特表2024-539698ラジカル種供給のための穴サイズを有するシャワーヘッド
(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】2024-10-29
(54)【発明の名称】ラジカル種供給のための穴サイズを有するシャワーヘッド
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241022BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241022BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101G
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 2024525228
(86)(22)【出願日】2022-10-27
(85)【翻訳文提出日】2024-06-25
(86)【国際出願番号】 US2022078786
(87)【国際公開番号】W WO2023077002
(87)【国際公開日】2023-05-04
(31)【優先権主張番号】63/263,290
(32)【優先日】2021-10-29
(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】ミラー・アーロン・ブレイク
(72)【発明者】
【氏名】ビマラセッティ・ゴピナス
(72)【発明者】
【氏名】ハート・カイル・ワット
【テーマコード（参考）】
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
5F004BA03
5F004BA20
5F004BB13
5F004BB14
5F004BB18
5F004BB25
5F004BB26
5F004BD04
5F004CA03
5F004CA04
5F045AA08
5F045AA15
5F045DP03
5F045DQ10
5F045EE06
5F045EF05
5F045EF17
5F045EH02
5F045EH03
5F045EH05
5F045EH11
5F045EH12
5F045EH18
(57)【要約】
【解決手段】シャワーヘッドは、第１のセットの穴と、第２のセットの穴とを有する。第１のセットの穴は、第２のセットの穴よりも直径および長さが大きい。第１のセットの穴は、シャワーヘッドの厚さを貫通して延びている。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドはベース部と、ベース部から垂直に延びる円筒部とを含む。ベース部は、第２のセットの穴とは流体連通しているが第１のセットの穴とは分離されているプレナムを画定してもよい。第２のセットの穴は、プレナムからシャワーヘッドの底面へと延びている。いくつかの実装形態では、プラズマからのイオンをフィルタリングして、プラズマからのラジカルをシャワーヘッドを通して通過させ、シャワーヘッドを通じた前駆体の逆拡散を制限するように、第１のセットの穴の第１の直径を最適化してもよい。
【選択図】図８
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体処理装置で使用するためのシャワーヘッドであって、前記シャワーヘッド内のプレナムを有するベース部と、
前記ベース部から垂直に延びる円筒部であって、前記ベース部の直径が前記円筒部の外径より大きい円筒部とを有し、
前記ベース部はそれぞれが第１の直径および第１の長さを有する第１のセットの穴と、それぞれが第２の直径および第２の長さを有する第２のセットの穴とを有し、前記第１のセットの穴と前記第２のセットの穴とは前記ベース部の中心から前記円筒部の内径にかけて分布しており、前記第１のセットの穴は前記ベース部の上面から前記ベース部の底面まで延びており、前記第２のセットの穴は前記プレナムから前記ベース部の前記底面まで延びており、前記第１の直径は前記第２の直径より大きく、前記第１の長さは前記第２の長さより大きく、前記円筒部の断面積に対する前記第１のセットの穴の断面積の合計の比は、約０．５％～約３．０％の間である、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、前記第１および第２のセットの穴は、六角形のパターン、三角形のパターン、または六角形のパターンと三角形のパターンと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１に記載のシャワーヘッドであって、前記第１および第２のセットの穴の密度は、１平方インチあたり約３個～１平方インチあたり約６個の間である、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、前記第１の直径（Ｄ1）に対する前記第１の長さ（Ｌ1）の比が約８～約１５の間である、シャワーヘッド。
【請求項5】
請求項４に記載のシャワーヘッドであって、前記第１の直径（Ｄ1）に対する前記第１の長さ（Ｌ1）の前記比が約１０～約１２の間である、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、前記第１の直径は約０．０３インチ～約０．１インチの間である、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、前記ベース部と前記円筒部とを有する第１の部材と、
円盤形状であり、前記ベース部の前記第１のセットの穴と位置合わせされた第１の貫通穴を有する第２の部材であって、上面と、側面と、前記第１の部材の前記ベース部の前記円筒部とは反対の側に取り付けられており、前記第２のセットの穴と流体連通し前記第１のセットの穴とは分離されている前記プレナムを画定する底面とを有する第２の部材と、
円盤形状であり、前記第２の部材の前記第１の貫通穴および前記第１の部材の前記第１のセットの穴と位置合わせされた第２の貫通穴を有し、前記第２の部材の前記上面に取り付けられた底面を有する第３の部材とをさらに有する、シャワーヘッド。
【請求項8】
請求項７に記載のシャワーヘッドであって、前記第２の部材の前記上面は、前記上面の周縁に沿っており、かつ、前記上面の反対側の端にある一対の円弧形の溝を含み、前記第２の部材の前記上面は前記一対の円弧形の溝の間に延びる複数の溝をさらに有する、シャワーヘッド。
【請求項9】
請求項８に記載のシャワーヘッドであって、前記第３の部材は前記プレナムと流体連通するガス入口と、前記一対の円弧形の溝のうち第１のものと流体連通する流体入口と、前記一対の円弧形の溝のうち第２のものと流体連通する流体出口とを有する、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、前記シャワーヘッドは、前記第２のセットの穴から供給されるガスの、前記第１のセットの穴を通じた逆拡散を制限するように構成されている、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、前記円筒部の前記内径は処理される基板の直径よりも大きい、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のセットの穴は六角形のパターンで配置されており、前記第２のセットの穴は前記第１のセットの穴で画定される六角形の中にある三角形の頂点に位置しており、前記第１のセットの穴の１つがそれぞれの前記三角形の中に位置している、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、前記第２のセットの穴は六角形のパターンで配置されており、前記第１のセットの穴は前記第２のセットの穴で画定される六角形の中にある三角形の頂点に位置しており、前記第２のセットの穴の１つがそれぞれの前記三角形の中に位置している、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、前記第２のセットの穴の数に対する前記第１のセットの穴の数の比が約１．００～約１．０５の間である、シャワーヘッド。
【請求項15】
半導体処理装置で使用するためのシャワーヘッドであって、円盤形状の部分と、前記円盤形状の部分から垂直に延びる円筒部とを含む第１の部材であって、前記円盤形状の部分は前記円筒部の外径よりも大きな直径を有しており、前記円盤形状の部分は第１のセットの穴と第２のセットの穴とを有し、前記第１のセットの穴はそれぞれ第１の長さと第１の直径とを有し、前記第２のセットの穴はそれぞれ第２の長さと第２の直径とを有し、前記第１の直径は前記第２の直径よりも大きく、前記第１の長さは前記第２の長さより大きく、前記第１および第２の穴のセットは前記円盤形状の部分の中心から前記円筒部の内径まで分布しており、前記円筒部の断面積に対する前記第１のセットの穴の断面積の合計の比は、約０．５％～約３．０％の間である第１の部材と、
円盤形状であり、前記第１の部材の前記第１のセットの穴と位置合わせされた第１の貫通穴を有する第２の部材であって、上面と、側面と、前記第１の部材の前記円盤形状の部分の前記円筒部とは反対の側に取り付けられており、前記第１の部材の前記第２のセットの穴と流体連通し前記第１の部材の前記第１のセットの穴とは分離されているプレナムを画定する底面とを有する第２の部材と、
円盤形であり、前記第２の部材の前記第１のセットの穴および前記第１の部材の前記第１のセットの穴と位置合わせされた第２の貫通穴を有する第３の部材であって、前記第２の部材の前記上面に取り付けられる底面を有する第３の部材とを有する、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、前記第２の部材の前記上面は、前記上面の周縁に沿っており、かつ、前記第２の部材の前記上面の反対側の端にある一対の円弧形の溝を含み、前記第２の部材の前記上面は前記一対の円弧形の溝の間に延びる複数の溝をさらに有する、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、前記第３の部材は、前記第３の部材の上面上の、前記第３の部材の周縁に沿った円環状リッジをさらに有しており、前記第３の部材は前記円環状リッジの内径から前記第３の部材の前記上面の中心へと延びる凹部をさらに有する、シャワーヘッド。
【請求項18】
請求項１５に記載のシャワーヘッドであって、前記第１および第２のセットの穴は、六角形のパターン、三角形のパターン、または六角形のパターンと三角形のパターンとの組み合わせで配置されている、シャワーヘッド。
【請求項19】
