特表 2022-523049 より良いウエハ均一性のための非対称注入

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-21

(54)【発明の名称】より良いウエハ均一性のための非対称注入

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20220414BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20220414BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20220414BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 E

C23C16/455

H01L21/316 S

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021543200

(86)(22)【出願日】2020-01-30

(85)【翻訳文提出日】2021-09-21

(86)【国際出願番号】 US2020015801

(87)【国際公開番号】W WO2020160211

(87)【国際公開日】2020-08-06

(31)【優先権主張番号】62/798,474

(32)【優先日】2019-01-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/897,900

(32)【優先日】2019-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/776,204

(32)【優先日】2020-01-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ショウノ， エリック キハラ

(72)【発明者】

【氏名】パーンデー， ビスワス クマール

(72)【発明者】

【氏名】オルセン， クリストファー エス．

(72)【発明者】

【氏名】シャー， カルティーク

(72)【発明者】

【氏名】ロー， ヘンゼル

(72)【発明者】

【氏名】コーフマン－オズボーン， トービン

(72)【発明者】

【氏名】ジョージ， レネ

(72)【発明者】

【氏名】ハウリルチャック， ララ

(72)【発明者】

【氏名】ハンセン， エリカ

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

4K030EA05

4K030EA06

4K030EA11

4K030KA02

4K030KA12

5F045AA20

5F045AC11

5F045AD08

5F045AD09

5F045AD10

5F045AD11

5F045AD12

5F045AD13

5F045AD14

5F045AD15

5F045DP03

5F045DP28

5F045EF05

5F045EH18

5F045EK12

5F058BC02

5F058BF54

5F058BF55

5F058BF56

5F058BF73

(57)【要約】

基板を処理するためのガスインジェクタは、処理チャンバの処理領域内に配置された基板支持体上の基板を処理するときに、入口へ第１の方向にガス流を提供するように構成されたガス源に接続可能な入口を有する本体と、本体に形成されたガス注入チャネルとを含む。ガス注入チャネルは、入口と流体連結し、ガス流を処理チャンバの入口に送達するように構成される。ガス注入チャネルは、第２の方向及び第３の方向に平行な第１の内面及び第２の内面を有する。第２及び第３の方向は、基板の中心と交差せず、基板支持体の第１のエッジに向かって第１の方向に対してある角度を有する。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理するためのガスインジェクタであって、
入口を有する本体であって、前記入口は、処理チャンバの処理領域内に配置された基板支持体上の基板を処理するときに前記入口へ第１の方向にガス流を提供するように構成されたガス源に接続可能であり、前記基板支持体が、第１のエッジと、前記第１の方向に直交する方向に前記第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有する、本体と
前記本体に形成されたガス注入チャネルであって、
前記ガス注入チャネルは、前記入口と流体連結し、
前記ガス注入チャネルは、前記ガス流を前記処理チャンバの入口に送達するように構成され、
前記ガス注入チャネルは、第２の方向に平行な第１の内面と、第３の方向に平行な第２の内面とを有し、
前記第１、第２、及び第３の方向は、第１の平面に平行であり、
前記第２及び第３の方向は、前記基板の中心と交差せず、前記基板支持体の前記第２のエッジに向かって前記第１の方向に対してある角度を有する、ガス注入チャネルと
を備える、ガスインジェクタ。

【請求項2】

前記第２の方向は、前記第１の方向から前記基板支持体の前記第２のエッジに向かって１５°から３５°だけ傾斜し、
前記第３の方向は、前記基板支持体の前記第２のエッジに対して実質的に接線方向である、
請求項１に記載のガスインジェクタ。

【請求項3】

前記第１の方向に平行な第１の側面と、
前記第１の方向に平行な第２の側面であって、前記第１の方向に直交する第４の方向で前記第１の側面の反対側にあり且つ前記第１の側面と実質的に同じ長さを有する、第２の側面と、
前記第４の方向に平行な第３の側面と、
前記第１の側面と前記第３の側面との間に延在する第１の曲面と、
前記第３の側面と前記第２の側面との間に延在する第２の曲面と、
前記第４の方向に平行であり、前記第１の方向及び前記第４の方向に直交する第５の方向で前記第３の側面の反対側にある第４の側面と、
前記第１の側面と前記第４の側面との間に延在する第３の曲面と、
前記第４の側面と前記第２の側面との間に延在する第４の曲面と、
前記第４の方向に平行な第５の側面と、
前記第４の方向に平行な第６の側面であって、前記第１の方向で前記第５の側面の反対側にあり、前記入口が前記第５の側面に配置され、前記ガス注入チャネルが前記第６の側面に配置される、第６の側面と
を更に備える、請求項１に記載のガスインジェクタ。

【請求項4】

前記ガス注入チャネル内に配置された複数の線形舵
を更に備える、請求項１に記載のガスインジェクタ。

【請求項5】

前記複数の線形舵のそれぞれは、前記第１の方向から前記基板支持体の前記第２のエッジに向かって２５°から５５°だけ傾斜し、
前記複数の線形舵のうちの少なくとも１つの端部は、前記ガス注入チャネルの内面から１５ｍｍから６０ｍｍの距離だけ離れている、
請求項４に記載のガスインジェクタ。

