特表2023-541888高温プロセス用の別々のフェースプレートを有するハイブリッドシャワーヘッド
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-04
(54)【発明の名称】高温プロセス用の別々のフェースプレートを有するハイブリッドシャワーヘッド
(51)【国際特許分類】
C23C 16/455 20060101AFI20230927BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20230927BHJP
【ＦＩ】
C23C16/455
H01L21/31 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023516060
(86)(22)【出願日】2021-09-09
(85)【翻訳文提出日】2023-05-10
(86)【国際出願番号】 US2021049556
(87)【国際公開番号】W WO2022060615
(87)【国際公開日】2022-03-24
(31)【優先権主張番号】63/079,530
(32)【優先日】2020-09-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ヤップ・リップヤウ
(72)【発明者】
【氏名】ウォンセナカム・パンヤ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィクラマン・ニヴィン
(72)【発明者】
【氏名】リンド・ギャリー・ビー．
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030EA04
4K030EA05
4K030KA05
5F045AA15
5F045AD06
5F045DP03
5F045EE04
5F045EF05
5F045EF11
5F045EJ03
5F045EK07
5F045EK22
5F045GB05
(57)【要約】
【課題】
【解決手段】処理チャンバ用のシャワーヘッドは、処理チャンバに取り付けられた金属プレートと、金属プレートに取り付けられ、基板に面する表面上に複数のガス出口を含むセラミックフェースプレートと、セラミックフェースプレートを囲み、処理チャンバに取り付けられた金属リングとを備える。
【選択図】図３Ａ
【解決手段】処理チャンバ用のシャワーヘッドは、処理チャンバに取り付けられた金属プレートと、金属プレートに取り付けられ、基板に面する表面上に複数のガス出口を含むセラミックフェースプレートと、セラミックフェースプレートを囲み、処理チャンバに取り付けられた金属リングとを備える。
【選択図】図３Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理チャンバ用のシャワーヘッドであって、前記処理チャンバに取り付けられた金属プレートと、
前記金属プレートに取り付けられ、基板に面する表面上に複数のガス出口を含むセラミックフェースプレートと、
前記セラミックフェースプレートを囲み、前記処理チャンバに取り付けられた金属リングと
を備える、シャワーヘッド。
【請求項2】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記セラミックフェースプレートは、前記金属プレートよりも小さい直径を有する、シャワーヘッド。
【請求項3】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングの外径は、前記金属プレートの直径と同じである、シャワーヘッド。
【請求項4】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記セラミックフェースプレートは、前記金属プレートの直径および前記金属リングの外径よりも小さい直径を有する、シャワーヘッド。
【請求項5】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングの内縁は、前記セラミックフェースプレートの外縁に接触する、シャワーヘッド。
【請求項6】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記セラミックフェースプレートは、前記セラミックフェースプレートのベース部分から半径方向外側に延びる第１のフランジを含み、
前記金属リングは、前記金属リングの内縁から半径方向内側に延びる第２のフランジを含み、
前記第２のフランジは、前記第１のフランジ上に張り出す、
シャワーヘッド。
【請求項7】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングは、前記金属プレートに取り付けられる、シャワーヘッド。
【請求項8】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングは、前記金属プレートと一体化される、シャワーヘッド。
【請求項9】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングは、前記金属プレートに接触し、
前記金属リングは、前記金属プレートに接触する表面に凹部を含む、
シャワーヘッド。
【請求項10】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、前記セラミックフェースプレートの外縁に近接して前記セラミックフェースプレートに接触する表面に凹部を含む、シャワーヘッド。
【請求項11】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングは、前記金属プレートに取り付けられ、前記金属プレートに接触する上面に第１の凹部を含み、
前記金属プレートは、前記セラミックフェースプレートの外縁に近接して前記セラミックフェースプレートに接触する下面に第２の凹部を含む、
シャワーヘッド。
【請求項12】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、前記セラミックフェースプレートの外縁および前記金属リングの内縁を介して前記処理チャンバと流体連通するマニホールドを含む、シャワーヘッド。
【請求項13】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、マニホールドを含み、
前記金属リングと前記セラミックフェースプレートとの間の界面は、前記処理チャンバから前記マニホールドへの排気ガスの流れを制御する、
シャワーヘッド。
【請求項14】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、
前記処理チャンバと流体連通するマニホールドと、
前記マニホールドと流体連通して前記処理チャンバからガスを排気する出口と
を含む、シャワーヘッド。
【請求項15】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、マニホールドを含み、
前記マニホールドは、前記処理チャンバと流体連通する複数の貫通孔を含む、
シャワーヘッド。
【請求項16】
請求項１５に記載のシャワーヘッドであって、前記マニホールドは、不活性ガスを受け取り、
前記不活性ガスは、前記複数の貫通孔を介して前記処理チャンバに流入する、
シャワーヘッド。
【請求項17】
請求項１５に記載のシャワーヘッドであって、前記マニホールドは、前記処理チャンバから前記複数の貫通孔を介して排気ガスを受け取る、シャワーヘッド。
【請求項18】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、マニホールドを含み、
前記マニホールドの第１の部分は、前記処理チャンバから第１のガスを排気し、
前記マニホールドの第２の部分は、第２のガスを前記処理チャンバに供給する、
シャワーヘッド。
【請求項19】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、マニホールドと、前記マニホールドの第１の部分に接続された出口と、前記第１の部分から分離された前記マニホールドの第２の部分に接続された入口とを含み、
前記セラミックフェースプレートと前記金属リングとの間の界面を通して前記処理チャンバから受け取った第１のガスを前記出口を介して排気する、前記マニホールドの前記第１の部分における第１のセットの孔、および
前記入口から受け取った第２のガスを前記処理チャンバに供給する、前記マニホールドの前記第２の部分における第２のセットの孔、
シャワーヘッド。
【請求項20】
