JP5777615B2 - Ｃｖｄチャンバの流れ制御機構 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板などの基板を加工処理するための装置に関し、より詳しくは、基板全体にわたりプロセス流体を分配するための装置に関する。
半導体加工処理システムは、加工処理領域に近接したチャンバ内に、半導体基板などの基板を支持するためのペデスタルを有するプロセスチャンバを一般に含む。チャンバは、一部において加工処理領域を画定する真空密閉容器を形成する。ガス分配アセンブリすなわちシャワーヘッドは、加工処理領域へ１つまたは複数のプロセスガスを提供する。ガスは、次に加熱されおよび／またはエネルギーを与えられて、基板上にある種のプロセスを実行するプラズマを形成する。これらのプロセスは、数あるプロセスの中で特に、基板上に物質を堆積させるための化学気相堆積（ＣＶＤ）などの堆積プロセス、または基板から物質を除去するためのエッチ反応を含むことができる。
複数のガスを必要とするプロセスでは、複数のガスをミキシングチャンバ内で混ぜ合わせることができ、ミキシングチャンバは、それから導管を介してガス分配アセンブリに連結される。例えば、従来の熱ＣＶＤプロセスでは、２つのプロセスガスが、２つのそれぞれのキャリアガスとともにミキシングチャンバへ供給され、そこでこれらが混ぜ合わされて、ガス状の混合物を形成する。ガス状の混合物を、チャンバへ直接導入することができる、または分配アセンブリへチャンバの上部部分内の導管を通り移動させることができる。分配アセンブリは、ガス状の混合物が基板上方の加工処理領域中へと均等に分配されるように、複数の穴を有するプレートを一般に含む。別の一例では、２つのガスは、別々に分配アセンブリを通過し、加工処理領域および／または基板に到達する前に混ぜ合わされることが可能である。ガス状の混合物が加工処理領域へ入り、熱エネルギーを与えられるので、化学反応が複数のプロセスガス間で生じ、基板上での化学気相堆積反応を結果として生じさせる。
例えば、成分ガスが加工処理領域中へと一様に分配されることを確実にするために、加工処理領域中へと放出される前にガスを混合することが一般的には有利であるが、ガスは、ミキシングチャンバまたは分配プレート内で減少し始めるまたはそうでなければ反応する傾向がある。その結果、ガス状の混合物が加工処理領域に達する前に、ミキシングチャンバ、導管、分配プレート、および他のチャンバ構成部品上への堆積またはエッチングが、結果として生じることがある。加えて、反応副生成物が、チャンバガス配送構成部品中にまたは分配プレートの内側表面上に蓄積することがあり、したがって、望ましくない粒子を発生させる、および／または望ましくない粒子の存在を増加させる。
ガスが加工処理領域中へと放出されるのでガスの温度制御は、ガスの反応性を制御するために有利である。例えば、ガスを冷却することが、加工処理領域中へと放出する前に望ましくない反応を制御する際に役立つ場合がある。ガスが加熱された基板と接触するまで、ガスは反応することをやめる。別の状況では、ガスを加熱することが必要である場合がある。例えば、熱ガスパージングまたはクリーニングが、加工処理チャンバから汚染物の除去に役立つことがある。したがって、ガス分配プレートに温度制御態様を組み込むことが有用である。
それゆえ、加工処理領域に達する前に複数のガスが混ざり合うことなく加工処理領域中へと少なくとも２つのガスを配送するガス分配デバイスに対する継続的な必要性がある。
本明細書において説明する態様は、基板上への膜の堆積のために、または他のプロセスのために加工処理チャンバへ、ガスなどのプロセス流体を配送するための装置に関する。一態様では、第１の流体の通路用に第１のマニホールドを貫通して形成された複数の第１のアパーチャを有する第１のマニホールドであって、第１のマニホールドが第２の流体用の流れ経路を画定する、第１のマニホールドと、第１のマニホールドに連結した上面を具備し、第１の流体から流れ経路を分離する第２のマニホールドであって、第２のマニホールドが、第２のアパーチャの各々が第１のアパーチャのうちに１つに連結された状態の複数の第２のアパーチャと、流れ経路に流体的に連結された複数の第３のアパーチャとを有する、第２のマニホールドと、を備えたガス分配アセンブリを提供する。
別の一態様では、上部マニホールドの中心部分の周りに同心円状に配置され、複数の第１の放射状列に形成された複数の第１のアパーチャと、複数の第１のアパーチャの周りに同心円状に配置され、複数の第２の放射状列に形成された複数の第２のアパーチャとを備えた上部マニホールドと、中央マニホールドの中心部分の周りに同心円状に配置された第１の開口部のセットと、第１の開口部の第１のセットの周りに同心円状に配置された第２の開口部のセットとを備えた、上部マニホールドに連結された中央マニホールドと、底部マニホールドの中心部分の周りに同心円状に配置された第３の開口部のセットと、第３の開口部のセットの周りに同心円状に配置された第４の開口部のセットと、底部マニホールドの上部面上で第４の開口部の各々の間に配置された複数の第１のガスチャネルと、第４の開口部のセットの周りに同心円状に配置され、第１のガスチャネルのうちの１つまたは複数に流体的に連結されたチャネルネットワークとを備えた、中央マニホールドに連結された底部マニホールドと、を備えたガス分配アセンブリを提供する。
したがって、本発明の上に記述した機構を詳細に理解することが可能な方式で、上に簡潔に要約されている本発明のより詳しい説明を、その一部が添付した図面に図示されている実施形態を参照することによって知ることができる。しかしながら、添付した図面が本発明の典型的な実施形態だけを図示し、本発明が他の同様に有効な実施形態を許容することができるので、それゆえ、本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。そうは言っても、添付した図面とともに下記の詳細な説明を考慮することによって、本発明の教示を容易に理解することができる。
加工処理ツールの一実施形態の上平面図である。 Ａ〜Ｃは加工処理チャンバの一実施形態の模式的断面図である。 Ａ〜Ｍは本明細書において説明するようなガス分配アセンブリの一実施形態の模式図である。 Ａ〜Ｉは本明細書において説明するようなガス分配アセンブリの一実施形態の模式図である。 Ａ〜Ｆは本明細書において説明するようなガス分配アセンブリの一実施形態の模式図である。
理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態において開示した要素を、具体的な記述がなくとも別の実施形態において利益をもたらすように利用することができることもまた予想される。
本明細書において説明する態様は、基板上への膜の堆積のためにまたは他のプロセスのために加工処理チャンバへプロセス流体を配送するための装置に関する。
図１は、開示した実施形態による堆積チャンバ、ベーキングチャンバおよび硬化チャンバの加工処理ツール１００の一実施形態の上平面図である。図では、１対のＦＯＵＰ（正面開口一体型容器）１０２が基板（例えば、３００ｍｍ直径基板）を供給し、基板が、ロボットアーム１０４によって受け取られ、タンデムプロセスチャンバ１０９ａ〜１０９ｃの基板加工処理セクション１０８ａ〜１０８ｆのうちの１つに置かれる前に低圧保持エリア１０６内に置かれる。保持エリア１０６から加工処理チャンバ１０８ａ〜１０８ｆへ基板を搬送して戻すために、第２のロボットアーム１１０を使用することができる。
タンデムプロセスチャンバ１０９ａ〜１０９ｃの基板加工処理セクション１０８ａ〜１０８ｆは、基板上の流動性誘電体膜を堆積するため、アニールするため、硬化させるため、および／またはエッチングするための１つまたは複数のシステム構成要素を含むことができる。１つの構成では、加工処理チャンバの２対のタンデム加工処理セクション（例えば、１０８ｃ〜１０８ｄおよび１０８ｅ〜１０８ｆ）を、基板上に流動性誘電体材料を堆積させるために使用することができ、第３の対のタンデム加工処理セクション（例えば、１０８ａ〜１０８ｂ）を、堆積した誘電体をアニールするために使用することができる。別の１つの構成では、加工処理チャンバの２対のタンデム加工処理セクション（例えば、１０８ｃ〜１０８ｄおよび１０８ｅ〜１０８ｆ）を、両方とも基板上に流動性誘電体膜を堆積し、アニールするように構成することができ、一方で、第３の対のタンデム加工処理セクション（例えば、１０８ａ〜１０８ｂ）を、堆積した膜のＵＶ硬化またはＥ−ビーム硬化用に使用することができる。さらに別の１つの構成では、タンデム加工処理セクションのすべての３対（例えば、１０８ａ〜１０８ｆ）を、基板上に流動性誘電体膜を堆積させ、硬化させるように構成することができる。
さらに別の１つの構成では、２対のタンデム加工処理セクション（例えば、１０８ｃ〜１０８ｄおよび１０８ｅ〜１０８ｆ）を、両方とも流動性誘電体の堆積およびＵＶ硬化またはＥ−ビーム硬化用に使用することができ、一方で、第３の対のタンデム加工処理セクション（例えば、１０８ａ〜１０８ｂ）を、誘電体膜のアニーリング用に使用することができる。流動性誘電体膜用の堆積チャンバ、アニーリングチャンバおよび硬化チャンバの追加の構成がシステム１００によっては予想されることが、認識されるであろう。
