(57)【要約】  処理チャンバの処理領域へガス流を送出するための外側分配リングおよび外側分配リングを有するガス分配装置が記載される。外側分配リングは、複数のトレンチを形成する複数の開口と流体連結している少なくとも１つのプレナムを含み、ガスがプレナムから開口を通って外側分配リングの内周面を流れることを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部、底部、内径面を含む内径、および外径面を含む外径を有する円形本体と、
前記円形本体の前記頂部内に形成されたプレナムであって、幅を画定する外周面および内周面を有するプレナムと、
前記プレナムの前記内周面内に位置しており、前記プレナムを前記内径面に連結する複数のトレンチを形成する複数の開口であって、前記複数のトレンチが、前記内周面の周りに実質上等しく隔置される、複数の開口と
を備える、外側分配リング。
【請求項２】
前記プレナムが、約４００ｍＬ〜約６００ｍＬの範囲内の体積を有し、前記トレンチが、約４０ｍＬ〜約１８０ｍＬの範囲内の組み合わせた体積を有する、請求項１に記載の外側分配リング。
【請求項３】
前記プレナムの体積に対する前記トレンチの組み合わせた体積の比が、約１０％〜約３０％の範囲内である、請求項１または２に記載の外側分配リング。
【請求項４】
複数の開孔を通って前記プレナムと流体連結している第２のプレナムをさらに備える、請求項１または２に記載の外側分配リング。
【請求項５】
前記内径面は、前記複数のトレンチから前記内径面を流れるガスが、前記本体の軸と実質上同心円状に流れるような形状である、請求項１または２に記載の外側分配リング。
【請求項６】
前記プレナムと流体連結しているガス入り口をさらに備える、請求項１または２に記載の外側分配リング。
【請求項７】
前記ガス入り口が、前記本体の前記頂部を通って前記プレナムに連結される、請求項６に記載の外側分配リング。
【請求項８】
前記ガス入り口が、前記本体の前記外径面を通って前記プレナムに連結される、請求項７に記載の外側分配リング。
【請求項９】
ガス分配装置であって、
外周端面、前面、および後面を有するガス分配板であって、ガス分配板の前記後面内に少なくとも１つの送出チャネルが凹んでおり、前記送出チャネルが、入り口端、出口端、および長さを有し、前記送出チャネルが、前記ガス分配板を通って前記ガス分配板の前記前面へ延びる前記長さに沿って隔置された複数の開孔を含む、ガス分配板と、
前記ガス分配板の前記外周端面の周りに位置する外側分配リングとを備え、前記外側分配リングは、
頂部、底部、内径面を含む内径、および外径面を含む外径を有する円形本体であって、前記外側分配リングが、前記ガス分配板の前記外周端面と前記外側分配リングの前記内径面との間に間隙が生じるように位置決めされる、円形本体と、
前記円形本体の前記頂部内に形成されたプレナムであって、幅を画定する外周面および内周面を有するプレナムと、
前記プレナムと流体連結している少なくとも１つのガス入り口と、
前記プレナムの前記内周面内に位置しており、前記プレナムを前記内径面と前記ガス分配板の前記外周端面との間の前記間隙に連結する複数のトレンチを形成する複数の開口であって、前記複数のトレンチが、前記内周面の周りに実質上等しく隔置される、複数の開口とを備える、
ガス分配装置。
【請求項１０】
前記プレナムが、約４００ｍＬ〜約６００ｍＬの範囲内の体積を有し、前記トレンチが、約４０ｍＬ〜約１８０ｍＬの範囲内の組み合わせた体積を有する、請求項９に記載のガス分配装置。
【請求項１１】
前記プレナムの体積に対する前記トレンチの組み合わせた体積の比が、約１０％〜約３０％の範囲内である、請求項９または１０に記載のガス分配装置。
【請求項１２】
複数の開孔を通って前記プレナムと流体連結している第２のプレナムをさらに備える、請求項９または１０に記載のガス分配装置。
【請求項１３】
前記外側分配リングの前記内径面と前記ガス分配板の前記外周端面との間の前記間隙は、前記本体の軸と実質上同心円状の方向に、前記複数のトレンチから前記内径面を通って流れ前記ガス分配装置の前面から出るようにガスを誘導するような形状である、請求項９または１０に記載のガス分配装置。
【請求項１４】
２つのガス入り口と流体連結しているガスラインをさらに備えており、前記ガスラインは、接合に連結されて前記接合と流体連結している第１のガスライン区間を備え、前記接合は、前記第１のガスライン区間を２つの第２のガスライン区間に分割し、前記第２のガスライン区間はそれぞれ、実質上同じ伝導力を有する、請求項９または１０に記載のガス分配装置。
【請求項１５】
前記ガス分配装置を通過する補助ガスラインと流体連結している補助ガス入り口をさらに備える、請求項９または１０に記載のガス分配装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、処理チャンバ内へガスを流す装置および方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、原子層堆積チャンバまたは化学気相堆積チャンバなどの処理チャンバへガスの流れを誘導する線形流装置を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理、フラットパネルディスプレイの処理、または他の電子デバイスの処理の分野では、基板上に材料を堆積させる際に、蒸気堆積処理が重要な役割を担ってきた。電子デバイスの形状寸法が減少し続け、デバイスの密度が増大し続けるにつれて、特徴のサイズおよびアスペクト比は、たとえば０．０７μｍの特徴サイズおよび１０以上のアスペクト比など、より積極的なものになっている。したがって、これらのデバイスを形成するために材料を共形に堆積させることがますます重要になっている。
原子層堆積（ＡＬＤ）処理中、基板を収容している処理チャンバ内へ反応ガスが導入される。概して、基板の一領域が第１の反応物質に接触し、第１の反応物質は基板表面上へ吸着される。次いで、基板は第２の反応物質に接触し、第２の反応物質は第１の反応物質と反応して堆積材料を形成する。これらの反応が基板表面上でのみ生じることを確実にするために、各反応ガスの送出間にパージガスを導入することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかの処理では、様々な理由で複数のガスを使用する。たとえば、ＣＶＤ処理では、処理チャンバの処理領域内で２つの反応性ガスを混合しながら、希釈剤または触媒として第３のガスを加えることができる。加えて、いくつかの処理では、堆積した膜の処理または処理チャンバの洗浄のための後処理に、追加のガスを組み込むことができる。したがって、当技術分野では、処理チャンバへの別個のガスの均一な供給を提供することができる改善されたガス分配装置が引き続き必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の１つまたは複数の実施形態は、頂部、底部、内径面を含む内径、および外径面を含む外径を有する円形本体を備えるエッジリングを対象とする。円形本体の頂部内に、プレナムが形成される。プレナムは、幅を画定する外周面および内周面を有する。プレナムの内周面内には、複数の開口が位置する。複数の開口は、プレナムを内径面に連結する複数のトレンチを形成する。複数のトレンチは、内周面の周りに実質上等しく隔置される。
本開示の追加の実施形態は、ガス分配板およびエッジリングを備えるガス分配装置を対象とする。ガス分配板は、外周端面、前面、および後面を有し、ガス分配板の後面内には、少なくとも１つの送出チャネルが凹んでいる。送出チャネルは、入り口端、出口端、および長さを有する。送出チャネルは、ガス分配板を通ってガス分配板の前面へ延びる長さに沿って隔置された複数の開孔を含む。エッジリングは、ガス分配板の外周端面の周りに位置する。エッジリングは、頂部、底部、内径面を含む内径、および外径面を含む外径を有する円形本体を備える。エッジリングは、ガス分配板の外周端面とエッジリングの内径面との間に間隙が生じるように位置決めされる。円形本体の頂部内に、プレナムが形成される。プレナムは、幅を画定する外周面および内周面を有する。少なくとも１つのガス入り口が、プレナムと流体連結している。プレナムの内周面内には、複数の開口が位置しており、プレナムを内径面とガス分配板の外周端面との間の間隙に連結する複数のトレンチを形成する。複数のトレンチは、内周面の周りに実質上等しく隔置される。
本開示のさらなる実施形態は、基板支持体、ガス分配装置、およびエッジリングを備える処理チャンバを対象とする。基板支持体は、頂面を有し、頂面の上に処理領域が位置する。ガス分配装置は、外周端面、処理領域の頂部を画定する前面、および後面を有するガス分配板を備えており、ガス分配板の後面内には、少なくとも１つの送出チャネルが凹んでいる。送出チャネルは、入り口端、出口端、および長さを有する。送出チャネルは、ガス分配板を通ってガス分配板の前面へ延びる長さに沿って隔置された複数の開孔を含む。エッジリングは、ガス分配板の外周端面の周りに位置する。エッジリングは、頂部、底部、内径面を含む内径、および外径面を含む外径を有する円形本体を備える。エッジリングは、ガス分配板の外周端面とエッジリングの内径面との間に間隙が生じるように位置決めされる。円形本体の頂部内に、プレナムが形成される。プレナムは、幅を画定する外周面および内周面を有する。少なくとも１つのガス入り口が、プレナムと流体連結している。プレナムの内周面内に位置する複数の開口が、プレナムを内径面とガス分配板の外周端面との間の間隙に連結する複数のトレンチを形成する。複数のトレンチは、内周面の周りに実質上等しく隔置される。エッジリングの内径面とガス分配板の外周端面との間の間隙は、処理領域の外端面領域に入る本体の軸と実質上同心円状の方向に、複数のトレンチから内径面を通って流れガス分配装置の前面から出るようにガスを誘導するような形状である。補助ガス入り口が、補助ガスを処理領域内へ流すように、ガス分配装置を通過する補助ガスラインと流体連結している。閉じ込めリングが、処理領域の外端面を画定しており、ガスの流れが処理領域から排気へ進むことを可能にする複数の開口を備える。
【０００５】
本開示の上記の特徴を獲得し、詳細に理解することができるように、添付の図面に示されている本開示の実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本開示についてのより具体的な説明を得ることができる。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容することができるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本開示の範囲を限定すると解釈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】
【０００６】
【図１】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の図である。
【図２】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の図である。
【図３】本開示の１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数のガス分配装置を含む処理チャンバの図である。
【図４】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の上面図である。
