JP7702468B2 - 裏側ポンピングを用いた熱処理チャンバのリッド - Google Patents

Description

［０００１］本開示の実施態様は、電子デバイス製造の分野に関する。特に、本開示の実施態様は、半導体デバイス製造において反応ガスを送達するための装置を対象とする。

［０００２］サブミクロン以下のフィーチャを確実に生産することは、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回路（ＵＬＳＩ）のための鍵となる技術の１つである。しかしながら、回路技術の限界が追及されるにつれて、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術におけるインターコネクトの寸法の縮小により、処理能力に対する要求が高まった。ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術の心臓部に位置するマルチレベルインターコネクトは、ビアおよび他のインターコネクトといった高アスペクト比フィーチャの精密処理を使用する。これらのインターコネクトの確実な形成は、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩの成功と、個々の基板の回路密度と品質とを高めるための継続的な努力にとって極めて重要である。

［０００３］回路密度が増加すると、ビア、トレンチ、コンタクト、および他のフィーチャといったインターコネクトの幅、ならびにそれらの間の誘電体材料が減少する一方で、誘電体層の厚さは実質的に一定のままであり、その結果、フィーチャの高さ対幅のアスペクト比が増加する。多くの伝統的な堆積プロセスは、サブミクロン構造を充填することおよび表面フィーチャのための良好なステップカバレッジを提供することが困難である。

［０００４］原子層堆積（ＡＬＤ）は、高いアスペクト比を有するフィーチャ上の材料層の堆積のために探求されている堆積技術である。ＡＬＤプロセスの一例は、ガスのパルスの連続的な導入を含む。例えば、ガスのパルスの連続的導入のための１サイクルは、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を含むことができる。本明細書で使用される「ガス」という用語は、単一のガスまたは複数のガスを含むと定義される。第１の反応物および第２の反応物の別々のパルスの連続的な導入は、基板の表面上の反応物の単層の交互の自己制御的吸着をもたらすことができ、したがって、各サイクルについて材料の単層を形成する。このサイクルを繰り返して、所定の厚さの膜を形成することができる。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、チャンバ内に残る過剰量の反応物に起因する反応物の気相反応の可能性を低減するように働く。

［０００５］ＡＬＤ処理のためのいくつかのチャンバ設計では、前駆体およびガスは、漏斗蓋を使用して送達され、前駆体は、この蓋を通して、漏斗状の蓋の上の複数のインジェクタか分配される。インジェクタは噴射ガスの円運動を発生させ、ガスは蓋の中心にある漏斗形状を通して分散される。ガス／ＡＬＤ前駆体分子の回転慣性は、分子を中心からエッジに分散するので均一堆積を改善する。

［０００６］反応ガスが処理中にリッドプレートとシャワーヘッドとの間に捕捉されることにより、堆積される膜が不均一になることが観察された。したがって、当技術分野において、堆積される膜の均一性を改善するための方法および装置が継続的に必要とされている。

［０００７］本開示の１つまたは複数の実施態様は、処理チャンバのリッドアセンブリを対象とする。ハウジングは、ハウジングの中心軸に沿って延びるガス分散チャネルを包囲する。ガス分散チャネルは、上部および下部を有する。リッドプレートは、ハウジングに連結され、ガス分散チャンネルの下部に連結された中央開口部からリッドプレートの周辺部分まで下方および外方に延びる輪郭底面を有する。ガス分配プレートは、リッドプレートの下方に配置され、ガス分配プレートとリッドプレートとの間にポンピングチャネルを形成するように構成された上部外周輪郭を有する。ガス分配プレートは、上面および底面を有し、複数の開孔が上面から底面までガス分配プレートを貫通して配置される。リッドプレートの輪郭底面とガス分配プレートの上面とは、間隙を画定する。

［０００８］本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより詳細な説明が実施態様を参照することによって得られ、それら実施態様のいくつかが添付図面に例示される。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施態様を許容しうるので、添付図面は、本開示の典型的な実施態様のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。本明細書に記載される実施態様は、添付図面では、例示として示されているのであって限定ではなく、図面において類似の参照符号は同様の要素を示す。

［０００９］本開示のいくつかの実施態様による処理チャンバの概略図である。 ［００１０］本開示のいくつかの実施態様による処理チャンバの概略断面図である。 ［００１１］本開示のいくつかの実施態様によるリッドアセンブリの概略断面図である。 ［００１２］Ａ－Ｃは、本開示の実施態様による、ガス分配プレートを貫通する開孔の概略図である。 ［００１３］本開示の１つまたは複数の実施態様によるリッドアセンブリの概略断面図である。 ［００１４］Ａは、本開示の１つまたは複数の実施態様によるリッドプレートの概略断面図である。［００１５］Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施態様によるリッドアセンブリの概略断面図である。 ［００１６］本開示の１つまたは複数の実施態様によるリッドアセンブリの概略断面図である。 ［００１７］本開示の１つまたは複数の実施態様によるリッドアセンブリの概略断面図である。

［００１８］理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。図は縮尺どおりには描かれておらず、分かり易くするために簡略化されることがある。一実施態様の要素および特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施態様に有益に組み込まれうる。

