JP2022095877A - 基板処理システムにおける再循環を低減するためのカラー、円錐形シャワーヘッド、および／または、トッププレート - Google Patents

基板処理システムにおける再循環を低減するためのカラー、円錐形シャワーヘッド、および／または、トッププレート Download PDF

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Abstract

【課題】二次パージガスの再循環を防止する基板処理システムを提供する。【解決手段】基板処理システム２００は、処理チャンバ２１０と、フェースプレート２６０、ステム部分２２６及び円筒形ベース部分２４６を備えるシャワーヘッド２４４と、を備える。シャワーヘッドを処理チャンバの上面２１２に結合させるカラー２２２は、二次パージガスを受け入れるためのガスチャネル２２８と、ガスチャネルからの二次パージガスを半径方向外向き下方向に方向付けるための複数のガススリット２３０と、を規定する。円錐面２７４が、円筒形ベース部分に隣接して、シャワーヘッドのステム部分の周りに配置されている。逆円錐面２８２が、処理チャンバの上面及び側壁２１４に隣接して配置されている。円錐面及び逆円錐面は、複数のガススリットから円筒形ベース部分の半径方向外側部分と処理チャンバの側壁との間に規定されたギャップまでの傾斜ガスチャネルを規定する。【選択図】図３

Description

本開示は、基板処理システムに関し、特に、再循環を低減するためのカラー、円錐形シャワーヘッド、および／または、トッププレートを備える基板処理システムに関する。
本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示する。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。
半導体ウエハなどの基板上に膜を蒸着、エッチング、または、その他の処理を行うために、基板処理システムが利用されうる。基板処理システムは、通例、処理チャンバ、シャワーヘッドなどのガス分配装置、および、基板支持体を備える。処理中、基板は、基板支持体の上に配置される。異なるガス混合物が処理チャンバに導入され、熱または高周波（ＲＦ）プラズマが、化学反応を活性化するために一部の処理中に利用されうる。
処理チャンバは、一般的に、上面、下面、および、側壁を備える。シャワーヘッドは、通常、ガスプレナムを規定する円筒形のベース部分を備える。フェースプレートは、ガスプレナムの片側に配置されており、複数の離間したスルーホールを備える。シャワーヘッドは、さらに、一方の端部で処理チャンバの上面に結合され、反対側の端部で円筒形ベースの中心に結合された空洞ステム部分を備える。シャワーヘッドのステム部分は、処理ガスを円筒形ベースのガスプレナムに供給する。ガスは、フェースプレートの離間スルーホールを通して流れ、シャワーヘッドの下方に配置された基板支持体上に載置された基板に対して均一に分散される。
ステム部分の周りに配置されたカラーは、シャンデリア型シャワーヘッドを備える隣接する処理ステーションを隔離するためのガーテンガスの供給に利用されうる。カラーは、ステム部分を処理チャンバの上面に結合するためにも利用されうる。カラーは、処理中に円筒形ベース部分と処理チャンバの上面との間に二次パージガスを供給する１または複数のガススリットを備えうる。ギャップが、シャワーヘッドの円筒形ベース部分の半径方向外側の縁部と処理チャンバの側壁との間に規定される。二次パージガスは、カラー上のスリットとギャップとを通して流れ、その後、排気ポートを介して排気される。シャワーヘッドの対称的な構成は、二次パージガスの再循環を引き起こしうる。粒子が、処理中にシャワーヘッド上方の再循環ガスによって捕捉され、欠陥を引き起こしうる。
基板処理システムは、処理チャンバと、フェースプレート、ステム部分、および、円筒形ベース部分を備えているシャワーヘッドと、を備える。カラーは、シャワーヘッドを処理チャンバの上面に結合させる。カラーは、二次パージガスを受け入れるためのガスチャネルと、ガスチャネルからの二次パージガスを半径方向外向き下方向に方向付けるための複数のガススリットとを規定する。円錐面が、円筒形ベースに隣接して、シャワーヘッドのステム部分の周りに配置されている。逆円錐面が、処理チャンバの上面および側壁に隣接して配置されている。円錐面および逆円錐面は、複数のガススリットから円筒形ベース部分の半径方向外側部分と処理チャンバの側壁との間に規定されたギャップまでの傾斜ガスチャネルを規定する。
別の特徴において、ガスチャネルは、一定の幅を有すると共に、複数のガススリットから流れる二次パージガスの方向に平行である流路を規定する。円錐面は、中空であり、シャワーヘッドのステム部分およびベース部分の少なくとも一方に取り付けられている。円錐面は、中実であり、シャワーヘッドのステム部分およびベース部分の少なくとも一方に取り付けられている。
