(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って延びて上部部分および下部部分を有する中心チャネルを密閉するハウジングと、
前記ハウジングに結合されたリッドプレートであって、前記中心チャネルの前記下部部分に結合された中心開口から前記リッドプレートの周辺部分まで下方外向きに延びる外形を有する底面を有するリッドプレートと、
前記中心チャネルを加熱する第１の加熱要素と、
前記リッドプレートの前記外形を有する底面を加熱する第２の加熱要素であって、前記リッドプレートの上面に結合されたヒータプレートを構成する第２の加熱要素と、
前記中心チャネルに流体的に結合された遠隔プラズマ源と、
前記遠隔プラズマ源と前記ハウジングとの間に結合された分離カラーであって、前記遠隔プラズマ源および前記中心チャネルを流体的に結合するように前記分離カラーを通って延びる内側チャネルを有する分離カラーと
を備えるチャンバリッドアセンブリ。
【請求項２】
前記第１の加熱要素が、前記ハウジング内に配置された１つまたは複数のカートリッジヒータを構成する、請求項１に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項３】
前記遠隔プラズマ源に洗浄ガスを供給するように前記遠隔プラズマ源に結合された洗浄ガス源
をさらに備える、請求項１に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項４】
前記洗浄ガスが三フッ化窒素である、請求項３に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項５】
前記分離カラーが、アルミニウムから形成される、請求項１に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の加熱要素が、前記ハウジング内に配置された１つまたは複数のカートリッジヒータを構成し、
前記第２の加熱要素が、前記リッドプレートの上面に結合されたヒータプレートを構成し、
前記ハウジングが、内側領域を含み、第１の環状チャネルおよび第２の環状チャネルを少なくとも部分的に画定し、前記第１および第２の環状チャネルが、前記中心チャネルに流体的に結合され、
前記内側領域内に配置され、前記中心チャネルを少なくとも部分的に画定する中心通路を有するインサートであって、第１の複数の開孔および第２の複数の開孔を含み、前記第１の複数の開孔が、前記第１の環状チャネルと前記中心チャネルとの間に多孔ガス入口を提供するように第１の水平平面に沿って配置され、前記第２の複数の開孔が、前記第２の環状チャネルと前記中心チャネルとの間に多孔ガス入口を提供するように第２の水平平面に沿って配置される、インサートと、
前記分離カラーと前記インサートとの間の接触面積を最小にするように前記分離カラーと前記インサートとの間に配置された熱分離リングと
をさらに備える、
請求項１から５までのいずれかに記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項７】
前記ハウジングが、内側領域を含み、第１の環状チャネルおよび第２の環状チャネルを少なくとも部分的に画定し、前記第１および第２の環状チャネルが、前記中心チャネルに流体的に結合され、
前記内側領域内に配置され、前記中心チャネルを少なくとも部分的に画定する中心通路を有するインサートをさらに備え、前記インサートが、第１の複数の開孔および第２の複数の開孔を含み、前記第１の複数の開孔が、前記第１の環状チャネルと前記中心チャネルとの間に多孔ガス入口を提供するように第１の水平平面に沿って配置され、前記第２の複数の開孔が、前記第２の環状チャネルと前記中心チャネルとの間に多孔ガス入口を提供するように第２の水平平面に沿って配置される、請求項１から５までのいずれかに記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の複数の開孔の各開孔が、第１の回転方向に前記中心軸の周りでガスの流れを引き起こすように前記中心軸に対して角度をなし、
前記第２の複数の開孔の各開孔が、前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に前記中心軸の周りでガスの流れを引き起こすように前記中心軸に対して角度をなす、請求項７に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項９】
前記分離カラーと前記インサートとの間の接触面積を最小にするように前記分離カラーと前記インサートとの間に配置された熱分離リング
をさらに備える、請求項７に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項１０】
前記熱分離リングが、ステンレス鋼から形成される、請求項９に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項１１】
前記インサートが、前記インサートの上部部分に配置されたキャップを含み、前記キャップが、前記キャップの中心部分内に形成された複数の孔を含み、前記複数の孔が、前記分離カラーの前記内側チャネルおよび前記中心チャネルを流体的に結合する、請求項７に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１の複数の開孔および前記第２の複数の開孔がそれぞれ、半径方向の開孔および接線方向の開孔を含む、請求項７に記載のチャンバリッドアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、原子層堆積のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミクロン以下およびさらに小さい特徴を確実に作り出すことは、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）および極超大規模集積（ＵＬＳＩ）のための技術の１つである。しかし、回路技術の周辺が圧迫されるにつれて、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術における相互接続の寸法の縮小により、処理能力に対するさらなる要求が生じている。ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術の中心にある多重レベルの相互接続では、ビアおよび他の相互接続などの高アスペクト比の特徴の精密な処理が使用される。これらの相互接続の確実な形成は、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩの成功ならびに個々の基板の回路密度および品質を増大させるための取組みの継続にとって非常に重要である。
回路密度が増大するにつれて、ビア、トレンチ、コンタクト、および他の特徴などの相互接続ならびにそれらの間の誘電体材料の幅は減少するが、誘電体層の厚さは実質上一定のままであり、その結果、特徴の高さと幅のアスペクト比が増大する。多くの従来の堆積プロセスでは、アスペクト比が４：１を超過する場合、特にアスペクト比が１０：１を超過する場合、ミクロン以下の構造を充填するのが困難である。したがって、高いアスペクト比を有する実質上ボイドおよび継ぎ目のないミクロン以下の特徴の形成を対象とする多くの取組みが進行中である。
原子層堆積（ＡＬＤ）は、高いアスペクト比を有する特徴の上に材料層を堆積させるために開発されている堆積技法である。ＡＬＤプロセスの一例は、ガスのパルスを連続して導入することを含む。たとえば、ガスのパルスを連続して導入する１回の周期は、第１の反応ガスのパルスと、それに続くパージガスおよび／またはポンプ排気のパルスと、それに続く第２の反応ガスパルスと、それに続くパージガスおよび／またはポンプ排気のパルスとを含むことができる。本明細書では、「ガス」という用語は、単一のガスまたは複数のガスを含むものと定義する。第１の反応物質および第２の反応物質の別個のパルスを連続して導入する結果、基板の表面上の反応物質の単層を自己制限的に交互に吸収することができ、したがって周期ごとに材料の単層を形成する。この周期は、堆積材料が所望の厚さになるまで繰り返すことができる。第１の反応ガスのパルスと第２の反応ガスのパルスとの間のパージガスおよび／またはポンプ排気のパルスは、余分な量の反応物質がチャンバ内に残留することにより反応物質が気相反応する可能性を低減させる働きをする。しかし、本発明者らは、ＡＬＤ処理に対するいくつかのチャンバ設計において、基板上にその結果得られる堆積が、「Ｍ」字状の厚さプロファイルを有することを観察した。本発明者らはまた、ガスの導入中、チャンバ部品上に副生成物が蓄積し、処理中の基板上へ剥がれ落ちる可能性があることを観察した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明者らは、ＡＬＤチャンバを洗浄するための装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
