特許7529741ラジカルおよび前駆体ガスを下流チャンバに供給して遠隔プラズマ膜蒸着を可能にするための温度制御を備えた統合シャワーヘッド
(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】2024-07-29
(45)【発行日】2024-08-06
(54)【発明の名称】ラジカルおよび前駆体ガスを下流チャンバに供給して遠隔プラズマ膜蒸着を可能にするための温度制御を備えた統合シャワーヘッド
(51)【国際特許分類】
H01L 21/31 20060101AFI20240730BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240730BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20240730BHJP
H05H 1/46 20060101ALN20240730BHJP
【ＦＩ】
H01L21/31 C
H01L21/302 101G
C23C16/455
H05H1/46 C
【請求項の数】
20
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022167262
(22)【出願日】2022-10-19
(62)【分割の表示】P 2019531737の分割
【原出願日】2017-12-14
(65)【公開番号】P2023002673
(43)【公開日】2023-01-10
【審査請求日】2022-11-17
(31)【優先権主張番号】15/378,854
(32)【優先日】2016-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(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】バッザー・レイチェル
(72)【発明者】
【氏名】チュウ・フアタン
(72)【発明者】
【氏名】バラダラジャン・バドリ
(72)【発明者】
【氏名】ブレイリング・パトリック・ジラール
(72)【発明者】
【氏名】ゴン・ボー
(72)【発明者】
【氏名】シュロッサー・ウィル
(72)【発明者】
【氏名】グイ・ジェ
(72)【発明者】
【氏名】タン・タイド
(72)【発明者】
【氏名】ホーン・ジェフリー
【審査官】加藤 芳健
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－２２０２３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７４０２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１９２５１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２２７８２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｃ２３Ｃ １６／４５５
Ｈ０５Ｈ １／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の処理に用いるための装置であって、連続構造を形成するように結合されている複数の層によって形成されているシャワーヘッドを備え、
前記複数の層は、最上層、中間層、および最下層を含み、
前記シャワーヘッドは、前記シャワーヘッドの上面から前記上面に対向する前記シャワーヘッドの底面に伸びる複数の貫通孔を含み、
前記シャワーヘッドは、前記シャワーヘッドの前記上面と前記シャワーヘッドの前記底面との間に配置されている二次ガスプレナムおよび熱伝導流体プレナムを含み、
前記中間層に面する前記最上層の表面は、前記熱伝導流体プレナムを部分的または完全に規定し、
複数の二次ガスインジェクタが、前記二次ガスプレナムから前記シャワーヘッドの前記底面に通じ、
円筒壁が、前記複数の貫通孔および前記複数の二次ガスインジェクタを取り囲み、前記シャワーヘッドの前記底面から第１距離だけ伸びる、装置。
【請求項2】
請求項１に記載の装置であって、前記円筒壁および前記複数の層は、連続構造を形成する、装置。
【請求項3】
請求項１に記載の装置であって、前記二次ガスインジェクタは、前記シャワーヘッドの前記底面から、前記第１距離よりも短い第２距離だけ外向きに突出している、装置。
【請求項4】
請求項１に記載の装置であって、前記円筒壁は、前記シャワーヘッドの外縁から半径方向内側にオフセットされている、装置。
【請求項5】
請求項１に記載の装置であって、前記円筒壁の半径方向外側にある前記シャワーヘッドの部分は、前記円筒壁の半径方向内側にある前記シャワーヘッドの部分よりも厚い、装置。
【請求項6】
請求項１に記載の装置であって、各貫通孔は、前記シャワーヘッド内の前記熱伝導流体プレナムから封止されている、装置。
【請求項7】
請求項６に記載の装置であって、前記シャワーヘッドは、さらに、熱伝導流体流入口および熱伝導流体流出口を含み、
前記熱伝導流体流入口および前記熱伝導流体流出口は、いずれも前記熱伝導流体プレナムと接続されている、装置。
