(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体処理機器で使用するための２温度／複数プレナムシャワーヘッドを提供する。【解決手段】シャワーヘッド１００は、第１のプレナム容積部１０２と、第２のプレナム容積部１０４とフェイズプレート１１０と、プレナム分割体１０８を含み、複数の個別のガスを、シャワーヘッド内部でガスをほぼ分離させたままウェハ反応領域に供給する。さらに、シャワーヘッド１００は、シャワーヘッドのフェイスプレート１１０をシャワーヘッドの残りの部分よりもかなり高い温度で維持できるように構成する。【選択図】図１Ａ
2015015466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理機器で使用するためのシャワーヘッドであって、
第１のプレナム容積部と、
第２のプレナム容積部と、
フェイスプレートと、
プレナム分割体と
を備え、
前記プレナム分割体が、第１の面と、前記プレナム分割体の前記第１の面とは逆側の第２の面とを有し、
前記フェイスプレートが、第１の面と、前記フェイスプレートの前記第１の面とは逆側の第２の面とを有し、
第１のギャップを形成するように、前記フェイスプレートの前記第１の面が、前記プレナム分割体の前記第２の面に面し、前記プレナム分割体の前記第２の面から第１の距離だけずらして配され、
前記プレナム分割体の前記第１の面が、前記第１のプレナム容積部を部分的に画定し、
前記第２のプレナム容積部が、前記第１のギャップ内部で前記プレナム分割体と前記フェイスプレートとの間に位置し、
前記プレナム分割体が、複数の管状構造を含み、前記管状構造が、前記プレナム分割体の前記第２の面から第２の距離だけ突出し、各管状構造が、外面と、前記管状構造および前記プレナム分割体を通過する第１の貫通穴とを有し、
前記フェイスプレートが、複数の第２の貫通穴を含み、各第２の貫通穴が、前記複数の管状構造の異なる１つに対応し、前記対応する管状構造の前記外面から少なくとも第３の距離だけずれた内面を有し、
前記第１の距離が、前記第２の距離未満であり、
前記フェイスプレートが、前記プレナム分割体から実質的に伝熱的に隔離される、シャワーヘッド。
【請求項２】
請求項１、および３から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記フェイスプレートと前記プレナム分割体が、それらの間で０．０５Ｗ／（ｉｎ2Ｋ）以下の熱伝導率を有するように構成される、シャワーヘッド。
【請求項３】
請求項１、２、および４から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、さらに、
バックプレートを備え、
前記第１のプレナム容積部が、前記バックプレートによっても部分的に画定され、
前記バックプレートが、複数の内部冷却経路を含み、能動的に冷却されるように構成される、シャワーヘッド。
【請求項４】
請求項１から３、および５から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記プレナム分割体が、前記プレナム分割体の内部でクーラントを循環させるように構成された１つまたは複数の内部冷却経路を含む、シャワーヘッド。
【請求項５】
請求項１から４、および６から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
さらに、無線周波数発生器に接続され、かつ第１のガス入口に流体接続されたプラズマドームを備え、
前記第１のプレナム容積部が、前記プラズマドームによっても部分的に画定され、
前記プラズマドームおよびＲＦ発生器が、前記第１のガス入口からのガスを使用して前記第１のプレナム容積部の内部でプラズマを発生するように構成される、シャワーヘッド。
【請求項６】
請求項１から５、および７から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記フェイスプレートが、前記複数の第２の貫通穴に加えて、複数の追加の第２の貫通穴を有し、
前記複数の追加の第２の貫通穴が、対応する管状構造を有さない、シャワーヘッド。
【請求項７】
請求項１から６、および８から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記管状構造が実質的に円筒形であり、前記複数の第１の貫通穴と前記複数の第２の貫通穴が実質的に円形であり、各第２の貫通穴の内面と各対応する管状構造の外面との間のずれが、前記第２の貫通穴と前記対応する管状構造との間に環状ギャップ領域を生じる、シャワーヘッド。
【請求項８】
請求項１から７、および９から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記第３の距離が、約０．１インチ未満である、シャワーヘッド。
【請求項９】
請求項１から８、および１０から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記第３の距離が、約０．００５インチ〜０．０２０インチの間である、シャワーヘッド。
【請求項１０】
請求項１から９、および１１から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
各管状構造が、前記対応する第２の貫通穴の近傍の前記フェイスプレートの前記第２の面と実質的に面一の位置で終端する、シャワーヘッド。
【請求項１１】
請求項１から１０、および１２から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、さらに、
第１のガス入口と、
第２のガス入口と、を備え、
前記第１のガス入口が、前記第１のプレナム容積部にガスを供給するように構成され、
前記第２のガス入口が、前記第２のプレナム容積部にガスを供給するように構成され、
前記第２のガス入口が、実質的に管状であり、前記プレナム分割体を通過し、前記フェイスプレートの前記第１の面と前記プレナム分割体の前記第２の面との間にまたがり、
前記第２のガス入口が、複数の径方向ガス分散穴の円形アレイを有し、各径方向ガス分散穴が、前記第２のガス入口を前記第２のプレナム容積部と流体接続させる、シャワーヘッド。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、さらに、
１つまたは複数の低接触面積（ＬＣＡ）要素と、
内周を有する第１の低熱伝導バリアと、を備え、
前記１つまたは複数のＬＣＡ要素が、前記プレナム分割体に対して前記フェイスプレートを支持し、
前記第１の低熱伝導バリアが、前記第１のギャップをまたぐように、前記フェイスプレートと前記プレナム分割体との間に配されており、
前記第１の低熱伝導バリアが、前記第１の低熱伝導バリアの前記内周の内側に前記複数の第２の貫通穴が位置するように配される、シャワーヘッド。
【請求項１３】
請求項１２、および１４から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記フェイスプレートから前記シャワーヘッドの他の構成要素への前記熱伝導経路の実質的に全てが、前記１つまたは複数のＬＣＡ要素および前記第１の低熱伝導バリアによって提供される、シャワーヘッド。
【請求項１４】
請求項１２、１３、および１５から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記１つまたは複数のＬＣＡ要素が、前記第１の低熱伝導バリアに巡らせて間隔を空けて配置された複数のポストによって提供され、前記ポストが、前記フェイスプレートを張力下で支持するように構成される、シャワーヘッド。
【請求項１５】
請求項１２から１４、および１６から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
さらに、カラーを含み、前記カラーが、前記フェイスプレートから少なくとも第４の距離だけずらして配されたカラー内面を有し、前記フェイスプレートよりも小さい内部アパーチャを有し、前記１つまたは複数のＬＣＡ要素が、複数のＬＣＡボールによって提供され、前記ＬＣＡボールが、圧縮下で前記フェイスプレートの前記第２の面を支持し、前記ＬＣＡボールが、前記カラー内面と前記フェイスプレートとの間に位置する、シャワーヘッド。
【請求項１６】
請求項１２から１５のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
さらに、内周を有する第２の低熱伝導バリアを備え、
前記第２の低熱伝導バリアが、前記第１のギャップをまたぐように、前記フェイスプレートと前記プレナム分割体との間に配されており、
前記第１の低熱伝導バリアが、前記第２の低熱伝導バリアの前記内周の内側に配される、シャワーヘッド。
【請求項１７】
請求項１６、および１８から２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記フェイスプレートから前記シャワーヘッドの他の構成要素への前記熱伝導経路の実質的に全てが、前記１つまたは複数のＬＣＡ要素、前記第１の低熱伝導バリア、および前記第２の低熱伝導バリアによって提供される、シャワーヘッド。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載のシャワーヘッドであって、
第３のプレナム容積部が、前記フェイスプレートの前記第１の面、前記プレナム分割体の前記第２の面、前記第１の低熱伝導バリア、および前記第２の低熱伝導バリアによって少なくとも部分的に画定され、
前記フェイスプレートが、
複数の内部流路と、
前記フェイスプレートの前記第１の面にある複数の第３の穴と
を含み、
各第３の穴が、前記複数の内部流路の１つと前記フェイスプレートの前記第１の面との間をまたぎ、
各第３の穴が、前記第１の低熱伝導バリアと前記第２の低熱伝導バリアとの間の領域内で、前記フェイスプレートの前記第１の面に抜ける、シャワーヘッド。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシャワーヘッドであって、
前記第１のプレナム容積部、前記第２のプレナム容積部、および前記第３のプレナム容積部が全て、別個のガス入口から供給される、シャワーヘッド。
【請求項２０】
