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特表2023-544274真のラジカル処理のためのリモートプラズマアーキテクチャ
(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】2023-10-23
(54)【発明の名称】真のラジカル処理のためのリモートプラズマアーキテクチャ
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20231016BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20231016BHJP
C23C 16/50 20060101ALI20231016BHJP
H01L 21/31 20060101ALN20231016BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 L
C23C16/455
C23C16/50
H01L21/31 C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023518344
(86)(22)【出願日】2021-09-21
(85)【翻訳文提出日】2023-05-17
(86)【国際出願番号】 US2021051179
(87)【国際公開番号】W WO2022066593
(87)【国際公開日】2022-03-31
(31)【優先権主張番号】63/084,541
(32)【優先日】2020-09-28
(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】ヴァラダラジャン・バドリ
(72)【発明者】
【氏名】ダービン・アーロン
(72)【発明者】
【氏名】キウ・フアタン
(72)【発明者】
【氏名】ゴン・ボー
(72)【発明者】
【氏名】バツァー・レイチェル・イー．
(72)【発明者】
【氏名】ビマラセッティ・ゴピナス
(72)【発明者】
【氏名】ミラー・アーロン・ブレイク
(72)【発明者】
【氏名】ブレイリング・パトリック・ジー．
(72)【発明者】
【氏名】ホーン・ジェフリー
【テーマコード（参考）】
2G084
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
2G084AA02
2G084AA03
2G084AA04
2G084AA05
2G084AA08
2G084AA13
2G084BB14
2G084CC13
2G084CC33
2G084DD03
2G084DD13
2G084DD55
2G084FF02
2G084FF07
2G084FF13
2G084FF14
2G084FF32
2G084FF39
2G084HH20
2G084HH45
2G084HH52
4K030CA04
4K030CA12
4K030EA05
4K030EA06
4K030FA01
4K030GA02
4K030HA01
4K030JA03
4K030KA17
4K030KA30
4K030KA41
4K030LA15
5F045AA08
5F045AB03
5F045AB32
5F045AD01
5F045AE01
5F045BB02
5F045DP03
5F045DQ10
5F045EF05
5F045EH11
5F045EH18
5F045EJ04
5F045EJ09
5F045EK07
(57)【要約】
【解決手段】シャワーヘッドは、第１、第２、及び第３のコンポーネントを含む。第１のコンポーネントは、円盤状部分と、円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含む。円盤状部分は、円盤状部分の中心から円筒部分の内径まで広がる、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含む。第２のコンポーネントは、円盤状であり、第１のコンポーネントの円盤状部分に取り付けられており、孔の第２のセットと流体連通しているプレナムを画定し、かつ、周縁に沿って上面の両端にある一対の円弧状溝と、一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝とを含む。第３のコンポーネントは、円盤状であり、第２のコンポーネントに取り付けられており、かつ、プレナムに接続されたガス入口と、円弧状溝に接続された流体入口及び出口とを含む。
【選択図】図３
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理チャンバ内で基板を処理するためのシャワーヘッドであって、円盤状部分と、前記円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含み、前記円盤状部分が、前記円筒部分の外径よりも大きい直径を有し、前記円筒部分が、前記基板の直径よりも大きい内径を有し、前記円盤状部分が、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含み、かつ前記孔の第１及び第２のセットが、前記円盤状部分の中心から前記円筒部分の前記内径まで広がっている、第１のコンポーネントと、
円盤状であり、前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットと整列している第１の貫通孔を含み、上面と、側面と、底面であって前記円筒部分の反対側で前記第１のコンポーネントの前記円盤状部分に取り付けられた、前記第１のコンポーネントの前記孔の第２のセットと流体連通しており、かつ前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットとは別個のものであるプレナムを画定する底面と、を有し、前記上面が、周縁に沿って前記上面の両端にある一対の円弧状溝を含み、かつ前記一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝を含む、第２のコンポーネントと、
円盤状であり、前記第２のコンポーネントの前記第１の貫通孔と整列し、且つ、前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットと整列している第２の貫通孔を含み、かつ前記第２のコンポーネントの前記上面に取り付けられた底面を有する、第３のコンポーネントと
を含む、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、前記孔の第１及び第２のセットが、六角形パターン、三角形パターン、又は六角形パターンと三角形パターンの組み合わせで配置されている、シャワーヘッド。
【請求項3】
請求項２に記載のシャワーヘッドであって、前記六角形パターンにおける六角形が、正六角形であり、かつ前記三角形パターンにおける三角形が、正三角形である、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、前記孔の第１のセットが、六角形パターンで配置され、
前記孔の第２のセットが、前記孔の第１のセットによって形成された六角形内の三角形の頂点にあり、かつ
前記孔の第１のセットのうちの１つが、前記三角形の各々の中にある、
又は、
前記孔の第２のセットが、六角形パターンで配置され、
前記孔の第１のセットが、前記孔の第２のセットによって形成された六角形内の三角形の頂点にあり、かつ
前記孔の第２のセットのうちの１つが、前記三角形の各々の中にある、
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、前記第３のコンポーネントが、前記プレナムと流体連通しているガス入口と、
前記一対の円弧状溝のうちの第１のものと流体連通している流体入口と、
前記一対の円弧状溝のうちの第２のものと流体連通している流体出口と
をさらに含む、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、前記一対の円弧状溝及び前記複数の溝が、前記プレナム及び前記孔の第１及び第２のセットとは別個のものであり、
前記一対の円弧状溝が、前記第２のコンポーネントの前記第１の貫通孔を囲み、又は
前記一対の円弧状溝及び前記複数の溝が、等しい深さを有する、
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、前記第２のコンポーネントの前記底面が、前記第２のコンポーネントの前記底面の周縁に沿って半円形溝をさらに含み、前記半円形溝が、前記プレナムと流体連通しており、前記半円形溝が、前記第２のコンポーネントの前記第１の貫通孔を囲み、又は前記半円形溝が、前記一対の円弧状溝を囲む、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、前記一対の円弧状溝が、前記第３のコンポーネントの前記底面に接触する複数の垂直に延びるリッジを含み、前記複数の垂直に延びるリッジの高さが、前記複数の溝の深さと等しい、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、前記複数の溝が、互いに平行であり、又は
前記複数の溝が、ジグザグ形状を有する、
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、前記複数の溝の第１の端部が、前記一対の円弧状溝のうちの第１のものと接続し、前記複数の溝の第２の端部が、前記一対の円弧状溝のうちの第２のものと接続する、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、前記第２のコンポーネントの前記第１の貫通孔が、前記複数の溝の間に存在する、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、前記第１のコンポーネントの前記円筒部分の断面積に対する、前記孔の第１のセットの断面積の和の比率が、４．５％から５．５％の間であり、又は、
前記第１のコンポーネントの前記円筒部分の断面積に対する、前記孔の第１のセットの断面積の和の比率が、４％から６％の間であり、又は、
前記孔の第２のセットの数に対する、前記孔の第１のセットの数の比が、１．００から１．０５の間であり、又は
前記孔の第１及び第２のセットの密度が、１平方インチあたり４から５個の孔である、
シャワーヘッド。
【請求項13】
処理チャンバ内で基板を処理するためのシャワーヘッドであって、円盤状部分と、前記円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含み、前記円盤状部分が、前記円筒部分の外径よりも大きい直径を有し、前記円筒部分が、前記基板の直径よりも大きい内径を有し、前記円盤状部分が、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含み、かつ前記孔の第１及び第２のセットが、前記円盤状部分の中心から前記円筒部分の前記内径まで広がっている、第１のコンポーネントと、
円盤状であり、前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットと整列している第１の貫通孔を含み、上面と、側面と、底面であって前記円筒部分の反対側で前記第１のコンポーネントの前記円盤状部分に取り付けられた、前記第１のコンポーネントの前記孔の第２のセットと流体連通しており、かつ前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットとは別個のものであるプレナムを画定する底面と、を有し、前記上面が、周縁に沿って前記上面の両端にある一対の円弧状溝を含み、かつ前記一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝を含む、第２のコンポーネントと、
