JP2014220231A5 - - Google Patents

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JP2014220231A5
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温度制御機能を備えるマルチプレナムシャワーヘッド
［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、どちらも「ＭＵＬＴＩ−ＰＬＥＮＵＭ ＳＨＯＷＥＲＨＥＡＤ ＷＩＴＨ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＮＴＲＯＬ」という名称の２０１３年２月１５日出願の米国仮特許出願第６１／７６５，４３２号および２０１３年２月２７日出願の第６１／７７０，２５１号に対する利益を主張する。上記の仮特許出願はどちらも、それらの全体を参照により本明細書に組み込む。
半導体処理ツールは、しばしば、化学気相成長（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）処理などの処理中に、ラジカル源を使用して、半導体ウェハにわたってラジカル化プロセスガスを分散させる。そのようなラジカル源は、処理中にウェハに面するフェースプレートを含むことがあり、いくつかのガス分散穴が、フェースプレートにわたって分散されることがあり、ラジカル源内部からウェハへのラジカル化ガスの送達を容易にする。
プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）などいくつかの半導体製造プロセス中、半導体製造プロセスガスは、様々なプロセスステップで使用されるラジカルを生成するためにプラズマに変換されることがある。そのようなプラズマプロセスは、より低いプロセス温度、およびより大きなプロセス化学自由度で行うことができるので、例えば熱ＣＶＤに勝る利点を提供することがある。しかし、プラズマ変換は、例えば、ウェハの下層のシリコン、またはプロセスで使用される超低誘電率誘電体を酸化することによって、ウェハに損傷を及ぼす虞もある。そのような損傷の可能性を減少するために、そのようなプラズマは、ウェハから「遠隔」にあるように位置されることがある。１つのそのようなプロセスは、一般に、遠隔プラズマ堆積（ＲＰＤ）と呼ばれる。例えば、いくつかのラジカル源は、内部でプラズマを発生させることができる内部体積を有することがある。この内部体積は、ラジカル源フェースプレートによってウェハから分離される（プラズマをウェハから「遠隔に」する）ことがあり、プラズマ変換に起因する生じ得る損傷からウェハをいくらか遮蔽する。フェースプレート内のガス分散穴は、遠隔で発生されたプラズマによって生成されたラジカルがラジカル源から出てウェハ上に流れることができるようにすることがある。
本明細書で述べる主題の１つまたは複数の実装形態の詳細を、添付図面および以下の説明に記載する。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。以下の図の相対寸法は、正確な尺度の図面であることが明確に示されていない限り、正確な尺度では描かれていないことがあることに留意されたい。
いくつかの実装形態では、半導体処理操作用のシャワーヘッドが提供されることがある。シャワーヘッドは、第１の面と、反対側の第２の面とを有する前駆体送達プレートと、第１の面と、反対側の第２の面とを有するラジカル拡散器プレートとを含むことがある。ラジカル拡散器プレートの第２の面は、前駆体送達プレートの第１の面に面することがある。また、シャワーヘッドは、前駆体送達プレートとラジカル拡散器プレートとの間に挿間された断熱体を含むこともある。また、シャワーヘッドは、ラジカル通過穴のパターンも含むことがある。ラジカル通過穴がそれぞれ、前駆体送達プレートと、ラジカル拡散器プレートと、断熱体とを貫通することがある。また、ラジカル通過穴はそれぞれ、前駆体送達プレート、ラジカル拡散器プレート、および断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有することもあり、前駆体送達プレート、ラジカル拡散器プレート、および断熱体を通るラジカル通過穴の穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持することもある。
いくつかのさらなる実装形態では、ラジカル拡散器プレートと前駆体送達プレートが直接的に熱接触し、ラジカル拡散器プレートの第１の面と前駆体送達プレートの第２の面とが同じ距離を保つように厚さ設定された場合におけるラジカル拡散器プレートと前駆体送達プレートとの間の熱流量未満になるように、ラジカル拡散器プレートと前駆体送達プレートとの間の熱流量を制御するように断熱体が構成されることがある。
シャワーヘッドのいくつかのさらなる実装形態では、前駆体送達プレートが、ガス送達穴のパターンと、１つまたは複数の内部ガス分散経路とを含むことがある。ガス送達穴はそれぞれ、前駆体送達プレート、ラジカル拡散器プレート、および断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有することがある。また、ガス送達穴はそれぞれ、１つまたは複数のガス分散経路の少なくとも１つに流体接続されることもあり、ガス送達穴はそれぞれ、前駆体送達プレートの第２の面で、前駆体送達プレートから出ることもある。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、ラジカル通過穴が、７：１〜１０：１の間の長さ対直径の比を有することがある。シャワーヘッドのいくつかの他の実装形態では、ラジカル通過穴が、６：１〜１１：１の間の長さ対直径の比を有することがある。シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、ラジカル通過穴が、少なくとも０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の長さを有することがある。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、ラジカル拡散器プレートは、ラジカル拡散器プレートにわたって延在する１つまたは複数の第１の内部冷却経路を含むことがある。１つまたは複数の第１の内部冷却経路は、ラジカル拡散器プレート内部のラジカル通過穴から流体的に隔離されることがある。
シャワーヘッドのいくつかのそのような実装形態では、第１の内部冷却経路が、経路のアレイを含むことがある。各経路は、平均で、ラジカル拡散器プレートの第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な進路に従うことがあり、各経路は、入口と流体接続された第１の端部と、出口と流体接続された第２の端部とを有することがある。シャワーヘッドのいくつかの他の実装形態では、各経路は、平均で、ラジカル拡散器プレートの第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な進路に従うことがあり、基準面の第１の面に位置される各経路は、第１の入口と流体接続された第１の端部と、第１の出口と流体接続された第２の端部とを有することがあり、基準面の第１の面とは反対側の、基準面の第２の面に位置される各経路は、第２の入口と流体接続された第１の端部と、第２の出口と流体接続された第２の端部とを有することがある。いくつかのそのような実装形態では、第１の入口、第２の入口、第１の出口、および第２の出口がそれぞれ、個別のクーラントプレナムを介してそれぞれの経路に接続されることがあり、クーラントプレナムは、実質的に弧状であり、径方向でラジカル拡散器プレートの中心軸の周りに配置される。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、第１の内部冷却経路が、第１の経路のアレイを含むことがある。第１の経路はそれぞれ、平均で、ラジカル拡散器プレートの第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な第１の進路に従うことがある。第１の内部冷却経路は、第２の経路のアレイを含むことがあり、第２の経路はそれぞれ、第２の経路はそれぞれ、平均で、基準面に実質的に平行な第２の進路に従うことがある。第１の経路と第２の経路は、ラジカル拡散器プレート内部で互いに流体的に隔離されることがある。各第１の経路は、第１の入口に流体接続された第１の端部と、第１の出口に流体接続された、第１の経路の第１の端部とは反対側の第２の端部とを有することがある。各第２の経路は、第２の入口に流体接続された第１の端部と、第２の出口に流体接続された、第２の経路の第１の端部とは反対側の第２の端部とを有することがある。第１の入口、第２の入口、第１の出口、および第２の出口は、第１の入口内に流れる冷却流体が、第１の経路を通って、第１の平均方向で第１の出口から流出し、第２の入口内に流れる冷却流体が、第２の経路を通って、第２の平均方向で第２の出口から流出するように構成されることがある。第１の平均方向と第２の平均方向とは、実質的に逆向きであることがある。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、シャワーヘッドは、さらに、周方向プレナムを含むことがある。周方向プレナムは、内周縁を有し、ラジカル拡散器プレートの第１の面の近位にあり、内周縁にわたって実質的に均等に分散した様式で、実質的にラジカル拡散器プレートの中心軸に向けてガスを流すように構成されることがある。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、シャワーヘッドは、さらに、プラズマドームを含むことがある。プラズマドームは、ラジカル拡散器プレートの中心軸の周りで実質的に軸対称である内面と、ラジカル拡散器プレートの中心軸の近くで、プラズマドームの一端に位置された１つまたは複数のラジカルガス入口と、プラズマドームの反対側の端部に位置され、プラズマドームをシャワーヘッドと接続させるように構成された取付インターフェースとを有することがあり、それにより、プラズマドームの内面と、ラジカル拡散器プレートの第１の面とが、ラジカル源体積を画定し、周方向プレナムからのガス流が、ラジカル源体積内に流れる。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、周方向プレナムは、プラズマドームとラジカル拡散器プレートとの間に挿間されたアダプタ内に位置されることがある。シャワーヘッドのいくつかの他の実装形態では、周方向プレナムは、取付インターフェースの近くでプラズマドーム内に位置されることがある。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、断熱体は、前駆体送達プレートおよびラジカル拡散器プレートのそれぞれの熱伝導率よりも実質的に低い熱伝導率を有するプレートであることがある。シャワーヘッドのいくつかの他の実装形態では、断熱体は、ラジカル拡散器プレートと前駆体送達プレートとの間に間隙を有することがある。間隙は、ラジカル拡散器プレートと前駆体送達プレートとの間の自由体積を画定することがある。また、断熱体は、ラジカル通過穴のパターン内のラジカル通過穴の数に対応する数の管状構造を含むこともある。各管状構造は、ラジカル通過穴の異なる１つに対応し、対応するラジカル通過穴の公称直径に実質的に等しい内径を有し、間隙にわたって延在し、流体連絡に関して自由体積からラジカル通過穴を実質的に隔離することがある。
シャワーヘッドのいくつかのさらなる実装形態では、管状構造の少なくとも１つが、個別の管セグメントであることがある。シャワーヘッドのいくつかのさらなる実装形態では、管状構造の少なくとも１つが、水晶またはサファイアからなる群から選択される材料から形成される。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、断熱体は、少なくとも２つの積層された層を含むことがあり、各層が、ラジカル通過穴を含む。いくつかのさらなるそのような実装形態では、断熱体は、さらに、層のうちの１層の第１の対合表面と、隣接する層の第２の対合表面との間の第１の界面を含むことがあり、第１の対合表面と第２の対合表面の少なくとも一方が、約８〜１６マイクロインチ（約０．２０３２〜０．４０６４μｍ）以上の表面粗さＲａ値を有することがある。いくつかの実装形態では、層は、各層にわたって約０．００２インチ（０．００５０８ｃｍ）の絶対平面度を有することがある。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、ラジカル通過穴は、第１の平面上の開口を介して前駆体送達プレートの第２の面から出ることがあり、ガス送達穴は、前駆体送達プレートの第１の面とは逆の方向に第１の非ゼロ距離だけ第１の平面からずらされた第２の平面上の開口を介して前駆体送達プレートの第２の面から出ることがある。いくつかの実装形態では、第１の非ゼロ距離は、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも大きいことがある。いくつかの実装形態では、第１の非ゼロ距離は、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）〜３インチ（７．６２ｃｍ）の間であることがある。いくつかの実装形態では、第１の非ゼロ距離は、３インチ（７．６２ｃｍ）〜１２インチ（３０．４８ｃｍ）の間であることがある。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、ラジカル通過穴は、第１の平面上の開口を介して前駆体送達プレートの第２の面から出ることがあり、ガス送達穴は、第２の平面上の開口を介して前駆体送達プレートの第２の面から出ることがあり、第２の平面は、前駆体送達プレートの第１の面とは逆の方向に第１の平面からずらされており、また、第１の平面上の開口を介してラジカル拡散器プレートから流されるラジカル化されたガスが第２の平面に衝突する前に実質的に十分に発達した流れを示すように、第２の平面が十分に第１の平面から離れている。
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、ラジカル拡散器プレートは、ラジカル拡散器プレートとのラジカル再結合を阻止する材料で少なくとも部分的にコーティングされる。いくつかのそのような実装形態では、材料は、窒化アルミニウム、水晶、およびサファイアからなる群から選択されることがある。
いくつかの実装形態では、シャワーヘッドは、さらに、プロセスチャンバを含むことがある。そのような実装形態では、ラジカル拡散器プレートと、断熱体と、前駆体送達プレートとが、プロセスチャンバにプロセスガスを送達するように構成されることがある。
いくつかのそのような実装形態では、シャワーヘッドは、１つまたは複数の追加のプロセスチャンバをさらに含むことがあり、プロセスチャンバと１つまたは複数の追加のプロセスチャンバとが、複数チャンバ半導体処理ツールを形成することがある。
いくつかの他のそのような実装形態では、シャワーヘッドは、さらに、第２のラジカル拡散器プレートと、第２の断熱体と、第２の前駆体送達プレートとを備えることがある。第２のラジカル拡散器プレートと、第２の断熱体と、第２の前駆体送達プレートとは、上記のラジカル拡散器プレート、上記の断熱体、および上記の前駆体送達プレートと同様に配置されることがある。また、プロセスチャンバは、少なくとも第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとを含むこともある。ラジカル拡散器プレートと、断熱体と、前駆体送達プレートとは、第１の処理ステーションにプロセスガスを送達するように構成されることがあり、第２のラジカル拡散器プレートと、第２の断熱体と、第２の前駆体送達プレートとは、第２の処理ステーションにプロセスガスを送達するように構成されることがある。
いくつかの実装形態では、半導体処理操作用のシャワーヘッドを使用するための方法が提供される。シャワーヘッドは、第１の面と、反対側の第２の面とを有する前駆体送達プレートと、第１の面と、反対側の第２の面とを有するラジカル拡散器プレートとを含むことがある。ラジカル拡散器プレートの第２の面は、前駆体送達プレートの第１の面に面することがある。また、装置は、前駆体送達プレートとラジカル拡散器プレートとの間に挿間された断熱体を含むこともある。また、装置は、ラジカル通過穴のパターンも含むことがある。ラジカル通過穴がそれぞれ、前駆体送達プレートと、ラジカル拡散器プレートと、断熱体とを貫通することがある。また、ラジカル通過穴はそれぞれ、前駆体送達プレート、ラジカル拡散器プレート、および断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有することもあり、前駆体送達プレート、ラジカル拡散器プレート、および断熱体を通るラジカル通過穴の穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持することもある。方法は、ラジカル送達プレートを第１の温度で保つステップと、ラジカル拡散器プレートを第２の温度で保つステップと、ラジカル拡散器プレートが第１の温度である状態で、ガス送達穴を介して第１のプロセスガスを提供するステップと、ラジカル拡散器プレートが第２の温度である状態で、ラジカル通過穴を介して第２のプロセスガスを提供するステップとを含むことがある。
