガスＡは、不活性ガスによってパージされる。不活性ガスは、反応物ガスバルブ３１（ａ）の上流の１点において不活性ガスバルブ３０（ａ）からガスＡに使用される反応物ガスライン内へ導入される。この方法で、不活性ガスは反応物ガスバルブ３１（ａ）を介して流れ、反応物ガスラインをフラッシュまたはパージして後続ステップの間の反応物拡散を防止する。内部不活性ガスチャネル６１０（図４参照）は、不活性ガスバルブ３０（ａ）に進入する不活性ガスを供給する。特定の実施形態において、内部不活性ガスチャネル６１０はマニホールドアセンブリ１０内に位置づけられる。
【００４５】
ステップ３において、反応物ガスバルブ３１（ａ）は、反応物ガスＡおよび不活性ガスの双方がマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８に進入することを防止するように構成される。図３では、不活性ガスバルブ３０（ａ）はステップ３で閉じられるが、必ずしもそうである必要はない。このチャネルでは不活性ガスを止めることが望ましい図示されている実施形態では、３方反応物ガスバルブ３１（ａ）は、不活性ガスバルブ３０（ａ）の構成に関わらず、不活性ガスがマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８に進入することを防止する。
【００４６】
ガスＢは、反応物ガスバルブ３１（ｂ）を開くことによってマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に導入される。この場合、ガスＢはガス導入部分１１（図１）からガス分散部分１３内へ導入される。次にガスＢは分散プレート３を介して続き、基板表面１５上へ供給される。基板表面１５を越えながら、ガスＢパルスは基板の表面にしみ込む。先行パルスが去ると同時に、ガスＢと基板表面との間には吸着または反応が発生する。
【００４７】
反応スペース２２を半径方向に通過した後、ガスＢは、排気スリット２３を介して排気管２４へ向かって流れる。排気管２４は、ガスがウェーハにしみ込んだ後の過剰なガスおよび任意の副産物を収集するように構成される。ある実施形態では、排気管２４内の領域は反応チャンバ１内の圧力より低圧状態にある。排気管２４および／または排気スリット２３は、反応チャンバ１からガスを引き抜くために負圧源または真空と流体連通状態にあることが可能である。ガスＢは、排気スリット２３から排気管２４へ排出される。
【００４８】
所定の時間期間の後、反応物ガスバルブ３１（ｂ）は閉じられ、ガスＢの供給が遮断される。ステップ２に示す状態に類似する状態では、ガスＡチャネルの代わりにガスＢチャネルを介して流れる不活性ガスを除いて、残りのガスＢはバルブ２０から排出される。反応ガスＡの供給と反応ガスＢの供給とをこれら４つのステップの一部として反復することにより、各サイクルは１つ未満の分子単層を蒸着させる。熟練者は、かさばる前駆体からの立体障害が反応サイトをブロックして成長速度をサイクル当たり１単層未満に低下させる傾向のあることを認識するであろう。
【００４９】
３種以上の反応ガスが使用される場合でも、成膜は、３種以上の反応ガスを供給するステップと個々のガスをパージするステップとを反復することによって容易に達成することができる。
【００５０】
特定の実施形態では、シャワーヘッド排気バルブ２０の開閉によって分散プレート３の内部領域を容易にパージすることが可能である。さらに、バルブ２０を開閉する程度を変えてもよいことから、完全な遮断は不要である。
【００５１】
また、特定の実施形態では、化学反応に依存して、反応物ライン（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の１つまたはそれ以上は処理の間に常時開いていることが可能である。これは、例えば、反応物ガスソースがパルスステップにおいて供給される前駆体の還元剤として作用する場合に生じることがある。前記還元剤は、高周波電力が印加される場合にのみ反応する。
【００５２】
高周波電力をガス分散プレート３へ印加する際には、反応ガスを直接プラズマガスとして供給することもできる。ガス分散部分１３にヒータ４２（図１）を設けることにより、分散部分１３の内部温度を上げることが可能である。その結果、低い蒸気圧を有し、かつ容易に密着する有機金属物質を使用する場合には、これを凝集なしに排出することが可能になる。
【００５３】
図４は、ＡＬＤデバイス１００の一実施形態を詳細に示す断面図である。この図は、基板支持体またはサセプタおよび全てのガスバルブを示していない。ガスＡ反応物ガスは、バルブ３１（ａ）を介してマニホールドアセンブリ１０へ導入される。次にガスＡは、中間分散要素４３内のスリット４４を介して分散部分１３の第１の区画８２内へ導入される。第１の区画８２は、部分的に、スリットを有するボトムプレートによって画定される。ガスＡ反応物ガスはスリットを通過し、複数の穴（図示せず）を有する分散プレート３の上面上に存在する第２の区画８１へ流れ込む。第１の区画８２と第２の区画８１とは、シャワーヘッドプレナムを構成する。
【００５４】
特定の実施形態では、第１の区画８２はボトムプレートを保有せず、第１の区画８２と第２の区画８１との間に明らかな境界は存在しない。ガスＡは、分散プレート３内に形成される複数の穴を介して反応チャンバ１の反応スペース２２へ放出される。反応スペース２２は、基板支持体８（図１）の上に位置づけられる。上述の工程の間、反応スペース２２は、排気ダクト４を使用して環状スリット２３を介して絶えず排気され、環状スリット２３において、ガスは反応スペース２２の外周へ向かって半径方向に引き抜かれる。環状スリット２３は、基板支持体８の外周周辺に位置づけられる。ガス分散部分１３は、絶縁プレート１５０が上に置かれる上蓋リング１１３を介して分散プレート３へ固定される。
【００５５】
ガス分散部分１３と分散プレート３とは、互いに直に接触せず、ガス分散部分１３の外周沿いに環状の間隙８３が形成される。この環状の間隙８３は、上蓋プレート１１３を介して排気フランジ１９（図１参照）と連通する。
【００５６】
第１および第２の区画８２、８１をパージするとき、パージガスは、バルブ３０（ａ）〜（ｄ）のうちの１つ、反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）のうちの関連づけられる１つ、マニホールドアセンブリ１０、および中間分散要素１３を介してこれらの区画へ導入される。メインパージは、不活性ガスライン５４からマニホールドアセンブリ１０を介して流れる。反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）および不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）からの不活性ガスは、反応物バルブと中央の穴２８との間のラインをフラッシュまたはパージする。同時に、第１および第２の区画８２、８１は、排気フランジ１９を使用して環状の間隙８３を介して空にされる。反応スペース２２は、スリット２３および排気ダクト４を介して絶えず空にされる。