請求項１９に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングは、前記マニホールドの前記第２の部分における前記第２のセットの孔および前記処理チャンバと流体連通する複数の貫通孔を含む、シャワーヘッド。
【請求項21】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記セラミックフェースプレートは、
ベース部分であって、前記ベース部分から垂直に延びる壁によって形成された複数の同心チャネルの周りに配置された前記ガス出口を含むベース部分と、
前記ベース部分上に配置された上側部分であって、前記上側部分は、前記壁に接触し、ガスを受け取る１つまたは複数の入口を含む上側部分と
を備え、
前記セラミックフェースプレートにおける前記ガス出口は、前記ガスを前記処理チャンバ内に分散させる、
シャワーヘッド。
【請求項22】
請求項２１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートに接続されたガス入口と、
前記ガス入口および前記セラミックフェースプレートの前記１つまたは複数の入口に取り付けられたアダプタと
をさらに備える、シャワーヘッド。
【請求項23】
請求項２２に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートは、スロットを含み、
前記アダプタは、前記スロット内に配置され、前記セラミックフェースプレートの前記１つまたは複数の入口にそれぞれ結合する１つまたは複数のセグメントを含む、
シャワーヘッド。
【請求項24】
請求項２３に記載のシャワーヘッドであって、前記スロットは、前記金属プレートの中心に配置され、
前記アダプタの前記１つまたは複数のセグメントは、前記中心から半径方向外側に延びる、
シャワーヘッド。
【請求項25】
請求項２１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートの中心に接続されたガス入口であって、前記金属は、前記中心に前記ガス入口と流体連通するスロットを含むガス入口と、
前記スロット内に配置されたアダプタであって、前記ガス入口と流体連通し、前記中心から半径方向外側に延び、かつ前記セラミックフェースプレートの前記１つまたは複数の入口にそれぞれ結合する１つまたは複数のセグメントを含むアダプタと
をさらに備える、シャワーヘッド。
【請求項26】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、ヒータを含み、前記金属プレート上に配置された第１のプレートと、
冷却チャネルを含み、前記第１のプレート上に配置された第２のプレートと
をさらに備える、シャワーヘッド。
【請求項27】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属リングは、耐腐食性材料でめっきされる、シャワーヘッド。
【請求項28】
請求項１に記載のシャワーヘッドであって、前記金属プレートおよび前記金属リングは、耐腐食性材料でめっきされる、シャワーヘッド。
【請求項29】
請求項２０に記載のシャワーヘッドであって、前記壁は、耐腐食性材料でめっきされる、シャワーヘッド。
【請求項30】
システムであって、請求項１に記載のシャワーヘッドと、
台座であって、前記金属リングは、前記台座に接触する台座と
を備える、システム。
【請求項31】
請求項３０に記載のシステムであって、前記金属リングは、前記台座から前記セラミックフェースプレートを隔離する、システム。
【請求項32】
請求項３０に記載のシステムであって、ガスを前記シャワーヘッドに供給するガス源
をさらに備え、
前記ガスは、前記シャワーヘッドの前記セラミックフェースプレートの前記複数のガス出口を通って前記処理チャンバ内に分散される、
システム。
【請求項33】
請求項３０に記載のシステムであって、冷却剤を前記シャワーヘッドおよび前記台座の少なくとも１つに供給する流体送給システムをさらに備える、システム。
【請求項34】
請求項３０に記載のシステムであって、前記シャワーヘッドおよび前記台座の少なくとも１つは、１つまたは複数のヒータを備える、システム。
【請求項35】
請求項３０に記載のシステムであって、前記処理チャンバに接続された真空ポンプをさらに備える、システム。
【請求項36】
請求項３０に記載のシステムであって、前記処理チャンバに接続され、不活性ガスを前記処理チャンバに供給するガス源をさらに備える、システム。
【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９月１７日に出願された米国仮出願第６３／０７９，５３０号の利益を主張する。上記で参照された出願の全体の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年９月１７日に出願された米国仮出願第６３／０７９，５３０号の利益を主張する。上記で参照された出願の全体の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、基板処理システムに関し、より詳細には、高温プロセス用の別々のフェースプレートを有するハイブリッドシャワーヘッドに関する。
【背景技術】
【0003】
ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明されている範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
【0004】
原子層堆積（ＡＬＤ）は、気体化学プロセスを連続して実施し、材料の表面（例えば、半導体ウエハなどの基板の表面）上に薄膜を堆積する薄膜堆積法である。ほとんどのＡＬＤ反応は、材料の表面と反応する前駆体（反応剤）と呼ばれる２つの化学物質を使用し、順番に、自己制限的な方式で一度に１つの前駆体を使用する。別々の前駆体に繰り返し曝露することで、薄膜が材料の表面上に徐々に堆積される。
【0005】
熱ＡＬＤ（Ｔ－ＡＬＤ）は、加熱された処理チャンバ内で実行される。処理チャンバは、真空ポンプおよび不活性ガスの制御された流れを使用して大気圧未満の圧力に維持される。ＡＬＤ膜でコーティングされる基板は、処理チャンバ内に載置され、ＡＬＤプロセスを開始する前に処理チャンバの温度と平衡にすることが可能である。
【発明の概要】
【0006】
処理チャンバ用のシャワーヘッドは、処理チャンバに取り付けられた金属プレートと、金属プレートに取り付けられ、基板に面する表面上に複数のガス出口を含むセラミックフェースプレートと、セラミックフェースプレートを囲み、処理チャンバに取り付けられた金属リングとを備える。
【0007】
別の特徴において、セラミックフェースプレートは、金属プレートよりも小さい直径を有する。
【0008】
別の特徴において、金属リングの外径は、金属プレートの直径と同じである。
【0009】
別の特徴において、セラミックフェースプレートは、金属プレートの直径および金属リングの外径よりも小さい直径を有する。
【0010】
別の特徴において、金属リングの内縁は、セラミックフェースプレートの外縁に接触する。
【0011】
他の特徴において、セラミックフェースプレートは、セラミックフェースプレートのベース部分から半径方向外側に延びる第１のフランジを含む。金属リングは、金属リングの内縁から半径方向内側に延びる第２のフランジを含む。第２のフランジは、第１のフランジ上に配置される。
【0012】
別の特徴において、金属リングは、金属プレートに取り付けられる。
【0013】
別の特徴において、金属リングは、金属プレートと一体化される。
【0014】
他の特徴において、金属リングは、金属プレートに接触する。金属リングは、金属プレートに接触する表面に凹部を含む。
【0015】
別の特徴において、金属プレートは、セラミックフェースプレートの外縁に近接してセラミックフェースプレートに接触する表面に凹部を含む。
【0016】
他の特徴において、金属リングは、金属プレートに取り付けられ、金属プレートに接触する上面に第１の凹部を含む。金属プレートは、セラミックフェースプレートの外縁に近接してセラミックフェースプレートに接触する下面に第２の凹部を含む。
【0017】
別の特徴において、金属プレートは、セラミックフェースプレートの外縁および金属リングの内縁を介して処理チャンバと流体連通するマニホールドを含む。
【0018】
他の特徴において、金属プレートは、マニホールドを含む。金属リングとセラミックフェースプレートとの間の界面は、処理チャンバからマニホールドへの排気ガスの流れを制御する。
【0019】
他の特徴において、金属プレートは、処理チャンバと流体連通するマニホールドと、マニホールドと流体連通して処理チャンバからガスを排気する出口とを含む。
【0020】