請求項１５に記載のシャワーヘッドであって、前記第１および第２のセットの穴の密度は、１平方インチあたり約３個～１平方インチあたり約６個の間である、シャワーヘッド。
【請求項20】
請求項１５に記載のシャワーヘッドであって、前記第１の直径（Ｄ1）に対する前記第１の長さ（Ｌ1）の比が約８～約１５の間である、シャワーヘッド。
【請求項21】
プラズマ装置であって、処理チャンバと、
前記処理チャンバ内にあり、基板を支持するように構成された台座と、
前記処理チャンバの上方に配置されたプラズマ源と、
前記処理チャンバと前記プラズマ源との間に配置されたシャワーヘッドとを有し、
前記シャワーヘッドは
前記シャワーヘッド内のプレナムを有するベース部と、
前記ベース部から垂直に延びる円筒部であって、前記ベース部の直径は前記円筒部の外径より大きい円筒部とを有し、
前記ベース部はそれぞれが第１の直径および第１の長さを有する第１のセットの穴と、それぞれが第２の直径および第２の長さを有する第２のセットの穴とを有し、前記第１のセットの穴と前記第２のセットの穴とは前記ベース部の中心から前記円筒部の内径にかけて分布しており、前記第１のセットの穴は前記ベース部の上面から前記ベース部の底面まで延びており、前記第２のセットの穴は前記プレナムから前記ベース部の前記底面まで延びており、前記第１の直径は前記第２の直径より大きく、前記第１の長さは前記第２の長さより大きく、前記円筒部の断面積に対する前記第１のセットの穴の断面積の合計の比は、約０．５％～約３．０％の間である、プラズマ装置。
【請求項22】
請求項２１に記載のプラズマ装置であって、前記プラズマ源はプラズマを生成して、前記プラズマをシャワーヘッドに供給するように構成されており、前記シャワーヘッドの前記第１のセットの穴は前記プラズマからのイオンをフィルタリングし、前記プラズマからのラジカルを前記シャワーヘッドを通じて前記処理チャンバへと通過させるように構成されている、プラズマ装置。
【請求項23】
請求項２１に記載のプラズマ装置であって、前記第１および第２のセットの穴は、六角形のパターン、三角形のパターン、または六角形のパターンと三角形のパターンとの組み合わせで配置されている、プラズマ装置。
【請求項24】
請求項２１に記載のプラズマ装置であって、前記第１および第２のセットの穴の密度は、１平方インチあたり約３個～１平方インチあたり約６個の間である、プラズマ装置。
【請求項25】
請求項２１に記載のプラズマ装置であって、前記第１の直径（Ｄ1）に対する前記第１の長さ（Ｌ1）の比が約８～約１５の間である、プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
ＰＣＴ出願願書が、本願の一部として本明細書と同時に提出される。同時に提出されたＰＣＴ出願願書で特定され、本願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
ＰＣＴ出願願書が、本願の一部として本明細書と同時に提出される。同時に提出されたＰＣＴ出願願書で特定され、本願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【0002】
本明細書に記載の実装形態は半導体基板処理システムに関連する。より具体的には、プラズマ処理システムにおいて使用されるシャワーヘッドに関する。
【背景技術】
【0003】
半導体基板処理装置は、エッチング、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、プラズマ強化原子層堆積法（ＰＥＡＬＤ）、パルス堆積層（ＰＤＬ）、プラズマ強化パルス堆積層（ＰＥＰＤＬ）およびレジスト除去を含む技術によって半導体基板を処理するために使用される。プラズマ処理装置は、半導体基板処理装置の一種である。多くの半導体プロセスでは、ウエハがプラズマに暴露され、また、ウエハが周囲温度または室温よりも高い温度に暴露される。プラズマは、半導体基板処理装置内の、処理チャンバ内で発生させてもよい。あるいは、プラズマは処理チャンバから遠隔に（すなわち外部で）生成されてもよい。処理チャンバの外部で生成されたプラズマは遠隔プラズマと呼ばれ、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、トランス結合型プラズマ（ＴＣＰ）、およびマイクロ波（ＭＷ）プラズマなどの任意の方法で生成され得る。
【0004】
本明細書で提供される背景技術は、本開示の内容を概ね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。
【発明の概要】
【0005】
本明細書では、半導体処理装置で使用するためのシャワーヘッドが提供される。シャワーヘッドは、シャワーヘッド内のプレナムを有するベース部と、ベース部から垂直に延びる円筒部であって、ベース部の直径が円筒部の外径より大きい円筒部とを含み、ベース部はそれぞれが第１の直径および第１の長さを有する第１のセットの穴と、それぞれが第２の直径および第２の長さを有する第２のセットの穴とを有する。第１のセットの穴と第２のセットの穴とはベース部の中心から円筒部の内径にかけて分布しており、第１のセットの穴はベース部の上面からベース部の底面まで延びており、第２のセットの穴はプレナムからベース部の底面まで延びており、第１の直径は第２の直径より大きく、第１の長さは第２の長さより大きく、円筒部の断面積に対する第１のセットの穴の断面積の合計の比は、約０．５％～約３．０％の間である。
【0006】
いくつかの実装形態では、第１および第２のセットの穴は、六角形のパターン、三角形のパターン、または六角形のパターンと三角形のパターンとの組み合わせで配置されている。いくつかの実装形態では、第１および第２のセットの穴の密度は、１平方インチあたり約３個～１平方インチあたり約６個の間である。いくつかの実装形態では、第１の直径（Ｄ1）に対する第１の長さ（Ｌ1）の比が約８～約１５の間である。いくつかの実装形態では、第１の直径（Ｄ1）に対する第１の長さ（Ｌ1）の比が約１０～約１２の間である。いくつかの実装形態では、第１の直径は約０．０３インチ～約０．１インチの間である。いくつかの実装形態では、シャワーヘッドは、ベース部と円筒部とを有する第１の部材と、円盤形状であり、ベース部の第１のセットの穴と位置合わせされた第１の貫通穴を含む第２の部材であって、上面と、側面と、第１の部材のベース部の円筒部とは反対の側に取り付けられており、第２のセットの穴と流体連通し第１のセットの穴とは分離されているプレナムを画定する底面とを有する第２の部材と、円盤形状であり、第２の部材の第１の貫通穴および第１の部材の第１のセットの穴と位置合わせされた第２の貫通穴を含み、第２の部材の上面に取り付けられた底面を有する第３の部材とをさらに含む。いくつかの実装形態では、第２の部材の上面は、上面の周縁に沿っており、かつ、上面の反対側の端にある一対の円弧形の溝を含み、第２の部材の上面は一対の円弧形の溝の間に延びる複数の溝をさらに含む。いくつかの実装形態では、第３の部材はプレナムと流体連通するガス入口と、一対の円弧形の溝のうち第１のものと流体連通する流体入口と、一対の円弧形の溝のうち第２のものと流体連通する流体出口とを含む。いくつかの実装形態では、シャワーヘッドは、第２のセットの穴から供給されるガスの、第１のセットの穴を通じた逆拡散を制限するように構成されている。いくつかの実装形態では、円筒部の内径は処理される基板の直径よりも大きい。いくつかの実装形態では、第１のセットの穴は六角形のパターンで配置されており、第２のセットの穴は第１のセットの穴で画定される六角形の中にある三角形の頂点に位置しており、第１のセットの穴の１つがそれぞれの三角形の中に位置している。いくつかの実装形態では、第２のセットの穴は六角形のパターンで配置されており、第１のセットの穴は第２のセットの穴で画定される六角形の中にある三角形の頂点に位置しており、第２のセットの穴の１つがそれぞれの三角形の中に位置している。いくつかの実装形態では、第２のセットの穴の数に対する第１のセットの穴の数の比が約１．００～約１．０５の間である。
【0007】
本明細書では、半導体処理装置で使用するためのシャワーヘッドも提供されている。シャワーヘッドは、円盤形状の部分と、円盤形状の部分から垂直に延びる円筒部とを有する第１の部材を含み、円盤形状の部分は円筒部の外径よりも大きな直径を有しており、円盤形状の部分は第１のセットの穴と第２のセットの穴とを含み、第１のセットの穴はそれぞれ第１の長さと第１の直径とを有し、第２のセットの穴はそれぞれ第２の長さと第２の直径とを有し、第１の直径は第２の直径よりも大きく、第１の長さは第２の長さより大きく、第１および第２の穴のセットは円盤形状の部分の中心から円筒部の内径まで分布しており、円筒部の断面積に対する第１のセットの穴の断面積の合計の比は、約０．５％～約３．０％の間である。シャワーヘッドは、円盤形状であり、第１の部材の第１のセットの穴と位置合わせされた第１の貫通穴を有する第２の部材をさらに含み、第２の部材は上面と、側面と、第１の部材の円盤形状の部分の円筒部とは反対の側に取り付けられており、第１の部材の第２のセットの穴と流体連通し第１の部材の第１のセットの穴とは分離されているプレナムを画定する底面とを有する。シャワーヘッドは、円盤形であり、第２の部材の第１のセットの穴および第１の部材の第１のセットの穴と位置合わせされた第２の貫通穴を有する第３の部材をさらに含み、第３の部材は第２の部材の上面に取り付けられる底面を有する。
【0008】
いくつかの実装形態では、第２の部材の上面は、上面の周縁に沿っており、かつ、上面の反対側の端にある一対の円弧形の溝を含み、第２の部材の上面は一対の円弧形の溝の間に延びる複数の溝をさらに含む。いくつかの実装形態では、第３の部材は、第３の部材の上面上の、第３の部材の周縁に沿った円環状リッジをさらに有しており、第３の部材は円環状リッジの内径から第３の部材の上面の中心へと延びる凹部をさらに含む。いくつかの実装形態では、第１および第２のセットの穴は、六角形のパターン、三角形のパターン、または六角形のパターンと三角形のパターンとの組み合わせで配置されている。いくつかの実装形態では、第１および第２のセットの穴の密度は、１平方インチあたり約３個～１平方インチあたり約６個の間である。いくつかの実装形態では、第１の直径（Ｄ1）に対する第１の長さ（Ｌ1）の比が約８～約１５の間である。
【0009】