それに加えて、タンデム加工処理セクション１０８ａ〜１０８ｆのうちの１つまたは複数を、ウェット処理チャンバとして構成することができる。これらのプロセスチャンバは、水分を含む雰囲気中で流動性誘電体膜を加熱することを含む。したがって、システム１００の実施形態は、堆積した誘電体膜にウェットアニールおよびドライアニールの両方を実行するために、ウェット処理タンデム加工処理セクション１０８ａ〜１０８ｂおよびアニールタンデム加工処理セクション１０８ｃ〜１０８ｄを含むことができる。
図２Ａは、タンデム加工処理チャンバ内に仕切られたプラズマ発生領域を具備するプロセスチャンバセクション２００の一実施形態の断面図である。膜堆積（酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、またはシリコンオキシカーバイド）中に、プロセスガスを、流体注入部アセンブリ２０５を通して第１のプラズマ領域２１５内へと流すことができる。第１のプラズマ領域２１５中へと入る前に遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）２０１内で、プロセスガスを励起することができる。蓋２１２、シャワーヘッド２２５、およびその上に配置された基板２５５を有する基板支持部２６５が、開示した実施形態にしたがって示されている。２１２を、ピラミッド状、円錐状、または広い底部部分へと広がっている狭い頂部部分を具備した他の類似の構造とすることができる。蓋２１２は、印加されたＡＣ電圧源があるように図示されており、シャワーヘッドは接地され、第１のプラズマ領域２１５中でのプラズマ発生と両立している。絶縁リング２２０が、蓋２１２とシャワーヘッド２２５との間に設置され、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）が第１のプラズマ領域内で形成されることを可能にする。
蓋２１２を、開示した実施形態にしたがって加工処理チャンバで使用するためのデュアルソース蓋とすることができる。流体注入部アセンブリ２０５は、第１のプラズマ領域２１５中へと、ガスなどの流体を導入する。２つの異なる流体供給チャネルが、流体注入部アセンブリ２０５内に見られる。第１のチャネル２０２は、遠隔プラズマシステムＲＰＳ２０１を通過するガスなどの流体を搬送し、一方で、第２のチャネル２０４は、ＲＰＳ２０１をバイバスするガスなどの流体を有する。第１のチャネル２０２を、プロセスガス用に使用することができ、第２のチャネル２０４を、開示した実施形態においては処理ガス用に使用することができる。ガスを、第１のプラズマ領域２１５中へと流すことができ、バッフル２０６によって分散させることができる。蓋２０５およびシャワーヘッド２２５が、これらの間に絶縁リング２２０があるように示されており、これはシャワーヘッド２２５に対して蓋２１２にＡＣ電位が印加されることを可能にする。
前駆物質、例えば、シリコン含有前駆物質などの流体を、本明細書において説明するシャワーヘッドの実施形態によって第２のプラズマ領域中へと流すことができる。プラズマ領域２１５内でプロセスガスから派生する励起された化学種は、シャワーヘッド２２５中のアパーチャを通って進み、前駆物質と反応し、シャワーヘッドから第２のプラズマ領域２３３中へと流れる。第２のプラズマ領域２３３中には、ほとんどプラズマが存在しない、またはプラズマが存在しない。プロセスガスおよび前駆物質の励起された派生物は、基板の上方の領域内で、時折基板上で混ざり合い、基板上に流動性膜を形成する。膜が成長するので、より後に付いた物質は、下にある物質よりもより高い移動度を持つ。有機物含有物が蒸発によって減少するにつれて、移動度は低下する。堆積が完了した後で膜内に旧来の濃度の有機物含有物を残さずに、本技術を使用して流動性膜によってギャップを埋めることができる。堆積した膜から有機物含有物をさらに減少させるまたは取り除くために、硬化ステップをさらに使用することができる。
第１のプラズマ領域２１５中でプロセスガスを直接励起させること、遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）中でプロセスガスを励起させること、または両方は、いくつかの利点を提供する。プロセスガスから派生する励起された化学種の濃度を、第１のプラズマ領域２１５中のプラズマのおかげで、第２のプラズマ領域２３３内で増加させることができる。この増加は、第１のプラズマ領域２１５内におけるプラズマの位置からの結果であることがある。第２のプラズマ領域２３３は、遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）２０１よりも第１のプラズマ領域２１５の近くに位置し、励起された化学種が他のガス分子、チャンバの壁、およびシャワーヘッドの表面との衝突を通して励起された状態を離れるためにわずかな時間しか残さない。
プロセスガスから派生した励起された化学種の濃度の一様性を、第２のプラズマ領域２３３内でやはり向上させることができる。これは、第２のプラズマ領域２３３の形状に非常に良く似ている第１のプラズマ領域２１５の形状からの結果であることがある。遠隔プラズマシステム（ＲＰＳ）２０１中で作られる励起された化学種は、シャワーヘッド２２５の中心部近くのアパーチャを通過する化学種と比較してシャワーヘッド２２５の端部近くのアパーチャを通過するためにより長い距離を移動する。より長い距離は、励起された化学種の励起状態の低下という結果になり、例えば、基板の端部近くで成長速度が遅くなるという結果になることがある。第１のプラズマ領域２１５中でプロセスガスを励起させることは、この変動を軽減する。
好ましくは、加工処理ガスが、ＲＰＳ２０１中で励起され、励起された状態で第２のプラズマ領域２３３へとシャワーヘッド２２５を通過する。あるいは、プラズマガスを励起させること、またはＲＰＳからの既に励起したプロセスガスを増強させることのいずれかのために、電力が第１の加工処理領域に印加される場合がある。プラズマを第２のプラズマ領域２３３中で発生させることができるが、プロセスの１つの好ましい実施形態では、プラズマを第２のプラズマ領域中で発生させない。プロセスの１つの好ましい実施形態では、単に、加工処理ガスまたは前駆物質の励起は、ＲＰＳ２０１中で加工処理ガスを励起させることから第２のプラズマ領域２３３中での前駆物質との反応までである。
加工処理チャンバおよびツールが、２００８年９月１５日に出願した米国特許出願第１２／２１０，９４０号および２００８年９月１５日に出願した米国特許出願第１２／２１０，９８２号にさらに十分に記載されており、これらは権利を主張する態様および本明細書中の記載と矛盾しない程度まで、引用によって本明細書中に組み込まれている。
図２Ｂ〜図２Ｃは、本明細書において説明する加工処理チャンバおよびガス分配アセンブリ中の前駆物質流れプロセスの一実施形態の側面模式図である。加工処理チャンバセクション２００中で使用するためのガス分配アセンブリは、デュアルゾーンシャワーヘッド（ＤＺＳＨ）と呼ばれ、本明細書中の図３Ａ〜図３Ｋ、図４Ａ〜図４Ｉ、および図５Ａ〜図５Ｆに説明される実施形態において詳細に説明される。下記のガス流の説明は、広範囲にわたるデュアルゾーンシャワーヘッドの説明に向けられており、本明細書において説明するシャワーヘッド態様を限定するように解釈すべきではないまたは理解すべきではない。下記の記載は誘電体材料の堆積について説明するが、本装置および方法を他の材料を堆積させるために使用することができると、発明者は考えている。
堆積プロセスの一実施形態では、デュアルゾーンシャワーヘッドは、誘電体材料の流動性堆積を可能にする。加工処理チャンバ中で堆積させることができる誘電体材料の例は、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシカーバイド、またはシリコンオキシナイトライドを含む。窒化シリコン材料は、窒化シリコン、ＳｉｘＮｙ、水素含有窒化シリコン、ＳｉｘＮｙＨｚ、水素含有シリコンオキシナイトライド、ＳｉｘＮｙＨｚＯｚｚ、を含むシリコンオキシナイトライド、および塩素化窒化シリコン、ＳｉｘＮｙＨｚＣｌｚｚ、を含む水素含有窒化シリコンを含む。堆積した誘電体材料を、次に酸化シリコンのような材料に変換させることができる。
誘電体層を、誘電体材料前駆物質を導入し、第２のプラズマ領域２３３または反応ボリューム内で前駆物質を加工処理ガスと反応させることによって堆積させることができる。前駆物質の例は、シラン、ジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、トリエトキシシラン（ＴＥＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチル−ジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、テトラメチル−ジエトキシル−ジシロキサン（ＴＭＤＤＳＯ）、ジメチル−ジメトキシル−シラン（ＤＭＤＭＳ）、またはこれらの組み合わせを含むシリコン含有前駆物質である。窒化シリコンの堆積用の追加の前駆物質は、シリル−アミン、およびトリシリルアミン（ＴＳＡ）およびジシリルアミン（ＤＳＡ）を含むその誘導体などのＳｉｘＮｙＨｚ含有前駆物質、ＳｉｘＮｙＨｚＯｚｚ含有前駆物質、ＳｉｘＮｙＨｚＣｌｚｚ含有前駆物質、またはこれらの組み合わせを含む。