他の特徴において、金属プレートは、マニホールドを含む。マニホールドは、処理チャンバと流体連通する複数の貫通孔を含む。
【0021】
別の特徴において、マニホールドは、不活性ガスを受け取る。不活性ガスは、複数の貫通孔を介して処理チャンバに流入する。
【0022】
別の特徴において、マニホールドは、処理チャンバから複数の貫通孔を介して排気ガスを受け取る。
【0023】
他の特徴において、金属プレートは、マニホールドを含む。マニホールドの第１の部分は、処理チャンバから第１のガスを排気する。マニホールドの第２の部分は、第２のガスを処理チャンバに供給する。
【0024】
他の特徴において、金属プレートは、マニホールドと、マニホールドの第１の部分に接続された出口と、第１の部分から分離されたマニホールドの第２の部分に接続された入口とを含む。セラミックフェースプレートと金属リングとの間の界面を通して処理チャンバから受け取った第１のガスを出口を介して排気する、マニホールドの第１の部分における第１のセットの孔。入口から受け取った第２のガスを処理チャンバに供給する、マニホールドの第２の部分における第２のセットの孔。
【0025】
別の特徴において、金属リングは、マニホールドの第２の部分における第２のセットの孔および処理チャンバと流体連通する複数の貫通孔を含む。
【0026】
他の特徴において、セラミックフェースプレートは、ベース部分であって、ベース部分から垂直に延びる壁によって形成された複数の同心チャネルの周りに配置されたガス出口を含むベース部分を備える。セラミックフェースプレートは、ベース部分上に配置された上側部分を含み、上側部分は、壁に接触し、ガスを受け取る１つまたは複数の入口を含む。セラミックフェースプレートにおけるガス出口は、ガスを処理チャンバ内に分散させる。
【0027】
他の特徴において、シャワーヘッドは、金属プレートに接続されたガス入口と、ガス入口およびセラミックフェースプレートの１つまたは複数の入口に取り付けられたアダプタとをさらに備える。
【0028】
他の特徴において、金属プレートは、スロットを含む。アダプタは、スロット内に配置され、セラミックフェースプレートの１つまたは複数の入口にそれぞれ結合する１つまたは複数のセグメントを含む。
【0029】
他の特徴において、スロットは、金属プレートの中心に配置される。アダプタの１つまたは複数のセグメントは、中心から半径方向外側に延びる。
【0030】
他の特徴において、シャワーヘッドは、金属プレートの中心に接続されたガス入口をさらに備え、金属は、中心にガス入口と流体連通するスロットを含む。シャワーヘッドは、スロット内に配置されたアダプタであって、ガス入口と流体連通し、中心から半径方向外側に延び、かつセラミックフェースプレートの１つまたは複数の入口にそれぞれ結合する１つまたは複数のセグメントを含むアダプタをさらに備える。
【0031】
他の特徴において、シャワーヘッドは、ヒータを含み、金属プレート上に配置された第１のプレートと、冷却チャネルを含み、第１のプレート上に配置された第２のプレートとをさらに備える。
【0032】
別の特徴において、金属リングは、耐腐食性材料でめっきされる。
【0033】
別の特徴において、金属プレートおよび金属リングは、耐腐食性材料でめっきされる。
【0034】
別の特徴において、壁は、耐腐食性材料でめっきされる。
【0035】
他の特徴において、システムは、シャワーヘッドと、台座とを含み、金属リングは、台座に接触する。
【0036】
別の特徴において、金属リングは、台座からセラミックフェースプレートを隔離する。
【0037】
他の特徴において、システムは、ガスをシャワーヘッドに供給するガス源をさらに備え、ガスは、シャワーヘッドのセラミックフェースプレートの複数のガス出口を通って処理チャンバ内に分散される。
【0038】
別の特徴において、システムは、冷却剤をシャワーヘッドおよび台座の少なくとも１つに供給する流体送給システムをさらに備える。
【0039】
別の特徴において、シャワーヘッドおよび台座の少なくとも１つは、１つまたは複数のヒータを備える。
【0040】
別の特徴において、システムは、処理チャンバに接続された真空ポンプをさらに備える。
【0041】
別の特徴において、システムは、処理チャンバに接続され、不活性ガスを処理チャンバに供給するガス源をさらに備える。
【0042】
本開示を適用可能な他の分野は、詳細な説明、特許請求の範囲および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0043】
本開示は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【0062】
【0063】
【0064】
【0065】
これらの図面において、参照番号は、類似の要素および／または同一の要素を指すために再度利用されることがある。
【発明を実施するための形態】
【0066】
ほとんどのシャワーヘッドは、アルミニウムなどの金属で作製される。一部のシャワーヘッドは、熱制御のためにアルミニウムなどの金属で作製されたバッキングプレートに装着されたセラミックフェースプレートを含むことができる。セラミックフェースプレートは、典型的には、バッキングプレートと同じサイズ（直径）である。その結果、セラミックフェースプレートは、プロセスモジュールのトッププレートに直接接触する。トッププレートは、金属製かつ比較的低温であり、セラミックフェースプレートとは非常に異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。加えて、セラミックフェースプレートの外径（ＯＤ）に近いセラミックフェースプレートの底部は、処理チャンバ内の台座から近い空間距離にあり、基板処理中に台座の熱負荷を受けることになる。したがって、ＯＤに近いセラミックフェースプレートの一部は、以下でさらに詳細に説明するように、セラミックフェースプレートのＯＤの近くで亀裂を引き起こす可能性がある比較的高い温度勾配を有する。
【0067】
本開示は、セラミックフェースプレートの直径を低減し、セラミックフェースプレートの周りに金属（例えば、アルミニウム）リングを追加するシャワーヘッド設計を提供する。金属リングは、トッププレートおよび台座の熱負荷からセラミックフェースプレートを切り離す。金属リングは、セラミックフェースプレートとトッププレートとの間における断熱層を提供する。セラミックフェースプレートの代わりに、金属リングが台座の熱負荷を受けることになる。セラミックフェースプレートのＯＤに導入された断熱層は、セラミックフェースプレートの縁部近くのトッププレートの冷却効果からセラミックフェースプレートを熱的に隔離する。
【0068】
セラミックフェースプレートのより小さな直径、ならびに金属リングによって提供される切り離しおよび断熱層により、セラミックフェースプレートは、セラミックフェースプレートがバッキングプレートと同じサイズ（直径）である場合と比較して、より小さく均一な温度勾配を有する。セラミックフェースプレートの代わりに金属リングがトッププレートに接触し、セラミックフェースプレートの代わりに金属リングが台座の熱負荷を受けるため、摂氏５９０度超～最大摂氏６５０度の温度において亀裂（または欠陥）がセラミックフェースプレートに発生することはない。
【0069】
ある設計では、金属リングは、バッキングプレートに組み込まれる。別の設計では、セラミックフェースプレートの縁部における温度プロファイルを変化させるようにより小さいセラミックフェースプレートとバッキングプレートとの間の接触ギャップが設計され、それにより比較的高い温度を必要とするプロセス中に熱衝撃および局所的な応力による亀裂が生じないようにする。シャワーヘッド設計はまた、セラミックフェースプレートとバッキングプレートとの間の接触コンダクタンスにより、より小さいセラミックフェースプレートの軸方向冷却（すなわち、直径に垂直な垂直軸に沿った冷却）を強化する。さらに、冷却コイルをバッキングプレートに組み込み、冷却能力を高めることができる。
【0070】
本開示のシャワーヘッド設計では、セラミックフェースプレートの代わりに、セラミックフェースプレートに隣接する金属リングおよびバッキングプレートが処理チャンバのための主真空シールを形成する。これらのシャワーヘッド設計により、バッキングプレートの分解を必要とせずに処理チャンバの蓋（トッププレート）を単に持ち上げることによって、セラミックフェースプレートを容易に交換可能（例えば、均一性の改善、微量の低減、および材料の選択のため）およびアクセス可能（例えば、取り外し可能）にする。さらに、以下で説明するように、バッキングプレート内のマニホールドを通した微量の排気ガスのポンピングは、フローチョークを断熱層（すなわち、金属リングがセラミックフェースプレートに接触する場所）に組み込むことによって促進される。フローチョークは、バッキングプレート内のマニホールドを通して微量の排気ガスをポンピングするための均一性制御を提供する。