本明細書では、処理チャンバと、処理チャンバ内にあり、基板を支持するように構成された台座と、処理チャンバの上方に配置されたプラズマ源と、処理チャンバとプラズマ源との間に配置されたシャワーヘッドとを含む半導体処理装置も提供されている。シャワーヘッドは、シャワーヘッド内のプレナムを有するベース部と、ベース部から垂直に延びる円筒部であって、ベース部の直径が円筒部の外径より大きい円筒部とを含み、ベース部はそれぞれが第１の直径および第１の長さを有する第１のセットの穴と、それぞれが第２の直径および第２の長さを有する第２のセットの穴とを含み、第１のセットの穴と第２のセットの穴とはベース部の中心から円筒部の内径にかけて分布しており、第１のセットの穴はベース部の上面からベース部の底面まで延びており、第２のセットの穴はプレナムからベース部の底面まで延びており、第１の直径は第２の直径より大きく、第１の長さは第２の長さより大きく、円筒部の断面積に対する第１のセットの穴の断面積の合計の比は、約０．５％～約３．０％の間である。
【0010】
いくつかの実装形態では、プラズマ源はプラズマを生成して、プラズマをシャワーヘッドに供給するように構成されており、シャワーヘッドの第１のセットの穴はプラズマからのイオンをフィルタリングして、シャワーヘッドを通じてプラズマからのラジカルを処理チャンバへと通過させるように構成されている。いくつかの実装形態では、第１および第２のセットの穴は、六角形のパターン、三角形のパターン、または六角形のパターンと三角形のパターンとの組み合わせで配置されている。いくつかの実装形態では、第１および第２のセットの穴の密度は、１平方インチあたり約３個～１平方インチあたり約６個の間である。いくつかの実装形態では、第１の直径（Ｄ1）に対する第１の長さ（Ｌ1）の比が約８～約１５の間である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
図面において、参照符号は類似および／または同一の要素を特定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】
【0021】
本開示において、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」および「半製品集積回路（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）」という用語は、互換的に使用され得る。「半製品集積回路」という用語は、集積回路製造の多数のステージの中の任意の最中にあるシリコンウエハを指し得る点が、当業者には理解されよう。半導体デバイス産業で使用されるウエハまたは基板は、典型的には２００ｍｍ、または３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。以下の詳細な説明は、本開示がウエハに対して実施されることを前提とする。しかし、本開示はそれに限定されない。加工対象物は、様々な形状、サイズ、および材料からなるものであってもよい。半導体ウエハに加えて、この発明を活用し得る他の加工対象物としては、プリント回路基板等の様々な物品が含まれる。
【0022】
本開示は、シャワーヘッドを使用する基板処理システムに関する。シャワーヘッドは寸法が異なる２セットの穴を有してもよい。第１のセットの穴は、第２のセットの穴より直径が大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第１のセットの穴は第２のセットの穴よりも直径が少なくとも２倍大きくてもよい。いくつかの実施形態では、第１のセットの穴は第２のセットの穴よりも長さが長くてもよい。第１のセットの穴はシャワーヘッドの厚さを貫通して延びていてもよく、第２のセットの穴はシャワーヘッドの厚さを部分的にのみ貫通して延びていてもよい。シャワーヘッドの円筒部の内径によって画定される断面積に対する第１のセットの穴の断面積の合計の比は、３％以下、２．５％以下、２％以下、または０．５％～３％の間である。第１のセットの穴および第２のセットの穴の密度は、１平方インチあたり約３～６個の間、または１平方インチあたり約４～約５個の間である。
【0023】
本開示のシャワーヘッドは、プラズマを生成するように構成された半導体処理装置で使用されてもよい。シャワーヘッドは、遠隔プラズマからの損傷を引き起こすイオンをフィルタリングし、遠隔プラズマ中のラジカルを処理チャンバへと通過させるように構成されてもよい。第２のセットの穴はシャワーヘッドを介した遠隔プラズマ源と処理チャンバとの間の流体連通を提供しており、ラジカルは第２のセットの穴を通して供給される。遠隔プラズマ源を処理チャンバへと接続するシャワーヘッドの穴は、遠隔プラズマからのイオンをフィルタリングしてラジカルを通過させるように最適化されている。便宜上、本開示の全体を通じてこれらの穴を「ラジカル穴」と呼ぶ。
【0024】
さらに、１または複数の前駆体がシャワーヘッドの独立したプレナムを通じて処理チャンバに供給される。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドの独立したプレナムは、原子層堆積（ＡＬＤ）操作または化学気相堆積（ＣＶＤ）操作における注入均一性およびパージ効率のために最適化されてもよい。前駆体は、シャワーヘッドの第２のセットの穴を通じて独立したプレナムから処理チャンバへと供給される。便宜上、本開示の全体を通じてこれらの穴を「前駆体穴」と呼ぶ。ラジカルの供給と前駆体の供給とを分離することで、両方を独立に最適化することが可能になり、最適な膜の特性および均一性を実現できる。本開示のシャワーヘッドは、堆積操作および／またはエッチング操作のために構成されたプラズマ処理装置に実装され得ることが理解されるであろう。
【0025】
ラジカル穴の直径、アスペクト比、および数などの特性は、処理チャンバ内の基板に供給されるラジカルの量を最適化するのと同時に、基板に損傷を与える可能性があるイオンをフィルタリングする効果のバランスも取れるように選択される。プラズマ源からシャワーヘッドを通してラジカルが通過するための開口面積の割合などの特性は、基板に供給されるラジカルの量を最適化するのと同時に、シャワーヘッドを通じた前駆体および不要な種の逆流を制限するために選択される。いくつかの実装形態では、基板全体での膜均一性を得るために、ラジカル穴および前駆体穴のパターン（例えばレイアウト、分布、密度）も最適化されてもよい。このシャワーヘッド構造は任意の種類のプラズマ源とともに使用することが可能であり、遠隔プラズマ強化ＡＬＤプロセス、ＣＶＤプロセス、またはエッチングプロセスでも使用することが可能である。
【0026】
シャワーヘッドは、平面状のベース部と、ベース部の周縁部から垂直下向きに延びる円筒部とを含む。ベース部は、冷却プレナムおよび前駆体プレナムと、ラジカル穴と、前駆体穴とを含む。円筒部は外壁と内壁とを有する。円筒部の内壁は、シャワーヘッドのボアを画定する。処理チャンバ内の、シャワーヘッドのベース部の直下には、基板を支持する台座が配置されている。台座は、平面状の上部と、上部の中心から垂直下向きに延びる垂直なベース部とを含む。シャワーヘッドの円筒部の内径（ＩＤ）（すなわち、シャワーヘッドの内壁の直径）は、台座の上部の外径（ＯＤ）よりも大きい。シャワーヘッドの円筒部の内壁は台座の上部を囲み、その下方へと垂直に延びる。シャワーヘッドの円筒部は、台座の上部を覆う。台座は基板を取り付けるために下へ移動され、基板を処理するために上へ移動され、基板を取り除くために下へと移動される。台座の上部は、シャワーヘッドのベース部と台座の上部との間の間隙を調節するために、シャワーヘッドの円筒部内で垂直に上下に移動させることができる。
【0027】
シャワーヘッドの円筒部によって、台座の端部の周囲に比較的安定した熱およびガス流環境が提供され、それによりシャワーヘッドと台座との間の間隙を変化させるプロセスが簡素化される。具体的には、シャワーヘッドと台座との間の間隙を調節するために台座がシャワーヘッドの円筒部内で垂直に移動される際に、台座の上部の下方へと垂直に延びるシャワーヘッドの円筒部が、台座の端部の周囲に対称な熱境界条件（すなわち、温度が比較的一定である領域）を提供する。
【0028】
さらに、シャワーヘッドの円筒部は、台座がシャワーヘッドの円筒部内で移動される際に、台座の端部の周囲においてガス流に比較的一定した抑制を与える。それにより、堆積（例えばＡＬＤ）プロセスにおいて、シャワーヘッドと台座との間の間隙内の微小体積のガスを制御するプロセスが簡素化される。シャワーヘッドと台座との間の間隙が調節可能であることで、堆積プロセスにおいて、微小体積の正確な制御が可能になる。シャワーヘッドと台座との間の間隙が狭いことで、堆積プロセスにおいて、微小体積内でのラジカルの枯渇を防ぐことができる。本開示のシャワーヘッドのこれらの、またはその他の特徴について、以下で詳細に説明する。
【0029】
図１は、いくつかの実装形態に係る、遠隔プラズマおよびシャワーヘッドを使用する例示的な半導体基板処理システムの模式図を示す。図１は、基板処理システム１００を示している。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とを有する。シャワーヘッド１０４は、金属（例えばアルミニウム）製または合金製であってもよい。シャワーヘッド１０４は、平面状のベース部１０５と、ベース部１０５から垂直下向きに延びる円筒部１０７とを有する。ベース部１０５は、円筒部１０７の上部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１０５については、図２乃至図４を参照して、以下でさらに詳細に説明する。円筒部１０７は、外壁１０９－１と内壁１０９－２とを有する。円筒部１０７の内壁１０９－２は、（図２で見られる通り）シャワーヘッド１０４のボア１０６を画定している。ボア１０６の直径は、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の内壁１０９－２の直径（すなわち、円筒部１０７の内径）と等しい。
【0030】
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１０７の底部に取り付けられる。側壁１０８はシャワーヘッド１０４のベース部１０５に垂直であり、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の外壁１０９－１の底部から垂直下向きに延びている。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１０５に平行であり、処理チャンバ１０３の側壁１０８に垂直であって、処理チャンバ１０３の側壁１０８に取り付けられている。
【0031】
