(57)【要約】  処理チャンバ内にガスを導入するための装置は、ガス噴射孔を通してより大きなガスコンダクタンスが望まれるガス導入間の部分で、サイズがより大きく、数がより多く、及び／又は共により近接して離間配置させることができるガス噴射孔を有する１以上のガス分配管を含む。より大きなガス噴射孔を有する外管は、各ガス分配管を取り囲むことができる。ガス分配管は、処理サイクルの終了時に、ガス分配管からのガスの除去を促進するために真空フォアラインに流体的に接続することができる。
2014535001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のソースガス導入口及び複数の開口部を有するガス分配管を含み、ソースガスは、ガス分配管の少なくとも一部に供給され、ガス分配管は、ガス分配管に沿って各開口部からの実質的に等しいソースガス流を有するガス分配システム。
【請求項２】
開口部は、１以上のソースガス導入口に近ければ近いほど、開口部の大きさが小さくなっている請求項１記載のガス分配システム。  
【請求項３】
開口部の直径は、ガス導入管の内側からガス導入管の外側へと測定されたとき、小径から大径へと傾斜している請求項１記載のガス分配システム。
【請求項４】
ガス分配管の壁は、１以上のソースガス導入口により近い管の部分で、より厚くなっている請求項１記載のガス分配システム。
【請求項５】
ガス分配管は、ガス分配管の各開口位置に複数の開口部を有する請求項１記載のガス分配システム。
【請求項６】
ガス分配管は、ガス分配管の各開口位置に２つの開口部を有し、開口部は互いに３０度〜６０度離れている請求項５記載のガス分配システム。
【請求項７】
ガス分配管は、セラミックス材料から成る請求項１記載のガス分配システム。
【請求項８】
ガス分配管を取り囲み、ガス分配管の開口部よりも大きい開口部が通っている外管を含む請求項１記載のガス分配システム。
【請求項９】
ガス分配管を含み、ソースガスは、ガス分配管の少なくとも一部に供給され、ガス分配管は、ガスが供給されるガス分配管の少なくとも一部に開口部が近ければ近いほど、互いにより遠くに離間した開口部を有するガス分配システム。
【請求項１０】
開口部の大きさは、ガス導入管の内側からガス導入管の外側へと測定されたとき、小径から大径へと傾斜している請求項９記載のガス分配システム。
【請求項１１】
ガス分配管の壁は、１以上のソースガス導入口により近い管の部分で、より厚くなっている請求項９記載のガス分配管。
【請求項１２】
ガス分配管は、ガス分配管の各開口位置に複数の開口部を有する請求項９記載のガス分配管。
【請求項１３】
ガス分配管は、ガス分配管の各開口位置に２つの開口部を有し、開口部は互いに３０度〜６０度離れている請求項１２記載のガス分配管。
【請求項１４】
ガス分配管を取り囲み、ガス分配管の開口部よりも大きい開口部を有する外管を含む請求項９記載のガス分配システム。
【請求項１５】
ガス分配管は、セラミックス材料から成る請求項８記載のガス分配システム。
【請求項１６】
ガス源と、
プラズマ源と、
真空ポンプと、
基板支持体と、
ガス源に流体結合される少なくとも１つのガス分配管を含み、ガス分配管は、
１以上のソースガス導入口を有するガス分配管であって、ソースガスは、ガス分配管の少なくとも一部に供給され、ガス分配管は、ガスが供給されるガス分配管の少なくとも一部に開口部が近ければ近いほど、開口部の大きさが小さくなっているガス分配管、及び
ガス分配管であって、ソースガスは、ガス分配管の少なくとも一部に供給され、ガス分配管は、ガスが供給されるガス分配管の少なくとも一部に開口部が近ければ近いほど、互いにより遠くに離間している開口部を有するガス分配管から成る群から選択されるガス分配管とを含む処理チャンバ。
【請求項１７】
少なくとも１つのガス分配管は、ガス分配管を取り囲み、ガス分配管の開口部よりも大きい開口部を有する外管を含む請求項１６記載の処理チャンバ。
【請求項１８】
少なくとも１つのガス分配管は、真空ポンプに連結された真空ラインに流体接続されている請求項１６記載の処理チャンバ。
【請求項１９】
開口部は円錐形状を含み、円錐形状の大きさは、ガス導入管の内側からガス導入管の外側へと測定されたとき、小径から大径へと傾斜している請求項１６記載の処理チャンバ。
【請求項２０】
開口部は円錐形状の小さい方の端部に接続された円筒形の形状を含む請求項１９記載の処理チャンバ。
【請求項２１】
ガス分配管の壁は、１以上のソースガス導入口により近い管の部分で、より厚くなっている請求項１６記載の処理チャンバ。
【請求項２２】
ガス分配管は、ガス分配管の各開口位置に複数の開口部を有する請求項１６記載の処理チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、処理領域内にガスを供給するためのガス分配管に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