いくつかの実施形態では、半導体処理操作用のリアクタが提供されることがある。リアクタは、リアクタチャンバと、リアクタチャンバ内部に位置されたウェハ支持体と、シャワーヘッドとを含むことがある。シャワーヘッドは、第１の面と、反対側の第２の面とを有する前駆体送達プレートと、第１の面と、反対側の第２の面とを有するラジカル拡散器プレートとを含むことがある。ラジカル拡散器プレートの第２の面は、前駆体送達プレートの第１の面に面することがある。また、装置は、前駆体送達プレートとラジカル拡散器プレートとの間に挿間された断熱体を含むこともある。また、装置は、ラジカル通過穴のパターンも含むことがある。ラジカル通過穴がそれぞれ、前駆体送達プレートと、ラジカル拡散器プレートと、断熱体とを貫通することがある。また、ラジカル通過穴はそれぞれ、前駆体送達プレート、ラジカル拡散器プレート、および断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有することもあり、前駆体送達プレート、ラジカル拡散器プレート、および断熱体を通るラジカル通過穴の穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持することもある。シャワーヘッドとウェハ支持体とは、ウェハ支持体がリアクタチャンバ内部でシャワーヘッドの下にあるように構成されることがある。
いくつかの実装形態では、断熱体が提供されることがある。断熱体は、第１の面と、第１の面に実質的に平行であり、第１の面からずらされた第２の面と、第１の面と第２の面との間にわたって延在する複数の管状構造とを含むことがあり、管状構造は、第１の面と第２の面とにわたって分散されたパターンで配列される。管状構造は、管状構造内部の体積と、第１の面と第２の面との間に実質的に画定される体積との間の流体の流れを実質的に防止することがある。
いくつかのさらなるそのような実装形態では、断熱体は、さらに、第１の面と第２の面の間にわたって延在し、複数の管状構造を取り囲む周壁を含むことがある。周壁、第１の面、第２の面、および管状構造の最外面が、断熱体の中空内部体積を画定することがある。
断熱体のいくつかのさらなる実装形態では、断熱体は、さらに、断熱体の中空内部体積と流体連絡する１つまたは複数のポートを含むことがある。
本開示のこれらおよび他の態様を、以下にさらに詳細に論じる。
ラジカル化ガスフロー操作中の、３区画フェースプレートアセンブリを備える遠隔プラズマ源の一例の高レベル概略図である。
フェースプレートを通るラジカル化されたガスの流れが阻止されている操作中の、図１Ａの遠隔プラズマ源の高レベル概略図である。
断熱体として働く穿孔プレートを特徴とする３区画フェースプレートの一例の高レベル概略図である。
断熱体として働く中空プレートを特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図である。
代替の中空プレート断熱体設計を特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図である。
複数の個別の管を特徴とする断熱体を特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図である。
ずらされたガス分散穴とラジカル通過穴との出口を特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図である。
実質的に直線の冷却チャネル進路を示す概略図である。
やはり実質的に直線の冷却チャネル進路を示す概略図である。
３区画フェースプレートアセンブリの一例の斜視図である。
内部の機構が見えるようにいくつかの部分を切り欠いた、図４Ａのフェースプレートアセンブリの斜視図である。
内部の機構が見えるように切り欠いた部分を有するいくつかの構成要素を備える、図４Ａのフェースプレートアセンブリの斜視分解図である。
対向する流れ冷却チャネルを有するラジカル拡散器プレートの一例の斜視分解図である。
図５Ａのラジカル拡散器プレートの中央プレートの第１の面を示す図である。
図５Ａのラジカル拡散器プレートの中央プレートの第２の面を示す図である。
前駆体送達プレートの一例の斜視断面図である。
図６Ａの前駆体送達プレートの底面図である。
図６Ａの前駆体送達プレートの側断面図である。
図６Ａの前駆体送達プレートの逆さの分解斜視図である。
フェースプレートアセンブリの一例の斜視分解図である。
内部の機構が見えるようにいくつかの部分を切り欠いた、図７Ａのフェースプレートアセンブリの斜視図である。
３区画フェースプレートアセンブリの一例の二等角投影断面図である。
図８Ａの例示的な区分けされた３区画フェースプレートアセンブリの一部分の詳細図である。
図８Ａの例示的な３区画フェースプレートアセンブリの二等角投影分解断面図を示す。
図８Ａの例示的な３区画フェースプレートアセンブリの別の二等角投影分解断面図であって、内部の機構が見えるように、ラジカル拡散器プレートおよび前駆体送達プレートの上部が取り除かれている図である。
２つの対合表面間の実際の接触面積に対する表面粗さの影響を示す概念上の概略図である。 ２つの対合表面間の実際の接触面積に対する表面粗さの影響を示す概念上の概略図である。 ２つの対合表面間の実際の接触面積に対する表面粗さの影響を示す概念上の概略図である。 ２つの対合表面間の実際の接触面積に対する表面粗さの影響を示す概念上の概略図である。
本明細書で述べる構成要素と共に使用されることがあるマルチステーション処理ツールの概略図である。
図４Ａ〜図８Ｄは、各図において、正確な縮尺で描かれている。
様々な実装形態の例を添付図面に例示し、以下にさらに説明する。本明細書での論述は、説明する具体的な実装形態に特許請求の範囲を限定することは意図されていないことを理解されたい。逆に、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲内に含むことができる変形形態、修正形態、および均等形態を網羅することが意図されている。以下の説明では、本発明を完全に理解できるように、いくつかの実装形態特有の詳細を記載する。本発明は、これらの実装形態特有の詳細のいくつかまたはすべてを伴わずに実施することもできる。なお、本発明を不要に曖昧にしないように、よく知られているプロセス操作は詳細には説明していない。
本明細書では、遠隔プラズマ源と共に使用するためのシャワーヘッド、および遠隔プラズマ源と共に使用することができる他の機構のための３区画フェースプレートの様々な実施形態を述べる。語句「３区画」は、３つの主要な構成要素を有するフェースプレートアセンブリを表すために使用されることがあり、また、語句「３区画」は、３つの異なる区域を画定するより多数または少数の主要な構成要素を有するフェースプレートアセンブリを表すために使用されることもあり、各区域は、以下に論じるフェースプレートアセンブリの主要な構成要素に関して以下に論じる機能と同様の機能を提供する。
図１Ａは、ラジカル化ガスフロー操作中の、３区画フェースプレートアセンブリを備える遠隔プラズマ源の一例の高レベル概略図を示す。遠隔プラズマ源１７０が図示されており、遠隔プラズマ源１７０は、ラジカル拡散器プレート１０１と、前駆体送達プレート１０３と、ラジカル拡散器プレート１０１と前駆体送達プレート１０３との間に挿間された断熱体１０２とを含むフェースプレートアセンブリ１００を含む。プラズマドーム１３３が、取付インターフェース１３６、例えば取付フランジ、ショルダ、または他の機構によってフェースプレートアセンブリと接続されることがあり、ラジカル源体積１３７（例えばフェースプレートアセンブリとプラズマドーム１３３の内面１３４とによって境界を画される体積）を形成する。いくつかの実装形態では、プラズマドームは使用されないことがあり、半導体処理操作で使用される従来のシャワーヘッドで見られることがあるものなど、より従来のカバー、例えば平坦なバックプレート、または実質的に円筒形のラジカル源体積１３７を形成する他の形状が使用される。プレナムアダプタ１３８が、プラズマドーム１３３（または代替構造、例えば上述した平坦なバックプレートまたは他の構造）とフェースプレートアセンブリ１００との間に挿間されることがある。プレナムアダプタ１３８は、１つまたは複数の径方向入口１５４を通してラジカル源体積１３７内にプロセスガスを流すように構成された周方向プレナム１５４を含むことがある。図１Ａでは、１つまたは複数の径方向入口１５４を通るガス流はない。１つまたは複数の径方向入口１５４は、円形アレイとして配列された個別の入口でよく、または、周方向プレナム１５４にある薄いアーク状のスロットを特徴とする１つまたは複数のアーク形状の「エアナイフ」入口でよい。
図１Ａおよび図１Ｂは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）システムで見られるものと同様の遠隔プラズマ源を示すが、フェースプレート１００、およびプレナムアダプタ１３８など他の構成要素を、ラジカル拡散器プレート１０１の上方の体積にラジカルを送達するために使用することができる様々な技術と共に使用することができることを理解されたい。例えば、フェースプレートアセンブリ１００は、ラジカルを生成するために紫外光を利用するラジカル発生技法、誘導結合プラズマ技法、マイクロ波プラズマ発生器、および他のタイプのラジカル発生技術と共に使用することができる。ラジカルは、ラジカル源体積１３７の内部で直接発生されることがあり、または外部発生源、例えばＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによって提供されるＡＳＴＲＯＮｉ（商標）反応性ガス発生器などから供給されることがあり、外部発生源は、ラジカル源体積１３７の外部でラジカルを発生し、次いでラジカル化されたガスを１つまたは複数の送達ポートを通してラジカル源体積１３７内に送達する。
第１のプロセスガスは、１つまたは複数のラジカルガス入口１３５を通して装置内に流されることがある。プラズマは、マッチングネットワーク１５３を介してＲＦ源に接続されることがある高周波コイル１５２を使用して、第１のプロセスガスを使用して発生されることがある。ラジカル化された第１のプロセスガスは、ラジカル拡散器プレート１０１に向けて、１つまたは複数のラジカル通過穴１０８を通って流れて、フェースプレートアセンブリ１００と遠隔プラズマ源１７０を使用して処理されるウェハ１０５との間（またはフェースプレートアセンブリ１００とウェハ支持体１０７との間）に位置されたウェハ反応領域に達することができる。同時に、前駆体ガスを、１つまたは複数の前駆体ガス入口内に流し、内部ガス分散経路１１２を通してガス送達穴１１０に流すことができる。したがって、前駆体ガスとラジカル化された第１のプロセスガスとを、ウェハ反応領域に同時に送達することができる。
図１Ｂは、フェースプレートを通るラジカル化されたガスの流れが阻止されている操作中の、図１Ａの遠隔プラズマ源の高レベル概略図を示す。図１Ｂでは、第２のプロセスガスを、１つまたは複数の径方向入口１５４を通してラジカル源体積１３７に導入することができる。１つまたは複数の径方向入口１５４は、ラジカル拡散器プレートにわたるように第２のプロセスガスを向けて、第１のプロセスガスとラジカル拡散器プレート１０１との間に第２のプロセスガスの層を形成するように構成されることがある。第２のプロセスガスの流れは、ラジカル拡散器プレート１０１に向かう第１のプロセスガスの流れを少なくとも一部打ち消すことがあり、それにより、第２のプロセスガスが１つまたは複数の径方向入口１５４を通して流されると同時に、ラジカル通過穴１０８を通るラジカル化された第１のプロセスガスの流れを少なくとも一部妨げる。いくつかの操作中にラジカルガスがプロセス反応領域に達するのを妨げられることが望ましい用途に関して、そのような第２のプロセスガスの流れは、そのような操作中にラジカルガスをラジカル源体積から除去する（これは、プラズマを消滅させることを含むこともある）必要をなくすことができる。第２のプロセスガスは、例えば不活性キャリアガスでよく、または第１のプロセスガスと同じでよい。いくつかの実装形態では、第２のプロセスガスは、第１のプロセスガスとは異なる非キャリアガスでよい。
図２Ａ〜図２Ｅは、様々なフェースプレートアセンブリの高レベル概略図を示す。本開示の文脈でのフェースプレートアセンブリの様々な態様を論じる。一般に、ラジカル拡散器プレートと、フェースプレートアセンブリの前駆体送達プレートとは、改良された処理環境を容易に実現するために様々な温度で保つことができる。例えば、ラジカル送達効率を改良するために、ラジカル拡散器プレートは、前駆体送達プレートよりも実質的に低い温度で保つことができる。これは、表面がより低温であるときよりも、表面がより高温であるときに、ラジカルが衝突時に表面と再結合する傾向を強く示すからである。ラジカル拡散器プレートの温度を低下させることによって、ラジカル拡散器プレートと衝突するラジカルがラジカル拡散器プレートと再結合する可能性が低くなり、より多くのラジカルがラジカル通過穴を通って流れる。同時に、前駆体送達プレートの冷却は、望ましくないことに、前駆体送達プレートによって送達されるプロセスガスを凝縮させる虞がある。そのような凝縮を防止するために、前駆体送達プレートは、例えば加熱要素もしくは流体熱交換器によって直接加熱されることがあり、または、例えばより高温の構成要素との熱的接触によって間接的に加熱されることがあり、それにより、前駆体送達プレートが前駆体の蒸発温度よりも高く保たれるようにする。
いくつかの実装形態では、ラジカル拡散器プレートおよび他の構成要素は、ラジカル再結合を阻止または防止するための材料で完全にまたは部分的にコーティングされることがある。例えば、ラジカル源体積に面するラジカル拡散器プレートの面に、窒化アルミニウム、水晶、またはサファイアのコーティングが設けられることがある。
ラジカル拡散器プレートと前駆体送達プレートとの間に断熱体が挿間されることがあり、これら２つの構成要素間の熱の流れを制御する。したがって、断熱体は、一般に、フェースプレートアセンブリを通るラジカル送達効率に実質的に影響を与えずに、前駆体送達プレートとラジカル拡散器プレートとの間の熱の流れを妨げるように構成された構成要素として表すことができる。
図２Ａ〜図２Ｅに示される実装形態では、フェースプレートアセンブリ２００はすべて、ラジカル拡散器プレート２０１と、断熱体２０２と、前駆体送達プレート２０３とを含む主要な構成要素を含む。また、フェースプレートアセンブリは、ラジカル通過穴２０８のパターンと、ガス送達穴２１０のパターンとを含む。ラジカル通過穴２０８は、フェースプレートアセンブリ２００を完全に貫通し、一方、ガス送達穴２１０は、前駆体送達プレート２０３の一部を貫通し、ラジカル通過穴２０８と同じ前駆体送達プレート２０３の面から出る。ガス送達穴２１０は、１つまたは複数の内部ガス分散経路２１２と流体接続される。内部ガス分散経路２１２は、１つまたは複数の前駆体ガス入口２４８と流体接続されることがあり、前駆体ガス入口２４８は、プロセスガス、例えば前駆体ガスを前駆体送達プレート２０３内に流し、さらにガス送達穴２１０を通して外に流す。ラジカル拡散器プレート２０１は、経路２１４を含むことがあり、経路２１４はそれぞれ、第１の端部２１６で１つまたは複数の入口２１９に流体接続され、第２の端部２１７で１つまたは複数の出口２２０に流体接続されることがある。経路２１４を通して、クーラントが、ラジカル拡散器プレート２０１を通して循環されることがあり、ラジカル拡散器プレート２０１から熱を伝達し、ラジカル拡散器プレートの温度を低下させる。クーラントは、クーラント供給または熱交換器システムなど外部供給源から提供されることがある。
図２Ａは、断熱体として働く穿孔プレートを特徴とする３区画フェースプレートの一例の高レベル概略図を示す。この実装形態では、断熱体２０２は、ラジカル拡散器プレート２０１と前駆体送達プレート２０３との間に挟まれた材料の層の形態を取る。断熱体２０２に使用される材料は、（ラジカル拡散器プレート２０１および前駆体送達プレート２０３の熱伝導率に比べて）比較的低い熱伝導率を有し、それでもプロセス化学物質との適合性およびラジカルとの低い反応性を維持する材料でよい。例えば、断熱体２０２は、低誘電率セラミック、水晶、様々な低熱伝導率のプラスチック、例えばポリイミド、または（半導体処理チャンバの化学的環境から保護されるようにコーティングされた）ステンレス鋼、例えば３００シリーズステンレスなどの材料から形成されることがあり、一方、ラジカル拡散器プレート２０１および拡散器送達プレート２０３は、１桁以上大きい熱伝導率を有する材料、例えばアルミニウム合金から形成されることがある。ラジカル通過穴２０８は、断熱体２０２を貫通することがある。見ることができるように、ラジカル通過穴２０８は、ラジカル拡散器プレート２０１、断熱体２０２、および前駆体送達プレート２０３を貫通するときに、実質的に均一な断面を維持する。これは、ラジカル通過穴２０８を通って進むラジカルがぶつかることがある各ラジカル通過穴２０８内部の表面積を減少させる助けとなり、そのようなラジカルがラジカル通過穴の側壁と再結合する可能性を減少させる。
図２Ｂは、断熱体として働く中空プレートを特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図を示す。フェースプレートアセンブリ２００のこの実装形態では、断熱体２０２は、大きく刳り抜いて内部自由体積２４１を形成することができ、内部自由体積２４１は、真空にポンプダウンすることができる。自由体積２４１は、実質的に、断熱体２０２内部の間隙２４０を画定することがある。いくつかの実装形態では、後で見られるように、間隙２４０は、ラジカル拡散器プレート２０１と前駆体送達プレート２０３との間でよく、またはラジカル拡散器プレート２０１もしくは前駆体送達プレート２０３と断熱体２０２の表面との間でもよい。管状構造２４２は、ラジカル通過穴２０８を内部自由体積２４１から実質的に流体的に隔離することができる。断熱体を通る熱の流れは、内部自由体積２４１内の真空の存在により、自由体積２４１を通る放射伝熱メカニズム、および管状構造２４２の材料を通る伝達に効果的に限定される。この実装形態で伝導熱流の量を減少するために、図２Ａの断熱体２０２と同様に、断熱体２０２も低誘電率材料から形成される。
