(57)【要約】【解決手段】原子層堆積プロセスにおいてエクスサイチュで保護コーティングを形成し、反応チャンバ内にその後設置される１つまたは複数のチャンバ構成要素をコーティングすることにより、アンダーコートのインサイチュ堆積のような従来のコーティング方法よりも多くの利点を提供する。ある特定の場合では、保護コーティングは、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、および／またはフッ化イットリウムなどの特定の組成を有してもよい。保護コーティングは、コーティングされたチャンバ構成要素を使用して処理されたウエハの汚染を低減するのに役立ち得る。さらに、保護コーティングは、反応チャンバ内の処理条件を安定化するように作用し、それによってウエハの多くのバッチを処理する過程で非常に安定した／均一な処理結果を達成し、ラジカル損失を最小限に抑えることができる。また、コーティングされたチャンバ構成要素を半導体ウエハの処理に使用した後、保護コーティングを修復するために使用され得るいくつかの技術を説明する。【選択図】図１Ａ
2021507513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の反応チャンバで使用するためのチャンバ構成要素をコーティングする方法であって、
（ａ）前記チャンバ構成要素を第１の反応チャンバ内に基板として受け入れることと、
（ｂ）第１の反応剤を前記第１の反応チャンバに供給し、前記第１の反応剤を前記チャンバ構成要素の表面に吸着させることと、
（ｃ）第２の反応剤を前記第１の反応チャンバに供給し、前記第１および第２の反応剤を原子層堆積反応で互いに反応させて、前記チャンバ構成要素の前記表面に保護コーティングを形成することと、
（ｄ）前記保護コーティングが最終的な厚さに達するまで（ｂ）および（ｃ）を繰り返すことと、
（ｅ）前記第１の反応チャンバから前記チャンバ構成要素を取り出すことと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記保護コーティングは、金属酸化物、金属窒化物、または金属フッ化物を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記金属酸化物、金属窒化物、または金属フッ化物中の前記金属は、遷移金属である、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、
前記保護コーティングは、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、または窒化アルミニウムを含む、方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、
前記保護コーティングは、酸化イットリウムまたはフッ化イットリウムを含む、方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、
（ｅ）の後に前記チャンバ構成要素を前記第２の反応チャンバ内に設置することをさらに含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記チャンバ構成要素を前記第２の反応チャンバ内に設置した後に前記第２の反応チャンバ内で半導体ウエハ上に膜を堆積することをさらに含み、前記膜は、原子層堆積または化学気相堆積により堆積される、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記半導体ウエハ上に前記膜を堆積する間、前記第２の反応チャンバ内を約４０〜２００℃の高温状態にすることをさらに含む、方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の方法であって、
前記チャンバ構成要素が前記第２の反応チャンバ内に設置されている状態で前記第２の反応チャンバを修復プラズマに曝露することをさらに含んでおり、
（ａ）前記保護コーティングが金属酸化物を含み、かつ、前記修復プラズマが酸化プラズマを含んでいるか、または、
（ｂ）前記保護コーティングが金属窒化物を含み、かつ、前記修復プラズマが窒素を含んでいるか、または、
（ｃ）前記保護コーティングが金属フッ化物を含み、かつ、前記修復プラズマがフッ素を含んでいるか、
のいずれかである、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記修復プラズマは、前記保護コーティング中の金属と同じ金属をさらに含む、方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２の反応チャンバ内で前記半導体ウエハ上に前記膜を堆積した後、前記第２の反応チャンバから前記半導体ウエハを取り出すことと、酸素を含む第１のプラズマに前記第２の反応チャンバを曝露し、次に窒素を含む第２のプラズマに前記第２の反応チャンバを曝露することとを含む、方法。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２の反応チャンバをフッ素含有プラズマに曝露することによって前記第２の反応チャンバを洗浄し、次に前記第２の反応チャンバを還元プラズマに曝露することによって前記第２の反応チャンバからフッ素を除去することをさらに含む、方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法であって、
前記保護コーティングは、前記チャンバ構成要素をプラズマに曝露することなく形成される、方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記チャンバ構成要素を含む複数のチャンバ構成要素が前記反応チャンバに同時に供給され、それにより前記保護コーティングが前記複数のチャンバ構成要素上に同時に形成される、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記複数のチャンバ構成要素はサイズおよび／または形状が均一ではなく、前記複数のチャンバ構成要素が第１のチャンバ構成要素および第２のチャンバ構成要素を含み、前記第１および第２のチャンバ構成要素が前記第２の反応チャンバ内に同時に存在するように前記第１および第２のチャンバ構成要素を前記第２の反応チャンバ内に設置することをさらに含む、方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記保護コーティングの前記最終的な厚さは、約１ｎｍ〜１０ｍｍである、方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法であって、
（ｂ）の前に前記チャンバ構成要素の一部をマスキングし、前記チャンバ構成要素の前記マスキングされた部分に前記保護コーティングが形成されるのを防ぐことをさらに含む、方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記保護コーティングが望まれる前記チャンバ構成要素の１つまたは複数の表面が実質的に曝露されるように、前記チャンバ構成要素を前記第１の反応チャンバ内の基板支持体上に位置決めすることをさらに含み、前記第１の反応チャンバ内で前記チャンバ構成要素を第１の位置から第２の位置に再位置決めすることをさらに含み、前記保護コーティングは、前記第１の位置に配向されるときに前記チャンバ構成要素の第１のセットの表面の上に形成され、前記第２の位置に配向されるときに前記チャンバ構成要素の第２のセットの表面の上に形成される、方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記チャンバ構成要素は、シャワーヘッドである、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記シャワーヘッドは、前記シャワーヘッドの厚さを貫通する第１のセットの穴と、前記シャワーヘッド内の１つまたは複数の内部通路と接続する第２のセットの穴とを備え、前記保護コーティングは、前記第１のセットの穴、前記第２のセットの穴、および前記内部通路を共形的にコーティングする、方法。
【請求項２１】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記チャンバ構成要素は、基板支持台座、リフトピン、リフトピンリテーナ、またはガスライン供給構成要素である、方法。
【請求項２２】
特定の程度のプロセス不均一性を達成しながら半導体ウエハ上に膜を堆積するように反応チャンバを動作させる方法であって、
（ａ）バッチ内の各半導体ウエハ上に前記膜を堆積することであって、それぞれの膜が平均膜厚を有し、前記バッチは、次の洗浄サイクルまでの間に前記反応チャンバ内で処理される全ての半導体ウエハを含み、前記バッチ内の前記半導体ウエハの少なくとも一部は、連続して処理されることと、
（ｂ）（ａ）を繰り返して、少なくとも９つの追加のバッチで各半導体ウエハ上に前記膜を堆積し、少なくとも合計１０バッチに対して前記膜を堆積することと
を含み、
前記反応チャンバは、保護コーティングが形成された少なくとも１つのチャンバ構成要素を備え、前記保護コーティングは、前記反応チャンバの外で実施される原子層堆積反応により形成され、
前記少なくとも１０バッチのうち最初のバッチと最後のバッチから半導体ウエハ上に堆積された膜を比較したとき、前記膜のウエハ上の不均一性が前記平均膜厚の約３％以下しか変化していない、
方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、
前記バッチは、少なくとも約５０枚の半導体ウエハを含む、方法。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載の方法であって、
前記平均膜厚は、少なくとも約５０Åの厚さである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年１２月１５日出願の、「ＥＸ−ＳＩＴＵ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＯＦ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ  ＦＯＲ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題する米国特許仮出願第６２／５９９，６１８号に対する米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権の利益を主張する、２０１８年４月１６日出願の、「ＥＸ  ＳＩＴＵ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＯＦ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ  ＦＯＲ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」と題する米国特許出願第１５／９５４，４５４号の優先権の利益を主張し、上記の出願の各々は、その全体があらゆる目的のために参照により組み込まれる。
【０００２】
本明細書の様々な実施形態は、半導体処理装置で使用するためのチャンバ構成要素を準備するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体産業が進歩するにつれて、デバイスの寸法はますます小さくなっている。膜の不純物または他の不均一性の存在が半導体デバイスの故障につながることが多いため、次第に小型化が進んでいるこれらのフィーチャには、高度に均一かつ再現性のある堆積手順が必要である。
【０００４】
ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明されている範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書のある特定の実施形態は、半導体基板の処理に使用される反応チャンバのためのチャンバ構成要素を準備する方法に関する。様々な実施形態において、この方法は、チャンバ構成要素を第１の反応チャンバに供給することと、原子層堆積を使用してチャンバ構成要素を保護コーティングでコーティングすることとを含む。保護コーティングが形成された後、チャンバ構成要素は、第１の反応チャンバから取り出され、第２の反応チャンバ内に設置される。第２の反応チャンバは半導体ウエハの処理に使用されるため、チャンバ構成要素は第２の反応チャンバ内で意図された目的を果たす（例えば、シャワーヘッド、リフトピン、リフトピンリテーナ、基板支持台座などとして機能する）。多くの場合、第２の反応チャンバは、原子層堆積装置および／または化学気相堆積装置などの気相堆積装置である。
【０００６】
開示される実施形態の別の態様では、コーティングされたチャンバ構成要素が提供される。チャンバ構成要素は、本明細書で説明されるように原子層堆積によって堆積された保護コーティングによりエクスサイチュ（ｅｘ  ｓｉｔｕ）でコーティングされてもよい。開示される実施形態の別の態様では、反応チャンバが提供される。反応チャンバは、本明細書で説明されるように原子層堆積を通じて堆積された保護コーティングによりエクスサイチュでコーティングされた１つまたは複数のチャンバ構成要素を有してもよい。
【０００７】
開示される実施形態の一態様では、第２の反応チャンバで使用するためのチャンバ構成要素をコーティングする方法が提供され、この方法は、（ａ）チャンバ構成要素を第１の反応チャンバ内に基板として受け入れることと、（ｂ）第１の反応剤を第１の反応チャンバに供給し、第１の反応剤をチャンバ構成要素の表面に吸着させることと、（ｃ）第２の反応剤を第１の反応チャンバに供給し、第１および第２の反応剤を原子層堆積反応で互いに反応させて、チャンバ構成要素の表面に保護コーティングを形成することと、（ｄ）保護コーティングが最終的な厚さに達するまで（ｂ）および（ｃ）を繰り返すことと、（ｅ）第１の反応チャンバからチャンバ構成要素を取り出すこととを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、保護コーティングは、金属酸化物、金属窒化物、または金属フッ化物を含む。例えば、金属酸化物、金属窒化物、または金属フッ化物中の金属は、遷移金属であってもよい。場合によっては、保護コーティングは、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、または窒化アルミニウムを含む。場合によっては、保護コーティングは、酸化イットリウムまたはフッ化イットリウムを含む。
【０００９】
この方法は、（ｅ）の後にチャンバ構成要素を第２の反応チャンバ内に設置することをさらに含んでもよい。いくつかのそのような場合、この方法は、チャンバ構成要素を第２の反応チャンバ内に設置した後に第２の反応チャンバ内で半導体ウエハを処理することをさらに含んでもよい。半導体ウエハの処理は、半導体ウエハ上に膜を堆積することを含んでもよい。ある特定の場合では、原子層堆積または化学気相堆積により膜を堆積してもよい。いくつかの実施形態では、方法は、半導体ウエハ上に膜を堆積する間、第２の反応チャンバ内を約４０〜２００℃の高温状態にすることをさらに含んでもよい。
【００１０】
いくつかの実施態様では、方法は、チャンバ構成要素が第２の反応チャンバ内に設置されている状態で第２の反応チャンバを修復プラズマに曝露することをさらに含んでもよく、（ａ）保護コーティングが金属酸化物を含み、かつ、修復プラズマが酸化プラズマを含んでいるか、または、（ｂ）保護コーティングが金属窒化物を含み、修復プラズマが窒素を含んでいるか、または、（ｃ）保護コーティングが金属フッ化物を含み、修復プラズマがフッ素を含んでいるかのいずれかである。修復プラズマは、保護コーティング中の金属と同じ金属をさらに含んでもよい。
【００１１】
ある特定の場合では、方法は、第２の反応チャンバ内で半導体ウエハ上に膜を堆積した後、第２の反応チャンバから半導体ウエハを取り出すことと、酸素を含む第１のプラズマに第２の反応チャンバを曝露し、次に窒素を含む第２のプラズマに第２の反応チャンバを曝露することとを含んでもよい。これらの実施形態または他の実施形態では、方法は、第２の反応チャンバをフッ素含有プラズマに曝露することによって第２の反応チャンバを洗浄し、次に第２の反応チャンバを還元プラズマに曝露することによって第２の反応チャンバからフッ素を除去することをさらに含んでもよい。
【００１２】
保護コーティングは、ある特定の場合では、チャンバ構成要素をプラズマに曝露することなく形成されてもよい。他の場合では、保護コーティングは、プラズマへの曝露の結果として形成される。いくつかの実施形態では、チャンバ構成要素を含む複数のチャンバ構成要素が反応チャンバに同時に供給され、それにより保護コーティングが複数のチャンバ構成要素上に同時に形成される。いくつかのそのような実施形態では、複数のチャンバ構成要素は、サイズおよび形状が均一である。同時に処理された複数のチャンバ構成要素は、時間の経過とともに摩耗または劣化するので、第２の反応チャンバに次々に順番に設置することができる。他の場合では、同時に処理された複数のチャンバ構成要素は、複数の異なる第２の反応チャンバに供給されてもよい。いくつかの実施形態では、複数のチャンバ構成要素は、サイズおよび形状が均一である。他の実施形態では、複数のチャンバ構成要素は、サイズおよび／または形状が均一ではない。特定の実施形態では、複数のチャンバ構成要素は、サイズおよび／または形状が均一ではなく、第１のチャンバ構成要素および第２のチャンバ構成要素を含んでおり、方法は、第１および第２のチャンバ構成要素が第２の反応チャンバ内に同時に存在するように第１および第２のチャンバ構成要素を第２の反応チャンバ内に設置することをさらに含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、方法は、（ｂ）の後かつ（ｃ）の前に第１の反応チャンバから過剰の第１の反応剤を除去することをさらに含んでもよい。同様に、方法は、（ｃ）の後かつ次に（ｂ）を反復する前に第１の反応チャンバから過剰の第２の反応剤を除去することをさらに含んでもよい。保護コーティングの最終的な厚さは、約１ｎｍ〜１０ｍｍであってもよい。場合によっては、最終的な厚さは、約１００〜８００ｎｍ、または約１００〜５００ｎｍである。これらの場合または他の場合、方法は、チャンバ構成要素を第２の反応チャンバ内に設置した後に第２の反応チャンバ内で複数の半導体ウエハを処理することをさらに含んでもよく、複数の半導体ウエハは、異なる時間に処理される。
【００１４】
ある特定の実施態様では、方法は、（ｂ）の前にチャンバ構成要素の一部をマスキングし、チャンバ構成要素のマスキングされた部分に保護コーティングが形成されるのを防ぐことをさらに含んでもよい。これらの実施形態または他の実施形態では、方法は、保護コーティングが望まれるチャンバ構成要素の１つまたは複数の表面が実質的に曝露されるように、チャンバ構成要素を第１の反応チャンバ内の基板支持体上に位置決めすることをさらに含んでもよい。この方法はさらに、第１の反応チャンバ内でチャンバ構成要素を第１の位置から第２の位置に再位置決めすることを含んでもよく、保護コーティングは、第１の位置に配向されるときにチャンバ構成要素の第１のセットの外形の上に形成され、第２の位置に配向されるときにチャンバ構成要素の第２のセットの表面の上に形成される。
【００１５】
チャンバ構成要素は、様々な実施形態においてシャワーヘッドであってもよい。場合によっては、方法は、ノズルである第２のチャンバ構成要素で繰り返されてもよく、方法は、シャワーヘッドとノズルの両方が保護コーティングでコーティングされた後にノズルをシャワーヘッドに取り付けることをさらに含んでもよい。シャワーヘッドは、シャワーヘッドの厚さを貫通する第１のセットの穴を含んでもよい。保護コーティングは、第１のセットの穴を共形的にコーティングしてもよい。シャワーヘッドは、シャワーヘッド内の１つまたは複数の内部通路と接続する第２のセットの穴を含んでもよい。保護コーティングは、第１のセットの穴、第２のセットの穴、および内部通路を共形的にコーティングしてもよい。ある特定の実施態様では、チャンバ構成要素は、基板支持台座である。ある特定の実施態様では、チャンバ構成要素は、リフトピン、リフトピンリテーナ、またはガスライン供給構成要素である。保護コーティングは、場合によっては約２０〜６５０℃の温度で形成されてもよい。
