(57)【要約】      （修正有）【課題】基板処理システムのための渦状微粒化ノズルアセンブリ、気化器、及び関連する方法を提供する。【解決手段】気化器は、微粒化又は気化した液体を基板処理システム内に導入する。気化器は、気化チャンバと、気化チャンバの流入口に結合されるノズルアセンブリと、ノズルアセンブリに結合されるキャリアガス・チャネルとを含む。ノズルアセンブリは、予混合チャンバ１１２と、流出チャネル１１４と、拡張ノズル１１６とを含む。予混合チャンバは、気化すべき液体を受け取るための液体流入口３１２と、キャリアガスを受け取るためのガス流入口３１４とを含む。キャリアガス・チャネルは、キャリアガス・チャネルを介してキャリアガスを導入する際に、予混合チャンバ内に渦流を生じさせるようにガス流入口に対して位置付けされる。予混合チャンバからの予混合液体は、流出チャネルによって受け取られ、流出チャネルを出て拡張ノズル内に入る。【選択図】図３
2018050040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化した液体を基板処理システム内に導入するための気化器であって、当該気化器は、
流入口を有する気化チャンバと、
該気化チャンバの前記流入口に結合されるノズルアセンブリであって、該ノズルアセンブリは、
気化すべき液体を受け取る液体流入口と、キャリアガスを受け取るガス流入口とを有する予混合チャンバと、
該予混合チャンバから予混合液体を受け取る流出チャネルと、
該流出チャネルに結合される拡張ノズルと、を含む、ノズルアセンブリと、
前記予混合チャンバの前記ガス流入口に結合されキャリアガス・チャネルであって、該キャリアガス・チャネルを介して前記キャリアガスを導入する際に、前記予混合チャンバ内に渦流を生じさせるように前記ガス流入口に対して位置付けされるキャリアガス・チャネルと、を有する
気化器。
【請求項２】
前記予混合チャンバは、前記液体流入口を含む円筒状領域と、前記流出チャネルに隣接する円錐領域とを含む、請求項１に記載の気化器。
【請求項３】
前記円錐領域は、前記予混合チャンバから出る前記予混合液体の速度を増大させるように構成された縮小コーンを含む、請求項２に記載の気化器。
【請求項４】
前記拡張ノズルは、前記予混合液体の気化を促進するように構成された拡張コーンを含む、請求項１に記載の気化器。
【請求項５】
前記キャリアガス・チャネルは、前記予混合チャンバ内で該予混合チャンバの内壁の接線方向に前記キャリアガスを導入するように位置付けされる、請求項１に記載の気化器。
【請求項６】
前記キャリアガス・チャネルは、前記キャリアガスの供給源に結合される第１の領域と前記予混合チャンバの前記ガス流入口に結合される第２の領域とを含む異なる直径の複数の領域を有し、第２の領域は、第１の領域よりも小さい直径を有する、請求項５に記載の気化器。
【請求項７】
前記予混合チャンバの前記液体流入口を介して液体を導入するように位置付けされた金属製フィッティングをさらに含む、請求項１に記載の気化器。
【請求項８】
前記金属製フィッティング内に金属製ガスケットをさらに含み、該金属製ガスケットは、前記予混合チャンバの前記液体流入口を介して液体を導入するように構成されたオリフィスを有する、請求項７に記載の気化器。
【請求項９】
前記金属製フィッティングは、前記金属製ガスケットのアクセス及び取外しを可能にするように構成された１つ又は複数のアクセスポートを有するレセプタクルを含む、請求項８に記載の気化器。
【請求項１０】
前記ノズルアセンブリは、前記金属製フィッティングに結合される金属製フランジの一部として形成される、請求項８に記載の気化器。
【請求項１１】
前記金属製フランジに溶接されるねじ付きレセプタクルをさらに含み、該ねじ付きレセプタクルは、前記金属製フィッティングの金属製ナットを受容するように構成される、請求項１０に記載の気化器。
【請求項１２】
前記金属製フィッティング、前記金属製フランジ、及び前記ねじ付きレセプタクルは、金属間の真空シールを提供する、請求項１１に記載の気化器。
【請求項１３】
前記流出チャネルは、前記予混合チャンバ内に背圧を生成するようにサイズ決めされる、請求項１に記載の気化器。
【請求項１４】
前記背圧は、前記予混合チャンバ内での早期気化を低下させ、前記液体流入口及び前記ガス流入口内の残留物の蓄積を減少させるように構成される、請求項１３に記載の気化器。
【請求項１５】
前記ノズルアセンブリは、前記予混合チャンバ内の液体の目標滞留時間を予め達成するように構成される、請求項１に記載の気化器。
【請求項１６】
前記目標滞留時間によって、前記予混合チャンバ内での早期気化が低下され、前記液体流入口及び前記ガス流入口内の残留物の蓄積が減少されるように構成される、請求項１５に記載の気化器。
【請求項１７】
前記渦流によって、前記予混合チャンバ内で前記キャリアガスの掃引作用を生じさせるように構成される、請求項１に記載の気化器。
【請求項１８】
前記掃引作用は、前記予混合チャンバ内の残留物の蓄積を減少させるように構成される、請求項１７に記載の気化器。
【請求項１９】
前記気化チャンバの前記流入口と前記気化チャンバの流出口との間で前記気化チャンバ内に配置された少なくとも１つの多孔質フォーム部材をさらに含む、請求項１に記載の気化器。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの多孔質フォーム部材は、アルミニウム発泡体を含む、請求項１９に記載の気化器。
【請求項２１】
気化チャンバと、該気化チャンバに結合されるノズルアセンブリとを用いて、気化した液体を基板処理システム内に導入する方法であって、当該方法は、
予混合チャンバの液体流入口を介して前記ノズルアセンブリの前記予混合チャンバ内に液体を導入するステップであって、前記ノズルアセンブリは、前記予混合チャンバに結合される流出チャネルと、該流出チャネルに結合される拡張ノズルとを含む、導入するステップと、
前記予混合チャンバ内に液体を導入する間に、キャリアガスを前記予混合チャンバのガス流入口を介して予混合チャンバ内に導入して予混合液体を生成するステップと、
該予混合液体を前記予混合チャンバから前記流出チャネル及び前記拡張ノズルに通して、前記予混合液体の気化を促進するステップと、
前記予混合液体を前記拡張ノズルから前記気化チャンバの流入口を介して前記気化チャンバ内に注入するステップと、を含み、
前記キャリアガスは、前記予混合チャンバ内での渦流を生じさせるために、前記予混合チャンバの前記ガス流入口に対して位置付けされたキャリアガス・チャネルを用いて、前記予混合チャンバの前記ガス流入口を介して導入される、
方法。
【請求項２２】
前記予混合チャンバは、前記液体流入口を含む円筒状領域と、前記流出チャネルに隣接する円錐領域とを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記予混合液体の速度が、前記予混合液体が前記流出チャネル内に流入するときに、前記円錐領域内の縮小コーンによって増大される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記拡張ノズルの拡張コーンを用いて前記予混合液体の気化を促進する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記キャリアガスを前記予混合チャンバ内で該予混合チャンバの内壁の接線方向に導入するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、以下の同時係属仮出願について優先権を主張するものであり、その出願は、２０１６年９月８日に出願された、”VORTICAL
ATOMIZING NOZZLE AND VAPORIZER AND METHOD OF USING”という標題の米国仮特許出願第６２／３８４，８２５号であり、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、半導体プロセス一体化技術に関し、より具体的には、基板処理システム及び方法のために流体を気化させる方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイスの形成には、基板上の多数の材料層の形成、パターニング、及び除去に関連する一連の製造技術が含まれる。原子層堆積（ALD）プロセス、化学蒸着（CVD）プロセス、及びある種のエッチングプロセス等の多くの半導体プロセスは、ガス形態の処理化学物質を反応チャンバに送る技術として液体気化技術を用いることによって結果を改善してきた。固体材料の昇華を誘発させるためにキャリアガスで固体材料を加熱するのではなく、液体気化システムは使用時のみ熱を加え、それにより高温に維持すると分解する傾向のある特定の処理化学物質又は材料の分解を防止又は著しく減少させる。
【０００４】
