(57)【要約】  堆積処理中に、材料が基板上だけでなく他のチャンバ構成要素の上にも堆積することがある。ＭＯＣＶＤチャンバでは、これらの構成要素の１つはガス分配シャワーヘッドである。シャワーヘッドは、不活性ガスおよび塩素を含むプラズマで発生させたラジカルでシャワーヘッドをボンバードすることによって洗浄することができる。プラズマを発生させるために、シャワーヘッドを基板支持体に対して負にバイアスするか、またはフローティングさせることができる。シャワーヘッドはステンレス鋼を含み、セラミックコーティングでコーティングすることができる。
2013503490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に配置された基板支持体台と、
前記チャンバ本体の外側に配置されて、前記基板支持体の下に位置する複数の加熱ランプと、
前記チャンバ本体から電気的に絶縁され、前記基板支持体台の反対側に配置されたガス分配シャワーヘッドであって、前記基板支持体に対向するセラミックコーティングが上にあるステンレス鋼を含むシャワーヘッド本体を有し、前記シャワーヘッド本体が、その中を通って延びる複数の第１のガス通路および複数の第２のガス通路を有するガス分配シャワーヘッドと、
前記基板支持体と前記シャワーヘッド本体のうちの１つ以上と結合された電力供給装置と、
前記複数の第１のガス通路を通してガスを送出するために前記シャワーヘッド本体に結合された第１のガス供給と、
前記複数の第２のガス通路を通してガスを送出するために前記シャワーヘッド本体に結合された第２のガス供給と
を備える装置。
【請求項２】
前記装置が有機金属化学気相堆積装置である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記セラミックコーティングが、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ステンレス鋼と前記セラミックコーティングの間にアルミニウム付き鋼層をさらに含み、シャワーヘッドが前記電力供給装置に結合されており、かつ前記基板支持体が接地されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記セラミックコーティングが、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、およびこれらの組合せからなる群から選択され、且つ前記セラミックコーティングが約３００マイクロメートル以下の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
洗浄ガスを処理チャンバに導入するステップと、
シャワーヘッドに向かい合って配置された基板支持体が電気的にフローティングであるか、または接地されている間に、前記処理チャンバに結合されたガス分配シャワーヘッドに電気的バイアスを加えるステップであって、前記シャワーヘッドが、前記基板支持体に対向するセラミックコーティングが上にあるステンレス鋼を含むシャワーヘッド本体を有し、前記シャワーヘッド本体が、その中を通って延びる複数の第１のガス通路および複数の第２のガス通路を有し、前記電気的バイアスにより前記洗浄ガスに点火して、洗浄ガスラジカルおよび洗浄ガスイオンを含有するプラズマにするステップと、
前記洗浄ガスラジカルで前記セラミックコーティングをボンバードすることによって、前記洗浄ガスラジカルを前記セラミックコーティング上に形成された堆積物と反応させて副生成物を形成し、前記セラミックコーティングを露出するステップであって、前記露出したセラミックコーティングが、その上に前記堆積物が形成される前の前記セラミックコーティングの放射率の２パーセント以内の放射率を有するステップと、
前記副生成物を前記処理チャンバから排出するステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記洗浄ガスが塩素含有ガスを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記塩素含有ガスが、Ｃｌ２、ＩＣｌ、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＣＨ３Ｃｌ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電気的バイアスが負の電気的バイアスである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記洗浄中の前記チャンバ内の圧力が約３００ミリトル未満であり、前記電気的バイアスが約２．２３Ｗ／ｉｎ２から約１６Ｗ／ｉｎ２の間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ガス分配シャワーヘッドの放射率を第１の放射率レベルから第２の放射率レベルまで変化させながら、処理チャンバ内で１つまたは複数の基板に対して堆積処理を行うステップと、
前記処理チャンバから前記基板を取り出すステップと、
洗浄ガスを処理チャンバに導入するステップと、
前記シャワーヘッドに向かい合って配置された基板支持体が電気的にフローティングにされるか、または接地される間に、前記処理チャンバに結合されている前記ガス分配シャワーヘッドに電気的バイアスを加えるステップであって、前記シャワーヘッドが、ステンレス鋼およびその上の、前記基板支持体に対向するセラミックコーティングを含むシャワーヘッド本体を有し、前記シャワーヘッド本体が、その中を通って延びる複数の第１のガス通路および複数の第２のガス通路を有し、前記電気的バイアスにより前記洗浄ガスに点火して、洗浄ガスラジカルおよび洗浄ガスイオンを含有するプラズマにするステップと、
前記洗浄ガスラジカルで前記セラミックコーティングをボンバードすることによって、前記洗浄ガスラジカルを前記セラミックコーティング上に形成された堆積物と反応させて副生成物を形成し、前記セラミックコーティングを露出するステップであって、前記露出したセラミックコーティングが、前記第１の放射率レベルの２パーセント以内である第３の放射率レベルを有するステップと、
前記副生成物を前記処理チャンバから排出するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記洗浄ガスが塩素含有ガスを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記塩素含有ガスが、Ｃｌ２、ＩＣｌ、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＣＨ３Ｃｌ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気的バイアスが負の電気的バイアスであり、且つ前記堆積処理がＭＯＣＶＤ処理である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記副生成物を排出した後に、１つまたは複数の追加の基板に対して別の堆積処理を行うステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の諸実施形態は一般に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）および／または水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）で使用されるような、シャワーヘッドを洗浄する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバは一般に、半導体デバイスの製造の際に利用される。ガス分配シャワーヘッドは一般に、薄膜などの材料を基板の上に堆積するために、チャンバ内に置かれた基板の上の処理区域に前駆体を送出するのに利用される。ガス分配シャワーヘッドは一般に、これらチャンバ内の処理区域付近のチャンバ本体などの他のハードウェア構成要素と共に、アルミニウムなどの低放射率材料から製作される。アルミニウムの表面は一般に、酸化および／または腐食に耐えるように陽極処理される。しかし、アルミニウム構成要素は、少なくとも一部にはアルミニウム材料の熱膨張および熱収縮の故に、５００℃を超えて約１４００℃までの温度を必要とする処理のような高温ＣＶＤ処理には適さないことがある。さらに、高くなった処理温度がアルミニウムの融点を超える可能性もある。
【０００３】
高温ＣＶＤ処理で使用するための他の材料が調査されてきた。これらの材料のうちの１つはセラミックであり、耐腐食性があり、反射率が低く、高くなった処理温度に変形することなく耐えることができる。しかし、チャンバ洗浄処理など一部の処理では、ガス分配シャワーヘッドとチャンバ内の他の構成要素との間の電気的バイアスによって促進されるプラズマ形成が必要になる。セラミック材料の誘電体特性は、これらの処理においてプラズマ形成を促進するための電気信号を伝達するには適さない。
【０００４】
これらの材料のうちのもう１つはステンレス鋼であり、相対的に腐食がなく、高い反射率および低い放射率を有し、アルミニウムなど他の金属と比較して酸化速度が遅い。ステンレス鋼は導電性であり、プラズマ形成を促進するのに有効に利用することができる。しかし、ステンレス鋼は放射率が低く、酸化され、また定期的に洗浄または脱酸素しなければならない。
【０００５】
