(57)【要約】      （修正有）【課題】化学蒸着装置内の処理領域をシールし半導体基板を処理するための空洞からリアクタ化学物質が漏れることを防止するシステム及び方法の提供。【解決手段】蒸着チャンバ１２０を内部に形成された化学的隔離チャンバ１１０と、フェースプレート１３６を有すると共に、半導体基板１９０を処理するための空洞１５０にリアクタ化学物質を供給する複数の流入口１３８と、リアクタ化学物質及び不活性ガスを空洞１５０から除去する排気流出口１７４と、不活性ガスを供給する外側プレナムとを備えたシャワーヘッドモジュール１３０と、台座モジュール１４０と、不活性シールガスを外側プレナムに供給する不活性シールガス供給部とを備え、不活性シールガスは、少なくとも部分的に狭いギャップを通して半径方向内向きに流れてガスシールを形成するシステム。【選択図】図１Ａ
2015010281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学蒸着装置内の処理領域をシールするためのシステムであって、
蒸着チャンバを内部に形成された化学的隔離チャンバと、
フェースプレートおよびバッキングプレートを有すると共に、半導体基板を処理するための空洞にリアクタ化学物質を供給する複数の流入口と、リアクタ化学物質および不活性ガスを前記空洞から除去する排気流出口と、不活性ガスを供給するよう構成された外側プレナムとを備えたシャワーヘッドモジュールと、
基板を支持するよう構成された台座モジュールであって、前記台座モジュールと、前記フェースプレートの外側部分の周りの段との間に狭いギャップのある状態で、前記空洞を閉じるように垂直移動する、台座モジュールと、
不活性シールガスを前記外側プレナムに供給するよう構成され、少なくとも部分的に前記狭いギャップを通して半径方向内向きに流れてガスシールを形成する不活性シールガス供給部と
を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、
前記狭いギャップを通して半径方向内向きに流れる前記不活性シールガスと、前記台座モジュールの上面上の基板の周囲を囲む領域から流れる前記不活性シールガスとを除去する環状排気通路を備えるシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記環状排気通路は、前記フェースプレートの前記段の下に配置されるシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、
前記台座モジュールの上面上に半導体基板を備えるシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記外側プレナムは前記フェースプレートの外周と、隔離リングの内周との間に形成されている、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、前記外側プレナムは、環状の導管であるシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記狭いギャップは、前記空洞の外縁から前記フェースプレートの外縁までの約５．０ｍｍないし２５．０ｍｍの幅を有するシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記排気流出口は、前記複数の流入口を囲んでいるシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記不活性シールガスは、窒素ガスまたはアルゴンガスであるシステム。
【請求項１０】
請求項２に記載のシステムであって、
前記環状排気通路と流体連通する少なくとも１つの排気導管と、
前記少なくとも１つの排気導管と流体連通する排気装置と
を備えるシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムであって、
中間プレナムと流体連通する少なくとも１つの排気導管と、
複数の前記排気導管と流体連通する排気装置と
を備えるシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、
前記台座モジュール内に配置された１または複数の空洞を備え、
前記１または複数の空洞は、前記外側プレナムと流体連通するよう構成されているシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムであって、前記台座モジュール内の前記１または複数の空洞は、環状流路であるシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムであって、前記フェースプレートの前記外側部分の周りの前記段は、別個のリングであるシステム。
【請求項１５】
半導体基板を処理するための空洞からリアクタ化学物質が漏れることを防止する方法であって、
化学蒸着装置の前記空洞内で基板を処理する工程であって、前記空洞は、シャワーヘッドモジュールと、前記基板を受けるよう構成された台座モジュールとの間に形成され、前記シャワーヘッドモジュールは、リアクタ化学物質を前記空洞に供給する複数の流入口と、リアクタ化学物質および不活性ガスを前記空洞から除去する排気流出口とを備える工程と、
