JP3111544U - Gas delivery system for semiconductor processing - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体処理のためのガス送出システムを提供する。
【解決手段】基板処理用チャンバのガス分配用リング内に挿入可能であり、チャンバ内部でシールド可能である交換可能なガスノズルは、細長いセラミック体を有し、ガスの流れをチャンバ内に向けるチャネルを有するセラミック体は、ガス分配用リングと係合する第1外側螺合部、熱シールドを受容する第2外側螺合部を含む。チャネルは、ガス分配用リングからガスを受容する入口と、チャンバにガスを放出するピンホール出口を有する。熱シールドは、中空部材を有し、中空部材は、ノズルと結合するように構成され、ノズルの少なくとも一部の周りに配置されるのに十分に大きな内部寸法を有する。中空部材は、ノズルの出口の末端で突き出た拡張部と、ノズル出口を通って処理ガスが流れる熱シールド開口と、を有する。
【選択図】図4BA gas delivery system for semiconductor processing is provided.
A replaceable gas nozzle insertable into a gas distribution ring of a substrate processing chamber and shieldable within the chamber has an elongated ceramic body with a channel for directing gas flow into the chamber. The ceramic body includes a first outer threaded portion that engages with the gas distribution ring and a second outer threaded portion that receives the heat shield. The channel has an inlet for receiving gas from the gas distribution ring and a pinhole outlet for releasing gas into the chamber. The heat shield includes a hollow member that is configured to couple with the nozzle and has an internal dimension that is sufficiently large to be disposed about at least a portion of the nozzle. The hollow member has an extension protruding at the end of the nozzle outlet and a heat shield opening through which the process gas flows through the nozzle outlet.
[Selection] Figure 4B
Description
本願は、Gondhalekar 氏等に対する、2003年7月28日に出願された、"Gas Delivery System for Semiconductor Processing"という名称の、第10/630,989号の一部継続出願であり、Gondhalekar 氏等に対する、2002年9月13日に出願された、"Gas Delivery System for Semiconductor Processing"という名称の、第60/410353号の米国仮出願を基礎とし、その利益を主張する。これら両方の出願は、それらの全体が参考として本願に組み込まれている。 This application is a partial continuation of No. 10 / 630,989, entitled “Gas Delivery System for Semiconductor Processing”, filed on July 28, 2003 to Mr. Gondhalekar and others. And claims its benefit on the basis of US Provisional Application No. 60 / 410,353, entitled “Gas Delivery System for Semiconductor Processing”, filed September 13, 2002. Both of these applications are incorporated herein by reference in their entirety.
本考案は、全般的に半導体処理の為のガス送出システムに関する。 The present invention relates generally to gas delivery systems for semiconductor processing.
集積回路(IC)の製造は、処理用チャンバ内の基板上で多くの処理を実行することに関係し、基板上の層の堆積、基板におけるギャップのエッチング、ギャップの埋め込みを含む。通常、処理用チャンバは、チャンバ内に伸びるノズルを有するガス分配装置、ガスエナジャイザ、ガスを除去する為の排気ポートを備える。ガスエナジャイザは、バイアス電力が印加される電極、又は、ソース電力が印加されるアンテナを含んでもよい。周期的に、基板処理サイクル間で、チャンバの内部表面が洗浄処理で洗浄され、チャンバコンポーネントや表面に形成する蓄積された処理残留物を除去する。 Integrated circuit (IC) fabrication involves performing many processes on a substrate in a processing chamber and includes depositing layers on the substrate, etching gaps in the substrate, and filling gaps. Typically, the processing chamber includes a gas distribution device having a nozzle extending into the chamber, a gas energizer, and an exhaust port for removing gas. The gas energizer may include an electrode to which bias power is applied, or an antenna to which source power is applied. Periodically, between substrate processing cycles, the interior surface of the chamber is cleaned with a cleaning process to remove accumulated process residues that form on the chamber components and surfaces.
化学気相堆積(CVD)は、半導体産業で使用されるガス処理であり、基板上に材料を堆積する。一部の高濃度プラズマ(HDP)増強CVD処理は、表面に対し垂直に近い角度で、或いは、基板表面の指向性バイアスにより基板に対し好ましい角度で、負にバイアスされた基板上に正に帯電されたプラズマイオンを引きつけることにより、堆積を強化する為に、高周波発生プラズマ(例えば、RFプラズマ)の使用を介するイオン発生と共にガスを使用する。高いRF電力HDP−CVD処理は、特に、約90nm以下の幅、少なくとも約4のアスペクト比を有するギャップに対し、改善されたギャップの充填を生じる。例えば、ソースRF電力は、200mm基板を処理する為に少なくとも約10kW、300mm基板を処理する為に少なくとも12kWである。 Chemical vapor deposition (CVD) is a gas process used in the semiconductor industry to deposit material on a substrate. Some high-density plasma (HDP) enhanced CVD processes charge positively on a negatively biased substrate at an angle near normal to the surface or at a preferred angle with respect to the substrate due to a directional bias on the substrate surface. A gas is used with ion generation through the use of radio frequency generated plasma (eg, RF plasma) to enhance deposition by attracting the generated plasma ions. The high RF power HDP-CVD process results in improved gap filling, especially for gaps having a width of about 90 nm or less and an aspect ratio of at least about 4. For example, the source RF power is at least about 10 kW for processing 200 mm substrates and at least 12 kW for processing 300 mm substrates.