高温ＣＶＤ処理では、再現可能なウエハごとの堆積結果、およびウエハ内の堆積結果を得るには、処理区域内の温度が安定であることが望ましい。処理区域内の温度に影響を及ぼす１つの要因は、チャンバハードウェアの放射率である。チャンバハードウェアが新しい状態である場合、すなわち処理ガス化学作用によって酸化または腐食されていない場合には、放射率が分かっており一般に低い。しかし、処理中には、露出面への前駆体材料の付着、またはこれらの露出面の腐食もしく酸化により、これらの材料の放射率が変化しうる。放射率の変化は、処理区域内の熱パラメータに影響を及ぼし、そのためプロセスドリフトが生じる。処理構成要素の状態が処理条件に悪影響を及ぼす前に、チャンバ構成要素を洗浄または交換しなければならない。
【０００６】
ハードウェア構成要素は一般に、経験的に決められたある特定の時間数で処理条件にさらされた後などに、その期間の終わりにおいてその処理で、許容可能な基板上の堆積結果がプロセスドリフトにかかわらず得られるように、あるスケジュールで洗浄される。構成要素の洗浄は、構成要素をその当初の状態に回復させ、それによって処理チャンバを、あたかも新しく清浄な構成要素が処理チャンバに装着されたかのように動作する状態に回復させることを目的とする。しかし、特に非セラミックチャンバ構成要素に関して、洗浄されたときの構成要素では、その構成要素が新しかったときのチャンバと同じ状態で動作するチャンバが得られないことが分かっている。その後、使用時に、洗浄された構成要素もまた、新しい構成要素と同様に放射率の変化を示す。新しい構成要素と比較するとチャンバ特性が異なるので、洗浄された構成要素が最初に装着されたとき、洗浄された構成要素を新しい構成要素と同じ処理期間で使用すると、許容できない基板上の堆積結果を生じかねない処理条件になる。
【０００７】
したがって、プロセスドリフトを低減し、新しい構成要素と洗浄された構成要素の間で放射率がより近く一致できるガス分配シャワーヘッド、および他の構成要素が、これらのチャンバ内の処理区域の付近に必要とされている。加えて、再現可能な表面を生じさせる洗浄の方法も必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は一般に、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理で利用される処理チャンバ構成要素に付けられる表面コーティングの改善された方法と、本明細書に記載の諸実施形態による表面コーティングを有する、ＣＶＤ処理に利用される装置とを提示する。一実施形態では、シャワーヘッド装置が提示される。このシャワーヘッド装置は、本体と、本体を通って延び、本体の処理面まで延びる開口をそれぞれが有する複数の導管と、処理面に配置されたコーティングとを備え、このコーティングは、約５０ミクロンから約２００ミクロンの厚さであり、約０．８の放射率、約１８０マイクロインチから約２２０マイクロインチの平均表面粗さ、および約１５％以下の多孔率を備える。
【０００９】
別の実施形態では、堆積チャンバが提示される。この堆積チャンバはチャンバ本体を備え、このチャンバ本体は、チャンバ本体の内部面間に包含される内部容積と、ガス分配シャワーヘッドの内部面と、ドーム構造体の内部面と、ガス分配シャワーヘッドと向かい合う関係で内部容積内に配置された基板支持体と、ドーム構造体を通り抜けるように光を向ける１つまたは複数のランプアセンブリとを有する。ガス分配シャワーヘッドは、本体と、本体内に配置され、１つまたは複数のガスを内部容積まで送出するために本体の内部面まで延びる開口をそれぞれが有する複数の導管と、ガス分配シャワーヘッドの内部面に配置されたコーティングとを備える。
【００１０】
別の実施形態では、基板を処理する方法が提示される。この方法は、チャンバ内の処理容積を取り囲む本体の１つまたは複数の面にコーティングを付けるステップと、１つまたは複数の基板の第１のバッチをチャンバの処理容積まで移送するステップと、１つまたは複数の基板に対して第１の堆積処理を行うために１つまたは複数の基板の第１のバッチを設定点温度まで加熱する入力エネルギーを与えるステップと、１つまたは複数の基板を処理容積から外に移送するステップと、１つまたは複数の基板の第２のバッチをチャンバの処理容積まで移送するステップと、１つまたは複数の基板に対して第２の堆積処理を行うために１つまたは複数の基板の第２のバッチを設定点温度まで加熱するステップとを含み、設定点温度は、入力エネルギーを約０．１２％未満だけ変えることによって維持される。
【００１１】
一実施形態では、装置が開示される。この装置は、チャンバ本体と、チャンバ本体内に配置された基板支持体台とを含む。装置はガス分配シャワーヘッドも含み、このガス分配シャワーヘッドは、チャンバ本体から電気的に絶縁され、基板支持体台の反対側に配置され、ステンレス鋼およびその上の、基板支持体に対向するセラミックコーティングを含むシャワーヘッド本体を有する。シャワーヘッド本体は、その中を通って延びる複数の第１のガス通路および複数の第２のガス通路を有する。装置は、基板支持体とシャワーヘッド本体のうちの１つ以上と結合された電力供給装置も含む。第１のガス供給が、複数の第１のガス通路を通してガスを送出するためにシャワーヘッド本体に結合され、第２のガス供給が、複数の第２のガス通路を通してガスを送出するためにシャワーヘッド本体に結合される。
【００１２】
別の実施形態では、ガス分配シャワーヘッドを洗浄する方法が開示される。この方法は、洗浄ガスを処理チャンバに導入するステップと、処理チャンバに結合されているガス分配シャワーヘッドに電気的バイアスを加えるステップとを含み、シャワーヘッドに向かい合って配置された基板支持体は電気的に接地される。シャワーヘッドは、ステンレス鋼およびその上の、基板支持体に対向するセラミックコーティングを含むシャワーヘッド本体を有する。シャワーヘッド本体は、その中を通って延びる複数の第１のガス通路および複数の第２のガス通路を有する。電気的バイアスで洗浄ガスを点火して、洗浄ガスラジカルを含有するプラズマにする。この方法はまた、洗浄ガスラジカルでセラミックコーティングをボンバードすることによって、洗浄ガスラジカルをセラミックコーティング上に形成された堆積物と反応させて副生成物を形成し、セラミックコーティングを露出するステップを含む。露出したセラミックコーティングは、その上に堆積物が形成する前のセラミックコーティングの放射率の２パーセント以内の放射率を有する。この方法はまた、副生成物を処理チャンバから排出するステップを含む。
【００１３】
別の実施形態では、ガス分配シャワーヘッドを洗浄する方法が開示される。この方法は、洗浄ガスを処理チャンバに導入するステップと、処理チャンバ内に配置された基板支持体に電気的バイアスを加えるステップとを含み、処理チャンバに結合されているガス分配シャワーヘッドは電気的に接地される。シャワーヘッドは、ステンレス鋼およびその上の、基板支持体に対向するセラミックコーティングを含むシャワーヘッド本体を有する。シャワーヘッド本体は、その中を通って延びる複数の第１のガス通路および複数の第２のガス通路を有する。電気的バイアスは洗浄ガスを点火して、洗浄ガスラジカルを含有するプラズマにする。この方法はまた、洗浄ガスラジカルでセラミックコーティングをボンバードすることによって、洗浄ガスラジカルをセラミックコーティング上に形成された堆積物と反応させて副生成物を形成し、セラミックコーティングを露出するステップを含む。露出したセラミックコーティングは、その上に堆積物が形成する前のセラミックコーティングの放射率の２パーセント以内の放射率を有する。この方法はまた、副生成物を処理チャンバから排出するステップを含む。
【００１４】
上記の本発明の特徴が細部にわたり理解できるように、上で簡潔に要約された本発明のより具体的な説明が、添付の図面にその一部が示されている諸実施形態を参照して行われうる。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示しており、したがって、本発明が他の等しく効果的な実施形態を許容しうるので、本発明の範囲を限定するものとは見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本明細書に記載の諸実施形態による、半導体デバイスを製造する処理システムの一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】本明細書に記載の一実施形態による、半導体デバイスを製造する化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバの概略断面図である。
【図３】図２の細部Ａの拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図２のシャワーヘッドアセンブリの部分概略底面図である。
【図５】一実施形態による装置の概略断面図である。
【図６Ａ】一実施形態による洗浄処理中の装置の概略拡大図である。
【図６Ｂ】別の実施形態による洗浄処理中の装置の概略拡大図である。
【図７】別の実施形態による洗浄処理中の装置の概略拡大図である。
【図８】一実施形態によるシャワーヘッド洗浄アタッチメントを有する装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
理解しやすくするために、可能な場合には、各図に共通の同じ要素を示すのに同じ参照数字を使用した。一実施形態の要素および特徴は、追加的な記述なしで、他の実施形態に有利に組み込めることが企図されている。
【００１７】
本発明の諸実施形態は一般に、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理に利用されるチャンバ構成要素のための方法および装置を提示する。一実施形態では、この方法および装置は、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）ハードウェアおよび／またはハイブリッド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）ハードウェアを使用するＩＩＩ族窒化物膜の堆積に利用することができる。一態様では、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、または他のデバイスを形成する材料を堆積するのに適した処理チャンバが提示される。