【請求項8】
請求項１に記載の装置であって、前記最上層の前記表面は、前記熱伝導流体プレナムを少なくとも部分的に規定する一または複数のリセスを有する前記中間層に面している、装置。
【請求項9】
請求項８に記載の装置であって、前記最下層の上面は、前記二次ガスプレナムを部分的または完全に規定する、装置。
【請求項10】
請求項１に記載の装置であって、前記最下層の上面は、前記二次ガスプレナムを部分的または完全に規定する、装置。
【請求項11】
請求項６に記載の装置であって、前記熱伝導流体プレナムは、第１弓形プレナムおよび第２弓形プレナムを含み、
複数の流路は、前記第１弓形プレナムと前記第２弓形プレナムとの間に伸び、
前記複数の流路は、隣り合わせに配置され、平行方向に沿って伸びる、装置。
【請求項12】
請求項１１に記載の装置であって、各流路は、曲線または方形波の経路をたどる、装置。
【請求項13】
請求項１１に記載の装置であって、さらに、前記第１弓形プレナム内で第１弓形経路に沿って分散されている複数の第１ポストと、
前記第２弓形プレナム内で第２弓形経路に沿って分散されている複数の第２ポストと、
を備える、装置。
【請求項14】
請求項６に記載の装置であって、前記熱伝導流体プレナムは、流体流入プレナムおよび複数の流路を含み、
前記複数の流路は各々、前記流体流入プレナムと接続する第１端から対応する導管で終端する第２端に通じる、対応する経路をたどり、
前記複数の経路の少なくともいくつかの経路は、前記シャワーヘッドを横切る第１方向と逆の第２方向に沿って延びるように逆戻りする前に、前記第１方向に沿って伸び、
前記複数の導管は、前記流体流入プレナムとは異なる高度に配置されている流体流出プレナムと接続する、装置。
【請求項15】
請求項１４に記載の装置であって、前記流体流入プレナムおよび前記流体流出プレナムは、いずれも弓形である、装置。
【請求項16】
請求項１４に記載の装置であって、前記複数の導管の少なくともいくつかの導管は、異なる断面積を有する、装置。
【請求項17】
請求項１５に記載の装置であって、前記複数の経路の少なくともいくつかの経路は、曲線または方形波である、装置。
【請求項18】
請求項１５に記載の装置であって、前記流体流入プレナムおよび前記流体流出プレナムは、前記シャワーヘッドの前記底面に垂直な方向に沿って見たときに、互いに位置合わせされている、装置。
【請求項19】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、処理チャンバと、
基板支持体であって、前記シャワーヘッドは前記基板支持体の上方に位置する、基板支持体と、
を備える、装置。
【請求項20】
請求項１９に記載の装置であって、前記装置は、前記装置における基板処理の間に、前記基板支持体の上面が前記円筒壁の底面の上方に位置するように構成されている、装置。
【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、開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれる、２０１６年１２月１４日出願の米国特許出願第１５／３７８，８５４号に基づく優先権を主張する。
本願は、開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれる、２０１６年１２月１４日出願の米国特許出願第１５／３７８，８５４号に基づく優先権を主張する。
【0002】
本開示は、基板処理システムに関し、特に、ラジカルおよび前駆体ガスを下流チャンバに供給するシャワーヘッドを備えた基板処理システムに関する。
【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、本開示の背景を概略的に提示することを目的とする。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】
半導体ウエハなどの基板上に膜を蒸着するために、基板処理システムが利用されうる。基板処理システムは、通常、処理チャンバおよび基板支持体を備える。膜蒸着中、ラジカルおよび前駆体ガスが、処理チャンバに供給されうる。
【0005】
例えば、処理チャンバは、上側チャンバ、下側チャンバ、および、基板支持体を備えうる。シャワーヘッドが、上側チャンバと下側チャンバとの間に配置されうる。基板が、下側チャンバ内の基板支持体上に配置される。プラズマ混合ガスが上側チャンバに供給され、プラズマが上側チャンバ内で点火される。プラズマによって生成されたラジカルの一部が、シャワーヘッドを通して下側チャンバに流れる。シャワーヘッドは、イオンをフィルタリングし、下側チャンバに到達しないようにＵＶ光を遮断する。前駆体混合ガスが、シャワーヘッドを通して下側チャンバに供給され、ラジカルと反応することで基板上に膜を蒸着する。
【0006】