自由体積２４１は、真空ポンプと接続された真空ポート２５９を通して真空にポンプダウンされることがあり、または例えばフェースプレートアセンブリ２００を通ってウェハ反応領域につながる真空ポート（図２Ｂには図示せず。図３Ａおよび図３Ｂを参照）を通して、フェースプレートアセンブリ２００を収容するプロセスチャンバのより大きな体積と流体接続されることがある。ウェハ反応領域は、（フェースプレートアセンブリ２００を通して提供される少量のプロセスガスの追加以外には）真空状態で保つことができるので、これはまた、同様の雰囲気条件で自由体積２４１を維持する働きもすることができる。
図２Ｃは、代替の中空プレート断熱体設計を特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図を示す。この実装形態は、断熱体２０２が自由体積２４１を完全には画定しないこと以外は、図２Ｂを参照して述べたものと同様である。断熱体２０２は、各ラジカル通過穴２０８の位置でプレートから突出する管状構造２４２を有するプレートを含む。この実装形態では、間隙２４０は、ラジカル拡散器プレート２０１と断熱体２０２のプレートとの間の距離によって画定される。管状構造２４２は、ラジカル拡散器プレート２０１の凹部内に延在することがある。いくつかの実装形態では、管状構造２４２は、ラジカル拡散器プレート２０１に対して単に突き当たり、そのような凹部内には延在しないことがある。いくつかの他の実装形態では、管状構造２４２は、小さな間隙によってラジカル拡散器プレート２０１から離隔されることがあり、すなわち、管状構造２４２とラジカル拡散器プレート２０１との間の気密封止は必要ない。そのような小さな間隙は、管状構造２４２とラジカル拡散器プレート２０１との間の流れ伝導がラジカル通過穴を通る流れ伝導よりも実質的に小さくなるように十分に小さいことがある。断熱体２０２の熱伝導率をさらに減少させるために、真空ポート２５９を使用して、断熱体２０２内部の自由体積２４１をポンプダウンすることができる。
図２Ｄは、複数の個別の管を特徴とする断熱体を特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図を示す。この実装形態では、断熱体２０２は、単一の画定可能な部分としては存在しない。そうではなく、断熱体２０２は、ラジカル拡散器プレート２０１と前駆体送達プレート２０３との間に挿間されたより小さな部分の集合体によって形成されることがある。例えば、ラジカル拡散器プレート２０１と前駆体送達プレート２０３との一方または両方が、個々の管状構造２４２をラジカル拡散器プレート２０１および／または前駆体送達プレート２０３内に挿入できるようにする凹部を含むことがある。外周壁が、ラジカル拡散器プレート２０１と前駆体送達プレート２０３との間で構造的な支持を提供して、自由体積２４１の外側限界を画定することができる。この実装形態における外周壁および管状構造は、同一の材料から形成することも、異なる材料から形成することもできる。例えば、外周壁は、酸化アルミニウムから形成されることがあり、管状構造は、水晶から形成されることがある。
図２Ｅは、ずらされたガス分散穴とラジカル通過穴との出口を特徴とする３区画フェースプレートアセンブリの一例の高レベル概略図を示す。図２Ａ〜図２Ｄに関して上述した実装形態は、様々な断熱体実装形態に焦点を当ててきた。図２Ｅに示される実装形態は、図２Ｂに示されるものと同様の断熱体２０２を利用するが、上述した他のタイプの断熱体２０２を使用することもできる。しかし、図２Ｅで、ガス送達プレート２０３は、図２Ａ〜図２Ｄに示されるガス送達プレート２０３とは異なる幾何形状を特徴とする。図２Ｅのガス送達プレート２０３は、第１の平面２４３でガス送達プレート２０３から出るラジカル通過穴２０８を有し、第１の平面２４３は、ガス送達穴２１０がガス送達プレート２０３から出る第２の平面２４４から第１の非ゼロ距離２４５だけずらされている。
例えば、ガス送達プレート２０３は、実質的に平坦なプレートであって、各ガス送達穴２１０の位置でプレートから突出する小さな管を有するプレートでよい。ガス送達穴２１０とラジカル通過穴２０８との出口平面の間のずれは、ラジカル通過穴からのラジカルガスの流れが、前駆体ガスがラジカルガスに導入される前に、実質的に十分に発達した流れ条件に達することを可能にすることがある。それぞれのガスに関する出口平面を物理的にずらすことによって、ラジカルガスは、十分に発達した流れに達するのに十分な時間を与えられる。いくつかの実装形態では、ずれは、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも大きいことがある。いくつかのさらなる実装形態では、ずれは、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）〜３インチ（７．６２ｃｍ）の間でよい。いくつかの追加のさらなる実装形態では、ずれは、３インチ（７．６２ｃｍ）〜１２インチ（３０．４８ｃｍ）の間でよい。
ラジカル拡散器プレート２０１、断熱体２０２、およびガス送達プレート２０３に関して上で概説した様々な概念を、図示されるものとは異なる様々な順序で組み立てることができることを理解されたい。例えば、図２Ｅからの同一平面上にない出口平面を有するガス送達プレート２０３を、図２Ａからのラジカル拡散器プレート２０１および断熱体２０２と共に使用することができる。同様の置換は、適切な修正と共に他の図２Ｂ〜図２Ｄに関しても行うことができる。
さらに、図面に示される前駆体送達プレート２０３は、ただ１組のガス送達穴を特徴とするが、いくつかの実装形態は、複数組のガス送達経路および対応するガス送達穴を有する前駆体送達プレート２０３を特徴とすることがあることを理解されたい。例えば、前駆体送達プレート２０３は、ガス送達プレート２０３の内部で互いに流体的に隔離された２組のガス送達経路と、対応する２組のガス送達穴とを備えて構成されることがある。
ラジカル拡散器プレート２０１や、断熱体２０２のいくつかの実装形態など、内部冷却経路を有する様々なプレートに関して、冷却経路はプレートを横切ることがあり、プレート内部で、蛇行したまたは曲がりくねった道筋に沿って位置される。いくつかの他の実装形態では、冷却経路は、実質的に直線の進路に従うことがある。図３Ａは、実質的に直線の冷却チャネル進路を示す概略図を示す。図３Ｂも、実質的に直線の冷却チャネル進路を示す概略図を示す。図３Ａで見ることができるように、冷却経路３１４は、直線進路３１５に従うことがある。そのような経路は、例えば、ガンドリルを用いてプレートをクロスドリル加工して形成されることがある。図３Ｂで見ることができるように、冷却経路３１４は、例えば直線進路３１５に沿って縫うように進むことによって直線進路３１５から逸脱することがあるが、それでも概して直線進路３１５に沿って延在する。したがって、例えば、基準面に平行な進路に従う経路に対する言及は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、基準面に平行な直線進路に実質的に従う経路を含むものと理解することができる。
次に、本開示で概説する概念に従って、フェースプレートアセンブリおよびその内部の構成要素のさらなる例を示す様々なより詳細な図を参照する。
図４Ａは、３区画フェースプレートアセンブリの一例の斜視図を示す。フェースプレートアセンブリ４００が図示されており、フェースプレートアセンブリ４００は、ラジカル拡散器プレート４０１と、前駆体送達プレート４０３と、ラジカル拡散器プレート４０１と前駆体送達プレート４０３との間に挿間された断熱体４０２とを特徴とする。断熱体４０２は、この図では若干見づらいが、後の図でより良く見ることができる。
フェースプレートアセンブリは、中心軸４３１の周りで実質的に円形の領域にわたって分散されたラジカル通過穴４０８のパターンを特徴とすることがある。ラジカル通過穴４０８は、ラジカル拡散器プレート４０１に実質的に垂直な穴中心軸４０９を有することがある。ラジカル通過穴は、すべてのラジカル通過穴４０８の側壁面積の和（断熱体４０２および前駆体送達プレート４０３内に位置されるラジカル通過穴４０８の部分の側壁を含む）を表す総計の側壁面積を有することがあり、ラジカル源体積の境界の一部を成すラジカル拡散器プレート４０１の部分は、ラジカル通過穴４０８の断面積を含まない断面積を有することがある。いくつかの実装形態では、上で論じた断面積に対するラジカル通過穴４０８の総計の側壁面積の比は、１〜１．５未満でよい。
いくつかの実装形態では、ラジカル通過穴４０８の長さ対直径の比は、２：１よりも大きいことがあり、長さは０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも大きいことがあり、フェースプレートアセンブリ４００によって送達されるガスが、ガス送達穴４１０またはラジカル通過穴４０８を通ってフェースプレートアセンブリ４００内に逆拡散するのを防止する助けとなる。いくつかの実装形態では、ラジカル通過穴４０８の長さ対直径の比は、７：１〜１０：１の間でよい。ラジカル通過穴４０８は、フェースプレートアセンブリ４００を通る穴中心軸に垂直な公称で均一な断面積を有することがある。いくつかの実装形態では、ラジカル通過穴４０８がフェースプレートアセンブリ４００から出入りする場所で、ラジカル通過穴４０８の断面積のいくらかの変化、例えば広がりがあることがある。
図４Ａに示されるラジカル拡散器プレート４０１および前駆体送達プレート４０３は、複数部分からなる設計である（ただし、複数部分からなる態様は、ラジカル拡散器プレートに関してのみ図示されている）。例えば、ラジカル拡散器プレート４０１は、実質的に円形の内側部分と、４つの弧状の外側部分とから形成され、外側部分は、溶接領域４４７で内側部分の外周縁に溶接される。これにより、交差経路を、内側部分の幅を通してドリル加工することができ、次いで交差経路を外側部分によってキャップして、ガスまたは流体の流れに関する封止された内部空間を形成する。また、ラジカル拡散器プレート４０１は、１つまたは複数のシールインターフェース４４６を含むこともあり、シールインターフェース４４６は、例えばバックカバー、アダプタ、プラズマドーム、または他の対合表面にラジカル拡散器プレート４０１を封止するように構成されることがある。他の部分、例えば断熱体４０２または前駆体送達プレート４０３にもさらなるシールインターフェース４４６が位置されることがあり、ラジカル拡散器プレート４０１と、断熱体４０２と、前駆体送達プレート４０３との間の界面を封止する。
第１の入口４２３および第２の入口４２７は、ラジカル拡散器プレート４０１の内部の冷却経路を介して、それぞれ第１の出口４２４および第２の出口４２８と流体連絡することができる。同様に、１つまたは複数の前駆体ガス入口４４８は、前駆体送達プレート４０３内の１つまたは複数の内部ガス分散経路と流体連絡することがある。
図４Ｂは、内部の機構が見えるようにいくつかの部分を切り欠いた、図４Ａのフェースプレートアセンブリの斜視図を示す。見ることができるように、ラジカル通過穴４０８は、ラジカル拡散器プレート４０１、断熱体４０２、および前駆体送達プレート４０３を完全に貫通し、その際、中心軸４０９に垂直な実質的に均一な断面を保つ。また、図４Ｂでは経路４１４も見ることができ、この経路４１４は、第１の内部冷却経路４１３のネットワーク内のいくつかのそのような経路４１４のうちの１つである。見ることができるように、経路４１４の第１の端部４１６は、クーラントプレナム４５０と流体接続されることがあり、クーラントプレナム４５０は、図４Ｃで見られるように、第１の入口４２３と流体接続される。第２の入口４２７は、別のクーラントプレナム４５０、さらには他の経路４１４（この図には図示せず）の第１の端部４１６と流体接続されることがある。いくつかの実装形態では、第１の入口４２３および第２の入口４２７、またはただ１つの共通の入口が、共通のクーラントプレナム４５０と接続されることがあり、クーラントプレナム４５０は、経路４１４の第１の端部４１６と接続される。経路４１４の第２の端部４１７（図４Ｂには図示せず。以下に論じる図４Ｃで見ることができる）もクーラントプレナム４５０に接続されることがあり、クーラントプレナム４５０がさらに第１の出口４２４および第２の出口４２８に接続されることがあり、またはいくつかの実装形態では、第２の端部４１７は、ただ１つの共通のクーラントプレナム４５０および／またはただ１つの共通の出口に接続されることがある。通常のプロセス条件中にラジカル化ガスと接触することがあるラジカル拡散器プレートの部分にわたる約１〜２℃未満の温度差など、ラジカル拡散器プレート４０１にわたる実質的に均一な冷却を提供するのに十分な他の冷却解決策も同様に使用することができ、本開示の範囲内にあるとみなされる。
前駆体送達プレート４０３は、いくつかの点で、ラジカル拡散器プレート４０１の特徴と同様のいくつかの特徴を有することがある。例えば、前駆体送達プレート４０３は、前駆体プレナム４５１および内部ガス分散経路４１２を有することがあり、前駆体プレナム４５１および内部ガス分散経路４１２は、クーラントプレナム４５０および経路４１４といくつかの点では実質的に同様であることがある。また、前駆体送達プレート４０３は、前駆体ガスを前駆体プレナム４５１内に導入するように構成された１つまたは複数の前駆体ガス入口４４８を有することがある。しかし、ラジカル拡散器プレート４０１とは異なり、前駆体プレナム４５１および内部ガス分散経路４１２内に流される流体、例えば前駆体ガスは、第１の出口４２４および第２の出口４２８と同様の出口を通って前駆体送達プレート４０３から出るのではなく、内部ガス分散経路４１２と流体接続されたガス送達穴４１０のパターンから流れ出ることがある。ガス送達穴４１０は、ラジカル通過穴４０８の中心軸４０９に平行な穴中心軸４１１を有することがある。ガス送達穴４１０は、ラジカル通過穴４０８よりも実質的に小さい断面でよい。しかし、他の実装形態では、ラジカル拡散器プレートおよび前駆体送達プレート４０３の構造は、図４Ｂに示される構造とはさらに大きく異なることがある。
図４Ｃは、内部の機構が見えるように切り欠いた部分を有するいくつかの構成要素を備える、図４Ａのフェースプレートアセンブリの斜視分解図である。図４Ｃでは、経路４１４が見えるように、ラジカル拡散器プレート４０１の上半分が取り除かれている。同様の理由で、前駆体送達プレート４０３の上半分も取り除かれている。
ラジカル拡散器プレート４０１は、第１の面４０６（切り欠かれているラジカル拡散器プレート４０１の部分にあるので図４Ｃでは直接見ることができない。また、第１の面４０６は、図４Ｂに示されている）と、第１の面とは反対側の第２の面４０７とを有することがある。
また、クーラントプレナム４５０も見ることができ、クーラントプレナム４５０は、この実装形態では、弧状の内部空間であり、それぞれラジカル拡散器プレート４０１の異なる四分円を占める。ラジカル拡散器プレート４０１の内部で、基準面４１８の一方の側に位置されたクーラントプレナム４５０および経路４１４は、基準面４１８の他方の側に位置されたクーラントプレナム４５０および経路４１４から流体的に隔離されることがある。このプレナム／経路構成は、比較的高いクーラント流量を可能にすることができ、また、例えば約１℃未満の温度差など、ラジカル拡散器プレートの幅にわたる実質的に均一な温度差を提供することができる。各経路４１４は、第１の端部４１６で１つの冷却プレナム４５０に接続され、第２の端部４１７で別の冷却プレナム４５０に接続されることがある。ラジカル拡散器プレート４０１内の温度を監視するためにラジカル拡散器プレート４０１の中心付近に温度センサ、例えば熱電対または他の温度測定プローブ（図示せず）を位置させることができるように、温度センサ穴４４９が提供されることがある。
前駆体送達プレート４０３に関して、この実装形態では、実質的に前駆体送達プレート４０３の周縁を巡って延在するただ１つの前駆体プレナム４５１が提供されることを見ることができる。前駆体ガスを前駆体プレナム４５１に送給するように構成された前駆体ガス入口４４８が提供されることもある。前駆体プレナム４５１からの前駆体ガスは、内部ガス分散経路４１２内に流れ、内部ガス分散経路４１２からガス送達穴４１０を通して前駆体送達プレートから流れ出ることがある。ガス送達穴４１０は、ラジカル通過穴４０８が分散される様式と比較的同様の様式で、前駆体送達プレート４０３にわたって分散されることがある。他の実装形態は、ラジカル通過穴４０８とガス送達穴４１０との両方に関して異なる穴パターンを利用することがあることを理解されたい。ラジカル通過穴４０８は、フェースプレートアセンブリ４００内部の内部ガス分散経路４１２、ガス送達穴４１０、クーラントプレナム４５０、前駆体プレナム４５１、および経路４１４から流体的に隔離されるように位置決めされることがある。
前駆体送達プレート４０３は、ラジカル拡散器プレート４０１と同様に、第１の面４０４（この面は、やはり切欠きにより図４Ｃでは直接見ることができない）と第２の面４０５とを有することがある。一般に、前駆体送達プレート４０３の第１の面４０４は、ラジカル拡散器プレート４０１の第２の面４０７に面することがあり、第１の面４０４と第２の面４０７との間に断熱体が挿間される。
本開示で前述したように、フェースプレートアセンブリ４００を提供するために、様々なタイプのラジカル拡散器プレート４０１と、断熱体４０２と、前駆体送達プレート４０３とが様々な積層構成で使用されることがある。図４Ａ〜図４Ｃは、経路４１４を通る一方向のクーラントの流れを有するラジカル拡散器プレート４００を備えるフェースプレートアセンブリ４００を示す。
図５Ａは、対向する流れ冷却チャネルを有するラジカル拡散器プレートの一例の斜視分解図を示す。図５Ａで、ラジカル拡散器プレート５０１は、３つの主要な構成要素、すなわち上部プレート５５５と、中間プレート５５６と、底部プレート５５７とのスタックによって形成されることがある。これらのプレートは、一体に挟持されることがあり、またはろう付けなどのより永久的な手段によって一体に保持されることがある。上部プレート５５５は、第１の入口５２３と第２の入口５２７を有することがある。第１の入口５２３は、上部プレート５５５を貫通することがあり、上部プレート５５５の底面にあるスロット（図示せず。底部プレート５５７の上面に示されるスロットと同様である）を介してクーラントプレナム５５０（図５Ａにおいて右側に図示される）と流体連絡することがある。第１の入口５２３を通してクーラントプレナム５５０内に流されるクーラントは、次いで、中央プレート５５６の第１の経路５２５を通って、別のクーラントプレナム５５０内に流れ、その後、別のスロットを通って第１の出口５２４から流れる。
