特開 2022-8223 処理ツール用シャワーヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022008223

(43)【公開日】2022-01-13

(54)【発明の名称】処理ツール用シャワーヘッド

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20220105BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20220105BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20220105BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/205

H01L21/302 101G

【審査請求】未請求

【請求項の数】25

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021103984

(22)【出願日】2021-06-23

(31)【優先権主張番号】63/043394

(32)【優先日】2020-06-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】514028776

【氏名又は名称】トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】アンソニー ディップ

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA06

4K030EA05

4K030KA02

4K030KA12

5F004AA01

5F004BB19

5F004BB28

5F045AA15

5F045AB02

5F045AC03

5F045AC05

5F045BB01

5F045DP15

5F045DP27

5F045EE19

5F045EF05

5F045EM10

(57)【要約】

【課題】 処理ツール用シャワーヘッドを提供する。
【解決手段】 １つの実施例では、装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板ホルダと、基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドと、を含む。シャワーヘッドは、シャワーヘッドの中央領域に配置された第１のゾーンであって、第１の空洞を含む、第１のゾーンと、第１の空洞から基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、流体源に流体結合された第１の流路と、第１の流路を第１の空洞と流体結合する複数の第１の流体分配経路と、を含む。
【選択図】図１４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置された基板ホルダと、
前記基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドであって、
前記シャワーヘッドの中央領域に配置された第１のゾーンであって、第１の空洞を含む、第１のゾーンと、前記第１の空洞から前記基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、流体源に流体結合された第１の流路と、前記第１の流路を前記第１の空洞と流体結合する複数の第１の流体分配経路と、を含む、シャワーヘッドと、
を備える、装置。

【請求項2】

前記シャワーヘッドの周辺領域に配置された第２のゾーンであって、第２の空洞を含む、第２のゾーンと、前記第２の空洞から前記基板ホルダに向かって前記流体を出力するように整列された複数の第２の流体出口穴と、第２の流体源に流体結合され、且つ前記第１の流路から独立している第２の流路と、を更に備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記第１のゾーンに配置された複数の第１の空洞と、前記複数の第１の空洞のそれぞれから前記基板ホルダに向かって前記流体を出力するように整列されたそれぞれの複数の第１の流体出口穴と、前記複数の第１の流路のそれぞれを前記複数の第１の空洞のそれぞれと流体結合する第１の複数の流体分配経路のうちの１つと、
前記第２のゾーンに配置された複数の第２の空洞と、前記複数の第２の空洞のそれぞれから前記基板ホルダに向かって前記流体を出力するように整列されたそれぞれの複数の第２の流体出口穴と、前記第２の流体源に流体結合され、且つ前記第１の流路及び前記複数の第１の流路から独立している複数の第２の流路と、を更に備える、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記シャワーヘッドの中間領域に配置された第３のゾーンであって、前記中間領域が前記中央領域と前記周辺領域との間に配置され、前記第３のゾーンが第３の空洞を含む、第３のゾーンと、前記第３の空洞から前記基板ホルダに向かって前記流体を出力するように整列された複数の第３の流体出口穴と、第３の流体源に流体結合され、且つ前記第１の流路及び前記第２の流路から独立している第３の流路と、を更に備える、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記第２の流体源が、前記第１の流体源と同じである、請求項２に記載の装置。

【請求項6】

前記第２のゾーンが、前記第２の流路を前記第２の空洞と流体結合する複数の第２の流体分配経路を更に備える、請求項２に記載の装置。

【請求項7】

前記シャワーヘッドの境界の周りに配置され、且つ前記基板ホルダに向かって延在しているスカートを更に備える、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記スカートが、前記シャワーヘッドから前記基板ホルダの上、１ｍｍ～１０ｍｍの距離まで延在している、実施例７に記載の装置。

【請求項9】

前記スカートが、前記シャワーヘッドの周辺領域の周りに配置された真空チャネルを含み、複数の流体入口穴が整列して前記流体を前記基板ホルダから離れて入れる、請求項７に記載の装置。

【請求項10】

前記シャワーヘッドの周辺領域の周りに配置された真空チャネルを更に備え、複数の流体入口穴が整列して前記流体を前記基板ホルダから離れて入れる、請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記装置が原子層堆積装置である、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

装置であって、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置された基板ホルダであって、複数のウェーハを支持するように構成されている、基板ホルダと、
前記基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドシステムであって、
前記処理チャンバの中央領域の周りに配置されたくさび形のシャワーヘッドであって、
前記くさび形のシャワーヘッドの中央ゾーン内の第１の空洞と、
前記第１の空洞から前記基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、
前記第１の空洞に出ていく複数の流体分配経路と、
第１の流体源を前記複数の流体分配経路と流体結合する第１の流路と、を有する、くさび形のシャワーヘッド、を含む、シャワーヘッドシステムと、
を備える、装置。

【請求項13】

前記中央ゾーンの周辺領域に配置された周辺ゾーンであって、第２の空洞を含む周辺ゾーンと、前記第２の空洞から前記基板ホルダに向かって前記流体を出力するように整列された複数の第２の流体出口穴と、第２の流体源に流体結合され、且つ前記第１の流路から独立している第２の流路と、を更に備える、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

前記シャワーヘッドの境界の周りに配置され、且つ前記基板ホルダに向かって延在しているスカートを更に備える、実施例１２に記載の装置。

【請求項15】

前記スカートが、前記シャワーヘッドの周辺領域の周りに配置された真空チャネルを含み、複数の流体入口穴が整列して前記流体を前記基板ホルダから離れて入れる、請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記シャワーヘッドの境界の周りに配置された真空チャネルを更に備え、複数の流体入口穴が整列して前記流体を前記基板ホルダから離れて入れる、請求項１２に記載の装置。

【請求項17】

前記処理チャンバが、前記くさび形のシャワーヘッドの第１の広い角の近くに配置された第１の真空ポートと、前記くさび形のシャワーヘッドの第２の広い角の近くに配置された第２の真空ポートとを有する二重真空ポートを更に含む、請求項１２に記載の装置。

【請求項18】

前記装置が原子層堆積装置である、請求項１２に記載の装置。

【請求項19】

基板を処理する方法であって、シャワーヘッドを通って処理チャンバ内に配置された前記基板に向かって第１の流体を流すことであって、前記シャワーヘッドが前記シャワーヘッドの中央領域に配置された第１のゾーンを含み、前記第１のゾーンは第１の空洞を含み、複数の第１の流体出口穴が前記第１の流体を前記第１の空洞から前記基板に向かって出力するように整列され、第１の流路が第１の流体源に流体結合され、複数の第１の流体分配経路が前記第１の流路を前記第１の空洞と流体結合する、ことを含み、前記流すことが、前記第１の流路及び前記複数の第１の流体分配経路を通って前記第１の空洞を前記第１の流体で満たすことと、前記複数の第１の流体出口穴を通って前記第１の空洞から出ていくように前記第１の流体を方向付けることと、を含む、方法。

【請求項20】

前記シャワーヘッドの第２のゾーンを通って前記基板に向かって第２の流体を流すことであって、前記第２のゾーンが前記第１のゾーンの周辺領域に配置され、前記第２のゾーンが第２の空洞を含み、複数の第２の流体出口穴が前記第２の空洞から前記基板に向かって前記第２の流体を出力するように整列され、第２の流路が、第２の流体源に流体結合され、且つ前記第１の流路から独立している、ことを更に含み、前記流すことが、前記第２の流路を通って前記第２の空洞を前記第２の流体で満たすことと、前記第２の空洞から前記複数の第２の流体出口穴を通って出ていくように前記第２の流体を方向付けることと、を含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記第２の流体が前記第１の流体と同じである、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記シャワーヘッドが処理ツールの一部であり、前記方法が、
前記処理ツールで前記基板を処理することによって第１の特徴を形成することと、
前記第１の特徴のメトリックを測定することと、
前記測定に基づいて、前記第１の流体の前記第１の空洞への第１の流速、前記第２の流体の前記第２の空洞への第２の流速、前記第１の空洞内の第１の流体圧力、前記第２の空洞内の第２の流体圧力、前記処理ツールの排気ポートを通る排気流、前記第１のゾーンの第１のゾーン温度、又は前記第２のゾーンの第２のチャンバ温度、を調整することと、
前記調整後、前記処理ツールで別の基板を処理することによって、第２の特徴を形成することと、
を更に含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項23】