原子層堆積チャンバを洗浄する方法および装置が、本明細書に提供される。いくつかの実施形態では、チャンバリッドアセンブリは、中心軸に沿って延びて上部部分および下部部分を有する中心チャネルを密閉するハウジングと、ハウジングに結合されたリッドプレートであって、中心チャネルの下部部分に結合された中心開口からリッドプレートの周辺部分まで下方外向きに延びる外形を有する底面を有するリッドプレートと、中心チャネルを加熱する第１の加熱要素と、リッドプレートの底面を加熱する第２の加熱要素と、中心チャネルに流体的に結合された遠隔プラズマ源と、遠隔プラズマ源とハウジングとの間に結合された分離カラーであって、遠隔プラズマ源および中心チャネルを流体的に結合するように分離カラーを通って延びる内側チャネルを有する分離カラーとを含む。
【０００５】
いくつかの実施形態では、基板処理チャンバは、チャンバ本体と、チャンバリッドアセンブリとを含み、チャンバリッドアセンブリは、チャンバ本体内でチャンバリッドアセンブリの下に処理体積を画定するようにチャンバ本体に結合される。チャンバリッドアセンブリは、中心軸に沿って延びて上部部分および下部部分を有する中心チャネルを密閉するハウジングと、ハウジングに結合されたリッドプレートであって、中心チャネルの下部部分に結合された中心開口からリッドプレートの周辺部分まで下方外向きに延びる外形を有する底面を有するリッドプレートと、中心チャネルを加熱する第１の加熱要素と、リッドプレートの底面を加熱する第２の加熱要素と、中心チャネルに流体的に結合された遠隔プラズマ源と、遠隔プラズマ源とハウジングとの間に結合された分離カラーであって、遠隔プラズマ源および中心チャネルを流体的に結合するように分離カラーを通って延びる内側チャネルを有する分離カラーとを含むことができる。
【０００６】
いくつかの実施形態では、プロセスチャンバを洗浄する方法は、遠隔プラズマ源に洗浄ガスを提供するステップと、洗浄ガスからプラズマを形成するステップと、遠隔プラズマ源から分離カラーを通ってチャンバリッドアセンブリの中心チャネルおよび反応ゾーン内へプラズマを流して、チャンバリッドアセンブリの壁上の副生成物を蒸発させるステップと、プラズマを中心チャネルおよび反応ゾーン内へ流しながら、チャンバリッドアセンブリを所定の温度まで加熱するステップとを含む。
【０００７】
本開示の他のさらなる実施形態は、以下に記載する。
上記で簡単に要約し、以下でより詳細に論じる本開示の実施形態は、添付の図面に示す本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかし、本開示は、他の等しく有効な実施形態も許容することができるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって範囲を限定すると見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本明細書の一実施形態に記載する原子層堆積に適合されたリッドアセンブリおよびガス供給装置を含むプロセスチャンバの概略横断面図である。
【図１Ｂ】本明細書の一実施形態に記載する原子層堆積に適合されたリッドアセンブリおよびガス供給装置の頂部部分の斜視図である。
【図１Ｃ】本開示のいくつかの実施形態による原子層堆積に適合されたリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略横断面図である。
【図２Ａ】本開示のいくつかの実施形態による原子層堆積に適合されたリッドアセンブリおよびガス供給装置に対するハウジングの斜視図である。
【図２Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による図２Ａからのリッドアセンブリおよびガス供給装置に対するハウジングの上面図である。
【図２Ｃ】本開示のいくつかの実施形態による図２Ａからのリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略横断面図である。
【図２Ｄ】本開示のいくつかの実施形態による図２Ａからのリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略横断面図である。
【図２Ｅ】本開示のいくつかの実施形態による図１Ａからのリッドアセンブリおよびガス供給装置の斜視横断面図である。
【図２Ｆ】本開示のいくつかの実施形態によるリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略横断面図である。
【図２Ｇ】本開示のいくつかの実施形態による図２Ｆからのリッドアセンブリおよびガス供給装置の斜視横断面図である。
【図３Ａ】本開示のいくつかの実施形態による原子層堆積に適合されたリッドアセンブリおよびガス供給装置に対するインサートの斜視図である。
【図３Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による図３Ａに示すインサートの概略横断面図である。
【図３Ｃ】本開示のいくつかの実施形態による図３Ｂのリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略横断面図である。
【図３Ｄ】本開示のいくつかの実施形態による図３Ｂのリッドアセンブリおよびガス供給装置の概略横断面図である。
【図４】図４Ａは、本開示のいくつかの実施形態による原子層堆積に適合されたリッドアセンブリおよびガス供給装置に対するインサートの側面図である。図４Ｂおよび図４Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による図４Ａのインサートの水平横断面の横断面上面図である。
【図５】図５Ａは、本開示のいくつかの実施形態による原子層堆積に適合されたリッドアセンブリおよびガス供給装置に対するインサートの側面図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による図５Ａのインサートの水平横断面の横断面上面図である。
【図６】本開示のいくつかの実施形態によるプロセスチャンバを洗浄する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解を容易にするために、可能な場合、同一の参照番号を使用して、図に共通の同一の要素を指す。これらの図は、原寸に比例して描かれたものではなく、見やすいように簡略化されていることがある。一実施形態の要素および特徴は、さらなる記載がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができる。
【００１０】
本開示の実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバなどの基板処理チャンバを洗浄し、たとえばＡＬＤプロセス中に材料を堆積させるために使用することができる装置および方法を提供する。実施形態は、遠隔プラズマ源および複数の注入リッドアセンブリを含む基板処理チャンバおよびガス供給システムを含む。他の実施形態は、ＡＬＤプロセス中にこれらのガス供給システムを使用して材料を堆積させる方法を提供する。本明細書に記載する装置を組み込むのに適した処理チャンバの例には、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能な高い誘電率を有する（すなわち、ｋの）金属のＡＬＤ堆積チャンバが含まれる。以下のプロセスチャンバの説明は、文脈および例示の目的で提供されるものであり、本開示の範囲を限定するものとして説明または解釈されるべきではない。
【００１１】
