特許 7441275 基板処理システム及び基板処理システムを動作させるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-20

(45)【発行日】2024-02-29

(54)【発明の名称】基板処理システム及び基板処理システムを動作させるための方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20240221BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/205

H01L21/31 C

【請求項の数】 25

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022105213

(22)【出願日】2022-06-30

(62)【分割の表示】P 2019110244の分割

【原出願日】2013-06-24

(65)【公開番号】P2022130614

(43)【公開日】2022-09-06

【審査請求日】2022-07-29

(31)【優先権主張番号】61/663,802

(32)【優先日】2012-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】13/659,231

(32)【優先日】2012-10-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513014695

【氏名又は名称】ノベラス・システムズ・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＯＶＥＬＬＵＳ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チュングアーン・シア

(72)【発明者】

【氏名】ラメッシュ・チャンドラセカーラン

(72)【発明者】

【氏名】ダグラス・カイル

(72)【発明者】

【氏名】エドワード ジェイ・オーガスティニアック

(72)【発明者】

【氏名】カール・リーサー

【審査官】今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０５９５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１４８４３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

方法であって、
処理チャンバに基板を提供する工程と、
処理動作の１つ以上の期間において前記処理チャンバに１つ以上のガスを流す工程と、
前記１つ以上の期間のうちの第１の期間にシャワーヘッドを通して前記基板上に第１の前駆体ガスを流す工程であって、前記シャワーヘッドは、シャワーヘッド・ヘッド部およびシャワーヘッド・ステム部を備え、前記シャワーヘッド・ヘッド部と前記処理チャンバの上壁との間に領域が存在する、工程と、
前記１つ以上の期間のうちの少なくとも１つの期間にカラーを通して前記領域にパージガスを流す工程であって、前記カラーは、前記シャワーヘッド・ステム部の周りに伸びるカラー・ステム部と、前記カラーの外側円筒状側面を通って前記カラー・ステム部内に伸びる複数のスロットを備え、前記パージガスは、前記カラーから前記複数のスロットを通って前記領域に流れる、工程と、
を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記１つ以上の期間は、前記第１の期間の後に第２の期間を含み、
前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程は、少なくとも前記第２の期間に起こる、方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法であって、
前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程は、前記第１の期間に起こる、方法。

【請求項4】

請求項２に記載の方法であって、さらに、
前記第２の期間に前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程と同時に、前記シャワーヘッドを通して前記パージガスを流す工程を含む、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記１つ以上の期間は、前記第１の期間の後に第２の期間を含み、
前記方法は、さらに、
少なくとも前記第２の期間に、前記シャワーヘッドを通して前記基板上に第２の前駆体ガスを流す工程を含む、方法。

【請求項6】

請求項５に記載の方法であって、
前記１つ以上の期間は、前記第１の期間と前記第２の期間との間に第３の期間を含み、
前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程は、少なくとも前記第３の期間に起こる、方法。

【請求項7】

請求項５に記載の方法であって、
前記１つ以上の期間は、前記第１の期間と前記第２の期間との間に第３の期間を含むとともに、前記第２の期間の後に第４の期間を含み、
前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程は、少なくとも前記第３の期間と前記第４の期間に起こる、方法。

【請求項8】

請求項５～７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程は、前記第１の期間に起こる、方法。

【請求項9】

請求項５～７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程は、前記第２の期間に起こる、方法。

【請求項10】

請求項５～７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程は、前記第１の期間と前記第２の期間の両方に起こる、方法。

【請求項11】

請求項５～７のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
前記第１の期間の後に、かつ、前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程と同時に、前記シャワーヘッドを通して前記パージガスを流す工程を含む、方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の方法であって、さらに、
前記第２の期間の後に、かつ、前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程と同時に、前記シャワーヘッドを通して前記パージガスを流す工程を含む、方法。

【請求項13】

請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記第１の期間の後に、前記シャワーヘッドを通して前記パージガスを流す工程を含む、方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の方法であって、
前記第１の期間の後に前記シャワーヘッドを通して前記パージガスを流す工程は、前記カラーを通して前記領域に前記パージガスを流す工程と同時に実行される、方法。

【請求項15】

基板処理システムであって、
上壁を有する処理チャンバと、
プレートであって、前記プレートの上面と、前記プレートの中心に前記プレートを通って伸びる開口部とを備え、前記上面と前記処理チャンバの前記上壁との間に領域が存在する、プレートと、
前記処理チャンバの前記上壁と前記プレートの前記上面との間に位置するカラーであって、
カラー・ステム部と、
前記カラー・ステム部の中心を通って伸び、シャワーヘッドのシャワーヘッド・ステム部を受け入れるように構成された中央空洞と、
前記カラーの外側円筒状側面を通って前記カラー・ステム部内に伸びる複数のスロットであって、ガスが前記カラーから前記複数のスロットを通って前記領域に流れるように構成されている複数のスロットと、を含むカラーと、
を備える、基板処理システム。