しかし、CVD処理におけるギャップ充填に使用される、より高いRF電力は、チャンバ内の粒子発生を増加させる。これは、より高いエネルギを有するプラズマ種は、チャンバ内の内部表面への衝突、その蓄積堆積物(特に、ガス分配装置のノズル)からフレーキングを生じさせるからである。剥がれた粒子は、基板上に落ち、その歩留まりを減少させる。全基板の処理後に行われるプラズマ洗浄処理によるチャンバ表面の洗浄は、処理残留物の蓄積を減少させることができるので、良好な歩留まりを与える。しかし、各処理サイクル間の余分な洗浄ステップは、チャンバ停止時間が増え、資本組入れコストを不都合にも増加させる。 However, the higher RF power used for gap filling in CVD processes increases particle generation in the chamber. This is because higher energy plasma species cause flaking from collisions with internal surfaces in the chamber, their accumulated deposits (especially the nozzles of the gas distributor). The detached particles fall on the substrate and reduce its yield. Cleaning the chamber surface by a plasma cleaning process performed after the processing of all the substrates can reduce the accumulation of processing residues, and thus provides a good yield. However, the extra cleaning step between each processing cycle increases chamber downtime and disadvantageously increases capitalization costs.
そのため、CVD処理のような処理における高いRF電力を許容できる能力のある処理用チャンバを有することが望ましい。また、チャンバにおいて過剰な残留物を発生させないガス分配装置を有することが望ましい。さらに、各洗浄サイクル間の基板処理サイクルの数を最大にし、より効率良くチャンバを利用することが望ましい。 Therefore, it is desirable to have a processing chamber capable of tolerating high RF power in processes such as CVD processes. It is also desirable to have a gas distribution device that does not generate excessive residue in the chamber. Furthermore, it is desirable to maximize the number of substrate processing cycles between each cleaning cycle and utilize the chamber more efficiently.
交換可能なガスノズルは、基板処理用チャンバの分配用リング内に挿入可能であり、チャンバ内でシールドされることが可能である。交換可能なガスノズルは、細長いセラミック体を有し、このセラミック体は、チャンバ内にガスの流れを向ける為にチャネルを有する。セラミック体は、ガス分配用リングと係合する第1外側螺合と、熱シールドを受容する為の第2外側螺合とを含む。チャネルは、ガス分配用リングからガスを受容する為に入口、そのガスをチャンバ内に放出する為にピンホール出口を有する。 The replaceable gas nozzle can be inserted into the distribution ring of the substrate processing chamber and can be shielded within the chamber. The replaceable gas nozzle has an elongated ceramic body that has channels to direct the flow of gas into the chamber. The ceramic body includes a first outer threading engagement with the gas distribution ring and a second outer threading for receiving the heat shield. The channel has an inlet for receiving gas from the gas distribution ring and a pinhole outlet for releasing the gas into the chamber.
他の実施形態において、熱シールドは、また、チャンバ内に伸びるノズルをシールドする為にも提供される。熱シールドは、ノズルに結合されるように構成された中空部材を有する。中空部材は、ノズルの少なくとも一部の周りに配置されるのに十分に大きな内側寸法を有する。また、中空部材は、ノズルの出口の末端部で突き出る拡張部と、ノズルの出口から処理ガスが貫通して流れる為の熱シールド開口と、を有する。 In other embodiments, a heat shield is also provided to shield a nozzle that extends into the chamber. The heat shield has a hollow member configured to be coupled to the nozzle. The hollow member has an inner dimension that is sufficiently large to be disposed about at least a portion of the nozzle. The hollow member also has an extended portion protruding at the end of the nozzle outlet, and a heat shield opening for allowing the processing gas to flow through from the nozzle outlet.
