特許 5912140 多レベルシャワーヘッド設計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5912140

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】多レベルシャワーヘッド設計

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20160414BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   H01L21/205

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-558006(P2013-558006)

(86)(22)【出願日】2011年10月28日

(65)【公表番号】特表2014-512458(P2014-512458A)

(43)【公表日】2014年5月22日

(86)【国際出願番号】US2011058222

(87)【国際公開番号】WO2012128789

(87)【国際公開日】20120927

【審査請求日】2014年10月27日

(31)【優先権主張番号】61/454,067

(32)【優先日】2011年3月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】オルガド， ドナルド ジェー． ケー．

【審査官】 伊藤 光貴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０８８２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１０９９１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２７２８９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−３２３３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６０８６６７７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９１３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５９５６０６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１４２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１８１１８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００９５２２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５０８７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０３００３５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２１１７０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−３２７２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００００４２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のプレートと、
ガスマニホルドを形成するために前記第１のプレートに結合される第２のプレートと、
前記第２のプレートに結合され、その中に配置された１つまたは複数の温度制御チャネルを有する第３のプレートであり、前記第３のプレートが、それを貫通して形成された第１の複数のガス通路および第２の複数のガス通路を有する、前記第３のプレートと、
前記第２のプレートと前記第３のプレートとの間に配置された第４のプレートであり、前記第４のプレートが、その中に形成され、前記第３のプレートの前記第２の複数のガス通路に流体的に結合される複数のチャネルを有し、前記第４のプレートが、その中を貫通して形成され、前記ガスマニホルドを前記第３のプレートの前記第１の複数のガス通路に流体的に結合させる複数のガス通路を有する、前記第４のプレートと
を含み、
前記第３のプレートが第６のプレートに結合された第５のプレートを含み、第５のプレートと第６のプレートとの間に単一の温度制御チャネルが配置されている、シャワーヘッドアセンブリ。

【請求項2】

第１のプレートと、
ガスマニホルドを形成するために前記第１のプレートに結合される第２のプレートと、
前記第２のプレートに結合され、その中に配置された１つまたは複数の温度制御チャネルを有する第３のプレートであり、前記第３のプレートが、それを貫通して形成された第１の複数のガス通路および第２の複数のガス通路を有する、前記第３のプレートと、
前記第２のプレートと前記第３のプレートとの間に配置された第４のプレートであり、前記第４のプレートが、その中に形成され、前記第３のプレートの前記第２の複数のガス通路に流体的に結合される複数のチャネルを有し、前記第４のプレートが、その中を貫通して形成され、前記ガスマニホルドを前記第３のプレートの前記第１の複数のガス通路に流体的に結合させる複数のガス通路を有する、前記第４のプレートと
を含み、
前記第３のプレートが第６のプレートに結合された第５のプレートを含み、第５のプレートと第６のプレートの間に単一の温度制御チャネルが配置されており、前記第１および第２のガス通路が、前記第５および第６のプレートに結合された複数の流体導管を含んでいる、シャワーヘッドアセンブリ。

【請求項3】

前記第１、第２、および第３のプレートが複数の機械的締結具を使用して互いに結合されている、請求項１または２に記載のアセンブリ。

【請求項4】

前記第４のプレートの前記ガス通路が前記第４のプレートの前記チャネルから隔離されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項5】

第１のプレートと、
複数のガスマニホルドを形成するために前記第１のプレートに結合される第２のプレートと、
前記第２のプレートに結合され、その中に配置された１つまたは複数の温度制御チャネルを有する第３のプレートであり、前記第３のプレートが、それを貫通して形成された第１の複数のガス通路および第２の複数のガス通路を有する、前記第３のプレートと、
前記第２のプレートと前記第３のプレートとの間に配置された第４のプレートであり、前記第４のプレートが、その中に形成され、前記第３のプレートの前記第２の複数のガス通路に流体的に結合される複数のチャネルを有し、前記第４のプレートが、その中を貫通して形成され、前記複数のガスマニホルドを前記第３のプレートの前記第１の複数のガス通路に流体的に結合させる複数のガス通路を有する、前記第４のプレートと
を含み、
前記第３のプレートが第６のプレートに結合された第５のプレートを含み、第５のプレートと第６のプレートとの間に単一の温度制御チャネルが配置されている、シャワーヘッドアセンブリ。

【請求項6】

前記第１および第２のガス通路が、前記第５および第６のプレートに結合された複数の流体導管を含んでいる、請求項５に記載のアセンブリ。

【請求項7】

前記複数の流体導管が温度制御チャネルを貫通して配置されている、請求項６に記載のアセンブリ。

【請求項8】

前記第４のプレートが、前記複数のチャネルおよび前記複数のガス通路を２つ以上の隔離された領域に分離する１つまたは複数の壁を有している、請求項５から７のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項9】

前記２つ以上の隔離された領域が、外側領域の内部に配置された内側領域を含んでいる、請求項８に記載のアセンブリ。

【請求項10】

前記第１、第２、および第３のプレートが複数の機械的締結具を使用して互いに結合されている、請求項５から９のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項11】

第１のプレートと、
第１のガスマニホルドおよび第２のガスマニホルドを形成するために前記第１のプレートに結合される第２のプレートと、
前記第２のプレートに結合され、その中に配置された１つまたは複数の温度制御チャネルを有する第３のプレートであり、前記第３のプレートが、それを貫通して形成された第１の複数のガス通路および第２の複数のガス通路を有する、前記第３のプレートと、
前記第２のプレートと前記第３のプレートとの間に配置された第４のプレートであり、前記第４のプレートが、その中に形成され、前記第３のプレートの前記第２の複数のガス通路に流体的に結合される複数のチャネルを有し、前記第４のプレートが、その中を貫通して形成され、前記第３のプレートの前記第１の複数のガス通路に流体的に結合される複数のガス通路を有し、前記第４のプレートが、前記複数のチャネルおよび前記複数のガス通路を第１の領域および第２の領域に分離する１つまたは複数の壁を有し、前記第１の領域の前記複数のガス通路が、前記第１のガスマニホルドに流体的に結合され、前記第２の領域の前記複数のガス通路が、前記第２のガスマニホルドに流体的に結合されている、前記第４のプレートと
を含み、
前記第３のプレートが第６のプレートに結合された第５のプレートを含み、第５のプレートと第６のプレートとの間に単一の温度制御チャネルが配置されている、シャワーヘッドアセンブリ。