【0071】
これらの特徴により、セラミックフェースプレートの亀裂が排除され、より小さいセラミックフェースプレートのより低い温度勾配および線膨張により、熱応力が安全なレベルまで低減される。加えて、一部の設計では、セラミックフェースプレートを囲む金属リングなどのシャワーヘッドの他の特徴は、拡散接合プロセスによりバッキングプレートに組み込まれる。バッキングプレートの材料の連続性および冷却能力により、これらのガス通路を効果的に冷却することが可能である。したがって、これらの特徴の表面は、プロセス副生成物に対する耐食性のために、耐食性材料で（例えば、無電解ニッケルめっきを使用して）めっきすることができる。金属リングは、耐食性材料で（例えば、無電解ニッケルめっきを使用して）めっきすることも可能である。ここで、本開示のシャワーヘッドのこれらおよび他の特徴を以下で詳細に説明する。
【0072】
本開示は、以下のように構成される。本開示に従って設計されたシャワーヘッドを使用することができる処理チャンバの一例が、図１を参照して示され説明される。本開示のシャワーヘッド設計によって解決される問題が、図２Ａ～図２Ｃを参照して示され説明される。問題に対する解決策が、図３Ａ～図３Ｃを参照して示され説明される。本開示によるシャワーヘッド設計の一例が、図４を参照して示され説明される。本開示に従って設計された台座およびシャワーヘッドの一例が、図５を参照して示され説明される。
【0073】
その後、本開示による３つの異なるシャワーヘッド設計が、図６Ａ～図６Ｃを参照して示され説明される。各シャワーヘッド設計が、図７～図９Ｃを参照してさらに詳細に示され説明される。本開示のシャワーヘッドと共に使用される冷却プレートの一例が、図１０を参照して示され説明される。本開示のシャワーヘッド用の金属リングが、図１１Ａ～図１１Ｃを参照してさらに詳細に示され説明される。本開示のシャワーヘッド用のバッキングプレートが、図１２を参照してさらに詳細に示され説明される。本開示のシャワーヘッドのセラミックフェースプレートが、図１３Ａ～図１３Ｃを参照してさらに詳細に示され説明される。
【0074】
図１は、熱原子層堆積（Ｔ－ＡＬＤ）を使用して基板を処理するように構成された処理チャンバ１０２を備える基板処理システム１００の一例を示す。処理チャンバ１０２は、基板処理システム１００の他の構成要素を取り囲んでいる。処理チャンバ１０２は、基板支持体（例えば、台座）１０４を備える。処理中、基板１０６が台座１０４上に配置される。
【0075】
１つまたは複数のヒータ１０８（例えば、ヒータアレイ）を台座１０４の金属ベースプレート上に配置されたセラミックプレート内に配置させ、処理中に基板１０６を加熱することができる。ゾーンヒータまたは一次ヒータ（図示せず）と呼ばれる１つまたは複数の追加のヒータを、ヒータ１０８の上または下のセラミックプレートに配置させることができる。加えて、図示されていないが、台座１０４を冷却するために冷却剤を通して流すことができる冷却チャネルを備える冷却システムが、台座１０４のベースプレート内に配置されてもよく、１つまたは複数の温度センサが、台座１０４の温度を感知するために台座１０４内に配置されてもよい。
【0076】
処理チャンバ１０２は、処理ガスを処理チャンバ１０２内に導入および分配するシャワーヘッドなどのガス分配デバイス１１０を備える。ガス分配デバイス（以下、シャワーヘッド）１１０は、処理チャンバ１０２の上面に接続された一端を含むステム部分１１２を含むことができる。シャワーヘッド１１０のベース部分１１４は、概して円筒形であり、処理チャンバ１０２の上面から離間した場所においてステム部分１１２の反対側の端部から半径方向外側に延びる。
【0077】
シャワーヘッド１１０のベース部分１１４の基板に面する表面は、セラミックフェースプレート（後続の図に示す）を備える。セラミックフェースプレートは、前駆体が処理チャンバ１０２に通って流入する複数の出口または特徴（例えば、スロットまたは貫通孔）を備える。図１３Ａ～図１３Ｃを参照して詳細に示され説明されるシャワーヘッド１１０のセラミックフェースプレートは、示すよりも台座１０４に近い。
【0078】
セラミックフェースプレートは、本開示に従って設計された金属リング（後続の図を参照して示され説明される）によって囲まれている。シャワーヘッド１１０はまた、加熱プレートおよび冷却プレート（後続の図を参照して示され説明される）を備える。加熱プレートは、１つまたは複数のヒータを含む。冷却プレートは、以下で説明するように冷却剤を通して循環させることができる冷却チャネル（図１０参照）を含む。加えて、図示されていないが、１つまたは複数の温度センサが、シャワーヘッド１１０の温度を感知するためにシャワーヘッド１１０内に配置されてもよい。
【0079】
ガス送給システム１３０は、１つまたは複数のガス源１３２－１、１３２－２、…、および１３２－Ｎ（総称してガス源１３２）を備え、Ｎは、ゼロよりも大きい整数である。ガス源１３２は、弁１３４－１、１３４－２、…、および１３４－Ｎ（総称して弁１３４）およびマスフローコントローラ１３６－１、１３６－２、…、および１３６－Ｎ（総称してマスフローコントローラ１３６）によってマニホールド１３９に接続される。マニホールド１３９の出力は、処理チャンバ１０２に供給される。ガス源１３２は、プロセスガス、洗浄ガス、パージガス、不活性ガスなどを処理チャンバ１０２に供給することができる。
【0080】
流体送給システム１４０は、冷却剤を台座１０４における冷却システムおよびシャワーヘッド１１０における冷却チャネルに供給する。温度コントローラ１５０が、台座１０４におけるヒータ１０８、ゾーンヒータ、および温度センサ、ならびにシャワーヘッド１１０における加熱プレートおよび温度センサに接続され得る。温度コントローラ１５０は、台座１０４におけるヒータ１０８、ゾーンヒータに供給される電力、および冷却システムを通る冷却剤の流れを制御し、台座１０４および基板１０６の温度を制御することができる。温度コントローラ１５０はまた、シャワーヘッド１１０の加熱プレート内に配置されたヒータに供給される電力、およびシャワーヘッド１１０の冷却プレート内に配置された冷却チャネルを通る冷却剤の流れを制御し、シャワーヘッド１１０の温度を制御することができる。
【0081】
真空ポンプ１５８が、基板処理中に処理チャンバ１０２内を大気圧未満に維持する。弁１５５が、シャワーヘッド１１０における出口（後続の図に示す）に接続され、出口から排気ガスがシャワーヘッド１１０を出る。弁１５６が、処理チャンバ１０２の排気ポートに接続される。弁１５６、１５７および真空ポンプ１５８は、処理チャンバ１０２内の圧力を制御し、弁１５５を介してシャワーヘッド１１０から排気ガスを排出し、弁１５６を介して処理チャンバ１０２から反応剤を排出するために使用される。隔離弁１５７が、図示のように弁１５５、１５６と真空ポンプ１５８との間に配置され得る。システムコントローラ１６０が、弁１５５、１５６、１５７および真空ポンプ１５８を含む基板処理システム１００の構成要素を制御する。
【0082】
図２Ａ～図２Ｃは、セラミックフェースプレートが、セラミックフェースプレートが取り付けられるバッキングプレートと同じサイズであるシャワーヘッドの一例を示す。図２Ｂおよび図２Ｃは、シャワーヘッドにおける温度勾配および結果として生じる応力を示す。図２Ｄは、シャワーヘッドのセラミックフェースプレートにおける温度勾配および結果として生じる応力によって引き起こされる亀裂の起点を示す。続いて、図３Ａ～図３Ｃは、セラミックフェースプレートがバッキングプレートよりも小さく、金属リングがセラミックフェースプレートの周りに配置される、本開示に従って設計されたシャワーヘッドの一例を示す。図３Ｂおよび図３Ｃは、このシャワーヘッドにおける温度勾配および結果として生じる応力を示し、この温度勾配および結果として生じる応力は、以下で詳細に説明するように、より小さいセラミックフェースプレートおよびセラミックフェースプレートの周りの金属リングの配置のために、図２Ａ～図２Ｃに示すシャワーヘッドとは異なる。
【0083】
図２Ａは、シャワーヘッド２００の一部の断面を示す。シャワーヘッド２００は、バッキングプレート２０４に取り付けられたセラミックフェースプレート２０２を備える。セラミックフェースプレート２０２は、バッキングプレート２０４と同じサイズ（直径）である。マニホールド２０６は、セラミックフェースプレート２０２とバッキングプレート２０４との間に配置される。処理チャンバからの微量の排気ガスは、図４以降を参照して以下で説明するように、バッキングプレート２０４における出口を通ってマニホールド２０６を介して出る。セラミックフェースプレート２０２は、ガスを処理チャンバ内に分散させるために、図１３Ａ～図１３Ｃを参照して以下に示され説明されるガス通路および貫通孔を含む。