【請求項16】

請求項１５に記載の基板処理システムであって、
前記複数のスロットの各スロットは、アーチ形を有する、基板処理システム。

【請求項17】

請求項１５に記載の基板処理システムであって、さらに、
流体コネクタを備え、
前記カラーは、さらに、前記流体コネクタと接続する前記処理チャンバの前記上壁の上方に、はめ合い部を備える、基板処理システム。

【請求項18】

請求項１７に記載の基板処理システムであって、
前記はめ合い部は、平面であり、
前記カラーは、さらに、前記はめ合い部から前記中央空洞に伸びる導管を備え、
流体が前記流体コネクタから前記導管を通って前記中央空洞に流れ、前記複数のスロットを通って前記領域に流れるように構成されている、基板処理システム。

【請求項19】

請求項１５に記載の基板処理システムであって、さらに、
シャワーヘッド・ヘッド部と前記シャワーヘッド・ステム部を含む前記シャワーヘッドを備え、
前記シャワーヘッドの前記シャワーヘッド・ヘッド部は、前記プレートの下方にあり、
前記シャワーヘッド・ステム部は、前記プレートの前記開口部および前記カラー・ステム部を通って伸びる、基板処理システム。

【請求項20】

請求項１９に記載の基板処理システムであって、
前記中央空洞は、前記プレートと前記シャワーヘッド・ヘッド部との間の第２の領域に流体接続されており、
ガスが前記カラーの前記中央空洞から前記第２の領域に流れるように構成されている、基板処理システム。

【請求項21】

請求項１９に記載の基板処理システムであって、
前記プレートは、第１の距離だけ前記シャワーヘッド・ヘッド部の上方にある、基板処理システム。

【請求項22】

請求項１９に記載の基板処理システムであって、
前記プレートは、さらに、
前記シャワーヘッド・ヘッド部に面する下面と、
前記プレートの前記下面から伸びる１または複数の第１の突起と、
を備える、基板処理システム。

【請求項23】

請求項２２に記載の基板処理システムであって、
前記１または複数の第１の突起は、前記シャワーヘッド・ヘッド部と接触する、基板処理システム。

【請求項24】

請求項１９に記載の基板処理システムであって、
前記プレートは、さらに、前記開口部内で半径方向内向きに伸びる１または複数の第２の突起を備える、基板処理システム。

【請求項25】

請求項２４に記載の基板処理システムであって、
前記１または複数の第２の突起は、前記シャワーヘッドの前記ステム部と接触する、基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本願は、２０１２年６月２５日出願の米国仮特許出願第６１／６６３，８０２号の利益を主張する。上記の仮出願の開示は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は基板処理システムに関し、特に、基板処理システム内での寄生成長の抑制に関する。

【背景技術】

【0003】

本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を一般的に提示するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。

【0004】

プラズマ原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）およびプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）などのプラズマ処理システムが、半導体ウェハなどの基板上に薄膜を蒸着してエッチングするために利用されうる。ＰＥＡＬＤおよびＰＥＣＶＤシステムには、処理チャンバに前駆体を供給するシャンデリア型シャワーヘッドを備えるものがある。

【0005】

シャワーヘッドは、通例、処理チャンバ内に伸びるステム部と、ステム部に接続されたヘッド部とを備える。ヘッド部の背後にはヘッド部と処理チャンバの上面との間に、空洞が形成される。換言すると、シャワーヘッドは、その空洞内にデッドボリュームを形成する。

【0006】

ＰＥＣＶＤのような連続的な処理については、空洞は、機能的に問題にならない。しかしながら、共形薄膜蒸着（ＣＦＤ）またはＡＬＤなどの一時的な処理については、空洞は、後の工程で除去または交換される化学物質を蓄積する。連続する複数の工程にわたって化学物質が蓄積していると、時間的に変化する環境の汚染を引き起こしうる。空洞を縮小すると、（通常はＲＦ電力を供給されている）シャワーヘッドを（通常は接地されている）チャンバの上面に近づけることになる。これは、チャンバ上面に結合するＲＦを増大させる。一部の例では、増大したＲＦ結合は、プラズマ化の能力に悪影響を与えうる。空洞領域に停滞した化学物質の存在は、最終的に欠陥を引き起こす薄膜の蒸着にもつながりうる。

【発明の概要】

【0007】

基板処理システムが、シャワーヘッドを備え、シャワーヘッドは、ベース部およびステム部を備え、前駆体ガスをチャンバに供給する。カラー（環状部材）が、シャワーヘッドをチャンバの上面に結合する。カラーは、複数のスロットを備え、シャワーヘッドのステム部の周りに配置され、シャワーヘッドのベース部とチャンバの上面との間の領域内に複数のスロットを通してパージガスを方向付ける。