ディスプレイ及び薄膜太陽電池のプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）ツールで用いられるプラズマ源は、典型的には、平板電極間でプロセスガスをイオン化及び解離させるために容量結合ＲＦ又はＶＨＦ場を使用する平行平板型リアクタである。次世代フラットパネルのＰＥＣＶＤチャンバは、１つの「垂直な」チャンバ内に２枚の基板を有し、基板間に「共通の」プラズマとガス源を用いることによって、同時に２枚の基板を処理することができるプラズマリアクタを含む。このアプローチは、システムのスループットを増加させるのみならず、２枚の基板を一緒に処理する場合、２枚の基板によってガスとＲＦ電源の両方が共有されるので、ＲＦハードウェアと（スループット当たりの）プロセスガスのコストを削減できる。
【０００３】
このようなＰＥＣＶＤリアクタ内のプラズマは、２枚の基板間に配置されたリニアプラズマ源のアレイによって生成することができ、プロセスガスは、基板面積全域にわたって分布されるガスラインから送出することができる。ガスラインは、典型的には、２枚の基板間の中央平面内に配置されるプラズマラインと同一面内にすることができ、又はガスラインは、基板のより近くに配置され、分布させることができる。ガスラインは、開口部を有する１以上の供給管を含むことができ、開口部を通してガスが処理領域内に導入される。これらのシステム内では、プラズマ・ガスラインに垂直な方向のプラズマ・ガス均一性は、プラズマ・ガスラインの適切な分布によって、又はプロセスの仕組み（すなわち、１又はいくつかのプラズマ／ガスラインによって、又は両者の組み合わせによって基板を走査すること）を変更することによって、解決することができる課題である。しかしながら、ラインに沿った均一性は、多くの次世代ディスプレイ及び太陽電池ツールを含む、ラインの長さが１メートルを超える場合に対しては、また困難であり、特に重要である。
【０００４】
処理容積内へのガスの流れを遮断するプロセス残留物が、開口部の周りに堆積するので、均一なガス分布に対するもう１つの課題は、ガス分配管の開口部の目詰まりである。開口部の目詰まりは、ガスが処理領域内へ均一に流れるのを妨げる。管内のより大きな孔は、目詰まりを起こしにくいが、ガス管に沿った圧力降下に寄与よることによって、ガス供給の均一性を損なう。これは、処理チャンバへのガスの流れを不均一にする。より小さな孔が使用される場合は、孔は、ガス分配管に沿った圧力降下にあまり寄与しないが、より容易に目詰まりする。
【０００５】
管に沿った圧力降下のみならず目詰まりを最小にしながら、基板全域に亘って均一にチャンバにガス供給管を介して反応ガスを提供することが当該分野において必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、概して、処理チャンバ内で使用されるガス分配管に関する。
【０００７】
一実施形態では、ガス分配システムが提供される。システムは、ガス分配管を含み、ソースガスは、ガス分配管の少なくとも一部に供給され、ガス分配管は、ガス分配管に沿った各開口部からの実質的に等しいソースガス流を有する。
【０００８】
別の一実施形態では、ガス分配管を含み、ソースガスは、ガス分配管の少なくとも一部に供給され、ガス分配管は、ガスが供給されるガス分配管の少なくとも一部に開口部が近ければ近いほど、互いにより遠くに離間した開口部を有するガス分配システムが提供される。
【０００９】
別の一実施形態では、開口部を有し、ガス源に接続される内管と、内管を取り囲み、内管の開口部よりも大きな開口部を有する外管とを含むガス分配管が提供される。
【００１０】
更に別の一実施形態では、処理チャンバは、ガス源、プラズマ源、真空ポンプ、基板支持体、及びガス源に流体結合された少なくとも１つのガス分配管を含み、ソースガスがガス分配管の少なくとも一部の中に供給され、ガス分配管は、ガスが供給されるガス分配管の少なくとも一部に開口部が近ければ近いほど、開口部のサイズが小さくなっている。少なくとも１つのガス分配管は、ガス分配管を取り囲み、ガス分配管の開口部よりも大きい開口部を有する外管を更に含むことができる。別の一実施形態では、少なくとも１つのガス分配管は、真空ポンプに結合された真空ラインに流体的に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【図１】一実施形態で使用することができる処理システムの概略図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｃ】図１の処理チャンバの概略図である。
【図３】図１の処理チャンバの概略断面上面図である。
【図４Ａ】〜
【図４Ｅ】本明細書に記載の実施形態に係るガス分配管の概略断面図である。
【図５Ａ】一実施形態に係るガス分配管の斜視図である。
【図５Ｂ】〜
【図５Ｃ】図５Ａのガス分配管の異なる実施形態の概略断面図である。
【図６Ａ】〜
【図６Ｂ】図５Ａのガス分配管の異なる実施形態の概略断面図である。
【図７】一実施形態に係る管ガス分配システム内の管の斜視図である。
【図８】１以上の実施形態に係るガス分配システムからの堆積のグラフ表示を示す。
【００１２】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
【詳細な説明】
【００１３】
本発明の実施形態は、概して、処理領域内にガスを供給するためのガス分配管に関し、ガス分配管の形状及び管に沿ったガス噴射孔分布を含み、これによって反応性ガスを、ガス分配管と基板間の領域内に管の長さに沿って均一に供給することができる。本明細書に記載の実施形態は、ガス分配管長さの１２インチ当たりの流量で２０％未満の差しかなく、更なる実施形態では、ガス分配管長さの６インチ当たりの流量で１０％未満の差である、実質的に等しいガス流を提供することができる。