【請求項12】

前記第１および第２のガス通路が、前記第５および第６のプレートに結合された複数の流体導管を含んでいる、請求項１１に記載のアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、一般に、基板への化学気相堆積（ＣＶＤ）のための装置および方法に関し、特に、シャワーヘッドを出る前に混合せずに多数の前駆体を送出するための、まとめて固定された多数のプレートで構成されたシャワーヘッドアセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＩＩ−Ｖ族膜は、短波長発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ならびに高電力、高周波、高温トランジスタおよび集積回路を含む電子デバイスなどの様々な半導体デバイスの開発および製造において重要性を増しつつある。例えば、短波長（例えば、青／緑から紫外）ＬＥＤはＩＩＩ族窒化物半導体材料の窒化ガリウム（ＧａＮ）を使用して製造される。ＧａＮを使用して製造された短波長ＬＥＤは、ＩＩ−ＶＩ族材料などの非窒化物半導体材料を使用して製造された短波長ＬＥＤよりも著しく大きい効率と長い動作寿命とを備えることができることが観察されている。

【0003】

ＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物を堆積させるために使用されている１つの方法は有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）である。この化学気相堆積法は、一般に、ガリウム（Ｇａ）などのＩＩＩ族からの少なくとも１つの元素を含む第１の前駆体ガスの安定性を保証するために温度制御された環境を有するリアクタで実施される。アンモニア（ＮＨ_３）などの第２の前駆体ガスは、ＩＩＩ族窒化物を形成するのに必要とされる窒素を供給する。２つの前駆体ガスはリアクタ内の処理ゾーンに注入され、処理ゾーン中で混合して加熱基板の方に移動する。キャリアガスを使用して、前駆体ガスを基板の方に移送するのを支援することができる。前駆体は加熱基板の表面で反応して、基板表面にＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物層を形成する。膜の品質は一部は堆積均一性によって決まり、そしてまた、その堆積均一性は、基板の端から端まで均一な温度で基板の端から端まで前駆体を均一に混合することによって決まる。

【0004】

多数の基板を基板キャリアに配列することができ、各基板は５０ｍｍから１００ｍｍ以上に及ぶ直径を有することができる。より大きい基板および／またはより多くの基板およびより大きい堆積区域の上で前駆体を均一に混合することが、歩留およびスループットを向上させるために望ましい。これらの要因は、電子デバイスを生成するコスト、したがって、市場におけるデバイス製造業者の競争力に直接影響を与えるので重要である。

【0005】

ＬＥＤまたはＬＤ形成リアクタの処理ゾーンでしばしば見いだされる高温ハードウェア構成要素と前駆体ガスとの相互作用により、一般に、前駆体は分解して高温表面上に堆積する。一般に、高温リアクタ表面は、基板を加熱するために使用される熱源からの放射によって形成される。高温表面での前駆体材料の堆積は、その堆積がガス分配デバイスなどの前駆体分配構成要素内または上で生じる場合、特に問題となることがある。前駆体分配構成要素への堆積は、時間とともに流量分布均一性に影響を与える。したがって、ガス分配デバイスを堆積プロセスの間冷却し、それにより、ＭＯＣＶＤ前駆体またはＨＶＰＥ前駆体が分解させられてガス分配デバイスの性能に影響を与える温度まで加熱される可能性を低減することができる。

【0006】

所望の堆積区域が増大するにつれて、多数の処理ガスを基板に送出するように構成された従来のガス分配デバイスのサイズおよび複雑度が増加し、それにより、生産コストおよび搬送コストの著しい増加がもたらされる。例えば、多数の前駆体ガスの分配デバイスでは、複数のマニホルドおよびガス通路がいくつかの大きいプレートに形成され、次に、プレートは、積み重ねられ恒久的に取り付けられて多数の前駆体ガスの分配デバイスを形成することができる。ガス分配デバイスが１ｍ^２以上の堆積区域を有効範囲に含むように増大し、ガス分配通路の数が総計で５０００を超えるとき、このデバイスを生産する複雑度およびコストは劇的に増加する。したがって、ガス分配デバイスの複雑度および生産コストを低減しながらより大きい基板およびより大きい堆積区域の上に引き続き堆積される膜の均一性を改善するために改善されたガス分配デバイスの必要性がある。

【発明の概要】

【0007】

本発明の１つの実施形態では、シャワーヘッドアセンブリは、第１のプレートと、ガスマニホルドを形成するために第１のプレートに結合される第２のプレートと、第２のプレートに結合され、その中に配置された１つまたは複数の温度制御チャネルを有する第３のプレートと、第２のプレートと第３のプレートとの間に配置された第４のプレートとを含む。第３のプレートは、それを貫通して形成された第１の複数のガス通路および第２の複数のガス通路を有する。第４のプレートは、その中に形成され、第３のプレートの第２の複数のガス通路に流体的に結合される、複数のチャネルを有し、第４のプレートは、それを貫通して形成され、ガスマニホルドを第３のプレートの第１の複数のガス通路に流体的に結合させる複数のガス通路を有する。