［００１９］本開示のいくつかの例示的な実施態様を記載する前に、本開示が、以下の説明において提示される構成または処理ステップの詳細に限定されないということを理解されたい。本開示は、他の実施態様が可能であり、様々な方法で実施または実行することができる。

［００２０］本明細書で使用される「基板」は、製造プロセス中に膜処理が実施される任意の基板または基板上に形成された材料表面を指す。例えば、処理が実施されうる基板表面は、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアといった材料、ならびに金属、金属窒化物、金属合金、および他の導電性材料といった他の任意の材料を含む。基板は半導体ウエハを含むが、これに限定されない。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール、および／またはベークするために、前処理プロセスに曝露されうる。本開示では、基板自体の表面に対する直接的な膜処理に加えて、開示される膜処理ステップのうちのいずれをも、後述でより詳細に開示される基板上に形成された下部層に対して実施することができ、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、このような下部層を含むことを意図している。したがって、例えば、膜／層または部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合、新たに堆積された膜／層の露出表面が基板表面となる。

［００２１］この明細書および特許請求の範囲において使用される「前駆体」、「反応物」、「反応ガス」などの用語は、交換可能に使用され、基板表面と反応することのできるいずれかのガス種を指す。

［００２２］本開示の実施態様は、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバといった基板処理チャンバを洗浄し、例えばＡＬＤプロセス中に、材料を堆積させるために使用されうる装置および方法を提供する。実施態様は、基板処理チャンバと、遠隔プラズマ源およびガス分配プレートを含みうるガス供給システムとを含む。以下の処理チャンバの記載は、文脈上のおよび例示的な目的のために提供されており、本開示の範囲を限定するものとして解釈または理解するべきではない。

［００２３］図１は、本開示のいくつかの実施態様による、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（処理チャンバ１００）の概略図である。図２は、処理チャンバ１００の断面図である。処理チャンバ１００はチャンバ本体１０２を含み、チャンバ本体１０２は内部のチャンバリッドアセンブリ１３２の下に処理容積を有する。処理チャンバ１００のスリットバルブ１０８は、ロボット（図示せず）が、処理チャンバ１００との間で２００ｍｍまたは３００ｍｍの半導体ウエハまたはガラス基板といった基板１１０を送達したり取り出したりするためのアクセスを提供する。チャンバライナ１７７は、処理／洗浄中に使用される腐食性ガスからチャンバを保護するために、処理チャンバ１００の壁に沿って配置されている。

［００２４］基板支持体１１２は、処理チャンバ１００の基板受け面１１１上に基板１１０を支持する。基板支持体１１２は、基板支持体１１２と基板支持体上に配置された基板１１０とを昇降させるためのリフトモータ１１４に取り付けられている。リフトプレート１１６（図２に示す）は、リフトモータ１１８に接続されており、処理チャンバ１００に取り付けられて、基板支持体１１２を通して移動可能に配置されたリフトピン１２０を上下させる。リフトピン１２０は、基板支持体１１２の表面の上方で基板１１０を上下させる。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）を含みうる。

［００２５］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節されうる。例えば、基板支持体１１２は、抵抗ヒータ（図示せず）といった埋め込まれた加熱要素を使用して加熱されてもよく、または基板支持体１１２の上方に配置された加熱ランプ（図示せず）といった放射熱を使用して加熱されてもよい。パージリング１２２を基板支持体１１２上に配置し、基板１１０の周辺部分にパージガスを提供して基板１１０の周辺部分への堆積を防止するパージチャネル１２４を画定することができる。

［００２６］ガス供給システム１３０は、処理ガスおよび／またはパージガスといったガスをチャンバ１００に提供するために、チャンバ本体１０２の上部に配置されている。真空システム（図示せず）は、処理チャンバ１００から任意の所望のガスを排気し、処理チャンバ１００内部に所望の圧力または圧力範囲を維持するのを助けるために、ポンピングチャネル１７９と連絡している。

［００２７］いくつかの実施態様では、チャンバリッドアセンブリ１３２は、チャンバリッドアセンブリ１３２の中央部分を通って延びるガス分散チャネル１３４を含む。図１および図２に示すように、ガス分散チャネル１３４は、基板受け面１１１に向かって垂直に延び、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を通って底面１６０まで延びている。いくつかの実施態様では、ガス分散チャネル１３４の上部は、中心軸１３３に沿って実質的に円筒状であり、ガス分散チャネル１３４の下部は、中心軸１３３から離れる方向にテーパ付けされている。底面１６０は、基板支持体１１２の基板受け面１１１上に配置された基板１１０を実質的に覆うような大きさおよび形状である。底面１６０は、リッドプレート１７０の外側エッジからガス分散チャネル１３４に向かってテーパ付けされている。ガス供給システム１３０は、基板１１０を処理するために、１つまたは複数のガスをガス分散チャネル１３４に提供することができる。いくつかの実施態様では、ガス供給システム１３０は、１つのガス入口を介してガス分散チャネル１３４に連結されてもよい。いくつかの実施態様では、例えば図３に示すように、ガス供給システムは、複数の入口を介してガス分散チャネル１３４に連結されてもよい。