【請求項6】

基板を処理するための装置であって、
チャンバガス入口、チャンバガス出口、及び第１の方向に前記チャンバガス入口と前記チャンバガス出口との間の処理領域を有するチャンバ本体と、
前記処理領域内に配置された基板支持体と、
インジェクタ入口及びガス注入チャネルを有するガスインジェクタであって、
前記インジェクタ入口は、前記基板支持体上の基板を処理するときに、前記インジェクタ入口へ前記第１の方向にガス流を提供するように構成されたガス源に接続可能であり、
前記ガス注入チャネルは、前記インジェクタ入口と流体連結しており、
前記ガス注入チャネルは、前記ガス流を前記チャンバガス入口に送達するように構成されている、ガスインジェクタと、
前記チャンバガス出口に結合され、第１の主排気ポンプを含む排気アセンブリと、
前記チャンバ本体の側面ポートを介して前記処理領域に結合された側面排気ポンプであって、
前記側面ポートは、前記基板支持体の第１のエッジの近くに配置され、
前記ガス注入チャネルは、第２の方向に平行な第１の内面と、第３の方向に平行な第２の内面とを有し、
前記第１の方向、前記第２の方向、及び前記第３の方向は、第１の平面に平行であり、
前記第２の方向及び前記第３の方向は、前記基板の中心と交差せず、前記第１の方向に直交する第４の方向で前記第１のエッジの反対側の前記基板支持体の第２のエッジに向かって、前記第１の方向に対してある角度を有する、側面排気ポンプと
を備える、基板を処理するための装置。

【請求項7】

前記基板支持体が前記基板の中心の周りで回転可能である、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記第２の方向は、前記第１の方向から前記基板支持体の前記第２のエッジに向かって１５°から３５°だけ傾斜し、
前記第３の方向は、前記基板支持体の前記第２のエッジに対して実質的に接線方向である、
請求項６に記載の装置。

【請求項9】

前記排気アセンブリが、第２の主排気ポンプを更に含む、請求項６に記載の装置。

【請求項10】

前記ガスインジェクタが、前記ガス注入チャネル内に配置された複数の線形舵を更に含む、請求項６に記載の装置。

【請求項11】

前記複数の線形舵のそれぞれは、前記第１の方向から前記基板支持体の前記第２のエッジに向かって２５°から５５°だけ傾斜し、
前記複数の線形舵のうちの少なくとも１つの端部は、前記ガス注入チャネルの内面から１５ｍｍから６０ｍｍの距離だけ離れている、
請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

基板を処理するための方法であって、
処理チャンバの処理領域内に配置された基板支持体上の基板を処理するときに、ガス源からガスインジェクタへ第１の方向にガス流を注入することであって、前記基板支持体は、第１のエッジと、前記第１の方向に直交する方向に前記第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有し、
前記処理チャンバは、チャンバガス入口及びチャンバガス出口を有し、前記基板支持体は、前記チャンバガス入口と前記チャンバガス出口との間に前記第１の方向に配置される、ガス源からガスインジェクタへ第１の方向にガス流を注入することと、
前記ガスインジェクタから前記処理チャンバへ前記ガス流を注入することであって、
前記ガスインジェクタからの前記ガス流は、第２の方向と第３の方向との間に方向づけされ、
前記第２及び第３の方向は、前記基板支持体に配置された基板の中心と交差せず、前記基板支持体の前記第２のエッジに向かって前記第１の方向に対してある角度を有する、前記ガスインジェクタから前記処理チャンバへ前記ガス流を注入することと
を含む方法。

【請求項13】

前記基板の中心の周りで前記基板支持体を回転させること
を更に含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記処理チャンバの第１の側面に配置された第１の主排気ポンプ及び前記処理チャンバの第２の側面に配置された第２の主排気ポンプによって前記チャンバガス出口から前記ガス流を排気することであって、前記第２の側面は、前記第１の方向に直交する第４の方向で前記第１の側面の反対側にある、前記チャンバガス出口から前記ガス流を排気すること
を更に含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記処理チャンバの第１の側面に配置された第１の主排気ポンプによって前記チャンバガス出口から前記ガス流を排気し、前記基板支持体の前記第１のエッジの近くにおいて前記処理チャンバの前記第１の側面に配置された側面排気ポンプによって前記処理領域からガス流を排気すること
を更に含む、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本開示は、概して、半導体処理装置及び処理方法、より具体的には、改善されたガス流分布を有するリアクタに関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］集積回路及びマイクロデバイスにおけるメモリゲート酸化物、線状酸化物、犠牲酸化物、側壁酸化物、フラッシュトンネル酸化物、酸化物－窒化物－酸化物（ＯＮＯ）スタック等の製造において、半導体基板は、急速な熱酸化によって処理され得る。このプロセスでは、基板を放射熱源で加熱して酸素及び水素ラジカルを生成しながら、基板を酸素及び水素ベースの反応ガスに曝露することによって、基板上に酸化物層を形成し得る。酸素ラジカルが基板の表面に衝突して、酸化物層、例えばシリコン基板上の二酸化ケイ素層が形成される。