【００１６】
開示される実施形態の別の態様では、特定の程度のプロセス不均一性を達成しながら半導体ウエハ上に膜を堆積するように反応チャンバを動作させる方法が提供され、この方法は、（ａ）バッチ内の各半導体ウエハ上に膜を堆積することであって、それぞれの膜が平均膜厚を有し、バッチは、次の洗浄サイクルまでの間に反応チャンバ内で処理される全ての半導体ウエハを含み、バッチ内の半導体ウエハの少なくとも一部は、連続して処理されることと、（ｂ）（ａ）を繰り返して、少なくとも９つの追加のバッチで各半導体ウエハ上に膜を堆積し、少なくとも合計１０バッチに対して膜を堆積することとを含み、反応チャンバは、保護コーティングが形成された少なくとも１つのチャンバ構成要素を含み、保護コーティングは、反応チャンバの外で実施される原子層堆積反応により形成され、この少なくとも１０バッチのうち最初のバッチと最後のバッチから半導体ウエハ上に堆積された膜を比較したとき、膜のウエハ上の不均一性が平均膜厚の約３％以下しか変化していない。
【００１７】
ある特定の実施形態では、バッチは、少なくとも約５０枚の半導体ウエハを含む。例えば、バッチは、少なくとも約２００枚の半導体ウエハを含んでもよい。平均膜厚は、少なくとも約５０Åの厚さであってもよい。例えば、平均膜厚は、少なくとも約２００Åの厚さであってもよい。
【００１８】
いくつかの実施態様では、（ｂ）は、（ａ）を繰り返すことを含んでもよく、少なくとも１９の追加のバッチで各半導体ウエハ上に膜を堆積し、少なくとも合計２０バッチに対して膜を堆積することを含み、この少なくとも２０バッチのうち最初のバッチと最後のバッチから半導体ウエハ上に堆積された膜を比較したとき、膜のウエハ上の均一性が平均膜厚の約１％以下しか変化していないことを含んでもよい。これらの実施形態または他の実施形態では、バッチは、少なくとも約５０枚の半導体ウエハを含んでもよく、（ｂ）は、（ａ）を繰り返すことを含んでもよく、少なくとも１９の追加のバッチで各半導体ウエハ上に膜を堆積し、少なくとも合計２０バッチに対して膜を堆積することを含み、この少なくとも２０バッチのうち最初のバッチと最後のバッチから半導体ウエハ上に堆積された膜を比較したとき、膜のウエハ上の均一性が平均膜厚の約０．０５％以下しか変化していないことを含んでもよい。
【００１９】
これらおよび他の特徴は、関連する図面を参照して以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、保護コーティングをチャンバ構成要素の上に形成する方法を説明するフローチャートであり、保護コーティングは原子層堆積によりエクスサイチュで形成される。
【００２１】
【図１Ｂ】図１Ｂは、反応チャンバを準備し、プロセスチャンバ内で半導体ウエハを処理する方法を説明するフローチャートであり、その準備はエクスサイチュの原子層堆積方法を使用して保護コーティングをチャンバ構成要素上に形成することを伴う。
【００２２】
【図２Ａ】図２Ａは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【００２３】
【図２Ｃ】図２Ｃは、ある特定の実施形態による、シャワーヘッドの穴の拡大断面図である。
【００２４】
【図２Ｄ】図２Ｄは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【００２５】
【図３Ａ】図３Ａは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを示す図である。
【００２６】
【図４】図４は、図３Ａおよび図３Ｂに示すシャワーヘッドの側面図である。
【００２７】
【図５Ａ】図５Ａは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得る基板支持台座を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得る基板支持台座を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得る基板支持台座を示す図である。
【００２８】
【図６】図６は、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るリフトピンホルダを図示する図である。
【００２９】
【図７】図７は、ある特定の実施形態によって、シャワーヘッドなどのチャンバ構成要素が保護コーティングによりエクスサイチュでコーティングされることを説明する図である。
【００３０】
【図８Ａ】図８Ａは、関連するチャンバ構成要素が本明細書の実施形態による保護コーティングでコーティングされた場合、および関連するチャンバ構成要素がコーティングされていなかった場合について、経時的に得られたウエハ上の不均一性のバッチ間変動を比較するグラフである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、関連するチャンバ構成要素が本明細書の実施形態による保護コーティングでコーティングされた場合、および関連するチャンバ構成要素がコーティングされていなかった場合について、経時的に得られたウエハ上の不均一性のバッチ内変動を比較するグラフである。
【００３１】
【図９】図９は、ある特定の実施形態による、保護コーティングでコーティングされたシャワーヘッドを有する反応チャンバ内で処理されたある特定の半導体基板上で観察された粒子の数を説明するグラフである。
【００３２】
【図１０Ａ】図１０Ａは、ある特定の実施形態による、反応チャンバの高充填パラメータ状態および低充填パラメータ状態を説明する図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ある特定の実施形態による、反応チャンバの高充填パラメータ状態および低充填パラメータ状態を説明する図である。
【００３３】
【図１１Ａ】図１１Ａは、数百枚の半導体ウエハを処理する過程で各半導体ウエハを処理した後に窒素プラズマを反応チャンバに供給した場合について、充填パラメータ時間のドリフトを示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、数百枚の半導体ウエハを処理する過程で各半導体ウエハを処理した後に酸素プラズマ、続いて窒素プラズマを反応チャンバに供給した場合について、充填パラメータ時間のドリフトを示す図である。
【００３４】
【図１２Ａ】図１２Ａは、冷却されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、不均一な堆積パラメータを示す図である。
【００３５】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、加熱されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、はるかに均一な堆積パラメータを示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、加熱されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、はるかに均一な堆積パラメータを示す図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、加熱されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、はるかに均一な堆積パラメータを示す図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、加熱されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、はるかに均一な堆積パラメータを示す図である。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、加熱されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、はるかに均一な堆積パラメータを示す図である。
【図１２Ｇ】図１２Ｇは、加熱されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、はるかに均一な堆積パラメータを示す図である。
【図１２Ｈ】図１２Ｈは、加熱されたシャワーヘッドを内部に有する反応チャンバ内で経時的に処理された様々なウエハについて得られた、はるかに均一な堆積パラメータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本出願では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および「部分的に製作された集積回路」という用語は、互換的に使用されることがある。しかし、「基板」という用語は、半導体ウエハを指す場合もあれば、異なる反応チャンバで処理されているチャンバ構成要素を指す場合もあることが理解される。「ウエハ」という用語は、一般に理解されているように、もっぱら半導体ウエハを指すことを意図している。当業者は、「部分的に製作された集積回路」という用語が、ウエハ上に集積回路を製作するための多くの段階のいずれかにあるシリコンウエハを指すことができることを理解するであろう。半導体デバイス業界で使用されるウエハまたは基板は、典型的には、２００ｍｍ、または３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。以下の詳細な説明は、いくつかの実施形態がウエハ上で実施されることを想定している。しかし、実施形態は、そのように限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および材料であり得る。様々な実施形態において、ワークピースは、以下で説明されるように、チャンバ構成要素である。チャンバ構成要素は、第１の反応チャンバ内で基板／ワークピースとして処理された後、異なる反応チャンバに組み込むことができる。半導体ウエハのほかにも、開示される実施形態を利用することができる他のワークピースとしては、プリント回路基板、磁気記録媒体、磁気記録センサ、ミラー、光学素子、マイクロメカニカルデバイスなど（ならびにそのような製品の製作に使用される反応チャンバ用の任意のチャンバ構成要素）のような様々な製品が挙げられる。
【００３７】
半導体デバイスを製作するとき、製作プロセスは正確であり、かつ再現性があることが有利である。このような正確さと再現性により、所望の仕様から外れたデバイスの数を最小限に抑えることによって製造コストが削減される。残念ながら、半導体製作装置は時間の経過と共にさらに多くのウエハを処理するので、装置内の処理条件は変化する。これらの変化する条件は、装置内で処理されるウエハに影響を与える可能性がある。例えば、反応チャンバが経時的に膜を一連のウエハ上に堆積するために使用されると、膜副産物が反応チャンバの内面に蓄積する。一定期間後、反応チャンバを洗浄して膜副産物を除去する。多くの場合、この洗浄プロセスは、反応チャンバを遠隔で生成されたプラズマ（例えば、フッ化窒素プラズマなどのフッ素含有プラズマ）に曝露し、それによって膜副産物を除去することを伴う。残念ながら、この洗浄プロセスは、その下にある反応チャンバ構成要素の表面状態を変える可能性がある。例えば、アルミニウムシャワーヘッドおよび／または基板支持台座は、フッ素ラジカルによって攻撃され、多孔性フッ化アルミニウムを形成する場合がある。この反応により、シャワーヘッド／台座の表面積が大幅に増加し、それによってこれらのリアクタ構成要素の表面性質が変化する。反応チャンバが洗浄されるたびに、チャンバ構成要素の表面状態がさらに変わってしまう。これらの変化する表面状態は、経時的に反応チャンバ内で処理されたウエハの堆積（または他の処理）結果を変化させることがある。これらの影響を示す実験結果が、図８Ａおよび図８Ｂに関連して説明されている。これらの変化は、以下でさらに説明されるように、インサイチュ（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で形成されたアンダーコートでシャワーヘッドがコーティングされていても起こり得ることに留意されたい。
【００３８】
ある特定のプロセスは、シャワーヘッドおよび台座などのチャンバ構成要素の表面状態に特に敏感である。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣx）およびその誘導体（例えば、ケイ素および炭素以外の元素を含み得る）の化学気相堆積は、これらの条件に敏感であり得る。様々な実施形態において、このプロセスは、水素ラジカルにウエハを曝露することを伴う（水素ラジカルの生成場所は、反応チャンバから離れていても離れていなくてもよい）。理論または作用機構に拘束されることなく、半導体ウエハへの水素ラジカルの生成および分配は、シャワーヘッドおよび台座などのチャンバ構成要素の表面状態に影響されると考えられている。追加のチャンバ洗浄が経時的に実施されると、これらの構成要素の表面状態が変化し（例えば、フッ素ラジカルにさらに攻撃されることによって表面積が増加する）、堆積結果は経時的にドリフトする。
【００３９】
次のチャンバ洗浄動作までの間に特定の反応チャンバで処理されるウエハは、バッチと呼ばれる。バッチ内のウエハは、経時的に連続して処理される。言い換えれば、本明細書で説明されるバッチ処理は、バッチ内の全ての基板が同時に処理されるバッチ処理とは異なる。本明細書で使用されるバッチ処理では、バッチ内の基板の少なくとも一部が異なる時間に処理される。しかし、ある特定の反応チャンバは、同時に複数の基板を処理するように構成され、そのような場合、バッチ内のある特定の基板を同時に処理することができることが理解される。一例では、洗浄されたばかりの反応チャンバを使用して、一度に１枚のウエハ上に膜を堆積し、２００枚のウエハが処理された後に反応チャンバを洗浄する。この例では、バッチは、次のチャンバ洗浄までの間に処理された２００枚のウエハを含む。別の例では、洗浄されたばかりの反応チャンバを使用して、一度に２枚のウエハ上に膜を堆積し、４００枚のウエハが処理された後に反応チャンバを洗浄する。この例では、バッチは、次のチャンバ洗浄までの間に処理された４００枚のウエハを含む。
【００４０】
場合によっては、ウエハのバッチは、少なくとも約２５枚のウエハ、少なくとも約５０枚のウエハ、少なくとも約１００枚のウエハ、または少なくとも約２００枚のウエハを含む。これらの場合または他の場合、ウエハのバッチは、最大約４００枚のウエハ、または最大約２００枚のウエハを含み得る。様々な実施形態において、バッチは約２００〜４００枚のウエハを含むことができるが、多くのバッチサイズを使用することができる。理想的なバッチサイズは、堆積される（または別の方法で処理される）膜の組成、堆積される（または別の方法で処理される）膜の厚さなどを含む（がこれらに限定されない）多数の要因に依存し得る。
【００４１】
半導体デバイス製作中に発生する可能性がある別の問題は、部分的に製作された半導体デバイスを汚染する粒子の生成である。多くの場合、粒子は、反応チャンバ自体の内面に由来する金属粒子である。例えば、粒子は、チャンバの内壁、天井、シャワーヘッド、基板支持体、リフトピン、ガスライン、ノズルなどに由来し得る。特定の例では、反応チャンバおよび／または内部の構成要素は、アルミニウム、例えばアルミニウム６０６１−Ｔ６（アルミニウム、およびクロム、銅、鉄、マグネシウム、マンガン、ケイ素、チタン、亜鉛などの少量の他の材料を含む場合がある）でできている。多くの場合、粒子は、反応チャンバがプラズマまたは他の過酷な処理条件に曝露されたときに生成される。粒子は、処理中に基板の表面上に落下する可能性があり、それによって望ましくない膜不純物が生じ、デバイスの故障の可能性を増加させる。
【００４２】
このような粒子の生成に対抗するための１つの技術は、反応チャンバの表面をアンダーコートでコーティングすることである。アンダーコートは、裸のチャンバ表面からの金属汚染を最小限に抑えるために、チャンバの内面にインサイチュで形成される材料の層である。典型的には、基板が反応チャンバ内に存在しない間にアンダーコートが堆積される。アンダーコートは、（ａ）アンダーコートを形成する反応剤と（ｂ）反応剤同士の反応を駆動するエネルギーの両方に曝露されるチャンバの内面に形成される。アンダーコートについては、２０１３年１１月２５日出願の「ＣＨＡＭＢＥＲ  ＵＮＤＥＲＣＯＡＴ  ＰＲＥＰＡＲＥＡＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＬＯＷ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ  ＡＬＤ  ＦＩＬＭＳ」と題する米国出願番号第１４／０８９，６５３号にさらに記載されており、上記の出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４３】
アンダーコートは粒子の生成を抑え、関連する汚染を低減するのに有用であるが、アンダーコートも特定の課題を提示する。例えば、上述のように、アンダーコートは、関連する反応剤と、適切な反応を駆動するエネルギーの両方に曝露されるチャンバ表面上にのみ形成される。その結果、アンダーコートは関連表面を十分に被覆できないことがある。本明細書では、チャンバ構成要素の表面にコーティングを形成することが意図される／望ましい場合、そのチャンバ構成要素の表面は「関連表面」である。表面への堆積を防ぐために意図的にマスキングされる表面は、特に明記されていない限り、「関連表面」の意味から除外される。インサイチュで堆積されたアンダーコートによるアンダーコート被覆が不十分であることが多い表面／構成要素は、（１）シャワーヘッド穴の内面、（２）シャワーヘッドの背面、（３）シャワーヘッドのステム、（４）ガスおよび／またはプラズマ供給ライン、ノズル、弁などの内面、（５）リフトピン、（６）リフトピンホルダ／リテーナ、（７）ウエハが載置されるアルミニウムまたは他の金属台座などを含むが、これらに限定されない。
【００４４】
例えば反応チャンバの幾何学的形状および／または反応チャンバ内の構成要素の位置決めの結果として、これらの表面の多くを反応チャンバ内の関連する反応剤およびエネルギーにインサイチュで曝露することが困難または不可能になることがある。ある特定の表面は、関連する反応剤の全てに曝露されないことがあり、例えば１つの反応剤のみを供給するように構成されるガス供給ラインおよびシャワーヘッド穴は、膜形成に必要な第２の反応剤に全く曝露されない場合がある。同様に、これらの表面または他の表面は、アンダーコート形成反応を駆動するエネルギーに曝露されない場合がある。例えば、熱エネルギーへの曝露の結果としてアンダーコートが形成される場合、列挙した表面の一部が適切な温度に加熱されないことがある。プラズマエネルギーへの曝露の結果としてアンダーコートが形成される場合、列挙した表面の一部がプラズマに曝露されないことがある。場合によっては、プラズマシースの厚さのようなプラズマ固有の考慮事項により、プラズマが小さな空間（例えば、シャワーヘッド穴およびガス供給ラインの内側）に侵入することができない場合がある。従来のコーティング技術は、シャワーヘッド穴の内側をコーティングすることができなかった。例えば、物理気相堆積、溶射、および他の視線型コーティング（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ  ｃｏａｔｉｎｇ）技術は、約１０を超えるアスペクト比を有するシャワーヘッド穴をコーティングすることができないことが頻繁にある。これらのコーティングされていない穴は、特に高温で還元プラズマ（例えば、アンモニアプラズマ、Ｈ2プラズマなど）、フッ素含有プラズマ（例えば、ＮＦ3プラズマ）、および／または酸化プラズマ（例えば、Ｎ2Ｏプラズマ、Ｏ2プラズマ、ＣＯ2プラズマなど）に曝露されると攻撃される可能性がある。そのような攻撃は、穴の寸法、表面仕上げ、または穴の他の特性を変化させる場合があり、これによりガスの流れおよび／またはプラズマは、穴が攻撃されて変化するにつれて経時的に異なる挙動をする可能性がある。シャワーヘッド穴の変化は、ガスの流れおよびプラズマの均一性に影響を与え、それによって図８Ａに関連して以下でさらに説明されるように、チャンバ内に載置され処理されるウエハ上の膜の不均一性に悪影響を与える。このような変化は、シャワーヘッドの有効寿命に大きな影響を与える。
