JP2022523541A - 処理チャンバ用の多孔性シャワーヘッド - Google Patents

Abstract

シャワーヘッドアセンブリは、支持構造及び多孔性プレートを含む。支持構造は支持特徴を備えている。多孔性プレートは、少なくとも約５０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有しており、かつ約１００μｍ未満の平均直径を有する複数のポアを備えており、多孔性プレートの周囲の少なくとも一部は支持特徴上にある。シャワーヘッドは、基板を処理するために利用される処理チャンバ内に含まれうる。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、概して、処理チャンバ用のシャワーヘッドに関し、より詳細には、処理チャンバ用の多孔性シャワーヘッドに関する。

多くの従来のシャワーヘッド設計では、シャワーヘッドは、そこを通じて処理ガスが流れうる複数の孔を有するガス分配プレートを含む。しかしながら、ガス分配プレート内の孔の数は制限される場合があり、シャワーヘッドを通る処理ガスの流れの均一性を制限する。ガス分配プレートが含みうる孔の数を制限する主な要因は、孔が生成されるプロセスにある。例えば、孔は、典型的には、機械的方法又は他のサブトラクティブ法を使用して生成される。しかしながら、孔の生成には、ガス分配プレートに高レベルの応力がかかり、多数の孔が生成されるとガス分配プレートに損傷をもたらす可能性がある。さらには、上述のようなガス分配プレートの製造は遅く、製造コストは法外に高い。したがって、セラミック又はアルミニウム板に開けることができる孔の数は、一貫した品質をもたらし、ガス分配プレートの製造時間及び製造コストを削減するレベル未満で維持される。

多くの用途では、ガス分配プレート内の孔の数を増加させると、シャワーヘッドを介したガス分配の均一性が高まり、処理された基板の処理結果の均一性を高める。しかしながら、ガス分配プレート内に孔を製造する現在の方法は、ガス分配の高レベルの均一性を達成するために必要とされる数及びサイズの孔を生成することができない。

したがって、処理される基板の処理結果の均一性を高めるために、改良されたガス分配プレートが必要とされている。

一実施形態では、処理チャンバ用のシャワーヘッドアセンブリは、支持構造及び多孔性プレートを含む。支持構造は支持特徴を備えている。多孔性プレートは、少なくとも約５０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有しており、かつ約１００μｍ未満の平均直径を有する複数のポアを含んでおり、多孔性プレートの周囲の少なくとも一部は支持特徴上にある。

一実施形態では、処理チャンバは、基板支持体、シャワーヘッドアセンブリ、及びガス供給源を備えている。基板支持体は、基板を支持するように構成される。シャワーヘッドアセンブリは、処理チャンバの内部にガスを流すように構成されており、該シャワーヘッドアセンブリは支持構造と多孔性プレートとを備えている。支持構造は支持特徴を備えている。多孔性プレートは、少なくとも約５０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有しており、かつ約１００μｍ未満の直径を有する複数の孔を含んでおり、多孔性プレートの周囲の少なくとも一部は支持特徴上にある。ガス供給源は、プロセスガスをシャワーヘッドアセンブリに供給するように構成される。

本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するとみなすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。

１つ以上の実施形態による、シャワーヘッドアセンブリの概略的な側面図 １つ以上の実施形態による、多孔性プレートの一部の底面図 １つ以上の実施形態による、処理チャンバの概略的な側面図

理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが想定されている。

本出願の実施形態は、多孔性プレートを有するシャワーヘッドアセンブリを含む。多孔性プレートは、そこを通じて処理ガスが流れうる複数のポアを含む。複数のポアの各々のサイズ及び複数のポアの数は、処理中に基板に適用されるプロセスガスの均一性を高める。さらには、多孔性プレートは、該多孔性プレートが基板を処理する際に経験する熱応力を低減する熱伝導率を有する材料から形成される。

図１は、１つ以上の実施形態によるシャワーヘッドアセンブリ１００を示している。シャワーヘッドアセンブリ１００は、多孔性プレート１１０及び支持構造１２０を含む。多孔性プレート１１０は複数のポア１１２を含む。ポア１１２は、多孔性プレート１１０内に、該多孔性プレート１１０の上面１１６から下面１１８まで延びる複数の連続した経路を形成する。さらには、ポア１１２によって形成される連続した経路は、処理ガスが多孔性プレート１１０をその第１の側からその第２の側へと通過することができるようにする。多孔性プレート１１０は、ガス分配プレート又はガス分配器と呼ぶことができる。