【0084】
図２Ｂは、加熱プレート２０８および冷却プレート２１０が追加されたシャワーヘッド２００の断面を示す。加熱プレート２０８は、バッキングプレート２０４上に配置される。冷却プレート２１０は、加熱プレート２０８上に配置される。加熱プレートは、１つまたは複数のヒータ２０９を含む。冷却プレート２１０は、冷却チャネル３２０（図１０に詳細に示す）を含む。シャワーヘッド２００全体に温度勾配を生じさせる、変動温度を有するシャワーヘッド２００の領域（すなわち、温度ゾーン）が、波線２１１によって示されている。
【0085】
例えば、プロセス中の台座の温度についての設定点が摂氏約５９０度であり、冷却プレート２１０の温度が摂氏約２０～２５度である場合、セラミックフェースプレート２０２の中心から線２１１ａまでの温度は、摂氏約２９０～２９５度であり、線２１１ａから線２１１ｂまでの温度は、摂氏約２５０度であり、線２１１ｂから線２１１ｃまでの温度は、摂氏約２２５度などである。シャワーヘッド２００のセラミックフェースプレート２０２の周囲またはＯＤにおける温度は、摂氏約２００度である。したがって、温度は、セラミックフェースプレート２０２の中心における摂氏約２９０～２９５度からセラミックフェースプレート２０２の周囲またはＯＤにおける摂氏約２００度までの間においてシャワーヘッド２００全体で半径方向および軸方向に（すなわち、シャワーヘッド２００の垂直軸に沿って）変化し、シャワーヘッド２００全体に比較的高い温度勾配を引き起こす。
【0086】
図２Ｃは、シャワーヘッド２００のセラミックフェースプレート２０２を示す。セラミックフェースプレート２０２全体の温度勾配によって引き起こされる変動応力（平方インチあたりのキロポンドまたはｋｓｉで表される）を有するセラミックフェースプレート２０２の領域が、波線２１３によって示されている。例えば、プロセス中の台座の温度についての設定点が摂氏約５９０度であり、冷却プレート２１０の温度が摂氏約２０～２５度である場合、セラミックフェースプレート２０２の中心から線２１３ａまでの応力は、約１．６ｋｓｉであり、線２１３ａから線２１３ｂまでの応力は、約２．９ｋｓｉであり、線２１３ｂから線２１３ｃまでの応力は、約６．７ｋｓｉであり、線２１３ｂから線２１３ｃまでの応力は、約７．９ｋｓｉであり、シャワーヘッド２００のセラミックフェースプレート２０２の周囲またはＯＤにおける応力は、約９．２ｋｓｉである。したがって、応力は、セラミックフェースプレート２０２全体で半径方向に増加する。
【0087】
セラミックフェースプレート２０２のＯＤにおいて、セラミックフェースプレート２０２の底部は、処理チャンバの台座から近い空間距離にある。したがって、セラミックフェースプレート２０２の縁部は、基板処理中に台座からの熱負荷を受けることになる。その結果、セラミックフェースプレート２０２のＯＤにおける温度は、２１２において比較的高い。
【0088】
さらに、セラミックフェースプレート２０２がバッキングプレート２０４と同じサイズ（直径）であるため、セラミックフェースプレート２０２のＯＤは、シャワーヘッド２００を囲む処理チャンバのトッププレート（または側壁）に直接接触する。トッププレートは、比較的低温であり、セラミックフェースプレート２０２とは非常に異なるＣＴＥを有する。したがって、台座からの熱負荷、およびセラミックフェースプレート２０２とは異なるＣＴＥを有する低温トッププレートとの直接接触により、セラミックフェースプレート２０２全体の半径方向温度勾配は比較的高い。
【0089】
図２Ｄは、セラミックフェースプレート２０２の周辺領域（すなわち、ＯＤ付近）における半径方向温度勾配によって引き起こされる応力を示す。台座設定点温度の上記の例に従って、応力は、２１３ａから２１３ｇまで徐々に増加し、２１２において最大（例えば、１０ｋｓｉを超える）である。したがって、セラミックフェースプレート２０２全体の比較的高い半径方向温度勾配、およびセラミックフェースプレート２０２のＯＤにおける比較的高い応力は、２１２に示すようにセラミックフェースプレート２０２のＯＤにおいて亀裂を引き起こす。この問題は、一部のプロセスに必要な台座の比較的高い設定点温度（例えば、摂氏６５０度を超える）によって悪化する。
【0090】
図３Ａは、本開示によるシャワーヘッド３００の一部の断面を示す。シャワーヘッド３００は、シャワーヘッド２００のセラミックフェースプレート２０２よりも直径が小さいセラミックフェースプレート３０２を備える。具体的には、セラミックフェースプレート３０２は、バッキングプレート２０４よりも直径が小さい。金属リング３０４（例えば、アルミニウムで作製される）が、示すようにセラミックフェースプレート３０２の周りに配置される。セラミックフェースプレート３０２および金属リング３０４は、マニホールド２０６に取り付けられる。したがって、セラミックフェースプレート３０２の代わりに、金属リング３０４が処理チャンバのトッププレート（または側壁）に直接接触する。
【0091】
金属リング３０４は、シャワーヘッド３００を囲む処理チャンバのトッププレート（または側壁）からセラミックフェースプレート３０２を（物理的および熱的に）切り離す。さらに、セラミックフェースプレート３０２のＯＤの代わりに、金属リング３０４は、処理チャンバの台座から近い空間距離にある（図５参照）。その結果、セラミックフェースプレート３０２のＯＤの代わりに、金属リング３０４は、基板処理中に台座からの熱負荷を受けることになる。セラミックフェースプレート３０２は、ガスを処理チャンバ内に分散させるために、図１３Ａ～図１３Ｃを参照して以下に示され説明されるガス通路および貫通孔を含む。
【0092】
シャワーヘッド３００では、バッキングプレート２０４における出口（図５に示す）を通して排気ガスをポンピングするのを容易にすることに加えて、マニホールド２０６の外側部分は、金属リング３０４における複数の孔３０８を通して不活性ガス（例えば、アルゴン）を処理チャンバ（例えば、図１に示す処理チャンバ１０２）内に注入するために使用される。孔３０８は、図１１Ａ～図１２に詳細に示されている。孔３０８を通して不活性ガスを処理チャンバ内に注入することによって、不活性ガスのカーテンが処理チャンバ内の反応ゾーン（すなわち、堆積領域または基板を囲む領域）の周りに形成され、チャンバ容積内の汚染物質／副生成物の逆流から基板（例えば、図１に示す基板１０６）を隔離する。金属リング３０４における孔３０８は、図１１Ａ～図１２に示すようにマニホールド２０６の外側部分における対応する孔と整列する。不活性ガスを孔３０８に供給するための入口は、図９Ｃを参照して以下に示され説明されるようにバッキングプレート２０４を通して配置される。
【0093】
締結具３０９が、マニホールド２０６をセラミックフェースプレート３０２に締結するために使用される。マニホールド２０６は、締結具３０９用の孔（図１２に示す）を含む。同様の締結具（図４に示す）が、マニホールド２０６を金属リング３０４に締結するために使用される。金属リング３０４は、締結具用の孔（図１１Ａ～図１１Ｃに示す）を含む。アダプタ３３０が、図１２を参照して以下でさらに詳細に説明するように、ステム部分３１２におけるガス入口からのガス流を分割し、ステム部分３１２におけるガス入口から受け取ったガスをセラミックフェースプレート３０２の複数のガス入口に供給する。示される他の構造については、図４以降を参照して後述される。まず、シャワーヘッド３００全体の温度勾配、およびセラミックフェースプレート３０２全体の温度勾配によって引き起こされる応力について以下に説明する。
【0094】
図３Ｂは、加熱プレート２０８が追加されたシャワーヘッド３００の断面を示す。冷却プレート２１０は、加熱プレート２０８の上に存在し、図４に示されている。シャワーヘッド３００全体に温度勾配を生じさせる、変動温度を有するシャワーヘッド３００の領域（すなわち、温度ゾーン）が、波線２１５によって示されている。
【0095】
例えば、プロセス中の台座の温度についての設定点が摂氏約５９０度であり、冷却プレート２１０の温度が摂氏約２０～２５度である場合、線２１５ａよりも下のセラミックフェースプレート３０２の領域における温度は、摂氏約２７０～２９０度であり、線２１５ａから線２１５ｂまでのセラミックフェースプレート３０２の領域における温度は、摂氏約２５０～２７０度であり、線２１５ｂから線２１５ｃまでのセラミックフェースプレート３０２の領域における温度は、摂氏約２５０～２２５度であり、金属リング３０４の温度を含む、線２１５ｃから線２１５ｄまでのセラミックフェースプレート３０２の領域における温度は、摂氏約２２５～２００度であり、線２１５ｄを超えるセラミックフェースプレート３０２の領域における温度は、摂氏約２００～１８５度である。したがって、シャワーヘッド３００全体、特にシャワーヘッド３００のセラミックフェースプレート３０２全体の温度勾配は、シャワーヘッド２００全体およびシャワーヘッド２００のセラミックフェースプレート２０２全体の温度勾配と比較して低く、かつより均一である。