【００１８】
ＣＶＤ堆積における処理温度は、膜形成速度および膜特性に影響を及ぼす。基板またはウエハは、妥当な許容範囲内にある同じ堆積速度および膜品質を、その寿命に関して与えられなければならない。ＣＶＤチャンバは、単一の基板もしくウエハ、または基板もしくはウエハのバッチに対して１つまたは複数の堆積処理を実施するように適合させることができる。処理実行の間（すなわち基板から基板まで、またはバッチからバッチ）の処理温度は、チャンバ構成要素の放射率が変化するのでドリフトする傾向があり、したがってウエハは温度ドリフトする。これを改善するには、チャンバに入れられる熱およびチャンバから引き出される熱など他の制御を、所望の処理温度を維持するように変える必要がありうる。チャンバ構成要素の表面が堆積材料で覆われ、あるいは腐食、すなわち酸化または別に化学的に修飾されるので、放射率は変化する。そのため、チャンバの各部品は、その当初の処理前の状態に回復させるために定期的に洗浄される。腐食の問題を回避する１つの手段は、セラミック部品を使用することであり、これらの部品は、使用中に顕著には劣化せず、洗浄によって、その当初の熱特性衝撃状態まで容易に回復される。しかし、セラミックチャンバ部品は、多くの処理、性能および製造の制約を受け、それにより一部の半導体処理用途に使用するには高価になり、あるいは非実用的になる。
【００１９】
チャンバ構成要素の基礎材料としてセラミックを使用することに対する１つの代替方法は、例えば金属を使用することである。ステンレス鋼は、相対的に腐食がなく、未使用の状態、すなわち処理ガス化学作用によって酸化または腐食されていない場合には、高い反射率および低い放射率を有し、チャンバ構成要素にやはり一般に使用されるアルミニウムなど他の金属と比較して酸化速度が遅い。ステンレス鋼はまた融点が高く、アルミニウム構成要素がたわみ、または溶解もする温度で使用することができる。しかし、ステンレス鋼もまた酸化し、チャンバ処理環境にさらされるその表面を望ましい反射率、放射率および清浄さに維持するには、定期的に洗浄または脱酸素しなければならない。一般に、チャンバ部品は、洗浄ガスを遠隔プラズマ源中に通過させるなど、洗浄ガスを使用して、構成要素の表面から酸化物または他の不純物を除去するための高反応性ラジカルを供給することによって、インシトゥで洗浄される。これによりチャンバは、真空を破ることなく洗浄することができ、それによって、チャンバが基板を処理する用意ができていない時間が低減する。部品を取り外すことによる定期的な洗浄もまた、通常は複数の洗浄と処理のサイクルの後で必要になる。
【００２０】
チャンバ表面をインシトゥで洗浄する機能にもかかわらず、ステンレス鋼の表面は、洗浄後にその当初の状態に回復しない、またはその状態に繰り返して回復しないことが分かった。その結果、新しい構成要素の反射率および放射率になることが望ましい、構成要素の反射率および放射率は、ある異なる状態にあり、そのため処理温度および温度均一性が、望まれるもの、または期待されるものと異なることになる。
【００２１】
本明細書の本発明者らは、チャンバ構成要素、特にランプ加熱されるＣＶＤチャンバ内に使用される金属チャンバ構成要素をコーティングすると、複数の処理および／または洗浄のサイクルにわたって放射率特性の安定化が可能になることを発見した。放射率という用語は、ある表面から放出される放射と、同温度の黒体から放出される放射の比を指す。
【００２２】
図１は、基板の上に薄膜を堆積する１つまたは複数のＣＶＤチャンバ１０２を備える、処理システム１００の一実施形態を示す概略平面図である。処理システム１００は、移送チャンバ１０６、移送チャンバ１０６に結合されたＣＶＤチャンバ１０２、移送チャンバ１０６に結合されたロードロックチャンバ１０８、移送チャンバ１０６に結合された、基板保管用のバッチロードロックチャンバ１０９、およびロードロックチャンバ１０８に結合された、基板ローディング用のロードステーション１１０を備える。処理システム１００は、コントローラ１６０も含む。移送チャンバ１０６は、基板を取り上げロードロックチャンバ１０８と、バッチロードロックチャンバ１０９と、ＣＶＤチャンバ１０２との間で移送するように動作可能なロボットアセンブリ（図示せず）を備える。複数のＣＶＤチャンバ１０２または加えて、ＭＯＣＶＤチャンバを１つまたは複数のＨＶＰＥチャンバと組み合せたものもまた、移送チャンバ１０６に結合されることがある。
【００２３】
処理システム１００では、ロボットアセンブリ（図示せず）は、基板がローディングされた基板キャリアプレート１１２をスリットバルブ（図示せず）に通して移送し、化学気相堆積にかけるために単一のＣＶＤチャンバ１０２の中に入れる。ここで説明する実施形態では、基板キャリアプレート１１２は、図２に示されるように、ある間隔を置いた関係の複数の基板を収容するように構成される。堆積ステップの一部またはすべてが完了した後、基板が上にある基板キャリアプレート１１２は、ＣＶＤチャンバ１０２からロボットアセンブリによって別の処理へと移送される。
【００２４】
図２は、本発明の諸実施形態によるＣＶＤチャンバ１０２の概略断面図である。ＣＶＤチャンバ１０２は、チャンバ本体２０２、前駆体ガス、キャリアガス、洗浄ガスおよび／またはパージガスを送出する化学デリバリモジュール２０３、プラズマ源を有する遠隔プラズマシステム２２６、基板キャリアプレート１１２を支持するサセプタまたは基板支持体２１４、および真空システムを備える。封止可能開口２１１が、基板キャリアプレート１１２をチャンバ１０２に出し入れする移送のためにチャンバ本体２０２に設けられる。この開口は、スリットバルブ（図示せず）によって封止可能である。チャンバ本体２０２は、処理容積２０８を囲む。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、処理容積２０８の一方の端部（上部）に配置され、基板支持体２１４は処理容積２０８の他方の端部（底部）に、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４と向き合う関係に配置される。基板支持体２１４および基板キャリアプレート１１２は、シリコンカーバイド、黒鉛、石英、アルミナ、窒化アルミニウム、およびこれらの組合せから製作することができる。基板支持体２１４は、矢印２１５で示されるように、垂直方向に移動するためのｚリフト機能を有する。一実施形態では、ｚリフト機能を使用して、基板支持体２１４を上方へシャワーヘッドアセンブリ２０４の近くに、また下方へガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４から遠くに移動することができる。アクチュエータ２８８が、回転の動きならびに垂直の動きの両方を与えるために使用される。いくつかの実施形態では、基板支持体２１４は加熱要素（例えば、抵抗加熱要素（図示せず））を、基板支持体２１４の温度を制御し、その結果として基板キャリアプレート１１２と、基板キャリアプレート１１２および基板支持体２１４の上に配置された基板２４０との温度を制御するために備える。１つまたは複数の熱電対などのセンサ（図示せず）を、基板支持体２１４の温度および／または基板キャリアプレート１１２の裏側の温度を処理中に監視するために、基板支持体２１４に結合することができる。
【００２５】
図示の実施形態では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４はダブルプレナムシャワーヘッドとして構成され、これにより、異なる２つのガス流をこのシャワーヘッドによって、これらのガス流がシャワーヘッドの中で一緒に混合することなく供給できるようになる。すなわち、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、第１の前駆体または第１の処理ガス混合物を処理容積２０８に送出するための、第１の処理ガス入口２５９を介して化学デリバリモジュール２０３に結合された第１の処理ガスプレナム２０４Ａと、第２の前駆体または第２の処理ガス混合物を処理容積２０８に送出するための第２の処理ガスプレナム２０４Ｂとを有する。一実施形態では、化学デリバリモジュール２０３は、有機金属前駆体を第１の処理ガスプレナム２０４Ａおよび第２の処理ガスプレナム２０４Ｂまで送出するように構成される。一実施形態では、有機金属前駆体は、適切なガリウム（Ｇａ）前駆体（例えば、トリメチルガリウム（「ＴＭＧ」）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ））、適切なアルミニウム前駆体（例えば、トリメチルアルミニウム（「ＴＭＡ」）、または適切なインジウム前駆体（例えば、トリメチルインジウム（「ＴＭＩ」））を含む。図２に示された実施形態では、第１の処理ガスプレナム２０４Ａは、第１の処理ガスプレナム２０４Ａを横切って配置されたブロッカプレートに２５５よって２つのサブプレナム２１２Ａと２１２Ｂに二分岐される。ブロッカプレート２５５は、このプレートを貫通して配置され２つのサブプレナム２１２Ａ、２１２Ｂの間の流体連通を可能にする複数のオリフィス２５７を有する。サブプレナム２１２Ａは、化学デリバリモジュール２０３から受け取ったガスをサブプレナム２１２Ａの中に、またオリフィス２５７に通して第１の処理ガスプレナム２０４Ａのサブプレナム２１２Ｂの中に均一に送出するために、第１の処理ガス入口２５９および第１の処理ガスプレナム２０４Ａと連通している。第２の処理ガスプレナム２０４Ｂは、第２の前駆体または第２の処理ガス混合物を処理容積２０８まで第２の処理ガス入口２５８を介して送出するために、化学デリバリモジュール２０３と結合される。一実施形態では、化学デリバリモジュール２０３は、アンモニア（ＮＨ３）または他のＭＯＣＶＤもしくはＨＶＰＥ処理ガスなどの適切な窒素含有処理ガスを第２の処理ガスプレナム２０４Ｂまで送出するように構成される。一実施形態では、第２の処理ガスプレナム２０４Ｂは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第１のプレナム壁２７６によって、第１の処理ガスプレナム２０４Ａから分離される。