円盤状であり、前記第２のコンポーネントの前記第１の貫通孔と整列し、且つ、前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットと整列している第２の貫通孔を含み、かつ前記第２のコンポーネントの前記上面に取り付けられた底面を有する、第３のコンポーネントと
を含み、前記第３のコンポーネントが、
前記第３のコンポーネントの周縁に沿った、前記第３のコンポーネントの上面上の環状リッジと、
前記環状リッジの内径から前記第３のコンポーネントの前記上面の中心まで広がる凹部と
を含む、シャワーヘッド。
【請求項14】
請求項１３に記載のシャワーヘッドであって、前記環状リッジの前記内径が、前記第１のコンポーネントの前記円筒部分の前記内径以上であり、又は
前記環状リッジの外径が、前記第１のコンポーネントの前記円筒部分の外径以上である、
シャワーヘッド。
【請求項15】
請求項１３に記載のシャワーヘッドであって、前記環状リッジの幅が、前記第１のコンポーネントの前記円筒部分の厚さ以上であり、又は
前記環状リッジの前記内径が、前記基板の前記直径よりも大きい、
シャワーヘッド。
【請求項16】
請求項１３に記載のシャワーヘッドであって、前記凹部の直径が、前記第１のコンポーネントの前記円筒部分の前記内径以上であり、又は、
前記凹部が、前記基板の前記直径よりも大きい直径を有する、
シャワーヘッド。
【請求項17】
請求項１３に記載のシャワーヘッドであって、前記第３のコンポーネントの前記第２の貫通孔が、前記環状リッジの前記内径内にあり、又は
前記第３のコンポーネントの前記第２の貫通孔が、前記凹部内にある、
シャワーヘッド。
【請求項18】
処理チャンバと、前記処理チャンバの上端に配置された、前記処理チャンバ内で基板を処理するためのシャワーヘッドと
を含むシステムであって、前記シャワーヘッドが、
円盤状部分と、前記円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含み、前記円盤状部分が、前記円筒部分の外径よりも大きい直径を有し、前記円筒部分が、前記基板の直径よりも大きい内径を有し、前記円盤状部分が、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含み、かつ前記孔の第１及び第２のセットが、前記円盤状部分の中心から前記円筒部分の前記内径まで広がっている、第１のコンポーネントと、
円盤状であり、前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットと整列している第１の貫通孔を含み、上面と、側面と、底面であって前記円筒部分の反対側で前記第１のコンポーネントの前記円盤状部分に取り付けられた、前記第１のコンポーネントの前記孔の第２のセットと流体連通しており、かつ前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットとは別個のものであるプレナムを画定する底面と、を有し、前記上面が、周縁に沿って前記上面の両端にある一対の円弧状溝を含み、かつ前記一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝を含む、第２のコンポーネントと、
円盤状であり、前記第２のコンポーネントの前記第１の貫通孔と整列し、且つ、前記第１のコンポーネントの前記孔の第１のセットと整列している第２の貫通孔を含み、かつ前記第２のコンポーネントの前記上面に取り付けられた底面を有する、第３のコンポーネントと
を含み、前記システムが、
前記シャワーヘッドにプラズマを供給するための、前記シャワーヘッドの前記第３のコンポーネントの上に配置されたプラズマ発生器と、
前記処理チャンバ内に配置された台座であって、前記シャワーヘッドの前記第１のコンポーネントの前記円筒部分が、前記台座の上部分を囲む、台座と、
ガスを前記プレナムに供給するためのガス送達システムと、
前記一対の円弧状溝のうちの１つに流体を供給するための流体送達システムと
をさらに含む、システム。
【請求項19】
請求項１８に記載のシステムであって、前記シャワーヘッドの前記孔の第１のセットが、前記プラズマからのイオンをフィルタリングし、かつ前記プラズマからのラジカルを、前記シャワーヘッドを介して前記処理チャンバに通過させる、システム。
【請求項20】
請求項１８に記載のシステムであって、前記基板上に成膜された膜が、０．０％の不均一性を有し、又は、
前記基板上に成膜された膜が、０．１％未満の不均一性を有し、又は、
前記シャワーヘッドの前記第１のコンポーネントの前記円盤状部分の底面と、前記台座の上面との間のギャップが、０．１１インチから０．２インチの間である、
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
本出願は、２０２０年９月２８日に出願された米国仮出願第６３／０８４，５４１号の利益を主張する。上記の出願の全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年９月２８日に出願された米国仮出願第６３／０８４，５４１号の利益を主張する。上記の出願の全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、概して基板処理システムに関し、より具体的には、真のラジカル処理のためのリモートプラズマアーキテクチャに関する。
【背景技術】
【0003】
ここで提供される背景技術の説明は、本開示の文脈を大まかに提示することを目的とする。現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究は、この背景技術の欄で説明される範囲内において、出願時に先行技術として別途みなされ得ない説明の態様と同様に、明示又は暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
【0004】
基板処理システムは、通常、処理中に半導体ウェハなどの基板が配置される台座を取り囲む処理チャンバを含む。ガス送達システムは、１つ又は複数の前駆体を含むプロセスガス混合物をプロセスチャンバ内に導入して、基板上に膜を成膜し、又は基板をエッチングしてもよい。プラズマは、処理チャンバ内でストライクされてもよい。或いは、プラズマは、処理チャンバから遠隔（すなわち、外部）で生成され、その後、処理チャンバ内に導入されてもよい。処理チャンバの外で生成されたプラズマは、リモートプラズマと呼ばれ、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）、及びマイクロ波を含む任意の方法で生成されてもよい。
【0005】
いくつかの基板処理システムは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して、材料を基板上に堆積する。ＡＬＤは、ガス状化学プロセスを順次実行し、基板の表面上に薄膜を成膜する薄膜堆積法である。ＡＬＤは、前駆体（反応物）と呼ばれる少なくとも２つの化学物質を使用し、一度に１つの前駆体が順次、自己制御的に基板の表面と反応する。別個の前駆体への繰り返し曝露を通じて、薄膜は、基板表面上に徐々に成膜される。
【発明の概要】
【0006】
処理チャンバ内で基板を処理するためのシャワーヘッドは、第１のコンポーネントと、第２のコンポーネントと、第３のコンポーネントとを含む。第１のコンポーネントは、円盤状部分と、円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含む。円盤状部分は、円筒部分の外径よりも大きい直径を有する。円筒部分は、基板の直径よりも大きい内径を有する。円盤状部分は、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含む。孔の第１及び第２のセットは、円盤状部分の中心から円筒部分の内径まで広がる。第２のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第１の貫通孔を含む。第２のコンポーネントは、上面と、側面と、底面であって円筒部分の反対側で第１のコンポーネントの円盤状部分に取り付けられ、かつプレナムを画定する底面と、を有する。プレナムは、第１のコンポーネントの孔の第２のセットと流体連通しており、かつ第１のコンポーネントの孔の第１のセットとは別個のものである。第２のコンポーネントの上面は、周縁に沿って上面の両端にある一対の円弧状溝を含み、かつ一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝を含む。第３のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第２のコンポーネントの第１の貫通孔と整列し、且つ、第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第２の貫通孔を含む。第３のコンポーネントは、第２のコンポーネントの上面に取り付けられた底面を有する。
【0007】
別の特徴において、孔の第１及び第２のセットは、六角形パターンで配置される。
【0008】
別の特徴において、孔の第１及び第２のセットは、三角形パターンで配置される。
【0009】
別の特徴において、孔の第１及び第２のセットは、六角形パターンと三角形パターンの組み合わせを用いて配置される。
【0010】
他の特徴において、六角形パターンにおける六角形は、正六角形であり、かつ三角形パターンにおける三角形は、正三角形である。
【0011】
他の特徴において、孔の第１のセットは、六角形パターンで配置され、孔の第２のセットは、孔の第１のセットによって形成された六角形内の三角形の頂点にあり、かつ孔の第１のセットのうちの１つは、三角形の各々の中にある。
【0012】
他の特徴において、孔の第２のセットは、六角形パターンで配置され、孔の第１のセットは、孔の第２のセットによって形成された六角形内の三角形の頂点にあり、かつ孔の第２のセットのうちの１つは、三角形の各々の中にある。
【0013】
他の特徴において、第３のコンポーネントは、プレナムと流体連通しているガス入口と、一対の円弧状溝のうちの第１のものと流体連通している流体入口と、一対の円弧状溝のうちの第２のものと流体連通している流体出口とをさらに含む。
【0014】
別の特徴において、一対の円弧状溝及び複数の溝は、プレナム及び孔の第１及び第２のセットとは別個のものである。
【0015】
別の特徴において、第２のコンポーネントの底面は、第２のコンポーネントの底面の周縁に沿って半円形溝をさらに含み、半円形溝は、プレナムと流体連通している。
【0016】
別の特徴において、半円形溝は、第２のコンポーネントの第１の貫通孔を囲む。
【0017】
別の特徴において、半円形溝は、一対の円弧状溝を囲む。
【0018】
別の特徴において、一対の円弧状溝は、第３のコンポーネントの底面に接触する複数の垂直に延びるリッジを含む。
【0019】
別の特徴において、リッジの高さは、複数の溝の深さと等しい。
【0020】
別の特徴において、一対の円弧状溝は、第２のコンポーネントの第１の貫通孔を囲む。
【0021】
別の特徴において、一対の円弧状溝と複数の溝は、等しい深さを有する。