請求項１８、１９、２１、および２２のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記複数の第２の貫通穴が、前記複数の内部流路に交差し、それにより、前記複数の第２の貫通穴が、前記フェイスプレート内部の前記複数の内部流路と流体連絡する、シャワーヘッド。
【請求項２１】
請求項１８から２０のいずれか一項に記載のシャワーヘッドであって、
前記フェイスプレートが、さらに、前記フェイスプレートの前記第２の面に複数の第４の穴を含み、
各第４の穴が、前記複数の内部流路の１つと、前記フェイスプレートの前記第２の面との間をまたぐ、シャワーヘッド。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシャワーヘッドであって、
前記複数の第４の穴が、前記フェイスプレート内部の前記複数の第２の貫通穴から流体的に隔離される、シャワーヘッド。
【請求項２３】
反応チャンバと、
ウェハ支持体と、
シャワーヘッドと
を備える半導体処理装置であって、
前記シャワーヘッドが、
第１のプレナム容積部と、
第２のプレナム容積部と、
フェイスプレートと、
プレナム分割体と、を含み、
前記プレナム分割体が、第１の面と、前記プレナム分割体の前記第１の面とは逆側の第２の面とを有し、
前記フェイスプレートが、第１の面と、前記フェイスプレートの前記第１の面とは逆側の第２の面とを有し、
第１のギャップを形成するように、前記フェイスプレートの前記第１の面が、前記プレナム分割体の前記第２の面に面し、前記プレナム分割体の前記第２の面から第１の距離だけずらして配され、
前記プレナム分割体の前記第１の面が、前記第１のプレナム容積部を部分的に画定し、
前記第２のプレナム容積部が、前記第１のギャップ内部で前記プレナム分割体と前記フェイスプレートとの間に位置し、
前記プレナム分割体が、複数の管状構造を含み、前記管状構造が、前記プレナム分割体の前記第２の面から第２の距離だけ突出し、各管状構造が、外面と、前記管状構造および前記プレナム分割体を通過する第１の貫通穴とを有し、
前記フェイスプレートが、複数の第２の貫通穴を含み、各第２の貫通穴が、前記管状構造の異なる１つに対応し、前記対応する管状構造の前記外面から少なくとも第３の距離だけずれた内面を有し、
前記第１の距離が、前記第２の距離未満であり、
前記フェイスプレートが、前記プレナム分割体から実質的に伝熱的に隔離され、
前記半導体処理装置が、前記シャワーヘッドの前記フェイスプレートの前記第２の面が前記ウェハ支持体に面するように構成され、
前記ウェハ支持体が、前記反応チャンバ内部で半導体ウェハを支持するように構成される、半導体処理装置。
【請求項２４】
１つまたは複数の反応チャンバを備える半導体処理ツールであって、少なくとも１つの反応チャンバが、ウェハ支持体と、シャワーヘッドとを有し、
前記シャワーヘッドが、
第１のプレナム容積部と、
第２のプレナム容積部と、
フェイスプレートと、
プレナム分割体と、を含み、
前記プレナム分割体が、第１の面と、前記プレナム分割体の前記第１の面とは逆側の第２の面とを有し、
前記フェイスプレートが、第１の面と、前記フェイスプレートの前記第１の面とは逆側の第２の面とを有し、
第１のギャップを形成するように、前記フェイスプレートの前記第１の面が、前記プレナム分割体の前記第２の面に面し、前記プレナム分割体の前記第２の面から第１の距離だけずらして配され、
前記プレナム分割体の前記第１の面が、前記第１のプレナム容積部を部分的に画定し、
前記第２のプレナム容積部が、前記第１のギャップ内部で前記プレナム分割体と前記フェイスプレートとの間に位置し、
前記プレナム分割体が、複数の管状構造を含み、前記管状構造が、前記プレナム分割体の前記第２の面から第２の距離だけ突出し、各管状構造が、外面と、前記管状構造および前記プレナム分割体を通過する第１の貫通穴とを有し、
前記フェイスプレートが、複数の第２の貫通穴を含み、各第２の貫通穴が、前記管状構造の異なる１つに対応し、前記対応する管状構造の前記外面から少なくとも第３の距離だけずれた内面を有し、
前記第１の距離が、前記第２の距離未満であり、
前記フェイスプレートが、前記プレナム分割体から実質的に伝熱的に隔離され、
前記半導体処理ツールが、前記シャワーヘッドの前記フェイスプレートの前記第２の面が前記ウェハ支持体に面するように構成され、
前記ウェハ支持体が、前記少なくとも１つの反応チャンバ内部で半導体ウェハを支持するように構成される、半導体処理ツール。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体処理機器において、シャワーヘッドは、所望の様式で、たとえば均等に分散された様式で半導体ウェハにわたってプロセスガスを分散させるために使用されることがよくある。そのようなシャワーヘッドは、典型的には、シャワーヘッドの外側に通じる複数のガス分散穴を備えるフェイスプレートによって画定されるプレナムを含む。フェイスプレートは、典型的には、半導体処理または反応チャンバ内部のウェハ反応領域に面し、ウェハは、通常は、処理チャンバ内部でフェイスプレートの下に配置され、たとえばフェイスプレートの下の位置にウェハを支持するウェハ支持体またはペデスタル（台座）上に配置される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
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、本明細書における記載、図面、および特許請求の範囲から明らかであろう。以下の図の相対寸法は、縮尺通りの図面であることが特に明記されていない限り、縮尺通りには描かれていないことがあることに留意されたい。
【０００３】
いくつかの実装形態では、半導体処理機器で使用するためのシャワーヘッドが提供される。このシャワーヘッドは、第１のプレナム容積部と、第２のプレナム容積部と、フェイスプレートと、プレナム分割体とを含むことがある。プレナム分割体は、第１の面と、プレナム分割体の第１の面とは逆側の第２の面とを有することがあり、フェイスプレートは、第１の面と、フェイスプレートの第１の面とは逆側の第２の面とを有することがある。第１のギャップを形成するように、フェイスプレートの第１の面は、プレナム分割体の第２の面に面し、プレナム分割体の第２の面から第１の距離だけずらして配されることがある。プレナム分割体の第１の面は、第１のプレナム容積部を部分的に画定することがあり、第２のプレナム容積部は、第１のギャップ内部でプレナム分割体とフェイスプレートとの間に位置することがある。プレナム分割体は、複数の管状構造を含むことがあり、管状構造は、プレナム分割体の第２の面から第２の距離だけ突出し、各管状構造が、外面と、管状構造およびプレナム分割体を通過する第１の貫通穴とを有する。さらに、フェイスプレートは、複数の第２の貫通穴を含むことがあり、各第２の貫通穴が、管状構造の異なる１つに対応し、対応する管状構造の外面から少なくとも第３の距離だけずれた内面を有する。第１の距離は、第２の距離未満であることがあり、フェイスプレートは、プレナム分割体から実質的に伝熱的に隔離されることがある。
【０００４】
いくつかの実装形態では、フェイスプレートとプレナム分割体は、それらの間で０．０５Ｗ／（ｉｎ2Ｋ）以下の熱伝導率を有するように構成されることがある。
【０００５】
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、さらにバックプレートを含むことがある。そのような実装形態では、第１のプレナム容積部は、バックプレートによっても部分的に画定されることがあり、バックプレートは、複数の内部冷却経路を含むことがあり、能動的に冷却される（actively cooled）ように構成されることがある。
【０００６】
いくつかの実装形態では、プレナム分割体は、プレナム分割体の内部でクーラントを循環させるように構成された１つまたは複数の内部冷却経路を含むことがある。
【０００７】
いくつかの実装形態では、シャワーヘッドは、さらに、無線周波数発生器に接続され、かつ第１のガス入口に流体接続されたプラズマドームを含むことがある。また、第１のプレナム容積部は、プラズマドームによっても部分的に画定されることがあり、プラズマドームおよびＲＦ発生器は、第１のガス入口からのガスを使用して第１のプレナム容積部内部でプラズマを発生させるように構成されることがある。
【０００８】
いくつかの実装形態では、フェイスプレートは、複数の第２の貫通穴に加えて、複数の第３の貫通穴を有することがあり、第３の貫通穴は、対応する管状構造を有さないことがある。
【０００９】
いくつかの実装形態では、管状構造は、実質的に円筒形でよく、複数の第１の貫通穴と複数の第２の貫通穴は、実質的に円形でよく、各第２の貫通穴の内面と各対応する管状構造の外面との間のずれが、第２の貫通穴と対応する管状構造との間に環状ギャップ領域を生じることがある。
【００１０】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、第３の距離は、約０．１インチ未満であることがある。シャワーヘッドの他の実装形態では、第３の距離は、約０．００５インチ〜０．０２０インチの間であることがある。
【００１１】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、各管状構造は、対応する第２の貫通穴の近傍のフェイスプレートの第２の面と実質的に面一の位置で終端することがある。
【００１２】
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、第１のガス入口と、第２のガス入口とを含むことがある。第１のガス入口は、第１のプレナム容積部にガスを供給するように構成されることがあり、第２のガス入口は、第２のプレナム容積部にガスを供給するように構成されることがある。第２のガス入口は、実質的に管状でよく、プレナム分割体を通過することがあり、フェイスプレートの第１の面とプレナム分割体の第２の面との間にまたがることがある。また、第２のガス入口は、複数の径方向ガス分散穴の円形アレイを有することもあり、各径方向ガス分散穴が、第２のガス入口を第２のプレナム容積部と流体接続させる。
【００１３】
いくつかの実装形態では、シャワーヘッドは、さらに、１つまたは複数の低接触面積（ＬＣＡ）要素と、内周を有する第１の低熱伝導バリアとを含むことがある。１つまたは複数のＬＣＡ要素は、プレナム分割体に対してフェイスプレートを支持することがあり、第１の低熱伝導バリアは、第１のギャップをまたぐように、フェイスプレートとプレナム分割体との間に配されていることがある。第１の低熱伝導バリアは、第１の低熱伝導バリアの内周の内側に複数の第２の貫通穴および複数の第３の貫通穴が位置するように配されることがある。