前記台座モジュールと、前記空洞の外縁を囲む前記フェースプレートの外側部分の周りの段との間の狭いギャップに不活性ガスを供給するよう構成された外側プレナムに不活性シールガスを供給する工程と、
前記不活性シールガスを少なくとも部分的に前記狭いギャップを通して半径方向内向きに流して、ガスシールを形成する工程と
を備える方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記狭いギャップを通して前記空洞に入る前記不活性シールガスの流量を増大させることにより、前記空洞からリアクタ化学物質をパージする工程と、
前記シャワーヘッドモジュールの同心の前記流出口に流体連通された排気装置で、前記リアクタ化学物質を前記空洞から排気する工程と
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
排気装置と流体連通した排気通路を通して、前記台座モジュール上の前記基板の周囲を囲む領域から前記不活性シールガスを除去する工程を備える方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
約１．０より大きいペクレ数で、前記不活性シールガスを前記狭いギャップ内に流す工程を備える方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、
化学蒸着、プラズマ強化化学蒸着、原子層蒸着、プラズマ強化原子層蒸着、パルス層蒸着、および／または、プラズマ強化パルス蒸着を含む処理の内の少なくとも１つを用いて、基板上に層を蒸着する工程を備える方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、
約１００ｃｃ／分から約５．０ｓｌｍ（標準リットル毎分）で、前記不活性シールガスを前記狭いギャップに供給する工程を備える方法。
【請求項２１】
請求項１５に記載の方法であって、
前記複数の流入口を囲む前記排気流出口によって生み出される圧力に基づいて、前記狭いギャップに入る前記不活性シールガスの流量を調整する工程を備える方法。
【請求項２２】
請求項１５に記載の方法であって、
前記空洞の外に配置された前記化学蒸着装置の隔離チャンバの内側部分の圧力を調整する工程を備え、
前記圧力調整は、前記空洞内への前記不活性シールガスの拡散を最小限に抑えたシーリングを可能にするために、空洞圧力およびプロセスガス流量の変更と並行して行われる方法。
【請求項２３】
請求項１５に記載の方法であって、
シーリングと前記空洞内への前記不活性ガスの低拡散とを可能にするように、前記不活性シールガスの流量を調整する工程を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学蒸着およびプラズマ強化化学蒸着を行うための装置および処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）、パルス蒸着層（ＰＤＬ）、プラズマ強化パルス蒸着層（ＰＥＰＤＬ）処理、および、レジスト除去などの技術によって半導体基板を処理するために、プラズマ処理装置を用いることができる。例えば、プラズマ処理に用いられるプラズマ処理装置の１つのタイプは、上側および下側電極を収容する反応チャンバまたは蒸着チャンバを備える。プロセスガスをプラズマ状態に励起して、反応チャンバ内で半導体基板を処理するために、高周波（ＲＦ）電力が電極間に印加される。
【発明の概要】
【０００３】
化学蒸着装置内の処理領域をシールするためのシステムが開示されており、システムは：蒸着チャンバを内部に形成された化学的隔離チャンバと；フェースプレートおよびバッキングプレートを有すると共に、半導体基板を処理するためのキャビティ（空洞）にリアクタ化学物質を供給する複数の流入口と、リアクタ化学物質および不活性ガスを空洞から除去する排気流出口と、不活性ガスを供給するよう構成された外側プレナムとを備えたシャワーヘッドモジュールと；基板を支持するよう構成された台座モジュールであって、台座モジュールと、フェースプレートの外側部分の周りの段との間に狭いギャップのある状態で、空洞を閉じるように垂直移動する台座モジュールと；不活性シールガスを外側プレナムに供給するよう構成された不活性シールガス供給部とを備え、不活性シールガスは、少なくとも部分的に狭いギャップを通して半径方向内向きに流れてガスシールを形成する。
【０００４】
半導体基板を処理するための空洞からリアクタ化学物質が漏れることを防止する方法が開示されており、方法は：化学蒸着装置の空洞内で基板を処理する工程であって、空洞は、シャワーヘッドモジュールと、基板を受けるよう構成された台座モジュールとの間に形成され、シャワーヘッドモジュールは、リアクタ化学物質を空洞に供給する複数の流入口と、リアクタ化学物質および不活性ガスを空洞から除去する排気流出口とを備える工程と；シャワーヘッドモジュールのフェースプレートの外周の周りに、および、台座モジュールと、空洞の外縁を囲むフェースプレートの外側部分の周りの段との間の狭いギャップ内に、不活性シールガスを供給するよう構成された外側プレナムに不活性シールガスを供給する工程とを備え、不活性シールガスは、少なくとも部分的に狭いギャップを通して半径方向内向きに流れてガスシールを形成する。
【０００５】