［００２８］図３に示すように、ガス分散チャネル１３４を通る処理ガスの流れを示す円形ガス流１７４は、様々なタイプの流れパターンを含みうる。いくつかの実施態様では、分散チャネルを通過する間に、処理ガスを、ガス分散チャネル１３４の中心軸１３３の周りで回転させることができる。このような実施態様では、円形のガス流１７４は、渦パターン、３次元螺旋パターン、螺旋パターン、またはそれらの派生物といった様々なタイプの円形流れパターンを含むことができる。

［００２９］円形のガス流１７４を提供することは多くの用途にとって有益であるが、本発明者らは、いくつかの用途において、円形のガス流が不均一な処理結果を招きうることを発見した。本発明者らは、ガス流が、処理されている基板１１０の中心付近にドーナツ状の堆積プロファイルをもたらしうることを観察した。ドーナツ状のプロファイルは、ガス分散チャネル１３４の漏斗形状によって引き起こされうる。したがって、いくつかの実施態様では、処理チャンバ１００は、貫通する複数の開孔１２６を有するガス分配プレート１２５をさらに含む。ガス分配プレート１２５は、ガス分散チャネル１３４から基板への唯一の経路がガス分配プレート１２５の複数の開孔１２６を通るように、ガス分散チャネル１３４の表面まで延びる。ガス分配プレート１２５は、有利には、ガス分配プレート１２５を通るガスのチョーク流を作り出し、その結果、基板１１０上へのより均一な堆積が得られ、したがって、ガスの回転流によって引き起こされるドーナツ状の堆積が実質的に排除される。

［００３０］いくつかの実施態様では、ガス分配プレート１２５は、例えば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムといった、非腐食性セラミック材料で形成される。いくつかの実施態様では、複数の開孔１２６の各々は、同等の流体コンダクタンスを有しうる。いくつかの実施態様では、複数の開孔１２６の密度（例えば、単位面積あたりの開孔の数または開孔の開口部のサイズ）は、基板１１０上に所望の堆積プロファイルを達成するために、ガス分配プレート１２５全体で変化してもよい。例えば、より高密度の開孔１２６をガス分配プレート１２５の中心に配置し、基板のエッジに対して基板の中心での堆積速度を上昇させることで、堆積の均一性をさらに改善することができる。

［００３１］複数の開孔１２６は、円筒状の貫通孔として示されているが、異なるプロファイルを有してもよい。図４Ａ～Ｃは、複数の開孔１２６のプロファイルの異なる非限定的実施態様を示す。図４Ａに示される実施態様では、開孔１２６は、開孔を囲む湾曲したエッジ４０２を有する円筒状の貫通孔である。図４Ｂに示される実施態様では、開孔１２６は、開孔の中心に向かって内側にテーパ付けされている上部４０４と、ガス分配プレート１２５の上面１２７に対して垂直に延びる円筒状の中心部４０５と、開孔の中心から外側に向かってテーパ付けされている下部４０６とを有する貫通孔である。図４Ｃに示す実施態様では、開孔１２６は、皿穴を有する上部４０８と、ガス分配プレート１２５の上面１２７に対して垂直に延びる円筒状の中心部４０９と、開孔の中心から外側に向かってテーパ付けされている下部４１０とを有する貫通孔である。代替的に、複数の開孔１２６の他のプロファイルを使用して、基板１１０の処理中に最適な堆積均一性を達成してもよい。

［００３２］理論によって束縛されることを望まないが、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の上部から中心軸１３３に沿った第１の点まで一定であり、ガス分散チャネル１３４の第１の点から下部１３５まで増加することにより、ガス分散チャネル１３４を通るガスの断熱膨張を小さくすることができ、これが円形ガス流１７４に含まれる処理ガスの温度を制御するために役立ちうると考える。例えば、ガス分散チャネル１３４内に送達されるガスの急激な断熱膨張は、ガスの温度の低下をもたらし、ガスの凝縮および液滴の形成を引き起こしうる。一方、テーパ付けされているガス分散チャネル１３４は、より小さなガスの断熱膨張を提供すると考えられる。したがって、より多くの熱をガスに、またはガスから伝達することができ、このようにすることで、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にはテーパ付けすることができ、ガス分散チャネル１３４は、テーパ付けされた平面、凹面、凸面、またはそれらの組合せといった１つまたは複数のテーパ付けされた内面を含むことができるか、あるいは１つまたは複数のテーパ付けされた内面のセクション（すなわち、テーパ付けされた部分およびテーパ付けされていない部分）を含むことができる。