【００１４】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、フェイスプレートからシャワーヘッドの他の構成要素への熱伝導経路の実質的に全てが、１つまたは複数のＬＣＡ要素および第１の低熱伝導バリアによって提供されることがある。
【００１５】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、１つまたは複数のＬＣＡ要素は、第１の低熱伝導バリアに巡らせて間隔を空けて配置された複数のポストによって提供されることがあり、ポストは、フェイスプレートを張力下で支持するように構成される。
【００１６】
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、さらにカラーを含むことがあり、カラーは、少なくとも第４の距離だけフェイスプレートからずらして配されたカラー内面を有し、フェイスプレートよりも小さい内部アパーチャを有する。１つまたは複数のＬＣＡ要素は、圧縮下でフェイスプレートの第２の面を支持する複数のＬＣＡボールによって提供されることがある。ＬＣＡボールは、カラー内面とフェイスプレートとの間に位置することがある。
【００１７】
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、内周を有する第２の低熱伝導バリアを含むことがある。第２の低熱伝導バリアは、第１のギャップをまたぐように、フェイスプレートとプレナム分割体との間に配されていることがあり、第１の低熱伝導バリアは、第２の低熱伝導バリアの内周の内側に位置することがある。
【００１８】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、フェイスプレートからシャワーヘッドの他の構成要素への熱伝導経路の実質的に全てが、１つまたは複数のＬＣＡ要素、第１の低熱伝導バリア、および第２の低熱伝導バリアによって提供されることがある。
【００１９】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、第３のプレナム容積部が、フェイスプレートの第１の面、プレナム分割体の第２の面、第１の低熱伝導バリア、および第２の低熱伝導バリアによって少なくとも部分的に画定されることがある。また、フェイスプレートは、複数の内部流路と、フェイスプレートの第１の面にある複数の第３の穴とを含むこともある。そのような実装形態では、各第３の穴が、複数の内部流路の１つと、フェイスプレートの第１の面との間をまたぐことがあり、各第３の穴が、第１の低熱伝導バリアと第２の低熱伝導バリアとの間の領域内で、フェイスプレートの第１の面に抜けることがある。
【００２０】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、第１のプレナム容積部、第２のプレナム容積部、および第３のプレナム容積部が全て、別個のガス入口から供給されることがある。
【００２１】
シャワーヘッドのいくつかの実装形態では、複数の第２の貫通穴は、複数の内部流路に交差することがあり、それにより、複数の第２の貫通穴は、フェイスプレート内部の複数の内部流路と流体連絡することがある。
【００２２】
いくつかの実装形態では、フェイスプレートは、さらに、フェイスプレートの第２の面に複数の第４の穴を含むことがあり、各第４の穴が、複数の内部流路の１つと、フェイスプレートの第２の面との間をまたぐことがある。いくつかのそのような実装形態では、複数の第４の穴は、フェイスプレート内部の複数の第２の貫通穴から流体的に隔離されることがある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図である。
【００２４】
【図１Ｂ】１つまたは複数の冷却経路を設けられた図１Ａの複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図である。
【００２５】
【図２】複数プレナム／２温度シャワーヘッドの別の例の概念的な断面概略図である。
【００２６】
【図３Ａ】３つのプレナムを備える複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図である。
【００２７】
【図３Ｂ】ガスの流れが示された、図３Ａの例示的な複数プレナム／２温度シャワーヘッドの概念的な断面概略図である。
【００２８】
【図４】プラズマドームと連係された、複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図である。
【００２９】
【図５Ａ】２プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の斜視図である。
【００３０】
【図５Ｂ】図５Ａからの２プレナム／２温度シャワーヘッドの例の斜視断面図である。
【００３１】
【図５Ｃ】破線の長方形で囲まれた図５Ａの部分の詳細図である。
【００３２】
【図５Ｄ】図５Ａからの２プレナム／２温度シャワーヘッドの例の３次元分解断面図である。
【００３３】
【図５Ｅ】図５Ｄの一部の詳細図である。
【００３４】
【図６Ａ】３プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の斜視図である。
【００３５】
【図６Ｂ】図６Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の斜視断面図である。
【００３６】
【図６Ｃ】破線の長方形で囲まれた図６Ａの部分の詳細図である。
【００３７】
【図６Ｄ】図６Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の３次元分解断面図である。
【００３８】
【図７Ａ】３プレナム／２温度シャワーヘッドの別の例の斜視図である。
【００３９】
【図７Ｂ】図７Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の斜視図である。
【００４０】
【図７Ｃ】破線の長方形で囲まれた図７Ａの部分の詳細図である。
【００４１】
【図７Ｄ】図７Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の３次元分解断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１Ａ〜図４は、縮尺通りには描かれていないことがある。図５Ａ〜図７Ｄは、縮尺通りに描かれている。
【００４３】
様々な実装形態の例を添付図面に示し、以下にさらに述べる。本明細書における論述は、説明する特定の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開示の精神および範囲内に含まれ得るものとして代替形態、修正形態、および均等形態を網羅することが意図される。以下の説明では、本開示を完全に理解できるように、いくつかの特定の詳細を述べる。本開示は、それらの特定の詳細のいくつかまたは全てを伴わずに実施することもできる。なお、他の例では、本開示を不要に曖昧にしないように、周知のプロセス操作については詳細には述べていない。
【００４４】
本明細書では、様々な設計概念を例示する様々な半導体処理シャワーヘッド設計を述べる。これらの設計概念は、２つ以上のプロセスガスのうちの少なくとも２つをシャワーヘッド内部で実質的に異なる温度で保ちながら、２つ以上のプロセスガスをウェハ反応領域に個別に提供することが可能なシャワーヘッドを提供するように、様々な様式で組み合わせることができる。
【００４５】
図面および本開示における論述の多くで、いくつかの慣例を採用している。たとえば、様々な箇所で、「容積部（volume）」、たとえば「プレナム容積部」に言及する。この容積部は、一般的に、様々な図中に破線、点線、一点鎖線を使用して示されることがある。そのような線は、そのような容積部の概略を表し、実際の容積部は、たとえばそれらの容積部を画定する様々な固体表面まで延びていることがあることを理解されたい（見やすくするために、図中でそのような容積部を表す線は、所与の容積部のいくつかの部分を画定することがある様々な構造からわずかにずらされている）。様々なより小さい容積部、たとえば、それ以外の位置では中実のプレナム容積部境界面を通って延びるガス入口または他の穴が、プレナム容積部に流体接続されることがある。
【００４６】
さらに、図面は、特定の図中に複数の同様の構造を示すことがよくある。紙面の都合上、図中の特定の要素の各例に符号を付けることは、一般に可能でない。したがって、ある要素が図中に複数示されることがあるが、１つまたは２つにしか符号が付されていないことがある。所与の図中で符号付きの構造または要素と同様の符号付きでない構造または要素も、その符号に対応するものと認識すべきであることを理解されたい。
【００４７】
「上方」、「上」、「下方」、「下」など相対的な用語の使用は、シャワーヘッドの通常使用中の構成要素の向き、すなわちウェハ処理操作中にウェハに向けて下向きにガスを分散するようにシャワーヘッドが向けられた状態での構成要素の向きに関する、それらの構成要素の空間的な関係を表すものと解釈すべきであることを理解されたい。同様に、「張力下」または「圧縮下」などの用語は、シャワーヘッドが通常使用されているときの構成要素の状態を表すものと理解されたい。
【００４８】
また、本明細書において、「熱伝導」経路に言及するとき、そのような言及は、たとえばシャワーヘッド内部に存在し得る気体環境を通る熱伝導ではなく、物理的な構造的特徴によって提供される熱伝導経路を表すことを理解されたい。
【００４９】
図１Ａは、複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図を示す。シャワーヘッド１００は、第１のプレナム容積部１０２と第２のプレナム容積部１０４を含む複数のプレナム容積部を含むことがある。プレナム分割体１０８が、第１のプレナム容積部１０２と第２のプレナム容積部１０４との間に配されることがあり、それにより、プレナム分割体１０８の第１の面１１２が、第１のプレナム容積部１０２を少なくとも部分的に画定し、プレナム分割体１０８の第２の面１１４が、第２のプレナム容積部１０４を少なくとも部分的に画定する。