多孔性プレート１１０は、線形インチあたり約１００を超える線形経路、及び／又は立方インチあたり１００を超えるポアを含むことができる。あるいは、多孔性プレート１１０は、線形インチあたり約６０を超える線形経路、及び／又は立方インチあたり１００を超えるポアを含むことができる。さらには、多孔性プレート１１０は、約３０，０００を超えるポアを含むことができる。あるいは、多孔性プレート１１０は、１００，０００を超えるポア、又は１，０００，０００を超えるポアを含むことができる。

ポア１１２は約１００μｍ未満の平均直径を有する。さらには、ポア１１２は約５０μｍ未満の平均直径を有しうる。さらには、各ポア１１２は、約５μｍから約７５μｍの範囲の直径を有しうる。加えて、１つ以上のポア１１２の直径は、別の１つのポア１１２の直径とは異なっていてもよい。

多孔性プレート１１０は、金属、金属合金、及びセラミックなどの材料で形成することができる。例えば、金属は、アルミニウム、モリブデン、又は他の金属を含むことができ、セラミックは、炭化ケイ素又は他のセラミックを含むことができ、金属合金は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、又は他の合金を含むことができる。さらには、多孔性プレート１１０は、単一の連続した材料から形成することができる。

多孔性プレート１１０は、円形形状を有しうる。例えば、多孔性プレート１１０は、約２００ｍｍから約３５０ｍｍの範囲の直径を有する円形形状を有しうる。あるいは、多孔性プレート１１０は、約２００ｍｍ未満又は約３５０ｍｍ超の直径を有しうる。さらには、多孔性プレート１１０は、円形形状以外の形状を有しうる。例えば、多孔性プレート１１０は、とりわけ、楕円形又は長方形の形状を有しうる。

多孔性プレート１１０は、支持構造１２０によって支持される。例えば、多孔性プレート１１０のエッジの少なくとも一部は、支持構造１２０の支持特徴１２２によって支持されうる。あるいは、エッジ全体が、支持特徴１２２によって支持されてもよい。支持構造１２０は、多孔性プレート１１０を、処理ガスが多孔性プレート１１０を通って流れることができるように、かつ、処理ガスが支持構造１２０によって著しく妨げられないように支持することができる。多孔性プレート１１０は、支持特徴１２２に取り外し可能に又は取り外し不可能に接続することができる。例えば、多孔性プレート１１０は、洗浄、保守、又は交換のために多孔性プレート１１０を取り外すことができるように、支持特徴１２２に非恒久的に取り付けることができる。多孔性プレート１１０は、該多孔性プレート１１０及び／又は支持構造１２０を著しく損傷することなく多孔性プレート１１０を取り外すことができるように、支持構造１２０の１つ以上の要素に接着させることができる。さらには、多孔性プレート１１０は、別の適切な手段を使用して多孔性プレート１１０を支持特徴１２２に溶接又は接着することによって、支持特徴１２２に恒久的に取り付けることができる。例えば、多孔性プレート１１０は、該多孔性プレート１１０及び／又は支持構造１２０を損傷させることで取り外すことができる接着剤を使用して接着させることができる。

一例では、支持構造１２０は、多孔性プレート１１０をクランププレート１２４と支持特徴１２２との間に保持するように構成された任意選択的なクランププレート１２４を含む。さらには、クランププレート１２４は、多孔性プレート１１０を取り外して洗浄及び／又は交換することができるように、取り外し可能でありうる。クランププレート１２４及び／又は多孔性プレート１１０は、該多孔性プレート１１０及び／又は支持構造１２０を著しく損傷することなくクランププレート１２４及び／又は多孔性プレート１１０を取り外すことができないように、支持構造１２０に恒久的に取り付けることができる。例えば、クランププレート１２４は支持構造１２０に溶接することができる。