図1は、内部で基板上に誘電層が堆積可能なHDP−CVD型システム10のような高密度プラズマ化学気相堆積の実施例を例示する。システム10は、チャンバ13、真空システム70、ソースプラズマシステム80A、バイアスプラズマシステム80B、ガス供給システム33、リモートプラズマ洗浄システム50を含む。チャンバ13の上部は、セラミック材(例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化アルミニウム、又はアルミニウムのような金属)で形成された直線壁またはドーム形が可能な天井部14を有する。天井部14は、プラズマ処理領域16の上部境界を画成する。プラズマ処理領域16は、基板17の上部表面及び基板支持体18により底部が画成されている。
FIG. 1 illustrates an example of high density plasma chemical vapor deposition, such as an HDP-
ヒータプレート23及びコールドプレート24は、天井部14の上に置かれ、天井部14と熱的に結合する。ヒータプレート23とコールドプレート24は、天井部の温度制御を約100℃から約200℃の範囲にわたり±10℃内で許容する。これにより、様々な処理に対する天井温度が最適化される。例えば、堆積処理に対する温度より洗浄又はエッチング処理に対し、高温で天井部を維持することが望ましい場合がある。天井部の温度の正確な制御は、また、チャンバ内のフレークや粒子数を減少させ、堆積された層と基板間の付着を改善する。
The
一般的に、プラズマに晒すことにより、基板支持体8上に位置決めされた基板を加熱する。基板支持体18は、基板の裏側に熱伝達ガス(時々、裏側冷却ガスと言う。)を供給可能な内側通路及び外側通路(図示せず)を含む。
Generally, the substrate positioned on the substrate support 8 is heated by exposure to plasma. The
チャンバ13の下部は、本体部材22を含み、本体部材22は、真空システムにチャンバを接合する。基板支持体18のベース部分21は、本体部材22上に取り付けられ、本体部材22内部で連続した内側表面を形成する。チャンバ13の側部の挿入/除去用開口(図示せず)を通って、ロボットブレード(図示せず)により、基板が内外に移送される。リフトピン(図示せず)は、上部ローディング位置57でロボットブレードから、基板が基板支持体18の基板受容部分19上に置かれている下部処理位置まで、モータ制御の下で、持ち上げられ、その後、下降される。基板受容部分19は、静電チャック20を含み、静電チャック20は、基板処理中、基板支持体18に基板を固定する。好ましい実施形態において、基板支持体18は、酸化アルミニウムまたはアルミニウムセラミック材で形成される。
The lower portion of the
真空システム70は、スロットル体25を含み、スロットル体25は、3つのブレードスロットルバルブ26を収容し、ガスバルブ27とターボ分子ポンプ28に付けられている。注意すべき点は、スロットル体25は、ガス流に対し最小の支障を与え、米国特許出願第08/574,839号に説明されたような対称形のポンピングを許容する点であるが、この出願は、同時係属の、共に譲渡された、1995年12月12日に出願され、参考として本願に組み込まれている。ゲートバルブ27は、ポンプ28をスロットル体25から隔離することができ、また、スロットルバルブ26が完全に開いたとき、排気流の容量を制限することにより、チャンバ圧力を制御することもできる。スロットルバルブ、ゲートバルブ、ターボ分子ポンプの配置により、約1ミリトルから約2ミリトル間でチャンバ圧力を正確かつ安定的に制御可能である。
The
ソースプラズマシステム80Aは、天井部14に取り付けられた最上部コイル29と側部コイル30を含む。対称形接地シールド(図示せず)は、コイル間の電気結合を減少させる。最上部コイル29は、最上部ソースRF(SRF)発生装置31Aによりエネルギが供給されるが、側部コイル30は、側部SRF発生装置31Bによりエネルギが供給され、各コイルの為に独立した電力レベルと操作周波数を許容する。この二重コイルシステムは、チャンバ13内の放射状イオン密度の制御を許容し、もって、プラズマ均一性を改善する。側部コイル30と最上部コイル29は、通常、誘導的に駆動され、相補的(コンプリメンタリ)電極を必要としない。特定実施形態において、最上部ソースRF発生装置31Aは、名目上2MHzで約8000ワット以上のRF電力を供給し、側部ソースRF発生装置31Bは、名目上、2MHzで8000ワット以上のRF電力を供給する。最上部RF発生装置及び側部RF発生装置の動作周波数は、プラズマ発生効率を改善する為に、名目上の動作周波数からオフセットされてもよい(例えば、それぞれ1.7−1.9MHz、1.9−2.1MHz)。
The
バイアスプラズマシステム80Bは、バイアスRF(BRF)発生装置31C及びバイアス整合回路網32Cを含む。バイアスプラズマシステム80Bは、基板部分17を本体部材22に容量的に結合し、コンプリメンタリ電極として作用する。バイアスプラズマシステム80Bは、基板の表面に対し、ソースプラズマシステム80Aにより生成されたプラズマ種(例えば、イオン)の運搬を高めるのに役立つ。特定の実施形態において、バイアス発生装置は、13.56MHzで8000ワット以上のRF電力を供給する。
The
RF発生装置31A、31Bは、デジタル制御シンセサイザを含み、約1.8から約2.1MHz間の周波数範囲にわたり動作する。各発生装置は、RF制御回路(図示せず)を含み、これは、チャンバ及びコイルから発生装置まで反射電力を測定し、通常の知識を有する者により理解されるように、最も低い反射電力を得る為に動作周波数を調整する。RF発生装置は、通常、50オームの特性インピーダンス負荷内で動作するように設計されている。RF電力は、発生装置と異なる特性インピーダンスを有する負荷から反射される場合がある。これが、負荷に移動された電力を減少することができる。さらに、負荷から発生装置に反射された電力は、過剰負荷になり、発生装置を損傷するおそれがある。これは、プラズマのインピーダンスは、数あるファクタの中でプラズマイオン密度に依存するが、5オーム未満から900オーム超の範囲でよいこと、更に、反射電力は、周波数の関数である場合があり、反射電力に従う発生周波数の調整は、RF発生装置からプラズマに移動される電力を増加し、発生装置を保護することが理由である。反射電力を減少させ効率を改善する他の方法は、整合回路網を使用することである。
The