［００３３］図３に示すように、ガス分散チャネル１３４の上部は、ハウジング３７５の内部領域に配置されたインサート３００によって画定される。インサート３００は、インサート３００の上部のキャップ３０２と、ガス分散チャネル１３４を少なくとも部分的に画定する中央通路とを含む。キャップ３０２は、ハウジング３７５の上に延びて、インサート３００を所定の位置に保持する。インサート３００およびキャップ３０２は、インサート３００とハウジング３７５との間に配置された複数のＯリング３８５を含み、適切なシールを確実にする。インサート３００は、複数の円周方向開孔を含み、これら円周方向開孔は、インサート３００がハウジング３７５に挿入されると、対応する複数の円周方向チャネル３６０、３６５、３７０を形成する。複数の円周チャネル３６０、３６５、３７０は、対応する複数の孔３４０、３４５、３５０を介してガス分散チャネル１３４に流体連結される。図３に示される実施態様では、ガス供給システム１３０は、複数のガス供給ライン３１０、３１５、３２０を介してガス分散チャネル１３４に連結されている。ガス供給ライン３１０、３１５、３２０は、複数の円周方向チャネル３６０、３６５、３７０に流体連結されて、１つまたは複数のガスをガス分散チャネル１３４に提供する。

［００３４］図１および図２に戻ると、処理チャンバ１００は、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）１９０と、一端がＲＰＳ１９０に、反対端がキャップ３０２に連結された分離カラー１９２と、リッドプレート１７０の上面に連結されたヒータプレート１９８と、ＲＰＳ１９０に流体連結された洗浄ガス（すなわち、パージガス）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、処理チャンバ１００を洗浄するための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。いくつかの実施態様では、例えば、洗浄ガスは三フッ化窒素（ＮＦ_３）であってもよい。分離カラー１９２は、キャップ３０２の中央部分に配置された複数の孔２８５を通してガス分散チャネル１３４に流体連結された内側チャネル１９３を含み、プラズマをＲＰＳ１９０からガス分散チャネル１３４を通して反応ゾーン１６４内に流す。ヒータプレート１９８は、ステンレス鋼で形成され、プレート全体に分散した複数の抵抗加熱要素を含むことができる。

［００３５］典型的には、ガス分散チャネル１３４および反応ゾーン１６４から第１のガスを迅速にパージするために、第１のガスがガス供給システム１３０によってガス分散チャネル１３４に供給された後、洗浄ガスがガス分散チャネル１３４および反応ゾーン１６４を通して流される。続いて、第２のガスがガス供給システム１３０によってガス分散チャネル１３４に提供され、洗浄ガスが再びガス分散チャネル１３４を通して反応ゾーン１６４に流され、ガス分散チャネル１３４および反応ゾーン１６４から第２のガスを迅速にパージする。しかしながら、ガス分配プレート１２５の追加は、ポンピングチャネル１７９への洗浄ガスの流れをチョークさせ、洗浄プロセスを延長させる。そのため、本発明者らは、第１の端部１８６が分離カラー１９２に、第２の端部１８８がポンピングチャネル１７９にそれぞれ連結された排気導管１８４を有する排気システム１８０を組み込んだ。排気導管１８４を内部チャネル１９３に選択的に流体連結させるために、排気導管１８４にはバルブ１８２が配置される。いくつかの実施態様では、例えば、バルブ１８２は、排気導管１８４を内部チャネル１９３に流体連結する第１の位置（図２に示される）と、排気導管１８４を内部チャネル１９３からシールする第２の位置との間で移動可能なプランジャ２０２を有するプランジャ型バルブであってもよい。洗浄ガスがガス分散チャネル１３４および反応ゾーン１６４を通って流れるたびに、バルブ１８２が開き、洗浄ガスがポンピングチャネル１７９に迅速に排出される。

［００３６］処理チャンバ１００内部の圧力がＲＰＳ１９０内部の圧力を超えると、処理ガスがＲＰＳ１９０まで流れ、ＲＰＳ１９０に損傷を与える可能性がある。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内へと上方へ流れるのを防止するためのチョークポイントとして機能する。分離カラー１９２は、使用されている洗浄ガスと反応しない任意の材料で形成することができる。いくつかの実施態様では、分離カラー１９２は、洗浄ガスがＮＦ_３であるときはアルミニウムで形成されてもよい。いくつかの実施態様では、分離カラー１９２およびインサート３００は、アルミニウムで形成され、使用時に腐食性ガスによる分離カラー１９２およびインサート３００の腐食を防止するためのコーティングでコーティングされてもよい。例えば、コーティングは、ニッケルまたは酸化アルミニウムで形成されてもよい。

図３に示されるように、ＲＰＳ１９０は約４０℃以下の温度で動作する。ＲＰＳ１９０を処理チャンバ１００内で発生した熱から有利に絶縁するために、熱的分離リング３９４が分離カラー１９２とキャップ３０２との間に配置されている。熱的分離リング３９４は、熱伝導率が低い（例えば、分離カラー１９２およびキャップ３０２の熱伝導率よりも低い）金属で形成される。加えて、分離カラー１９２とキャップ３０２との間の接触面積をさらに減少させるために、分離カラー１９２とキャップ３０２との間にＯリング３８５を配置することもできる。熱的分離リング３９４とＯリング３８５との組み合わせは、処理チャンバ１００内で発生する熱がＲＰＳ１９０に悪影響を及ぼさないことを確実にするための熱チョークとして作用する。