加工処理ガスは、水素含有化合物、酸素含有化合物、窒素含有化合物、またはこれらの組み合わせを含む。適した加工処理ガスの例は、Ｈ２、Ｈ２／Ｎ２混合物、ＮＨ３、ＮＨ４ＯＨ、Ｏ３、Ｏ２、Ｈ２Ｏ２、Ｎ２、Ｎ２Ｈ４蒸気を含むＮｘＨｙ化合物、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、水蒸気、またはこれらの組み合わせからなる群から選択された化合物のうちの１つまたは複数を含む。加工処理ガスを、Ｎ＊および／またはＨ＊および／またはＯ＊含有ラジカルまたはプラズマ、例えば、ＮＨ３、ＮＨ２ ＊、ＮＨ＊、Ｎ＊、Ｈ＊、Ｏ＊、Ｎ＊Ｏ＊、またはこれらの組み合わせ含むように、ＲＰＳユニット中でなどで励起したプラズマとすることができる。プロセスガスは、代替で、本明細書において説明する前駆物質のうちの１つまたは複数を含むことができる。
前駆物質を、最初に、第１のマニホールド２２６または上部プレートと第２のマニホールド２２７または底部プレートとによってシャワーヘッド２２５内に画定された内部シャワーヘッドボリューム２９４中へと導入することによって、反応ゾーン中へと導入する。内部シャワーヘッドボリューム２９４内の前駆物質は、第２のマニホールド中に形成されたアパーチャ２９６（開口部）を介して加工処理領域２３３中へと流れる２９５。この流れ経路は、チャンバ中の他のプロセスガスからは分離され、基板２１７と第２のマニホールド２２７の底部との間に画定された加工処理領域２３３中へと入るまで、前駆物質を反応しない状態または実質的に反応しない状態であるようにする。加工処理領域２３３中ではすぐに、前駆物質は、加工処理ガスと反応することができる。前駆物質を、本明細書中のシャワーヘッド実施形態中に示したように、チャネル４９０、５１８、および／または５３９などのシャワーヘッド中に形成されたサイドチャネルを通してシャワーヘッド２２５内に画定された内部シャワーヘッドボリューム２９４中へと導入することができる。プロセスガスを、ＲＰＳユニットからのラジカルまたは第１のプラズマ領域内で発生したプラズマからのラジカルを含むプラズマ状態にすることができる。加えて、プラズマを第２のプラズマ領域内で発生させることができる。
蓋２１２とシャワーヘッド２２５の上面とによって画定された第１のプラズマ領域２１５または上部ボリューム中へと、加工処理ガスを提供することができる。図２Ａに示したようなバッフル２０６を使用することによって、加工処理ガスの分配を実現することができる。Ｎ＊および／またはＨ＊および／またはＯ＊を含有するラジカルまたはプラズマ、例えば、ＮＨ３、ＮＨ２ ＊、ＮＨ＊、Ｎ＊、Ｈ＊、Ｏ＊、Ｎ＊Ｏ＊、またはこれらの組み合わせを含むプロセスガスプラズマおよびラジカルを生成するために、加工処理ガスを第１のプラズマ領域２１５中でプラズマ励起させることができる。あるいは、加工処理ガスを、第１のプラズマ加工処理領域２１５中への導入の前に、遠隔プラズマシステムを通過した後では既にプラズマ状態にすることができる。
プラズマおよびラジカルを含む加工処理ガス２９０は、次に、前駆物質との反応のために、チャネル２９０などのアパーチャを通って加工処理領域２３３へと配送される。チャネルを通過する加工処理ガスは、内部シャワーヘッドボリューム２９４とは物理的に分離され、加工処理ガスおよび前駆物質の両方がシャワーヘッド２２５を通過するときに、内部シャワーヘッドボリューム２９４を通過する前駆物質とは反応しない。加工処理ボリュームに入るとすぐに、加工処理ガスおよび前駆物質は、混合し反応することができ、誘電体材料を堆積させることができる。
プロセスガスおよび誘電体材料前駆物質に加えて、様々な目的のために様々な時間に他のガスを導入することができる。水素、炭素、およびフッ素などの望ましくない化学種を、チャンバ壁、基板、堆積した膜および／または堆積中の膜から除去するために、処理ガスを導入することができる。プロセスガスおよび／または処理ガスは、Ｈ２、Ｈ２／Ｎ２混合物、ＮＨ３、ＮＨ４ＯＨ、Ｏ３、Ｏ２、Ｈ２Ｏ２、Ｎ２、Ｎ２Ｈ４蒸気、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、水蒸気、またはこれらの組み合わせの群からのガスのうちの少なくとも１つを備えることができる。処理ガスを、プラズマに励起させることができ、次に、堆積した膜から残留有機含有物を減少させるためまたは除去するために使用することができる。別の開示した実施形態では、処理ガスを、プラズマにしないで使用することができる。処理ガスが水蒸気を含むときには、マスフローメータ（ＭＦＭ）および注入弁を使用して、または市販の水蒸気発生器によって、配送を実現することができる。処理ガスを、ＲＰＳユニットを通してまたはＲＰＳユニットをバイパスしてのいずれかで、第１の加工処理領域中へと導入することができ、さらに第１のプラズマ領域内で励起させることができる。
アパーチャ２９１の開口部の軸２９２およびアパーチャ２９６の開口部の軸２９７を、互いに平行にまたは実質的に平行にすることができる。あるいは、軸２９２および軸２９７を、１°から８０°までなど、例えば、１°から３０°まで、互いに角度をつけることができる。あるいは、それぞれの軸２９２の各々を、１°から８０°までなど、例えば、１°から３０°まで、互いに角度をつけることができ、それぞれの軸２９７の各々を、１°から８０°までなど、例えば、１°から３０°まで、互いに角度をつけることができる。
開口部が１°から３０°までなどの、１°から８０°までの角度を有する状態で、図２Ｂにアパーチャ２９１について示したように、それぞれの開口部を、角度をつけることができる。アパーチャ２９１の開口部の軸２９２およびアパーチャ２９６の開口部の軸２９７を、基板２１７の表面に垂直にまたは実質的に垂直にすることができる。あるいは、軸２９２および軸２９７を、基板表面から、５°よりも小さいなどの角度をつけることができる。
図２Ｃは、内部ボリューム２９４からアパーチャ２９６を通り加工処理領域２３３中への前駆物質の流れ２９５を図示する加工処理チャンバ２００およびシャワーヘッド２２５の部分模式図を図示する。図は、互いに角度をつけられた２つのアパーチャ２９６の軸２９７および２９７’を示す代替実施形態をやはり図示する。
図３Ａは、ガス分配アセンブリ３００の上部斜視図を図示する。使用の際には、ガス分配システムを貫通して形成されたガスアパーチャの軸が基板支持部（図２Ａの基板支持部２６５参照）の面に垂直または実質的に垂直であるように、ガス分配システム３００は、実質的に水平の向きを有するであろう。図３Ｂは、ガス分配アセンブリ３００の底部斜視図を図示する。図３Ｃは、ガス分配アセンブリ３００の底部平面図である。図３Ｄは、図３Ｃの線３Ｄ−３Ｄに沿って取ったガス分配アセンブリ３００の断面図である。図３Ｅは、図３Ｃの線３Ｅ−３Ｅに沿って取ったガス分配アセンブリ３００の底部プレート３２５の断面図である。図３Ｆおよび図３Ｇは、底部プレート３２５のフィーチャの拡大図である。図３Ｈは、ガス分配アセンブリ３００の上部プレート３２０の底部平面図である。図３Ｈ−１は、図３Ｈの線３Ｈ−１−３Ｈ−１に沿って取った上部プレート３２０の断面図である。図３Ｈ−２は、上部プレート３２０の底部斜視図である。図３Ｉおよび図３Ｉ−１は、上部プレート３２０のフィーチャの拡大図である。図３Ｊは、ガス分配アセンブリ３００の環状ボディ３４０の上面図である。図３Ｋは、環状ボディ中に配置された加熱素子３２７を有する環状ボディ３４０の底部の斜視図を図示する。図３Ｌは、図３Ｄに示したガス分配アセンブリ３００の一部の拡大図である。図３Ｍは、図３Ｊの線３Ｍ−３Ｍを横切って取った環状ボディ３４０の断面図である。
図３Ａ〜図３Ｍを参照すると、ガス分配アセンブリ３００は、環状ボディ３４０、上部プレート３２０、および底部プレート３２５を一般に含む。特に図３Ｌに見られるように、環状ボディ３４０は、内側環状壁３０１、内側環状壁３０１から半径方向の外側に向けて延びる内側リップ３０２、上部リセス３０３、台座３０４、および外側壁３０５を有する環状リングである。環状ボディ３４０は、環状ボディ３４０の厚さを画定する上表面３１５および底部表面３１０を有する。図３Ａに示したように、導管３５０を、上表面３１５内に形成することができ、上表面３１５内にやはり形成することができる冷却チャネル３５６と流体的に連結することができる。図３Ｂに示したように、導管３５５を、底部表面３１０内に形成することができ、底部表面３１０内にやはり形成することができる冷却チャネル３５７と流体的に連結することができる。冷却流体が冷却チャネルを通って流れることを可能にするように、冷却チャネル３５６、３５７を適合させることができる。ヒータリセス３４２を、底部表面３１０内に形成し、図３Ｋに示したように、加熱素子３２７を保持するように適合させることができる。