【0003】

［０００３］急速熱酸化に使用される既存の処理チャンバでは、ガス注入機構が、反応ガスを基板上に不均一に分配し、その結果、基板上の酸化物層の厚さの均一性が低くなる。従来、回転可能な基板支持体が、反応ガスが基板の中心に向かって真っ直ぐに導入されている間、基板を回転させる。反応ガスは、基板の中心に多く分配され、基板のエッジの近くにはあまり分配されないため、基板のエッジの近くに成長する酸化物層の厚さは、基板の中心又はその近くよりも薄い。

【0004】

［０００４］したがって、反応ガスを基板上により均一に分配する改良された注入機構が必要である。

【発明の概要】

【0005】

［０００５］本開示の実装態様は、熱処理中のガス分配を改善するための装置を提供する。本開示の一実装態様は、基板を熱処理するための装置を提供する。本装置は、本体、角度を有する突起部、及びガス注入チャネルを含む。ガス注入チャネルは、第１の半角と第２の半角とを有する。第１の半角は第２の半角とは異なる。

【0006】

［０００６］本開示の別の実装態様は、処理領域を画定するチャンバ本体と、処理領域に配置された基板支持体とを備える基板を処理するための装置を提供するものである。基板支持体は、基板支持面を有する。本装置はまた、チャンバ本体の入口に結合されたガス源突起部、チャンバ本体の出口に結合された排気アセンブリ、及びチャンバ本体の側壁に結合された側面ガスアセンブリを含む。側面ガスアセンブリは、ガス注入チャネルを含む。ガス注入入口は、第１の半角及び第２の半角を含む。第１の半角は第２の半角とは異なる。

【0007】

［０００７］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実装態様を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実装態様を単に示すものであり、したがって、実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実装態様も許容しうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】一実施形態に係る処理チャンバの概略断面図である。

【図1B】一実施形態に係る処理チャンバの概略断面上面図である。

【図2】Ａ～Ｂは、一実施形態に係る、基板全体の酸素ラジカル濃度の数値シミュレーションを示す図である。

【図3A】一実施形態に係るガスインジェクタの概略断面上面図である。

【図3B】一実施形態に係るガスインジェクタの三次元概略図である。

【図3C】一実施形態に係るガスインジェクタの三次元概略図である。

【図4】一実施形態に係るガスインジェクタの概略断面上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［００１４］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。幾つかの実施形態で開示された要素は、特定の詳述なしに他の実装態様に有益に利用され得ると考えられる。

【0010】

［００１５］本明細書に記載の実施形態は、概して、半導体処理装置及び処理方法に関し、より具体的には、改善されたガス流分布を有するリアクタに関する。本開示の実施形態は、プロセスチャンバに配置された基板のエッジに向かってガスを注入するように構成され、これにより、基板のエッジ又はその近くでガスとの反応を増加させるように構成されたガス注入チャネルを含む非対称ガスインジェクタを提供する。本開示の実施形態は、ガスを基板の反対側のエッジに向かって再方向づけするように構成された側面ポンプを更に提供し、これにより、基板表面及び基板の反対側のエッジ全体の反応を増加させる。したがって、注入されたガスによって基板上に形成された層は、基板表面全体で均一である。

【0011】

［００１６］以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を含む直交座標系が使用される。図面の矢印で表す方向は、便宜上、正の方向であると想定される。

【0012】

［００１７］図１Ａは、一実施形態に係る処理チャンバ１００の概略断面図である。処理チャンバ１００は、概して、ランプアセンブリ１１０、処理領域１３９を画定するチャンバ本体１３０を含む。Ｘ－Ｙ平面の処理領域１３９に基板支持体１３８が配置されている。処理チャンバ１００は、基板１０１を加熱して、基板１０１上に、熱アニーリング、熱洗浄、熱化学気相堆積、熱酸化及び熱窒化等の１又は複数の熱プロセスを実行する制御された熱サイクルを提供する。

【0013】

［００１８］ランプアセンブリ１１０は、石英窓１１４を介して処理領域１３９に熱を供給するために、基板支持体１３８の比較的上にＺ方向に位置づけされ得る。石英窓１１４は、基板１０１とランプアセンブリ１１０との間にＺ方向に配置されている。ランプアセンブリ１１０は、幾つかの実施形態では、追加的又は代替的に、Ｚ方向に基板支持体１３８の下に配置され得る。ランプアセンブリ１１０は、基板支持体１３８に配置された基板１０１に赤外線加熱手段を提供するためのタングステンハロゲンランプ等の加熱源１０８を収容する。タングステンハロゲンランプは、六角形の配置で配置され得る。加熱源１０８は、基板１０１に対して均一な又は調整された加熱プロファイルを達成するために、コントローラ１０７によって制御され得る。幾つかの実施形態では、加熱源１０８は、約５℃／秒から約２８０℃／秒の速度で基板１０１を急速に加熱し得る。