【００４５】
さらに、インサイチュで堆積されたアンダーコート（ならびにインサイチュで実施されてもされなくてもよい、陽極酸化、スパッタリング、物理気相堆積、およびプラズマ溶射などの他のチャンバ構成要素コーティングプロセス）により、チャンバ表面上に微孔性材料が堆積する。この材料の微孔構造は、プラズマに曝露されたときに実質的なラジカル損失をもたらす。このようなラジカル損失は、ラジカルを必要とするウエハにラジカルが到達できるにラジカルが効果的に消費されるため、半導体ウエハの適切な処理を妨げてしまう。従来のコーティング技術の別の問題は、典型的に形成されるコーティングが比較的厚く（例えば、５００ｎｍを超える）、チャンバ構成要素から半導体ウエハ上に剥がれ落ちるという望ましくない傾向があることである。
【００４６】
本明細書で説明される技術は、アンダーコートのインサイチュ堆積に関するいくつかの課題を克服しつつ、コーティングされたチャンバ表面から生じる利点を提供する。一般的に言えば、本明細書で説明される技術は、第１の反応チャンバ内に位置決めされた１つまたは複数の構成要素上に保護コーティングを形成することを伴い、その構成要素は後で第２の反応チャンバ内に設置される。第１の反応チャンバは、関連するチャンバ構成要素を準備／コーティングするために使用され、その後、構成要素が取り出されて、半導体基板の処理に使用される第２の反応チャンバ内に設置される。この保護コーティングのエクスサイチュ堆積により、チャンバ構成要素の関連表面の全てを適切にコーティングすることが可能となり、それによって粒子の生成および基板の汚染が最小限に抑えられる。
【００４７】
本明細書で使用する場合、チャンバ構成要素上に堆積された保護コーティングは、「エクスサイチュ」で堆積されると見なされる。この場合、保護コーティングは、第１の反応チャンバ内のチャンバ構成要素上に堆積され、その後、取り出されて第２の反応チャンバ内に設置される。一般的に言えば、チャンバ構成要素は、第２の反応チャンバ内に設置され、その一部を形成する。言い換えれば、チャンバ構成要素は、第２の反応チャンバ内に設置されたときに、意図された目的を果たす（例えば、シャワーヘッド、リフトピンなどとして機能する）。逆に、チャンバ構成要素は、第１の反応チャンバ内にあるとき、コーティングされる基板に過ぎない。チャンバ構成要素は第１の反応チャンバ内では基板に過ぎないので、保護コーティングの堆積中、チャンバ構成要素を望み通りに位置決めおよび操作することができる。これにより、保護コーティングを全ての関連表面上に形成することができる。これは、アンダーコートのインサイチュ堆積では不可能なことである。
【００４８】
本明細書で説明されるエクスサイチュのチャンバ構成要素コーティングプロセスはまた、スループットを最大化し、コストを削減するという点でも有益である。多くの場合、保護コーティングは、層ごとに膜厚を周期的に構築する原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスにより形成される。この技術は高品質かつ高度に共形的な保護コーティングを形成するが、コーティングを所望の厚さ（例えば、１ｎｍ〜１０ｍｍ、場合によっては約１００〜５００ｎｍ）に形成するにはかなりの時間がかかる。様々な場合において、保護コーティングを形成するには１日から数日程度かかる。保護コーティングが半導体ウエハの処理に使用されるリアクタのアンダーコートとしてインサイチュで形成される場合、保護コーティングが形成されている全時間中、リアクタを半導体ウエハの処理に利用できなくなる。このダウンタイムにより、スループットが低下し、コストが増加する。
【００４９】
対照的に、チャンバ構成要素がエクスサイチュでコーティングされる場合、チャンバ構成要素が別のリアクタでコーティングされている間、リアクタは半導体基板を処理するために利用可能であり続ける。多くの場合、本明細書で説明される技術を使用してコーティングされるチャンバ構成要素は、使用期間の後に摩耗する構成要素である。これらの消耗部品は反応チャンバ内に設置され、一定期間使用されてから、交換される。したがって、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバは、第２のシャワーヘッドが異なる反応チャンバ内で保護コーティングによりコーティングされている間、第１のシャワーヘッドを使用し続けることができる。これらのプロセスは、同時に行われてもよいし、同時でなくてもよいことが理解される。第２のシャワーヘッドがコーティングされた後、第１のシャワーヘッドを取り外し、第２のシャワーヘッドに交換する。シャワーヘッドの取り外しと再設置のプロセスは、保護コーティングを形成するプロセス（少なくとも、保護コーティングを原子層堆積により本明細書に記載された厚さに堆積する場合）よりも大幅に高速である。さらに、エクスサイチュコーティングプロセスはより完全な保護コーティングをチャンバ構成要素の関連表面上に形成するため、保護コーティングは優れた保護を提供することができ、インサイチュで堆積されたアンダーコートと比較して長持ちし得る。これは、チャンバ構成要素を頻繁に交換する必要がなく、それによって処理装置の所有・動作コストが最小限に抑えられることを意味する。
【００５０】
（コーティングプロセス）
様々な実施形態において、保護コーティングは、原子層堆積により堆積される。場合によっては、プラズマ支援原子層堆積が使用されてもよい。本明細書で使用する場合、「原子層堆積」という用語は、別段の指定がない限り、プラズマ支援原子層堆積を含むことを意図している。原子層堆積プロセスに適用されるとき、「熱」という用語は、反応がプラズマエネルギーではなく熱エネルギーによって駆動されることを意味する。
【００５１】
本明細書で説明されるような原子層堆積方法によりエクスサイチュで形成される保護コーティングは、上述の従来の方法により形成されたコーティングよりも緻密となる傾向がある。これらの緻密なコーティングは多孔性の微細構造を有さないため、ラジカル再結合の速度が大幅に低下し、それによって、はるかに高い割合のラジカルが、ラジカルを必要とする半導体ウエハに確実に到達できるようになる。コーティングされたチャンバ構成要素についてのラジカル再結合に関する問題は、２０１５年３月２６日出願の、「ＭＩＮＩＭＩＺＩＮＧ  ＲＡＤＩＣＡＬ  ＲＥＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＡＬＤ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＯＸＩＤＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＩＮＴＥＲＭＩＴＴＥＮＴ  ＲＥＳＴＯＲＡＴＩＯＮ  ＰＬＡＳＭＡ」と題する米国特許出願第１４／７１２，１６７号にさらに記載されており、上記の出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。この参照出願の実施形態と比較して、本明細書で説明されるコーティングは、改善された微細構造を有するより緻密な材料を形成することが期待される。
【００５２】
図１Ａは、様々な実施形態による、保護コーティングをチャンバ構成要素上に形成する方法１００を説明するフローチャートを示している。方法１００は、チャンバ構成要素を第１の反応チャンバに基板として供給する動作１０１から始まる。チャンバ構成要素は、第１の反応チャンバ内に載置されるが、第１のリアクタの構成要素として内部に設置されるのではない。言い換えれば、チャンバ構成要素がシャワーヘッドである場合、そのシャワーヘッドは、第１の反応チャンバ内に存在するときにはシャワーヘッドとして機能しない。そのシャワーヘッドは、ガスラインまたは他の構成要素に接続することなく、単独で設けられてよい。チャンバ構成要素は、基板支持体上に位置決めされてもよい。基板支持体は、保護コーティングの形成が望まれるチャンバ構成要素の全ての関連表面を曝露するように構成され得る。場合によっては、全ての関連表面が確実にコーティングされるようにするため、保護コーティングの堆積中に第１の反応チャンバ内でチャンバ構成要素を移動／再位置決めしてもよい。場合によっては、チャンバ構成要素を分解、または他の方法で開放して、追加の表面をコーティングのために露出させてもよい。
【００５３】
保護コーティングが望まれない表面を遮蔽するために、必要に応じてマスキングを設けることができる。そのようなマスキングは、金属に関連する電気接点または他の電気的性質を必要とするエリア上にＡＬＤコーティングが堆積されるのを防ぐために必要である。また、マスキングは、水または他の流体によって冷却され得るシャワーヘッドの特定のチャネル内にコーティングが堆積することを防ぐため、ガス入口孔またはガス出口孔に施すこともできる。そのようなマルチプレナムシャワーヘッドは、最新技術の堆積チャンバでますます利用されている。したがって、提案された技術は、ウエハの要件を満たしながら部品寿命を延ばすための最大の利点を提供するエリアにおいて、そのような複雑な部品を選択的にコーティングすることができるだろう。
【００５４】
様々な実施形態において、チャンバ構成要素は、第１の反応チャンバ内の唯一の基板であってもよい。他の実施形態では、複数のチャンバ構成要素を同時に第１の反応チャンバに供給することができ、各チャンバ構成要素は、第１の反応チャンバ内でコーティングされる基板としてのみ作用する。場合によっては、第１の反応チャンバ内で同時にコーティングされるチャンバ構成要素は、全てが同じ第２の反応チャンバ内に共に設置されてもよい。例えば、本明細書に列挙されているチャンバ構成要素のいずれかは、第１の反応チャンバ内で同時にコーティングされてから、同じ第２の反応チャンバ内に共に設置されてもよい。特定の例では、シャワーヘッドとリフトピンの両方が、第１の反応チャンバ内で同時にコーティングされ、その後、同じ第２の反応チャンバ内に設置される。異なるタイプのチャンバ構成要素をこのように同時にコーティングすることにより、異なるチャンバ構成要素全てがその上に均一な保護コーティングを有することができる。いくつかの他の例では、複数のチャンバ構成要素が第１の反応チャンバ内で同時にコーティングされるが、その複数のチャンバ構成要素に含まれるチャンバ構成要素は１種類だけである（例えば、シャワーヘッド、またはリフトピン、またはガス供給ラインなど）。一例では、複数の同様または同一のシャワーヘッドが、第１の反応チャンバ内で同時にコーティングされる。同様または同一の種類のチャンバ構成要素をこのように同時にコーティングすることは、特定の種類のチャンバ構成要素におけるチャンバ構成要素間でのコーティングの変動を最小限に抑えるのに役立つ。これは、古いチャンバ構成要素を新しいチャンバ構成要素に交換するときに発生する不均一性の低減に特に役立つ。
【００５５】
動作１０３において、第１の反応剤が第１の反応チャンバに導入される。第１の反応剤は、チャンバ構成要素の全ての曝露面に吸着する。第１の反応剤の例示的な投与時間は、約１〜３０秒であり得る。動作１０５において、過剰の第１の反応剤が第１の反応チャンバからパージされる。そのようなパージは、第１の反応チャンバを排気すること、および／または第１の反応チャンバを別のガス（例えば、多くの場合は不活性ガス）で掃引することによって実現できる。第１の反応チャンバから第１の反応剤をパージすることにより、第１の反応剤と第２の反応剤との間の望ましくない気相反応のリスクを最小化する。そのようなパージは、反応がプラズマによって駆動される特定の場合には、必要ではない（したがって省略してもよい）ことがある。
【００５６】
動作１０７において、第２の反応剤が第１の反応チャンバに導入される。第２の反応剤は、チャンバ構成要素の露出面に吸着してもよい。第２の反応剤の例示的な投与時間は、約１〜３０秒であり得る。動作１０９において、第１および第２の反応剤の間で反応が駆動され、チャンバ構成要素上に保護膜が形成される。多くの場合、第１および第２の反応剤の間の反応は、熱駆動原子層堆積反応である。そのような場合、動作１０９は、第１の反応チャンバ（または基板支持体などの内部の構成要素）が目標温度に達するようにすること、または目標温度を維持するようにすることを伴い得る。目標温度は、反応チャンバに供給される反応剤、保護コーティングの所望の組成、およびコーティングされたチャンバ構成要素の最終的な用途に依存し得る（例えば、堆積が起こり得る温度は、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバ内にチャンバ構成要素が設置されたときにチャンバ構成要素が曝露される典型的な処理温度または最大処理温度に近い温度である）。いくつかの例では、目標温度は、約１５０〜４００℃、または約３００〜７００°Ｆであってもよい。他の場合、第１および第２の反応剤の間の反応は、プラズマ支援原子層堆積反応である。そのような場合、動作１０９は、プラズマを生成すること、およびチャンバ構成要素をプラズマに曝露することを伴い得る。プラズマは、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波結合プラズマ、変圧器結合プラズマ、遠隔プラズマ、インサイチュプラズマなどを含む任意の種類のプラズマであってもよい。例示的なプラズマ曝露時間は、約０．５秒〜２０分であり得る。プラズマを生成するための例示的なＲＦ電力レベルは、約０．５〜３ｋＷであり得る。プラズマを生成するための例示的な周波数は、４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、１３．６ＭＨｚ、および６０ＭＨｚを含む。
【００５７】
理論または作用機構によって制限されることなく、（プラズマ支援原子層堆積反応とは対照的に）熱駆動原子層堆積反応は、シャワーヘッド穴の内部やガス供給ラインの内部などの小さな保護領域に高品質かつ高度に共形的な保護膜を形成するのに優れていると考えられている。上述のように、プラズマはそのような小さな保護領域を透過できず、未コーティング状態で残してしまう場合がある。必要な熱エネルギーを全ての関連表面に供給することは比較的容易であるため、熱駆動反応はこれらの領域をより良好にコーティングすることができる。
【００５８】
動作１０３、１０５、１０７、および１０９は共に、１つの原子層堆積サイクルを説明する。各サイクルが１つの単層の膜厚を構築し、各単層は、約０．５〜３Åの厚さを有する。各単層の厚さは、例えば、各反応剤投与ステップの曝露時間、反応剤の付着係数などを含む多数の要因に依存する。任意選択で、第１の反応チャンバは、動作１０７の後かつ動作１０９の前、および／または、動作１０９の後かつ次に動作１０３を反復する前にパージされてもよい。そのようなパージは、望ましくない気相反応の低減に役立つ可能性があり、さらに、第１の反応チャンバからの副産物または他の汚染物質の除去に役立つ可能性がある。
【００５９】
動作１１１において、保護コーティングが所望の最終的な厚さに達したかどうかが決定される。本明細書のいくつかの実施形態では、所望の最終的な厚さは、約１ｎｍ〜約１０ｍｍである。場合によっては、最終的な厚さは、約１ｎｍ以上、約１０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１μｍ以上、約１０μｍ以上、約１００μｍ以上、約５００μｍ以上、または約１ｍｍ以上の厚さである。これらの場合または他の場合、最終的な厚さは、約１０ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約５００μｍ以下、約１００μｍ以下、約１０μｍ以下、約１μｍ以下、約５００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下であってもよい。この厚さの範囲の保護コーティングは、（１）その下にあるチャンバ表面からの汚染を低減すること、および、（２）過酷な処理条件下でも長時間持続することの両方をなし得る。この厚さにより、チャンバ構成要素を過酷なプラズマ（例えば、洗浄プラズマ、堆積プラズマ、処理プラズマなど）に、最小限の劣化で複数回、繰り返し曝露することが可能になる。いくつかの実施形態では、厚さが約５００ｎｍを超えると、保護コーティングは、より容易に剥がれる傾向があり得る。ある特定の実施態様では、厚さが約１００ｎｍ未満であると、保護コーティングは、汚染に対する実質的または長期的な保護を提供しない可能性がある。
【００６０】
保護コーティングがまだ所望の最終的な厚さに堆積されていない場合、方法は、動作１０３に続き、別のＡＬＤサイクルが開始される。保護コーティングが所望の最終的な厚さに達した場合、方法は、動作１１３に続き、コーティングされたチャンバ構成要素が第１の反応チャンバから取り出される。この時点で、コーティングされたチャンバ構成要素は第２の反応チャンバ内に設置する準備ができており、第２の反応チャンバにおいて、その意図された目的を果たすことになる。各ＡＬＤサイクルがこのような薄い単層を堆積するため、チャンバ構成要素を最終的な厚さまで完全にコーティングするには、典型的には数百または数千のサイクルが必要である。典型的には、これは１〜３日かかる。
【００６１】
図１Ｂは、第２の反応チャンバを準備し、内部で半導体ウエハを処理する方法１２０のフローチャートを提示する。方法１２０は、原子層堆積を使用して第１の反応チャンバ内でチャンバ構成要素を保護膜でコーティングする動作１２１から始まる。動作１２１は、例えば、図１Ａの動作１０１〜１１１を使用して実現することができる。簡潔にするため、説明は繰り返さない。次に、コーティングされたチャンバ構成要素は、動作１１３で第１の反応チャンバから取り出される。図１Ｂの動作１１３は、図１Ａの動作１１３と同じである。コーティングされたチャンバ構成要素は、第１の反応チャンバから取り出された後、動作１２３で第２の反応チャンバ内に設置される。次に、動作１２５において、コーティングされたチャンバ構成要素が第２の反応チャンバ内に設置された状態で、半導体ウエハが第２の反応チャンバ内で処理される。この処理は、例えば原子層堆積、化学気相堆積、または別の堆積方法を使用して、膜の層をウエハ上に堆積することを伴い得る。他の場合では、処理は、ウエハから材料をエッチングすること、ウエハをプラズマ処理に曝露すること、または別のタイプの処理を伴うことができる。
【００６２】
使用期間の後、コーティングされたチャンバ構成要素（またはその上のコーティング）は、例えばプラズマ（例えば、フッ素含有洗浄プラズマ）への曝露の結果として、劣化し始める可能性がある。典型的には、半導体ウエハ上に材料を堆積した結果としてチャンバ内面に蓄積する材料を除去するために、反応チャンバは定期的に洗浄される。反応チャンバがＡＬＤに使用される例として、反応チャンバは、約５０枚の半導体ウエハを処理した後に洗浄され得る。同様の場合に、反応チャンバは、約１００枚の半導体ウエハを処理した後、または約２００枚の半導体ウエハを処理した後に洗浄され得る。洗浄頻度は、例えば、半導体ウエハ上に堆積される膜の組成および厚さに依存する。一般的に言えば、膜が厚くなるほど、より頻繁なチャンバ洗浄が必要となる。
【００６３】