［００３８］いくつかの実施態様では、リッドプレート１７０が１００℃を超えて加熱されると、処理チャンバ１００は、Ｏリング３８５間に捕捉された処理ガスまたは副生成物がポンピングチャンネル１７９に排出されることを確実にするために、差動ポンピングライン２５０を含んでもよい。差動ポンピングライン２５０は、第１の端部でリッドプレート１７０に連結され、第１の端部の反対側の第２の端部でハウジング３７５に連結される。差動ポンピングラインは、ガス分散チャネル１３４と、２つ以上のＯリング３８５間の領域に形成された１つまたは複数のチャネル２６０とに流体連結される。ガス分散チャネル１３４を排気するためにバルブ１８２が開くと、差動ポンピングラインは、Ｏリング３８５間に捕捉されたガスを排気する。

［００３９］図３に戻ると、チャンバリッドアセンブリ１３２の底面１６０の一部分は、ガス分散チャネル１３４に連結された中央開口部からチャンバリッドアセンブリ１３２の周辺部分まで、下方および外方に向かう輪郭を有するかまたは下方および外方に角度付けされており、基板１１０の表面を横切る（すなわち、基板の中心から基板のエッジまでの）ガス分散チャネル１３４からのガス流の速度プロファイルを改善するのを助けることができる。底面１６０は、平面、凹面、凸面、またはそれらの組み合わせといった１つまたは複数の表面を含むことができる。一実施態様では、底面１６０は凸状の漏斗形状である。

［００４０］一実施例では、底面１６０は、基板受け面１１１のエッジに向かって下方および外方に傾斜しており、チャンバリッドアセンブリ１３２の底面１６０と基板１１０との間を移動する処理ガスの速度の変動を低減するのに役立つと共に、基板１１０の表面の反応ガスへの均一な露出を提供することを助ける。チャンバリッドアセンブリ１３２の構成要素および部品は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケルめっきアルミニウム、ニッケル、それらの合金、または他の適切な材料といった材料を含みうる。一実施態様では、リッドプレート１７０は、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、ステンレス鋼、それらの合金、またはそれらの組み合わせといった金属から、製造、機械加工、鍛造、または他の方法で独立して作製されうる。

［００４１］いくつかの実施態様では、ガス分散チャネル１３４の内面１３１およびチャンバリッドアセンブリ１３２の底面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の底面１６０に沿ったガスの流れを助ける鏡面研磨面を含みうる。

［００４２］図１～図３に示されるように、処理動作中に、基板１１０は、ロボット（図示せず）によってスリットバルブ１０８を通して処理チャンバ１００に送達される。基板１１０は、リフトピン１２０とロボットとの協働により、基板支持体１１２上に位置決めされる。基板支持体１１２は、基板１１０を上昇させて、ガス分配プレート１２５の下面に密接に対向させる。第１のガス流は、第２のガス流と一緒に、または別々に（すなわち、パルス）、ガス供給システム１３０によって処理チャンバ１００のガス分散チャネル１３４に注入されうる。第１のガス流は、パージガス源からのパージガスの連続流と、反応ガス源からの反応ガスのパルスとを含むことができるか、または反応ガス源からの反応ガスのパルスと、パージガス源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、パージガス源からのパージガスの連続流と、反応ガス源からの反応ガスのパルスとを含むことができるか、または反応ガス源からの反応ガスのパルスと、パージガス源からのパージガスのパルスとを含むことができる。

［００４３］円形ガス流１７４は、ガス分散チャネル１３４を通って、続いてガス分配プレート１２５の複数の開孔１２６を通って進む。次いで、ガスが基板１１０の表面上に堆積される。下方に傾斜しているチャンバリッドアセンブリ１３２の底面１６０は、ガス分配プレート１２５の表面を横切るガス流の速度の変動を減少させるために役立つ。余剰ガス、副生成物などは、ポンピングチャネル１７９に流入し、次いで処理チャンバ１００から排気される。処理動作を通して、ヒータプレート１９８は、チャンバリッドアセンブリ１３２を所定の温度に加熱して、処理チャンバ１００（またはチャンバ内に配置された処理キット）の壁に蓄積した固体副生成物を加熱することができる。結果として、蓄積された固体副生成物が気化する。気化した副生成物は、真空システム（図示せず）およびポンピングチャネル１７９によって排気される。いくつかの実施態様では、所定の気温は１５０℃以上である。

［００４４］いくつかのプロセス条件は、例えば、気相反応を可能にするガス供給システム内の残留前駆体に起因して、ステップカバレッジ問題を引き起こしうる。典型的なＡＬＤプロセスでは、通常気相反応は回避される。したがって、本開示のいくつかの実施態様は、処理チャンバリッドおよび処理チャンバにチャンバリッドへの裏側ポンピング能力を提供する。いくつかの実施態様の装置は、プラズマ源が接続されていないサーマルチャンバリッドである。いくつかの実施態様では、チャンバリッドは、リモートプラズマを処理チャンバに提供する遠隔プラズマ源を有するように構成される。

［００４５］本開示の１つまたは複数の実施態様は、有利には、表面フィーチャ上の膜のステップカバレッジを改善する装置を提供する。本開示の１つまたは複数の実施態様は、有利には、残留反応ガスを除去する裏側ポンピングを追加する装置を提供する。いくつかの実施態様では、装置は、リッドプレートとシャワーヘッドとの間に捕捉された化学薬品をより効率的にポンピングするために役立つ。