【0008】

別の特徴として、カラーは、ベース部およびステム部を備える。カラーのステム部は、シャワーヘッドのステム部を受け入れる内部空洞を規定する。プレートが、シャワーヘッドのステム部を受け入れる開口部を備える。プレートは、カラーのステム部の下縁とシャワーヘッドのベース部との間に配置される。カラーは、プレートとシャワーヘッドのステム部との間、および、プレートとシャワーヘッドのベース部との間に、パージガスを方向付ける。

【0009】

別の特徴として、プレートの１つの表面が、プレートとシャワーヘッドのベース部との間に均一な間隔を提供するための複数の第１の突起を備える。開口部は、プレートとシャワーヘッドのステム部との間に均一な間隔を提供するための複数の第２の突起を備える。

【0010】

別の特徴として、カラーは、カラーのベース部に配置された第１の通路を備える。カラーは、カラーのステム部の内部空洞の表面とシャワーヘッドのステム部との間に規定された第２の通路を備える。パージガスは、第１の通路を通って第２の通路に流れ、第２の通路からスロットを通って流れる。

【0011】

別の特徴として、カラーのステム部は、円形の断面を有する。第１の通路が、カラーのベース部に配置されている。第２の通路が、カラーのステム部に配置されている。パージガスは、第１の通路を通って第２の通路に流れ、第２の通路からスロットを通って流れる。

【0012】

別の特徴として、Ｎ個の誘電体プレートが、シャワーヘッドのベース部とチャンバの上面との間でシャワーヘッドのステム部の周りに配置されている。カラーは、Ｎ個の誘電体プレートの上方および下方ならびにＮ個の誘電体プレートの間の少なくとも一箇所にパージガスを方向付け、Ｎは、ゼロより大きい整数である。

【0013】

別の特徴として、空洞は、第１の周囲の周りに互いに離間して配置された複数の第１の面と、複数の第１の面の間に配置された複数のアーチ形の面とを規定する。複数のアーチ形の面は、複数の第１の面から半径方向外向きに湾曲している。

【0014】

基板処理システムを動作させるための方法が：ベース部およびステム部を備えたシャワーヘッドを用いて、前駆体ガスをチャンバに供給する工程と；シャワーヘッドのステム部の周りに配置されたカラーを用いて、シャワーヘッドをチャンバの上面に結合する工程と；カラーのスロットを通してシャワーヘッドのベース部とチャンバの上面との間の領域にパージガスを供給する工程と、を備える。

【0015】

別の特徴として、カラーは、ベース部およびステム部を備える。カラーのステム部は、シャワーヘッドのステム部を受け入れる内部空洞を規定する。方法は、シャワーヘッドのステム部を受け入れる開口部を備えたプレートを、カラーのステム部の下縁とシャワーヘッドのベース部との間に配置する工程を備える。

【0016】

別の特徴として、プレートとシャワーヘッドのステム部との間、および、プレートとシャワーヘッドのベース部との間に、パージガスを方向付ける工程を備える。方法は、複数の突起を用いて、シャワーヘッドのベース部およびステム部からプレートを離間する工程を備える。方法は、カラーのベース部に第１の通路を提供すると共に、カラーのステム部の空洞の内面とシャワーヘッドのステム部との間に第２の通路を提供する工程を備える。方法は、第１の通路を通して第２の通路に、次いで、第２の通路からスロットを通して、パージガスを流す工程を備える。

【0017】

別の特徴として、カラーのステム部は、円形の断面を有する。方法は、カラーのベース部に第１の通路を提供すると共に、カラーのステム部に第２の通路を提供する工程と、第１の通路を通して第２の通路に、次いで、第２の通路からスロットを通して、パージガスを流す工程と、を備える。

【0018】

別の特徴として、方法は、シャワーヘッドのベース部とチャンバの表面との間でシャワーヘッドのステム部の周りにＮ個の誘電体プレートを配置する工程と、カラーを用いて、Ｎ個の誘電体プレートの上方および下方ならびにＮ個の誘電体プレートの間の少なくとも一箇所にパージガスを方向付ける工程と、を備え、Ｎは、ゼロより大きい整数である。基板処理チャンバは、原子層蒸着を実行する。

【0019】

方法が：基板処理システムのチャンバ内で、カラーを用いて基板処理システムの上面に取り付けられたシャワーヘッドの下方に基板を配置する工程と；第１の所定の期間にわたって基板を第１の前駆体に暴露させる工程と；第１の所定の期間後に、主パージ路および補助パージ路を通してパージガスを流す工程と、を備える。主パージ路は、シャワーヘッドを通してパージガスを流す。補助パージ路は、カラーのスロットを通してシャワーヘッドのベース部と上面との間にパージガスを流す。補助パージ路は、第１の前駆体を除去する。方法は、第２の所定の期間にわたって基板を第２の前駆体に暴露させる工程を備える。

【0020】

別の特徴として、方法は、第２の所定の期間後に、主パージ路および補助パージ路を通してパージガスを流す工程を備える。補助パージ路は、シャワーヘッドのベース部とチャンバの上面との間の第２の前駆体を除去する。方法は、第１の所定の期間中に補助パージ路を通してパージガスを流す工程を備える。方法は、第２の所定の期間中に補助パージ路を通してパージガスを流す工程を備える。