代表的な実施形態によると、ガスベースのシーリングシステムは、様々なＡＬＤ処理工程中にリアクタ化学物質の漏れを防止するよう構成されている。例えば、ＡＬＤ処理工程は、リアクタ圧力および流量に関して、数倍異なるか、もしくは、桁が異なりうる。したがって、リアクタ化学物質を閉じ込めてリアクタすなわち空洞を隔離するためのメカニズムとしてシールガスを用いて、ＡＬＤ処理工程中にウエハまたはリアクタ空洞のガスシールを達成することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】代表的な実施形態に従って、台座を備えた化学蒸着装置を示す概略図。
【０００７】
【図１Ｂ】代表的な実施形態に従って、台座を備えない化学蒸着装置を示す概略図。
【０００８】
【図２】代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。
【０００９】
【図３】代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。
【００１０】
【図４】代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。
【００１１】
【図５】代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。
【００１２】
【図６】代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す断面図。
【００１３】
【図７】代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムを示す概略図。
【００１４】
【図８】代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステムについて圧力およびバルブ角度−時間を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な開示では、本明細書に開示された装置および方法の理解を与えるために、代表的な実施形態について説明する。ただし、当業者にとって明らかなように、代表的な実施形態は、これらの具体的な詳細事項なしに実施されてもよいし、別の要素または処理を用いて実施されてもよい。また、本明細書に開示した実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の処理、手順、および／または、構成要素については、詳細に説明していない。
【００１６】
代表的な実施形態によると、本明細書に開示された装置および関連方法は、プラズマ強化化学蒸着などの化学蒸着に利用できる。装置および方法は、複数工程の蒸着処理（例えば、原子層蒸着（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）、パルス蒸着層（ＰＤＬ）、または、プラズマ強化パルス蒸着層（ＰＥＰＤＬ）処理）における自己制限的な蒸着工程の分離を必要とする半導体加工ベースの誘電体蒸着処理と共に用いることができるが、それらに限定されない。
【００１７】
上述のように、本実施形態は、プラズマ強化化学蒸着などの化学蒸着を行うための装置および関連方法を提供する。装置および方法は、複数工程の蒸着処理（例えば、原子層蒸着（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、パルス蒸着層（ＰＤＬ）、プラズマ強化パルス蒸着層（ＰＥＰＤＬ）処理）における自己制限的な蒸着工程の分離を必要とする半導体加工ベースの誘電体蒸着処理との併用に特に適用可能であるが、これらに限定されない。
【００１８】
上述の処理は、蒸着材料を受け入れるウエハまたは基板にわたる不均一な温度に関連したいくつかの欠点を持ちうる。例えば、不均一な温度は、周囲のチャンバ構成要素と熱接触する受動的に加熱されたシャワーヘッドが周囲の構成要素に熱を奪われる時に、基板にわたって生じうる。したがって、処理領域の上壁を形成するシャワーヘッドは、等温の処理領域を形成することによって基板全体の均一な温度を実現できるように、周囲の構成要素から熱的に隔離されていることが好ましい。基板全体の均一な温度は、基板の均一な処理の助けになり、基板温度は、蒸着処理のための活性化エネルギを提供するため、蒸着反応を駆動する制御手段である。
【００１９】
さらに、一般には、２つの主要なタイプの蒸着シャワーヘッド、すなわち、シャンデリアタイプおよび埋め込みタイプがある。シャンデリア型シャワーヘッドは、チャンバの上部に取り付けられたステムを一端に有し、フェースプレートを他端に有しており、シャンデリアのように見える。ステムの一部が、ガスラインおよびＲＦ電力の接続を可能にするために、チャンバ上部から突出していてよい。埋め込み型シャワーヘッドは、チャンバ上部に一体化されており、ステムを持たない。本実施形態は、埋め込み型シャワーヘッドに関し、埋め込み型シャワーヘッドは、処理中に真空源によって排気される必要のあるチャンバ空間を減少させる。
【００２０】