また、図５Ａでは第２の入口５２７と第２の出口５２８も見ることができ、それらはどちらも、底部プレート５５７に見られるスロットを介して、中央プレート５５６の下面にある第２の経路５２６（この図では見ることができない。図５Ｃを参照のこと）と流体連絡する。各入口／出口およびプレナムの中／外への流体の流れの方向を表すために、図５Ａに矢印が示されている。
図５Ｂは、図５Ａのラジカル拡散器プレートの中央プレートの第１の面を示す。図５Ｃは、図５Ａのラジカル拡散器プレートの中央プレートの第２の面を示す。図５Ｂに示される第１の面は、図５Ａにおいて見ることができる中央プレート５５６の面に対応する。流れの矢印は、第１の経路５２５内の流体の流れが右から左へのものであることを示す。図５Ｃに示される第２の面は、第１の面とは中央プレート５５６の反対側にある。流れの矢印は、第２の経路５２５内の流体の流れが左から右へのものであることを示す。したがって、クーラントは、第１の経路内部では第１の方向に流され、第２の経路内部では第１の方向とは逆の第２の方向に流されることがある。これは、ラジカル通過穴５０８を含むラジカル拡散器プレート５０１の部分にわたって、より均一な温度分布を生み出すことができる。
図６Ａは、前駆体送達プレートの一例の斜視断面図を示す。図６Ａの前駆体送達プレート６０３は、図２Ｃに示される概念と同様であり、いくつかの管状構造６４２を含む主要プレート６６０を含み、管状構造６４２は、主要プレート６６０からキャッププレート６５８内に突出する。各管状構造６４２は、そこを貫通するラジカル通過穴６０８を含むことがある。前駆体プレナム６５１を形成するために、主要プレート６６０とキャッププレート６５８は、間隙によって互いにずらされることがある。この実装形態では、前駆体プレナム６５１は、ラジカル通過穴６０８を巡る周縁体積を含むだけでなく、管状構造６４２の間の隙間も含み、それにより、個別のガス分散チャネルの必要性に取って代わる。ガス送達穴６１０のパターンは、ガス送達プレート６０３の第２の面に存在し、前駆体プレナム６５１と流体連絡することがある（ガス送達穴６１０は通常、使用中にウェハ反応領域に向かって下向きであるので、この図では、前駆体送達プレート６０３が「逆さ」に図示されていることを理解されたい）。
図６Ｂは、図６Ａの前駆体送達プレートの底面図を示す。この図で見ることができるように、ガス送達穴６１０およびラジカル通過穴は、ガス送達プレート６０３の内部にわたって実質的に均等に分散された様式で配置される。図６Ｃは、図６Ａの前駆体送達プレートの側断面図を示す。この図は、図６Ａからの詳細のいくつかをより明瞭に示す。図６Ｄは、図６Ａの前駆体送達プレートの逆さの分解斜視図を示す。この図は、管状構造６４２が、それらの外面に沿ったショルダまたはテーパ付き縁部を有することがあることを示すが、図示される内面が、ラジカル通過穴断面に一致する一定の断面を表していることに留意すべきである。実際、管状構造６４２は、製造または組立てを容易にするために様々な特徴、例えば丸みを付けられた外縁部または面取りされた外縁部を含むことがある。
図７Ａは、断熱体の一例の斜視分解図を示す。図７Ａには、ラジカル拡散器プレート４０１と同様のラジカル拡散器プレート７０１が図示されている。断熱体７０２および前駆体送達プレート７０３が提供されることがあるが、これらは、断熱体４０２および前駆体送達プレート４０３とは異なる。この実装形態では、管状構造７４２は、前駆体送達プレート７０３の第１の面７０４から、断熱体７０２内部の円筒形体積内に突出する。図７Ａで、管状構造のプレースホルダ７４２’は、フェースプレートアセンブリ７００が完全に組み立てられたときの断熱体７０２の内部での管状構造７４２の位置を示す。したがって、ラジカル拡散器プレート７０１、断熱体７０２、および／または前駆体送達プレート７０３の一部分を形成する様々な構成要素は、フェースプレートアセンブリ７００の他の層によって支持される、または他の層に取り付けられることがあり、次いで組立て中に適切に位置決めされることがある。また、図７Ａでは真空ポート７５９を見ることができ、真空ポート７５９は、この実装形態では単なる穴であり、この穴は、断熱体７０２内部の円筒形体積から、前駆体送達プレート７０３を通して、ウェハ反応領域または周囲のプロセスチャンバ体積に排気することができるようにする（したがって、円筒形体積内の圧力が、半導体処理チャンバ内の圧力条件と平衡を保つ、例えば真空環境を保つことができるようにする）。
図７Ｂは、内部の機構が見えるようにいくつかの部分を切り欠いた、図７Ａの断熱体の斜視図を示す。図７Ｂで、ラジカル拡散器プレートは、クーラントプレナム７５０間に延び、第１の内部冷却経路７１３のネットワークの一部であるいくつかの経路７１４の１つを二分する断面切断部によって示されている。ラジカル通過穴７０８は、ラジカル拡散器プレート７０１を貫通することがあり、また、シールインターフェース７４６が提供されることがあり、例えばフェースプレートアセンブリ７００と共に遠隔プラズマ体積を実質的に画定することができるプラズマドーム構造または他の構造（図示せず）に対してフェースプレートアセンブリ７００を封止できるようにする。第１の出口７２４および第２の出口７２８は、クーラントがラジカル拡散器プレート７０１の内部から出ることができるようにすることがある。
断熱体７０２は、異なる断面切断部によって示されている。見ることができるように、前駆体送達プレート７０３から突出する管状構造７４２は、ラジカル拡散器プレート７０１と前駆体送達プレート７０３との間の間隙７４０によって画定される体積内に突出することがある。
前駆体送達プレート７０３は、段差状の断面切断部によって示されており、すなわち、前駆体送達プレート７０３は、その厚さの約半分の深さまでの断面切断部、およびその残りの厚さを通るより小さな断面切断部によって示されている。前駆体プレナム７５１が見え、２つの内部ガス分散経路７１２および２つのガス送達穴７１０も見える。前駆体ガス入口７４８は、内部ガス分散経路７１２と流体接続されることがある。
図８Ａは、３区画フェースプレートアセンブリの一例の二等角投影断面図を示す。図８Ｂは、図８Ａの例示的な区分けされた３区画フェースプレートアセンブリの一部分の詳細図を示す。図８Ｃは、図８Ａの例示的な３区画フェースプレートアセンブリの二等角投影分解断面図を示す。図８Ｄは、図８Ａの例示的な３区画フェースプレートアセンブリの別の二等角投影分解断面図を示し、内部の機構が見えるように、ラジカル拡散器プレートおよび前駆体送達プレートの上部が取り除かれている。
一般に、図８Ａ〜図８Ｄに示される機構の多くは、図４Ａ〜図４Ｃに示されるものと同様である。下２桁が図４Ａ〜図４Ｃでの同様の構造と同じ番号を付された図８Ａ〜図８Ｄにおける要素は、本明細書で別段に述べない限り、図４Ａ〜図４Ｃにおける対応する構造と実質的に同様であるものと理解されたい。繰り返しを避けるために、図８Ａ〜図８Ｄに関して、図４Ａ〜図４Ｃに関するそのような要素の前述の説明を参照されたい。
図８Ａで見ることができるように、断熱体８０２は、ラジカル拡散器プレート８０１と前駆体送達プレート８０３との間に位置される。しかし、図４Ａ〜図４Ｃの断熱体４０２とは異なり、断熱体８０２は、断熱体８０２を形成するように互いに積層された２つの個別の部分、すなわち第１の層８０２ａと第２の層８０２ｂを有する層状アセンブリである。図示されるように、各層は、少なくとも、フェースプレートアセンブリ８００に存在するラジカル通過穴８０８（各ラジカル通過穴８０８が、断熱体８０２ならびにラジカル拡散器プレート８０１および前駆体送達プレート８０３の層を貫通する；各構成要素を通る個々のラジカル通過穴は参照符号８０８’、８０８’’などと表す）の実質的にすべてを含むのに十分な大きさでよい。図示されるように、第２の層８０２ｂは、第１の層８０２ａの凹部の内部に嵌まる。凹部は、第１の層８０２ａの公称厚さの半分に実質的に等しい深さを有することがあり、第２の層８０２ｂは、凹部の深さに実質的に対応する厚さを有することがある。したがって、断熱体８０２は、実質的に断熱体４０２と同じ包絡面内に収まることがあるが、これは必須ではなく、他の実装形態は、異なる全体的な包絡面を特徴とすることがある。
さらに、第１の層８０２ａが凹部を有し、第２の層８０２ｂが凹部に嵌まるものとして図示されているが、他の実装形態は、実質的に同一の層、例えば、一方が他方の凹部に嵌まるのではなく上下に積み重なる２つの平坦なプレートを特徴とすることがある。様々な他の実装形態も企図されるが、それらの他の実装形態の共通の特徴はすべて、少なくともラジカル通過穴８０８を含むフェースプレートアセンブリ８００の領域内で、層間に別々の境界を有する複数の層を特徴とすることがある。
また、図示する例は２つの層を特徴とするが、他の実装形態は、２つよりも多い層、例えば３層、４層、または５層以上を有する断熱体８０２を特徴とすることがあることを理解されたい。そのような追加の実装形態も本開示の範囲内にある。
層は、それらの上にインデックス機構を有することがあり、例えば、第２の層８０２ｂの円周を巡って径方向で対称に配列された３つの径方向スロット（２つのみ図示する。残りの１つは、フェースプレートアセンブリ８００の切欠き部分にある）と、同様に第１の層８０２ａの凹部の内部を巡って配列された３つの対応する径方向ボスとを有することがあり、断熱体８０２の２つ（または３つ以上）の層およびそのような各層でのラジカル通過穴の部分が互いに位置合わせされることを保証する。インデックス機構は、図示されるように、層間の熱膨張の差による許容できない熱応力を受けることなく、層が異なる率で膨張および伸縮するのを許容し、それと同時に、層を互いに対して実質的に中心合わせして保つように構成されることがある。
層８０２ａと８０２ｂは、典型的にはどちらも同一または同様の材料から形成することができるが、いくつかの実装形態では、望みであれば異なる材料を使用することができ、例えば、好ましい材料を使用して一方の層を製造するのが非常に難しいまたは非常にコストがかかる場合には、その層に関して代替材料を使用することができる。
前述したように、第１の層８０２ａと第２の層８０２ｂは、ラジカル通過穴８０８が位置される領域内で実質的に同じ厚さを有する。層（図示されるもの以外の追加の層を含む）は、この領域内で異なる厚さを有することもあるが、多くの実施形態では、層はすべて、この領域内で実質的に等しい厚さを有することがある。これは、故障に対する断熱体８０２の全体的な耐性を向上させることができる。例えば、１つの層が他の層よりも実質的に薄い（かつすべての層が同じ材料からなる）場合、より薄い層のひび割れまたは損壊の危険性が高くなることがある。ラジカル通過穴８０８を有する領域内で各層を実質的に同じ厚さにすることによって、この危険を任意の１層に集中させずに、すべての層に関して実質的に等しくすることができる。
第１の層８０２ａと第２の層８０２ｂに関して使用される材料は、様々な低い熱伝導率の材料、例えば、低誘電率セラミックまたは水晶などの誘電体材料、様々な低熱伝導率プラスチック、例えばポリイミド、または（半導体処理チャンバの化学的環境から保護されるようにコーティングされた）ステンレス鋼、例えば３００シリーズステンレスなどの材料から選択することができる。例えば、第１の層８０２ａと第２の層８０２ｂは、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから形成されることがある。
本発明者らは、複数層断熱体８０２が、フェースプレートアセンブリ８００を使用することができる環境など低圧半導体処理環境の文脈で、図４Ａ〜図４Ｃに示されるものなど単層の断熱体に比べて優れた耐熱性を提供することができ、それにより、ラジカル拡散器プレート８０１と前駆体送達プレート８０３との間のより大きな温度差を可能にすることを認識している。このより高い耐熱性は、いくつかの理由により生じ、それらの理由を以下により完全に述べる。
第１に、そのようなフェースプレートアセンブリが典型的に操作される圧力は十分に低く、したがって、断熱体８０２の層間の任意の間隙または非接触領域内に捕捉される任意のガスの密度が十分に低く、そのようなガスを通る熱伝導は、断熱体８０２を通る全体の熱伝導に大幅には寄与しない。そのようなガスを通る熱伝導は、ガスの圧力に加えて、そのようなガスの組成にも依存することがあるが、一般には、概して圧力が、そのようなガスを通る熱伝導率の主要決定因子であることがある。そのようなガスの圧力は、例えば約３〜７Ｔｏｒｒ未満でよく、いくつかの実装形態では、圧力は、約１〜０．１Ｔｏｒｒ未満でよい。
第２に、断熱体８０２内の隣接する層の各対の間の接触界面は、層の表面仕上げにより、完璧な接触界面ではなく、すなわち、層は、接触界面にわたってそれらの露出面の１００％にわたっては直接接触しない。例えば、多くのセラミック材料の表面粗さは、一般に、他の材料で典型的に実現されることがあるよりも粗く、断熱体８０２の層の場合には、少なくとも８〜１６マイクロインチ（０．２０３２〜０．４０６４μｍ）以上のＲａ値に保たれることがある。いくつかの実装形態では、Ｒａ値は、少なくとも４〜８マイクロインチ（０．１０１６〜０．２０３２μｍ）以上の値に保たれることがある。この表面粗さにより、層間の実際の直接的な接触は、より滑らかな表面仕上げで生じることがある直接的な接触よりもはるかに小さいことがある。例えば、第１の層８０２ａが１６マイクロインチ（０．４０６４μｍ）の表面粗さＲａを有し、第２の層８０２ｂが８マイクロインチ（０．２０３２μｍ）の表面粗さＲａを有する場合、２つの層は、それらの対合表面の約５％にわたってしか互いに直接接触しないことがある。対合表面領域の残りの８５％は、層が数マイクロインチだけ離れていることがあり、実際には互いに触れ合っていない領域であることがある。したがって、これらの非接触領域での層間の直接の熱伝導は存在しない。これらの非接触領域での層間の唯一の熱伝導路は、ガスによって提供され、このガスは、上述したように、断熱体の全体的な熱伝導に大きくは寄与しないように十分に低い圧力である。
図８Ｅ〜図８Ｈは、この概念をさらに理解できるようにする。図８Ｅで、第１の材料８６１と第２の材料８６２は、対面する表面上での表面粗さを誇張して図示されている。図８Ｆで、図８Ｅの第１の材料８６１と第２の材料８６２が互いに接触しているが、表面粗さにより、直接的な接触は、斜線でハッチングして示される領域内のみである。第１の材料８６１および第２の材料８６２の部分にわたるハッチングされた接触領域の幅が足し合わされる場合、得られる総計の領域（図の底部に示される）は、図示される部分の幅の約２３％である。
図８Ｇには、やはり第１の材料８６１と第２の材料８６２が、表面粗さをより誇張して図示されている。図８Ｈでは、図８Ｇの第１の材料８６１と第２の材料８６２が互いに接触されている。ここでも、表面粗さにより、直接的な接触は、斜線でハッチングして示される領域内のみである。この場合、直接的な接触は、図示される部分の全幅の約８％のみにわたって存在する。
図８Ｅ〜図８Ｈは簡略化された２次元の例示であり、任意の特定の粗さ値には相関していないが、対合表面の表面粗さの増加が、２つの表面間の総計の直接接触領域を減少させ、実際に互いに直接接触していない対合表面の部分を増加させることを示している。
第３に、各層の界面表面の平面度は、特定の公差範囲内、例えば０．００２インチ（０．００５０８ｃｍ）の絶対平面度以内に制約されることがある。これは、層間に存在するわずかな直接的な接触が、層間の接触領域全体にわたって均等に分散されることを保証する助けとなることがあり、集中した直接接触領域によって引き起こされることがある局所的なホットスポットを防止することができる。層が十分に平坦ではない場合、それにより、集中した領域で層が互いに接触することがある。層間の熱の流れがその位置に集中されることがあり、狭まった領域により、熱閉塞を受けることがある。これはさらに、その位置で温度差を増加させることがあり、プロセス均一性の観点から望ましくないことがある局所的なホットスポットを引き起こすことがある。
最後に、層は、ラジカル拡散器プレート８０１と前駆体送達プレート８０３との間に挟持されることにより、挟持力によって一体に保持されることがある。例えば、層８０２ａと８０２ｂは、図示されるフェースプレートアセンブリ８００に関して約３０００ｌｂｓの挟持力によって一体に保持されることがある（図示されるフェースプレートアセンブリ８００は、約１３インチ（３３．０２ｃｍ）の第２の層８０２ｂの公称直径を有する）。層間の接触は、典型的には、「乾式」でよく、すなわち、接着剤、ろう材、または他のフィラーなど界面材料が存在しないことがある。
本明細書で論じるフェースプレートアセンブリおよび他の構成要素は、本開示で前述したように、半導体プロセスチャンバの一部として提供されることがあることを理解されたい。いくつかの実装形態では、１つまたは複数のそのような半導体プロセスチャンバは、マルチステーション半導体処理ツールにおけるプロセスステーションとして提供されることがある。いくつかの実装形態では、単一のプロセスチャンバが複数の処理ステーションを含むことがあり、処理ステーションがそれぞれ独自のフェースプレートアセンブリを有する。
断熱体８０２を通る熱伝導を減少させる助けとなることがある断熱体８０２の別の特徴は、環状遮熱体８６４の存在である。環状遮熱体８６４は、断熱体の環状凹部の形態を取ることがある。この環状凹部は、環状凹部の中央径が、実質的に、クーラントプレナム８５０の中央径または中央半径（または非円形／非弧状クーラントプレナム８５０の同等の位置）に位置されるように位置されることがある。環状遮熱体８６４は、断熱体８０２の外周縁の近くでの断熱体８０２から外への伝熱、およびクーラントプレナム８５０内への伝熱を防止または制限する働きをすることがある。これは、ラジカル通過穴８０８が位置される領域にわたって断熱体８０２をより均一な温度で保つ働きをすることができる。