【0021】

さらに、以下の詳細な説明から、本開示を適用可能な領域が明らかになる。詳細な説明および具体的な例は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定するものではないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本開示は、詳細な説明および以下に説明する添付図面から、より十分に理解できる。

【0023】

【図1】本開示に従って、シャワーヘッドと主パージ流路および補助パージ流路とを備えた処理チャンバの一例を示す断面図。

【0024】

【図2】本開示に従って、カラーの一例を示す斜視図。

【0025】

【図3】本開示に従って、図２のカラーのための流体コネクタを示す斜視図。

【0026】

【図4A】本開示に従って、プレートの例を示す上面図。

【図4B】本開示に従って、プレートの例を示す下面図。

【0027】

【図5】本開示に従って、図１の処理チャンバの流れモデルを示す図。

【0028】

【図6】本開示に従って、シャワーヘッドと補助パージ流路とを備えた処理チャンバの別の例を示す断面図。

【0029】

【図7】本開示に従って、カラーの別の例を示す斜視図。

【0030】

【図8】本開示に従って、カラーの別の例を示す斜視図。

【0031】

【図9】本開示に従って、シャワーヘッドと補助パージ流路とを備えた処理チャンバのさらに別の例を示す断面図。

【0032】

【図10】本開示に従って、補助パージシステムを利用する方法の例を示すフローチャート。

【図11】本開示に従って、補助パージシステムを利用する方法の例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本開示は、処理チャンバから過剰な前駆体を除去すると共に、シャワーヘッドの背後の特定の領域（空洞など）への前駆体の流入を防止するためのシステムおよび方法について記載している。本開示は、さらに、高価な薄膜前駆体の代わりに不活性ガスを用いてチャンバ圧を上げる。より高いチャンバ圧は、前駆体に対するエアカーテンとして機能するため、基板領域内での前駆体の分圧を増大させつつ、他の領域の圧力を減少させる。より高いチャンバ圧は、より高い圧力レジームにより寄生プラズマの生じる可能性を低減する。

【0034】

本開示は、シャワーヘッドの背面側から軸対称の不活性ガス流を導入する。いくつかの例では、空洞内のパージガスの流れは、空洞への前駆体の逆拡散（すなわち逆流）を防ぐために、ペクレ条件（通例、ペクレ数が１より大きいという条件）を満たす。結果として、空洞内の望ましくない堆積物（洗浄が困難でありうる）を最小限に抑えつつ、チャンバの体積を小さくすることができる。背面側の流れをＲＦ分離／抑制装置と組み合わせることにより、さらなる改善が達成されうる。ＲＦ分離／抑制装置は、空洞内の電界を低減して、寄生プラズマの生じる可能性を低減しうる。

【0035】

あるいは、ＰＥＡＬＤ処理において、前駆体は、反応チャンバ内に存在した後に排出される必要がある。寄生成長を防ぐために、処理チャンバ内の過剰な前駆体は、次の前駆体を導入する前に、処理チャンバおよび共通の前駆体通路（シャワーヘッドのステムなど）から除去される。過剰な前駆体の除去は、通常、供給路およびチャンバを不活性ガスでパージすることによって行われる。

【0036】

シャンデリア型シャワーヘッドを用いる場合、シャワーヘッドからのパージガスは、シャワーヘッドの背後に捕捉された過剰な前駆体を効果的に除去することができない。したがって、前駆体は、シャワーヘッドの背面、上部プレート、および、処理チャンバ壁の上に大量の寄生成長を引き起こす。ＲＦが接地に結合する問題を引き起こす可能性が高いので、中実の誘電体でデッドスペースを満たすことはできない。

【0037】

いくつかの例において、空洞は、セラミックおよび／または一連の離間された積層ディスクで部分的に満たされてよい。積層ディスクは、直列に接続された一連のコンデンサとして振る舞う。離間された積層ディスクを用いる場合、（個々のディスクの各々の静電容量と比べて）静電容量が純減する。静電容量が減少することにより、チャンバ壁に結合されるＲＦも減少する。いくつかの例において、ディスクの間隔は、ディスク間でのプラズマ形成を防止するよう選択される。ディスク間のガス流は、中性前駆体がディスク間の空間に拡散して蒸着（寄生成長）するのを防止するのに望ましい。

【0038】

本開示によると、ツールのスループットおよび薄膜の品質に影響を与えることなく寄生成長を防ぐために、補助パージが用いられる。また、補助パージシステムは、領域の洗浄を困難にするそれ自体のデッドボリュームをその自体の中に導入することがない。

【0039】

図１によると、シャワーヘッド７０を有する処理チャンバ６０を備えた基板処理システム５０の一例が示されている。シャワーヘッド７０は、ステム部７２およびヘッド部７４を備える。ヘッド部７４は、内部空洞７５を規定している。前駆体またはパージガスなどの流体が、ステム部７２を通って拡散プレート７６上に流れ、内部空洞７５内へと流入する。次いで、流体は、ヘッド部７４の下面にある離間された複数の孔７８を通って処理チャンバ内に入る。