一般的に、シャワーヘッドは、温度制御システムを備えない。しかしながら、一部の処理システムでは、シャワーヘッドの外縁（アクセス可能であり、真空下にはない）の温度を制御するために、基本的な温度制御システムが用いられる。基本的な温度制御システムは、プラズマからの熱のために、シャワーヘッドの全体の温度を均一に制御しない。換言すると、シャワーヘッドの中心の温度が上昇する。温度変化は、プラズマのオン／オフ、圧力、流量、および／または、ペデスタル温度など、プロセスの変化に伴って生じる。シャワーヘッドの温度のばらつきは、蒸着処理の均一性および欠陥性能に悪影響を及ぼす。
【発明の概要】
【0007】
基板処理システムは、基板支持体を備える第１チャンバを備える。シャワーヘッドが、第１チャンバの上方に配置されており、イオンをフィルタリングし、プラズマ源から第１チャンバにラジカルを供給するように構成されている。シャワーヘッドは、熱伝導流体を受け入れるための流入口と、シャワーヘッドの中央部分を通じて流出口まで熱伝導流体を導いてシャワーヘッドの温度を制御するための複数の流路とを備える熱伝導流体プレナムと、二次ガスを受け入れるための流入口と、二次ガスを第１チャンバに注入するための複数の二次ガスインジェクタとを備える二次ガスプレナムと、シャワーヘッドを貫通する複数の貫通孔と、を備える。貫通孔は、熱伝導流体プレナムとも二次ガスプレナムとも流体連通していない。
【0008】
別の特徴において、熱伝導流体プレナムは、流入口と流体連通する第１プレナムを備える。流路の第１端が、第１プレナムと流体連通している。第２プレナムは、流路の反対端と流体連通している。
【0009】
別の特徴において、熱伝導流体プレナムは、流入口と流体連通する第１プレナムと、流路の第１端と流体連通する第２プレナムと、第１プレナムと第２プレナムとの間に配置され、それらの間の流体の流れを制限する第１複数の制限部と、流路の反対端と流体連通する第３プレナムと、流出口と流体連通する第４プレナムと、第３プレナムと第４プレナムとの間に配置され、それらの間の流体の流れを制限する第２複数の制限部と、を備える。
【0010】
別の特徴において、複数の流路は、シャワーヘッドの片側からシャワーヘッドの反対側へ半径方向に流れる。複数の流路は、直線経路を規定する。複数の流路は、曲線経路を規定する。複数の流路は、正弦曲線形状の経路を規定する。
【0011】
別の特徴において、二次ガスプレナムは、第１プレナムと、第２プレナムと、第１プレナムと第２プレナムとの間に配置されている流量制限部と、を備える。
【0012】
別の特徴において、流量制限部は、第１複数の壁と、第１複数の壁の間に規定されている複数のスロットと、を備える。第１複数の壁は、弓形である。第２複数の壁が、第２プレナムの貫通孔の周りに配置されている。第２複数の壁は、円筒形である。
【0013】
別の特徴において、二次ガスインジェクタは、第２プレナムと流体連通している。複数の制限部が、第２プレナムと二次ガスインジェクタとの間に配置される。
【0014】
別の特徴において、複数の流路は、流入口および流出口を備える。複数の流路の流入口は、シャワーヘッドの片側に配置され、複数の流路の流出口は、その片側で流入口の間に配置され、複数の流路は、流入口に接続し、シャワーヘッドを横切り、折り返してシャワーヘッドを横切って流出口に戻る。
【0015】
別の特徴において、第２チャンバは、第１チャンバの上方に配置される。シャワーヘッドは、第１チャンバと第２チャンバとの間に配置される。コイルが、第２チャンバの周りに配置される。第２チャンバ内でプラズマを生成するために、ＲＦ発生器がコイルに接続されている。
【0016】
別の特徴において、流路の内の少なくとも１つは、流量制限部を備える。熱伝導流体は、液体を含む。熱伝導流体は、気体を含む。熱伝導流体は、第１チャンバには流れ込まない。
【0017】
別の特徴において、二次ガスインジェクタは、シャワーヘッドの底面から所定の距離だけ伸びており、所定の距離は、０．１インチ（２．５４ｍｍ）～１．５インチ（３８．１ｍｍ）の範囲内である。貫通孔は、０．０５インチ（１．２７ｍｍ）～０．３インチ（７．６２ｍｍ）の範囲の直径を有する。
【0018】
別の特徴において、シャワーヘッドは、円筒壁を備えており、円筒壁は、シャワーヘッドの底面から伸びて、複数の貫通孔および複数の二次ガスインジェクタの半径方向外側に配置されている。シャワーヘッドは、円筒壁を備えており、円筒壁は、シャワーヘッドの上面から上向きに伸びて、複数の貫通孔および複数の二次ガスインジェクタの半径方向外側に配置されている。
【0019】
別の特徴において、第１Ｏ－リングが、シャワーヘッドの上面と上側チャンバとの間に配置され、第２Ｏ－リングが、シャワーヘッドの底面と下側チャンバとの間に配置される。
【0020】
詳細な説明、特許請求の範囲、および、図面から、本開示を適用可能なさらなる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。
【図面の簡単な説明】
【0021】
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。
【0022】
【図1】本開示に従って、シャワーヘッドを備える基板処理チャンバの一例を示す機能ブロック図。
【0023】
【図2A】本開示に従って、シャワーヘッドの一例を示す底面斜視図。
【0024】