【００１４】
一実施形態では、プラズマ線（プラズマライン）と基板との間に配置されたガス分配管は、プラズマのシャドウイングを最小限にするために、小さな断面を有することができる。他の実施形態では、ガス分配管に沿ったガス噴射孔の間隔は、より少ないガス流出（及びより少ない圧力降下）が望まれる管の部分（例えば、ガスが供給される管の部分の近傍）でより大きくすることができる。ガス噴射孔の間隔は、より多くのガス流出が望まれるガス分配管の部分で（例えば、ガス分配管の中心に向かって）減らすことができる。別の一実施形態では、ガス分配管の孔の大きさは、より少ないガス流出が望まれる管の部分（例えば、ガスが供給される管の部分）でより小さく、より多くのガス流出が望まれる管の部分で（例えば、ガス分配管の中心に向かって）より大きくすることができる。同様に、ガス分配管内の孔の数は、より少ないガス流出が望まれる管の部分でより少なく、より多くのガス流出が望まれる管の部分でより多くすることができる。一実施形態では、ガス分配システムは、内管の孔よりも概して大きく、より離間させることができる孔を有する外管内に配置することができる孔を有する内側ガス分配管を含むことができる。内側ガス分配管は、１以上のガス源に結合することができる。各ガス分配管における孔の配置、間隔、及び数は、孔の目詰まりを最小限に抑えながら、均一なガス分布を維持するように用いることができる。
【００１５】
本明細書に記載の実施形態は、リニアプラズマソース技術を用いた大面積ＰＥＣＶＤチャンバなどのチャンバ内のガス分布に関連する不均一な堆積の問題、特に軸方向の（すなわち、ラインに平行な）不均一性に対処する。本明細書ではいくつかの実施形態がマイクロ波給電プラズマリアクタ用に示されているが、提案された解決策は、（ｉ）リニアプラズマソース技術を使用する任意のプラズマリアクタ（例えば、マイクロ波、誘導性、容量性）に対して、（ｉｉ）任意のタイプのＣＶＤシステム、縦型デュアル又はシングル基板チャンバ、又は水平型シングル基板チャンバ内で、（ｉｉｉ）任意の堆積モード（静的又は動的モード）を用いたチャンバ内で、及び（ｉｖ）他のプラズマ技術又はアプリケーション（例えば、エッチング又はレジスト剥離、又は反応性ＰＶＤ）のために使用することができる。
【００１６】
図１は、本明細書に記載のガス分配管の実施形態と共に使用することができる処理システムの概略図である。図１は、縦型リニアＣＶＤシステム１００の概略図である。リニアＣＶＤシステム１００は、約９００００ｃｍ２よりも大きな表面積を有する基板を処理する大きさに作ることができ、２０００Å厚の窒化ケイ素膜を堆積する場合、１時間当たり９０枚を超える基板の処理が可能である。リニアＣＶＤ装置１００は、共通のシステム制御プラットフォーム１１２によって互いに結合された２つの別々のプロセスライン１１４Ａ、１１４Ｂを含むことができ、これによってツインプロセスライン構成／レイアウトを形成する。共通の電源（例えば、ＡＣ電源）、共通の及び／又は共有のポンピング及び排気コンポーネント、及び共通のガスパネルを、ツインプロセスライン１１４Ａ、１１４Ｂ用に使用することができる。各プロセスライン１１４Ａ、１１４Ｂは、１時間当たり４５を超える基板を、システム全体では１時間当たり９０を超える基板を処理することができる。２つのプロセスライン１１４Ａ、１１４Ｂが図１に示されているが、システムは、単一のプロセスライン又は２つを超えるプロセスラインを用いて構成されてもよいことが理解される。
【００１７】
各プロセスライン１１４Ａ、１１４Ｂは、基板スタッキングモジュール１０２Ａ、１０２Ｂを含み、そこから新たな基板（すなわち、まだリニアＣＶＤ装置１００内で処理されていない基板）が取り出され、処理された基板は格納される。大気ロボット１０４Ａ、１０４Ｂは、基板スタッキングモジュール１０２Ａ、１０２Ｂから基板を取り出し、デュアル基板ロードステーション１０６Ａ、１０６Ｂ内に基板を配置する。水平方向に積まれた基板を有する基板スタッキングモジュール１０２Ａ、１０２Ｂが示されているが、基板スタッキングモジュール１０２Ａ、１０２Ｂ内に配置される基板は、デュアル基板ロードステーション１０６Ａ、１０６Ｂ内に基板が保持される方法と同様の鉛直方向に維持されてもよいことを理解すべきである。その後、新たな基板が、デュアル基板ロードロックチャンバ１０８Ａ、１０８Ｂ内へ、次いでデュアル基板処理チャンバ１０１Ａ、１０１Ｂへと移動される。現在処理されている基板は、その後、デュアル基板ロードロックチャンバ１０８Ａ、１０８Ｂのいずれかを介して、デュアル基板ロードステーション１０６Ａ、１０６Ｂのいずれかに戻り、そこで大気ロボット１０４Ａ、１０４Ｂのいずれかによって取り出され、基板スタッキングモジュール１０２Ａ、１０２Ｂのいずれかに戻される。
【００１８】