【0040】

シャワーヘッド７０のステム部７２は、カラー（環状部材）８０によって処理チャンバ６０の上壁に結合されている。カラー８０は、略「Ｔ」形の断面を有しており、ベース部８１およびステム部８３を備える。カラー８０は、シャワーヘッド７０のステム部７２を受け入れる円筒形の内部空洞８４を規定している。パージガスなどの流体が内部空洞８４からステム部８３の外面へと流れることができるように、複数のスロット８６がステム部８３に形成されている。

【0041】

流体コネクタ９０が、カラー８０のベース部８１の縁部に結合されてよく、パージガスなどの流体を供給するために用いられる。流体コネクタ９０は、１または複数の導管および／またはコネクタ（全体として符号９２で示されている）を備える。カラー８０のベース部８１は、同様に、カラー８０の内部空洞８４に流体の流れを方向付けるために、導管および／またはコネクタ（全体として符号９３で示されている）を備える。

【0042】

プレート１００が、シャワーヘッド７０のヘッド部とカラー８０との間に配置されている。プレート１００は、上面１０４、中心開口部すなわち中心孔１１０、および、下面１１４を備える。いくつかの例において、プレート１００は、セラミック製である。プレート１００の厚さは、材料と、接地への容量結合すなわち寄生プラズマとを最小化するように選択されてよい。プレート１００の上面１０４は、カラー８０の下縁部から離間されており、流体がそれらの間を通過できるようになっている。中心孔１１０も、ステム部７２から離間されており、流体がそれらの間を通過できるようになっている。プレートの下面１１４は、シャワーヘッド７０の上面から離間されており、流体がそれらの間を通過できるようになっている。いくつかの例において、プレート１００は省かれてもよく、処理チャンバはプレート１００なしで作動されてよい。

【0043】

カラーを通してパージガスを流すことにより、プロセス蒸着化学物質が空洞内の領域に入るのを防いで、それらの領域への望ましくない薄膜の蒸着を防止する。スロットおよびその他のギャップの寸法は、その中でのプラズマ点火を防止すると共に、所望のガス流量に対して逆拡散を防ぐためにペクレ条件を満たすことができるように選択されてよい。

【0044】

ここで、図２によると、カラー８０の一例が示されている。カラー８０は、ベース部８１およびステム部８３を備える。スロット８６は、アーチ形であってよく、ステム部８３の周りに配置されてよい。スロット８６は、流体がスロット８６を通って内部空洞８４から流れ出ることを可能にする。ベース部８１は、流体コネクタ９０上の対応するはめ合い部とはめ合うはめ合い部１１８を備えてよい。結合されると、カラー８０の導管９３は、流体コネクタ９０の導管９２と整列される。

【0045】

図３によると、カラー８０用の流体コネクタ９０の一例が示されている。流体コネクタ９０は、図に示すように、第２のはめ合い部１２０、導管１３０、コネクタ１３２、導管１３４、および、コネクタ１３６を備えているが、流体コネクタについては他の構成も可能である。

【0046】

ここで、図４Ａおよび図４Ｂによると、プレート１００の例が示されている。図４Ａにおいては、プレート１００の上面１０４は、図に示すように、略円形の断面と、プレート１００の中心に配置された中心孔１４０とを有する。中心孔１１０は、中心孔１１０から半径方向内向きに伸びる１または複数の突起１４０を備える。突起１４０は、プレート１００とステム部７２との間に均一な間隔を提供する。図４Ｂにおいて、プレート１００の下面１１４は、図に示すように、処理チャンバの上部に対して下方に伸びる突起１４４を備えている。突起１４４は、プレート１００の下面１１４とシャワーヘッド７０のヘッド部７４の上面との間に均一な間隔を提供する。突起１４０および１４４は、寄生プラズマを防ぐために十分近い間隔を提供しうる。単に例示として、約３ｍｍ以下の間隔が、典型的な処理条件下で寄生プラズマを防止するのに適しうる。典型的な処理条件に対してこの間隔を用いると、プラズマシースと共にプラズマが形成されるには空間が不十分である（２つのプラズマシース長よりも小さい）。プラズマの形成は、プラズマ密度、プラズマ電子温度、および、シースの電圧から影響を受けうる。

【0047】

図５によると、図１の処理チャンバに対する流れモデルが示されている。流れモデルは、パージガスなどの流体がシャワーヘッドの縁部付近で再循環を起こすことなく流れる様子を示している。