【0008】

別の実施形態では、シャワーヘッドアセンブリは、第１のプレートと、複数のガスマニホルドを形成するために第１のプレートに結合される第２のプレートと、第２のプレートに結合されて、その中に配置された１つまたは複数の温度制御チャネルを有する第３のプレートと、第２のプレートと第３のプレートとの間に配置された第４のプレートとを含む。第３のプレートは、それを貫通して形成された第１の複数のガス通路および第２の複数のガス通路を有する。第４のプレートは、その中に形成され、第３のプレートの第２の複数のガス通路に流体的に結合される、複数のチャネルを有する。第４のプレートは、それを貫通して形成され、複数のガスマニホルドを第３のプレートの第１の複数のガス通路に流体的に結合させる複数のガス通路を有する。

【0009】

さらなる別の実施形態では、シャワーヘッドアセンブリは、第１のプレートと、第１のガスマニホルドおよび第２のガスマニホルドを形成するために第１のプレートに結合される第２のプレートと、第２のプレートに結合され、その中に配置された１つまたは複数の温度制御チャネルを有する第３のプレートと、第２のプレートと第３のプレートとの間に配置された第４のプレートとを含む。第３のプレートは、それを貫通して形成された第１の複数のガス通路および第２の複数のガス通路を有する。第４のプレートは、その中に形成され、第３のプレートの第２の複数のガス通路に流体的に結合される、複数のチャネルを有する。第４のプレートは、それを貫通して形成され、第３のプレートの第１の複数のガス通路に流体的に結合される複数のガス通路を有する。第４のプレートは、複数のチャネルおよび複数のガス通路を第１の領域および第２の領域に分離する１つまたは複数の壁を有する。第１の領域の複数のガス通路は第１のガスマニホルドに流体的に結合され、第２の領域の複数のガス通路は第２のガスマニホルドに流体的に結合される。

【0010】

本発明の上記の特徴が詳細に理解されるように、上述で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を、実施形態を参照することによって行い、実施形態の一部を添付図面に示す。しかし、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本発明は他の均等に有効な実施形態を許容することができるので本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本明細書で説明する実施形態による、窒化物化合物半導体デバイスを製造するための処理システムを示す概略平面図である。

【図2】１つの実施形態による処理チャンバの概略断面図である。

【図3A】１つの実施形態によるシャワーヘッドの概略断面図である。

【図3B】図３Ａに示した中間プレートの概略上面図である。

【図3C】図３Ａに示したダイバータプレートの概略上面図である。

【図4A】別の実施形態によるシャワーヘッドの概略断面図である。

【図4B】図４Ａに示した中間プレートの概略上面図である。

【図4C】図４Ａに示した底部プレートの概略上面図である。

【図4D】図４Ａに示したダイバータプレートの概略上面図である。

【図5】図３Ａ〜３Ｃに示したシャワーヘッドの分解直交図である。

【図6】図４Ａ〜４Ｄに示したシャワーヘッドの分解直交図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態は、一般に、多数の前駆体ガスを処理チャンバの処理領域に別々に供給することによって膜を堆積するのに利用することができる方法および装置を提供する。一般に、この装置はまとめて固定された多数のプレートで製作されたシャワーヘッドアセンブリである。シャワーヘッドアセンブリは、最上部プレートおよび中間プレートによって境界をつけられたガスマニホルドと、中間プレートおよび底部熱交換プレートによって境界をつけられたダイバータプレートとを含む。第１の処理ガスはガスマニホルドに入り、ダイバータプレートによってそらされて底部プレートを通る。第２のガスはガスマニホルドに入り、第１および第２のガスがシャワーヘッドを出る前に混合しないようにダイバータプレートによってそらされて底部プレートを通る。１つの実施形態では、第１の処理ガスは、シャワーヘッドの中央領域および外側領域を通して異なる流量および／または圧力で分配される。その上、第２の処理ガスは、シャワーヘッドの中央領域および外側領域を通して異なる流量および／または圧力で分配することができる。

【0013】

図１は、本明細書で説明する実施形態による、半導体デバイスを製造するための１つまたは複数の処理チャンバ１０２を含む処理システム１００の１つの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に結合された処理チャンバ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、基板を格納するため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、基板をロードするためのロードステーション１１０を含む。移送チャンバ１０６は、ロードロックチャンバ１０８と処理チャンバ１０２との間で基板を取り上げて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）を収容する。ロボットアセンブリは、さらに、処理チャンバ１０２またはロードロックチャンバ１０８のいずれかから処理システム１００の真空環境で基板を格納するためのバッチロードロックチャンバに基板を移送するように動作可能である。単一の処理チャンバ１０２が示されているが、１つを超える処理チャンバ１０２を移送チャンバ１０６に結合させることもできる。処理チャンバ１０２はＭＯＣＶＤチャンバまたはＨＶＰＥチャンバとすることができる。その上、クラスタツールが示されているが、本明細書で説明する実施形態は直線的トラックシステムを使用して実施することができる。

【0014】

処理システム１００において、ロボットアセンブリ（図示せず）は基板を装填した基板キャリアプレート１１２を処理チャンバ１０２に移送して、堆積が行われる。一部またはすべての堆積ステップが完了した後、基板キャリアプレート１１２は移送ロボットを介して処理チャンバ１０２からロードロックチャンバ１０８に移送して戻される。次に、基板キャリアプレート１１２をロードステーション１１０に移送することができる。基板キャリアプレート１１２は、ＭＯＣＶＤチャンバ１０２でさらに処理する前に、ロードロックチャンバ１０８またはバッチロードロックチャンバ１０９のいずれかに格納することができる。

【0015】

各処理チャンバ１０２は、一般に処理チャンバ本体１５０を含み、この処理チャンバ本体１５０は、基板が処理を受けるために位置決めされる処理領域を囲む。各処理チャンバ１０２は、ガス前駆体をチャンバ本体１５０に送出する化学デリバリモジュール１５２と、処理チャンバ１０２ごとの電気システムを含む電気モジュール１５４とをさらに含む。