保護コーティングは、洗浄プロセスに耐えるように設計することができる。多くの場合、保護コーティングは、洗浄プラズマに繰り返し曝露されることに耐えるように設計されている。これにより、コーティングされたチャンバ構成要素は、交換が必要になるまで反応チャンバ内で比較的長時間使用することができるようになる。様々な実施形態において、洗浄プラズマは、フッ化窒素プラズマである。フッ化窒素プラズマは、チャンバの内面に蓄積した望ましくない材料（例えば、ケイ素ベースの材料、誘電体材料、および様々な他の材料）と反応するフッ素ラジカルを含む。他のフッ素含有プラズマもまた、同様の効果を有する。同様に、保護コーティングは、アンモニアプラズマへの曝露に耐えるように設計することができる。アンモニアプラズマは、例えば反応剤としてアンモニアを提供するために、半導体ウエハ上への堆積中に使用されてもよい。アンモニアプラズマはまた、半導体ウエハの表面処理として使用することもできる。
【００６４】
理論または作用機構によって拘束されることなく、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、およびフッ化イットリウム（ＹＦ3）ベースの保護コーティングは、フッ化窒素プラズマへの曝露、ならびにアンモニアプラズマへの曝露などの典型的なフッ素ラジカルベースの洗浄プロセスに耐えることができると考えられている。これらの材料は、例えば、アンダーコート材料として一般的に使用されている酸化シリコンと比較すると、フッ化窒素プラズマおよびアンモニアプラズマに対して実質的に改善された耐性を示すと考えられている。
【００６５】
いくつかの実施形態では、異なる組成の２つ以上の保護コーティングを共に設けることができる。例えば、保護コーティングは、２つの副層を備える二重層または３つの副層を備える三重層を含むことができ、各副層は、本明細書に列挙されている組成を有する。場合によっては、そのような副層が４つ以上設けられてもよい。副層のそれぞれが、保護膜全体に関して本明細書で説明されるような厚さであってもよい。他の場合では、保護膜全体の厚さが本明細書で説明されるような厚さであって、その厚さを異なる副層の間で分割してもよい。場合によっては、副層同士が同じ厚さを有することがある。他の場合では、副層同士が異なる厚さを有することがある。特定の例では、保護膜は、酸化アルミニウムと酸化イットリウムを積層した二重層である。多くの他の組み合わせが可能である。
【００６６】
プラズマへの曝露の結果としての劣化に対する保護コーティングの耐性は、高温（例えば、約７５〜７００℃、場合によっては、約１００〜７００℃、または約２００〜７００℃、または約２００〜４００℃、または約２００〜３００℃、または約１００〜２５０℃、または約７５〜４００℃、または約４００〜７００℃）で保護コーティングを形成することによって強化することができる。場合によっては、アルミニウム製（または、主にアルミニウム製）のチャンバ構成要素上に形成される保護コーティングは、約７５〜４００℃、または約１００〜２５０℃、または約２００〜４００℃の温度で堆積されてもよい。いくつかの他の場合では、セラミック製（または、主にセラミック製）のチャンバ構成要素上に形成される保護コーティングは、約４００〜７００℃の温度で堆積され得る。セラミック製の構成要素は設置後にアルミニウム製の構成要素よりも高い処理温度に晒される可能性があるため、セラミック構成要素のコーティングにはより高い堆積温度が利用されることがある。いずれの場合も、保護コーティングは、チャンバ構成要素がコーティングされ、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバ内に設置された後にチャンバ構成要素が曝露される最大温度の約２５℃以内、または約５０℃以内の高温で形成され得る。場合によっては、より低い温度が使用される場合もある。場合によっては、堆積温度は、ほぼ室温（例えば、約２０℃）ほどに低くてもよい。特定の実施形態では、保護コーティングは、約２０〜６５０℃の温度で形成されてもよい。
【００６７】
高温の範囲内では、チャンバ構成要素の表面に存在する細孔または溝が拡張する。これにより、拡張した細孔および溝内に保護コーティングが形成され、共形的で完全な保護コーティングを形成することができる。対照的に、チャンバ構成要素がより低い温度でコーティングされる場合、細孔または溝は拡張せず、保護コーティングがそのようなエリアに適切に形成されない可能性がある。多くの場合、チャンバ構成要素は、第２の反応チャンバ内に設置され、半導体ウエハの処理に使用されるときに高温に曝露される。この時点で、全ての細孔／溝が拡張し、細孔／溝内のコーティングが不完全な領域は粒子の生成に対して脆弱になる。これらの理由から、高温でチャンバ構成要素をコーティングすることが望ましい。しかし、様々な実施形態において、保護コーティングを形成するための堆積温度が高すぎないようにすることが望ましい。例えば、ある特定の例において、より高い温度（例えば、４００℃、５００℃、およびそれ以上）で形成された保護コーティングは、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバ内に設置されたときに不十分な粒子性能を示す。したがって、場合によっては、保護コーティングを形成するための堆積温度は、約２５０℃未満、または約３００℃未満、または約４００℃未満に維持され得る。多くのそのような場合において、堆積温度は、約１００℃または１５０℃の最低温度より上に維持される。
【００６８】
所望のコーティングの組成に応じて、様々な反応剤を使用して保護コーティングを形成することができる。多くの場合、保護コーティングは、金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物、またはそれらの組み合わせである。保護コーティング中の金属は、様々な例において遷移金属であり得る。ある特定の例示的な反応剤を以下に列挙するが、これらは限定を意図するものではない。
【００６９】
保護コーティングがアルミニウム（例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、および／またはフッ化アルミニウム）を含む場合、アルミニウム含有反応剤を使用することができる。例示的なアルミニウム含有反応剤は、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（Ａｌ（ＯＣＣ（ＣＨ3）3ＣＨＣＯＣ（ＣＨ3）3）3）、トリイソブチルアルミニウム（［（ＣＨ3）2ＣＨＣＨ2］3Ａｌ）、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム（ＩＩＩ）（Ａｌ（Ｎ（ＣＨ3）2）3）、およびそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
【００７０】
保護コーティングがイットリウム（例えば、酸化イットリウム、窒化イットリウム、および／またはフッ化イットリウム）を含む場合、イットリウム含有反応剤を使用することができる。例示的なイットリウム含有反応剤は、トリス［Ｎ、Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド］イットリウム（［［（ＣＨ3）3Ｓｉ］2Ｎ］3Ｙ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）（Ｙ（Ｃ5Ｈ4ＣＨ2（ＣＨ2）2ＣＨ3）3）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）（Ｙ（Ｃ5Ｈ5）3）、イットリウム２−メトキシエトキシド溶液、例えば、２−メトキシエタノール（Ｃ9Ｈ21Ｏ6Ｙ）、イットリウム（ＩＩＩ）トリス（イソプロポキシド）（Ｃ9Ｈ21Ｏ3Ｙ）、イットリウム（ＩＩＩ）トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（Ｙ（ＯＣＣ（ＣＨ3）3ＣＨＣＯＣ（ＣＨ3）3）3）、およびそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
【００７１】
保護コーティングがチタン（例えば、酸化チタン、窒化チタン、および／またはフッ化チタン）を含む場合、チタン含有反応剤を使用することができる。例示的なチタン含有反応剤は、テトラキス（ジエチルアミド）チタン（ＩＶ）（［（Ｃ2Ｈ5）2Ｎ］4Ｔｉ）、テトラキス（ジメチルアミド）チタン（ＩＶ）（［（ＣＨ3）2Ｎ］4Ｔｉ）、テトラキス（エチルメチルアミド）チタン（ＩＶ）（［（ＣＨ3Ｃ2Ｈ5）Ｎ］4Ｔｉ）、チタン（ＩＶ）ジイソプロポキシドビス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオネート）（Ｔｉ［ＯＣＣ（ＣＨ3）3ＣＨＣＯＣ（ＣＨ3）3］2（ＯＣ3Ｈ7）2）、チタン（ＩＶ）イソプロポキシド（Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ3）2］4）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、およびそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
【００７２】
保護コーティングが他の金属を含む場合、当技術分野で一般に理解されているように、適切な前駆体を提供することができる。
【００７３】
保護コーティングが酸素を含む場合、酸素含有反応剤を使用することができる。例示的な酸素含有反応剤は、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、硫黄酸化物（ＳＯ）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、酸素含有炭化水素（ＣxＨyＯz）、水（Ｈ2Ｏ）、それらの混合物などを含むが、これらに限定されない。
【００７４】
保護コーティングが窒素を含む場合、窒素含有反応剤を使用することができる。窒素含有反応剤は、少なくとも１つの窒素、例えば、アンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、ｔ−ブチルアミン、ジ−ｔ−ブチルアミン、シクロプロピルアミン、ｓｅｃ−ブチルアミン、シクロブチルアミン、イソアミルアミン、２−メチルブタン−２−アミン、トリメチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジエチルイソプロピルアミン、ジ−ｔ−ブチルヒドラジンなどのアミン（例えば、炭素を持つアミン）、ならびにアニリン、ピリジン、およびベンジルアミンなどの芳香族含有アミンを含有する。アミンは、第一級、第二級、第三級または第四級（例えば、テトラアルキルアンモニウム化合物）であり得る。窒素含有反応剤は、窒素以外のヘテロ原子を含むことができ、例えば、ヒドロキシルアミン、ｔ−ブチルオキシカルボニルアミンおよびＮ−ｔ−ブチルヒドロキシルアミンは、窒素含有反応剤である。
【００７５】
保護コーティングがフッ素を含む場合、フッ素含有反応剤を使用することができる。例示的なフッ素含有反応剤は、フッ化水素（ＨＦ）および四フッ化チタン（ＴｉＦ4）などの金属フッ化物、フッ化ニオブ（Ｖ）（ＮｂＦ5）、五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、六フッ化タングステン（ＷＦ6）、フッ化モリブデン（ＭｏＦx）、フッ化バナジウム（ＶＦx）、およびそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
【００７６】
保護コーティングが酸化アルミニウムである特定の実施形態では、第１の反応剤は、トリメチルアルミニウムであり、第２の反応剤は、水である。これらの反応剤は、熱エネルギーへの曝露の結果として（例えば、プラズマへの曝露は必要ない）互いに反応する可能性がある。したがって、これらの反応剤は、凹面または他のアクセスが困難な表面（シャワーヘッド穴の内部、内部プレナムなど）を含む、チャンバ構成要素の非マスキング面の上に高度に共形的な保護コーティングを形成するのに特に有用である。
【００７７】
（コーティング可能なチャンバ構成要素）
ありとあらゆるチャンバ構成要素は、保護コーティングでコーティングされてもよい。このような構成要素は、シャワーヘッド、ガス供給ライン、リフトピン、リフトピンホルダ／リテーナ、チャンバ壁、チャンバ天井、基板支持体、台座、ウエハキャリアなどを含むことができるが、これらに限定されない。チャンバ構成要素は劣化するので、経時的に交換されるチャンバ構成要素上に保護コーティングを設けることは、特に有用であり得る。
【００７８】
図２Ａおよび図２Ｂは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッド２００を別の角度から見た図（それぞれ上面図および底面図）を提示する。場合によっては、図２Ａおよび図２Ｂに示すようなシャワーヘッド２００は、化学気相堆積および／または原子層堆積に使用されるリアクタ内に設置されてもよい。いくつかの実施形態では、リアクタは、堆積反応チャンバまたは抑制反応チャンバである。シャワーヘッド２００は、複数の穴２０５が形成されるプレート２０１を含む。場合によっては、約２０００個の穴２０５を設けることができる。縁部領域２０３は、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバ内にシャワーヘッド２００を設置するために使用され得る空間および開口部を含む。図２Ａおよび図２Ｂは縁部領域２０３内側のプレート２０１に穴２０５が設けられていない領域を示しているが、必ずしもそうであるとは限らない。いくつかの実施形態では、穴２０５は、縁部領域２０３までずっと設けられてもよい。この例では、様々な穴２０５が同心円に沿って位置決めされているが、他の穴パターンを使用することもできる。
【００７９】
図２Ｃは、図２Ａおよび図２Ｂの穴２０５の拡大断面図を図示する。穴２０５は、「ｗ」と記された幅（直径または臨界直径と呼ばれることもある）および「ｈ」と記された高さを有する。この例における穴２０５の高さは、穴２０５が形成されるプレート２０１の厚さと同じである。様々な実施形態において、シャワーヘッドは、プレートの厚さを貫通する１つまたは複数の穴を有することができ、穴は、約０．５〜４ｍｍの幅、および／または約１〜２０ｍｍの高さを有する。場合によっては、シャワーヘッドは、例えばマルチプレナムシャワーヘッドでのガス混合を改善するために、穴を位置合わせせずに重ねた複数のプレートを含んでもよい。
【００８０】
穴のアスペクト比は、穴の高さと穴の幅の比較である（ｈ：ｗ）。アスペクト比は、穴の高さを穴の幅で割った数値として計算することができる（ｈ／ｗ）。本明細書のある特定の実施形態では、シャワーヘッド穴のアスペクト比は、少なくとも約５、または少なくとも約１０、または少なくとも約５０、または少なくとも約１００、または少なくとも約５００であってもよい。場合によっては、シャワーヘッド穴のアスペクト比が、最大で約２０００になることがある。このようにアスペクト比が非常に高いと、シャワーヘッドが反応チャンバ内にインサイチュで設置されるとき、穴をコーティングすることが困難になる。その理由は、例えば、必要な反応剤の全部を全ての関連表面に供給することが困難であるため、および／または、関連表面の全てをプラズマに曝露することが困難であるため（例えば、プラズマへの曝露の結果としてコーティングが形成される場合）である。熱駆動ＡＬＤ反応を使用してシャワーヘッドを異なる反応チャンバ内でエクスサイチュでコーティングすることによって、必要な反応剤を必要に応じて全ての関連表面に供給することができ、反応を駆動するために必要なエネルギーが均一に与えられる。その結果、形成される保護コーティングは、シャワーヘッド穴の内側およびシャワーヘッドの裏側など、アクセスが困難な表面であっても高度に共形的である。図２Ｃは図２Ａおよび図２Ｂの場面で説明されているが、本明細書で説明されるシャワーヘッドのいずれも、説明される特徴（例えば、寸法）を有する穴を含み得ることが理解される。
【００８１】
図２Ｄ〜図２Ｇは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッドを別の角度から見た図を提示する。様々な実施形態において、図２Ｄ〜図２Ｇに示すシャワーヘッドは、電動シャワーヘッドである。多くの場合、このタイプのシャワーヘッドは、シャンデリアシャワーヘッドと呼ばれる。これらの実施形態または他の実施形態では、図２Ｄ〜図２Ｇに示すシャワーヘッドは、接地されたシャワーヘッドであり得る。いくつかの実施形態では、図２Ｄ〜図２Ｇに示すシャワーヘッドは、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＶｅｃｔｏｒ（登録商標）製品ファミリーのリアクタなど、化学気相堆積またはプラズマ強化化学気相堆積に使用される反応チャンバ内に設置され得る。
【００８２】
図３Ａおよび図３Ｂは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るシャワーヘッド３００を別の角度から見た図（それぞれ上面図および底面図）を提示する。場合によっては、図３Ａおよび図３Ｂに示すようなシャワーヘッド３００は、原子層堆積に使用される反応チャンバ内に設置されてもよい。これらの場合または他の場合、この温度は、約５００になることがある。シャワーヘッド３００は、多数の第１の穴３０５ａおよび第２の穴３０５ｂを有するプレート３０１を含む。第１の穴３０５ａはプレート３０１を貫通して延びているが、第２の穴３０５ｂはシャワーヘッド３００の底部側（裏側と呼ばれることもある）にのみ開いている。シャワーヘッド３００は、反応剤を第２の穴３０５ｂに供給する内部通路（図示せず）を含む。反応剤は、第２の穴３０５ｂを出るときにノズル３０６を通過する。ノズル３０６は、二次ガス噴射器と呼ばれることもある。内部通路は、ガス入口ポート（図示せず）でシャワーヘッド３００と接続することができる専用の反応剤供給ライン（図示せず）によって供給され得る。場合によっては、シャワーヘッド３００を出るまで互いに混合しない追加の反応剤を提供するために、追加の分離された内部通路がプレート３０１に設けられてもよい。保護コーティングを形成するためにエクスサイチュ原子層堆積が使用されるとき、これらの内部通路も保護コーティングでコーティングされてもよい。追加のプロセスガスを供給するために、要望に応じて追加のガス入口ポート（図示せず）を設けることができる。反応剤供給システムおよびプロセスの必要性に応じて、単一のガス入口ポートを使用して単一の反応剤または複数の異なる反応剤を提供することができる。液体は、熱流体接続３０９および３１１を介してシャワーヘッド３００に提供する、および／または、シャワーヘッド３００から除去することができる。熱流体は、シャワーヘッド３００の加熱および／または冷却に使用される熱交換流体であってもよい。熱流体接続３０９および３１１は、いくつかの実施形態では保護コーティングが堆積される前にマスキングすることができる。ある特定の場合では、穴３０５ｂがシャワーヘッドの上部側に開くように、シャワーヘッドの底部側と上部側を逆にすることができる。シャワーヘッドは、どちらの向きでも使用することができる。様々な穴のパターンを使用することができる。
【００８３】
様々な実施形態において、ノズル３０６がシャワーヘッド３００に接続されていない状態で、ノズル３０６およびシャワーヘッド３００の残りの部分に保護コーティングを形成してもよい。ノズル３０６とシャワーヘッド３００の残りの部分の両方にコーティングを形成した後、ノズル３０６を第２の穴３０５ｂに接続し、シャワーヘッド３００の製作を完了することができる。別の実施形態では、ノズル３０６が接続されている状態で、シャワーヘッド３００全体を保護コーティングでコーティングする。気密接続を確実にするために、ノズル３０６とプレート３０１との間にＯリング（図示せず）を設けてもよい。
【００８４】
図４は、図３Ａおよび図３Ｂに示すシャワーヘッド３００の断面図を示している。上述のように、第１の穴３０５ａは、シャワーヘッド３００の厚さ全体を貫通している。ノズル３０６は、第２の穴３０５ｂに取り付けられる。ノズル３０６および第２の穴３０５ｂは、シャワーヘッド３００の本体に形成される１つまたは複数のガスプレナム３５０から気相反応剤を供給する。ガスプレナム３５０は、ガス入口（図示せず）からガスを受け取る。ノズル３０６は、内部にガス供給通路３５２を含む。シャワーヘッド３００の本体は、熱交換流体が流れることができる１つまたは複数の冷却プレナム３４０をさらに含む。