図面で斜視図または他の３次元の図に示される様々なフェースプレートアセンブリは、公称で、３００ｍｍ半導体ウェハの処理で使用するために設計され、典型的には約１３インチ（３３．０２ｃｍ）の内径を有する。しかし、同様の設計概念を、他のサイズの半導体ウェハ、例えば４５０ｍｍ半導体ウェハに関して設計されたフェースプレートアセンブリで実施することができ、そのような設計は、図示される寸法よりも大きい対応する寸法を特徴とすることがあることを理解されたい。
また、個々の実装形態に関して本明細書に示される様々な設計概念を、不適合でない限り、他の実装形態に組み合わせることができることを理解されたい。例えば、図８Ａ〜図８Ｄの複数層断熱体を図２Ｅに図示される概念と組み合わせて、層が複数の管状部材によって互いにずらされ、それにより層間に大きな間隙を生じる複数層断熱体を生み出すことができる。
図９は、投入ロードロック９０２と排出ロードロック９０４とを備えるマルチステーション処理ツール９００の概略図を示す。雰囲気圧で、ロボット９０６は、ポッド９０８を通して雰囲気ポート９１０から投入ロードロック９０２内に装荷されたカセットから、ウェハを移動させるように構成される。ロボット９０６によって、投入ロードロック９０２内のペデスタル９１２の上にウェハを配置することができ、雰囲気ポート９１０を閉じることができ、次いで、ロードロックをポンプダウンすることができる。投入ロードロック９０２が遠隔プラズマ源を含む場合、ウェハは、処理チャンバ９１４内に導入される前に、ロードロック内で遠隔プラズマ処理を受けることがある。さらに、ウェハは、例えば水分および吸着されたガスを除去するために、投入ロードロック９０２内で加熱されることもある。次に、処理チャンバ９１４へのチャンバ輸送ポート９１６が開かれることがあり、別のロボット（図示せず）が、ウェハを、処理チャンバ９１４内へ、処理用のリアクタ内に図示されている第１のステーションのペデスタル上に配置することができる。図９に示される実装形態はロードロックを含むが、いくつかの実装形態では、プロセスステーション内にウェハを直接入れることが可能であることもあることを理解されたい。
図示される処理チャンバ９１４は、図９に示される実装形態で番号１〜４を付された４つのプロセスステーションを含む。各ステーションは、加熱式または非加熱式のペデスタル（ステーション１に関して参照番号９１８で示される）と、ガスライン入口とを有することがある。いくつかの実装形態では、各プロセスステーションが異なる目的または複数の目的を有することがあることを理解されたい。例えば、いくつかの実装形態では、プロセスステーションは、ＣＦＤ（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；共形被膜堆積）プロセスモードとＰＥＣＶＤプロセスモードとの間で切替え可能であることがある。追加として、または代替として、いくつかの実装形態では、処理チャンバ９１４は、整合された１対または複数対のＣＦＤプロセスステーションとＰＥＣＶＤプロセスステーションを含むことがある。図示される処理チャンバ９１４は４つのステーションを含むが、本開示による処理チャンバが任意の適切な数のステーションを有することがあることを理解されたい。例えば、いくつかの実装形態では、処理チャンバは５つ以上のステーションを有することがあり、他の実装形態では、処理チャンバは３つ以下のステーションを有することがある。
各ステーションは、関連のステーションでウェハにプロセスガスを送達する個別のシャワーヘッドアセンブリを含むことがある。いくつかの実装形態では、これらのシャワーヘッドのいくつかまたはすべてが、本明細書で述べるフェースプレートアセンブリを利用することがある。例えば、ステーションがウェハに対してＲＰＤ処理、または本明細書で述べる機器の使用により利益を受けることがある他の処理を提供する場合、そのステーションに関するシャワーヘッドは、本明細書で論じるフェースプレートアセンブリを含むことがある。また、シャワーヘッドは、周方向プレナム、プラズマドーム、および／または外部遠隔プラズマ源への接続など、本明細書で論じる他の特徴を含むこともある。
図９は、処理チャンバ９１４内部にウェハを移送するためのウェハ取扱いシステム９９０も示す。いくつかの実装形態では、ウェハ取扱いシステム９９０は、様々なプロセスステーションの間、および／またはプロセスステーションとロードロックとの間でウェハを移送することができる。任意の適切なウェハ取扱いシステムを採用することができることを理解されたい。非限定の例としては、ウェハカルーセルおよびウェハ取扱いロボットが挙げられる。図９は、プロセスツール９００のプロセス条件およびハードウェア状態を制御するために採用されるシステム制御装置９５０も示す。システム制御装置９５０は、１つまたは複数のメモリデバイス９５６と、１つまたは複数のマスストレージデバイス９５４と、１つまたは複数の処理装置９５２とを含むことがある。処理装置９５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータ制御装置ボードなどを含むことがある。
いくつかの実装形態では、システム制御装置９５０は、プロセスツール９００の活動すべてを制御する。システム制御装置９５０は、マスストレージデバイス９５４に記憶され、メモリデバイス９５６にロードされ、処理装置９５２で実行されるシステム制御ソフトウェア９５８を実行する。システム制御ソフトウェア９５８は、タイミング、ガスの混合、チャンバおよび／またはステーション圧力、チャンバおよび／またはステーション温度、ウェハ温度、ターゲットパワーレベル、ＲＦパワーレベル、基板ペデスタル、チャックおよび／またはサセプタ位置、ならびにプロセスツール９００によって行われる特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令を含むことがある。システム制御ソフトウェア９５８は、任意の適切な様式で構成することができる。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実施するのに必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するために、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれることがある。システム制御ソフトウェア９５８は、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語で符号化されることがある。
いくつかの実装形態では、システム制御ソフトウェア９５８は、上述した様々なパラメータを制御するための入出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含むことがある。例えば、ＣＦＤプロセスの各段階が、システム制御装置９５０によって実行するための１つまたは複数の命令を含むことがある。ＣＦＤプロセス段階に関するプロセス条件を設定するための命令は、対応するＣＦＤレシピ段階に含まれることがある。いくつかの実装形態では、複数のシャワーヘッドが存在する場合には、それらは、別個の並行したプロセス操作を実施できるようにするために個別に制御することができる。
いくつかの実装形態では、システム制御装置９５０に関連付けられたマスストレージデバイス９５４および／またはメモリデバイス９５６に記憶されている他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムを採用することができる。この目的でのプログラムまたはプログラムの一部の例は、基板位置決めプログラム、プロセスガス制御プログラム、圧力制御プログラム、加熱器制御プログラム、およびプラズマ制御プログラムを含む。
基板位置決めプログラムは、ペデスタル９１８上に基板を装荷するため、および基板とプロセスツール９００の他の部分との間の間隔を制御するために使用されるプロセスツール構成要素に関するプログラムコードを含むことがある。
プロセスガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するためのコード、および任意選択で、プロセスステーション内の圧力を安定させるように堆積前に１つまたは複数のプロセスステーション内にガスを流すためのコードを含むことがある。圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システム内のスロットル弁、またはプロセスステーション内へのガスの流れを調整することによって、プロセスステーション内の圧力を制御するためのコードを含むことがある。圧力制御プログラムまたは他のコードは、例えば、前駆体送達プレートまたはラジカル源体積内へのプロセスガスの流れを制御することができる。
加熱器制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含むことがある。あるいは、加熱器制御プログラムは、基板への伝熱ガス（ヘリウムなど）の送達を制御することがある。また、加熱器制御プログラムは、例えば、ラジカル拡散器プレート内へのクーラントの流れ、ならびに前駆体送達プレートの加熱に関連付けられる任意の加熱器を制御することもある。加熱器制御プログラムは、これらの構成要素の温度を正確に制御するために、これらの構成要素内部の温度センサからのフィードバックを利用することができる。
プラズマ制御プログラムは、１つまたは複数のプロセスステーション内のプロセス電極に印加されるＲＦパワーレベルを設定するためのコードを含むことがある。プラズマ制御プログラムは、適切な状況では、外側プラズマ発生器、および／またはプラズマ発生器もしくはラジカル源体積にプロセスガスを供給するために必要とされる弁機構を制御するためのコードを含むことができる。
いくつかの実装形態では、システム制御装置９５０に関連するユーザインターフェースが存在することがある。ユーザインターフェースは、ディスプレイスクリーン、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにユーザ入力デバイス、例えばポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどを含むことがある。
いくつかの実装形態では、システム制御装置９５０によって調節されるパラメータが、プロセス条件に関係することがある。非限定の例としては、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦバイアスパワーレベルなど）、圧力、温度などが挙げられる。これらのパラメータは、ユーザインターフェースを利用して入力することができるレシピの形態でユーザに提供されることがある。
プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサから、システム制御装置９５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されることがある。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール９００のアナログおよびデジタル出力接続で出力されることがある。監視することができるプロセスツールセンサの非限定の例としては、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などが挙げられる。適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムを、これらのセンサからのデータと共に使用して、プロセス条件を維持することができる。
システム制御装置９５０は、様々な半導体製造プロセスを実施するためのプログラム命令を提供することができる。プログラム命令は、ＤＣパワーレベル、ＲＦバイアスパワーレベル、圧力、温度など様々なプロセスパラメータを制御することができる。命令は、被膜スタックのインサイチュ堆積を操作するためのパラメータを制御することができる。
システム制御装置は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数の処理装置とを含むことがあり、処理装置は、本発明による方法を装置が実施するように命令を実行するように構成される。本発明によるプロセス操作を制御するための命令を含む機械可読媒体が、システム制御装置に結合されることがある。
図９に示される半導体処理ツールは、単一の４ステーションプロセスチャンバまたはモジュールを示すが、半導体処理ツールの他の実装形態は、複数のモジュールを含むことがあり、各モジュールが単一のステーションまたは複数のステーションを備える。そのようなモジュールは、互いに相互接続されることがあり、および／またはモジュール間でのウェハの移動を容易にすることができる１つまたは複数の移送チャンバの周りに配置することができる。そのようなマルチモジュール半導体処理ツールによって提供されるステーションの１つまたは複数は、上述したようなフェースプレートアセンブリおよび他の機構を含むシャワーヘッドを装備されることがある。
一般に、本明細書で述べるフェースプレートアセンブリを備えるシャワーヘッドは、反応チャンバ内で、１つまたは複数の半導体ウェハを支持するように構成されたウェハ支持体の上方に取り付けることができる。シャワーヘッドは、例えば、反応チャンバ用の蓋または蓋の一部としても働く。他の実装形態では、シャワーヘッドは、「シャンデリア」タイプのシャワーヘッドでよく、ステムまたは他の支持構造によって反応チャンバの蓋から懸架させることができる。
本明細書で上述した装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、光発電パネルなどの作製または製造のためのリソグラフィパターン形成ツールまたはプロセスと共に使用することができる。必ずではないが、典型的には、そのようなツール／プロセスは、共通の製造施設内で使用または実施される。被膜のリソグラフィパターンは、典型的には、以下のステップのいくつかまたはすべてを含み、各ステップは、いくつかの使用可能なツールを用いて実現可能である。（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース、すなわちウェハにフォトレジストを塗布するステップ。（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化するステップ。（３）ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光にフォトレジストを露出させるステップ。（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像し、レジストを選択的に除去し、それによりレジストをパターン形成するステップ。（５）ドライまたはプラズマ支援エッチングツールを使用することによって、下にある被膜またはワークピースにレジストパターンを転写するステップ、および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去するステップ。
本発明の別の態様は、本明細書で述べる方法を達成するように構成された装置である。適切な装置は、プロセス操作を達成するためのハードウェアと、本発明によるプロセス操作を制御するための命令を有するシステム制御装置とを含む。システム制御装置は、例えば、遠隔プラズマ源内への第１のプロセスガス、第２のプロセスガス、および前駆体ガスのガス流を制御するように構成することができる。また、システム制御装置は、ＲＦコイルのＲＦ出力を制御することもあり、温度プローブを使用してフェースプレートアセンブリ内で測定される温度に基づいて、システム内の任意の冷却チャネルを通して循環されるクーラントの流量および温度を制御することもある。システム制御装置は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数の処理装置とを含み、処理装置は、本発明による方法を装置が実施するように命令を実行するように構成される。本発明によるプロセス操作を制御するための命令を含む機械可読媒体が、システム制御装置に通信可能に結合されることがある。
上記の実装形態の任意のものを、単独で、または互いに合わせて任意の組合せで使用することができる。様々な実装形態は、本明細書の１箇所または複数の箇所で論じる、または示唆することがある従来技術の様々な不備によって動機付けられたものであることがあるが、それらの実装形態は、必ずしもこれらの不備の任意のものに対処するわけではない。すなわち、様々な実装形態は、本明細書で論じることがある様々な不備に対処することもある。いくつかの実装形態は、本明細書で論じることがあるいくつかの不備またはただ１つの不備に一部のみ対処することがあり、いくつかの実装形態は、これらの不備のいずれにも対処しないこともある。
様々な実装形態を本明細書で述べてきたが、限定ではなく例としてのみ提示されていることを理解すべきである。したがって、本開示の範疇および範囲は、本明細書で述べる実装形態の任意のものによって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲および後に提出される特許請求の範囲ならびにそれらの均等範囲に従ってのみ定義されるべきである。
上述した実装形態の任意のものにおける特徴が互いに不適合なものと明らかに識別されない限り、または、それらの特徴が相互に排他的であって、補完的および／または補助的に容易に組み合わせることができないことを周囲の文脈が示唆しない限り、本開示の全体は、それらの実装形態の特定の特徴を選択的に組み合わせて、１つまたは複数の包括的だがわずかに異なる技術的解決策を提供することができると意図および想定していることを理解されたい。したがって、上記の説明は、単に例として与えたものであり、本開示の範囲内で詳細の変更を行うことができることをさらに理解されたい。