整合回路網32A及び32Bは、それぞれのコイル29,30にジェネレータ31A、31Bの出力インピーダンスを整合させる。RF制御回路は、ジェネレータを負荷が変わるとき、その負荷にジェネレータを整合させるため、整合回路網内部のコンデンサの数値を変更することにより、両方の整合回路網を同調可能である。RF制御回路網は、負荷から反射されジェネレータに戻る電力が一定限度を超えるとき、整合回路網を同調可能である。一定の整合性を提供し、RF制御回路が整合回路網に効率的に同調することを解除する一つの方法は、反射電力の予測値を超える反射電力リミットを設定することである。これは、最も新しい条件で整合回路網定数を保持することにより、一定条件の下でプラズマを安定化する為に役立てることができる。他の手段も、同様に、プラズマを安定化することに役立ててもよい。例えば、RF制御回路は、負荷(プラズマ)に供給される電力を決定する為に使用可能であり、層堆積中、供給された電力を実質的に一定に保つ為にジェネレータ出力電力を増減してもよい。
ガス供給システム33は、幾つかのソース34A〜34Fからチャンバにガスを提供し、(一部だけが図示された)ガス供給ライン38を介して基板を処理する。ガス供給システム33により供給されたガスは、例えば、シラン、ヘリウム、酸素を含むことができ、これらは、例えば、二酸化ケイ素膜の堆積に使用される。当業者に理解されるように、ソース34A〜34Fに使用される実際のソースと、チャンバ13への供給ライン38の実際の接続は、チャンバ13内で実行される堆積処理や洗浄処理に依存する。ガスは、ガス供給リング37及び/又は最上部ノズル45を通ってチャンバ13内に導入される。図2は、単純化された、チャンバ13の部分的な横断面図であり、ガス供給リング37の追加の詳細を示す。
A
一実施形態において、第1ガス源34A、第2ガス源34B、第1ガス流制御装置35A’、第2ガス流制御装置35B’は、(一部だけが図示された)ガス供給ライン38を通ってガス供給リング37内のリングプレナム36にガスを提供する。ガス供給リング37は、(例示の目的から一部だけが図示された)複数のガスノズル39Aを有し、これらが基板にわたり、一様なガス流を提供する。ノズル長さとノズル角度は、個々のチャンバ内部の特定処理の為に、一様なプロファイル及びガス利用効率の調整を許容するために変更可能である。一実施形態において、ガス供給リング37は、酸化アルミニウムセラミックから形成された、24本のガスノズル39Aを有する。
In one embodiment, the
ガス供給リング37は、また、複数のガスノズル39Bを有し、好ましい実施形態において、これらは、ソースガスノズル39Bと同一平面であり、長さが同一であるが、一実施形態において、本体プレナム41からガスを受ける。ガスノズル39Aと39Bは、チャンバ13内にガスを噴射する前にガスを混合しないことが望ましい一部の実施形態では流体的に結合されてない。他の実施形態において、本体プレナム41とガス供給リングプレナム36との間にアパーチャ(図示せず)を備えることにより、チャンバ13内にガスを噴射する前にガスは混合可能である。一実施形態において、第3ガス源34C及び第4ガス源34D、第3ガス流制御装置35C’、第4ガス流制御装置35D’は、ガス供給ライン38を通って本体プレナムにガスを提供する。43Bのような追加バルブ(他のバルブは図示せず)は、流体制御装置からチャンバまでのガスを遮断可能である。
The
可燃性、毒性、腐食性ガスが使用される実施形態において、堆積後、ガス供給ライン内に残っているガスを除去することが望ましい場合がある。これは、例えば、供給ライン38Aからチャンバ13を隔離し、供給ライン38Aを真空フォアライン44まで通気する為に、バルブ43Bのような3方向バルブを使用して達成可能である。図1に示されるように、43A及び43Cのような他の同様のバルブも他のガス供給ラインに組込可能である。そのような3方向バルブは、実用的にチャンバ13に密接に配置し、通気されない(3方向バルブとチャンバ間の)ガス供給ラインの容量を最小にしてもよい。さらに、2方向(オンオフ)バルブ(図示せず)は、質量制御装置(MFC)とチャンバ間、又は、ガス源とMFC間に配置可能である。
In embodiments where flammable, toxic, and corrosive gases are used, it may be desirable to remove gas remaining in the gas supply line after deposition. This can be accomplished, for example, using a three-way valve such as
図1を再び参照すると、チャンバ13は、また、最上部ノズル45と最上部ベント46を有する。最上部ノズル45と最上部ベント46は、ガスの最上部と側部の流れの独立した制御を許容し、これが、膜の均一性を改善し、膜堆積やドーピングパラメータの細かい調節を許容する。最上部ベント46は、最上部ノズル45周りの環状開口である。一実施形態において、第1ガス源34Aは、ソースガスノズル39と最上部ノズル45を補給する。ソースノズルMFC35A’は、ソースガスノズル39に供給されたガス量を制御し、最上部ノズルMFC35A’は、最上部ガスノズル45に供給されたガス量を制御する。同様に、2つのMFC35Bと35B’は、ソース34Bのような単一酸素源から、最上部ベント46及び酸化剤ガスノズル39Bの両方への酸素流を制御する為に使用可能である。最上部ノズル45及び最上部ベント46に供給されたガスは、チャンバ13内にガスが流入する前に分離して保持されてもよいが、ガスは、チャンバ13内に流入する前に最上部プレナム48内で混合されてもよい。分離された同一ガス源は、チャンバの様々な地点に補給する為に使用されてもよい。
Referring back to FIG. 1, the
図1,図2に示された実施形態において、リモートプラズマ洗浄システム50は、チャンバコンポーネントからの堆積残留物を周期的に洗浄する為に備えられている。洗浄システムは、リモートガスアクティベータ51を含み、リモートガスアクティベータ51が、例えば、分子フッ素、窒素トリフルオライド、他のフルオロカーボン、同等物を備える洗浄ガス源34Eからリアクタキャビティ53内でプラズマを生成する。リアクタキャビティ53は、例えば、ドーナツ形または円筒形キャビティを備えてもよい。リモートガスアクティベータ51は、例えば、リアクタキャビティ53の周りに巻かれた誘導コイル、又は、リアクタキャビティ53に結合されたマイクロ波ジェネレータを備えてもよい。リモートプラズマ洗浄システムの商業上利用可能な一例は、コロラド州フォートコリンズに所在するアドバンストエネルギインダストリ社からのXstreemリモートプラズマ源である。このプラズマから生じる反応種は、アプリケータ管55を介して洗浄ガスフィードポート54を通ってチャンバ13に運ばれる。例えば、一実施形態において、洗浄ガスフィードポート54は、プレナム48に供給し、洗浄ガスは、最上部ベント46を通ってチャンバ13内に入る。しかし、他の実施形態において、洗浄ガスフィードポート54は、プレナム48と最上部ベント46から分離され、チャンバ13に直接供給してもよい。洗浄プラズマ(例えば、キャビティ53,アプリケータ管55)を内包する為に使用される材料は、プラズマによる腐食に抵抗力を有していなければならない。所望のプラズマ種の濃度は、リアクタキャビティ53からの距離で減少することから、リアクタキャビティ53とフィードポート54間の距離は、実用上、できるだけ小さく保たれるべきである。リモートキャビティ内で洗浄用プラズマを発生させることにより、効率的なリモートガスアクティベータ51が使用可能になり、イン・シトゥー内で形成されるプラズマ内に存在するグロー放電の温度、放射または衝突にチャンバコンポーネントを晒さない。したがって、比較的に敏感なコンポーネント(例えば、静電チャック20)は、イン・シトゥープラズマ洗浄処理で必要とされているダミーウエハまたは他の保護部で被覆されなくてもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a remote