【0096】
図３Ｃは、シャワーヘッド３００のセラミックフェースプレート３０２における応力集中を示す。セラミックフェースプレート３０２全体の温度勾配によって引き起こされる変動応力を有するセラミックフェースプレート３０２の領域が、波線２１７によって示されている。例えば、プロセス中の台座の温度についての設定点が摂氏約５９０度であり、冷却プレート２１０の温度が摂氏約２０～２５度である場合、線２１７ｍによって示すセラミックフェースプレート２０２全体の最大応力は約６．４ｋｓｉであり、これはシャワーヘッド２００のセラミックフェースプレート２０２全体の最大応力よりも約４０％小さい。
【0097】
上述のように、金属リング３０４は、トッププレートからセラミックフェースプレート３０２を切り離す。さらに、セラミックフェースプレート３０２のＯＤの代わりに、金属リング３０４は、台座からの熱負荷を受けることになる。したがって、セラミックフェースプレート３０２は、シャワーヘッド２００のセラミックフェースプレート２０２よりも比較的小さく均一な温度勾配を有する。その結果、セラミックフェースプレート３０２のＯＤは、台座の比較的高い設定点温度（例えば、摂氏５９０度超～最大摂氏６５０度）において亀裂または変形しない（または欠陥を有さない）。
【0098】
図４は、シャワーヘッド３００全体の断面を示す。シャワーヘッド３００は、処理チャンバ（例えば、図１に示す処理チャンバ１０２）のトッププレートに取り付けることができるステム部分３１２に接続された弁３１０を備える。シャワーヘッド３００は、セラミックフェースプレート３０２における貫通孔（図１３Ｃに示す）を介して１つまたは複数のガス（例えば、図１に示すガス送給システム１３０によって供給される）を処理チャンバ内に供給するために、ステム部分３１２にガス入口を含む。金属リング３０４は、３１４に示すようにセラミックフェースプレート３０２のＯＤにおいて断熱層をセラミックフェースプレート３０２に提供する。締結具３０９および３１１が、マニホールド２０６をセラミックフェースプレート３０２および金属リング３０４に締結するためにそれぞれ使用される。
【0099】
シャワーヘッド３００は、マニホールド２０６に排気孔３１６を含む（図１２も参照）。処理チャンバからの微量の排気ガスは、バッキングプレート２０４における出口（図５に示す）を介して排気孔３１６を通ってシャワーヘッド３００を出る。断熱層を提供することに加えて、金属リング３０４のＩＤとセラミックフェースプレート３０２のＯＤとの間（すなわち、金属リング３０４の内縁とセラミックフェースプレート３０２の外縁との間）の界面は、フローチョーク（３１４にも示す）を提供する。フローチョークは、マニホールド２０６を通して微量の排気ガスをポンピングするための均一性制御を提供する。
【0100】
図５は、シャワーヘッド３００および台座３５０の断面を示す。基板が、３５２において台座３５０上に載置される。金属リング３０４は、３５４に示すように台座３５０の周囲または外縁に接触する。セラミックフェースプレート３０２は、台座３５０に接触しない。微量の排気ガスは、バッキングプレート２０４を通ってマニホールド２０６に接続された出口３５６を介してシャワーヘッド３００を出る。
【0101】
図６Ａ～図６Ｃは、本開示の異なるシャワーヘッドの部分断面を示す。図６Ａは、本開示によるシャワーヘッド３００－１の部分断面を示す。シャワーヘッド３００－１は、ギャップ３０１－１および３０１－２（総称してギャップ３０１）がマニホールド２０６の底部と金属リング３０４の上部との間、およびマニホールド２０６の底部とセラミックフェースプレート３０２のＯＤ付近のセラミックフェースプレート３０２の上部との間にそれぞれ設けられることを除いて、シャワーヘッド３００と同様である。例えば、ギャップ３０１は、約０．０２０インチとすることができる。
【0102】
具体的には、ギャップ３０１は、以下のように金属リング３０４とマニホールド２０６の両方に凹部を設けることによって形成される。金属リング３０４の上面は、３０１－１に示すように金属リング３０４のＯＤ（図示されていないが、任意選択でＩＤにおいても）で凹んでいる。金属リング３０４の上面よりも上の（すなわち、バッキングプレート２０４のＯＤにおける）マニホールド２０６の底面の大部分は、凹んでいない。マニホールド２０６の底面は、３０１－２に示すように金属リング３０４のＩＤの上からセラミックフェースプレート３０２のＯＤの上まで凹んでいる。
【0103】
ギャップ３０１は、セラミックフェースプレート３０２の縁部（ＯＤ）からの熱流を制限する。セラミックフェースプレート３０２およびマニホールド２０６の中心領域におけるセラミックフェースプレート３０２とマニホールド２０６との間の熱接触（図７に示す）により、セラミックフェースプレート３０２の中心領域からの熱流が上昇し、セラミックフェースプレート３０２の中心領域において比較的低温の領域が生じる。
【0104】
Ｏリング３０５－１、３０５－２（総称してＯリング３０５）が、金属リング３０４の上面の非凹状部分とマニホールド２０６の底面の非凹状部分との間に位置する。Ｏリング３０５はまた、以下で説明するように、図６Ｂに示すようにシャワーヘッド３００に存在するが、図６Ｃに示すようにシャワーヘッド３００－２には存在しない。
【0105】
図６Ｂは、シャワーヘッド３００の部分断面を示す。図６Ａに示すシャワーヘッド３００－１とは異なり、シャワーヘッド３００では、マニホールド２０６の底面と金属リング３０４の上面との間、およびマニホールド２０６の底面とセラミックフェースプレート３０２の上面との間にギャップが存在しない。
【0106】
代わりに、金属リング３０４の上面およびセラミックフェースプレート３０２の上面は、３０３に示すようにマニホールド２０６の底面と面一である（すなわち、直接接触している）。Ｏリング３０５は、金属リング３０４の上面の非凹状部分とマニホールド２０６の底面の非凹状部分との間に位置する。
【0107】
図６Ｃは、シャワーヘッド３００－２の部分断面を示す。シャワーヘッド３００－２は、金属リング３０４の上面およびセラミックフェースプレート３０２の上面がマニホールド２０６の底面と面一である（すなわち、直接接触している）だけでなく、金属リング３０４が拡散接合プロセスを使用してマニホールド２０６と一体化され、セラミックフェースプレート３０２がマニホールド２０６に締結（例えば、ボルト締め）される（締結具用の貫通孔を示す図１２～図１３Ｃ参照）ことを除いて、シャワーヘッド３００と同様である。
【0108】
金属リング３０４がマニホールド２０６と一体化されるため、シャワーヘッド３００および３００－１とは異なり、Ｏリング３０５は不要であり、したがってシャワーヘッド３００－２には存在しない。拡散接合は、比較的低い温度での表面のＮｉめっきを可能にする（例えば、図１３Ａ～図１３Ｃに示すセラミックフェースプレート３０２におけるガス通路の表面および金属リング３０４の表面）。
【0109】
図７は、シャワーヘッド３００－１の直径全体にわたるシャワーヘッド３００－１の断面を示す。金属リング３０４とマニホールド２０６との間、およびセラミックフェースプレート３０２とマニホールド２０６との間のギャップ３０１は、環状であるものとして見ることができる。セラミックフェースプレート３０２およびマニホールド２０６の中心領域間の熱接触が、３６０において示されている。
【0110】
図８Ａおよび図８Ｂは、Ｏリングの溝によるデッドボリュームの存在および不在、ならびにシャワーヘッド３００および３００－２における排気孔の結果として生じる閉塞についての追加の詳細をそれぞれ示す。図８Ａは、３７０においてＯリング溝３７２－１および３７２－２（総称して溝３７２）によるデッドボリューム、ならびにシャワーヘッド３００における排気孔３１６の結果として生じる閉塞３７４を示す。
【0111】