【図2B】本開示に従って、Ｏ－リングを受けるための溝を示す側断面図。
【0025】
【図3】本開示に従って、シャワーヘッドの一例を示す上面斜視図。
【0026】
【図4A】本開示に従って、シャワーヘッドの一例の底面を示す平面図。
【0027】
【図4B】本開示に従って、二次ガスインジェクタの周りに配置されている複数の貫通孔の一例を示す平面図。
【0028】
【図4C】本開示に従って、二次ガスインジェクタの周りに配置されている複数の貫通孔の別の例を示す平面図。
【0029】
【図5A】本開示に従って、シャワーヘッドの一例を示す側断面図。
【0030】
【図5B】複数の隣接する層によって形成されたシャワーヘッドを示す一例の側断面図。
【0031】
【図6】本開示に従って、シャワーヘッドの別の例を示す拡大側断面図。
【0032】
【0033】
【図8A】本開示に従って、下向きに突出する壁を備えるシャワーヘッドの別の例を示す拡大側断面図。
【0034】
【図8B】本開示に従って、上向きに突出する壁を備えるシャワーヘッドの別の例を示す拡大側断面図。
【0035】
【図9】本開示に従って、シャワーヘッドの中間層の上面の一例を示す平面図。
【0036】
【図10】本開示に従って、流路を通る流体の流れを制御するための制限部を備える流路の一例を示す図。
【0037】
【図11】本開示に従って、シャワーヘッドの中間層の底面の一例を示す平面図。
【0038】
【図12】本開示に従って、一方の縁部に沿って配置されている交互の熱伝導流体の流入口および流出口のペアを備えるシャワーヘッドの中間層の上面の別の例を示す平面図。
【0039】
【0040】
【0041】
図面において、同様および／または同一の要素を特定するために、同じ符号を用いる場合がある。
【発明を実施するための形態】
【0042】
本開示は、均一なラジカルを供給すると共に遠隔プラズマ源からのイオンをフィルタリングする統合された埋め込み型シャワーヘッドを備えた基板処理システムに関する。シャワーヘッドは、均一で制御された温度を維持するために、シャワーヘッドの中央部分を通して流路に熱伝導流体を供給することによって、均一な温度制御を提供する。また、シャワーヘッドは、基板を含むチャンバへの均一な前駆体ガス流供給を提供する。いくつかの例において、基板処理システムは、共形炭化物膜を蒸着するために利用できるが、その他のタイプの膜が蒸着されてもよい。
【0043】
ここで、図１を参照すると、基板処理システム１０は、上側チャンバ２０および下側チャンバ３０を備える。特定のタイプの基板処理システムが図示および記載されているが、その他のタイプが用いられてもよい。誘導結合プラズマが図示されているが、容量結合プラズマ、遠隔プラズマ源、または、その他の適切なプラズマ発生器など、他のタイプのプラズマ生成が用いられてもよい。
【0044】
いくつかの例において、上側チャンバ２０は、ドーム形チャンバを含みうるが、その他のチャンバ形状が用いられてもよい。基板支持体３４が、下側チャンバ３０内に配置されている。基板３６が、基板処理中、基板支持体３４上に配置される。シャワーヘッド４０が、上側チャンバ２０と下側チャンバ３０との間に配置される。誘導コイル４２が、上側チャンバ２０の周りに配置されてよい。
【0045】
ガス供給システム５０－１が、プラズマガスを含む処理ガス混合物を上側チャンバ２０に供給するために用いられてよい。ガス供給システム５０－１は、１または複数のガス源５２－１、５２－２、．．．、および、５２－Ｎと、バルブ５４－１、．．．、および、５４－Ｎと、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５６－１、．．．、および、５６－Ｎと、マニホルド５８と、を備えるが、その他のタイプのガス供給システムが用いられてもよい（ここで、Ｎは整数）。ガス供給システム５０－２が、前駆体ガスを含む処理ガス混合物をシャワーヘッド４０に供給する。
【0046】
ＲＦプラズマ発生器６６は、ＲＦ源７０および整合回路網７２を備える。ＲＦプラズマ発生器６６は、（プラズマガスが供給されている間に）誘電コイル４２にＲＦ電力を選択的に供給して、上側チャンバ２０内でプラズマ６２を生成する。
【0047】
シャワーヘッド４０の温度を制御するために、気体または液体の冷却材などの熱伝導流体をシャワーヘッド４０に供給する温度制御システム８６が用いられてよい。バルブ８８およびポンプ９０が、反応物質を排出するために用いられてよい。
【0048】
コントローラ９４は、上側チャンバ２０およびシャワーヘッド４０へ必要に応じて処理ガスを選択的に供給するために、ガス供給システム５０－１および５０－２と通信する。コントローラ９４は、上側チャンバ２０内でプラズマを生成および消火するために、ＲＦプラズマ発生器６６と通信する。
【0049】
