(57)【要約】【解決手段】半導体基板処理装置のトッププレートにおいてシャワーヘッドモジュールを支持するシャワーヘッドチルト調整機構が記載されている。シャワーヘッドチルト調整機構は、半導体基板処理装置のフェースプレートに隣接する基板台座モジュールの上面に対して、シャワーヘッドモジュールのフェースプレートのギャップ／傾き／平坦化を調整するために粗調整および微調整を提供する、異なるネジを備える。【選択図】図３Ａ
2020529126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理するための半導体基板処理装置であって、
個々の半導体基板が処理される化学隔離チャンバであって、前記化学隔離チャンバの上壁を形成するトッププレートを備える化学隔離チャンバと、
少なくとも１つのプロセスガスを前記化学隔離チャンバに供給するための、前記化学隔離チャンバと流体連通するプロセスガス源と、
前記プロセスガスを前記プロセスガス源から前記個々の半導体基板が処理される前記処理装置の処理区域に供給するシャワーヘッドモジュールであって、前記シャワーヘッドモジュールは、ステムの下端部に取り付けられたベースを備え、貫通するガス通路を有するフェースプレートは前記ベースの下面を形成し、前記ステムは前記トッププレートの垂直延伸穴を通って延びる、シャワーヘッドモジュールと、
前記基板の処理の間に、前記フェースプレート下方の前記処理区域で前記半導体基板を支持するように構成された基板台座モジュールと、
前記シャワーヘッドモジュールを支持するベローズアセンブリであって、カラー、ベローズ、およびレベリングプレートを備え、前記カラーは、前記トッププレートの前記穴と一致する中央開口部を有し、前記ベローズは、前記カラーの前記中央開口部を囲み、前記カラーの上面に取り付けられた下端部と、前記レベリングプレートの下面に取り付けられた上端部とを有し、前記レベリングプレートは、前記トッププレートの前記穴と一致する中央開口部を有する、ベローズアセンブリと、
前記フェースプレートに隣接する前記基板台座モジュールの上面に対する前記シャワーヘッドモジュールの前記フェースプレートの傾きを調整するように動作可能な少なくとも１つのシャワーヘッドチルト調整機構であって、前記シャワーヘッドチルト調整機構は、ロックネジ、中空ネジ、ロックプレート、およびロックナットを備え、前記中空ネジは、その外面に第１のネジ部、および、前記外面に第２のネジ部を有し、前記第１のネジ部は、前記第２のネジ部のネジピッチとは異なるネジピッチを有し、前記第１のネジ部は、前記レベリングプレートの中通し穴と係合し、前記第２のネジ部は、前記ロックナットの雌ネジと係合し、前記ロックネジは、前記カラーのネジ穴と係合する下方雄ネジ部、および、上部ソケットの肩を前記中空ネジに係合させる上部ネジ頭を有し、前記ロックプレートは、前記ロックナットが前記中空ネジと共に回転する第１の位置から前記ロックナットが回転できない第２の位置まで移動可能であり、前記シャワーヘッドチルト調整機構は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときには粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときには微調整を提供する、半導体基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記少なくとも１つのシャワーヘッドチルト調整機構は、１２０°離れた位置で前記ベローズから外向きに間隔を空けた３つのシャワーヘッドチルト調整機構を含む、半導体基板処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記ロックプレートは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で径方向に移動可能である、半導体基板処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
レベリングプレートは、その内面に前記ネジ穴を有する、上向きに延びる筒状部を備える、半導体基板処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記ロックプレートは、前記カラーから外向きに延びるその外端部にハンドルと、前記ロックナットを係合しうるその内端部に幅広スロットと、前記幅広スロットから外向きに延びる幅狭スロットと、前記幅狭スロットを通って延び、前記カラーに挿通されたロックプレートネジであって、前記ロックプレートの動きを妨げるために前記ロックプレートに締結されうるネジ頭を有するロックプレートネジと、を備える、半導体基板処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体基板処理装置であって、
前記シャワーヘッドチルト調整機構は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．０２インチ（約０．０５０８センチメートル）から約０．０４インチ（約０．１０１６センチメートル）のギャップの粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．００２インチ（約０．００５０８センチメートル）から約０．００４インチ（約０．０１０１６センチメートル）のギャップの微調整を提供しうる、半導体基板処理装置。
【請求項７】
ベローズアセンブリによって半導体基板処理装置のトッププレートに支持されたシャワーヘッドモジュールのギャップの粗調整および微調整を提供するように構成されたシャワーヘッドチルト調整機構であって、
ロックネジ、中空ネジ、ロックプレート、およびロックナットを備え、
前記中空ネジは、その外側面に第１のネジ部、および、前記外側面に第２のネジ部を有し、前記第１のネジ部は、前記第２のネジ部のネジピッチとは異なるネジピッチを有し、前記第１のネジ部は、前記ベローズアセンブリのレベリングプレートの中通し穴と係合し、前記第２のネジ部は、前記ロックナットの雌ネジと係合し、
前記ロックネジは、前記ベローズアセンブリのカラーのネジ穴と係合するように構成された下方雄ネジ部、および、上部ソケットの肩を前記中空ネジに係合させる上部ネジ頭を有し、