図８Ｂは、金属リング３０４がマニホールド２０６と一体化され、結果としてＯリング３０５および溝３７２が存在しないため、図８Ａの３７０に示すデッドボリュームが３７１に存在せず、図８Ｂの排気孔３１６が、３７５に示すように、３７４に示す図８Ａの排気孔３１６よりも閉塞されていない（すなわち、より開いている）ことを示す。具体的には、シャワーヘッド３００－２では、金属リング３０４をマニホールド２０６と一体化することにより、図６Ａおよび図６Ｂに示すＯリング３０５ならびに図８Ａに示す溝３７２の必要性が排除され、したがってシャワーヘッド３００に存在するデッドボリュームが除去され、また、シャワーヘッド３００－２における排気孔３１６の閉塞がシャワーヘッド３００における閉塞と比較して低減される。
【0112】
図９Ａおよび図９Ｂは、シャワーヘッド３００－２の直径全体にわたるシャワーヘッド３００－２の断面を示す。図９Ａでは、図４に示すシャワーヘッド３００と同様に、シャワーヘッド３００－２は、処理チャンバ（例えば、図１に示す処理チャンバ１０２）のトッププレートに取り付けることができるステム部分３１２を備える。シャワーヘッド３００－２は、図９Ｂに示すようにセラミックフェースプレート３０２における貫通孔（例えば、図１３Ｃも参照）を介して１つまたは複数のガス（例えば、図１に示すガス送給システム１３０によって供給される）を処理チャンバ内に供給するために、ステム部分３１２にガス入口を含む。処理チャンバからの微量の排気ガスは、バッキングプレート２０４における出口３５６を介してマニホールド２０６を通ってシャワーヘッド３００－２を出る。
【0113】
金属リング３０４は、図６Ｃを参照して上述したようにマニホールド２０６と一体化される。金属リング３０４は、３１４に示すようにセラミックフェースプレート３０２のＯＤにおいて断熱層をセラミックフェースプレート３０２に提供する。加えて、金属リング３０４のＩＤとセラミックフェースプレート３０２のＯＤとの間（すなわち、金属リング３０４の内縁とセラミックフェースプレート３０２の外縁との間）の界面は、フローチョーク（３１４にも示す）を提供する。フローチョークは、バッキングプレート２０４におけるマニホールド２０６を通して微量の排気ガスをポンピングするための均一性制御を提供する。
【0114】
金属リング３０４は、図３Ａを参照して説明した孔３０８を含み、図３Ａを参照して上に説明したように、不活性ガスを処理チャンバ内に注入し、処理チャンバ内での処理中に基板を囲むガスカーテンを形成する。マニホールド２０６は、図１１Ａ～図１２に示すように金属リング３０４における孔３０８と整列する対応する孔を含む。
【0115】
図９Ｃは、孔３０８を通して不活性ガスを処理チャンバ内に供給するための入口３１３を示す。入口３１３は、バッキングプレート２０４を通してマニホールド２０６に設けられる。入口３１３の一端は、マニホールド２０６の外側部分を通って孔３０８に接続される。入口３１３の他端は、ガス供給部（例えば、図１に示す要素１３０）に接続される。例えば、ガス供給部からのガスライン（図示せず）を入口３１３に接続（挿入）し、不活性ガスを入口３１３に供給することができる。
【0116】
したがって、マニホールド２０６は、二重の目的を果たす。排気孔３１６を含むマニホールド２０６の内側部分は、バッキングプレート２０４における出口３５６を通して処理チャンバから微量の排気ガスを排気するために使用される。加えて、内側部分から分離されたマニホールド２０６の外側部分は、金属リング３０４からマニホールド２０６内に延びる孔３０８に接続され、金属リング３０４における孔３０８を通して不活性ガスを処理チャンバに供給するために使用される。
【0117】
図１０は、図９Ｂで参照された冷却プレート２１０の断面Ａ－Ａを示す。冷却プレート２１０は、冷却チャネル３２０を含む。図１０は、冷却チャネル３２０の一例のみを示す。冷却チャネル３２０は、任意の他の形状およびサイズとすることができる。例えば、冷却チャネル３２０はバイファイラであるものとして示されているが、冷却チャネル３２０は代わりに螺旋形状にすることも可能である。他の形状もまた考えられる。図１に示す流体送給システム１４０は、冷却チャネル３２０を通って循環される冷却剤を供給する。冷却チャネル３２０を含む冷却プレート２１０は、本開示に従って設計されたシャワーヘッド３００、３００－１、および３００－２のいずれにも使用することができる。
【0118】
図１１Ａ～図１１Ｃは、さらに詳細に金属リング３０４の異なる図を示す。図１１Ａは、金属リング３０４の上面図を示す。図１１Ｂは、金属リング３０４の底面図を示す。図１１Ｃは、金属リング３０４の側面図を示す。
【0119】
金属リング３０４は、金属リング３０４の内縁に（すなわち、ＩＤに沿って）フランジ４００を含む。フランジ４００は、金属リング３０４の内縁（すなわち、ＩＤ）から金属リング３０４の中心に向かって半径方向内側に延びる。フランジ４００は、図４～図９Ｂの３１４に示され、図１３Ａ～図１３Ｃを参照して以下に説明されるようにセラミックフェースプレート３０２の底部においてフランジ（図１３Ｂに示す要素４５４参照）上に張り出す。
【0120】
金属リング３０４は、マニホールド２０６が金属リング３０４上に配置される際にマニホールド２０６が載るＯリング用の溝４０２を含む。金属リング３０４は、図３Ａを参照して説明した孔３０８を含み、図３Ａを参照して上に説明したように、不活性ガスを処理チャンバ内に注入し、処理チャンバ内での処理中に基板を囲むガスカーテンを形成する。
【0121】
金属リング３０４は、孔４０４を含む。マニホールド２０６を金属リング３０４に締結するために使用される締結具（図３Ａに示す締結具３０９と同様）は、孔４０４を通過する。金属リング３０４は、シャワーヘッド３００および３００－１におけるマニホールド２０６とは独立した別々の要素として使用することができる。あるいは、金属リング３０４は、シャワーヘッド３００－２におけるマニホールド２０６と一体化することができる。金属リング３０４は、プロセスガスからの腐食に抵抗するためにＮｉめっきすることが可能である。
【0122】
図１２は、さらに詳細にマニホールド２０６の底面図を示す。マニホールド２０６は、Ｏリング溝４２０と、Ｏリングシールスプライン４２２とを含む。マニホールド２０６は、マニホールド２０６の中心に切欠き（またはスロット）４３０を含む。スロット４３０は、ガスをステム部分３１２におけるガス入口（図４参照）からセラミックフェースプレート３０２のガス入口（図１３Ａ～図１３Ｃ参照）に供給する複数の半径方向に延びるセグメント（またはチャネル）を含む。
【0123】
シャワーヘッド３００、３００－１、および３００－２はステム部分３１２に単一のガス入口を含むが、セラミックフェースプレート３０２は、複数のガス入口（図１３Ａ～図１３Ｃ参照）を含む。セラミックフェースプレート３０２のガス入口は、円周に沿って配置される。アダプタ３３０（図３Ａ以降に示す）は、スロット４３０内に配置され、セラミックフェースプレート３０２およびスロット４３０に隣接するマニホールド２０６に取り付けられ、ステム部分３１２におけるガス入口は、バッキングプレート２０４を通してマニホールド２０６に取り付けられる。アダプタ３３０は、スロット４３０のセグメントと嵌合し、それぞれセラミックフェースプレート３０２の複数のガス入口に供給を行う複数の半径方向に延びる供給ライン（またはセグメント／チャネル）を含む。アダプタ３３０は、ステム部分３１２における単一のガス入口からのガス流をセラミックフェースプレート３０２の複数のガス入口に分割する。
【0124】
マニホールド２０６は、金属リング３０４における孔４０４およびセラミックフェースプレート３０２における孔４０９とそれぞれ嵌合する孔４０６および４０８を含む。マニホールド２０６を金属リング２０６に締結するために使用される締結具３０９（図３Ａに示す）は、孔４０６を通過する。マニホールド２０６をセラミックフェースプレート３０２に締結するために使用される締結具（図３Ａに示す締結具３０９と同様）は、孔４０８を通過する。マニホールド２０６は、セラミックフェースプレート３０２をマニホールド２０６に締結する締結具（例えば、ボルト）用の孔４３１（図１３Ａ～図１３Ｃに示すセラミックフェースプレート３０２における孔４３３と嵌合する）を含む。
【0125】
図１３Ａ～図１３Ｃは、さらに詳細にセラミックフェースプレート３０２を示す。図１３Ａおよび図１３Ｂは、セラミックフェースプレート３０２の断面を示す。図１３Ｃは、図１３Ａで参照されたセラミックフェースプレート３０２の断面Ｂ－Ｂを示す。セラミックフェースプレート３０２は、ベース部分４５０と、ベース部分４５０よりも小さい直径を有する上側部分４５２とを含む。上側部分４５２は、ベース部分４５０から垂直に延び、フランジ４５４を形成する。金属リング３０４のフランジ４００は、セラミックフェースプレート３０２のフランジ４５４上に張り出す。
【0126】