図１Ａおよび図１Ｂは、本明細書に開示された実施形態に従って、化学蒸着装置１００を示す概略図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、化学装置は、化学的隔離チャンバまたはハウジング１１０、蒸着チャンバ１２０、シャワーヘッドモジュール１３０、および、移動台座モジュール１４０を備えており、台座モジュール１４０は、台座モジュール１４０の上面の基板（またはウエハ）１９０の位置を上下させるためにシャワーヘッドモジュール１３０に対して垂直に上下されうる。シャワーヘッドモジュール１３０も、垂直に上下されうる。反応物質ガス（すなわち、プロセスガス）１９２（図３）が、ガスライン１１２を介してシャワーヘッドモジュール１３０の中央プレナム２０２（図６）を通してサブチャンバ（すなわち、空洞）１５０内に導入される。ガスライン１１２の各々は、対応するアキュムレータ（図示せず）を有してよく、アキュムレータは、隔離バルブ１１６を用いて装置１００から隔離されうる。代表的な実施形態によると、装置１００は、利用される反応ガスの数に応じて、隔離バルブおよびアキュムレータを備えた１または複数のガスライン１１２を有するよう変形されうる。また、反応ガス供給ライン１１２は、複数の化学蒸着装置の間またはマルチステーションシステムの間で共有できる。
【００２１】
代表的な実施形態によると、チャンバ１２０は、真空源（図示せず）に接続された１または複数の真空ライン１６０を通して排気されうる。例えば、真空源は、真空ポンプ（図示せず）であってよい。マルチステーションリアクタ（例えば、同じ蒸着処理を実行する複数のステーションすなわち装置１００を有するリアクタ）において、別のステーションからの真空ライン１６０が、真空ライン１６０と共通のフォアラインを共有してよい。さらに、装置１００は、ステーションすなわち装置１００ごとに１または複数の真空ライン１６０を有するよう変形されてもよい。
【００２２】
代表的な実施形態によると、複数の排気導管１７０が、シャワーヘッドモジュール１３０のフェースプレート１３６内の１または複数の排気流出口１７４と流体連通するよう構成されうる。排気流出口１７４は、蒸着処理の合間に空洞１５０からプロセスガスすなわちリアクタ化学物質を除去するよう構成されうる。複数の排気導管１７０は、１または複数の真空ライン１６０とも流体連通している。排気導管１７０は、基板１９０の周りで円周方向に離間されてよく、均等に離間されてよい。いくつかの例において、複数の導管１７０の間隔は、真空ライン１６０の位置を補うように設計されてよい。一般に、複数の導管１７０よりも真空ライン１６０の方が少ないので、真空ライン１６０に最も近い導管１７０を通る流量が、より離れた導管よりも高くなりうる。円滑な流れのパターンを確保するために、真空ライン１６０から離れるほど、導管１７０の間隔を近くしてよい。可変のフローコンダクタを備える複数の導管１７０を備えた化学蒸着装置１００の代表的な実施形態については、同一出願人による米国特許第７，９９３，４５７号に見いだすことができ、その特許は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。
【００２３】
本明細書に開示された実施形態は、プラズマ強化化学蒸着装置（例えば、ＰＥＣＶＤ装置、ＰＥＡＬＤ装置、または、ＰＥＰＤＬ装置）で実施されることが好ましい。かかる装置は、様々な形態を取ってよく、装置は、１または複数の基板１９０を収容すると共に基板処理に適した１または複数のチャンバすなわち「リアクタ」１１０を備えてよく、チャンバは、上述したように複数のステーションまたは蒸着チャンバ１２０を含みうる。各チャンバ１２０は、処理のために１または複数の基板を収容しうる。１または複数のチャンバ１２０は、１または複数の所定の位置に基板１９０を維持する（例えば、回転、振動、または、その他の運動など、その位置内での運動があってもなくてもよい）。一実施形態では、蒸着および処理を受けている基板１９０が、処理中に装置１００内部の１つのステーション（例えば、蒸着チャンバ１２０）から別のステーションに搬送されうる。処理中に、各基板１９０は、台座、ウエハチャック、および／または、その他のウエハ保持装置１４０によって所定の位置に保持される。基板１９０が加熱される特定の動作のために、装置１４０は、加熱プレートなどのヒータを備えてよい。
【００２４】
図２は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム２００を有する化学蒸着装置１００を示す断面図である。図２に示すように、化学蒸着装置１００は、基板台座モジュール１４０を備えており、基板台座モジュール１４０は、半導体基板（またはウエハ）を受ける、および／または、台座モジュール１４０の上面１４２か基板をら降ろすよう構成されている。下側位置において、基板１９０は、台座モジュール１４０の表面上に配置され、その後、台座モジュール１４０は、シャワーヘッドモジュール１３０に向かって垂直上方に持ち上げられる。代表的な実施形態によると、台座モジュール１４０の上面１４２とシャワーヘッドモジュール１３０の下面１３２との間の距離は、空洞１５０を形成しており、約０．２インチ（５ミリメートル）から約０．６インチ（１５ミリメートル）であってよい。空洞１５０に近づくための台座モジュール１４０の上向きの垂直運動は、台座と、シャワーヘッドモジュール１３０のフェースプレート１３６（図１Ａおよび図１Ｂ）の外側部分１３１の周りの段１３５との間に、狭いギャップ２４０を作り出す。