前記ロックプレートは、前記ロックナットが前記中空ネジと共に回転する第１の位置から前記ロックナットが回転できない第２の位置まで移動可能であり、前記シャワーヘッドチルト調整機構は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときには粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときには微調整を提供する、シャワーヘッドチルト調整機構。
【請求項８】
請求項７に記載のシャワーヘッドチルト調整機構であって、
前記中空ネジの前記第１のネジ部および前記第２のネジ部は、同じ向きを有する、シャワーヘッドチルト調整機構。
【請求項９】
請求項７に記載のシャワーヘッドチルト調整機構であって、
前記ロックプレートは、その外端部にハンドルと、前記ロックナットを係合しうるその内端部に幅広スロットと、前記幅広スロットから外向きに延びる幅狭スロットと、を備え、前記幅狭スロットは、前記カラーに挿通するロックプレートネジを受け入れるように構成され、前記ロックプレートネジは、前記ロックプレートの動きを妨げるために前記ロックプレートに締結されうるネジ頭を有する、シャワーヘッドチルト調整機構。
【請求項１０】
請求項７に記載のシャワーヘッドチルト調整機構であって、
前記シャワーヘッドチルト調整機構は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．０２インチ（約０．０５０８センチメートル）から約０．０４インチ（約０．１０１６センチメートル）のギャップの粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．００２インチ（約０．００５０８センチメートル）から約０．００４インチ（約０．０１０１６センチメートル）のギャップの微調整を提供しうる、シャワーヘッドチルト調整機構。
【請求項１１】
プロセスガスをプロセスガス源から個々の半導体基板が処理される半導体基板処理装置の処理区域に供給するシャワーヘッドモジュールであって、
ステムの下端部に取り付けられたベースであって、貫通するガス通路を有するフェースプレートは、前記ベースの下面を形成し、前記ステムは、前記処理装置のトッププレートの垂直延伸穴を通って延びるように構成されている、ベースと、
前記シャワーヘッドモジュールを支持するベローズアセンブリであって、カラー、ベローズ、およびレベリングプレートを備え、前記カラーは、前記トッププレートの前記穴と一致する中央開口部を有し、前記ベローズは、前記カラーの前記中央開口部を囲み、前記カラーの上面に取り付けられた下端部と、前記レベリングプレートの下面に取り付けられた上端部とを有し、前記レベリングプレートは、前記トッププレートの前記穴と一致する中央開口部を有する、ベローズアセンブリと、
前記シャワーヘッドモジュールの前記フェースプレートの傾きを調整するように動作可能な少なくとも１つのシャワーヘッドチルト調整機構であって、前記シャワーヘッドチルト調整機構は、ロックネジ、中空ネジ、ロックプレート、およびロックナットを備え、前記中空ネジは、その外面に第１のネジ部、および、前記外面に第２のネジ部を有し、前記第１のネジ部は、前記第２のネジ部のネジピッチとは異なるネジピッチを有し、前記第１のネジ部は、前記レベリングプレートの中通し穴と係合し、前記第２のネジ部は、前記ロックナットの雌ネジと係合し、前記ロックネジは、前記カラーのネジ穴と係合する下方雄ネジ部、および、上部ソケットの肩を前記中空ネジに係合させる上部ネジ頭を有し、前記ロックプレートは、前記ロックナットが前記中空ネジと共に回転する第１の位置から前記ロックナットが回転できない第２の位置まで移動可能であり、前記シャワーヘッドチルト調整機構は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときには粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときには微調整を提供する、シャワーヘッドモジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシャワーヘッドモジュールであって、
前記少なくとも１つのシャワーヘッドチルト調整機構は、１２０°離れた位置で前記ベローズから外向きに間隔を空けた３つのシャワーヘッドチルト調整機構を含む、シャワーヘッドモジュール。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシャワーヘッドモジュールであって、
前記ロックプレートは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で径方向に移動可能である、シャワーヘッドモジュール。
【請求項１４】
請求項１１に記載のシャワーヘッドモジュールであって、
前記レベリングプレートは、その内面に前記ネジ穴を有する、上向きに延びる筒状部を備える、シャワーヘッドモジュール。
【請求項１５】
請求項１１に記載のシャワーヘッドモジュールであって、
前記ロックプレートは、前記カラーから外向きに延びるその外端部にハンドルと、前記ロックナットを係合しうるその内端部に幅広スロットと、前記幅広スロットから外向きに延びる幅狭スロットと、前記幅狭スロットを通って延び、前記カラーに挿通されたロックプレートネジであって、前記ロックプレートの動きを妨げるために前記ロックプレートに締結されうるネジ頭を有するロックプレートネジと、を備える、シャワーヘッドモジュール。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシャワーヘッドモジュールであって、
前記シャワーヘッドチルト調整機構は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．０２インチ（約０．０５０８センチメートル）から約０．０４インチ（約０．１０１６センチメートル）のギャップの粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．００２インチ（約０．００５０８センチメートル）から約０．００４インチ（約０．０１０１６センチメートル）のギャップの微調整を提供しうる、シャワーヘッドモジュール。
【請求項１７】
半導体基板処理装置におけるシャワーヘッドの傾きによる面内歪み（ＩＰＤ）を制御する方法であって、