【００８５】
図５Ａ〜図５Ｃは、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得る基板支持台座５００を別の角度から見た図を示している。場合によっては、図５Ａ〜図５Ｃに示すような基板支持台座５００は、原子層堆積に使用される反応チャンバ内に設置されてもよい。基板支持台座５００は、処理中に半導体ウエハを支持する表面５０２を有する本体部分５０１を含む。表面５０２は、多数の開口部を含み、そのいくつかはリフトピン開口部である。リフトピン（図示せず）は、リフトピン開口部内に設けることができる。リフトピンは、半導体ウエハを持ち上げ、反応チャンバを出入りするウエハの移送を容易にするように動作し得る。同様に、リフトピンホルダ（図示せず）をリフトピン開口部に設けることができる。リフトピンは、必要に応じてリフトピンホルダを通過することができる。リフトピンホルダの一例を図６に示す。リフトピンおよびリフトピンホルダ（ならびに基板支持台座５００の他の分離可能な部分）は、基板支持台座５００の残りの部分と共にコーティングされても、または別々にコーティングされてもよい。これらの部品が別々にコーティングされる場合は、必要な部品の全てがコーティングされた後に基板支持台座５００を組み立ててもよい。組み立てられた支持台座は、その後、反応チャンバ内に設置することができる。基板支持台座５００の本体５０１は、ステム５０３に接続されて支持される。保護コーティングを形成する前に、ある特定のエリアをマスキングすることができる。例えば、電気接点が形成されている領域をマスキングし、接点をアクセス可能かつ導電性のまま残しておくことができる。保護コーティングをインサイチュのアンダーコートとして形成する場合と比較すると、保護コーティングをエクスサイチュで形成する場合のほうが、電気接点領域（および他のマスキングされた領域）のマスキングは容易である。例えば、コーティング前の関連するチャンバ構成要素は、一体型のチャンバ構成要素として設置されていないため、全ての関連表面をコーティングするために容易に取り扱い／操作（または分解）することができる。
【００８６】
図６は、本明細書で説明される技術を使用して保護コーティングでコーティングされ得るリフトピンホルダ６００を示している。場合によっては、図６に示すようなリフトピンホルダ６００は、原子層堆積に使用される反応チャンバ内に設けられてもよい。リフトピン（図示せず）は、リフトピンホルダ６００の中央開口部を通って延び、半導体ウエハと係合することができる。図５Ａを参照すると、リフトピンホルダ６００は、基板支持台座５００の本体５０２に設けられてもよい。
【００８７】
特定のタイプの処理および特定の反応チャンバを参照して様々な図を説明しているが、これらの図に示す部品は、代替のタイプの反応チャンバに設けられてもよく、半導体基板上の様々な種類の処理に使用されてもよいことが理解される。開示される実施形態から利益を得ることができる追加の装置の例は、Ａｌｔｕｓ（登録商標）製品ファミリーの任意の装置（化学気相堆積および原子層堆積）、Ｖｅｃｔｏｒ（登録商標）製品ファミリーの任意の装置（プラズマ強化化学気相堆積）、Ｓｔｒｉｋｅｒ（登録商標）製品ファミリーの任意の装置（原子層堆積）、Ｓｐｅｅｄ（登録商標）製品ファミリーの任意の装置（高密度プラズマ化学気相堆積）などを含むが、これらに限定されない。これらの製品ファミリーの各々は、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。
保護コーティングの特性
【００８８】
保護コーティングは、ある特定の実施形態において特定の特性を有し得る。例えば、保護コーティングは、特定の組成、密度、弾性率、硬度、下層への接着力、応力、結晶構造、純度、および／または厚さを有し得る。所望の特性は、チャンバ構成要素が使用される反応チャンバのタイプ、ならびに反応チャンバで行われる処理のタイプに依存し得る。例示的な特性が本明細書に提供されているが、限定を意図するものではない。
【００８９】
上述のように、保護コーティングには多数の異なる組成を使用することができる。いくつかの実施形態では、保護コーティングは、酸化アルミニウム（ＡｌxＯy）、窒化アルミニウム（ＡｌxＮy）、フッ化アルミニウム（ＡｌxＦy）、酸窒化アルミニウム（ＡｌxＯyＮz）、酸化イットリウム（ＹxＯy）、フッ化イットリウム（ＹxＦy）、またはそれらの組み合わせであり得る。これらの材料は、半導体処理中に一般的に使用されるフッ素ラジカルベースのプラズマ（例えば、ＮＦ3洗浄プラズマ）、アンモニアプラズマ、および他のプラズマ（例えば、Ａｒ＋Ｎ2プラズマ、Ａｒ＋Ｎ2＋＿Ｏ2プラズマ、およびＡｒ＋Ｏ2プラズマ）に対して強い耐性を示すと考えられている。これらのタイプのプラズマは、コーティングされていないチャンバ構成要素で使用すると深刻な悪影響を与える可能性があり、実質的な金属汚染を半導体ウエハにもたらす場合がある。
【００９０】
ある特定の実施形態では、保護コーティングは、約１５０〜３００℃の全ての温度に対して約１００〜４００ＧＰａの弾性率を有することができる。これらの場合または他の場合、保護コーティングは、約１５０〜３００℃の全ての温度で約６〜１８ＧＰａの硬度を有することができる。これらの場合または他の場合、保護コーティングは、下層の材料に対して少なくとも約２００ｍＮ、場合によっては少なくとも約１Ｎまたは少なくとも約５Ｎの接着力を有することができる。接着力は、ＡＳＴＭ  Ｄ７１８７スクラッチ接着力試験に基づいて測定することができる。これらの場合または他の場合、保護コーティングは、約１５０℃を超える全ての温度で約５００ＭＰａの最大応力（圧縮）を有することができる。これらの場合または他の場合、保護コーティングは、アモルファスである結晶構造（Ｘ線回折によって決定される）を有することができる。これらの場合または他の場合、保護コーティングは、約９９．９〜９９．９９９％の純度を有することができる。これらの場合または他の場合、保護コーティングは、本明細書の他の場所で説明されるように、約１００〜５００ｎｍの厚さを有することができる。これらの場合または他の場合、保護コーティングは、堆積する全ての表面にわたって厚さの変動を約３％未満とすることができる。
【００９１】
（プロセス安定性）
本明細書の様々な実施形態において、本明細書で説明される保護コーティングを含むように準備された１つまたは複数のチャンバ構成要素（例えば、シャワーヘッド、台座など）を有する反応チャンバは、多数の半導体ウエハを処理する過程で特定の程度のプロセス安定性を達成するように動作される。プロセス安定性の問題は、図８Ａおよび図８Ｂに関連して以下でさらに説明される。
【００９２】
ある特定の場合では、プロセス安定性は、経時的に反応チャンバ内に堆積された膜のウエハ上の不均一性を追跡することによって分析することができる。ウエハ上の不均一性は、膜の最も厚い領域と最も薄い領域の厚さの差として計算される。例えば、厚さが４８〜５２Åの範囲であり、平均厚さが５０Åである第１の膜の場合、ウエハ上の不均一性は４Å（５２Å−４８Å＝４Å）となる。多くの場合、ウエハ上の不均一性の変動は、膜の平均厚さを参照して分析される。例えば、厚さが４８〜５１Åの範囲であり、平均厚さが５０Åである第２の膜の場合、ウエハ上の不均一性は３Åとなる。第１および第２の膜の間のウエハ上の不均一性の変化は、１Å（４Å−３Å＝１Å）である。これは、平均膜厚（５０Å）と比較すると、２％の変動を表す（１Å／５０Å＊１００＝２％）。
【００９３】
異なるバッチの膜を比較するとき、バッチ内の変動／傾向に起因する差異を最小限に抑えるために、異なるバッチの同じウエハ番号を検討する必要がある。ウエハ番号は、バッチ内でウエハが処理される順序である。したがって、第１のバッチを第３のバッチと比較するとき、第１のバッチの最初のウエハと第３のバッチの最初のウエハを測定し、比較することができる。同様の例では、第１のバッチの５０番目のウエハおよび第３のバッチの５０番目のウエハを測定することができる。
【００９４】
バッチの過程でのウエハ上の不均一性の変動は、平均膜厚の約５％以下、または約３％以下、または約２％以下、または約１％以下、または約０．０５％以下であり得る。多くの実施形態では、この非常に低い変動は、最後に約１０バッチ、または少なくとも約２０バッチにわたって維持することができる。ウエハ上に堆積された膜は、任意の組成を有することができ、特定の例では、膜は、炭化ケイ素または炭化ケイ素誘導体である。図８Ａに記載された例を参照すると、コーティングされたシャワーヘッドにより、反応チャンバは、半導体ウエハ上に堆積された炭化ケイ素膜について、２０バッチ（各バッチは２００枚のウエハを含む）にわたってウエハ上の不均一性の変動を平均膜厚のわずか約０．０５％とすることができた。このようなレベルの安定性は、コーティングされていないシャワーヘッドを使用した同様のプロセスでは達成することができなかった。
【００９５】
記載されたレベルのプロセス安定性を達成するためのバッチサイズは、本明細書で説明される範囲内であり得る。各ウエハ上に堆積された膜は、少なくとも約５０Åの厚さ、少なくとも約１００Åの厚さ、少なくとも約２００Åの厚さ、少なくとも約５００Åの厚さ、またはそれ以上であり得る。
【００９６】
（コーティングされたチャンバ構成要素のインサイチュ回復）
上述のように、処理ガスおよびプラズマへの曝露を繰り返すことにより、チャンバ構成要素の表面が影響を受ける可能性がある。ＡＬＤによるエクスサイチュコーティングの使用は、こうした曝露に対するそのようなチャンバ構成要素の耐性を実質的に改善するが、様々な実施形態において、これらの条件はコーティングされたチャンバ構成要素の表面を最終的に変える場合がある。例えば、窒素含有プラズマに繰り返し曝露されるシャワーヘッド、台座、または他のチャンバ構成要素上の酸化アルミニウムコーティングは、そのようなチャンバ構成要素上にＡｌＮまたはＡｌＯＮ結合を最終的に形成する可能性がある。これらの結合は表面汚染物質として効果的に作用するため、それらを除去することが望ましいとされ得る。同様に、酸素含有プラズマに繰り返し曝露されるシャワーヘッド、台座、または他のチャンバ構成要素上の窒化アルミニウムコーティングの曝露は、そのようなチャンバ構成要素の上に表面汚染物質として作用するＡｌＯまたはＡｌＮＯ結合を最終的に形成する可能性がある。他にも多くの例が考えられる。これらの変化する表面状態／汚染物質は、ウエハ上の処理結果に悪影響を及ぼし得る。例えば、チャンバ構成要素の表面がより汚染されるにつれて、反応チャンバ内のラジカルは汚染された表面でますます失われ、基板の処理に利用できるラジカルが少なくなる。いくつかの実施形態では、これにより、経時的にウエハ上の性能（例えば、厚さ、均一性など）に顕著な傾向が表れる可能性がある。異なる時間に処理される異なる基板間で高度の均一性が望まれるため、このような傾向は望ましくなく、ウエハ上の結果に表れるいかなる傾向も、そのような均一性を低下させる。
【００９７】
表面の汚染物質の除去、および、コーティングされたチャンバ構成要素の状態の修復は、様々な方法で行うことができる。ここでは、いくつかの例について説明する。一般に、これらの例は、コーティングされたチャンバ構成要素が、設置されている反応チャンバ内で（例えば、チャンバ構成要素をエクスサイチュで最初にコーティングするために使用される反応チャンバ内ではなく、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバ内で）インサイチュで調整される場合に関係する。これらの例は、特定の用途について要望に応じて組み合わせることができる。
【００９８】
（実施例１：修復プラズマ）
半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバは、反応チャンバを修復プラズマに曝露することによって調整されてもよい。修復プラズマは、コーティングされたチャンバ構成要素の表面から汚染物質を除去するように作用し、コーティングされたチャンバ構成要素の表面をその意図された組成（および、場合によっては、構造）に修復する。
【００９９】
修復プラズマは、修復プラズマ生成ガスから生成される。修復プラズマ生成ガスは、多くの場合、チャンバ構成要素のコーティングに見られる少なくとも１つの構成要素を含む。例えば、金属酸化物によりエクスサイチュでコーティングされたシャワーヘッド（または他のチャンバ構成要素）は、Ｏ2または別の酸素含有種を含む修復プラズマ生成ガスから生成された修復プラズマに曝露され得る。同様に、金属窒化物によりエクスサイチュでコーティングされたシャワーヘッド（または他のチャンバ構成要素）は、Ｎ2または別の窒素含有種を含む修復プラズマ生成ガスから生成された修復プラズマに曝露され得る。金属フッ化物によりエクスサイチュでコーティングされたシャワーヘッド（または他のチャンバ構成要素）は、Ｆ2または別のフッ素含有種を含む修復プラズマ生成ガスから生成された修復プラズマに曝露され得る。いずれの場合も、修復プラズマ生成ガスは、希ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅなど）のような１つまたは複数の不活性種も含むことができる。様々な実施形態において、修復プラズマ生成ガスは、金属および／またはケイ素を含まないか、または実質的に含まない（例えば、痕跡量のみを含む）場合がある。
【０１００】
修復プラズマは、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバ内で直接生成されてもよく、または遠隔で生成され、この反応チャンバに供給されてもよい。いくつかの実施形態では、反応チャンバは、約１分〜２４時間の間、修復プラズマに曝露されてもよい。場合によっては、この曝露時間は、約１〜６０分、約１〜２０分、約１〜１５分、約１〜２分、または約１〜２４時間である。場合によっては、この曝露時間は、少なくとも約１分、少なくとも約２分、少なくとも約５分、または少なくとも約１０分である。これらの場合または他の場合、この曝露時間は、約２４時間以下、約１時間以下、約２０分以下、約１５分以下、約１０分以下、または約２分以下であってもよい。
【０１０１】
多くの場合、修復プラズマはこの曝露時間内に継続的に供給されるが、修復プラズマはまた、この曝露時間内に定期的または断続的に供給されてもよい（例えば、３０分プラズマをオンにした後、３０分プラズマをオフにする）。断続的なプラズマを使用して、プラズマによるチャンバ構成要素の過熱を防ぐことができる。この調整ステップ中の反応チャンバ内の圧力は、約０．０１〜１００ｍＴｏｒｒ、または約０．２〜５Ｔｏｒｒ、または約０．５〜５Ｔｏｒｒ、または約５〜４０Ｔｏｒｒであってもよい。これらの場合または他の場合、圧力は、少なくとも約０．０１ｍＴｏｒｒ、少なくとも約０．２Ｔｏｒｒ、または少なくとも約０．５Ｔｏｒｒであってもよい。これらの場合または他の場合、圧力は、約４０Ｔｏｒｒ以下、約５Ｔｏｒｒ以下、または約１Ｔｏｒｒ以下であってもよい。場合によっては、この調整ステップ中に、１つまたは複数のチャンバ構成要素の温度を制御してもよい。例えば、いくつかのそのような場合では、１つまたは複数のチャンバ構成要素（例えば、シャワーヘッド、台座など）および／またはチャンバ自体（例えば、チャンバ壁、床、天井など）を、約７０〜４００℃、場合によっては約７０〜２００℃、または約７０〜１００℃、または約８０〜１６０℃、または約１５０〜４００℃の温度に維持することができる。いくつかのそのような場合では、この温度は、少なくとも約７０℃、少なくとも約１００℃、または少なくとも約１５０℃であってもよい。これらの場合または他の場合、この温度は、約４００℃以下、約２００℃以下、約１６０℃以下、または約１００℃以下であってもよい。修復プラズマは、ある範囲の電力レベルおよび周波数で生成することができ、例えば３００ｍｍの基板あたり約１０００〜１０，０００ワット（例えば、３００ｍｍの基板あたり１０００〜３０００ワット）および約５０ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚ（例えば、５０〜７００ｋＨｚ、３００〜５００ｋＨｚ、または１．８ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚ、または１０〜２０ＭＨｚ、または５０〜７０ＭＨｚ）のプラズマ周波数で生成され得る。
【０１０２】
修復プラズマ（または他の調整技術）は、特定の周波数で供給されてもよい。場合によっては、ウエハが反応チャンバ内で処理された後に毎回調整が実施される。他の場合では、ｎ枚のウエハが反応チャンバ内で処理された後に調整が実施されてもよく、ｎは、２、３、４、５、１０、２０、５０、７５、１００、２００、３００、４００、または５００である。調整の最適な頻度は、ウエハ上で実施されるプロセス、反応チャンバに提供される材料、タイミングなどを含む多数の要因に依存する。一般に、洗浄を頻繁に行うほど、ウエハ上の結果の傾向が最小限に抑えられる。しかし、洗浄が頻繁すぎると、スループットが低下し始める可能性がある。
【０１０３】
場合によっては、コーティングされたチャンバ構成要素が基板の処理に使用される前であっても、コーティングされたチャンバ構成要素を内部に有する反応チャンバに修復プラズマが供給されてもよい。このような場合、修復プラズマは、コーティングされたチャンバ構成要素の表面を修復するのではなく（まだ新しいため）、コーティングされたチャンバ構成要素を調整し、処理中に使用される化学物質に合わせて準備するように作用する。そのような例では、修復プラズマをインサイチュ調整プラズマと呼ぶことがある。このインサイチュ調整は何度でも繰り返すことができ、多くの場合、使用の直前に行われる（例えば、新しいコーティングされたチャンバ構成要素が設置されるとき、および／または新しい処理化学物質が導入されるときに行われる）。多くの場合、インサイチュ調整プラズマはＯ2プラズマであり、チャンバ構成要素は酸化アルミニウムまたは別の酸化物でコーティングされているが、他の組成／材料が様々な場合で使用されてもよい。インサイチュ調整プラズマは、２０１５年３月２６日出願の、「ＭＩＮＩＭＩＺＩＮＧ  ＲＡＤＩＣＡＬ  ＲＥＣＯＭＢＩＮＡＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＡＬＤ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＯＸＩＤＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＩＮＴＥＲＭＩＴＴＥＮＴ  ＲＥＳＴＯＲＡＴＩＯＮ  ＰＬＡＳＭＡ」と題する米国特許出願第１４／７１２，１６７号にさらに記載されており、上記の出願は、上記の参照により組み込まれる。
【０１０４】
多くの場合、調整の実施中に、ウエハは反応チャンバ内に存在しない。いくつかの他の場合では、調整の実施中に、ウエハまたはダミーウエハ（例えば、製造用ではない犠牲ウエハ）が反応チャンバ内に存在する場合がある。
【０１０５】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して以下で説明される実験結果は、修復プラズマの使用が、反応チャンバ（または、反応チャンバ内部のコーティングされたチャンバ構成要素）を半導体基板の処理に使用するための使用可能状態に修復するのにかかる時間を大幅に短縮することができることを示している。さらに、様々な場合において、修復しなければ有効寿命の終わりに達していたコーティングされたチャンバ構成要素上のコーティングを修復するために（例えば、長時間待機するなどの他の技術では回復不可能であったコーティングされたチャンバ構成要素を修復するために）、修復プラズマを使用することができる。
【０１０６】
（実施例２：追加の反応剤による修復プラズマ）