一部の処理化学物質は容易に気化することができるが、他の処理化学物質は、液体気化システムでの使用に重大な障害を生じさせる。例えば、粘度の高い化学物質は、気化装置の一般的に小さい供給チューブ及びオリフィスを通して流れるために、溶媒と混合させる必要がある。そのような場合に、溶媒は、選択的に気化され、最終的に気化装置内で目詰まりを引き起こす可能性がある濃度が増大した冷却混合物を残すことがある。他の化学物質は、不安定性を示し、温度上昇に対して分解する傾向が高まり、この分解の副産物は、気化装置の供給ライン及びオリフィス内に堆積物を残し、気化装置内で目詰まりを引き起こす可能性がある。加えて、気化される液体化学物質は、化学物質が気化するときに残される不純物を含有しており、結果として生じる堆積物は、気化装置内で目詰まりを招くこともある。他の要因及び原因も、気化装置内で目詰まりを引き起こし、この目詰まりは、異なる原因の組合せからも起こり得る。
【０００５】
気化器内での目詰まりは、解決することが極めて困難であることが判明しており、構成要素の交換又は時間のかかる洗浄作業を必要とし得る。例えば、気化装置が小さいサイズの流体チャネルを通る複雑な流路を使用する場合に、洗浄作業によって目詰まりを除去するのは非常に困難又は実際には不可能である。気化器部品の交換は、唯一の実際的な解決策になるが、一般に、気化装置の使用者にとって大きなコストがかかる。
【発明の概要】
【０００６】
基板処理システムのための渦状微粒化ノズルアセンブリ、気化器、及び関連する方法が開示される。開示される実施形態では、気化器は、性能及び信頼性を改善しながら、微粒化又は気化した液体を基板処理システム内に導入する。気化器は、気化チャンバと、気化チャンバの流入口に結合されるノズルアセンブリと、ノズルアセンブリに結合されるキャリアガス・チャネルとを含む。ノズルアセンブリは、予混合チャンバと、流出チャネルと、拡張ノズルとを含む。予混合チャンバは、気化すべき液体を受け取るための液体流入口と、キャリアガスを受け取るためのガス流入口とを含む。キャリアガス・チャネルは、キャリアガス・チャネルを介してキャリアガスを導入する際に、予混合チャンバ内で渦流を生じさせるように、予混合チャンバをガス流入口に対して位置付けされる。渦流によって、予混合チャンバの液体流入口及びガス流入口内の残留物の蓄積を減少させ、それによって性能及び信頼性を改善する。予混合チャンバからの予混合された液体（予混合液体）は、流出チャネルによって受け取られ、流出チャネルを出て拡張ノズル内に入る。必要に応じて、追加の特徴及び変形を実装することができ、関連するシステム及び方法も同様に利用することができる。
【０００７】
一実施形態では、気化チャンバを含む基板処理システム内に気化した液体を導入する気化器が開示されており、気化チャンバは、流入口、気化チャンバの流入口に結合されるノズルアセンブリ、及びキャリアガス・チャネルを有する。ノズルアセンブリは、気化すべき液体を受け取るための液体流入口及びキャリアガスを受け取るためのガス流入口を有する予混合チャンバと、予混合チャンバから予混合液体を受け取るための流出チャネルと、流出チャネルに結合される拡張ノズルとを含む。キャリアガス・チャネルは、予混合チャンバのガス流入口に結合され、且つキャリアガス・チャネルを介してキャリアガスを導入する際に、予混合チャンバ内に旋回流を生じさせるようにガス流入口に対して位置付けされる。
【０００８】
更なる実施形態では、予混合チャンバは、液体流入口を含む円筒状領域と流出チャネルに隣接する円錐領域とを含む。更なる実施形態では、円錐領域は、予混合チャンバを出る予混合液体の速度を増大させるように構成された縮小コーンを含む。更なる実施形態では、拡張ノズルは、予混合液体の気化を促進するように構成された拡張コーンを含む。
【０００９】
追加の実施形態では、キャリアガス・チャネルは、キャリアガスを予混合チャンバ内で予混合チャンバの内壁の接線方向に導入するように位置付けされる。更なる実施形態では、キャリアガス・チャネルは、キャリアガスの供給源に結合される第１の領域と、予混合チャンバのガス流入口に結合される第２の領域とを含む異なる直径の複数の領域を有し、第２の領域は、第１の領域よりも小さい直径を有する。
【００１０】
追加の実施形態では、気化器は、予混合チャンバの液体流入口を介して液体を導入するように位置付けされた金属製フィッティングをさらに含む。更なる実施形態では、気化器は、金属製フィッティング内に金属製ガスケットを含み、金属製ガスケットは、予混合チャンバの液体流入口を介して液体を導入するように構成されたオリフィスを有する。更なる実施形態では、金属製フィッティングは、金属製ガスケットのアクセス及び取外しを可能にするように構成された１つ又は複数のアクセスポートを有するレセプタクルを含む。さらに別の実施形態では、ノズルアセンブリは、金属製フィッティングに結合される金属製フランジの一部として形成される。更なる実施形態では、気化器は、金属製フランジに溶接されたねじ付きレセプタクルを含み、ねじ付きレセプタクルは、金属製フィッティングの金属製ナットを受容するように構成される。さらに別の実施形態では、金属製フィッティング、金属製フランジ、及びねじ付きレセプタクルは、金属間の真空シールを提供する。
【００１１】
更なる実施形態では、流出チャネルは、予混合チャンバ内に背圧を生成するようにサイズ決めされる。更なる実施形態では、背圧は、予混合チャンバ内での早期気化を低下させ、液体流入口及びガス流入口内の残留物の蓄積を減少させるように構成される。
【００１２】
追加の実施形態では、ノズルアセンブリは、予混合チャンバ内の液体の目標滞留時間を予め達成するように構成される。更なる実施形態では、目標滞留時間は、予混合チャンバ内での早期気化を低下させ、液体流入口及びガス流入口内の残留物の蓄積を減少させるように構成される。
【００１３】
追加の実施形態では、渦流によって、予混合チャンバ内でキャリアガスの掃引（押流し）作用を生じさせるように構成される。更なる実施形態では、掃引（押流し）作用は、予混合チャンバ内の残留物の蓄積を減少させるように構成される。
【００１４】
追加の実施形態では、気化器は、気化チャンバの流入口と気化チャンバの流出口との間で気化チャンバ内に配置された少なくとも１つの多孔質フォーム部材を含む。更なる実施形態では、少なくとも１つの多孔質フォーム部材は、アルミニウム発泡体を含む。
【００１５】
一実施形態では、気化チャンバと、気化チャンバに結合されるノズルアセンブリとを用いて、気化した液体を基板処理システムに導入する方法が開示される。この方法は、予混合チャンバの液体流入口を通してノズルアセンブリの予混合チャンバ内に液体を導入するステップを含み、ノズルアセンブリは、予混合チャンバに結合される流出チャネルと、流出チャネルに結合される拡張ノズルとを含む。この方法は、予混合チャンバ内に液体を導入する間に、予混合チャンバのガス流入口を介してキャリアガスを予混合チャンバ内に導入して予混合液体を生成するステップも含む。この方法は、予混合液体を予混合チャンバから流出チャネル及び拡張ノズルに通して、予混合液体の気化を促進するステップと、予混合液体を拡張ノズルから気化チャンバの流入口を介して気化チャンバ内に注入するステップをさらに含む。この方法では、キャリアガスが、予混合チャンバ内での渦流を生じさせるために、予混合チャンバのガス流入口に対して位置付けされたキャリアガス・チャネルを用いて、予混合チャンバのガス流入口を介して導入される。
【００１６】
追加の実施形態では、予混合チャンバは、液体流入口を含む円筒状領域と、流出チャネルに隣接する円錐領域とを含む。更なる実施形態では、予混合液体の速度が、予混合液体が流出チャネル内に流入するときに、円錐領域内の縮小コーンによって増大される。更なる実施形態では、この方法は、拡張ノズルの拡張コーンを用いて予混合液体の気化を促進するステップを含む。
【００１７】
更なる実施形態では、この方法は、予混合チャンバ内で予混合チャンバの内壁に対して接線方向にキャリアガスを導入するステップを含む。更なる実施形態では、キャリアガス・チャネルは、キャリアガスの供給源に結合される第１の領域と予混合チャンバのガス流入口に結合される第２の領域とを含む異なる直径の複数の領域を有し、第２の領域は、第１の領域よりも小さい直径を有する。
【００１８】
追加の実施形態では、液体は、金属製フィッティングを用いて予混合チャンバの液体流入口を介して導入される。更なる実施形態では、金属製ガスケットが金属製フィッティング内に含まれ、この方法は、金属製ガスケット内のオリフィスを用いて予混合チャンバの液体流入口を介して液体を導入するステップをさらに含む。更なる実施形態では、金属製フィッティングは、１つ又は複数のアクセスポートを有するレセプタクルを含み、この方法は、１つ又は複数のアクセスポートを介して金属製ガスケットにアクセスしてこのガスケットを取り外すステップをさらに含む。さらに別の実施形態では、ノズルアセンブリは、金属製フィッティングに結合される金属製フランジの一部として形成される。更なる実施形態では、この方法は、金属製フランジに溶接されたねじ付きレセプタクル内に金属製ナットを受容するステップを含む。
【００１９】