【００５７】
図５において最も良く分かるように、この例において、マニホールドアセンブリ１０は、４つの反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）と、不活性チャネル供給ライン５２と、不活性ミキサ供給ライン５４とを含む。各反応物バルブ３１（ａ）〜（ｄ）は、不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）のうちの１つとペアにされる。反応物バルブ３１（ａ）は、不活性バルブ３０（ａ）へ結合される。反応物バルブ３１（ｂ）は、不活性バルブ３０（ｂ）とペアにされる。反応物バルブ３１（ｃ）は、不活性バルブ３０（ｃ）とペアにされる。反応物バルブ３１（ｄ）は、不活性バルブ３０（ｄ）とペアにされる。ＡＬＤデバイス１００は、ＡＬＤデバイス１００の構成に依存して、より多い、またはより少ない反応物バルブおよび不活性バルブを含むことができる。さらに、各反応物ラインは、１つの不活性ガスバルブとペアにされても、されなくてもよい。例えば、反応物ラインのうちの１つまたはそれ以上は不活性ガスバルブとペアにされてもよく、一方で別の反応物ラインはペアにされない。バルブとペアにされない反応物ラインは、他の手段によってパージされることも可能である。
【００５８】
カップリング１９０（ａ）は、反応物ガスバルブ３１（ａ）を反応物ソースＡ６２０（図６）へ結合する。カップリング１９０（ｂ）は、反応物ガスバルブ３１（ｂ）を反応物ソースＢ６２６（図６）へ結合する。カップリング１９０（ｃ）は、反応物ガスバルブ３１（ｃ）を反応物ソースＣ６３２（図６）へ結合する。カップリング１９０（ｄ）は、反応物ガスバルブ３１（ｄ）を反応物ソースＤ６３８（図６）へ結合する。
【００５９】
カップリング１９０（ｆ）は、内部不活性ガスチャネル６１０（図６参照）を不活性またはパージガスソース６４４（図６）へ結合する。カップリング１９０（ｅ）は、中央の穴２８またはマニホールドアセンブリ１０の内側を不活性ガスソース６４４へ内部不活性ガスチャネル６１０から分離して結合する。
【００６０】
図５に示す実施形態では、不活性チャネル供給ライン５２およびカップリング１９０（ａ）〜（ｄ）はバルブまで、およびマニホールドアセンブリ１０の内側へ向かう流路を提供する。不活性チャネル供給ライン５２は、内部不活性ガスチャネル６１０へ接続する。図示されている実施形態では、不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）の各々は内部不活性ガスチャネル６１０の下流側に位置づけられる。ライン５４は、バルブを通過することなくマニホールドアセンブリ１０の内側への経路を提供する。
【００６１】
図５に示す実施形態では、カップリング１９０（ａ）〜（ｄ）は反応物ガスをマニホールドアセンブリ１０内へ流す。不活性ガスライン５４は、不活性ガスを中央の穴２８へ直接流す通路を提供する。結果的に生じる混合物（一度に１つの反応物質と１つの不活性ガス）は下方へ、反応チャンバ１へ向かって流れる。絶縁プレート５６は、ＡＬＤデバイス１００上に組み立てられると絶縁プレート１５０（図４）に隣接して存在する。
【００６２】
マニホールドアセンブリ１０は、壁体温度を制御するように構成される１つまたは複数のヒータカートリッジ１８０を含む。マニホールドアセンブリ１０を通過する反応物ガスは、マニホールドおよびヒータカートリッジ１８０によって加熱される。マニホールドアセンブリ１０を通過する際に反応物ガスの温度を制御することは、ガスの凝結または熱分解が発生する尤度を下げる。特定の実施形態では、各反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は１つまたは複数のヒータカートリッジ１８０によって別々に加熱される。図示されている実施形態では、反応物バルブのうちの２つが低い蒸気圧を有する前駆体（例えば、ＺｒＣｌ２、ＨｆＣｌ２、ＴＭＡおよび他の有機金属化合物等の標準状態で液体または固体）の使用を促進させるヒータを有するが、２つはこれを持たない。例えば、１つまたは複数のヒータカートリッジ１８０の第１のセットは、マニホールドアセンブリ１０内に、かつ反応物ガスＡを運ぶラインの近くに位置づけられてもよい。１つまたは複数のヒータカートリッジ１８０の第２のセットは、マニホールドアセンブリ１０内に、かつ反応物ガスＢを運ぶラインの近くに位置づけられてもよい。ヒータカートリッジ１８０の第１および第２のセットは、ガスＡをガスＢとは異なる温度まで加熱するように別々に制御されてもよい。特定の実施形態では、ヒータカートリッジ１８０は、マニホールドアセンブリ１０内で２００℃までの壁体温度を維持する。マニホールドアセンブリ１０の温度を監視するために、１つまたは複数の熱スイッチが使用されてもよい。本システムは、システムの様々なコンポーネントを所望される温度に保つために他の温度センサおよび温度制御機構を含むことは理解されるであろう。
【００６３】
さらに、本システムは、所望される処理に依存して、バルブ３０、３１の第１のペアには異なる温度を保ち、バルブ３０、３１の第２のセットには第２の温度を保ってもよい。図示されている実施形態は、モノリシックＡＬＤインレットマニホールドの温度制御のための単一ゾーンを画定する温度センサによって駆動されるヒータカートリッジを企図しているが、図示されている実施形態は、ＡＬＤマニホールド内の各前駆体を個別にゾーン制御するように適合化されることも可能である。例えば、図示されている別々のマニホールド経路を有する４つの前駆体の場合、各前駆体の流路を別々に熱制御するために５つのゾーンを用意することができ、中央のハブおよび４つの前駆体ライン（バルブを含む）の各々が別々のゾーンとして扱われる。ゾーンの熱分離を促進するために、ハブは、例えば本体２７とベースプレート６０６（図１０参照）との間の機械的／熱的接続を前駆体ガス吸気開口周囲の小さいスポット突起に制限する熱気遮断を伴って製造されることも可能である。熱制御を監視するために、追加のヒータおよび熱電対が使用される。有利には、混合点（例えば、中央の穴）より上流の流路の温度は、凝結、反応または吸着の何れによるものであれラインのコーティングを最小限に抑え、延いては目詰まりおよび／または下流側の汚染を最小限に抑えるように、各反応物質で別々に調整されることが可能である。