【0022】
別の特徴において、複数の溝は、互いに平行である。
【0023】
別の特徴において、複数の溝は、ジグザグ形状を有する。
【0024】
別の特徴において、複数の溝の第１の端部は、一対の円弧状溝のうちの第１のものと接続し、複数の溝の第２の端部は、一対の円弧状溝のうちの第２のものと接続する。
【0025】
別の特徴において、第２のコンポーネントの第１の貫通孔は、複数の溝の間に存在する。
【0026】
他の特徴において。第３のコンポーネントは、第３のコンポーネントの周縁に沿った、第３のコンポーネントの上面上の環状リッジと、環状リッジの内径から第３のコンポーネントの上面の中心まで広がる凹部とを含む。
【0027】
別の特徴において、環状リッジの内径は、第１のコンポーネントの円筒部分の内径以上である。
【0028】
別の特徴において、環状リッジの外径は、第１のコンポーネントの円筒部分の外径以上である。
【0029】
別の特徴において、環状リッジの幅は、第１のコンポーネントの円筒部分の厚さ以上である。
【0030】
別の特徴において、環状リッジの内径は、基板の直径よりも大きい。
【0031】
別の特徴において、凹部の直径は、第１のコンポーネントの円筒部分の内径以上である。
【0032】
別の特徴において、凹部は、基板の直径よりも大きい直径を有する。
【0033】
別の特徴において、第３のコンポーネントの第２の貫通孔は、環状リッジの内径内にある。
【0034】
別の特徴において、第３のコンポーネントの第２の貫通孔は、凹部内にある。
【0035】
別の特徴において、第１、第２、及び第３のコンポーネントは、拡散接合されている。
【0036】
別の特徴において、第１のコンポーネントの円筒部分の断面積に対する、孔の第１のセットの断面積の和の比率は、４．５％から５．５％の間である。
【0037】
別の特徴において、第１のコンポーネントの円筒部分の断面積に対する、孔の第１のセットの断面積の和の比率は、４％から６％の間である。
【0038】
別の特徴において、孔の第２のセットの数に対する、孔の第１のセットの数の比は、１．００から１．０５の間である。
【0039】
別の特徴において、孔の第１及び第２のセットの密度は、１平方インチあたり４から５個の孔である。
【0040】
他の特徴において、システムは、シャワーヘッドと、処理チャンバと、シャワーヘッドにプラズマを供給するための、シャワーヘッドの第３のコンポーネントの上に配置されたプラズマ発生器とを含む。シャワーヘッドは、処理チャンバの上端に配置されている。システムは、処理チャンバ内に配置された台座を含む。シャワーヘッドの第１のコンポーネントの円筒部分は、台座の上部分を囲む。システムは、ガスをプレナムに供給するためのガス送達システムと、一対の円弧状溝のうちの１つに流体を供給するための流体送達システムとを含む。
【0041】
別の特徴において、シャワーヘッドの孔の第１のセットは、プラズマからのイオンをフィルタリングし、かつプラズマからのラジカルを、シャワーヘッドを介して処理チャンバに通過させる。
【0042】
別の特徴において、基板上に成膜された膜は、０．０％の不均一性を有する。
【0043】
別の特徴において、基板上に成膜された膜は、０．１％未満の不均一性を有する。
【0044】
別の特徴において、シャワーヘッドの第１のコンポーネントの円盤状部分の底面と、台座の上面との間のギャップは、０．１１インチから０．２インチの間である。
【0045】
別の特徴において、処理チャンバは、原子層堆積（ＡＬＤ）処理チャンバ、原子層エッチング（ＡＬＥ）処理チャンバ、化学蒸着（ＣＶＤ）処理チャンバ、又は物理蒸着（ＰＶＤ）処理チャンバを含む。
【0046】
さらに他の特徴において、処理チャンバ内で基板を処理するためのシャワーヘッドは、第１のコンポーネントと、第２のコンポーネントと、第３のコンポーネントとを含む。第１のコンポーネントは、円盤状部分と、円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含む。円盤状部分は、円筒部分の外径よりも大きい直径を有する。円筒部分は、基板の直径よりも大きい内径を有する。円盤状部分は、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含む。孔の第１及び第２のセットは、円盤状部分の中心から円筒部分の内径まで広がる。第２のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第１の貫通孔を含む。第２のコンポーネントは、上面と、側面と、底面であって円筒部分の反対側で第１のコンポーネントの円盤状部分に取り付けられ、かつプレナムを画定する底面と、を有する。プレナムは、第１のコンポーネントの孔の第２のセットと流体連通しており、かつ第１のコンポーネントの孔の第１のセットとは別個のものである。第２のコンポーネントの上面は、周縁に沿って上面の両端にある一対の円弧状溝を含み、かつ一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝を含む。第３のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第２のコンポーネントの第１の貫通孔及び第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第２の貫通孔を含む。第３のコンポーネントは、第２のコンポーネントの上面に取り付けられた底面を有する。孔の第１及び第２のセットは、六角形パターン、三角形パターン、又は六角形パターンと三角形パターンの組み合わせで配置される。六角形パターンにおける六角形は、正六角形であり、かつ三角形パターンにおける三角形は、正三角形である。孔の第１のセットは、六角形パターンで配置され、孔の第２のセットは、孔の第１のセットによって形成された六角形内の三角形の頂点にあり、かつ孔の第１のセットのうちの１つは、三角形の各々の中にある。孔の第２のセットは、六角形パターンで配置され、孔の第１のセットは、孔の第２のセットによって形成された六角形内の三角形の頂点にあり、かつ孔の第２のセットのうちの１つは、三角形の各々の中にある。
【0047】
他の特徴において、第３のコンポーネントは、プレナムと流体連通しているガス入口と、一対の円弧状溝のうちの第１のものと流体連通している流体入口と、一対の円弧状溝のうちの第２のものと流体連通している流体出口とをさらに含む。
【0048】
他の特徴において、一対の円弧状溝及び複数の溝は、プレナム及び孔の第１及び第２のセットとは別個のものであり、一対の円弧状溝は、第２のコンポーネントの第１の貫通孔を囲み、又は一対の円弧状溝及び複数の溝は、等しい深さを有する。
【0049】
別の特徴において、第２のコンポーネントの底面は、第２のコンポーネントの底面の周縁に沿って半円形溝をさらに含み、半円形溝は、プレナムと流体連通しており、半円形溝は、第２のコンポーネントの第１の貫通孔を囲み、又は半円形溝は、一対の円弧状溝を囲む。
【0050】
他の特徴において、一対の円弧状溝は、第３のコンポーネントの底面に接触する複数の垂直に延びるリッジを含み、複数の垂直に延びるリッジの高さは、複数の溝の深さと等しい。
【0051】
他の特徴において、複数の溝は互いに平行であり、又は複数の溝は、ジグザグ形状を有する。
【0052】
他の特徴において、複数の溝の第１の端部は、一対の円弧状溝のうちの第１のものと接続し、複数の溝の第２の端部は、一対の円弧状溝のうちの第２のものと接続する。
【0053】
他の特徴において、第２のコンポーネントの第１の貫通孔は、複数の溝の間に存在する。
【0054】
他の特徴において、第１のコンポーネントの円筒部分の断面積に対する、孔の第１のセットの断面積の和の比率は、４．５％から５．５％の間であり、第１のコンポーネントの円筒部分の断面積に対する、孔の第１のセットの断面積の和の比率は、４％から６％の間であり、孔の第２のセットの数に対する、孔の第１のセットの数の比は、１．００から１．０５の間であり、又は孔の第１及び第２のセットの密度は、１平方インチあたり４から５個の孔である。
【0055】
さらに他の特徴において、処理チャンバ内で基板を処理するためのシャワーヘッドは、第１のコンポーネントと、第２のコンポーネントと、第３のコンポーネントとを含む。第１のコンポーネントは、円盤状部分と、円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含む。円盤状部分は、円筒部分の外径よりも大きい直径を有する。円筒部分は、基板の直径よりも大きい内径を有する。円盤状部分は、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含む。孔の第１及び第２のセットは、円盤状部分の中心から円筒部分の内径まで広がる。第２のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第１の貫通孔を含む。第２のコンポーネントは、上面と、側面と、底面であって円筒部分の反対側で第１のコンポーネントの円盤状部分に取り付けられ、かつプレナムを画定する底面と、を有する。プレナムは、第１のコンポーネントの孔の第２のセットと流体連通しており、かつ第１のコンポーネントの孔の第１のセットとは別個のものである。第２のコンポーネントの上面は、周縁に沿って上面の両端にある一対の円弧状溝を含み、かつ一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝を含む。第３のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第２のコンポーネントの第１の貫通孔及び第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第２の貫通孔を含む。第３のコンポーネントは、第２のコンポーネントの上面に取り付けられた底面を有する。第３のコンポーネントは、第３のコンポーネントの周縁に沿った、第３のコンポーネントの上面上の環状リッジと、環状リッジの内径から第３のコンポーネントの上面の中心まで広がる凹部とを含む。
【0056】
他の特徴において、環状リッジの内径は、第１のコンポーネントの円筒部分の内径以上であり、又は環状リッジの外径は、第１のコンポーネントの円筒部分の外径以上である。
【0057】
他の特徴において、環状リッジの幅は、第１のコンポーネントの円筒部分の厚さ以上であり、又は環状リッジの内径は、基板の直径よりも大きい。
【0058】
他の特徴において、凹部の直径は、第１のコンポーネントの円筒部分の内径以上であり、又は凹部は、基板の直径よりも大きい直径を有する。
【0059】
他の特徴において、第３のコンポーネントの第２の貫通孔は、環状リッジの内径内にあり、又は第３のコンポーネントの第２の貫通孔は、凹部内にある。
【0060】