【0014】

［００１９］基板１０１は、約４５０℃から約１１００℃の範囲の温度に加熱され得る。加熱源１０８は、他の位置の温度に影響を与えずに、特定の位置で基板１０１の温度調整を提供することが可能である。ロボットが基板１０１を処理領域１３９へ又は処理領域１３９から移送するために、スリットバルブ１３７がベースリング１４０に配置され得る。基板支持体１３８上に、基板１０１が配置され得る。基板支持体１３８は、Ｚ方向に垂直に移動し、中心軸１２３の周りでＸ－Ｙ平面で回転し得る。ガス入口（チャンバガス入口とも呼ばれる）１３１は、ベースリング１４０上にＺ方向に配置され、ガス源１５２に接続され得る。

【0015】

［００２０］図１Ｂは、処理チャンバ１００の概略断面上面図である。図１Ｂに示すように、ガス入口１３１及びガス出口（チャンバガス出口とも呼ばれる）１３４は、Ｘ方向に処理領域１３９の両側に配置されている。ガス入口１３１及びガス出口１３４は、基板支持体１３８の直径にほぼ等しい線形又は方位角の幅を有し得る。

【0016】

［００２１］図１Ａ及び図１Ｂの両方を参照すると、Ｘ方向にガス入口１３１からベースリング１４０の反対側に形成されたガス出口１３４は、それぞれ、Ｙ方向に互いに反対側にある開口部１６０Ａ及び１３６Ａを有するチャンバ本体１３０の側壁にある第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６と流体連結している排気アセンブリ１２４である。排気アセンブリ１２４は、排気領域１２５を画定する。排気領域１２５は、ガス出口１３４を介して処理領域１３９と流体連結している。幾つかの実施形態では、ガス出口１３４は、それを通るガス流を制限し、したがって処理領域１３９からのガスを均一に（すなわち、Ｙ－Ｚ平面で均一に）引き込むように構成された一連の貫通穴を含む穴あきプレート１３５を含み得る。しかしながら、他の実施形態では、穴あきプレート１３５は、処理チャンバ１００では使用されない、又は処理領域１３９から排気領域１２５へのガス流に最小限の制限を提供するように構成され、したがって、開口部１６０Ａ及び１３６Ａの位置が、処理領域１３９及び排気領域１２５内の流れパターンに影響を与え得る。一例では、図１Ｂに示すように、開口部１６０Ａ及び１３６Ａの構成は、排気領域１２５及び処理領域１３９の後半部分の流れパターンが、開口部１３６Ａの位置に起因して、処理領域１３９の左側の範囲（すなわち、第２のエッジ３０２の近く）でより高くなり、開口部１６０Ａの位置に起因して、処理領域１３９の右側の範囲（すなわち、第１のエッジ３０４の近く）でより高くなり、したがって、排気領域１２５の中央及び処理領域１３９の後半部分の流れは比例的により小さくなるようになっている。別の例では、第２の主排気ポンプ１３６がオフにされ、第１の主排気ポンプ１６０を使用して、排気領域１２５及び処理領域１３９の後半部分の流れパターンが、開口部１６０Ａの位置に起因して、処理チャンバの右側の範囲でより高くなり、したがって、排気領域１２５及び処理領域１３９の後半部分の左側から右側への流れの勾配が増加する（例えば、増加する勾配が－Ｙ方向にある）ように、開口部１６０Ａを介して処理領域１３９及び排気領域１２５からガスをポンプで送る。更に別の例では、第１の主排気ポンプ１６０がオフにされ、第２の主排気ポンプ１３６を使用して、排気領域１２５及び処理領域１３９の後半部分の流れパターンが、開口部１３６Ａの位置に起因して、処理チャンバの左側の範囲でより高くなり、したがって、排気領域１２５及び処理領域１３９の後半部分の右側から左側への流れの勾配が増加する（例えば、増加する勾配が＋Ｙ方向にある）ように、開口部１３６Ａを介して処理領域１３９及び排気領域１２５からガスをポンプで送る。

【0017】

［００２２］幾つかの実施形態では、側面ポート１２２は、第１の主排気ポンプ１６０が位置するチャンバ本体１３０の側壁上のベースリング１４０内、及びＸ方向にガス入口１３１とガス出口１３４との間（図１Ｂに示す）の処理領域１３９の第１のエッジ３０４の近くに形成され得る。側面ポート１２２、ガス入口１３１、及びガス出口１３４は、Ｚ方向に実質的に同じレベルで配置され得る。側面ポート１２２は、側面排気ポンプ３００（図１Ｂに示す）と流体連結している。

【0018】

［００２３］ガス源１５２は、１又は複数のガス源、例えば、第１のガス源１５３、及び第２のガス源１５４を含み得、これらはそれぞれ、処理ガスを注入カートリッジ１４９に提供する。幾つかの実施形態では、第１のガス源１５３は、酸素及び水素ラジカルを生成する遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）である。ランプで基板１０１を加熱し、水素及び酸素ラジカルを処理領域１３９に注入するＲａｄＯｘ（登録商標）プロセスの場合、ガス入口１３１及びガス源１５２と流体連結するガスインジェクタ１４７がベースリング１４０に接続され得る。流量調整装置１４６が、ガス源１５２とガスインジェクタ１４７との間に配置され、ガス流１４８の流量を制御し得る。水素ラジカルの導入により、酸化プロセスの実行中に基板が回転している間、基板１０１のエッジに沿った反応速度が改善され、改善された厚さ均一性を有する酸化物層が得られると考えられる。ガス流１４８は、５から８０容量パーセントの水素ガス及び２０から９５容量パーセントの酸素ガスを含み得、約１ｓｌｍから約５０ｓｌｍの範囲の流量を有する。幾つかの実施形態では、ガス混合物はまた、約５％から約８０％の範囲、例えば、約１０％から約５０％の範囲のアルゴン濃度を有する。直径３００ｍｍの基板の場合、流量は約０．００７ｓｌｍ／ｃｍ^２から約０．０３５ｓｌｍ／ｃｍ^２の範囲である。ガス流１４８の組成、圧力、及び流量は、基板１０１に形成された酸化物層の厚さ均一性に影響を及ぼす。