追加の実施形態では、この方法は、金属製フィッティング、金属製フランジ、及びねじ付きレセプタクルを用いて、金属間真空シールを提供するステップを含む。更なる実施形態では、この方法は、流出チャネルを用いて予混合チャンバ内に背圧を生成するステップを含む。更なる実施形態では、この方法は、背圧を用いて、予混合チャンバ内の早期気化を低下させ、液体流入口及びガス流入口内の残留物の蓄積を減少させるステップを含む。
【００２０】
追加の実施形態では、この方法は、予混合チャンバ内での液体の目標滞留時間を達成するようにノズルアセンブリを構成するステップを含む。更なる実施形態では、この方法は、予混合チャンバ内の早期気化を低下させ、液体流入口及びガス流入口内の残留物の蓄積を減少させるために、目標滞留時間を使用するステップを含む。
【００２１】
追加の実施形態では、この方法は、渦流を使用して予混合チャンバ内でキャリアガスの掃引（押流し）作用を生じさせるステップを含む。更なる実施形態では、この方法は、掃引作用を使用して予混合チャンバ内の残留物の蓄積を減少させるステップを含む。
【００２２】
追加の実施形態では、この方法は、拡張ノズルからの予混合液体を、気化チャンバの流入口と気化チャンバの流出口との間で気化チャンバ内に配置された少なくとも１つの多孔質フォーム部材に通すステップを含む。更なる実施形態では、少なくとも１つの多孔質フォーム部材は、アルミニウム発泡体を含む。
【００２３】
必要に応じて、異なる又は追加の特徴、変形形態、及び実施形態を実装することができ、関連するシステム及び方法も同様に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】予混合チャンバ、流出チャネル、及び拡張ノズルを含むノズルアセンブリだけでなく、予混合チャンバ内で渦流を発生させるキャリアガス・チャネルの例示的な実施形態の断面斜視図である。
【図１Ｂ】金属製ガスケットへのアクセスポートを示す例示的な実施形態の斜視図であり、金属製ガスケットを介してノズルアセンブリの予混合チャンバ内に液体が導入される。
【図２】キャリアガス・チャネル及びノズルアセンブリの予混合チャンバを切断する金属製フランジの断面図である。
【図３】予混合チャンバ内の渦流及び予混合液体の流出チャネル及び拡張ノズル内への通過の代表的な斜視図である。
【図４】本明細書に記載のノズルアセンブリが完全な気化器内で使用される例示的な実施形態の断面図である。
【図５】基板処理システム内の気化のために本明細書に記載のノズルアセンブリを使用する例示的な実施形態のプロセス図である。
【図６】気化器を用いて、導電性フィルム、非導電性フィルム、又は半導電性フィルム等の薄膜を堆積させる堆積システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明のより完全な理解及びその利点は、添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって得ることができ、添付図面において同様の参照符号は同様の特徴を示す。しかしながら、添付図面は、開示された概念の例示的な実施形態を示しているだけであり、従って、開示された概念は、他の同等に有効な実施形態を認めることができるので、特許請求の範囲を限定するものとみなすべきではない。
【００２６】
基板処理システムのための渦状微粒化ノズルアセンブリ、気化器、及び関連する方法が開示される。開示される実施形態では、気化器は、性能及び信頼性を改善しながら、微粒化又は気化した液体を基板処理システム内に導入する。気化器は、気化チャンバと、気化チャンバの流入口に結合されるノズルアセンブリと、ノズルアセンブリに結合されるキャリアガス・チャネルとを含む。ノズルアセンブリは、予混合チャンバと、流出チャネルと、拡張ノズルとを含む。予混合チャンバは、気化すべき液体を受け取るための液体流入口と、キャリアガスを受け取るためのガス流入口とを含む。キャリアガス・チャネルは、キャリアガス・チャネルを介してキャリアガスを導入する際に、予混合チャンバ内で渦流を生じさせるように、予混合チャンバをガス流入口に対して位置付けされる。渦流によって、予混合チャンバの液体流入口及びガス流入口内の残留物の蓄積を減少させ、それによって性能及び信頼性を改善する。予混合チャンバからの予混合液体は、流出チャネルによって受け取られ、流出チャネルを出て拡張ノズル内に入る。必要に応じて、追加の特徴及び変形を実施することができ、関連するシステム及び方法も同様に利用することができる。
【００２７】
開示される実施形態は、気化装置内の目詰まりの可能性を低減し、それによりツールの使用可能時間を改善することによって、従来の解決策における問題に対処する。さらに、開示される実施形態は、目詰まりが発生した場合のノズル修理を簡素化し、それにより所有者のコストを低減する。より具体的には、開示される実施形態は、微粒化オリフィス及び拡張ノズルの後ろで気化すべき液体をキャリアガスと予混合するノズルアセンブリを含む。キャリアガスは、予混合チャンバ内に強い渦流を発生させるように、予混合チャンバの小さな体積内に偏心して導入される。この渦流は、予混合チャンバ内の残留物の蓄積を減少させ、それによって性能及び信頼性を改善する。本明細書に記載のノズルアセンブリ及び渦状予混合技術の利点を依然として利用しながら、様々な実施形態を実施することができる。
【００２８】
予混合チャンバの上部は、好ましくはシールされる。例えば、予混合チャンバの上部は、金属製ガスケット（例えば、ＶＣＲ（登録商標）ガスケット）を含む金属製フィッティング（例えば、Swagelok
Companyから入手可能な１／８インチVCR（Vacuum Coupling
Radiation）（登録商標）を用いてシールすることができる。チャンバの上部をシールする金属製ガスケットは、液体が予混合チャンバに導入される小さなオリフィス又は一群の孔を含む。このオリフィス、一群の孔、及び／又は他の開口部（複数可）は、最適な流れ制御を得るために、望ましくない場合にラインの上流の気化を制限するために、及び／又はシステムの他の所望の目的を達成するために、予混合チャンバに導入される液体に基づいてカスタマイズ又は構成することもできる。
【００２９】
予混合チャンバの底部は、好ましくは、予混合液体を噴霧又は気化させるのを補助する拡張ノズルを含む。予混合チャンバの拡張ノズル及び流出チャネルの背後の背圧によって、予混合チャンバ内の早期（early）気化を減少させ、残留物の蓄積のリスクを低下させる。予混合チャンバが小さく、速度が速いため、予混合チャンバ内の混合物の目標滞留時間は短くなる。さらに、予混合チャンバを加熱する必要がなく、いくつかの実施形態では、気化及び残留物の蓄積の制限をさらに促進するために冷却してもよい。さらに、強制された渦流の速度が増大すると、そのような強い渦流の存在下で、チャンバの壁の液体及び堆積物等のあらゆる残留物が一掃され、堆積物が表面上に発生するのを防止するのに役立つ。液体の暴露及び残留物の蓄積の可能性を減少させる強い流入流によってガス流入口が目詰まりすることは予想されない。しかしながら、液体オリフィスがいつか目詰まりした場合に、オリフィスを含む金属製ガスケットを交換することによって問題を迅速に解決し、目詰まりが通常アクセス及び／又は交換が困難な位置で発生する従来の解決法と比較して、休止時間を最小化する。
【００３０】
以下でより詳細に説明するように、動作中に、液体は、渦が発生している予混合チャンバの上部に導入される。液滴が予混合チャンバ内に押し込まれると、その液体は、予混合チャンバ内に導入されるガスからの高速渦流のせん断効果によって与えられる掃引（押流し）作用に曝される。流体が流出チャネルに向けて引き込まれると、ガス速度は、予混合チャンバの底部縮小コーン領域の縮小直径によって増大される。流体は、遠心力によって外壁に押し付けられ、流出チャネルに向けて加速される。流出チャネルでは、予混合液体（例えば、気化すべき液体とキャリアガスとの混合物）は、予混合チャンバと気化チャンバとの間の圧力差によって加速される。液体の追加された質量流量及び予混合チャンバ内の気化によって誘発された膨張は、単にキャリアガス流のみを供給することよりも背圧を増大させる。壁との相互作用及び流出チャネル内の加速されたガスのせん断力によって、液体はノズル出口に向けて移動する際に拡張され引き伸ばされる。予混合液体は、速い速度で噴霧流出チャネルを介して膨張ノズルから出て、残留物の蓄積の可能性を阻止する。予混合液体が流出チャネルを出て拡張ノズル内に入るとき、より小さな微粒化液滴が形成される。次に、拡張ノズルの通路直径は、開放ノズル内に徐々に拡がり、微粒化されたスプレーが気化チャンバに入ることを可能にする。後述するように、いくつかの実施形態について加熱されるアルミニウム発泡体も、気化チャンバ内に含めることができ、気化プロセスをさらに促進し、且つ改善する。
【００３１】