図１Ａおよび図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態によるＡＬＤプロセスに適合されたガス供給システム１３０を含む基板処理チャンバ（プロセスチャンバ１００）の概略図である。図１Ｃは、ガス供給システム１３０の別の実施形態を含むプロセスチャンバ１００の概略図である。プロセスチャンバ１００は、１つまたは複数の側壁１０４および底部１０６を有するチャンバ本体１０２を含む。チャンバ本体１０２の上にチャンバリッドアセンブリ１３２が配置され、チャンバ本体１０２内でチャンバリッドアセンブリ１３２の下に処理体積を画定する。プロセスチャンバ１００内のスリットバルブ１０８は、２００ｍｍまたは３００ｍｍの半導体ウエハまたはガラス基板などの基板１１０をプロセスチャンバ１００へ供給しまたプロセスチャンバ１００から取り出すためのアクセスをロボット（図示せず）に提供する。
【００１２】
基板支持体１１２が、プロセスチャンバ１００内の基板受取り表面１１１上で、基板１１０を支持する。基板支持体１１２は、基板支持体１１２および基板支持体１１２上に配置された基板１１０を上昇および下降させるためのリフトモータ１１４に取り付けられる。リフトモータ１１８に接続されたリフトプレート１１６が、基板支持体１１２を通って可動に配置されたリフトピン１２０を上昇および下降させるようにプロセスチャンバ１００内に取り付けられる。リフトピン１２０は、基板支持体１１２の表面上の基板１１０を上昇および下降させる。基板支持体１１２は、堆積プロセス中に基板１１０を基板支持体１１２に固定するための真空チャック（図示せず）、静電チャック（図示せず）、またはクランプリング（図示せず）を含むことができる。
【００１３】
基板支持体１１２の温度は、基板１１０の温度を制御するように調整することができる。たとえば、基板支持体１１２は、抵抗加熱器（図示せず）などの埋込み式の加熱要素を使用して加熱することができ、または基板支持体１１２の上に配置された加熱ランプ（図示せず）などの放射熱を使用して加熱することができる。基板支持体１１２の上には、基板１１０の周辺部分にパージガスを提供して基板１１０の周辺部分上の堆積を防止するパージチャネル１２４を画定するためのパージリング１２２を配置することができる。
チャンバ本体１０２の上部部分には、プロセスガスおよび／またはパージガスなどのガスをプロセスチャンバ１００へ提供するためのガス供給システム１３０が配置される。図１および図２Ａ〜２Ｇは、少なくとも２つのガス源または化学前駆体に基板１１０を露出させるように構成されたガス供給システム１３０を示す。真空システム１７８が、ポンピングチャネル１７９に連通して、プロセスチャンバ１００から任意の所望のガスを排気し、プロセスチャンバ１００のポンピングゾーン１６６内で所望の圧力または圧力範囲を維持するのを助ける。
【００１４】
いくつかの実施形態では、ガス供給システム１３０は、チャンバリッドアセンブリ１３２の中心部分を通って延びるガス分散チャネル１３４を含む。図１Ｃに示すように、ガス分散チャネル１３４は、基板受取り表面１１１の方へ垂直方向に延び、またガス分散チャネル１３４の中心軸１３３に沿ってリッドプレート１７０を通って下面１６０まで延びる。いくつかの実施形態では、ガス分散チャネル１３４の上部部分３５０内では、ガス分散チャネル１３４の一部分が中心軸１３３に沿って実質上円筒形であり、下部部分１３５内では、ガス分散チャネル１３４の一部分が中心軸１３３から離れる方へ先細りしている。ガス分散チャネル１３４は、下面１６０を越えて反応ゾーン１６４内へさらに延びる。下面１６０は、ガス分散チャネル１３４の下部部分１３５からチョーク１６２まで延びる。下面１６０は、基板支持体１１２の基板受取り表面１１１上に配置された基板１１０を実質上覆うようなサイズおよび形状である。下面１６０は、リッドプレート１７０の外縁からガス分散チャネル１３４の方へ先細りしている。
【００１５】
分散チャネルを通るプロセスガスの流れを示すガス流１７４は、様々なタイプの流量パターンを含むことができる。いくつかの実施形態では、処理ガスは、分散チャネルを通過しながらガス分散チャネル１３４の中心軸１３３の周りに旋回をもたらすように押し出すことができる。そのような実施形態では、ガス流１７４は、渦状のパターン、つる巻状のパターン、螺旋状のパターン、またはこれらの派生パターンなど、様々なタイプの円形の流量パターンを含むことができる。
【００１６】
円形のガス流１７４を提供することが多くの適用分野にとって有益であるが、本発明者らは、いくつかの適用分野では、円形のガス流が均一でない処理結果を招く可能性があることを発見した。したがって、いくつかの実施形態では、ガス流１７４は、２つ以上のガスの混合の強化を提供するために、さらに乱流とすることができる。本発明者らは、さらなる乱流混合によりガス流１７４を提供することによって、いくつかの適用分野では堆積の均一性を改善することができることを観察した。たとえば、中心で低い堆積率を用い、基板の中心とエッジとの間の領域内でより高い堆積率を用いて、円形のガス流を使用したときに、「Ｍ」字状の堆積プロファイルが生じる特定の適用分野では、乱流混合を提供する結果、有利には、堆積の均一性が改善される。
【００１７】
ガス分散チャネル１３４は、ともにまたは別個に提供することができる類似の２対のバルブ１４２Ａ／１５２Ａ、１４２Ｂ／１５２Ｂからガス流を提供するためのガス入口３４０、３４５、３７０を有する上部部分を含む。１つの構成では、バルブ１４２Ａおよびバルブ１４２Ｂは、別個の反応ガス源に結合されているが、いくつかの実施形態では、同じパージガス源に結合することができる。たとえば、バルブ１４２Ａは、反応ガス源１３８に結合され、バルブ１４２Ｂは、反応ガス源１３９に結合され、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂはどちらも、パージガス源１４０に結合される。各バルブ１４２Ａ、１４２Ｂは、バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂを有する供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂを含み、各バルブ１５２Ａ、１５２Ｂは、バルブシートアセンブリ１４６Ａ、１４６Ｂを有するパージライン１４５Ａ、１４５Ｂを含む。供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂは、反応ガス源１３８および１３９と流体連通しており、ガス分散チャネル１３４のガス入口３４０、３４５、３７０と流体連通している。供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂは、反応ガス源１３８および１３９からガス分散チャネル１３４への反応ガスの流れを制御する。パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、パージガス源１４０と連通しており、供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂの下流で供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂと交わる。パージライン１４５Ａ、１４５Ｂのバルブシートアセンブリ１４６Ａ、１４６Ｂは、パージガス源１４０からガス分散チャネル１３４へのパージガスの流れを制御する。反応ガス源１３８および１３９から反応ガスを供給するためにキャリアガスが使用される場合、同じガスをキャリアガスおよびパージガスとして使用することができる（たとえば、キャリアガスおよびパージガスとしてアルゴンガスが使用される）。
【００１８】
各バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４６Ａ、１４６Ｂは、ダイアフラム（図示せず）およびバルブシート（図示せず）を含むことができる。ダイアフラムは、それぞれ開閉するように付勢することができ、開閉するように作動することができる。ダイアフラムは、空気圧作動式とすることができ、または電気作動式とすることができる。空気圧作動式のバルブには、Ｆｕｊｉｋｉｎ，Ｉｎｃ．およびＶｅｒｉｆｌｏ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ，Ｃｏｒｐ．から入手可能な空気圧作動式のバルブが含まれる。電気作動式のバルブには、Ｆｕｊｉｋｉｎ，Ｉｎｃ．から入手可能な電気作動式のバルブが含まれる。たとえば、使用することができるＡＬＤバルブには、Ｆｕｊｉｋｉｎの型式番号ＦＰＲ−ＵＤＤＦＡＴ−２１−６．３５−ＰＩ−ＡＳＮまたはＦｕｊｉｋｉｎの型式番号ＦＰＲ−ＮＨＤＴ−２１−６．３５−ＰＡ−ＡＹＴがある。バルブ１４２Ａ、１４２Ｂには、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂ、１４６Ａ、１４６Ｂのダイアフラムの作動を制御するために、プログラマブルロジックコントローラ１４８Ａ、１４８Ｂを結合することができる。空気圧作動式のバルブは、わずか約０．０２０秒の期間でガスのパルスを提供することができる。電気作動式のバルブは、わずか約０．００５秒の期間でガスのパルスを提供することができる。電気作動式のバルブは、典型的には、バルブとプログラマブルロジックコントローラとの間に結合されたドライバを利用する。
【００１９】
各バルブ１４２Ａ、１４２Ｂは、バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂが閉じているときに供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂから反応ガスを洗い流すことを可能にするために、死体積のないバルブとすることができる。たとえば、パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂに隣接して位置決めすることができる。バルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂが閉じているとき、パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、パージガスを提供して供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂを洗い流すことができる。一実施形態では、パージライン１４５Ａ、１４５Ｂは、開いたときにパージガスがバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂ内へ直接供給されないように、供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂのバルブシートアセンブリ１４４Ａ、１４４Ｂからわずかに隔置して位置決めされる。本明細書では、死体積のないバルブとは、無視できるほどの死体積を有する（すなわち、必ずしも死体積がないとは限らない）バルブと定義する。
【００２０】
各バルブ対１４２Ａ／１５２Ａ、１４２Ｂ／１５２Ｂは、反応ガスおよびパージガスの組み合わせたガス流および／または別個のガス流を提供するように適合することができる。バルブ対１４２Ａ／１５２Ａに関連して、反応ガスおよびパージガスの組み合わせたガス流の一例には、パージガス源１４０からパージライン１４５Ａを通るパージガスの連続する流れおよび反応ガス源１３８から供給ライン１４３Ａを通る反応ガスのパルスが含まれる。パージガスの連続する流れは、パージライン１４５Ａのバルブシートアセンブリ１４６Ａのダイアフラムを開いたままにすることによって提供することができる。反応ガス源１３８からの反応ガスのパルスは、供給ライン１４３Ａのバルブシートアセンブリ１４４Ａのダイアフラムを開閉することによって提供することができる。バルブ対１４２Ａ／１５２Ａに関連して、反応ガスおよびパージガスの別個のガス流の一例には、パージガス源１４０からパージライン１４５Ａを通るパージガスのパルスおよび反応ガス源１３８から供給ライン１４３Ａを通る反応ガスのパルスが含まれる。パージガスのパルスは、パージライン１４５Ａのバルブシートアセンブリ１４６Ａのダイアフラムを開閉することによって提供することができる。反応ガス源１３８からの反応ガスのパルスは、供給ライン１４３Ａのバルブシートアセンブリ１４４Ａのダイアフラムを開閉することによって提供することができる。
【００２１】
バルブ１４２Ａ、１４２Ｂの供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂは、流体供給ライン２１０、２２０、２１５および環状チャネル２６０、２６５、２７０を通ってガス入口３４０、３４５、３７０と結合することができる。流体供給ライン２１０、２２０、２１５は、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂ内に組み込むことができ、またはバルブ１４２Ａ、１４２Ｂとは別個のものとすることができ、したがって１つまたは複数の流体源に接続することができる。一態様では、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂは、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂとガス入口３４０、３４５、３７０との間の供給ライン１４３Ａ、１４３Ｂおよび流体供給ライン２１０、２２０、２１５のあらゆる不要な体積を低減させるために、ガス分散チャネル１３４に密接して結合される。
【００２２】
理論に拘束されるものではないが、本発明者らは、ガス分散チャネル１３４の直径が、ガス分散チャネル１３４の上部部分から中心軸１３３に沿ってある点まで一定であり、次いでガス分散チャネル１３４の下部部分１３５まで増大することで、ガス分散チャネル１３４を通るガスの断熱膨張をそれほど生じさせないことが可能であり、それによりガス流１７４内に含まれるプロセスガスの温度を制御するのに役立つと考える。たとえば、ガス分散チャネル１３４内へ供給されるガスの突然の断熱膨張の結果、ガスの温度が低下することがあり、それによりガスの結露および液滴の形成を引き起こすことがある。他方では、徐々に先細りするガス分散チャネル１３４は、ガスの断熱膨張をそれほど提供しないと考えられる。したがって、ガスとの間でより多くの熱を伝達することができ、したがって、チャンバリッドアセンブリ１３２の温度を制御することによって、ガスの温度をより容易に制御することができる。ガス分散チャネル１３４は、徐々に先細りすることができ、先細りしたまっすぐな表面、凹状の表面、凸状の表面、もしくはこれらの組合せなどの１つまたは複数の先細りした内面を含むことができ、または１つもしくは複数の先細りした内面の区間（すなわち、先細りした部分および先細りしていない部分）を含むことができる。
ガス分散チャネル１３４の上部部分は、ハウジング２００内に配置されたインサート３００によって画定される。ハウジング２００およびインサート３００上には、キャップ４００を配置することができる。インサート３００およびキャップ４００は、適切な密閉を確実にするために、インサート３００とハウジング２００との間に配置された複数のＯリング３８５を含む。
【００２３】
図１Ａに示すように、プロセスチャンバ１００は、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）１９０と、一方の端部でＲＰＳ１９０に結合され、他方の端部でキャップ４００に結合された分離カラー１９２と、リッドプレート１７０の上面に結合されたヒータプレート１９８と、ＲＰＳ１９０に流体的に結合された洗浄ガス源１９７とを含むチャンバ洗浄システムをさらに含む。洗浄ガス源は、プロセスチャンバ１００を洗浄するためにプラズマを形成するのに適した任意のガスを含むことができる。いくつかの実施形態では、たとえば、洗浄ガスは、三フッ化窒素（ＮＦ3）とすることができる。ヒータプレート１９８は、ステンレス鋼から形成することができ、プレート全体にわたって分散された複数の抵抗加熱要素を含むことができる。
【００２４】
図１Ｃを参照すると、分離カラー１９２は、ＲＰＳ１９０からガス分散チャネル１３４を通って反応ゾーン１６４内へプラズマを流すために、キャップ４００の中心部分２８２内の複数の孔２８５を通ってガス分散チャネル１３４に流体的に結合された内側チャネル１９３を含む。プロセスチャンバ１００内の圧力がＲＰＳ１９０内の圧力を超過すると、処理ガスがＲＰＳ１９０まで流れてＲＰＳ１９０を損傷することがある。複数の孔２８５は、処理ガスの逆流が内側チャネル１９３を通ってＲＰＳ１９０内へ上に流れるのを防止するためのチョーク点として働く。分離カラー１９２は、使用中の洗浄ガスに反応しない任意の材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、分離カラー１９２は、洗浄ガスがＮＦ3であるとき、アルミニウムから形成することができる。チャンバ洗浄システムは、ハウジング２００を所定の温度まで加熱するようにハウジング２００内に配置された１つまたは複数のカートリッジヒータ２４０をさらに含む。いくつかの実施形態では、所定の温度は１５０℃以上である。ハウジング２００およびキャップ４００は、ステンレス鋼から作ることができる。