別の特徴において、円錐面は、シャワーヘッドのステム部分およびベース部分の少なくとも一方と一体化されている。逆円錐面は、中空であり、処理チャンバの上面および側壁の少なくとも一方に取り付けられている。逆円錐面は、中実であり、処理チャンバの上面および側壁の少なくとも一方に取り付けられている。
別の特徴において、逆円錐面は、処理チャンバの上面および側壁の少なくとも一方と一体化されている。円錐面は、ステム部分を受け入れるための中央開口部を備える。複数のガススリットは、カラーに沿って半径方向および軸方向に離間されている。
基板処理システムは、処理チャンバと、フェースプレート、ステム部分、および、円筒形ベース部分を備えるシャワーヘッドと、を備えている。カラーは、シャワーヘッドを処理チャンバの上面に結合させる。カラーは、ガスチャネルを規定し、半径方向内側の面、半径方向外側の面、および、複数のガススリットを備える。二次パージガスが、ガスチャネルからガススリットを通して半径方向外向きに流れる。半径方向内側の面は、円筒形ベース部分までの軸方向距離が短くなるにつれて単調増加する内径を規定する。
別の特徴において、カラーの半径方向内側の面およびシャワーヘッドのステム部分は、それらの間にガスチャネルを規定する。逆円錐面が、処理チャンバの上面に隣接して配置されており、逆円錐面は、ガススリットから流れる二次パージガスを外向き下方向に向け直す。
別の特徴において、スペーサが、ステム部分に対するカラーの位置を維持するためにステム部分の周りに配置されている。スペーサは、円筒形ベース部分に隣接して配置された環状ベース部分と、カラーの半径方向内側の面を付勢するために上向きに伸びる複数のアームと、を備える。
別の特徴において、複数のガススリットは、カラーに沿って半径方向および軸方向に離間されている。
詳細な説明、特許請求の範囲、および、図面から、本開示を適用可能なさらなる領域が明らかになる。詳細な説明および具体的な例は、単に例示を目的としており、本開示の範囲を限定するものではない。
本開示は、詳細な説明および以下に説明する添付図面から、より十分に理解できる。
本開示に従って、基板処理システムの一例を示す機能ブロック図。
基板処理システムの一例を示す側断面図。
本開示に従って、基板処理システムの一例を示す側断面図。
本開示に従って、基板処理システムの別の例を示す側断面図。
図面において、同様および／または同一の要素を特定するために、同じ符号を用いる場合がある。
本開示に従うカラー、円錐形シャワーヘッド、および／または、トッププレートは、シャワーヘッドと処理チャンバの上面との間にガス層流を生成して、欠陥捕獲再循環領域を最小化するために用いられる。一部の例において、カラー、円錐形シャワーヘッド、および／または、トッププレートは、原子層蒸着（ＡＬＤ）リアクタ内で対称のトッププレートと併用されるが、その他のタイプのリアクタが用いられてもよい。
ここで、図１を参照すると、基板処理システム１０は、上面、下面、および、側壁を有する処理チャンバ１２を備える。一部の例において、基板処理システム１０は、ＡＬＤを実行するが、その他のタイプの基板処理システムおよび／またはその他の処理（化学蒸着（ＣＶＤ）、エッチングなど）が実施されてもよい。ガス分配デバイス（シャワーヘッド１４など）が、処理チャンバ１２内に配置される。基板支持体１６（静電チャック、ペデスタル、または、その他の基板支持体など）が、シャワーヘッド１４の下方に配置される。基板１８が、処理中に基板支持体１６上に載置される。
基板処理システム１０は、さらに、１または複数のガス源２２－１、２２－２、・・・２２－Ｎ（集合的に、ガス源２２）を備えるガス供給システム２０を備えており、ここで、Ｎはゼロより大きい整数である。１または複数のバルブ２４－１、２２－２、・・・、および、２２－Ｎと、マスフローコントローラ２６－１、２６－２、・・・、および、２６－Ｎが、ガス源２２からマニホルド３０へのガスの流れおよびガス流量を制御するために用いられてよい。マニホルド３０の出力は、シャワーヘッド１４と流体連通する。
コントローラ４０および／または温度コントローラ４２が、基板支持体１６の温度を制御するために用いられてよい。コントローラ４０および／または温度コントローラ４２は、加熱および／または冷却を実行しうる。基板支持体１６は、基板支持体１６の１または複数の区域の加熱および／または冷却を制御する１または複数の抵抗ヒータ、流体チャネル、熱電素子（ＴＥＤ）もしくは、その他のデバイスを備えてよい。温度センサおよび／または圧力センサなどの１または複数のセンサ４１が、基板１８、基板支持体１６、もしくは、処理チャンバ１２の内面または外面の温度および／または圧力の値を検知するために用いられてよい。コントローラ４０は、センサ４１の出力を受信し、それらに基づいて処理動作パラメータを制御する。コントローラ４０は、さらに、処理中に所定の間隔で処理ガスおよび／またはパージガスを供給するように、ガス供給システム２０を制御する。
コントローラ４０は、選択的に、プラズマ発生器４６に処理チャンバ１２内でプラズマを発生させプラズマを消化させる。コントローラ４０は、任意選択的なバルブ５０およびポンプ５２を制御して、処理チャンバ１２内の圧力を制御および／または処理チャンバ１２から反応物質を除去する。一部の例において、ポンプ５２は、ターボ分子ポンプを含んでよい。