前記半導体基板処理装置の処理チャンバで処理されたウエハ全体のＩＰＤ変化を測定することと、
ＩＰＤの粗調整および微調整を提供するように構成された３つのシャワーヘッドチルト調整機構を用いて、前記半導体基板処理装置のシャワーヘッドの傾きを調整することであって、前記シャワーヘッドチルト調整機構の各々は、前記シャワーヘッドに取り付けられた可動部品と前記処理チャンバの固定部品との間のギャップを変更するように配置された、ロックネジ、中空ネジ、ロックプレート、およびロックナットを備えることと、を含み、
前記中空ネジは、その外側面に第１のネジ部および前記外側面に第２のネジ部を有し、前記第１のネジ部は、前記第２のネジ部のネジピッチとは異なるネジピッチを有し、前記第１のネジ部は、前記可動部品の中通し穴と係合し、前記第２のネジ部は、前記ロックナットの雌ネジと係合し、
前記ロックネジは、前記固定部品の穴に挿通する下方端部、および、上部ソケットの肩を前記中空ネジに係合させる上部ネジ頭を有し、
前記ロックプレートは、前記ロックナットが前記中空ネジと共に回転する第１の位置から前記ロックナットが回転できない第２の位置まで移動可能であり、前記シャワーヘッドチルト調整機構は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときには粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときには微調整を提供する、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
１つの前記シャワーヘッドチルト調整機構の前記ロックプレートを前記第１の位置に設置し、前記中空ネジを第１の径方向位置に回転することによって粗調整を行うことと、前記ロックプレートを前記第２の位置に移動し、前記中空ネジを前記ＩＰＤが低減される第２の径方向位置に回転することによって微調整を行うことと、を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
スロットは、前記ソケットの壁を通って延び、前記方法は、さらに、上部アライメントマークを有するインジケータキャップを前記中空ネジに設置して、前記インジケータキャップの突部が前記スロットに嵌合するようにすることと、アライメントマークの事前調整角度を記録することと、前記インジケータキャップを取り外して前記ＩＰＤ調整を行うことと、前記インジケータキャップを前記中空ネジに設置して前記アライメントマークの調整後角度を記録することと、を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、
前記第１のネジ部および前記第２のネジ部は、同じ向きを有し、前記シャワーヘッドチルト調整機構の各々は、前記ロックプレートが前記第１の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．０２インチ（約０．０５０８センチメートル）から約０．０４インチ（約０．１０１６センチメートル）のギャップの粗調整を提供し、前記ロックプレートが前記第２の位置にあるときは、前記中空ネジの全回転ごとに約０．００２インチ（約０．００５０８センチメートル）から約０．００４インチ（約０．０１０１６センチメートル）のギャップの微調整を提供しうる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を処理するために用いられる半導体基板処理装置に関し、薄膜の化学気相堆積の実施において特に用いられうる。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板処理装置は、物理気相堆積（ＰＶＤ）処理、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理、原子層堆積（ＡＬＤ）処理、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）処理、パルス堆積層（ＰＤＬ）処理、分子層堆積（ＭＬＤ）処理、プラズマ強化パルス堆積層（ＰＥＰＤＬ）処理、エッチング、およびレジスト除去を含む技術によって、半導体基板を処理するのに用いられる。半導体基板を処理するのに用いられる半導体基板処理装置の一種は、シャワーヘッドモジュールと、内部で半導体基板を支持する基板台座モジュールとを含む反応チャンバを備える。シャワーヘッドモジュールは、半導体基板が処理されうるようにプロセスガスを反応チャンバに供給する。そのようなチャンバでは、シャワーヘッドモジュールの設置および除去は時間がかかり、さらに、シャワーヘッドモジュールの下面が基板台座モジュールの上面と平行でない場合は、基板処理の間に不均一な成膜（すなわち、方位変動）を引き起こしうる。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書に開示されるのは、半導体基板を処理するための半導体基板処理装置であって、（ａ）個々の半導体基板が処理され、その上壁を形成するトッププレートを備える化学隔離チャンバと、（ｂ）少なくとも１つのプロセスガスを化学隔離チャンバに供給するための、化学隔離チャンバと流体連通するプロセスガス源と、（ｃ）プロセスガスをプロセスガス源から個々の半導体基板が処理される処理装置の処理区域に供給するシャワーヘッドモジュールであって、ステムの下端部に取り付けられたベースを備え、貫通するガス通路を有するフェースプレートはベースの下面を形成し、ステムはトッププレートの垂直延伸穴を通って延びる、シャワーヘッドモジュールと、（ｄ）基板処理の間に、フェースプレート下方の処理区域で半導体基板を支持するように構成された基板台座モジュールと、（ｅ）シャワーヘッドモジュールを支持するベローズアセンブリであって、カラー、ベローズ、およびレベリングプレートを備え、カラーは、トッププレートの穴と一致する中央開口部を有し、ベローズは、カラーの中央開口部を囲み、カラーの上面に取り付けられた下端部、および、レベリングプレートの下面に取り付けられた上端部を有し、レベリングプレートは、トッププレートの穴と一致する中央開口部を有する、ベローズアセンブリと、（ｆ）フェースプレートに隣接する基板台座モジュールの上面に対するシャワーヘッドモジュールのフェースプレートの傾きを調整するように動作可能な少なくとも１つのシャワーヘッドチルト調整機構であって、シャワーヘッドチルト調整機構は、ロックネジ、中空ネジ、ロックプレート、およびロックナットを備え、中空ネジは、その外面に第１のネジ部および外面に第２のネジ部を有し、第１のネジ部は、第２のネジ部のネジピッチとは異なるネジピッチを有し、第１のネジ部は、レベリングプレートの中通し穴と係合し、第２のネジ部は、ロックナットの雌ネジと係合し、ロックネジは、カラーのネジ穴と係合する下方雄ネジ部、および、上部ソケットの肩を中空ネジに係合させる上部ネジ頭を有し、ロックプレートは、ロックナットが中空ネジと共に回転する第１の位置からロックナットが回転できない第２の位置まで移動可能であり、シャワーヘッドチルト調整機構は、ロックプレートが第１の位置にあるときには粗調整を提供し、ロックプレートが第２の位置にあるときには微調整を提供する、シャワーヘッドチルト調整機構と、を備える。