特に図３Ｄおよび図３Ｈ〜図３Ｉ−１に示したように、上部プレート３２０は、上部プレートを貫通して形成された多数の第１のアパーチャ３６０を具備し、上部リセス３０３の直径と合うように選択された直径を有するディスク形状をしたボディである。第１のアパーチャ３６０は、上部プレート３２０の底部表面３０６を超えて延びることが可能であり、これによって多数の盛り上がった円柱状ボディ３０７を形成する。各盛り上がった円柱状ボディ３０７の間にはギャップ３９５がある。図３Ｈおよび図３Ｈ−２に見られるように、第１のアパーチャ３６０の最外部の中心を通り描いた仮想線が１２辺多角形図形を画定するように、第１のアパーチャ３６０を、上部プレート３２０上に多角形パターンに配列する。パターンは、また、第１のアパーチャ３６０の１５列から２５列までなどの５列から６０列、例えば、２１列の互い違いの列のアレイを特徴とすることがある。各列は、ｙ軸に沿って、各列が０．４と０．７インチとの間（１０．２と１７．８ｍｍとの間）離れて、例えば、約０．５４インチ（約１３．７ｍｍ）離れて間隔を空けた状態で、６個から１８個までのアパーチャなどの５個から２０個までの第１のアパーチャ３６０を有する。ある列内の各第１のアパーチャ３６０を、それぞれの直径から、約０．６３インチ（１６ｍｍ）などの０．４と０．８インチとの間（１０．２と２０．３ｍｍとの間）前のアパーチャからｘ軸に沿って位置をずらせることができる。第１のアパーチャ３６０を、それぞれの直径から、約０．３２インチ（約８．１ｍｍ）などの０．２と０．４インチとの間（５．１と１０．１ｍｍとの間）だけもう１つの列内のアパーチャとはｘ軸に沿って互い違いにする。第１のアパーチャ３６０を、各列において互いに等間隔にすることができる。示した配列中には合計３１２個の第１のアパーチャ３６０がある。別のホールパターンを利用することが可能であることが、予想される。
図３Ｉ−１に示したように、上部プレート３６０の中心のところには、第１のアパーチャ３６０の代わりに突起部３０８がある。突起部３０８は、盛り上がった円柱状ボディ３０７と同じ高さまで延びる。
特に図３Ｃおよび図３Ｅ〜図３Ｇに見られるように、底部プレート３２５は、底部プレートを貫通して形成された多数の第２のアパーチャ３６５および第３のアパーチャ３７５を有するディスク形状のボディである。底部プレート３２５は、約０．１５インチ（約３．８ｍｍ）などの約０．１から０．２インチまで（約２．５から５．１ｍｍまで）の一様な厚さであり、環状ボディ３４０の内側環状壁３０１の直径に合った直径を有する。第２のアパーチャ３６５を、上に説明したような第１のアパーチャ３６０のパターンと整列したパターンに配列する。一実施形態では、上部プレート３２０および底部プレート３２５を、他方の上に一方を設置するときには、第１のアパーチャ３６０および第２のアパーチャ３６５の軸は整列する。複数の第１のアパーチャ３６０および複数の第２のアパーチャ３６５は、互いに平行なまたは実質的に平行なそれぞれの軸を有することができ、例えば、アパーチャ３６０、３６５を同心円とすることができる。あるいは、複数の第１のアパーチャ３６０および複数の第２のアパーチャ３６５は、互いに１°から３０°までの角度で配置されたそれぞれの軸を有することができる。図３Ｆに示したように、底部プレート３２５の中心のところには、第２のアパーチャ３６５がない。
複数の第２のアパーチャ３６５および複数の第３のアパーチャ３７５は、交互の互い違いになった列を形成する。第３のアパーチャ３７５を、底部プレート３２５の第２のアパーチャ３６５のうちの少なくとも２つの間に配列させる。各第２のアパーチャ３６５の間には、２つの第２のアパーチャ３６５の間に等間隔に並べられた第３のアパーチャ３７５がある。また、底部プレート３２５の中心のまわりに六角形パターンに設置された６個の第３のアパーチャ３７５がある。底部プレート３２５の中心に形成される第３のアパーチャ３７５はない。第２のアパーチャの多角形パターンの頂点を形成する周辺の第２のアパーチャ３６５の間に設置される第３のアパーチャ３７５もない。底部プレート３２５を貫通して形成された合計８７６個の第３のアパーチャ３７５がある。
第１のアパーチャ３６０、第２のアパーチャ３６５、および第３のアパーチャ３７５は、そこを通る流体の通過を可能にするようにすべてが適合している。第１のアパーチャ３６０および第２のアパーチャ３６５は、円柱状の形状を有することができる、あるいは、円錐状、円柱状、または複数の形状の組み合わせを含む変化する断面形状を有することができる。一例では、第１のアパーチャ３６０および第２のアパーチャ３６５は、約０．２５インチ（約６．４ｍｍ）などの約０．１２５から約０．５インチまで（約３．２ｍｍから約１２．７ｍｍまで）の直径を有することができる。第２のアパーチャ３６５は、代替法では、第１のアパーチャ３６０と同じまたは第１のアパーチャ３６０よりも大きな直径を有することができる。
図３Ｇに見られように、第３のアパーチャ３７５は、砂時計形状を有することができる。第３のアパーチャは、約０．２５インチ（約６．４ｍｍ）などの０．２から０．３インチ（５．１ｍｍから７．６ｍｍ）の第１の直径を有する第１の円柱状セクション３７６（ノズル）の形状のプロファイルを有することができる、または輪郭を示すことがある。第１の円柱状セクション３７６は、一端に注入部を有する。第１の円柱状セクション３７６は、約０．１１インチ（約２．８ｍｍ）などの約０．１から０．１２インチ（２．５から３．０ｍｍ）の高さを有することができる。第１の直径よりも小さな第２の直径を有する第２の円柱状セクション３７８（スロート）を、遷移セクション３７７によって第１の円柱状セクション３７６に連結する。第２の直径を、０．０１６インチ（０．４１ｍｍ）などの０．０１から０．０３インチまで（０．２５ｍｍから０．７６ｍｍまで）、または約１６：１などの約３０：１から６：１までの第１の直径と第２の直径とのおおよその比率とすることができる。第２の円柱状セクション３７８は、約０．０１７インチ（約０．４３ｍｍ）などの約０．０１から０．０２インチ（０．２５から０．５１ｍｍ）の高さを有することができる。遷移セクション３７７は、第１のセクション３７６および第１の直径から第２のセクション３７８および第２の直径まで、約１２０°の角度でなどで次第に細くなる。遷移セクション３７７は、約０．１１インチ（約２．８ｍｍ）などの約０．１から０．１２インチ（約２．５から３．０ｍｍ）の高さを有することができる。第３のセクション３７４（ディフューザ）は、第２の円柱状セクション３７８に連結される。第３のセクション３７４は、第２の円柱状セクション３７８から、０．２５インチ（６．４ｍｍ）などの０．２インチから０．３インチまで（５．１ｍｍから７．６ｍｍまで）の高さを具備した排出部へと広がる円錐状の形状を有することがあり、第２の直径よりも大きく第１の直径よりも小さな排出部直径を有することができる。第３の直径を、０．０６インチ（１．５ｍｍ）などの０．０５インチから０．０８インチまで（１．３ｍｍから２．０ｍｍまで）とすることができる。あるいは、複数の第３のアパーチャの各々が、円柱状の形状を有することがあり、複数の第１のアパーチャ３６０と同じまたは複数の第１のアパーチャ３６０よりも大きな直径を有することができる。
図３Ｊおよび図３Ｍを参照すると、環状ボディ３４０は、冷却チャネル３５６、３５７の半径方向の内側で上部リセス３０３内に形成された多数の流体配送チャネル３８０を有することができる。流体配送チャネル３８０を、導管３７２に流体的に連結することができる。流体配送チャネル３８０を、流体配送チャネル３８０の半径方向の内側の上部リセス３０３内に形成されている複数の流体流路３８１ともやはり流体的に連結することができる。
前に述べたように、ガス分配アセンブリ３００は、環状ボディ３４０、上部プレート３２０、および底部プレート３２５から一般に構成される。図３Ｌに示したように、上部プレート３２０を、環状ボディ３４０の底部表面３１０に向かって盛り上がった円柱状ボディ３０７が面した状態で上部リセス３０３内に設置する。図３Ｌに示したように、底部プレート３２５を、次に、第１のアパーチャ３６０および第２のアパーチャ３６５の軸が整列するように、回転可能な向きに台座３０４上に設置する。第１のアパーチャ３６０および第２のアパーチャ３６５を第３のアパーチャ３７５とは流体的に分離するために、上部プレート３２０を底部プレート３２５に密閉させて連結する。例えば、シールが盛り上がった円柱状ボディ３０７の表面と底部プレート３２５の表面との間に作られるように、上部プレート３２０を底部プレート３２５にろう付けすることができる。上部プレート３２０および底部プレート３２５を、次に環状ボディ３４０にＥ−ビーム溶接する。シールが円形ボディの外側端部３１１と上部リセス３０３の内側端部３１２との間に作られるように、上部プレート３２０をＥ−ビーム溶接する。シールが円形ボディの外側端部３１３と内側環状壁３０１との間に作られるように、底部プレート３２５をＥ−ビーム溶接する。流体は、流れ経路Ｆ１に沿って第１のアパーチャ３６０および第２のアパーチャ３６５を通って流れることができる。流体は、やはり、流れ経路Ｆ２に沿って、流体配送チャネル３８０中へと導管３７２を通り、流体流路３８１を通り、ギャップ３９５を通り、第３のアパーチャ３７５を通って別々に流れることができる。２つの別々の流れ経路Ｆ１、Ｆ２に沿った流体の流れを有することは、流体の反応がガス分配アセンブリ３００を出た後で生じることを確実にし、これが、ガス分配アセンブリ３００内部に物質の蓄積を防止することに役立つことがある。一実施形態では、ガス分配アセンブリ３００の表面を、電解研磨することができる。