プラズマ発生器４６は、ＲＦ電力を供給するＲＦ源６０と、ＲＦ源６０のインピーダンスとプラズマ発生器４６の出力とを整合する整合回路網６４と、を備える。一部の例において、プラズマ発生器４６はシャワーヘッド１４にＲＦ電力を出力し、基板支持体１６内の電極（図示せず）は接地される。他の例において、シャワーヘッド１４は接地され、ＲＦ電力は基板支持体１６内の電極に出力される。コントローラ４０は、プラズマ発生器４６と通信し、プラズマの点火および消火を含むプラズマ発生器４６の動作を制御する。後に詳述するように、パージガス源８０およびバルブ８２が、二次パージガスをカラー８４に選択的に供給するためにコントローラ４０によって用いられてよい。
ここで、図２を参照すると、基板処理システム１００は、上面１１２、側壁１１４、および、底面１１６を有する処理チャンバ１１０を備える。カラー１２２は、ベース部分１２４と、ベース部分１２４から下方に伸びるステム部分１２６と、を備える。カラー１２２は、ガスチャネル１２８を規定する。一部の例において、ガスチャネルは、カラー１２２とシャワーヘッドのステム部分との間に規定される。その他の例において、カラー１２２が単独でガスチャネルを規定する。一部の例において、ガスチャネル１２８は、環状である。流入口１２９が、二次パージガスなどのガス源をガスチャネル１２８に接続するために用いられてよい。ステム部分１２６は、処理チャンバ１１０の上面１１２に対して平行な方向でガスチャネル１２８から半径方向外向きにガスを方向付ける１または複数のガススリット１３０を規定する。
シャワーヘッド１４４は、円筒形ベース部分１４６およびステム部分１５２を備える。円筒形ベース部分１４６は、ステム部分１５２から半径方向外向きに伸びて、側壁１１４に対してギャップを規定する。円筒形ベース部分１４６は、さらに、ガスプレナム１５６を規定する。ステム部分１５２は、円筒形ベース部分１４６のガスプレナム１５６と流体連通する円筒形ガスチャネル１５７を規定する空洞の円筒形を有してよい。ガス分散プレート１５８が、ステム部分１５２から円筒形ベース部分１４６へ流れるガスを分散させるために用いられてよい。シャワーヘッド１４４は、さらに、複数の離間スルーホール１６２を規定するフェースプレート１６０を備えてよい。フェースプレート１６０は、フェースプレート１６０の下方の基板支持体１６８上に配置された基板１６６に対して比較的均一に処理ガスを分散させる。
動作中、処理ガスは、ステム部分１５２のガスプレナム１５６を通して円筒形ベース部分１４６のガスプレナム１５６へ供給される。ガスは、フェースプレート１６０の離間スルーホール１６２を通してガスプレナム１５６の外に流れる。処理のいくつかの部分の間、二次パージガスが、カラー１２２のガスチャネル１２８に供給されてよい。二次パージガスの一部は、１６９に示すように、ガスチャネル１２８およびガススリット１３０を通して流れる。ガスチャネル１２８内の二次パージガスの残りは、円筒形ベース部分１４６に向かって下方に流れ、１７０に示すように半径方向外向きに流れる。
円筒形ベース部分１４６と処理チャンバ１１０の上面１１２との間に位置する二次パージガスは、１７４に示すように、円筒形ベース部分１４６と側壁１１４との間のギャップを通して流れる。二次パージガスの少なくとも一部は、１７２に示すように、再循環される。上述のように、再循環する二次パージガスは、欠陥を引き起こしうる粒子を捕捉しうる。
再循環を防ぐために二次パージガスの速度または流量を調節することは困難である。ペクレ数を超えるガス流は、シャワーヘッドからのガスがシャワーヘッドの背面に逆拡散する（これは、二次パージガスの作用である）ことを防ぐ。この効果がなければ、粒子は、（再循環のあるなしにかかわらず）背面に到達する。
ここで、図３を参照すると、本開示に従った基板処理システム２００は、上面２１２、側壁２１４、および、底面２１６を有する処理チャンバ２１０を備える。特定のプラズマ処理チャンバが図示されているが、他の処理チャンバが用いられてもよい。カラー２２２は、ベース部分２２４およびステム部分２２６を備える。カラー２２２は、半径方向外側の面および半径方向内側の面を備える。半径方向内側の面は、ガスチャネル２２８を規定する。一部の例において、ガスチャネル２２８は、環状である。流入口２２９が、二次パージガスなどのガス源をガスチャネル２２８に接続するために用いられてよい。ステム部分２２６は、後に詳述するように、処理チャンバ２１０の上面２１２に平行なラインに対して下向きの角度にガスチャネル２２８からのガスを方向付ける１または複数のガススリット２３０を規定する。単に例として、ガススリット２３０は、カラー２２２の周りで放射方向に離間される。単に例として、ガススリット２３０は、カラー２２２に沿って軸方向に離間される。