【００５０】
第１のプレナム容積部１０２は、第１のプレナム容積部１０２の内部にプロセスガスを閉じ込めるように設計されたバックプレート１８２または他の構造、たとえばプラズマドームによってさらに画定されることがある。バックプレートは、１つまたは複数の第１のガス入口１４４を有することがあり、第１のガス入口１４４は、第１のプレナム容積部１０２内に第１のプロセスガスを送給するように構成される。
【００５１】
第２のプレナム容積部１０４は、第１の面１１６と第２の面１１８を有するフェイスプレート１１０によってさらに画定されることがある。フェイスプレート１１０の第１の面１１６は、第１のギャップ１２８を定義する第１の距離１２０だけ、プレナム分割体１０８の第２の面１１４からずらして配されることがある。第２のプレナム容積部１０４は、第１の低熱伝導バリア１５４、たとえばリング形状の薄い金属シールによってさらに画定されることがある。フェイスプレートの第１の面１１６と、プレナム分割体１０８の第２の面１１４との間で第１の低熱伝導バリア１５４を圧縮して、シールを形成することができる。第１の低熱伝導バリア１５４および任意の同様のバリアによって提供されるシールによって、周囲雰囲気条件と真空条件との間の圧力差に対する封止が可能であることがあるが、半導体処理環境内で使用される圧力はかなり低いので、第１の低熱伝導バリア１５４は、より低い封止性を提供するように選択されてもよく、たとえば、周囲雰囲気条件と真空との間の圧力差に対する封止は可能ではないが、より低圧のウェハ処理操作中に受ける圧力差、すなわち低い圧力差に対しては第２のプレナム容積部１０４を実質的に封止することが可能であるものでもよい。
【００５２】
第１の低熱伝導バリア、および本明細書で提供される例で使用される他の可能な低熱伝導バリアは、（低熱伝導バリアを通る第１のプレナム容積部または他のプレナム容積部からのガス流を防止または阻止するために）ガス流に対して実質的に不浸透性であり、かつ低い熱伝導率を有する様々な構造の任意のものを使用して提供することができることを理解されたい。図示される例では、低熱伝導バリアは、（径方向断面で）熱流路を提供し、この熱流路は、高い長さ対幅（したがって断面積）の比を有し、これは、たとえば、ガスプレナムを通常画定するＯリングまたは固体構造要素など他の可能なバリアと比較して、熱伝導率を大幅に減少させる。
【００５３】
低熱伝導バリアは、シャワーヘッドの環境条件（温度や化学的環境など）に適した低熱伝導率の材料から形成することができ、そのような材料は、たとえば、ステンレス鋼、またはインコネルなど高Ｎｉ含有量の鋼合金であり、これらは、半導体処理環境に耐えることができ、またＡｌ合金に比べて低い熱伝導率を提供する。低熱伝導バリアを形成することができる別の可能な材料は、タングステンである。
【００５４】
低熱伝導バリアは環状シールの形態を取ることがあるが、低熱伝導バリアの多くの断面幾何形状が使用され得る。たとえば、図示されるシールは、概して「Ｍ」字形または「Ｗ」字形のシールとして表されることがある断面形状を有するが、「Ｓ」字形、「Ｃ」字形、「Ｎ」もしくは「Ｚ」字形、または「Ｖ」字形の断面形状、および任意の特定のアルファベットに対応しない断面形状が使用されてもよい。一般的に言って、低熱伝導バリアは、蛇行経路に従い、それ自体に接触しない断面を有することがある。したがって、そのような低熱伝導バリアは、低熱伝導バリア断面の蛇行長さよりもかなり小さいギャップをまたぐことがある。したがって、ギャップにわたる低熱伝導バリアの熱抵抗は、低熱伝導バリアができるだけ短い場合の抵抗、すなわちフェイスプレートとプレナム分割体との間のギャップをまたぐのにちょうど足りる長さの場合の抵抗よりもかなり高い。
【００５５】
いくつかの実装形態では、低熱伝導バリアの蛇行長さは、０．５〜１．５インチ程度でよく、低熱伝導バリア材料の厚さは、０．００３〜０．００９インチ程度でよい。さらに、いくつかの実装形態では、低熱伝導バリアは、フェイスプレートの総表面積の約１％以下にしか接触しないことがある。
【００５６】
第２のプレナム容積部１０４は、第２のガス入口１４６と流体接続されることがある。図示される例では、第１のガス入口１４４と第２のガス入口１４６が同軸に配置され、第２のガス入口１４６が、中心にあり、プレナム分割体１０８を通過し、第２のプレナム容積部１０４内に突出する。径方向ガス分散穴１５０の円形アレイが、第２のプレナム容積部１０４内に突出する第２のガス入口１４６の部分の外周に巡らせて間隔を空けて配置されることがあり、第２のガス入口１４６を通って流れるガスが、実質的に径方向で対称的に第２のプレナム容積部１０４内に流れることができるようにする。第２のガス入口１４６は、フェイスプレート１１０で終端することがあり、または図示されるようにフェイスプレート１１０に到達する前に終端することがある（したがってフェイスプレート１１０に接触しないことがある）。
【００５７】
第１のプロセスガス入口１４４内に流れるガスは、第１のガス入口１４４と第２のガス入口１４６との間の環状空間を通り、次いで第１のプレナム容積部１０２内に流れることができる。図示される同軸構成の代わりに他のガス入口構成が使用されることもある。たとえば、図示される同軸構成は、中心−縁部供給型のプレナムに適していることがあるが、他のシャワーヘッド幾何形状は、縁部−中心供給型のプレナムを利用することがあり、この場合には、ガス入口の１つまたは複数がシャワーヘッドの外周縁付近に位置することがある。
【００５８】
フェイスプレート１１０は、シャワーヘッド１００の他の構成要素から実質的に熱的に隔離されることがある。たとえば、フェイスプレート１１０は、他の構成要素との部品間接触が最小限であることがあり、フェイスプレートとシャワーヘッド１００の残りの要素との間の伝導伝熱を減少させる、または最小限にする。理想的な場合には、フェイスプレート１１０は、シャワーヘッド１００内の他の構成要素に対して空間内で浮動する。しかし、実用を考慮すると、フェイスプレート１１０とシャワーヘッド１００の他の構成要素とのいくらかの接触が存在することが必要とされる。たとえば、フェイスプレート１１０を空間内で物理的に支持しなければならず、また、第１のギャップ１２８内で第２のプレナム容積部１０４を部分的に画定するために、ある種の構造が必要とされることがある。いくつかの実装形態では、フェイスプレートは、１つまたは複数の電極、あるいは電流供給源を必要とする他のデバイスを含むこともある。そのような実装形態では、フェイスプレート１１０とシャワーヘッド１００の他の構成要素との間に１つまたは複数の導電性接点を提供することが望ましいことがあり、またはその必要があることがある。フェイスプレート１１０とシャワーヘッド１００の残りの要素との間の任意のそのような接続は、フェイスプレート１１０とシャワーヘッド１００の残りの要素との間の伝熱経路として働くことがある。
【００５９】
一般的に言って、フェイスプレート１１０とシャワーヘッド１００の残りの要素、たとえば低熱伝導バリアおよび低接触面積（ＬＣＡ）要素とを接続する構造の総計の熱伝導率は、１Ｗ／（ｉｎ2Ｋ）程度となることがある多くの従来のフェイスプレートで見られるＯリングシールまたは金属間接点の熱伝導率に比べて、約０．０５Ｗ／（ｉｎ2Ｋ）の値に制約することができる。この制約に従うことができるシャワーヘッドを実装する多くの方法があり得る。図示される設計は１つの手法のみを示すが、他の手法も本開示の範囲内にあることを理解されたい。
【００６０】
図１Ａで、フェイスプレート１１０は、複数のＬＣＡ要素１５２によって支持される。図示される例では、ＬＣＡ要素１５２は、ＬＣＡボールの使用によって提供され、ＬＣＡボールは、フェイスプレート１１０と、プレナム分割体１０８に接続されたカラー１７０との間に配された球状ボール１６８である。フェイスプレート１１０がカラー１７０に対して径方向に摺動するのを実質的に防止するために、球状ボール１６８は、フェイスプレート１１０およびカラー１７０にある溝または凹部に嵌められることがある。球状ボール１６８は、フェイスプレート１１０の重量によって圧縮を受けることがあり、また任意の生じ得るばね力を受けることもあり、そのようなばね力は、カラー１７０がシャワーヘッド１００に取り付けられるときにフェイスプレート１１０とプレナム分割体１０８との間で圧縮されることがある第１の低熱伝導バリア１５４または他の構成要素によって提供される。球状ボール１６８に対する圧縮負荷は、実質上、球状ボール１６８がフェイスプレート１１０またはシャワーヘッド１００の残りの要素に接触する位置での点負荷または縁部負荷として球状ボール内に伝達されることがある。これらの圧縮負荷経路は伝熱経路として働くこともあるが、接触パッチでのそのような経路の断面積が非常に小さいので、そのような経路の熱伝導率は非常に小さいことがある。ＬＣＡ要素１５２は、フェイスプレート１１０をカラー１７０のカラー表面から第４の距離１２６だけ離して配置するように働くことがある。
【００６１】
また、望みであれば非球状のボールを使用することもできるが、そのようなＬＣＡ要素１５２は、接触面積が、フェイスプレート１１０およびシャワーヘッド１００の残りの構成要素に対するボールの向きに依存することがあるので、使用がより難しいことがある。当然、小さな断面積のポストや縁部接点など、ＬＣＡボール以外の他のＬＣＡ要素１５２が使用されてもよい。そのような要素は、カラー１７０に機械加工されることがある。
【００６２】
上述した構造は、第１のプレナム容積部１０２および第２のプレナム容積部１０４、ならびに両方のプレナム容積部へのガス入口を提供する。次に、各プレナム容積部からウェハ反応領域への、すなわちシャワーヘッド１００の下でのガス分散を容易にする構造および特徴について論じる。
【００６３】
プレナム分割体１０８は、プレナム分割体１０８の第２の面１１４から突出する複数の管状構造１３２を含むことがある。管状構造１３２は、プレナム分割体１０８の全体の構造と連続していてよく、たとえばプレナム分割体１０８と管状構造１３２が全て共通の材料ビレットから機械加工されることがあり、または単一の鋳造もしくは成形部品から製造されることがあり、あるいは別個の構造でもよく、たとえばプレナム分割体１０８に蝋付け、拡散結合、接着、圧入、または他の形で装着された管でよい。管状構造１３２はそれぞれ、外面１３４と、第１の貫通穴１３６とを有することがある。管状構造１３２は、プレナム分割体１０８の第２の面１１４から第２の距離１２２だけ突出することがある。第２の距離１２２は、第１の距離１２０よりも長い。