コントローラ９４は、シャワーヘッド４０の温度を制御するために用いられる熱伝導流体の流量および温度を制御するために、温度制御システム８６と通信する。一部の例において、熱伝導流体は、水、エチレングリコールと混合した水、フッ化ペルフルオロポリエーテル流体またはその他の流体、ならびに／もしくは、１または複数のガスを含みうる。一部の例において、温度制御システム８６は、閉ループ制御を用いて、熱伝導流体の流量および温度を制御する。他の例において、温度制御システム８６は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御を用いて、流量および温度を制御する。熱伝導流体は、建物の水循環システムから開ループシステムで提供されてもよい。一部の例において、熱伝導流体は、真空チャンバから密閉される。
【0050】
一部の例において、コントローラ９４は、シャワーヘッド４０の１または複数の温度を検知するために、シャワーヘッド４０に配置された１または複数の温度センサ（図示せず）に接続される。一部の例において、コントローラ９４は、処理チャンバ内の１または複数の圧力を検知するために、シャワーヘッド４０に配置された１または複数の圧力センサ（図示せず）に接続される。コントローラ９４は、上側および下側チャンバ２０、３０内の圧力を制御するため、および、そこから選択的に反応物質を排出するために、バルブ８８およびポンプ９０と通信する。
【0051】
ここで、図２Ａ～図３を参照すると、シャワーヘッド４０の上面１０２、底面１０４、および、側面１０８が示されている。図２Ａにおいて、シャワーヘッド４０は、シャワーヘッドの軸の中央部分または中央に、シャワーヘッド４０の上面１０２からシャワーヘッド４０の底面１０４へ通る複数の離間した貫通孔１１０を備える。一部の例では、Ｏ－リング１１１が、図２Ｂに示すように、シャワーヘッド４０の底面１０４と下側チャンバ３０との間に配置されてもよい。溝１１３が、Ｏ－リング１１１を位置決めするために、シャワーヘッド４０および下側チャンバ３０の一方または両方に配置されてよい。
【0052】
複数の二次ガスインジェクタ１１２が、シャワーヘッド４０から二次ガス（前駆体ガスなど）を供給する。一部の例において、二次ガスインジェクタ１１２は、シャワーヘッド４０の中央部分において、シャワーヘッド４０の底面１０４から下方に伸びる。一部の例において、二次ガスインジェクタ１１２は、逆拡散を防ぐため、および、二次ガスインジェクタごとのガス流を均一にするために、底面１０４上に制限部（図示せず）を備える。制限部は、チョーク流れ条件を引き起こしうる。
【0053】
図３において、シャワーヘッド４０は、流入口および流出口として機能する対になった熱流体ポート１２０、１２２を備える。シャワーヘッド４０は、より多くの対になったポートを備えた２以上の熱流体プレナムを含んでもよい。漏れ回収トレイ１２８が、熱流体ポート１２０、１２２の一方または両方の周りに配置されてよい。漏れ回収トレイ１２８は、上側および下側チャンバの外側に配置されてよい。漏れ回収トレイ１２８は、漏れ検出を可能にする。一部の例では、Ｏ－リング１１５が、シャワーヘッド４０の上面１０２と上側チャンバ２０との間に配置されてもよい。図２Ｂに示すのと同様に、溝がＯ－リング１１１を位置決めするために、シャワーヘッド４０および上側チャンバ２０の一方または両方に配置されてよい。
【0054】
ここで、図４Ａを参照すると、シャワーヘッド４０の貫通孔１１０および二次ガスインジェクタ１１２は、様々なパターンで配列されてよい。例えば、図４Ａに示すシャワーヘッド４０の貫通孔１１０および二次ガスインジェクタ１１２は、オフセットされた三角形パターンＴを有してよい。別のパターンは、長方形、放射状、六角形、または、らせんパターンを含むが、その他のパターンが用いられてもよい。一部の例において、二次ガスインジェクタ１１２の間隔は、０．２５インチ～２インチ（５０．８ｍｍ）の範囲である。一部の例において、貫通孔１１０は、二次ガスインジェクタと同じ間隔を有してよいが、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、異なる間隔が用いられてもよい。
【0055】
一部の例において、貫通孔１１０は、図４Ｂおよび図４Ｃの例に示すように、各二次ガスインジェクタ１１２の周りに集まる複数のより小さい貫通孔を含んでもよい。二次ガスインジェクタ１１２の周りの貫通孔１１０の配列は、図４Ｂに示すように均一であってもよいし、図４Ｃに示すように不均一であってもよい。一部の例では、貫通孔１１０－Ｒが、二次ガスインジェクタのシャワーヘッド４０の中心に近い側でシャワーヘッド４０の放射線上に配置される。
【0056】
ここで、図５Ａ～図８Ｂを参照すると、シャワーヘッド４０の側断面図が示されている。図５Ａにおいて、貫通孔１１０は、シャワーヘッド４０の上面１０２からその底面１０４まで貫通している。貫通孔１１０と直交し、シャワーヘッド４０の上面１０２と平行であるが上面１０２からオフセットされた１または複数の平面内に、１または複数の熱伝導流体プレナム１４０が配置されている。貫通孔１１０と直交し、シャワーヘッド４０の底面１０４ならびに熱伝導流体プレナム１４０を含む１または複数の平面と平行であるがそれらの面からオフセットされた１または複数の平面内に、１または複数の二次ガスプレナム１５０が配置されている。図の構成では、二次ガス供給部の上方に熱伝導流体プレナムがある。プレナムは、二次ガスプレナムが熱伝導流体プレナムの上方になるように逆転されてもよい。