【００２５】
ＲＰＳ１９０は、約４０℃以下の温度で動作する。カートリッジヒータ２４０によってハウジング２００内に生成される熱からＲＰＳ１９０を有利に絶縁するために、本発明者らは、分離カラー１９２とキャップ４００との間の接触面積を最小にした。絶縁を実現するために、分離カラー１９２とキャップ４００との間に熱分離リング１９４が配置される。熱分離リング１９４は、熱伝導率が低い（たとえば、分離カラー１９２およびキャップ４００の熱伝導率より低い）金属から形成される。いくつかの実施形態では、たとえば、熱分離リング１９４は、ステンレス鋼から形成される。加えて、分離カラー１９２とキャップ４００との間の接触面積をさらに低減させるために、分離カラー１９２とキャップ４００との間にＯリング３８５を配置することもできる。熱分離リング１９４およびＯリング３８５の組合せは、ハウジング２００内の熱生成がＲＰＳ１９０に悪影響を及ぼさないことを確実にするために、サーマルチョークとして作用する。いくつかの実施形態では、ＲＰＳ１９０近傍の分離カラー１９２の上部部分は、分離カラー１９２内のチャネル（図示せず）を通って熱伝達媒体を流すことによって冷却することができる。
【００２６】
ハウジング２００は、基部２０７上に配置された環状マニホルド２０５を備えることができる。図２Ａ〜２Ｇに示す実施形態では、環状マニホルド２０５は、内側領域２９０を画定し、内側領域２９０の周りに配置された２つ以上の環状チャネルを少なくとも部分的に画定する。図２Ｃは、図２Ａの線２Ｃに沿って切り取った横断面図である。図２Ｄは、図２Ｃの線２Ｄに沿って切り取った横断面図である。代替実施形態では、環状マニホルド２０５は、内側領域２９０を画定し、内側領域２９０の周りに配置された環状チャネルを含む。図２Ｆは、３つの流体供給ラインおよび２つの環状チャネルを示す別の実施形態である。図２Ｇは、図２Ｆの線２Ｇに沿って切り取った横断面図である。
２つ以上の環状チャネルは、環状マニホルド２０５の中心軸１３３に沿って互いから垂直方向に隔置されて配置される。環状チャネル２６０などの環状チャネルが、流体を流すように適合されたチャネルを構成し、内側領域２９０を部分的または完全に取り囲む。環状チャネルは、内側領域に対して最大３６０°の流体連通、たとえば内側領域の周りに２７０°〜３６０°の流体連通を提供することができる。各環状チャネルは、処理ガスなどの流体を流体源（たとえば、ガス源）から内側領域へ供給し、環状マニホルド２０５と結合されたインサート３００内に形成された開孔を通って流体を分散させることを可能にする。環状チャネルはそれぞれ、様々な横断面の形状および設計を有することができる。たとえば、環状チャネルは、円形、半円、方形、または楕円形の横断面設計とすることができる。横断面設計は、環状チャネルから環状チャネルと結合された開孔への処理ガスなどの流体の効果的な流れを提供するように適合される。たとえば、環状チャネルは、方形の横断面の３つの面を備えることができ、第４の面は、インサート３００の垂直本体３３０とすることができる。したがって、３つの方形の横断面と、インサート３００の垂直本体３３０の第４の面とがともに、環状チャネルを画定する。
【００２７】
一実施形態では、環状チャネル２６０などの各環状チャネルは、図２Ｄおよび図２Ｅに示すように、内側領域２９０を円周方向に囲み、内側領域の３６０°の流体連通を提供する。代替実施形態では、環状チャネルの１つは、３６０°の流体連通を有することができ、少なくとも第２の環状チャネルは、３６０°未満の流体連通を有することができる。一実施形態では、第１の環状チャネル２６０および第２の環状チャネル２６５が、内側領域２９０の周りに配置される。別の実施形態では、環状マニホルド２０５は、３つの環状チャネル２６０、２６５、２７０（図１Ｃに示す）を含むことができる。
環状チャネルはそれぞれ、図１Ｃに示すように、流体供給ライン２１０、２１５、２２０などのそれぞれの流体供給ラインと結合される。別法として、環状チャネルはそれぞれ、図２Ｆおよび図２Ｇに示すように、２つ以上の流体供給ラインと結合することができ、これらの流体供給ラインは、環状チャネルを通って流れるガスまたは代替ガスの混合物を提供することができる。図２Ｇは、それぞれ環状チャネル２６５と結合される流体供給ライン２１０および２１５を示す。
【００２８】
流体ラインはそれぞれ、ガス源などの流体源と結合される。別法として、流体ラインはそれぞれ、２つ以上のガス源と結合することができ、これらのガス源は、環状チャネルを通って流れるガスまたは代替のガスの混合物を提供することができる。複数の環状チャネルを使用することで、酸化ハフニウム堆積プロセスに対する塩化ハフニウムおよび水などの異なる前駆体の供給ならびに／または異なる濃度を有する同じ前駆体の供給を可能にすることができる。加えて、プレナムにより、混合前駆体を含む異なる前駆体の供給または前駆体の交互供給を行うことができる。
【００２９】
また、環状マニホルド２０５内に、パージライン２５０などの少なくとも１つのパージラインを形成することができる。パージラインは、環状マニホルド２０５の垂直部分内へ導入される。パージラインは、１つまたは複数の間隙パージライン２８０と結合された水平のガス輸送ラインを備え、間隙パージライン２８０は、一連の環状チャネルの上下で内側領域２９０に接触するように配置される。間隙パージライン２８０はそれぞれ、内側領域に、円周方向に形成された環状チャネル２４５、２５５など、延びる環状チャネルを有することができ、これらの環状チャネルは、内側領域に隣接して配置された環状マニホルド２０５の表面に形成される。パージライン２５０はまた、環状マニホルド２０５内に配置される垂直方向に配置されたライン２３０と結合される。１つまたは複数の間隙パージラインはまた、インサート３００と、隣接するガス分散チャネル１３４を形成するリッドキャップ１７２の材料との間に、インサート３００の垂直本体３３０に沿って材料交差部３８０へのパージガスの流れを提供する。パージガスは、処理ガスがハウジングとインサートとの間に配置されたＯリング３８５などのあらゆる構造密閉材料と反応するのをさらに防止し、リッドキャップ１７２およびリッドプレートアセンブリの下地材料が、隣接するガス分散チャネル１３４を形成する。
【００３０】
パージライン２５０は、処理チャンバに関して前述したように、パージガス源の１つに接続することができ、パージガスは、窒素または希ガスなどの反応しないガスを含むことができる。パージラインは、インサートと環状マニホルド２０５との間にパージガスを提供して、それらの区域内の望ましくない処理ガスを除去する。したがって、パージガスは、金属ハロゲン化物の前駆体などの反応性の処理ガスに露出されると時間とともに劣化する可能性のあるＯリング材料などの影響を受けやすい材料を、処理ガスから保護する。
【００３１】
図３Ａ〜３Ｄを参照すると、内側領域２９０内にインサート３００が配置され、ガス分散チャネル１３４の上部部分３５０を画定する。インサートは、ハウジング２００の頂部部分に結合されるように適合された切り取った部分３２０を有する結合リッド３１０（前述の図では４００）と、環状マニホルド２０５の内側に同じ高さに配置されるように適合された垂直本体３３０とを備える。垂直本体３３０は、上部部分３５０を画定する。上部部分は、円筒形の形状または実質上円筒形の形状を備えることができる。一例では、図３Ｂに示すように、上部部分３５０は、円筒形の上部部分３５１と、広がっている底部部分３５２とを備え、広がっている底部部分３５２は、底部の組の複数の開孔３４６より下に配置される。
【００３２】