［００４６］図５は、本開示の１つまたは複数の実施態様による処理チャンバのリッドアセンブリ５００を示す。ハウジング３７５は、ハウジング３７５の中心軸１３３に沿って延びるガス分散チャネル１３４を包囲する。ガス分散チャネル１３４は、上部１３４ａおよび下部１３４ｂを有する。

［００４７］リッドプレート１７０は、ハウジング３７５に連結され、輪郭底面１６０を有する。輪郭底面１６０は、ガス分散チャネル１３４の下部１３４ｂに連結された中央開口部１３６からリッドプレート１７０の外周部１３８まで、下方および外方に延びている。図示の実施態様では、外周部１３８は、外周エッジ１３７に隣接する輪郭底面１６０の外側部分を指す。

［００４８］リッドアセンブリ５００は、リッドプレート１７０の下方に配置されたガス分配プレート１２５を含む。ガス分配プレート１２５は、上面１２８と底面１２９とを有し、複数の開孔１２６が上面１２８から底面１２９までガス分配プレート１２５を貫通している。

［００４９］ガス分配プレート１２５は、ガス分配プレート１２５とリッドプレート１７０との間にポンピングチャネル５３０を形成するように構成された上部外周輪郭５２０を有する。図５の実施態様に示されるポンピングチャネル５３０は、リッドプレート１７０の外周底面５３２とガス分配プレート１２５の上部外周輪郭５２０との間に画定されている。いくつかの実施態様では、リッドプレート１７０の外周底面５３２は、輪郭底面１６０の外周部１３８よりも中心軸１３３から遠い。別の言い方をすれば、いくつかの実施態様では、外周底面５３２は、輪郭底面１６０を囲んでいる。

［００５０］リッドプレート１７０の輪郭底面１６０とガス分配プレート１２５の上面１２８とは、間隙Ｇを画定する。底面１６０は輪郭形成されるため、間隙Ｇは、中心軸１３３からの距離の関数として可変である。いくつかの実施態様では、内側ゾーンＺ_Ｉは、中間ゾーンＺ_Ｍよりも大きな間隙を有し、中間ゾーンＺ_Ｍは、外側ゾーンＺ_Ｏよりも大きな間隙を有する。図６Ａは、図５に示されるものと同様の輪郭底面１６０を有するリッドプレート１７０の概略断面図を示す。図６Ｂは、図５のリッドプレート１７０およびガス分配プレート１２５の概略断面図であり、中心軸１３３からの半径方向距離に対する空隙Ｇの関係を示している。図６Ａでは、リッドプレート１７０の輪郭底面１６０は、内側ゾーンＺ_Ｉ、中間ゾーンＺ_Ｍ、および外側ゾーンＺ_Ｏの３つのゾーンに分離されている。この実施態様では、中間ゾーンＺ_Ｍにおいて、輪郭底面１６０は、間隙Ｇ_Ｍが均一になるように平坦である。図６Ｂの部分断面図では、中間ゾーンＺ_Ｍの間隙Ｇ_Ｍは、中間ゾーンＺ_Ｍの左エッジから右エッジまで均一である。内側ゾーンＺ_Ｉにおいて、間隙Ｇ_Ｉは、中心軸１３３から測定される距離ｘの関数である。図６Ｂには、内側ゾーンＺ_Ｉにおける間隙Ｇ_Ｉｄｘの２つの測定値が示されている。外側ゾーンＺ_Ｏでは、間隙Ｇ_Ｏは、中心軸１３３から測定される距離ｘの関数である。図６Ｂには、外側ゾーンＺ_Ｏの間隙Ｇ_Ｏｄｘの１つの測定値が示されている。当業者であれば、図示の測定値が説明のみを目的としていることが分かるであろう。図６Ｂでは、ガス分配プレート１２５の開孔１２６が説明上省略されている。

［００５１］再び図６Ｂを参照すると、いくつかの実施態様では、内側ゾーンＺ_Ｉは、リッドプレート１７０の中心軸１３３から、中心軸１３３から内側ゾーン半径方向距離ＲＩまで画定されている。中間ゾーンＺ_Ｍは、内側ゾーン半径方向距離Ｒ_Ｉから、中心軸１３３から中間ゾーン半径方向距離Ｒ_Ｍまで画定されている。外側ゾーンＺ_Ｏは、中間ゾーン半径方向距離Ｚ_Ｍから、輪郭底面１６０の外周エッジ１３７にある外側ゾーン半径方向距離Ｒ_Ｏまで画定される。

［００５２］中間ゾーンＺ_Ｍのサイズは、中心軸１３３から外周エッジ１３７までの全半径方向距離に対して測定される任意の適切なサイズとすることができる。いくつかの実施態様では、中心軸１３３から外周エッジ１３７までの距離は、約５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、または２００ｍｍ以上である。いくつかの実施態様では、中心軸１３３から外周エッジ１３７までの距離は、処理される基板の半径よりも大きい。例えば、３００ｍｍの基板が処理されている実施態様では、中心軸から基板のエッジまでの半径方向距離は、基板が中心であると仮定すると、１５０ｍｍである。この実施例では、中心軸１３３から外周エッジ１３７までの距離は１５０ｍｍ以上である。