前記シャワーヘッドが原子層堆積ツールの一部であり、前記方法が、前記原子層堆積ツールで前記基板を処理することを更に含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項24】

前記原子層堆積ツールで前記基板を処理することが、シリコンの原子層を堆積することを含み、前記ガスがクロロシラン含有前駆体ガスである、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記第１の空洞が、約１５０ｃｍ^－３～２００ｃｍ^－３の容量を有し、前記方法が、前記第１の流体源からの前記第１の流体の圧力を約１．６トル～約２．６トルに設定することを更に含み、前記処理チャンバのチャンバ圧力が約０．５トル～約０．８トルである、請求項２０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年６月２４日に出願された米国仮特許出願第６３／０４３，３９４号の利益を主張するものであり、この出願は参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、一般に、半導体製造処理装置、特定の実施形態では、処理ツール用シャワーヘッドに関する。

【背景技術】

【0003】

半導体産業では、化学蒸着（ＣＶＤ）などの蒸着プロセスを使用して様々な薄膜が堆積される。ＣＶＤプロセスでは、異なる反応ガスが、薄膜が堆積される表面と接触する。ガスは、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）若しくは準大気圧ＣＶＤ（ＳＡＣＶＤ）のように熱的に、又はプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）のようにより低温で電気エネルギーを用いて支援されるかのいずれかで反応する。原子層堆積（ＡＬＤ）と呼ばれるＣＶＤプロセスは、制御された原子層の材料を堆積するために使用されている。

【0004】

半導体産業では、フッ化水素などの流体蒸気を用いた気相化学エッチングプロセス、並びにフッ素含有分子及び塩素含有分子などのガスを使用して反応性の高いフッ素及び塩素原子を生成する気相プラズマエッチングプロセスを使用して、様々な薄膜をエッチングする。原子層エッチング（ＡＬＥ）は、反応性の高いガス状反応物を使用して、一度に１つの原子層ずつ薄膜の表面をエッチングする。

【0005】

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、薄膜堆積又は薄膜エッチング用の反応流体は、堆積又はエッチングツール内の半導体ウェーハなどの基板１１２上のシャワーヘッド１００内の流体出口穴１０２を通って分配される。

【0006】

図１Ａは、単一のウェーハ堆積又はエッチングツール１１６の上面図であり、基板ホルダ１１０の上のシャワーヘッド１００の（基板を示さない）上面図を示している。シャワーヘッド１００を取り囲む排気ポート１１８は、流体出口穴１０２から出てくる流体を除去する。

【0007】

図１Ｂは、図１Ａのシャワーヘッド１００の断面図である。流体（ガス）経路１０６は、シャワーヘッド１００を流体源１０８に結合する。流体経路１０６は、シャワーヘッド１００内の空洞１０４に流体を提供する。流体出口穴１０２は、流体を空洞から基板ホルダ１１０上の基板１１２に向かって出力するように整列されている。

【0008】

図２は、バッチ堆積又はエッチングツール１２２の上面図である。半導体ウェーハなどの基板１１２は、基板ホルダ１２４の円周近くに配置されている。基板ホルダ１２４は、ＣＶＤ又はＡＬＤ堆積中、又は化学蒸着、プラズマ、若しくはＡＬＥエッチング中に、くさび形の反応物シャワーヘッド１２６の下で基板１１２を回転させる。窒素などの不活性ガスは、くさび形の反応物シャワーヘッド１２６の両側にあるくさび形の不活性ガスシャワーヘッド１２８から分配される。くさび形の不活性ガスシャワーヘッド１２８から出てくる窒素、及びくさび形の反応物シャワーヘッド１２６から出てくる流体は、排気ポート１２０を通って除去される。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0009】

一実施形態によれば、装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板ホルダと、基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドと、を含む。シャワーヘッドは、シャワーヘッドの中央領域に配置された第１のゾーンであって、第１の空洞を含む、第１のゾーンと、第１の空洞から基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、流体源に流体結合された第１の流路と、第１の流路を第１の空洞と流体結合する複数の第１の流体分配経路と、を含む。

【0010】

一実施形態によれば、装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板ホルダであって、基板ホルダが複数のウェーハを支持するように構成された、基板ホルダと、基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドシステムと、を含む。シャワーヘッドシステムは、処理チャンバの中央領域の周りに配置されたくさび形のシャワーヘッドを含む。くさび形のシャワーヘッドは、くさび形のシャワーヘッドの中央ゾーン内の第１の空洞と、第１の空洞から基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、第１の空洞に出ていく複数の流体分配経路と、流体源を複数の流体分配経路と流体結合する第１の流路と、を含む。

【0011】

一実施形態によれば、基板を処理する方法は、シャワーヘッドを通ってガスを基板に向かって流すことを含む。シャワーヘッドは、シャワーヘッドの中央領域に配置された第１のゾーンであって、第１の空洞を含む、第１のゾーンと、第１の空洞から基板に向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、流体源に流体結合された第１の流路と、第１の流路を第１の空洞と流体結合する複数の第１の流体分配経路と、を含む。流すことには、第１の流路及び複数の第１の流体分配経路を通って第１の空洞をガスで満たすことと、複数の第１の流体出口穴を通って第１の空洞から出ていくようにガスを方向付けることと、を含む。

【0012】

本発明及びその利点についてのより詳細な理解のために、ここで、後述の説明を以下の添付図面と併せて参照する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１Ａは、従来技術の単一のウェーハシャワーヘッドの上面図であり、図１Ｂは、従来技術の単一のウェーハ薄膜堆積又は薄膜エッチングツールの断面図である。

【図2】図２は、くさび形のシャワーヘッドを備えた従来技術のバッチＣＶＤ堆積又は薄膜エッチングツールの上面図である。

【図3】図３Ａ～図３Ｂは、一実施形態による、単一のウェーハ堆積又はエッチングツール用の流体分配経路を備えたシャワーヘッドであり、図３Ａは上面図であり、図３Ｂは図３Ａの断面図である。

【図4】図４Ａ～図４Ｂは、一実施形態による、単一のウェーハ堆積又はエッチングツール用の流体分配経路を備えたシャワーヘッドであり、図４Ａは上面図であり、図４Ｂは図４Ａの断面図である。

【図5】図５Ａは、一実施形態による、単一のウェーハ堆積又はエッチングツール用の流体分配経路を備えたマルチゾーンシャワーヘッドであり、図５Ａは上面図であり、図５Ｂは図５Ａの断面図である。

【図6-1】図６Ａは、一実施形態による、流体分配経路を有するくさび形のシャワーヘッドを備えたバッチ堆積又はエッチングツールの上面図であり、図６Ａはバッチ堆積又はエッチングツールの上面図を示しており、図６Ｂはくさび形のシャワーヘッドの上面図であり、図６Ｃは図６Ｂの断面図である。