【0016】

システムコントローラ１６０は、処理システム１００の作業と動作パラメータとを制御する。システムコントローラ１６０は、コンピュータプロセッサと、プロセッサに結合されたコンピュータ可読メモリとを含む。プロセッサは、メモリに記憶されたコンピュータプログラムなどのシステム制御ソフトウェアを実行する。

【0017】

図２は、１つの実施形態による処理チャンバ１０２の概略断面図である。処理チャンバ１０２は、シャワーヘッドアセンブリ２０１がチャンバ１０２の上端部に配置されたチャンバ本体２０２と、チャンバ１０２の下端部に配置された下部ドーム２１９とを含む。シャワーヘッドアセンブリ２０１の内部詳細が、図３Ａ〜Ｃおよび４Ａ〜Ｄに関して図示および説明される。

【0018】

基板支持体２１４がチャンバ本体２０２内に配置され、その結果、処理容積部２０８が、基板支持体２１４、シャワーヘッドアセンブリ２０１、およびチャンバ本体２０２の壁の間に画定される。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処理容積部２０８に送出するために、化学デリバリモジュール２０３がシャワーヘッドアセンブリ２０１に結合される。その上、熱交換システム２７０が、シャワーヘッドアセンブリ２０１の温度を調整するのに役立つように熱交換流体をシャワーヘッドアセンブリ２０１を通して流すためにシャワーヘッドアセンブリ２０１に結合される。

【0019】

遠隔プラズマ源２２６は、化学デリバリモジュール２０３とシャワーヘッドアセンブリ２０１との間に結合することができる。洗浄導管２０４は、洗浄ガスを処理容積部２０８に送出するためにシャワーヘッドアセンブリ２０１を貫通して配置することができる。例示の洗浄ガスは、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／または他の反応性ガスである。真空システム２１２は、処理容積部２０８を排気するためにチャンバ本体２０２に結合される。処理の間、基板キャリアプレート１１２は、処理容積部２０８内の基板支持体２１４に位置決めされる。アクチュエータアセンブリ２７５は基板支持体２１４に取り付けられ、処理位置とローディング位置との間で基板支持体２１４をシャワーヘッドアセンブリ２０１に対して進退させるように構成される。その上、アクチュエータアセンブリは、処理の間、基板支持体２１４を中心軸「ＣＡ」のまわりに回転させるように構成することができる。処理容積部２０８に隣接するシャワーヘッドアセンブリ２０１の表面から基板キャリアプレート１１２までの距離は、処理の間、好ましくは、約４ｍｍから約４１ｍｍの範囲にわたる。いくつかの実施形態では、基板支持体２１４は、内部に配置されて、基板支持体２１４、したがって基板支持体２１４条に位置決めされた基板キャリアプレート１１２ならびに基板キャリアプレート１１２に位置決めされた基板２４０の温度を制御するように構成された加熱要素（例えば、抵抗加熱要素（図示せず））を有する。

【0020】

下部容積部２１０は、基板支持体２１４と下部ドーム２１９との間に画定される。基板支持体２１４は、上昇処理位置で基板キャリアプレート１１２を支持しているように示されているが、例えば、基板キャリアプレート１１２を、基板２４０とともに、ロードまたはアンロードすることができる下部位置に移動させることができる。排気リング２２０は、堆積が下部ドーム２１９で生じないようにするのに役立ち、さらに、チャンバ１０２からの排気ガスを排気口２０９に導くのに役立つように基板キャリアプレート１１２の周辺のまわりに配置することができる。下部ドーム２１９は、基板２４０の放射加熱のために光が通過できるように高純度石英などの透明材料で製作することができる。放射加熱は、下部ドーム２１９の下方に配置された複数の内側ランプ２２１Ａおよび外側ランプ２２１Ｂで行うことができる。リフレクタ２６６は、内側および外側ランプ２２１Ａ、２２１Ｂによって供給される放射エネルギーにチャンバ１０２をさらすのを制御するのに役立つように使用することができる。ランプの追加リング（図示せず）を、基板２４０のより細かい温度制御のために使用することができる。

【0021】

パージガスは、化学デリバリモジュール２０３から、チャンバ本体２０２の底部の近くに配置されたパージガス管２８３を通して送出することができる。パージガスは、チャンバ１０２の下部容積部２１０に入り、基板キャリアプレート１１２および排気リング２２０を通り越して上方に流れて、環状排気チャネル２０５のまわりに配置された多数の排気口２０９に入る。基板支持体２１４と排気リング２２０との間のパージガスの上昇流れは、堆積ガスが下部容積部２１０に入らないようにし、下部ドーム２１９の表面への膜堆積を防止するのに役立つ。

【0022】

上記のように、化学デリバリモジュール２０３は処理チャンバ１０２に化学物質を送出する。反応性ガス（例えば、前駆体ガス）、キャリアガス、パージガス、および洗浄ガスは、化学デリバリモジュール２０３から供給ラインを通してチャンバ１０２に供給することができる。一般に、ガスの各々の供給ラインは、関連するラインへのガスの流れを自動または手動で遮断するのに使用することができる遮断バルブと、供給ラインを通るガスまたは液体の流量を測定する質量流量コントローラまたは他のタイプのコントローラとを含む。ガスの各々の供給ラインは、前駆体濃度をモニタし、実時間フィードバックを行うための濃度モニタをさらに含むことができる。前駆体ガス濃度を制御するために背圧調節器を含むことができる。迅速で正確なバルブ切換機能のためにバルブ切換制御を使用することができる。ガスラインの湿度センサは水レベルを測定し、システムソフトウェアにフィードバックを行うことができ、その結果、オペレータに警報／警告を与えることができる。ガスラインは、さらに、前駆体および洗浄ガスが供給ライン中で凝縮しないように加熱することができる。