渦状微粒化ノズルアセンブリ及び関連する気化器の実施形態について、図面についてより詳細に説明する。図１Ａは、ノズルアセンブリの予混合チャンバ内に強い渦流を発生させるキャリアガス・チャネルと一緒のノズルアセンブリの断面斜視図を与える。図１Ｂは、金属製ガスケットへのアクセススロットの斜視図を与えており、液体が、金属製ガスケットを介してノズルアセンブリの予混合チャンバに入る。図２は、キャリアガス・チャネル及びノズルアセンブリ切断する金属製フランジの断面図である。図３は、予混合チャンバ内の渦流の代表的な斜視図である。図４は、基板処理システムの完全な気化器内で使用されるノズルアセンブリの断面図である。図５は、本明細書に記載されるノズルアセンブリを使用して微粒化又は気化した液体を基板処理システム内に導入する方法のプロセス図である。図６は、気化器を用いて、導電性フィルム、非導電性フィルム、又は半導電性フィルム等の薄膜を蒸着（堆積）する蒸着（堆積）システムを示すブロック図である。本明細書に記載のノズルアセンブリ及び渦状予混合技術の利点を依然として利用しながら、変形及び更なる実施形態を実施することもできる。
【００３２】
ここで図１Ａを参照すると、予混合チャンバ１１２、流出チャネル１１４、及び拡張ノズル１１６を有するノズルアセンブリ１２５を含む例示的な実施形態１００の断面斜視図が示されている。気化すべき液体は、予混合チャンバ１１２の上に位置付けられたガスケット押え（gland）１０２及び金属製ガスケット１０８を介して予混合チャンバ１１２に入る。金属製ガスケット１０８はオリフィス１１８を含み、このオリフィス１１８を介して液体が予混合チャンバ１１２に入る。ねじ付きレセプタクル１０６は、金属製フィッティングの一部として金属製ナット１０４を受容するようにねじ込まれ、特定の実施形態では、このねじ付きレセプタクル１０６は、金属製フランジ１１０（例えば、Varian, Inc.から入手可能なCONFLAT（CF）（登録商標）フランジ）に溶接することができる。アクセスポート１３０が、ねじ付きレセプタクル１０６の各側に配置され、金属製ガスケット１０８へのアクセスを提供する。アクセスポート１３０は、金属製ガスケット１０８への容易なアクセスを可能にするが、金属製ガスケット１０８を金属製フランジ１１０に結合すると堆積物が生じる。例えば、金属製ガスケット１０８と金属製フランジ１１０との間に結合が生じる場合には、アクセスポート１３０を通して非損傷性ツールを挿入して、金属製ガスケット１０８をてこの原理で開けて取り外し、シール面を清掃することができる。清掃が適切でない場合に、金属製ガスケット１０８は、金属製ガスケット１０８を適所に挿入できるようにサイズ決めされるアクセスポート１３０を介して容易に交換することができる。必要に応じて、アクセスポート１３０を１つだけ設けてもよく、追加のアクセスポート１３０を設けてもよいことにも留意されたい。さらに、特定の実施形態は、本明細書に記載のノズルアセンブリ及び渦状予混合技術の利点を依然として利用しながら、アクセスポート１３０を排除することができる。
【００３３】
動作中に、キャリアガスは、キャリアガス・チャネル１２０を介して予混合チャンバ１１２に入る。予混合チャンバ１１２は、予混合チャンバ１１２の流出チャネル１１４に通じる円錐形の底部を有する円筒形状である。本明細書でさらに説明するように、キャリアガス・チャネル１２０は、予混合チャンバ１１２内で、残留物の蓄積を低減させ且つガスケット押え１０２及びオリフィス１１８を通って入る液体の気化を促進する強い渦流を発生させるように、予混合チャンバ１１２の内部に対して整列され、位置付けされ、向き合わせされる。予混合液体（例えば、気化した液体とキャリアガスの混合物）は、流出チャネル１１４を介して予混合チャンバ１１２から出て、次に流出チャネル１１４は、予混合液体を拡張ノズル１１６に通過させる。拡張ノズル１１６は、予混合液体の更なる気化を促進する。
【００３４】
図１Ｂは、金属製ガスケット１０８へのアクセスポート１３０を示す例示的な実施形態１５０の斜視図であり、金属製ガスケットを通して、液体がノズルアセンブリ１２５の予混合チャンバ１１２内に導入される。この実施形態の金属製フランジ１１０に入るキャリアガス・チャネル１２０も示されている。上述したように、アクセスポート１３０を含むねじ付きレセプタクル１０６は、金属製フランジ１１０に溶接することができる。図１Ａに示されるように、追加のアクセスポート１３０を、ねじ付きレセプタクル１０６の反対側に設けてもよい。金属製フランジ１１０を、追加の金属製フランジ１２２にさらに結合し、ボルト１２６を使用して、金属製フランジ１１０を追加の金属製フランジ１２２に締め付けることができる。以下の図４の実施形態４００に関して示されるように、追加の金属製フランジ１２２を、ボルト１２８を用いて、取付けブラケット１２４及び気化器コア４０５の上部金属製フランジ４０４にさらに締め付けることができる。
【００３５】
上述したように、金属製ガスケット１０８と金属製フランジ１１０との間に結合が生じる場合には、アクセスポート１３０を通して非損傷性ツールを挿入して、金属製ガスケット１０８をてこの原理で開けて取り外すことができる。好ましくは、複数のアクセスポート１３０は、非損傷性ツールを用いて金属製ガスケット１０８の複数の側面に到達させて取り外すことができるように、例えばねじ付きレセプタクル１０６の両側に設けられる。取り外されると、金属製ガスケット１０８を取り外し、シール面を清掃することができる。清掃が適切でない場合に、金属製ガスケット１０８を取り外すことができ、アクセスポート１３０を介して新しい金属製ガスケット１０８に容易に交換することができ、アクセスポート１３０は、金属製ガスケット１０８を取り外し、及び／又は適所に挿入することができるようにサイズ決めされる。また、液体をガスケット押え１０２を通して導入するのに大きさの異なるオリフィス１１８が望ましい場合に、金属製ガスケット１０８を取り外して１つ又は複数のアクセスポート１３０を介して交換することもできることに留意されたい。上で示したように、オリフィス１１８は、単一の開口部又は複数の開口部として実施してもよい。他の変形形態も実施することができる。
【００３６】
図２は、キャリアガス・チャネル１２０及びノズルアセンブリ１２５の予混合チャンバ１１２を切断する金属製フランジ１１０の断面図２００である。キャリアガス・チャネル１２０は、外部のガス供給源から供給され、キャリアガスは、予混合チャンバ１１２の上部に導入される液体との親和性（compatibility）に基づいて選択してもよい。図１Ａ〜図１Ｂに示される実施形態では、予混合チャンバ１１２、流出チャネル１１４、及び拡張ノズル１１６を含むノズルアセンブリ１２５は、金属製フランジ１１０の一体部分として構成される。しかしながら、ノズルアセンブリ１２５は、他の構造体の一部として実装してもよく、１つ又は複数のスタンドアローン要素を含むこともできる。例えば、より小さいノズルアセンブリは、六角ストック（stock）から実装され、金属製ナット１０４を受容するように構成してもよい。本明細書に記載のノズルアセンブリ及び渦状予混合技術の利点を依然として利用しながら、他の変形形態を実施することもできる。
【００３７】
キャリアガス・チャネル１２０は、予混合チャンバ１１２内で予混合チャンバ１１２の内壁に対して偏心してガスを注入するように位置付けされる。例えば、キャリアガスは、好ましくは、予混合チャンバ１１２内での強い渦流を促進するために、予混合チャンバ１１２の内壁に対して接線方向に導入される。また、キャリアガス・チャネル１２０の断面積の変化を使用して、予混合チャンバ内の渦流によって生成される渦の速度に影響を与えることにも留意されたい。例えば、キャリアガス・チャネル１２０の直径は、第１の領域２０８内のあるサイズから、移行領域２０６を通って第２の領域２０４内のより小さいサイズの直径に減少させることができる。第２の領域２０４内のこの直径の減少は、キャリアガスが予混合チャンバ１１２に入るときにこのキャリアガスの速度を制御する。一例として、予混合チャンバ１１２及びキャリアガス・チャネル１２０は、約２００ＳＣＣＭ（標準立方センチメートル／分）以上の流量を有し、好ましくはより大きい約５００ＳＣＣＭ以上の流量を有するアルゴンのガス流を生成するように構成される。本明細書に記載のノズルアセンブリ及び渦状予混合技術の利点を依然として利用しながら、他の流速及びガスも使用することができる。
【００３８】