【図6-2】図６Ａは、一実施形態による、流体分配経路を有するくさび形のシャワーヘッドを備えたバッチ堆積又はエッチングツールの上面図であり、図６Ａはバッチ堆積又はエッチングツールの上面図を示しており、図６Ｂはくさび形のシャワーヘッドの上面図であり、図６Ｃは図６Ｂの断面図である。

【図7】図７Ａは、一実施形態による、バッチウェーハ堆積又はエッチングツール用の流体分配経路を備えたくさび形のマルチゾーンシャワーヘッドであり、図７Ａは平面図であり、図７Ｂは図７Ａの断面図である。

【図8】図８Ａは、一実施形態による、スカートを備えた図７Ａのくさび形のマルチゾーンシャワーヘッドであり、図８Ａは上面図であり、図８Ｂは図８Ａの断面図である。

【図9】図９は、一実施形態による、くさび形のシャワーヘッドの下からバッチ堆積又はエッチングツール内の単一の排気ポートへのシミュレートされた流体流動を示す投影図である。

【図10】図１０は、一実施形態による、二重排気ポートを備えたバッチ堆積又はエッチングツールの上面図である。

【図11】図１１は、一実施形態による、くさび形のシャワーヘッドの下からバッチ堆積又はエッチングツール内の二重排気ポートへのシミュレートされた流動を示す投影図である。

【図12】図１２Ａは、一実施形態による、真空チャネルを備えた図７Ａのくさび形のマルチゾーンシャワーヘッドであり、図１２Ａは上面図であり、図１２Ｂは図１２Ａの断面図である。

【図13】図１３Ａは、一実施形態による、スカートに形成された真空チャネルを備えた図８Ａのくさび形のマルチゾーンシャワーヘッドであり、図１３Ａは上面図であり、図１３Ｂは図１３Ａの断面図である。

【図14】図１４は、流体分配経路を備えたくさび形のシャワーヘッドを使用する堆積を説明する一実施形態による方法の処理ステップのフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

３００ｍｍウェーハなどの大きな基板にわたって、厚さ、組成、及び屈折率などの均一な膜特性を有する薄膜を堆積することは困難である。シャワーヘッドを使用して薄膜を均一に堆積させるために、シャワーヘッドの流体出口穴から処理されている基板の表面に向かって流体が均一に分配される。

【0015】

蒸気エッチング流体、又は流体からプラズマで生成されたガス状ラジカルを使用してウェーハにわたって薄膜を均一にエッチングすることは困難であり、除去する必要のある副生成物を生成する。シャワーヘッドを使用して薄膜を均一にエッチングするために、流体出口穴からエッチングされている薄膜の表面に向かって流体が均一に分配される。堆積後又はエッチング後、ウェーハにわたって計量測定が行われ、データに対して相関計算が実行されて、統計的に有意な厚さパターンがウェーハ上に存在するかどうかが判定される。

【0016】

流体が流体出口穴から均一に出ていくためには、穴の上の流体圧力が均一でなければならない。空洞内の流体圧力は、全ての流体出口穴の上の流体圧力が同じになるように十分に高くなければならない。図１～図２に示されるような従来技術の設計では、基板のサイズが大きくなるにつれて、シャワーヘッドも大きくなり、空洞のサイズが大きくなる。増大した数の流体出口穴にわたって空洞内の流体圧力を均一に保つために、流体圧力、流体温度、及び流体流動（流速）が増大される。より高い流体流動は、流体使用量の増大をもたらし、流体コストの増大及び処理後の化学物質の後処理コストの増大をもたらす。特に原子層堆積（ＡＬＤ）で使用されるもののような高価な前駆体流体の場合、流体の使用量が増大すると、製造コストが大幅に増大する可能性がある。

【0017】

本開示の実施形態は、以下でより詳細に説明されるように、シャワーヘッドの設計を変更することによって、均一な薄膜の堆積及びエッチングを可能にする。一実施形態によれば、装置は、均一な堆積のため、及びプロセスが使用する流体の量を低減するための流体分配経路を備えたシャワーヘッドを備える。一実施形態によれば、装置は、より少ない流体を使用しながら、均一に堆積及び均一にエッチングするための流体分配経路を有するくさび形のシャワーヘッドを備える。一実施形態によれば、堆積又はエッチングのための方法は、流体分配経路を通って流体を流すことと、くさび形のシャワーヘッド内の空洞を均一な圧力で満たすことと、を含む。

【0018】

図３Ａ及び図３Ｂは、例示的な実施形態による、単一のウェーハ堆積又はエッチングシャワーヘッドの上面図及び断面図である。

【0019】

シャワーヘッド３００は、流体の腐食特性に応じて、例えば、ステンレス鋼又は他の金属で作製された本体部分を含む。本体部分内には、流体が空洞１０４を出ていく流体出口穴１０２を備えた中空空洞１０４がある。流体出口穴１０２は、基板１１２に面するシャワーヘッド３００の側面を均一に覆う。流体出口穴１０２の反対側のシャワーヘッド３００の側面上にあるねじ付き開口部は、流体源１０８への接続を可能にする。流体源１０８からの流体は、空洞１０４を満たし、流体出口穴１０２を通って基板１１２に向かって分配される。シャワーヘッド３００内部の流体の圧力が十分に高い場合、流体出口穴１０２にわたる圧力は、全ての流体出口穴１０２に対して実質的に同じである。シャワーヘッド３００内の流体出口穴１３６を通る流速を等しくするために必要とされる圧力は、シャワーヘッド３００内の空洞１０４の容量に依存する。空洞１０４がより小さい場合、より低い圧力を使用して流速を等しくすることができる。空洞１０４の容量が約１５０ｃｍ^－３～２００ｃｍ^－３、例えば１７５ｃｍ^－３である構成では、例えば、チャンバ圧力が約０．５トル～約０．８トル、例えば０．６トルの場合に、約１．６トル～約２．６トルの圧力を設定することによって、チャンバ圧力よりも約１トル～２トル高い最小圧力を使用することができる。

【0020】

流体出口穴１０２にわたる圧力の変動は、一実施形態では０．１％～１％であり得、様々な実施形態では５％未満であり得る。これにより、各流体出口穴１０２を通って分配されている流体の量が実質的に同じであることを確実にし、その結果、堆積プロセス中、堆積されている膜の組成及び厚さがウェーハにわたって均一であるか、又はエッチングプロセス中、エッチングされている膜の厚さがウェーハにわたって均一である。

【0021】

図３Ａ及び図３Ｂに示されているのは、複数の流体分配経路１３０、１３２、及び１３４、並びに複数の流体分配穴１３６を備えたシャワーヘッド３００である。一実施例として、図３Ａのシャワーヘッド３００は、シャワーヘッド３００の周辺領域の周りに１２個の流体分配穴１３６を備えた４個の流体分配経路１３４と、シャワーヘッド３００の中間（ドーナツ）領域に６個の流体分配穴１３６を備えた２個の流体分配経路１３２と、シャワーヘッド３００の中央に１個の流体分配穴１３６を備えた１個の流体分配経路１３０と、を有する。この構成により、最も多くの流体が分配されているシャワーヘッド３００の外側領域により多くの流体を提供し、中間量の流体が分配されているシャワーヘッド３００のドーナツ部分に中間量の流体を提供し、且つ最小量の流体が分配されているシャワーヘッド３００の中央に最小量の流体を提供する。より多くの流体が必要とされる場所により多くの流体を提供することにより、より低い圧力を維持しながら、実質的に同じ量の流体を全ての流体出口穴１０２から分配することができる。