【００６４】
図６は、図５に示すマニホールドアセンブリ１０を介するガス流路を示す概略図であり、各々が別々の反応物ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）と流体連通状態にある４つの不活性ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）を示す。マニホールドアセンブリ１０は、４つの不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）と流体連通状態にある内部不活性ガスチャネル６１０を含む。また図６は、各反応物ガスおよび不活性ガスのソースも示す。反応物ソースは、反応物質が標準状態において個体であるか、液体または気体であるかに依存して、ガス容器、バブラまたは他の気化器を呈してもよい。反応物／不活性ガスソースに関連づけられる追加のバルブ（図示せず）は、マニホールドアセンブリ１０の外側に位置づけられてもよい。
【００６５】
ガスＡは、そのソース６２０からライン６２２を介して流れ、反応物バルブ３１（ａ）に達する。反応物ガスバルブ３１（ａ）は、所望される処理ステップに依存して、ライン６２４を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至るガスＡの流れを許容または防止するように構成されてもよい。ガスＢは、そのソース６２６からライン６２８を介して流れ、反応物バルブ３１（ｂ）に達する。反応物ガスバルブ３１（ｂ）は、所望される処理ステップに依存して、ライン６３０を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至るガスＢの流れを許容または防止するように構成されてもよい。
【００６６】
ガスＣは、そのソース６３２からライン６３４を介して流れ、反応物バルブ３１（ｃ）に達する。反応物ガスバルブ３１（ｃ）は、所望される処理ステップに依存して、ライン６３６を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至るガスＣの流れを許容または防止するように構成されてもよい。ガスＤは、そのソース６３８からライン６４０を介して流れ、反応物バルブ３１（ｄ）に達する。反応物ガスバルブ３１（ｄ）は、所望される処理ステップに依存して、ライン６４２を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至るガスＤの流れを許容または防止するように構成されてもよい。図示されている４つの反応物バルブの実施形態は例示的なものであり、これより多い、または少ない数の反応物バルブが使用されることも可能である。
【００６７】
不活性ガスは、ソース６４４（複数のガス容器を含んでもよい）から不活性チャネル供給ライン５２を介して流れ、内部不活性ガスチャネル６１０へ達する。内部不活性ガスチャネル６１０は、好適にはマニホールドアセンブリ１０内に位置づけられる。不活性ガスチャネル６１０をマニホールドアセンブリ１０内に包含することにより、保全熟達度は強化される。有利には、マニホールドアセンブリ１０は、反応器上へ組み立て直される前にベンチ検査を受けてもよい。不活性ガスチャネル６１０がマニホールドアセンブリ１０に包含される場合、不活性ガスと前駆体ガスとが同じ熱質量またはマニホールドアセンブリ１０を介して供給されることから、不活性ガスの熱制御は前駆体ガスとの同等性を高める。
【００６８】
不活性ガスチャネルがマニホールドの外側、かつ反応器上部の内側に位置づけられる場合は、チャンバ内にＯリングを追加する必要がある。これらのＯリングの追加は、反応器の真空完全性に影響を与える可能性がある。またクリーニングも、反応器内に位置づけられる不活性ガスチャネルにアクセスするために反応器全体が分解されることから、より複雑になる場合がある。
【００６９】
内部不活性ガスチャネル６１０はさらに、不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）のうちの１つまたはそれ以上と流体連通状態にある。図６に示す例示的な実施形態では、内部不活性ガスチャネル６１０は４つの不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）と流体連通状態にある。
【００７０】
不活性ガスは、内部不活性ガスチャネル６１０からライン６４６を介して流れ、不活性ガスバルブ３０（ａ）に達する。特定の実施形態では、不活性ガスバルブ３０（ａ）は２ポートバルブである。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と反応物ガスバルブ３１（ａ）との間の不活性ガスの流れを制御する。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と流体連通状態にある１つの投入ポートと、ライン６４８を介して反応物ガスバルブ３１（ａ）と流体連通状態にある１つの取出しポートとを有する。この方法では、不活性ガスバルブ３０（ａ）は、ライン６４６とライン６４８との間の不活性ガスの流れを許容または防止するように構成されてもよい。
【００７１】
反応物ガスバルブ３１（ａ）は、ライン６４８と流体連通状態にある。先に述べたような、ライン６２２からマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８への反応物ガスＡの到達を許容または防止することに加えて、反応物ガスバルブ３１（ａ）はさらに、ライン６２４を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至る不活性ガスの流れを許容または防止するように構成される。したがって、反応物ガスバルブ３１（ａ）は、不活性ガスおよび反応物ガスＡによるライン６２４への進入を別々に許容または防止するように構成されてもよい。
【００７２】
ある好適な実施形態では、反応物ガスバルブ３１（ａ）は３ポートバルブである。反応物ガスバルブ３１（ａ）の第１のポートはライン６２２と流体連通状態にあり、反応物ガスＡを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ａ）の第２のポートはライン６４８と流体連通状態にあり、不活性ガスを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ａ）の第３の、または出口ポートは、ライン６２４を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８と流体連通状態にある。