【0023】

図３Ａは、１つの実施形態によるシャワーヘッド２０１の概略断面図である。図５は、図３Ａに示したシャワーヘッド２０１の概略分解直交図である。シャワーヘッドアセンブリ２０１は、中間プレート３２０に結合された最上部プレート３１０を含む。底部プレート３３０は中間プレート３２０の下方に配置される。最上部プレート３１０は、最上部プレート３１０と中間プレート３２０との間に形成されたガスマニホルド３２５に第１の処理ガスを送出するために最上部プレート３１０を貫通して形成された１つまたは複数のガス入口３０４を有するアルミニウムまたはステンレス鋼プレートとすることができる。図３Ｂは、図３Ａに示した中間プレート３２０の概略上面図である。中間プレート３２０は、そこに形成された穴３２２と、それを貫通して形成された複数のガス通路３２４とを有するアルミニウムまたはステンレス鋼プレートとすることができる。複数のガス通路３２４は、図示のように複数の列に配列することができる。マニホルド３２５は、中間プレート３２０の止り穴３１４に係合する複数のねじ３１２または他の好適な締結具を使用して最上部プレート３１０を中間プレート３２０に結合させることによって形成することができる。最上部プレート３１０および中間プレート３２０の合せ面は、それらが取り付けられたとき、金属−金属シールが最上部プレート３１０と中間プレート３２０との間に維持され、その結果、マニホルド３２５に入る流体がシャワーヘッドアセンブリ２０１の周辺のまわりで密閉されるように機械加工することができる。代替として、他のシーリング手段、例えば、Ｏリングなどが流体シールを維持するために使用される。

【0024】

第１の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３によって１つまたは複数のガス入口３０４を通してガスマニホルド３２５に送出することができる。第１の処理ガスはマニホルド３２５中で混合し、複数のガス通路３２４を通ってマニホルド３２５を出ていく。１つの例では、第１の処理ガスは、好適なガリウム（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））、好適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））、または好適なインジウム前駆体（例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩ））などの有機金属前駆体である。

【0025】

図３Ａに示すように、底部プレート３３０は、内部に穴３３６が形成されている第２のプレート３３４に結合された第１のプレート３３２を含む。第１のプレート３３２は、それを貫通して形成された複数の孔３３３を有するアルミニウムまたはステンレス鋼プレートとすることができる。第２のプレート３３４は、それを貫通して形成されて、各々がそれぞれの孔３３３と合致する複数の孔３３５を有するアルミニウムまたはステンレス鋼プレートとすることができる。孔３３３、３３５は、図示のように複数の列に配列することができる。複数の導管３３８は、各対の位置合わせされた孔３３３、３３５内に配置され、第１のプレート３３２および第２のプレート３３４に、例えば、ろう付けまたは溶接などによって結合される。第１のプレート３３２および第２のプレート３３４は、単一チャネル３３７が、それを通過する導管３３８を有し、第１のプレート３３２と第２のプレート３３４との間に形成され、シャワーヘッドアセンブリ２０１の周辺のまわりで密閉されるように、例えば、ろう付けまたは溶接などによって互いに結合される。その上、１つまたは複数の流体入口３３１および流体出口３３９が底部プレート３３０に形成され、チャネル３３７を熱交換システム２７０の入口および出口に流体的に結合させる。

【0026】

熱交換流体は、熱交換システム２７０から１つまたは複数の流体入口３３１を通してチャネル３３７に送出することができる。次に、熱交換流体は導管３３８を囲むチャネル３３７を通って循環する。次に、熱交換流体は、１つまたは複数の流体出口３３９を通ってチャネル３３７を出ていき、熱交換システム２７０に戻る。好適な熱交換流体には、限定はしないが、水、水ベースエチレングリコール混合物、パーフルオロポリエーテル（例えば、ＧＡＬＤＥＮ（登録商標）流体）、オイルベース熱移送流体、または類似の流体が含まれる。

【0027】

シャワーヘッド２０１は、中間プレート３２０と底部プレート３３０との間に配置されたダイバータプレート３４０をさらに含む。ダイバータプレート３４０は、一般に、シャワーヘッド２０１を通って流れる２つの別個のガスの間の分離を維持する。図３Ｃは、図３Ａに示したダイバータプレート３４０の概略上面図である。ダイバータプレート３４０は、ポリマー材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリビニリデン（ＰＦＤＦ）、ポリエチレン（ＰＥ））またはアルミニウムもしくはステンレス鋼などの金属で製作することができる。ダイバータプレート３４０は、それを貫通して配置され、ガス通路３２４およびいくつかの導管３３８と位置合わせされた複数の第１のガス通路３４２を含む。第１のガス通路３４２は、図示のように中間プレート３２０のガス通路３２４の列と一致する複数の列に整列させることができる。第１のガス通路３４２の列は、さらに、導管３３８の１つおきの列と位置合わせさせることができる。

【0028】

追加として、チャネル３４４が、ダイバータプレート３４０において第１のガス通路３４２の隣り合う列間に形成される。複数の第２のガス通路３４６が、導管３３８の１つおきの列と位置合わせされたチャネル３４４の各々の内にダイバータプレート３４０を貫通して形成される。ダイバータプレート３４０は、ダイバータプレート３４０の周辺のまわりに配置され、チャネル３４４の各々と流体連通する周辺チャネル３４８をさらに含む。その上、中間プレート３２０は、化学デリバリモジュール２０３からの第２の処理ガスを周辺チャネル３４８に送出するために中間プレート３２０を貫通して配置された１つまたは複数のガス入口３２８を含む。