【0022】

したがって、本開示の実施形態は、化学蒸着（ＣＶＤ）及び原子層堆積（ＡＬＤ）などの堆積プロセスを改善し、例えば、コストを低減しながら、薄膜堆積の均一性を改善する。加えて、本開示の実施形態は、危険な副生成物が生成される量を低減しながら、エッチングの均一性を改善する。シャワーヘッド３００の中央によりもシャワーヘッドの周辺領域により多くの流体出口穴１０２があるため、シャワーヘッド３００の中間及び中央領域から流出するものよりもかなり多くの流体が周辺を通って流出する。対照的に、従来のシャワーヘッドは、１つの流体経路１０６を有し、１つの中央に配置された流体分配出口を用いて、流体空洞１０４全体に流体を提供する（図１Ｂ）。

【0023】

前述のように、流体が従来のシャワーヘッドなどのシャワーヘッドからより高い圧力で分配されると、かなりより多くの流体が流れるため、堆積又はエッチングステップ中にかなりより多くの流体が使用されて、同様に処理する必要がある、かなりより多くの排気ガスが生成される。従来の設計と比較して、使用される流体の量が少なくなるだけでなく、廃棄物の洗浄に必要な労力も少なくなる。加えて、流体がシャワーヘッドからより高い圧力で分配されるときに、シャワーヘッドは、堆積又はエッチングされた薄膜上にシャワーヘッドの穴パターンがインプリントされること（プロセス欠陥）を回避するために、基板１１２からより遠い距離に配置されている。本出願の実施形態により、シャワーヘッド３００からの反応物の流出をより均一に流れるように制御することによって、従来の設計に関連する後処理コスト及びプロセス欠陥設計の問題を回避する。

【0024】

したがって、様々な実施形態では、流体分配経路１３０、１３２、及び１３４を備えたシャワーヘッド３００の使用により、ウェーハ均一性にわたって堆積又はエッチングされた薄膜を改善し、流体のコストを低減し、副生成物の除去コストを低減する。

【0025】

流体分配経路１３０、１３２、及び１３４は、基板１１２上に分配される流体を貯蔵する流体源１０８に結合されている。明確にするために、ポンプ、フローバルブ、制御回路、及び他の標準装備などの追加の構成要素は示されていない。流体分配経路１３０、１３２、及び１３４は、流体を貯蔵するが、空洞１０４よりも小さい容量を有するという点で、ミニ空洞である。流体分配経路１３０、１３２、及び１３４から空洞１０４への複数の流体分配穴１３６を備えた、空洞１０４の上の流体分配経路１３０、１３２、及び１３４の層を追加することにより、流体分配経路１３０、１３２、及び１３４が空洞１０４内のより均一な流体圧力を維持するのに役立つ。より低い圧力で空洞１０４内の均一な流体圧力を維持することにより、より小さな空洞１０４を使用することが可能になり、全ての流体出口穴１０２上で均一な圧力を維持しながら、流体流速を低減して使用することが可能になる。均一な圧力により、全ての流体出口穴１０２を通って流体１１４を均一に分配する。たとえより低い流体流速であっても、流体分配経路１３０、１３２、及び１３４により、より小さな空洞１０４内で均一な圧力を維持することが可能になる。これは、空洞１０４の周辺領域の天井に配置された流体分配穴１３６の数がより多いために、より多くの流体が周辺領域に入るためである。

【0026】

図４Ａ～図４Ｂは、一実施形態による、単一のウェーハ堆積又はエッチングツール用の流体分配経路を備えたシャワーヘッドであり、図４Ａは上面図であり、図４Ｂは図４Ａの断面図である。

【0027】

図４Ａ～図４Ｂは、複数レベルの流体分配経路を備えた更なる実施形態を示している。特定の実施形態では、追加の流体分配経路４３０、４３２、及び４３４は、均一性を更に改善するために、流体分配経路１３０、１３２、及び１３４の上に配置され得る。したがって、例えば、周辺領域に配置されたより多数の流体分配穴１３６を備えたより多くの流体分配経路１３０、１３２、及び１３４を使用することによって、より多くの流体が空洞１０４の周辺領域に向かって分配され得る。図４Ａにおいて、一実施例では、４０個の流体分配穴１３６を備えた８個の流体分配経路１３４が、シャワーヘッド４００の周辺領域に流体を提供する。２０個の流体分配穴１３６を備えた４個の流体分配経路１３２は、シャワーヘッド４００の中間（ドーナツ）領域に流体を提供する。４個の流体分配穴１３６を備えた１個の流体分配経路１３０は、シャワーヘッド４００の中央領域に流体を提供する。複数の流体分配経路１３０、１３２、及び１３４を提供することにより、それぞれが空洞１０４の天井を覆う同様の数の流体分配穴１３６を備えて、より低い圧力を使用して流体出口穴１０２にわたって均一な流体流動を維持することができる。

【0028】

流体源１０８から図４Ａの構成における１３個の分配経路のそれぞれに対する均一な流体流動を提供するために、上部流体分配経路４３０、４３２、及び４３４の追加の層は、上部流体分配穴４３６を通って流体分配経路１３０、１３２、及び１３４の下にある層に、流体を均一に分配する。流体分配経路４３０、４３２、及び４３４の上層は、別個の導管１４０、１４２、及び１４４を通って流体源１０８に接続することができる。マスフローコントローラバルブなどのバルブ１５０、１５２、及び１５４は、独立して、上部流体分配経路４３０、４３２、及び４３４のそれぞれへの流体流動の正確な制御を提供することができる。流体分配経路の追加レベルを追加して、より低い圧力で流体出口穴１０２から分配される流体の均一性を改善することによって、流体の使用量を更に低減することができる。これは、シャワーヘッド４００に複雑さとコストを追加する。流体分配経路の数、対コスト、対膜均一性の相関関係を示すモデルを使用して、これらの変数の最適なバランスを判定することができる。

【0029】

図５Ａは、一実施形態による、単一のウェーハ堆積又はエッチングツール用の流体分配経路１３０及び流体分配穴１３６を備えたマルチゾーンシャワーヘッド５００であり、図５Ａは上面図であり、図５Ｂは図５Ａの断面図である。

【0030】

上記の構成に示されるように、単一のウェーハシャワーヘッドは、そこから流体が分配され、そこへの流体混合物及び流速を独立して制御することができる複数のゾーンを有し得る。各ゾーンは、各ゾーン内の流体分配の均一性を改善するために、複数の流体分配経路を有し得る。加えて、流体分配経路の下層の上に流体分配経路の複数の上層を提供して、流体がより低いレベルに提供される均一性を改善することができる。薄膜の堆積又はエッチング中に、シャワーヘッドに影響を与える１つ以上の動作変数の値を調整することによって、基板にわたるターゲット膜の均一性を維持することができ、この動作変数には、チャンバ温度、シャワーヘッド内の各ゾーンへの入力流体の流体流速、各ゾーンへの入力流体の組成、各ゾーンのチャンバ流体圧力、第２の排気ポートと比較した第１の排気ポートの流体流速の比率、各ゾーンで開いている流体経路の数若しくは流体出口穴の数、及び／又はシャワーヘッドの各ゾーン内部の流体の圧力、を含む。従来の単一のウェーハＣＶＤ（及びＡＬＤ）堆積ツール、及び単一のウェーハ流体蒸気（及びＡＬＥ）エッチングツール（図１Ａ及び図１Ｂ）では、流体は、シャワーヘッド１００にわたる流体出口穴１０２を通って分配され、シャワーヘッド１００を取り囲む排気ポート１１８を通って、流体堆積及びエッチングツールから排出される。流体は、半導体基板１１２にわたって放射状に流れ、しばしば、不均一な薄膜特性を有する放射状パターンをもたらす。この放射状の不均一性を補償するために、図５Ａ及び図５Ｂに示されるような内側ゾーン１５８、中間ゾーン１６０、及び外側ゾーン１６２などの、複数の放射状ゾーンを備えたシャワーヘッドが使用され得る。