【図５】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の斜視横断面図である。
【図６】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の斜視図である。
【図７】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の底面図である。
【図８Ａ】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の部分横断面図である。
【図８Ｂ−８Ｇ】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス送出チャネルおよび開孔の部分横断面図である。
【図８Ｈ−８Ｉ】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス送出チャネル内の開孔間の間隔の例を示す図である。
【図８Ｊ】本開示の１つまたは複数の実施形態による変動する開孔径を有するガス送出チャネルの一例を示す図である。
【図９】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の上面図である。
【図１０Ａ】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の部分横断面図である。
【図１０Ｂ−１０Ｃ】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス送出チャネルおよび開孔の部分横断面図である。
【図１１】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の分解部分横断面図である。
【図１２】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の斜視横断面図である。
【図１３】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の斜視図である。
【図１４】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の底面図である。
【図１５】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の斜視図である。
【図１６Ａ】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の部分横断面図である。
【図１６Ｂ】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の部分横断面図である。
【図１７】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置を示す図である。
【図１８】本開示の１つまたは複数の実施形態による処理チャンバの横断面図である。
【図１９】本開示の１つまたは複数の実施形態による処理チャンバの部分図である。
【図２０】本開示の１つまたは複数の実施形態によるエッジリングの部分斜視図である。
【図２１】本開示の１つまたは複数の実施形態によるエッジリングの部分斜視図である。
【図２２】本開示の１つまたは複数の実施形態によるエッジリングの横断面図である。
【図２３】本開示の１つまたは複数の実施形態によるエッジリングの横断面図である。
【図２４】本開示の１つまたは複数の実施形態によるエッジリングの横断面図である。
【図２５】本開示の１つまたは複数の実施形態によるエッジリングの部分斜視図である。
【図２６】本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配装置の斜視図である。
【図２７】本開示の１つまたは複数の実施形態によるエッジリングの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示の実施形態は、化学気相堆積型の処理で使用するためのガス分配装置を対象とする。本開示の１つまたは複数の実施形態は、記載のガス分配装置を組み込む原子層堆積処理および装置（周期的堆積とも呼ばれる）を対象とする。記載のガス分配装置は、シャワーヘッドまたはガス分配板と呼ぶことができるが、この装置は、シャワーヘッドまたは板のような形状である必要はないことが、当業者には認識されよう。「シャワーヘッド」および「板」という用語は、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。
【０００８】
本開示の第１の実施形態は、単一の螺旋形ガス送出チャネルを有する装置を対象とする。すべてのガスは、順次同じチャネルを通って流れる。外周とも呼ばれる螺旋の半径方向外端面上に入り口が位置しており、この入り口をガス源に取り付けることができる。螺旋の内端には、真空アタッチメントが連結される。入り口および出口を逆にすることもでき、ガス源を螺旋の内側に連結し、出口バルブを螺旋の外端に配置することができる。第１の実施形態は、表１に示すシーケンスとともに使用することができる。
【０００９】
【表１】
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第２の実施形態は、絡み合った２つの螺旋形チャネルを有する。各チャネルは、螺旋の半径方向外端上のガス入り口と、各螺旋の半径方向内端上の出口バルブとを有する。入り口および出口を逆にしたり一緒にしたりすることもできる。異なる前駆体には、異なるチャネルを使用することができる。
【００１０】
第３の組の実施形態では、チャネルは線形のガスラインである。線形ガスラインは、線形だけではなく、任意の適した形状をとることができる。異なる前駆体に対して複数の線形ガスラインが存在することができる。いくつかの実施形態は、一連のすべてのガスに対する複数の平行な経路を有し、ガスチャネルの伝導力は実質上同じである。
１つまたは複数の実施形態では、個々のチャネルにおいて、出口端の真空圧を調節することまたは変化させることによって、チャネルおよび開孔を通るガスの伝導力が制御される。真空圧を変化させることで、従来のガス分配装置では実現することができない固有の流動力学が得られる。いくつかの実施形態では、各チャネルの長さに沿って、チャネルの長さに沿って隔置された開孔を通って、より均一のガス流が提供される。１つまたは複数の実施形態によってガス流が均一であるということは、チャネルを通るガスの流れまたはポンピングを妨げるデッドスペースが実質上存在しないことを意味する。チャネルの一端にバルブが位置し、チャネルの他端にバルブが位置するか否かにかかわらず、真空を提供することで、前駆体ガスまたは反応ガスなどの異なるタイプのガス間で急速な切り替えが可能になる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、ガス送出チャネルの端部に真空が存在することで、チャネル内からのガスの急速なパージが可能になる。ガス送出チャネルの入り口にパージガス源を連結することができ、パージガス源は、チャネルの出口の真空と協調して、反応性ガスをチャネルからさらに急速に除去するように働くことができる。加えて、チャネルの端部だけではなく、ガス送出チャネルの長さに沿って複数の真空ポートを隔置することもできる。
本開示の実施形態は、ガス送出チャネルに沿って隔置された孔を通るガスの伝導力を増大させることが可能である。いかなる特定の動作理論にも制限されるものではないが、チャネルの出口端または中間で真空圧を制御することで、従来のシャワーヘッドまたはガス分配板に対して流動力学が変化すると考えられる。
図１および図２を参照すると、１つまたは複数の実施形態は、処理チャンバ（図示せず）へガスを送出するためのガス分配装置１００を対象とする。ガス分配装置１００は、入り口端１０４および出口端１０６を有する送出チャネル１０２を備える。送出チャネル１０２は、送出チャネル１０２の長さに沿って隔置された複数の開孔１０８を有する。送出チャネル１０２の入り口端１０４には入り口１１０が連結され、入り口１１０は入り口端１０４と流体連結している。送出チャネル１０２の出口端１０６には出口１１２が連結され、出口１１２は出口端１０６と流体連結している。入り口１１０は、ガス源に連結するように適合されており、送出チャネル１０２内（もしくは外）へのガスの流れを制御することまたはガスの流れを完全に遮断することが可能な入り口バルブ１１４を含むことができる。出口１１２は、真空源に連結するように適合されており、送出チャネル１０２内（もしくは外）へのガスの流れを制御することまたはガスの流れを完全に遮断することが可能な出口バルブ１１６を含むことができる。出口１１２は、真空源（図示せず）に連結可能であり、したがって、出口１１２で減圧を提供するように、出口バルブ１１６によって出口１１２を通る真空圧を制御することができる。
【００１２】
コントローラ１５０が、送出チャネル１０２を通って処理チャンバに入るガスの流れを調節する。コントローラ１５０は、ガス送出およびガスパージ中に、出口バルブを開閉する（または完全開放と完全閉鎖との間の任意の点にする）ことによって、これを行う。これにより、チャネルの長さに沿って隔置された開孔（たとえば、図４参照）を通るガスの流れが制御される。
送出チャネル１０２の横断面形状は、送出チャネルを通って流れるガスが流れに対して最小の抵抗を受けるように制御することができる。いくつかの実施形態では、送出チャネル１０２は、円形または楕円形の横断面形状を有する。１つまたは複数の実施形態では、送出チャネル１０２は、曲げ、折り返し、捩じれなどによりデッドスペースが実質上存在しないようにするのに十分な横断面形状を有する。
【００１３】
送出チャネル１０２の全体的な形状（横断面形状とは異なる）は、所望される場合、修正することができる。たとえば、送出チャネル１０２は、特有の区域内に嵌るまたは基板の形状に整合するような形状とすることができる。送出チャネル１０２は、たとえば、まっすぐ、円形、正方形、楕円形、方形、または細長い形とすることができる。加えて、送出チャネルの全体的な形状は、互いに平行、直交、または同心円状であるユニットを繰り返すことから構成することができる。１つまたは複数の実施形態では、送出チャネルは、ガス流またはパージを妨げるようなデッドスペースが実質上存在しない全体的な形状を有する。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「デッドスペースが実質上存在しない」という用語は、デッドスペースによって妨げられるガスの流れまたはパージが約１０％未満または約５％未満であることを意味する。
いくつかの実施形態では、送出チャネル１０２は、実質上平面の構成を有する管状の螺旋である。この特定の形状が、図１および図２に示す実施形態によって例示されている。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「実質上平面の構成」という用語は、送出チャネル１０２内の複数の開孔１０８がほとんど同じ平面内に位置することを意味する。図１および図２に示す実施形態は、入り口端および出口端、ならびに送出チャネルのうち入り口端および出口端付近の部分が複数の開孔と同一平面上にない場合でも、開孔が同一平面上に位置しているため、実質上平面の構成を有する。
【００１４】