図２Ａ〜２Ｃは、図１のデュアル基板処理チャンバ１０１Ａ、１０１Ｂの概略図である。図３は、図１のデュアル基板処理チャンバ１０１Ａ、１０１Ｂの概略断面上面図を示す。図２Ａ〜２Ｃを参照すると、デュアル基板処理チャンバ１０１Ａ、１０１Ｂは、各デュアル基板処理チャンバ１０１Ａ、１０１Ｂの中央に直線状に配置された複数のマイクロ波アンテナ２１０を含む。マイクロ波アンテナ２１０は、処理チャンバの上部から処理チャンバの底部まで垂直に延びている。各マイクロ波アンテナ２１０は、マイクロ波アンテナ２１０に結合された処理チャンバの上部及び底部の両方で対応するマイクロ波パワーヘッド２１２を有する。図２Ｂに示されるように、マイクロ波パワーヘッド２１２は、空間の制限のため、ずらした配置にすることができる。電力は、各マイクロ波パワーヘッド２１２を介して、マイクロ波アンテナ２１０の各端部に独立して印加することができる。マイクロ波アンテナ２１０は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲内の周波数で動作することができる。金属製アンテナは、中実又は中空であり、任意の断面（円形、矩形など）と、その断面特性寸法よりもはるかに大きな長さとを有することができる。アンテナは、プラズマに直接露出される、又は誘電体（注：誘電体は、固体絶縁物、又は固体絶縁物に加えて空気／ガスの間隙として理解される）中に埋め込まれてもよく、ＲＦ電源によって給電されることができる。リニアソースは、１つ又は２つのＲＦ発生器によって、一端で又は両端で給電することができる。また、１つの発生器は、１つのリニアプラズマソース又はいくつかのソースに、並列又は直列又は両方の組み合わせで、電力を供給することができる。
【００１９】
処理チャンバの各々は、２つの基板を、マイクロ波アンテナ２１０の各側に１つずつ処理することができるように配置されている。基板は、基板キャリア２０８及びシャドウフレーム２０４によって処理チャンバ内の所定の位置に保持される。ガス導入管２１４を、隣接するマイクロ波アンテナ２１０間に配置することができる。ガス導入管２１４は、アルミニウム、セラミックス又はステンレス鋼などのガスを分配するために使用される任意の適切な、好ましくは非腐食性材料で作ることができる。ガス導入管２１４は、マイクロ波アンテナ２１０に平行に、処理チャンバの底部から上部まで垂直に延びている。ガス導入管２１４は、シリコン前駆物質及び窒素前駆物質などの処理ガスの導入を可能にする。図２Ａ〜２Ｃには図示されていないが、処理チャンバ１０１Ａ、１０１Ｂは、基板キャリア２０８の背後に位置するポンピングポート（図３の３０２Ａ〜３０２Ｄを参照）を通して排気することができる。
【００２０】
図３は、基板３０６が内部に配置され、ガス導入管２１４が真空フォアラインに結合された図１のデュアル基板処理チャンバ１０１Ａ（デュアル基板処理チャンバ１０１Ｂと同じであってもよい）の概略断面上面図である。ガス導入管２１４は、基板キャリア２０８上に配置された基板３０６の近くに配置され、分布している。デュアル基板処理チャンバ１０１Ａ用の接続点３０２Ａ〜３０２Ｄは、真空フォアラインへとつながる。接続点３０２Ａ〜３０２Ｄは、デュアル基板処理チャンバ１０１Ａの角部近傍に配置されているので、デュアル基板処理チャンバ１０１Ａは、デュアル基板処理チャンバ１０１Ａの全ての領域において実質的に均一に排気することができる。ただ１つだけの排気点が利用された場合は、排気点付近ではより遠く離れた場所と比較してより高い真空度となるかもしれない。なお、追加の接続を含め、他の排気接続が可能であることが理解される。
【００２１】
ガス導入管２１４は、基板に平行に配置された、円形、楕円形、又は長方形の断面の管であることができる。ガス導入管２１４は、典型的には、チャンバ壁内のフィードスルーを介して、両端から（例えば、図２Ａ及び図２Ｂの縦型処理チャンバの場合には、処理チャンバ内の上部と下部に）供給され、ガスラインプレナム（ガス導入管２１４の内側部分）が、ガス導入管２１４に沿って分布された多数のガス噴射孔（例えば、図５Ａの４３０を参照）を介して処理チャンバに接続されている。一実施形態では、１以上の処理ガスが、各ガス導入管２１４に流体的に結合された主供給管又はマニホールド（図示せず）を介して各ガス導入管内へ供給される。主供給管又はマニホールドは、１以上のガス源によって供給することができる。１以上の制御バルブが、各ガス導入管２１４への流れを制御するために、主ガス管又はマニホールドと、各ガス導入管２１４との間に配置されてもよい。したがって、各ガス導入管２１４へのガスの流れは、処理チャンバ内のどこにガス導入管２１４が配置されているか（例えば、端部とは反対の中心に向かっているか）に応じて、及びチャンバ内で処理される基板の形状及び大きさに応じて変えることができる。
【００２２】
一実施形態では、ガス導入管２１４は、断面が小さく、外側表面積が小さく、これによってプラズマ損失（プラズマ−壁間の相互作用による荷電粒子の損失）と反応損失（ガスライン外側表面上への堆積によるラジカルの損失）が最小化され、処理チャンバの電力とガス利用効率が向上する。ガス導入管２１４の外側表面積の減少はまた、ガス導入管２１４上に堆積する材料がより少ないので、有利なことにチャンバ洗浄の頻度、クリーニングガス消費量、及び／又は洗浄時間を最小にする。したがって、表面積の減少により堆積する材料がより少なくなるので、処理中にガス導入管２１４上に堆積した膜の剥離が生じにくくなり、システムスループットが向上する。
【００２３】
ガス導入管２１４がチャンバ内でリニアプラズマ源（例えば、マイクロ波アンテナ２１０）と同一平面内に配置されず、基板により近い平面内に配置されるチャンバ構成に対して、ガス導入管を細く保つことはまた、プラズマのシャドウイングを最小限に抑える。ガス導入管２１４が基板に近接しており、直径が大きすぎると、（プラズマ線に対する陰の中の）ガス導入管２１４の背後のプラズマ密度は、（陰の外側の）開放領域内よりも大幅に低くなる可能性があり、これはガス導入管２１４に垂直な方向におけるプロセスの均一性に悪影響を与える可能性がある。