本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。

適用例１：
半導体処理操作用のシャワーヘッドであって、
第１の面と、反対側の第２の面と、を有する前駆体送達プレートと、
第１の面と、反対側の第２の面と、を有するラジカル通過プレートであって、前記ラジカル通過プレートの前記第２の面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面に面する、ラジカル通過プレートと、
前記前駆体送達プレートと前記ラジカル通過プレートとの間に挿間された断熱体と、
ラジカル通過穴のパターンと、を備え、
前記ラジカル通過穴がそれぞれ、
前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体を貫通し、
前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体を通る前記ラジカル通過穴の前記穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持する、シャワーヘッド。

適用例２：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル通過プレートと前記前駆体送達プレートが直接的に熱接触し、前記ラジカル拡散器プレートの前記第１の面と前記前駆体送達プレートの前記第２の面とが同じ距離を保つように厚さ設定された場合における前記ラジカル通過プレートと前記前駆体送達プレートとの間の熱流量未満になるように、前記ラジカル通過プレートと前記前駆体送達プレートとの間の熱流量を制御するように前記断熱体が構成される、シャワーヘッド。

適用例３：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記前駆体送達プレートが、ガス送達穴のパターンと、１つまたは複数の内部ガス分散経路と、を含み、
前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
前記ガス送達穴が、それぞれ、前記１つまたは複数のガス分散経路の少なくとも１つに流体接続され、
前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートの前記第２の面で、前記前駆体送達プレートから出る、シャワーヘッド。

適用例４：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル通過穴が、７：１〜１０：１の間の長さ対直径の比を有する、シャワーヘッド。

適用例５：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル通過穴が、６：１〜１１：１の間の長さ対直径の比を有する、シャワーヘッド。

適用例６：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル通過穴が、少なくとも０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の長さを有する、シャワーヘッド。

適用例７：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル通過プレートが、前記ラジカル通過プレートにわたって延在する１つまたは複数の第１の内部冷却経路を含み、前記１つまたは複数の第１の内部冷却経路が、前記ラジカル通過プレート内部の前記ラジカル通過穴から流体的に隔離されている、シャワーヘッド。

適用例８：
適用例７のシャワーヘッドであって、
前記第１の内部冷却経路が、経路のアレイを含み、
各経路が、平均で、前記ラジカル通過プレートの前記第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な進路に従い、
各経路が、入口に流体接続された第１の端部と、出口に流体接続された第２の端部と、を有する、シャワーヘッド。