図３は、予混合チャンバ１１２内の渦流及び予混合液体３０８の流出チャネル１１４及び拡張ノズル１１６内への通過の代表的な斜視図３００を示す。キャリアガス・チャネル１２０の第２の領域２０４及び移行領域２０６も示される。上述したように、気化される液体３０４は、液体流入口３１２を通して上方から予混合チャンバ１１２に入り、ガス流入口３１４を通して導入されるキャリアガス３０６と混合される。液体流入口３１２は、予混合チャンバ１１２の上部の開口部として実装することができ、ガス流入口３１４は予混合チャンバ１１２の側壁の開口部として実装することができる。キャリアガス・チャネル１２０の第２の領域２０４は、ガス流入口３１４に結合される。さらに、本明細書に記載されるように、キャリアガス・チャネル１２０のこの第２の領域２０４は、キャリアガス３０６が偏心して導入され、予混合チャンバ１１２内の渦流を促進するように、予混合チャンバ１１２に対して位置付けされ、向き合わせされる。例えば、キャリアガス３０６は、予混合チャンバ１１２の内壁３１０に対して接線方向に導入することができる。液体３０４が渦流に引き込まれ、キャリアガス３０６と混合されると、結果として生じる予混合液体３０８は、予混合チャンバ１１２の底部の円錐領域３０２に引き込まれ続け、最終的に予混合チャンバ１１２の底部流出口から流出チャネル１１４内に入る。流出チャネル１１４を通過した後に、予混合液体３０８は、次に拡張ノズル１１６を通過して、予混合液体３０８を膨張させ、さらに気化させる。ガスチャネル１２０及び予混合チャンバ１１２の構成及び向きにより、キャリアガス３０６が、予混合チャンバ内で強い渦及び関連する渦流パターンを生成するのを可能にする。予混合液体３０８が流出チャネル１１４及び拡張ノズル１１６を通って出る際に、この渦流は、予混合液体３０８の流れに影響を及ぼし続ける。特定の実施形態では必要に応じて、全ての金属シール（例えば、VCR（登録商標）及びCONFLAT（登録商標）フィッティング）を使用して、気化システムに対して高真空及び高温を可能にする。
【００３９】
所与の液体、キャリアガス、及び半導体プロセスの最適な動作のために、予混合チャンバ１１２、キャリアガス・チャネル１２０、オリフィス１１８、及び流出チャネル１１４のサイズ及び入力流を調整できることに留意されたい。以下のサイズは、本明細書に記載のノズルアセンブリ１２５及び気化器の例示的な一実施形態を提供する。液体オリフィス１１８は、０．７６ｍｍの直径を有することができ、このサイズは、オリフィス１１８を含む金属製ガスケット１０８を単に変更することによって容易に取り替えることができる。キャリアガス・チャネル１２０は、キャリアガスが予混合チャンバ１１２内に導入される第２の領域２０４について０．７５ｍｍに設定された直径を有することができる。予混合チャンバ１１２は、円錐領域３０２によって提供される縮小コーンを通って流出チャネル１１４内に移行する前に、直径１．８０ｍｍ及び高さ１．６ｍｍの円筒部分を有することができる。流出チャネル１１４は、０．５０ｍｍの直径を有することができる。これらのサイズ及び直径の変化は、実施される特定の液体、キャリアガス、及び／又は半導体プロセスに基づいて、必要に応じて調整することができる。
【００４０】
図４は、本明細書に記載のノズルアセンブリ１２５が気化チャンバ４０６を含む完全な気化器内で使用される例示的な実施形態４００の断面図である。例示的な実施形態４００では、ノズルアセンブリ１２５は、金属製フランジ１１０内に再び含められ、金属製フランジ１１０は、ボルト１２６を用いてより大きな金属製フランジ１２２に結合される。次に、金属製フランジ１２２は、ボルト１２８を用いて気化器コア４０５の上部金属製フランジ４０４に結合される。また、取付けブラケット１２４は、ボルト１２８を用いて金属製フランジ１２２に結合される。キャリアガス・チャネル１２０は、ガス供給源ライン４０２からキャリアガスを受け取り、ノズルアセンブリ１２５内の予混合チャンバからの予混合液体は、気化器コア４０５の気化チャンバ４０６内に導入される。本明細書にさらに記載されるように、気化チャンバ４０６は、気化をさらに促進するアルミニウム発泡体等の追加の材料を含むことができ、及び加熱器によって熱を加えて、気化をさらに促進し、凝縮を抑制する。ボルト４１２を用いて気化器コア４０５の底部金属製フランジ４０８を金属製フランジ４１０の流出口に結合して、気化器コア４０５の底部に金属シールを提供する。気化ガスは、ガス流出チャネル４１４を通って気化チャンバ４０６から出る。次に、気化されたガスは、ガスライン４１６を通って他の処理ツールに供給され、例えば、気化されたガスは、基板処理システムの堆積チャンバ内の基板上に１つ又は複数の層を堆積させるために使用され得る。
【００４１】
ガス流出チャネル４１４及び関連するガスライン４１６の向き、長さ、及び他の構成は、必要に応じて調整できることに留意されたい。例えば、図示されるように横方向に延びるのではなく、ガス流出チャネル４１４は、ガス流出チャネル４１４が気化器コア４０５の下に位置する堆積チャンバに向けて垂直方向に延びるように向き合わせされてもよい。さらに、ガス流出口４１４及びガスライン４１６は、気化器から様々な距離に配置された１つ又は複数の追加の処理ツールまで延びることができる。これらの距離は短い方が好ましいが、距離は、含まれる化学物質及びプロセスに応じて、１５フィートまで又はそれ以上の距離を含むことができる。図示されていないが、気化を促進し且つ凝縮を抑制又は防止するために、気化器コア４０５を含む気化器内の各構成要素の周囲に加熱器を位置決めすることもできることにも留意されたい。さらに、凝縮を抑制又は防止するために、ガス流出口４１４及びガスライン４１６の周囲に加熱器を位置付けすることもできる。さらに、気化チャンバ４０６のハウジングは、気化チャンバ４０６内のアルミニウム発泡体への熱伝達を促進するためにアルミニウムとすることができる。さらに、上部金属製フランジ４０４及び底部金属製フランジ４０８は、Atlas
Technologiesから入手可能なアルミニウムボディに溶接されたステンレス鋼シール面展開（explosion）を含むバイメタル金属製フランジを用いて実装することができる。これらバイメタル金属製フランジのアルミニウムボディによって、このような実施形態では、気化チャンバ４０６のアルミニウムハウジングへのより良好な熱伝達が可能になる。本明細書に記載のノズルアセンブリ及び渦状予混合技術の利点を依然として利用しながら、他の変形形態も実施することができる。
【００４２】
気化器の全体的な動作は、米国特許第９，５２３，１５１号に記載されている動作と同様に実施することができ、この文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれることに留意されたい。例えば、米国特許第９，５２３，１５１号に記載されるように、連続気泡のアルミニウム発泡体を気化チャンバ４０６内で使用することができる。この発泡体は、気化チャンバ４０６の加熱されたアルミニウムハウジングに真空ろう付けすることができ、それにより、アルミニウム発泡体と気化チャンバ４０６のアルミニウム壁との間の優れた熱移動を提供することができる。プロセス全体の化学物質を汚染する可能性があるより揮発性のあるろう付け材料の代わりに、アルミニウムろうを使用することもできる。実際には、連続気泡のアルミニウム発泡体は、気化チャンバ４０６の加熱された壁から気化チャンバ４０６を通過する液滴を気化するまでの距離を大きく減少させる。
【００４３】
動作中に、液滴が気化チャンバ４０６内で気化すると、チャンバ内の温度はかなり低下する可能性がある。特定の実施形態では、気化プロセス及び速度を維持するために、加熱器によって追加のエネルギーが供給される。気化する環境は真空であるため、ガスによる加熱された壁への熱伝導は制限される。このように、開放される気化チャンバを有する従来の気化器は、典型的には、開放される気化チャンバ内の希薄になったガスの熱抵抗を克服するのに十分高い温度勾配を形成するために、最適な温度よりもはるかに高い温度で動作される。このような開放チャンバシステムでは、完全に気化してチャンバをそのまま通過しない液滴は壁の表面に付着する可能性があり、その過熱状態では、フラッシュ気化を引き起こすだけでなく潜在的な化学的分解も引き起こす。この化学的分解は、システム内に堆積物、粒子、及び他の望ましくない副生成物を生成する可能性がある。しかしながら、このような開放チャンバシステムでより低い温度が使用されると、非気化状態の液滴がプールされ、これらのプールされた化学物質が、潜在的に処理チャンバへの供給ラインの安定性に影響を及ぼす可能性があり、及び／又は化学的に破壊する可能性があり、それによりシステムに不利な影響を及ぼす。しかしながら、米国特許第９，５２３，１５１号に記載されるような気化チャンバ４０６内の加熱されたアルミニウム発泡体の利用は、液滴と加熱された壁との間の距離を減少させることによって、液滴と加熱された壁との間の熱抵抗を低減する。この熱抵抗の低下によって、気化システムにはるかに低い動作温度を使用することが可能になり、壁に直接的に接触することなく気化を促進する。
【００４４】