【００６４】
フェイスプレート１１０も、複数の第２の貫通穴１３８を有することがある。第２の貫通穴１３８は、管状構造１３２よりも大きくサイズ設定されることがある。たとえば、管状構造１３２の外面１３４と第２の貫通穴１３８の内面１４２との間に、少なくとも第３の距離１２４のずれ（一定または不定）が存在することがある。このずれは、円形の管状構造１３２および円形の第２の貫通穴１３８の場合には、管状構造１３２と第２の貫通穴１３８との間に環状ギャップ１３０を形成することがある。不定の第３の距離１２４を有する実装形態では、第３の距離１２４は、各管状構造１３２および第２の貫通穴１３８に関して変わることがある。たとえば、通常の製造公差により、第２の貫通穴１３８に対して配する際に管状構造が何らかの相対的な不一致となることがある。代替または追加として、管状構造１３２と第２の貫通穴１３８との間の公称のずれは、管状構造１３２の位置に応じて変化するように設定されることがある。たとえば、シャワーヘッド１００は、フェイスプレート１１０の中心付近よりもフェイスプレート１１０の周縁付近の管状構造に関して第３の距離１２４を大きくすることができるように設計されることがある。これは、各第２の貫通穴１３８を通して送給される流量を径方向位置に応じて調整できるようにすることがある。
【００６５】
いくつかの実装形態では、第２の距離１２２は、第１の距離１２０よりも長いだけでなく、対応する第２の貫通穴１３８の近傍におけるフェイスプレート１１０の第２の面１１８と実質的に面一の位置で各管状構造１３２が終端するように十分に長い。しかし、いくつかの他の実装形態では、管状構造１３２は、第２の貫通穴１３８の内部の位置で終端することがあり、またはフェイスプレート１１０の第２の面１１８を越えた位置で終端することがある。
【００６６】
図１Ｂは、１つまたは複数の冷却経路を設けられた図１Ａの複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図を示す。これらの経路を本明細書では「冷却」経路と呼ぶが、そのような言及は、加熱のためまたはより一般的に温度制御のためにそのような経路が使用されることがある実装形態を包含するものと意図されることを理解されたい。したがって、シャワーヘッド温度を上昇または下降させるために、冷却経路を通して流体を流すことができる。見て分かるように、第１のプレナム１０２は、プレナム分割体１０８を通してクーラントを循環させることができる冷却経路１７８の使用により、冷却されることがある。代替実装形態は、プレナム分割体１０８の内部で循環されるクーラントに加えて、またはその代替として、バックプレート１８２を通してクーラントを循環させることができる冷却経路（図示せず）を提供することがある。そのような構成は、半導体処理操作中に第２のプレナム容積部を能動的に冷却できるようにすることがある。同時に、フェイスプレート１１０とシャワーヘッド１００の残りの要素との間の減少された伝熱経路により、フェイスプレート１１０は、そのような冷却経路によってもたらされる冷却による影響を比較的受けないことがある。これは、フェイスプレート１１０を、場合によってはシャワーヘッド１００の残りの要素よりもはるかに高温で維持できるようにし、したがって、第２のプレナム容積部１０４内のガスを、場合によっては第１のプレナム容積部１０２内のガスが維持されるよりもはるかに高温で維持できるようにする。さらに、フェイスプレート１１０の第２の面１１８を、反応領域内の他の表面よりもはるかに高い温度で維持し、したがってより高品質の堆積をウェハ上に提供することができる。
【００６７】
図２は、複数プレナム／２温度シャワーヘッドの別の例の概念的な断面概略図を示す。図２で、シャワーヘッド２００の全体的な構造は、図１Ａおよび図１Ｂのシャワーヘッド１００の全体的な構造と同様である。以下に論じる図２の特有の構造、要素、および特徴を除いて、図１Ａおよび図１Ｂの構造、要素、および特徴と下２桁が同じ符号を付された図２の構造、要素、または特徴は、上述した図１Ａおよび図１Ｂのそれらの対応する構造、要素、または特徴と実質的に同一であり得ることを理解されたい。繰返しを避けるために、そのような要素の説明については上記の論述を参照されたい。
【００６８】
シャワーヘッド２００とシャワーヘッド１００の１つの相違点は、シャワーヘッド２００のフェイスプレート２１０が、圧縮支持ではなく張力支持を使用して支持されることである。図２に示されるように、回転可能なカムロック２６２、すなわちカム機構を介してポスト２６０と係合するように構成された受取部を有する円筒体の径方向アレイが、プレナム分割体２０８の周縁（またはシャワーヘッド２００の他の部分）に巡らせて位置することがある。ポスト２６０は、たとえば碍子２６６およびばね２６４を介してフェイスプレート２１０と接続されることがある。ばね２６４は、コイルばねでよく、または何らかの他の機構によって提供されることがあり、そのような機構は、たとえば、各ポスト２６０の周りに交互の向きで配置されたベルヴィルワッシャのスタックである。碍子２６６は、フェイスプレート２１０の内部に埋め込まれることがあり、または他の形でフェイスプレート２１０に接続されることがある。碍子２６６は、形態的特徴部、たとえば内部突起またはショルダを有することがあり、これらは、ポスト２６０がフェイスプレート２１０から引き離されるときに、ばね２６４を圧縮するように働くことがある。また、碍子２６６は、フェイスプレート２１０から突出することもある。ポスト２６０がその対応するカムロック２６２と係合され、対応するカムロック２６２が回転されるとき、カムロック２６２は、ポスト２６０および最初はフェイスプレート１１０をプレナム分割体２０８に向けて引くことを試みることがある。ポスト２６０およびフェイスプレート１１０が、最終的に十分な距離だけプレナム分割体に向けて引かれると、碍子２６６は、プレナム分割体２０８（または他の構造）に接触することがあり、ポスト２６０の残りの移動は、主にばね２６８の圧縮によって対処されることがある。したがって、ポスト２６０は、張力を受けることがある。
【００６９】
シャワーヘッドの残りの要素に対するフェイスプレートの任意の支持が、張力と圧縮応力の何らかの組合せを含むことを理解されたい。そのような支持が「張力下」であると言う場合、そのような支持は、フェイスプレート支持に起因する平均最大応力が張力の性質を有する構造的構成、たとえば図２のカムロック／ポスト構成での構造的構成を含むことを理解されたい。逆に、そのような支持が「圧縮下」であると言う場合、そのような支持は、フェイスプレート支持に起因する平均最大応力が圧縮力の性質を有する構造的構成、たとえば図１Ａおよび図１Ｂの球状ボール構成での構造的構成を含むことを理解されたい。
【００７０】
見て分かるように、カラー２７０は、フェイスプレート２１０の近傍にある段差付きショルダの形状を有さず、フェイスプレート２１０の直径よりも小さい内径に狭まるテーパ付きのショルダを有する点で、カラー１７０とわずかに異なる。他の実装形態では、カラー２７０は、存在しないことがあり、またはフェイスプレート２１０の外径よりも大きい内径を有することがある。カラー２７０または異なる設計のカラーは、使用される場合に、フェイスプレート２１０から少なくとも第４の距離２２６だけずらして配されることがある。このギャップは、断熱部として働くことがあり、フェイスプレート２１０とカラー２７０との間の直接の熱伝導接触を防止する。
【００７１】
図３Ａは、３つのプレナムを備える複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図を示す。図３Ｂは、ガスの流れが示された、図３Ａの例示的な複数プレナム／２温度シャワーヘッドの概念的な断面概略図を示す。図１Ａ、図１Ｂ、および図２では、図示されるシャワーヘッドは、送給前にシャワーヘッド内部でガス同士を混合することなく、２つの異なるプロセスガスをウェハ反応領域に送給するように構成された２プレナムシャワーヘッドである。しかし、本明細書で述べる２温度シャワーヘッドの概念は、３つ以上のプレナムを有するシャワーヘッドに適用することもできる。図３Ａおよび図３Ｂは、１つのそのようなシャワーヘッドの一例を示す。
【００７２】
図３Ａおよび図３Ｂにおいて、シャワーヘッド３００の全体的な構造は、図２のシャワーヘッド２００の全体的な構造と同様である。以下に論じる図３Ａおよび図３Ｂの特有の構造、要素、および特徴を除いて、図２の構造、要素、および特徴と下２桁が同じ符号を付された図３Ａおよび図３Ｂの構造、要素、または特徴は、上述した図２のそれらの対応する構造、要素、または特徴と実質的に同一であり得ることを理解されたい。繰返しを避けるために、そのような要素の説明については上記の論述を参照されたい。
【００７３】
第１のプレナム容積部３０２および第２のプレナム容積部３０４に加えて、シャワーヘッド３００は、第３のプレナム容積部３０６も含み、第３のプレナム容積部３０６は、第１の低熱伝導バリア３５４と第２の低熱伝導バリア３５６との間に位置し、かつプレナム分割体３０８とフェイスプレート３１０との間に位置する。図示される第２の低熱伝導バリア３５６は、この例では、第１の低熱伝導バリア３５４よりも直径が大きい。
【００７４】
第３のプレナム容積部３０６にガスを提供するように第３のガス入口３４８を構成することができる。複数の第３の穴３４０が、第３のプレナム容積部３０６をフェイスプレート３１０内部の内部流路３７４と流体連絡させることができる。この例におけるように、内部流路３７４は、フェイスプレート３１０の内部で第２の貫通穴３３８から流体的に隔離されることがある。この例では、内部流路３７４は、第４の穴３７６と流体接続されることがあり、第４の穴３７６は、内部流路３７４に送給される第３のプロセスガスをシャワーヘッド３００の下のウェハ反応領域に送給できるようにすることがある。
【００７５】
図示される例では、第３のガス入口３４８は、フェイスプレート３１０の周縁付近に位置し、したがって、「縁部供給型のガス送給」と呼ばれることがある。他の実装形態では、第３のガス入口３４８は、たとえば第１のガス入口３４４および第２のガス入口３４６を提供する同軸ガス入口構成の一部として、シャワーヘッド３００の中心付近での追加の同軸ガス入口によって提供されることがある。「中心供給型のガス送給」と呼ばれるそのような実装形態では、第２の低熱伝導バリア３５６は、フェイスプレート３１０およびプレナム分割体３０８の中心付近に位置する（第１の低熱伝導バリア３５４よりも直径がかなり小さい）ことがある。一般的に言って、本明細書で開示する熱隔離構造およびストラテジに適合する本明細書で述べるシャワーヘッドと共に使用することができる様々なガスに関して、様々な構成の縁部供給型／中心供給型のガス送給を使用することができる。