適用例９：
適用例７のシャワーヘッドであって、
前記第１の内部冷却経路が、経路のアレイを含み、
各経路が、平均で、前記ラジカル通過プレートの前記第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な進路に従い、
前記基準面の第１の面に位置される各経路が、第１の入口に流体接続される第１の端部と、第１の出口に流体接続される第２の端部と、を有し、
前記基準面の前記第１の面とは反対の前記基準面の第２の面に位置される各経路が、第２の入口に流体接続される第１の端部と、第２の出口に流体接続される第２の端部と、を有する、シャワーヘッド。

適用例１０：
適用例９のシャワーヘッドであって、
前記第１の入口、前記第２の入口、前記第１の出口、および前記第２の出口が、それぞれ、個別のクーラントプレナムを介してそれぞれの経路に接続され、前記クーラントプレナムが、実質的に弧状であり、径方向で前記ラジカル通過プレートの中心軸の周りに配置される、シャワーヘッド。

適用例１１：
適用例７のシャワーヘッドであって、
前記第１の内部冷却経路が、第１の経路のアレイを含み、
前記第１の経路が、それぞれ、平均で、前記ラジカル通過プレートの前記第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な第１の進路に従い、
前記第１の内部冷却経路が、第２の経路のアレイを含み、
前記第２の経路が、それぞれ、平均で、前記基準面に実質的に平行な第２の進路に従い、
前記第１の経路と前記第２の経路が、前記ラジカル通過プレート内部で互いに流体的に隔離され、
各第１の経路が、第１の入口に流体接続された第１の端部と、第１の出口に流体接続された、前記第１の経路の前記第１の端部とは反対側の第２の端部と、を有し、
各第２の経路が、第２の入口に流体接続された第１の端部と、第２の出口に流体接続された、前記第２の経路の前記第１の端部とは反対側の第２の端部と、を有し、
前記第１の入口、前記第２の入口、前記第１の出口、および前記第２の出口が、
前記第１の入口内に流される冷却流体が、第１の平均方向で、前記第１の経路を通って前記第１の出口から出るように流れ、
前記第２の入口内に流される冷却流体が、第２の平均方向で、前記第２の経路を通って前記第２の出口から出るように流れ、
前記第１の平均方向と前記第２の平均方向とが実質的に逆向きである
ように構成される、シャワーヘッド。

適用例１２：
適用例１のシャワーヘッドであって、さらに、
周方向プレナムを備え、
前記周方向プレナムが、
内周縁を有し、
前記ラジカル通過プレートの前記第１の面の近位にあり、
前記内周縁にわたって実質的に均等に分散した様式で、実質的に前記ラジカル通過プレートの中心軸に向けてガスを流すように構成される、シャワーヘッド。

適用例１３：
適用例１２のシャワーヘッドであって、さらに、
プラズマドームを備え、前記プラズマドームが、前記ラジカル通過プレートの前記中心軸の周りで実質的に軸対称である内面と、前記ラジカル通過プレートの前記中心軸の近くで、前記プラズマドームの一端に位置された１つまたは複数のラジカルガス入口と、前記プラズマドームの反対側の端部に位置され、前記プラズマドームを前記シャワーヘッドと接続するように構成された取付インターフェースと、を有し、それにより、前記プラズマドームの前記内面と、前記ラジカル通過プレートの前記第１の面とが、ラジカル源体積を画定し、前記周方向プレナムからのガス流が、前記ラジカル源体積内に流れる、シャワーヘッド。

適用例１４：
適用例１３のシャワーヘッドであって、
前記周方向プレナムが、前記プラズマドームと前記ラジカル通過プレートとの間に挿間されたアダプタ内に位置される、シャワーヘッド。

適用例１５：
適用例１３のシャワーヘッドであって、
前記周方向プレナムが、前記取付インターフェースの近くで前記プラズマドーム内に位置される、シャワーヘッド。

適用例１６：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記断熱体が、前記前駆体送達プレートおよび前記ラジカル通過プレートのそれぞれの熱伝導率よりも実質的に低い熱伝導率を有するプレートを備える、シャワーヘッド。

適用例１７：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記断熱体が、
前記ラジカル通過プレートと前記前駆体送達プレートとの間に間隙を有し、前記間隙が、前記ラジカル通過プレートと前記前駆体送達プレートとの間の自由体積を画定し、
前記断熱体が、さらに、ラジカル通過穴の前記パターン内のラジカル通過穴の数に対応する数の管状構造を備え、
各管状構造が、
前記ラジカル通過穴の異なる１つに対応し、
前記対応するラジカル通過穴の公称直径に実質的に等しい内径を有し、
前記間隙にわたって延在し、
流体連絡に関して前記自由体積から前記ラジカル通過穴を実質的に隔離する、シャワーヘッド。

適用例１８：
適用例１７のシャワーヘッドであって、
前記管状構造の少なくとも１つが、個別の管セグメントである、シャワーヘッド。

適用例１９：
適用例１８のシャワーヘッドであって、
前記管状構造の前記少なくとも１つが、水晶またはサファイアからなる群から選択される材料から形成される、シャワーヘッド。

適用例２０：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記断熱体が、
少なくとも２つの積層された層を備え、
各層が、前記ラジカル通過穴を含む、シャワーヘッド。

適用例２１：
適用例２０のシャワーヘッドであって、
前記断熱体が、さらに、前記層のうちの１層の第１の対合表面と、隣接する層の第２の対合表面との間の第１の界面を備え、
前記第１の対合表面と前記第２の対合表面の少なくとも一方が、約８〜１６マイクロインチ（約０．２０３２〜０．４０６４μｍ）以上の表面粗さＲａ値を有する、シャワーヘッド。

適用例２２：
適用例２０のシャワーヘッドであって、
前記層が、各層にわたって約０．００２インチ（０．００５０８ｃｍ）の絶対平面度を有する、シャワーヘッド。

適用例２３：
適用例３のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル通過穴が、第１の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出ており、前記ガス送達穴が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面とは逆の方向に第１の非ゼロ距離だけ前記第１の平面からずらされた第２の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出る、シャワーヘッド。

適用例２４：
適用例２３のシャワーヘッドであって、
前記第１の非ゼロ距離が０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも大きい、シャワーヘッド。

適用例２５：
適用例２３のシャワーヘッドであって、
前記第１の非ゼロ距離が０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）〜３インチ（７．６２ｃｍ）の間である、シャワーヘッド。

適用例２６：
適用例２３のシャワーヘッドであって、
前記第１の非ゼロ距離が３インチ（７．６２ｃｍ）〜１２インチ（３０．４８ｃｍ）の間である、シャワーヘッド。

適用例２７：
適用例３のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル通過穴が、第１の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出ており、前記ガス送達穴が、第２の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出ており、前記第２の平面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面とは反対の方向に前記第１の平面からずらされており、また、前記第１の平面上の前記開口を介して前記ラジカル通過プレートから流されるラジカル化されたガスが前記第２の平面に衝突する前に実質的に十分に発達した流れを示すように、前記第２の平面が十分に前記第１の平面から離れている、シャワーヘッド。

適用例２８：
適用例１のシャワーヘッドであって、
前記ラジカル拡散器プレートが、前記ラジカル拡散器プレートとのラジカル再結合を阻止する材料で少なくとも部分的にコーティングされる、シャワーヘッド。

適用例２９：
適用例２８のシャワーヘッドであって、
前記材料が、窒化アルミニウム、水晶、およびサファイアからなる群から選択される、シャワーヘッド。

適用例３０：
適用例１のシャワーヘッドであって、
プロセスチャンバをさらに含み、前記ラジカル拡散器プレートと、前記断熱体と、前記前駆体送達プレートとが、前記プロセスチャンバにプロセスガスを送達するように構成される、シャワーヘッド。

適用例３１：
適用例３０のシャワーヘッドであって、
１つまたは複数の追加のプロセスチャンバをさらに含み、前記プロセスチャンバと前記１つまたは複数の追加のプロセスチャンバとが、複数チャンバ半導体処理ツールを形成する、シャワーヘッド。

適用例３２：
適用例３０のシャワーヘッドであって、
さらに、第２のラジカル拡散器プレートと、第２の断熱体と、第２の前駆体送達プレートと、を備え、
前記第２のラジカル拡散器プレートと、前記第２の断熱体と、前記第２の前駆体送達プレートとが、前記ラジカル拡散器プレート、前記断熱体、および前記前駆体送達プレートと同様に配置され、
前記プロセスチャンバが、少なくとも第１の処理ステーションと第２の処理ステーションと、を含み、
前記ラジカル拡散器プレートと、前記断熱体と、前記前駆体送達プレートとが、前記第１のステーションにプロセスガスを送達するように構成され、
前記第２のラジカル拡散器プレートと、前記第２の断熱体と、前記第２の前駆体送達プレートとが、前記第２のステーションにプロセスガスを送達するように構成される、シャワーヘッド。

適用例３３：
半導体処理操作用のシャワーヘッドを使用するための方法であって、前記シャワーヘッドが、
第１の面と、反対側の第２の面と、を有する前駆体送達プレートと、
第１の面と、反対側の第２の面と、を有するラジカル通過プレートと、を備え、前記ラジカル通過プレートの前記第２の面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面に面し、
シャワーヘッドが、さらに、前記前駆体送達プレートと前記ラジカル通過プレートとの間に挿間された断熱体と、
ラジカル通過穴のパターンと、を備え、
前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートと、前記ラジカル通過プレートと、前記断熱体と、を貫通し、
前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体を通る前記ラジカル通過穴の前記穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持し、
前記前駆体送達プレートが、ガス送達穴のパターンと、１つまたは複数の内部ガス分散経路と、を含み、
前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
前記ガス送達穴が、それぞれ、前記１つまたは複数のガス分散経路の少なくとも１つに流体接続され、
前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートの前記第２の面で、前記前駆体送達プレートから出ており、
前記方法が、
前記前駆体送達プレートを第１の温度で保つステップと、
前記ラジカル通過プレートを第２の温度で保つステップと、
前記ラジカル通過プレートが前記第１の温度である状態で、前記ガス送達穴を介して第１のプロセスガスを提供するステップと、
前記ラジカル通過プレートが前記第２の温度である状態で、前記ラジカル通過穴を介して第２のプロセスガスを提供するステップと、を含む方法。

適用例３４：
半導体処理操作用のリアクタであって、
リアクタチャンバと、
前記リアクタチャンバ内部に位置されたウェハ支持体と、
シャワーヘッドと、を備え、
前記シャワーヘッドが、
第１の面と、反対側の第２の面と、を有する前駆体送達プレートと、
第１の面と、反対側の第２の面と、を有するラジカル通過プレートであって、前記ラジカル通過プレートの前記第２の面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面に面する、ラジカル通過プレートと、
前記前駆体送達プレートと前記ラジカル通過プレートとの間に挿間された断熱体と、
ラジカル通過穴のパターンと、を含み、
前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートと、前記ラジカル通過プレートと、前記断熱体と、を貫通し、
前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル通過プレート、および前記断熱体を通る前記ラジカル通過穴の前記穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持し、
前記シャワーヘッドと前記ウェハ支持体とが、前記ウェハ支持体が前記リアクタチャンバ内部で前記シャワーヘッドの下にあるように構成される、リアクタ。

適用例３５：
第１の面と、
前記第１の面と実質的に平行であり、前記第１の面からずらされた第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面との間にわたって延在する複数の管状構造であって、前記第１の面と前記第２の面とにわたって分散されたパターンで配列される複数の管状構造と、を備え、
前記管状構造が、前記管状経路内部の体積と、前記第１の面と前記第２の面との間に実質的に画定される体積との間の流体の流れを実質的に防止する、断熱体。

適用例３６：
適用例３５の断熱体であって、さらに、
前記第１の面と前記第２の面の間にわたって延在し、前記複数の管状構造を取り囲む周壁を備え、
前記周壁、前記第１の面、前記第２の面、および前記管状構造の最外面が、前記断熱体の中空内部体積を画定する、断熱体。

適用例３７：
適用例３６の断熱体であって、さらに、
前記断熱体の前記中空内部体積と流体連絡する１つまたは複数のポートを備える、断熱体。

Claims (33)