［００５３］いくつかの実施態様では、中心軸１３３から中間ゾーン半径方向距離Ｚ_Ｍまでの距離は、約５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、または２００ｍｍ以上である。いくつかの実施態様では、中心軸１３３から中間ゾーン半径方向距離Ｚ_Ｍまでの距離は、処理される基板の半径よりも大きい。例えば、３００ｍｍの基板が処理されている実施態様では、中心軸から基板のエッジまでの半径方向距離は、基板が中心であると仮定すると、１５０ｍｍである。この実施例では、中心軸１３３から中間ゾーン半径方向距離Ｚ_Ｍまでの距離は、例えば１５０ｍｍ以上である。

［００５４］いくつかの実施態様では、リッドプレート１７０の中間ゾーンＺ_Ｍのサイズは、中心軸から外側ゾーン半径方向距離Ｒ_Ｏまでの距離の約１０％から約９０％の範囲である。いくつかの実施態様では、リッドプレート１７０の中間ゾーンＺ_Ｍのサイズは、中心軸１３３から外側ゾーン半径方向距離Ｒ_Ｏまでの距離の約２０％から約８０％の範囲、または約３０％から約７０％の範囲、または約４０％から約６０％の範囲である。

［００５５］いくつかの実施態様では、中間ゾーンＺ_Ｍにおける実質的に均一な間隙は、約０．１インチから約２インチ（約２．５ｍｍから約５１ｍｍ）の範囲である。このように使用される場合、「実質的に均一な間隙」という用語は、中間ゾーンＺ_Ｍ内の任意の半径方向距離にある間隙が、中間ゾーンＺ_Ｍにおける平均間隙の５％、２％、１％または０．５％以内であることを意味する。

［００５６］いくつかの実施態様では、外側ゾーンＺ_Ｏは、中間ゾーンＺ_Ｍからリッドプレート１７０の前面１６１まで傾斜している。いくつかの実施態様では、外側ゾーンＺ_Ｏは、中間ゾーンＺ_Ｍからガス分配プレート１２５の上面１２８まで傾斜している。平坦な中間ゾーンＺ_Ｍに対する外側ゾーンＺ_Ｏの傾斜は、図７に示すように外側ゾーン角θを形成する。いくつかの実施態様では、外側ゾーン角は、約１５°から約７５°の範囲、または約３０°から約６０°の範囲、または約４０°から約５０°の範囲である。

［００５７］図５および図７に示されるように、いくつかの実施態様では、輪郭底面１６０の外側ゾーンＺ_Ｏは、リッドプレート１７０に形成されたポンピング孔５２５を通してポンピングチャネル５３０に接続される。いくつかの実施態様では、ポンピング孔５２５は、輪郭底面１６０の外側ゾーンＺ_Ｏに形成される。ポンピング孔５２５の数は、例えば、リッドプレート１７０のサイズに基づいて変化させることができる。いくつかの実施態様では、約２４から約１４４個のポンピング孔５２５が存在する。

［００５８］図７に示すように、ポンピング孔は、輪郭底面１６０の外側ゾーンＺ_Ｏと角度φで交差する。いくつかの実施態様では、角度φは、約７５°から約１０５°の範囲、または約８０°から約１００°の範囲、または約８５°から約９５°の範囲、または約８８°から約９２°の範囲である。

［００５９］いくつかの実施態様のリッドアセンブリ５００は、図５に示されるように、ポンピングチャネル５３０と流体連結する少なくとも１つのポンプポート５６０を含む。ポンプポート５６０は、リッドプレート１７０に接続された別個の構成要素とすることができる。いくつかの実施態様では、異なる半径方向位置でポンピングチャネル５３０に接続された２つ以上のポンプポート５６０が存在する。いくつかの実施態様では、ポンプポートの各々は、排気目的のために別個の真空源に接続される。いくつかの実施態様では、ポンプポートは、単一の真空源と流体連結している。いくつかの実施態様では、ポンプポートは、ポンピングチャネル１７９と流体連結している（図１参照）。

［００６０］図８は、本開示の１つまたは複数の実施態様によるリッドアセンブリ６００を示している。リッドプレート１７０の輪郭底面１６０は、輪郭底面１６０の内側エッジ６１０から外周エッジ１３７まで傾斜している。

［００６１］輪郭底面１６０の傾斜は、外周エッジ１３７で最小となるまで減少する間隙Ｇを作り出す。いくつかの実施態様では、最小間隙Ｇは、約０．０１インチから約１インチ（約０．２５ｍｍから約２５．４ｍｍ）の範囲、または約０．０５インチから約０．５インチ（約１．２５ｍｍから約１２．７ｍｍ）の範囲である。

［００６２］本開示のさらなる実施態様は、リッドアセンブリ５００またはリッドアセンブリ６００を組み込んだ処理チャンバを対象とする。

［００６３］上述の明細書では、本開示の実施態様が、その具体的な例示的実施態様を参照して説明された。特許請求の範囲に記載されている本開示の実施態様のより広い主旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが明らかだろう。したがって、本明細書および図面は、限定ではなく例示を意味すると見なされるべきである。