【0029】

中間プレート３２０および底部プレート３３０は、底部プレート３３０の止り穴３１６に係合する複数のねじ３１２または他の好適な締結具を使用して互いに結合される。中間プレート３２０および底部プレート３３０の合せ面は、それらが取り付けられたとき、金属−金属シールが中間プレート３２０と底部プレート３３０との間に維持され、その結果、周辺チャネル３４８に入る流体がシャワーヘッドアセンブリ２０１の周辺のまわりで密閉されるように機械加工することができる。代替として、他のシーリング手段、例えば、Ｏリングなどが流体シールを維持するために使用される。

【0030】

第２の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３によって１つまたは複数のガス入口３２８を通して周辺チャネル３４８に送出することができる。第２の処理ガスは周辺チャネル３４８からチャネル３４４に分配され、第２の複数のガス通路３４６を通して送出される。１つの例では、第２の処理ガスは、アンモニア（ＮＨ_３）などの好適な窒素含有処理ガスまたは他のＭＯＣＶＤもしくはＨＶＰＥ処理ガスである。

【0031】

ダイバータプレート３４０は、中間プレート３２０と底部プレート３３０との間に挟まれる。ガスマニホルド３２５から第１のガス通路３４２を通して送出される流体が、それぞれの導管３３８を通して送出される前に、周辺チャネル３４８に送出されて第２のガス通路３４６を通る流体と混合されないために、ダイバータプレート３４０と中間プレート３２０との間の合せ面ならびにダイバータプレート３４０と底部プレート３３０との間の合せ面が表面−表面シールを形成するようにダイバータプレート３４０を形成することができる。代替として、他のシーリング手段、例えば、Ｏリングなどが流体シールを維持するために使用される。

【0032】

図２および３Ａを参照すると、有機金属前駆体などの第１の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３から１つまたは複数のガス入口３０４を通してガスマニホルド３２５に送出することができる。次に、第１の処理ガスは、ガスマニホルド３２５から中間プレートの複数のガス通路３２４を通し、さらにダイバータプレート３４０の第１のガス通路３４２を通して送出される。次に、第１の処理ガスは、第１のガス通路３４２と位置合わせされた導管３３８を通し、処理容積部２０８に送出される。

【0033】

実質的に同時に、窒素前駆体などの第２の処理ガスを、化学デリバリモジュール２０３から１つまたは複数のガス入口３２８を通して周辺チャネル３４８に送出することができる。第２の処理ガスは、中間プレート３２０の周辺チャネル３４８からチャネル３４４に、さらに第２の複数のガス通路３４６を通して分配される。次に、第２の処理ガスは、第２のガス通路３４６と位置合わせされた導管３３８を通して、処理容積部２０８に送出される前に第１の処理ガスと混合することなく、処理容積部２０８に送出される。

【0034】

同時に、第１および第２の処理ガスをシャワーヘッド２０１を通して処理容積部２０８に送出しつつ、熱交換流体を、熱交換システム２７０から底部プレート３３０の１つまたは複数の流体入口３３１を通してチャネル３３７に送出することができる。熱交換流体はチャネル３３７を通って循環し、第１および第２の処理ガスならびに処理容積部２０８に面する底部プレート３３０の表面を冷却する。次に、熱交換流体は１つまたは複数の流体出口３３９を通ってチャネル３３７を出ていき、熱交換システム２７０に戻る。

【0035】

図４Ａは、別の実施形態によるシャワーヘッド２０１の概略断面図である。図６は、図４Ａに示したシャワーヘッド２０１の概略分解直交図である。図４Ａに示した実施形態のフィーチャの多くは、図３Ａに示し、図３Ａに関して説明したものと同じであり、ここではさらには説明しない。図４Ａに示すように、最上部プレート４１０は、処理ガスを外側ガスマニホルド４２５に送出するために最上部プレート４１０を貫通して形成された１つまたは複数の外側ガス入口４０４と、同じまたは異なる処理ガスを内側ガスマニホルド４２６に別々に送出するために最上部プレート４１０を貫通して形成された１つまたは複数の内側ガス入口４０５とを含む。１つの実施形態では、同じ処理ガスが、異なる流量および／または圧力で、外側ガスマニホルド４２５および内側ガスマニホルド４２６に送出される。

【0036】

図４Ｂは、図４Ａに示した中間プレート４２０の概略上面図である。中間プレート４２０は、その中に形成され、環状壁４２１によって分離された外側穴４２２および内側穴４２３を有する。中間プレート４２０を貫通して形成されたガス通路４２４は、複数の列に配列することができる。外側および内側ガスマニホルド４２５、４２６は、前に説明したように複数のねじ３１２または他の好適な締結具を使用して最上部プレート４１０を中間プレート４２０に結合させることよって形成される。最上部プレート４１０および中間プレート４２０の合せ面は、それらが取り付けられたとき、金属−金属シールが最上部プレート４１０と中間プレート４２０との間に維持され、その結果、内側ガスマニホルド４２６に入る流体が外側ガスガスマニホルド４２５に入る流体から密閉され、逆の場合も同様であるように機械加工することができる。その上、外側ガスマニホルド４２５に入る流体は、シャワーヘッドアセンブリ２０１の周辺のまわりで密閉される。代替として、他のシーリング手段、例えば、Ｏリングなどが流体シールを維持するために使用される。

【0037】

第１の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３によって１つまたは複数のガス入口４０４を通して外側ガスマニホルド４２５に第１の流量および／または圧力で送出することができる。同じまたは異なる第１の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３によって１つまたは複数のガス入口４０５を通して内側ガスマニホルド４２６に第１の流量および／または圧力と異なる第２の流量および／または圧力で送出することができる。