【０００４】
少なくとも１つのシャワーヘッドチルト調整機構は、１２０°離れた位置でベローズから外向きに間隔を空けた３つのシャワーヘッドチルト調整機構を含むことが好ましい。ロックプレートは、第１の位置と第２の位置との間で径方向に移動可能である、および／または、レベリングプレートは、その内面にネジ穴を有する上向きに延びる筒状部を備えうる。ロックプレートは、カラーから外向きに延びるその外端部にハンドルと、ロックナットを係合しうるその内端部に幅広スロットと、幅広スロットから外向きに延びる幅狭スロットと、幅狭スロットを通って延び、カラーに挿通されるロックプレートネジであって、ロックプレートの動きを妨げるためにロックプレートに締結されうるネジ頭を有するロックプレートネジと、を備えうる。好ましい実施形態では、シャワーヘッドチルト調整機構は、ロックプレートが第１の位置にあるときは、中空ネジの全回転ごとに約０．０２インチ（約０．０５０８センチメートル）から約０．０４インチ（約０．１０１６センチメートル）のギャップの粗調整を提供し、ロックプレートが第２の位置にあるときは、中空ネジの全回転ごとに約０．００２インチ（約０．００５０８センチメートル）から約０．００４インチ（約０．０１０１６センチメートル）のギャップの微調整を提供しうる。
【０００５】
一実施形態では、半導体基板処理装置におけるシャワーヘッドの傾きによる面内歪み（ＩＰＤ）を制御する方法は、（ａ）半導体基板処理装置の処理チャンバで処理されたウエハ全体のＩＰＤ変化を測定することと、（ｂ）ＩＰＤの粗調整および微調整を提供するように構成された３つのシャワーヘッドチルト調整機構を用いて、半導体基板処理装置のシャワーヘッドの傾きを調整することとを含み、各シャワーヘッドチルト調整機構は、シャワーヘッドに取り付けられた可動部品と処理チャンバの固定部品との間のギャップを変更するように配置された、ロックネジ、中空ネジ、ロックプレート、およびロックナットを備え、（ｃ）中空ネジは、その外側面に第１のネジ部および外側面に第２のネジ部を有し、第１のネジ部は、第２のネジ部のネジピッチとは異なるネジピッチを有し、第１のネジ部は、可動部品の中通し穴と係合し、第２のネジ部は、ロックナットの雌ネジと係合し、（ｄ）ロックネジは、固定部品の穴に挿通する下端部、および、上部ソケットの肩を中空ネジに係合させる上部ネジ頭を有し、（ｅ）ロックプレートは、ロックナットが中空ネジと共に回転する第１の位置からロックナットが回転できない第２の位置まで移動可能であり、シャワーヘッドチルト調整機構は、ロックプレートが第１の位置にあるときには粗調整を提供し、ロックプレートが第２の位置にあるときには微調整を提供する。粗調整をする際は、１つのシャワーヘッドチルト調整機構のロックプレートは、第１の位置に設置され、中空ネジは、第１の径方向位置に回転されうる。微調整をする際は、ロックプレートは、第２の位置に移動され、中空ネジは、ＩＰＤが低減される第２の径方向位置に回転されうる。中空ネジの上部ソケットは、ソケットの壁を貫通するスロットを備えることができ、この方法は、さらに、上部アライメントマークを有するインジケータキャップを中空ネジに設置して、インジケータキャップの突部がスロットに嵌合するようにすることと、アライメントマークの事前調整角度を記録することと、インジケータキャップを取り外してＩＰＤ調整を行うことと、インジケータキャップを中空ネジに設置してアライメントマークの調整後角度を記録することとを含みうる。同じ向きを有する第１のネジ部および第２のネジ部を用いることで、各シャワーヘッドチルト調整機構は、ロックプレートが第１の位置にあるときは、中空ネジの全回転ごとに約０．０２インチ（約０．０５０８センチメートル）から約０．０４インチ（約０．１０１６センチメートル）のギャップの粗調整を提供し、ロックプレートが第２の位置にあるときは、中空ネジの全回転ごとに約０．００２インチ（約０．００５０８センチメートル）から約０．００４インチ（約０．０１０１６センチメートル）のギャップの微調整を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本明細書に開示の実施形態による化学堆積装置の概観を示す概略図。
【０００７】
【図２】薄膜形成の間の堆積および／または反応種間の表面反応を促進するためにプラズマが用いられうる本明細書に開示の実施形態を実施するために配置された様々な装置部品を表すブロック図。
【０００８】
【図３Ａ】本明細書に開示の実施形態に従って配置されたシャワーヘッドモジュールの断面図。
【図３Ｂ】本明細書に開示の実施形態に従って配置されたシャワーヘッドモジュールの上面図。
【０００９】
【図４Ａ】本明細書に開示の実施形態に従って、ロックナットに係合されていないロックプレートを用いて粗調整がどのように実行されるかを示すギャップ調整配置図。
【図４Ｂ】本明細書に開示の実施形態に従って、ロックナットに係合されていないロックプレートを用いて粗調整がどのように実行されるかを示すギャップ調整配置図。
【図４Ｃ】本明細書に開示の実施形態に従って、ロックナットに係合されたロックプレートを用いて微調整がどのように実行されるかを示すギャップ調整配置図。
【図４Ｄ】本明細書に開示の実施形態に従って、ロックナットに係合されたロックプレートを用いて微調整がどのように実行されるかを示すギャップ調整配置図。
【００１０】
【図５】本明細書に開示の実施形態に従ってインジケータキャップがどのように中空調整ネジに嵌合するかを示す図。
【００１１】