多孔性プレート１１０は、粉末材料での焼結プロセスを使用して形成される。さらには、動力（powered）材料の粒子サイズ分布を混ぜて、選択された範囲内のポアサイズを多孔性プレート１１０内に生成することができ、次に、動力（powered）材料を焼結して多孔性プレート１１０を生成することができる。一例では、粒子サイズの制御は、粉末からより小さいサイズの粒子を除去することを含む。例えば、粉末内のすべての粒子の平均粒子サイズより小さい粒子を除去することができる。あるいは、他のサイズを有する粒子を除去することができる。このような一例では、平均粒子サイズよりも小さい粒子のすべてが粉末から除去されるわけではないように、該平均粒子サイズのあるパーセンテージの粒子が粉末から除去されうる。粉末から除去される粒子のサイズを変化させて、異なる量の多孔性を有する材料を生成することができる。さらには、動力（powered）内の粒子の二峰分布を利用して、粒子サイズをシフトさせて、高密度材料を生成するために用いられる粒子よりも大きく及び小さくすることができる。より小さい粒子は、焼結プロセス中に大きい粒子の結合を補助し、多孔性材料を生成する。選択された粒子を粉末から除去するか、又は他の方法で粒子組成を調整することにより、より小さい粒子を欠いていることに起因して大きい粒子間に間隙が生成されることから、最終材料内に所定の多孔性が生成される。

あるいは、多孔性プレート１１０は、３Ｄ印刷などの積層造形法を使用して形成されてもよい。例えば、多孔性プレート１１０は、ポア１１２の位置、サイズ、及び数を規定するパターンに従って１つ以上の材料を配置することによって形成することができる。

図２は、一実施形態による多孔性プレート１１０の底面図である。図２の実施形態では、ポア１１２は、サイズが変動する。例えば、ポア１１２ａの直径は、ポア１１２ｃの直径より大きいポア１１２ｂの直径よりもさらに大きい。各ポア１１２は、直径が異なりうる。あるいは、少なくとも２つのポア１１２は、同じ直径を有していてもよい。さらには、ポア１１２は、多孔性プレート１１０全体にわたり、ランダムに配置されてもよい。例えば、ポア１１２は、不規則なパターンに従って配置されうる。不規則なパターンに従って配置される場合、ポア１１２、ポア１１２の位置及び／又はサイズは、任意の規則に従って繰り返されなくてよい。さらには、不規則なパターンに従って配置される場合、ポア１１２は、ポアの配置が対称性を欠くように配置されうる。あるいは、ポア１１２は、１つ以上の繰り返しパターンに従って配置されてもよい。加えて、ポア１１２は少なくとも実質的に円形であるように示されているが、ポア１１２は他の形状を有していてもよい。例えば、ポア１１２は、規則的な形状及び不規則な形状を含む、任意の形状でありうる。さらには、ポア１１２の１つ以上は、ポア１１２の別の１つ以上とは形状が異なっていてもよい。

図３は、一実施形態による処理チャンバ３００の概略的な断面図を示している。処理チャンバ３００は、基板３４０上への材料の堆積、基板３４０の加熱、基板３４０のエッチング、又はそれらの組合せのプロセスを含む、１つ以上の基板３４０の処理に用いることができる。処理チャンバ３００は、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバでありうる。さらには、処理チャンバ３００は、とりわけ、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理チャンバ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理チャンバ、又は物理気相堆積（ＰＶＤ）処理チャンバでありうる。

１つ以上の実施形態では、処理チャンバ３００は、基板３４０を支持するためにその中に配置された基板支持体３４２を含む内部領域３１１を有する。基板支持体３４２は、加熱素子３１８と、基板支持体３４２の上面に基板３４０を保持する要素、例えば、静電チャック、真空チャック、基板保持クランプなどを含む。基板支持体３４２は、開口部３２４を介した処理チャンバ３００の内外へ基板３４０の移送を容易にする上昇処理位置と下降位置との間で基板支持体３４２を移動させるリフトシステムに接続したステム３１０によって、内部領域３１１に結合され、その中に移動可能に配置されている。