図４Ａ〜図４Ｈを参照すると、第１のまたは上部マニホールド４１０および第２のまたは底部マニホールド４１５を含み、第２のマニホールド４１５の上面が第１のマニホールド４１０の底面と連結するように適合したガス分配アセンブリ４００すなわちシャワーヘッドの一実施形態を提供する。使用の際には、シャワーヘッド中に形成されたすべてのアパーチャの軸が基板面に対して垂直または実質的に垂直であるような方法で、基板に対するシャワーヘッド４００の方向合せを行う。
図４Ａは、第１のマニホールド４１０を含むシャワーヘッドの上面の斜視図を図示し、図４Ｂは、第２のマニホールド４１５を含むシャワーヘッドの底部の斜視図を図示する。図４Ｃは、第２のマニホールドの底部平面図を図示する。図４Ｄは、図４Ｃの線４Ｄに沿ったシャワーヘッドの側面図を図示する。図４Ｄ−１は、第１のアパーチャの一実施形態の模式的側面図である。図４Ｅは、第２のマニホールドの円形プレートの模式的側面図である。図４Ｆは、図４Ｅの第３のアパーチャの一実施形態の模式的側面図である。図４Ｇは、図４Ｅの第２のアパーチャおよび第３のアパーチャの一実施形態の模式的側面図である。図４Ｈは、第１のマニホールドの上面図であり、アパーチャを具備した円形プレートを示していない。図４Ｉは、本明細書において説明するアパーチャパターンを具備した円形プレートを有する底部マニホールドの上面図であり、円形プレートを示していない。
第１のマニホールド４１０は、外側リム４４０内に配置された内側円形プレート４２０を含む。横導管４５０が外側リム４４０内に形成される。
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、内側円形プレート４２０は、パターン部分４７０内に形成された複数の第１のアパーチャ４６０を有し、アパーチャは、そこを通る流体の通路ために適合している。パターン部分４７０は、１５列から２５列まで、例えば、１９列の互い違いの列のアレイを備えることができる。各列は、ｙ軸に沿って、各列が０．４と０．７インチとの間（１０．２と１７．８ｍｍとの間）離れて、例えば、約０．５４インチ（約１３．８ｍｍ）離れて間隔を空けた状態で、４個から１７個までのアパーチャなどの２個から２０個までのアパーチャを有する。ある列内の各アパーチャを、それぞれの直径から、約０．６３インチ（約１６ｍｍ）などの０．４と０．８インチとの間（１０．２と２０．３ｍｍとの間）前のアパーチャからｘ軸に沿って位置をずらせることができる。アパーチャを、それぞれの直径から、約０．３１インチ（約７．９ｍｍ）などの０．２と０．４インチとの間（５．１と１０．１ｍｍとの間）だけもう１つの列内のアパーチャからｘ軸に沿って互い違いにする。アパーチャを各列において互いに等間隔にすることができる。
各第１のアパーチャ４６０は、第１の円柱状部分へと先細りになった円錐状注入部部分を有することができる。一例では、アパーチャ４６０は、０．１２５から０．４インチまで（３．２から１０．２ｍｍまで）、例えば、０．２５インチ（６．４ｍｍ）の第１の円柱状部分直径へと約９０°で先細りになっている約０．３５インチ（約８．９ｍｍ）などの約０．２インチから約０．５インチまで（約５．１ｍｍから約１２．７ｍｍまで）の注入部直径を有することができる。アパーチャ４６０は、そこを通る流体用の通路を提供するために円形プレートを貫通して延びる。第１のアパーチャのすべてを含めた高さは、０．０５から０．１５インチまで（１．３ｍｍから３．８ｍｍまで）であり、第１の円柱状部分へと先細りになっている円錐状注入部部分が、同じ高さを有することができる。円形プレートのパターン形成部分は、円形プレートのサイズに基づいて変わることがあり、約１４インチ（約３５６ｍｍ）の直径を有する円形プレートのうちの約０．５から約６インチまで（約１２．７から約１５２ｍｍまで）の直径であることがある。
図４Ｂ、図４Ｅ、図４Ｆ、図４Ｇ、図４Ｈおよび図４Ｉを参照すると、内側円形プレート４２５は、パターン部分４８５内に形成された複数の第２のアパーチャ４６５を有し、第２のアパーチャは、そこを通る流体の通過のために適合している。内側円形プレートはまた、パターン部分４８５内に形成された複数の第３のアパーチャ４７５を有し、第２のアパーチャは、シャワーヘッドが設置されている加工処理チャンバ中への流体通路によってシャワーヘッド中へと導入されるガスを通すように適合している。円形プレートは、約０．１５インチ（約３．８ｍｍ）などの約０．１から０．２インチまで（２．５から５．１ｍｍまで）の厚さを有する。
図４Ｈを参照すると、第１のマニホールド４１５は、リム４４０中に形成された複数の流体配送チャネル４８０によって周りを囲まれ、流体配送チャネルは、第３のアパーチャ４７５と流体連絡し、シャワーヘッドへの外部ソースからの流体の通過を可能にするように適合した第２の流体ソース入口４９０と流体連絡している。第２のマニホールド４１５は、外側リム４４５内に配置された内側円形プレート４２５を含む。
第２のマニホールドの複数の第２のアパーチャ４６５を、複数の第１のアパーチャと整列させることができる。複数の第１のアパーチャ４６０および複数の第２のアパーチャ４６５は、互いに平行なまたは実質的に平行なそれぞれの軸を有することができる。あるいは、複数の第１のアパーチャ４６０および複数の第２のアパーチャ４６５は、互いに１°から３０°までの角度で配置されたそれぞれの軸を有することができる。
パターン部分４８５は、１５列から２５列まで、例えば、１９列の互い違いの列のアレイを備えることができる。各列は、ｙ軸に沿って、各列が０．４と０．７インチとの間（１０．２と１７．８ｍｍとの間）離れて、例えば、約０．５４インチ（約１３．７ｍｍ）離れて間隔を空けた状態で、４個から１７個までのアパーチャなどの２個から２０個までのアパーチャを有する。ある列内の各アパーチャを、それぞれの直径から、約０．６３インチ（１６ｍｍ）などの０．４と０．８インチとの間（１０．２と２０．３ｍｍとの間）前のアパーチャからｘ軸に沿って位置をずらせることができる。アパーチャを、それぞれの直径から、約０．３１インチ（約７．９ｍｍ）などの０．２と０．４インチとの間（５．１と１０．１ｍｍとの間）だけもう１つの列内のアパーチャからｘ軸に沿って互い違いにする。アパーチャを各列において互いに等間隔にすることができる。
各第２のアパーチャ４６５は、アウトセットへと広がっている円錐状排出部部分に連結された第２の円柱状部分を有することができる。一例では、アパーチャ４６５は、０．１２５から０．４インチまで（３．２から１０．２ｍｍまで）、例えば、０．２５インチ（６．４ｍｍ）の第２の円柱状部分直径、および第２の円柱状部分から約４０°で傾斜している約０．４０インチ（約１０．２ｍｍ）などの約０．２インチから約０．５インチまで（約５．１ｍｍから約１２．７ｍｍまで）の排出部直径を有することができる。アパーチャ４６５は、アパーチャ４６０と同じまたはアパーチャ４６０よりも大きな直径を有することができる。アパーチャ４６５は、そこを通る流体用の通路を提供するために円形プレートを貫通して延びる。第１のアパーチャのすべてを含めた高さは、０．０５から０．５インチまで（１．３ｍｍから１２．７ｍｍまで）、例えば、約０．３５インチ（約８．９ｍｍ）である。円形プレートのパターン形成部分は、円形プレートのサイズに基づいて変わることがあり、約１４インチ（約３５６ｍｍ）の直径を有する円形プレートのうちの約０．５から約６インチまで（約１２．７から約１５２ｍｍまで）の直径であることがある。
パターン部分４８５は、３０列から４５列まで、例えば、３７列の互い違いの列のアレイになった複数の第３のアパーチャを備えることができる。各列は、ｙ軸に沿って、各列が０．２と０．３５インチとの間（５．１と８．９ｍｍとの間）離れて、例えば、約０．３１インチ（約７．９ｍｍ）離れて間隔を空けた状態で、３個から１７個までのアパーチャなどの２個から３０個までの第３のアパーチャを有する。一列おきの列を、第２のアパーチャと同じｘ軸列に沿って配置することができ、第３のアパーチャを、ｘ軸に沿って第２のアパーチャと交互の順番にすることができる。ある列内の各第３のアパーチャを、第３のアパーチャだけを具備するある列についてそれぞれの直径から、約０．３１インチ（約７．９ｍｍ）などの０．４と０．８インチとの間（１０．２と２０．３ｍｍとの間）前の第３のアパーチャからｘ軸に沿って位置をずらせることができる。ある列内の各第３のアパーチャを、第３のアパーチャだけを具備するある列についてそれぞれの直径から、約０．３１インチ（約７．９ｍｍ）などの０．４と０．８インチとの間（１０．２と２０．３ｍｍとの間）前の第２のアパーチャからｘ軸に沿って位置をずらせることができる。第３のアパーチャを、それぞれの直径から、約０．１６インチ（約４．１ｍｍ）などの０．１と０．２インチとの間（２．５と５．１との間）だけもう１つの列内の第３のアパーチャからｘ軸に沿って互い違いにする。アパーチャを各列において互いに等間隔にすることができる。