【００２４】
ガス導入管２１４は、外側表面積及びプラズマのシャドウイングを最小にするのに十分に細くすべきであるが、それらがリニアタイプの大面積プラズマリアクタ内の場合のように長い場合は特に、ガス導入管２１４の強度を落とすほど細くすべきではない。いくつかの実施形態では、ガス導入管は、円形断面と、約３ｍの長さ及び約０．５インチの外径及び約０．２５インチの内径を有することができる。
【００２５】
しかしながら、小さな断面（例えば、円形断面を有する管の場合における小さな内径）を有するガス導入管２１４は、ガス導入管２１４内部で低いガスコンダクタンスを有するかもしれない。好ましくは、ガス導入管２１４に沿ったガス噴射孔のガスコンダクタンスは、ラインに沿って均一なガス分布を有するように、ガス導入管２１４内のガスコンダクタンスと比較して十分に小さい。ガス噴射孔のガスコンダクタンスが大きい場合、より多くのガスが、ガス導入管２１４の全長を通って進むのではなく、ガス導入管２１４からガス噴射孔を通ってガスライン供給口に近い処理チャンバ内へ流出する傾向があるだろう。これは、不均一なプロセスという結果をもたらすだろう。したがって、この不均一性を補償するために、ガス噴射孔の大きさ及び数を最小化し、孔の間の間隔を最大化し、これによってガスラインの単位長さ当たりのガス噴射孔コンダクタンスを最小化することができる。一実施形態では、約３ｍの長さを有するガス導入管のガス噴射孔は円形であり、１６ｍｍの直径を有することができる。別の一実施形態では、約３ｍの長さを有するガス導入管のガス噴射孔は、約１ｍｍから約１４ｍｍの範囲の直径を有することができる。いくつかの実施形態では、全てのガス噴射孔が同じ直径を有することができる。他の実施形態では、ガス噴射孔の直径は変化し、ガス噴射孔の間の間隔は一定であることができる。
【００２６】
特定の実施形態では、ガス噴射コンダクタンスの勾配は、ガス導入管２１４に沿ったガス噴射孔の間隔及び／又は大きさを変化させることによって達成することができる。図４Ａは、ガス噴射孔４３０の間隔を変化させることによってガス噴射コンダクタンスの勾配が形成された一実施形態に係る（その各端部にガス供給口を有する）ガス導入管の概略断面図である。図４Ａに示されるように、ガス導入管４１４に沿ったガス噴射孔４３０は、ガス供給口近くでより大きく離間させることができ、ガス導入管４１４の中央に向かって共に間隔をより接近させることができる。この構成は、より少ないガスが（ガス噴射孔４３０を通って）ガスがより高い圧力であるガス供給口により近いその部分でガス導入管４１４から逃げることを可能にし、これによってより多くのガスが、ガス導入管４１４の中央に向かって流れることを可能にする。これによって、ガスは、ガス噴射孔４３０からより均一に流出し、基板４０６全域に亘って改善された堆積をもたらす。
【００２７】
ガス噴射コンダクタンスの勾配はまた、ガス導入管４１４に沿ったガス噴射孔４３０の大きさを変化させることによっても達成することができる。図４Ｂは、ガス噴射孔４３０の大きさを変化させることによってガス噴射コンダクタンスの勾配が形成された一実施形態に係る（その各端部にガス供給口を有する）ガス導入管の概略断面図である。図４Ｂに示されるように、ガス導入管４１４に沿ったガス噴射孔４３０は、ガス供給口近くでサイズをより小さく（例えば、丸孔の場合には、より小さい直径と）することができ、ガス導入管４１４の中央に向かってサイズをより大きくすることができる。これは、より少ないガスがより高い圧力であるガス供給口により近いガス導入管４１４から逃げることを可能にし、より多くのガスが、ガス導入管４１４の中央に向かってガス導入管４１４から流出することを可能にする。これによって、ガスは、ガス噴射孔４３０からより均一に流出し、基板４０６全域に亘って改善された堆積をもたらす。
【００２８】
ガス噴射コンダクタンスの勾配はまた、ガス噴射孔４３０の間隔、数及び大きさの組み合わせを変えることによって達成することができる。図４Ａ〜図４Ｂにはたった１つのガス導入管のみが示されているが、ガス分布の均一性を達成するために、ガス伝導勾配が、複数のガスラインチャンバ（例えば、図１に示されるリニアＣＶＤシステム１００）内のガス噴射管内に同様に形成することができることを理解すべきである。更に、ガス導入管に沿った局所的なガスコンダクタンスは、ガスラインが両端から供給されるか、又は一端のみから供給されるかに応じて、両端からガス導入管の中央へ向かって、又はガス導入管の一端から他端に向かって、（ガス噴射孔の間隔、数及び／又は大きさを変えることによって）変化させることができる。例えば、図４Ｃは、一端のみからガスが供給されるガス導入管４１４を示す。ガス噴射孔４３０は、ガスが供給されるガス導入管４１４の端部に近ければ近いほど、間隔をより離して配置することができる。図４Ｄは、一端のみからガスが供給されるガス導入管４１４を示す。ガス噴射孔４３０は、ガスが供給されるガス導入管４１４の端部に近ければ近いほど、サイズをより小さくし、ガスが供給されるガス導入管４１４の端部から遠く離れれば離れるほど、サイズをより大きくすることができる。