送出チャネル１０２は、プラズマ処理に使用することができる。たとえば、チャンバ内にプラズマを着火するために、送出チャネル１０２を処理チャンバの別の部分に対して分極することができる。送出チャネル１０２をチャンバの一部分に対してバイアスすることができ、またはチャンバの一部分を送出チャネル１０２に対してバイアスすることができる。たとえば、送出チャネル１０２をペデスタルに対して分極することができ、またはペデスタルを送出チャネルに対して分極することができる。同様に、プラズマの周波数を調節することができる。１つまたは複数の実施形態では、プラズマは、約１３．５６ＭＨｚの周波数である。いくつかの実施形態では、プラズマは、約４０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、９０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１１０ＭＨｚ、または１２０ＭＨｚの周波数である。
送出チャネル、シャワーヘッド、またはガス分配装置には、任意の適した材料を使用することができる。適した材料には、それだけに限定されるものではないが、ステンレス鋼および不活性材料が含まれる。いくつかの実施形態では、送出チャネル、シャワーヘッド、またはガス分配板は、ステンレス鋼から作られる。
【００１５】
図３は、１つまたは複数の実施形態による処理チャンバの一部分の横断面図を示す。基板支持体３０２とガス分配板３０６との間に、ガス分配装置１００が配置される。基板支持体３０２は、基板３０４を支持することが示されている。基板支持体３０２は、静止式もしくは回転式とすることができ、または処理の一部では静止し、処理の一部では回転することができる。回転式の基板支持体３０２は、処理チャンバ全体にわたって生じ得るガス流量パターンの違いを最小にすることによって、より均一な基板の処理を可能にすることができる。いくつかの実施形態の基板支持体３０２は、ヒータまたは加熱機構を含む。ヒータは、抵抗加熱器を含む任意の適したタイプのヒータとすることができる。
ガス分配装置１００は、実質上平面の構成を有する管状の螺旋として示されている。基板３０４は、ガス分配板３０６およびガス分配装置１００のいずれかまたは両方によって処理することができる。ガス分配装置１００は、ガス分配板３０６から流れるガスに実質上干渉しないような形状とすることができる。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「実質上干渉しない」という用語は、ガス分配装置１００がガス分配板から流れるガスの約３０％を超えて干渉しないことを意味する。たとえば、ガス分配板３０６の前面３０８は、複数の開孔３１０を有し、開孔３１０を通ってガスが流れる。ガス分配装置１００は、開孔３１０を塞がないような形状とすることができる。
図３の送出チャネルのように位置決めされた送出チャネルもまた、プラズマ処理に使用することができる。装置１００をチャンバの一部分に対して分極することができ、またはチャンバの一部分を装置１００に対して分極することができる。たとえば、送出チャネル装置１００を基板支持体３０２に対して分極することができ、または基板支持体３０２を装置１００に対して分極することができる。いくつかの実施形態では、装置１００は、ガス分配板３０６に対して分極される。１つまたは複数の実施形態では、ガス分配板３０６は、基板支持体３０２に対して分極され、装置１００から流れるガスがプラズマを形成する。同様に、プラズマの周波数を調節することができる。１つまたは複数の実施形態では、プラズマは、約１３．５６ＭＨｚの周波数である。いくつかの実施形態では、プラズマは、約４０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、９０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１１０ＭＨｚ、または１２０ＭＨｚの周波数である。
【００１６】
図４〜図７は、送出チャネル４０２がガス分配板４０３の後面４０１内の凹状チャネルであるガス分配装置４００の別の実施形態を示す。図示の実施形態は、ガス分配板４０３の後面４０１内に凹んだ大きい内側部分を有し、送出チャネル４０２はさらに凹んでいる。これにより、送出チャネル４０２を密閉するように後面４０１内の凹状区域内に配置することができる後部カバー４０７を追加することが可能になる。後部カバー４０７は、特定の実施形態の凹状後面４０１内へ挿入されると、ガス分配板の実質上同一平面の後面をもたらす。後部カバー４０７は、ガス分配板４０３の後面４０１の凹状区域内に嵌る必要はなく、ガス分配板４０３の後面４０１上に直接位置することもできることが、当業者には理解されよう。この種の実施形態では、送出チャネルがさらに凹んでいる大きい凹状区域は存在しない。代わりに、送出チャネルは、ガス分配板４０３の後面４０１内へ直接凹んでいる。
【００１７】
後部カバー４０７は、入り口管および出口管を通過して送出チャネル４０２と流体連結することを可能にする開口を有することができる。これは、図５および図６に見ることができる。入り口管および出口管は、後部カバー４０７の一体部分とすることができ、または流体の漏れを防止もしくは最小化するように後部カバー４０７に連結された別個の部品とすることができる。複数の開孔４０８が、ガス分配板４０３を通ってガス分配板４０３の前面４０５へ延びる。これらの開孔は、図４、図５、および図７に見ることができる。複数の開孔４０８は、送出チャネルの長さに沿って均一に隔置することができ、またはチャネルの長さに沿って変動する間隔を有することができる。可変の間隔は、送出チャネルに沿った複数の点で送出チャネルからのより均一のガス流を生じさせるのに役立つことができる。たとえば、細密な形状を有するガス送出チャネル内では、長さに沿って開孔の間隔を変動させることができる。
【００１８】
図４〜図７に示す実施形態では、ガス分配板４０３は円形であり、送出チャネル４０２は螺旋の形状を形成する。入り口端４０４は、ガス分配板４０３の外周領域４２０内で螺旋の外側に示されており、出口端４０６は、ガス分配板４０３の中心領域４２２内で螺旋の中心に示されている。入り口端４０４および出口端４０６を逆にすることもでき、入り口端４０４が螺旋の中心に位置し、出口端４０６が螺旋の外側に位置することができることが、当業者には理解されよう。いくつかの実施形態では、入り口端４０４および出口端４０６の一方が、ガス分配板４０３の外周領域４２０内に位置決めされ、入り口端４０４および出口端４０６の他方が、ガス分配板４０３の中心領域４２２内に位置決めされる。１つまたは複数の実施形態では、入り口端４０４が、ガス分配板４０３の外周領域４２０に位置決めされ、出口端４０６が、ガス分配板４０３の中心領域４２２に位置決めされる。特定の実施形態では、出口端４０６が、ガス分配板４０３の外周領域４２０に位置決めされ、入り口端４０４が、ガス分配板４０３の中心領域４２２に位置決めされる。
【００１９】
図５および図６で、入り口端４０４および出口端４０６は、ガス分配板４０３の後部カバー４０７から延びる小さい管として示されている。これらの管は、入り口バルブ４１４を通って入り口４１０と後部カバー４０７との間に延びる。別の管は、出口バルブ４１６を通って出口４１２と後部カバー４０７との間に延びることができる。これらの管は、当業者に知られている任意の適した連結によって後部カバー４０７に連結することができ、管を通って送出チャネル４０２内へ流れる流体の漏れを防止するように密閉することができる。適した密閉デバイスには、それだけに限定されるものではないが、フランジ４２４と後部カバー４０７との間に位置決めされたＯリングが含まれる。フランジ４２４は、管と一体形成することができ、または後部カバーに管を保持する別個の部品とすることができる。フランジ４２４は、それだけに限定されるものではないがねじを含む任意の適した機械的連結によって、後部カバー４０７に連結することができる。
【００２０】
図８Ａは、本開示の１つまたは複数の実施形態によるガス分配板４０３内の送出チャネル４０２の一部分および開孔４０８の横断面図を示す。図８Ａに記載する送出チャネルおよび開孔は単なる例示であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことが、当業者には理解されよう。送出チャネル４０２からガス分配板４０３を通る流れを生じさせる他のやり方もあることが、当業者には理解されよう。図８Ａに示す送出チャネル４０２は、２つの部分、すなわち上部８３２および下部８３０を有する。これらの部分は別個の区域として示されているが、上部８３２と円形の下部８３０との間に継ぎ目のない遷移が存在することができることが理解されよう。
加えて、上部８３２は任意選択であり、送出チャネル４０２内に含まれる必要はないことが理解されよう。上部８３２がないときには、下部８３０が唯一の部分になる。したがって、送出チャネルは、任意の適した形状を有することができる。いくつかの実施形態では、送出チャネルの形状は、チャネルを通るガスの流れに実質上干渉しないようになっている。
上部８３２は、任意の適した形状を有することができる。図８Ａに示す実施形態では、上部８３２は、ガス分配板４０３の後面４０１の表面に対して法線方向に延びる壁を有する。しかし、上部８３２は、後面４０１に対して直角から傾斜した壁を有することもできることが理解されよう。傾斜は、ガス分配板４０３の後面４０１でより大きい開口を提供し、より小さい開口へとテーパすることができる。加えて、傾斜は、後面４０１でより小さい開口を提供し、より大きい開口からテーパすることができる。上部８３２の長さは、必要に応じて修正することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、上部は、ガス分配板４０３の後面４０１に実質上直交している面を有し、後面４０１の表面の下に約０．０１インチ〜約０．３インチの範囲内の長さＬだけ延びる。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「実質上直交」という用語は、上部の壁が、ガス分配板の後面に対して約８５度〜約９５度の範囲内の角度を有することを意味する。いくつかの実施形態では、上部は、後面の表面の下に、約０．０２インチ〜約０．２インチの範囲内、または約０．０５インチ〜約０．１５インチの範囲内、または約０．０８インチ〜約０．１２インチの範囲内の長さＬまで延びる。１つまたは複数の実施形態では、上部は、後面の表面の下に約０．１インチの長さまで延びる。
円形の下部８３０は、それだけに限定されるものではないが半円形および半長円形を含む任意の適した横断面を有することができる。円形の下部の直径とも呼ばれる円形の下部の幅は、必要に応じて修正することができる。上部の幅も、必要に応じて修正することができる。送出チャネルの直径は、概して、螺旋内のループの数に影響を与えることができる。いくつかの実施形態では、図８Ａに示すように、上部の幅は下部の直径にほぼ等しい。様々な実施形態の送出チャネルは、約０．３インチ〜約０．４５インチの範囲内、または約０．３２５インチ〜約０．４２５インチの範囲内、または約０．３５インチ〜約０．４０インチの範囲内の直径を有する。１つまたは複数の実施形態では、送出チャネルは、約０．３７５インチの直径を有する。
【００２２】