図４Ｇを参照すると、第３のアパーチャは、約０．２５インチ（約６．４ｍｍ）などの０．２から０．３インチ（５．１ｍｍから７．６ｍｍ）の第１の直径を有する第１の円柱状部分４７６（ノズル）の形状のプロファイルを有することができる、または輪郭を示すことができる。第１の円柱状部分は、一端に注入部を有する。第１の円柱状部分は、約０．１４インチ（約３．６ｍｍ）などの約０．１から０．１６インチ（２．５から４．１ｍｍ）の高さを有することができる。第１の直径よりも小さな第２の直径を有する第２の円柱状部分４７８を、遷移セクション４７７によって第１の円柱状部分４７６に連結する。第２の直径を、０．０６インチ（１．５２ｍｍ）などの０．０４から０．０７インチまで（１．０２から１．７８ｍｍまで）、または４：１などの７．５：１から３：１までの第１の直径と第２の直径とのおおよその比率とすることができる。第２の円柱状部分は、約０．０５インチ（約１．２７ｍｍ）などの約０．０１から０．１インチ（０．２５から２．５ｍｍ）の高さを有することができる。遷移部分４７７は、第１の部分である第１の直径から第２の部分である０．０７よりも大きく０．１インチまで（１．７８よりも大きく２．５ｍｍまで）、例えば、約０．０８インチ（約２．０３ｍｍ）の第１の主直径まで、約４０°などの角度で次第に細くなる。第１の主直径は、第２の直径よりも大きい。
第３の円柱状部分４４４（スロート）は、第２の円柱状部分４７８に連結され、０．０１６インチ（０．４１ｍｍ）などの０．０１から０．０３インチまで（０．２５ｍｍから０．７６ｍｍまで）の第３の直径、または１６：１などの３０：１から６：１までの第１の直径と第３の直径とのおおよその比率を有することができる。第３の円柱状部分は、約０．０２５インチ（約０．６４ｍｍ）などの約０．０１から０．０３インチ（約０．２５から０．７６ｍｍ）の高さを有することができる。第４の円柱状部分４７９（ディフューザ）を、第３の円柱状部分４４４に連結する。第４の円柱状部分は、第２の円柱状部分４７８と同様の直径を有することがあり、第１の直径よりも小さな第４の直径を有する。第４の直径を、０．０６インチ（１．５２ｍｍ）などの０．０４から０．０７インチまで（１．０２ｍｍから１．７８ｍｍまで）、または約４：１などの７．５：１から３：１までの第１の直径と第２の直径とのおおよその比率とすることができる。第４の円柱状部分は、約０．０２５インチ（約０．６４ｍｍ）などの約０．０１から０．５インチ（約０．２５から１．２７ｍｍ）の高さを有することができる。
図４Ｅ〜図４Ｈを参照すると、加工処理ガスなどの第１の流体は、加工処理領域中へと入る前に、上部マニホールド中の第１のアパーチャ４６０および底部マニホールド中の第２のアパーチャ４６５を介してシャワーヘッドを通って流れる、Ｆ１。前駆物質などの第２の流体は、第１のアパーチャおよび第２のアパーチャを囲んでいる分離された流れ経路である上部マニホールドと下部マニホールドとの間の内部領域４９５へと、ガス分配チャネル４８０へチャネル４９０を通り流れることによって加工処理領域へと流れ、Ｆ２、第３のアパーチャ４７５を通って出る。第１の流体および第２の流体の両者は、加工処理領域中へと配送されるまで、シャワーヘッド中で互いに分離されている。
図５Ａ〜図５Ｆを参照すると、第１のまたは上部マニホールド５１０、第１のマニホールド５１０の底部に連結した第２のまたは中央マニホールド５２０、および第２のマニホールド５２０の底部に連結した第３のまたは底部マニホールド５３０を含むガス分配アセンブリ５００すなわちシャワーヘッドの一実施形態が提供される。使用の際には、シャワーヘッド中に形成されたすべてのアパーチャの軸が基板面に対して垂直または実質的に垂直であるような方法で、基板に対するシャワーヘッド５００の方向合せを行う。
図５Ａは、第１のマニホールド５１０、第２のマニホールド５１５、および第３のマニホールド５２０の斜視図を図示する。図５Ｂは、上マニホールドの上平面図を図示する。図５Ｃは、中央マニホールドの上平面図を図示する。図５Ｄは、底部マニホールドの上面の斜視図を図示する。図５Ｅは、第１のマニホールド５１０、第２のマニホールド５１５、および第３のマニホールド５２０の切り出し斜視図を図示する。図５Ｆは、図５Ｅの切り出し斜視図の拡大した部分を図示する。
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、上部マニホールド５１０は、上部マニホールドの中心部分５１３の周りに同心円状に配置されている複数の第１の放射状列５１２に形成された複数の第１のアパーチャ５１１、および複数の第１のアパーチャ５１１の周りに同心円状に配置された複数の第２のアパーチャ５１４を有するパターン形成部分５１６を有することができ、複数の第２のアパーチャ５１４が複数の第２の放射状列５１５に形成される。
複数の第１のアパーチャ５１１は、各放射状列中に２個から１０個までのアパーチャなどの２個以上のアパーチャ、例えば、約４個のアパーチャの、２列から２４列までなどの、例えば、１６列の複数の第１の放射状列５１２を備えることができる。同心円の放射状列を、等角度で互いに等間隔にすることができる。アパーチャを、各放射状列中で互いに等間隔にすることができる。各アパーチャは、円形プレート中に円柱状形状を有することができる。一例では、アパーチャ５１１は、約０．２インチ（約５．１ｍｍ）などの約０．１インチから約０．５インチまで（約２．５ｍｍから約１２．７ｍｍまで）の直径を有することができ、そこを通る流体用の通路を提供するために円形プレートを貫通して延びることができる。
複数の第１のアパーチャ５１１の周りに同心円状に配置された複数の第２のアパーチャ５１４は、各放射状列中に２個から１０個までのアパーチャなどの２個以上のアパーチャ、例えば、約５個のアパーチャの、３列から４０列までなどの、例えば、３２列の複数の第２の放射状列５１５を備えることができる。放射状列を、等角度で互いに等間隔にすることができる。第２のアパーチャを、各放射状列中で互いに等間隔にすることができる。各第２のアパーチャは、円形プレート中に円柱状形状を有することができる。一例では、アパーチャ５１４は、約０．２インチ（約５．１ｍｍ）などの約０．１インチから約０．５インチまで（約２．５ｍｍから約１２．７ｍｍまで）の直径を有することができ、そこを通る流体用の通路を提供するために円形プレートを貫通して延びることができる。
図５Ｂに破線として示したように、裏面チャネル５１８を、中心ギャップ５１９（やはり破線で示す）へのガスの配送用に上部マニホールド５１０の裏面に形成することができる。裏面チャネルは、外部ソースから中心ギャップへ第２の流体を供給し、この第２の流体は、底部マニホールドの中心部へと中央マニホールドの中心部アパーチャを通って搬送され、そこでは、内部の複数のガスチャネルが底部マニホールドの中心部と流体的に連絡しており、ガスチャネル中に配置されたアパーチャを介して加工処理領域と流体連絡している。
図５Ａおよび図５Ｃを参照すると、中央マニホールド５２０は、中央マニホールドの中心部分５２３の周りに配置されている同心円列に形成された複数の第１の開口部５２１、および複数の第１の開口部５２１の周りに同心円状に配置されている同心円列に形成された複数の第２の開口部５２４を有するパターン形成部分５２６を有することができる。
第１の開口部５２１を、三角形または洋ナシ形状に形成することができる。形状は、マニホールドの中心部に隣接して配置された始線を備えることができ、５°から４５°までの角度、例えば、２２．５°で周辺部分へと広がる。周辺部分を丸まった形状または平坦な形状とすることができる。第１の開口部５２１は、２個から２４個までの開口部、例えば、１６個を備えることができる。第１の開口部５２１の各々を、第１の放射状列５１２のうちの１つに対応する位置にすることができる。各開口部５２１を、それぞれの第１の放射状列用のアパーチャのすべてを包囲する開口部を設けるために十分なサイズを有するように適合させることができる。第１の開口部５２１を、等角度で互いに等間隔にすることができる。
第２の開口部５２４を、三角形または洋ナシ形状に形成することができる。形状は、複数の第１の開口部５２１に隣接して配置された始線を備えることができ、５°から４５°までの角度、例えば、１１．２５°で周辺部分へと広がる。第２の開口部の一実施形態では、第２の開口部は、第１の開口部の広がり角度の約半分を有する。周辺部分を丸まった形状または平坦な形状とすることができる。第２の開口部５２４は、４個から４８個までの開口部、例えば、３２個の開口部を備えることができる。第２の開口部５２４の各々を、第２の放射状列５１５のうちの１つに対応する位置にすることができる。各第２の開口部５２４を、それぞれの第２の放射状列用のアパーチャのすべてを包囲する開口部を設けるために十分なサイズを有するように適合させることができる。第２の開口部５２４を、等角度で互いに等間隔にすることができる。第２の開口部を、１：１から１：３、例えば、１：２の第１の開口部と第２の開口部との比率で設けることができる。一例では、中央マニホールドは、２２．５°の角度で広がる１６個の第１の開口部、および１１．２５°の角度で広がる３２個の第２の開口部を備える。