【００７６】
図３Ｂに見られるように、第１のガス入口３４４、第２のガス入口３４６、および第３のガス入口３４８に流されるプロセスガスは、ガスがウェハ反応領域３８０内に解放されるまで、実質的に分離された流れでシャワーヘッドを通って流れることができる。これは、ウェハ反応領域３８０への送給前に、シャワーヘッド内部でプロセスガスが混合するのを実質的に防止することができる。そのような流れ分離手法は、シャワーヘッド内部でのプロセスガスの早期の反応（これは、望ましくない堆積または他の副作用を引き起こすことがある）を防止することができる。さらに、流れ分離手法は、少なくとも２つのプロセスガスを、それらのガスがウェハ反応領域３８０に送給されるまで、全く異なる温度で維持できるようにすることがある。
【００７７】
図４は、プラズマドームと連係された、複数プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の概念的な断面概略図を示す。図４で、シャワーヘッド３００の全体的な構造は、図３Ａおよび図３Ｂのシャワーヘッド３００の全体的な構造と同様である。以下に論じる図４の特有の構造、要素、および特徴を除いて、図３Ａおよび図３Ｂの構造、要素、および特徴と下２桁が同じ符号を付された図４の構造、要素、または特徴は、上述した図３Ａおよび図３Ｂのそれらの対応する構造、要素、または特徴と実質的に同一であり得ることを理解されたい。繰返しを避けるために、そのような要素の説明については上記の論述を参照されたい。
【００７８】
前述した例示的なシャワーヘッドは、バックプレートを装備されている。いくつかの実装形態、たとえば遠隔プラズマ発生が望まれることがある半導体プロセスでの使用を意図されたシャワーヘッドでは、第１のプレナム容積部は、プレナム分割体とプラズマドームによって実質的に画定されることがある。たとえば、図４で、シャワーヘッド４００は、バックプレート４８２を含むことがあり、バックプレート４８２は、プラズマドーム４８４をプレナム分割体４０８と接続する（プラズマドーム４８４は、プレナム分割体４０８と直接接続されることもあり、または他の構成要素（図示せず）と接続されることもある）。プラズマドーム４８４は、たとえばプラズマドーム４８４の上部中心付近に位置する第１のガス入口４４４を有することがある。電極４８６が、プラズマドーム４８４の周りに配され、マッチングネットワーク４８８によって無線周波数（ＲＦ）発生器４９０に結合されることがある。ＲＦ発生器４９０は、第１のプロセスガス入口４４４を通して供給されるガスを使用してプラズマドーム４８４内部でプラズマを衝突させるために、電極４８６を介して使用することができる。
【００７９】
前述のシャワーヘッドの例と図４の例との別の相違点は、第２のプレナム容積部４０４が、フェイスプレート４１０の周縁に巡らせて間隔を空けて配置された第２のガス入口４４６を通してガスを提供されることである。これは、プラズマドーム４８４が、プラズマ発生に干渉することがある内部構造、たとえば中心供給型の第２のガス入口の影響を受けないようにする。
【００８０】
２温度／複数プレナムシャワーヘッドのさらなる例を、そのような実装形態の様々な３次元態様を示すより詳細な図面に関して以下に論じる。
【００８１】
図５Ａは、２プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の斜視図を示す。図５Ｂは、図５Ａからの２プレナム／２温度シャワーヘッドの例の斜視断面図を示す。図５Ｃは、破線の長方形で囲まれた図５Ａの部分の詳細図を示す。図５Ｄは、図５Ａからの２プレナム／２温度シャワーヘッドの例の３次元分解断面図を示す。
【００８２】
見て分かるように、シャワーヘッド５００は、概して円形状を有する。そのような軸対称の全体形状は、対称性に鑑みて半導体製造の文脈で好ましいことが多いが、シャワーヘッド５００が他の形状を有していてもよく、たとえば、プロセス均一性に影響を及ぼさないシャワーヘッド５００の部分、たとえばウェハ反応領域外の部分が長方形や正方形など他の形状を有していてもよい。
【００８３】
第１のプレナム容積部５０２と第２のプレナム容積部５０４は、シャワーヘッド５００の内部に位置することがあり、プレナム分割体５０８によって互いに分離されることがある。第１のプレナム容積部５０２は、第１のガス入口５４４を通してガスを供給されることがあり、プレナム分割体５０８とバックプレート５８２との間に位置することがある。第２のプレナム容積部５０４は、第２のガス入口５４６を通してガスを供給されることがあり、プレナム分割体５０８とフェイスプレート５１０との間に位置することがある。第２のガス入口５４６は、複数の径方向ガス分散穴５５０を有することがあり、ガス分散穴５５０は、ガスが第２のプレナム容積部５０４内に送給されるときに、ガスをまず径方向に流す。フェイスプレート５１０は、ＬＣＡ要素５５２を介してカラー５７０によって支持されることがあり、また、第１の低熱伝導バリア５５４と、第２の低熱伝導バリア５５６と、第３の低熱伝導バリア５５７とが、フェイスプレート５１０とプレナム分割体５０８との間に配されていることがある。シャワーヘッド５００では、３つの低熱伝導バリアが使用されるが、たとえばシャワーヘッド１００または３００と同様の他の実装形態は、１つまたは２つの低熱伝導バリアのみを使用することもある。この例では、第３の低熱伝導バリア５５７は、フェイスプレート５１０内部の電極（図示せず）に電力を搬送するための可撓性の導電性接点として作用する。複数の第１の貫通穴５３６が、第１のプレナム容積部５０２を、シャワーヘッド５００の下にあるウェハ反応領域（明示せず）と流体接続させることができる。
【００８４】
図５Ｃの詳細図でさらに見られるように、第１のプレナム容積部５０２は、プレナム分割体５０８の第１の面５１２とバックプレート５８２とによって部分的に画定され、第２のプレナム容積部５０４は、プレナム分割体５０８の第２の面５１４と、フェイスプレート５１０の第１の面５１６とによって部分的に画定される。さらに見られるように、プレナム分割体５０８の第２の面５１４は、低熱伝導バリアを受け取るように構成された凹形環状チャネルを有することがある。この凹形環状チャネルは、アセンブリ内で低熱伝導バリアを中心合わせし、低熱伝導バリアがかなりの距離にわたって径方向に変位しないようにする一助となることがある。しかし、そのようなチャネルは任意選択であり、また、代替または追加としてフェイスプレート５１０の第１の面５１６に提供されることもある。
【００８５】
３００ｍｍ半導体ウェハと共に使用するようにサイズ設定された図示される実装形態では、第１の低熱伝導バリア５５４は、内径が約１２インチであり、凹形環状チャネルの底部とフェイスプレート５１０との間のギャップは、約０．２インチである。第１の低熱伝導バリア５５４の湾曲により、第１の低熱伝導バリア５５４の蛇行断面長さは、約１インチであり、すなわち、第１の低熱伝導バリア５５４がまたぐギャップ幅の約５倍である。さらに、図示される実装形態では、フェイスプレート５１０は、約３８０平方インチの総表面積（穴の側壁は含まない）を有し、６個のＬＣＡ要素５５２によって支持され、各ＬＣＡ要素５５２が、約０．００６平方インチの面積にわたってフェイスプレート５１０と接触する。約０．０３６平方インチのＬＣＡ要素接点に加えて、フェイスプレートは、図示される３つの低熱伝導バリアとも接触することがあり、各低熱伝導バリアが、フェイスプレート５１０の約１平方インチ以下と接触することがある。したがって、この例のフェイスプレート５１０は、約３８０平方インチのフェイスプレート５１０の総表面積のうち、約２〜３平方インチしか他の構成要素と直接接触しないことがあり、これは、たとえばフェイスプレート５１０の総表面積の１％以下程度である。当然、これらの寸法は、図示される実装形態に特定的なものであり、おおよその寸法にすぎない。これらの寸法に対する変更も、そのような寸法が本明細書で論じる利益を生み出すという前提で、本開示の範囲内にある。
【００８６】
やはり図５Ｃに見られるように、プレナム分割体５０８は、複数の管状構造５３２を有することがあり、各管状構造５３２が、異なる第１の貫通穴５３６と関連付けられる。各管状構造は、フェイスプレート５１０内に位置する第２の貫通穴５３８内に（またはこの場合には貫通穴５３８を貫通して）突出することがある。見て分かるように、管状構造５３２の外面５３４と第２の貫通穴５３８の内面５４２との間に環状ギャップが存在する。この例では、環状構造５３２は、第２の貫通穴５３８を通って延在し、フェイスプレート５１０の第２の面５１８と実質的に面一である。
【００８７】
シャワーヘッド内部のガス流を視覚化する一助となるように、いくつかのガス流の概略方向を示す矢印が、図５Ｃに描かれている。たとえば、第１のプレナム容積部５０２を通して送給される第１のプロセスガスは、実線の黒い矢印で示され、第２のプレナム容積部５０４を通して送給される第２のプロセスガスは、白い矢印で示される。見て分かるように、黒い矢印は、第１の貫通穴５３６を通る流れを示し、白い矢印は、外面５３４と内面５４２との間の環状空間を通る流れを示す。
【００８８】
図５Ｄは、上述したように、シャワーヘッド５００の３次元分解断面図を示す。見て分かるように、各構成要素の構造は比較的単純であり、組立てプロセスを比較的効率化することができる。図５Ｄでも見られるが、詳細図５Ｅは、カラー５７０の一部を示す。特に、カラー表面５７２を見ることができ、ＬＣＡ要素５５２、たとえばスタッドまたは他の小さな突起部がそこから突出する。
【００８９】
図５Ａ〜図５Ｅのシャワーヘッド５００は、２プレナム／２温度シャワーヘッドであるが、図６Ａ〜図６Ｄは、３プレナム／２温度シャワーヘッドを示す。図６Ａは、３プレナム／２温度シャワーヘッドの一例の斜視図を示す。図６Ｂは、図６Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の斜視断面図を示す。図６Ｃは、破線の長方形で囲まれた図６Ａの部分の詳細図を示す。図６Ｄは、図６Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の３次元分解断面図を示す。