開孔４０８の特有の形状は、開孔を通るガスの所望の流れに応じて変動することができる。図８Ａの実施形態では、開孔４０８は、３つの異なる区分、すなわち第１の区分８３４、第２の区分８３６、および第３の区分８３８を有する。この場合も、区分の数および区分の形状は、一実施形態の単なる例示であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。第１の区分８３４は、送出チャネル４０２の円形の下部８３０からガス分配板４０３の前面４０５の方へ延びる。第１の区分８３４は、第１の直径Ｄ１を有する。第２の区分８３６は、第１の区分８３４から前面４０５の方へ延び、第１の直径Ｄ１から第２の直径Ｄ２へとテーパする直径を有しており、第２の直径Ｄ２は概して第１の直径より小さい。第３の区分８３８は、第２の区分８３６の端部から延び、ガス分配板４０３の前面４０５で終わる。第３の区分８３８および前面４０５の交差部には、孔８４０が形成される。送出チャネル４０２を通って流れるガスは、この孔８４０を通ってガス分配板４０３から出て処理チャンバに入る。孔８４０は、第２の直径Ｄ２とほぼ同じ直径を有する。様々な実施形態では、孔８４０の直径は、約０．０１インチ〜約０．２５インチの範囲内、または約０．０２インチ〜約０．２インチの範囲内、または約０．０３インチ〜約０．１５インチの範囲内、または約０．０４インチ〜約０．１インチの範囲内である。いくつかの実施形態では、孔８４０は、約０．１インチ未満、または約０．０８インチ未満、または約０．０６インチ未満、または約０．０４インチ未満、または約０．０２インチ未満、または約０．０１インチ未満の直径を有する。
【００２３】
送出チャネルは、ガス分配板の外周端面から中心領域へまたはその逆も同様に螺旋状であるため、単一のチャネルとすることができる場合でも、横断面において外見上複数の隣接チャネルを観察することができる。図５は、この外見上複数のチャネルを示す。これらのチャネル、または螺旋のループ間の分離は、距離をあけて分離される。いくつかの実施形態では、中心から測定されるチャネル間または単一のチャネルのループ間の距離は、約０．３７５インチ〜約０．４７５インチの範囲内、または約０．４０インチ〜約０．４５インチの範囲内、または約０．４１インチ〜約０．４３インチの範囲内である。１つまたは複数の実施形態では、隣接チャネルの中心間の平均距離は、約０．４２インチである。
図４〜図７に示すガスチャネルの長さは、それだけに限定されるものではないがチャネルの直径および隣接チャネル間の距離を含む複数の要因に応じて変動することができる。様々な実施形態では、送出チャネルは、約１４０インチ〜約３４０インチの範囲内、または約１８０インチ〜約３００インチの範囲内、または約２００インチ〜約２８０インチの範囲内、または約２２０インチ〜約２６０インチの範囲内の長さを有する。１つまたは複数の実施形態では、送出チャネルは、約２４０インチの長さを有する。
【００２４】
開孔の数もまた、それだけに限定されるものではないが送出チャネルの長さおよび開孔の間隔を含む様々な要因に依存する。単一の螺旋形チャネルを有するいくつかの実施形態では、約３００個〜９００個の範囲内の開孔、または約４００個〜約８００個の範囲内の開孔、または約５００個〜約７００個の範囲内の開孔が存在する。様々な実施形態では、チャネルの長さに沿って、約３００個、４００個、５００個、６００個、７００個、または８００個より多くの開孔が存在する。１つまたは複数の実施形態では、送出チャネルの長さに沿って、約６００個の開孔が存在する。
いくつかの実施形態では、複数の開孔４０８はそれぞれ、独立した孔径およびガス分配板の前面４０５に対する送出角度を有する。複数の開孔４０３は、（１）送出チャネルの長さに沿って可変の間隔、（２）送出チャネルの長さに沿って可変の孔径、および（３）チャネルの長さに沿って可変の送出角度のうちの１つまたは複数を有することができる。
いくつかの実施形態では、開孔間の間隔は、チャネルの任意の特定の領域における予期されるガス圧力に応じて変動する。たとえば、チャネルの長さにわたるガス圧力は、たとえば、ガスがチャネルから流れ出ることを可能にする開孔の存在によって変化する。この圧力の変動性を抑制するために、開孔の密度を増大または減少させることができる。チャネルの領域は、チャネル長さ全体から開孔の直径より小さい長さまで、任意の長さとすることができる。たとえば、チャネル長さの最初の２分の１は、第１の量だけ隔置された開孔を有することができ、次の４分の１は、互いにより近接して隔置された開孔を有することができ（すなわち、開孔の密度がより大きい）、最後の４分の１は、さらに大きい密度とすることができる。いくつかの実施形態では、複数の開孔の間隔は、送出チャネルの長さに沿って入り口端から出口端へと減少していく。減少していく空間は、各チャネル間またはチャネルのブロック間とすることができる。
【００２５】
たとえば、図８Ｈは、３つの区分を有する線形チャネルを示す。左から右へ流れるガスは、チャネル長さの１／２を占める第１の区分を通過し、次いでそれぞれチャネルの長さの約１／４を占める次の２つの区分のそれぞれを通過するはずである。第１の区分内の開孔８０８の間隔は、第２の区分内の間隔より大きく、第２の区分内の間隔は、最後の区分内の間隔より大きい。ここでは、開孔の密度は、ブロックまたは区分ごとに変化する。第１の区分は、開孔の最も小さい密度（すなわち、開孔間の最も大きい間隔）を有する。第１の区分内の各開孔間の間隔は同じである。第２の区分内の各開孔間の間隔は、第１の区分より小さい。第２の区分内の各開孔間の間隔は同じである。第３の区分内の各開孔間の間隔は最も小さく、これら各開孔間の間隔は同じである。
【００２６】
図８Ｉは、開孔８０８間の空間が徐々に減少している螺旋形ガス送出チャネル８０２の一例を示す。ここでは、開孔間の間隔は、入り口端で最も大きく、螺旋の中心に向かって、間隔が減少している。この場合、螺旋の中心は出口端である。また、螺旋の中心付近では、開孔がチャネルの長さに沿って互いに近接して隔置されているだけでなく、螺旋の幅にわたって互いに近接して隔置されており、その結果、最初は入り口端から任意の特定の距離では開孔が１つずつ位置しているが、入り口端から任意の特定の距離では複数の開孔が位置していることを見ることができる。
いくつかの実施形態では、個々の開孔の直径は、チャネルの長さに沿って変化することができる。送出チャネル内のガス圧力がチャネルの長さに沿って減少するにつれて、開孔の直径は増大することができる。図８Ｊは、ガスが左から右へ流れるガス送出チャネル８０２の一例を示す。開孔８０８の直径は、チャネルの長さに沿って徐々に増大し、直径は出口端で最も大きくなる。徐々に増大する孔径が示されているが、これらの孔径は、上述した間隔と同様に、ブロックまたは区間ごとに変化することもできる。
【００２７】
これらの開孔は、任意の数の可能な横断面を有することができる。図８Ａ〜図８Ｇは、複数の可能な横断面を示す。これらの開孔は、チャネルから前面に至る単一のまっすぐな線とすることができ、または複数の区分を有することができる。区分および形状の数は、開孔を通ってガス送出チャネルから出るガスの噴霧パターンに影響を与えることができる。いくつかの実施形態では、これらの開孔は、第１の直径を有する第１の区分８３４と、第１の直径とは異なる第２の直径を有する第２の区分８３６とを備える。図８Ｂは、第１の区分８３４がガス送出チャネルに隣接して前面４０５の方へ延びている開孔８０８を示す。第２の区分８３６は、変化する直径を有しており、この直径は、第１の区分８３４に最も近い端部から前面４０５の方へ増大している。別の言い方をすれば、第２の直径は、第１の直径から第２の直径へ遷移する。第３の区分８３８が、第２の区分８３６を前面４０５に連結する。第３の区分８３８の直径は、第２の直径である。
図８Ａおよび図８Ｂを比較して示すように、第１の直径は、第２の直径より大きくまたは小さくすることができる。図８Ａでは、第１の直径は第２の直径より大きく、図８Ｂでは、逆になっている。
図８Ｃおよび図８Ｄは、第４の区分８３９を含む開孔の実施形態を示す。図８Ｃで、第１の区分８３４は、第１の直径を有し、第２の区分８３６は、第１の直径から第２の直径へ遷移し、第３の区分は、第２の区分８３６から前面４０５の方へ延びる。第４の区分８３９は、第３の区分８３８から前面４０５へ延び、変動するサイズの直径を有する。第４の区分８３９の直径は、第２の直径から前面４０５において第３の直径に増大しており、したがって孔８４０は、第２の直径より大きい。第３の直径は、第１の直径と同じまたは異なるものとすることができるが、第２の直径とは異なる。図８Ｄは、第１の直径および第２の直径が逆になった類似の状況を示す。孔８４０のサイズおよび第４の区分８３９の角度は、変動することができ、ガス噴霧パターンに影響することができる。図８Ｅは、２つの区分が存在する別の実施形態を示す。第１の区分８３４は、ガス送出チャネルから延び、第１の直径を有する。第２の区分８３６は、第１の区分８３４から前面４０５へ延び、第１の直径から開始して第２の直径へ徐々に遷移する直径を有する。図示の第２の直径は第１の直径より大きいが、第１の直径より小さくすることもできる。図示の実施形態は、単なる例示であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。
【００２８】
ガス送出チャネル４０２の幅Ｗおよびガス送出チャネルの幅Ｗにわたる開孔４０８のパターン／数もまた、変動することができる。図８Ｆは、２つのチャネルが隣接しているガス分配板の一部分の横断面図を示す。左のチャネルは、右のチャネルよりはるかに大きい幅Ｗを有する。加えて、左のチャネルは、チャネルの幅にわたって一列に延びる３つの別個の開孔４０８を有する。別の言い方をすれば、入り口端から同じ距離をあけてチャネル内に３つの開孔が存在する。これは、複数の開孔がチャネルの長さに沿って延びており、またチャネルの幅に沿って延びることができることを意味する。図８Ｆに示す２つのチャネルは、同じチャネルの別個の部分（たとえば、螺旋形状の隣接チャネル）とすることができる。チャネルの直径は、チャネルを通るガス流量パターンを変化させるように、チャネルの長さに沿って増大または減少することができる。図８Ｆに示す２つのチャネルはまた、別個のチャネルからのものとすることができ、これらのチャネルを通って異なるガスが流れることができる。たとえば、より広い左のチャネルを通って流れるガスは、より狭い右のチャネルを通って流れるガスほど反応性が強くないものとすることができ、チャネルから出る左のガスの量は、右のガスの量より大きくすることができる。この場合も、これらは可能な配置の単なる例であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。請求項１のガス分配装置では、複数の開孔のいくつかが、送出チャネルの幅にわたって延びる線を形成する複数の通路を備える。
【００２９】
いくつかの実施形態では、個々の開孔は、ガス送出チャネルから変動する角度で前面４０５の方へ延びる。これらの開孔はまた、ガス分配板の前面に対して可変の送出角度を有することができる。図８Ｇは、２つの隣接チャネルが存在し、３つの開孔が各チャネルの幅にわたって延びている、本開示の一実施形態を示す。これらのチャネルは、同じガスを送出することができ、または隣接チャネルが、異なるガスを送出することもできる。３つのチャネルのうち、１つは、チャネルから下へまっすぐに延びて約９０°の角度を形成し、横のチャネルは、角度をなして延び、ガス分配板の前面に対して角度Θを形成する。この角度は、約１０°〜約９０°の範囲内の任意の適した角度とすることができる。１つまたは複数の実施形態では、この角度は、約２０°〜約８５°の範囲内、または約３０°〜約８０°の範囲内、または約４０°〜約７５°の範囲内である。いくつかの実施形態では、図８Ｇのチャネルから推定することができるように、複数の開孔のうちの少なくともいくつかは、隣接する送出チャネルの下の領域の方へガスの流れを誘導する送出角度を有する。これは、チャネルの形状によって引き起こされる縞模様を最小にすることによって、堆積の均一性に役立つことができる。