【0019】

［００２４］ガスは、ガス源１５２から、オプションとして、注入カートリッジ１４９、ガスインジェクタ１４７、及びガス入口１３１を通って処理領域１３９に流れる。幾つかの実施形態では、注入カートリッジ１４９は、細長いチャネル１５０と、その中に形成された入口（インジェクタ入口とも呼ばれる）１４３とを有する。注入穴１５１は、細長いチャネル１５０に沿って分布し、主ガス流１４５を処理領域１３９に向かって、Ｘ方向に対してある角度を有する方向に注入するように構成される。酸化プロセスの幾つかの実施形態では、主ガス流１４５は、５から８０容量パーセントの水素ガス及び２０から９５容量パーセントの酸素ガスを含み得、約１標準リットル／分（ｓｌｍ）から約５０ｓｌｍの範囲の流量を有し、チャンバは、約５トルから約１５トル等の約１トルから約１９トルの圧力に維持され、基板は、約４５０℃から約１１００℃の温度に加熱される。幾つかの実施形態では、ガス混合物はまた、約５％から約８０％の範囲、例えば、約１０％から約５０％の範囲のアルゴン濃度を有する。流量は、直径３００ｍｍの基板１０１に基づいており、約０．０１１ｓｌｍ／ｃｍ^２から約０．０７１ｓｌｍ／ｃｍ^２の範囲の流量が得られる。

【0020】

［００２５］主ガス流１４５は、ガス流１４８から方向付けられ、オプションとして、注入穴１５１からＸ方向にガス出口１３４に向かって方向付けられる。主ガス流１４５は、排気領域１２５に流れ込み、第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６の一方又は両方によって排気される。処理チャンバ１００の形状（排気領域１２５の位置、形状、方向等）、第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６の開口部１６０Ａ、１３６Ａのサイズ及び位置、及び第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６によって達成されるポンピング速度を、ガス流パターンに影響を与えるために使用することができ、これにより、処理領域１３９における流れの均一性に影響を及ぼすことができる。しかしながら、幾つかの代替実施形態では、排気アセンブリ１２４の排気領域１２５は、主ガス流１４５の方向に沿って延在し、その結果、主ガス流１４５に対する処理領域１３９の幾何学的影響が低減する（例えば、ガス入口１３１から十分に遠くに配置される）。

【0021】

［００２６］第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６はまた、処理領域１３９の圧力を制御するために使用され得る。幾つかの実施形態では、処理領域１３９内の圧力は、約０．５トルから約１９トル、例えば、約５トルから約１５トルに維持される。幾つかの実施形態では、処理領域１３９で実行されるプロセスは、粘性流レジーム範囲内で動作する。この場合、第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６は、第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６のそれぞれの開口部１６０Ａ、１３６Ａに一定量のガスを引き込み、その一定量のガスをポンプ機構を通して押し出し、その一定量のガスを大気圧のポンプ入口へ排出する。その結果、上記のように、ガス濃度の勾配（すなわち、ガス濃度がポンプ入口の近くでより低く、ポンプ入口から離れるほど高くなる）が生じ、処理領域１３９内のガスがポンプ入口に向かって流れるようになる。

【0022】

［００２７］図１Ｂに示す一例の実施形態では、ガスインジェクタ１４７は、ガス入口１３１からの主ガス流１４５の大部分を処理領域１３９の第２のエッジ３０２に向かって方向づけする開口部を備えた非対称構造である。したがって、基板１０１のガス曝露は、処理領域１３９の第２のエッジ３０２又はその近くで増加する。幾つかの実施形態では、主ガス流１４５は、チャンバ本体１３０の両側にある第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６によって排気される。幾つかの実施形態では、処理領域１３９の第２のエッジ３０２に向かって方向づけされる主ガス流１４５が、側面排気ポンプ３００を使用することによって、処理領域１３９の第１のエッジ３０４に向かって再方向づけされる。側面排気ポンプ３００は、ガス濃度に勾配を生じさせ（すなわち、ガス濃度が、側面排気ポンプ３００のポンプ入口の近くでより低く、側面排気ポンプ３００のポンプ入口から離れるとより高くなる）、処理領域１３９内部のガスが側面排気ポンプ３００のポンプ入口に向かって流れるようになり得る。