さらに他の特徴において、システムは、処理チャンバと、処理チャンバ内で基板を処理するためのシャワーヘッドとを含む。シャワーヘッドは、処理チャンバの上端に配置されている。シャワーヘッドは、第１のコンポーネントと、第２のコンポーネントと、第３のコンポーネントとを含む。第１のコンポーネントは、円盤状部分と、円盤状部分から垂直に延びる円筒部分とを含む。円盤状部分は、円筒部分の外径よりも大きい直径を有する。円筒部分は、基板の直径よりも大きい内径を有する。円盤状部分は、それぞれ第１及び第２の直径を有する孔の第１及び第２のセットを含む。孔の第１及び第２のセットは、円盤状部分の中心から円筒部分の内径まで広がる。第２のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第１の貫通孔を含む。第２のコンポーネントは、上面と、側面と、底面であって円筒部分の反対側で第１のコンポーネントの円盤状部分に取り付けられ、かつプレナムを画定する底面と、を有する。プレナムは、第１のコンポーネントの孔の第２のセットと流体連通しており、かつ第１のコンポーネントの孔の第１のセットとは別個のものである。第２のコンポーネントの上面は、周縁に沿って上面の両端にある一対の円弧状溝を含み、かつ一対の円弧状溝の間に延びる複数の溝を含む。第３のコンポーネントは、円盤状であり、かつ、第２のコンポーネントの第１の貫通孔及び第１のコンポーネントの孔の第１のセットと整列している第２の貫通孔を含む。第３のコンポーネントは、第２のコンポーネントの上面に取り付けられた底面を有する。システムは、シャワーヘッドにプラズマを供給するための、シャワーヘッドの第３のコンポーネントの上に配置されたプラズマ発生器と、処理チャンバ内に配置された台座とをさらに含む。シャワーヘッドの第１のコンポーネントの円筒部分は、台座の上部分を囲む。システムは、ガスをプレナムに供給するためのガス送達システムと、一対の円弧状溝のうちの１つに流体を供給するための流体送達システムとをさらに含む。
【0061】
他の特徴において、シャワーヘッドの孔の第１のセットは、プラズマからのイオンをフィルタリングし、かつプラズマからのラジカルを、シャワーヘッドを介して処理チャンバに通過させる。
【0062】
他の特徴において、基板上に成膜された膜は、０．０％の不均一性を有し、基板上に成膜された膜は、０．１％未満の不均一性を有し、又はシャワーヘッドの第１のコンポーネントの円盤状部分の底面と、台座の上面との間のギャップは、０．１１インチから０．２インチの間である。
【0063】
本開示の応用可能性のさらなる領域は、詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかになるであろう。詳細な説明及び具体例は、例示のみを目的とすることを意図しており、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】
【0064】
本開示は、詳細な説明及び添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
図面において、参照番号は、類似及び／又は同一の要素を識別するために再使用される場合がある。
【発明を実施するための形態】
【0076】
本開示は、接地されたシャワーヘッドと共にリモートプラズマを使用し、損傷を引き起こすリモートプラズマからのイオンをフィルタリングし、リモートプラズマ中のラジカルが処理チャンバを通過するのを可能にする基板処理システムに関する。ラジカルは、不対電子を持つがイオンなどの実効電荷を持たず、有益な膜特性を提供する。リモートプラズマのソースを処理チャンバに接続するシャワーヘッドの孔は、イオンをフィルタリングし、かつリモートプラズマからのラジカルを通過させるように最適化されている。便宜上、本開示を通じて、これらの孔をラジカル孔と呼ぶ。
【0077】
さらに、１つ又は複数の前駆体は、ＡＬＤ動作のための適用量均一性及びパージ効率のために最適化されたシャワーヘッド内の別個のプレナムを介して処理チャンバに供給される。前駆体は、別個のプレナムから、シャワーヘッド内の孔の第２のセットを介して処理チャンバに供給され、孔の第２のセットは、本開示全体を通じて前駆体孔と呼ばれる。ラジカルと前駆体の送達を分離することで、両者を独立に最適化して、最適な膜特性及び均一性を達成できる。
【0078】
ラジカル孔の直径、アスペクト比、及び量などの特性は、処理チャンバ内の基板に送達されるラジカルの量を最適化しつつ、さもなければ基板に損傷を与える可能性のあるイオンをフィルタリングする効果のバランスも取るように選択される。さらに、ラジカル孔と前駆体孔のパターン（例えば、レイアウト、分布、及び密度）も、基板全体にわたって膜均一性を提供するように最適化される。このアーキテクチャは、任意の種類のプラズマ源と共に使用することができ、リモートプラズマ強化ＡＬＤ又は化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスと共に使用することもできる。
【0079】
シャワーヘッドは、平面状のベース部分と、ベース部分の周縁から垂直に下方に延びる円筒部分とを含む。ベース部分は、冷却・前駆体プレナムと、ラジカル孔と、前駆体孔とを含む。円筒部分は、外壁と内壁とを有する。円筒部分の内壁は、シャワーヘッドの穴を画定する。基板を支持する台座は、シャワーヘッドのベース部分の直下で処理チャンバ内に配置される。台座は、平面状のトップ部分と、トップ部分の中心から垂直に下方に延びる垂直なベース部分とを含む。シャワーヘッドの円筒部分の内径（ＩＤ）（すなわち、シャワーヘッドの内壁の直径）は、台座のトップ部分の外径（ＯＤ）よりも大きい。シャワーヘッドの円筒部分の内壁は、台座のトップ部分を囲み、かつ、その下方に垂直に延びる。シャワーヘッドの円筒部分は、台座のトップ部分を覆い隠す。台座は、基板を搭載するために下に移動し、基板を処理するために上に移動し、基板を取り除くために下に移動する。台座のトップ部分は、シャワーヘッドの円筒部分内で上下に垂直に移動して、台座のベース部分とトップ部分の間のギャップを調整できる。
【0080】
シャワーヘッドの円筒部分は、台座のエッジの周りに比較的安定した熱及びガス流環境を提供し、これが、今度はシャワーヘッドと台座の間のギャップを変化させるプロセスを単純化する。具体的には、シャワーヘッドの円筒部分は、台座のトップ部分の下に垂直に延びており、台座がシャワーヘッドの円筒部分内で垂直に移動してシャワーヘッドと台座の間のギャップを調整する間、台座のエッジの周りに対称的な熱境界条件（すなわち、比較的一定の温度の領域）を提供する。
【0081】
さらに、シャワーヘッドの円筒部分はまた、台座がシャワーヘッドの円筒部分内で移動する間、台座のエッジの周りのガス流に比較的一定の圧縮を提供し、これは、ＡＬＤプロセスにおいてシャワーヘッドと台座の間のギャップ内のガスの微容量を制御するプロセスを単純化する。シャワーヘッドと台座の間の調整可能なギャップによって、ＡＬＤプロセスにおける微容量の精密な制御が可能になる。シャワーヘッドと台座の間の狭いギャップは、ＡＬＤプロセスにおける微容量内のラジカルの枯渇を防ぐ。本開示のシャワーヘッドのこれら及び他の特徴は、以下に詳細に説明される。
【0082】
本開示は、以下のように構成される。リモートプラズマ及び本開示に従い設計されたシャワーヘッドを利用する基板処理システムの一例を、図１を参照して示し、説明する。シャワーヘッドの側面図及び断面斜視図を、図２及び図３を参照して示し、説明する。シャワーヘッド内のガスプレナム及び冷却チャネルの底面図及び上面図を、それぞれ図４及び図５を参照して示し、説明する。シャワーヘッドの上面図及び底面図、並びにラジカル孔及び前駆体孔の様々な特性を、図６～図８を参照して示し、説明する。シャワーヘッドの上部及び底部の斜視図を、それぞれ図９及び図１０を参照して示し、説明する。
【0083】
図１は、本開示に係る基板処理システム１００を示す。基板処理システム１００は、処理チャンバ１０３と、シャワーヘッド１０４とを含む。シャワーヘッド１０４は、金属（例えば、アルミニウム）又は合金で作られている。シャワーヘッド１０４は、平面状のベース部分１０５と、ベース部分１０５から垂直に下方に延びる円筒部分１０７とを含む。ベース部分１０５は、円筒部分１０７の上端において半径方向外側に延び、フランジ２００を形成している。ベース部分１０５については、図２及び図３を参照してさらに詳細に後述する。円筒部分１０７は、外壁１０９－１と、内壁１０９－２とを有する。円筒部分１０７の内壁１０９－２は、シャワーヘッド１０４の穴１０６を画定する（図２に見える）。穴１０６の直径は、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７の内壁１０９－２の直径（すなわち、円筒部分１０７のＩＤ）に等しい。
【0084】
処理チャンバ１０３は、側壁１０８と、底壁１１０とを有する。側壁１０８は、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７の底部に取り付けられている。側壁１０８は、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５に対して垂直であり、かつシャワーヘッド１０４の円筒部分１０７の外壁１０９－１の底部から垂直に下方に延びる。処理チャンバ１０３の底壁１１０は、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５に平行であり、処理チャンバ１０３の側壁１０８に垂直であり、かつ処理チャンバ１０３の側壁１０８に取り付けられている。
【0085】
基板処理システム１００は、シャワーヘッド１０４の上方に配置されたプラズマ源１０２を含む。シャワーヘッド１０４は、プラズマ源１０２と処理チャンバ１０３の間に配置される。シャワーヘッド１０４は、プラズマ源１０２を処理チャンバ１０３から分離する。プラズマ源１０２については、さらに詳細に後述する。
【0086】
台座１１２は、処理チャンバ１０３内で、シャワーヘッド１０４の直下に配置されている。基板１１４は、処理中に台座１１２の上面１１６に配置される。台座１１２の上面１１６は、平面であり、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５に平行であり、かつ処理チャンバ１０３の底壁１１０に平行である。したがって、基板１１４は、台座１１２の上面１１６、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５、及び処理チャンバ１０３の底壁１１０に平行である。シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７のＩＤ（すなわち、シャワーヘッド１０４の内壁１０９－２の直径）は、台座１１２の上面１１６のＯＤよりも大きい。シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７のＩＤ（すなわち、シャワーヘッド１０４の内壁１０９－２の直径）はまた、基板１１４のＯＤよりも大きい。
【0087】
モータ１２２によって駆動されるアクチュエータ１２０は、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７内で、台座１１２をシャワーヘッド１０４に対して垂直に上下に移動させることができる。プラズマ源１０２及びシャワーヘッド１０４は、台座１１２に対して固定されている。シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の底部と台座１１２の上面１１６との間のギャップは、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７内で台座１１２を垂直に移動させることによって調整されてもよい。例えば、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の底部と台座１１２の上面１１６との間のギャップは、約０．２インチ、０．１５インチ、又は０．１１インチのものであってもよい。
【0088】