Claims (10)

1. 中心軸に沿って延びるガス分散チャネルを包囲するハウジングであって、前記ガス分散チャネルが上部および下部を有する、前記ハウジング；
   前記ハウジングに連結されたリッドプレートであって、前記ガス分散チャネルの前記下部に連結された中央開口部から前記リッドプレートの周辺部分まで下方および外方に延びる輪郭底面を有する前記リッドプレート；および
   前記リッドプレートの下方に配置されたガス分配プレートであって、前記ガス分配プレートと前記リッドプレートとの間にポンピングチャネルを形成するように構成された上部外周輪郭を有し、かつ、上面と、底面であって、前記上面から前記底面まで前記ガス分配プレートを貫通する複数の開孔を有する前記底面とを有しており、前記リッドプレートの前記輪郭底面と前記ガス分配プレートの上面とが間隙を画定している、前記ガス分配プレート
   を備え、
   前記リッドプレートの前記輪郭底面が、内側ゾーン、中間ゾーンおよび外側ゾーンを含み、
   前記内側ゾーンが、前記リッドプレートの中心軸から、前記中心軸から内側ゾーン半径方向距離まで画定されており、前記中間ゾーンが、前記内側ゾーン半径方向距離から、前記中心軸から中間ゾーン半径方向距離まで画定されており、前記外側ゾーンが、前記中間ゾーン半径方向距離から、前記輪郭底面の外周エッジにおける外側ゾーン半径方向距離まで画定され、
   前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記内側ゾーンが、前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記中間ゾーンよりも大きな間隙を有し、前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記中間ゾーンが、前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記外側ゾーンよりも大きな間隙を有し、
   前記外側ゾーンが、前記中間ゾーンから前記ガス分配プレートの前記上面まで傾斜して外側ゾーン角を形成しており、
   前記輪郭底面の前記外側ゾーンが、前記リッドプレートに形成されたポンピング孔を通して前記ポンピングチャネルに接続されている、
   処理チャンバのリッドアセンブリ。
2. 前記輪郭底面の前記中間ゾーンが、実質的に均一な間隙を形成している、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
3. 前記実質的に均一な間隙が、２．５４ｍｍ（０．１インチ）から５０．８ｍｍ（２インチ）の範囲である、請求項２に記載のリッドアセンブリ。
4. 前記中間ゾーンが、前記中心軸から前記外側ゾーン半径方向距離までの距離の１０％から９０％の範囲を占める、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
5. 前記ポンピング孔が、前記輪郭底面の前記外側ゾーンに形成されている、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
6. 中心軸に沿って延びるガス分散チャネルを包囲するハウジングであって、前記ガス分散チャネルが上部および下部を有する、前記ハウジング；
   前記ハウジングに連結されたリッドプレートであって、前記ガス分散チャネルの前記下部に連結された中央開口部から前記リッドプレートの周辺部分まで下方および外方に延びる輪郭底面を有する前記リッドプレート；および
   前記リッドプレートの下方に配置されたガス分配プレートであって、前記ガス分配プレートと前記リッドプレートとの間にポンピングチャネルを形成するように構成された上部外周輪郭を有し、かつ、上面と、底面であって、前記上面から前記底面まで前記ガス分配プレートを貫通する複数の開孔を有する前記底面とを有しており、前記リッドプレートの前記輪郭底面と前記ガス分配プレートの上面とが間隙を画定している、前記ガス分配プレート
   を備え、
   前記リッドプレートの前記輪郭底面が、内側ゾーン、中間ゾーンおよび外側ゾーンを含み、
   前記内側ゾーンが、前記リッドプレートの中心軸から、前記中心軸から内側ゾーン半径方向距離まで画定されており、前記中間ゾーンが、前記内側ゾーン半径方向距離から、前記中心軸から中間ゾーン半径方向距離まで画定されており、前記外側ゾーンが、前記中間ゾーン半径方向距離から、前記輪郭底面の外周エッジにおける外側ゾーン半径方向距離まで画定され、
   前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記内側ゾーンが、前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記中間ゾーンよりも大きな間隙を有し、前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記中間ゾーンが、前記リッドプレートの前記輪郭底面の前記外側ゾーンよりも大きな間隙を有し、
   前記外側ゾーンが、前記中間ゾーンから前記リッドプレートの前面へと傾斜して外側ゾーン角を形成しており、
   前記輪郭底面の前記外側ゾーンが、前記リッドプレートに形成されたポンピング孔を通して前記ポンピングチャネルに接続されており、
   前記ポンピング孔が、８５°から９５°の範囲の角度で前記輪郭底面の前記外側ゾーンと交差する、処理チャンバのリッドアセンブリ。
7. 前記外側ゾーンに、２４から１４４個の範囲のポンピング孔が存在する、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
8. 前記ポンピングチャネルと流体連結する少なくとも１つのポンプポートをさらに備える、請求項１に記載のリッドアセンブリ。
9. 請求項１に記載の前記リッドアセンブリを備える処理チャンバ。
10. 前記ガス分散チャネルに流体連結された遠隔プラズマ源をさらに備える、請求項９に記載の処理チャンバ。

Images