【００７３】
不活性ガスは、内部不活性ガスチャネル６１０からライン６５０を介して流れ、不活性ガスバルブ３０（ｂ）に達する。特定の実施形態では、不活性ガスバルブ３０（ｂ）は２ポートバルブである。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と反応物ガスバルブ３１（ｂ）との間の不活性ガスの流れを制御する。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と流体連通状態にある１つの投入ポートと、ライン６５２を介して反応物ガスバルブ３１（ｂ）と流体連通状態にある１つの取出しポートとを有する。この方法では、不活性ガスバルブ３０（ｂ）は、ライン６５０とライン６５２との間の不活性ガスの流れを許容または防止するように構成されてもよい。
【００７４】
反応物ガスバルブ３１（ｂ）は、ライン６５２と流体連通状態にある。先に述べたような、ライン６２８からマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８への反応物ガスＢの到達を許容または防止することに加えて、反応物ガスバルブ３１（ｂ）はさらに、ライン６３０を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至る不活性ガスの流れを許容または防止するように構成される。したがって、反応物ガスバルブ３１（ｂ）は、不活性ガスおよび反応物ガスＢによるライン６３０への進入を別々に許容または防止するように構成されてもよい。
【００７５】
ある好適な実施形態では、反応物ガスバルブ３１（ｂ）は３ポートバルブである。反応物ガスバルブ３１（ｂ）の第１のポートはライン６２８と流体連通状態にあり、反応物ガスＢを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ｂ）の第２のポートはライン６５２と流体連通状態にあり、不活性ガスを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ｂ）の第３の、または出口ポートは、ライン６３０を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８と流体連通状態にある。
【００７６】
不活性ガスは、内部不活性ガスチャネル６１０からライン６５４を介して流れ、不活性ガスバルブ３０（ｃ）に達する。特定の実施形態では、不活性ガスバルブ３０（ｃ）は２ポートバルブである。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と反応物ガスバルブ３１（ｃ）との間の不活性ガスの流れを制御する。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と流体連通状態にある１つの投入ポートと、ライン６５６を介して反応物ガスバルブ３１（ｃ）と流体連通状態にある１つの取出しポートとを有する。この方法では、不活性ガスバルブ３０（ｃ）は、ライン６５４とライン６５６との間の不活性ガスの流れを許容または防止するように構成されてもよい。
【００７７】
反応物ガスバルブ３１（ｃ）は、ライン６５６と流体連通状態にある。先に述べたような、ライン６３４からマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８への反応物ガスＣの到達を許容または防止することに加えて、反応物ガスバルブ３１（ｃ）はさらに、ライン６３６を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至る不活性ガスの流れを許容または防止するように構成される。したがって、反応物ガスバルブ３１（ｃ）は、不活性ガスおよび反応物ガスＣによるライン６３６への進入を別々に許容または防止するように構成されてもよい。
【００７８】
ある好適な実施形態では、反応物ガスバルブ３１（ｃ）は３ポートバルブである。反応物ガスバルブ３１（ｃ）の第１のポートはライン６３４と流体連通状態にあり、反応物ガスＣを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ｃ）の第２のポートはライン６５６と流体連通状態にあり、不活性ガスを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ｃ）の第３の、または出口ポートは、ライン６３６を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８と流体連通状態にある。
【００７９】
不活性ガスは、内部不活性ガスチャネル６１０からライン６５８を介して流れ、不活性ガスバルブ３０（ｄ）に達する。特定の実施形態では、不活性ガスバルブ３０（ｄ）は２ポートバルブである。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と反応物ガスバルブ３１（ｄ）との間の不活性ガスの流れを制御する。２ポートバルブは、内部不活性ガスチャネル６１０と流体連通状態にある１つの投入ポートと、ライン６６０を介して反応物ガスバルブ３１（ｄ）と流体連通状態にある１つの取出しポートとを有する。この方法では、不活性ガスバルブ３０（ｄ）は、ライン６５８とライン６６０との間の不活性ガスの流れを許容または防止するように構成されてもよい。
【００８０】
反応物ガスバルブ３１（ｄ）は、ライン６６０と流体連通状態にある。先に述べたような、ライン６４０からマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８への反応物ガスＤの到達を許容または防止することに加えて、反応物ガスバルブ３１（ｄ）はさらに、ライン６４２を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８内に至る不活性ガスの流れを許容または防止するように構成される。したがって、反応物ガスバルブ３１（ｄ）は、不活性ガスおよび反応物ガスＤによるライン６４２への進入を別々に許容または防止するように構成されてもよい。
【００８１】
ある好適な実施形態では、反応物ガスバルブ３１（ｄ）は３ポートバルブである。反応物ガスバルブ３１（ｄ）の第１のポートはライン６４０と流体連通状態にあり、反応物ガスＤを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ｄ）の第２のポートはライン６６０と流体連通状態にあり、不活性ガスを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ｄ）の第３の、または出口ポートは、ライン６４２を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８と流体連通状態にある。