実施例１では、修復プラズマ生成ガスは、一種類の反応種を含んでいる（例えば、酸化物ベースのコーティングを修復するための反応性酸素種、窒化物ベースのコーティングを修復するための反応性窒素種、フッ化物ベースのコーティングを修復するための反応性フッ化物種など）。対照的に、実施例２では、修復プラズマ生成ガスは、互いに反応し得る２つ以上の種を含んでいる。これら２つの種が、反応して、チャンバ構成要素上のコーティングのための所望の組成を形成することができる。例えば、酸化アルミニウムでコーティングされたシャワーヘッド（または他のチャンバ構成要素）は、アルミニウム含有反応剤と酸素含有反応剤（例えば、Ｏ2など）の両方を含む修復プラズマ生成ガスから生成される修復プラズマに曝露され得る。窒化アルミニウムでコーティングされたシャワーヘッド（または他のチャンバ構成要素）は、アルミニウム含有反応剤と窒素含有反応剤（例えば、Ｎ2など）の両方を含む修復プラズマ生成ガスから生成される修復プラズマに曝露され得る。フッ化アルミニウムでコーティングされたシャワーヘッド（または他のチャンバ構成要素）は、アルミニウム含有反応剤とフッ化物含有反応剤（例えば、Ｆ2など）の両方を含む修復プラズマ生成ガスから生成される修復プラズマに曝露され得る。前述の例はアルミニウム含有コーティングに関するものであるが、コーティングおよび反応剤はそのように限定されないことが理解される。コーティングがアルミニウム以外の金属または材料を含む場合、その関連する金属または材料を供給するための反応剤を少なくとも１つ選択することができる。
【０１０７】
２つ以上の反応剤は、同時に共に供給されてもよく、または異なる時間に供給されてもよい（例えば、修復プラズマ生成ガスの組成が経時的に変化するように供給される）。特定の例では、反応剤の供給をずらして、それによりチャンバ構成要素上のコーティングを修復および再形成する反応が自己制限的な表面反応を介して起こり得るようにする。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、修復プラズマは連続的に供給され、両方の反応剤はプラズマの形態で使用される。いくつかの他の実施形態では、修復プラズマは、定期的または断続的に供給されてもよい。いくつかのそのような場合では、プラズマが存在しないとき、１つまたは複数の反応剤（例えば、場合によっては金属含有反応剤）をガスの形態で反応チャンバに供給してもよい。
【０１０９】
実施例１に関して提供された詳細は、実施例２にも適用され得る。
【０１１０】
（実施例３：段階的Ｏ2、Ｎ2プラズマによる修復プラズマ）
この例では、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバは、関連するチャンバ構成要素上のコーティングを再調整および再形成するために、異なる時間に異なるプラズマに曝露される。最初に、反応チャンバは、酸素プラズマ（例えば、Ｏ2などの酸素含有種から生成され、多くの場合、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスを含む）に曝露される。この最初のプラズマ曝露の後、反応チャンバは、窒素プラズマ（例えば、Ｎ2などの窒素含有種から生成され、多くの場合、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスを含む）に曝露される。反応チャンバは、約３０秒〜２分の間、酸素プラズマに曝露され、次に、約１〜３０秒の間、窒素プラズマに曝露されてもよい。様々な場合において、酸素プラズマへの曝露時間と窒素プラズマへの曝露時間との間には特定の比率があり得る。いくつかのそのような実施形態では、反応チャンバが酸素プラズマに曝露される時間は、反応チャンバが窒素プラズマに曝露される時間の少なくとも約５倍、少なくとも約１０倍、または少なくとも約１５倍であってもよい。曝露時間は、特定のレベルのスループットおよびプロセスの均一性を達成するように選択することができ、通常は、曝露時間が長いほど、スループットが低くなり、プロセスの均一性が高くなる。
【０１１１】
ある特定の実施形態では、酸素プラズマの組成は、酸素が約１０〜５０％、または約１０〜２０％であり、残りを不活性ガスとすることができる。これらの実施形態または他の実施形態では、窒素プラズマの組成は、窒素が約０．１〜５％、または約０．５〜２％であり、残りを不活性ガスとすることができる。窒素プラズマは、いくつかの実施形態では酸素プラズマと比較して不活性ガスの組成をより高くすることができる。他の場合では、逆のことが当てはまる場合がある。
【０１１２】
場合によっては、反応チャンバが酸素プラズマ対窒素プラズマに曝露されるとき、異なるプラズマ生成条件が適用されることがある。例えば、一実施形態では、酸素プラズマは連続波プラズマであり、窒素プラズマはパルス化される（例えば、デューティサイクルが５０％未満）。また、異なるプラズマを生成するために使用される電力（例えば、多くの場合はＲＦ電力）も異なることがある。一例では、酸素プラズマの生成に使用される電力は、窒素プラズマの生成に使用される電力よりも大きいことがある（場合によっては、少なくとも２倍大きい）。プラズマを生成するための例示的な電力レベルは、３００ｍｍの基板あたり約５００〜２５００Ｗを含むが、これに限定されない。
【０１１３】
図１１Ａおよび図１１Ｂに関して以下でさらに説明される実験結果が示しているように、この段階的な調整技術は上述のウエハ上の処理結果で観察される傾向を大幅に低減する、または、さらに排除までするものであり、それによって、はるかに均一な製品を達成している。これにより、反応チャンバの信頼性が向上し、したがって価値が最大化される。
【０１１４】
実施例１および２に関して提供された詳細は、実施例３にも適用され得る。
【０１１５】
（実施例４：湿式または乾式化学物質による完全なチャンバ洗浄）
場合によっては、コーティングされたチャンバ構成要素の表面を修復するために、より完全な洗浄プロセスが必要になることがある。これは、チャンバ構成要素が、半導体ウエハ上での処理の副産物として形成される特に厚い膜で覆われている場合に起こり得る。一例では、酸化アルミニウム（または別のコーティング材料）によりエクスサイチュでコーティングされたチャンバ構成要素は、関連する反応チャンバで半導体ウエハの処理に使用された後、酸化シリコン（または別の副産物材料）で覆われている。この副産物材料を除去するために、湿式または乾式化学物質（プラズマ有りまたは無し）を使用して、チャンバ構成要素を洗浄することができる。一例では、反応チャンバが、Ｆ2、ＮＦ3、または異なるフッ素含有洗浄反応剤の少なくとも１つから（直接または遠隔で）生成されたプラズマに曝露される。別の例では、副産物材料を除去するために、反応チャンバ（または関連するコーティングされたチャンバ構成要素）が湿式化学物質に曝露されてもよい。例示的な湿式化学物質は、様々な酸および塩基、アルコール、水、脱イオン水、アセトンなどを含むが、これらに限定されない。いくつかの特定の例は、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、塩酸（ＨＣｌ）、フッ化水素酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ3）、イソプロピルアルコール（Ｃ3Ｈ8Ｏ）などを含む。
【０１１６】
実施例１、および実施例４の一部の実施形態は、各々、反応チャンバをプラズマに曝露して、コーティングされたチャンバ構成要素を調整することを伴うが、これら２つの実施形態の間にはいくつかの重要な違いがある。実施例１では、修復プラズマ生成ガスは、典型的には、コーティングされたチャンバ構成要素のコーティングに含まれる少なくとも１つの成分（例えば、酸化物コーティングの場合は酸素、窒化物コーティングの場合は窒素など）を含んでいる。対照的に、実施例４では、化学物質は、典型的には、洗浄化学物質である（例えば、多くの場合はフッ素含有化学物質）。様々な場合において、洗浄化学物質は、コーティングされたチャンバ構成要素のコーティングに含まれる成分を含まない。例えば、チャンバ構成要素上のコーティングが酸化アルミニウムである場合、実施例４によるチャンバ構成要素の洗浄にはＦ2またはＮＦ3プラズマが特に適切であり得る。これは、Ｆ2またはＮＦ3のどちらもアルミニウムまたは酸素を含まないからである。関連して、フッ化アルミニウムでコーティングされたチャンバ構成要素がＦ2プラズマに曝露される場合、コーティングとプラズマの両方がフッ素を含むので、このプラズマは実施例１に基づく修復プラズマと見なされる。
【０１１７】
湿式または乾式化学物質技術が使用される場合、コーティングされたチャンバ構成要素は、使用される技術に応じて、約０．５秒〜２４時間の間、湿式化学物質または乾式化学物質（例えば、プラズマ）に曝露されてよい。場合によっては、曝露時間は、約０．５秒〜２分、または約１〜３０秒、または約１〜１５分、または約１〜６０分、または約１〜２４時間であってもよい。場合によっては、曝露時間は、少なくとも約０．５秒、少なくとも約１秒、少なくとも約１０秒、少なくとも約３０秒、少なくとも約１分、少なくとも約１０分、少なくとも約３０分、または少なくとも約１時間であってもよい。これらの場合または他の場合、曝露時間は、約２４時間以下、約１時間以下、約３０分以下、約１０分以下、約１分以下、約３０秒以下、または約１０秒以下であってもよい。
【０１１８】
洗浄動作により、コーティングされたチャンバ構成要素の表面上に若干のフッ素が残る場合がある。このフッ素は、実施例１に関連して説明したように、修復プラズマを使用して除去することができ、または例えば、Ｈ2プラズマなどの還元プラズマを使用して除去することができる。Ｈ2プラズマを使用する場合、コーティングされたチャンバ構成要素上の残留フッ素をＨＦの形態で除去／抽出することができ、この形態で反応チャンバから排出することができる。実施例４に関連して説明された洗浄技術は、半導体ウエハ上の粒子形成を有利に低減することができる。洗浄動作は、必要に応じて断続的または定期的に行うことができる。
【０１１９】
（実施例５：完全なチャンバ洗浄およびこれに続く修復プラズマ）
この例は、実施例１と４の両方を使用する特定の実施形態である。反応チャンバまたはチャンバ構成要素を実施例４で説明したように湿式または乾式化学物質で洗浄した後、反応チャンバを実施例１に関連して説明したように修復プラズマに曝露する。この技術を使用して、コーティングされたチャンバ構成要素の表面が本質的に「新品同様」となるように、コーティングされたチャンバ構成要素をほぼ初期の状態に修復することができる（例えば、最初にエクスサイチュでコーティングされ、半導体ウエハの処理に使用される反応チャンバ内に設置された後のコーティングされたチャンバ構成要素と同じまたは非常に類似した性質を有する）。実施例１および４に関連して提供された詳細は、実施例５にも適用され得る。
【０１２０】
（実施例６：実施例１〜５の任意の他の組み合わせ）
実施例１から５は、特定の用途について要望に応じて組み合わせることができる。同様に、これらの例は、本明細書で説明される他の技術と組み合わせることができる。そのような他の技術には、コーティングされたチャンバ構成要素の表面組成変化を温度制御によって遅延させる技術（以下でさらに説明する）が含まれるが、これに限定されない。これらの技術を共に使用することで、優れた結果および均一性を提供することができる。
【０１２１】
（コーティングされた構成要素の表面組成変化の遅延）
いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるようにコーティングされたチャンバ構成要素の表面組成変化を遅延させるために、ある特定のステップを行ってもよい。このようなステップは、コーティングされたチャンバ構成要素および／または反応チャンバを高温（例えば、標準の室温を超え、場合によっては半導体ウエハの処理時に使用される温度を超える）に加熱することを含み得る。
【０１２２】
そのような高温は、多くの用途で約４０〜１００℃とすることができる。一部の特定の用途では、高温は、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約８０℃、または少なくとも約９０℃であってもよい。これらの用途または他の用途では、高温は、約１２０℃以下、約１００℃以下、約９０℃以下、約８０℃以下、約７０℃以下、または約６０℃以下であってもよい。理想的な温度は、考慮される特定の用途（例えば、コーティングされたチャンバ構成要素のコーティングの組成、反応チャンバで使用される反応剤／副産物の組成、様々なチャンバ構成要素の加熱特性など）に依存し得る。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、コーティングされたチャンバ構成要素および／または反応チャンバは、反応チャンバが半導体ウエハの処理に使用されるとき、断続的または定期的に高温状態にされてもよい。例えば、コーティングされたチャンバ構成要素および／または反応チャンバは、次の半導体ウエハの処理までの間に（例えば、各半導体ウエハが処理された後、またはある特定の数の半導体ウエハが処理された後）、高温状態にされ得る。高温状態のとき、半導体ウエハは反応チャンバ内に存在してもよいし、存在していなくてもよい。別の例では、コーティングされたチャンバ構成要素および／または反応チャンバは、半導体ウエハの処理中に、１つまたは複数の処理ステップにおいて高温状態にされ得る。いくつかの他の実施形態では、反応チャンバの使用中に、構成要素の温度が最低閾値を下回らないようにしながら連続的に（例えば、半導体ウエハを処理している間、および次の半導体ウエハを処理するまでの間）高温状態としてもよい。
【０１２４】
断続的または定期的に高温状態とされる場合、高温状態の時間は、約３０分〜３時間、場合によっては約３０〜６０分、または約２〜３時間であり得る。
【０１２５】
図１２Ａ〜図１２Ｈに関連して以下でさらに説明される実験結果が示しているように、本明細書で説明されるようにシャワーヘッドを加熱すると、追加の半導体ウエハが処理されるときにバッチの過程で観察される性質のドリフトが大幅に減少する。
【０１２６】
（装置）
本明細書で説明される方法は、任意の適切な装置によって実施され得る。適切な装置は、プロセス動作を実現するためのハードウェアと、本実施形態に従ってプロセス動作を制御するための命令を有するシステムコントローラとを含む。例えば、いくつかの実施形態では、ハードウェアは、プロセスツールに含まれる１つまたは複数のプロセスステーションを含み得る。
【０１２７】
本明細書の様々な実施形態は、反応チャンバ内に設置するためのチャンバ構成要素を準備するための方法に関する。第１の反応チャンバは、保護コーティングをチャンバ構成要素上に堆積することによってチャンバ構成要素を準備するために使用される。次に、チャンバ構成要素は、第１の反応チャンバから取り出され、第２の反応チャンバ内に設置される。第２の反応チャンバは半導体ウエハの処理に使用されるものなので、チャンバ構成要素は第２の反応チャンバ内で意図された目的を果たす。第１の反応チャンバは、（１）原子層堆積を実施するように構成され、（２）コーティングされるチャンバ構成要素に適した十分な大きさのチャンバを有する任意の反応チャンバであり得る。第２の反応チャンバは、半導体ウエハの処理に使用される任意の反応チャンバであり得る。多くの場合、第２の反応チャンバは、原子層堆積および／または化学気相堆積に使用される反応チャンバである。
【０１２８】
図７は、本明細書で説明されるように、保護コーティングをチャンバ構成要素上に堆積するために使用され得るプロセスステーション７００の一実施形態を概略的に示す。図７のプロセスステーション７００は、（例えば、原子層堆積および／または化学気相堆積によって）半導体基板上に膜を堆積するためにも使用でき、内部の構成要素のいずれかが本明細書で説明される技術を使用してコーティングされていてもよいことが理解される。簡略化のため、プロセスステーション７００は、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体７０２を有する独立型プロセスステーションとして図示されている。しかし、複数のプロセスステーション７００が共通のプロセスツール環境に含まれていてもよいことが認識されるであろう。さらに、いくつかの実施形態では、プロセスステーション７００の１つまたは複数のハードウェアパラメータ（以下で詳細に説明されるものを含む）を、１つまたは複数のコンピュータコントローラによってプログラム的に調整できることが認識されるであろう。
【０１２９】
プロセスステーション７００は、プロセスガスを分配シャワーヘッド７０６に供給するための反応剤供給システム７０１と流体的に連通している。反応剤供給システム７０１は、シャワーヘッド７０６に供給するプロセスガスをブレンドおよび／または調整するための混合容器７０４を含む。１つまたは複数の混合容器入口弁７２０は、混合容器７０４へのプロセスガスの導入を制御することができる。同様に、シャワーヘッド入口弁７０５は、シャワーヘッド７０６へのプロセスガスの導入を制御することができる。
【０１３０】
ＢＴＢＡＳなどのいくつかの反応剤は、プロセスステーションで気化されてプロセスステーションに供給される前は、液体の形で保存することができる。例えば、図７の実施形態は、混合容器７０４に供給される液体反応剤を気化させるための気化ポイント７０３を含む。気化ポイント７０３は、反応剤が全てガスである場合、省略されてもよい。いくつかの実施形態では、気化ポイント７０３は、加熱気化器であってもよい。そのような気化器から生成された反応剤蒸気は、下流の供給配管内で凝縮し得る。凝縮した反応剤に不適合ガスが曝露されると、小粒子が形成されることがある。これらの小粒子は、配管を詰まらせ、弁の動作を妨げ、基板を汚染するなどの恐れがある。これらの問題に対処するためのいくつかのアプローチは、残留反応剤を除去するために供給配管を掃引および／または排気することを伴う。しかし、供給配管を掃引すると、プロセスステーションのサイクル時間が増加し、プロセスステーションのスループットが低下する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、気化ポイント７０３の下流の供給配管をヒートトレースしてもよい。いくつかの例では、混合容器７０４もヒートトレースしてよい。１つの非限定的な例では、気化ポイント７０３の下流の配管は、混合容器７０４でおよそ１００℃〜およそ１５０℃に及ぶ昇温プロファイルを有する。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、液体反応剤は、液体注入器で気化されてもよい。例えば、液体注入器は、液体反応剤のパルスを混合容器の上流のキャリアガス流に注入することができる。１つのシナリオでは、液体注入器は、液体を高圧から低圧にフラッシュすることによって反応剤を気化させることができる。別のシナリオでは、液体注入器は、液体を分散微小液滴に霧化し、続いて加熱された供給パイプ内でその微小液滴を気化させてもよい。小さな液滴は大きな液滴よりも速く気化することができ、液体注入と完全気化との間の遅延を減少させることが認識されるであろう。気化が速いほど、気化ポイント７０３から下流の配管の長さを短くすることができる。１つのシナリオでは、液体注入器は、混合容器７０４に直接取り付けられてもよい。別のシナリオでは、液体注入器は、シャワーヘッド７０６に直接取り付けられてもよい。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、気化されてプロセスステーション７００に供給される液体の質量流量を制御するために、液体流コントローラを気化ポイント７０３の上流に設けることができる。例えば、液体流コントローラ（ＬＦＣ）は、ＬＦＣの下流に位置する熱質量流量計（ＭＦＭ）を含み得る。次に、ＬＦＣのプランジャ弁は、ＭＦＭと電気的に通信する比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号に応答して調整され得る。しかし、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定化するには１秒以上かかる場合がある。これは、液体反応剤の投与時間を延長する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてもよい。いくつかの実施形態では、ＬＦＣの感知管およびＰＩＤコントローラを無効にすることによって、ＬＦＣをフィードバック制御モードから直接制御モードに動的に切り替えることができる。