別の一実施形態では、ガス導入管４１４の外側表面をブラッシングして（磨いて）、これによってガス導入管４１４の壁の厚さを、ガス導入管４１４の長さに沿って変化させることができる。例えば、図４Ｅに示されるように、（その両端からガスが供給される）ガス導入管４１４の外側表面をブラッシングして、これによって基板４０６に対向するガス導入管４１４の外側表面の外側表面を凹面にすることができる。したがって、ガス噴射孔４３０は、ガスが供給されるガス導入管４１４の端部に近ければ近いほど、より長く（ガス噴射孔からのガスコンダクタンスをより小さく）することができ、ガスが供給されるガス導入管４１４の端部から遠く離れれば離れるほど、より短くすることができる。ガス導入管４１４の一端のみにガスが供給される場合は、ガス導入管４１４の外側表面は、ブラッシングされ、テーパーが付けられ、これによってガスが供給されるガス導入管４１４の端部に近ければ近いほど、より長くすることができ、ガスが供給されるガス導入管４１４の端部から遠く離れれば離れるほど、より短くすることができる。他の実施形態では、ガス導入管に沿った局所的なガスコンダクタンスは、必要に応じて（例えば、オフセットプロセスチャンバに関連する非対称性（ポンピング、基板／ステージの端部、又は縦型チャンバ内での傾斜した基板等）に応じて）、不均一に配置することができる。
【００２９】
図５Ａは、一実施形態に係るガス導入管５１４の斜視図を示す。図５Ａに示されるように、２列のガス噴射孔５３０が、ガス導入管５１４の長さに沿って形成され、ガス導入管５１４の中央に向かってより多くのガス噴射孔５３０が形成されることができる。ガス噴射孔５３０の列は、基板（図示せず）と対向し、ガス噴射孔５３０の分布によって形成されたガス噴射コンダクタンスの勾配は、ガス導入管５１４に供給されるガスが、その端部近くでガス導入管５１４から逃げず、管の中央に到達することを保証する。このように、ガス導入管５１４に沿った圧力降下が最小化される。
【００３０】
図５Ｂ及び図５Ｃは、図５Ａのガス導入管の異なる実施形態の概略断面図である。ガス噴射孔５３０の列は、用途に応じて変化し得る角度Ａで形成することができる。一実施形態では、角度Ａは３０〜６０度の範囲から選択される角度であることができる。別の一実施形態では、角度Ａは３０〜９０度の範囲から選択される角度であることができる。図５Ａは、ガス導入管５１４内に２列のガス噴射孔５３０を示しているが、他の実施形態は、１列のみのガス噴射孔、又は３列以上のガス噴射孔を有するガス導入管を含むことができる。２列に対して使用することができる任意の角度は、３列以上に対しても使用することができる。更に、３列以上を扱う場合、列間の分離角度は等しい必要はない。また、ガス噴射孔は、用途に応じて、他のパターンで形成されてもよく、そのようなパターンは、規則的又は不規則であってもよい。
【００３１】
図６Ａ及び図６Ｂは、図５Ａのガス供給管の異なる実施形態の概略断面図である。いくつかの実施形態では、ガス噴射孔５３０は、ガス導入管５１４の厚さ全体に亘って孔の直径が変化するように穿孔することができる。図６Ａに示される実施形態では、ガス噴射孔の直径は、ガス導入管５１４の外側表面で最大であり、ガス導入管５１４の厚さの中心に向かって先細りし、ガス導入管５１４の内側表面に到達するとき円筒状になることができる。図６Ｂに示されるガス噴射孔５３０は、ガス噴射孔の直径がガス導入管５１４の内側表面からその外側表面へと徐々に増加する円錐形状を有する。ガス噴射孔の他の形状を使用してもよい。
【００３２】
図７は、外側ガス導入管７３４内に配置された内側ガス導入管７１４を含むガス導入管７００の別の一実施形態を示す。ガス供給源（図示せず）は、内側ガス導入管７１４に結合することができる。内側ガス導入管７１４は、任意の適切な材料から作ることができ、好ましくは、ガスを分配するために使用される非腐食性材料、アルミニウム、セラミックス又はステンレス鋼で作ることができ、十分に小さい外径を有することができ、これによって外側ガス導入管７３４の内側に、２つの管の間の間隔ｇを備えて配置することができる。内側ガス導入管７１４は、１以上のガス噴射孔７３０を含み、外側ガス導入管７３４は、１以上のガス噴射孔７３６を含む。ガス噴射孔７３０は、ガス導入管７１４の内部からのガスが、内側ガス導入管７１４と外側ガス導入管７３４との間の容積内に内側ガス導入管７１４から逃げることを可能にする。ガス噴射孔７３６は、ガスが処理領域内に外側ガス導入管７３４から逃げることを可能にする。
【００３３】
ガスコンダクタンスの勾配は、上述したのとほぼ同じ方法で、ガス分布の均一性を改善するために、内側ガス導入管７１４及び外側ガス導入管７３４の一方又は両方に使用することができる。ガス噴射孔７３０が小さければ小さいほど、内側ガス導入管７１４からのガスの流れはより均一になる。より小さなガス噴射孔７３０は、内側ガス導入管７１４の長さに沿った圧力降下を最小にし、内側ガス導入管７１４内に圧力が高まるのを可能にするプレナムを作る。したがって、内側ガス導入管７１４から逃げるガスは、内側ガス導入管７１４に沿ったすべての場所でほぼ同じ流量になる。小さなガス噴射孔７３０は、処理領域内のプラズマが、内側ガス導入管７１４内のプレナムに入るのを防ぐ。小さなガス噴射孔７３０の目詰まりを防止するために、外側ガス導入管７３４が、内側ガス導入管７１４の周囲に配置され、これによって内側ガス導入管７１４及びガス噴射孔７３０をプラズマ蒸着から遮蔽する。内側ガス導入管７１４の内部と処理容積との間で、例えば２倍の圧力差を維持することによって、ガスが内側ガス導入管７１４内に移動することは防止され、プラズマの損失（プラズマ−ガスライン壁間の相互作用による荷電粒子の損失）を最小限に抑えることができる。