【0048】

図６によると、別の例の処理チャンバ２００が示されている。シャワーヘッド７０のステム部７２は、カラー２１０によって処理チャンバ６０の上壁に結合されている。カラー２１０は、略「Ｔ」形の断面を有しており、ベース部２１８およびステム部２２２を備える。カラー２１０は、カラー２１０の内壁２２５によってシャワーヘッド７０のステム部７２から離間された空洞２２４を規定する。通路２２７が、空洞２２４に接続されている。パージガスなどの流体が空洞２２４から通路２２７を通ってステム部２２２の外面へと流れることができるように、複数のスロット２２６がステム部２２２に形成されている。

【0049】

スロット、通路、および、その他のギャップの大きさは、その中でのプラズマ点火を防止すると共に、所望のガス流量に対して逆拡散を防ぐためにペクレ条件を満たすことができるほど十分に小さい寸法に選択されてよい。

【0050】

ここで、図７によると、カラー２１０の一例が示されている。空洞２２４は、ステム部２２２の内壁２２５および外壁の間に配置された通路２２７に接続される。通路２２７は、スロット２２６と流体連通しており、流体が空洞２２４から通路２２７を通ってスロット２２６へと流れることを可能にする。１または複数の孔２３８が、カラー２１０への接続を可能にするために提供されてよい。カラー２１０は、ステム部７２がカラー２１０と同軸でない場合に、より対称なパージの流れを有する。したがって、カラー２１０は、シャワーヘッドの水平化にあまり敏感ではない。

【0051】

ここで、図８によると、別の例のカラー３００が示されている。カラー３００は、ベース部３１０と、複数のスロット３１４を備えたステム部３１２とを備える。中央空洞３１８が、シャワーヘッド７０のステム部７２を受け入れる。中央空洞３１８は、実質的に第１の直径に沿って配置された第１の複数の面３２０を備える。半径方向外向きに湾曲した複数のアーチ形の面３２２が、第１の複数の面３２２の間に配置されており、より広い面積で流体を受け入れるようになっている。

【0052】

図９によると、別の例の処理チャンバ４００が示されている。処理チャンバ６０の上面とシャワーヘッドのヘッド部との間の空洞の一部が、処理体積を減少させるために材料４０２で満たされている。１または複数のプレート４０４が、シャワーヘッド７０のステム部７２の周囲かつヘッド部７４の上方に配置されている。プレートは、誘電材料製であってよい。

【0053】

それでも誘電体スタック内のＲＦ電界は非常に高いので、プラズマ形成（プラズマ点火）が、プレート４０４の間で起こりうる。いくつかの例では、「バルク」プラズマの形成を防止するのに十分に小さくなるように、プレート４０４の間のギャップが選択される。スペーサ４０８を用いて、ヘッド部７４の上面の上方に均一な間隔を提供することができる。別のプレート４１０が、空洞内に配置されてよい。プレート４１０は、導電材料または誘電材料で形成されてよく、処理チャンバ６０の上面に結合されてよく、プレート４０４と略平行に広がってよい。

【0054】

例えば、ギャップが約３ｍｍ以下の場合にのみ、典型的に用いられる圧力および電力レベルでプラズマの形成が防止される。しかしながら、ギャップのサイズは、異なるプレート数、異なる圧力、および／または、ＲＦ電力レベルに応じて他の値に設定されてもよい。ギャップのサイズと、誘電体層または誘電体プレートの数は、選択された種ならびに選択された処理条件（温度、圧力、ＲＦ電力、および、周波数など）で、半導体処理中に誘電体層の間でのプラズマ形成を防止するように選択されうる。

【0055】

カラー４２０が、ベース部４２２と、複数のスロット４２８を備えたステム部４２４とを備える。中央空洞４２６が、シャワーヘッド７０のステム部７２を受け入れ、流体が流れるさらなる空間を提供する。中央空洞４２６内の流体が、スロット４２８を通ってプレート４０４および４１０の間に流れる。プレート４０４は、プラズマを抑制すると共に、プレート、カラーなどの間の様々な位置でプラズマが維持される可能性を低減する。

【0056】

ここで、図１０および図１１によると、補助パージを用いた方法の例を示すフローチャートが図示されている。図１０には、第１の方法４６０が示されている。工程４６４で、基板が、第１の所定の期間にわたって第１の前駆体に暴露される。工程４６８で、第１の所定の期間が終了すると、主パージおよび補助パージが実行される。主パージおよび補助パージが完了すると、基板は、工程４７２で第２の所定の期間にわたって第２の前駆体に暴露される。工程４７６で、第２の所定の期間が終了した時に、主パージおよび補助パージが実行されてよい。必要に応じて、さらなる処理が実行されてもよい。

【0057】

図１１には、方法４６０と同様の方法５００が示されている。ただし、補助流体流路が、前駆体暴露の一方または両方の間にも作動される。理解されるように、補助パージは、一方または両方の前駆体暴露の間のみ作動されてもよい。工程５０４で、基板が第１の所定の期間にわたって第１の前駆体に暴露される間に、流体が補助パージ路を通して流れる。工程５０８で、第１の所定の期間が終了すると、主パージおよび補助パージが実行される。主パージおよび補助パージが完了すると、工程５１２で、基板が第２の所定の期間にわたって第２の前駆体に暴露される間に、流体が補助パージ路を通して流れる。工程５１６で、第２の所定の期間が終了した時に、主パージおよび補助パージが実行されてよい。必要に応じて、さらなる処理が実行されてもよい。