【0057】
１または複数の熱伝導流体プレナム１４０は、熱流体ポート１２０、１２２に接続されている。１または複数の二次ガスプレナム１５０は、二次ガス流入口（図２Ａ）からガスを受け入れ、二次ガスインジェクタ１１２の流路１５２に二次ガス流を供給する。
【0058】
一部の例において、二次ガスインジェクタ１１２は、シャワーヘッド４０への膜の蒸着を低減するために、シャワーヘッド４０の底面から離れる向きに所定の距離だけ伸びている。一部の例において、所定の距離は、０．１インチ～１．５インチの範囲であるが、その他の距離が用いられてもよい。一部の例において、二次ガスインジェクタ１１２は、逆拡散を防いで二次ガスインジェクタごとの流れの均一性を保証するために、制限部を備える。一部の例において、貫通孔１１０は、０．０５インチ～０．３インチの範囲の直径を有する。
【0059】
図５Ｂにおいて、シャワーヘッド４０は、互いに接続された最上層１６３、中間層１６５、および、最下層１６７を含む複数の層で形成されうる。より多くの層が、さらなるプレナムを形成するために追加されてもよい。一部の例において、シャワーヘッド４０は、複雑かつ独特な形状を合理的なコストで可能にするために、真空ろう付け、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、または、電子ビーム溶接を用いて製造されてよい。真空ろう付け接合は、プレートに溝を切って各プレートの間にろう付け層を設けた平坦なプレートとして、シャワーヘッドを機械加工することを可能にする。溶接技術は、シーリングを必要とするすべての領域に溶接がアクセスするために、より複雑なサブ構成要素を必要とする。溶接がアクセス可能である部分の表面までシーリング領域を持ち上げるために、ポストおよび対応する穴が機械加工されてもよい。
【0060】
一部の例において、中間層１６５の上面が、１または複数の熱伝導流体プレナム１４０を規定し、中間層１６５の底面が、１または複数の二次ガスプレナム１５０を規定する。ただし、最上層１６３の底面が、１または複数の熱伝導流体プレナム１４０を部分的または完全に規定するために用いられてもよく、最下層１６７の上面が、１または複数の二次ガスプレナムを完全または部分的に規定するために用いられてもよい。
【0061】
一部の例において、プレナムおよびそれらの上下にある材料の厚さは、０．０５インチ～０．２５インチ（６．３５ｍｍ）であるが、他の厚さが用いられてもよい。プレナムの間および上／下の材料の厚さは、製造に必要とされる流体圧力および材料厚さをサポートするのに必要な強度によって決定される。熱流体プレナム１４０の厚さは、流体の圧力降下を低減するようなサイズであってよい。二次ガスプレナム１５０のサイズは、各インジェクタ１１２への均一なガス分散を可能にするのに十分な大きさに選択されてよい。各層の厚さは、全体の厚さを削減することで貫通孔１１０内でのラジカルの損失を低減するために最小化されることが好ましい。
【0062】
一部の例において、最上層１６３および最下層１６７の厚さは、０．０７５インチ（１．９０５ｍｍ）～０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）の範囲であるが、他の厚さが用いられてもよい。一部の例において、最上層１６３および最下層１６７の厚さは、０．１インチであるが、他の厚さが用いられてもよい。一部の例において、中間層１６５の厚さは、０．４インチ（１０．１６ｍｍ）～０．６インチ（１５．２４ｍｍ）の範囲であるが、他の厚さが用いられてもよい。一部の例において、中間層１６５の厚さは、０．５インチ（１２．７ｍｍ）であるが、他の厚さが用いられてもよい。一部の例において、シャワーヘッドの厚さは、１インチ（２５．４ｍｍ）以下である。一部の例において、シャワーヘッドの厚さは、０．７インチ（１７．７８ｍｍ）以下である。
【0063】
図６および図７に、漏れ回収トレイ１２８が示されている。漏れ回収トレイ１２８は、熱流体ポート１２０、１２２の少なくとも一方の周りに配置された凹部を含む。一部の例において、凹部は円筒形であるが、他の形状が用いられてもよい。
【0064】
図８Ａにおいて、一部の例は、シャワーヘッド４０の半径方向外側縁部２０８から（近くでまたは半径方向内側に離間されて）基板３６に向かって（かつ、貫通孔１１０および二次ガスインジェクタ１１２の半径方向外側で）下方に伸びる円筒壁２１０を備える。円筒壁２１０は、シャワーヘッド４０と一体化されてもよいし、シャワーヘッド４０に取り付けられてもよい。円筒壁２１０は、基板から見たシャワーヘッド４０とチャンバ壁との間の熱均一性を改善する。円筒壁２１０は、壁と基板支持体３４との間に流量制限を設けることによって、排出ポートのポンピングの非均一性を抑制するために用いられてもよい。一部の例において、円筒壁２１０は、基板支持体３４の上面を含む平面の下方に伸びる。
【0065】