【0031】

放射状の堆積又はエッチングの均一性を改善するために、流体混合物及び流速は、内側、中間、及び外側ゾーン１５８、１６０、及び１６２のそれぞれへの流体経路１４０、１４２、１４４のそれぞれにおいて独立して制御され得る。例として、流体分配経路１３０は、異なる方向に向けられた別個のセクション、例えば、１つの場合には直交セクションを含む。様々な実施形態では、内側ゾーン１５８及び外側ゾーン１６２の空洞１０３及び１０５は、中間ゾーン１６０の空洞１０４よりも容量が小さい。流体分配経路１３０及び流体分配穴１３６は、より大きな中間ゾーン１６０に有意な利益をもたらすが、より小さな内側ゾーン１５８及び外側ゾーン１６２にはあまり利益をもたらさない場合があり、いくつかの実施形態では、これらのゾーンから省略され得る。

【0032】

図６Ａは、一実施形態による、流体分配経路を有するくさび形のシャワーヘッドを備えたバッチ堆積又はエッチングツールの上面図であり、図６Ａはバッチ堆積又はエッチングツールの上面図を示し、図６Ｂはくさび形のシャワーヘッドの上面図であり、図６Ｃは図６Ｂの断面図である。本明細書で更に説明するように、この例示的な実施形態により、薄膜の均一性を改善し、ＣＶＤ及びＡＬＤ堆積などのバッチ薄膜堆積プロセスにおける流体コストを低減し、バッチ薄膜エッチングプロセスにおける副生成物を除去するコストを低減する。

【0033】

図６Ａを参照すると、バッチ薄膜堆積又はエッチングツールは、処理チャンバ内に配置された１つ以上のくさび形のシャワーヘッド６００を有するシャワーヘッドシステムを含む。半導体ウェーハなどの基板１１２は、基板ホルダ１２４の円周近くに配置されている。基板ホルダ１２４は、ＣＶＤ又はＡＬＤ堆積及び流体蒸気又はＡＬＥエッチングなどの堆積又はエッチングプロセス中に、１つ以上のくさび形のシャワーヘッド６００の下で基板１１２を回転させる。窒素などの不活性ガスは、１つ以上のくさび形のシャワーヘッド６００のそれぞれの両側にあるくさび形の不活性ガスシャワーヘッド１２８から分配される。くさび形の不活性ガスシャワーヘッド１２８から出てくる窒素、及び１つ以上のくさび形のシャワーヘッド６００から出てくる流体は、基板ホルダ１２４の周囲に沿って配置された排気ポート１２０（又は図１０の更なる実施形態で論じられる複数の排気ポート）を通って除去される。

【0034】

図６Ｂの上面図及び図６Ｃの断面図に示されているのは、流体を各流体分配経路１３０に分配する流体分配マニホルド６３０に結合された流体分配穴１３６を備えた流体分配経路１３０である。流体経路１０６は、流体分配マニホルド６３０を流体源１０８に結合する。流体分配経路１３０は、流体を空洞１０４内に均一に分配する。流体を均一に分配することにより、全ての流体出口穴１０２の上で均一な圧力をなおも維持しながら、より小さな空洞１０４及びより低い流体流速を使用することが可能になる。同時に、均一な圧力により、流体１１４を全ての流体出口穴１０２を通って基板１１２に向かって均一に分配する。基板ホルダ１２４は、堆積又はエッチング中に、１つ以上のくさび形のシャワーヘッド６００のそれぞれの下で基板１１２を通過させて回転する。基板１１２が回転すると、流体は、流体出口穴１０２から出てきて、図６Ｃに示されるように、１つ以上のくさび形のシャワーヘッド６００のそれぞれの下から流出する１１４。

【0035】

図７Ａは、一実施形態による、バッチウェーハ堆積又はエッチングツール用の流体分配経路１３０、１３２、及び１３４を備えたくさび形のマルチゾーンシャワーヘッドを示し、図７Ａは上面図であり、図７Ｂは図７Ａの断面図である。この実施形態では、ウェーハにわたって放射状の均一性を更に改善するために複数のゾーンを含む。

【0036】

図７Ａ及び図７Ｂに示されるようなバッチ堆積又はエッチングツールでは、流体１１４は、流体出口穴１０２を通って、くさび形のシャワーヘッド７００の下側にわたって基板１１２に向かって分配される。流体１１４は、基板ホルダ１２４の外側の排気ポート１６４及び１６６（以下で論じる図１０を参照）を通って、バッチ堆積又はエッチングツール１２２から排出される。くさび形のシャワーヘッド７００を取り囲む周囲からの窒素１６８は、くさび形のシャワーヘッド７００の端部の下で逆拡散し得る。窒素１６８の逆拡散は、流体１１４を希釈し、くさび形のシャワーヘッド７００の境界近くの薄膜特性を変え得る。これは、くさび形のシャワーヘッド７００の頂点１７４及びベース１７０において、特に問題となる可能性がある。したがって、特定の実施形態では、流体分配経路１３０、１３２、及び１３４を有する複数のゾーン１７０、１７２、及び１７４を備えた、くさび形のシャワーヘッド７００を使用して、薄膜の均一性を改善する。

【0037】

様々な実施形態では、異なる流体混合物１０７、１０８、及び１０９が、各ゾーン１７０、１７２、及び１７４に提供され得る。マイクロプロセッサ７３３は、流体ラインのそれぞれのバルブ１５０、１５２、及び１５４に信号を送信して、ゾーン１７０、１７２、及び１７４のそれぞれに対する流体混合物１０７、１０８、１０９のそれぞれの流速を独立して調整することができる。マイクロプロセッサは、ゾーン１７０、１７２、及び１７４のそれぞれの温度コントローラに信号を送信して、ゾーン１７０、１７２、及び１７４のそれぞれの温度を独立して制御することができる。

【0038】

様々な実施形態では、流体混合物１０７、１０８、１０９、及び流体流速は、ゾーン１７０、１７２、及び１７４のそれぞれへの流体経路１４４、１４６、及び１４８のそれぞれにおけるバルブ１５０、１５２、及び１５４によって、それぞれ独立して制御され得る。典型的には、内側ゾーン１７４及び外側ゾーン１７０の空洞１０３及び１０５は、中間ゾーン１７２の空洞１０４よりも容量が大幅に小さい。流体分配経路１３２及び流体分配穴１３６は、より大きな中間ゾーン１７２に有意な利益をもたらすが、流体分配経路１３４は、より小さな内側ゾーン１７４にはあまり利益をもたらさない場合があり、流体分配経路１３０は、より小さな外側ゾーン１７０にはあまり利益をもたらさない場合がある。いくつかのマルチゾーンシャワーヘッドでは、内側の流体分配経路１３０及び外側の流体分配経路１３４は省略され得る。

【0039】

上記の構成に示されるように、くさび形のシャワーヘッドは、そこから流体が分配され、そこへの流体混合物及び流速を独立して制御することができる複数のゾーンを有し得る。各ゾーンは、各ゾーン内の流体分配の均一性を改善するために、複数の流体分配経路を有し得る。加えて、流体分配経路の下層の上に流体分配経路の複数の上層を提供して、流体がより低いレベルに提供される均一性を改善することができる。薄膜の堆積又はエッチング中に、シャワーヘッドに影響を与える１つ以上の動作変数の値を調整することによって、基板にわたってターゲット膜の均一性を維持することができ、この動作変数は、各ゾーン内のチャンバ温度、シャワーヘッドの各ゾーンへの入力流体の流体流速、各ゾーンへの入力流体の組成、各ゾーンのチャンバ流体圧力、第２の排気ポートと比較した第１の排気ポートの流体流速の比率、各ゾーンで開いている流体経路の数若しくは流体出口穴の数、及び／又はシャワーヘッドの各ゾーン内部の流体の圧力、を含む。