【0023】

［００２８］幾つかの実施形態では、処理領域１３９の第１のエッジ３０４に向かって方向づけされる主ガス流１４５は、第２の主排気ポンプ１３６がオフにされている間、側面排気ポンプ３００及び第１の主排気ポンプ１６０によって排気される。幾つかの実施形態では、側面排気ポンプ３００と第１の主排気ポンプ１６０との排気流量の比は、０．５：１から１：０．５である。他の実施形態では、側面排気ポンプ３００、ならびに第１及び第２の主排気ポンプ１６０及び１３６はオンになっている。したがって、幾つかの実施形態では、側面排気ポンプ３００と第１の主排気ポンプ１６０及び第２の主排気ポンプ１３６との排気流量の比は、０．５：１から１：０．５である。

【0024】

［００２９］幾つかの実施形態では、ガスが基板１０１のエッジに向かって方向づけされると、基板１０１は反時計回り方向１９７に回転可能であり、これにより、ガスが基板１０１上を流れて、基板１０１全体でより均一な成長がもたらされる。ガス流とは反対方向への基板１０１の回転を使用して、主ガス流１４５を処理領域１３９の第１のエッジ３０４に向かって再方向づけし、ガスインジェクタ１４７が、主ガス流１４５を処理領域１３９の第２のエッジ３０２に向かって方向づけし得る。処理領域１３９の主ガス流１４５の速度及び流れパターンは、基板１０１上の主ガス流１４５の不均一性が低減されるように、基板１０１の回転速度及びガスインジェクタ１４７のガス注入チャネルの傾斜角（以下、円錐角θと呼ばれる）によって調整され得る。幾つかの実施形態では、基板の回転速度は約５から３００ｒｐｍの範囲であり、円錐角θは１０°から３５°であり得る。その結果、基板のエッジの厚さプロファイルが改善される。幾つかの実施形態では、基板１０１は、反時計回りの方向１９７とは反対の時計回りの方向に回転可能であり、様々な所望の厚さプロファイルを達成するために、エッジに沿ってガス速度を更に増加させる。

【0025】

［００３０］主ガス流１４５（ガス又はラジカルガスのいずれか）が、処理領域１３９の第２のエッジ３０２に近い基板１０１のエッジ（又は基板支持体１３８の基板支持面のエッジ）に向かって方向づけされる場合、基板が回転している間、ガス又はラジカルガスは、基板１０１の中心３０８又はその近くと比較して、処理領域１３９の第２のエッジ３０２の近くの基板１０１のエッジに沿った反応速度を大幅に促進する。側面排気ポンプ３００の有無にかかわらず、非対称ガス注入チャネル２４９（図３Ａに示す）を通して、処理領域１３９の第２のエッジ３０２近くの基板１０１のエッジに向かってガスを方向づけすると、ガスを基板１０１の中心３０８に向かって方向づけするよりも、基板１０１全体にわたって改善された厚さ均一性を有する酸化物層がもたらされる。酸化プロセスの一例では、主ガス流１４５は、５から８０容量パーセントの水素ガス及び２０から９５容量パーセントの酸素ガス、オプションとして約５％から約８０％の範囲のアルゴン濃度、約１標準リットル／分（ｓｌｍ）から約５０ｓｌｍの範囲の流量を含み得、チャンバは約０．５トルから約１９トルの圧力に維持され、基板は約４５０℃から約１１００℃の温度に加熱され、反時計回りに約１０ｒｐｍから３００ｒｐｍの速度で回転する。

【0026】

［００３１］図２Ａ及び図２Ｂは、基板１０１の中心３０８と交差するＹ方向の線に沿った位置の関数としての直径３００ｍｍの基板１０１上の酸素ラジカル濃度の数値シミュレーションを示す図である。「０」として示す位置は、基板１０１の中心３０８に対応する。図２Ａでは、側面排気ポンプ３００はオフであり、第１及び第２の主排気ポンプ１６０、１３６がオンである。図２Ｂでは、側面排気ポンプ３００及び第１の主排気ポンプ１６０がオンになっている。図２Ａ及び図２Ｂでは、円錐角θは（ａ）で示す数値シミュレーションでは１５°、（ｂ）で示す数値シミュレーションでは２５°であると想定される。図２Ａでは、酸素ラジカル濃度は、それぞれ１５°及び２５°の円錐角θに対して、基板１０１の中心３０８（すなわち、「０」として示す位置）で減少し、基板１０１のエッジに向かって（すなわち、「１５０」及び「－１５０」として示す位置で）広がっている。図２Ｂでは、酸素ラジカル濃度は、それぞれ１５°及び２５°の円錐角θに対して、基板１０１の中心３０８（すなわち、「０」として示す位置）で減少し、基板１０１のエッジに向かって（すなわち、「１５０」及び「－１５０」として示す位置で）広がっている。

【0027】

［００３２］図３Ａは、一実施形態に係るガスインジェクタ１４７の概略断面上面図である。ガスインジェクタ１４７は、石英、セラミック、アルミニウム、ステンレス鋼、鋼等の任意の適切な材料でできていてよい。