システム制御装置60は、システム10の動作を制御する。システム制御装置60は、メモリ62に結合されたプロセッサ61を含む。好ましくは、メモリ62は、ハードディスクドライブでもよいが、メモリ62は、もちろん、他の種類のメモリでもよく、例えば、ROM、PROM等がある。他の実施形態において、制御装置60は、また、フロッピィデスクドライブ(図示せず)やカードラック(図示せず)を含む。カードラックは、単一ボードコンピュータ(SBC)(図示せず)、アナログ及びデジタル入出力ボード(図示せず)、インターフェースボード(図示せず)、ステップモータ制御装置用ボード(図示せず)を含んでもよい。
The
システム制御装置60は、ハードディスクドライブ又は他のコンピュータプログラム(例えば、フロッピィディスクに保存されたプログラム)の制御下で動作する。例えば、コンピュータプログラムは、特定処理のタイミング、ガス混合、RF電力レベル、他のパラメータを指示する。ユーザとシステム制御装置間のインターフェースは、ブラウン管やライトペン(図示せず)のようなモニタ(図示せず)を介している。コンピュータプログラムコードは、68000アセンブリ言語、C,C++、パスカルのような従来のコンピュータ可読プログラム言語で書くことができる。適切なプログラムコードは、コンピュータのメモリシステムのようなコンピュータ使用可能媒体内に保存または埋め込まれた従来のテキストエディタを使用して、単一ファイル又は複数のファイルに入力される。入力されたコードテキストが高度な言語である場合、コードはコンパイルされ、その後、結果として生じたコンパイラコードが、既にコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされる。リンクされたコンパイル済みのオブジェクトコードを実行する為に、システムユーザは、オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムにメモリ内のコードをロードさせ、そこから、CPUがコードを実行し、プログラム内で識別されたタスクを実施する。
The
図3は、チャンバ内の基板にわたりガス流を提供する為に使用される交換可能なセラミックガスノズル39を示す。ガスノズル39は、図2に示されたノズル39B,39Bのどれでもよい。ガスノズル39は、細長いセラミック体82を備える。一変形例において、セラミック体82は、円筒である。ノズル39とセラミック体82は、基端部83と先端部85を有する。セラミック体82の基端部83は、ガス供給リング37に接続され、先端部85は、チャンバ13へと伸びている。
FIG. 3 shows a replaceable
セラミック体82は、ガス流をチャンバ13内に向ける為にチャネル84を備える。チャネル84の大きさは、ガス流に圧力及び流量特性を与えるように選択される。一変形例において、チャネル横断面は、円形であり、チャネルの中心軸周りに対称径を有する。軸状にセンタリングされたチャネル84は、チャネル径を選択することにより寸法決めされている。一変形例において、チャネル径は、約1.1mmから約2.1mmであるが、約1.5mmから約1.7mmでもよい。チャネル84を通ってガスが移動する距離は、ノズル39の全長と一致する。一変形例において、ノズル39の長さは、約55mmから約67mmであり、約64mmから約66mmでもよく、約57mmから約59mmでもよい。
The
チャネル84は、入口86を備え、ガス供給リング37からガスを受ける。入口86は、セラミック体82の基端部83において、チャネル84の端部に配置されている。入口86は、ガス供給リング37からガス流を受ける為に寸法決めされた径を有する開口である。チャネル84は、入口86付近にテーパが形成された入口部分87を備えてもよく、これが、入口86の径からチャネル径までのガス流の幅を制限する。テーパが付けられたチャネル84の入口部分87の長さと入口径は、ガス流に流量と圧力特性を与えるように選択される。例えば、一変形例において、入口径は、約2.5から3.5mmであるが、約3.0mmから3.1mmでもよく、ガス流が全体で制限されるテーパが付けられたチャネル84の入口部分87は、約0.8から1.8mmであるが、約1.2から1.4mmでもよい。
The
チャネル84は、ピンホール出口90を備え、これを通じて、1以上の処理ガスがセラミック体82の先端部85でチャンバ13に流入する。ピンホール出口90は、ガス流量及び圧力特性をガス流に与える為に選択された直径d0を有する。一変形例において、出口径d0は、約0.3mmから約0.4mmでもよい。チャネルは、また、チャネル径からピンホール出口径d0までガス流を制限するテーパが付けられた出口部分92を備えてもよい。テーパが付けられた出口部分92は、チャンネル84におけるガス流とピンホール出口90から出てくるガス流との間の移行をガス流特性に悪影響を与えることなく提供する。
The
ガスノズルセラミック体82の基端部83は、ガス供給リング37に接続する。セラミック体82は、ガス供給リング37と係合する為に第1外側螺合部88を備える。第1外側螺合部88は、ガス供給リング37に対するノズル39に便利かつ気密組立を与えるように寸法決めされている。一変形例において、第1外側螺合部88は、UNF−2A(Unified National Fine, Standard class, external thread)方式ネジで、1mm当たり約0.9から約1.0ネジ山を有し、ノズル39には約3.0から3.6mmの細長い区域にネジが切られている。セラミック体82の基端部83のプロファイルは、ガス供給リング37と係合するように適合されてもよい。例えば、基端部83は、ガス供給リング37の受容部分の幾何学的形状又は対応表面と適切に係合する幾何学的形状又は表面を含んでもよい。
The
処理環境のため、ノズル39は、不要な堆積や劣化を経験する場合があるので、ノズル39は、交換可能に設計されている。例えば、ノズル39は、チャンバ13にエッチングガスまたは堆積ガスを供給する為に使用可能である。これらのガスは、ソースプラズマシステム80Aまたはバイアスプラズマシステム80Bにより更にエネルギが与えられてもよい。このようなガスは、ノズル39上に堆積物を生成するかノズル39をエッチングする可能性がある。時間が過ぎると(Over time)、ノズル39の寸法的特徴(例えば、ピンホール出口径d0)は、当初の仕様から歪んでくる場合がある。そのような歪みは、ノズル39からのガス流特性の望ましくない変更を生じる場合がある。そのため、ノズル39は、交換可能に設計されている。第1外側螺合部88は、ガスノズル39とガス供給リング37との間に、ノズル39の交換を許容するインターフェースを提供する。