【0040】

図８Ａは、一実施形態による、スカート１８０を備えたくさび形のマルチゾーンシャワーヘッド８００であり、図８Ａは上面図であり、図８Ｂは図８Ａの断面図である。

【0041】

薄膜堆積の均一性は、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、流体出口穴１０２を取り囲み、且つくさび形のシャワーヘッド７００の下側から基板ホルダ１２４に向かって延在するスカート１８０を追加することによって改善することができる。一実施形態では、スカート１８０は、リングのような形状であり、くさび形のシャワーヘッド７００に適合されている。スカート１８０は、流体注入穴１０２を含む中央表面を単に凹ませることによって、シャワーヘッドと同じ材料ビレットから機械加工することができる。理想的には、特定の実施形態では、スカート１８０を有さずに、流体穴１０２を備えたシャワーヘッド表面を基板１２４に（１～３ミリメートル以内に）近接して配置することが好ましい。しかしながら、この構成により、シャワーヘッドのガス穴に対応する基板上の膜厚ストリークが生じる可能性がある。特定の実施形態では、スカート１８０を追加することにより、膜厚ストリークを回避することができる。スカート１８０はまた、くさび形のシャワーヘッド７００の端部の下の周囲窒素１６８の逆流を低減することによって、特にくさび形のシャワーヘッド７００の周辺近くで薄膜組成の均一性を改善する。

【0042】

スカート１８０の長さは、約１ｍｍ～１０ｍｍの範囲を有し得る。様々な実施形態では、スカート１８０の長さは、約１ｍｍ～３ｍｍの範囲を有し得る。例示的な構成では、くさび形のシャワーヘッド７００から下にある基板ホルダ１２４までの距離は約３ｍｍであり、スカート１８０の長さは約２ｍｍであり、スカート１８０から基板ホルダ１２４までの距離は約１．５ｍｍである。これらの距離は、流体流動に応じて調整されて、最良の薄膜均一性を達成することができる。図９は、バッチ堆積又はエッチングツール１２２での、くさび形のシャワーヘッド７００の下から単一の排気ポート１２０への流体１１４のシミュレートされた流動を示す投影図である。流体１１４は、くさび形のシャワーヘッド７００の下側にある流体出口穴１０２から分配される。この流体１１４と周囲窒素は、単一の排気ポート１２０に向かって引っ張られる。流体１１４は、くさび形のシャワーヘッド７００の下側にわたって不均一に流れる。堆積された薄膜の均一性は、くさび形のシャワーヘッド７００の下側にわたる流体１１４の流動の均一性を改善することによって、改善することができる。

【0043】

図１０は、二重排気ポート１６４及び１６６を備えたバッチ堆積又はエッチングツール１２２の上面図である。バッチ堆積又はエッチングツール１２２は、一実施形態ではＣＶＤ堆積ツール、別の実施形態ではＡＬＤ堆積ツール、別の実施形態では流体蒸気エッチングツール、別の実施形態ではプラズマエッチングツール、更に別の実施形態ではＡＬＥエッチングツールであり得る。第１の排気ポート１６４及び第２の排気ポート１６６は、くさび形のシャワーヘッド７００のベースの各角の近くに配置され、くさび形のシャワーヘッド７００の両側から流体を同時に排出する。くさび形のシャワーヘッド７００のベースと、第１及び第２の排気ポート１６４及び１６６を備えた単一の排気ポート１２０に向かう途中の基板ホルダ１２４との間で一方向に流れる流体の代わりに、くさび形のシャワーヘッド７００の両側から流れる流体１１４は、バランスがとられて、薄膜の堆積又はエッチングの均一性を改善することができる。

【0044】

図１１は、くさび形のシャワーヘッド７００から第１及び第２の排気ポート１６４及び１６６へのシミュレートされた流体流動を示す投影図である。第１及び第２の排気ポート１６４及び１６６は、くさび形のシャワーヘッド７００のベースの角の近くに配置される。流体１１４は、両側で、くさび形のシャワーヘッド７００の下から均一に抽出される。基板１１２とくさび形のシャワーヘッド７００との間からの流体１１４のより均一な流動により、改善された薄膜均一性を有する堆積又はエッチングされた薄膜を生成する。図１１では、第１のくさび形の不活性ガスシャワーヘッド１２８ａと、くさび形のシャワーヘッド７００の第１の側面に沿った部分との間の第１のガスチャネルからの流体１１４は、第１の排気ポート１６４に入る。第２のくさび形の不活性ガスシャワーヘッド１２８ｂと、くさび形のシャワーヘッド７００の第２の側面に沿った部分との間の第２のガスチャネルからの流体１１４は、第２の排気ポート１６６に入る。排気ポート１６４及び１６６は、２つの排気ポートが通路で接続されているため、サイズが異なる。この通路のコンダクタンスは、排気ポート１６４の開口部サイズを判定する際に重要である。排気ポート１６６は、収容できる限り大きく設計され、次いで、排気ポート１６４は、流動のバランスをとるようにサイズ決めされる。排気ポート１６４は、通常、フォアライン及び真空ポンプに直接接続された標準の排気出口である。したがって、流動とポート１６６とのバランスをとるために、排気ポート１６４用のより小さな開口部が必要とされる。くさび形のシャワーヘッド７００の両側からの流体１１４及び窒素のバランスのとれた除去により、くさび形のシャワーヘッド７００の下の流体１１４の流動の均一性を改善し、堆積又はエッチング薄膜の均一性を改善する。

【0045】

図１２Ａは、一実施形態による、真空チャネル１７１を備えたくさび形のマルチゾーンシャワーヘッドであり、図１２Ａは上面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの断面図である。この実施形態は、追加の真空チャネル１７１を含み、図６Ａ～図６Ｂ、図７Ａ～図７Ｂ、図８Ａ～図８Ｂ、又は図１０に記載された実施形態と組み合わせることができる。

【0046】

図１２Ａ及び図１２Ｂでは、薄膜堆積又はエッチングの均一性は、くさび形のマルチゾーンシャワーヘッド１２００の下側端部の周りに真空チャネル１７１を追加することによって、更に改善することができる。真空チャネル開口部は、基板ホルダ１２４に面し、くさび形のマルチゾーンシャワーヘッド１２００と下にある基板ホルダ１２４との間から流体１１４及び窒素１６８を除去するように整列されている。くさび形のマルチゾーンシャワーヘッド１２００の端部の下に逆拡散する前に窒素１６８のかなりの部分を除去することにより、この領域での流体１１４の希釈を低減し、薄膜堆積又はエッチングの均一性が改善される。真空チャネル１７１はまた、くさび形のマルチゾーンシャワーヘッド１２００と基板ホルダ１２４との間からの流体のより均一な除去を提供する。流体出口穴１０２から分配された後の流体のより均一な除去により、くさび形のマルチゾーンシャワーヘッド１２００の下での流体１１４の流動の均一性を改善し、薄膜のより均一な堆積又はエッチングを可能にする。