【図６】ギャップ調整後に回転角度を示すために中空調整ネジに取り付けられるインジケータキャップを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の発明を実施するための形態では、本明細書に開示の装置および方法の十分な理解を提供するために、多くの特定の実施形態が記載される。しかし、当業者には明らかなように、本実施形態は、それらの特定の詳細なしで、または、代替の要素またはプロセスを用いて実施されてよい。他の例では、周知のプロセス、手順、および／または構成要素は、本明細書に開示の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように詳細には説明されていない。数値に関して本明細書で用いられる用語「約」は、±１０％を意味する。
【００１３】
記載のように、本実施形態は、堆積装置（または、別の実施形態ではエッチング装置）などの半導体基板処理装置、および、プラズマ強化化学気相堆積などの化学気相堆積を実施するための関連方法を提供する。この装置および方法は、特に、多段階堆積プロセス（例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセス、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセス、パルス堆積層（ＰＤＬ）プロセス、分子層堆積（ＭＬＤ）プロセス、またはプラズマ強化パルス堆積層（ＰＥＰＤＬ）プロセス）において自己制御的な堆積ステップの分離を必要とする、半導体製造に基づく誘電体堆積プロセスまたは金属堆積プロセスと併せて用いることが可能であるが、それらに限定されない。半導体基板を処理するための方法の実施形態例は、その全てが参照により本明細書に援用される、本発明の譲渡人に譲渡された米国公開特許出願第２０１３／０２３０９８７号、第２０１３／０００５１４０号、および第２０１３／０３１９３２９号、ならびに、米国特許第８，５８０，６９７号、第８，４３１，０３３号、および第８，５５７，７１２号に見ることができる。
【００１４】
前述のプロセスは、プロセスガス前駆体または反応剤などのプロセスガスからの堆積膜を受けるウエハまたは半導体基板の上面への不均一なプロセスガスの供給に関連するいくつかの不利益を被りうる。例えば、プロセスガスを半導体基板に供給するシャワーヘッドモジュールの下面が、半導体基板を支持する基板台座モジュールの上面と平行でない場合は、半導体基板の上面への不均一な前駆体の分配が起こりうる。ウエハ上の膜のいくつかの特性（すなわち、ＩＰＤ、ＮＵ％、応力など）は、シャワーヘッドと台座との間のギャップ／レベリングに影響される。これらの特性間の感度およびギャップ／レベリングは、異なるプロセスごとに異なる。そして時に、通常の分解能は機能しない。この問題に対応するために、本明細書では、極微分解能のギャップ調整を成膜装置に提供しうる改善されたレベリングプロセスが説明される。
【００１５】
一般に、ＣＶＤシャワーヘッドモジュールの２つの主なタイプには、シャンデリア型および埋め込み型がある。シャンデリア型シャワーヘッドモジュールは、一端が反応チャンバのトッププレートに、他端がフェースプレートに取り付けられたステムを有し、シャンデリアに似ている。ステムの一部は、トッププレートの上方に突出して、ガスラインの接続および無線周波数（「ＲＦ」）電力回路への接続を可能にしてよい。埋め込み型シャワーヘッドモジュールは、チャンバの天井に統合され、ステムを有しない。本明細書に示される例はシャンデリア型シャワーヘッドであるが、シャワーヘッドモジュールは、このタイプのシャワーヘッドに限定されない。
【００１６】
シャワーヘッドモジュールのレベリング（平坦化）は、通常、装置の反応チャンバ（化学分離チャンバ）の冷却および排気を含むウェット洗浄工程後に１回または複数回実施される。冷却および排気は、台座モジュールの上面に対するシャワーヘッドの下面の平坦化同様に、シャワーヘッドと基板台座モジュールとの間の空間を調節するために、チャンバの内部にアクセスする必要があるだろう。従来の技術は、金属箔ボールをチャンバに設置してシャワーヘッドモジュールと基板台座モジュールとの間のギャップを測定し、次に、測定値に基づいて、シャワーヘッドモジュールのバッキングプレートと反応チャンバのトッププレートとの間のスタンドオフの数（通常、３以上）を調整することを含む。スタンドオフは、チャンバの排気および冷却後にトッププレートを開放することによってのみ調整されうる。シャワーヘッドモジュールが所定レベルになる前に、複数の測定調節サイクルが実施されてよい。シャワーヘッドは、外部操作によって平坦化できないため、プロセスは、最大約２０時間と非常に時間がかかる可能性がある。
【００１７】
一実施形態では、ギャップ調整は、異なるネジ山を有するネジを用いて実施される。この適用では、１つのネジおよび２つのナットが用いられる。ネジは、異なるが密なピッチの２つのネジ山を有する。各ナットは、ネジと一致する１つのピッチを有する。２対のネジを用いるため、最後のピッチは、２対のネジの２つのピッチの差／合計である。２つのネジが同じ向きのときは、それらは微小分解能を提供できる。一方、２つのネジが反対向きのときは、それらは極粗分解能を提供できる。両方のナットを締めることによって、通常でない分解能が得られ、１つのナットだけを締めてもう１つを自由に回転させておくことによって、通常の分解能が得られる。よって、異なるネジを用いることによって、ウエハ／台座に対するシャワーヘッドのギャップおよび他のギャップは、通常のギャップ調整方法に比べて、より細かい／より粗い分解能で調整されうる。このようにして、ギャップは、より正確に、またはより速く調整されうる。従って、ウエハ／台座に対するシャワーヘッドのギャップは、より正確に調整されることができ、ウエハ上の膜のＩＰＤ／ＮＵ％などに大きな影響を与える。
【００１８】