【００９０】
シャワーヘッド５００と同様に、第１のプレナム容積部６０２と第２のプレナム容積部６０４は、シャワーヘッド６００内部に位置することがあり、プレナム分割体６０８によって互いに分離されることがある。第１のプレナム容積部６０２は、第１のガス入口６４４を通してガスを供給されることがあり、プレナム分割体６０８とバックプレート６８２との間に位置することがある。第２のプレナム容積部６０４は、第２のガス入口６４６を通してガスを供給されることがあり、プレナム分割体６０８とフェイスプレート６１０との間に位置することがある。第２のガス入口６４６は、複数の径方向ガス分散穴６５０を有することがあり、ガス分散穴６５０は、ガスが第２のプレナム容積部６０４内に送給されるときに、ガスをまず径方向に流す。図６Ｃに見られる第３のプレナム容積部６０６は、１つまたは複数の第３のガス入口５４８を通してガスを供給されることがある。第３のプレナム容積部は、図６Ｃに見られる１または複数の内部流路６７４にプロセスガスを提供することができ、内部流路６７４は、たとえば、フェイスプレート６１０とフェイスプレートカバー６９４との間に形成される。
【００９１】
フェイスプレート６１０は、ＬＣＡ要素６５２を介してカラー６７０によって支持されることがあり、また、第１の低熱伝導バリア６５４と、第２の低熱伝導バリア６５６と、第３の低熱伝導バリア６５７とが、フェイスプレート６１０とプレナム分割体６０８との間に配されていることがある。シャワーヘッド６００では３つの低熱伝導バリアが使用されるが、第３の低熱伝導バリア６５７は任意選択でよい。第３のプレナム容積部６０６は、たとえば、第１の低熱伝導バリア６５４と第２の低熱伝導バリア６５６との間に位置することがある。複数の第１の貫通穴６３６が、第１のプレナム容積部６０２を、シャワーヘッド６００の下にあるウェハ反応領域（明示せず）と流体接続させることができる。
【００９２】
図６Ｃの詳細図でさらに見られるように、第１のプレナム容積部６０２は、プレナム分割体６０８の第１の面６１２とバックプレート６８２とによって部分的に画定され、第２のプレナム容積部６０４は、プレナム分割体６０８の第２の面６１４と、フェイスプレート６１０の第１の面６１６とによって部分的に画定される。さらに見られるように、シャワーヘッド５００と同様に、プレナム分割体６０８の第２の面６１４は、低熱伝導バリアを受け取るように構成された凹形環状チャネルを有することがある。
【００９３】
やはり図６Ｃに見られるように、第３のプレナム容積部６０６は、第１の低熱伝導バリア６５４と第２の低熱伝導バリア６５６との間に位置することがあり、かつプレナム分割体６０８の第２の面６１４とフェイスプレート６１０の第１の面との間に位置することがある。第３のプレナム容積部６０６は、第３のガス入口６４８から、リングプレート６９２の下に位置する環状空間、ならびにその環状空間を第３のプレナム６０６と接続する様々な貫通穴を通してガスを供給されることがある。ガス入口６４８と第３のプレナム容積部６０６との間の流体流れ接続の正確な流路設定および構成は、図示されるものとは異なることがある。複数の第３の穴６４０が、第３のプレナム容積部６０６を内部流路６７４と流体接続させることができる。
【００９４】
プレナム分割体５０８と同様に、プレナム分割体６０８は、複数の管状構造６３２を有することがあり、各管状構造６３２が、異なる第１の貫通穴６３６と関連付けられる。各管状構造は、フェイスプレート６１０内に位置する第２の貫通穴６３８内に（またはこの場合には貫通穴６３８を貫通して）突出することがある。この場合、第２の貫通穴６３８は、フェイスプレート６１０の副構成要素とみなすことができるフェイスプレートカバー６９４を通過することもある。この特定の例では、大きな連続する開いた容積部が、フェイスプレート６１０の第２の面６１８と、フェイスプレートカバー６９４との間に形成される。この開いた容積部は、内部流路６７４を形成し、管状構造６３２によって穿通される。図示されるように、内部流路６７４は、この例では、第２の貫通穴６３８を通して、第２のプレナム容積部６０４およびウェハ反応領域（図示しないが、シャワーヘッド６００の下に位置する）と流体連絡することがある。この場合、第２のプレナム容積部６０４内に導入されるガスと、内部流路内に導入されるガスとが、（それらが同時に流されると仮定して）シャワーヘッド内部で混ざる。したがって、第２のプレナム容積部６０４および内部流路６７４を通して流されるガスが、シャワーヘッド６００内部で混合されるときに望ましくない反応副生成物を生成しない場合には、そのような設計を利用することが望ましいことがある。また、内部流路６７４から第２のプレナム容積部６０４へのガスの逆流を防止するために、第２のプレナム容積部６０４の内部で、内部流路６７４の内部よりも高い圧力を維持することが望ましいこともある。
【００９５】
シャワーヘッド内部のガス流を視覚化する一助となるように、いくつかのガス流の概略方向を示す矢印が、図６Ｃに描かれている。たとえば、第１のプレナム容積部６０２を通して送給される第１のプロセスガスは、実線の黒い矢印で示され、第２のプレナム容積部６０４を通して送給される第２のプロセスガスは、白い矢印で示され、第３のプレナム容積部６０６を通して送給される第３のプロセスガスは、灰色の矢印で示される。見て分かるように、黒い矢印は、第１の貫通穴６３６を通る流れを示し、白い矢印および灰色の矢印は、外面６３４と内面６４２との間の環状空間を通る流れを示す。
【００９６】
図６Ｄは、上述したように、シャワーヘッド６００の３次元分解断面図を示す。この図では、第３のプレナム容積部６０６にガスを供給するリングプレート６９２の下の環状空間が明瞭に見られる。
【００９７】
図７Ａは、３プレナム／２温度シャワーヘッドの別の例の斜視図を示す。図７Ｂは、図７Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の断面斜視図を示す。図７Ｃは、破線の長方形で囲まれた図７Ａの部分の詳細図を示す。図７Ｄは、図７Ａからの３プレナム／２温度シャワーヘッドの例の３次元分解断面図を示す。
【００９８】
図７Ａ〜図７Ｄにおいて、シャワーヘッド７００の全体的な構造は、図６Ａ〜図６Ｄのシャワーヘッド６００の全体的な構造と同様である。以下に論じる図７Ａ〜図７Ｄの特有の構造、要素、および特徴を除いて、図６Ａ〜図６Ｄの構造、要素、および特徴と下２桁が同じ符号を付された図７Ａ〜図７Ｄの構造、要素、または特徴は、上述した図６Ａ〜図６Ｄのそれらの対応する構造、要素、または特徴と実質的に同一であり得ることを理解されたい。繰返しを避けるために、そのような要素の説明については上記の論述を参照されたい。
【００９９】
シャワーヘッド７００とシャワーヘッド６００の１つの相違部分は、第３のプレナム容積部を通して内部流路７７４内に導入されるガスがシャワーヘッド７００内部で第２のプレナム容積部７０４からのガスと混合するのを妨げるように、フェイスプレート７１０およびフェイスプレートカバー７９４が構成されることである。
【０１００】
図７Ｃに関して、これらの詳細をより明瞭に見ることができる。見て分かるように、第２の貫通穴７３８は、（フェイスプレートカバー７９４の通過を含めて）フェイスプレート７１０の厚さ全体にわたって、連続する内面７４２を有する。したがって、内部流路７７４の内部を流れるガスは、第２の貫通穴７３８を通って逃げることができない。その代わり、内部流路７７４を通って流れるガスがウェハ反応領域内に流れることができるようにするために、別個の第４の穴７７６が提供されることがある。
【０１０１】
シャワーヘッド内部のガス流を視覚化する一助となるように、いくつかのガス流の概略方向を示す矢印が、図７Ｃに描かれている。たとえば、第１のプレナム容積部７０２を通して送給される第１のプロセスガスは、実線の黒い矢印で示され、第２のプレナム容積部７０４を通して送給される第２のプロセスガスは、白い矢印で示され、第３のプレナム容積部７０６を通して送給される第３のプロセスガスは、灰色の矢印で示される。見て分かるように、黒い矢印は、第１の貫通穴７３６を通る流れを示し、白い矢印は、外面７３４と内面７４２との間の環状空間を通る流れを示し、灰色の矢印は、第４の穴７７６を通る流れを示す。
【０１０２】
上の例では、内部流路は、「連続する開いた容積部」などと表されていることを理解されたい。いくつかの実装形態では、内部流路は、フェイスプレート内部の個別の経路（互いに交差しても交差しなくてもよい）のネットワークによって提供されることがある。そのような経路は、フェイスプレートの幅を通してそのような経路をガンドリルまたは他の方法で形成することによって提供されることがあり、あるいは、フェイスプレート内に経路を機械加工または他の方法で形成し、次いでそれらの経路をフェイスプレートカバーで覆うことによって提供されることがある。また、バックプレートまたはプレナム分割体内の冷却経路が使用される場合には、そのような冷却経路にも同様のストラテジを採用することができる。
【０１０３】
一般的に言って、特定の実装形態に関する上述した管状構造と第２の貫通穴の内面との間のギャップは、２つの制約を受けることがある。第１の制約は、ギャップサイズ、すなわち第３の距離を、概して中空陰極放電をサポートする距離未満にすべきであるというものである。容量放電を生成するのに必要な電界は通常であればシャワーヘッド内部に存在し得ないので、この制約は、一般に、たとえばシャワーヘッド４００によって形成されることがあるプラズマ環境にシャワーヘッドがさらされるときにのみ適切である。そのようなギャップサイズは、一般には、約０．１インチ未満でよい。第２の制約は、第２のプレナム容積部内部のガスに関する所望の流量を確立するのに必要なようにギャップサイズを設定すべきであるというものである。この制約は、非常にプロセス特有のものであることがある。たとえば、ギャップサイズは、いくつかのパラメータに基づいて決定することができ、それらのパラメータは、シャワーヘッド内部で１つのプレナムから別のプレナムへ向かう、またはウェハ反応領域からプレナムの１つの中へ向かう逆拡散を実質的に防止するのに十分に高いペクレ数を提供し、ウェハにわたる流れの均一性が促進されるのに十分に高い圧力降下を提供し、また、プラズマ環境を含むことがある任意のプロセスステップ中にジェッティング効果を防止または緩和する。
【０１０４】