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を有する。シャワーヘッド１０４は、プラズマ源１０２と処理チャンバ１０３との間に配置される。シャワーヘッド１０４はプラズマ源１０２を処理チャンバ１０３から分離している。プラズマ源１０２については、以下でさらに詳細に説明する。
【0032】
台座１１２は、処理チャンバ１０３内の、シャワーヘッド１０４の直下に配置される。基板１１４は、処理の間、台座１１２の上面１１６上に配置される。台座１１２の上面１１６は、平面状で、シャワーヘッド１０４のベース部１０５に平行であるとともに処理チャンバ１０３の底壁１１０と平行であってもよい。よって、基板１１４は台座１１２の上面１１６と、シャワーヘッド１０４のベース部１０５と、処理チャンバ１０３の底壁１１０とに平行である。シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の内径（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の外径よりも大きい。さらに、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の内径（すなわち、シャワーヘッド１０４の内壁１０９－２の直径）は、基板１１４の外径よりも大きい。
【0033】
モーター１２２によって駆動されるアクチュエータ１２０は、台座１１２を、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７内でシャワーヘッド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およびシャワーヘッド１０４は、台座１１２に対し固定されてもよい。シャワーヘッド１０４のベース部１０５の底部と台座１１２の上面１１６との間の間隙は、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７内で台座１１２を垂直に移動させることで調節されてもよい。例えば、シャワーヘッド１０４のベース部１０５の底部と台座１１２の上面１１６との間の間隙は、約０．２インチ以下、約０．１５インチ以下、または約０．１１インチ以下でもよい。
【0034】
プラズマ源１０２は図示されているようなドーム形状でもよく、または他の任意の形状でもよい。プラズマ源１０２の下端は開いており、第１の円筒形部材１２４の上端に取り付けられている。第１の円筒形部材１２４は、第１の円筒形部材１２４の中心付近から半径方向外側に延びる第１のフランジ１２６を有する。従って、第１の円筒形部材１２４は、「Ｔ」の文字が左に９０°回転している「Ｔ」字型である。
【0035】
第２の円筒形部材１２８は、第１の円筒形部材１２４を囲んでいる。第２の円筒形部材１２８は、第２の円筒形部材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。よって、第２の円筒形部材１２８は、「Ｌ」の文字が水平方向に反転している「Ｌ」字型である。第１の円筒形部材１２４の第１のフランジ１２６は、第２の円筒形部材１２８の第２のフランジ１２９上に張り出している。第１および第２の円筒形部材１２４および１２８の底部は、シャワーヘッド１０４のベース部１０５の周縁の近傍において、シャワーヘッド１０４のベース部１０５の上部に取り付けられている。
【0036】
例として、プラズマ源１０２はＩＣＰを使用して遠隔プラズマ（すなわち、処理チャンバ１０３の外部のプラズマ）を生成する。しかし、プラズマ源１０２はＣＣＰ、ＴＣＰまたはＭＷなどのその他の方法を使用して遠隔プラズマを生成してもよいことが理解されよう。プラズマ源１０２は、プラズマ源１０２の上部に配置されるガス注入器１３２を介してガス分配システム１３０から１種類または複数種類のガスを受け取るが、ガスはその他の方法でプラズマ源１０２に注入されてもよい。プラズマ源１０２の周囲には、コイル１３４が配置されてもよい。コイル１３４の第１の端部は接地され、コイル１３４の第２の端部はＲＦ生成システム１３６に接続される。
【0037】
ＲＦ生成システム１３６はＲＦ電力を生成し、コイル１３４に出力する。一例として、ＲＦ生成システム１３６は、ＲＦ電力を生成するＲＦジェネレータ１３８を含んでいてもよい。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電力によって、ガス注入器１３２によってプラズマ源１０２に注入された１種類のガスまたは複数種類のガスが点火されて、プラズマ１４２が生じる。プラズマ源１０２は処理チャンバ１０３から遠隔に（すなわち外部で）プラズマ１４２を生成するので、プラズマ１４２は遠隔プラズマ１４２と呼ばれる。
【0038】
ガス分配システム１３０は、１つまたは複数のガス源１５０を含む。１つまたは複数のガス源１５０は、バルブ１５２およびマスフローコントローラ１５４によってマニフォールド１５６に接続されている。マニフォールド１５６は、１種類または複数種類のガスをプラズマ源１０２に供給するためにガス注入器に接続されている。
【0039】
シャワーヘッド１０４について、図２乃至図９を参照して、以下でさらに詳細に説明する。簡潔に説明すると、シャワーヘッド１０４のベース部１０５は第１のセットの穴１６０を有する。第１のセットの穴１６０は、ラジカル穴１６０とも呼ばれる場合がある。第１のセットの穴１６０は、シャワーヘッド１０４のベース部１０５の上面１６２から、シャワーヘッド１０４のベース部１０５の基板対向底面１６４（フェースプレート１６４とも呼ばれる）へと延びている。換言すると、第１のセットの穴１６０はシャワーヘッド１０４の厚さを完全に貫通して延びている。
【0040】
さらに、シャワーヘッド１０４のベース部１０５は、第１のセットの穴１６０と分離しており流体連通していないプレナム１６６を有する。プレナム１６６は、ガス供給システム１７０から１種類または複数種類の前駆体ガスを受け取る。シャワーヘッド１０４のベース部１０５は、第２のセットの穴１７２をさらに有する。第２のセットの穴１７２は、前駆体穴１７２と呼ばれる場合もある。第２のセットの穴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へと延びている。第１のセットの穴１６０は、プレナム１６６および第２のセットの穴１７２と流体連通していない。第１のセットの穴１６０は、第２のセットの穴１７２よりも直径および長さが大きい。いくつかの実施形態では、第１のセットの穴１６０は第２のセットの穴１７２の少なくとも２倍の直径を有してもよい。
【0041】
シャワーヘッド１０４のベース部１０５は、複数の溝１６８をさらに有してもよい。溝１６８は、冷媒が通って流れる冷却チャネルを形成する。流体供給システム１８０は、シャワーヘッド１０４のベース部１０５にある入口を通じて冷媒を溝１６８に供給する。
【0042】
シャワーヘッド１０４のベース部１０５には、１つまたは複数の温度センサ（図示しない）が設けられてもよい。１つまたは複数の温度センサは温度コントローラ１８２に接続されていてもよい。温度コントローラ１８２は、シャワーヘッド１０４の温度を制御するために、流体供給システム１８０から溝１６８への冷媒の供給を制御してもよい。
【0043】
さらに、図示はされていないが、台座１１２は１つまたは複数の加熱装置と、流体供給システム１８０から冷媒を受け取る冷却システムと、１つまた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の１つまたは複数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、１つまたは複数の加熱装置への電力供給を制御してもよい。温度コントローラ１８２は、台座１１２の温度を制御するために、流体供給システム１８０から台座１１２の冷却システムへの冷媒の供給を制御してもよい。
【0044】
バルブ１８６およびポンプ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の構成要素を制御してもよい。
【0045】
上述したように、シャワーヘッド１０４は遠隔プラズマ１４２からのイオンをフィルタリングし、遠隔プラズマ１４２からのラジカルを、ラジカル穴１６０を通して処理チャンバ１０３へと通過させる。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ１４２は基板１１４の処理に関連するエッチング、処理、クリーニング、または堆積の操作に使用されてもよい。例えば、ラジカルはシャワーヘッド１０４と台座１１２との間の間隙内で前駆体と反応してもよく、ＡＬＤまたはＣＶＤなどの堆積プロセスを使用して基板１１４上に薄膜が堆積されてもよい。いずれも後で詳細を説明する、ラジカル穴１６０によって提供される、ラジカルがシャワーヘッド１０４を通過するための開口面積と、ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２の密度およびパターンと、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の構造的および機能的な特性とによって、シャワーヘッド１０４を使用して堆積された膜の半径方向における、また、方位による不均一性がほぼゼロになり得る。
【0046】
図２は、いくつかの実装形態に係る半導体基板処理システムで使用するために構成されたシャワーヘッドの側方断面図を示す。図３は、いくつかの実装形態に係る図２のシャワーヘッドの側方断面図の拡大された詳細図である。シャワーヘッド１０４は、ベース部１０５と、シャワーヘッド１０４のベース部１０５から垂直下向きに延びる円筒部１０７とを含む。シャワーヘッド１０４のベース部１０５は水平であり、台座１１２の上面１１６に平行であり（図１を参照）、また、処理チャンバ１０３の底壁１１０と平行である（図１を参照）。ベース部１０５は円筒部１０７の外径から半径方向外側へと延び、フランジ２００を形成している。フランジ２００は処理チャンバ１０３の天板（図示しない）に、締め具（図示しない）によって固定されてもよい。シャワーヘッド１０４と天板との間を密閉するために、フランジ２００と天板との間にＯリング（図示しない）が設けられてもよい。
【0047】
いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１０４のベース部１０５の上面１６２は、高さが比較的小さい円環状リッジ２１０を含む。円環状リッジ２１０は、図４、図８および図９にも示されている。シャワーヘッド１０４の取り扱い中に、ベース部１０５の上面１６２が表面上に載る形でシャワーヘッド１０４が表面上に置かれた場合（すなわち、シャワーヘッド１０４が表面上に下向きに置かれた場合に）、円環状リッジ２１０は、ラジカル穴１６０を保護し得る。円環状リッジ２１０の幅は、円筒部１０７の厚さと概ね同じであってもよい（ただし、必ずしもそうである必要はない）。