プラズマ源１０２は、図示したようにドーム状であってもよく、又は任意の他の形状であってもよい。プラズマ源１０２の下端は開いており、第１の円筒形コンポーネント１２４の上端に取り付けられている。第１の円筒形コンポーネント１２４は、第１の円筒形コンポーネント１２４のほぼ中心から半径方向外側に延びる第１のフランジ１２６を有する。したがって、第１の円筒形コンポーネント１２４は、文字「Ｔ」を９０度左に回転させた「Ｔ」字形状を有する。
【0089】
第２の円筒形コンポーネント１２８は、第１の円筒形コンポーネント１２４を囲む。第２の円筒形コンポーネント１２８は、第２の円筒形コンポーネント１２８の下端から半径方向内側に延びる第２のフランジ１２９を有する。したがって、第２の円筒形コンポーネント１２８は、文字「Ｌ」を左右反転させた「Ｌ」字形状を有する。第１の円筒形コンポーネント１２４の第１のフランジ１２６は、第２の円筒形コンポーネント１２８の第２のフランジ１２９に重なる。第１の円筒形コンポーネント１２４及び第２の円筒形コンポーネント１２８の下端は、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の周縁付近で、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の上部に取り付けられている。
【0090】
単なる例であるが、プラズマ源１０２は、ＩＣＰを使用してリモートプラズマ（すなわち、処理チャンバ１０３の外部のプラズマ）を生成する。プラズマ源１０２は、プラズマ源１０２の上部に配置されたガスインジェクタ１３２を介してガス分配システム１３０から受け取った１つ又は複数のガスを受け取るが、ガスは他の方法でプラズマ源１０２に注入されてもよい。コイル１３４は、プラズマ源１０２の周りに配置される。コイル１３４の第１の端部は接地され、かつコイル１３４の第２の端部はＲＦ発生システム１３６に接続される。
【0091】
ＲＦ発生システム１３６は、ＲＦ電力を生成し、コイル１３４に出力する。単なる例であるが、ＲＦ発生システム１３６は、ＲＦ電力を生成するＲＦ発生器１３８を含んでもよい。ＲＦ電力は、整合ネットワーク１４０によってコイル１３４に供給される。コイル１３４に供給されたＲＦ電力は、ガスインジェクタ１３２によってプラズマ源１０２に注入された１つ又は複数のガスを点火し、プラズマ１４２を生成する。プラズマ源１０２は、処理チャンバ１０３から遠隔（すなわち、外部）でプラズマ１４２を生成するので、プラズマ１４２は、リモートプラズマ１４２と呼ばれる。
【0092】
ガス送達システム１３０は、１つ又は複数のガス源１５０－１、１５０－２、…、及び１５０－Ｎ（まとめて、ガス源１５０）を含み、ここでＮは１より大きい整数である。ガス源１５０は、バルブ１５２－１、１５２－２、…、及び１５２－Ｎ（まとめて、バルブ１５２）及び質量流量コントローラ１５４－１、１５４－２、…、及び１５４－Ｎ（まとめて、質量流量コントローラ１５４）によって、マニホールド１５６に接続される。マニホールド１５６は、ガスインジェクタ１３２に接続される。
【0093】
シャワーヘッド１０４については、図２～図８を参照してさらに詳細に後述する。簡単に言うと、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５は、孔の第１のセット（上述したように、ラジカル孔とも呼ばれる）１６０－１、１６０－２、…、及び１６０－Ｎ（まとめて、ラジカル孔１６０）を含み、ここでＮは１より大きい整数である。ラジカル孔１６０は、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の上面１６２から、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の基板に面する下面１６４（フェースプレート１６４とも呼ばれる）まで延びる。
【0094】
さらに、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５は、ラジカル孔１６０とは別個であり、かつラジカル孔１６０と流体連通しないプレナム１６６を含む。プレナム１６６は、第２のガス送達システム１７０から１つ又は複数の前駆体ガスを受け取る。シャワーヘッド１０４のベース部分１０５は、孔の第２のセット（上述したように、前駆体孔とも呼ばれる）１７２－１、１７２－２、…、及び１７２－Ｎ（まとめて、前駆体孔１７２）をさらに含み、ここでＮは１より大きい整数である。前駆体孔１７２は、プレナム１６６からシャワーヘッド１０４のフェースプレート１６４まで延びる。ラジカル孔１６０は、プレナム１６６及び前駆体孔１７２とは流体連通しない。ラジカル孔１６０は、前駆体孔１７２よりも直径及び長さが大きい。
【0095】
シャワーヘッド１０４のベース部分１０５は、複数の溝１６８－１、１６８－２、…、及び１６８－Ｎ（まとめて、溝１６８）をさらに含み、ここでＮは１より大きい整数である。溝１６８は、冷却剤が流れる冷却チャネル（図３を参照して説明）を形成する。流体送達システム１８０は、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５内の入口（図３に示す）を介して、冷却剤を溝１６８に供給する。
【0096】
１つ又は複数の温度センサ（図示せず）が、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５に配置されてもよい。温度センサは、温度コントローラ１８２に接続されてもよい。温度コントローラ１８２は、流体送達システム１８０から溝１６８への冷却剤の供給を制御して、シャワーヘッド１０４の温度を制御してもよい。
【0097】
さらに、図示しないが、台座１１２は、１つ又は複数のヒータと、流体送達システム１８０から冷却剤を受け取る冷却システムと、１つ又は複数の温度センサとを含んでもよい。温度コントローラ１８２は、台座１１２内の温度センサに接続されてもよい。温度コントローラ１８２は、ヒータへの電力供給を制御してもよい。温度コントローラ１８２は、流体送達システム１８０から台座１１２内の冷却システムへの冷却剤の供給を制御して、台座１１２の温度を制御してもよい。
【0098】
バルブ１８６及びポンプ１８８は、処理チャンバ１０３内の圧力を制御し、処理中に処理チャンバ１０３から反応物を排出してもよい。システムコントローラ１９０は、上述した基板処理システム１００のコンポーネントを制御してもよい。
【0099】
ここで、シャワーヘッド１０４をさらに詳細に説明する。上述したように、シャワーヘッド１０４は、リモートプラズマ１４２からのイオンをフィルタリングし、リモートプラズマ１４２からのラジカルを、ラジカル孔１６０を介して処理チャンバ１０３内に通過させる。ラジカルは、シャワーヘッド１０４と台座１１２の間のギャップ内で前駆体と反応し、ＡＬＤなどのプロセスを使用して基板１１４上に薄膜が成膜される。ラジカルがシャワーヘッド１０４を通過するためにラジカル孔１６０によって提供される開放面積、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２の密度及びパターン、並びにシャワーヘッド１０４の円筒部分１０７の構造及び機能特性は、全て以下に詳細に説明されるが、シャワーヘッド１０４を使用して成膜された膜において、半径及び方位角のゼロに近い不均一性を提供する。
【0100】
図２は、シャワーヘッド１０４の側面断面図である。シャワーヘッド１０４は、ベース部分１０５と、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５から垂直に下方に延びる円筒部分１０７とを含む。シャワーヘッド１０４のベース部分１０５は水平であり、かつ台座１１２の上面１１６（図１参照）及び処理チャンバ１０３の底壁１１０（図１参照）に平行である。ベース部分１０５は、円筒部分１０７の外径（ＯＤ）から半径方向外側に延びて、フランジ２００を形成する。フランジ２００は、ファスナ２０２を用いて処理チャンバ１０３のトッププレート（図示せず）に固定される。Ｏリング（図示せず）が、フランジ２００とトッププレートの間に配置され、シャワーヘッド１０４とトッププレートの間にシールを形成してもよい。
【0101】
シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の上面１６２は、比較的小さい高さを有する環状リッジ２１０を含む。環状リッジ２１０は、図３、図８、及び図９にも示されている。環状リッジ２１０は、ベース部分１０５の上面１６２を表面に載せた状態でシャワーヘッド１０４が当該表面上に置かれる場合（すなわち、シャワーヘッド１０４が当該表面上に伏せて置かれる場合）、シャワーヘッド１０４の取り扱い中にラジカル孔１６０を保護する。環状リッジ２１０の幅は、円筒部分１０７の厚さとほぼ同じである（ただし、必ずしも同じである必要はない）。
【0102】
シャワーヘッド１０４のベース部分１０５の上面１６２はまた、環状リッジ２１０のＩＤからシャワーヘッド１０４の中心まで広がる凹部２１２を含む。凹部２１２は、図３にも示されている。凹部２１２の直径は、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７のＩＤとほぼ同じである（ただし、必ずしも同じである必要はない）。例えば、凹部２１２の直径は、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７のＩＤ以下とすることもできる。ラジカル孔１６０は、凹部２１２の領域内に配置される。凹部２１２及び環状リッジ２１０は共に、シャワーヘッド１０４の取り扱い中に、ラジカル孔１６０を保護する。
【0103】
環状リッジ２１０のＩＤ及び凹部２１２の直径は、円筒部分１０７のＩＤにほぼ等しい。いくつかの例では、環状リッジ２１０のＩＤ及び凹部２１２の直径は、円筒部分１０７のＩＤよりも大きくてもよい。環状リッジ２１０のＯＤは、円筒部分１０７のＯＤ以上であってもよい。いくつかの例では、環状リッジ２１０のＩＤ及び凹部２１２の直径は、円筒部分１０７の内径より小さくてもよく、環状リッジ２１０のＯＤは、円筒部分１０７のＯＤより小さくてもよい。したがって、環状リッジ２１０の幅は、円筒部分１０７の厚さよりも大きいか、等しいか、又は小さくてもよい。
【0104】
シャワーヘッドのベース部分１０５は、プレナム１６６と、プレナム１６６からシャワーヘッド１０４のベース部分１０５を通り、かつフェースプレート１６４を通って垂直に延びる前駆体孔１７２とを含む。プレナム１６６については、以下で図３及び図４を参照してさらに詳細に示し、説明する。
【0105】
ラジカル孔１６０は、前駆体孔１７２よりも大きい直径及び長さを有する。ラジカル孔１６０は、２２０で示されるように、上端（すなわち、プラズマ源１０２に面する側、図１を参照）でテーパ状である。ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２は、円筒形であり、かつ、図６及び図７を参照して詳細に後述するパターンで配置される。図６及び図７を参照して詳細に説明するように、ラジカル孔１６０の総断面積は、リモートプラズマ１４２からのイオンをフィルタリングし、リモートプラズマ１４２からのラジカルのみを、シャワーヘッド１０４を介して処理チャンバ１０３内に通過させるように最適化される。
【0106】
【0107】
シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７の外壁１０９－１は、処理チャンバ１０３のトッププレートに直接接触しない。この特徴により、かつシャワーヘッド１０４の円筒部分１０７が、基板１１４が配置された台座１１２の上面１１６の下に垂直に延びているため（図１参照）、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７は、台座１１２の上面１１６のエッジの周りに対称な熱境界条件（すなわち、温度が比較的一定な領域）を提供する（図１参照）。したがって、台座１１２は、円筒部分１０７内で（すなわち、その高さを通じて）垂直に移動して、台座１１２の上面１１６のエッジを囲む熱境界条件を大きく変えることなく、シャワーヘッド１０４と台座１１２の間のギャップを調整でき、これは基板処理中に有利である。
【0108】
さらに、上記で説明したように、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７はまた、台座１１２が円筒部分１０７内で上又は下に移動したときに、台座１１２の上面１１６のエッジの周りのガス流に比較的一定の圧縮を提供する。これによって、円筒部分１０７が台座１１２の上面１１６のエッジを囲み、かつそれに近接しているため、台座１１２の上面１１６のエッジの周りのガス流条件が比較的一定に保たれるので、シャワーヘッド１０４と台座１１２の間のギャップにおけるガスの微容量を制御するプロセスが単純化される。したがって、台座１１２は、円筒部分１０７内で（すなわち、その高さを通じて）垂直に移動して、台座１１２の上面１１６のエッジの周りのガス流条件を大きく変えることなく、シャワーヘッド１０４と台座１１２の間のギャップを調整できる。
【0109】
シャワーヘッド１０４のフェースプレート１６４と台座１１２の上面１１６との間のギャップが調整可能であることにより、ＡＬＤプロセスにおける微容量の精密な制御が可能になる。さらに、シャワーヘッド１０４のフェースプレート１６４と台座１１２の上面１１６との間の狭いギャップは、ギャップ内の微容量におけるラジカルの枯渇を防ぐ。これらの特徴は、いずれもシャワーヘッド１０４の円筒部分１０７の構造上、提供できる。
【0110】
図３は、シャワーヘッド１０４の断面斜視図であり、シャワーヘッド１０４の構造をさらに詳細に示す。シャワーヘッド１０４は、第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３の３つのコンポーネントを含む。第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３は、共に拡散接合されて（又は、ファスナ若しくはろう付けを用いて共に接合されて）、シャワーヘッド１０４を形成する。
【0111】
第１のコンポーネント２３０－１は、トップ部分２３１と、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７とを含む。第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３は、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５を形成する。第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１は、平面であり、かつ円盤状である。円筒部分１０７は、トップ部分２３１の周縁から垂直に下方に延びる。第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１は、円筒部分１０７のＯＤを越えて半径方向外側に延びる。したがって、第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１の直径は、円筒部分１０７のＯＤよりも大きい。円筒部分１０７の内壁１０９－２内（すなわち、円筒部分１０７のＩＤ内）のトップ部分２３１の領域は、シャワーヘッド１０４のフェースプレート１６４を形成する。
【0112】
ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２は、円筒部分１０７のＩＤ以下の直径を有するフェースプレート１６４の領域内に存在する。ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２が存在する領域の直径は、基板１１４の直径よりも大きく、また、図１及び図６に見られるように、台座１１２の上面１１６のＯＤ以上である（基板１１４の直径を示す図６に描かれた点線の円２５０を参照）。ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２が存在するフェースプレート１６４の領域は、図２を参照して上記に示し、説明した凹部２１２と同じ直径及び面積を有する。
【0113】
いくつかの例では、第１のコンポーネント２３０－１は、モノリシックであってもよい。すなわち、第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１及び円筒部分１０７は、互いに取り付けられている別個のコンポーネントでなくてもよく、むしろ、第１のコンポーネント２３０－１は一体構造であってもよく、かつ第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１は、単一のモノリシック構造として円筒部分１０７と統合されてもよい。或いは、いくつかの例では、トップ部分２３１及び円筒部分１０７は、（例えば、ファスナ又は拡散接合によって）共に接合されて第１のコンポーネント２３０－１を形成する別個のコンポーネントであってもよい。
【0114】
次に、第２のコンポーネント２３０－２を、第２のコンポーネント２３０－２の底面図及び上面図をそれぞれ示す図４及び図５を追加参照して説明する。第２のコンポーネント２３０－２は、第１のコンポーネント２３０－１の上面２３２上に配置され、かつそれに取り付けられている。第２のコンポーネント２３０－２は、円盤状であり、かつ第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１と同じ直径を有する。したがって、第２のコンポーネント２３０－２の直径も、円筒部分１０７のＯＤより大きい。
【0115】
第２のコンポーネント２３０－２の上面２３４及び側面２３６と、第１のコンポーネント２３０－１の上面２３２とが、プレナム１６６を画定する。図４は、プレナム１６６をさらに詳細に示す。図４に示すように、第２のコンポーネント２３０－２の底面２３７は、底面２３７の周縁に沿って半円形又は馬蹄形の溝１６７を含む。溝１６７は、複数の出口１６９－１、１６９－２、…、及び１６９－Ｎ（まとめて、出口１６９）を介してプレナム１６６と流体連通しており、ここでＮは１より大きい整数である。溝１６７は、入口１７１を介して、第３のコンポーネント２３０－３に設けられたガス入口２４０と流体連通しており、入口１７１は、ガス入口２４０と流体連通している。したがって、プレナム１６６は、溝１６７を介してガス入口２４０と流体連通している。
【0116】
ガス入口２４０は、図１に示される第２のガス送達システム１７０に接続される。プレナム１６６は、ガス入口２４０及び溝１６７を介して第２のガス送達システム１７０から１つ又は複数の前駆体を受け取る。プレナム１６６は、第１のコンポーネント２３０－１の前駆体孔１７２と流体連通している。前駆体は、ガス入口２４０から、溝１６７、プレナム１６６、及び前駆体孔１７２を介して、処理チャンバ１０３に流入する。
【0117】
ラジカル孔１６０は、第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３を貫通して穿孔される。したがって、第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３の各々は、ラジカル孔１６０の部分である貫通孔を含む。ラジカル孔１６０は第２のコンポーネント２３０－２を貫くので、第２のコンポーネント２３０－２は、ラジカル孔１６０の部分であり（したがって１６０とも示される）、かつ第１のコンポーネント２３０－１及び第３のコンポーネント２３０－３のラジカル孔１６０の部分と整列する貫通孔を含む。
【0118】
溝１６７は、ラジカル孔１６０の部分である第２のコンポーネント２３０－２の貫通孔１６０を囲むが、それと流体連通していない。第２のコンポーネント２３０－２の貫通孔１６０は、溝１６７、プレナム１６６、及び前駆体孔１７２と流体連通していない。したがって、ラジカル孔１６０は、プレナム１６６及び前駆体孔１７２と流体連通していない。
【0119】
第２のコンポーネント２３０－２の上面２３４は、冷却チャネルを形成する溝１６８を含む。図５は、溝１６８及び冷却チャネルをさらに詳細に示す。図５に示すように、第２のコンポーネント２３０－２の上面２３４は、上面２３４の周縁に沿って２つの円弧状又は半円形の溝１７３－１及び１７３－２（まとめて、溝１７３）を含む。溝１７３は、上面２３４の両側に位置する。溝１７３－１は、第３のコンポーネント２３０－３上に設けられた流体入口２４２と流体連通している入口１７７－１を含む。溝１７３－２は、第３のコンポーネント２３０－３上に設けられた流体出口２４４（図８及び図９に示す）と流体連通している出口１７７－２を含む。
【0120】
溝１６８は、互いに平行であり、かつ溝１７３間を、上面２３４を横切って延びる。溝１６８の各々は、溝１７３－１に接続された一端と、溝１７３－２に接続された他端とを有する。したがって、溝１６８は、溝１７３と流体連通している。溝１７３及び１６８は、冷却チャネルを形成する。
【0121】
溝１７３は半円形であるため、溝１６８の長さは様々である。溝１６８は、同じ幅と深さを有する。溝１６８は波状又は曲がった（すなわち、ジグザグ形状を有する）ものであるが、代わりに直線状にすることもできる。溝１７３は、互いに直接接続されておらず、むしろ、溝１６８によって溝１７３は互いに接続されている。溝１７３及び１６８によって形成される冷却チャネルは、点線の円２５０によって示される基板１１４の直径を越えて延びる。
【0122】
第３のコンポーネント２３０－３上に設けられた流体入口２４２は、流体送達システム１８０に接続されている。流体送達システム１８０は、流体入口２４２に冷却剤を供給する。冷却剤は、流体入口２４２を通って流れ、溝１７３－１、溝１６８、及び溝１７３－２を通り、流体出口２４４を通って出て行く。
【0123】
溝１７３は、複数のリッジ１７５－１、１７５－２、…、及び１７５－Ｎ（まとめて、リッジ１７５）を含み、ここでＮは１より大きい整数である。リッジ１７５は、ほぼ楕円形の形状であるが、リッジ１７５は任意の他の形状とすることもできる。リッジ１７５は、溝１７３の底部から垂直に上方に延び、かつ第３のコンポーネント２３０－３の底面２３８に接触する。溝１７３の各々におけるリッジ１７５の数は、溝１６８の数とほぼ等しい（ただし、そうである必要はない）。
【0124】
リッジ１７５は、溝１７３、１６８を通る冷却剤の流れを導くのに役立つ。溝１６８の深さは、リッジ１７３の高さとほぼ等しい。溝１６８及び１７３は、同じ深さである。第２のコンポーネント２３０－２の底面２３７の溝１６７は、第２のコンポーネント２３０－２の上面２３４の溝１７３を囲む。
【0125】
図５に示すように、溝１７３は、ラジカル孔１６０の部分である第２のコンポーネント２３０－２の貫通孔１６０を囲むが、流体連通はしていない。ラジカル孔１６０の部分である第２のコンポーネント２３０－２の貫通孔１６０は、溝１６８の両側にある。
【0126】