【００３０】
一実施形態では、図４に示すように、ガス送出板４０３は、ガス送出板４０３の後面内に単一の送出チャネル４０２を備える。送出チャネル４０２は、ガス分配板４０３の外周領域４２０内に位置する入り口端４０４を有する。送出チャネル４０２は、入り口端４０４からガス分配板４０３の中心領域４２２内に位置する出口端４０６へ、内向きの螺旋経路をたどる。送出チャネル４０２は、入り口端４０４と出口端４０６との間の距離として画定された約２４０インチの全体的な長さを有する。複数の開孔４０８が、送出チャネル４０２の全体的な長さに沿って隔置される。送出チャネル４０２の全体的な長さに沿って、約５００個〜約７００個の範囲内の開孔が存在する。送出チャネル４０２は、約０．３７５インチの平均直径を有し、螺旋形チャネルの隣接部分は、中心で約０．４２インチ隔置される。
【００３１】
本開示のいくつかの実施形態は、２つ以上の送出チャネル４０２を含む。これらの複数のチャネルは、処理システムの必要に応じて絡み合わせることができ、または別個のものとすることができる。いくつかのチャネルは、図４に示すようにガス分配板内へ凹ませることができ、または図１に示すように個々の管とすることができる。いくつかの実施形態では、個々の管および凹状チャネルの組合せが存在する。この種の例示的な実施形態が図３に示されており、ここでは、ガス分配板はその中に少なくとも１つの凹状の送出チャネルを有することができ、追加の送出チャネルが、ガス分配板と基板表面との間に位置決めされる。
本開示の別の実施形態が、図９〜図１４に示されている。ガス分配装置９００が、ガス分配板９０３の後面９０１内に凹んだ２つの送出チャネル９０２ａ、９０２ｂを備える。送出チャネルは、ガス分配板の後面へ凹んでいる必要はなく、図１および図１５に示すように、個々の管とすることもできることが理解されよう。第１の送出チャネル９０２ａは、第１の入り口端９０４ａおよび第１の出口端９０６ａと、第１の送出チャネル９０２ａの長さに沿って隔置された複数の第１の開孔１９０８ａとを有する。第２の送出チャネル９０２ｂは、第２の入り口端９０４ｂと、第２の出口端９０６ｂと、第２の送出チャネル９０２ｂの長さに沿って隔置された複数の第２の開孔１９０８ｂとを有する。
【００３２】
第１の送出チャネル９０２ａの第１の入り口端９０４ａに、第１の入り口９１０ａが連結される。第１の入り口９１０ａは、ガス源に連結するように適合される。第１の送出チャネル９０２ａの第１の出口端９０６ａに、第１の出口９１２ａが連結される。第１の出口９１２ａは、真空源に連結するように適合される。第２の送出チャネル９０２ｂの第２の入り口端９０４ｂに、第２の入り口９１０ｂが連結される。第２の入り口９１０ｂは、ガス源に連結するように適合される。第２の送出チャネル９０２ｂの第２の出口端９０６ｂに、第２の出口９１２ｂが連結される。第２の出口９１２ａは、真空源に連結するように適合される。
図９〜図１４に示す実施形態では、送出チャネル９０２ａ、９０２ｂはそれぞれ、螺旋形状を形成する。これらの図に示すような１つまたは複数の実施形態は、螺旋形状の長さに沿って絡み合った２つの送出チャネル９０２ａ、９０２ｂを有する。２つの送出チャネル９０２ａ、９０２ｂは、螺旋以外の形状を有することもでき、絡み合う必要はないことが、当業者には理解されよう。特定の実施形態では、複数の第１の開孔１９０８ａおよび第２の開孔１９０８ｂは、ガス分配板９０３を通ってガス分配板９０３の前面９０５へ延びる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、送出チャネル９０２ａ、９０２ｂはそれぞれ螺旋形状を形成し、入り口端９０４ａ、９０４ｂおよび出口端９０６ａ、９０６ｂの一方が、ガス分配板９０３の外周領域９２０内に位置決めされ、入り口端９０４ａ、９０４ｂおよび出口端９０６ａ、９０６ｂの他方が、ガス分配板９０３の中心領域９２２内に位置決めされる。１つまたは複数の実施形態では、両チャネル９０２ａ、９０２ｂの入り口端９０４ａ、９０４ｂが、外周領域９２０内に位置決めされ、両チャネル９０２ａ、９０２ｂの入り口端９０４ａ、９０４ｂが、ガス分配板９０３の中心領域９２２内に位置決めされる。特定の実施形態では、両チャネル９０２ａ、９０２ｂの入り口端９０４ａ、９０４ｂが、中心領域９２２内に位置決めされ、両チャネル９０２ａ、９０２ｂの入り口端９０４ａ、９０４ｂが、ガス分配板９０３の外周領域９２０内に位置決めされる。１つまたは複数の実施形態では、入り口端９０４ａ、９０４ｂの一方が、外周領域９２０内に位置決めされ、他方の入り口端９０４ｂ、９０４ａが、中心領域９２２に位置決めされ、出口端９０６ａ、９０６ｂは、個々の各送出チャネル９０２ａ、９０２ｂの他方の端部に位置決めされる。
【００３４】
図１０Ａは、２つのガス送出チャネルを有するガス分配板の横断面図を示す。前述したように、開孔の形状、数、間隔、および角度は変動することができる。図１０Ｂは、第１の送出チャネル９０２ａおよび第２の送出チャネル９０２ｂを有するガス分配板の一実施形態の一部分を示す。これらのチャネル９０２ａ、９０２ｂはどちらも、少なくとも図示の横断面に、チャネルからガス分配板の前面９０５へ延びる２つの開孔を有する。図示の開孔は、チャネル内のガスが開孔から出るときに互いに非常に近接するように、チャネルの外端面に位置決めされている。第１のチャネルと第２のチャネルとの間の開孔はまた、気相反応を防止するために、１つのチャネルのみが任意の所与の横断面に見える開孔を有するようにずらすことができる。
図１０Ｃは、２つのガスチャネルが存在し、各チャネルが、前面９０５に送出角度を形成するように各チャネルから延びる２つの開孔を有する、別の実施形態を示す。ここでは、どちらのチャネルも、その下へガスを直接排出するのではなく、隣接チャネルの下の領域へガスを誘導する開孔を有することが示されている。第１の送出チャネル９０２ａは、第２の送出チャネル９０２ｂの下へガスを誘導する開孔を有し、第２の送出チャネル９０２ｂは、第１の送出チャネル９０２ａの下へガスを誘導する開孔を有する。これらの開孔は、前面上の同じ点で孔を形成するように示されているが、これらの開孔は、チャネルの長さに沿って互い違いに配置することができ、または各チャネルに対する図示の横断面は、入り口から異なる長さとすることができることが理解されよう。
図１０Ｃの実施形態は、ガスの配置および配向から堆積の縞模様を防止する上で、特に有効となることができる。図１０Ｄは、ガス分配板の一部分の表面を示し、この部分に、チャネルは、ずれた横断面を有する図１０Ｃの開孔のような開孔を有する。前面９０５上の孔のパターンは、孔がほぼ交互に位置するパターンを提示している。
【００３５】
図１１は、図９に示すガス分配板９０３に対する後部カバー９０７を示す。後部カバー９０７内に位置する４つの孔（番号は付けられていない）が存在し、これらの孔は、送出チャネル９０２ａ、９０２ｂの入り口端９０４ａ、９０４ｂおよび出口端９０６ａ、９０６ｂとほぼ位置合わせされる。これらの孔は、入り口９１０ａ、９１０ｂおよび出口９１２ａ、９１２ｂ内でチャネル９０２ａ、９０２ｂへ連結するためのアクセス点を提供するために使用することができる。いくつかの実施形態では、そこで、入り口９１０ａ、９１０ｂおよび出口９１２ａ、９１２ｂは、後部カバー９０７と一体形成される。加えて、図１２および図１３に示すように、１つまたは複数の入り口バルブ９１４ａ、９１４ｂおよび出口バルブ９１６ａ、９１６ｂが存在することもできる。
【００３６】
図１２および図１３は、本開示の様々な実施形態によるガス分配装置９００の斜視図を示す。入り口９１０ａ、９１０ｂは、フランジ９２４ａ、９２４ｂによって後部カバー９０７に連結されることが示されている。フランジ９２４ａ、９２４ｂの連結および気密密閉は、当業者に知られている任意の適した機構および技法によって実現することができる。出口９１２ａ、９１２ｂもまた、フランジまたはブロック連結によって後部カバー９０７に連結することができる。ブロック９２５は、後部カバー９０７と一体形成することができ、または別個の部品とすることができる。ブロック９２５は、出口バルブ９１６ａ、９１６ｂに対して追加の支持および空間を提供することができ、連結管が後部カバー９０７から角度をなして突出することを可能にする。入り口９１０ａ、９１０ｂおよび入り口バルブ９１４ａ、９１４ｂは、ガス分配板９０３の外周領域９２０上に示されており、出口９１２ａ、９１２ｂおよび出口バルブ９１６ａ、９１６ｂは、ガス分配板９０３の中心領域９２２に示されているが、これらの構成要素を逆にしたり一緒にしたりすることができ、図面は一実施形態の単なる例示であることが理解されよう。
【００３７】
送出チャネルは、ガス分配板の外周端面から中心領域へまたはその逆も同様に螺旋状であるため、横断面において外見上複数の隣接チャネルを観察することができる。螺旋が絡み合いながら、すべての隣接チャネル内のガスは、他方の入り口９１０ａ、９１０ｂからくる。これらのチャネルは、隣接チャネルから距離をあけて分離される。いくつかの実施形態では、チャネルの中心から測定されるチャネル間の距離は、約０．３７５インチ〜約０．４７５インチの範囲内、または約０．４０インチ〜約０．４５インチの範囲内、または約０．４１インチ〜約０．４３インチの範囲内である。１つまたは複数の実施形態では、隣接チャネルの中心間の平均距離は、約０．４２インチである。
図９〜図１４に示すガスチャネルの長さは、それだけに限定されるものではないがチャネルの直径および隣接チャネル間の距離を含む複数の要因に応じて変動することができる。様々な実施形態では、送出チャネルはそれぞれ、約７０インチ〜約１７０インチの範囲内、または約９０インチ〜約１５０インチの範囲内、または約１００インチ〜約１４０インチの範囲内、または約１１０インチ〜約１３０インチの範囲内の長さを有する。１つまたは複数の実施形態では、送出チャネルは、約１２０インチの長さを有する。
【００３８】
開孔の数もまた、それだけに限定されるものではないが送出チャネルの長さおよび開孔の間隔を含む複数の要因に依存する。単一の螺旋形チャネルを有するいくつかの実施形態では、約１５０個〜４５０個の範囲内の開孔、または約２００個〜約４００個の範囲内の開孔、または約２５０個〜約３５０個の範囲内の開孔が存在する。様々な実施形態では、チャネルの長さに沿って、約１５０個、２００個、２５０個、３００個、３５０個、または４００個より多くの開孔が存在する。１つまたは複数の実施形態では、各送出チャネルの長さに沿って、約３００個の開孔が存在する。
図４〜図１４に示す装置は、プラズマ処理に使用することができる。たとえば、チャンバ内にプラズマを着火するために、送出チャネル、ガス分配装置、またはシャワーヘッドを処理チャンバの別の部分に対して分極することができる。送出チャネル、ガス分配装置、もしくはシャワーヘッドをチャンバの一部分に対して分極することができ、またはチャンバの一部分を送出チャネル、ガス分配装置、もしくはシャワーヘッドに対してバイアスすることができる。たとえば、送出チャネル、ガス分配装置、もしくはシャワーヘッドをペデスタルに対して分極することができ、またはペデスタルを送出チャネル、ガス分配装置、もしくはシャワーヘッドに対して分極することができる。同様に、プラズマの周波数を調節することができる。１つまたは複数の実施形態では、プラズマは、約１３．５６ＭＨｚの周波数である。いくつかの実施形態では、プラズマは、約４０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、９０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１１０ＭＨｚ、または１２０ＭＨｚの周波数である。