Because of the processing environment, the
セラミック体82は、チャンバ13に突き出た先端部85を備える。ノズル39の先端部85は、チャンバ13内で発生したエネルギからの温度上昇に晒される。ノズル39の先端部85は、通常、先端93へとテーパが付けられている。先端部85のテーパ付けは、ノズル出口90から基板にわたるガスの一様流を生み出すのに貢献する。例えば、ノズル39の先端部85は、ノズル39のチャネル84の細長い中心軸94に対し、約35から45°の角度でテーパが付いている。
The
ノズル体82は、熱シールド91を受容する為に第2外側螺合部89を備える。第2外側螺合部89は、距離dstだけピンホール出口90から基部近くに配置されている。距離dstは、ピンホール出口90からのガス流特性への影響を避けるように選択される。例えば、ピンホール出口径d0は、ノズル39からチャンバ13に出るガスの流量と圧力を与えるように選択される。ノズル39から熱シールド91までの第2螺合接続部の存在により、チャンバ13内へのガス流の流体の変遷に悪影響を与える場合がある。例えば、ピンホール出口90後方位置でノズル39に接続された熱シールド91は、ピンホール出口90から第2外側螺合部89までの空間領域内でノズル39の外側のガスの圧力勾配を変えるかもしれないが、これは、ピンホール出口90からのガス流特性に影響を与える場合がある。そのため、距離dstは、ピンホール出口90と第2外側螺合部89との間で剥離を与え、ピンホール出口90で第2外側螺合部の悪影響を避けるように選択される。一変形例において、距離dstは、(約90〜約140)×d0である。他の変形例において、距離dstは、約30mmから約55mmとなるように選択される。
The
図4A、図4Bは、CVDチャンバ13内で処理を実施する為に印加されるプラズマ又は他のエネルギによりCVDチャンバ13内で発生される熱からノズル39をシールドする為に使用可能な熱シールド91を示す。ノズル先端93の低熱量のため、ノズル39の先端部85は、通常、チャンバ13内で発生されるエネルギのため、大きな温度上昇を受ける。そのため、ノズル39の先端部85を含む、チャンバ13内部に晒されたノズル39の部分をシールドすることが望ましい。図4A、図4Bで示されるように、熱シールド91は、ノズル39の少なくとも一部分の周り、望ましくはチャンバ13内に晒されるノズル39の全部の周りに置かれるように構成される。図示されるように熱シールド91は、ノズル13に結合される別体である。例えば、熱シールド91は、ノズル39と係合するように内側螺合部97を有してもよい。そのような熱シールド91は、既存のCVDチャンバ内のノズルに、好都合にも遡及的に適合する。別個の熱シールドとノズルコンポーネントは、また、各々が別個に交換可能であるという利点がある。しかし、他の実施形態において、熱シールド91は、ノズル39と一体的に形成されてもよい。
4A and 4B illustrate a
図示された実施形態において、熱シールド91は、ノズル39の周りに配置されるのに十分に大きな内部寸法を有する中空部材96を有する。一変形例において、中空部材96は、円筒である。熱シールド91の内側横断部は、図4に示されるように、ノズル39の外側横断部より僅かに大きいことが望ましい。特定の実施形態において、熱シールド91及びノズル39間の間隙又は間隔は、熱シールド91の厚みより小さい。熱シールド91は、熱シールド開口95を含み、そこを通って、処理ガスは、ノズルピンホール出口90から流れる。熱シールド91は、ノズル39の先端部85でノズルピンホール出口90の先端に突き出た拡張部98を含むことが好ましい。拡張部98の長さは、ノズル39の先端部85をチャンバ13内で熱からシールドするのに十分に広くあるべきである。拡張部98の長さは、基板17上に形成される層の均一性のような実施される処理に悪影響を有する程に大きくすべきではない。さらに、過剰に長い拡張部98は、追加の粒子を生み出す場合がある。ある実施形態において、拡張部98の長さは、ノズル39の半径とノズル39の直径との間である。一変形例において、拡張部98の長さは、約5mmから約8mmである。特定の実施形態において、拡張部98の長さは、約6.4mmであり、熱シールド91は、約50.0mmの長さ、約16.1mmの外径、約3.9mmの厚みを有する。図1,図2に示されるように、ノズル39A、39Bは、基板支持体18の周りに置かれている。熱シールド91は、ノズル39A、39Bの一部または全部の周りに配置されてもよい。一部の実施形態において、ノズル39と熱シールド91は、熱シールドの開口95が基板17の周囲の半径方向に外側に置かれるように構成されている。すなわち、熱シールド91が基板17の平面に垂直に下方に突き出ている場合、熱シールド91は、基板17と重ならない。
In the illustrated embodiment, the
図示された熱シールド91は、一様な厚み、一様な円形の横断面を有するので、他の構成、形状、厚みプロファイルが異なる実施形態で実施可能であることが理解される。
It will be appreciated that the illustrated
ノズル39及び熱シールド91は、通常、セラミック材で構成される。セラミック材は、良好な選択であるが、これは、高い動作温度で安定しているからである。一変形例において、ノズル39と熱シールド91は、酸化アルミニウムで構成される。他の変形例において、ノズル39と熱シールド91は、窒化アルミニウムで構成される。一部の実施形態において、熱シールド91とノズル39は、同一材料(例えば、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウム)で形成されるが、他の実施形態において、ノズル39と熱シールド91は、それぞれが、異なる材料で形成されてもよい。他の変形例において、熱シールド91とノズル39は、代替え材料(例えば、アルミニウムのような金属)で形成されてもよい。
The
一変形例において、ノズル39と熱シールド91は、交換可能なシールドガスノズル99を形成する。この変形例において、シールドガスノズルは、単一ユニットとして交換可能である。この変形例は、熱シールド91とノズル39が例えば、d0、dst間に寸法的関係、チャンバ13内で遂行される特定処理に適した拡張部98の長さを有するとき、有利である。単一ユニットとしてシールドされたガスノズル99を使用し交換することにより、これらの寸法的関係を保存し、よって、チャンバ13内で遂行される処理の品質及び信頼性を向上させる。