【００８２】
「防止」および「許容」という用語は相対語であり、ガス流の封鎖または全流量の許可に限定されるものではない。例えば、反応物ガスバルブ３１（ａ）は、このバルブを介して流れる反応物ガスが増大される場合は反応物ガスの流れを許容するように構成される。同様に、反応物ガスバルブ３１（ａ）は、このバルブを介して流れる反応物ガスが減少される場合は反応物ガスの流れを防止するように構成される。さらに、図６に示すラインの長さは識別を容易にするためのものであり、所望される構造に依存して、より長くてもより短くてもよい。特定の実施形態では、マニホールドアセンブリ１０からパージ対象の未反応反応物質の量を減らすために、１つまたは複数のラインを短縮することが好適である場合がある。実際には、図６に示すマニホールドアセンブリ１０内の「ライン」は全て中央ブロックおよび／または付着プレート内の機械加工されたチャネルであり、よって、図４〜５および図７〜１０より認識されるように、バルブと反応チャンバとの間の距離は最短にされ、パージ時間が短縮される。
【００８３】
不活性ガスライン５４は、マニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８または内側を不活性ガスソース６４４へ内部不活性ガスチャネル６１０から分離して結合する。ライン５４は、バルブを通過しない中央の穴２８への経路を提供する。特定の実施形態では、バルブ６６２は、ライン５４からマニホールドアセンブリ１０へ入る不活性ガスの流れを制御する。
【００８４】
図７は、図５のマニホールドアセンブリ１０の平面図であり、マニホールドアセンブリ１０の中央の本体２７へ結合される反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）および不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）を示す。マニホールドアセンブリ１０は、カップリング１９０（ａ）〜（ｄ）を介して進入する反応物ガスおよびカップリング１９０（ｅ）を介して進入する不活性ガスをマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へルーティングするように構成される。カップリング１９０（ａ）は、ライン６２２を介して反応物ガスバルブ３１（ａ）と流体連通状態にある。カップリング１９０（ｂ）は、ライン６２８を介して反応物ガスバルブ３１（ｂ）と流体連通状態にある。カップリング１９０（ｃ）は、ライン６３４を介して反応物ガスバルブ３１（ｃ）と流体連通状態にある。カップリング１９０（ｄ）は、ライン６４０を介して反応物ガスバルブ３１（ｄ）と流体連通状態にある。カップリング１９０（ｅ）は、ライン５４を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８と流体連通状態にある。
【００８５】
マニホールドアセンブリ１０は、所定のパルスの間に、単一のガスまたは複数のガスをマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ同時にルーティングしてもよい。好適には、ＡＬＤモードにおいて、１つの反応物ガスは穴２８内で不活性ガスと混合される。結果的に生じる混合気は、蒸着チャンバ１（図１）へ入る。各パルスの後、ＡＬＤはパージ等によって、任意の未反応の反応物質および不活性ガスを排気管２４を介して蒸着チャンバから、かつシャワーヘッド排気バルブ２０（図１）を介してシャワーヘッドアセンブリから排出する。
【００８６】
不活性ガスは、処理の間、断続的に、またはパージ動作の間に限って、ライン５４からマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ継続して流れてもよい。先に論じたように、不活性ガスは、マニホールドアセンブリ１０内の不活性チャネル供給ライン５２（図６）を介して内部不活性ガスチャネル６１０へも流れる場合がある。内部不活性ガスチャネル６１０は、不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）と流体連通状態にある。
【００８７】
不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）は、マニホールドアセンブリ１０の本体２７へ直に付着する。図８および９で分かるように、各反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は、本体２７へ付着するスペーサブロック７００（ａ）〜（ｄ）を使用して本体２７上へ取り付けられてもよい。スペーサブロック７００（ａ）〜（ｄ）は、反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）と結合する開口およびねじ穴を装備している。スペーサブロック７００（ａ）〜（ｄ）は、マニホールドアセンブリ１０の製造を容易にする。スペーサブロック７００（ａ）は反応物ガスバルブ３１（ａ）に関連づけられ、マニホールドアセンブリ１０の本体２７と反応物ガスバルブ３１（ａ）との間の流路を提供する。スペーサブロック７００（ｂ）は反応物ガスバルブ３１（ｂ）に関連づけられ、マニホールドアセンブリ１０の本体２７と反応物ガスバルブ３１（ｂ）との間の流路を提供する。スペーサブロック７００（ｃ）は反応物ガスバルブ３１（ｃ）に関連づけられ、マニホールドアセンブリ１０の本体２７と反応物ガスバルブ３１（ｃ）との間の流路を提供する。スペーサブロック７００（ｄ）は反応物ガスバルブ３１（ｄ）に関連づけられ、マニホールドアセンブリ１０の本体２７と反応物ガスバルブ３１（ｄ）との間の流路を提供する。
【００８８】
図８は、図７の線８−８に沿った断面図であり、図９は、図７の線９−９に沿った断面図である。各スペーサブロック７００（ａ）〜（ｄ）は、関連づけられる反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）との間のガスルーティング経路の一部を提供する。図８および９に示すガスルーティング経路は、図６に関連して記述しているラインに一致する。図６に示すライン全体は、マニホールドアセンブリ１０の単一コンポーネントにおける通路全体を、またはマニホールドアセンブリ１０の複数のコンポーネントにおける通路の一部を表す場合がある。例えば、図６および８に示すライン６５２は、マニホールドアセンブリ１０の本体２７およびスペーサブロック７００（ｂ）の双方における通路の少なくとも一部に一致し、図６および８に示すライン６６０は、マニホールドアセンブリ１０の本体２７およびスペーサブロック７００（ｄ）における通路の少なくとも一部に一致する。