シャワーヘッド２４４は、円筒形ベース部分２４６およびステム部分２５２を備える。円筒形ベース部分２４６は、ガスプレナム２５６を規定する。ステム部分２５２は、円筒形ベース部分２４６のガスプレナム２５６と流体連通する円筒形ガスチャネル２５７を規定する空洞の円筒形を有してよい。ガス分散プレート２５８が、ステム部分２５２から円筒形ベース部分２４６へ流れるガスを分散させるために用いられてよい。シャワーヘッド２４４は、さらに、複数の離間スルーホール２６２を規定するフェースプレート２６０を備えてよい。フェースプレート２６０は、基板支持体２６８上のフェースプレート２６０の下方に配置された基板２６６に対して比較的均一にガスを分散させる。
円錐面２７４が、ステム部分２５２の一部および円筒形ベース部分２４６に沿って配置されている。単に例として、円錐面２７４は、空洞（図示せず）または中実であってよい。単に例として、円錐面２７４は、シャワーヘッド２４４と一体化されてもよいし、（図のように）シャワーヘッド２４４に取り付けられた別個の面であってもよい。円錐面２７４は、カラー２２２のステム部分２５２を受け入れるための中央開口部２７６を備える。円錐面２７４は、さらに、円筒形ベース部分２４６の上面と隣接配置されたおよび／またはそれに結合された半径方向外側の縁部２７８を備える。
逆円錐面２８２が、処理チャンバ２１０の上面２１２および／または側壁２１４に隣接配置および／または結合される。単に例として、留め具２８４が用いられてよい。単に例として、逆円錐面２８２は、中空または中実であってよい。単に例として、逆円錐面２８２は、上面２１２および／または側壁２１４と一体化されてもよいし、（図示のように）それに取り付けられた別個の面であってもよい。円錐面２７４および逆円錐面２８２は、フローチャネル２９０を規定する対向する面２８６および２８８をそれぞれ備えてよい。一部の例において、フローチャネル２９０の対向面２８６および２８８は、略一定のギャップを規定し、略平行である。別の例において、対向面２８６および２８８によって規定されるフローチャネル２９０の角度は、ガススリット２３０から流れ出る二次パージガスによって規定される角度とおおよそ同じである。
動作中、処理ガスは、ステム部分２５２の円筒形ガスチャネル２５７を通して円筒形ベース部分２４６のガスプレナム２５６へ供給される。ガスは、離間スルーホール２６２を通してガスプレナム２５６の外に流れる。
処理のいくつかの部分の間、二次パージガスが、カラー２２２のガスチャネル２２８に供給されてよい。二次パージガスは、２６９に示すように、ガスチャネル２２８およびガススリット２３０を通して流れる。フローチャネル２９０内の二次パージガスは、２８６に示すように、円筒形ベース部分２４６と側壁２１４との間のギャップを通過する。以上からわかるように、図３の構成は、二次パージガスの実質的な層流を保証し、これにより、再循環および欠陥が低減される。
一部の例において、円錐面２７４は、円筒形ベース部分２４６の半径方向外側の縁部からシャワーヘッド２４４のステム部分２５２の半径方向外側の縁部まで伸びる。別の例において、円錐面２７４は、円筒形ベース部分２４６の半径方向外側の縁部の近くの点からシャワーヘッド２４４のステム部分２５２の半径方向外側の縁部まで伸びる。換言すると、ギャップが、円筒形ベース部分２４６に隣接して形成されうる。別の例において、円錐面２７４は、円筒形ベース部分２４６の半径方向外側の縁部からシャワーヘッド２４４のステム部分２５２の半径方向外側の縁部の近くの点まで伸びる。換言すると、ギャップが、シャワーヘッド２４４に隣接して形成されうる。さらに別の例では、ギャップが、円錐面２７４の両側に形成される。
一部の例において、逆円錐面２８２は、側壁２１４からカラー２２２のステム部分２２６の半径方向外側の縁部まで伸びる。一部の例において、逆円錐面２８２は、側壁２１４の近くの点からカラー２２２のステム部分２２６の半径方向外側の縁部まで伸びる。換言すると、ギャップが、逆円錐面２８２と壁２１４との間に形成されうる。一部の例において、逆円錐面２８２は、側壁２１４からカラー２２２のステム部分２２６の半径方向外側の縁部の近くの点まで伸びる。換言すると、ギャップが、逆円錐面２８２とカラー２２２との間に形成されうる。さらに別の例では、ギャップが、逆円錐面２８２の両側に形成される。
ここで、図４を参照すると、本開示に従った基板処理システム３００は、上面３１２、側壁３１４、および、底面３１６を有する処理チャンバ３１０を備える。特定のプラズマ処理チャンバが図示されているが、他の処理チャンバが用いられてもよい。
カラー３２２は、ベース部分３２４およびステム部分３２６を備える。カラー３２２は、半径方向外側の面および半径方向内側の面を備える。カラー３２２は、ガスチャネル３２８を規定する。一部の例において、ガスチャネル３２８は、環状である。流入口３２９が、パージガスなどのガス源を環状のガスチャネル３２８に接続するために用いられてよい。ステム部分３２６は、ガスチャネル３２８から処理チャンバ３１０内へカラー３２２を通して二次パージガスを方向付けるステム部分３２６の周りに配置された１または複数のガススリット３３０－１、３３０－２、・・・、３３０－Ｓ（集合的に、ガススリット３３０）を規定する。カラー３２２は、さらに、ガスチャネル３２８への下側開口部を規定してよい。利用される場合、二次パージガスは、カラー３２２の下側開口部にも流れる。