【００２５】
代表的な実施形態において、チャンバ１２０内の温度は、シャワーヘッドモジュール１３０および／または台座モジュール１４０内の加熱メカニズムによって維持されうる。例えば、基板１９０は、等温環境内に配置されることが可能であり、シャワーヘッドモジュール１３０および台座モジュール１４０は、基板１９０を所望の温度に維持するよう構成されている。代表的な実施形態において、シャワーヘッドモジュール１３０は、２５０℃より高い温度に加熱されうる、および／または、台座モジュール１４０は、５０℃から５５０℃の範囲に加熱されうる。蒸着チャンバすなわち空洞１５０は、台座モジュール１４０と連動するシャワーヘッドモジュール１３０を備えた容量結合プラズマ型のシステムによって生成されたプラズマを収容するよう機能する。
【００２６】
整合回路網（図示せず）に接続された高周波（ＨＦ）ＲＦ発生器、および、低周波（ＬＦ）ＲＦ発生器など、１または複数のＲＦ源（図示せず）が、シャワーヘッドモジュール１３０に接続されている。整合回路網によって供給された電力および周波数は、プロセスガス／蒸気からプラズマを生成するのに十分である。一実施形態において、ＨＦ発生器およびＬＦ発生器の両方を用いることができる。典型的な処理において、ＨＦ発生器は、一般に約２〜１００ＭＨｚの周波数で動作され、好ましい実施形態では１３．５６ＭＨｚで動作される。ＬＦ発生器は、一般に約５０ｋＨｚから２ＭＨｚで動作され、好ましい実施形態では３５０〜６００ｋＨｚで動作される。プロセスパラメータは、チャンバ体積、基板サイズ、および、その他の要素に基づいて増減されてよい。例えば、ＬＦ発生器およびＨＦ発生器の電力出力は、通例、基板の蒸着表面積に正比例する。３００ｍｍのウエハに用いられる電力は、一般に、２００ｍｍのウエハに用いられる電力よりも少なくとも２．２５高い。同様に、流量（例えば、標準蒸気圧など）は、蒸着チャンバ１２０のフリー容量に依存しうる。
【００２７】
蒸着チャンバ１２０内で、台座モジュール１４０は、材料を蒸着できる基板１９０を支持する。台座モジュール１４０は、通例、蒸着および／またはプラズマ処理反応の間および合間に基板を保持および搬送するために、チャック、フォーク、または、リフトピンを備える。台座モジュール１４０は、制電チャック、機械式チャック、または、工業および／または研究に利用できる様々な他のタイプのチャックを備えてよい。台座モジュール１４０は、所望の温度に基板１９０を加熱するためのヒータブロックと結合されてよい。一般に、基板１９０は、蒸着される材料に応じて、約２５℃から５００℃の温度に維持される。
【００２８】
代表的な実施形態によると、ガスベースのシーリングシステム２００は、プロセス物質またはパージガスを流す間に空洞１５０から出る流れを制御および調節するのに役立つよう構成できる。代表的な実施形態によると、チャンバ１５０の排気またはパージは、不活性ガスすなわちパージガス（図示せず）を利用し、ガスは、シャワーヘッドモジュール１３０を通して空洞１５０に供給される。代表的な実施形態によると、１または複数の導管１７８が、環状排気通路１７６を介して真空ライン１６０に接続されてよく、環状排気通路１７６は、台座モジュール１４０の下の領域からシールガス（１８２）を除去するよう構成されている。
【００２９】
代表的な実施形態によると、シャワーヘッドモジュール１３０は、空洞（すなわち、リアクタチャンバ）１５０にリアクタ化学物質を供給するよう構成されている。シャワーヘッドモジュール１３０は、複数の流入口すなわち貫通孔１３８を有するフェースプレート１３６と、バッキングプレート１３９とを備えうる。代表的な実施形態によると、フェースプレート１３６は、複数の流入口すなわち貫通孔１３８と、フェースプレート１３６の外周１３７の周りに伸びる段１３５とを有する単一のプレートであってよい。あるいは、段１３５は、別個のリング１３３であってもよく、フェースプレート１３６の外側部分１３１の下面に固定される。例えば、段１３５は、ねじ１４３でフェースプレート１３６の外側部分１３１に固定できる。同心の排気流出口１７４を有するフェースプレート１３６を備えたプロセスガス分散用のシャワーヘッドモジュール１３０の代表的な実施形態については、同一出願人による米国特許第５，６１４，０２６号に見いだすことができ、その特許は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。例えば、代表的な実施形態によると、排気流出口１７４は、複数の流入口１３８を取り囲む。
【００３０】
代表的な実施形態によると、空洞１５０は、シャワーヘッドモジュール１３０のフェースプレート１３６の下面１３２および基板台座モジュール１４０の上面１４２の下に形成される。シャワーヘッドモジュール１３０のフェースプレート１３６内にある複数の同心の排気導管すなわち排気流出口１７４は、蒸着処理の合間にプロセスガスすなわちリアクタ化学物質１９２を空洞１５０から除去するために、複数の導管１７０の内の１または複数と流体連通されてよい。
【００３１】