図５は、基板処理システム内の気化のために本明細書に記載のノズルアセンブリを使用する例示的な実施形態５００のプロセス図である。ブロック５０２において、予混合チャンバ、流出チャネル、及び拡張ノズルを含むノズルアセンブリと、気化チャンバとを含む基板処理システムが動作される。次に、プロセスフローは、ブロック５０４及び５０６の両方に進む。ブロック５０４において、ノズルアセンブリの予混合チャンバ内に液体が導入される。ブロック５０６において、キャリアガスが予混合チャンバに導入されて、本明細書に記載されるように予混合チャンバ内に渦流を発生させる。次に、プロセスフローはブロック５０８に進み、ここで予混合チャンバからの予混合液体は、予混合液体の気化を促進するように、ノズルアセンブリの流出チャネル及び拡張ノズルを通過する。加えて、上述したように、流出チャネルは、気化システムの動作及び性能を促進するために、予混合チャンバ内に背圧を生成するように構成される。次に、プロセスフローはブロック５１０に進み、ここで拡張ノズルから得られる予混合液体は気化チャンバ内に受け取られる。また、本明細書で記載されるように、気化チャンバは、加熱されたアルミニウム発泡体又は他の材料を含むことができ、これらの材料は、この材料が気化チャンバ内の基板上に堆積される前に予混合液体の気化をさらに促進する。本明細書に記載されるノズルアセンブリ及び渦状予混合技術の利点を依然として利用しながら、変形形態並びに異なる及び／又は追加のプロセスステップを実施することもできる。
【００４５】
本明細書で使用される「基板」という用語は、その上に材料が形成される基材又は構造を意味し且つこれ包含することに留意されたい。基板は、単一の材料、異なる材料の複数の層、異なる材料又は異なる構造の領域を有する１つの又は複数の層等を含んでもよいことが理解されよう。これらの材料は、半導体、絶縁体、導体、又はこれらの組合せを含み得る。例えば、基板は、半導体基板、支持構造上のベース半導体層、金属電極、あるいは１つ又は複数の層、構造、又は領域がその上に形成された半導体基板であってもよい。基板は、従来のシリコン基板、又は半導体材料の層を含む他のバルク基板であってもよい。本明細書で使用する「バルク基板」という用語は、シリコンウェーハだけでなく、シリコンオンサファイア（SOS）基板及びシリコンオンガラス（SOG）等のシリコンオンインシュレータ（SOI）、ベース半導体基盤上のシリコンのエピタキシャル層、及びシリコンゲルマニウム、ガリウム、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、及びリン化インジウム等の他の半導体又はオプトエレクトロニクス材料を意味し且つ包含する。基板は、ドープされていても、ドープされていなくてもよい。
【００４６】
本明細書に記載のノズルアセンブリ及び関連する気化器は、米国特許第９，５２３，１５１号に記載される堆積システムに使用することができ、この文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれることにさらに留意されたい。部分的に、米国特許第９，５２３，１５１号は、基板上の１つ又は複数の材料層の堆積に使用するための液相前駆体を気化させるために使用されるノズルアセンブリを含む方法及びシステムを記載している。
【００４７】
図６は、米国特許第９，５２３，１５１号にも記載されており、且つ気化器４０を使用して、導電性フィルム、非導電性フィルム、又は半導電性フィルム等の薄膜を堆積させる基板処理システム６００を示す。気化器４０は、予混合チャンバ１１２、流出チャネル１１４、拡張ノズル１１６、及びキャリアガス・チャネル１２０を含む上述したノズルアセンブリを含むことができる。
【００４８】
例示的な基板処理システム６００では、薄膜は、低誘電率（low-k）又は超低誘電率の誘電体フィルム等の誘電体フィルムを含むことができ、又は薄膜は、エアギャップ誘電体での使用のために犠牲層を含むことができる。基板処理システム６００は、化学蒸着（CVD）システムを含むことができ、それにより基板上にフィルム（膜）を形成するために、フィルム形成組成物が熱的に活性化又は分解される。あるいはまた、堆積６００は、プラズマ強化化学蒸着（PECVD）システムを含むことができ、それにより基板上にフィルムを形成するために、プラズマによる補助によって、フィルム形成組成物が活性化又は分解される。あるいはまた、基板処理システム６００は、熱分解ＣＶＤシステムを含むことができ、それにより基板上にフィルムを形成するために加熱素子と相互作用するときに、フィルム形成組成物が活性化又は分解される。また、以下にＣＶＤシステムに関する追加の詳細が提供されるが、記載される気化器は、原子層堆積（ALD）システムを含む液相材料の気化を必要とする基板処理システムに使用してもよい。本発明における気化器は、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池パネル処理における気相処理に用いることができる。蒸着システムの領域では、気化器は、熱分解ＣＶＤ、プラズマ強化ＣＶＤ、原子層堆積（ALD）、及びプラズマ強化ＡＬＤシステムを含む熱ＣＶＤシステムに用いることができる。
【００４９】
基板処理システム６００は、薄膜が形成されると、基板２５を支持するように構成される基板ホルダ２０を有する処理チャンバ１０を含む。さらに、基板ホルダ２０は、基板２５の温度を成膜反応に適した温度に制御するように構成される。
【００５０】
処理チャンバ１０は、気化器４０を介して処理チャンバ１０にフィルム形成組成物を導入するように構成されたフィルム形成組成物供給システム３０に結合される。さらに、気化器４０は、フィルム形成組成物供給システム３０からの出力に結合される流入端部と、オプションのガス分配装置を介して処理チャンバ１０に結合される流出口端とを有する気化チャンバ４５を含む。気化チャンバ４５は、内部に配置された１つ又は複数の加熱素子５５と、１つ又は複数の加熱素子５５に結合され、且つ１つ又は複数の加熱素子５５に電力を供給するように構成された電源５０とを含む。例えば、１つ又は複数の加熱素子５５は、１つ又は複数の導電加熱される多孔質要素を含むことができる。
【００５１】
処理チャンバ１０は、ダクト６２を介して真空ポンプシステム６０にさらに結合され、ここで真空ポンプシステム６０は、基板２５上に薄膜を形成するのに適した圧力に処理チャンバ１０を排気するように構成される。
【００５２】
フィルム形成組成物供給システム３０は、フィルム形成組成物を気化器４０に導入するように構成された１つ又は複数の材料供給源を含むことができる。例えば、フィルム形成組成物は、１つ又は複数のガス、又は１つ又は複数のガスにより形成された蒸気、又はこれらの２つ以上の混合物を含んでもよい。フィルム形成組成物供給システム３０は、１つ又は複数のガス供給源、１つ又は複数の液体供給源、又はこれらの組合せを含んでもよい。ここで気化とは、（気体状態以外の状態で通常貯蔵されている）物質を非気体状態から気体状態又は蒸気状態に変化させることを指す。従って、用語「気化」、「昇華」、及び「蒸発」は、状態変化が、例えば固体から液体に気体に、固体から気体に、又は液体から気体に変化するかにかかわらず、固体又は液体の前駆体からの蒸気（気体）の一般的な形成を指すために、本明細書で交換可能に使用される。
【００５３】
フィルム形成組成物が気化システム４０に導入されると、フィルム形成組成物の１つ又は複数の構成成分が、上述した気化チャンバ４５内で気化される。フィルム形成組成物は、処理チャンバ１０内での基板２５上のフィルム形成を促進するフィルム前駆体を含むことができる。フィルム前駆体（複数可）は、基板上に生成されることが望ましいフィルムの主要な原子又は分子種を含むことができる。さらに、フィルム形成組成物は、還元剤を含むことができる。還元剤（複数可）は、基板２５上のフィルム前駆体の還元を助けることができる。例えば、還元剤（複数可）は、基板２５上のフィルム前駆体の一部又は全部と反応し得る。さらに、フィルム形成組成物は、重合剤（又は架橋剤）を含む。重合剤は、基材２５上のフィルム前駆体又は断片化（fragmented）フィルム前駆体の重合を助けることができる。
【００５４】
一実施形態によれば、基板２５上にコポリマー薄膜を形成する場合に、２つ以上のモノマーを含むフィルム形成組成物を気相で処理チャンバ１０に導入する。これらのモノマーは、基板２５の上面付近の処理空間３３に導入されて分配される。基板２５は、基板２５の上面での化学的に変性されたフィルム形成組成の重合をコンデンセート（condensate）及び誘発するために、気化チャンバ４５の温度よりも低い温度に維持される。
【００５５】
例えば、有機ケイ素ポリマーを形成する場合に、有機ケイ素前駆体のモノマーガス（複数可）が使用される。さらに、例えば、フルオロカーボン−有機ケイ素コポリマーを形成する場合に、フルオロカーボン前駆体及び有機ケイ素前駆体のモノマーガスが使用される。
【００５６】
さらに、フィルム形成組成物は、開始剤を含むことができる。開始剤又は断片化開始剤は、フィルム前駆体の断片化、又はフィルム前駆体の重合を助けることができる。開始剤の使用は、より低い熱源温度でより高い堆積速度を可能にする。例えば、１つ又は複数の加熱素子を用いて開始剤を断片化して、フィルム形成組成物中の残りの構成成分の１つ又は複数と反応する開始剤のラジカル種（すなわち、断片化された開始剤）を生成することができる。さらに、例えば、断片化された開始剤又は開始剤ラジカルは、フィルム形成組成物のラジカルの形成に触媒作用を及ぼすことができる。
【００５７】