シャワーヘッド３４４は、円筒形ベース部分３４６およびステム部分３５２を備える。円筒形ベース部分３４６は、ガスプレナム３５６を規定する。ステム部分３５２は、円筒形ベース部分３４６のガスプレナム３５６と流体連通するガスチャネル３５７を規定する空洞の円筒形を有してよい。ガス分散プレート３５８が、ステム部分３５２から円筒形ベース部分３４６へ流れるガスを分散させるために用いられてよい。シャワーヘッド３４４は、さらに、複数の離間スルーホール３６２を規定するフェースプレート３６０を備えてよい。フェースプレート３６０は、基板支持体３６８上のフェースプレート３６０の下方に配置された基板に対して比較的均一にガスを分散させる。
一部の例において、カラー３２２のステム部分３２６上のガススリット３３０は、処理チャンバ３１０の上面３１２に対して略平行な方向にガスチャネル３２８からのガスを方向付ける。一部の例において、カラー３２２のステム部分３２６の内面３３１は、円筒形ベース部分３４６までの垂直距離が短くなるにつれて単調増加する直径を有する。内面３３１は、カラー３２２とステム部分３５２との間に単調増加するギャップを規定する。一部の例において、ガススリット３３０の内の隣接するスロット、カラー３２２のステム部分３２６の、および、シャワーヘッド３４４のステム部分３５２に囲まれた領域３３２－１、３３２－２、・・・、３３０－Ｓは、台形断面を有する略環状の形状である。一部の例において、台形断面の半径方向内側の角は、おおよそ直角であり、領域３３２の半径方向外側の面は、上部から底部まで単調増加する直径を有する。
逆円錐面３８２が、処理チャンバ３１０の上面３１２に隣接配置および／または結合される。単に例として、留め具３８４が用いられてよい。逆円錐面３８２は、水平のガス流を下方向に向け直す傾斜面３８６を備える。一部の例において、傾斜面３８６は、ガススリット３３０からの流れに対して鋭角に配置される。一部の例において、傾斜面３８６は、ガススリット３３０からの流れに対して３０°～６０°の間の角度に配置される。一部の例において、傾斜面３８６は、ガススリット３３０からの流れに対して４０°～５０°の間の角度に配置される。一部の例において、逆円錐面３８２の半径方向内側の縁部は、カラー３２２から離間されている。一部の例において、逆円錐面３８２の半径方向外側の縁部の底部は、円筒形ベース部分３４６の上面以上の高さに配置される。
スペーサ３７０が、シャワーヘッド３４４のステム部分３５２に対するカラー３２２の位置を維持するために提供されてよい。スペーサ３７０は、ステム部分３５２の周りに配置され、円筒形ベース部分３４６上に載った環状ベース部分３７１を備えてよい。スペーサ３７０は、さらに、環状ベース部分３７１から上方に突出した２以上のアーム３７２を備える。アーム３７２の上端は、上向き外方向にステム部分３２６の内面を付勢する。
動作中、処理ガスは、ステム部分３５２のガスチャネル３５７を通して円筒形ベース部分３４６のガスプレナム３５６へ供給される。ガスは、離間スルーホール３６２を通してガスプレナム３５６の外に流れる。
処理のいくつかの部分の間、二次パージガスが、カラー３２２のガスチャネル３２８に供給されてよい。二次パージガスは、３６９に示すように、ガスチャネル３２８およびガススリット３３０を通して流れる。ガス流３６９は、シャワーヘッド３４４と側壁３１４との間のギャップ３８７に向かって逆円錐面３８２の傾斜面３８６によって略下方に向け直される。二次パージガスの他の部分は、ステム部分３２６の底部から下向きに流れ、側壁３１４に向かって外側に流れる。以上からわかるように、逆円錐面３８２およびカラー３２２の組みあわせは、シャワーヘッド３４４の上方の領域における再循環を低減する。
上述の記載は、本質的に例示に過ぎず、本開示、応用例、または、利用法を限定する意図はない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実施されうる。したがって、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、および、以下の特許請求の範囲を研究すれば他の変形例が明らかになるため、本開示の真の範囲は、それらの例には限定されない。方法に含まれる１または複数の工程が、本開示の原理を改変することなく、異なる順序で（または同時に）実行されてもよいことを理解されたい。さらに、実施形態の各々は、特定の特徴を有するものとして記載されているが、本開示の任意の実施形態に関して記載された特徴の内の任意の１または複数の特徴を、他の実施形態のいずれかに実装することができる、および／または、組み合わせが明確に記載されていないとしても、他の実施形態のいずれかの特徴と組み合わせることができる。換言すると、上述の実施形態は互いに排他的ではなく、１または複数の実施形態を互いに置き換えることは本開示の範囲内にある。