図２に示すように、装置１００は、さらに、不活性ガスすなわちシールガス１８２の供給源１８０を備えており、シールガス１８２は、１または複数の導管１８４を通してガスベースのシーリングシステム２００の外側プレナム２０４に供給される。代表的な実施形態によると、不活性ガスすなわちシールガス１８２は、窒素ガスまたはアルゴンガスであってよい。代表的な実施形態によると、不活性ガス源１８０は、１または複数の導管１８４を介して狭いギャップ２４０を通して半径方向内向きに不活性シールガス１８２を供給するよう構成されており、ギャップ２４０は、空洞１５０から外向きに伸び、フェースプレート１３６の外周１３７の周りの段１２５の下面と、台座モジュール１４０の上面１４２との間に形成されている。代表的な実施形態によると、不活性シールガス１８２は、狭いギャップ２４０内の空洞１５０からのプロセスガスすなわちリアクタ化学物質１９２（図３）と接触して、処理中にガスシールを形成する。図３および図４に示すように、不活性シールガス１８２は、狭いギャップ２４０の一部までしか入らず、それにより、狭いギャップ内でリアクタ化学物質１９２および不活性ガスの間にガスシールが形成される。あるいは、図５および図６に示すように、不活性ガス１８２の流れは、空洞１５０の外縁に至り、シャワーヘッドモジュール１３０内の１または複数の排気流出口１７４を通して空洞１５０から除去されてもよい。
【００３２】
代表的な実施形態によると、環状排気通路１７６は、複数の排気導管１７０の内の１または複数と流体連通されている。代表的な実施形態によると、環状排気通路１７６は、１または複数の流出口（図示せず）を有しており、基板１９０の周囲を囲む領域からの不活性ガス１８２と、狭いギャップ２４０を通して半径方向内向きに移動すなわち流れる不活性ガス１８２とを除去するよう構成されている。排気通路１７６は、基板台座１４０の外側部分１４４内に形成される。環状排気通路１７６は、基板台座１４０の下から不活性ガス１８２を除去するように構成されてもよい。１７６と同様の複数の導管を備えたさらなる実施形態が、より多くの不活性ガス１８２を引き込み、１７８および台座の下の部分への不活性ガスの流量を増やすことを可能にする助けとなりうる。複数の導管１７６は、シーリング面上の圧力降下を大きくし、したがって、ウエハ空洞への拡散を少なくする助けにもなりうる。
【００３３】
図３は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム２００を有する化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部を示す断面図である。図３に示すように、外側プレナム２０４は、フェースプレート１３６の外側部分１３１に形成されてよい。外側プレナム２０４は、１または複数の導管２２０を備えてよく、導管２２０は、不活性ガス源すなわち供給部１８０から不活性ガス１８２を受け入れるよう構成されている。不活性ガス１８２は、外側プレナム２０４を通って１または複数の導管２２０を介して下側流出口２２８へ流れる。下側流出口２２８は、狭いギャップ２４０と流体連通している。代表的な実施形態によると、空洞１５０の外縁１５２から、外部プレナム２０４につながるフェースプレート１３６の外周すなわち外縁１４１までの距離は、有限制御された距離である。例えば、空洞１５０の外縁１５２から、外側プレナム２０４につながるフェースプレート１３６の外縁１４１までの距離（すなわち、幅）は、約５．０ｍｍから２５．０ｍｍであってよい。
【００３４】
代表的な実施形態によると、外側プレナム２０４を形成する１または複数の導管２２０は、外側環状凹部２２２である。外側環状凹部２２２は、空洞１５０の外縁上の狭いギャップ２４０と流体連通するよう構成されている。外側環状凹部２２２は、上側環状凹部２２４および下側環状凹部２２６を有するよう構成されてよく、上側環状凹部２２４は、下側環状凹部２２６よりも広い幅を有する。代表的な実施形態によると、下側流出口２２８は、下側環状凹部２２６の下側部分にある環状流出口であり、狭いギャップ２４０と流体連通する。
【００３５】
代表的な実施形態によると、図３に示したように、不活性ガス１８２は、外側プレナム２０４を通して、有限制御された距離だけ離間したリアクタすなわち空洞１５０の縁部に供給される。外側プレナム２０４を通して流れる不活性ガス１８２の流量は、ペクレ数が約１．０よりも大きいような流量であってよく、したがって、図３に示すように空洞１５０内に化学物質１９２が閉じ込められる。例えば、ペクレ数が１．０よりも大きい場合、不活性ガス１８２およびリアクタ化学物質１９２は、狭いギャップ２４０の内側部分２４２内で平衡を確立しうるため、リアクタ化学物質１９２が基板台座１４０の下に流れて空洞１５０の外側の蒸着チャンバ１２０の部分を汚染することが防止される。
【００３６】
代表的な実施形態によると、処理が定圧処理である場合、空洞１５０内のリアクタ化学物質１９２と狭いギャップ２４０を通して半径方向内向きに流れる不活性ガス１８０との間のシールを確保するのに、不活性ガス１８２の単一の（または一定の）流れと台座１４０の下からの圧力との組み合わせで十分でありうる。例えば、代表的な実施形態によると、ガスベースのシーリングシステム２００は、ＳｉのＡＬＤ酸化物と共に利用可能であり、一般に、比較的一定の圧力モードで運転されうる。さらに、ガスベースのシーリングシステム２００は、不活性ガス１８２の流量または台座モジュール１４０の下の圧力および／またはそれら両方の組み合わせを変化させることにより、例えば、ＡＬＤ窒化物処理中に、蒸着チャンバ１２０および空洞１５０内での様々な処理および圧力レジームにわたってシーリングを制御する手段として機能しうる。