【0058】

本開示に従ったシステムおよび方法は、ＲＦ要素および流れ要素の組み合わせを用いて、多面的に寄生成長に対処する。本開示に従ったシステムおよび方法は、さらに、カラー周囲にさらなる寄生プラズマを発生させることなしに、ほぼ対称な流れを提供する。本開示に従ったシステムおよび方法は、薄膜のスループットおよび不均一性に悪影響を与えない。

【0059】

プラズマ抑制キットと組み合わせると、本開示に従ったシステムおよび方法は、有効チャンバ容量を減少させることにより、前駆体消費を実質的に減らし、動作コストおよびパージ時間を削減する。セラミックプレートは、プラズマ生成の可能性を低減すると共に、プレート、カラーなどの間の様々な位置でプラズマが維持される可能性を低減する助けになる。図９の例について、プレート１００および上部プレートの間の空間は、プラズマを抑制するプレートで満たされる。

【0060】

本開示に従ったシステムおよび方法は、さらに、時間的に変化する環境の汚染を排除し、シャワーヘッドの背後での化学反応を防止する。

【0061】

上述の記載は、本質的に例示に過ぎず、本開示、応用例、または、利用法を限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施されうる。したがって、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を研究すれば他の変形例が明らかになるため、本開示の真の範囲は、それらの例には限定されない。わかりやすいように、図面では、同様の要素を特定する際には同じ符号を用いている。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきである。方法に含まれる１または複数の工程が、本開示の原理を改変することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。
また、本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
基板処理システムであって、
ベース部およびステム部を備え、前駆体ガスをチャンバに供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドを前記チャンバの上面に結合するカラーと、
を備え、
前記カラーは、複数のスロットを備え、前記シャワーヘッドの前記ステム部の周りに配置され、前記シャワーヘッドの前記ベース部と前記チャンバの前記上面との間の領域内に前記複数のスロットを通してパージガスを方向付ける、基板処理システム。
［適用例２］
適用例１に記載の基板処理システムであって、
前記カラーは、ベース部およびステム部を備え、
前記カラーの前記ステム部は、前記シャワーヘッドの前記ステム部を受け入れる内部空洞を規定する、基板処理システム。
［適用例３］
適用例２に記載の基板処理システムであって、さらに、
前記シャワーヘッドの前記ステム部を受け入れる開口部を備えたプレートを備え、
前記プレートは、前記カラーの前記ステム部の下縁と前記シャワーヘッドの前記ベース部との間に配置される、基板処理システム。
［適用例４］
適用例３に記載の基板処理システムであって、前記カラーは、前記プレートと前記シャワーヘッドの前記ステム部との間、および、前記プレートと前記シャワーヘッドの前記ベース部との間に、前記パージガスを方向付ける、基板処理システム。
［適用例５］
適用例３に記載の基板処理システムであって、前記プレートの１つの表面が、前記プレートと前記シャワーヘッドの前記ベース部との間に均一な間隔を提供するための複数の第１の突起を備え、前記開口部は、前記プレートと前記シャワーヘッドの前記ステム部との間に均一な間隔を提供するための複数の第２の突起を備える、基板処理システム。
［適用例６］
適用例２に記載の基板処理システムであって、
前記カラーは、前記カラーの前記ベース部に配置された第１の通路を備え、
前記カラーは、前記カラーの前記ステム部の前記内部空洞の表面と前記シャワーヘッドの前記ステム部との間に規定された第２の通路を備え、
前記パージガスは、前記第１の通路を通って前記第２の通路に流れ、前記第２の通路から前記スロットを通って流れる、基板処理システム。
［適用例７］
適用例２に記載の基板処理システムであって、前記カラーの前記ステム部は、円形の断面を有する、基板処理システム。
［適用例８］
適用例２に記載の基板処理システムであって、
前記カラーは、前記カラーの前記ベース部に配置された第１の通路を備え、
前記カラーは、前記カラーの前記ステム部に配置された第２の通路を備え、
前記パージガスは、前記第１の通路を通って前記第２の通路に流れ、前記第２の通路から前記スロットを通って流れる、基板処理システム。
［適用例９］
適用例１に記載の基板処理システムであって、さらに、
前記シャワーヘッドの前記ベース部と前記チャンバの前記上面との間で前記シャワーヘッドの前記ステム部の周りに配置されたＮ個の誘電体プレートを備え、