要素の間（例えば、モジュールの間、回路要素の間、半導体層の間）の空間的関係および機能的関係性が、「接続される」、「係合される」、「結合される」、「隣接する」、「近接する」、「の上部に」、「上方に」、「下方に」、および、「配置される」など、様々な用語を用いて記載されている。第１および第２要素の間の関係性を本開示で記載する時に、「直接」であると明確に記載されていない限り、その関係性は、他に介在する要素が第１および第２の要素の間に存在しない直接的な関係性でありうるが、１または複数の介在する要素が第１および第２の要素の間に（空間的または機能的に）存在する間接的な関係性でもありうる。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、および、Ｃの少なくとも１つ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、および、Ｃの少なくとも１つ」という意味であると解釈されるべきではない。
いくつかの実施例において、コントローラは、システムの一部であり、システムは、上述の例の一部であってよい。かかるシステムは、１または複数の処理ツール、１または複数のチャンバ、処理のための１または複数のプラットフォーム、および／または、特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガスフローシステムなど）など、半導体処理装置を備えうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および、処理後に、システムの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてもよく、システムの様々な構成要素または副部品を制御しうる。コントローラは、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ならびに、ツールおよび他の移動ツールおよび／または特定のシステムと接続または結合されたロードロックの内外へのウエハ移動など、本明細書に開示の処理のいずれを制御するようプログラムされてもよい。
概して、コントローラは、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、エンドポイント測定を可能にすることなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含みうる。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形態でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対するまたは半導体ウエハのための特定の処理を実行するための動作パラメータ、もしくは、システムへの動作パラメータを定義する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態において、ウエハの１または複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ダイの加工中に１または複数の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
コントローラは、いくつかの実施例において、システムと一体化されるか、システムに接続されるか、その他の方法でシステムとネットワーク化されるか、もしくは、それらの組み合わせでシステムに結合されたコンピュータの一部であってもよいし、かかるコンピュータに接続されてもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全部または一部であってもよい。コンピュータは、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に従って処理工程を設定する、または、新たな処理を開始するために、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の現在の進捗を監視する、過去の製造動作の履歴を調べる、もしくは、複数の製造動作からの傾向または性能指標を調べうる。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワーク（ローカルネットワークまたはインターネットを含みうる）を介してシステムに処理レシピを提供してよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを備えてよく、パラメータおよび／または設定は、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例において、コントローラは、データの形式で命令を受信し、命令は、１または複数の動作中に実行される処理工程の各々のためのパラメータを指定する。パラメータは、実行される処理のタイプならびにコントローラがインターフェース接続するまたは制御するよう構成されたツールのタイプに固有であってよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、ネットワーク化されて共通の目的（本明細書に記載の処理および制御など）に向けて動作する１または複数の別個のコントローラを備えることなどによって分散されてよい。かかる目的のための分散コントローラの一例は、チャンバでの処理を制御するために協働するリモートに配置された（プラットフォームレベルにある、または、リモートコンピュータの一部として配置されるなど）１または複数の集積回路と通信するチャンバ上の１または複数の集積回路である。