【００３７】
代表的な実施形態によると、単独で開示された、または、排気導管１７４、１７６に関する圧力と共に開示されたシーリングガスシステム２００は、処理中に１５０からのリアクタ化学物質１９２の流出および／または拡散を防止するのに役立ちうる。さらに、システム２００は、単独で、もしくは、排気導管１７４、１７６および排気導管１７４、１７６に関する圧力と共に、空洞１５０内および基板１９０上への不活性ガス１８２のバルク流も防止しうる。さらに、空洞１５０を隔離するための不活性ガス１８２の狭いギャップ２４０への流量は、排気流出口１７４によって生じた圧力に基づいて調整されうる。代表的な実施形態によると、例えば、不活性ガスすなわちシールガス１８２は、約１００ｃｃ／分から約５．０標準リットル毎分（ｓｌｍ）の流量で外側プレナム２０４を通して供給されてよく、空洞１５０を隔離するために利用できる。
【００３８】
代表的な実施形態によると、１または複数の空洞２５０が、空洞１５０を囲む台座モジュール１４０の外側部分に配置されてよい。１または複数の空洞２５０は、狭いギャップ２４０および下側流出口２２８と流体連通して、空洞１５０から不活性ガスまたはガス供給部１８０への圧力降下を増大させることができる。１または複数の空洞２５０（すなわち、環状流路）は、例えば、ＡＬＤ窒化物処理中に、様々な処理および圧力レジームにわたってシーリングを可能にするために、追加の制御メカニズムも提供できる。代表的な実施形態によると、１または複数の空洞２５０は、蒸着チャンバ１２０周囲に均等に離間されてよい。代表的な実施形態において、１または複数の空洞２５０は、環状流路であり、下側流出口２２８と同心であり、それよりも広い幅を有する。
【００３９】
図４は、ガスベースのシーリングシステム２００を備えた化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部を示す断面図である図４に示すように、リアクタ化学物質１９２の流量が、不活性ガス１８２の流量より大きいかまたはほぼ等しい場合、リアクタ化学物質１９２の流れは、空洞１５０の外側に広がりうるため、望ましくない場合がある。
【００４０】
図４に示すように、環状排気通路１７６は、複数の排気導管１７０の内の１または複数と流体連通されている。環状排気通路１７６は、基板台座１４０の下からおよび基板１９０の周囲を囲む領域から不活性ガス１８２を除去するよう構成されている。代表的な実施形態によると、排気通路１７６は、１または複数の流出口（図示せず）を有しており、基板１９０の周囲を囲む領域からの不活性ガス１８２と、狭いギャップ２４０を通して半径方向内向きに流れるすなわち拡散する不活性ガス１８２とを除去するよう構成されている。
【００４１】
図５は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム２００を備えた化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部を示す断面図である。空洞１５０の外側からの不活性ガス１８２の流れは、リアクタ化学物質１９２の流量を低減および／または不活性ガス１８２の流量を増大させることによって生じうる。代表的な実施形態によると、外側プレナム２０４からの不活性ガス１８２は、空洞１５０に流れ込み、シャワーヘッドモジュール１３０内の１または複数の排気流出口１７４を通して除去されうる。
【００４２】
図６は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム３００を備えた化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部を示す断面図である。代表的な実施形態によると、シャワーヘッドモジュール１３０の中央プレナム２０２は、リアクタ化学物質１９２を空洞１５０に供給する複数の流入口すなわち貫通孔１３８を備える。空洞１５０は、さらに、リアクタ化学物質１９２および不活性ガス１８２を空洞１５０から除去する同心の導管すなわち排気流出口１７４を備える。同心の導管すなわち排気流出口１７４は、中間プレナム２０８と流体連通できる。中間プレナム２０８は、複数の排気導管１７０の内の１または複数と流体連通されている。
【００４３】
シャワーヘッドモジュール１３０は、さらに、垂直ガス通路３７０を備えてもよく、垂直ガス通路３７０は、フェースプレート１３６の外周１３７の周りに不活性ガス１８２を供給するよう構成されている。代表的な実施形態によると、外部プレナム２０６が、フェースプレート１３６の外周１３７と隔離リング２１４の内周すなわち内縁２１２との間に形成されうる。
【００４４】
図６に示すように、システム３００は、上側プレート３１０内の内側流路３６０の中およびバッキングプレート１３９の外側部分３２０の中に形成された垂直ガス通路３７０を備える。垂直ガス通路３７０は、１または複数の導管３１２、３２２を備えてよく、導管は、不活性ガス源すなわち供給部１８０から不活性ガス１８２を受け入れるよう構成されている。代表的な実施形態によると、不活性ガス１８２は、１または複数の導管３１２、３２２により、上側プレート３１０およびバッキングプレート１３９の外側部分３２０を通って、１または複数の凹部および／または流路３３０、３４０、３５０に流れ、リアクタすなわち空洞１５０の外縁に至る。