【0028】

［００３３］ガスインジェクタ１４７は、ガス注入チャネル２４９及び開口部２４６が形成される本体２３０を有する。幾つかの実施形態では、開口部２４６は長方形である。

【0029】

［００３４］幾つかの実施形態では、本体２３０は平行六面体である。本体２３０は、第２の側面２３４の反対側に第１の側面２３２を有する。幾つかの実施形態では、第１の側面２３２及び第２の側面２３４は、Ｘ軸に平行であり、実質的に同じ長さを有する。図３Ｂに示すように、本体２３０は、第３の側面２２４、第４の側面２２２、第５の側面２２６、及び第６の側面２８２を有する。

【0030】

［００３５］ガス注入チャネル２４９は、長方形（図３Ｂに示す）、正方形、円形、多角形、六角形、台形、又は任意の他の適切な形状等、断面において任意の所望の形状を有し得る。ガスインジェクタ１４７は、主ガス流１４５の大部分を処理領域１３９の第２のエッジ３０２に方向づけするように適合されている。ガス注入チャネル２４９は、２つの内面２７９、２８０を含む（図３Ａ）。幾つかの実施形態では、内面２７９は、処理領域１３９の第２のエッジ３０２の近くの基板支持体１３８の基板支持面のエッジに実質的に接線方向である方向３０６に沿って延在する。ガス注入チャネル２４９の内面２８０は、軸線２１０から円錐角θだけ内面２７９に向かって傾斜している。軸線２１０は、開口部２４６を通って延在し、Ｘ方向に平行であり、第５の側面２２６に垂直である（図３Ｂに示す）。内面２７９、２８０は、軸線２１０から第２のエッジ３０２に向かって傾斜した方向に沿っており、すべてＸ－Ｙ平面に平行なこれらの面の突起部は、基板１０１の中心３０８と交差しないように構成される。円錐角θは５°から４５°であり得る。内面２７９、２８０は、開口部２４６から第６の側面２８２まで延在する（図３Ｂに示す）。第６の側面２８２は湾曲しており、基板１０１に隣接し、開口部２４６の反対側にある。

【0031】

［００３６］幾つかの実施形態では、開口部２４６は、（図３Ｂに示すように）円形の入口２１６を有する。円形の入口２１６は、ガス注入チャネル２４９と流体連結している拡張された内部空間２１４（図３Ａ）につながる。幾つかの実施形態では、拡張された内部空間２１４は、Ｙ－Ｚ平面において長方形の断面形状を有する。

【0032】

［００３７］図３Ｂ及び図３Ｃは、ガスインジェクタ１４７の三次元概略図である。ガスインジェクタ１４７は、主ガス流１４５に含まれるガス又はラジカルガスの大部分を、処理領域１３９の第２のエッジ３０２に向かって方向づけするように機能する。

【0033】

［００３８］ガスインジェクタ１４７は、側面２２６、２３２、２３４、２８２、２２４、及び２２２を含む。第１の側面２３２は、第２の側面２３４の反対側にある。幾つかの実施形態では、第１の側面２３２及び第２の側面２３４は、Ｘ軸に平行であり、実質的に同じ長さを有する。第１の曲面２３６は、第１の側面２３２と第３の側面２２４との間に配置されている。第３の側面２２４は、第１の側面２３２に直交して配置されている。第２の曲面２４０は、第２の側面２３４と第３の側面２２４との間に配置されている。第３の曲面２３８は、第１の側面２３２と第４の側面２２２との間に配置されている。第４の側面２２２は、第１の側面２３２に直交している。第４の曲面２２８は、第２の側面２３４と第４の側面２２２との間に配置されている。第３の側面２２４は、第４の側面２２２の反対側にある。第５の側面２２６は、第６の側面２８２の反対側にある。幾つかの実施形態では、第６の側面２８２は湾曲している。一例では、第６の側面２８２の曲率半径は、約１６０ｍｍから約２３０ｍｍであり得る。別の例では、第６の側面２８２の曲率半径は、処理領域１３９で処理される基板の半径よりも約１０ｍｍから約８０ｍｍ大きくてよい。ガス注入チャネル２４９は、基板１０１に面する第６の側面２８２に配置されている。第１の側面２３２及び第２の側面２３４は、第４の側面２２２に対して実質的に垂直であり得、処理チャンバ１００内のより密着するシールを可能にする。曲率が基板１０１の曲率の輪郭を描くように第６の側面２８２が湾曲している場合、乱流ガス流は、基板１０１に向かうガス流において減少し、ガス流の均一性がもたらされる。

【0034】

［００３９］図４は、別の実施形態に係るガスインジェクタ１４７を示す概略断面上面図である。図示したように、ガスインジェクタ１４７は、ガス注入チャネル２４９が形成される本体２３０を含む。ガス注入チャネル２４９は、２つの内面２７９、２８０、及び複数の線形舵２２０を有する。図４に示す実施形態では２つの線形舵２２０のみを示したが、任意の数の線形舵２２０がガスインジェクタ１４７に含まれ得ることを理解されたい。本体２０３及び線形舵２２０は、石英又は反応ガスに反応しない他の任意の材料でできていてよい。ガスインジェクタ１４７は、分割線２１５によって第１の部分２３１と第２の部分２２９に分割され、分割線２１５は、Ｙ方向に平行である。複数の線形舵２２０は、第１の部分２３１に配置されている。第１の部分２３１及び第２の部分２２９は、組み合わされてガスインジェクタ１４７となる２つの別個の部品であり得る、又は第１の部分２３１及び第２の部分２２９が同じ部品で作製され得る。ガスインジェクタ１４７は、入口１４３に結合され、入口１４３は、反応ガスをガスインジェクタ１４７に送達する。ガスインジェクタ１４７は、反応ガスを基板１０１に送達するように構成される。