例えば、フルオロカーボン−有機ケイ素コポリマーを形成する場合に、開始剤は、１，３，５−トリビニル−１，３，５−トリメチルシクロトリシロキサン（Ｖ３Ｄ３）等の環状ビニルメチルシロキサンの重合に使用されるパーフルオロオクタンスルホニルフルオライド（PFOSF）とすることができる。
【００５８】
さらに、例えば、多孔質ＳｉＣＯＨ含有フィルムを形成する場合に、フィルム形成組成物は、構造形成材料及び細孔生成材料を含むことができる。構造形成材料はジエトキシメチルシラン（DEMS）を含み、細孔生成材料はアルファ−テルピネン（ATRP）を含むことができる。多孔質ＳｉＣＯＨ含有フィルムは、低誘電率（low-k）材料として使用することができる。
【００５９】
また、例えば、架橋されたネオペンチルメタクリレート系有機ガラスを形成する場合に、フィルム形成用組成物は、モノマー、架橋剤、及び開始剤を含んでもよい。モノマーは、トリメチルシリルメチルメタクリレート（TMMA）、プロパルギルメタクリレート（PMA）、シクロペンチルメタクリレート（CPMA）、ネオペンチルメタクリレート（npMA）、及びポリ（ネオペンチルメタクリレート）（P（npMA））を含み、架橋剤は、エチレングリコールジアクリレート（EGDA）、エチレングリコールジメタクリレート（EGDMA）、１，３−プロパンジオールジアクリレート（PDDA）、又は１，３−プロパンジオールジメタクリレート（PDDMA）、又はこれらの２つ以上の任意の組合せを含む。さらに、開始剤は、過酸化水素、ヒドロペルオキシド、又はジアジンを含むことができる。さらに、開始剤は、ｔ−ブチルペルオキシドを含んでもよい。
【００６０】
さらに、例えば、ポリマーフィルムは、P（npMA-co-EGDA）（poly(neopentyl
methacrylate-co-ethylene glycol diacrylate)）を含み、モノマーはネオペンチルメタクリレート（npMA）を含み、架橋剤は、エチレングリコールジアクリレート（EGDA）を含む。ポリマーフィルムは、犠牲エアギャップ材料として使用することができる。
【００６１】
一実施形態によれば、フィルム形成組成物供給システム３０は、１つ又は複数のフィルム前駆体を気化器４０に導入するように構成された第１の材料供給源３２と、（化学的）開始剤を気化器４０に導入するように構成された第２の材料供給源３４とを含むことができる。さらに、フィルム形成ガス供給システム３０は、不活性ガス、キャリアガス、又は希釈ガスを導入するように構成された追加のガス供給源を含むことができる。例えば、不活性ガス、キャリアガス、又は希釈ガスは、希ガス、すなわちＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はＲｎを含むことができる。
【００６２】
別の実施形態によれば、フィルム形成組成物供給システム３０は、１つ又は複数のフィルム前駆体を気化器４０に導入するように構成された第１の材料供給源３２、（化学的）開始剤を気化器４０に導入するように構成された第２の材料供給源３４、及び／又は気相前駆体を気化器４０に導入するように構成された第３の材料供給源３６を含むことができる。第３の材料供給源３６は、気化チャンバと気化器内に配置された少なくとも１つの多孔質フォーム部材を含む気化器であり得る。気化器の装置詳細については、後の図で説明する。さらに、フィルム形成ガス供給システム３０は、不活性ガス、キャリアガス、又は希釈ガスを導入するように構成された追加のガス供給源を含むことができる。例えば、不活性ガス、キャリアガス、又は希釈ガスは、希ガス、すなわちＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はＲｎを含むことができる。
【００６３】
再び図６を参照する。電源５０は、気化器４０内の１つ又は複数の加熱素子５５に電力を供給するように構成される。例えば、電源５０は、ＤＣ電力又はＡＣ電力のいずれかを供給するように構成することができる。さらに、例えば、電源５０は、電力の振幅を変調し、又は電力をパルス化するように構成することができる。さらに、例えば、電源５０は、電力、電圧、又は電流の設定、監視、調節、又は制御のうちの少なくとも１つを行うように構成することができる。別の実施形態では、基板２５のプラズマ強化ＣＶＤ処理のために、オプションのプラズマ発生器５２を処理チャンバ１０に結合することができる。
【００６４】
依然として図６を参照する。温度制御システム２２が、気化器４０、気化チャンバ４５、処理チャンバ１０、及び／又は基板ホルダ２０に結合され、且つこれらの構成要素の１つ又は複数の温度を制御するように構成され得る。温度制御システム２２は、１つ又は複数の位置における気化器４０の温度、１つ又は複数の位置における気化チャンバ４５の温度、１つ又は複数の位置における処理チャンバ１０の温度、及び／又は１つ又は複数の位置における基板ホルダ２０の温度を測定するように構成された温度測定システムを含むことができる。基板処理システム６００内の１つ又は複数の位置における温度を調整又は制御するために、温度の測定値を使用することができる。
【００６５】
温度測定システムによって利用される温度測定装置は、光ファイバ温度計、光パイロメータ、バンドエッジ温度測定システム、又はＫ型熱電対等の熱電対を含むことができる。光温度計の例は、Advanced
Energies, Inc.から市販されている光ファイバ温度計（Model No.
OR2000F）、Luxtron
Corporationから市販されている光ファイバ温度計（Model No.
M600）、Takaoka
Electric Mfg.から市販されている光ファイバ温度計（Model No.
FT-1420）を含む。
【００６６】
あるいはまた、１つ又は複数の抵抗加熱素子の温度を測定する場合に、各抵抗加熱素子の電気的特性を測定することができる。例えば、１つ又は複数の抵抗加熱素子に結合された電圧、電流又は電力のうちの２つ以上を監視して、各抵抗加熱素子の抵抗を測定することができる。素子抵抗の変動は、素子の抵抗率に影響を与える素子の温度変化によって生じ得る。
【００６７】
温度制御システム２２又はコントローラ８０又はこれら両方からのプログラム命令に従って、電源５０は、約１００℃〜約６００℃の温度範囲で気化チャンバ４５、例えば１つ又は複数の多孔質ガス分配要素を動作させるように構成することができる。例えば、温度は、約２００℃〜約５５０℃の範囲であり得る。温度は、フィルム形成組成物に基づいて選択され、より具体的には、温度は、フィルム形成組成物の構成成分に基づいて選択される。
【００６８】
さらに、温度制御システム２２又はコントローラ８０又はこれら両方からのプログラム命令に従って、気化器４０の温度は、気化チャンバ４５、すなわち１つ又は複数の加熱素子の温度にほぼ等しいか又はそれより低い値に設定することができる。例えば、温度は、約６００℃以下の値とすることができる。さらに、例えば、温度は、約５５０℃未満の値であってもよい。さらに、例えば、温度は、約８０℃〜約５５０℃の範囲とすることができる。温度は、１つ又は複数の加熱素子の温度にほぼ等しいか又はそれより低くなるように選択され、ガス分配システムの表面上にフィルム形成を生じさせる又は生じさせないような凝縮を防ぎ、且つ残留物の蓄積を減少させるように、十分に高くなるように選択することができる。
【００６９】
さらに、温度制御システム２２又はコントローラ８０又はこれら両方からのプログラム命令に従って、処理チャンバ１０の温度は、気化チャンバ４５、すなわち１つ又は複数の加熱素子の温度未満の値に設定される。例えば、温度は、約２００℃未満の値であってもよい。さらに、例えば、温度は、約１５０℃未満の値であってもよい。さらに、例えば、温度は、約８０℃〜約１５０℃の範囲であってもよい。もっとも、温度は、気化器４０の温度と同じかそれより低くてもよい。温度は、１つ又は複数の抵抗フィルム加熱素子の温度よりも低く、且つ処理チャンバの表面上にフィルム形成を生じさせる又は生じさせないような凝縮を防止し、且つ残留物の蓄積を減少させるように、十分に高くなるように選択することができる。
【００７０】
フィルム形成組成物が処理空間３３に入ると、フィルム形成組成物が基板表面に吸着され、成膜反応が進行して基板２５上に薄膜を生成する。温度制御システム２２又はコントローラ８０又はこれら両方からのプログラム命令に従って、基板ホルダ２０は、基板２５の温度を、気化チャンバ４５の温度、気化器４０の温度、及び処理チャンバ１０の温度よりも低い値に設定するように構成される。例えば、基板温度は、約８０℃までの範囲に及ぶことができる。さらに、基板温度は、ほぼ室温であり得る。例えば、基板温度は、約２５℃までの範囲に及ぶことができる。しかしながら、温度は、室温よりも低くても大きくてもよい。
【００７１】