  1. 半導体処理操作用のシャワーヘッドであって、
    第１の面と、反対側の第２の面と、を有する前駆体送達プレートと、
    第１の面と、反対側の第２の面と、を有するラジカル拡散器プレートであって、前記ラジカル拡散器プレートの前記第２の面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面に面する、ラジカル拡散器プレートと、
    前記前駆体送達プレートと前記ラジカル拡散器プレートとの間に挿間された断熱体であって、
    前記断熱体が、前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートとの間に配され、前記ラジカル拡散器プレートに近い側の第１の表面と、前記前駆体送達プレートに近い側の第２の面と、によって境界を画される自由体積を備え、
    前記ラジカル拡散器プレートの前記第２の面に垂直な第１の方向について、前記自由体積の高さを画定する間隙の分だけ、前記第１の表面は前記第２の面に対してずらして配されており、
    前記高さは、前記第１の方向についての前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートの間の距離以下であり、
    前記前駆体送達プレートの前記第２の面によって境界を画され、前記前駆体送達プレートの前記自由体積とは逆の側に配され、前記前駆体送達プレートよりも前記ラジカル拡散器プレートから遠い外部体積から、前記自由体積は、流体連絡に関して、実質的に隔離されている、断熱体と、
    ラジカル通過穴のパターンであって、
    前記ラジカル通過穴がそれぞれ、
    前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体を貫通し、
    前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
    前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体を通る前記ラジカル通過穴の前記穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持する、ラジカル通過穴のパターンと、
    前記ラジカル通過穴の前記パターン内のラジカル通過穴の数に対応する数の管状構造であって、
    各管状構造が、
    前記ラジカル通過穴の異なる１つに対応し、
    前記対応するラジカル通過穴の部分を構成する内面を備え、
    実質的に前記間隙にわたって延在し、
    流体連絡に関して前記自由体積から前記ラジカル通過穴を実質的に隔離する、管状構造と、
    を備える、シャワーヘッド。
  2. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートが直接的に熱接触し、前記ラジカル拡散器プレートの前記第１の面と前記前駆体送達プレートの前記第２の面とが互いに同じ距離を保つように厚さ設定された場合における前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートとの間の熱流量未満になるように、前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートとの間の熱流量を制御するように前記断熱体が構成される、シャワーヘッド。
  3. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記前駆体送達プレートが、ガス送達穴のパターンと、１つまたは複数の内部ガス分散経路と、を含み、
    前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
    前記ガス送達穴が、それぞれ、前記１つまたは複数のガス分散経路の少なくとも１つに流体接続され、
    前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートの前記第２の面で、前記前駆体送達プレートから出る、シャワーヘッド。
  4. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル通過穴が、５：１〜１０：１の間の長さ対直径の比を有する、シャワーヘッド。
  5. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル通過穴が、６：１〜１１：１の間の長さ対直径の比を有する、シャワーヘッド。
  6. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル通過穴が、少なくとも０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の長さを有する、シャワーヘッド。
  7. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル拡散器プレートが、前記ラジカル拡散器プレートにわたって延在する１つまたは複数の第１の内部冷却経路を含み、前記１つまたは複数の第１の内部冷却経路が、前記ラジカル拡散器プレート内部の前記ラジカル通過穴から流体的に隔離されている、シャワーヘッド。
  8. 請求項７に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の内部冷却経路が、経路のアレイを含み、
    各経路が、平均で、前記ラジカル拡散器プレートの前記第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な進路に従い、
    各経路が、入口に流体接続された第１の端部と、出口に流体接続された第２の端部と、を有する、シャワーヘッド。
  9. 請求項７に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の内部冷却経路が、経路のアレイを含み、
    各経路が、平均で、前記ラジカル拡散器プレートの前記第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な進路に従い、
    前記基準面の第１の面に位置される各経路が、第１の入口に流体接続される第１の端部と、第１の出口に流体接続される第２の端部と、を有し、
    前記基準面の前記第１の面とは反対の前記基準面の第２の面に位置される各経路が、第２の入口に流体接続される第１の端部と、第２の出口に流体接続される第２の端部と、を有する、シャワーヘッド。
  10. 請求項９に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の入口、前記第２の入口、前記第１の出口、および前記第２の出口が、それぞれ、個別のクーラントプレナムを介してそれぞれの経路に接続され、前記クーラントプレナムが、実質的に弧状であり、径方向で前記ラジカル拡散器プレートの中心軸の周りに配置される、シャワーヘッド。
  11. 請求項７に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の内部冷却経路が、第１の経路のアレイを含み、
    前記第１の経路が、それぞれ、平均で、前記ラジカル拡散器プレートの前記第１の面に実質的に垂直な基準面に実質的に平行な第１の進路に従い、
    前記第１の内部冷却経路が、第２の経路のアレイを含み、
    前記第２の経路が、それぞれ、平均で、前記基準面に実質的に平行な第２の進路に従い、
    前記第１の経路と前記第２の経路が、前記ラジカル拡散器プレート内部で互いに流体的に隔離され、
    各第１の経路が、第１の入口に流体接続された第１の端部と、第１の出口に流体接続された、前記第１の経路の前記第１の端部とは反対側の第２の端部と、を有し、
    各第２の経路が、第２の入口に流体接続された第１の端部と、第２の出口に流体接続された、前記第２の経路の前記第１の端部とは反対側の第２の端部と、を有し、
    前記第１の入口、前記第２の入口、前記第１の出口、および前記第２の出口が、
    前記第１の入口内に流される冷却流体が、第１の平均方向で、前記第１の経路を通って前記第１の出口から出るように流れ、
    前記第２の入口内に流される冷却流体が、第２の平均方向で、前記第２の経路を通って前記第２の出口から出るように流れ、
    前記第１の平均方向と前記第２の平均方向とが実質的に逆向きである
    ように構成される、シャワーヘッド。
  12. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、さらに、
    周方向プレナムを備え、
    前記周方向プレナムが、
    内周縁を有し、
    前記ラジカル拡散器プレートの前記第１の面の近位にあり、
    前記内周縁にわたって実質的に均等に分散した様式で、実質的に前記ラジカル拡散器プレートの中心軸に向けてガスを流すように構成される、シャワーヘッド。
  13. 請求項１２に記載のシャワーヘッドであって、さらに、
    プラズマドームを備え、前記プラズマドームが、前記ラジカル拡散器プレートの前記中心軸の周りで実質的に軸対称である内面と、前記ラジカル拡散器プレートの前記中心軸の近くで、前記プラズマドームの一端に位置された１つまたは複数のラジカルガス入口と、前記プラズマドームの反対側の端部に位置され、前記プラズマドームを前記シャワーヘッドと接続するように構成された取付インターフェースと、を有し、それにより、前記プラズマドームの前記内面と、前記ラジカル拡散器プレートの前記第１の面とが、ラジカル源体積を画定し、前記周方向プレナムからのガス流が、前記ラジカル源体積内に流れる、シャワーヘッド。
  14. 請求項１３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記周方向プレナムが、前記プラズマドームと前記ラジカル拡散器プレートとの間に挿間されたアダプタ内に位置される、シャワーヘッド。
  15. 請求項１３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記周方向プレナムが、前記取付インターフェースの近くで前記プラズマドーム内に位置される、シャワーヘッド。
  16. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記断熱体が、前記前駆体送達プレートおよび前記ラジカル拡散器プレートのそれぞれの熱伝導率よりも実質的に低い熱伝導率を有するプレートを備える、シャワーヘッド。
  17. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記間隙が、前記第１の方向についての前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートとの間の距離に等しく、前記第１の表面は、前記ラジカル拡散器プレートの前記第２の面であり、前記第２の表面は、前記前駆体送達プレートの前記第１の面である、
    シャワーヘッド。
  18. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記管状構造の少なくとも１つが、個別の管セグメントである、シャワーヘッド。
  19. 請求項１８に記載のシャワーヘッドであって、
    前記管状構造の前記少なくとも１つが、水晶またはサファイアからなる群から選択される材料から形成される、シャワーヘッド。
  20. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記断熱体が、
    少なくとも２つの積層された層を備え、
    各層が、前記ラジカル通過穴を含む、シャワーヘッド。
  21. 請求項２０に記載のシャワーヘッドであって、
    前記断熱体が、さらに、前記層のうちの１層の第１の対合表面と、隣接する層の第２の対合表面との間の第１の界面を備え、
    前記第１の対合表面と前記第２の対合表面の少なくとも一方が、約８〜１６マイクロインチ（約０．２０３２〜０．４０６４μｍ）以上の表面粗さＲａ値を有する、シャワーヘッド。
  22. 請求項２０に記載のシャワーヘッドであって、
    前記層が、各層にわたって約０．００２インチ（０．００５０８ｃｍ）の絶対平面度を有する、シャワーヘッド。
  23. 請求項３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル通過穴が、第１の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出ており、前記ガス送達穴が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面とは逆の方向に第１の非ゼロ距離だけ前記第１の平面からずらされた第２の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出る、シャワーヘッド。
  24. 請求項２３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の非ゼロ距離が０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）よりも大きい、シャワーヘッド。
  25. 請求項２３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の非ゼロ距離が０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）〜３インチ（７．６２ｃｍ）の間である、シャワーヘッド。
  26. 請求項２３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記第１の非ゼロ距離が３インチ（７．６２ｃｍ）〜１２インチ（３０．４８ｃｍ）の間である、シャワーヘッド。
  27. 請求項３に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル通過穴が、第１の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出ており、前記ガス送達穴が、第２の平面上の開口を介して前記前駆体送達プレートの前記第２の面から出ており、前記第２の平面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面とは反対の方向に前記第１の平面からずらされており、また、前記第１の平面上の前記開口を介して前記ラジカル拡散器プレートから流されるラジカル化されたガスが前記第２の平面に衝突する前に実質的に十分に発達した流れを示すように、前記第２の平面が十分に前記第１の平面から離れている、シャワーヘッド。
  28. 請求項１に記載のシャワーヘッドであって、
    前記ラジカル拡散器プレートが、前記ラジカル拡散器プレートとのラジカル再結合を阻止する材料で少なくとも部分的にコーティングされ、
    前記材料が、窒化アルミニウム、水晶、およびサファイアからなる群から選択される、シャワーヘッド。
  29. 半導体処理操作用のシャワーヘッドを使用するための方法であって、前記シャワーヘッドが、
    第１の面と、反対側の第２の面と、を有する前駆体送達プレートと、
    第１の面と、反対側の第２の面と、を有するラジカル拡散器プレートと、を備え、前記ラジカル拡散器プレートの前記第２の面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面に面し、
    シャワーヘッドが、さらに、前記前駆体送達プレートと前記ラジカル拡散器プレートとの間に挿間された断熱体であって、
    前記断熱体が、前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートとの間に配され、前記ラジカル拡散器プレートに近い側の第１の表面と、前記前駆体送達プレートに近い側の第２の面と、によって境界を画される自由体積を備え、
    前記ラジカル拡散器プレートの前記第２の面に垂直な第１の方向について、前記自由体積の高さを画定する間隙の分だけ、前記第１の表面は前記第２の面に対してずらして配されており、
    前記高さは、前記第１の方向についての前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートの間の距離以下であり、
    前記前駆体送達プレートの前記第２の面によって境界を画され、前記前駆体送達プレートの前記自由体積とは逆の側に配され、前記前駆体送達プレートよりも前記ラジカル拡散器プレートから遠い外部体積から、前記自由体積は、流体連絡に関して、実質的に隔離されている、熱体と、
    ラジカル通過穴のパターンであって、
    前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートと、前記ラジカル拡散器プレートと、前記断熱体と、を貫通し、
    前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
    前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体を通る前記ラジカル通過穴の前記穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持し、
    前記前駆体送達プレートが、ガス送達穴のパターンと、１つまたは複数の内部ガス分散経路と、を含み、
    前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
    前記ガス送達穴が、それぞれ、前記１つまたは複数のガス分散経路の少なくとも１つに流体接続され、
    前記ガス送達穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートの前記第２の面で、前記前駆体送達プレートから出ている、ラジカル通過穴のパターンと、
    前記ラジカル通過穴の前記パターン内のラジカル通過穴の数に対応する数の管状構造であって、
    各管状構造が、
    前記ラジカル通過穴の異なる１つに対応し、
    前記対応するラジカル通過穴の部分を構成する内面を備え、
    実質的に前記間隙にわたって延在し、
    流体連絡に関して前記自由体積から前記ラジカル通過穴を実質的に隔離する、管状構造と、を備え、
    前記方法が、
    前記前駆体送達プレートを第１の温度で保つステップと、
    前記ラジカル拡散器プレートを第２の温度で保つステップと、
    前記前駆体送達プレートが前記第１の温度である状態で、前記ガス送達穴を介して第１のプロセスガスを提供するステップと、
    前記ラジカル拡散器プレートが前記第２の温度である状態で、前記ラジカル通過穴を介して第２のプロセスガスを提供するステップと、を含む方法。
  30. 半導体処理操作用のリアクタであって、
    リアクタチャンバと、
    前記リアクタチャンバ内部に位置されたウェハ支持体と、
    前記リアクタチャンバ内部の前記ウェハ支持体の上方に配されたシャワーヘッドと、を備え、
    前記シャワーヘッドが、
    第１の面と、反対側の第２の面と、を有する前駆体送達プレートと、
    第１の面と、反対側の第２の面と、を有するラジカル拡散器プレートであって、前記ラジカル拡散器プレートの前記第２の面が、前記前駆体送達プレートの前記第１の面に面する、ラジカル拡散器プレートと、
    前記前駆体送達プレートと前記ラジカル拡散器プレートとの間に挿間された断熱体であって、
    前記断熱体が、前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートとの間に配され、前記ラジカル拡散器プレートに近い側の第１の表面と、前記前駆体送達プレートに近い側の第２の面と、によって境界を画される自由体積を備え、
    前記ラジカル拡散器プレートの前記第２の面に垂直な第１の方向について、前記自由体積の高さを画定する間隙の分だけ、前記第１の表面は前記第２の面に対してずらして配されており、
    前記高さは、前記第１の方向についての前記ラジカル拡散器プレートと前記前駆体送達プレートの間の距離以下であり、
    前記前駆体送達プレートの前記第２の面と前記ウェハ支持体の間にある外部体積から、前記自由体積は、流体連絡に関して、実質的に隔離されている、断熱体と、
    ラジカル通過穴のパターンであって、
    前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレートと、前記ラジカル拡散器プレートと、前記断熱体と、を貫通し、
    前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体に実質的に垂直な穴中心軸を有し、
    前記ラジカル通過穴が、それぞれ、前記前駆体送達プレート、前記ラジカル拡散器プレート、および前記断熱体を通る前記ラジカル通過穴の前記穴中心軸に垂直な実質的に均一な断面積を維持する、ラジカル通過穴のパターンと、
    前記ラジカル通過穴の前記パターン内のラジカル通過穴の数に対応する数の管状構造であって、
    各管状構造が、
    前記ラジカル通過穴の異なる１つに対応し、
    前記対応するラジカル通過穴の部分を構成する内面を備え、
    実質的に前記間隙にわたって延在し、
    流体連絡に関して前記自由体積から前記ラジカル通過穴を実質的に隔離する、管状構造と、
    を備える、リアクタ。
  31. 第１の面と、
    前記第１の面と実質的に平行であり、前記第１の面からずらされた第２の面と、
    前記第１の面と前記第２の面との間にわたって延在する複数の管状構造であって、前記第１の面と前記第２の面とにわたって分散されたパターンで配列される複数の管状構造と、を備え、
    前記管状構造が、前記管状構造内部の体積と、前記第１の面と前記第２の面との間に実質的に画定される体積との間の流体の流れを実質的に防止する、断熱体。
  32. 請求項３１に記載の断熱体であって、さらに、
    前記第１の面と前記第２の面の間にわたって延在し、前記複数の管状構造を取り囲む周壁を備え、
    前記周壁、前記第１の面、前記第２の面、および前記管状構造の最外面が、前記断熱体の中空内部体積を画定する、断熱体。
  33. 請求項３２に記載の断熱体であって、さらに、
    前記断熱体の前記中空内部体積と流体連絡する１つまたは複数のポートを備える、断熱体。
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