中央マニホールドの中心部分５２３は、上部マニホールドの裏側中心部から底部マニホールドの中心部５３３への流体の流体連絡を可能にするアパーチャを備えることができる。
図５Ａおよび図５Ｄを参照すると、底部マニホールド５３０は、中央マニホールドの中心部分５３３の周りに配置されている同心円列に形成された複数の第１の開口部５３１、複数の第１の開口部５３１の間に配置された複数の第１のガスチャネル５３７、複数の第１の開口部５３１の周りに同心円状に配置されている同心円列に形成された複数の第２の開口部５３４、複数の第２の開口部５３４の間に配置された複数の第２のガスチャネル５３８、ならびに複数の第２のガスチャネル５３８および複数の第２の開口部５３４の周りに同心円状に配置されたチャネルネットワーク５３９を有するパターン形成部分５３６を有することができる。
ガスチャネルネットワーク５３９を、複数の第２のガスチャネル５３８に流体的に連結し、第２の開口部５３１とは流体的に分離することができる。複数の第１のガスチャネル５３７を、中心部分５３３に流体的に連結することができ、第１の開口部５３１とは流体的に分離することができる。第１の流体チャネル５３７を、第２の流体チャネル５３８とは流体的に分離することができる。第１の流体チャネルは、加工処理領域への流体の配送用のアパーチャ５４２を含む。
第１の開口部５３１を、三角形または洋ナシ形状に形成することができる。形状は、マニホールドの中心部に隣接して配置された始線を備えることができ、５°から４５°までの角度、例えば、２２．５°で周辺部分へと広がる。周辺部分を丸まった形状または平坦な形状とすることができる。第１の開口部５３１は、２個から２４個までの開口部、例えば、１６個を備えることができる。第１の開口部５３１の各々を、中央マニホールドの第１の開口部５２１のうちの１つに対応する位置にすることができる。各開口部５３１を、上部マニホールドのそれぞれの第１の放射状列用のアパーチャのすべてを包囲する開口部を設けるために十分なサイズを有するように適合させることができる。第１の開口部５３１を、等角度で互いに等間隔にすることができる。
第２の開口部５３４を、三角形または洋ナシ形状に形成することができる。形状は、複数の第１の開口部５３１に隣接して配置された始線を備えることができ、５°から４５°までの角度、例えば、１１．２５°で周辺部分へと広がる。第２の開口部５３１の一実施形態では、第２の開口部は、第１の開口部の広がり角度の約半分を有する。周辺部分を丸まった形状または平坦な形状とすることができる。第２の開口部５２４は、４個から４８個までの開口部、例えば、３２個の開口部を備えることができる。第２の開口部５２４の各々を、中央マニホールドの第２の開口部５２４のうちの１つに対応する位置にすることができる。各第２の開口部５２４を、上部マニホールドのそれぞれの第２の放射状列用のアパーチャのすべてを包囲する開口部を設けるために十分なサイズを有するように適合させることができる。第２の開口部５２４を、等角度で互いに等間隔にすることができる。第２の開口部５３４を、１：１から１：３、例えば、１：２の第１の開口部５３１と第２の開口部５３４との比率で設けることができる。一例では、中央マニホールドは、２２．５°の角度で広がる１６個の第１の開口部、および１１．２５°の角度で広がる３２個の第２の開口部を備える。
複数の第１のガスチャネル５３７は、複数の第１の開口部５３１の間に配置され、第１の開口部５３１の数と同じ数のチャネル５３７を有することができる。ガスチャネルは、マニホールドの中心部分５３３に連結されることがある内側部分、第１の開口部５３１と同一の広がりを持つ外側部分を有し、一般に長方形断面または正方形断面を有する。複数の第１のガスチャネルの各々は、加工処理チャンバへの流体連絡を提供するために、その底部のところに１列または複数の列に形成された１つまたは複数のアパーチャ、排出部を有する。例えば、複数の第１のガスチャネルの各々は、各５個のアパーチャの２列の１０個のアパーチャを有する。複数の第１のガスチャネル５３７は、中央マニホールドの底部表面と接触し、封止されたチャネルを形成するように適合し、中央マニホールドの開口部５２１および５２４からは分離される。
複数の第２のガスチャネル５３８は、複数の第２の開口部５３４の間に配置され、第２の開口部５３４の数と同じ数のチャネル５３８を有することができる。ガスチャネルは、第２の開口部の内側部分と同一の広がりを持つ内側部分、チャネルネットワーク５３９に連結された外側部分を有し、一般に長方形断面または正方形断面を有する。複数の第２のガスチャネルの各々は、加工処理チャンバへの流体連絡を提供するために、その底部のところに１列または複数の列に形成された１つまたは複数のアパーチャ、排出部を有する。例えば、複数の第２のガスチャネルの各々は、各５個のアパーチャの２列の１０個のアパーチャを有する。複数の第２のガスチャネル５３８は、中央マニホールドの底部表面と接触し、封止されたチャネルを形成するように適合し、中央マニホールドの開口部５２１および５２４からは分離される。複数の第１のガスチャネル５３７および複数の第２のガスチャネル５３８を、互いに流体的に分離することができる。
チャネルネットワーク５３９を、複数の第２のガスチャネル５３８および複数の第２の開口部５３４の周りに同心円状に配置し、第２のガスチャネル５３８に流体的に連結する。底部マニホールドの一実施形態では、各第２のガスチャネル５３８を、チャネルネットワーク５３９に連結する。チャネルは、加工処理チャンバの加工処理領域への配送のためにシャワーヘッドへ第２の流体を提供する。チャネルネットワークへの第２の流体を、複数の第１のガスチャネル５３７へチャネル５１８を通して供給する第２の流体と同じ流体または異なる流体とすることができる。
図５Ｅおよび図５Ｆを参照すると、加工処理ガスなどの第１の流体は、加工処理領域５５０中へと入る前に、上部マニホールドの第２のアパーチャ５１４、中央マニホールドの第２の開口部５２４、および底部マニホールド中の第２の開口部５３４を介してシャワーヘッドを通って流れる、Ｆ３。前駆物質などの第２の流体は、中心部５１９へチャネル５１８を通り、底部マニホールドの中心部５３３へ中央マニホールドの中心部５２３を通り、第１のガスチャネル５３７およびアパーチャ５４２のうちの１つまたは複数を通って流れる、Ｆ４、および／または第２の流体（もしくは第３の流体）は、第２のガスチャネル５３８のうちの１つまたは複数へチャネルネットワーク５３９を通って流れ、アパーチャ５４２を通って加工処理領域へ配送される。第１の流体および第２の流体の両者を、加工処理チャンバ中への配送までシャワーヘッド中では互いに分離する。
本明細書において説明した実施形態は、基板の面のすぐ上方まで混合することなく加工処理領域への、ガスなどの２つの異なる流体の配送を可能にする。本明細書中に提供された熱制御態様は、加工処理領域へ提供される様々なガスの温度制御をやはり可能にする。これは、堆積プロセス、エッチプロセス、等などのチャンバ内のプロセスの制御の向上を提供する。例えば、加工処理領域内での反応を増進させることができるように、ガスを混合することを制御することができる。チャンバ構成部品上への望ましくない堆積および粒子発生を最小にすることができる。これは、粒子の減少およびチャンバクリーニングのためのダウンタイムを最小にすることによってスループットを増加させる。
本明細書において説明したようにデュアルゾーンガスシャワーヘッドが、プロセスチャンバへ入る前に、何らかの好ましくないガス反応および混合を回避するために、プロセスチャンバ中へと別々のプロセスガス導入を可能にすると、考えられている。デュアルゾーンシャワーヘッドは、独立したガス導入ならびにシャワーヘッドの中心部および端部における制御を通してより一様なガス分布を提供する。
代替実施形態では、前駆物質を、１つよりも多くの独立したガスチャネルによって室内ボリューム中へと導入することができる。第１の加工処理領域、例えば２１５など、から第２の加工処理領域、例えば２３３など、への第１の流体の流れを調整するアパーチャ、および前駆物質の流れを調整するアパーチャを、中心部から端部までのマルチゾーン流れ制御を提供するために、任意の必要な構成を提供するように適合させることができる。かかる設計では、前駆物質の流れおよび上からの流れを、中心部および端部の両方から導入することができ（均等マルチゾーン）、これを、最終堆積プロファイルを制御するために個別に制御することができる。例えば、基板の外側部分の上方の領域中のアパーチャの数を制限することなどは、基板の中心部分の上方への流れを管理する。デュアルゾーンシャワーヘッド構成では、前駆物質の注入を、半径方向に２つ以上のゾーンへと区分することができ、各ゾーンが独立した流れ制御を有する。