【００８９】
図示されている実施形態における本体２７は、中央の穴２８を備える管形状を有する。本体２７は、入口６１２と、出口６１４とを含む。中央の穴２８は、円筒形状を有する下側部分と、円錐形状を有する上側部分とを有することが可能である。入口６１２の領域の断面積は、好適には出口６１４の断面積より大きい。実施形態によっては、中央の穴２８のフロー断面積は、混合気が出口６１４へ向かって移動し、テーパ状または「漏斗」状の通路が形成されるにつれて漸減する。
【００９０】
特定の実施形態では、本体２７の内面の少なくとも一部は、混合気が出口６１４へ向かって流れるにつれて本体２７を介する開放された断面積を低減する円錐形状を有する。本体２７はさらに、下流側または底面上に、マニホールドアセンブリ１０を反応チャンバ１のシャワーヘッドプレートへ取り付けるための取付け穴を含む。
【００９１】
図示されている実施形態では、各スペーサブロック７００（ａ）〜（ｄ）は、関連づけられる反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）の２つの投入ポートおよび単一の取出しポートへ接続される３つの区別的な通路を有する。例えば、スペーサブロック７００（ｂ）およびマニホールドアセンブリ１０の本体２７の双方における第１の通路またはライン６５２は、不活性ガスバルブ３０（ｂ）の取出しポートを反応物ガスバルブ３１（ｂ）の２つの投入ポートのうちの一方へ接続する。第２の通路またはライン６２８は、カップリング１９０（ｂ）を反応物バルブ３１（ｂ）のもう一方の投入ポートへ接続する。第３の通路またはライン６３０は、反応物ガスバルブ３１（ｂ）の取出しポートをマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ接続する。反応物ガスバルブ３１（ｄ）に関して言えば、スペーサブロック７００（ｄ）およびマニホールドアセンブリ１０の本体２７の双方における第１の通路またはライン６６０は不活性ガスバルブ３０（ｄ）の取出しポートを反応物ガスバルブ３１（ｄ）の２つの投入ポートのうちの一方へ接続する。第２の通路またはライン６４０は、カップリング１９０（ｄ）を反応物バルブ３１（ｄ）のもう一方の投入ポートへ接続する。第３の通路またはライン６４２は、反応物ガスバルブ３１（ｄ）の取出しポートをマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８に接続する。図７では、不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）の一部が反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）によって遮られている。
【００９２】
図９は、図７の線９−９に沿った拡大断面図であり、マニホールドアセンブリ１０の本体２７へ接続された反応物バルブ３１（ａ），３１（ｃ）および不活性ガスバルブ３０（ａ）、３０（ｃ）を示す。図７および９を参照すると、スペーサブロック７００（ａ）は反応物ガスバルブ３１（ａ）に関連づけられ、マニホールドアセンブリ１０の本体２７と反応物ガスバルブ３１（ａ）との間に流路を提供する。スペーサブロック７００（ｃ）は反応物ガスバルブ３１（ｃ）に関連づけられ、マニホールドアセンブリ１０の本体と反応物ガスバルブ３１（ｃ）との間に流路を提供する。スペーサブロック７００（ａ）およびマニホールドアセンブリ１０の本体２７の双方における第１の通路またはライン６４８は、不活性ガスバルブ３０（ａ）の取出しポートを反応物ガスバルブ３１（ａ）の２つの投入ポートのうちの一方へ接続する。第２の通路またはライン６２２は、カップリング１９０（ａ）を反応物バルブ３１（ａ）のもう一方の投入ポートへ接続する。第３の通路またはライン６２４は、反応物ガスバルブ３１（ａ）の取出しポートをマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ接続する。反応物ガスバルブ３１（ｃ）に関して言えば、スペーサブロック７００（ｃ）およびマニホールドアセンブリ１０の本体２７の双方における第１の通路またはライン６５６は、不活性ガスバルブ３０（ｃ）の取出しポートを反応物ガスバルブ３１（ｃ）の２つの投入ポートのうちの一方へ接続する。第２の通路またはライン６３４は、カップリング１９０（ｃ）を反応物バルブ３１（ｃ）のもう一方の投入ポートへ接続する。第３の通路またはライン６３６は、反応物ガスバルブ３１（ｃ）の取出しポートをマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８に接続する。
【００９３】
通路またはライン６５４は、不活性ガスバルブ３０（ｃ）の投入ポートを内部不活性ガスチャネル６１０へ接続する。通路またはライン６４６は、不活性ガスバルブ３０（ａ）の投入ポートを内部不活性ガスチャネル６１０へ接続する。
【００９４】
図８および９を参照すると、反応物ガスは、ライン６２４、６３０、６３６、６４２を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ、好適には中央の穴２８内でガスを旋回させて混合を促進するように中心線７０２から偏心して進入する。ガスを旋回させることは、所望される製品に依存して反応物ガスと不活性ガスおよび／または別の反応物ガスとの混合を促進させる場合がある。混合気は、蒸着チャンバ１へ向かう混合気の移動に伴って管状本体の内側を回る。
【００９５】
特定の実施形態では、本体２７、スペーサ７００（ａ）〜（ｄ）およびバルブ３０（ａ）〜（ｄ）、３１（ａ）〜（ｄ）の各コンポーネントのうちの１つまたはそれ以上はステンレス鋼または他の金属物質である。ステンレス鋼の場合、マニホールドアセンブリ１０はＯリングを含む必要がなく、結果的にデッドゾーンが発生しない。有利には、ラインまたは通路は耐化学性金属のブロックまたは本体２７内に一体製造される。特定の実施形態では、不活性バルブおよび反応物バルブ３０、３１はステンレス鋼であり、オハイオ州サロン所在のＳｗａｇｅｌｏｋ Ｃｏ．から市販されている。ある好適な実施形態では、Ｓｗａｇｅｌｏｋ社の２ポート不活性ガスバルブ３０（ａ）〜（ｄ）は部品番号６ＬＶＶ−ＭＳＭ−ＡＬＤ３Ｔ−Ｗ２−Ｐ−ＣＳで識別され、３ポート反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）は部品番号６ＬＶＶ−ＭＳＭ−ＡＬＤ３Ｔ−Ｗ３−Ｐ−ＣＳで識別される。金属バルブ３０、３１の各々は、金属シールで金属から、および好適にはステンレス鋼スペーサ７００およびマニホールドの本体２７から密封されてもよい。他の特定の実施形態では、マニホールドアセンブリ１０の１つまたは複数のコンポーネントはセラミック材料から製造される。