【０１３３】
シャワーヘッド７０６は、プロセスガスを基板７１２に向けて分配する。図７に示す実施形態では、基板７１２は、シャワーヘッド７０６の下に位置し、台座７０８上のリフトピン７３０の上に載置された状態で示されている。基板７１２は、コーティングされている最中のチャンバ構成要素である。例えば、基板７１２は、図２Ａ〜図２Ｂ、図２Ｄ〜図２Ｇ、図３Ａ〜図３Ｂ、または図４に示すシャワーヘッドのいずれであってもよい。基板７１２はまた、リフトピン、リフトピンホルダ、基板支持台座、反応剤供給ライン、または保護コーティングでコーティングされる他の任意のチャンバ構成要素であってもよい。図７は、反応チャンバ内に１つの基板７１２のみを示しているが、ある特定の実施形態では、１つの反応チャンバ内で複数の基板が同時にコーティングされてもよいことが理解される。チャンバ構成要素の全ての関連表面が確実にコーティングされるようにするため、台座７０８、リフトピン７３０、および関連する器具を、堆積中に特定のチャンバ構成要素を支持するよう望み通りに修正することができる。場合によっては、台座７０８は、チャンバ構成要素の頂部面および底部面が実質的に曝露されるように、チャンバ構成要素の周縁を支持してもよい。
【０１３４】
シャワーヘッド７０６は、任意の適切な形状を有することができ、プロセスガスを基板７１２に分配するための任意の適切な数および配置のポートを有することができることが認識されるであろう。本明細書に示されるシャワーヘッドのいずれかを、ある特定の場合に使用してもよい。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、微小体積７０７がシャワーヘッド７０６の下に位置する。プロセスステーションの体積全体ではなく、微小体積でＡＬＤおよび／またはＣＶＤプロセスを実施することにより、反応剤への曝露および掃引時間を短縮したり、プロセス条件（例えば、圧力、温度など）を変更する時間を短縮したり、プロセスステーションロボットのプロセスガスへの曝露を制限したりすることなどが可能である。例示的な微小体積サイズは、０．１リットル〜２リットルの体積を含むが、これに限定されない。比較的大きなチャンバ構成要素を収容するには、より大きな微小体積が必要になる場合がある。この微小体積も、生産性スループットに影響する。サイクルあたりの堆積速度が低下する一方で、サイクル時間も同時に減少する。ある特定の場合では、後者の効果は、膜の所与の目標厚さに対するモジュールの全体的なスループットを改善するのに十分なほど目覚ましい。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、台座７０８は、基板７１２を微小体積７０７に曝露するために、および／または微小体積７０７の体積を変化させるために、上昇または下降させることができる。例えば、基板搬送段階では、台座７０８を下降させ、基板７１２を台座７０８上に載置できるようにすることが可能である。堆積プロセス段階では、台座７０８を上昇させ、基板７１２を微小体積７０７内に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、微小体積７０７は、基板７１２と台座７０８の一部とを完全に取り囲み、堆積プロセス中に高フローインピーダンスの領域を形成することができる。
【０１３７】
任意選択で、台座７０８は、堆積プロセスの一部の間に下降および／または上昇させ、微小体積７０７内のプロセス圧力、反応剤濃度などを調整することができる。堆積プロセス中にプロセスチャンバ本体７０２がベース圧力を維持する１つのシナリオでは、台座７０８を下降させることにより、微小体積７０７を排気することができる。微小体積とプロセスチャンバ体積の例示的な比率は、１：７００〜１：１０の体積比を含むが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、台座の高さは、適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に調整することができることが認識されるであろう。
【０１３８】
別のシナリオでは、台座７０８の高さを調整することにより、堆積プロセスに含まれるプラズマ活性化サイクルおよび／またはプラズマ処理サイクル中にプラズマ密度を変化させることが可能になり得る。堆積プロセス段階の終わりに、別の基板の搬送段階中に台座７０８を下降させ、台座７０８から基板７１２を取り出し可能にすることができる。
【０１３９】
本明細書で説明される例示的な微小体積の変更として、高さ調整可能な台座に言及しているが、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド７０６の位置を台座７０８に対して調整し、微小体積７０７の体積を変化させられることが認識されるであろう。さらに、台座７０８および／またはシャワーヘッド７０６の垂直位置を、本開示の範囲内の任意の適切な機構によって変更してもよいことが認識されるであろう。いくつかの実施形態では、台座７０８は、基板７１２の向きを回転させるための回転軸を含み得る。いくつかの実施形態では、これらの例示的な調整の１つまたは複数が、１つまたは複数の適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に実施され得ることが認識されるであろう。
【０１４０】
図７に示す実施形態に戻ると、シャワーヘッド７０６および台座７０８は、プラズマに電力を供給するためのＲＦ電源７１４および整合ネットワーク７１６と電気的に通信してもよい。いくつかの実施形態では、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、およびプラズマ電力パルスタイミングの１つまたは複数を制御することによって、プラズマエネルギーを制御してもよい。例えば、ＲＦ電源７１４および整合ネットワーク７１６は、ラジカル種の所望の組成を有するプラズマを形成するために任意の適切な電力で動作されてもよい。適切な電力の例は、上記に含まれている。同様に、ＲＦ電源７１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供し得る。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源７１４は、高周波ＲＦ電源および低周波ＲＦ電源を互いに独立制御するように構成され得る。例示的な低周波ＲＦ周波数は、５０ｋＨｚ〜７００ｋＨｚの周波数を含むことができるが、これに限定されない。例示的な高周波ＲＦ周波数は、１．８ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの周波数を含むことができるが、これに限定されない。表面反応のためのプラズマエネルギーを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的または連続的に調整されてもよいことが認識されるであろう。１つの非限定的な例では、連続的に電力が供給されるプラズマと比較して基板表面とのイオン衝突を低減するために、プラズマ電力を断続的にパルス化してもよい。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプラズマモニタによって、プラズマをインサイチュで監視してもよい。１つのシナリオでは、１つまたは複数の電圧、電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって、プラズマ電力を監視してもよい。別のシナリオでは、１つまたは複数の発光分光センサ（ＯＥＳ）によって、プラズマ密度および／またはプロセスガス濃度を測定してもよい。いくつかの実施形態では、そのようなインサイチュのプラズマモニタからの測定値に基づいて、１つまたは複数のプラズマパラメータをプログラム的に調整することができる。例えば、ＯＥＳセンサは、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためのフィードバックループで使用されてもよい。いくつかの実施形態では、プラズマおよび他のプロセス特性を監視するために他のモニタが使用されてもよいことが認識されるであろう。このようなモニタは、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、および圧力トランスデューサを含んでもよいが、これらに限定されない。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、プラズマは、入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を介して制御されてもよい。一例では、プラズマプロセス段階のプラズマ条件を設定するための命令を、堆積プロセスレシピの対応するプラズマ活性化レシピ段階に含めることができる。場合によっては、プロセスレシピ段階が順番に配置されてもよく、それにより堆積プロセス段階の全ての命令がそのプロセス段階と同時に実行される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプラズマパラメータを設定するための命令は、プラズマプロセス段階に先行するレシピ段階に含まれ得る。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応剤ガスの流量を設定するための命令、プラズマ発生器を電力設定点に設定するための命令、ならびに第１のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。続く第２のレシピ段階は、プラズマ発生器を有効にするための命令、および第２のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。第３のレシピ段階は、プラズマ発生器を無効にするための命令、および第３のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内で、任意の適切な方法でさらに細分化および／または反復されてもよいことが認識されるであろう。
【０１４３】
いくつかの堆積プロセスでは、プラズマストライクは、数秒以上のオーダーの時間で持続する。ある特定の実施態様では、はるかに短いプラズマストライクを使用することができる。これらは、約１０ミリ秒〜１秒、典型的には約２０ミリ秒〜８０ミリ秒のオーダーとすることができ、具体的な例は５０ミリ秒である。このような非常に短いＲＦプラズマストライクでは、プラズマの非常に迅速な安定化が必要である。これを実現するために、プラズマ発生器は、周波数の変動を許しながら、インピーダンス整合が特定の電圧に事前設定されるように設定されるように構成され得る。従来、高周波プラズマは、約１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で生成される。本明細書で開示される様々な実施形態において、周波数は、この標準値とは異なる値に変動することが許される。インピーダンス整合を所定の電圧に固定しながら周波数の変動を許すことによって、プラズマはより迅速に安定することができる。これは、いくつかのタイプの堆積サイクルに関連する非常に短いプラズマストライクを使用するときに重要になる可能性がある。
【０１４４】
ＲＦ電源７１４および整合ネットワーク７１６は、保護膜がプラズマ駆動反応ではなく熱駆動反応により形成される特定の場合には省略されてもよい。しかし、ＲＦ電源７１４および整合ネットワーク７１６は、チャンバ洗浄および／または膜処理のような堆積に関連しないプロセスに有用であり得る。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、台座７０８は、ヒータ７１０を介して温度制御されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、堆積プロセスステーション７００の圧力制御は、バタフライ弁７１８によって行われてもよい。図７の実施形態に示すように、バタフライ弁７１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供される真空を絞る。しかし、いくつかの実施形態では、プロセスステーション７００の圧力制御は、プロセスステーション７００に導入される１つまたは複数のガスの流量を変化させることによって調整することもできる。
【０１４６】
（システムコントローラ）
いくつかの実施態様では、コントローラはシステムの一部であり、そのようなシステムは上述した例の一部であってもよい。そのようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を備えることができる。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、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。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、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、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、無線周波数（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、ツールに対するウエハの搬入と搬出、ならびに、特定のシステムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックに対するウエハの搬入と搬出が含まれる。
【０１４７】
広義には、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、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もよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。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）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。
【０１４８】
コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと統合または結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリ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含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書で説明されるプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを備えることによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。
【０１４９】
例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、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、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか使用されてもよい任意の他の半導体処理システムを含むことができるが、これらに限定されない。
【０１５０】
上述のように、ツールによって実施される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、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、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。
【０１５１】
上述の様々なハードウェアおよび方法の実施形態は、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光パネルなどの製作または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたはプロセスと併せて使用されてもよい。一般的には、必須ではないが、そのようなツール／プロセスは、共通の製作施設で共に使用または実施される。
【０１５２】
膜のリソグラフィパターニングは、一般的には、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、使用可能な多くのツールを用いて可能にされる：（１）スピンオンツールまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース（例えば、窒化ケイ素膜が形成された基板）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他の適切な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）ウエ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光するステップ、（４）ウェットベンチまたはスプレー現像剤などのツールを使用して、レジストを現像してレジストを選択的に除去し、それによってレジストをパターニングするステップ、（５）ドライエッチングツール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、下層の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。いくつかの実施形態では、フォトレジストを塗布する前に、灰化可能なハードマスク層（アモルファスカーボン層など）および別の適切なハードマスク（反射防止層など）を堆積させてもよい。
【０１５３】
多数の変形が可能であるため、本明細書で説明される構成および／または手法は本質的に例示であり、これらの特定の実施形態または例は限定的な意味で考慮されるべきではないことを理解されたい。本明細書で説明される特定のルーチンまたは方法は、任意の数の処理戦略の１つまたは複数を表すことができる。したがって、説明されている様々な動作は、説明されているシーケンスで実施してもよく、他のシーケンスで実施してもよく、並行して実施してもよく、または場合によっては省略してもよい。同様に、上述のプロセスの順序は変更してもよい。特定の参考文献が、参照により本明細書に組み込まれている。そのような参考文献でなされた放棄または否認が、本明細書で説明される実施形態に必ずしも適用されないことが理解される。同様に、そのような参考文献において必要であると説明されている特徴は、本明細書の実施形態では省略されてもよい。
【０１５４】
本開示の主題は、本明細書で開示される様々なプロセス、システムおよび構成の新規かつ非自明な全ての組み合わせおよび部分的組み合わせ（コンビネーションおよびサブコンビネーション）、さらには他の特徴、機能、動作、および／または性質、ならびにそれらのあらゆる均等物を含む。
【０１５５】
（実験）
図８Ａのグラフは、厚さ２００Åの炭化ケイ素膜を２０バッチの半導体ウエハ上に堆積する過程で起きたウエハ上の不均一性の変化を膜厚のパーセントとして示している。このグラフには、（１）本明細書で説明されるエクスサイチュの原子層堆積技術を使用して酸化アルミニウムでコーティングされたシャワーヘッドおよび基板支持台座を含んだ反応チャンバと、（２）コーティングされていないシャワーヘッドおよび支持台座を含んだ反応チャンバの両方の結果が含まれる。第１のバッチはウエハ上の不均一性の変化を計算するベースラインとして使用されるため、いずれの場合も、第１のバッチはウエハ上の不均一性の変化を０％で示す。