【0038】

図４Ａに示すように、底部プレート４３０は、単一のアルミニウムまたはステンレス鋼プレートから生産される。図４Ｃは、図４Ａに示した底部プレート４３０の概略上面図である。図４Ａおよび４Ｃに示した底部プレート４３０はそれを貫通して形成された複数のガス通路４３３を有し、複数のガス通路４３３は図示のように複数の列に配列することができる。底部プレート４３０は、ガス通路４３３の列間に形成された複数のチャネル４３５をさらに有する。底部プレート４３０は、図４Ｃに示すように、チャネル４３５の方向に実質的に垂直な方向のガス通路４３３間に形成され、チャネル４３５と流体連通する複数の交差チャネル４３６をさらに有することができる。その上、１つまたは複数の供給チャネル４３２および１つまたは複数の戻りチャネル４３７が、底部プレート４３０に形成され、チャネル４３５および／または交差チャネル４３６と流体連通する。チャネル４３５、交差チャネル４３６、供給チャネル４３２、および戻りチャネル４３７は、所定の位置にろう付けまたはレーザ溶接されるアルミニウムまたはステンレス鋼キャップ４３８（図４Ｃに図示せず）により別々に密閉される。加えて、１つまたは複数の流体入口４３１および流体出口４３９が、底部プレート４３０に形成され、チャネル４３５および／または交差チャネル４３６を供給チャネル４３２および戻りチャネル４３７を通して熱交換システム２７０に流体的に結合させる。

【0039】

熱交換流体は、熱交換システム２７０から１つまたは複数の流体入口４３１を通して１つまたは複数の供給チャネル４３２に送出することができる。次に、熱交換流体は、チャネル４３５および／または交差チャネル４３６を通って１つまたは複数の戻りチャネル４３７に循環する。次に、熱交換流体は１つまたは複数の流体出口４３９を通ってシャワーヘッド２０１を出ていき、熱交換システム２７０に戻る。

【0040】

ダイバータプレート４４０は、図３Ａに示し、図３Ａに関して説明したものと同様に、中間プレート４２０と底部プレート４３０との間に配置される。図４Ｄは、図４Ａに示したダイバータプレート４４０の概略上面図である。ダイバータプレート４４０は、それを貫通して配置され、ガス通路４２４といくつかのガス通路４３３とに位置合わせされた複数の第１のガス通路４４２を含む。第１のガス通路４４２は、中間プレート４２０のガス通路４２４の列と一致する複数の列に整列させることができる。第１のガス通路４４２の列は、さらに、底部プレート４３０のガス通路４３３の１つおきの列と位置合わせさせることができる。

【0041】

チャネル４４４が、ダイバータプレート４４０において第１のガス通路４４２の隣り合う列間に形成される。複数の第２のガス通路４４６が、底部プレート４３０のガス通路４２４の１つおきの列と位置合わせされたチャネル４４４の各々の内にダイバータプレート４４０を貫通して形成される。チャネル４４４は、環状壁４６５によって内側領域４６２と外側領域４６４とに分割される（図４Ｄ）。環状壁４６５はダイバータプレート４４０に形成された環状チャネル４６７を囲むことができ、環状チャネル４６７は内側領域４６２のチャネル４４４と流体連通する。中間プレート４２０に形成され、化学デリバリモジュール２０３に結合された１つまたは複数の第１のガス入口４２９から第２の処理ガスを供給するために、ダイバータプレート４４０はダイバータプレート４４０に形成された１つまたは複数の供給チャネル４６８をさらに有する。ダイバータプレート４４０の周辺のまわりに配置され、ダイバータプレート４４０の外側領域４６４のチャネル４４４と流体連通する周辺チャネル４４８を、ダイバータプレート４４０はさらに含む。その上、中間プレート４２０は、化学デリバリモジュール２０３からの同じまたは異なる第２の処理ガスを周辺チャネル４４８に送出するために中間プレート４２０を貫通して配置された１つまたは複数の第２流体入口４２８を含む。

【0042】

中間プレート４２０および底部プレート４３０は、底部プレート４３０の止り穴３１６に係合する複数のねじ３１２または他の好適な締結具を使用して互いに結合させることができる。中間プレート４２０および底部プレート４３０の合せ面は、それらが取り付けられたとき、金属−金属シールが中間プレート４２０と底部プレート４３０との間に維持され、その結果、周辺チャネル４４８に入る流体がシャワーヘッドアセンブリ２０１の周辺のまわりで密閉されるように機械加工することができる。代替として、他のシーリング手段、例えば、Ｏリングなどが流体シールを維持するために使用される。

【0043】

第２の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３によって１つまたは複数の第２の流体入口４２８を通して周辺チャネル４４８に第１の流量および／または圧力で送出することができる。第２の処理ガスは、周辺チャネル４４８から外側領域４６４のチャネル４４４に分配され、外側領域４６４の第２の複数のガス通路４４６を通して送出される。同時に、同じまたは異なる処理ガスを、化学デリバリモジュール２０３によって１つまたは複数の第１のガス入口４２９を通して１つまたは複数の供給チャネル４６８に送出することができる。第２の処理ガスは、供給チャネル４６８から環状チャネル４６７に、さらに内側領域４６２のチャネル４４４に分配される。次に、第２の処理ガスは、内側領域４６２の第２の複数のガス通路４４６を通して送出される。外側領域４６４および内側領域４６２に送出される第２の処理ガスは、第１の流量および／または圧力と異なる第２の流量および／または圧力の同じまたは異なる処理ガスとすることができる。

【0044】

ダイバータプレート４４０は、中間プレート４２０と底部プレート４３０との間に挟まれる。外側および内側ガスマニホルド４２５、４２６から第１のガス通路４４２を通して送出される流体が、底部プレート４３０のそれぞれのガス通路４３３に送出される前に、外側および内側領域４６４、４６２に送出されて第２のガス通路４４６を通る流体と混合されないために、ダイバータプレート４４０と中間プレート４２０との間の合せ面ならびにダイバータプレート４４０と底部プレート４３０との間の合せ面が表面−表面シールを形成するようにダイバータプレート４４０を形成することができる。代替として、他のシーリング手段、例えば、Ｏリングなどが流体シールを維持するために使用される。