限定はしないが、システムの例は、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、蒸着チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属メッキチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層蒸着（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの加工および／または製造に関連するかまたは利用されうる任意のその他の半導体処理システムを含みうる。
上述のように、ツールによって実行される１または複数の処理工程に応じて、コントローラは、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近くのツール、工場の至る所に配置されるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは、半導体製造工場内のツール位置および／またはロードポートに向かってまたはそこからウエハのコンテナを運ぶ材料輸送に用いられるツール、の内の１または複数と通信してもよい。
基板処理システム１０は、さらに、１または複数のガス源２２－１、２２－２、・・・２２－Ｎ（集合的に、ガス源２２）を備えるガス供給システム２０を備えており、ここで、Ｎはゼロより大きい整数である。１または複数のバルブ２４－１、２４－２、・・・、および、２４－Ｎと、マスフローコントローラ２６－１、２６－２、・・・、および、２６－Ｎが、ガス源２２からマニホルド３０へのガスの流れおよびガス流量を制御するために用いられてよい。マニホルド３０の出力は、シャワーヘッド１４と流体連通する。
動作中、処理ガスは、ステム部分１５２のガスチャネル１５７を通して円筒形ベース部分１４６のガスプレナム１５６へ供給される。ガスは、フェースプレート１６０の離間スルーホール１６２を通してガスプレナム１５６の外に流れる。処理のいくつかの部分の間、二次パージガスが、カラー１２２のガスチャネル１２８に供給されてよい。二次パージガスの一部は、１６９に示すように、ガスチャネル１２８およびガススリット１３０を通して流れる。ガスチャネル１２８内の二次パージガスの残りは、円筒形ベース部分１４６に向かって下方に流れ、１７０に示すように半径方向外向きに流れる。
処理のいくつかの部分の間、二次パージガスが、カラー２２２のガスチャネル２２８に供給されてよい。二次パージガスは、２６９に示すように、ガスチャネル２２８およびガススリット２３０を通して流れる。フローチャネル２９０内の二次パージガスは、２９２に示すように、円筒形ベース部分２４６と側壁２１４との間のギャップを通過する。以上からわかるように、図３の構成は、二次パージガスの実質的な層流を保証し、これにより、再循環および欠陥が低減される。
シャワーヘッド３４４は、円筒形ベース部分３４６およびステム部分３５２を備える。円筒形ベース部分３４６は、ガスプレナム３５６を規定する。ステム部分３５２は、円筒形ベース部分３４６のガスプレナム３５６と流体連通するガスチャネル３５７を規定する空洞の円筒形を有してよい。ガス分散プレート３５８が、ステム部分３５２から円筒形ベース部分３４６へ流れるガスを分散させるために用いられてよい。シャワーヘッド３４４は、さらに、複数の離間スルーホール３６２を規定するフェースプレート３６０を備えてよい。フェースプレート３６０は、基板支持体３６８上のフェースプレート３６０の下方に配置された基板３６６に対して比較的均一にガスを分散させる。
一部の例において、カラー３２２のステム部分３２６上のガススリット３３０は、処理チャンバ３１０の上面３１２に対して略平行な方向にガスチャネル３２８からのガスを方向付ける。一部の例において、カラー３２２のステム部分３２６の内面３３１は、円筒形ベース部分３４６までの垂直距離が短くなるにつれて単調増加する直径を有する。内面３３１は、カラー３２２とステム部分３５２との間に単調増加するギャップを規定する。一部の例において、ガススリット３３０の内の隣接するスロット、カラー３２２のステム部分３２６の、および、シャワーヘッド３４４のステム部分３５２に囲まれた領域３３２－１、３３２－２、・・・、３３２－Ｓは、台形断面を有する略環状の形状である。一部の例において、台形断面の半径方向内側の角は、おおよそ直角であり、領域３３２の半径方向外側の面は、上部から底部まで単調増加する直径を有する。

Claims (16)

  1. 基板処理システムであって、
    処理チャンバと、
    フェースプレート、ステム部分、および、円筒形ベース部分を備えるシャワーヘッドと、