第３のコンポーネント２３０－３は、第２のコンポーネント２３０－２の上面２３４上に配置され、かつそれに取り付けられている。第３のコンポーネント２３０－３も円盤状であり、また、第１のコンポーネント２３０－１のトップ部分２３１と同じ直径を有する。したがって、第３のコンポーネント２３０－３の直径も、円筒部分１０７のＯＤより大きい。さらに、第２のコンポーネント２３０－２と第３のコンポーネント２３０－３は、同じ直径を有する。
【0127】
第３のコンポーネント２３０－３の上面１６２は、環状リッジ２１０と凹部２１２とを含む。凹部２１２は、環状リッジのＩＤから第３のコンポーネント２３０－３の上面１６２の中心まで広がる。環状リッジ２１０及び凹部２１２は、既に図示され、図２を参照して詳細に上述されている。したがって、環状リッジ２１０及び凹部２１２については、簡潔にするために再度説明はしない。
【0128】
第３のコンポーネント２３０－３は、ガス入口２４０と、流体入口２４２と、流体出口２４４とを含む（図８及び図９に示す）。上記で説明したように、ガス入口２４０は、第２のコンポーネント２３０－２の溝１６７及びプレナム１６６と流体連通している。流体入口２４２は、第２のコンポーネント２３０－２の溝１７３－１と流体連通している。流体出口２４４は、第２のコンポーネント２３０－２の溝１７３－２と流体連通している。
【0129】
したがって、流体入口２４２及び流体出口２４４は、第２のコンポーネント２３０－２の溝１７３及び１６８と流体連通している。流体送達システム１８０によって供給される冷却剤は、流体入口２４２に流入し、溝１７３、１６８によって形成された冷却チャネルを通り、流体出口２４４を通って冷却チャネルから出る。流体出口２４４から出た冷却剤は、流体送達システム１８０に戻されてもよい。
【0130】
上述のように、ラジカル孔１６０は、第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３を貫通して穿孔され、したがって、第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３の各々は、ラジカル孔１６０の部分である貫通孔を含む。ラジカル孔１６０は第３のコンポーネント２３０－３を貫くので、第３のコンポーネント２３０－３は、ラジカル孔１６０の部分であり（したがって１６０とも示される）、かつ第２のコンポーネント２３０－２及び第１のコンポーネント２３０－１のラジカル孔１６０の部分と整列する貫通孔を含む。第３のコンポーネント２３０－３の貫通孔１６０は、第２のコンポーネント２３０－２のプレナム１６６及び溝１６７、１６８、１７３と流体連通していない。したがって、第３のコンポーネント２３０－３の貫通孔１６０は、前駆体孔１７２と流体連通していない。
【0131】
第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３は、拡散接合によって共に接合される。拡散接合は、ろう付けを使用してコンポーネントを接合する場合に通常使用されるフィラーを排除する。フィラーを排除することで、ろう付け及びその後の洗浄後に留まる傾向にある残留フィラーによる汚染の可能性を排除する。或いは、ファスナ及び／又はろう付けを使用して、第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３を接合してもよい。
【0132】
第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３が（任意の方法を使用して）共に接合された後、図６及び図７を参照して後述するパターンで、ラジカル孔１６０が第１のコンポーネント２３０－１、第２のコンポーネント２３０－２、及び第３のコンポーネント２３０－３を貫通して穿孔される。前駆体孔１７２は、図６及び図７を参照して後述するパターンで、第１のコンポーネント２３０－１を貫通して穿孔される。第１のコンポーネント２３０－１の前駆体孔１７２は、第２のコンポーネント２３０－２のプレナム１６６と整列している。
【0133】
上述のように、ラジカル孔１６０は、円筒形であり、かつ前駆体孔１７２よりも大きい直径及び長さを有する。ラジカル孔１６０は、２２０で示すように、上端（すなわち、プラズマ源１０２に面する端部）においてテーパ状（円錐状）である。ラジカル孔１６０は、溝１６８、１７３、及び１６７、プレナム１６６、並びに前駆体孔１７２と流体連通していない。次に、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２のパターン、レイアウト、及び密度を詳細に説明する。
【0134】
図６及び図７は、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２を詳細に示す。図６は、シャワーヘッド１０４の底面図である。図７は、シャワーヘッド１０４の底面図の一部を拡大した図である。図６及び図７が示すように、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２は、六角形／三角形のパターンで配置される。このパターンは、シャワーヘッド１０４の中心のまわりで均一である。六角形及び三角形は正六角形及び正三角形として以下に示され、説明されるが、他の多角形及び三角形が使用されてもよい。
【0135】
具体的には、図７に示すように、前駆体孔１７２は正六角形の頂点に配置される。図６の２５２に示すように、ラジカル孔１６０もまた、正六角形の頂点に配置されている。さらに、図７に示すように、前駆体孔１７２は、正三角形の頂点に配置される。ラジカル孔１６０は、前駆体孔１７２によって形成された三角形内に、三角形の頂点から等距離に存在する。ラジカル孔１６０は、正三角形の頂点にも配置される。ラジカル孔１６０によって形成された少なくともいくつかの三角形において、前駆体孔１７２は、ラジカル孔１６０によって形成された三角形内に存在する。前駆体孔１７２は、ラジカル孔１６０によって形成された三角形の頂点から等距離に存在する。
【0136】
図６の２５２に示すように、ラジカル孔１６０は、正六角形の頂点に配置され、ラジカル孔１６０によって形成された六角形内では、前駆体孔１７２が、三角形の頂点に配置され、三角形内にラジカル孔１６０が配置されている。図６の２５４に示すように、前駆体孔１７２は、正六角形の頂点に配置され、前駆体孔１７２によって形成された六角形内では、ラジカル孔１６０が、三角形の頂点に配置され、三角形内には前駆体孔１７２が配置されている。
【0137】
ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２は、フェースプレート１６４の全体に比較的密に上記パターンで配置される。例えば、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２の平均密度は、１平方インチあたり約４．５個の孔であってもよい。例えば、平均密度は、１平方インチあたり４～５個の孔であってもよい。
【0138】
さらに、ラジカル孔１６０の数と前駆体孔１７２の数は、ほぼ等しくてもよい。いくつかの例では、ラジカル孔１６０の数は、前駆体孔１７２の数よりもわずかに多くてもよい。例えば、前駆体孔１７２の数に対するラジカル孔１６０の数の比は、１．００から１．０５の間であってもよい。
【0139】
さらに、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２は、フェースプレート１６４の全体に（すなわち、円筒部分１０７の中心からＩＤまで）、上記のパターンで、かつ上記の密度で分布する。図６は、基板１１４の直径を表す円２５０を示す。図示されるように、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２のパターン及び密度は、フェースプレート１６４において、円２５０を越えて円筒部分１０７のＩＤまで半径方向に広がる。ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２のパターン及び密度が、基板１１４のＯＤを超えて半径方向に広がることにより、フェースプレート１６４の中心から、少なくともフェースプレート１６４上で円２５０（すなわち、基板１１４のＯＤ）が広がるところまで、パターン及び密度が均一になることを保証する。
【0140】
これらのパターン及び密度の特徴の範囲及び均一性のために、材料は、基板１１４上に均一に堆積させることができる。例えば、プラズマ源１０２及びシャワーヘッド１０４を使用して基板１１４上に堆積された材料において、０．０％、０．１％未満、０．５％未満、又は１％未満の不均一性を達成できる。
【0141】
さらに、ラジカル孔１６０のサイズ（直径及び長さ）及び数などの特性は、リモートプラズマ１４２からのラジカルがプラズマ源１０２からシャワーヘッド１０４を通って処理チャンバ１０３内へと通過できる効率性を決定する。これらの特性のいくつかは、ラジカル孔１６０を通過できるラジカルの数を増やすために増加させることができるが、ラジカル孔１６０の一部のサイズ又はアスペクト比では、シャワーヘッド１０４は、リモートプラズマ１４２からのイオンを効果的にフィルタリングすることができない。したがって、ラジカル孔１６０は、イオンをフィルタリングしながらも、ラジカルがプラズマ源１０２からシャワーヘッド１０４を通過するために開放されている面積の割合が比較的高くなるように設計される（例を続ける）。
【0142】
具体的には、ラジカルがプラズマ源１０２からシャワーヘッド１０４を通過するために開放されている面積の割合は、シャワーヘッド１０４に取り付けられているプラズマ源１０２の底部の断面積に対する、全てのラジカル孔１６０の総断面積の比率として定義される。プラズマ源１０２及びシャワーヘッド１０４は、シャワーヘッド１０４の穴１０６の断面積（すなわち、円筒部分１０７の内壁１０９－２の断面積）が、プラズマ源１０２の底部の断面積と実質的に同じであり、したがって、その代用にできるように設計されている。
【0143】
したがって、ラジカルがプラズマ源１０２からシャワーヘッド１０４を通過するために開放されている面積の割合は、シャワーヘッド１０４の穴１０６の断面積（すなわち、円筒部分１０７の内壁１０９－２の断面積）に対する、全てのラジカル孔１６０の総断面積の比率として定義できる。数学的には、この比率は、ラジカル孔１６０の数にラジカル孔１６０の直径の２乗を乗じたものを、シャワーヘッド１０４の穴１０６のＩＤの２乗（すなわち、円筒部分１０７の内壁１０９－２の断面積）で割ったものに等しい。
【0144】
この面積の割合は、リモートプラズマ１４２からのイオンをフィルタリングしながらラジカルが通過できる効率を決定するが、面積の割合は、上述のラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２のパターンと密度の組み合わせを使用することによって達成される不均一性をも改善する。例えば、基板１１４上に堆積された材料においてゼロに近い不均一性（上記の例を参照）を達成するために、上述のラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２のパターン及び密度に加えて、ラジカルがシャワーヘッド１０４を通過するために開放されている面積の割合は、約５％であってもよい。例えば、面積の割合は、４．５％以上５．５％以下であってもよい。例えば、面積の割合は、４％以上６％以下であってもよい。
【0145】