【００９６】
図９はさらに、合わせコンポーネントの表面間に位置づけられる様々な金属シールを示す。当然ながら、例えば合わせコンポーネントに関連づけられる材料、公差、動作圧力およびガスに依存して、より多い、またはより少ない数の金属シールを使用することも可能である。さらに、特定の実施形態では、１つまたは複数のコンポーネントが組み合わされて単一のコンポーネントにされてもよく、よって、組み合わされるコンポーネント間の任意のシールは不要にされてもよい。例えば、スペーサブロック７００（ａ）〜（ｄ）と関連の反応物ガスバルブ３１（ａ）〜（ｄ）とは単一のコンポーネントに組み合わされ、組み合わされるコンポーネント間のシールの必要はなくなる可能性もある。さらに、反応物ガスバルブに関連づけられるスペーサブロック７００（ａ）〜（ｄ）は、隣接する不活性ガスバルブのスペーサを形成するように反応物ガスバルブの側面を超えて延設されてもよい（図１０参照）。或いは、反応物ガスバルブと、この反応物ガスバルブに関連づけられる不活性ガスバルブとは、別々のスペーサを有してもよい。マニホールドアセンブリ１０をシャワーヘッドアセンブリから密封するためには、Ｏリング用等の高分子材料から製造される従来のシール９００が使用されてもよい。
【００９７】
図１０は、マニホールドアセンブリ１０の別の実施形態を略示するものであり、スペーサブロックは、反応物ガスバルブ３１（ａ）およびその関連の不活性ガスバルブ３０（ａ）とマニホールドアセンブリ１０の本体２７との間に結合される、アルミニウムとステンレス鋼等の異種物質のサブコンポーネントを備える。この実施形態の場合、反応物ガスバルブ３１（ａ）および不活性ガスバルブ３０（ａ）が示されていて、反応物ガスバルブ３１（ｂ）〜（ｄ）および不活性ガスバルブ３０（ｂ）〜（ｄ）は示されていない。しかしながら、以下の説明は、反応物ガスバルブと関連の不活性ガスバルブとの他の３つのペア、３０（ｂ）と３１（ｂ）、３０（ｃ）と３１（ｃ）、３０（ｄ）と３１（ｄ）にも等しく当てはまる。
【００９８】
この好適な実施形態では、バルブ３１（ａ）、３０（ａ）は、例えば３１６ＳＳであるステンレス鋼製である。ステンレス鋼は、より強度の低い金属を凌いでバルブの耐久性を有利に向上させる。マニホールドアセンブリ１０の本体２７はアルミニウムまたはこれに類似する物質から製造され、高い熱伝導率をもたらす。有利には、アルミニウムは比較的軽い金属であり、ステンレス鋼に比べて拡大された熱的分布をもたらす。或いは、本体２７は３１６ステンレス鋼から製造されてもよい。当然ながら、本体２７には他の物質が使用されてもよい。
【００９９】
図６に示すように、マニホールドアセンブリ１０内の多くの内部通路はコンポーネント間で共用される。異なる部分における接続通路間のインタフェースは、従来的に、合せ面における窪みを使用してＯリングまたは他のシールデバイス９００（図９）を収容する。窪みおよび関連のシールは、インタフェースにデッドゾーンを形成する尤度を増大させる。マニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８と反応物／不活性ガスバルブとの間の流路沿いに存在する窪みまたは埋込みシール、Ｏリングおよび結果的に生じる任意のデッドゾーンの数は、少ない方が有利である。このようなデッドゾーンは、流路の完全なパージを妨げる間隙または空所をもたらすことになる。不完全にパージされた第１の反応物ガスは、不都合にもこの空所サイトで、または第１の反応物質が拡散できる流路に沿った１つの位置で第２の反応物ガスと反応する場合がある。
【０１００】
本体２７とバルブ３０、３１との間に位置づけられる中間インタフェースの数を減らすことにより、シールの数並びにデッドゾーンの形成しやすさは低減されることが発見されている。インタフェースの発生を余儀なくされる場合には、高度な加工技術を使用してインタフェースにおけるデッドゾーンの形成を最小限に抑えてもよい。これらの加工技術には、電子ビーム溶接、金属シール技術の使用、爆着等が含まれる。これらの技術のうちの１つまたはそれ以上は、マニホールドアセンブリ１０を製造するために使用されてもよい。
【０１０１】
この好適な実施形態では、本体２７とバルブ３１（ａ）、３０（ａ）との間に１つまたは複数の部材がはさまれる。図示されている実施形態では、アルミニウム製ベースプレート６０６およびステンレス鋼製キャップ６０８が本体２７をバルブ３０（ａ）、３１（ａ）へ接続する。さらに、ベースプレート６０６およびキャップ６０８は互いに接続される。好適には、ベースプレート６０６およびキャップ６０８は、本体２７へ接続される前に互いに接続される。特定の実施形態では、ベースプレート６０６およびキャップ６０８は、技術上周知の爆着技術を使用して互いに付着される。爆着は、ベースプレート６０６およびキャップ６０８の異種物質を融着させ、間にシールのないインタフェースをもたらす。
【０１０２】
好適には、ベースプレート６０６は、互いの付着を単純にするために本体２７と同じ物質から製造される。この例示的な実施形態では、双方がアルミニウムから製造される。ベースプレート６０６とキャップ６０８のアセンブリを本体２７へ付着する前に、本体２７内に内部不活性ガスチャネル６１０が機械加工される。ベースプレート６０６の表面は、内部不活性ガスチャネル６１０の外面を形成する。内部不活性ガスチャネル６１０の図示されている形状および大きさは単に例示的なものであり、異なる形状および大きさを有してもよい。さらに、内部不活性ガスチャネル６１０の位置も単に例示的なものであり、本体２７内部で図示されている位置から移動されてもよい。
【０１０３】
爆着されたベースプレート６０６とキャップ６０８は、本体２７の外面へ付着される。ベースプレート６０６を本体２７へ付着するためには、エネルギービーム溶接法が使用されてもよい。例えば、レーザビームまたは電子ビームを使用して、これらの物質を溶接する高度に集中されたビームまたはエネルギーをもたらしてもよい。特定の実施形態では、ベースプレート６０６は、電子ビームで本体２７に溶接される。
【０１０４】