【0048】
シャワーヘッド１０４のベース部１０５の上面１６２は、円環状リッジ２１０の内径からシャワーヘッド１０４の中心へと延びる凹部２１２をさらに含んでもよい。凹部２１２は、図４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１０７の内径と概ね同じであってもよい（ただし、必ずしもそうである必要はない）。例えば、凹部２１２の直径は、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の内径以下とすることができる。ラジカル穴１６０は、凹部２１２の領域内に配置されている。凹部２１２と円環状リッジ２１０とは、いずれも、シャワーヘッド１０４の取り扱い中にラジカル穴１６０を保護し得る。
【0049】
円環状リッジ２１０の内径および凹部２１２の直径は、円筒部１０７の内径と概ね同じでもよい。いくつかの実施形態では、円環状リッジ２１０の内径および凹部２１２の直径は、円筒部１０７の内径より大きくてもよい。円環状リッジ２１０の外径は、円筒部１０７の外径以上であってもよい。いくつかの実施形態では、円環状リッジ２１０の内径と凹部２１２の直径とが円筒部１０７の内径より小さくてもよく、また、円環状リッジ２１０の外径が円筒部１０７の外径より小さくてもよい。従って、円環状リッジ２１０の幅は、円筒部１０７の厚さより大きくてもよく、円筒部１０７の厚さと同一でもよく、または円筒部１０７の厚さより小さくてもよい。
【0050】
シャワーヘッド１０４のベース部１０５は、プレナム１６６と、プレナム１６６からベース部１０５を通り、シャワーヘッド１０４のフェースプレート１６４を通って垂直に延びる前駆体穴１７２とを含んでもよい。プレナム１６６は、ベース部１０５内で画定された、前駆体穴１７２と流体連通しているがラジカル穴１６０とは流体連通していない容積、空間、またはキャビティを表す。
【0051】
ラジカル穴１６０は、前駆体穴１７２よりも大きな直径および長さを有してもよい。ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２は円筒形であるが、ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２は任意の適切な形状であってもよいことは理解されるであろう。ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２は、図６および図７を参照して以下で詳細に説明する特定の幾何学的パターンで配置されてもよい。ラジカル穴１６０の断面積の合計は、遠隔プラズマ１４２からのイオンをフィルタリングし、遠隔プラズマ１４２からのラジカルだけをシャワーヘッド１０４を通して処理チャンバ１０３内へと通過させ、シャワーヘッド１０４を通じたプラズマ源１０２への前駆体の逆拡散を制限するように最適化されてもよい。
【0052】
いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０は上端において（すなわち、プラズマ源１０２に面している側で）テーパー形状または面取り形状になっていてもよい。ラジカル穴１６０は、代替的または追加的に、下端において（すなわち、台座１１２に面している側で）テーパー形状または面取り形状になっていてもよい。いくつかの実施形態では、図２および図３に示された通り、ラジカル穴１６０はテーパー形状または面取り形状になっていない。いくつかの実施形態では、前駆体穴１７２は上端において（すなわち、プラズマ源１０２に面している側で）テーパー形状または面取り形状になっていてもよい。前駆体穴１７２は、代替的または追加的に、下端において（すなわち、台座１１２に面している側で）テーパー形状または面取り形状になっていてもよい。
【0053】
いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１０４のベース部１０５は、冷媒が通って循環する冷却チャネルを形成する溝１６８を含む。溝１６８および冷却チャネルについては、以下で図４および図５を参照して示し、さらに詳しく説明する。
【0054】
シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の外壁１０９－１は、処理チャンバ１０３の天板に直接接していない。この特徴に由来して、また、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７が、基板１１４が配置される台座１１２の上面１１６の下方へ垂直に延びていることによって（図１参照）、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７は、台座１１２の上面１１６の端部の周囲に対称な熱境界条件（すなわち、温度が比較的一定である領域）を提供する（図１参照）。従って、台座１１２は円筒部１０７内で（すなわち、円筒部１０７の高さにわたって）垂直に移動させることが可能であり、台座１１２の上面１１６の端部を囲む熱境界条件を大きく変化させることなくシャワーヘッド１０４と台座１１２との間の間隙を調節できる。これは、基板処理の際に有益になり得る。
【0055】
さらに、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７は、台座１１２が円筒部１０７内で上または下に移動される際に、台座１１２の上面１１６の端部の周囲のガス流に比較的一定した抑制を与えることもできる。これによってシャワーヘッド１０４と台座１１２との間の間隙内の微小体積のガスを制御するプロセスが簡素化される。円筒部１０７が台座１１２の上面１１６の端部を非常に近接して囲んでいるので、台座１１２の上面１１６の端部の周囲のガス流条件が比較的一定に維持されるためである。従って、台座１１２は円筒部１０７内で（すなわち、円筒部１０７の高さにわたって）垂直に移動させることが可能であり、台座１１２の上面１１６の端部の周囲のガス流条件を大きく変化させることなくシャワーヘッド１０４と台座１１２との間の間隙を調節できる。
【0056】
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との間の間隙が調節可能であることで、堆積（例えばＡＬＤ）プロセス中に微小体積を正確に制御することが可能になる。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との間の間隙が狭いことで、間隙内の微小体積中でのラジカルの枯渇を防げる。これらの特徴の両方が、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の構造によって、少なくとも部分的に提供される。
【0057】
図４は、いくつかの実装形態に係る図２のシャワーヘッドの断面斜視図を示す。シャワーヘッド１０４の断面斜視図は、シャワーヘッド１０４の構造をさらに詳細に示している。シャワーヘッド１０４は３つの部材、すなわち第１の部材２３０－１と、第２の部材２３０－２と、第３の部材２３０－３とを有してもよい。第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２、および２３０－３は、拡散接合されて（または、締め具またはろう付けによって結合されて）シャワーヘッド１０４を形成してもよい。
【0058】
第１の部材２３０－１は、上部２３１と、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７とを含んでもよい。第１の部材２３０－１の上部２３１と、第２の部材２３０－２と、第３の部材２３０－３とは、シャワーヘッド１０４のベース部１０５を形成する。第１の部材２３０－１の上部２３１は、平面状であり、円盤形状である。円筒部１０７は、上部２３１の周縁から垂直下向きに延びる。第１の部材２３０－１の上部２３１は、円筒部１０７の外径を越えて半径方向外側に延びる。従って、第１の部材２３０－１の上部２３１の直径は、円筒部１０７の外径よりも大きい。上部２３１の、円筒部１０７の内壁１０９－２の内側（すなわち、円筒部１０７の内径の内側）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。
【0059】
ラジカル穴１６０と前駆体穴１７２とは、フェースプレート１６４の、円筒部１０７の内径以下の直径を有する領域内に位置する。ラジカル穴１６０と前駆体穴１７２とが位置している領域の直径は、図１に示す通り、処理される基板１１４の直径よりも大きく、また、台座１１２の上面１１６の直径以上である。フェースプレート１６４の、ラジカル穴１６０と前駆体穴１７２とが位置している領域は、上で図２を参照して示し、説明した凹部２１２と同じ直径および面積を有する。
【0060】
いくつかの実施形態では、第１の部材２３０－１は一体型であってもよい。つまり、第１の部材２３０－１の上部２３１と円筒部１０７とは、互いに取り付けられた別個の部材でなくてもよい。むしろ、第１の部材２３０－１は一体構造であってもよく、第１の部材２３０－１の上部２３１が円筒部１０７と統合されて、単一の一体型構造になっていてもよい。あるいは、いくつかの実施形態では、上部２３１と円筒部１０７とは、（例えば締め具や拡散接合によって）組み合わせられて第１の部材２３０－１を形成する、別個の部材であってもよい。
【0061】
第２の部材２３０－２について、図４および図５をさらに参照して説明する。第２の部材２３０－２は、第１の部材２３０－１の上面２３２上に配置され、上面２３２に取り付けられる。第２の部材２３０－２は円盤形状であり、第１の部材２３０－１の上部２３１と同じ直径を有している。従って、第２の部材２３０－２の直径も、円筒部１０７の外径より大きい。
【0062】
第２の部材２３０－２の上面２３４および側面２３６と、第１の部材２３０－１の上面２３２とは、プレナム１６６を画定する。図４は、プレナム１６６のさらなる詳細を示している。図４に示すように、第２の部材２３０－２の底面２３７は、底面２３７の周縁に沿った半円形または馬蹄形の溝１６７を含む。溝１６７は、複数の出口を介してプレナム１６６に流体連通する。溝１６７は、１つまたは複数の入口を介して、第３の部材２３０－３に設けられたガス入口２４０に流体連通する。従って、プレナム１６６は溝１６７を介してガス入口２４０に流体連通する。