【００２６】
ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４はさらに、熱交換システム２７０に結合された温度制御プレナム２０４Ｃを備え、この温度制御プレナムは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の温度の調整を助けるために熱制御流体をガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４に通して流す。適切な熱制御流体には、それだけには限らないが、水、水ベースのエチレングリコール混合物、ペルフルオロポリエーテル（例えば、ＧＡＬＤＥＮ（登録商標）流体）、油ベースの熱移動流体、または類似の流体が含まれる。一実施形態では、第２の処理ガスプレナム２０４Ｂは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第２のプレナム壁２７７によって、温度制御プレナム２０４Ｃから分離される。温度制御プレナム２０４Ｃは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第３の壁２７８によって処理容積２０８から分離される。
【００２７】
チャンバ１０２は、処理容積２０８の下部容積２１０を包含する下部ドーム２１９を備える。したがって、処理容積２０８は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４と下部ドーム２１９の間に包含される。基板支持体２１４は上昇した処理位置で図示されているが、下方位置に移動することができ、その位置で例えば、基板２４０が上にある基板キャリアプレート１１２をロードまたはアンロードすることができる。堆積が下部容積２１０内で行われないようにすることを助け、また排気ガスをチャンバ１０２から排気ポート２０９まで導くことを助けるために、排気リング２２０が基板支持体２１４の周囲に配置される。下部ドーム２１９は、基板２４０を放射加熱するための光が通過できるように、高純度石英などの透明材料で作ることができる。放射加熱は、下部ドーム２１９の下に配置された複数の内側ランプ２２１Ａおよび外側ランプ２２１Ｂによって行うことができる。内側ランプ２２１Ａおよび外側ランプ２２１Ｂによって与えられる放射エネルギーに対するチャンバ１０２の露光を制御することを助けるために、反射器２６６を使用することができる。基板２４０をより精密に温度制御するために、ランプの追加リング（図示せず）もまた使用することができる。一実施形態では、チャンバ１０２は、約６８個のランプ２２１Ａおよび２２１Ｂなど、約６０個から約８５個のランプ２２１Ａおよび２２１Ｂを含む。一態様では、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂのそれぞれは、定格２キロワット（ｋＷ）の石英ハロゲンランプである。
【００２８】
本発明の特定の実施形態では、パージガス（例えば、窒素含有ガス）をガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４からチャンバ１０２の中に、パージガス源２８２に結合された１つまたは複数のパージガスプレナム２８１（１つだけ図示）を介して供給することができる。この実施形態では、パージガスは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の周囲に配置された複数のオリフィス２８４に通して供給される。複数のオリフィス２８４は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の周囲に円形のパターンで構成し、基板支持体２１４の周囲にパージガスを供給するように配置して、基板支持体２１４、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４、およびチャンバ１０２の他の構成要素の縁部において、粒子が形成され最終的に基板２４０の汚染となる望ましくない堆積を防止することができる。パージガスは下向きに流れ、環状の排気チャネル２０５のまわりに配置された複数の排気ポート２０９に入る。排気導管２０６は環状チャネル２０５を、真空ポンプ２０７が含まれる真空システムに接続する。チャンバ１０２の圧力は、排気ガスが環状排気チャネル２０５から引き出される速度を調整する弁システムを使用して、制御することができる。
【００２９】
他の実施形態では、パージガス管２８３（１つだけ図示）がチャンバ本体２０２の底部近くで、チャンバ本体２０２の周縁に配置される。この構成では、パージガスはチャンバ１０２の下部容積２１０に入り、上向きに流れて基板支持体２１４および排気リング２２０を通過し、チャンバ本体２０２の周縁に配置された複数の排気ポート２０９に入る。
【００３０】
化学デリバリモジュール２０３は、化学物質をＣＶＤチャンバ１０２に送出する。反応性ガス（例えば、第１および第２の前駆体ガス）、キャリアガス、パージガス、および洗浄ガスは、化学デリバリシステムから供給して供給ラインに通しチャンバ１０２に入れることができる。一実施形態では、各ガスは供給ラインに通して供給され、ガス混合ボックスに入り、ここで一緒に混合され、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４へ送出される。
【００３１】
遠隔プラズマシステム２２６は、チャンバ洗浄または処理基板からの残留物エッチングなどの選択された用途に対してプラズマを生成することができる。入力ラインによって送出された前駆体から遠隔プラズマシステム２２６内で生成されたプラズマ種は、分散用導管２０４Ｄに通して流され、シャワーヘッドアセンブリ２０４を通ってＣＶＤチャンバ１０２に至る。洗浄用途の前駆体ガスは、塩素含有ガス、フッ素含有ガス、ヨウ素含有ガス、臭素含有ガス、窒素含有ガス、および／または他の反応性元素を含むことができる。遠隔プラズマシステム２２６は、層堆積処理中に適切な堆積前駆体ガスを遠隔プラズママシステム２２６の中に流すことによってＣＶＤ層を堆積するように適合させることもできる。一実施形態では、遠隔プラズマシステム２２６は、活性塩素種を処理容積２０８まで送出してＣＶＤチャンバ１０２の内部を洗浄するために使用される。
【００３２】
ＣＶＤチャンバ１０２の壁、および排気通路などの周辺構造物の温度はさらに、熱制御液体をチャンバ１０２の壁内のチャネル（図示せず）に通して循環させることによって制御することができる。熱制御液体は、所望の効果に応じてチャンバ本体２０２を加熱または冷却するために使用することができる。例えば、高温の液体は、熱堆積処理中に均一な熱傾斜を維持することを助けるのに対し、低温の液体は、洗浄ガスを解離するためのインシトゥでのプラズマ処理中にシステムから熱を除去するために、あるいはチャンバの壁上に堆積生成物が形成することを制限するために使用することができる。ランプ２２１Ａ、２２１Ｂによって行われる加熱、ならびに熱交換システム２７０からガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を通る熱制御流体によって行われる加熱または冷却、および／または熱制御液体をチャンバ本体２０２の壁に送出することによる加熱または冷却により、処理容積２０８内の処理温度が約５００℃から約１３００℃、より詳細には約７００℃から約１３００℃に維持される。一実施形態では、チャンバ１０２の処理容積２０８内で約９００℃から約１０５０℃の間の処理温度を生成するためのランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力は、約４５ｋＷから約９０ｋＷである。一実施形態では、処理温度は、基板キャリアプレート１１２（図１）の裏側の温度を測定する１つまたは複数の熱電対などのセンサを利用することによって監視される。
【００３３】
ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第３の壁２７８は、基板支持体２１４に対向する面２８９を含む。面２８９ならびにガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の他の部分の温度は、処理中に監視および制御される。一実施形態では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４はステンレス鋼から製作され、面２８９は、約０．１７の放射率を有するむき出しのステンレス鋼である。処理容積２０８内の温度は、この面の温度、および処理容積２０８を取り囲むチャンバ１０２の他の面の温度の影響を受ける。
【００３４】