In one variant, the
熱シールド91は、ノズル温度を相対的に低く保ち、粒子性能を改善する。プラズマCVDチャンバにおける高電力レシピの為の粒子源は、模型製作及び実験の組み合わせにより、高いソースRF電力レベルにおけるプラズマ内のノズル温度の増加により生じるシラン(SiH4)の熱分解により発生された粒子であることが認識されてきた。この気相粒子核生成機構が、プラズマ酸化によりSiO2粒子と水素化Siクラスタ(例えば、Si2H6)を生み出す。粒子SEMプロットは、球形粒子が気相核生成と一致していることを示す。ノズル39と熱シールド91は、チャンバ13内のノズル温度を減少させ、気相粒子核生成機構を妨げる。気相核生成機構の妨げにより、粒子の生成が減じられるので、チャンバ13内で処理される基板17上に落ちる粒子により引き起こされる欠陥が減少する。
The
本考案は、STI、IMD(インターメタル誘電体)、PSG(phosphosilicateglass)、FSG(fluosilicate glass)、同等物を含む、様々な処理に適用可能である。熱シールド91とノズル39の低い動作温度は、また、例えば改善された間隙充填性能の為に、プラズマCVDチャンバ内で高電力レベル動作を許容する。改善された間隙充填に加えて、減じられた粒子発生により、チャンバ13が洗浄される前に処理基板17の為に長期間の間、チャンバ13を使用可能になる。これは、マルチx洗浄と呼ばれる。例えば、本考案の熱シールド91とノズル39を持たないと、単一の基板17の処理後に洗浄処理を行う必要がある。熱シールド91とノズル39の減じられた粒子発生により、例えば、2枚から5枚の基板17が、チャンバ13内で洗浄処理を行う前にCVD堆積で処理可能であり、これにより、基板処理システム10の処理能力は著しく高められる。
The present invention is applicable to various processes including STI, IMD (intermetal dielectric), PSG (phosphosilicate glass), FSG (fluosilicate glass), and the like. The low operating temperature of
図5は、ノズル用熱シールド91を持たないCVDシステムの計測された粒子計数と、ノズル39とそれを囲む熱シールド91を有するCVDシステムとを比較する。CVDシステム10は、図1及び図2に示されたものと類似し、図4A及び図4Bの熱シールド91は、基板17の周囲の周りに置かれたノズル39A、39B上に配置されている。プロット内に含まれた粒子は、大きさが約0.16μmより大きい。処理は、約4:1のアスペクト比、約110nmのトレンチ幅を有する300mmシリコン基板17上の浅いトレンチ隔離(STI)を、SiH4、H2、O2からUSG層を堆積することにより、間隙を充填することに関する。チャンバ13の圧力は、約4ミリトルである。
FIG. 5 compares the measured particle count of a CVD system without the
最初に3つの実験が熱シールドを有することなく行われた。最上部SRFジェネレータ(31A)と側部SRFジェネレータ(31B)のソースパワーレベルは、1番目の試験では約6kWおよび4kW、2番目の試験では約7kWおよび4kW、3番目の試験では7kWおよび5kWである。図5に示されるように、粒子計数は、約80秒後に1秒当たり約50から約116粒子数の割合で急激に上昇する。他の2つの実験は、熱シールド91を備えて行われた。熱シールド91が使用されるとき、粒子は、実質的に低い割合で増加する。2つの試験は、それぞれ、約6kWおよび4kw、約7kWおよび5kWの最上部および側部SRFパワーレベルを使用している。2つの試験に対する粒子計数の増加の割合は、約80秒後で、1秒当たり約1から約5粒子数、1秒当たり約120秒後で約5から約9粒子数である。
Initially three experiments were performed without a heat shield. The source power levels of the top SRF generator (31A) and side SRF generator (31B) are about 6 kW and 4 kW in the first test, about 7 kW and 4 kW in the second test, and 7 kW and 5 kW in the third test. is there. As shown in FIG. 5, the particle count increases rapidly at a rate of about 50 to about 116 particles per second after about 80 seconds. The other two experiments were performed with a
前述した説明は、例示であり、限定ではないことが意図されていることは、理解されよう。多くの実施形態は、上記説明を検討するとき、当業者にとって明らかになろう。例示のため、本考案は、他の種類の熱堆積チャンバやプラズマ堆積チャンバに及び、基板処理の為の他の処理に及ぶ。そのため、本考案の範囲は、前述した説明を参考にして決定されるのではなく、添付された実用新案登録請求の範囲および、これらの均等範囲に沿って決定されるべきである。 It will be understood that the foregoing description is intended to be illustrative and not limiting. Many embodiments will be apparent to those of skill in the art upon reviewing the above description. For purposes of illustration, the present invention extends to other types of thermal deposition chambers and plasma deposition chambers and other processes for substrate processing. Therefore, the scope of the present invention should not be determined with reference to the above description, but should be determined in accordance with the appended claims for utility model registration and their equivalent ranges.