【0063】
ガス入口２４０は、図１に示されているガス供給システム１７０に接続される。プレナム１６６は、ガス入口２４０と溝１６７とを介して、ガス供給システム１７０から１種類または複数種類の前駆体を受け取る。プレナム１６６は、第１の部材２３０－１の前駆体穴１７２と流体連通する。前駆体はガス入口２４０から、溝１６７と、プレナム１６６と、前駆体穴１７２とを通って、処理チャンバ１０３内へと流れる。
【0064】
ラジカル穴１６０は、第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２、および２３０－３を貫通して開けられていてもよい。そのため、第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２、および２３０－３のそれぞれは、ラジカル穴１６０の一部分である貫通穴を含む。ラジカル穴１６０は第２の部材２３０－２を貫通しているので、第２の部材２３０－２は、ラジカル穴１６０の一部分であって（そのため１６０としても図示される）、第１の部材２３０－１と第３の部材２３０－３とにあるラジカル穴１６０の一部分と位置合わせされた貫通穴を含む。
【0065】
いくつかの実施形態では、溝１６７は、ラジカル穴１６０の一部分である第２の部材２３０－２の貫通穴を囲んでいるが、貫通穴と流体連通しない。ラジカル穴１６０の一部分である第２の部材２３０－２の貫通穴は、溝１６７、プレナム１６６、および前駆体穴１７２とは流体連通しない。従って、ラジカル穴１６０はプレナム１６６および前駆体穴１７２と流体連通しない。
【0066】
第２の部材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、いくつかの実装形態に係る、シャワーヘッド内で冷媒を循環させるために図２のシャワーヘッドに配置された冷却チャネルの上面図を示す。図４および図５に示されているように、第２の部材２３０－２の上面２３４は、上面２３４の周縁に沿った２つの円弧形または半円形の溝１７３（個別に溝１７３－１および１７３－２と表される）を含む。２つの溝１７３は、上面２３４の反対側に配置されている。溝１７３－１は、第３の部材２３０－３に設けられた流体入口２４２と流体連通する入口１７１－１を含み、溝１７３－２は、第３の部材２３０－３に設けられた流体出口２４４（図８および図９に示されている）と流体連通する出口１７１－２を含む。
【0067】
溝１６８は互いに平行であってもよく、また、上面２３４を横切って溝１７３の間に延びていてもよい。それぞれの溝１６８は、溝１７３の一方（例えば溝１７３－１）に接続された一方の端と、溝１７３の他方（例えば溝１７３－２）に接続された他方の端とを有する。従って、溝１６８は溝１７３と流体連通する。溝１７３および溝１６８は、シャワーヘッド１０４の冷却チャネルを形成してもよい。
【0068】
溝１７３は半円形であるため、溝１６８はさまざまな長さになり得る。溝１６８は、同じ幅および深さを有してもよい。いくつかの実施形態では、溝１６８は波形または屈曲した形でもよい（すなわち、ジグザグ形状を有してもよい）。しかし、その代わりに直線状であってもよい。いくつかの実施形態では、溝１７３は互いに直接接続しておらず、その代わりに、溝１７３は溝１６８によって互いに接続される。溝１７３と溝１６８とによって形成された冷却チャネルは、基板１１４の直径を越えて延びていてもよい。
【0069】
第３の部材２３０－３に設けられた流体入口２４２は、流体供給システム１８０に接続されてもよい。流体供給システム１８０は、冷媒を流体入口２４２へ供給してもよい。冷媒は流体入口２４２を通り、溝１７３－１と、溝１６８と、溝１７３－２とを通って流れ、流体出口２４４を通って出ていってもよい。
【0070】
溝１７３は複数のリッジ１７５を含む。リッジ１７５は、概ね楕円形の形状であってもよい。ただし、リッジ１７５はその他の任意の形状とすることもできる。リッジ１７５は、溝１７３の底部から垂直上向きに延びて第３の部材２３０－３の底面２３８に接してもよい。それぞれの溝１７３内のリッジ１７５の数は、溝１６８の数と概ね等しい（ただし、必ずしもそうである必要はない）。
【0071】
リッジ１７５は、溝１７３と溝１６８とを通る冷媒の流れを導くのに役立つ。溝１６８の深さはリッジ１７５の高さと概ね等しくてもよい。溝１７３および溝１６８は、同じ深さであってもよい。第２の部材２３０－２の底面２３７の溝１６７は、第２の部材２３０－２の上面２３４の溝１７３を囲んでもよい。
【0072】
いくつかの実施形態では、溝１７３は、ラジカル穴１６０の一部である第２の部材２３０－２の貫通穴を囲んでいるが、それらと流体連通しない。これは、図５で見ることができるであろう。ラジカル穴１６０の一部である第２の部材２３０－２の貫通穴は、溝１６８の両側に位置している。
【0073】
第３の部材２３０－３は、第２の部材２３０－２の上面２３４上に配置され、上面２３４に取り付けられる。第３の部材２３０－３も円盤形状であり、同様に第１の部材２３０－１の上部２３１と同じ直径を有している。従って、第３の部材２３０－３の直径も、円筒部１０７の外径より大きい。さらに、第２および第３の部材２３０－２および２３０－３は、同じ直径を有する。
【0074】
第３の部材２３０－３の上面１６２は、円環状リッジ２１０と凹部２１２とを含む。凹部２１２は、円環状リッジ２１０の内径から第３の部材２３０－３の上面１６２の中心へと延びている。
【0075】
第３の部材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および図９に示す）。ガス入口２４０は、第２の部材２３０－２の、溝１６７とプレナム１６６とに流体連通してもよい。流体入口２４２は、第２の部材２３０－２の溝１７３の一方（例えば溝１７３－１）と流体連通してもよい。流体出口２４４は、第２の部材２３０－２の溝１７３の他方（例えば溝１７３－２）と流体連通してもよい。
【0076】
従って、流体入口２４２および流体出口２４４は、第２の部材２３０－２の溝１７３と溝１６８とに流体連通してもよい。流体供給システム１８０により供給された冷媒は流体入口２４２に流入し、溝１７３と溝１６８とによって形成された冷却チャネルを通って流れ、流体出口２４４を通って冷却チャネルの外へと流れる。いくつかの実施形態では、流体出口２４４から出た冷媒が流体供給システム１８０へと戻ってもよい。
【0077】
ラジカル穴１６０は、第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２、および２３０－３を貫通して開けられていてもよい。そのため、第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２、および２３０－３のそれぞれは、ラジカル穴１６０の一部分である貫通穴を含む。ラジカル穴１６０は第３の部材２３０－３を貫通しているので、第３の部材２３０－３は、ラジカル穴１６０の一部分であって（そのため１６０としても図示される）、第２の部材２３０－２と第１の部材２３０－１とにあるラジカル穴１６０の一部分と位置合わせされた貫通穴を含む。ラジカル穴１６０の一部分である第３の部材２３０－３の貫通穴は、第２の部材２３０－２の、プレナム１６６ならびに溝１６７、溝１６８および溝１７３とは流体連通しない。そのため、ラジカル穴１６０の一部分である第３の部材２３０－３の貫通穴は、前駆体穴１７２と流体連通しない。いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０は、第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２および２３０－３を通じて均一な直径を有する。いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０は、シャワーヘッド１０４の上面１６２および底面１６４の一方または両方においてテーパー形状または面取り形状になっていてもよい。
【0078】
第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２および２３０－３は、拡散接合によって互いに結合されてもよい。拡散接合では、部材の結合にろう付けを使用する場合に一般に使用されるフィラーが不要となる。フィラーが不要になることによって、ろう付けとそれに続く洗浄の後も続く傾向がある、残留フィラーによる汚染の可能性がなくなる。あるいは、第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２および２３０－３を結合するために締め具および／またはろう付けを使用してもよい。
【0079】
第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２および２３０－３が（任意の方法を使用して）結合された後には、ラジカル穴１６０は、特定のパターンで、第１、第２および第３の部材２３０－１、２３０－２および２３０－３を貫通して開けられている。前駆体穴１７２は、別の特定のパターンで第１の部材２３０－１を貫通して開けられている。第１の部材２３０－１の前駆体穴１７２は、第２の部材２３０－２のプレナム１６６と位置合わせされている。
【0080】
ラジカル穴１６０は円筒形であってもよく、前駆体穴１７２より直径および長さが大きくてもよい。いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０は上端（すなわち、プラズマ源１０２に面している側）においてテーパー形状（円錐状）になっていてもよい。いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０は下端（すなわち、台座１１２に面している側）においてテーパー形状（円錐状）になっていてもよい。ラジカル穴１６０は、溝１６７、溝１６８および溝１７３、プレナム１６６、ならびに前駆体穴１７２と流体連通しない。
【0081】
図６および図７は、ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２を示している。図６は、シャワーヘッド１０４の底面図を示している。図７は、シャワーヘッド１０４の底面図の一部を拡大した図を示している。ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２は、六角形または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の中心の周囲において一様である。以下では六角形および三角形が正六角形および正三角形として図示され説明されているが、その他の多角形および三角形も使用され得る。