ＣＶＤ堆積処理時の処理温度が膜形成速度および膜特性に影響を及ぼしうるので、チャンバ構成要素の放射率は重要になりうる。構成要素表面への材料の堆積、またはその面の酸化もしくは腐食は、チャンバ構成要素の放射率の変化を引き起こし、この変化は処理容積２０８の温度に影響を及ぼし、したがって、基板支持体２１４内に形成されたくぼみ２１２内に載ることができる基板２４０の温度に影響を及ぼし、この基板の温度は、基板２４０上の膜形成および膜特性に影響を及ぼす。チャンバの内部はインシトゥで、またはチャンバを開くことによって、その表面を当初の処理前の状態に回復させようとして定期的に洗浄される。例えば、処理サイクル中に面２８９の放射率は、前駆体材料の面２８９への付着により、および／または面２８９の酸化もしくは腐食により変化しうる。面２８９への前駆体材料の付着、または面２８９の腐食もしくは酸化により、面２８９の反射率が低下する。反射率の低下は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４が熱をより多く吸収し、処理容積２０８内の温度に影響を及ぼすので、プロセスドリフトを引き起こす。一態様では、温度が変化すると、処理容積２０８内の所望の温度を維持するために、ランプ２２１Ａ、２２１Ｂに加えられる電力の調整、および／または熱交換システム２７０内の熱制御流体の温度の調整が必要になる。すなわち、前駆体残留物がこれらの表面で増大し続け、電力および／または熱制御流体温度調整が連続堆積サイクルに対して行われることが必要になる。本質的に、チャンバ制御では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリの表面特性が変化するにつれ、チャンバに出入りする熱を変えることによって基板温度を所望の設定点に維持しなければならない。加えて、ある特定の時点で、流体およびランプ電力を変化させることがドリフトを管理するには非実用的な方法になり、チャンバ構成要素は、洗浄するか新しい構成要素と交換しなければならなくなる。
【００３５】
これらの面のインシトゥ洗浄は、処理実行の間に実施してプロセスドリフトを軽減することができるが、堆積残留物および／または酸化もしくは腐食を露出面から除去するには最終的に、チャンバ１０２を開いて露出面を物理的に洗浄することが必要になる。チャンバ１０２を取り外し物理的に洗浄することは時間がかかり、連続している処理のためにチャンバが排気および焼き出しされるまでチャンバは使用不能になる。加えて、チャンバ構成要素はインシトゥで洗浄できるが、これによりチャンバは、このインシトゥ洗浄中は「オフライン」になる。
【００３６】
チャンバ構成要素内の表面特性ドリフトの問題に対処するために、一実施形態では、基板支持体２１４に対向するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の面２８９は、面２８９の放射率を高めるための粗面化表面を含む。一実施形態では、面２８９は、約８０マイクロインチ（μインチ）から約１２０μインチの平均表面粗さ（Ｒａ）を有する粗面化表面にするために、ビードブラストされる。面２８９の粗面化は、非粗面化表面と比較して面２８９の当初の放射率を増加させ、腐食または酸化により生じる放射率変化を低減し、これによりプロセスドリフトが低減する。一実施形態では、粗面化面を得るために＃８０グリットサイズが利用される。ビードブラストは、所望のＲａを作り出すための既知の圧力で、所望のグリットサイズを使用して適用することができる。一態様では、ビーズは面２８９のどの開口にも入ることできる。一態様では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４のどの開口の直径もグリットサイズより大きく、特に、＃８０グリットサイズの寸法よりも大きい。これらの開口は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の開口に入った粗粒があれば除去し排出するために、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を真空ポンプに結合することによって、またはガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を真空環境中に配置することによって洗浄することができる。別の態様では、パージガスを約８０ｐｓｉの圧力でガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の開口を通して送出し、いかなるビーズまたは粗粒が開口に入ることも防止または最小限にすることができる。
【００３７】
別の実施形態では、基板支持体２１４に対向するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の面２８９は、コーティング２９１を含む。加えて、チャンバ本体２０２の内部面２９５などの、処理容積２０８に近いチャンバ１０２の他の面は、コーティング２９６を含むことができる。一実施形態では、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４およびチャンバ本体２０２は、３１６Ｌステンレス鋼などのステンレス鋼材料を含む。コーティング２９１、２９６は、堆積処理および洗浄処理で使用される処理化学反応に適合した材料を含む。コーティング２９１、２９６は、ＭＯＣＶＤおよびＨＶＰＥ処理で利用される極端に高い温度を加えることに適合する。コーティング２９１、２９６は、ベース材料の熱吸収を安定化するために、面２８９および／または２９５、ならびにそれらのベース材料の放射率を最大限にし、放射率を安定化する。一実施形態では、コーティング２９１、２９６は、約０．８から０．８５の放射率を備える。
【００３８】
コーティング２９１、２９６は、面２８９、２９５に堆積されたセラミック材料を含むことができる。このようなコーティングがステンレス鋼などの金属表面に付けられた場合、その構成要素の表面の放射率が堆積処理および洗浄処理の後で、使用前の構成要素表面の放射率に著しく近いことが見出された。一態様では、コーティング２９１は、アルミナすなわち酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、これらの組合せ、またはこれらの誘導体を含む。コーティング２９１、２９６は、プラズマスプレーなどの熱スプレー法を利用してそれぞれの表面に堆積することができる。面２８９、２９５に形成されたコーティング２９１、２９６は、約５０ミクロン（μｍ）から約２００μｍの間の厚さを有することができる。コーティング２９１、２９６は多孔質とすることができる。一実施形態では、コーティング２９１、２９６は、約０．５％から約１０％など約１０％未満の多孔率、例えば、光学法を利用して約８％から約１０％の多孔率を有する。別の実施形態では、コーティング２９１、２９６は、約０．５％から約１５％など約１５％未満の多孔率、例えば、アルキメデス法を利用して約１０％から約１５％の多孔率を有する。コーティング２９１、２９６は、親水性またはぬらすことができるものとし、０°と９０°の間など約９０°未満の接触角を有することができる。コーティング２９１、２９６は、プラズマスプレー後に白色であり、数回の堆積および／または洗浄のサイクル後でも、ほぼ白色のままでありうる。さらに、放射率は、最初の使用と洗浄処理の間でほぼ安定している。例えば、放射率は、最初の使用時で約０．８であり、インシトゥ洗浄前で約０．８１でありうる。したがって、コーティング２９１、２９６の放射率デルタは約０．８から約０．８５の間であり、この放射率デルタでは、ランプ２２１Ａ、２２１Ｂに印加される電力のドリフトが、一実施形態では、約１，０００℃の処理容積２０８内の温度、および／または約１，０００℃の基板温度を得るために使用される約８０，０００ワットの電力設定点で約１００ワット未満であり、無視できるものになる。
【００３９】
プラズマスプレー処理は、コーティング２９１、２９６を形成するために、装置内において大気圧で実施される。プラズマスプレー処理は、コーティング２９１および２９６の付着性を増大させるための面２８９、２９５の前処理を含む。一実施形態では、面２８９、２９５はビードブラストされて、コーティング２９１、２９６の付着性を増進するための粗面化表面が生成される。一態様では、ビーズは、＃８０グリットサイズの酸化アルミニウム粒子であり、Ｒａが約８０マイクロインチ（μインチ）から約１２０μインチの粗面化表面を形成するのに利用される。ビードブラスト中にパージガスをガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４に通して送出し、面２８９に形成されたどの開口にも粒子が少しも入らないようにすることができる。一実施形態では、セラミック粉末からなるプラズマスプレーを粗面化後に面２８９、２９５に堆積することができる。一実施形態では、セラミック粉末は９９．５％の純度である。別の実施形態では、セラミック粉末は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。プラズマスプレーは、所望のＲａを生成する圧力で、所望のパウダーサイズを使用して適用することができる。一態様では、セラミック粉末のプラズマが面２８９、２９５に適用され、面２８９、２９５のどの開口も詰まらないように覆われ、または塞がれる。別の態様では、セラミック粉末のプラズマは、少なくとも一部分だけ面２８９、２９５のどの開口にも入ることができる。一実施形態では、プラズマスプレー中にパージガスがガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を通って約８０ｐｓｉの圧力で送出され、面２８９に形成されたどの開口にもスプレーが入らないようにする。一態様では、プラズマスプレーは、面２８９のどの開口も面２８９上のコーティング２９１の厚さに等しい分量だけ長くなるように面２８９に適用される。別の実施形態では、パージガスは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を通って約８０ｐｓｉ未満の圧力で送出され、面２８９に形成された開口にスプレーの一部分が入ることができる。さらに別の実施形態では、プラズマスプレーは開口を覆うことができる。この実施形態では、開口は、コーティングを付けた後に必要に応じて、再び開かれて寸法設定されるように再機械加工することができる。