処理チャンバ３００は、ガス供給源３２６を含みうる。１つ以上の実施形態では、ガス供給源３２６は、内部領域３１１全体にわたりプロセスガスを分配するために用いられるシャワーヘッドアセンブリ１００へのガス源からのプロセスガス又はガスの流量を制御するために、ガス源と内部領域３１１との間に配置された、質量流量制御（ＭＦＣ）デバイスを含んでいてもよい。例えば、プロセスガスは、ガス入口３１４を通り、多孔性プレート１１０のポア１１２を通って、内部領域３１１に流入することができる。支持構造１２０は、処理チャンバ３００に結合される。例えば、支持構造１２０は、処理チャンバ３００の要素３１７に結合されて、多孔性プレート１１０を基板３４０の上に位置決めすることができる。多孔性プレート１１０は、基板３４０の中心に配置することができる。さらには、多孔性プレート１１０は、該多孔性プレート１１０のエッジが基板３４０のエッジを超えて延びるように、基板３４０よりも大きくなりうる。支持構造１２０は、シャワーヘッドアセンブリ１００を保守又は交換のために取り外すことができるように、処理チャンバ３００に取り外し可能に取り付けることができる。あるいは、支持構造１２０は、処理チャンバ３００に取り外し不可能に取り付けられる。さらには、シャワーヘッド３２８は、プロセスガスから内部領域３１１内にプラズマを生成するために、ＲＦ電源に接続されうる。さらには、堆積プロセスを利用して、基板３４０を処理圧力で処理し、基板３４０上に膜を堆積又は成長させることができる。

多孔性プレート１１０は、基板３４０が処理チャンバ３００内で処理されている間に、ある範囲の温度を経験しうる。したがって、多孔性プレートは、該多孔性プレートが経験する熱応力に起因して、高温で破損する可能性がある。したがって、多孔性プレートが経験する熱応力を低減することにより、多孔性プレートの欠陥率を低減することができる。例えば、多孔性プレート１１０は、基板処理中に多孔性プレートが経験する熱応力を低減する熱伝導率を有しうる。多孔性プレート１１０は、少なくとも約５０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有しうる。さらには、多孔性プレート１１０は、少なくとも約１００Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有しうる。あるいは、多孔性プレート１１０は、少なくとも約１５０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導性を有しうる。

さらには、多孔性プレート１１０の上面１１６及び下面１１８の１つ以上をコーティング（例えばコーティング３２３）して、基板３４０を処理している間に粒子が多孔性プレート１１０から処理チャンバ３００内に導入される可能性を低減することができる。あるいは、多孔性プレート１１０のすべての表面を、コーティング３２３でコーティングしてもよい。さらには、多孔性プレート１１０は、処理ガスが依然として多孔性プレート１１０のポア１１２を通過することができるように、原子層堆積（ＡＬＤ）法、又は多孔性プレート１１０上に層を堆積することができる任意の他のプロセスを使用して、酸化物でコーティングすることができる。例えば、コーティングの厚さは、コーティングが処理ガスによるコーティングの通過を妨げないように選択することができる。多孔性プレート１１０は、とりわけ、酸化アルミニウム又は酸化イットリウムなどの酸化物内にコーティングすることができる。加えて、支持構造１２０は、多孔性プレート１１０をコーティングするために用いられるものと同様のプロセスを使用してコーティングすることができる。

ステム３１０は、基板３４０を上昇処理位置へと移動して、基板３４０を処理するように構成される。さらには、１つ以上の実施形態では、減圧ポンプ３５７は、内部領域３１１内の圧力を制御するために内部領域３１１に結合される。

堆積ガス又は洗浄化学物質などのプロセスガスは、ガス供給源３２７から、処理チャンバ３００のガス入口３１３を通って内部領域３１１内へと供給することができる。さらには、プロセスガスは、ガス出口３３６を通ってプロセスガス領域から出ることができる。ガス出口３３６を通る、洗浄化学物質を含むプロセスガスの除去は、ガス出口３３６に結合された減圧ポンプ３５７によって促進される。

上述の処理チャンバ３００は、コントローラ３３０などのプロセッサをベースとしたシステムコントローラによって制御することができる。例えば、コントローラ３３０は、基板処理シーケンスのさまざまな動作中に、さまざまな前駆体ガス、プロセスガス、及びパージガスの流れを制御するように構成される。さらなる例として、コントローラ３３０は、他のコントローラ動作の中でもとりわけ、ガスの供給、ランプ動作、又は他のプロセスパラメータを制御するように構成される。