図８Ｂにおいて、一部の例は、シャワーヘッド４０の半径方向外側縁部２０８から（近くでまたは半径方向内側に離間されて）（かつ、貫通孔１１０および二次ガスインジェクタ１１２の半径方向外側で）下向きに伸びる円筒壁２１１を備える。円筒壁２１１は、シャワーヘッド４０の上面と一体化されてもよいし、シャワーヘッド４０の上面に取り付けられてもよい。円筒壁２１１は、ラジカル源を取り付けるための取り付け面を提供する。
【0066】
ここで、図９～図１０を参照すると、１または複数の熱伝導流体プレナム１４０の構成例が示されている。図９には、中間層１６５の上面が示されている。１または複数の熱伝導流体プレナム１４０は、第１プレナム１５６－１を含む。一部の例において、第１プレナム１５６－１は、弓形であるが、その他の形状が用いられてもよい。一部の例では、複数の制限部１５８－１が、第１プレナム１５６－１の片側で互いに隣接して配置されている。複数の制限部１５８－１の各々の間の間隔は、第１プレナム１５６－１から第２プレナム１５６－２への流れを制限して分散させるように選択される。一部の例において、複数の制限部１５８－１の各々は、円形、楕円形、または、長円形の形状を有するポストを含むが、その他の形状が用いられてもよい。複数の制限部１５８－１は、流路１６０の間の流体流をより均一にするため、および、噴出効果を排除するために用いられてよい。あるいは、流路１６０の内の１または複数が、図１０に示すように、流れを制御するために制限部１６４を備えてもよい。流路１６０が制限部１６４を備える場合、複数の制限部１５８－１を省略することができるため、第１および第２プレナム１５６－１および１５６－２を単一のプレナムとすることができる。
【0067】
第２プレナム１５６－２は、流路１６０の第１端に向かって開いている。一部の例において、流路１６０は、表面積を増大させるために、三角形、方形波、曲線、または、略正弦曲線の形状を有する。流路１６０の第２端はシャワーヘッド４０の反対側に配置された第３プレナム１５６－３に接続されている。複数の制限部１５８－２が、第３プレナム１５６－３の片側に配置されている。複数の制限部１５８－２の各々は、第４プレナム１５６－４への流れを制限するために配置される。第４プレナム１５６－４は、流出口に接続されている。流路１６０が制限部１６４を備える場合、複数の制限部１５８－２を省略することができるため、第３および第４プレナム１５６－３および１５６－４を単一のプレナムとすることができる。
【0068】
一部の例において、熱流体流路１６０は、流量の１０％以下のチャネル間不均一性を有する。一部の例において、熱流体の流量は、毎分１０ガロンであり、シャワーヘッド表面全体を±１℃までに制御する。一部の例において、二次ガスインジェクタ１１２は、質量流量の１％以下の流量不均一性を有する。一部の例において、二次ガスインジェクタ１１２は、質量流量の０．１％以下の不均一性を有する。
【0069】
図１１では、中間層１６５の底面が示されている。１または複数の二次ガスプレナム１５０は、ガス流入口１７２と、第１プレナム１７６－１および第２プレナム１７６－２と流体連通する流路１７４と、を備える。第１複数の壁１８０が、第１プレナム１７６－１と第２プレナム１７６－２との間に配置されている。複数のスロット１８４が、第１プレナム１７６－１と第２プレナム１７６－２との間の流れを制限するために、複数の壁１８０の端部の間に配置されている。一部の例において、第１プレナム１７６－１はリング形状であり、第２プレナム１７６－２は円形であり、第１複数の壁１８０は弓形であるが、その他の形状が用いられてもよい。
【0070】
第２複数の壁１９０が、貫通孔１１０の周りに配置されている。一部の例において、第２複数の壁１９０は円筒形であるが、その他の形状が用いられてもよい。一部の例において、第２複数の壁１９０の上縁は、二次プレナム１７６－２と貫通孔１１０との間に真空シールを形成するために、結合領域を提供する。一部の例では、複数の制限部１８６が、第２プレナム１７６－２から下側チャンバ３０への二次ガスの流れを制御するために、第２ガスインジェクタ１１２の流入口に提供される。
【0071】
一部の例において、スロット１８４は、スロット１８４での圧力降下ΔＰスロットが圧力降下ΔＰ第１プレナムよりも大幅に大きくなるように、制限部１８６に対してサイズを決められる。一部の例において、ΔＰスロットは、ΔＰ第１プレナムの２０倍の大きさである。一部の例において、ΔＰスロットは、ΔＰ第１プレナムの５倍の大きさである。
【0072】
ここで、図１２～図１４を参照すると、別のシャワーヘッド４０の中間部分３００が、その片側に沿って配置された熱伝導流体流入口および流出口を備えることが図示されている。換言すると、流路は、流入口からシャワーヘッドを横切り、折り返してシャワーヘッドを横切って流出口へ至る。
【0073】
図１２には、中間部分３００の上面が示されている。流体流入口３１０が、流体流入プレナム３２０に接続されている。一部の例において、流体流入プレナム３２０は、弓形である。複数の流路３３０への流入口３２４が、流体流入プレナム３２０に接続されている。複数の流路３３０は、シャワーヘッド４０全体を横切って、折り返した後に流入口３２４の内の隣接する流入口の間に配置された流出口３３４に戻る。流路３３０は、直線部分として図示されているが、直線ではない流路（上で示したようなものなど）が、表面積および熱伝導を増大させるために用いられてもよい（もしくは、直線および曲線の組みあわせが用いられてもよい）。