いくつかの場合には、第２の貫通穴は、同じまたは異なる直径の追加の貫通穴によって増補されることがあり、追加の貫通穴は、それらを通過する対応する管状構造を有さない。これらの追加の貫通穴は、第２のプレナム容積部からのガスの流れを増加させる、または流れをより分散させることができる。図５Ａ〜図７Ｄに示される変形形態では、各第１の貫通穴は、直径が約０．０４インチであり、管状構造の外径は、約０．０８インチであり、第２の貫通穴の内径は、約０．１２５インチであり、第３の距離を約０．０２２５インチにする。しかし、これらの寸法は、異なる流れ条件ごとに異なることがある。
【０１０５】
本明細書で開示されるようなシャワーヘッドによって提供される２温度機能は、いくつかの半導体プロセスで使用されるときに第１のプレナム容積部と第２のプレナム容積部との間で大きく異なることがある熱的環境を生成することができる。いくつかの半導体プロセス中、かなりの量の熱エネルギーがウェハ反応領域内で生成されることがあり、反応領域の１つの境界を実質上形成するフェイスプレートは、半導体処理中にかなりの量の熱エネルギーを受け取ることがある。典型的なシャワーヘッドでは、そのようなエネルギーは、フェイスプレートから、フェイスプレートと伝熱接触する他のシャワーヘッド構成要素を通して伝達されることがある。これにより、残りのシャワーヘッド構成要素も温度が上昇することがあり、フェイスプレートとシャワーヘッドの残りの要素との間で大きな温度勾配が生じるのを妨げることがある。
【０１０６】
対照的に、本明細書で開示されるようなシャワーヘッドは、フェイスプレートから残りのシャワーヘッド構成要素内に流れる熱エネルギーの量を大幅に減少させることができる。これは２つの効果を有する。第１の効果は、このフェイスプレートが、典型的なフェイスプレート、すなわち通常のプロセス条件下で熱流を大幅には制限しないようにシャワーヘッドの他の構成要素と伝熱接触するフェイスプレートと比較して、かなり高い温度を維持することができることである。もう１つの効果は、シャワーヘッドの残りの要素を、典型的な場合に保つことができるよりもはるかに低い温度で保つことができることである。
【０１０７】
たとえば、いくつかの原子層堆積（ＡＬＤ）タイプのプロセスでは、ウェハ反応領域は、５００℃に近付く、または５００℃を超える温度になることがある。したがって、そのようなＡＬＤタイプのプロセスで使用される本明細書で述べるような２温度／複数フローシャワーヘッドは、定常状態プロセス条件中、約５００℃のフェイスプレート温度を有すると同時に２５〜３０℃のバックプレート温度を有する（人がバックプレートに触れても安全にする）ことがある。いくつかの実装形態では、バックプレート温度は、７０℃までの範囲内でよい。いくつかの他の実装形態では、フェイスプレート温度は、１５０〜２００℃で維持されることがある。典型的には、フェイスプレートの温度は、ウェハを支持するペデスタルの温度、およびウェハ反応領域内部のプラズマ環境など他の因子によって決まる。
【０１０８】
第１のプレナム容積部と第２のプレナム容積部を、場合によっては非常に異なる２つの温度で維持できるようにすることによって、本明細書で開示されるシャワーヘッドは、様々な利益を提供することができ、それらの利益は、様々な半導体処理の文脈で興味深いものであることがある。たとえば、本明細書で述べるようなプラズマドームタイプのシャワーヘッド、または外部遠隔プラズマ発生器と接続された本明細書で述べるようなシャワーヘッドによって発生されるプラズマが、半導体ウェハにわたって流されるラジカルを生成することがある。そのようなラジカルは、ウェハ反応領域に進む際、シャワーへッド内部の様々な表面と衝突することがある。そのような各衝突により、ラジカルは、表面から跳ね返ることがあり、または表面上の分子または原子と再結合することがある。再結合されたラジカルは、最終的にウェハ反応領域に届くラジカル収量を減少させる。しかし、ラジカル再結合の機会は、とりわけ、ラジカル衝突が生じる環境の温度に少なくとも一部依存する。すなわち、高温環境では、ラジカル再結合の機会は増え、低温環境では、ラジカル再結合の機会は減る。したがって、第１のプレナム容積部をかなり低い温度で維持することは、望ましくないラジカル再結合を防止するように作用することがある。
【０１０９】
低温の第１のプレナム容積部の別の利益は、特定の半導体プロセスが互いに反応性のある前駆体を利用することであり、それらの前駆体は、高温よりも低温で、よりゆっくりと反応することがある。たとえば、例示的なＡＬＤプロセスでは、被膜堆積プロセスを提供するために、アンモニアがチタン種と共に使用されることがある。アンモニアは、第１のプレナム容積部を通して提供する（低温で保つ）ことができ、チタン種は、第２のプレナム容積部を通して提供する（高温で保つ）ことができる。いくらかのチタン種が、偶然、たとえば拡散または他のメカニズムによって第１のプレナム容積部内に迷入した場合、温度がより低いので、それらのチタン種とアンモニアとの反応速度が低下され、シャワーヘッド内部で生成されることがある反応副生成物の量を減少させる。
【０１１０】
同時に、より高温で第２のプレナム容積部を維持する（または、より特定的には、より高温でフェイスプレートを維持する）ことは、第２のプレナム容積部内部のプロセスガスの望ましくない凝縮を防止する一助となることがある（そのような凝縮は、出口オリフィスを閉塞することによって不均一なガス分散をもたらすことがあり、または、シャワーヘッドからウェハに向けて液滴を吐出させることがある）。フェイスプレートを高温で維持する別の利益は、熱循環によるフェイスプレートからの被膜剥落を減少させる、またはなくすことができることである。これは、ウェハの微粒子汚染の危険を低減させることができる。
【０１１１】
本明細書で様々な構成要素に使用する材料は、一般に、半導体処理機器に関してよく使用される材料から選択することができ、たとえば、使用されるプロセス環境と化学的に適合性があり、所望の熱的特性、強度特性、および電気的特性を示す合金または材料である。たとえば、フェイスプレートは、セラミック、アルミニウム、または他の材料から形成されることがある。セラミックから形成される場合、電極は、セラミック内部に埋め込まれることがあり、第１のプレナム容積部、第２のプレナム容積部、および／または第３のプレナム容積部からウェハ反応領域に送給されるガスを使用するウェハ反応領域内部でのプラズマ発生を容易にする。
【０１１２】
上述したシャワーヘッドは、半導体処理チャンバ（または反応チャンバ）および／またはツールの文脈で、あるいはマルチステーション処理または反応チャンバおよび／またはツールの様々なステーションでの文脈で実装することができることを理解されたい。そのようなシャワーヘッドは、ガス供給源／ライン、流量制御装置、弁、電源、ＲＦ発生器、圧力センサや温度センサなどのセンサ、流量測定デバイスなど、様々な他の機器部品と接続されることがある。そのようなチャンバまたはツールは、シャワーヘッドを使用して所望の半導体プロセスを提供するために、様々な弁、流量制御装置、および他の機器を制御するための命令を有するシステム制御装置を含むことがある。それらの命令は、たとえば、本開示に従って、プロセス操作中に、第１のプレナム容積部を通して第１のプロセスガスを流すと同時に、第２のプレナム容積部を通して第２のプロセスガスを流すための命令を含むことがある。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むことがあり、処理装置は、本開示に従って装置が方法を実施するように命令を実行するように構成される。本開示に従って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。
【０１１３】
本明細書で上述した装置／プロセスは、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、たとえば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光パネルなどの作製または製造に使用されることがある。必須ではないが、典型的には、そのようなツール／プロセスは、共通の製造施設で一緒に使用または実施される。被膜のリソグラフィパターン形成は、典型的には、以下のステップのいくつかまたは全てを含み、各ステップが、多数の使用し得るツールを用いて可能にされる。（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、すなわち基板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）ドライエッチングまたはプラズマ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。
【０１１４】
上記の特定の実装形態の任意のものにおける特徴が互いに不適合であると明示的に断定されない限り、あるいは、互いに排他的で、補完的および／または補助的な意味合いで容易に組み合わせることができないことを前後の文脈が示唆しない限り、それらの補完的な実装形態の特定の特徴を選択的に組み合わせて、広範であるがわずかに異なる１つまたは複数の技術的解決策を提供することができることを本開示の全体が企図および想定していることも理解されたい。したがって、上の説明は例として提示されているにすぎず、本開示の範囲内で細部に変更を施すことができることをさらに理解されたい。
【図１Ａ】
2015015466.tif 000003
【図１Ｂ】
2015015466.tif 000004
【図２】
2015015466.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2015015466.tif 000009
【図５Ｂ】
2015015466.tif 000010
【図５Ｃ】
2015015466.tif 000011
【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2015015466.tif 000015
【図６Ｃ】
2015015466.tif 000016
【図６Ｄ】
2015015466.tif 000017
【図７Ａ】
2015015466.tif 000018
【図７Ｂ】
2015015466.tif 000019
【図７Ｃ】
2015015466.tif 000020
【図７Ｄ】
2015015466.tif 000021
【外国語明細書】
2015015466000001.pdf