    前記シャワーヘッドを前記処理チャンバの上面に結合させるカラーであって、
    前記カラーは、二次パージガスを受け入れるためのガスチャネルと、前記ガスチャネルからの前記二次パージガスを半径方向外向き下方向に方向付けるための複数のガススリットとを規定し、
    前記円筒形ベースに隣接して、前記シャワーヘッドの前記ステム部分の周りに配置されている円錐面と、
    前記処理チャンバの上面および側壁に隣接して配置されている逆円錐面と、
    を備え、
    前記円錐面および前記逆円錐面は、前記複数のガススリットから前記円筒形ベース部分の半径方向外側部分と前記処理チャンバの前記側壁との間に規定されたギャップまでの傾斜ガスチャネルを規定する、基板処理システム。
  2. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記ガスチャネルは、一定の幅を有すると共に、前記複数のガススリットから流れる前記二次パージガスの方向に平行である流路を規定する、基板処理システム。
  3. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記円錐面は、中空であり、前記シャワーヘッドの前記ステム部分および前記ベース部分の少なくとも一方に取り付けられている、基板処理システム。
  4. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記円錐面は、中実であり、前記シャワーヘッドの前記ステム部分および前記ベース部分の少なくとも一方に取り付けられている、基板処理システム。
  5. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記円錐面は、前記シャワーヘッドの前記ステム部分および前記ベース部分の少なくとも一方と一体化されている、基板処理システム。
  6. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記逆円錐面は、中空であり、前記処理チャンバの前記上面および前記側壁の少なくとも一方に取り付けられている、基板処理システム。
  7. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記逆円錐面は、中実であり、前記処理チャンバの前記上面および前記側壁の少なくとも一方に取り付けられている、基板処理システム。
  8. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記逆円錐面は、前記処理チャンバの前記上面および前記側壁の少なくとも一方と一体化されている、基板処理システム。
  9. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記円錐面は、前記ステム部分を受け入れるための中央開口部を備える、基板処理システム。
  10. 請求項１に記載の基板処理システムであって、前記複数のガススリットは、前記カラーに沿って半径方向および軸方向に離間されている、基板処理システム。
  11. 基板処理システムであって、
    処理チャンバと、
    フェースプレート、ステム部分、および、円筒形ベース部分を備えるシャワーヘッドと、
    前記シャワーヘッドを前記処理チャンバの上面に結合させるカラーと、
    を備え、
    前記カラーは、ガスチャネルを規定し、半径方向内側の面、半径方向外側の面、および、複数のガススリットを備え、
    二次パージガスは、前記ガスチャネルから前記ガススリットを通して半径方向外向きに流れ、
    前記半径方向内側の面は、前記円筒形ベース部分までの軸方向距離が短くなるにつれて単調増加する内径を規定する、基板処理システム。
  12. 請求項１１に記載の基板処理システムであって、前記カラーの前記半径方向内側の面および前記シャワーヘッドの前記ステム部分は、それらの間にガスチャネルを規定する、基板処理システム。
  13. 請求項１１に記載の基板処理システムであって、さらに、前記処理チャンバの上面に隣接して配置された逆円錐面を備え、前記逆円錐面は、前記ガススリットから流れる前記二次パージガスを外向き下方向に向け直す、基板処理システム。
  14. 請求項１１に記載の基板処理システムであって、さらに、前記ステム部分に対する前記カラーの位置を維持するために前記ステム部分の周りに配置されたスペーサを備える、基板処理システム。
  15. 請求項１４に記載の基板処理システムであって、前記スペーサは、
    前記円筒形ベース部分に隣接して配置された環状ベース部分と、
    前記カラーの前記半径方向内側の面を付勢するために上向きに伸びる複数のアームと、
    を備える、基板処理システム。
  16. 請求項１１に記載の基板処理システムであって、前記複数のガススリットは、前記カラーに沿って半径方向および軸方向に離間されている、基板処理システム。
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