【０１５６】
各バッチは約５０枚のウエハを含み、これらのウエハがバッチ内で連続して処理された。ウエハ上の不均一性は、各バッチで処理された最初のウエハについて測定された。この値を、残りの全てのバッチについてウエハ上の不均一性の変動を追跡するためのベースラインとして使用した。ウエハ上への膜堆積の副産物として、各バッチの過程で不要な材料がチャンバ内面上に蓄積した。バッチ内の全てのウエハが処理された後、ウエハの処理に使用された反応チャンバをフッ化窒素プラズマに曝露することによって洗浄サイクルを実施した。プラズマ中のフッ素ラジカルは、ウエハ上に膜を堆積する過程でチャンバ表面に蓄積した材料を除去するように作用し、それによって反応チャンバを洗浄した。
【０１５７】
図８Ａのｙ軸は、ウエハ上の不均一性の変化（バッチ１と比較とした変化）を平均膜厚のパーセントとして表している。上述のように、このウエハ上の不均一性は、各バッチの最初のウエハについて測定された。このウエハ上の不均一性は、１バッチの過程で、および異なるバッチ間で安定していることが望ましい。図８Ａを参照すると、ウエハ上の不均一性の変化は、異なるバッチ間の過程で、ほぼ０のままであることが望ましい。
【０１５８】
図８Ａの下側の線は、シャワーヘッドおよび基板支持台座がコーティングされていない場合に対応する。経時的に、バッチ１と比較すると、平均膜厚のパーセントとして表されるウエハ上の不均一性に大幅な変化（例えば、約５％の減少）があった。この傾向は、シャワーヘッドおよび基板支持台座がコーティングされていないとき、ウエハ上の不均一性が非常に不安定であることを示している。この不安定性は望ましくない。理論または作用機構によって拘束されることを望むものではないが、この不安定性は、アルミニウム６０６１−Ｔ６製のシャワーヘッドがフッ化窒素洗浄プラズマに曝露されるたびに、そのシャワーヘッドの表面が（ある程度）フッ化アルミニウムに転化する結果として発生すると考えられる。この現象は、従来のシャワーヘッドを定期的に交換する必要がある理由の１つである。本明細書で説明されるようにエクスサイチュで保護コーティングによりコーティングされたシャワーヘッド（および、任意選択で、他のチャンバ構成要素）を使用すると、フッ化窒素洗浄プラズマ（およびアンモニアプラズマ）に対するシャワーヘッドの耐性が大幅に向上すると考えられており、これは、各シャワーヘッドをより長い時間使用することができ、より安定した処理結果が得られることを意味している。これにより、経時的に半導体製作コストを大幅に削減することができる。
【０１５９】
図８Ａの上側の線は、シャワーヘッドおよび基板支持台座が本明細書で説明される技術を使用して酸化アルミニウムでコーティングされた場合に対応する。この場合、ウエハ上の不均一性は、バッチ間でかなり安定しており、第１のバッチと２０番目のバッチとの間に変動はほとんどなかった。実際、２０バッチ間で、ウエハ上の不均一性の変動は、試験された基板の平均膜厚の約０．０５％に過ぎなかった。この安定性は大幅な改善を表しており、保護コーティングがプラズマの曝露による劣化からチャンバ構成要素を適切に保護していることを示している。２０バッチの終わりには、チャンバ構成要素がコーティングされている場合よりもチャンバ構成要素がコーティングされていない場合の方が、ウエハ上の不均一性の変動がおよそ２０倍高かった。
【０１６０】
図８Ｂのグラフは、２０の異なるバッチについて、各バッチ内のウエハ上の不均一性の変化を平均膜厚のパーセントとして示している。バッチごとに、バッチ内の最後のウエハのウエハ上の不均一性からバッチ内の最初のウエハのウエハ上の不均一性を引いて、ウエハ上の不均一性のバッチ内変化を計算する。図８Ｂでは、この値を平均膜厚のパーセントとして報告している。言い換えれば、図８Ｂのｙ軸は、全部で２０のバッチについて、それぞれ個々のバッチの過程でウエハ上の不均一性にどれだけの傾向があったかを示している。この値は、低い値であって、かつ経時的に安定していることが望ましい。このグラフには、（１）本明細書で説明されるエクスサイチュの原子層堆積プロセスを使用して酸化アルミニウムでコーティングされたシャワーヘッドおよび基板支持台座を含んだ反応チャンバと、（２）コーティングされていないシャワーヘッドおよび基板支持台座を含んだ反応チャンバの両方の結果が含まれる。コーティングされていないシャワーヘッドおよび台座を有する反応チャンバの場合、バッチ内のウエハ上の不均一性は、２０バッチの間に増加した。図８Ａの結果と同様に、この不安定性は望ましくない。対照的に、コーティングされたシャワーヘッドおよび台座を有する反応チャンバは、バッチ内のウエハ上の不均一性がバッチ間でより安定していることを示した。さらに、ウエハ上の不均一性のバッチ内変化は、チャンバ構成要素がコーティングされている場合の方がコーティングされていない場合と比較して一般的に低く、コーティングされたチャンバ構成要素が使用されている各バッチ内でのウエハ上の不均一性の傾向がそれほど広くないことを示している。図８Ａおよび図８Ｂの結果は、コーティングされたチャンバ構成要素が再現性および均一な処理結果の点で大幅な改善を提供することを示している。
【０１６１】
追加の実験結果は、本明細書で説明されるエクスサイチュで堆積された保護コーティングが、フッ素含有プラズマ（ＮＦ3プラズマなど）および還元プラズマ（アンモニアプラズマなど）に対して非常に耐性があることを示している。例えば、熱駆動原子層堆積によりエクスサイチュで堆積された酸化アルミニウムの５００ｎｍ厚の保護コーティングを有するシャワーヘッドは、そのシャワーヘッドを設置した反応チャンバが膜を約５，０００枚の半導体基板上に堆積するために使用されたことに伴い、ＮＨ3プラズマまたはアンモニアプラズマに繰り返し曝露された。ＮＨ3プラズマに繰り返し曝露された後でも、窒素はシャワーヘッドのおよそ３０ｎｍの深さまでしか浸透することができず、窒素原子の最大濃度は約５％であった。同様に、ＮＦ3プラズマに繰り返し曝露された後、フッ素はシャワーヘッドのコーティング内でおよそ４０ｎｍの深さまでしか浸透することができず、フッ素原子の最大濃度は約１０％であった。
【０１６２】
まとめると、これらの結果は、本明細書で説明されるエクスサイチュのＡＬＤコーティング技術を使用して、高品質の保護コーティングをチャンバ構成要素上に形成することができ、保護コーティングがフッ化窒素プラズマおよびアンモニアプラズマに対する大きな耐性を提供することを示している。これらのプラズマは反応チャンバの洗浄に一般的に使用されるため、洗浄サイクルが繰り返される中でこれらのプラズマへの曝露に耐えることが、保護コーティングにとって重要である。この耐性により、コーティングされたチャンバ構成要素が反応チャンバ内に設置された後、コーティングされたチャンバ構成要素が、コーティングされていない場合に発生するであろう汚染を防ぐように、または最小限に抑えるように動作することで、長い有効寿命を確保することができる。
【０１６３】
図９は、不要な粒子の生成を最小限に抑えるための酸化アルミニウム保護コーティングの有効性を示すグラフである。酸化アルミニウムの保護コーティングを原子層堆積によりエクスサイチュでシャワーヘッド上に堆積した。このシャワーヘッドを、半導体基板の処理に使用される反応チャンバ内に設置し、１０，０００ウエハ相当のサイクルに供した。言い換えると、チャンバに入るガスによって、１０，０００枚のウエハ上にＣＶＤ膜を堆積した。ある特定のウエハを分析し、ウエハ表面で観察された粒子の数を評価した。図９に示すように、半導体ウエハに関するこの分析は、約２０００ウエハ相当のサイクル後、約７０００ウエハ相当のサイクル後、約９０００ウエハ相当のサイクル後、約１０，０００ウエハ相当のサイクル後、および１３，０００ウエハ相当のサイクル後に行われた。このシャワーヘッドを用いた１０，０００ウエハ相当のサイクルまでは、各半導体ウエハ上で５つ以下の粒子アダー（＞０．０４５μｍ）が観察された。
【０１６４】
追加の実験結果は、酸化アルミニウム保護コーティングを、様々な表面形状および表面欠陥の上に高度に共形的に形成できることを示している。
【０１６５】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、修復プラズマを使用して、反応チャンバ（および内部のコーティングされた構成要素）を非常に迅速に所望の状態に修復できることを示す実験結果を提供する。図１０Ａは、（１）高充填パラメータ状態にある反応チャンバおよび（２）低充填パラメータ状態にある反応チャンバの場合の充填パラメータを示す。充填パラメータは、反応チャンバ内で処理された半導体ウエハの充填性能を反映する。
【０１６６】
一般に、追加の半導体ウエハを反応チャンバ内で処理するとき、充填パラメータは経時的に均一であることが望ましい。反応チャンバ内のそのような均一性は、半導体ウエハの処理結果のより高い均一性につながる。この特定の例に望まれる充填パラメータは、２本の水平な点線の間に示されている。他の用途では、所望の充填パラメータがこれらの値を外れる可能性もある。図１０Ａおよび図１０Ｂの例では、高充填パラメータ状態下で反応チャンバを動作させることが望ましい（例えば、図１０Ａの左側に示す高充填パラメータ状態は、２本の水平な点線内にある充填パラメータを示す）。
【０１６７】
しかし、様々な処理動作は、反応チャンバ内の条件を変更し、反応チャンバを高充填パラメータ状態から低充填パラメータ状態に変化させる可能性がある。図１０Ａおよび図１０Ｂの例では、低充填パラメータ状態は、所望の範囲よりもはるかに低い充填パラメータを示す。充填パラメータを低下させる可能性のある動作には、ポンプの問題、削減の問題、チャンバ発生器の問題、チャンバの不適切な停止などの事象を含み得るが、これらに限定されない。さらに、コーティングされたチャンバ構成要素上のコーティングの性質に影響を及ぼす事象（例えば、酸化物コーティングのフッ化または窒化を引き起こすなど）は、充填パラメータに大きく影響を及ぼす可能性がある。加えて、反応チャンバを動作させるプロセスまたはアイドリングするプロセスでさえ、反応チャンバの状態を変化させる場合がある。したがって、反応チャンバは、内部の１つまたは複数の半導体ウエハを処理する過程で、またはアイドル期間の過程で高充填パラメータ状態から低充填パラメータ状態に変化／ドリフトすることがある。様々な場合において、反応チャンバは、チャンバ内で半導体ウエハのバッチを処理するための連続動作の後で、高充填パラメータ状態から低充填パラメータ状態に変化することがある。
【０１６８】
ウエハは、バッチの過程で異なる時間に連続して処理されるが、場合によっては、例えば、異なるステーションで複数のウエハを同時に処理するように装置を構成してもよい。ウエハの各バッチは、完全なチャンバ洗浄動作（典型的には、例えば、チャンバ表面に蓄積した副産物の実質的な除去を伴う）の後、次の完全なチャンバ洗浄動作までの間に特定の反応チャンバ内で処理される全てのウエハを含んでいる。場合によっては、バッチは、数十枚の半導体ウエハを含む場合がある。他の場合では、バッチはこれよりはるかに大きく、例えば、数百枚の半導体ウエハを含む。
【０１６９】
経時的に均一なチャンバ状態（例えば、充填パラメータが経時的に均一である状態）で反応チャンバを動作させることが望ましいため、かつ通常の処理動作は充填パラメータを減少させる傾向があり得るため、反応チャンバの充填パラメータを増加させることが望ましい時がある。充填パラメータを増加させることによりチャンバを高充填パラメータ状態に修復し、半導体ウエハを以前の処理と同じ条件で処理することができるようになる。
【０１７０】
反応チャンバを低充填パラメータ状態から高充填パラメータ状態に変化させるために使用され得る１つの方法は、長時間（例えば、数時間、典型的には１０時間よりも長い）待機することである。（例えば、コーティングされたチャンバ構成要素が窒素含有プラズマに曝露されたために）コーティングされたチャンバ構成要素に窒素が付着した結果として処理の過程で充填パラメータが減少した場合、コーティングされたチャンバ構成要素から窒素ラジカルが脱離するため、長時間の待機時間のうちに充填パラメータがゆっくりと増加することがある。コーティングされたチャンバ構成要素上に存在する他の不要な材料についても、同様の脱離が発生することがある。しかし、この待機技術では、反応チャンバの回復および高充填パラメータ状態の再確立が常に成功するとは限らない。以前は、待機が成功しなかった場合、典型的には、コーティングされたチャンバ構成要素を廃棄し、コーティングされたチャンバ構成要素を新たに反応チャンバに設けていた。このような交換は、交換部品自体のコストの観点と、必要に応じた待機および部品交換に伴うダウンタイム／生産性の損失の観点の両方から、経時的にコストがかかる可能性がある。
【０１７１】
反応チャンバを高充填パラメータ状態に修復するための別の技術は、上述のように、反応チャンバを修復プラズマに曝露することである。修復プラズマは、コーティングされたチャンバ構成要素から窒素（または他の不要な材料）が脱離するまで数時間待機する必要がなく、チャンバを低充填パラメータ状態から高充填パラメータ状態に迅速に修復する。これにより、反応チャンバを半導体基板の処理に利用できない時間が大幅に短縮されて、スループットが向上し、価値が最大化される。
【０１７２】
図１０Ｂは、修復プラズマの適用前と、修復プラズマの適用後の両方における反応チャンバの充填パラメータを示す。反応チャンバが修復プラズマに曝露される前は、低充填パラメータ状態にあった。次に、反応チャンバを、約２０分間、Ｏ2とＡｒの混合物から生成された修復プラズマに曝露した。修復プラズマに曝露された後、充填パラメータは大幅に増加し、反応チャンバを高充填パラメータ状態に戻した。これらの結果は、修復プラズマを使用して反応チャンバを所望の状態に迅速に回復させ、それによって非常に均一なウエハ上の結果を達成できることを示している。
【０１７３】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、反応チャンバが経時的に数百枚の半導体ウエハの処理に使用されるときの反応チャンバの充填パラメータを示している。これらの例では、シャワーヘッドは、本明細書で説明されるように、原子層堆積によりエクスサイチュで堆積された酸化アルミニウムでコーティングされていた。図１１Ａでは、各半導体ウエハが内部で処理された後に約１秒間、Ｎ2／Ａｒの混合物から生成されたプラズマに反応チャンバを曝露した。Ｎ2／Ａｒプラズマは、ウエハレス調整（例えば、修復プラズマ）動作として供給された。これは、プラズマ曝露中に反応チャンバ内に半導体ウエハが存在しなかったことを意味する。図１１Ｂでは、反応チャンバが、約１分間のＯ2／Ａｒプラズマへの曝露と、それに続く約１秒間のＮ2／Ａｒプラズマへの曝露を伴う段階的ウエハレス調整（例えば、段階的修復プラズマ）プロセスに曝露された。図１１Ａの場合、充填パラメータは、およそ０．００９／ウエハ（５００枚のウエハ処理後におよそ４．５ユニット）だけ下方にドリフトした。対照的に、Ｏ2プラズマとＮ2プラズマの両方を用いた段階的ウエハレス調整（例えば、段階的修復プラズマ）を使用した場合、充填パラメータの下方へのドリフトは、はるかに少ない量であり、わずか約０．０００７／ウエハ（７００枚のウエハ処理後におよそ０．４９ユニット）であった。これは、大幅な改善を表している。具体的には、Ｏ2プラズマとＮ2プラズマの両方を用いた段階的調整を使用したとき、ウエハあたりの充填パラメータのドリフトが１桁減少した。
【０１７４】
図１２Ａは、シャワーヘッドが処理中に約２５℃の温度に冷却される化学気相堆積チャンバ内において追加の半導体ウエハが経時的に処理されるときの、堆積パラメータとウエハ番号との関係を示している。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、および図１１Ｂに関連して説明された充填パラメータと同様に、図１２Ａ〜図１２Ｈの堆積パラメータは、反応チャンバ内で処理された半導体ウエハ上の充填性能を反映する。充填パラメータが一定であることが望ましいのと同じ理由で、堆積パラメータは経時的に一定であることが望ましい。
【０１７５】
この場合、堆積パラメータは、６０枚の半導体ウエハを処理する過程で実質的に減少する傾向にあった。この傾向は望ましくない。図１２Ｂ〜図１２Ｈは、シャワーヘッドが処理中に約７０℃の温度に加熱された化学気相堆積反応チャンバ内において追加のウエハが経時的に処理されるときの、堆積パラメータとウエハ数との関係を示している。図１２Ｂはウエハ番号１〜２０を示し、図１２Ｃはウエハ番号１００〜１２０を示し、図１２Ｄはウエハ番号２００〜２２０を示し、図１２Ｅはウエハ番号２１５〜２３５を示し、図１２Ｆはウエハ番号３２０〜３３５を示し、図１２Ｇはウエハ番号４２０〜４３５を示し、図１２Ｈはウエハ番号５２０〜５４５を示す。図１２Ａから図１２Ｈの各々において、シャワーヘッドは、本明細書で説明されるように、原子層堆積によりエクスサイチュで堆積された酸化アルミニウムでコーティングされていた。
【０１７６】
図１２Ｂ〜図１２Ｈに示すように、加熱されたシャワーヘッドを使用することにより、堆積パラメータの均一性が実質的に増加する。各グラフのｘ軸はウエハ番号を表しており、最初に処理されたウエハほどウエハ番号が小さく、後で処理されたウエハほどウエハ番号が大きい。各グラフのｙ軸は堆積パラメータを表す。これらのグラフのデータ点は平坦／水平であることが望ましい。データ点が平坦／水平であることは、異なるウエハ間の経時的な均一性を示す。一般に、コーティングされたシャワーヘッドが少なくとも約７０℃の温度に維持されたときに、最高品質の処理結果が観察された。場合によっては、処理中にシャワーヘッドを約７０〜２００℃の温度に加熱してもよい。他の場合では、シャワーヘッドを約４０〜２００℃の温度に加熱してもよい。
【０１７７】
図１２Ｂ〜図１２Ｈには、注目すべきいくつかの事象が存在する。図１２Ｅでは、２枚のウエハの間に（例えば、垂直の点線によって大まかに示されるように、ウエハ番号２２０と２２１との間に）１２時間のアイドル時間が設けられた。１２時間のアイドル後、最初に処理されたウエハは、以前の堆積パラメータよりも著しく高い堆積パラメータを示した。この後、堆積パラメータは減少し、最終的には安定した値に戻った。アイドル期間の直後の堆積パラメータの増加は望ましくない。図１２Ｈでは、垂直の点線によって示されるように、第２のアイドル期間が用いられた。この場合、アイドル時間は約３６時間と長くなった。アイドリング後、次のウエハを処理する前に、反応チャンバをＯ2およびＡｒから生成された修復プラズマに曝露した。この修復プラズマにより、図１２Ｅにおいて１２時間のアイドル後に観察された堆積パラメータの増加を排除する。堆積パラメータは、アイドリング後に急上昇することなく、アイドリング前の状態と比較して均一なレベルを維持する。長いアイドル期間の後でもこのレベルの均一性があることは、非常に望ましい。
【０１７８】
上記の説明では、提示された実施形態の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載されている。開示された実施形態は、これらの具体的な詳細の一部または全てがなくても実施することができる。他の例では、開示された実施形態を不必要に不明瞭にしないように、周知のプロセス動作は詳細には説明されていない。開示された実施形態は具体的な実施形態と併せて説明されるが、開示された実施形態を限定することを意図するものではないことが理解されよう。特定のパラメータについて別段の定義がない限り、本明細書で使用される「約」および「およそ」という用語は、関連する値に対して±１０％を意味することを意図している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【国際調査報告】
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