【００４５】
代表的な実施形態によると、１または複数の導管３１２は、上側環状凹部３１４および下外側環状凹部３１６を備えてよい。代表的な実施形態によると、上側凹部３１４は、下側凹部３１６よりも幅が広い。さらに、１または複数の導管３２２は、上側プレート３１０およびバッキングプレート１３９の外側部分３２０内に配置されうる。１または複数の導管３２２は、上側プレート３１０の流出口３１８に流体連通する流入口３２６と、狭いギャップ２４０に流体連通する流出口３２８とを有する環状凹部を形成しうる。代表的な実施形態によると、下側隔離リング３２０内の流出口３２８は、シャワーヘッドモジュール１３０のフェースプレート１３６の外周の周りの不活性ガス１８２の流れを狭いギャップ２４０の外縁２４３へと導く１または複数の凹部および／または流路３３０、３４０、３５０と流体連通しうる。
【００４６】
代表的な実施形態によると、不活性ガス１８２は、垂直ガス通路３７０を通して外側プレナム２０６に供給され、少なくとも部分的に半径方向内向きに狭いギャップ２４０を通して空洞１５０に向かう。１または複数の凹部および／または流路３３０、３４０、３５０を通して流れる不活性ガス１８２の流量は、ペクレ数が１．０よりも大きいような流量であってよく、したがって、空洞１５０内に化学物質１９２が閉じ込められる。代表的な実施形態によると、ペクレ数が１．０よりも大きい場合、不活性ガス１８２およびリアクタ化学物質１９２は、狭いギャップ２４０の内側部分２４２内で平衡を確立するため、リアクタ化学物質１９２が台座モジュール１４０の下に流れて空洞１５０の外側の蒸着チャンバ１２０の部分を汚染することが防止される。代表的な実施形態によると、リアクタ化学物質１９２の流れを空洞１５０に閉じ込めることにより、システム２００は、リアクタ化学物質１９２の利用量を削減できる。さらに、システム２００は、処理中にリアクタ化学物質１９２による空洞１５０の充填時間も短縮できる。
【００４７】
図７は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム４００を示す概略図である。図７に示すように、システム４００は、不活性ガスすなわちシールガスの供給源１８０およびプロセスガスの供給源１９０を備えており、それらの供給源は、それぞれ、不活性ガスすなわちシールガス１８２およびプロセスガス１９２を空洞１５０に供給するよう構成されている。システム４００は、さらに、ウエハ空洞圧力すなわち空洞圧力用のバルブ４１０および下側チャンバ圧力用のバルブ４１２を備えてよく、それらのバルブは、それぞれ、ウエハ空洞圧力すなわち空洞圧力４１４および下側チャンバ圧力４１６を制御する。
【００４８】
図８は、代表的な実施形態に従って、ガスベースのシーリングシステム４００について圧力およびバルブ角度−時間を示すグラフ５００である。代表的な実施形態によると、図８に示すように、ヘリウムの形態のプロセスガス１９２が、０から約２０ＳＬＭ（標準リットル毎分）の流量で空洞１５０に供給された。窒素ガス（Ｎ２）の形態の不活性ガスすなわちシールガス１８２が、約２ＳＬＭで空洞に供給された。代表的な実施形態によると、空洞チャンバ４１４および下側チャンバ圧力４１６は、約１０Ｔｏｒｒであった。図８に示すように、最大約２０ＳＬＭのヘリウムガス１９２および２ＳＬＭの窒素ガス１８２の動作条件で、ヘリウムガス１８２は、残留ガス分析器による測定で証明されたように、パージ流路（または狭いギャップ２４０）を通して漏れなかった。
【００４９】
また、本明細書では、処理装置内で半導体基板を処理する方法が開示されている。その方法は、プロセスガスをプロセスガス供給源から蒸着チャンバ内に供給する工程と、プラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する工程とを含む。その方法は、好ましくは、基板をプラズマ処理する工程を備え、ＲＦエネルギがＲＦ発生器を用いてプロセスガスに印加され、蒸着チャンバ内にプラズマが生成される。
【００５０】
本明細書で「約」という用語を数値と共に用いた場合、関連した数値が、述べられた数値の±１０％の許容範囲を含むことを意図する。
【００５１】
さらに、「略」、「比較的」、および、「実質的に」という用語を幾何学的形状と共に用いた場合、幾何学的形状が正確である必要はなく、許容範囲の形状が開示の範囲に含まれることを意図する。幾何学的用語と共に用いられた場合、「略」、「比較的」、および、「実質的に」という用語は、厳密な定義を満たす形状だけでなく、厳密な定義に極めて近い形状をも含むことを意図する。
【００５２】
具体的な実施形態を参照しつつ、等温蒸着チャンバを備えたプラズマ処理装置について詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な変更および変形を行い、等価物を用いることが可能であることは、当業者にとって明らかである。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2015010281000001.pdf