基板ホルダ２０は、温度制御システム２２に結合された１つ又は複数の温度制御素子を含む。温度制御システム２２は、基板加熱システム、又は基板冷却システム、又はこれら両方を含むことができる。例えば、基板ホルダ２０は、基板ホルダ２０の表面下に基板加熱素子又は基板冷却素子（図示せず）を含むことができる。例えば、加熱システム又は冷却システムは、基板ホルダ２０から熱を受け取り、冷却時に熱交換器システム（図示せず）に熱を伝達し、又は加熱時に熱交換器システムから基板ホルダ２０に熱を伝達する再循環流体流を含むことができる。冷却システム又は加熱システムは、基板ホルダ２０内に配置された抵抗加熱素子又は熱電加熱器／冷却器等の加熱／冷却素子を含むことができる。さらに、加熱素子又は冷却素子又はこれら両方は、複数の別々に制御された温度ゾーンに配置することができる。基板ホルダ２０は、内側ゾーンと外側ゾーンとを含む２つの熱ゾーンを有することができる。ゾーンの温度は、基板ホルダの熱ゾーンを個別に加熱又は冷却することによって制御することができる。
【００７２】
さらに、基板ホルダ２０は、基板２５を基板ホルダ２０の上面にクランプするための基板クランプシステム（例えば、電気的又は機械的クランプシステム）を有する。例えば、基板ホルダ２０は、静電チャック（ESC）を含むことができる。
【００７３】
さらに、基板ホルダ２０は、基板２５と基板ホルダ２０との間のガスギャップ熱コンダクタンスを改善するために、背部ガス供給システムを介して基板２５の背面に熱伝達ガスの供給を促進することができる。高温又は低温で基板の温度制御が必要な場合に、そのようなシステムを利用することができる。例えば、背部ガスシステムは、２つのゾーンを含むガス分配システムを含むことができ、背部ガス（例えば、ヘリウム）圧力を基板２５の中心と端部との間で独立に変化させることができる。
【００７４】
真空排気システム６０は、約５０００リットル／秒（及びそれ以上）までの排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（TMP）と、チャンバ圧力を絞るためのゲートバルブとを含むことができる。例えば、毎秒１０００〜３０００リットルのＴＭＰを用いることができる。ＴＭＰは、典型的には約１Ｔｏｒｒ未満の低圧処理に使用することができる。高圧処理（すなわち、約１Ｔｏｒｒより大きい）のために、機械的ブースターポンプ及び乾式粗引きポンプを使用することができる。さらに、チャンバ圧力を監視するための装置（図示せず）を処理チャンバ１０に結合することができる。圧力測定装置は、例えば、MKS
Instruments、Inc.（Andover, Mass）から市販されているタイプ628B Baratron絶対容量マノメータとすることができる。
【００７５】
依然として図６を参照する。基板処理システム６００は、基板処理システム６００への入力を伝達及び起動し、基板からの出力を監視するのに十分な制御電圧を生成することができるデジタルＩ／Ｏポート、マイクロプロセッサ、及びメモリを含むコントローラ８０をさらに含むことができる。また、コントローラ８０は、処理チャンバ１０、基板ホルダ２０、温度制御システム２２、フィルム形成供給システム３０、気化システム４０、気化チャンバ４５、及び真空ポンプシステム６０だけでなく、背部ガス供給システム（図示せず）、及び／又は静電クランプシステム（図示せず）に結合することができ、これらと情報を交換することができる。メモリに記憶されたプログラムは、薄膜を堆積させる方法を実行するために、プロセスレシピに従って基板処理システム６００の上記構成要素への入力を活性化するために利用することができる。
【００７６】
コントローラ８０は、基板処理システム６００に対して局所的に配置してもよく、又はインターネット又はイントラネットを介して基板処理システム６００に対して遠隔に配置してもよい。従って、コントローラ８０は、直接接続、イントラネット、又はインターネットのうちの少なくとも１つを使用して、基板処理システム６００とデータを交換することができる。コントローラ８０は、顧客サイト（すなわち、装置メーカ等）のイントラネットに結合してもよく、又は供給業者サイト（すなわち、機器製造業者）のイントラネットに結合してもよい。さらに、別のコンピュータ（コントローラ、サーバ等）は、コントローラ８０にアクセスして、直接接続、イントラネット、又はインターネットの少なくとも１つを介してデータを交換することができる。
【００７７】
基板処理システム６００は、例えば処理チャンバ１０又は気化器４０に結合された原位置の（in-situ）清掃システム（図示せず）を使用して周期的に清掃することができる。オペレータによって決定された周波数毎に、原位置の基板処理システム６００は、基板処理システム６００の内面上に蓄積された残留物を除去するために、基板処理システム６００の通常の清掃を行うことができる。原位置の洗浄システムは、そのような残留物を化学的に反応させて除去可能な化学ラジカルを導入するように構成されたラジカル発生器を含む。さらに、例えば、原位置の洗浄システムは、例えば、オゾンの分圧を導入するように構成されたオゾン発生器を含むことができる。例えば、ラジカル発生器は、酸素（Ｏ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、Ｏ３、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、又はＣ３Ｆ８（又はより一般的にはＣｘＦｙ）それぞれから酸素又はフッ素ラジカルを生成するように構成された上流側プラズマ源を含むことができる。ラジカル発生器は、MKS
Instruments, Inc. ASTeX（登録商標）Products（90 Industrial Way, Wilmington, Mass. 01887）から市販されているASTRON（登録商標）反応ガス発生器を含むことができる。
【００７８】
多孔質ガス分配装置が堆積システム等の基板処理システムでの使用について記載されているが、多孔質ガス分配装置及び気化器をガス加熱及び液相材料の気化を必要とするあらゆるシステムで使用することができる。半導体製造及び集積回路（IC）製造における他のそのようなシステムは、エッチングシステム、プラズマ強化エッチングシステム、熱処理システム等を含み得る。
【００７９】
記載されたシステム及び方法の更なる改変及び代替の実施形態は、この明細書を考慮すれば当業者には明らかであろう。従って、記載されたシステム及び方法は、これらの例示的な構成によって制限されないことが認識されるであろう。本明細書に図示し説明したシステム及び方法の形態は、例示的な実施形態として解釈すべきであることを理解されたい。様々な変更を実装形態に行うことができる。従って、本発明は特定の実施形態を参照して本明細書に記載しているが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を行うことができる。従って、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮すべきであり、そのような修正は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。さらに、特定の実施形態に関して本明細書で説明される問題に対する利点、利点、又は解決策は、請求項のいずれか又は全ての重要な、必要な、又は本質的な特徴又は要素と解釈されることを意図していない。
【符号の説明】
【００８０】
１０  プロセスチャンバ
２０  基板ホルダ
２２  温度制御システム
２５  基板
３０  膜形成組成物送達システム
３２  第１の材料供給源
３３  プロセス空間
３４  第２の材料供給源
３６  第３の材料供給源
４０  気化器
４５  気化器チャンバ
５０  電源
５２  プラズマ発生器
５５  加熱要素
６０  真空ポンピングシステム
６２  ダクト
８０  制御器
１００  例示的実施形態
１０２  グランド
１０４  金属ナット
１０６  ねじ付き受容部
１０８  金属ガスケット
１１０  金属フランジ
１１２  予混合チャンバ
１１４  出口チャネル
１１６  拡張ノズル
１１８  オリフィス
１２０  キャリアガスチャネル
１２２  追加の金属フランジ
１２４  取付けブラケット
１２５  ノズルアセンブリ
１２６  ボルト
１２８  ボルト
１３０  アクセスポート
１５０  例示的実施形態
２００  金属フランジの断面図
２０４  第２の領域
２０６  移行領域
２０８  第１の領域
３００  代表的な斜視図
３０２  円錐領域
３０４  液体
３０６  キャリアガス
３０８  予混合された液体
３１０  内壁
３１２  液体入口
３１４  ガス入口
４００  例示的実施形態
４０２  ガス源ライン
４０４  頂部金属フランジ
４０５  気化器コア
４０６  気化器チャンバ
４０８  底部金属フランジ
４１０  出口金属フランジ
４１２  ボルト
４１４  ガス出口チャネル
４１６  ガスライン
６００  基板処理システム
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018050040.tif 000008
【図６】
2018050040.tif 000009