【００３４】
内側ガス導入管７１４内に形成されたプレナムを改善するために、ガス噴射孔７３０の数を最小化し、これによって内側ガス導入管７１４内に十分な圧力を維持することができる。他の実施形態では、内側ガス導入管７１４内のガス噴射孔７３０の数は、ガス供給口に最も近い管の部分に沿って減少させることができる（例えば、図７は、ガスが導入される端部へ向かってより少ないガス噴射孔を示す）。これは、より少ないガス流出が望まれる内側ガス導入管７１４の部分で、ガス噴射孔７３０をより遠くに離間することによって達成することができる。別の一実施形態では、内側ガス導入管７１４の部分に沿ったガス流出は、より少ないガス流出が望まれる内側ガス導入管７１４の部分で、ガス噴射孔７３０をより小さくすることによって変化させることができる。他の実施形態では、ガス噴射孔７３０の異なる形状及び大きさを使用し、これによって内側ガス導入管７１４の長さに沿ったガスの流出を変化させることができる。
【００３５】
管の構成、処理チャンバ、及び堆積プロセスに応じて、望まれる又は必要とされるように、ガス噴射孔７３０の配置、間隔、形状、及び大きさは、内側ガス導入管７１４の長さ全体に亘って変化させることができる。いくつかの部分では、ガス噴射孔パターンを規則的に繰り返し、他の部分では、不規則な離間間隔、大きさ、又は形状のガス噴射孔を有することができる。例えば、ガスラインが両端から供給されるか、一端のみから供給されるかに応じて、ガス噴射孔７３０の数及び／又は大きさの減少を、内側ガス導入管７１４の一端又は両端に設けることができ、又は一端を他端とは変えることができる。それらはまた、特別なニーズ（例えば、オフセットプロセスチャンバ関連の非対称性（ポンピング、基板／ステージの端部、又は縦型チャンバ内の傾斜した基板等））のために不均一に配置することもできる。外側ガス導入管７３４のガス噴射孔７３６は同様に、管の構成、処理チャンバ、及び堆積プロセスに応じて、数、間隔、大きさ、及び形状を変化させることができる。
【００３６】
ガス分配管の長さ及びガス噴射孔のサイズが小さく数が少ないことは、ガス導入管からのガスの漏れ率を低下させるので、処理サイクル間において、ガス分配管内に形成されたプレナムを排気することは困難であるかもしれない。サイクル間におけるクリーンアウト時間を短縮し、プロセス効率を向上させるために、ガス導入管２１４を真空フォアラインに結合させ、これによってガス導入管の内部に残留するガスの除去を促進し、加速することができる。
【００３７】
ガス導入管２１４内の圧力が高ければ高いほど、ガス導入管２１４は、次のサイクルの前に排気しなければならない高いガス密度を有する可能性があるので、（処理ガスを変更する工程を伴う可能性がある）処理チャンバを循環させる工程は、より困難となる可能性がある。たとえチャンバは、真空ポンプ３１６を用いて排気することができるとしても、ガス噴射孔の径が小さく、ガス噴射孔の数が少ない結果として流れが制限されるため、ガス導入管２１４内部のガスが漏れ出すには長い時間がかかる可能性がある。例えば、プロセスが終了し、ガスを素早く交換する必要がある場合、ガス導入管２１４内に残留するガスは、許容できる最小レベルまで漏れ出すのに長い時間がかかる場合がある。この遅延は、使用されるプロセスガス（特に、アモルファスシリコン）によっては、より危機的である可能性がある。ガス導入管２１４からのガスの除去を容易にし、促進するために、処理チャンバのガス導入管２１４をガス源３４０に結合するガスライン３２０上に、三方弁３５０を設置することができる。三方弁３５０は、真空ポンプ３１６につながる真空フォアラインに流体結合されたライン３２２に結合してもよい。処理サイクルが終了すると、真空ポンプ３１６は、処理チャンバ及びガス導入管２１４からガスをポンピングするために使用することができる。処理中に、三方弁３５０は、ライン３２２への流れを閉じ、これによって処理チャンバとガス源３４０との間にのみガス流があるようにできる。このような三方弁は、できるだけガス源３４０の近くに配置して、これによって（三方弁とガス源３４０との間の）未換気ガス送出ラインの容積を最小にすることができる。他のバルブの組み合わせ及び構成もまた、三方弁３５０と同じ方法でガス流を迂回させるために使用することができる。  
【００３８】
理論に縛られることを意図しないが、マイクロ波ＲＦプラズマなどのプラズマは、プロセスチャンバ本体内に吸収することができるエネルギーを発生する。吸収されたエネルギーは、チャンバ内の部品（例えば、基板、サセプタ、ガス分配管、及びチャンバ壁）を加熱することができる。標準的な実施形態では、処理チャンバ内のガス分配管は、アルミニウムで作られる。標準的なガス分配管の加熱及び冷却は、ガス分配管の熱膨張及び収縮をもたらす。プラズマ曝露によるこの熱膨張及び収縮は、ガス分配管に曲がり、更には破損を引き起こす可能性があると考えられている。これらの熱変形したガス分配管は、堆積速度の均一性の低下をもたらすと考えられているガス流の乱れをもたらす可能性がある。このように、ガスラインのプラズマ曝露を増加させる、又はガスライン上にシャープな加熱及び冷却のコントラストを作る可能性のある実施形態（例えば、水平（横型）ガス送出システム内で使用されるマイクロ波ラインソース）に対して、アルミニウムは信頼性のある材料ではないと考えられている。