コントローラ３３０は、概して、処理チャンバ３００内の構成要素の制御及び自動化を促進するために用いられる。コントローラ３３０は、例えば、コンピュータ、プログラム可能な論理制御装置、又は埋込みコントローラでありうる。コントローラ３３０は、典型的には、中央処理装置（ＣＰＵ）３３２、メモリ３３４、及び入出力（Ｉ／Ｏ）用のサポート回路を含む。ＣＰＵ３３２は、さまざまなシステム機能、基板の移動、チャンバ処理、及び制御支援ハードウエア（例えば、センサ、モータ、ヒータなど）を制御するために工業環境で用いられ、処理チャンバ３００内で実行される処理をモニタする、任意の形態のコンピュータプロセッサのうちの１つでありうる。メモリ３３４は、ＣＰＵ３３２に接続され、かつ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカル又は遠隔のデジタルストレージなど、容易に利用可能な非揮発性メモリのうちの１つ以上でありうる。ソフトウェア命令及びデータは、ＣＰＵ３３２に命令するために、コード化され、メモリ内に保存されうる。サポート回路もまた、従来の方法でプロセッサを支援するためにＣＰＵ３３２に接続される。サポート回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含みうる。コントローラ３３０によって読み取り可能なプログラム（例えば、ソフトウェアルーチン又はコンピュータ命令）は、どのタスクが処理チャンバ３００内の構成要素によって実行可能であるかを決定する。好ましくは、プログラムは、処理チャンバ３００内で実行される１つ以上のプロセスにおいて利用されるプロセス変数の供給及び制御のモニタリング、実行、及び制御、並びに、コントローラ３３０によって制御されるさまざまなプロセスタスク及びさまざまなシーケンスを伴った、基板３４０及び処理チャンバ３００内の他の構成要素の移動、支持、及び／又は位置決めに関連するタスクを実行するためのコードを含む、コントローラ３３０内のプロセッサによって読み取り可能なソフトウェアである。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の実施形態及びさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 処理チャンバ用のシャワーヘッドアセンブリであって、
   支持特徴を備えた支持構造、及び
   少なくとも約５０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有し、かつ約１００μｍ未満の平均直径を有する複数のポアを備えた多孔性プレートであって、該多孔性プレートのエッジの少なくとも一部が前記支持特徴上にある、多孔性プレート
   を含む、シャワーヘッドアセンブリ。
2. 前記複数のポアが、前記多孔性プレートの第１の表面から第２の表面まで延びる複数の連続した経路を形成する、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
3. 前記多孔性プレートが、少なくとも約２００ｍｍの直径を有する円形形状を有している、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
4. 前記複数のポアの数が、前記多孔性プレートの立方インチあたり少なくとも約６０ポアである、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
5. 前記多孔性プレートの熱伝導率が少なくとも約７５Ｗ／（ｍＫ）である、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
6. 前記複数のポアが約５０μｍ未満の平均直径を有する、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
7. 前記支持構造がクランププレートをさらに含み、前記多孔性プレートの前記エッジの少なくとも一部が、前記クランププレートと前記支持特徴との間に保持される、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
8. 前記多孔性プレートが、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、及びモリブデンのうちの１つを含む、請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
9. 処理チャンバであって、
   基板を支持するように構成された基板支持体、
   前記処理チャンバの内部にガスを流すように構成されたシャワーヘッドアセンブリであって、該シャワーヘッドアセンブリが、
   支持特徴を備えた支持構造と、
   少なくとも約５０Ｗ／（ｍＫ）の熱伝導率を有し、かつ約１００μｍ未満の直径を有する複数のポアを備えた多孔性プレートであって、該多孔性プレートのエッジの少なくとも一部が前記支持特徴上にある、多孔性プレートと
   を備えている、シャワーヘッドアセンブリ、及び
   プロセスガスを前記シャワーヘッドアセンブリに供給するように構成されたガス供給源
   を含む、処理チャンバ。
10. 前記複数のポアが、前記多孔性プレートの第１の表面から第２の表面まで延びる複数の連続した経路を形成する、請求項９に記載の処理チャンバ。
11. 前記多孔性プレートが、少なくとも約２００ｍｍの直径を有する円形形状を有している、請求項９に記載の処理チャンバ。
12. 前記複数のポアの数が、前記多孔性プレートの立方インチあたり少なくとも約６０ポアである、請求項９に記載の処理チャンバ。
13. 前記多孔性プレートの熱伝導率が少なくとも約７５Ｗ／（ｍＫ）である、請求項９に記載の処理チャンバ。
14. 前記複数のポアが約５０μｍ未満の平均直径を有する、請求項９に記載の処理チャンバ。
15. 前記支持構造がクランププレートをさらに含み、前記多孔性プレートの前記エッジの少なくとも一部が前記クランププレートと前記支持特徴との間に保持される、請求項９に記載の処理チャンバ。

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