【００４０】
コーティング２９１、２９６は、面２８９および２９５のベース材料を改修できるように除去することもできる。コーティング２９１、２９６は、ビードブラストによって、または面２８９と２９５の間の境界面を侵食しコーティングとベース材料の間の結合を切断する化学物質を利用して、除去することができる。面２８９、２９５が洗浄された後、コーティング２９１、２９６を洗浄された面２８９および２９５に前述のコーティング処理によって再付着させ、チャンバ１０２の中に再装着することができる。
【００４１】
図３は、図２に示された細部Ａの拡大図であり、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４上のコーティング２９１の分布をさらに示す。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、第１の主側面３０５Ａと、面２９３を有する第２の主側面３０５Ｂとを有する本体を含む。図２および図３を参照すると、一実施形態では、有機金属前駆体などの第１の前駆体または第１の処理ガス混合物は、第１の処理ガスプレナム２０４Ａから第２の処理ガスプレナム２０４Ｂおよび温度制御プレナム２０４Ｃを通して送出され、複数の内側ガス導管２４６によって処理容積２０８に入る。内側ガス導管２４６は、ステンレス鋼でできた円筒管とすることができ、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第１のプレナム壁２７６、第２のプレナム壁２７７、および第３の壁２７８を貫通して配置された整列孔の中に位置する。内側ガス導管２４６のそれぞれは、第２の主側面３０５Ｂに開口３１０Ａを含む。各開口３１０Ａは、面２８９を通り抜けて第１の前駆体を流路Ａ３に沿って処理容積２０８まで送出するように形成される。一実施形態では、内側ガス導管２４６はそれぞれ、ろう付けなど適切な手段によって、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第１のプレナム壁２７６に取り付けられる。
【００４２】
一実施形態では、窒素前駆体などの第２の前駆体または第２の処理ガス混合物は、第２の処理ガスプレナム２０４Ｂから温度制御プレナム２０４Ｃを通して送出され、複数の外側ガス導管２４５を通って処理容積２０８に入る。外側ガス導管２４５は、ステンレス鋼でできた円筒管とすることができる。それぞれの外側ガス導管２４５は、それぞれの内側ガス導管２４６のまわりに同心円状に置くことができる。外側ガス導管２４５のそれぞれは、第２の主側面３０５Ｂに開口３１０Ｂを含む。各開口３１０Ｂは、第２の前駆体を流路Ａ２に沿って処理容積２０８まで送出するために面２８９を貫通して形成される。外側ガス導管２４５は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第２のプレナム壁２７７および第３のプレナム壁２７８を貫通して配置された整列孔の中に位置する。一実施形態では、外側ガス導管２４５はそれぞれ、ろう付けなど適切な手段によって、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の第２のプレナム壁２７７に取り付けられる。入力ラインから送出された前駆体により遠隔プラズマシステム２２６内で生成されたプラズマ種は、分散用導管２０４Ｄに通して流され、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を経て、面２８９を貫通して形成された開口３１０Ｃを通って処理容積２０８に至る。
【００４３】
一実施形態では、開口３１０Ａ〜３１０Ｃのそれぞれは、内径Ｄ１〜Ｄ３などの直径を有し、コーティング２９１が面２８９に、直径Ｄ１〜Ｄ３を減少させずに開口３１０Ａ〜３１０Ｃを長くするようにして付けられる。一実施形態では、内径Ｄ１〜Ｄ３は約０．６ｍｍである。一態様では、開口３１０Ａ〜３１０Ｃは、直径Ｄ１〜Ｄ３を少しも減少させずに、コーティング２９１の厚さと等しい分量だけ長くされる。別の実施形態では、コーティング２９１は、開口３１０Ａ〜３１０Ｃの一部分を少なくとも部分的に覆い、内部コーティング３１５として示される直径Ｄ１〜Ｄ３の内側に入ることができる。この実施形態では、開口３１０Ａ〜３１０Ｃは、プラズマスプレー前には覆われない、または塞がれない。したがって、コーティング２９１は、開口３１０Ａ〜３１０Ｃのサイズを低減することができる。一実施形態では、コーティングの厚さ２９２は、面２８９および内径Ｄ１〜Ｄ３の内側で約５０μｍから約２００μｍである。一態様では、厚さ２９２は、各開口３１０Ａ〜３１０Ｃの開口領域百分率の分量に対応するように選択される。一例では、コーティング２９１の厚さ２９２は、各開口３１０Ａ〜３１０Ｃの一部分を、開口直径Ｄ１〜Ｄ３の少なくとも約８０％超を残して覆うように選択される。一実施形態では、コーティング２９１は、面２８９から約５０μｍから約２００μｍの深さまで開口３１０Ａ〜３１０Ｃの中に入ることができる。オリフィス２８４（図２）は図示されていないが、開口３１０Ａ〜３１０Ｃを参照して上述したように、コーティング２９１によって少なくとも部分的に覆うことができる。
【００４４】
図４は、図２の本発明の一実施形態によるシャワーヘッドアセンブリ２０４の部分的な概略底面図である。図示のように、第２のガスを第２の処理ガスプレナム２０４Ｂから送出する外側ガス導管２４５と、第１のガスを第１の処理ガスプレナム２０４Ａから送出する内側ガス導管２４６とを含む同心管構成が、非常に密でより均一なパターンで配置される。一実施形態では、同心管は、六角形の密に詰め込まれた配置で構成される。その結果、第１の処理ガスプレナム２０４Ｂおよび第２の処理ガスプレナム２０４Ｂから送出される第１および第２の処理ガスそれぞれは、処理容積２０８内に配置された基板２４０全体にわたってより均一に送出され、その結果、堆積均一性が著しく増すことになる。
【００４５】
要約すると、本発明の諸実施形態は、各処理ガスを処理チャンバ１０２の処理容積２０８の中に別々に送出するための同心管アセンブリを有するガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を含む。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４ならびにチャンバ１０２の他の部分は、処理容積２０８近くのこれら構成要素の放射率変動を低減するために、その上に配置された高放射率コーティング２９１、２９６を含むことができ、それによって処理容積２０８内の温度変動が最小限になる。処理容積２０８の温度と、熱交換システム２７０および／またはランプ２２１Ａ、２２１Ｂからガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４に加えられる熱などの他の堆積パラメータとは、本明細書に記載の諸実施形態によれば、より容易に維持することができる。したがって、ランプ２２１Ａ、２２１Ｂに加えられる電力レベルは、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４への熱制御流体の温度と共に、容易に維持することができる。これにより、ウエハごとの再現性が、処理パラメータを調整する必要なしに改善する。
【００４６】
コーティング２９１を使用することによって、処理チャンバ１０２などのＬＥＤ処理チャンバの処理容量内で実施される処理の温度を、より従来型の処理チャンバ設計と比較していっそう容易に維持することができると考えられる。放射率変動を低減するコーティングされたチャンバ構成要素では一般に、ウエハごとの温度、およびウエハ内の温度が均一になる結果の改善になり、それによってＬＥＤデバイス性能再現性が改善されることになる。本明細書に記載のガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４を使用することによって、ランプ２２１Ａ、２２１Ｂなどの基板加熱源（１つまたは複数）によって基板に与えられる熱エネルギーは、所望の設定点温度に維持するのに、加熱源（１つまたは複数）に加えられる電力の約０．５％未満、例えば約０．５％から、約０．１２％未満のような約０．２％未満までの変化など、相対的に小さな範囲にとどまることが見出された。例えば、約１０００℃の設定点温度に維持するのに、基板加熱源（１つまたは複数）に加えられる電力は１００ワット未満だけ変動する。一例では、約１０００℃の設定点温度に維持するのに、基板加熱源（１つまたは複数）によって基板に与えられる熱エネルギーは１００ワット未満だけ変動し、この電力は基板処理温度を得るために使用される。別の例では、約８０，０００ワットの電力設定点を維持するのに、基板加熱源（１つまたは複数）によって基板に与えられる熱エネルギーは１００ワット未満だけ変動し、この電力は約１０００℃の基板処理温度を得るために使用される。ランプ２２１Ａ、２２１Ｂに加えられる電力の変化、および／または放射率ドリフトを補償するための熱制御流体の温度もしくは流速の変化は、本明細書に記載の諸実施形態により大幅に低減される。
【００４７】