次に、キャップ６０８へバルブが接続される。特定の実施形態では、金属シールを使用してバルブ３０、３１とキャップ６０８との間にシールが形成される。金属シールは、高分子Ｏリングとは対照的に、増大された耐化学性を有する。特定の実施形態では、バルブ３０、３１とキャップ６０８との間のインタフェースにＷ形の金属シールが使用される。金属シールはまた、高分子Ｏリングに比べて過剰に変形することなくより高い荷重に耐えるその能力によっても有利である。金属シールは、被覆されても、されなくてもよい。
【０１０５】
組み立てられると、不活性ガスは内部不活性ガスチャネル６１０からライン６４６を介して流れ、不活性ガスバルブ３０（ａ）に達する。有利には、本体２７とベースプレート６０６との間の結合は、別々のシールを持たない電子ビーム溶接である。ベースプレート６０６とキャップ６０８との間の結合は、別々のシールを持たない爆着である。バルブ３０（ａ）、３１（ａ）とキャップ６０８との間には取外し可能な金属シールが使用され、検査、クリーニングおよび保全に際してバルブ３０（ａ）、３１（ａ）を取り外すことができる。
【０１０６】
不活性ガスバルブ３０（ａ）の取出しポートは、ライン６４８を介して反応物ガスバルブ３１（ａ）と流体連通状態にある。ライン６４８は、好適には内部不活性ガスチャネル６１０のコンポーネント間で共用されず、ライン６４８の入口および出口以外にシールを必要としない。好適には、ライン６４６からの出口、ライン６４８への入口、ライン６４８からの出口、ライン６２２からの出口およびライン６２４への入口を密封するシールは金属である。有利には、金属シールの使用は従来の高分子シールを凌いでシール寿命を延ばし、かつその高い耐化学性によって汚染物質の除去を強化することができる。
【０１０７】
反応物ガスバルブ３１（ａ）は、ライン６４８と流体連通状態にある。反応物ガスＡがライン６２２からマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８へ到達することを許容または防止することに加えて、反応物ガスバルブ３１（ａ）はさらに、不活性ガスのライン６２４を介するマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８への流れを許容または防止するように構成される。したがって、反応物ガスバルブ３１（ａ）は、不活性ガスおよび反応物ガスＡがライン６２４へ進入することを許容または防止するように構成されてもよい。
【０１０８】
ある好適な実施形態では、反応物ガスバルブ３１（ａ）は３ポートバルブである。反応物ガスバルブ３１（ａ）の第１のポートはライン６２２と流体連通状態にあり、反応物ガスＡを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ａ）の第２のポートはライン６４８と流体連通状態にあり、不活性ガスを受け入れる。反応物ガスバルブ３１（ａ）の第３の、または出口ポートは、ライン６２４を介してマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８と流体連通状態にある。
【０１０９】
ベースプレート６０６とキャップ６０８との機械加工公差を制御することは、インタフェースの第１の側面上のラインの第１の部分を同じインタフェースの第２の側面上の同じラインの第２の部分に位置合わせすることを手助けすることができ、これにより、マニホールドアセンブリ１０内の再循環または空所が低減される。マニホールドアセンブリ１０のサブコンポーネントの合せ面上の表面仕上げおよび平坦度を制御することは、隣接するサブコンポーネントを密封する手助けをすることができる。特定の実施形態では、シール表面に１６から３２マイクロ仕上げ表面が保持される。
【０１１０】
制御システムは、１つまたは複数のバルブ３０、３１を制御して、１つまたはそれ以上のガスがマニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８に到達することを選択的に許容または防止する。有利には、マニホールドアセンブリ１０の実施形態は、マニホールドアセンブリ１０のコンポーネント間のインタフェースにおける従来型シールの必要性を減じる。従来型シールの数の低減は、デッドレッグまたはデッドゾーンが形成される機会を減じる。ＡＬＤオペレーションの場合、デッドレッグの低減は、反応スペースの上流における反応物質の相互作用を回避するために必要なパージの持続時間を短縮する。このような相互作用は、基板上の蒸着に汚染または非一様性をもたらす可能性もある。インタフェースの発生を余儀なくされる場合には、高度な加工技術を使用してデッドゾーンの形成を最小限に抑えてもよい。これらの加工技術には、電子ビーム溶接、金属シール技術の使用、爆着等が含まれる。マニホールドアセンブリ１０はさらに、離散的なヒータ１８０を使用して、マニホールドアセンブリ１０の中央の穴２８に進入する様々なガスの温度を個々に制御する。
【０１１１】
本発明を特定の好適な実施形態に関して説明したが、一般的な当業者に明らかな他の実施形態もまた本発明の範囲内にある。したがって、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更および修正が行われてもよい。例えば、様々なコンポーネントは、所望に応じて位置合わせを変更されてもよい。さらに、本発明の実施に際しては、必ずしも上述の特徴、態様および優位点の全てが必要ではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の一実施形態による原子層蒸着（ＡＬＤ）デバイスを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による装置に適用可能な中間分散要素の一例を示す概略図である。
【図３】一実施形態による薄膜形成ステップの一例を示す概略図である。
【図４】一実施形態によるＡＬＤ反応器へ結合されたマニホールドアセンブリを示すＡＬＤデバイスの断面図である。
【図５】図４に示すマニホールドアセンブリの斜視図である。
【図６】一実施形態による図５のマニホールドアセンブリを介するガス流路を示す概略図であり、各々が別々の反応物ガスバルブと流体連通状態にある４つの不活性ガスバルブを示す。
【図７】図５のマニホールドアセンブリの平面図である。
【図８】図７の線８−８に沿った断面図である。
【図９】図７の線９−９に沿った拡大断面図であり、反応物バルブ、不活性ガスバルブおよびマニホールド本体間の流路を示す。
【図１０】互いに結合されるアルミニウムとステンレス鋼等の異種物質のサブコンポーネントを有するマニホールドアセンブリの別の実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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