一実施形態に従い、ウエハ／台座に対するシャワーヘッドのギャップを調整するのに異なるネジ山が用いられる。このようにして、極微／極粗の分解能が提供されうる。シャワーヘッドモジュールでは、取り付けプレートを変更することなく追加のナットが追加されることで、より改良可能な／節約型のチルト調整配置が提供されうる。例として、ネジの２つのネジ山が同じ向きのときは極微分解能が得られ、それらが反対向きのときは極粗分解能が得られる。別の配置では、最終分解能は、２つのネジ山の分解能を変更することによって修正されうる。ツールにおける作業の空間的制約のため、追加のナットを扱うのに小さなレンチが用いられることで、特殊設計されたレンチ／ツールの必要性が回避される。小さなレンチは、既存のアセンブリで利用可能なネジによって固定されることができ、調整中にレンチを手動で扱う必要性が回避される。必要な場合は、レンチは移動可能（レンチは、追加のナットを締めるまたは緩める）であるため、調整は、通常でない分解能と通常の分解能との間で変更されうる。チルト調整中の視覚的補助として、レンチ上のマークがその位置（すなわち、ロック位置または自由位置）を示すのに用いられうる。また、単一配向のネジ頭と嵌合するのにコンパスマークを有するキャップが用いられうる。このキャップは取り外し可能で、各調整の前および後に、特定の向きに対してキャップ上にマークが施されうる。次に、回転角度を決定するために、調整の前および後の２つのマーク間の角度が測定されうる。このようにして、長時間の節約が可能なこの適用には、オートギャッピングシステム（「ＡＧＳ」）ウエハ測定が必要とされない。ＡＧＳウエハ測定の考察については、参照として本明細書に援用される、本発明の譲渡人に譲渡された米国公開特許出願第２０１５／０２２５８５４号に見ることができる。
【００１９】
本明細書に開示されるのは、同一ウエハ上でのプロセスステップの間に、反応チャンバの外側から平坦化されるように設計されているシャワーヘッドチルト調整機構に結合されたシャワーヘッドモジュールである。２つ以上の異なる膜材が連続して堆積されるプロセスでは、シャワーヘッドの傾きを動的に調整することは、真空を破壊することなく方位変動を補正する。シャワーヘッドチルト調整機構は、上述した異なるネジ調整配置を含む。
【００２０】
本明細書には、半導体基板処理装置におけるシャワーヘッドの傾きによる面内歪み（ＩＰＤ）を制御する方法も記載される。この方法は、半導体基板処理装置の処理チャンバで処理されるウエハ全体のＩＰＤ変化を測定することと、上述の異なるネジ調節配置を有し、ＩＰＤの粗調整および微調整を提供する３つのシャワーヘッドチルト調整機構を用いて半導体基板処理装置のシャワーヘッドの傾きを調整することとを含む。
【００２１】
図１は、本明細書に開示の実施形態による化学気相堆積のための半導体基板処理装置２０１の概観を示す概略図である。ウエハなどの半導体基板１３は、垂直に移動されうるシャワーヘッドモジュール２１１に対して、同様に昇降されうる可動台座モジュール２２３の上に載っている。反応物質ガスは、プロセスガス流がマスフローコントローラ２２９によって制御されるガスライン２０３を通ってチャンバの処理区域３１８に導入される。この装置は、用いられる反応ガスの数に応じて、１つ以上のガスラインを有するように改良されてよいことに注意されたい。チャンバは、真空源２０９に接続されている真空ライン２３５を通じて排気される。真空源は、真空ポンプであってよい。
【００２２】
本明細書に開示の実施形態は、プラズマ強化化学堆積装置（すなわち、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）装置、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）装置、またはプラズマ強化パルス堆積層（ＰＥＰＤＬ）装置）で実施されうる。図２は、堆積を促進するのにプラズマが用いられる本明細書に開示の実施形態を実施するために配置された様々な装置部品を表す簡易ブロック図を提供する。図のように、処理区域３１８は、加熱された基板台座モジュール２２３と協働するシャワーヘッドモジュール２１１を備える容量結合プラズマシステムによって生成されたプラズマを含むように機能する。少なくとも１つの高周波（ＨＦ）ＲＦ発生器２０４などの整合ネットワーク２０６に接続されたＲＦ源、および、任意の低周波（ＬＦ）ＲＦ発生器２０２は、シャワーヘッドモジュール２１１に接続される。別の実施形態では、ＨＦ発生器２０４は、基板台座モジュール２２３に接続されうる。整合ネットワーク２０６によって供給される電力および周波数は、プロセスガス／蒸気からプラズマを生成するのに十分である。一実施形態では、ＨＦ発生器およびＬＦ発生器の両方が用いられ、別の実施形態では、ＨＦ発生器のみが用いられる。通常のプロセスでは、ＨＦ発生器は、約２〜１００ＭＨｚの周波数で操作され、好ましい実施形態では、１３．５６ＭＨｚまたは２７ＭＨｚで操作される。ＬＦ発生器は、約５０ｋＨｚから２ＭＨｚで操作され、好ましい実施形態では、約３５０ｋＨｚから６００ｋＨｚで操作される。プロセスパラメータは、チャンバ容積、基板寸法、および他の要素に基づいて調整されてよい。同様に、プロセスガスの流量は、真空チャンバ（反応チャンバ）または処理区域の自由容積に依存してよい。
【００２３】
チャンバ内では、基板台座モジュール２２３は、薄膜などの材料が堆積されうる基板１３を支持する。基板台座モジュール２２３は、堆積および／またはプラズマ処理反応の間に基板を保持し搬送するためのフォークまたはリフトピンを備えうる。一実施形態では、基板１３は、基板台座モジュール２２３の表面上に載るように構成されてよい。しかし、別の実施形態では、基板台座モジュール２２３は、基板１３を基板台座モジュール２２３の表面上に保持するための静電チャック、機械チャック、または真空チャックを備えてよい。基板台座モジュール２２３は、基板１３を所望の温度に加熱するためのヒータブロック２２０と結合されうる。基板１３は、堆積される物質に応じて、約２５℃から５００℃以上の温度で維持される。
【００２４】
特定の実施形態では、堆積中、堆積後処理中、および／または、他のプロセス動作中のプロセス条件を制御するために、システムコントローラ２２８が用いられる。コントローラ２２８は、通常、１つ以上のメモリデバイス、および１つ以上のプロセッサを備えるだろう。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタルの入出力接続、ステッパモータコントローラ基板などを含んでよい。
【００２５】