一実施形態では、処理中に利用される基板キャリアプレート１１２（図１）は、約１００，０００ｍｍ２など、約９５，０００ｍｍ２から約１０３，０００ｍｍ２の表面積を含み、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力は、設定点処理温度を得るために、この面積に基づいて変えることができる。一実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側で測定して約９００℃の処理温度を得るための、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力は約４５ｋＷである。別の実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側で測定して約１，０５０℃の処理温度を得るための、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力は約９０ｋＷである。したがって、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力の電力密度は、基板キャリアプレート１１２の表面積に基づいて、約０．４５Ｗ／ｍｍ２から約０．９Ｗ／ｍｍ２になりうる。
【００４８】
別の実施形態では、処理中に利用されるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、約２００，０００ｍｍ２など、約１００，０００ｍｍ２から約２５０，０００ｍｍ２の（面２８９の）表面積を含み、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力は、設定点処理温度を得るために、この面積に基づいて変えることができる。一実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側で測定して約９００℃の処理温度を得るための、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力は約４５ｋＷである。別の実施形態では、基板キャリアプレート１１２の裏側で測定して約１，０５０℃の処理温度を得るための、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力は約９０ｋＷである。したがって、ランプ２２１Ａおよび２２１Ｂへの入力電力の電力密度は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の表面積に基づいて、約０．２２５Ｗ／ｍｍ２から約０．４５Ｗ／ｍｍ２になりうる。
【００４９】
一例では、１６回の堆積処理サイクルのデータが取得され、１６回の堆積と洗浄のサイクルにわたってランプ２２１Ａ、２２１Ｂに送出された電力はほぼ安定したままであった。この例では、コーティングされたシャワーヘッドに対する約８０，０００ワットのランプ出力電力において１００ワットのドリフトが、コーティングされていないシャワーヘッドに対する同じ出力電力設定点におけるランプ電力の８，０００ワットのドリフトと比較して、測定された。すなわちコーティング２９１は、１６回の堆積処理サイクルにわたって基板が置かれる処理環境の熱制御において８０×の改善をもたらした。この例では、熱交換システム２７０および温度制御プレナム２０４Ｃを通して送出された熱制御流体の温度が、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４から取り出される熱の変動を決定するために、堆積および洗浄処理中に監視された。ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４からコーティング２９１を通して除去されるエネルギーは、堆積中で約１５．３ｋＷであった。基板（１つまたは複数）処理温度が処理実行から処理実行までに数度（例えば、＋／−２．５℃）を超えてドリフトした場合には、ＬＥＤデバイス歩留まりが著しく変化することが分かっており、また当業者には理解されよう。このＬＥＤデバイス歩留まりの問題は、少なくとも部分的には、処理実行から処理実行までに形成されるＬＥＤデバイスに生じる光出力の変動性により起きる。したがって、本明細書に記載の諸実施形態は、ほぼ同じ膜厚および光出力を有するＬＥＤデバイスを繰り返し可能に製造するために、実行ごとの基板処理温度変動またはドリフトを防止し、または許容可能範囲内で最小限にする。上述のコーティング２９１を使用することによって、実行ごとの平均基板処理温度範囲は、約１，０００℃などの、８００℃と１，３００℃の間のある点における所望の設定点温度の処理温度において約＋／−２℃未満になり、これにより、処理実行ごとの変動、およびウエハ膜厚さ内の変動が最小限になって、ほぼ同じ光出力特性を有するＬＥＤデバイスが製造されることが見出された。
【００５０】
コーティング２９１が上にあるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の試験では、膜厚が規格値の外にドリフトする前に、洗浄間隔の増大および処理実行の回数の増加が示された。例えば、１０回の処理実行後に膜厚が規格値の外にドリフトしたコーティングのないガス分配シャワーヘッドと比較して、コーティング２９１が上にあるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、規格値に従った膜厚を維持しながら、８０回の処理実行に利用された。したがって、一態様では、本明細書に記載のコーティング２９１が上にあるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は処理実行の回数を、コーティングのないシャワーヘッドを利用した約１０回と比較して、インシトゥ洗浄の前に約８０回まで増加させた。したがって、本明細書に記載のガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４は、チャンバの動作不能時間を最小限にすることによってスループットを増大させる。コーティング２９１が上にあるガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の試験では、基板支持体２１４の表面で約４０℃の温度低下も示された。この温度低下は、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４上のコーティング２９１の高い放射率に起因した。すなわち、基板支持体２１４への大きな熱損失により、ランプ２２１Ａ、２２１Ｂに対し同じ電力入力を利用して、ガス分配シャワーヘッドアセンブリ２０４の温度が低くなる。
【００５１】
堆積処理中に、材料が基板上だけでなく他のチャンバ構成要素の上にも堆積することがある。ＭＯＣＶＤチャンバでは、これらの構成要素の１つはガス分配シャワーヘッドである。シャワーヘッドは、不活性ガスおよび塩素を含むプラズマで発生させたラジカルでシャワーヘッドをボンバードすることによって洗浄することができる。プラズマを発生させるには、シャワーヘッドは基板支持体に対して負にバイアスする、またはフローティングにすればよい。シャワーヘッドはステンレス鋼を含み、セラミックコーティングでコーティングすることができる。
【００５２】
シャワーヘッドを洗浄するのに使用できる１つの方法は、チャンバの遠隔でプラズマを点火し、ラジカル／イオンをチャンバまで送出するものである。塩素ベースのガスは、シャワーヘッドを洗浄するのに効果的である。高い塩素分圧を利用して塩素化反応効率を改善することができる。しかし、高圧処理は、シャワーヘッド表面に形成される塩素化反応副生成物の昇華速度を抑制する。熱二原子塩素洗浄処理の洗浄効率が損なわれることがある。二原子塩素を利用するインシトゥでのチャンバ洗浄の効率を改善するには、塩素化反応に塩素ラジカルなどの化学的によりいっそう反応性の化学種を低減処理圧力で使用して、反応副生成物昇華処理を促進するのが望ましいことがある。したがって、遠隔発生プラズマが選択肢になりうる。
【００５３】
シャワーヘッドの遠隔発生プラズマ洗浄を実施するために、遠隔で発生させるラジカル／イオンを遠隔プラズマ源によって発生させることができる。一実施形態では、ラジカル／イオンは、塩素ラジカルおよび塩素イオンを発生させる塩素放出によって形成することができる。遠隔プラズマ源は、ＲＦ電力またはマイクロ波電力によって電力供給できる誘導結合プラズマ源とすることができる。あるいは、遠隔プラズマ源は、ＲＦ電力またはマイクロ波電力によって電力供給できる電子サイクロトン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ源を含むこともできる。
【００５４】
遠隔プラズマ源用のソースガスは、二原子塩素を含むことができる。しかし、ＩＣｌ、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４およびＣＨ３Ｃｌなど他の塩素ベースのガスも同様に効果的に利用することができる。遠隔プラズマ源は、リアクタまでの経路長を低減するためにチャンバ蓋の上部に直接取り付けることができ、遠隔プラズマ源の下流は、再結合効果を低減するために最少の流れ制限で設計することができる。アルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガスを導入してプラズマを点火し、かつ／またはプラズマ密度を増大させるためのグロー放電中に二原子塩素（利用されている場合）と混合することができる。チャンバ圧力は、堆積圧力から約５トル未満へと低減させて、再結合効果を最小限にすることができる。洗浄処理中に攪拌器を使用して、反応種の分布を改善することができる。シャワーヘッド上のセラミックコーティングは高い塩素耐性にすることができ、およびまたは熱伝導性を低くしてシャワーヘッド表面温度を上昇させることができ、これにより塩素化速度および昇華速度が増大する。セラミックは、ステンレス鋼を塩素ラジカルによる腐食から保護する。洗浄効率を高めるために、Ｈｇ−ＸｅランプまたはＫｒＦエキシマレーザなどのＵＶ源を、チャンバに導入される塩素含有化合物の光解離に使用することができる。