さらに、面積の割合を最適化すると、ラジカルがシャワーヘッドを通過して処理チャンバ１０３に入ることのできる効率が高まるので、上述のように設計されたパターン、密度、及び面積の割合を使用して、プロセスサイクル（例えば、ＡＬＤサイクル）を迅速に実行できる。プロセスサイクルを迅速に実行できるので、所与の時間内に基板を処理できる速度（すなわち、スループット）が増加する。
【0146】
図８は、シャワーヘッド１０４の上面図を示す。この図では、ラジカル孔１６０のみが見えており、前駆体孔１７２は見えていない。さらに、プレナム１６６に接続するガス入口２４０が示されている。さらに、溝１６８によって形成されたチャネルに接続する流体入口２４２と、さらに流体出口２４４が示されている。さらに、この図では、ラジカル孔１６０の上部におけるテーパ付けが２２０で示されている。環状リッジ２１０及び凹部２１２も示されている。この図に見られるこれら及び他の要素は、図２及び図３を参照して既に詳細に上述されている。したがって、簡潔にするために、これらの要素については再度説明しない。
【0147】
図９及び図１０はそれぞれ、シャワーヘッド１０４の上部及び底部の斜視図を示す。ここでも、図９に示すシャワーヘッド１０４の上部の斜視図には、ラジカル孔１６０のみが見えており、前駆体孔１７２は見えていない。さらに、プレナム１６６に接続するガス入口２４０が示されている。さらに、溝１６８によって形成されたチャネルに接続する流体入口２４２及び流体出口２４４が示されている。この図は、他の図面よりも、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７を良く見えるようにするものである。
【0148】
図１０に示すシャワーヘッド１０４の底部の斜視図では、ラジカル孔１６０及び前駆体孔１７２は、図７及び図８を参照して上述したパターンで、シャワーヘッド１０４の円筒部分１０７のＩＤまでずっと広がるように示される。さらに、シャワーヘッド１０４のベース部分１０５に対するシャワーヘッド１０４の円筒形部分１０７の範囲（又は高さ）は、この図においてシャワーヘッド１０４の底部から知覚できる。
【0149】
前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その応用又は用途を限定することを意図しない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施できる。したがって、本開示は特定の例を含むが、他の変形が図面、明細書、及び以下の特許請求の範囲の検討により明らかになるので、本開示の真の範囲はそれほど限定されるべきではない。
【0150】
本開示の原理を変更することなく、方法内の１つ又は複数のステップを異なる順序で（又は同時に）実行し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上述されているが、本開示の任意の実施形態に関して説明されたそれらの特徴のうちの任意の１つ又は複数は、他の任意の実施形態において実装することができ、かつ／又はその組み合わせが明示的に説明されていなくても、他の任意の実施形態の特徴と組み合わせることができる。言い換えれば、記載された実施形態は、相互に排他的ではなく、１つ又は複数の実施形態を互いに入れ替えることは、本開示の範囲内である。
【0151】
要素間（例えば、モジュール、回路素子、半導体層などの間）の空間的及び機能的関係は、「接続された」、「係合した」、「連結された」、「隣接する」、「～の隣」、「～の上」、「上方」、「下方」、及び「配置された」などの様々な用語を用いて説明される。「直接的」であると明示的に記載されていない限り、第１及び第２の要素間の関係が上記開示に記載される場合、その関係は、第１及び第２の要素間に他の介在要素が存在しない直接的関係であり得るが、第１及び第２の要素間に（空間的又は機能的に）１つ又は複数の介在要素が存在する間接的関係である可能性もある。本明細書で使用される場合、Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つというフレーズは、非排他的論理ＯＲを用いた論理（Ａ又はＢ又は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、及びＣの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。
【0152】
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、システムは上述の例の一部であり得る。このようなシステムは、１つ又は複数の処理ツール、１つ又は複数のチャンバ、１つ又は複数の処理用プラットフォーム、及び／又は特定の処理コンポーネント（台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウェハ又は基板の処理前、処理中、及び処理後にそれらの動作を制御するための電子機器と統合されてもよい。電子機器は「コントローラ」と呼ばれることもあり、１つ又は複数のシステムの様々なコンポーネント又は子部品を制御してもよい。
【0153】
コントローラは、処理要件及び／又はシステムの種類に応じて、処理ガスの送達、温度設定（例えば、加熱及び／又は冷却）、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、液体送達設定、位置及び動作設定、ツールへのウェハの搬入出、並びに、特定のシステムに接続又は連動する他の搬送ツール及び／又はロードロックへのウェハの搬入出を含む、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。
【0154】
大まかに言えば、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、及び／又はソフトウェアを有する電子機器として定義され得る。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態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）として定義されるチップ、及び／又はプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ又は複数のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含んでもよい。
【0155】
プログラム命令は、半導体ウェハに対して、半導体ウェハのために、又はシステムに対して、特定のプロセスを実行するための動作パラメータを定義する、様々な個々の設定（又はプログラムファイル）の形態でコントローラに通信される命令であってもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、１つ又は複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、及び／又はウェハのダイの製造中に１つ又は複数の処理ステップを達成するために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。
【0156】
コントローラは、いくつかの実施態様において、システムに統合された、システムに接続された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、又はそれらの組み合わせであるコンピュータの一部であってもよく、又はそのようなコンピュータに接続されていてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」、すなわちファブホストコンピュータシステムの全体又は一部であってもよく、これによりウェハ処理の遠隔アクセスが可能になる。コンピュータは、製造動作の現在の進行状況を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向又は性能基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、処理ステップを設定して現在の処理を追跡し、又は新たなプロセスを開始するために、システムへの遠隔アクセスを可能にしてもよい。
【0157】
いくつかの例では、遠隔コンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを介してシステムにプロセスレシピを提供でき、ネットワークはローカルネットワーク又はインターネットを含んでもよい。遠隔コンピュータは、パラメータ及び／又は設定の入力又はプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでもよく、パラメータ及び／又は設定は次いで遠隔コンピュータからシステムへと伝達される。いくつかの例では、コントローラは、１つ又は複数の動作中に実施される処理ステップのそれぞれのパラメータを指定する、データの形式の命令を受け取る。パラメータは、実施されるプロセスの種類及びコントローラがインタフェース接続する又は制御するように構成されたツールの種類に特有のものであってもよいことを理解されたい。
【0158】
したがって、上述したように、コントローラは、共にネットワーク化され、本明細書に記載のプロセス及び制御などの共通の目的にむけて動作する１つ又は複数の個別のコントローラを含むことなどにより、分散されてもよい。そのような目的のための分散型コントローラの一例は、遠隔地に設置され（プラットフォームレベルで、又は遠隔コンピュータの一部としてなど）、チャンバでのプロセスを協同で制御する１つ又は複数の集積回路と通信するチャンバ上の１つ又は複数の集積回路である。
【0159】
システムの例は、プラズマエッチングチャンバ又はモジュール、成膜チャンバ又はモジュール、スピンリンスチャンバ又はモジュール、金属メッキチャンバ又はモジュール、洗浄チャンバ又はモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバ又はモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ又はモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバ又はモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバ又はモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバ又はモジュール、イオン注入チャンバ又はモジュール、トラックチャンバ又はモジュール、並びに半導体ウェハの製作及び／又は製造に関連し得る、又は使用し得る、任意の他の半導体処理システムを含んでもよいが、これらに限定されない。
【0160】
上述のように、ツールによって実行される１つ又は複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、他のツール回路又はモジュール、他のツールコンポーネント、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接ツール、近隣ツール、工場全体に配置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、又は半導体製造工場内のツール位置及び／又はロードポートへウェハの容器を搬入出する材料搬送に用いられるツールの、１つ又は複数と通信してもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】