特定の実施形態では、コントローラ２２８は、この装置の全ての動作を制御する。システムコントローラ２２８は、処理動作のタイミング、ＬＦ発生器２０２およびＨＦ発生器２０４の動作の周波数および電力、前駆体および不活性ガスおよびそれらの相対的混合物の流量ならびに温度、ヒータブロック２２０およびシャワーヘッドモジュール２１１の温度、チャンバ圧、シャワーヘッドの傾き、ならびに、特定プロセスの他のパラメータを制御するための命令のセットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。コントローラに関連付けられたメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムは、いくつかの実施形態で用いられてよい。
【００２６】
通常、コントローラ２２８に関連付けられたユーザインタフェースがあるだろう。ユーザインタフェースは、表示画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィックソフトウェア画面、ならびに、ユーザ入力デバイス（ポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクなど）を含んでよい。
【００２７】
非一時的コンピュータ機械可読媒体は、この装置の制御のためのプログラム命令を含みうる。処理動作を制御するためのコンピュータプログラムコードは、既存のコンピュータ可読プログラミング言語（例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン、またはその他）で書き込まれうる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムにおいて識別されたタスクを実行するためにプロセッサによって実行される。
【００２８】
コントローラのパラメータは、例えば、処理ステップのタイミング、前駆体および不活性ガスの流量および温度、水の温度、チャンバ圧、シャワーヘッドの傾き、ならびに、特定プロセスの他のパラメータなどのプロセス条件に関連する。これらのパラメータは、レシピ形式でユーザに提供され、ユーザインタフェースを用いて入力されてよい。
【００２９】
プロセスを監視するための信号は、システムコントローラのアナログおよび／またはデジタルの入力接続によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、装置のアナログおよびデジタルの出力接続によって出力される。
【００３０】
システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されてよい。例えば、様々なチャンバ部品サブルーチンまたは制御オブジェクトは、堆積プロセスを実行するのに必要なチャンバ部品の動作を制御するように書き込まれてよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、処理ステップの基板タイミングコード、前駆体および不活性ガスの流量および温度コード、ならびに、チャンバ圧コードを含む。
【００３１】
シャワーヘッドモジュール２１１は、温度制御されることが好ましく、台座は、ＲＦ給電されることが好ましい。温度制御されたＲＦ給電シャワーヘッドモジュールの実施形態例は、その全てが参照により本明細書に援用される、本発明の譲渡人に譲渡された米国公開特許出願第２０１３／０３１６０９４号に見ることができる。
【００３２】
本明細書に開示の実施形態によると、シャワーヘッドモジュールは、シャワーヘッドモジュールの傾き、角度、ギャップ、および平坦化を手動で調整するためのシャワーヘッドチルト調整機構を備えることが好ましい。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、シャワーヘッドモジュール２１１は、ステム３０５、バッキングプレート３１７およびフェースプレート３１６を有するベース３１５、ならびに、シャワーヘッドモジュール２１１の平坦化を調整するためのシャワーヘッドチルト調整機構４００を備えることが好ましい。シャワーヘッドモジュール２１１の平坦化は、１２０°離れて位置する３つの調整ネジ４０５を締めるまたは緩めることによって粗く調整されることもできる。調整ネジ４０５は、シャワーヘッドモジュール２１１の傾きおよび軸位置を手動で調整するのに用いられうる粗ネジ山および細ネジ山を備える。調整ネジ４０５は、以下により詳細に説明されるレベリングプレートのロックナットおよびネジ穴と嵌合する。
【００３３】
一実施形態では、シャワーヘッドモジュール２１１のフェースプレート３１６の平坦化は、シャワーヘッド調整機構の一部として３つのチルト調整機構を用いて調整されて、軸方向並進および２方向の傾きという３自由度を手動で提供しうる。図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、シャワーヘッドモジュール２１１は、カラー５０２、ベローズ５０４、およびレベリングプレート５０６を備えるベローズアセンブリ５００によって支持されている。冷却プレート５０８は、レベリングプレート５０６に取り付けられうる。
【００３４】
図３Ａに表わされるように、シャワーヘッドモジュール２１１は、化学隔離チャンバ（すなわち、反応チャンバ）のトッププレート３３０において支持されることが好ましい。トッププレート３３０は、段付き穴においてカラー５０２を支持することが好ましい。トッププレート３３０の水平上面は、ネジ山付き開口部などの開口部を有することが好ましく、留め具５１２を受け入れるための、カラー５０２における対応する開口部は、カラー５０２をトッププレート３３０に取り付ける少なくとも３つの留め具５１２を備える。カラー５０２は、トッププレート３３０のシャワーヘッドチルト調整機構４００の残部を支持する。シャワーヘッドチルト調整機構４００は、トッププレート３３０によって電気的に接地されている。
【００３５】
Ｏリング５１４は、３つの調整ネジ４０５によってカラー５０２の上方で支持されたレベリングプレート５０６と冷却プレート５０８との間に気密シール（すなわち、ハーメチックシール）を形成する。３つの調整ネジ４０５は、カラー５０２に対する冷却プレート５０８の平坦化を粗調整するようにも動作可能である。以下により詳細に説明されるように、各調整ネジ４０５の上端部は、レベリングプレート５０６のネジ穴に挿通され、それぞれの調整ネジ４０５の下端部は、ロックプレート５１８に係合されていないときに調整ネジ４０５と共に自由に回転できるロックナット５１６に挿通される、または、ロックナット５１６は、調整ネジ４０５が回転するときに一緒に回転しないようにロックプレート５１８への係合によって締められうる。シャワーヘッドステム３０５は、カラー５０２、ベローズ５０４、およびレベリングプレート５０６の中央開口部を通って延び、ステム３０５の上端部は、フェースプレート３１６が調整ネジ４０５の回転によって所望の角度に傾くようにレベリングプレート５０６に取り付けられる。