【００３９】
図４〜図１４によって例示する装置のいくつかの実施形態では、後部カバーとガス分配装置の主要本体部分（すなわち、ガス送出チャネルを含む部分）との間に、絶縁材料（図示せず）が位置決めされる。この絶縁材料は、後部カバーを主要本体部分に対して分極することができるように、後部カバーとガス分配装置の主要本体部分との間に電気的絶縁を提供する。そうすることで、ガス分配装置内または送出チャネル内でのプラズマの着火を可能にすることができる。次いで、プラズマは、複数の開孔を通って処理チャンバの処理領域内へ流すことができる。処理領域は、ガス分配装置とペデスタルとの間の領域である。処理領域の外側でプラズマが形成される（たとえば、着火される）ため、この構成を遠隔プラズマと呼ぶことができる。
図１５、図１６Ａ、および図１６Ｂは、ガス分配装置１５００の例示的な別の実施形態を示す。図示のガス分配装置は、空間的に分離された原子層堆積処理にとって特に有用であり、基板の異なる部分が、異なる堆積ガスに同時に露出され、基板１５４４は、基板のすべての部分が各堆積ガスに順次露出されるように、ガス分配装置に対して動かされる。これらの実施形態では、ガス分配装置１５００は、複数の送出チャネル１５０２を備えており、送出チャネル１５０２はそれぞれ、実質上まっすぐに、隣接する送出チャネルに対して実質上平行に延びる。送出チャネル１５０２はそれぞれ、入り口端１５０４および出口端１５０６を有し、入り口端１５０４と出口端１５０６との間には、複数の開孔１５０８が隔置される。
【００４０】
図１５、図１６Ａ、および図１６Ｂに示すガス分配装置は、複数の細長い送出チャネル１５０２と、複数の細長い真空チャネル１５５０とを有する。送出チャネル１５０２および真空チャネル１５５０はそれぞれ、ガス分配装置の前面で出力チャネル１５５２に連結される。送出チャネル１５０２はそれぞれ、反応性ガスおよびパージガスの１つまたは複数を流すように適合される。各送出チャネル１５０２は、複数の隔置された開孔１５０８によって、出力チャネル１５５２に連結される。真空チャネル１５５０はそれぞれ、複数の隔置された真空開孔１５５８によって、入り口チャネル１５５４に連結される。各送出チャネル１５０２の複数の開孔１５０８は、真空チャネル１５５０からの複数の真空開孔１５５８の少なくとも１つによって、隣接する各送出チャネル１５０２の複数の開孔１５０８から分離される。
図１６Ａに示す実施形態では、中心真空チャネル１５５０（端部真空チャネルではない）はそれぞれ、真空開孔１５０８によって、２つの入り口チャネル１５５４に連結される。端部真空チャネル１５５０は、単一の入り口チャネル１５５４のみに連結される。これは単なる例示であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことを理解されたい。各入り口チャネル１５５４は、専用の真空チャネル１５５０を有することができ、または複数の真空開孔１５０８を通って、単一の真空チャネル１５５０を３つ以上の入り口チャネル１５５４に連結することができる。
【００４１】
送出チャネルはそれぞれ同じに見えるが、異なるガスが各送出チャネルを通って流れることができる。たとえば、パージチャネル（Ｐで示す）を通ってパージガスが流れることができ、第１の反応性ガスチャネル（Ａで示す）のそれぞれを通って第１の反応性ガスが流れることができ、第２の反応性ガスチャネル（Ｂで示す）のそれぞれを通って第２の反応性ガスが流れることができる。真空チャネル（Ｖで示す）は、真空源に連結される。図１６Ａを参照すると、左から右へ動く基板１５４４（より具体的には、基板上の固定点）は、ガス分配板のサイズに応じて、真空ガスチャネル、パージガスチャネル、真空ガスチャネル、第１の反応性ガスチャネル、真空ガスチャネル、パージガスチャネル、真空ガスチャネル、第２の反応性ガスチャネル、真空ガスチャネルなどに順に遭遇するはずである。
入り口端および出口端を有する送出チャネルを使用することで、送出チャネル内でのガスの急速な交換が可能になる。たとえば、基板（または基板上の固定点）が第２の反応性ガスチャネル（Ｂで示す）に露出された後、送出チャネルの出口端を開いてチャネル内のガスを除去することを可能にすることができ、次いで異なる反応性ガス（たとえば、ガスＣ）を送出チャネル内へ流すことができる。したがって、基板がそのガスチャネルの下に戻るとき、基板はガスＢではなくガスＣに露出されることになる。この例は、第２の反応性ガスに対してなされたものであり、ガス送出チャネルの１つ（第１の反応性ガス、第２の反応性ガス、またはパージガス）をパージし、異なるガスと交換することもできることが、当業者には理解されよう。
【００４２】
図１５、図１６Ａ、および図１６Ｂの送出チャネルも、プラズマ処理に同様に使用することができる。ガス分配装置１５００は、チャンバの別の部分に対してバイアスすることができる。たとえば、ガス分配装置１５００をペデスタルに対して分極することができ、またはペデスタルをガス分配装置に対して分極することができる。同様に、プラズマの周波数を調節することができる。１つまたは複数の実施形態では、プラズマは、約１３．５６ＭＨｚの周波数である。いくつかの実施形態では、プラズマは、約４０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、９０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１１０ＭＨｚ、または１２０ＭＨｚの周波数である。
【００４３】
図１６Ｂは、単一の送出チャネル１５０２および単一の真空チャネル１５５０の一実施形態を示す。送出チャネル１５０２および真空チャネル１５５０のそれぞれから、２組の開孔が延びる。真空チャネル１５５０の場合、１組の開孔１５５８ａが第１の入り口チャネル１５５４ａに連結され、他方の組の開孔１５５８ｂが第２の入り口チャネル１５５４ｂに連結される。送出チャネル１５０２は、他方では、単一の出力チャネル１５５２へ延びる２組の開孔１５０８を有する。
【００４４】
１つまたは複数の実施形態では、ガス分配装置は、真空源に連結された２つ以上の出口を含む。図１７は、図１に示す装置１００に類似している螺旋形状のガス分配装置１７００を示す。この装置は、入り口端１７０４および出口端１７０６を有する送出チャネル１７０２を含む。送出チャネル１７０２の入り口端１７０４には入り口１７１０が連結され、入り口１７１０は入り口端１７０４と連通している。送出チャネル１７０２の出口端１７０６には出口１７１２が連結され、出口１７１２は出口端１７０６と連通している。入り口１７１０は、ガス源に連結可能であり、送出チャネル１７０２内（もしくは外）へのガスの流れを制御することまたはガスの流れを完全に遮断することができる入り口バルブ１７１４を含むことができる。出口１７１２は、真空源（図示せず）に連結可能であり、送出チャネル１７０２外（もしくは内）へのガスの流れを制御することまたは送出チャネル１７０２からの真空源を完全に遮断することができる出口バルブ１７１６を含むことができる。真空源（図示せず）に連結可能な中間出口１７４２が、送出チャネル１７０２の長さに沿って位置決めされる。図示の中間出口１７４２は、チャネル１７０２の長さのほぼ中間で送出チャネル１７０２に連結され、中間出口１７４０を通って送出チャネル１７０２に結合される。中間出口１７４２は、送出チャネル１７０２外（もしくは内）へのガスの流れを制御することまたは送出チャネル１７０２からの真空源を完全に遮断することができる中間出口バルブ１７４４を含むことができる。入り口１７１０の入り口バルブ１７１４、出口１７１２の出口バルブ１７１６、および中間出口１７４０の中間出口バルブ１７４４は、コントローラ１７５０に連結される。コントローラは、送出チャネル１７０２を通って流れるガスの圧力を調整するためまたは送出チャネル１７０２から既存のガスをパージするために、バルブのいくつかまたはすべてを独立して開閉することが可能である。たとえば、表２は、図１７に示す実施形態とともに使用することができる処理シーケンスを示す。これは単なる一例であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことが、当業者には理解されよう。
【００４５】
【表２】
2019514208.tif 000004
表２に示すバルブは、処理中の任意の時点で開、閉、または一部開の状態になる。ステップ３ａで、送出チャネルから前駆体Ａをパージした後、中間出口バルブを部分的に開いて、送出チャネルを通る前駆体Ｂの流れを加速し、次いでステップ３ｂで中間出口バルブを閉じる。これは、使用することができる単なる１つの可能なシーケンスであり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。
図１７に示す実施形態は２つの出口を実質的に含み、一方は送出チャネルの端部に位置し、一方は中間に位置する。送出チャネルの長さに沿って、チャネルの長さに沿って任意の位置に、任意の数の出口を隔置することができることが、当業者には理解されよう。たとえば、中間出口１７４０は、チャネルの長さの１／３のところに位置決めすることができる。加えて、任意の数の出口が存在することができる。たとえば、送出チャネルは、４つの出口を有することができ、１つは端部に位置し、残りは、送出チャネルの長さの１／４、１／２、および３／４のそれぞれに位置決めされる。別の例では、送出チャネルは、４つの出口を含み、１つは端部に位置し、残りは、送出チャネルの長さの１／４、３／４、および９／１０のそれぞれに位置決めされる。いくつかの実施形態では、送出チャネルは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または１１個の総出口（チャネルの出口端に位置する出口を含む）を含む。
【００４６】
いくつかの螺旋形シャワーヘッドが、処理チャンバ内へ注入するための補助ガスを加えながら、補助ガスと螺旋形チャネルの長さに沿って流れるガスとの間の分離を維持することを可能にする。補助ガスは、たとえば、処理の強化または洗浄のために使用することができる。１つまたは複数の実施形態では、螺旋形シャワーヘッドのチャネルを通って流れる他の処理の化学物質と混合することなく、基板の頂端面の周りに補助ガスを均一に分散させるために、エッジインジェクタリングを通る補助ガス流経路が追加される。補助チャネルのためのガスは、ガスラインを使用して２つ以上の経路に分割してから、エッジリングに連結することができる。補助ガスは、ガスを均一に分散させるエッジリング内のチャネル（プレナム）内へ流れてから、リングの周りに隔置された小さいトレンチを通って外へ出ることができる。ガスは、エッジリングの内径面と、螺旋形シャワーヘッドの外径面との間の間隙を通過する。
【００４７】
図１８〜図２１を参照すると、本開示の１つまたは複数の実施形態は、ガス分配板１９００およびエッジリング２０００を有するガス分配装置１８０５を含む基板処理チャンバ１８００を対象とする。基板処理チャンバは、基板１８０４を支持するための頂面１８１２を有する基板支持体１８１０を含む。処理領域１８５０が、基板支持体１８１０の頂面１８１２によって、側面は閉じ込めリング１８２０によって、頂部はガス分配板１９００によって制限される。