インサート３００の垂直本体内には、１つまたは複数のガス入口３４０、３４５を配置することができる。ガス入口３４０、３４５は、垂直本体３３０の一部分の水平平面に沿って複数の開孔３４１、３４６を備えることができ、したがって多孔ガス入口３４０、３４５を形成することができる。各水平平面に沿った開孔３４１、３４６の数は、２〜１０個の開孔とすることができ、たとえば、図３Ａ〜３Ｃに示すように６つの開孔とすることができる。インサート３００に沿って、１つまたは複数の組の複数の開孔を形成することができる。開孔３４１、３４６は、垂直本体３３０の水平平面の周りに互いから等距離を隔てて配置することができる。別法として、開孔３４１、３４６は、上部部分３５０内へ所望のガス流特徴を提供するように隔置および／または分類することができる。垂直本体３３０の水平平面の周りに互いから等辺に配置された開孔と、上部部分３５０とを組み合わせて、均等化溝を形成し、開孔３４１、３４６のそれぞれにおいて圧力およびガス流量を同じまたは実質上同じにし、基板表面に提供されるプロセスガスの流れをより均一にすることを可能にする。
【００３３】
開孔３４１、３４６は、中心軸１３３またはガス分散チャネル１３４に対してほぼ接線方向など、中心軸１３３に対して任意の角度で、垂直本体３３０を通って配置することができる。開孔３４１、３４６は、半径方向および垂直方向に対して異なる角度で配向することができる。開孔３４１、３４６は、所望の流れ特徴を提供するように、水平方向に対して０°〜９０°の角度とすることができる。いくつかの実施形態では、開孔３４１および３４６は、上部部分３５０に対して接線方向の角度で（図３Ｃに示す）、水平方向から約０°〜約９０°、または約０°〜約６０°、または約０°〜約４５°、または約０°〜約２０°の範囲内で位置決めされる。いくつかの実施形態では、開孔３４１および３４６は、上部部分３５０に対して接線方向と直交方向（すなわち、半径方向の開孔３４２）の両方の角度で位置決めされる（図３Ｄに示す）。
開孔３４１、３４６は、環状マニホルド２０５の２つ以上の環状チャネル２６０、２６５と流体的に結合される。環状マニホルド２０５内に形成された環状チャネルに対応する各入口で、複数の組の複数の開孔を使用することができる。開孔は、任意の横断面形状、たとえば、方形の形状、円筒形の管、または涙滴の形状とすることができる。環状チャネルと、複数の開孔を有する入口との組合せにより、基板表面に提供されるプロセスガスの流れがより均一になる。
インサート３００は、ＮＦ3洗浄ガスなどの処理および洗浄ガスと反応しない材料から作ることができる。１つのそのような材料は、アルミニウムである。これらの図に示す構成では、アルミニウムのインサートは、材料適合性を増大させることが観察され、すなわち、アルミニウムのインサートは、ステンレス鋼などの他の材料より、ＮＦ3洗浄ガスおよび水などの他の処理ガスとの反応性が低い。加えて、インサート材料はまた、インサート３００が接触しうるチャンバの他の構造部品とより適合したものとすることができる。たとえば、リッドキャップ１７２、およびリッドプレート１７０のうちガス分散チャネル１３４を取り囲む部分もまた、アルミニウムから作ることができ、アルミニウムのインサート３００は、これらの部分と良好な材料適合性を有するはずであり、製造および組立てにとって構造上より適合したものとなるはずである。
【００３４】
入口を形成する複数の開孔（複数の流入点）を有する本明細書に記載するリッドキャップは、基板表面にわたって提供される処理ガスの流れをより均一にし、したがって単一の流入点／単一の流入入口と比較すると、環方向の厚さがより均一になる。本発明者らは、単一の流入点／単一の流入入口と比較すると、本明細書に記載するリッドキャップ１７２のアセンブリの多環状チャネルにより、厚さ均一性を改善しながら、２インチリング分析、４インチリング分析に従って、基板エッジから３ｍｍの位置で、より薄いウエハインウエハ（ＷｉＷ）厚さを実現することができることを観察した。加えて、本明細書に記載する多環状チャネルは、単一の流入点／単一の流入入口と比較すると、逆拡散のリスクを下げ、別個のラインを通る処理ガスの独立した制御を可能にし、単一の流入点／単一の流入入口と比較すると、加熱された不活性ガスパージを提供してＯリングを保護することが観察された。加えて、多環状チャネルは、ＰＶＣバルブを使用して防食を改善することを可能にし、端面シールをＶＣＲ取付け具に交換することなどによって簡略化されたハードウェア設計を提供し、単一の流入点／単一の流入入口に必要な部品をなくし、単一の流入点／単一の流入入口と比較すると、改善された保守性を可能にする。
【００３５】
図１Ａ〜１Ｂは、本明細書の実施形態に記載するガスがガス分散チャネル１３４へ進む経路を示す。流体供給ライン２１０および２２０から環状チャネル２６０および２６５内へプロセスガスが供給され、ガス入口３４０、３４５を通って上部部分３５０に入り、ガス分散チャネル１３４を通って流れる。図２Ｄ、図３Ｂ、および図３Ｃは、プロセスガスまたは前駆体ガスが進む経路、すなわち流体供給ライン２１０から環状チャネル２６５内へ流れ、ガス入口３４０を通って上部部分３５０に入る経路を示す。第２の経路は、図１Ｂ、図２Ｄ、図３Ｂ、および図３Ｃに示すように、流体供給ライン２２０から環状チャネル２６０内へ延び、ガス入口３４５を通って上部部分３５０に入る。いくつかの実施形態では、第３の経路が、図１Ｃおよび図２Ｆに示すように、流体供給ライン２１５から環状チャネル２７０内へ延び、ガス入口３７０を通って上部部分３５０に入る。
【００３６】
ガス分散チャネル１３４を通る厳密なガス流パターンは分かっていないが、本発明者らは、渦状の流れ、つる巻状の流れ、螺旋状の流れ、旋回する流れ、くるくる回る流れ、捩じれる流れ、コイル状の流れ、コルク抜き状の流れ、カール状の流れ、渦巻き状の流れ、これらの派生形、またはこれらの組合せなどの円形の流量パターンで、円形のガス流１７４（図１Ｃ）がガス入口３４０、３４５、３７０からガス分散チャネル１３４を通って進むことができると考える。一態様では、円形のガス流１７４は、ガス分散チャネル１３４の内面を横切る渦状の流れパターンの一掃作用のため、ガス分散チャネル１３４のより効率的なパージを確立するのを助けることができる。
上記のように、本発明者らは、いくつかの適用分野では、円形のガス流が均一でない処理結果を招く可能性があることを発見した。したがって、いくつかの実施形態では、ガス流１７４は、２つ以上のガスの混合の強化を提供するために、さらに乱流とすることができる。図４Ａは、インサート３００を示し、インサート３００は、ＡＬＤチャンバのリッドキャップ内へ挿入されると、インサート３００の垂直本体３３０とリッドキャップとの間に３つ以上の環状チャネル４０２、４０４、４０６を画定する。環状チャネル４０２、４０４、４０６は、上記の環状チャネル２６０、２６５、２７０に実質上類似している。環状チャネル４０２、４０４、４０６は、それぞれ複数の開孔４１０、４２０、４３０に流体的に結合される。各水平平面に沿った開孔４１０、４２０、４３０の数は、２〜１０個の開孔とすることができ、たとえば、図４Ｂ〜４Ｃに示すように６つの開孔とすることができる。上記の開孔と同様に、それぞれの複数の開孔４１０、４２０、４３０内の各開孔は、垂直本体３３０の周りに互いから等距離を隔てて配置することができる。しかし、そのような実施形態では、複数の開孔４１０、４２０、４３０の少なくとも１つは、複数の開孔４１０、４２０、４３０の少なくとも１つの他の開孔と比較すると、逆方向にガスの回転流を生じさせるように配置される（たとえば、図４Ｂ〜Ｃに示す視点から見て、複数の開孔の少なくとも１つは、第１の方向、たとえば時計方向に回転流を提供するように構成され、複数の開孔の少なくとも１つは、第２の方向、たとえば反時計方向に回転流を提供するように構成される）。たとえば、図４Ｂ〜Ｃに示すように、複数の開孔４１０は、反時計方向にガス流を誘導し、複数の開孔４２０（および複数の開孔４３０）は、時計方向にガス流を誘導する。複数の開孔４１０、４２０、４３０の逆流方向の構成の結果、乱流のガス流１７４が生じる。インサート３００は、インサート３００とＡＬＤチャンバのリッドキャップとの間に適切な密閉を確保するために、Ｏリングを配置するための複数の溝４０８を含むことができる。
【００３７】