加えて、本発明は、チャンバからフォアラインへの対称スプリットを有する対称ポンピングライナを企図している（第１のレベルのチャネルが１つのポートを有し、２つのポートを具備する第２のレベルに接続され、第２のレベルのポートの各々が第３のレベルの２つのポートに接続し、等、チャンバに接続された最終ポンピングホールへと接続する）。最終チャネルを、異なるセクションへと分割することができる、または１つの接続されたチャネルとすることができる。その変形例は、例えば、４つから３２まで等の１つまたはいくつかのレベルを飛ばすことができるが、ポンピングホールサイズ（ホール直径およびスロット長）を最適化することによって、それでも、チャンバからの一様なポンピングを保つ。ライナは、また、ライナとＣ−チャネルとの間のギャップを取り除き、スリット弁を開くことの効果を低減させる。
上記は、本発明の実施形態に向けられているが、本発明の別の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から乖離せずに考案することができ、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決められる。

Claims (12)

  1. 環状ボディと上部プレートと底部プレートとを備えたガス分配アセンブリであって、
    環状ボディが、
    内径のところに位置する内側環状壁と、外径のところに位置する外壁と、上部表面と、底部表面とを有する環状リングと、
    前記上部表面内に形成された上部リセスと、
    前記内側環状壁の半径方向の外側に向けて形成されたリップと、
    前記内側環状壁内に形成された台座と、
    前記上部リセスの半径方向の外側の前記環状ボディの前記上部表面上に形成された第１の冷却チャネルと、
    前記上部リセスの半径方向の外側の前記環状ボディの前記底部表面上に形成された第２の冷却チャネルと
    を備え、
    前記上部リセス内に設置された上部プレートが、
    自身を貫通して形成された複数の第１のアパーチャを有し、前記第１のアパーチャが自身の表面を超えて延び、それによって、盛り上がった円柱状体が形成される、ディスク形状のボディを備え、
    前記底部表面から隔てられて、前記台座上に設置された底部プレートが、
    前記第１のアパーチャに整列し、自身を貫通して形成された複数の第２のアパーチャを有し、それによって、前記上部表面と前記底部表面との間に流路が形成される、ディスク形状のボディと、
    前記第２のアパーチャの間に、底部プレートを貫通して形成された複数の第３のアパーチャであって、底部プレートが、前記複数の第１のアパーチャおよび前記複数の第２のアパーチャを前記複数の第３のアパーチャから流体的に分離するために前記上部プレートに密閉するように連結される、複数の第３のアパーチャと、
    を備えた、ガス分配アセンブリ。
  2. 前記上部プレートおよび底部プレートが一緒にろう付けされ、それによって、整列した第１のアパーチャおよび第２のアパーチャの各対の周りにシールが形成され、シールが前記上部プレートの外側端部と前記上部リセスの内側端部との間に作られるように、前記上部プレートが前記環状ボディにＥ−ビーム溶接され、シールが前記底部プレートの外側端部と前記内側環状壁との間に作られるように、前記底部プレートが前記環状ボディにＥ−ビーム溶接される、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  3. 前記環状ボディが、
    第１の冷却チャネルの半径方向の内側の前記上部リセス内に形成された流体配送チャネルと、
    前記流体配送チャネルの半径方向の内側の前記上部リセス内に形成された流体通路であって、前記流体通路が前記流体配送チャネルに流体的に連結される、流体通路と、
    前記環状ボディの前記外側壁を貫通して形成され、前記流体配送チャネルに流体的に連結され、それによって、導管の注入部から前記複数の第３のアパーチャの排出部への流れ経路が形成される、導管と
    をさらに備えた、請求項２に記載のガス分配アセンブリ。
  4. 前記環状ボディが、
    第２の冷却チャネルの半径方向の外側の前記環状ボディの前記底部表面内に形成されたヒータリセス
    をさらに備えた、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  5. 前記複数の第１のアパーチャの各アパーチャおよび前記複数の第２のアパーチャの各アパーチャの少なくとも一部が、円柱状形状を有する、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  6. 前記複数の第３のアパーチャが、砂時計形状を有する、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  7. 前記複数の第２のアパーチャおよび前記複数の第３のアパーチャが交互に互い違いになった列を形成し、前記第２のアパーチャの各々が少なくとも１つの第３のアパーチャによってもう１つの第２のアパーチャから離される、請求項１に記載のガス分配アセンブリ。
  8. 環状ボディと上部プレートと底部プレートとを備えたガス分配アセンブリであって、
    環状ボディが、
    内径のところに位置する内側環状壁と、外径のところに位置する外壁と、上部表面と、底部表面とを有する環状リングと、
    前記上部表面内に形成された上部リセスと、
    前記内側環状壁の半径方向の外側に向けて形成されたリップと、
    前記内側環状壁内に形成された台座と、
    前記上部リセスの半径方向の外側の前記環状ボディの前記上部表面上に形成された第１の冷却チャネルと、
    前記上部リセスの半径方向の外側の前記環状ボディの前記底部表面上に形成された第２の冷却チャネルと
    を備え、
    前記上部リセス内に設置された上部プレートが、
    自身を貫通して形成された複数の第１のアパーチャを有し、前記第１のアパーチャが自身の表面を超えて延び、それによって、盛り上がった円柱状体が形成される、ディスク形状のボディを備え、
    前記底部表面から隔てられて、前記台座上に設置された底部プレートが、
    前記第１のアパーチャに整列し、自身を貫通して形成された複数の第２のアパーチャを有し、それによって、前記上部表面と前記底部表面との間に流路が形成され、前記第２のアパーチャが１２辺多角形パターンに配列される、ディスク形状のボディと、
    底部プレートを貫通して形成された複数の第３のアパーチャであって、前記第３のアパーチャが前記第２のアパーチャの直径よりも小さな直径を有し、前記第３のアパーチャの各々が少なくとも２つの第２のアパーチャの間に配置され、底部プレートが、前記複数の第１のアパーチャおよび前記複数の第２のアパーチャを前記複数の第３のアパーチャから流体的に分離するために前記上面プレートに密閉するように連結される、複数の第３のアパーチャと、
    を備えた、ガス分配アセンブリ。
  9. 前記上部プレートおよび底部プレートが一緒にろう付けされ、それによって、整列した第１のアパーチャおよび第２のアパーチャの各対の周りにシールが形成され、シールが前記上部プレートの外側端部と前記上部リセスの内側端部との間に作られるように、前記上部プレートが前記環状ボディにＥ−ビーム溶接され、シールが前記底部プレートの外側端部と前記内側環状壁との間に作られるように、前記底部プレートが前記環状ボディにＥ−ビーム溶接される、請求項８に記載のガス分配アセンブリ。
  10. 前記環状ボディが、
    第１の冷却チャネルの半径方向の内側の前記上部リセス内に形成された流体配送チャネルと、
    前記流体配送チャネルの半径方向の内側の前記上部リセス内に形成された流体通路であって、前記流体通路が前記流体配送チャネルに流体的に連結される、流体通路と、
    前記環状ボディの前記外側壁を貫通して形成され、前記流体配送チャネルに流体的に連結され、それによって、導管の注入部から前記複数の第３のアパーチャの排出部への流れ経路が形成される、導管と
    をさらに備えた、請求項８に記載のガス分配アセンブリ。
  11. 前記環状ボディが、
    前記環状ボディの前記底部表面中に、第２の冷却チャネルの半径方向の外側に形成されたヒータリセス
    をさらに備えた、請求項８に記載のガス分配アセンブリ。
  12. 前記複数の第１のアパーチャが複数の互い違いになった列を形成し、前記複数の第２のアパーチャおよび前記複数の第３のアパーチャが交互に互い違いになった列を形成し、前記第２のアパーチャの各々が少なくとも１つの第３のアパーチャによってもう１つの第２のアパーチャから離される、請求項８に記載のガス分配アセンブリ。
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