【0047】

図１３Ａ及び図１３Ｂに示される代替的な実施形態では、真空チャネル１７１は、統合されたスカート／真空チャネル１８８を形成するスカート１８０に組み込まれ得る。これにより、別個の真空チャネル１７１及びスカート１８０を有する前の実施形態よりも面積及びコストを低減する。図１３Ａは上面図であり、図１３Ｂは図１３Ａの断面図である。この実施形態では、スカート／真空チャネル１８８は、窒素１６８の逆拡散をブロックする二重の機能を実行し、また真空チャネル１７１でもある。この構成では、スカート／真空チャネル１８８は中空であり、基板ホルダ１２４とシャワーヘッド１３００の下側との間から流体及び窒素を除去するように配置された開口部を備える。窒素１６８の逆拡散をブロックすることと、逆拡散するかなりの量の窒素を排出することとの両方により、窒素による流体希釈の結果としてのシャワーヘッド１３００の境界における薄膜の不均一性を低減する。加えて、スカート／真空チャネル１８８は、流体が流体出口穴１０２から出てくるときに流体を連続的に除去することによって、シャワーヘッド１３００と基板ホルダ１２４との間の流体流動の均一性を改善する。堆積中のより均一な流体流動はまた、薄膜組成を改善し、堆積又はエッチング中のより均一な流体流動が、薄膜の厚さの均一性を改善する。

【0048】

様々な実施形態では、本開示に記載される薄膜ＣＶＤ堆積方法は、薄膜が堆積される領域全体にわたって厚さ及び組成などのより均一な薄膜特性を達成し、低減されたコスト及び低減された後処理コストでそれを行うことができる。加えて、様々な実施形態において、本開示に記載される薄膜エッチング方法は、ウェーハ全体にわたってより均一なエッチングされた薄膜の厚さを達成し、低減されたコスト及び低減された後処理コストで組み合わせることができる。本開示の実施形態によって提供される方法は、流体流路に対する変更、シャワーヘッドへの変更、及び薄膜堆積又はエッチングツールにおける真空排気システムに対する変更を含み得る。一構成では、シリコンの単層は、原子層堆積（ＡＬＤ）ツールにおいてクロロシラン含有ガスを使用して堆積される。クロロシラン含有ガスには、トリクロロシラン（ＳｉＣｌ_３Ｈ、ＴＣＳ）、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ_２Ｈ_２、ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、ＨＣＤＳ）が含まれる。

【0049】

ＣＶＤ薄膜又はＡＬＤ単層を堆積する方法の主なステップは、図１４のフロー図にリストされている。

【0050】

第１の方法ブロック１８０では、ＣＶＤ又はＡＬＤツールのシャワーヘッドを変更して、シャワーヘッドの第１の空洞のサイズを低減し、ガスを第１の空洞内に均一に分配するためのガス分配穴を備えたガス分配チャネルを含む。

【0051】

第２のブロック１８２では、複数のゾーンを備えたシャワーヘッドを作成する。例示的な構成では、第２の空洞を備えた内側ゾーンは、第１のゾーンの第１の周辺領域に配置され、第３の空洞を備えた外側ゾーンは、第１のゾーンの第２の周辺領域に配置される。ガス流動を個別に制御する別個のガス経路は、ガス源と第２のゾーンとの間、及びガス源と第３のゾーンとの間で結合されている。

【0052】

第３のブロック１８４では、第１のガス経路を通り、ガス分配チャネル及びガス分配穴を通って第１の空洞を満たすようにガスを流し、複数の第１のガス出口穴を通って第１の空洞から基板に向かって出ていくようにガスを方向付ける。

【0053】

第４のブロック１８６では、第２のガス経路を通って第２の空洞を満たすようにガスを流し、複数の第２のガス出口穴を通って第２の空洞から基板に向かって出ていくようにガスを方向付ける。利点がある場合は、第２の分配チャネルを第２の空洞に追加することができる。通常、第２の空洞は、第１の空洞よりも小さい。第２のゾーンのガスの流速は、ＣＶＤ薄膜又はＡＬＤ単層の均一性を改善するために、第１のゾーンの流速とは異なる方法で調整することができる。通常、第２の外側ゾーンのガスの流速は、第１ゾーンの流速よりもわずかに高くなるように調整されて、窒素の逆拡散に対抗して、薄膜の均一性を向上させる。

【0054】

第５のブロック１８８では、第３のガス経路を通って第３の空洞を満たすようにガスを流し、複数の第３のガス出口穴を通って第３の空洞から基板に向かって出ていくようにガスを方向付ける。利点がある場合は、第３のガス分配チャネルを第３の空洞に追加することができる。通常、第３の空洞は、第１の空洞よりも小さい。第３のゾーンのガスの流速は、ＣＶＤ薄膜又はＡＬＤ単層の均一性を改善するために、第１のゾーンの流速とは異なる方法で調整することができる。通常、第３のゾーンのガスの流速は、第１ゾーンの流速よりもわずかに高くなるように調整されて、窒素の逆拡散に対抗して、薄膜の均一性を向上させる。

【0055】

第６のブロック１９０では、薄膜の均一性を改善するために任意選択的に実行され得る。この方法ステップでは、第１の真空ポートは、くさび形のシャワーヘッドのベースの第１の角の近くに配置され、第２の真空ポートは、ベースの第２の角の近くに配置される。真空ポートへの真空ラインのバルブは、くさび形のシャワーヘッドの第１の側面の下から第１の真空ポートへのガスの流速と、くさび形のシャワーヘッドの第２の側面の下から第２の真空ポートへのガスの流速とのバランスをとるように調整される。第７のブロック１９２は、１つ以上の動作変数の値を調整することによって、シャワーヘッドの１つ以上の動作変数を制御することであり、この動作変数は、チャンバ温度、シャワーヘッド内の各ゾーンへの入力流体の流体流速、シャワーヘッド内の各ゾーンへの流体流動の組成、各ゾーンのチャンバ流体圧力、第２の排気ポートと比較した第１の排気ポートの流体流速の比率、及び開いている流体経路の数又は流体出口穴の数、並びに／又はシャワーヘッドの各ゾーン内部の流体の圧力、を含み、シャワーヘッドの１つ以上の動作変数の制御は、基板のターゲット膜の均一性を維持するように構成されている。

【0056】

したがって、本開示の実施形態は、均一なエッチング又は堆積を可能にする。堆積後又はエッチング後、ウェーハにわたって計量測定が行われ、データに対して相関計算が実行されて、統計的に有意な厚さパターンがウェーハ上に存在するかどうかが判定される。パターンが検出されると、シャワーヘッドに影響を与える動作変数が調整され、パターンが削除される。動作変数には、チャンバ温度、流体分配経路の局所温度、シャワーヘッド内の各ゾーンへの流体流速、各ゾーン内のチャンバ流体圧力、第２の排気ポートと比較した第１の排気ポートの流体流速の比率、及び開いている流体経路の数又は流体出口穴の数、並びに／又はシャワーヘッドの各ゾーン内部の流体の圧力、を含む。したがって、本発明の実施形態は、様々な実施形態で上述したシャワーヘッドを含む処理ツールで基板を処理することによって、第１の特徴が形成されるプロセス制御スキームを含む。第１の特徴は、例えば、エッチングプロセス又は堆積プロセスの後に形成される構造であり得る。第１の特徴は、例えば、第１の特徴の表面粗さ、限界寸法、又は高さであり、インライン、又はプロフィロメータ、散乱計、電子顕微鏡、Ｘ線などの光学、電子、又は電磁ツールを含む他の測定ツールを使用して測定される。測定値に基づいて、メトリックが処理ツール用のプロセスウィンドウ内に収まるかどうか、例えば、そのプロセスフローのターゲット内に収まるかどうかが判定される。メトリックがプロセスウィンドウの外にある場合、第１の流体の第１の空洞への第１の流速、第２の流体の第２の空洞への第２の流速、第１の空洞内の第１の流体圧力、第２の空洞内の第２の流体圧力、処理ツールの排気ポートを通る排気流、第１のゾーンの第１のゾーン温度、又は第２のゾーンの第２のチャンバ温度が、後続のウェーハのメトリックをターゲットプロセスウィンドウ内に収めることができるように調整される。したがって、後続の特徴は、調整後に処理される。