【００５５】
シャワーヘッドの遠隔発生プラズマ洗浄の一代替方法として、シャワーヘッドは、処理チャンバ内のインシトゥでプラズマを発生させることによって、ラジカル／イオンでボンバードすることができる。図５は、シャワーヘッドアセンブリ２０４のインシトゥ洗浄を可能にするように修正されたＣＶＤチャンバ１０２を示す。図を簡単にするために、電源５２７はシャワーヘッドアセンブリ２０４に結合して示され、電源５２８は、基板支持体２１４に埋め込まれた電極５２９に結合して示されている。動作時、シャワーヘッドアセンブリ２０４または基板支持体２１４のどちらか一方が電力供給されるのに対し、他方は接地され、または電気的にフローティングにさえもなっていることを理解されたい。チャンバ本体２０２は、同様に接地することができる。シャワーヘッド洗浄処理中、シャワーヘッドアセンブリ２０４または基板支持体２１４が他方に対してバイアスされるので、シャワーヘッドアセンブリ２０４は、電気絶縁材料５１６によってチャンバ本体２０２から電気的に分離される。したがって、シャワーヘッドアセンブリ２０４は、容量結合プラズマ処理によって洗浄することができる。
【００５６】
洗浄のためにラジカル／イオンをシャワーヘッドアセンブリ２０４に引き付けるのに、シャワーヘッドアセンブリ２０４を負にバイアスして正イオンをシャワーヘッドアセンブリ２０４に引き付け、シャワーヘッドアセンブリ２０４をボンバードすることができる。図６Ａは、シャワーヘッドアセンブリ２０４は負にバイアスされるのに対し、チャンバ本体２０２は基板支持体２１４と同様に接地される実施形態を示す。シャワーヘッドアセンブリ２０４は、電力供給装置５２７によって負にバイアスされる。図６Ａに示された実施形態では、電力供給装置はＲＦ電力供給装置である。シャワーヘッドアセンブリ２０４がステンレス鋼を含むので、ＤＣおよびＡＣなどの電源を使用することができるが、ステンレス鋼を覆うセラミックコーティングが存在することにより、ＲＦほど効果的ではないことがあることを理解されたい。
【００５７】
シャワーヘッドアセンブリ２０４は、洗浄ガスがチャンバ１０２に導入されることによって洗浄される。洗浄ガスは、二元素塩素を含むことができる。しかし、ＩＣｌ、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４およびＣＨ３Ｃｌなど他の塩素ベースのガスを同様に効果的に利用することもできる。洗浄中、シャワーヘッドアセンブリ２０４と基板支持体２１４は、その間が１インチ未満の間隔であるなど、かなり接近していなければならない。チャンバ１０２の圧力は、約３００ミリトル以下などに低く保たれなければならない。洗浄温度は、シャワーヘッドアセンブリ２０４が一般に堆積処理中に冷却されるので、室温付近とすることができる。洗浄処理中、シャワーヘッドアセンブリ２０４は、能動的に冷却または加熱されない。チャンバ１０２内で点火されるプラズマ６０２からの熱が、シャワーヘッドアセンブリ２０４を加熱する。しかし、シャワーヘッドアセンブリ２０４はセラミックコーティングでコーティングされているので、このセラミックコーティングがステンレス鋼の熱障壁になり、したがってセラミックの表面温度は、プラズマ６０２に起因して上昇しうる。導入される洗浄ガスは、約１００ｓｃｃｍまでの流速を有することができ、この流速で低圧の維持を助ける。この低圧により、チャンバは、ターボ分子ポンプではなく簡単な真空ポンプを用いて動作させることができる。低圧を維持するために、不活性ガスまたはキャリアガスは回避されることがある。というのは、追加ガスが圧力の上昇を引き起こすからである。しかし、ターボ分子ポンプが使用される場合は、より高い圧力をチャンバ内で用いることができ、不活性ガスまたはキャリアガスを塩素含有ガスに加えて供給することができる。シャワーヘッドアセンブリ２０４に対するＲＦバイアスの電力密度は、約２．２３Ｗ／ｉｎ２から約１６Ｗ／ｉｎ２の間とすることができる。金属プレート６１０は、基板支持体２１４上に配置して、バイアスされたシャワーヘッドアセンブリ２０４と反対に接地電極を設けることができる。
【００５８】
シャワーヘッドアセンブリ２０４がバイアスされる場合、洗浄動作は以下のように進行する。基板支持体２１４とシャワーヘッドアセンブリ２０４は、これらが既に洗浄位置になければ、約１インチ未満だけ間隔をあけた位置に配置される。洗浄ガスが、基板支持体２１４とシャワーヘッドアセンブリ２０４の間の領域に導入される。バイアスがシャワーヘッドアセンブリ２０４に加えられ、プラズマ６０２が発生する。プラズマからのイオン６０１がシャワーヘッドアセンブリ２０４に向かって引き付けられ、堆積がもしあれば、シャワーヘッドアセンブリ２０４のセラミック表面から除去される。そうしてシャワーヘッドアセンブリ２０４は、基板の上に材料を堆積する動作を再開する用意ができる。したがって、全体の処理は以下のように進行する。１つまたは複数の基板が、前に論じた有機金属前駆体と、ＭＯＣＶＤ処理によってそれと反応し１つまたは複数の基板上に堆積するケースとを導入することによって、チャンバ１０２内で処理される。堆積処理中に、シャワーヘッドアセンブリ２０４上のセラミックコーティングの放射率が、第１の放射率レベルから第２の放射率レベルまで変化する。次に、処理チャンバは、熱洗浄処理によって洗浄することができる。シャワーヘッドアセンブリ２０４は、さらされるセラミックコーティングが第１の放射率レベルの２パーセント以内にある第３の放射率レベルを有するように、プラズマ処理によって洗浄される。次に、基板は再び、ＭＯＣＶＤ処理を使用して処理される。
【００５９】
別の実施形態では（図６Ｂに示す）、シャワーヘッドアセンブリ２０４は接地できるのに対し、電極５２９を中に有する基板支持体２１４は、電源５２８から正にＲＦバイアスされる。導電プレート６１０は、基板支持体２１４の上にあって電極になる。動作は、基板支持体２１４がバイアスされていることを除き、シャワーヘッドアセンブリ２０４がバイアスされているときと同じように進行する。正にバイアスされた基板支持体２１４はイオンを引き付けず、むしろイオンをはね返し、その結果イオンは、接地されたシャワーヘッドアセンブリ２０４に引き付けられることになる。どちらのバイアス状態でも（シャワーヘッドアセンブリ２０４または基板支持体２１４）、イオンはシャワーヘッドアセンブリ２０４をボンバードし、実質的に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理を行ってシャワーヘッドアセンブリ２０４を洗浄する。
【００６０】
別の実施形態（図７に示す）では、シャワーヘッドアセンブリ２０４は接地できるのに対し、基板支持体２１４上に配置される導電プレート７０４は、シャワーヘッドアセンブリ２０４を貫通して挿入され場所７０６で導電プレートと接触して配置されている電気接続棒７０５によって、正にバイアスされる。導電棒７０５は、電気絶縁材料７０７によってシャワーヘッドアセンブリ２０４から電気的に絶縁される。棒７０５はＲＦ電源７１０に結合される。シャワーヘッドアセンブリ２０４が接地され、導電プレート７０４がバイアスされるので、イオンはシャワーヘッドアセンブリ２０４に向かってはね返されて、シャワーヘッドアセンブリ２０４のＲＩＥが行われる。
【００６１】
上記で論じた各実施形態（すなわち、図６Ａ、６Ｂおよび７）では、洗浄はインシトゥで行われた。図８に示された実施形態では、洗浄は装置内で行うことができる。シャワーヘッドアセンブリ２０４全体を上へと回転させ、矢印「Ａ」で示されるように、電源２２８に結合できる下部アセンブリ２００から外すことができる。シャワーヘッドアセンブリ２０４は接地ライン８３１に接続されるのに対し、洗浄アセンブリ８１０はシャワーヘッドアセンブリ２０４に結合されるが、電気的にはシャワーヘッドアセンブリ２０４から絶縁されている。洗浄アセンブリ８１０は、ＲＦ電源８３０、洗浄電極８１２、真空領域８２０、チャンバ壁８１１、およびシャワーヘッドアセンブリ２０４に結合された後に洗浄アセンブリ８１０を排気する真空ポンプを含む。洗浄ガスは、洗浄電極８１２とシャワーヘッドアセンブリ２０４の間の領域に導入される。電極８１２は電源８３０によってバイアスされ、プラズマ６０２が点火する。プラズマからのイオンがシャワーヘッドアセンブリ２０４まで引き付けられて、シャワーヘッドアセンブリ２０４が洗浄される。洗浄が完了した後、シャワーヘッドアセンブリ２０４は洗浄アセンブリ８１０から分離され、処理チャンバ１０２に再び取り付けられて堆積動作が再開される。
【００６２】
図６Ａ、６Ｂ、７および８に関して上記で論じた諸実施形態では、接地電極と反対にバイアスされた電極を論じたが、この構成では、接地電極ではなくフローティング電極と反対にバイアスされた電極を有することもできることを理解されたい。
【００６３】
セラミックコーティングされたステンレス鋼シャワーヘッドを塩素プラズマからのイオンでボンバードすることによって、シャワーヘッドの放射率は、ＭＯＣＶＤ処理に使用されていない未使用のシャワーヘッドの放射率の２パーセント以内にまで戻すことができる。
【００６４】
上記は、本発明の諸実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明のその他のさらなる実施形態を考案することができ、また本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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