【0082】
具体的には、前駆体穴１７２は正六角形の頂点に配置されてもよい。ラジカル穴１６０も、正六角形の頂点に配置されてもよい。さらに、前駆体穴１７２は正三角形の頂点に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、前駆体穴１７２によって形成された三角形の中に、１つのラジカル穴１６０が三角形の頂点から等しい距離を置いて位置する。ラジカル穴１６０も、正三角形の頂点に配置されてもよい。ラジカル穴１６０によって形成された少なくとも一部の三角形においては、ラジカル穴１６０によって形成された三角形の中に１つの前駆体穴１７２が位置する。いくつかの実施形態では、１つの前駆体穴１７２は、ラジカル穴１６０によって形成された三角形の頂点から等しい距離を置いて位置する。
【0083】
図６の２５２において示すように、ラジカル穴１６０は正六角形の頂点に配置されており、ラジカル穴１６０で形成された六角形の中には、前駆体穴１７２が三角形の頂点に配置されており、１つのラジカル穴１６０がその三角形の中に配置されている。図６の２５４において示すように、前駆体穴１７２は正六角形の頂点に配置されており、前駆体穴１７２で形成された六角形の中には、ラジカル穴１６０が三角形の頂点に配置されており、１つの前駆体穴１７２がその三角形の中に配置されている。
【0084】
ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２は、フェースプレート１６４全体にわたり、上記のパターンで比較的高密度に配置されている。例えば、ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２の平均密度は１平方インチあたり約４．５個であってもよい。いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２の平均密度は１平方インチあたり約３～６個の間、または１平方インチあたり約４～５個の間の範囲であってもよい。
【0085】
さらに、ラジカル穴１６０の数と前駆体穴１７２の数とはほぼ同じであってもよい。いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０の数は前駆体穴１７２の数よりもわずかに多くてもよい。例えば、前駆体穴１７２の数に対するラジカル穴１６０の数の比は、１．００～１．１０の間、または１．００～１．０５の間であってもよい。
【0086】
さらに、ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２は前述のパターンおよび前述の密度でフェースプレート１６４全体にわたり（すなわち、円筒部１０７の中心から内径まで）分布していてもよい。ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２のパターンおよび密度は、フェースプレート１６４において、基板１１４の直径を半径方向に越えて円筒部１０７の内径まで広がる。ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２のパターンおよび密度を、基板１１４の直径を越えて半径方向に拡大することで、フェースプレート１６４の中心から、少なくとも基板１１４の外径がフェースプレート１６４上に延びている部分まで、このパターンおよび密度を均一にできる。
【0087】
これらのパターンおよび密度の特徴の範囲と均一性によって、基板１１４上で、材料を均一に堆積させる（または均一にエッチングする）ことが可能になる。例えば、プラズマ源１０２およびシャワーヘッド１０４を使用して、基板１１４上に堆積された材料の非均一性を０．０％、０．１％未満、０．５％未満または１％未満にすることができる。
【0088】
さらに、ラジカル穴１６０のサイズ（直径と長さ）および数などの特性により、遠隔プラズマ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へと通過できる効率が決定される。ラジカル穴１６０を通過できるラジカルの数を増加させるためにこうした特性の一部を増加させることもできるが、シャワーヘッド１０４のラジカル穴１６０があるサイズまたはあるアスペクト比になると、遠隔プラズマ１４２からのイオンを効果的にフィルタリングできなくなる可能性がある。
【0089】
いくつかの実施形態では、ラジカル穴１６０は、遠隔プラズマ１４２からのイオンをフィルタリングしラジカルを通過させるために最適化された第１の直径（Ｄ1）と第１の長さ（Ｌ1）とを有してもよい。前駆体穴１７２は第２の直径（Ｄ2）と第２の長さ（Ｌ2）とを有してもよい。第１の直径（Ｄ1）は第２の直径（Ｄ2）よりも大きく、第１の長さ（Ｌ1）は第２の長さ（Ｌ2）よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１の直径（Ｄ1）は第２の直径（Ｄ2）の少なくとも２倍である。
【0090】
典型的には、ラジカル穴１６０の直径に対する長さの比は、イオンのフィルタリングと基板１１４へのラジカルの供給とを最適化するために、約５．０～約８．０の間、約６．５～約７．０の間、または約６．８である。例えば、Ｌ1／Ｄ1比を６．８とするために、第１の長さ（Ｌ1）は約０．８５０インチとすることが可能であり、第１の直径（Ｄ1）は約０．１２５とすることが可能である。穴をこうしたサイズにすることで、イオンのフィルタリングを促し、シャワーヘッド１０４から基板１１４へのラジカル供給を促進できると考えられている。
【0091】
基板１１４へのラジカル供給を最適化するためには、ラジカル穴１６０を、プラズマ源１０２からシャワーヘッドを通ってラジカルが通過するために開口している面積の割合が比較的高くなり得るように設計してもよいと考えられている。プラズマ源１０２からシャワーヘッド１０４を通ってラジカルが通過するために開口している面積の割合は、ラジカル開口率（ｒａｄｉｃａｌｓ ｏｐｅｎ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）（「Ｒ開口％」とも呼ばれる）と定義され得る。このラジカル開口率は、シャワーヘッド１０４に取り付けられたプラズマ源１０２の底部の断面積に対する、すべてのラジカル穴１６０の合計断面積の比として定義できる。プラズマ源１０２およびシャワーヘッド１０４は、シャワーヘッド１０４のボア１０６の断面積（すなわち、円筒部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、そのためプラズマ源１０２の底部の断面積として代用可能であるように設計されている。そのため、プラズマ源１０２からシャワーヘッド１０４を通ってラジカルが通過するために開口している面積の割合は、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の内径によって画定される断面積に対する、ラジカル穴１６０の断面積の合計の比として定義できる。数学的には、この比は、ラジカル穴１６０の数にラジカル穴１６０の直径の２乗を乗じ、ボア１０６の内径の２乗で除した値に等しい。これは、次の数式で表すことができる。Ｒ開口％＝［（ラジカル穴の数）ｘ（πＤ1
2／４）］／（πＤb
2／４）（Ｄbはボア１０６の直径であり、Ｄ1はラジカル穴１６０の直径である）。
【0092】
通常は、ボア１０６の直径により画定される断面積に対するラジカル穴１６０の断面積の合計の比は、約２．５％～約８．０％の間、約３．０％～約７．０％の間、約４．０％～約６．０％の間、約４．５％～約５．５％の間、または約５．１４％である。例えば、Ｒ開口％を５．１４％とするためには、ラジカル穴１６０の第１の直径（Ｄ1）を約０．１２５インチ、ボア１０６の直径（Ｄb）を約１４．５５インチ、ラジカル穴１６０の数を約６９６とすることが可能である。ラジカルが通過するために開口している面積の割合をこのような値にすることで、基板１１４へのラジカルの供給を最適化できると考えられている。
【0093】
しかし、ラジカルが通過するために開口している面積を約４．０％～約６．０％の間とすることは、一部の実装形態において望ましくない場合がある。これではラジカルが通過するために開口している面積の割合が高すぎて、処理チャンバ１０３からプラズマ源１０２への、シャワーヘッド１０４を通じた前駆体の逆拡散を引き起こす可能性がある。いかなる理論にも限定されることなく、基板１１４への前駆体穴１７２を通じた前駆体の供給の増加は、ラジカル穴１６０を通じた前駆体の逆流につながり得る。前駆体がプラズマ源１０２に導入されると、除去することが難しくなる場合がある。続くプラズマ生成および基板処理の間に、前駆体が遠隔プラズマ１４２と混ざり、汚染粒子を生成し得る。これにより基板１１４上に汚染粒子が存在するようになり、寄生欠陥の形成が増加したり、性能が低下したりする可能性がある。
【0094】
イオンのフィルタリングと基板１１４へのラジカルの供給とを最適化しながら、逆流の効果を制限するために、本開示のシャワーヘッドでは、ラジカルが通過するために開口している面積の割合を減少させてもよい。具体的には、減少させた、ラジカルが通過するために開口している面積の割合は、約３．０％以下、約２．５％以下、約２．０％以下、約０．５％～約３．０％の間、または約０．５％～約２．０％の間であってもよい。従って、円筒部１０７の内径により画定される断面積に対するラジカル穴１６０の断面積の合計の比は、約３．０％以下、約２．５％以下、約２．０％以下、約０．５％～約３．０％の間、または約０．５％～約２．０％の間であってもよい。例えば、円筒部１０７の内径により画定される断面積に対するラジカル穴１６０の断面積の合計の比は、１．８５％であってもよい。この比が約０．５％～約３．０％の間である場合、ラジカル穴１６０の直径は約１．０ｍｍ～約２．４ｍｍの間になり得る。
【0095】
いくつかの実施形態では、ラジカルのために開口している面積の割合の減少は、ラジカル穴１６０の直径を減少させることで達成できる。直径を減少させることで、Ｌ1／Ｄ1比が増加し、Ｒ開口％が減少する。例として、ラジカル穴１６０の第１の直径は約０．０１インチ～約０．１インチの間、約０．０３インチ～約０．１インチの間、または約０．０５インチ～約０．１インチの間とすることができる。いくつかの実施形態では、第１の直径に対する第１の長さの比（Ｌ1／Ｄ1比）を、約８～約１５の間または約１０～約１２の間とすることができる。
【0096】