図５Ａ〜５Ｃは、本開示のいくつかの実施形態によるキャップ５００を有するインサート３００を示す。図５Ａ〜５Ｃのインサート３００は、図４Ａ〜４Ｃのインサートに類似しており、対応する複数の開孔５１０、５２０、および５３０に流体的に結合された複数の環状チャネル５０２、５０４、５０６を含む。しかし、そのような実施形態では、図５Ａ〜５Ｃのインサート３００は、複数の開孔５１０、５２０、および５３０に隣接して配置された第２の複数の開孔５１１、５２１、および５３１をさらに含む。図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、複数の開孔５１０、５２０、および５３０は、上部部分３５０に対して接線方向であり（すなわち、接線方向の開孔）、第２の複数の開孔５１１、５２１、および５３１は、上部部分３５０の中心軸に直交し、または半径方向に位置合わせされる（すなわち、半径方向の開孔）。本発明者らは、２つ以上のガスの混合の強化を提供するために、半径方向の開孔５１１、５２１、５３１をインサート３００内へ導入することで、さらに乱流のガス流１７４を生じさせることによって、処理均一性が有利に改善されることを発見した。接線方向の開孔５１０、５２０、５３０を通るガス流と比較すると、半径方向の開孔５１１、５２１、５３１を通って流れるガスの量を有利に制御するために、半径方向の開孔５１１、５２１、５３１の直径は、接線方向の開孔５１０、５２０、５３０の直径と同じであっても、異なってもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、半径方向の開孔５１１、５２１、５３１の直径は、接線方向の開孔５１０、５２０、５３０より小さくすることができる。いくつかの実施形態では、半径方向の開孔５１１、５２１、５３１の直径は、接線方向の開孔５１０、５２０、５３０より大きくすることができる。インサート３００は、インサート３００とＡＬＤチャンバのリッドキャップとの間に適切な密閉を確保するために、Ｏリングを配置するための複数の溝５０８を含むことができる。
【００３８】
図１Ａは、チャンバリッドアセンブリ１３２の下面１６０の少なくとも一部分が、ガス分散チャネル１３４に結合された中心開口からチャンバリッドアセンブリ１３２の周辺部分まで下方外向きに外形または角度を有し、基板１１０の表面にわたって（すなわち、基板の中心から基板のエッジまで）ガス分散チャネル１３４からのガス流の改善された速度プロファイルを提供するのを助けることができることを示す。下面１６０は、まっすぐな表面、凹状の表面、凸状の表面、またはこれらの組合せなどの１つまたは複数の表面を含むことができる。一実施形態では、下面１６０は、凸状に漏斗状である。
【００３９】
一例では、下面１６０は、基板受取り表面１１１のエッジに向かって下方外向きに傾いており、プロセスガスがチャンバリッドアセンブリ１３２の下面１６０と基板１１０との間を進む速度の変動を低減させるのを助けながら、反応ガスに対する基板１１０の表面の均一の露出を提供するのを助ける。一実施形態では、チャンバリッドアセンブリ１３２の下方へ傾いている下面１６０と基板１１０の表面との間の流れ区間の最大面積と流れ区間の最小面積の比は、約２未満、たとえば約１．５未満、約１．３未満などであり、いくつかの実施形態では約１である。
理論に拘束されるものではないが、本発明者らは、ガス流が基板１１０の表面にわたって進む速度がより均一になることで、基板１１０上のガスの堆積をより均一にするのを助けると考える。本発明者らは、ガスの速度はガスの濃度に正比例し、ガスの濃度は基板１１０の表面上のガスの堆積速度に正比例すると考える。したがって、基板１１０の表面の第２の区域に比べて基板１１０の表面の第１の区域におけるガスの速度が速ければ速いほど、第１の区域上のガスの堆積がより速くなると考えられる。チャンバリッドアセンブリ１３２が下方へ傾いている下面１６０を有することで、下面１６０によって速度がより均一になり、したがって基板１１０の表面にわたってガス濃度がより均一になるため、基板１１０の表面にわたってガスの堆積がより均一になる。
【００４０】
本開示の実施形態による基板を処理するために、様々な方法を用いることもできる。いくつかの実施形態では、基板を処理する方法は、ガス源１３８、１３９などの１つまたは複数の流体源からチャンバリッドアセンブリ１３２の流体供給ライン２１０、２２０を通って２つ以上の反応ガスまたはプロセスガスを流すステップを含む。２つ以上のプロセスガスは、流体供給ライン２１０、２２０から、チャンバリッドアセンブリ１３２のハウジング２００によって少なくとも部分的に画定された２つ以上の環状チャネル２６０、２６５を通って流れる。ハウジングは、内側領域２９０を有する。２つ以上のプロセスガスは、２つ以上の環状チャネル２６０、２６５から、内側領域２９０内に配置されたインサート３００を通って、チャンバリッドアセンブリ１３２内のガス分散チャネル１３４の上部部分３５０内へ流れる。インサート３００は、ガス分散チャネル１３４の上部部分３５０を少なくとも部分的に画定する中心通路を有する。１つまたは複数のプロセスガスは、ガス分散チャネル１３４を通って、基板支持体１１２上に配置された基板１１０より上の反応ゾーン１６４内へ流れる。
【００４１】
図１Ａは、チャンバリッドアセンブリ１３２の周辺部分で基板１１０の周辺部に隣接して位置するチョーク１６２を示す。チョーク１６２は、チャンバリッドアセンブリ１３２が基板１１０の周りに処理ゾーンを形成するように組み立てられたとき、基板１１０の周辺部に隣接する区域でガスの流れを制限する任意の部材を含む。
１つの特有の実施形態では、チョーク１６２と基板支持体１１２との間の間隔は、約０．０４インチ〜約２．０インチ、たとえば０．０４インチ〜約０．２インチである。間隔は、供給されるガスおよび堆積中のプロセス条件に応じて変動することができる。チョーク１６２は、均一でない圧力分布のポンピングゾーン１６６から反応ゾーン１６４を分けることによって、チャンバリッドアセンブリ１３２と基板１１０との間に画定された体積または反応ゾーン１６４内の圧力分布をより均一にするのに役立つ（図１Ａ）。
【００４２】
上記で説明したように、チャンバリッドアセンブリ１３２は、ガス分散チャネル１３４を加熱するための第１の加熱要素（ハウジング２００内の１つまたは複数のカートリッジヒータ２４０）と、リッドプレート１７０（たとえば、リッドプレート１７０の下面１６０）を加熱するように第１の加熱要素から半径方向に外向きに配置された第２のヒータ要素（リッドプレート１７０の上面に結合されたヒータプレート１９８）とを含む。チャンバリッドアセンブリ１３２の温度の制御を使用して、チャンバリッドアセンブリ１３２上のガスの分解、堆積、または結露を防止することができる。いくつかの実施形態では、チャンバリッドアセンブリ１３２の部品は、個々に加熱することができる。いくつかの実施形態では、チャンバリッドアセンブリ１３２の部品は、同時に加熱される。たとえば、図１Ａを参照すると、チャンバリッドアセンブリ１３２は、リッドプレート１７０およびリッドキャップ１７２を含むことができ、リッドプレート１７０およびリッドキャップ１７２は、ガス分散チャネル１３４を形成する。リッドキャップ１７２は、１つの温度範囲で維持することができ、リッドプレート１７０は、別の温度範囲で維持することができ、または２つの部品を同じ温度範囲で加熱することができる。
【００４３】
チャンバリッドアセンブリ１３２の部品および部分は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルでめっきされたアルミニウム、ニッケル、これらの合金、または他の適した材料などの材料を含むことができる。一実施形態では、リッドキャップ１７２およびリッドプレート１７０は、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼鉄、ステンレス鋼、これらの合金、またはこれらの組合せなどの金属から、独立して製作し、機械加工し、鍛造し、または他の形で作ることができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ガス分散チャネル１３４の内面１３１（リッドプレート１７０およびリッドキャップ１７２の両方の内面を含む）およびチャンバリッドアセンブリ１３２の下面１６０は、ガス分散チャネル１３４およびチャンバリッドアセンブリ１３２の下面１６０に沿ってガスの流れを助けるために、鏡面研磨された表面を含むことができる。いくつかの実施形態では、流体供給ライン２１０および２２０の内面は、流体供給ライン２１０および２２０を通ってガスの層流を生じさせるのを助けるために電気研磨することができる。
【００４５】