10…システム、13…チャンバ、17…基板、25…スロットル体、26…スロットルバルブ、27…ガスバルブ、28…ターボ分子ポンプ、29…最上部コイル、30…側部コイル、31A…最上部ソースRF(SRF)発生装置、31B…側部SRF発生装置、31C…バイアスRF(BRF)発生装置、32C…バイアス整合回路網、33…ガス供給システム、34B…ソース、35A…最上部ノズルMFC、35A’…ソースノズルMFC、35B,B’…MFC、36…リングプレナム、37…ガス供給リング、38A…供給ライン、39…ソースガスノズル、39B…酸素化ガスノズル、41…本体プレナム、43A,B,C…バルブ、44…真空フォアライン、45…最上部ノズル、46…最上部ベント、48…プレナム、50…リモートプラズマ洗浄システム、51…リモートガスアクティベータ、53…リアクタキャビティ、54…洗浄ガスフィードポート、55…アプリケータ管、60…システム制御装置、61…プロセッサ、62…メモリ、80A…ソースプラズマシステム、80B…バイアスプラズマシステム、82…セラミック体、83…基端部、84…チャネル、85…先端部、86…入口、87…テーパが付けられた入口部分、88…第1外側螺合部、89…第2外側螺合部、90…ピンホール出口、91…熱シールド、92…テーパが付けられた出口部分、93…ノズル先端、95…熱シールド開口、96…中空部材、97…内側螺合部、98…拡張部、99…交換可能なシールドされたガスノズル。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記ガスの流れを前記チャンバ内に向ける為にチャネルを有する細長いセラミック体であって、前記セラミック体は、前記ガス分配用リングと係合する第1外側螺合部と、熱シールドを受容する第2外側螺合部とを備え、前記チャネルは、前記ガス分配用リングから前記ガスを受容する入口と、前記チャンバ内に前記ガスを放出する為に前記チャネルの端部にピンホール出口とを備える、前記セラミック体、
を備える、前記ガスノズル。 A replaceable gas nozzle insertable into a gas distribution ring of a substrate processing chamber and shieldable inside the chamber:
An elongated ceramic body having a channel for directing the gas flow into the chamber, the ceramic body receiving a heat shield and a first outer threaded engagement with the gas distribution ring. Two outer threaded portions, the channel having an inlet for receiving the gas from the gas distribution ring and a pinhole outlet at the end of the channel for releasing the gas into the chamber. The ceramic body,
The gas nozzle.
(a)ガスの流れを前記チャンバ内に向ける為にチャネルを有する細長いセラミック体であって、前記セラミック体は、前記ガス分配用リングと係合する第1外側螺合部と、熱シールドを受容する第2外側螺合部とを備え、前記チャネルは、前記ガス分配用リングから前記ガスを受容する入口と、前記チャンバ内に前記ガスを放出する為に前記チャネルの端部にピンホール出口とを備える、前記セラミック体と;
(b)前記セラミック体と結合されるように構成され、前記セラミック体の少なくとも一部の周りに配置されるのに十分に大きな内部寸法を有する中空部材であって、前記ピンホール出口の末端で突出し、前記ピンホール出口を通って前記処理ガスが流れる為の熱シールド開口を含む拡張部を有する、前記中空部材と;
を備える、前記ノズル。 A shielded gas nozzle for a substrate processing chamber:
(A) an elongated ceramic body having a channel for directing gas flow into the chamber, the ceramic body receiving a first outer threaded engagement with the gas distribution ring and a heat shield; A second outer threaded portion, wherein the channel has an inlet for receiving the gas from the gas distribution ring, and a pinhole outlet at an end of the channel for releasing the gas into the chamber. Comprising the ceramic body;
(B) a hollow member configured to be coupled to the ceramic body and having a sufficiently large internal dimension to be disposed around at least a portion of the ceramic body, the end of the pinhole outlet The hollow member having an extension that protrudes and includes a heat shield opening for the processing gas to flow through the pinhole outlet;
Comprising the nozzle.
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