【0074】
流出口３３４は、中間部分３００におけるガス導管３３８を通して、図１３における中間部分３００の底面側に配置された流出プレナム３５０へ至る。流出プレナム３５０は、流体流出口３５８に接続されている。理解できるとおり、中間部分３００の底面は、図１１に示したものと同様の二次ガスプレナムも備えてよい。導管３３８のサイズは、流路ごとの不均一な流量を補償してポスト１５８を用いるのと同じ均一性を達成するために変更されてよい。
【0075】
本明細書に記載の統合シャワーヘッドは、十分かつ均一なラジカルを供給し、遠隔プラズマ源からのイオンをフィルタリングし、均一な温度制御を提供し、均一な前駆体を供給する。一部の例において、上述の熱伝導流体流路を備えたシャワーヘッドによって提供される温度制御は、基板にわたる温度の不均一性を５℃未満まで抑制する。また、熱伝導流体流路は、上側チャンバ２０の空間に含まれるプラズマから生成される熱を抑制することができる。シャワーヘッドは、さらに、下側チャンバに均一な前駆体供給を提供する内部二次ガスプレナムを備える。一部の例において、二次ガスプレナムからのガス流出口は、シャワーヘッド上への蒸着を最小限に抑えて洗浄の合間の時間を延ばすために、シャワーヘッドの底面からの所定の距離だけオフセットされる。
【0076】
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。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。さらに、実施形態の各々は、特定の特徴を有するものとして記載されているが、本開示の任意の実施形態に関して記載された特徴の内の任意の１または複数の特徴を、他の実施形態のいずれかに実装することができる、および／または、組み合わせが明確に記載されていないとしても、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることができる。換言すると、上述の実施形態は互いに排他的ではなく、１または複数の実施形態を互いに置き換えることは本開示の範囲内にある。
【0077】
要素の間（例えば、モジュールの間、回路要素の間、半導体層の間）の空間的関係および機能的関係性が、「接続される」、「係合される」、「結合される」、「隣接する」、「近接する」、「の上部に」、「上方に」、「下方に」、および、「配置される」など、様々な用語を用いて記載されている。第１および第２要素の間の関係性を本開示で記載する時に、「直接」であると明確に記載されていない限り、その関係性は、他に介在する要素が第１および第２の要素の間に存在しない直接的な関係性でありうるが、１または複数の介在する要素が第１および第２の要素の間に（空間的または機能的に）存在する間接的な関係性でもありうる。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り、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、および、Ｃの少なくとも１つ」という意味であると解釈されるべきではない。
【0078】
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（基板ペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体基板または基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外への基板移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
【0079】
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体基板に対するまたは半導体基板のための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、基板の１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
【0080】
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、基板処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
【0081】
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体基板の加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
【0082】
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこから基板のコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