ガス分配板１９００は、外周端面１９０２、前面１９０６、および後面１９０４を有する。少なくとも１つの送出チャネル１９０３ａ、１９０３ｂが、ガス分配板１９９の後面１９０４内に凹んでいる。図９の実施形態に示すように、少なくとも１つのチャネル９０２ａ、９０２ｂは、入り口端９０４ａ、９０４ｂ、出口端９０６ａ、９０６ｂ、および長さを有する。長さに沿って隔置された複数の開孔１９０８ａ、１９０８ｂを含む送出チャネルが、ガス分配板１９００を通ってガス分配板１９００の前面１９０６へ延びる。
【００４８】
図１８および図１９に示すように、エッジリング２０００は、ガス分配板１９００の外周端面１９０２の周りに位置決めされる。エッジリング２０００は、頂部２０１２、底部２０１４、内径面２０１６を含む内径２０１５、および外径面２０１８を含む外径２０１７を有する円形本体を有する。図２０は、斜視で見たエッジリング２０００の横断面図を示す。
図１８および図１９を再び参照すると、エッジリング２０００は、ガス分配板１９００の外周端面１９０２とエッジリング２０００の内径面２０１６との間に間隙２０３０が生じるように位置決めされる。間隙２０３０のサイズは、約０．０２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内とすることができる。間隙２０３０は、内径面２０１６の周りで均一とすることができ、または複数のチャネルもしくはトレンチ２０４０として形成することができる。
いくつかの実施形態では、ガス分配板１９００の外周端面１９０２は、複数の間隙２０３０を形成するトレンチ２０４０を除いて、エッジリング２０００の内径面２０１６に接触する。図２１に示す部分的な実施形態は、単一のトレンチ２０４０とともにエッジリング２０００を示している。エッジリング２０００の内径面２０１６が、ガス分配板１９００の外周端面１９０２に接触するように位置決めされるとき、間隙２０３０は、トレンチ２０４０によって画定される領域内に形成される。いくつかの実施形態では、トレンチ２０４０は、幅（内径面２０１６に沿った距離）および深さ（内径面２０１６内への距離）を有し、内径面２０１６の頂部から内径面２０１６の底部へ延びる。トレンチ２０４０の幅および深さは、独立して変動することができる。いくつかの実施形態では、トレンチの幅および／または深さは、約０．０２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内である。
【００４９】
エッジリング２０００の円形本体２０１０の頂部２０１２内に、プレナム２０５０が形成される。プレナム２０５０は、プレナムの幅を画定する外周面２０５２および内周面２０５４を有する。プレナム２０５０の体積は、たとえば、エッジリング２０００のサイズに応じて変動することができる。いくつかの実施形態では、プレナム２０５０は、約１００ｍＬ〜約９００ｍＬの範囲内、または約２００ｍＬ〜約８００ｍＬの範囲内、または約３００ｍＬ〜約７００ｍＬの範囲内、または約４００ｍＬ〜約６００ｍＬの範囲内、または約５００ｍＬの体積を有する。
プレナム２０５０内のガスの体積ならびに開口２０７０およびトレンチ２０４０を組み合わせた体積を関係付けて、トレンチ２０４０から流れるガスの均一性を増大させることができる。トレンチ２０４０の体積を参照すると、これはトレンチ２０４０と一体化された開口２０７０の体積を含むことが、当業者には理解されよう。いくつかの実施形態では、エッジリングの周囲に位置するすべてのトレンチ２０４０に対するトレンチ２０４０内の組み合わせた体積は、約２０ｍＬ〜約２４０ｍＬの範囲内、または約４０ｍＬ〜約１８０ｍＬの範囲内、または約６０ｍＬ〜約１２０ｍＬの範囲内である。
【００５０】
プレナム２０５０の体積に対するトレンチ２０４０の組み合わせた体積の比は、ガスの均一性に影響することができる。いくつかの実施形態では、プレナム２０５０の体積に対するトレンチ２０４０の組み合わせた体積の比は、約１０％〜約３０％の範囲内である。１つまたは複数の実施形態では、トレンチ２０４０の体積は、プレナム２０５０の体積の約２０％である。
プレナム２０５の内径面２０１６内の複数の開口２０７０は、プレナム２０５０を間隙２０３０に連結する複数のチャネルを形成する。図２１に示す実施形態では、チャネル開口２０７０が、トレンチ２０４０と位置合わせされ、トレンチ２０４０と連続している。いくつかの実施形態の複数の開口２０７０および／またはトレンチ２０４０は、内径面２０１６の周りに実質上等しく隔置される。これに関して、「実質上等しく隔置される」という用語は、内径面２０１６の周りの各開口２０７０間の平均距離の相対的な差が１０％以下であることを意味する。図２０に示すように、任意の適した数のトレンチ２０４０および開口２０７０が、内径面２０１６の周りに存在することができる。いくつかの実施形態では、約１２個〜約１２０個の範囲内の開口２０７０が、内径面２０１６内に存在する。いくつかの実施形態では、約３６個の開口２０７０が内径面２０１６内に存在し、開口２０７０はそれぞれ、トレンチ２０４０と位置合わせされ、トレンチ２０４０と連続している。
【００５１】
図２２は、トレンチ２０４０における横断面図を示す。内径面２０１６と外周端面１９０２との間には、間隙２０３０が存在する。外側分配リング２０００の内径面２０１６とガス分配板１９００の外周端面１９０２との間の間隙２０３０は、トレンチ２０４０内の内径面２０１６を流れるようにガスを誘導するような形状である。ガスは、複数のトレンチ２０４０からガス分配装置１９００の前面１９０６へ流れる。ガスが間隙２０３０から流れる方向または角度は、外側分配リング２０００の中心軸に向かって角度をなす内向きから、中心軸から角度をなす外向きまで、変動させることができる。いくつかの実施形態では、ガスは、外側分配リング２０００の本体２０１０の中心軸と実質上同心円状の方向に、間隙２０３０から流れる。中心軸と実質上同心円状の方向とは、ガスが中心軸に対して平行な経路に沿って間隙２０３０から流れていることを意味する。
【００５２】
少なくとも１つのガス入り口２０６０が、プレナム２０５０と流体連結しており、したがってガスは、入り口ライン２０６２およびガス入り口２０６０を通ってプレナム２０５０内へ流れることができる。いくつかの実施形態では、図１９に示すように、ガス入り口２０６０は、外側分配リング２０００の本体２０１０の頂部２０１２を通って、プレナム２０５０に連結される。いくつかの実施形態では、図２３に示すように、ガス入り口２０６０は、本体２０１０の外径面２０１８を通って、プレナム２０５０に連結される。いくつかの実施形態は、既存の処理チャンバ内へ後付けすることもできる外側分配リング２０００を対象とする。この場合、既存のガス分布アセンブリの上に、追加のガス入り口を可能にするのに十分な余裕が存在しない可能性がある。
図２４に示すように、いくつかの実施形態は、第２のプレナム２０５７を含む。第２のプレナム２０５７は、トレンチ２０４０を通って処理領域を流れる前にプレナム２０５０内のガスをさらに等しくすることを可能にすることができる。第２のプレナム２０５７は、任意の適した位置に位置することができ、ガス入り口２０６０とプレナム２０５０との間に位置することができる。第２のプレナム２０５７は、複数の開孔２０５８を通ってプレナム２０５０と流体連結している。任意の数の開孔２０５８が、本体２０１０の周りに延びることができる。いくつかの実施形態では、約３６個〜約７２０個の範囲内の開孔が存在する。
【００５３】
図２５は、図２０の実施形態に類似している別の実施形態を示す。図２５の実施形態では、エッジリング２０００は、ガス分配板１９００の外周端面１９０２とエッジリング２０００の内径面２０１６との間に間隙２０３０（図１８および図１９参照）が生じるように位置決めされる。間隙２０３０のサイズは、約０．０２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内とすることができる。図示の実施形態では、間隙２０３０は、内径面２０１６の周りで実質上均一であり、したがって図２０のトレンチ２０４０は含まれない。
エッジリング２０００の円形本体２０１０の頂部２０１２内に、プレナム２０５０が形成される。プレナム２０５０は、プレナムの幅を画定する外周面２０５２および内周面２０５４を有する。プレナム２０５０の体積は、たとえば、エッジリング２０００のサイズに応じて変動することができる。いくつかの実施形態では、プレナム２０５０は、約１００ｍＬ〜約９００ｍＬの範囲内、または約２００ｍＬ〜約８００ｍＬの範囲内、または約３００ｍＬ〜約７００ｍＬの範囲内、または約４００ｍＬ〜約６００ｍＬの範囲内、または約５００ｍＬの体積を有する。
【００５４】
プレナム２０５０内のガスの体積および開口２０７０を組み合わせた体積を関係付けて、開口２０７０から流れるガスの均一性を増大させることができる。いくつかの実施形態では、エッジリングの周囲に位置する開口２０７０内の組み合わせた体積は、約２ｍＬ〜約２４０ｍＬの範囲内、または約２０ｍＬ〜約１８０ｍＬの範囲内、または約６０ｍＬ〜約１２０ｍＬの範囲内である。
プレナム２０５０の体積に対する開口２０７０の組み合わせた体積の比は、ガスの均一性に影響することができる。いくつかの実施形態では、プレナム２０５０の体積に対する開口２０７０の組み合わせた体積の比は、約１０％〜約３０％の範囲内である。１つまたは複数の実施形態では、開口２０７０の体積は、プレナム２０５０の体積の約２０％である。
いくつかの実施形態の複数の開口２０７０は、内径面２０１６の周りに実質上等しく隔置される。これに関して、「実質上等しく隔置される」という用語は、内径面２０１６の周りの各開口２０７０間の平均距離の相対的な差が１０％以下であることを意味する。図２５に示すように、任意の適した数の開口２０７０が、内径面２０１６の周りに存在することができる。いくつかの実施形態では、約１２個〜約１２０個の範囲内の開口２０７０が、内径面２０１６内に存在する。いくつかの実施形態では、約３６個の開口２０７０が内径面２０１６内に存在し、開口２０７０のそれぞれは、トレンチ２０４０と位置合わせされ、トレンチ２０４０と連続している。
【００５５】
図１８および図１９を参照すると、いくつかの実施形態は、温度制御要素１８３０を含む。温度制御要素１８３０は、ヒータまたはクーラとすることができ、チャネル１９０３ａ、１９０３ｂを通って流れている処理ガスに対する設定温度を維持するために使用することができる。また、温度制御要素１８３０を通ってガス分配板１９００へ、またはガス分配板１９００へ直接、ガス入り口１８４０を連結することができる。ガス入り口１８４０は、ガス分配板１９００の中間に示されているが、これは任意の適した場所に位置決めすることができ、任意の適したサイズとすることができることが、当業者には理解されよう。
閉じ込めリング１８２０は、処理領域１８５０内に処理ガスを収容するのに役立つ。図１８および図１９に示す閉じ込めリング１８２０は、ガスの流れが処理領域１８５０から進んで処理チャンバから排気されることを可能にする複数の開口１８２２を含む。間隙２０３０を通って流れるガスは、処理領域１８５０の外端面領域１８５１内へ流れる。外端面領域１８５１内のガス流は、処理領域１８５０の中心からのガスと混合される。この混合ガスは、開口１８２２を通って排気される。いくつかの実施形態では、外側分配リング２０００を通って流れるガスを使用することで、基板１８０４の端面の周りの堆積の均一性が増大する。
【００５６】