前記カラーは、前記Ｎ個の誘電体プレートの上方および下方ならびに前記Ｎ個の誘電体プレートの間の内の少なくとも一箇所に前記パージガスを方向付け、
Ｎはゼロより大きい整数である、基板処理システム。
［適用例１０］
適用例２に記載の基板処理システムであって、前記空洞は、第１の周囲の周りに互いに離間して配置された複数の第１の面と、前記複数の第１の面の間に配置された複数のアーチ形の面とを規定し、
前記複数のアーチ形の面は、前記複数の第１の面から半径方向外向きに湾曲している、基板処理システム。
［適用例１１］
適用例１に記載の基板処理システムを備える原子層蒸着システム。
［適用例１２］
基板処理システムを動作させるための方法であって、
ベース部およびステム部を備えたシャワーヘッドを用いて、前駆体ガスをチャンバに供給する工程と、
前記シャワーヘッドの前記ステム部の周りに配置されたカラーを用いて、前記シャワーヘッドを前記チャンバの上面に結合する工程と、
前記カラーのスロットを通して前記シャワーヘッドの前記ベース部と前記チャンバの前記上面との間の領域にパージガスを供給する工程と、
を備える、方法。
［適用例１３］
適用例１２に記載の方法であって、
前記カラーは、ベース部およびステム部を備え、
前記カラーの前記ステム部は、前記シャワーヘッドの前記ステム部を受け入れる内部空洞を規定する、方法。
［適用例１４］
適用例１３に記載の方法であって、さらに、
前記シャワーヘッドの前記ステム部を受け入れる開口部を備えたプレートを、前記カラーの前記ステム部の下縁と前記シャワーヘッドの前記ベース部との間に配置する工程を備える、方法。
［適用例１５］
適用例１４に記載の方法であって、さらに、前記プレートと前記シャワーヘッドの前記ステム部との間、および、前記プレートと前記シャワーヘッドの前記ベース部との間に、前記パージガスを方向付ける工程を備える、方法。
［適用例１６］
適用例１４に記載の方法であって、さらに、
複数の突起を用いて、前記シャワーヘッドの前記ベース部および前記ステム部から前記プレートを離間する工程を備える、方法。
［適用例１７］
適用例１３に記載の方法であって、さらに、
前記カラーの前記ベース部に第１の通路を提供すると共に、前記カラーの前記ステム部の前記空洞の内面と前記シャワーヘッドの前記ステム部との間に第２の通路を提供する工程と、
前記第１の通路を通して前記第２の通路に、次いで、前記第２の通路から前記スロットを通して、前記パージガスを流す工程と、
を備える、方法。
［適用例１８］
適用例１３に記載の方法であって、前記カラーの前記ステム部は、円形の断面を有する、方法。
［適用例１９］
適用例１３に記載の方法であって、さらに、
前記カラーの前記ベース部に第１の通路を提供すると共に、前記カラーの前記ステム部に第２の通路を提供する工程と、
前記第１の通路を通して前記第２の通路に、次いで、前記第２の通路から前記スロットを通して、前記パージガスを流す工程と、
を備える、方法。
［適用例２０］
適用例１２に記載の方法であって、さらに、
前記シャワーヘッドの前記ベース部と前記チャンバの表面との間で前記シャワーヘッドの前記ステム部の周りにＮ個の誘電体プレートを配置する工程と、
前記カラーを用いて、前記Ｎ個の誘電体プレートの上方および下方ならびに前記Ｎ個の誘電体プレートの間の内の少なくとも一箇所に前記パージガスを方向付ける工程と、
を備え、
Ｎはゼロより大きい整数である、方法。
［適用例２１］
適用例１２に記載の方法であって、前記基板処理チャンバは原子層蒸着を実行する、方法。
［適用例２２］
方法であって、
基板処理システムのチャンバ内に基板を配置する工程であって、
前記基板処理システムは、カラーを用いて前記基板処理システムの上面に取り付けられたシャワーヘッドを備える、工程と、
第１の所定の期間にわたって前記基板を第１の前駆体に暴露させる工程と、
前記第１の所定の期間後に、主パージ路および補助パージ路を通してパージガスを流す工程であって、
前記主パージ路は、前記シャワーヘッドを通して前記パージガスを流し、
前記補助パージ路は、前記カラーのスロットを通して前記シャワーヘッドのベース部と前記上面との間に前記パージガスを流し、
前記補助パージ路は、前記第１の前駆体を除去する、工程と、
第２の所定の期間にわたって前記基板を第２の前駆体に暴露させる工程と、
を備える、方法。
［適用例２３］
適用例２２に記載の方法であって、さらに、
前記第２の所定の期間後に、前記主パージ路および前記補助パージ路を通して前記パージガスを流す工程を備え、
前記補助パージ路は、前記シャワーヘッドの前記ベース部と前記チャンバの前記上面との間の前記第２の前駆体を除去する、方法。
［適用例２４］
適用例２２に記載の方法であって、さらに、前記第１の所定の期間中に前記補助パージ路を通して前記パージガスを流す工程を備える、方法。
［適用例２５］
適用例２３に記載の方法であって、さらに、前記第２の所定の期間中に前記補助パージ路を通して前記パージガスを流す工程を備える、方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】