【0045】

図２および４Ａを参照すると、有機金属前駆体などの第１の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３から外側ガスマニホルド４２５に第１の流量および／または圧力で送出することができる。次に、第１の処理ガスは、外側ガスマニホルド４２５から中間プレートの複数のガス通路４２４を通し、さらにダイバータプレート４４０の位置合わせされた第１のガス通路４４２を通して送出される。次に、第１の処理ガスは、第１のガス通路４４２と位置合わせされた底部プレート４３０のガス通路４３３を通して処理容積部２０８に送出される。

【0046】

同時に、第１の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３から内側ガスマニホルド４２６に、外側ガスマニホルド４２５に送出される第１の処理ガスの第１の流量および／または圧力と異なる第２の流量および／または圧力で送出することができる。次に、第１の処理ガスは、内側ガスマニホルド４２６から中間プレートの複数のガス通路４２４を通し、さらにダイバータプレート４４０の位置合わせされた第１のガス通路４４２を通して送出される。次に、第１の処理ガスは、第１のガス通路４４２と位置合わせされた底部プレート４３０のガス通路４３３を通し、処理容積部２０８に送出される。このように、第１の処理ガスは、基板処理に対してより細かい制御を行うために処理体積部２０８の内側および外側領域に異なる流量および／または圧力で送出することができる。

【0047】

実質的に同時に、窒素前駆体などの第２の処理ガスを、化学デリバリモジュール２０３から１つまたは複数のガス入口４２８を通して周辺チャネル４４８に第１の流量および／または圧力で送出することができる。第２の処理ガスは、周辺チャネル４４８からダイバータプレート４４０の外側領域４６４のチャネル４４４に、さらにダイバータプレート４４０の外側領域４６４の第２の複数のガス通路４４６を通して分配される。次に、第２の処理ガスは、外側領域４６４の第２のガス通路４４６と位置合わせされたガス通路４３３を通して、処理容積部２０８に送出される前に第１の処理ガスと混合することなく、処理容積部２０８に送出される。

【0048】

同時に、第２の処理ガスは、化学デリバリモジュール２０３によって、１つまたは複数の第１のガス入口４２９を通して１つまたは複数の供給チャネル４６８に、周辺チャネル４４８に送出される第２の処理ガスの第１の流量および／または圧力と異なる第２の流量および／または圧力で送出することができる。次に、第２の処理ガスは、供給チャネル４６８から環状チャネル４６７に、さらに内側領域４６２のチャネル４４４に、さらにダイバータプレート４４０の内側領域４６２の第２の複数のガス通路４４６を通して分配される。次に、第２の処理ガスは、内側領域４６２の第２のガス通路４４６と位置合わせされたガス通路４３３を通して、第１の処理ガスまたは外側領域４６４を通して送出される第２の処理ガスと混合することなく、処理容積部２０８に送出される。このように、第２の処理ガスは、基板処理に対してより細かい制御を行うために処理体積部２０８の内側および外側領域に異なる流量および／または圧力で送出することができる。

【0049】

同時に、第１および第２の処理ガスをシャワーヘッド２０１を通して処理容積部２０８に送出しつつ、熱交換流体を、熱交換システム２７０から底部プレート４３０の１つまたは複数の供給チャネル４３２に送出することができる。次に、熱交換流体は、チャネル４３５および／または交差チャネル４３６通って循環し、第１および第２の処理ガスならびに処理容積部２０８に面する底部プレート４３０の表面を冷却する。次に、熱交換流体は１つまたは複数の戻りチャネル４３７を通って底部プレート４３０を出ていき、熱交換システム２７０に戻る。

【0050】

したがって、本発明の実施形態は、シャワーヘッドを出る前にガスを混合せずに多数の処理ガスを導入するためのシャワーヘッドを提供する。シャワーヘッドは、ろう付けまたは溶接されるのではなく好適な締結具を使用してまとめて固定された多数のプレートを有する。ろう付けではなく多数のプレートを固定することによってシャワーヘッドを生産すると、より簡単でより費用効率の高い生産プロセスが可能になる。その上、１つまたは複数の表面処置または被覆を生産中にプレートの各々に施すことができ、ろう付けまたは溶接されたシャワーヘッドと比較して、洗浄／改修プロセスの間シャワーヘッドを容易に分解して、被覆を剥離し、洗浄し、かつ／または再塗布することができる。例示の表面処置は、ビードブラスティング、グリットブラスティングなどを含むことができる。例示の被覆は、アルミナ、酸化ジルコニウムイットリウム、酸化イットリウム、酸化クロム、炭化ケイ素などを含むことができる。

【0051】

特定のシャワーヘッド構成が図３Ａ〜３Ｃおよび４Ａ〜４Ｄに示されているが、各構成のいくつかの態様は他のものに同等に適用可能とすることができる。例えば、図３Ａ〜Ｃに関して図示および説明した構成は、処理体積部の内側および外側領域に前駆体ガスの別個の送出を行うために図４Ａ〜４Ｄの多数のマニホルド構成を含むことができる。その上、図３Ａに示した構成は底部プレート３３０の代わりに底部プレート４３０を有することができ、または図４Ａに示した構成は底部プレート４３０の代わりに底部プレート３３０を有することができる。

【0052】

加えて、本明細書の実施形態は、一般に、ＭＯＣＶＤおよびＨＶＰＥのプロセスに関して説明されているが、説明した装置および方法は、多数の処理ガスが、シャワーヘッドを出る前にそれらのガスを混合することなく処理体積部に導入される他のプロセスに同等に適用可能である。

【0053】

前述は本発明の実施形態に関するが、本発明の基本範囲から逸脱することなく本発明の他のおよびさらなる実施形態を考案することができ、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】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】