【0057】

本出願の例示的な実施形態を、以下に要約する。他の実施形態もまた、本明細書の全体及び本明細書で出願される特許請求の範囲から理解され得る。

【0058】

実施例１．装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板ホルダと、基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドと、を含む。シャワーヘッドは、シャワーヘッドの中央領域に配置された第１のゾーンであって、第１の空洞を含む、第１のゾーンと、第１の空洞から基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、流体源に流体結合された第１の流路と、第１の流路を第１の空洞と流体結合する複数の第１の流体分配経路と、を含む。

【0059】

実施例２．シャワーヘッドの周辺領域に配置された第２のゾーンであって、第２の空洞を含む、第２のゾーンと、第２の空洞から基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第２の流体出口穴と、流体源に流体結合され、且つ第１の流路から独立している第２の流路と、を更に含む、実施例１の装置。

【0060】

実施例３．第２のゾーンが、第２の流路を第２の空洞と流体結合する複数の第２の流体分配経路を更に含む、実施例１又は２のうちの１つの装置。

【0061】

実施例４．シャワーヘッドの境界の周りに配置され、且つ基板ホルダに向かって延在しているスカートを更に含む、実施例１～３のうちの１つの装置。

【0062】

実施例５．スカートがシャワーヘッドから基板ホルダの上、１ｍｍ～１０ｍｍの距離まで延在する、実施例１～４のうちの１つの装置。

【0063】

実施例６．スカートが、シャワーヘッドの周辺領域の周りに配置された真空チャネルを含み、複数の流体入口穴が整列して流体を基板ホルダから離れて入れる、実施例１～５のうちの１つの装置。

【0064】

実施例７．シャワーヘッドの周辺領域の周りに配置された真空チャネルを更に含み、複数の流体入口穴が整列して流体を基板ホルダから離れて入れる、実施例１～６のうちの１つの装置。

【0065】

実施例８．装置が原子層堆積装置である、実施例１～７のうちの１つの装置。

【0066】

実施例９．装置は、処理チャンバと、処理チャンバ内に配置された基板ホルダであって、基板ホルダが複数のウェーハを支持するように構成されている、基板ホルダと、基板ホルダの上に配置されたシャワーヘッドシステムと、を含む。シャワーヘッドシステムは、処理チャンバの中央領域の周りに配置されたくさび形のシャワーヘッドを含む。くさび形のシャワーヘッドは、くさび形のシャワーヘッドの中央ゾーン内の第１の空洞と、第１の空洞から基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、第１の空洞に出ていく複数の流体分配経路と、流体源を複数の流体分配経路と流体結合する第１の流路と、を含む。

【0067】

実施例１０．中央ゾーンの周辺領域に配置された周辺ゾーンと、第２の空洞を含む周辺ゾーンと、第２の空洞から基板ホルダに向かって流体を出力するように整列された複数の第２の流体出口穴と、流体源に流体結合され、且つ第１の流路から独立している第２の流路と、を更に含む、実施例９の装置。

【0068】

実施例１１．シャワーヘッドの境界の周りに配置され、且つ基板ホルダに向かって延在しているスカートを更に含む、実施例９又は１０のうちの１つの装置。

【0069】

実施例１２．スカートが、シャワーヘッドの周辺領域の周りに配置された真空チャネルを含み、複数の流体入口穴が整列して流体を基板ホルダから離れて入れる、実施例９～１１のうちの１つの装置。

【0070】

実施例１３．シャワーヘッドの境界の周りに配置された真空チャネルを更に含み、複数の流体入口穴が整列して流体を基板ホルダから離れて入れる、実施例９～１２のうちの１つの装置。

【0071】

実施例１４．処理チャンバが、くさび形のシャワーヘッドの第１の広い角の近くに配置された第１の真空ポートと、くさび形のシャワーヘッドの第２の広い角の近くに配置された第２の真空ポートとを備えた二重真空ポートを更に含む、実施例９～１３のうちの１つの装置。

【0072】

実施例１５．装置が原子層堆積装置である、実施例９～１４のうちの１つの装置。

【0073】

実施例１６．基板を処理する方法は、シャワーヘッドを通して基板に向かってガスを流すことを含む。シャワーヘッドは、シャワーヘッドの中央領域に配置された第１のゾーンであって、第１の空洞を含む、第１のゾーンと、第１の空洞から基板に向かって流体を出力するように整列された複数の第１の流体出口穴と、流体源に流体結合された第１の流路と、第１の流路を第１の空洞と流体結合する複数の第１の流体分配経路と、を含む。流すことには、第１の流路及び複数の第１の流体分配経路を通って第１の空洞をガスで満たすことと、複数の第１の流体出口穴を通って第１の空洞から出ていくようにガスを方向付けることと、を含む。

【0074】

実施例１７．シャワーヘッドの第２のゾーンを通って基板に向かってガスを流すことであって、第２のゾーンが第１のゾーンの周辺領域に配置され、第２のゾーンが第２の空洞を含み、複数の第２の流体出口穴が第２の空洞から基板に向かって流体を出力するように整列されており、第２の流路が、流体源に流体結合され、且つ第１の流路から独立している、ことを更に含み、流すことが、第２の流路を通って第２の空洞をガスで満たすことと、第２の空洞から複数の第２の流体出口穴を通って出ていくようにガスを方向付けることと、を含む、実施例１６の方法。

【0075】

実施例１８．第２の流体出口穴を出ていくガスの流速が、第１の流体出口穴を出ていくガスの流速よりも大きい、実施例１６又は１７のうちの１つの方法。

【0076】

実施例１９．シャワーヘッドが原子層堆積ツールの一部であり、方法が原子層堆積ツールで基板を処理することを更に含む、実施例１６～１８のうちの１つの方法。

【0077】

実施例２０．原子層堆積ツールで基板を処理することが、シリコンの原子層を堆積することを含み、ガスがクロロシラン含有前駆体ガスである、実施例１６～１９のうちの１つの方法。

【0078】

本発明について、例示的実施形態を参照しながら説明してきたが、本明細書は、限定的に解釈されることを意図されていない。当業者であれば、本明細書を参照することにより、それらの例示的実施形態の様々な修正形態及び組合せ並びに本発明の別の実施形態が明らかになるであろう。したがって、添付の請求項は、そのようなあらゆる修正形態又は実施形態を包含することが意図される。

【符号の説明】

【0079】

１００、３００、４００、１３００ シャワーヘッド
１０２ 流体出口穴
１０３、１０４ 空洞
１０６ 流体経路
１０７、１０９ 流体混合物
１０８ 流体源
１１０、１２４ 基板ホルダ
１１２ 基板
１１４ 流体
１１６ ウェーハ堆積又はエッチングツール
１１８、１２０ 排気ポート
１２２ バッチ堆積又はエッチングツール
１２６ 反応物シャワーヘッド
１２８、１２８ａ、１２８ｂ 不活性ガスシャワーヘッド
１３０、１３２、１３４ 流体分配経路
１３６ 流体分配穴
１４０、１４２、１４４ 導管
１５０、１５２、１５４ バルブ
１５８、１７４ 内側ゾーン
１６０、１７２ 中間ゾーン
１６２、１７０ 外側ゾーン
１６４ 第１の排気ポート
１６６ 第２の排気ポート
１６８ 窒素
１８０ スカート
１８８ スカート／真空チャネル
４３０、４３２、４３４ 上部流体分配経路
４３４ 上部流体分配穴
５００ マルチゾーンシャワーヘッド
６００、７００ くさび形のシャワーヘッド
６３０ 流体分配マニホルド
７３３ マイクロプロセッサ
８００、１２００ くさび形のマルチゾーンシャワーヘッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6-1】

【図6-2】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【外国語明細書】