セラミックフェースプレート３０２の上側部分４５２は、複数の入口５００－１、５００－２、５００－３、５００－４など（総称して入口５００）を含み、複数の入口５００を通って、マニホールド２０６の底部におけるスロット４３０を介して受け取られたステム部分３１２におけるガス入口（図４以降に示す）からのガスは、セラミックフェースプレート３０２のベース部分４５０における様々なガス通路（図１３Ｃに示す）に流入する。入口５００は円形パターンにおいて等距離で配置されるが、他の配置およびパターンが代わりに使用されてもよい。ほんの一例として、６つの入口が示されているが、任意の他の数の入口が代わりに使用されてもよい。具体的には、ガスは、入口５００を通ってベース部分４５０における様々なスポーク状構造（トレンチ）５１２（図１３Ｃに示す）を介してベース部分４５０における孔パターン５１０の内側および外側セクションに流入する。
【0127】
セラミックフェースプレート３０２の上側部分４５２は、セラミックフェースプレート３０２をマニホールド２０６に締結する締結具用の、図１２に示すマニホールド２０６における孔４３１と嵌合する孔４３３を含む。セラミックフェースプレート３０２の上側部分４５２はまた、マニホールド２０６における孔４０８と嵌合する孔４０９を含む。マニホールド２０６をセラミックフェースプレート３０２に締結するために使用される締結具（図３Ａに示す締結具３０９と同様）は、孔４０９を通過する。セラミックフェースプレート３０２の上側部分４５２はまた、温度センサ（例えば、熱電対）用の１つまたは複数の孔４３３を含む。
【0128】
図１３Ｃでは、孔パターン５１０は、セラミックフェースプレート３０２のベース部分４５０における同心チャネルの壁５１４の周りに孔を分布させることによって形成される。入口５００からのガスは、孔パターン５１０を通って処理チャンバ（例えば、図１に示す処理チャンバ１０２）内に分散される。熱は、セラミックフェースプレート３０２のベース部分４５０から壁５１４を介してセラミックフェースプレート３０２の上側部分４５２に伝達する。
【0129】
前述の説明は、本質的に単に例示的であり、本開示、その適用、または使用を決して限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施することができる。したがって、本開示は具体的な例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると他の変更態様が明白となるので、本開示の真の範囲はそのような例に限定されるべきではない。
【0130】
方法における１つまたは複数のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（または同時に）実行してもよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有するものとして上に説明されているが、本開示のいずれかの実施形態に関して説明したこれらの特徴のいずれか１つまたは複数を、他の実施形態において実施すること、および／または、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることが（たとえそのような組み合わせが明示的に説明されていないとしても）可能である。言い換えれば、説明された実施形態は相互に排他的ではなく、１つまたは複数の実施形態を互いに入れ替えることは本開示の範囲に含まれる。
【0131】
要素同士（例えば、モジュール同士、回路要素同士、半導体層同士など）の空間的および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接した」、「隣に」、「上に」、「上方に」、「下方に」、および「配置された」などの様々な用語を使用して説明される。また、上記開示において第１の要素と第２の要素との間の関係が説明されるとき、「直接」であると明示的に説明されない限り、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない直接的な関係の可能性があるが、第１の要素と第２の要素との間に１つまたは複数の介在要素が（空間的または機能的に）存在する間接的な関係の可能性もある。本明細書で使用する場合、Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つという表現は、非排他的論理ＯＲを使用した論理（ＡまたはＢまたはＣ）の意味で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」の意味で解釈されるべきではない。
【0132】
いくつかの実施態様では、コントローラはシステムの一部であり、そのようなシステムは上述した例の一部であってもよい。そのようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理機器を備えることができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。
【0133】
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、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、処理ガスの送給、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、流体送給設定、位置および動作設定、特定のシステムに接続または連動するツールおよび他の移送ツールに対するウエハの搬入と搬出、および／またはロードロックに対するウエハの搬入と搬出が含まれる。
【0134】
広義には、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、論理、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もよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。
【0135】
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）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。
【0136】
コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと統合または結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムのすべてもしくは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。
【0137】
いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリ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含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。
【0138】
したがって、上述したように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書で説明されるプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを備えることによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。
【0139】
例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積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、金属めっき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、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（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、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか使用されてもよい任意の他の半導体処理システムを含むことができるが、これらに限定されない。
【0140】
上記のように、ツールによって実施される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、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、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【国際調査報告】