【００３６】
ベローズ５０４は、カラー５０２とレベリングプレート５０６との間に拡張可能で柔軟な気密真空シールを形成することが好ましく、ステム３０５は、シャワーヘッドモジュール２１１の平坦化が拡張可能な気密真空シールを破封することなく調整されるように、拡張可能な気密真空シールを通って延びる。ベローズ５０４は、上端部でレベリングプレート５０６に、下端部でカラー５０２に溶着されることが好ましい。
【００３７】
シャワーヘッドチルト調整機構４００は、３つ以上の留め具５１２によって化学隔離チャンバのトッププレート３３０に取り付けられてよい。シャワーヘッドチルト調整機構は、３つの異なるネジアセンブリを備えることが好ましく、異なるネジアセンブリの各々は、１自由度の動作を提供する。３つの異なるネジアセンブリは、３自由度の動作（２つの傾きおよび軸位置）を提供するだろう。
【００３８】
図４Ａ〜図４Ｄは、シャワーヘッドチルト調整機構、および、シャワーヘッドチルト機構がギャップの粗調整および微調整をどのようにして提供できるかについて、さらなる詳細を示す。調整ネジ４０５は、レベリングプレート５０６の上向きに延びる筒状突部５０６ｂにおいて雌ネジ部５０６ａと係合した第１の雄ネジ部４０５ａと、ロックナット５１６の雌ネジと係合した第２の雄ネジ部４０５ｂとを備える。第１のネジ部４０５ａおよび第２のネジ部４０５ｂは、同じ向きの異なるネジピッチを有することが好ましい。調整ネジ４０５の上端部は、六角ネジドライバ（図示せず）などのツールを係合できるソケット４０５ｃを備え、ソケット４０５ｃ上部のスロット４０５ｄは、インジケータキャップの突部を受け入れるように構成されている。ボルトなどの留め具５２０は、下端部５２０ａがカラー５０２のネジ穴に挿通され、上端部の拡大頭部５２０ｂがソケット４０５ｃの内部に受け入れられた状態で、調整ネジ４０５の内側に位置する。頭部５２０ｂは、六角ネジドライバなどのツールがソケット４０５ｃの残部を係合してギャップ／チルト調整中に調整ネジ４０５を回転できるように、ソケット４０５ｃの下部を満たす。
【００３９】
ロックプレート５１８は、一端にハンドル５１８ａ、対向端に幅広スロット５１８ｂ、および、幅広スロット５１８ｂから延びる幅狭スロット５１８ｃを備える。留め具５１２の軸は、幅狭スロット５１８ｃを通って延び、ロックプレート５１８が径方向内向きにスライドしてロックナット５１６を係合できるようにする。図４Ａ〜図４Ｂに示されるように、ロックプレート５１８がロックナット５１６に係合されていないときは、ロックナット５１６は調整ネジ４０５と共に回転して、ギャップの粗調整が提供される。図４Ｃ〜図４Ｄに示されるように、ロックプレート５１８がロックナット５１６に係合されているときは、ロックナット５１６は調整ネジ４０５と共に回転することを防止されて、ギャップの微調整が提供される。ロックプレート５１８は、ロックプレート５１８がロックナット５１６に係合されていない時の視覚的表示（図４Ａ〜図４Ｂに示されるように、レベリングプレート５０６の外周の外側にある）を備え、ロックプレート５１８がロックナット５１６に係合されている時の視覚的表示（図４Ｃ〜図４Ｄに示されるように、レベリングプレート５０６の外周の内側にある）を提供する基準マーク５１８ｄを備える。
【００４０】
図５は、調整ネジ４０５のソケット４０５ｃに嵌合されたインジケータキャップ５２２の詳細を示す。インジケータキャップ５２２は、調整ネジ４０５のスロット４０５ｄに嵌合する突部５２２ａを備える。ギャップ／チルト調整を行う際に、インジケータキャップ５２２は、調整ネジ４０５の上に設置され、その角度位置が記録されうる。次に、インジケータキャップは取り外され、ロックプレート５１８に係合されていないロックナット５１６と共に、または、ロックプレート５１８に係合されているロックナット５１６と共に調整ネジ４０５を回転することによって、ギャップ／チルト調整が行われる。ギャップ／チルト調整が完了したときは、インジケータキャップは調整ネジ４０５の上に設置され、その角度位置が記録される。
【００４１】
図６に示されるように、インジケータキャップは、円形ダイヤル５２２ｃから上向きに延びる指針５２２ｂを備え、円形ダイヤル５２２ｃは、ギャップ／チルト調整の前および後の指針の角度位置の視覚的表示を提供する、円周方向に間隔を空けて配置された表示マーク５２２ｄを有する。
【００４２】
調整ネジ４０５は、シャワーヘッドモジュール２１１の位置を粗調整および微調整するのに用いられてもよい。ネジピッチの選択に応じて、調整ネジ４０５の全回転ごとに約０．０２インチ（約０．０５０８センチメートル）から約０．０４インチ（約０．１０１６センチメートル）の範囲の粗調整、および、約０．００２インチ（約０．００５０８センチメートル）から約０．００４インチ（約０．０１０１６センチメートル）の範囲の微調整が実現されうる。例えば、粗調整は、調整ネジの全回転ごとに０．０３１２５インチ（０．０７９３７５センチメートル）であり、微調整は、調整ネジの全回転ごとに０．００３５インチ（０．００８８９センチメートル）でありうる。
【００４３】
チルト調整配置を備える半導体基板処理装置がその特定の実施形態を参照にして詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更および修正が行われ、同等物が採用されてよいことは当業者には明らかだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2020529126.tif 000009
【図４Ｄ】
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【図５】
2020529126.tif 000011
【図６】
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【国際調査報告】
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