ラジカルのために開口している面積の割合は、前駆体およびその他の望ましくない種の、シャワーヘッド１０４を通じたプラズマ源１０２への逆流を制限するように構成できる。この面積の割合は、遠隔プラズマ１４２からのイオンをフィルタリングしながらラジカルを通過させる効率にも影響する可能性がある。しかし、この面積の割合を減少させても、基板１１４へのラジカル供給の効率に実質的に悪影響を与えない可能性がある。上述したラジカル穴１６０および前駆体穴１７２のパターンおよび穴密度を使用することで、ラジカルのために開口している面積の割合（例えば約０．５％～約３．０％の間）により、前駆体の逆拡散を制限し、イオンのフィルタリングを促進し、ラジカル供給を促進できる。ラジカルのために開口している面積の割合によって、ＡＬＤプロセスまたはＣＶＤプロセスのような堆積操作を実施する際の不均一性も改善できる。例えば、基板１１４上に堆積された材料の不均一性をほぼゼロ（上記の例を参照）にするためには、上述したラジカル穴１６０および前駆体穴１７２のパターンおよび密度に加えて、ラジカルがシャワーヘッド１０４を通過するために開口している面積の割合を約１．８５％としてもよい。例えば、この面積の割合は約０．５％～約３．０％の間であってもよい。または、この面積の割合は約０．５％～約２．０％の間であってもよい。
【0097】
さらに、この面積の割合を最適化することで、ラジカルがシャワーヘッドを通って処理チャンバ１０３へと通過できる望ましい効率を維持しながら前駆体の逆拡散が制限されるため、上記のように設計されたパターンと、密度と、面積の割合とを用い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、一定時間に基板を処理できる量（すなわち、スループット）が増加する。
【0098】
図８は、シャワーヘッド１０４の角度を変えた底面図を示している。この図では、ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２が見えている。ラジカル穴１６０および前駆体穴１７２は、シャワーヘッド１０４の円筒部１０７の内径までの全体にわたり広がっているように示されている。さらに、この図では、シャワーヘッド１０４のベース部１０５に対するシャワーヘッド１０４の円筒部１０７の範囲（または高さ）を、シャワーヘッド１０４の底部から見ることができる。
【0099】
図９は、シャワーヘッド１０４の等角上面図を示している。この図では、ラジカル穴１６０のみが見えており、前駆体穴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。また、溝１６８で形成されたチャネルに接続された、流体入口２４２と流体出口２４４とが示されている。この図には、円環状リッジ２１０と凹部２１２とが示されている。
【0100】
上記の説明は本質的に例示的にすぎず、本開示、その応用または使用について限定することは意図していない。本開示の広範な教示はさまざまな形態で実装可能である。よって、本願は特定の例を含んではいるが、図面、明細書および以下の特許請求の範囲を検討することでその他の変形例も明らかになるであろうことから、本開示の真の対象範囲はこれらに限定されるものではない。
【0101】
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）の空間的関係性および機能的関係性は、「接続される」、「係合される」、「結合される」、「隣接する」、「隣に」、「の上に」、「上方に」、「下方に」、および、「配置される」など、さまざまな用語を用いて記載されている。上記の開示に第１および第２の要素が記載されている場合には、「直接」と明確に記載されていない限り、その関係性は第１および第２の要素の間にその他の介在する要素が存在しない直接的な関係性であってもよいが、１つまたは複数の介在する要素が（空間的にも、機能的にも）第１および第２の要素の間に存在する非直接的な関係性であってもよい。
【0102】
いくつかの実装形態においては、コントローラはシステムの一部であり、そのシステムは上述の例の一部であってもよい。このようなシステムは、１つもしくは複数の処理ツール、１つもしくは複数のチャンバ、１つもしく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、ガスフローシステム等）等の、半導体処理機器を有してもよい。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の操作を制御するための電子機器と一体化されていてもよい。この電子機器を、１つまたは複数のシステムの各種部品または副部品を制御し得る「コントローラ」と呼んでもよい。
【0103】
コントローラは、処理要件および／またはシステムの種類に応じて、本明細書に開示された、処理ガスの送出、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、無線周波数（ＲＦ）ジェネレータの設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および操作設定、ツールへのウエハの搬入出、ならびに、特定のシステムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックへのウエハの搬入出のいずれかのプロセスを制御するようにプログラムされていてもよい。
【0104】
大まかに言えば、コントローラは、例えば、命令を受信し、命令を出し、操作を制御し、クリーニング操作を可能とし、エンドポイント計測等を可能にする各種集積回路、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（ＤＳＰｓ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）として定義されたチップ、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つもしく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んでよい。
【0105】
プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形でコントローラに伝達される命令であって、半導体ウエハ上もしくは半導体ウエハ用に、またはシステムに対して特定のプロセスを実行する操作パラメータを定めるものであってよい。操作パラメータは、いくつかの実施形態において、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、面、回路、および／またはウエハのダイの製造の際の１つまたは複数の処理工程を達成するためにプロセスエンジニアによって定められるレシピの一部であってよい。
【0106】
コントローラは、いくつかの実装形態において、システムと一体化された、システムに結合された、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いてもよく、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、または、ウエハ処理の遠隔アクセスを可能とする製造工場の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。このコンピュータは、システムへの遠隔アクセスを可能とすることで、製造操作の現在の進行を監視し、過去の製造操作の履歴を検証し、複数の製造操作から傾向または性能基準を検証することで、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工程を設定し、または新しいプロセスを開始できる。
【0107】
いくつかの例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワークまたはインターネットを含み得るネットワークを通じてシステムにプロセスレシピを提供できる。遠隔コンピュータは、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とするユーザインターフェースを含んでもよく、パラメータおよび／または設定は次に遠隔コンピュータからシステムに伝達される。いくつかの例では、コントローラは、１つまたは複数の操作中に行われる各処理工程のパラメータを定めたデータの形式で命令を受信する。なお、このパラメータは行われるプロセスの種類や、コントローラがインターフェース接続または制御するように構成されている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。
【0108】
従って、上述の通り、コントローラは、互いにネットワーク接続されて、本明細書に記載のプロセスや制御等の共通の目的に向かって働く１つまたは複数の別個のコントローラを含めること等により、分散されてもよい。そのような目的のために分散されたコントローラの例としては、チャンバ上のプロセスを制御するために組み合わされて、遠隔配置（例えばプラットフォームレベルで、または遠隔コンピュータの一部として）された１つまたは複数の集積回路と通信する、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路が挙げられる。
【0109】
限定はしないが、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、クリーン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、トラックチャンバまたはモジュール、および半導体ウエハの製造および／または生産に関連づけられるかまたは使用され得る他の任意の半導体処理システムを含んでもよい。
【0110】
上述のように、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、他のツール回路またはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインターフェース、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、他のコントローラ、また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へウエハの容器を搬入出する材料輸送に用いられるツールの１つまた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】
【国際調査報告】