図１８および図２６を参照すると、いくつかの実施形態は、複数のガス入り口２０６０を有する。図示の実施形態では、２つのガス入り口２０６０が、外側分配リング２０００に連結されている。ガス入り口２０６０は、独立したガス供給を有することができ、または１つのガス供給を共用することができる。いくつかの実施形態では、ガス入り口２０６０は、接合２０６４で分割される単一のガス供給を共用する。図示の実施形態では、ガス源に連結することができる第１のガスライン区間２０６３が、接合２０６４と流体連結しており、接合２０６４は、第１のガスライン区間２０６３を２つの第２のガスライン区間に分割し、２つの第２のガスライン区間は、ガス入り口２０６０に連結された入り口ライン２０６２になる。外側分配リング２０００の周りには、任意の適した数のガス入り口２０６０が存在することができる。いくつかの実施形態では、約１つ〜約１２個の範囲内のガス入り口、または約２つ〜約６つの範囲内のガス入り口が存在する。いくつかの実施形態では、２つのガス入り口または４つのガス入り口が存在する。これらの入り口には、任意の適した数のガス源を連結することができる。たとえば、４つのガス入り口を有する一実施形態は、１つ、２つ、３つ、または４つのガス源を有することができる。単一のガス源を４つのガスライン区間に分割することもできる。外側分配リング２０００内へ流れるガスの均一性を増大させるために、第２のガスライン区間は、実質上同じガス伝導力を有する。これに関して、「実質上同じガス伝導力」という用語は、任意の第２のガスライン区間を通る伝導力が、第２のガスライン区間のすべてを通る平均伝導力の±１０％の範囲内であることを意味する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、補助ガス入り口２０９２が、補助ガスライン２０９０と流体連結している。補助ガス入り口２０９２により、補助ガスライン２０９０を通って流れる補助ガスがガス分配装置１８０５を通過することが可能になり、補助ガスを処理領域１８５０内へ流す。補助ガスは、それだけに限定されるものではないが反応性ガス、不活性ガス、および洗浄ガスを含む任意の適したガスとすることができる。補助ガス入り口２０９２は、ガス分配装置１８０５のうち、外側分配リング２０００またはガス分配板１９００のガス流に干渉しない任意の部分を通るように、ガス流を経路指定することができる。
図２７は、外側分配リング２０００の外径面２０１８内に補助ガス入り口２０９２を含む外側分配リング２０００の一実施形態の横断面図を示す。補助ガスは、補助ガスチャネル２０９４を通って任意選択の補助プレナム２０９６および処理領域１８５０内へ流れるように、補助ガス入り口２０９２に連結することができる。任意の適した数の補助ガスチャネル２０９４を、外側分配リング２０００の周囲に分布させることができる。たとえば、使用の際、処理領域１８５０の外端面領域１８５１内へ不活性ガスを流しながら、ガス分配板１９００を通って処理領域１８５０内へ２つの反応性ガスを流すことができる。外端面領域１８５１内の不活性ガスは、反応性ガスの流れを処理領域１８５０から開口１８２２を通って排気するのに役立つことができる。処理後、ガス分配板１９００を通る反応性ガス流および外側分配リング２０００を通る不活性ガス流を停止することができ、補助ガス入り口２０９２を通る補助ガスの流れを開始することができる。これにより、専用のガスラインを通って処理領域１８５０内へエッチング剤または洗浄ガスを通すことを可能にすることができる。外側分配リング２０００またはガス分配板１９００を通って、任意の適した数の補助ガスラインを処理領域１８５０に連結することができることが、当業者には理解されよう。また、本開示の範囲から逸脱することなく用いることができる他の処理シーケンスも存在することが、当業者には認識されよう。
【００５８】
記載のガス分配装置は、プラズマ原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）処理中に１つまたは複数の層を形成するために使用することができる。いくつかの処理では、プラズマを使用することで、核種を表面反応が好ましく起こりやすい励起状態にするのに十分なエネルギーを提供する。処理内へのプラズマの導入は、連続式またはパルス式とすることができる。いくつかの実施形態では、前駆体（または反応性ガス）およびプラズマの連続パルスを使用して、層を処理する。いくつかの実施形態では、これらの試薬は、局所的（すなわち、処理区域内）または遠隔的（すなわち、処理区域外）にイオン化することができる。遠隔のイオン化は、堆積チャンバの上流で行うことができ、したがってイオンまたは他の活発な核種もしくは発光性の核種が、堆積膜に直接接触しない。いくつかのＰＥＡＬＤ処理で、プラズマは、遠隔プラズマジェネレータシステムなどによって、処理チャンバから外部で生成される。プラズマは、当業者に知られている任意の適したプラズマ生成処理または技法を介して生成することができる。たとえば、マイクロ波（ＭＷ）周波数ジェネレータまたは高周波（ＲＦ）ジェネレータの１つまたは複数によって、プラズマを生成することができる。プラズマの周波数は、使用される特有の反応核種に応じて調節することができる。適した周波数には、それだけに限定されるものではないが、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、および１００ＭＨｚが含まれる。本明細書に開示する堆積処理中にプラズマを使用することができるが、プラズマを必要としない可能性もあることに留意されたい。
【００５９】
１つまたは複数の実施形態によれば、ガス分配装置は、層を形成する前および／または後に基板を処理にかけるために使用することができる。この処理は、同じチャンバ内または１つもしくは複数の別個の処理チャンバ内で実行することができる。いくつかの実施形態では、基板は、さらなる処理のために第１のチャンバから別個の第２のチャンバへ動かされる。基板は、第１のチャンバから別個の処理チャンバへ直接動かすことができ、または第１のチャンバから１つもしくは複数の移送チャンバへ動かすことができ、次いで所望の別個の処理チャンバへ動かすことができる。したがって、処理装置は、移送ステーションと連通している複数のチャンバを備えることができる。この種の装置を、「クラスタツール」または「クラスタ化システム」などと呼ぶことができる。
【００６０】
概して、クラスタツールは、基板の中心の検出および配向、ガス抜き、アニーリング、堆積、ならびに／またはエッチングを含む様々な機能を実行する複数のチャンバを備えるモジュラシステムである。１つまたは複数の実施形態によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバおよび中心移送チャンバを含む。中心移送チャンバは、処理チャンバとロードロックチャンバとの間およびこれらの中で基板を往復させることができるロボットを収納することができる。移送チャンバは、典型的には、真空条件で維持されており、１つのチャンバから別のチャンバ、および／またはクラスタツールの前端に位置決めされたロードロックチャンバへ、基板を往復させるための中間段階を提供する。本開示に適合させることができる２つのよく知られているクラスタツールは、どちらもカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）およびＥｎｄｕｒａ（登録商標）である。しかし、本明細書に記載する処理の特有のステップを実行する目的で、チャンバの厳密な配置および組合せは変更することができる。使用することができる他の処理チャンバには、それだけに限定されるものではないが、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、化学洗浄、ＲＴＰなどの熱処理、プラズマ窒化、ガス抜き、配向、ヒドロキシル化、および他の基板処理が含まれる。クラスタツール上のチャンバ内で処理を実施することによって、次の膜を堆積させる前に酸化することなく、雰囲気中の不純物による基板の表面汚染を回避することができる。
【００６１】
１つまたは複数の実施形態によれば、基板は、連続して真空または「ロードロック」条件下にあり、１つのチャンバから次のチャンバへ動かされるときに周囲の空気に露出されない。したがって、移送チャンバは真空下にあり、真空圧下で「ポンプダウン」される。処理チャンバまたは移送チャンバ内には、不活性ガスが存在することもできる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、基板の表面上にシリコン層を形成した後に反応物質のいくつかまたはすべてを除去するためのパージガスとして使用される。１つまたは複数の実施形態によれば、パージガスは、反応物質が堆積チャンバから移送チャンバおよび／または追加の処理チャンバへ動くのを防止するために、堆積チャンバの出口から注入される。したがって、不活性ガスの流れにより、チャンバの出口にカーテンが形成される。
【００６２】
基板は、たとえば記載のガス分配装置を使用して、単一の基板堆積チャンバ内で処理することができる。そのようなチャンバ内では、単一の基板がロード、処理、およびアンロードされてから、別の基板が処理される。基板はまた、コンベヤシステムのように連続して処理することができ、複数の基板が、チャンバの第１の部分内へ個々にロードされ、チャンバを通って動かされ、チャンバの第２の部分からアンロードされる。チャンバおよび関連するコンベヤシステムの形状は、まっすぐな経路または湾曲した経路を形成することができる。加えて、処理チャンバはカルーセルとすることができ、複数の基板が中心軸の周りで動かされ、カルーセル経路全体にわたって堆積、エッチング、アニーリング、洗浄などの処理に露出される。
処理中、基板は、加熱または冷却することができる。そのような加熱または冷却は、それだけに限定されるものではないが、基板支持体の温度を変化させること、および基板表面へ加熱または冷却ガスを流すことを含む任意の適した手段によって実現することができる。いくつかの実施形態では、基板支持体は、基板の温度を伝導的に変化させるように制御することができるヒータ／クーラを含む。１つまたは複数の実施形態では、用いられているガス（反応性ガスまたは不活性ガス）を加熱または冷却して、基板温度を局所的に変化させる。いくつかの実施形態では、ヒータ／クーラは、基板の温度を対流的に変化させるように、基板表面に隣接してチャンバ内に位置決めされる。
【００６３】
基板はまた、処理中、静止または回転させることができる。回転する基板は、連続してまたは個別のステップで回転させることができる。たとえば、基板は、処理全体にわたって回転させることができ、または基板は、異なる反応性もしくはパージガスへの露出間のわずかな量だけ回転させることができる。処理中に基板を（連続してまたはステップごとに）回転させることで、たとえばガス流の形状寸法の局所的な変動の影響を最小にすることによって、より均一な堆積またはエッチングを行うのに役立つことができる。
本明細書の本開示について、特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本開示の原理および応用例の単なる例示であることを理解されたい。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に様々な修正および変形を加えることができることが、当業者に明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある修正および変形を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図８Ｊ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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