図１Ａは、処理条件を制御するためにプロセスチャンバ１００に結合されたプログラム式パーソナルコンピュータ、ワークステーションコンピュータなどの制御装置１８０を示す。たとえば、制御装置１８０は、基板プロセスシーケンスの異なる段階中にガス源１３８、１３９、および１４０からバルブ１４２Ａおよび１４２Ｂを通って様々な反応ガスおよびパージガスを流すように、チャンバ洗浄システムおよびチャンバリッドアセンブリを制御するように構成することができる。図示のように、制御装置１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１８２と、支持回路１８４と、関連する制御ソフトウェア１８３を含むメモリ１８６とを含む。
制御装置１８０は、工業的な環境で様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために使用することができる任意の形の汎用コンピュータプロセッサの１つとすることができる。ＣＰＵ１８２は、ランダムアクセスメモリ、読取り専用メモリ、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、またはローカルもしくは遠隔の任意の他の形のデジタルストレージなど、任意の適したメモリ１８６を使用することができる。ＣＰＵ１８２には、プロセスチャンバ１００を支持するために、様々な支持回路を結合することができる。制御装置１８０は、バルブ１４２Ａ、１４２Ｂのプログラマブルロジックコントローラ１４８Ａ、１４８Ｂなどの個々のチャンバ部品に隣接して位置する別のコントローラに結合することができる。集合的に信号バス１８８と呼ばれる多数の信号ケーブルを通じて、制御装置１８０とプロセスチャンバ１００の様々な他の部品との間の双方向通信に対応する。信号バス１８８のいくつかを、図１Ａに示す。制御装置１８０は、ガス源１３８、１３９、１４０およびバルブ１４２Ａ、１４２Ｂのプログラマブルロジックコントローラ１４８Ａ、１４８Ｂからの反応ガスおよびパージガスの制御に加えて、他の動作の中でもウエハ輸送、温度制御、チャンバ排気などのウエハ処理で使用される他の動作の自動制御を担うように構成することができる。これらの動作のいくつかは、本明細書に別途記載する。
【００４６】
図１Ａ〜１Ｃを参照すると、処理動作で、基板１１０は、ロボット（図示せず）によってスリットバルブ１０８を通ってプロセスチャンバ１００へ供給される。基板１１０は、リフトピン１２０およびロボットの協働によって基板支持体１１２上に位置決めされる。基板支持体１１２は、チャンバリッドアセンブリ１３２の下面１６０に密接に対向するように基板１１０を上昇させる。バルブ１４２Ａによってプロセスチャンバ１００のガス分散チャネル１３４内へ第１のガス流を注入することができ、それとともに、または別個に（すなわち、パルス）、バルブ１４２Ｂによってプロセスチャンバ１００内へ第２のガス流を注入することができる。第１のガス流は、パージガス源１４０からのパージガスの連続する流れと、反応ガス源１３８からの反応ガスのパルスとを含むことができ、または反応ガス源１３８からの反応ガスのパルスと、パージガス源１４０からのパージガスのパルスとを含むことができる。第２のガス流は、パージガス源１４０からのパージガスの連続する流れと、反応ガス源１３９からの反応ガスのパルスとを含むことができ、または反応ガス源１３９からの反応ガスのパルスと、パージガス源１４０からのパージガスのパルスとを含むことができる。
【００４７】
ガス流１７４は、ガス分散チャネル１３４を通って乱流として進み、ガス分散チャネル１３４を通って混合の強化を提供する。乱流のガス流１７４は、基板１１０の表面に向かって下流へ放散する。ガス流がガス分散チャネル１３４を通って進むにつれて、ガス流の速度は低減する。ガス流は、次いで、基板１１０の表面およびチャンバリッドアセンブリ１３２の下面１６０にわたって進む。チャンバリッドアセンブリ１３２の下面１６０は、下方へ傾いており、基板１１０の表面にわたってガス流の速度の変動を低減させるのを助ける。ガス流は、次いで、チョーク１６２のそばを進み、プロセスチャンバ１００のポンピングゾーン１６６に入る。余分なガス、副生成物などは、ポンピングチャネル１７９内へ流れ、次いで真空システム１７８によってプロセスチャンバ１００から排気される。処理動作全体にわたって、１つまたは複数のカートリッジヒータ２４０およびヒータプレート１９８は、チャンバリッドアセンブリ１３２を所定の温度まで加熱して、プロセスチャンバ１００（チャンバ内に配置された処理キット）の壁上に蓄積したあらゆる固体の副生成物を加熱する。その結果、蓄積したあらゆる固体の副生成物が蒸発する。蒸発した副生成物は、真空システム１７８およびポンピングチャネル１７９によって排気される。いくつかの実施形態では、所定の温度は、１５０℃以上である。
【００４８】
図６は、本開示のいくつかの実施形態による洗浄動作６００を示す流れ図を示す。図１Ａ〜１Ｃを再び参照すると、６０５で、洗浄ガス源１９７からＲＰＳ１９０内へ洗浄ガス（たとえば、ＮＦ3）が流される。６１０で、洗浄ガスからプラズマが形成される。６１５で、プラズマは次いで、分離カラー１９２の内側チャネル１９３を通ってガス分散チャネル１３４および反応ゾーン１６４内へ流される。その後、プラズマからのイオンが、ガス分散チャネル１３４および反応ゾーン１６４を取り囲む表面に衝突して、それらの表面上に蓄積したあらゆる残留副生成物を除去する。６２０で（および洗浄動作６００全体にわたって）、１つまたは複数のカートリッジヒータ２４０およびヒータプレート１９８は、チャンバリッドアセンブリ１３２を所定の温度まで加熱して、プロセスチャンバ１００（またはチャンバ内に配置された処理キット）の壁上に蓄積したあらゆる固体の副生成物を加熱する。その結果、蓄積したあらゆる固体の副生成物が蒸発する。蒸発した副生成物は、真空システム１７８およびポンピングチャネル１７９によって排気される。いくつかの実施形態では、所定の温度は、１５０℃以上である。
【００４９】
図１Ａ〜１Ｂに示すプロセスチャンバ１００について、本明細書では、特徴の組合せを有するものとして説明した。一態様では、プロセスチャンバ１００は、従来のＣＶＤチャンバと比較すると小さい体積を含む反応ゾーン１６４を提供する。プロセスチャンバ１００は、特定のプロセスに対して、反応ゾーン１６４を充填するのに、より少量の反応ガスまたはパージガスなどのガスを使用する。別の態様では、プロセスチャンバ１００は、ガス流がチャンバリッドアセンブリ１３２の底面と基板１１０との間を進む速度プロファイルの変動を低減させるように、下方外向きに傾いているまたは漏斗状の下面（下面１６０）を有するチャンバリッドアセンブリ１３２を提供する。さらに別の態様では、プロセスチャンバ１００は、ガス分散チャネル１３４を通って導入されるガス流の速度を低減させるように、ガス分散チャネル１３４を提供する。さらに別の態様では、プロセスチャンバ１００は、ガス分散チャネル１３４の中心から角度αで流体供給ラインを提供する。プロセスチャンバ１００は、本明細書に別途記載する他の特徴を提供する。原子層堆積に適合されたチャンバの他の実施形態は、これらの特徴の１つまたは複数を組み込む。
【００５０】
上記の説明では、環状チャネル２６０、２６５、２７０は、インサートおよび隣接するリッドキャップによって画定されるが、環状チャネル２６０、２６５、２７０は、別法として、他の要素内に形成することができる。
【００５１】
上記は、本開示のいくつかの実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、他のさらなる実施形態を考案することもできる。
【図１Ａ】
0006695884.tif 000002
【図１Ｂ】
0006695884.tif 000003
【図１Ｃ】
0006695884.tif 000004
【図２Ａ】
0006695884.tif 000005
【図２Ｂ】
0006695884.tif 000006
【図２Ｃ】
0006695884.tif 000007
【図２Ｄ】
0006695884.tif 000008
【図２Ｅ】
0006695884.tif 000009
【図２Ｆ】
0006695884.tif 000010
【図２Ｇ】
0006695884.tif 000011
【図３Ａ】
0006695884.tif 000012
【図３Ｂ】
0006695884.tif 000013
【図３Ｃ】
0006695884.tif 000014
【図３Ｄ】
0006695884.tif 000015
【図４Ａ−４Ｃ】
0006695884.tif 000016
【図５Ａ−５Ｃ】
0006695884.tif 000017
【図６】
0006695884.tif 000018