【００３９】
本明細書の実施形態で説明したように、セラミックスのガスラインは、ガス流入点から近位から遠位までのガスの体積流量を制御するように、孔の位置及び構造を採用することができる。この流量制御は、ガスライン全域に亘りほぼ等しいガス流を生成することができる。また、セラミックス製ガス分配管は、アルミニウム製ガス分配管よりも少ない、チャンバ部品の加熱及び冷却に起因する熱変形を示すであろう。
【００４０】
図８は、一実施形態に係るガス分配システムからの堆積のグラフ表示を示す。図８は、Å／分で測定された堆積速度８０６の、基板の縁部からｍｍ単位で測定された基板表面位置８０８に対するグラフ８００を示す。この例では、ガス噴射孔の配置に変更の無い標準的なガス分配管による堆積（テープ無しガスライン８０２）が、ガス分配管がガスラインにより近くなるようにガス噴射孔が周期を増して塞がれたガス分配管による堆積（テープ付きガスライン８０４）と比較される。ガス噴射孔の配置は、ガス分配管の閉塞されたガス噴射孔からの流れを防止するために、ガス噴射孔の上に配置されたＫｅｐｔｏｎテープでシミュレートした。テープ無しの管は、テープによって塞がれたガス噴射孔を有していなかった。テープ付きの管は、ガスラインからより遠位の点で、ガス噴射孔間の間隔を減少させたガス噴射孔を有するガス分配管をシミュレートするために塞がれたガス噴射孔を有していた。本実施形態では２つのガスラインが存在するので、ガス分配管の中央においてガスライン接続点よりも（非閉塞の）ガス噴射孔をより多く利用可能であった。
【００４１】
アンモニア（ＮＨ３）及びシラン（ＳｉＨ４）が、アルゴン（Ａｒ）プラズマの存在下で基板へ向けて導入された。全てのガスの流量は、プラズマ生成のための電源及び速度と同様に、テープ無し管とテープ付き管の間で一定に維持した。更に、ガス分配管の各々の側への流量は一定に維持され、これによってピークと谷が、ガス分配管内でガスの予想される分布を反映することを確実にした。
【００４２】
テープ無しの管は、ガス進入点で２２００Å／分に近づく堆積の標準ピークを示し、これはグラフのＸ軸上の１００ｍｍと２７００ｍｍの点に対応する。ガスが管の長さを進みながら、テープ無しの管の圧力及びその後の堆積は、約１０００Å／分の低さまで低下した。
【００４３】
テープ付きの管は、テープ無しの管に対して均一な堆積速度の点で著しい改善を示している。通常、ガス進入点で形成されるピークは、およそ１５００Å／分に減少し、中央の点での堆積は、約１０００Å／分の最小値に到達している。中央付近に谷が依然として存在するが、堆積の全体的な平均は、ガス分配管の長さ全域に亘ってはるかに均一である。このように、孔のパターンの変更は、基板上に堆積させるために、管からのガスのより均一な分布を提供することができる。
【００４４】
理論によって束縛されることはないが、悪い堆積の均一性は、ガス分配管内部の不均一なガス圧によって作られる可能性があると考えられている。ガス圧は、要因の中でもとりわけ、孔の大きさ、孔の位置、管へのガス送出の方法、及びの孔の数に影響されると考えられている。このように、孔の位置、孔の大きさ、又は孔の数のいずれかを変更することによって、ガス分配管に沿った圧力、又は差圧の効果を拡散させる第２の管を含むことによって、伝統的なガス分配管の設計によるものよりも均一に堆積を行うことができると考えられている。
【００４５】
上述したように、図１は、基板が垂直に配置され、ガス分配管がｘｙ平面に水平に走る縦型化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバを示しているが、本明細書に記載の実施形態は、図１のチャンバ構成に限定されるものではない。例えば、ガス分配管は、基板が地面に対して実質的に平行な水平位置に支持される他のＣＶＤチャンバ内で使用してもよい。
【００４６】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１】
2014535001.tif 000003
【図２Ａ】
2014535001.tif 000004
【図２Ｂ】
2014535001.tif 000005
【図２Ｃ】
2014535001.tif 000006
【図３】
2014535001.tif 000007
【図４Ａ】
2014535001.tif 000008
【図４Ｂ】
2014535001.tif 000009
【図４Ｃ】
2014535001.tif 000010
【図４Ｄ】
2014535001.tif 000011
【図４Ｅ】
2014535001.tif 000012
【図５Ａ】
2014535001.tif 000013
【図５Ｂ】
2014535001.tif 000014
【図５Ｃ】
2014535001.tif 000015
【図６Ａ】
2014535001.tif 000016
【図６Ｂ】
2014535001.tif 000017
【図７】
2014535001.tif 000018
【図８】
2014535001.tif 000019
【国際調査報告】
2014535001.tif 000020
2014535001.tif 000021