【0035】

［００４０］ガスインジェクタ１４７は、軸線２１０によって上部２３５と下部２３３に分割され、軸線２１０はＸ方向に平行である。一実施形態によれば、線形舵２２０は、反応ガスがほとんど又は完全にガスインジェクタ１４７の上部２３５を通って流れるように配置され、角度を有している。反応ガスがガスインジェクタ１４７の下部２３３を通って流れてしまうと、反応ガスの大部分が基板領域の大部分を逃し、未反応のままになる、又は側面ポート１２２、次に側面排気ポンプ３００に引き込まれ、反応ガスが無駄になり、処理領域１３９の右側の範囲上に（すなわち、第１のエッジ３０４の近くに）配置された基板の部分に不均一な膜成長がもたらされる。更に、舵のないガスインジェクタ１４７は、主ガス流１４５が１つの狭い流れに集中するジェット気流のような流れを呈する。本明細書に開示される舵２２０を備えたガスインジェクタ１４７は、主ガス流１４５が、処理領域１３９の左側の範囲（すなわち、第２のエッジ３０２の近く）に依然として集中しながらも、はるかに広い領域に広がることを可能にする。

【0036】

［００４１］ガスインジェクタ１４７の上部２３５を通る主ガス流１４５は、処理領域１３９の左側の範囲（すなわち、第２のエッジ３０２の近く）の基板１０１の部分でほとんどの又は完全な膜成長を可能にする。更に、線形舵２２０による反応ガスの循環の増加は、基板１０１との反応ガスの反応速度を増加させ、より速い膜成長をもたらす。線形舵２２０は、第２のエッジ３０２の近くの処理領域１３９の左側の範囲上の反応ガスの積算速度が可能な限り高くなり、第２のエッジ３０２の近くの処理領域１３９の左側の範囲で積算速度が依然として可能な限り均一であるように配置される。線形舵２２０は、くさび等の他の舵形状よりも高速の主ガス流１４５を可能にする。

【0037】

［００４２］複数の線形舵２２０は、ガスインジェクタ１４７の第１の部分２３１内に任意の配置で配置され得る。複数の線形舵２２０は、処理領域１３９の第２のエッジ３０２に向かって軸線２１０に対して角度αを有する。幾つかの実施形態によれば、線形舵２２０のそれぞれは、同じ角度α又は異なる角度を有し得る。幾つかの実施形態によれば、角度αは、約２５°から約５５°、又は約３５°から約４５°等、約５°から約８５°まで変化する。一実施形態によれば、複数の線形舵２２０のうちの少なくとも１つの端部２２０Ｅは、底面２０２から約１５ｍｍから約６０ｍｍの距離だけ離れている。一実施形態によれば、複数の線形舵２２０のうちの少なくとも１つの端部２２０Ｅは、分割線２１５から約３５ｍｍから約４５ｍｍの距離だけ離れている。一実施形態によれば、複数の線形舵２２０内の線形舵は、約２５ｍｍから約７５ｍｍの長さを有する。複数の線形舵２２０は、一実施形態によれば、ガスインジェクタ１４７からの反応ガスの主ガス流１４５が約１００以下のレイノルズ数（Ｒｅ）を有し、主ガス流１４５が層流となるように配置されている。

【0038】

［００４３］幾つかの実施形態では、基板１０１の表面への反応ガスの送達中に、基板１０１が、約２３℃から約１２００℃の温度に加熱され得る。反応ガスは、反応ガスが、第２のエッジ３０２の近くの処理領域１３９の左側の範囲の基板１０１の部分で膜を成長させるように送達され得る。膜の体積の約６０％から約９０％以上が、第２のエッジ３０２の近くの処理領域１３９の左側の範囲に配置されている。

【0039】

［００４４］本出願では熱処理チャンバを記載したが、本開示の実装態様は、均一なガス流が所望される任意の処理チャンバで使用することが可能である。

【0040】

［００４５］本開示の利点は、処理チャンバで非対称ガスインジェクタを使用してガスを基板のエッジに向かって方向づけし、基板全体の成長均一性を制御することを含む。非対称ガスインジェクタは、処理領域のエッジの方へガス流を向けさせる。ガス流は、側面ポンプによって処理領域のもう一方のエッジに更に再方向づけされ得る。特に、非対称ガスチャネルを通してガスを方向づけすると、ＲａｄＯｘ（登録商標）プロセスにおける基板のエッジ又はその近くでの反応が大幅に増加し、それによって基板のエッジに沿った厚さ均一性が向上し、基板の全体的な厚さ均一性が向上することが観察されている。

【0041】

［００４６］前述の内容は本開示の実装態様を対象としているが、以下の特許請求の範囲によって決定されるその基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実装態様を考案することが可能である。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【国際調査報告】